2013-10

cena: 16,00 zł (w  tym 8% VAT) PRICE: 8 EUR Nakład 27000 egz.

Wygraj oscyloskop Rigol DS1104Z Firma NDN, jedyny autoryzowany dystrybutor firmy Rigol, wspólnie z magazynem Elektronika Praktyczna organizują konkurs, w którym nagrodą główną jest 4-kanałowy oscyloskop Rigol DS1104Z.

Pytania konkursowe: 1. Jaka jest maksymalna częstotliwość próbkowania oscyloskopu Rigol DS1104Z przy obserwowaniu obrazu w 1 kanale? 2. Czy oscyloskop DS1104Z firmy Rigol pozwala na analizę magistral szeregowych i równoległych? 3. Jak nazywają się analizatory widma firmy Rigol (wymień co najmniej trzy)? Aby wziąć udział w konkursie, odpowiedzi należy w terminie 30.11.2013 r. przesłać e-mailem na adres [email protected] lub listownie, na adres redakcji Elektronika Praktyczna, ul. Leszczynowa 11, 03-197 Warszawa. Prosimy w temacie e-maila lub na kopercie umieścić dopisek „Konkurs NDN” Życzymy powodzenia!

www.ndn.com.pl

Zasilanie Moc końcówek

• Szczegó³owe informacje w Internecie na stronie www.ndn.com.pl

Profesjonalny zestaw lutująco-rozlutowujący dużej mocy

• Szczegó³owe informacje w Internecie na stronie www.ndn.com.pl

JAKOŚĆ I PRECYZJA firmy

220~240 VAC/50Hz 210ESD 100W DIA 100W HAP 80 W TWZ 100 W

Groty (standard)

210ESD 150~480 oC DIA 300~450 oC 210ESD - 44-415404 DIA - 44-915412 TWZ - 46-060102

LF-8000

z³ 1000 t +va

• Szczegó³owe informacje w Internecie na stronie www.ndn.com.pl

Zakres temperatury

Profesjonalny zestaw lutująco-rozlutowujący Zasilanie Moc końcówek

Zakres temperatury Groty (standard)

220~240 VAC/50Hz SIA 100KT 100 W DIA 80 W HAP 80 W TWZ 2 x 50 W SIA 250~500 oC DIA 300~450 oC SIA - XY 704 DIA 44-915412 TWZ 46-060102

LF-853D

Profesjonalna stacja lutująco- rozlutowywująca Zasilanie Moc końcówek

Zakres temperatury

220~240 VAC/50Hz 210ESD 100W DIA 100W SMD wylutow. 600 W 210ESD 150~480 oC SMD wyl. 100~480 oC DIA 300~450 oC

z³ 1150 t +va

LF-3500

LF-2000

Profesjonalna stacja lutownicza

Profesjonalna stacja lutownicza

Stacja lutownicza LF-3500 Zasilanie Moc końcówki Zakres temperatur Grot (standard)

220-280V AC 50Hz 150 W 100º- 480º C 44-413590

Stacja lutownicza LF-2000 Zasilanie 220-280V AC 50Hz Moc końcówki 100 W Temperatura Grot (std)

³ 450 z +vat

z³ 1300 t +va

200º- 450º C 44-415404

³ 220 z +vat

LF-1680

8066D2-7C Profesjonalna lampa warsztatowa

Profesjonalna stacja lutownicza

22W, 5 dioptri

Stacja Zasilanie

³ 300 z +vat

LF-1680 220-280V AC 50Hz

Typ końcówki

SIA 108 ESD

Moc końcówki

80 W

80 W

200º- 480º C 44-510601

200º- 450º C 46-060102

Zakres temperatur Grot (standard)

TWZ 80

LF-389D

Profesjonalna stacja lutownicza

90 z³ +vat

Zakres temperatur

³ 120 z +vat

150°C ÷ 480°C

Moc grzałki

60W

Zasilanie stacji

230V / 50Hz

Grot (standard)

44-510601

®

02-784 Warszawa, ul. Janowskiego 15 tel./fax (22) 641-15-47, 644-42-50

http://www.ndn.com.pl e-mail: [email protected]

• Szczegó³owe informacje w Internecie na stronie www.ndn.com.pl

LF-8800

• Szczegó³owe informacje w Internecie na stronie www.ndn.com.pl

• Szczegó³owe informacje w Internecie na stronie www.ndn.com.pl

• Szczegó³owe informacje w Internecie na stronie www.ndn.com.pl

Nr 10 (250) Październik 2013

Projekty Wielopunktowy termometr z rejestracją......................................................................................... 38 Cyfrowy generator sygnału prostokątnego .................................................................................... 44 Time-ek – sterownik czasowy ......................................................................................................... 49 Zasilacz do modeli kolejki. Cyfrowy regulator prędkości jazdy ....................................................... 55

Miniprojekty MTR_Expander. Minimoduł z nowoczesnym sterownikiem silnika szczotkowego........................... 58 TinyMini861. Miniaturowy moduł z ATtiny861 ............................................................................... 60 DCC SoftStart – łagodny start makiety kolejowej ........................................................................... 61

Projekt Czytelnika

Miesięcznik „Elektronika Praktyczna” (12 numerów w roku) jest wydawany przez AVT-Korporacja Sp. z o.o. we współpracy z wieloma redakcjami zagranicznymi. Wydawca: AVT-Korporacja Sp. z o.o. 03-197 Warszawa, ul. Leszczynowa 11 tel.: 22 257 84 99, faks: 22 257 84 00 Adres redakcji: 03-197 Warszawa, ul. Leszczynowa 11 tel.: 22 257 84 49, 22 257 84 60 tel.: 22 257 84 65, 22 257 84 48 faks: 22 257 84 67 e-mail: [email protected] www.ep.com.pl Redaktor Naczelny: Wiesław Marciniak Redaktor Programowy, Przewodniczący Rady Programowej: Piotr Zbysiński

Termometr pokojowy z lampami Nixie ........................................................................................... 52

Zastępca Redaktora Naczelnego, Redaktor Prowadzący: Jacek Bogusz, tel. 22 257 84 49

Notatnik konstruktora

Redaktor Działu Projektów: Damian Sosnowski, tel. 22 257 84 58

Szerokość przebiegu na ekranie a parametry oscyloskopu ............................................................. 66 Charakterystyka urządzeń wielkich częstotliwości (2). Omówienie parametrów ............................. 68 Projektowanie płytek obwodów drukowanych zgodnie z wymaganiami EMC i ESD (3) ................. 74 TEMAT NUMERU 86 Zasilanie urządzeń przenośnych .....................................................................................................

Redaktor Działu Podzespołów i Sprzętu: Jerzy Pasierbiński

Podzespoły

Menadżer magazynu Katarzyna Wiśniewska, tel. 22 257 84 65, 500 060 817 e-mail: [email protected]

Za SoCratesem: w poszukiwaniu inżynierskiej prawdy ................................................................... 63 Alternatywa: SAM D20, czyli Cortex-M0+ a’la Atmel ..................................................................... 71 Nowy duch na pasmach ISM. Transceiver SPIRIT i energooszczędne mikrokontrolery z oferty STMicroelectronics ........................ 80 Sterowane cyfrowo analogowe przetwornice DC/DC TEMAT NUMERU w wyrafinowanych aplikacjach ....................................................................................................... 89

Sprzęt Oscyloskop DS1104Z(S). Zaskakująca strategia marketingowa Rigola .......................................... 110 Oscyloskop Rohde&Schwarz RTM 1054 ........................................................................................ 114 Nowe kamery IDS serii XS ............................................................................................................. 119 Programator Wellon VP-996 ......................................................................................................... 120

Prezentacje mikroBasic PRO. Najlepszy przyjaciel mikrokontrolera PIC .............................................................. 78 Chłodzenie za pomocą komponentów z oferty reichelt elektronik ................................................. 84

Kursy Obsługa enkodera AS5048 we Flowcode ....................................................................................... 93 STM32 – tryby obniżonego poboru mocy (3) ................................................................................. 98 Mikrokontrolery Precision32 (2). Tworzenie aplikacji krok po kroku ............................................. 105

Automatyka i Mechatronika Praktyczna Wprowadzenie do środowiska projektowego TIA Portal dla sterowników S7-1500 ..................... 125 TEMAT NUMERU 128 Urządzenia oraz systemy zasilające .............................................................................................. Spis treści ......................................................................................................................................... 4 20 lat minęło. Od wydawcy.............................................................................................................. 6 20 lat minęło. Wspomnienia i życzenia od firm ................................................................................ 7 Nie przeocz. Podzespoły ................................................................................................................... 8 Nie przeocz. Koktajl niusów ........................................................................................................... 14 20 lat minęło. Najwierniejsi Prenumeratorzy .................................................................................. 20 20 lat minęło. Panteon EP .............................................................................................................. 22 20 lat minęło. ...w Elektronice. 20 lat w awangardzie .................................................................... 26 Konkursy jubileuszowe EP .............................................................................................................. 33 Info .............................................................................................................................................. 132 Kramik .......................................................................................................................................... 135 Oferta........................................................................................................................................... 138 Prenumerata ................................................................................................................................ 139 Zapowiedzi następnego numeru .................................................................................................. 140

4

Szef Pracowni Konstrukcyjnej: Grzegorz Becker, tel. 22 257 84 58

Marketing i Reklama: Bożena Krzykawska, tel. 22 257 84 42 Katarzyna Gugała, tel. 22 257 84 64 Grzegorz Krzykawski, tel. 22 257 84 60 Andrzej Tumański, tel. 22 257 84 63 Maja Gilewska, tel. 22 257 84 71 Sekretarz Redakcji: Grzegorz Krzykawski, tel. 22 257 84 60 DTP i okładka: Dariusz Welik Redaktor strony internetowej www.ep.com.pl Mateusz Woźniak Stali Współpracownicy: Arkadiusz Antoniak, Rafał Baranowski, Lucjan Bryndza, Marcin Chruściel, Jarosław Doliński, Andrzej Gawryluk, Krzysztof Górski, Tomasz Gumny, Tomasz Jabłoński, Michał Kurzela, Szymon Panecki, Krzysztof Paprocki, Krzysztof Pławsiuk, Sławomir Skrzyński, Jerzy Szczesiul, Ryszard Szymaniak, Adam Tatuś, Marcin Wiązania, Tomasz Włostowski, Robert Wołgajew Uwaga! Kontakt z wymienionymi osobami jest możliwy via e-mail, według schematu: imię[email protected] Prenumerata w Wydawnictwie AVT www.avt.pl/prenumerata lub tel: 22257 84 22 e-mail: [email protected] www.sklep.avt.pl, tel: (22) 257 84 66 Prenumerata w RUCH S.A. www.prenumerata.ruch.com.pl lub tel: 801 800 803, 22 717 59 59 e-mail: [email protected] Wydawnictwo AVT-Korporacja Sp. z o.o. należy do Izby Wydawców Prasy

Copyright AVT-Korporacja Sp. z o.o. 03-197 Warszawa, ul. Leszczynowa 11 Projekty publikowane w „Elektronice Praktycznej” mogą być wykorzystywane wyłącznie do własnych potrzeb. Korzystanie z tych projektów do innych celów, zwłaszcza do działalności zarobkowej, wymaga zgody redakcji „Elektroniki Praktycznej”. Przedruk oraz umieszczanie na stronach internetowych całości lub fragmentów publikacji zamieszczanych w „Elektronice Praktycznej” jest dozwolone wyłącznie po uzyskaniu zgody redakcji. Redakcja nie odpowiada za treść reklam i ogłoszeń zamieszczanych w „Elektronice Praktycznej”.

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

20 lat minęło Od wydawcy Witaj Francjo! Witaj Europo! – tym egzaltowanym tytułem wstępniaka zaczyna się pierwszy numer Elektroniki Praktycznej, wydany w styczniu 1993 roku. Wydawało nam się, że złapaliśmy Pana Boga za nogi mając licencję na przedruki ze ślicznie wyglądającego francuskiego magazynu Electronique Pratique. I rzeczywiście, bardzo inteligentne projekty francuskie, a także nawiązanie współpracy z innymi czołowymi w Europie i USA pismami dla hobbistów elektroników, otworzyło nam „okno na świat” i  zapewniło start EP na najwyższym światowym poziomie już od pierwszego numeru. Współpraca z Electronique Pratique i innymi redakcjami zagranicznymi miała duże znaczenie, ale czynnikiem, który zadecydował o fantastycznej popularności EP już od pierwszego numeru, było wsparcie serwisowe dla Czytelników. Ewenementem na skalę światową było udostępnienie Czytelnikom płytek drukowanych i kompletnych zestawów elementów (kitów) do publikowanych projektów. To znakomicie podnosiło zaufanie do rzetelności publikacji redakcyjnych, gdyż poprawność opisywanych w artykułach projektów była weryfikowana przez prawidłowe działanie układów zmontowanych z naszych kitów, a jeśli zdarzały się błędy (wiadomo, kto nie błądzi) ponosiliśmy za nie pełną odpowiedzialność handlową jako dystrybutorzy kitów. Oczywiście, taki serwis dla Czytelników zwiększał ich zainteresowanie publikowanymi projektami, gdyż praktyczne wykonanie tych projektów było dostępne dla każdego, nawet jeśli niektóre elementy były trudno dostępne, albo płytka drukowana wymagała użycia fabrycznej technologii. To było to. Czytelnicy dostawali wszystko „na tacy”. Cudowny świat „praktycznej” elektroniki stał się dostępny dla każdego pasjonata układów elektronicznych. Pojawienie się tak niezwykłego czasopisma zadziałało jak magnes na wielu utalentowanych konstruktorów, którzy już w pierwszych miesiącach istnienia EP zaczęli się zgłaszać do redakcji z propozycjami współpracy. Szybko się okazało, ze poziom najlepszych projektów autorów krajowych jest wyższy od wielu projektów z renomowanych pism zagranicznych. Zatem zwiększaliśmy systematycznie udział projektów „z Polski”, które zresztą lepiej niż projekty zagraniczne odpowiadały na specyficzne polskie potrzeby Czytelników. A był to czas, gdy elektroniką parało się w Polsce ok. 200000 osób – ciekawa spuścizna po PRL-u, gdy amatorzy składali na przykład telewizory pięć razy taniej, niż kosztowały w sklepie. Ówcześni Czytelnicy EP traktowali swoje zainteresowania elektroniką bardzo serio. Potrzebowali projektów o użytecznych zastosowaniach, a transformacja ustrojowa „generowała” wiele specyficznie polskich problemów. Gwałtownie rosło zainteresowanie odbiorem telewizji satelitarnej, a brakowało fabrycznych anten, pozycjonerów, dekoderów, tunerów. Zaroiło się w eterze od nowych stacji telewizyjnych, dysponujących nadajnikami o niewielkiej mocy, stąd boom na wzmacniacze antenowe. Telewizja Polska przechodziła z systemu SECAM na PAL, a więc miliony starych telewizorów kolorowych trzeba było wyposażyć w dekodery PAL dla wizji i fonii. Nawet odbiorniki radiowe wymagały zamontowania układu przesuwającego pasmo UKF ze „wschodniego” na „zachodnie”. Wiele „wynalazków”, które w tysiącach sztuk były produkowane w przysłowiowych garażach miało inspirację w projektach publikowanych na łamach EP. Nie mieliśmy nic przeciwko temu. Więcej, popieraliśmy aktywnie wszelki elektroniczny small business, który się rodził na zgliszczach upadających fabryk. Uruchomiliśmy nawet działania wspierające wprost drobnych producentów w ramach koncepcji, którą nazwaliśmy „Produkcja rozproszona”. Była to oferta hurtowych ilości bardzo tanio skalkulowanych kitów. Drobni producenci kupowali u nas na przykład tysiące kitów pilotów radiowych i współpracujących z nimi odbiorników. Gwałtownie rósł wówczas rynek układów alarmowych. Z tym tematem mam kuriozalne wspomnienie. Gdy opublikowaliśmy pierwszy projekt dotyczący układów alarmowych („Uniwersalny zamek szyfrowy” w EP 4/1993) dostaliśmy ostrzeżenie, że UOP (Urząd Ochrony Państwa) ma nas na oku, bo ujawniając tajemnice konstrukcyjne centralki alarmowej pomagamy przestępcom. No dość tego. Mógłbym Was zamęczyć wspomnieniami z pionierskich czasów, gdy żyliśmy problemami tak odległymi od dzisiejszych cywilizacyjnie i mentalnie, że wydają się być prehistorią. A z EP było trochę jak u Hitchcocka. Zaczęło się w styczniu 1993 roku od trzęsienia ziemi, a potem z miesiąca na miesiąc, z roku na rok atrakcyjność EP i siła oddziaływania naszej gazety na środowisko elektroników ciągle rosła. A gdy już EP trochę dojrzała, po dwóch – trzech latach wydała potomstwo. Jak już wspomniałem, od pierwszych wydań Elektronika Praktyczna przyciągała chętnych do współpracy konstruktorów. Niektórzy z nich swoimi talentami, wiedzą, pracowitością i tym czymś, co zwykło się nazywać charyzmą zdradzali potencjał i gotowość do podjęcia wielkich samodzielnych zadań. Pierwszy przyszedł do redakcji Piotr Zbysiński, by po kilku latach objąć stanowisko Redaktora Naczelnego EP. Następnym stałym współpracownikiem redakcji EP został Piotr Górecki, który po kilku latach poprowadził redakcję nowego pisma Elektronika dla Wszystkich. I tak dalej. Andrzej Janeczek – guru krótkofalarstwa – zasługiwał na utworzenie oddzielnego tytułu – Świat Radio. Andrzej Kisiel – autorytet audiofilów – objął miesięcznik Audio, a Tomasz Wróblewski, konstruujący układy dla muzyków, poprowadził magazyn Estrada i Studio. Tak pączkując portfolio Wydawnictwa AVT stopniowo rozrosło się do ponad trzydziestu tytułów. A wszystko zaczęło się 20 lat temu od Elektroniki Praktycznej.

prof. Wiesław Marciniak

6

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Wspomnienia i życzenia od firm Moje 20 lat z EP. Czasy mojej młodości przypadły na okres świetności Radioelektronika. Było to w tym czasie jedyne czasopismo dla elektroników; takie jak owe czasy – zgrzebne, pozostające w tyle za rozwojem techniki światowej. Jak wielu młodych buntowników chciałem wszystko zmienić i  udało mi się popełnić kilka artykułów w Radioelektroniku o zasilaczach impulsowych, które wtedy były nowością. Zresztą radioamatorzy mieli wtedy dość trudno – brak możliwości zakupu części, nawet głupiego opornika (młodzi chyba w to nie uwierzą). Materiały pochodziły głównie z rozbiórki różnych płyt elektronicznych. Wszyscy młodzi ludzie zajmujący się elektroniką budowali wzmacniacze elektroakustyczne, najpierw na lampach EL34 a potem na słynnych tranzystorach 2N3055, które to nie wiadomo dlaczego były powszechnie dostępne. W latach 80-tych udawało się czasami kupić czasopisma zachodnie lecz opisywały one urządzenia, których nie mieliśmy szansy zbudować bo ich elementy były u nas nie do zdobycia. Jedyna korzyść to możliwość

20 lat współpracy z wydawnictwem AVT to całe nasze dorosłe firmowe życie…. Pamiętam naszą pierwszą reklamę w pierwszym numerze Elektroniki Praktycznej.. I tak już zostało… Myślę, że jesteśmy jedną z firm obecnych w każdym wydaniu EP, Elektronika… Oparliśmy dużą część naszej aktywności marketingowej o współpracę z AVT. Z niezłym skutkiem, sądząc po rezultatach współpracy… Czas płynie, formy współpracy się zmieniają, ale nasza sympatia i uczucia przyjaźni, którą żywimy do zacnego Jubilata jego Szefostwa i Pracowników pozostają niezmienne!!!

teoretycznego zapoznania się z nowinkami i trendami światowymi.

Życzymy dalszych sukcesów !!!!

Po nastaniu przemian roku 90-tego pojawiła się EP. Można powiedzieć, że to Pozdrawiam Jacek Tomaszewski Semicon Sp. z o.o.

jakby w pokoju pełnym dymu tytoniowego (którego notabene nie cierpię, chyba, że jest to klub jazzowy) otworzyć okno i to baaaardzo szeroko. Czasopismo było strzałem w dziesiątkę, opisywało naszą rzeczywistość i to co było potrzebne radioamatorom. Było odpowiedzią na potrzeby polskiego elektronika, wpisane dokładnie w nasze realia. Przez łamy EP przewinęło się wielu autorów ale najczęściej wspominam nieodżałowanego Zbigniewa Raabe. Ileż ten człowiek miał pomysłów, jak

Szanowny Panie

wspaniale potrafił opisać to co zrobił, z jakim humorem. Na forum EP

Redaktorze,

przeczytałem takie zdanie „Być może dlatego że poruszał się w kręgu aktorów, władał z taką lekkością językiem polskim i podejrzewam, iż potrafiłby z konstrukcji cepa zrobić opowieść na miarę powieści.” To dzięki niemu polscy elektronicy „zyskali” BASCOMA. Mój dziadek mawiał „nie jest najważniejsze co robisz, ważne abyś robił”. Taki był Zbyszek, zawsze otwarty, aktywny. Z drugiej strony jak dziwnie działa ludzka pamięć: co było jego „dziełem życia”??? Pipek Dręczyciel!!!!!

XX-lecie istnienia specjalistycznego czasopisma branżowego na polskim rynku to imponujący wynik. „Elektronika

Pisząc te wspomnienia uświadomiłem sobie, że p. Raabe nie ma z nami już 12

Praktyczna”

lat. Jak ten czas leci....

w ciągu 20 lat swojej bytności wyznacza poziom

Przez lata EP uczyła nas światowych nowości: programowania

merytoryczny artykułów i rzetelne przedstawienie

mikroprocesorów, FPGA, różnych języków programowania, ostatnio

zagadnień, co umożliwia pogłębienie

CORTEX’ów.

wiedzy adeptom rzemiosła elektronicznego.

W ostatnich czasach zauważam chyba bardzo potrzebny trend – EP staje się

Każdy numer przynosi nowe rozwiązania

czasopismem dla profesjonalistów, zaś EDW dla amatorów zaczynających swoją przygodę z elektroniką.

z „Elektroniką Praktyczną” i obserwujemy rozwój miesięcznika.

Cóż na koniec?? Mimo, że jestem prezesem firmy i zajmuję się zarządzaniem to co miesiąc, czekam niecierpliwie na nowy numer EP.

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

technologiczne. Od wielu lat współpracujemy

Życzymy kolejnych 20 lat sukcesów, tworzenia inspirujących artykułów oraz współpracy z pasjonatami branży elektronicznej.

Krzysztof Bednarek

Z poważaniem

Prezes Zarządu

Jacek Ober

SIGMA.KRAKÓW Spółka Jawna Bednarek

P.P.H. WObit E.K.J. Ober s.c.

7

NIE PRZEOCZ PRZEOCZ Podzespoły NIE

nowe

podzespoły Z  kilkuset nowości wybraliśmy te, których nie wolno przeoczyć. Bieżące nowości można śledzić na www.elektronikaB2B.pl

Nowy mikrokontroler Atmel z rdzeniem Cortex-M0+

Firma Atmel ogłosiła wprowadzenie do produkcji nowej serii mikrokontrolerów SAM D20 wyposażonych w  rdzeń Cortex-M0+. Zgodnie z  zamysłem producenta, nowe mikrokontrolery są przeznaczone do zastosowania w  urządzeniach technologii Internet of Things, automatyce domowej, sprzęcie powszechnego użytku, czujnikach oraz aplikacjach przemysłowych. Ze względu na niewielki REKLAMA

8

pobór energii, mikrokontroler świetnie nadaje się do urządzeń zasilanych z baterii, akumulatorów lub źródeł odnawialnych. Nowa seria SAM D20 zawiera rozwiązania innowacyjne oraz sprawdzone w  innych rodzinach mikrokontrolerów. Należą do nich Peripheral Event System oraz wsparcie dla obsługi klawiatur pojemnościowych zawierających przyciski, suwaki, pokrętła oraz czujniki zbliżeniowe. Podstawowe parametry mikrokontrolerów z nowej rodziny SAM D20 z rdzeniem Cortex-M0+ ARM są następujące: • Zintegrowany, precyzyjny, strojony za pomocą 12 bitów oscylator, do 8 16-bitowych liczników/timerów, jednostka Peripheral Event System, elastyczna dystrybucja sygnału zegarowego oraz różne tryby oszczędzania energii. • Moduł SERCOM do transmisji szeregowej, który może być skonfigurowany do pracy jako: USART, UART, SPI lub I2C. Każdy z mikrokontrolerów z nowej rodziny zawiera moduły SERCOM. • Wsparcie dla klawiatur dotykowych: przyciski, suwaki oraz pokrętła, bez potrzeby zastosowania dodatkowych elementów zewnętrznych. • 14 nowych mikrokontrolerów dostępnych w  obudowach o  32, 48 lub 64 wyprowadzeniach, z  pamięcią Flash o  pojemności 16…256 kB. Nowe mikrokontrolery mogą być programowane z użyciem Atmel Studio oraz Atmel Software Framework. Wraz z  nowymi mikrokontrolerami firma Atmel wprowadziła zestawy ewaluacyjne SAM D20 Xplained PRO zawierające mikrokontroler w obudowie o 64 wyprowadzeniach (256 kB pamięci Flash), wbudowany programator/debugger oraz komponenty umożliwiające łatwą ocenę możliwości mikrokontrolera i naukę wykorzystania jego bloków peryferyjnych. http://goo.gl/8ykL0g

Zestaw Tiva C Series TM4C123G USB+CAN dla Cortex-M4

Texas Instruments wprowadził do sprzedaży zestaw ewaluacyjny TM4C123G USB+CAN z mikrokontrolerem Tiva z serii „C” wyposażonym w rdzeń ARM Cortex-M4. Zestaw zawiera wyposażenie pozwalające na pełną ocenę możliwości mikrokontrolera: kable USB umożliwiające pracę w trybie USB-host lub USB-device, wbudowany programator/debugger oraz baterię zasilającą mikrokontroler w trybie obniżonego poboru energii. Wraz z zestawem jest dostarczany pendrive

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

NO W OŚ Ć

Podzespoły

DESIGNSPARK PCB

EWOLUCJI

CIĄG DALSZY DESIGNSPARK PCB v5 Bezpłatne narzędzie do projektowania PCB:

www.designspark.com/pcb ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

DOSTĘPNE TYLKO W

9

NIE PRZEOCZ o pojemności 8 GB, na którym zapamiętano oprogramowanie, narzędzia deweloperskie. Złącze rozszerzenia zestawu umożliwia łatwe dołączenie modułów do łączności bezprzewodowej wytwarzanych przez TI, to jest: ZigBee CC2538EMK, ZigBee CC2530EMK, SimpleLink Sub-1GHz CC1200EMK, Bluetooth Dual-Mode CC256xQFNEM oraz SimpleLink Wi-Fi CC3000EM, jak również modułów dostarczanych przez innych producentów. Zestaw ewaluacyjny Tiva C Series TM4C123G USB+CAN ma następujące cechy i parametry: • Mikrokontroler TM4C123G MCU w obudowie144-LQFP z 105 liniami GPIO mający 256 kB pamięci Flash. • Wsparcie dla aplikacji operujących na sygnałach mieszanych (zintegrowany tor analogowy z  czujnikiem temperatury, diodą LED, transceiverem CAN i precyzyjnym źródłem napięcia odniesienia 3 V). • Złącza śrubowe dla sygnałów analogowych oraz linii interfejsu CAN, złącza dla USB 2.0 pracującego w  trybach host, device, OTG. • Złącze micro-AB oraz gniazdo karty microSD dla prototypów aplikacji USB OTG oraz do zapamiętywania danych. • Kolorowy wyświetlacz OLED o rozdzielczości 96×64 piksele, pięć przycisków do nawigacji. • Wbudowany 9-osiowy sensor ruchu zawierający 3-osiowy akcelerometr, 3-osiowy żyroskop, 3-osiowy magnetometer. • Złącze dla standardowego, 10-pinowego interfejsu JTAG. http://www.ti.com/tool/ek-tm4c123gxl

Układ scalony tłumika sterowany cyfrowo o paśmie 8 GHz

Nowy tłumik cyfrowy PE43704 firmy Peregrine wyróżnia się dużą dopuszczalną mocą sygnału wejściowego wynoszącą +28  dBm. Uzyskano to przy wymiarach obudowy wynoszących jedynie

5  mm×5  mm. Układ wykonano w  technologii CMOS HaRP zapewniającej bardzo dobrą liniowość (IIP3=+61  dBm@8  GHz). Pracuje w  zakresie częstotliwości sygnału wejściowego od 9 kHz do 8 GHz, a impedancje wejściowa i wyjściowa są równe 50 V. Całkowite tłumienie układu wynosi 31,75 dB i może być zmieniane w krokach co 0,25 dB (do 6 GHz), co 0,5 dB (do 7 GHz) lub co 1,0 dB (do 8 GHz). PE43704 może być programowany za pomocą interfejsu szeregowego lub równoległego o poziomach napięć 1,8…3,3 V. Wyróżniającym parametrem układu jest jego krótki czas ustalania – rzędu 2  ns. Wszystkie wyprowadzenia są zabezpieczone przed wyładowaniami ESD do 2 kV HBM. http://goo.gl/GoQ5rl

REKLAMA

Miniaturowy głośnik o mocy 1 W i efektywności 94 dB/W/m

Firma Knowles Sound Solutions – specjalizująca się w  produkcji miniaturowych głośników – wprowadziła do oferty nowy model Cobra o  wymiarach 15 mm×11 mm×3,5 mm, charakteryzujący się wysoką jakością odtwarzanego dźwięku i  dużym stosunkiem mocy do wymiarów obudowy. Jest to głośnik z membraną silikonową zapewniającą dużą trwałość w urządzeniach przenośnych. Zapewnia stopień ochrony IPx8. Przeszedł test zanurzenia w wodzie o głębokości 1,5 m przez czas 30 minut. Jest odporny na temperatury otoczenia do +150°C. Charakteryzuje się mocą znamionową 1 W/6 V i maksymalną efektywnością 94 dB/W/m, większym o 5 dB od innych głośników o  zbliżonych gabarytach. Jest oferowany również w  wersji z przyłączem bocznym, oznaczonej symbolem Cobra Side-fire. http://goo.gl/Ut8S5q

Specjalizowane przetwornice DC-DC dla tranzystorów IGBT

Firma Recom wprowadziła do sprzedaży specjalizowane przetwornice DC-DC przystosowane do układów sterowania tranzystorami IGBT, produkowane w  ramach serii RH, RV, RP, RGZ, RKZ, RxxPxx i  RxxP2xx. Są to przetwornice o  asymetrycznym napięciu wyjściowym +15/–9 V, pozwalające zastąpić dwa oddzielne układy scalone

10

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Języki używane w sklepie: Podzespoły

.pl

}

Twój kompetentny partner on-line w zakresie

Wygodne zamawianie!

Elementy układu Zasilanie prądowe Technika pomiarowa

Technika warsztatowa i lutowania Technika sieciowa Technika domowa i bezpieczeństwa Technika PC Technika TV / Sat TV Komunikacja

Mini PC z “Raspberry Pi” Realizuj swój projekt!

http://rch.lt/PI /PI

Raspberry Pi — Model B

HDMI

Po prostu zeskanować kod QR i wszystkie artykuły, które są potrzebne do uruchomienia Raspberry są już w koszyku!

• Broadcom BCM2835 • 700 MHz ARM, dwurdzeniowy • Open GL ES 2.0, OpenVG • Gniazdo Ethernet BaseT 10/100 • Gniazdo wideo kompozytowe HDMI-/RCA • Slot na karty SD • 2x USB 2.0

Audio 2x USB

System operacyjny dla Raspberry Pi

• Idealnie dostosowana do modelu A i B • System zatrzaskowy • Materiał ognioodporny • Okno statusu • Otwory wentylacyjne

przezroczysta

• System operacyjny Linux dla Raspberry Pi A/B • Zainstalowany na karcie SD (4 GB) RASPBERRY PI OS

przezroczysta

€ 18.50

(~ 77,97 zł)

Adapter WLAN-USB, 150 Mbit/s € 4.95 € 4.95 € 4.95

Pasujący adapter VESA (50/75/100):

TEK-BERRY VESA

Bez względu na to, czy chodzi o dostęp do plików i drukarek, interfejsy drukarek sieciowych, bezprzewodowe drukowanie AirPrint czy bezprzewodowe używanie głośników via AirPlay – Raspberry Pi nadaje się prawie do wszystkiego.

(~ 164,15 zł)

RASPBERRY PI B

Obudowa “Raspberry Pi”

czarna

Po pierwszy ustawieniu i skonfigurowania może ona, na przykład, obsługiwać wszystkie domowe pliki medialne i ponadto Raspberry Pi można używać jako odtwarzacza medialnego HD w części rozrywkowej pokoju mieszkalnego. Lub wykorzystać Raspberry Pi jako centralę sterującą usług sieciowych.

38.95

€

Wideo

biała

Raspberry Pi – płytka z obwodem drukowanym wielkości karty kredytowej z prawie nieograniczonymi możliwościami zastosowania:

z pamięcią RAM 512 MB

LAN

TEK-BERRY TEK-BERRY SW TEK-BERRY TR

Be Inventive!

€ 5.50

(~ 20,86 zł) (~ 20,86 zł) (~ 20,86 zł)

(~ 23,18 zł)

4 częściowy zestaw chłodzący

• Obsługuje QoS-WMM- i WMM-Power Save Modus • Chipset: RTL8188CUS • Obsługuje WEP, WPA, WPA2 • Kompatybilny z WPS EDIMAX EW-7811UN € 8.95

• Kompatybilny z Rev. 1 + 2 • Wyjątkowo niski profil • Prosty montaż

TEK-BERRY COOL € 4.95

(~ 37,72 zł)

(~ 20,86 zł)

Dostawa bez Raspberry Pi, inne kolory on-line!

Rozszerzenie TOP:

ry Pi aspber OUT Your R rld! o the w o T d e t Connec LEDs

Kamera HD

dla Raspberry Pi

PiFace DigE/itAadll a Raspberry Pi.

Rozszerzenie ki i • 4 wyłączni • 2 przekaźnik • cokół GPIO ść yj wych • 8 w • 8 wejść cyfro LED 8 cz tla ie • wyśw 1 zł) .95 (~ 151,5 PIFACE € 35 wylacznik RASPBERRY

Zamów teraz!

IN

www.reichelt.pl

Hotline w języku angielskim:

+49 (0)4422 955-360

• 5 Megapikseli • Foto: 2592 x 1944 pikseli • Wideo: 1080p (Full HD), do 30 klatek/s • Przyłącze: 15-biegunowy przewód taśmowy foliowy do szeregowego interfejsu kamery MIPI

RASPBERRY PI CAM € 29.95

(~ 113,37 zł)

Międzynarodowe metody płatności:

Ceny dnia! Cennik: 12.08.2013 Dla konsumentów: Obowiązują ustawowe przepisy dotyczące anulowania. Wszystkie ceny w € z VAT wg obowiązującej stawki, z magazynu w Sande, plus opłaty wysyłkowe za cały koszyk towarów. Obowiązują wyłącznie nasze Ogólne Warunki Handlowe (na www.reichelt.de/agb, w katalogu lub na zamówienie). Zastrzega się możliwość wcześniejszej sprzedaży innemu nabywcy. Wszystkie nazwy produktów i loga są własnością producentów. ELEKTRONIKA 10/2013 Ilustracje podobne. ZastrzegaPRAKTYCZNA się możliwość błędów drukarskich, pomyłek i zmian cen. reichelt elektronik GmbH & Co. KG, Elektronikring 1, 26452 Sande/Niemcy (HRA 200654 Oldenburg)

11

NIE PRZEOCZ

Mikrokontroler do układów sterowania BLDC

stosowane w  układach zasilania tranzystorów IGBT. Przetwornice są oferowane w  obudowach DIP i  SIP w wersjach o znamionowym napięciu wejściowym 5, 12 i 24 V DC. Charakteryzują się izolacją o napięciu przebicia 6,4  kV  DC/1 s, sprawnością sięgającą 85% i dopuszczalnym zakresem temperatury pracy od –40 do +90°C. Zależnie od modelu, mogą mieć wbudowane zabezpieczenie przed zwarciem. Podobnie jak pozostałe konwertery produkcji Recom, są objęte 3-letnią gwarancją producenta. http://goo.gl/9tghBO REKLAMA

Toshiba powiększa rodzinę mikrokontrolerów TX03 o  nowy model TMPM375FSDMG wyposażony w  rdzeń ARM Cortex-M3 i  jednostkę wektorową zaimplementowaną specjalnie na potrzeby układów sterowania silnikami BLDC. Taka architektura pozwala na ograniczenie poboru mocy i liczby komponentów zewnętrznych, współpracujących z  mikrokontrolerem. Dla przykładu, nie są potrzebne analogowe układy wejściowe i regulator napięcia dostosowujący układ do pracy z  napięciem 5  V. Zastosowanie wektorowej jednostki sterującej i  zestawu szybkich timerów pozwoliło na wyeliminowanie zewnętrznego procesora DSP. Mikrokontroler TMPM375FSDMG jest oferowany w  obudowie SSOP-30 wymiarach 10  mm×7,6  mm×1,2  mm. Pracuje w  rozszerzonym przemysłowym zakresie temperatury, od –40 do +105°C. http://goo.gl/2KEBpK

Sterownik MOSFET/IGBT o prądzie 1,5 A

Układ scalony IRS44273L to kolejny w ofercie IRF układ sterowania bramek tranzystorów MOSFET i  IGBT, oferowany w  miniaturowej obudowie SOT23-5L o wymiarach 2,8 mm×2,6 mm×0,9 mm. Funkcjonalność tego układu odpowiada sterownikom produkowanych dotąd w znacznie większych obudowach, np. SO-8. IRS44273L jest sterownikiem 1-kanałowym, zapewniającym wydajność prądową wynoszącą 1,5 A w obu kierunkach i krótkie czasy przełączania tON/tOFF (na poziomie 50 ns). Pracuje z napięciem zasilania do 25 V. Ma wejście Schmitta i zabezpieczenie podnapięciowe. Jest kompatybilny z układami logicznymi zasilanymi napięciem 3,3 V. Ceny hurtowe IRS44273L zaczynają się od 0,25 USD przy zamówieniach 10 tys. sztuk. http://goo.gl/V7TGes

12

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Myślisz o lepszym oscyloskopie? Nowy R&S®RTM – Włącz i mierz. Prosta obsługa, szybkie i wiarygodne wyniki – dokładnie to, czego oczekuje użytkownik oscyloskopu. Rohde & Schwarz otwiera drzwi do nowego świata, w którym: – pracujesz z dwoma ekranami na jednym wyświetlaczu – masz szybki do dostęp do wszystkich funkcji bez przechodzenia całego menu – analizujesz wyniki pomiarów wtedy gdy inni wciąż czekają na uruchomienie oscyloskopu – obserwujesz sygnały tam gdzie inni widzą widzą na swoich oscyloskopach tylko szum Taki jest nowy R&S®RTM.

Podzespoły

40 %

Save up to on a new scope now! Special Trade In Program available until June 2014: www.scope-of-the-art.com/ad/trade-in

Zobacz na: www.scope-of-the-art.com/ad/rtm-video

ROHDE & SCHWARZ Przedstawicielstwo w Polsce PRAKTYCZNA Al.ELEKTRONIKA Jerozolimskie 92, 00-80710/2013 Warszawa, tel: 22 337 64 90, e-mail: [email protected]

13

NIE PRZEOCZ

koktajl

niusów ne z Pekinem minimalne ceny paneli słonecznych nadal są na poziomie dumpingowym.

Panasonic zamyka zakład produkcji ogniw słonecznych na Węgrzech

UE i Chiny rozwiązały spór handlowy o panele słoneczne

Unia Europejska i  Chiny znalazły kompromis w  sporze handlowym dotyczącym importu chińskich paneli słonecznych, poinformował w lipcu unijny komisarz ds. handlu Karel De Gucht. Po sześciu tygodniach negocjacji chińscy eksporterzy paneli słonecznych zobowiązali się utrzymywać ceny powyżej minimalnego poziomu. Według unijnych źródeł ta minimalna cena ma wynosić 0,56 euro na jeden wat. Konflikt o dumpingowe ceny chińskich modułów był najpoważniejszym sporem handlowym między Chinami a  UE. Na początku czerwca Komisja Europejska nałożyła na importowane z  Państwa Środka moduły tymczasowe cła karne w  wys. 11,8% ceny towaru przez pierwsze dwa miesiące. Po 6 sierpnia stawka ta miała wzrosnąć do 47,6%, jeśli nie znaleziono by polubownego rozwiązania. UE mogłaby wprowadzić stałe cła zaporowe na okres 5 lat po pół roku obowiązywania tymczasowych ceł karnych. Przeciwko takiej decyzji były tymczasem rządy kilku państw, w tym Niemiec. Komisarz De Gucht argumentował w  czerwcu, że dumpingowe ceny chińskich paneli słonecznych bardzo szkodzą europejskim firmom z branży solarnej i są zagrożeniem dla ok. 25 tys. miejsc pracy. Jednak według organizacji 40 europejskich producentów ProSun, która złożyła skargę do KE, wskutek chińskiego dumpingu zamknięto ponad 60 europejskich fabryk, związanych z tą branżą. ProSun odrzuca też wynegocjowany przez KE kompromis twierdząc, że proponowane rozwiązanie jest niezgodne z prawem i „skandaliczne”, bo uzgodnio-

Japoński gigant elektroniczny zamierza zamknąć fabrykę paneli fotowoltaicznych w  węgierskim mieście Dorog. W  skutek decyzji firmy pracę straci 550 osób. W  uzasadnieniu decyzji przedstawiciele Panasonica wymienili spowolnienie na europejskim rynku ogniw. Produkcja w tym jedynym zakładzie wytwarzania paneli słonecznych Panasonica w Europie ma być zatrzymana we wrześniu, a całkowite zamknięcie zakładu w Dorogu zaplanowano na marzec 2014 r. Firma chce przenieść produkcję ogniw do swoich fabryk w Japonii i Malezji.

Samsung zbuduje 5 nowych ośrodków B+R za 4,5 mld dol.

Samsung Electronics zainwestuje 4,5 mld dol. w stworzenie od podstaw pięciu ośrodków badawczo-rozwojowych w  Korei Południowej w ciągu najbliższych trzech lat, poinformowała firma w komunikacie na początku lipca. W ramach tego planu Samsung wydał już 720 mln dol. na budowę instytutu badawczego R5 w Suwon, gdzie projektowane będą inteligentne urządzenia elektroniczne. Prawie 1,1 mld dol. firma przeznaczy na nowoczesne centrum badawczo-projektowe w południowym Seulu. Ma ono być otwarte w połowie 2015 r. i znajdzie w nim pracę 10 tysięcy inżynierów programistów, projektantów i innych specjalistów. Pod Seulem powstanie także centrum rozwoju części, gdzie prowadzone będą prace nad materiałami i  komponentami następnej generacji. Kolejne ośrodki powstać mają w  miastach

REKLAMA

14

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Koktajl Podzespoły niusów

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

15

NIE PRZEOCZ Hwaseong i Pyeongtaek. Już od 2014 r. rozwijane w nich będą technologie półprzewodników i płaskich ekranów. Przedstawiciele największej koreańskiej firmy podkreślają konieczność inwestowania w  B+R, ponieważ to właśnie warunkuje osiągnięcie i utrzymanie sukcesu w szybko zmieniającym się biznesie elektroniki konsumenckiej. Według nich bez ogromnych środków przeznaczonych na badania w zakresie IT firma nie osiągnęłaby sukcesów w  dziedzinach komputerów mobilnych i  medycyny. Potwierdzają to ostatnio ponoszone przez Samsunga nakłady na inwestycje. W roku ubiegłym Samsung Electronics przeznaczył na nie rekordową sumę 10,7 mld dol., prawie o 1,5 mld dol. więcej niż w 2011 r.

Przejęcie czyni z Dialogu światowego lidera w dostawach układów zasilania do ładowarek do smartfonów i tabletów PC, oraz spowoduje rozszerzenie rynku obsługiwanego przez Dialog o 1,8 mld dol., do 5,9 mld dol. w  2015 r., poinformował Dialog. Kwota ta oznaczać będzie około połowę łącznego światowego rynku układów zasilania, którego wartość w 2015 r. wyniesie według Gartnera 11,5 mld dol. Przejęcie jest transakcją korzystną również z uwagi dobre perspektywy dostaw układów na rynek żarówek LED. Według danych przywołanej przez Dialog firmy analitycznej McKinsey & Company, dostawy żarówek ledowych zwiększą się z 440 mln sztuk w 2012 r. do 2,7 mld sztuk w 2016 r.

Dialog przejmuje dostawcę układów zasilania za 310 mln dol.

Pomimo rozwoju technologii konkurencyjnych, rynek wyświetlaczy AMOLED według prognoz powiększy się trzykrotnie w najbliższych dwóch latach, poinformowała tajwańska firma badania rynku Digitimes. Jak na razie właściwie monopol na wytwarzanie i dostawy paneli AMOLED zbudowali sobie Koreańczycy – należy do nich obecnie 95% rynku wyświetlaczy zarówno o dużym, średnim jak i małym rozmiarze. Niemniej, konkurencja z Chin, Tajwanu i Japonii nie składa broni i podejmuje nieustające wysiłki, aby przejąć część dostaw we wszystkich tych segmentach rynku.

Dialog Semiconductor, dostawca układów mixed-signal i w.cz., kupił iWatta – fablesowego pioniera układów zasilania. Za firmę z  Dolny Krzemowej Dialog zgodził się zapłacić 310 mln dol. w gotówce plus 35 mln dol. pod warunkiem, że iWatt osiągnie zakładane wyniki. Dialog dostarcza układy zasilające m.in. do telefonów komórkowych, w tym iPhone’ów, do układów audio oraz komunikacji bezprzewodowej krótkiego zasięgu. Dzięki przejęciu iWatta firma rozszerza asortyment oferowanych produktów i w szczególności wzmocni swoją pozycję na rynkach układów do oświetlania LED i ładowarek-zasilaczy sieciowych. Znajdując się dotąd w rękach prywatnych iWatt nie informował o  wynikach finansowych. Obecnie Dialog ujawnił, że w  roku finansowym 2012 iWatt uzyskał obroty 74 mln dol., o 46% wyższe w skali roku oraz marżę brutto 49%. Od 2007 r. iWatt łącznie dostarczył na rynek około miliarda chipów zasilających.

Dobre perspektywy wzrostu dla rynku AMOLED

Zdolność produkcyjna paneli AMOLED na świecie (w tysiącach m2, źródło: Digitimes) Panele AMOLED, ulepszona wersja organicznych wyświetlaczy OLED z  aktywną matrycą, nie wymagają podświetlenia i  często uważane są za technologię przyszłości. Wyzwanie dla AMOLED-ów stanowią jednak małe wyświetlacze wysokiej i bardzo wysokiej rozdzielczości, jak również panele telewizyjne UHD LED. Być może tylko jedna z tych technologii okaże się kiedyś dominująca.

Mniejsza sprzedaż, wyższa rentowność Texas Instruments w II kw.

REKLAMA

Dostawca półprzewodników z Teksasu w II kw. osiągnął sprzedaż 3,05 mld dol., o 9% mniej w porównaniu do II kw. ubiegłego roku. Jednak zysk TI w tym okresie wyniósł o 48% więcej w skali roku, 660 mln dol.

płytki jednostronne i dwustronne płytki na podłożu aluminiowym testy elektryczne płytek pokrycia płytek: cyna lub cyna/ołów

16

Q&R_337

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Koktajl Podzespoły niusów Według prezesa TI Richa Templetona w chwili obecnej 78% obrotów firmy pochodzi z  rynków analogowych i  aplikacji embedded, podczas gdy w  analogicznym kw. rok wcześniej odsetek ten wynosił 72%. Obroty w sektorze produktów bezprzewodowych, z których firma się konsekwentnie wycofuje, zmniejszyły się w kwartale kwiecień-czerwiec do mniej niż 5% łącznej sprzedaży TI. Obecnie firma chce ograniczyć ich sprzedaż do 2%. W II kw. firmie udało się nawet sprzedać część technologii związanych z układami bezprzewodowymi jednemu z klientów. TI oczekuje w III kw. poprawy sprzedaży o do 10%, za sumę w przedziale 3,1-3,4 mld dol.

oraz perspektywiczne startup-y Takie rozwiązanie sprawi, że proces inwestycyjny będzie przebiegał sprawniej oraz będzie bardziej zbliżony do warunków rynkowych. To w dalszej perspektywie może przełożyć się na większą skuteczność i zyski. Spośród 30 potencjalnych partnerów NCBR wybrało cztery fundusze, które będą selekcjonować przedsięwzięcia we wczesnym stadium rozwoju. Z  Polski - Adiuvo i  Investin, z  zagranicy - Bran Investments (Stany Zjednoczone) oraz Pitango (Izrael). Na szczególną uwagę zasługuje ten ostatni. Izraelski fundusz ma w swoim portfolio inwestycje warte 1,4 mld dol. i od czasu powstania sfinansował ponad 120 początkujących firm. Część z nich jest obecnie notowana na amerykańskiej giełdzie Nasdaq, która jest platformą notowania i finansowania firm technologicznych.

Siedmiokrotny przyrost mocy w polskiej fotowoltaice

420 mln zł na innowacje i dla nowych firm do podziału w ramach programu BRIdge VC

420 milionów zł trafi do innowacyjnych przedsiębiorstw, start-upów oraz zdolnych naukowców w  ramach inicjatywy BRIdge VC. Jest to program wsparcia wprowadzania nowych technologii w świat biznesu, opracowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Innowacyjny program Bridge VC został stworzony w oparciu o doświadczenia ze Stanów Zjednoczonych, Korei Południowej i  Izraela. W  tych krajach taki model współdziałania inwestorów prywatnych i publicznych odniósł sukces. W ramach programu BRIdge VC to fundusze inwestycyjne, a nie instytucje publiczne, będą wyszukiwać innowacyjnych projektów

Instytut Energetyki Odnawialnej szacuje, że o  ile na koniec 2012 roku w  Polsce działały elektrownie fotowoltaiczne o  mocy około 3,6 MWp, to na koniec bieżącego roku w  naszym kraju mogą działać takie elektrownie o  mocy ponad 24 MWp. Rok 2012, jak wynika z  badań przeprowadzonych przez Instytut, przyniósł znaczne ożywienie na rynku fotowoltaicznym w  Polsce. Według danych Instytutu Energetyki Odnawialnej (IEO) w minionym roku sprzedano na polskim rynku 22,9 MWp paneli PV. Część z nich została już uruchomiona.

REKLAMA

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

17

NIE PRZEOCZ IEO ponadto podał, że obecnie w Polsce budowanych jest wiele elektrowni słonecznych, a  największa pod względem mocy jest realizowana w Olsztynie. Wkrótce zostanie zaś oddana do użytku druga w Polsce i pierwsza pod względem mocy zainstalowanej farma fotowoltaiczna o mocy 1,2 MWp w miejscowości Czerniewice. W ocenie IEO po zakończeniu m.in. wspomnianych inwestycji na koniec roku 2013 w Polsce może działać nawet ponad 24 MWp elektrowni fotowoltaicznych. Według danych IEO na koniec 2012 r. pracowały w Polsce elektrownie słoneczne o mocy około 3,6 MWp, z tego większość, bo o mocy około 2,2 MWp, nieprzyłączonych do sieci.

Conrad Electronic poszerza ofertę komponentów elektronicznych

Conrad Electronic poszerza swoją ofertę dystrybucyjną o  półprzewodniki mocy firmy Powersem. W magazynie znajdzie się ponad 200 produktów, takich jak moduły tyrystorów, prostowniki i  sterowniki, a także moduły MOSFET i IGBT. Druga umowa z firmą Weidmüller zakłada z kolei wzbogacenie portfolio o 41 tys. złączy przemysłowych (terminale zaciskowe, złącza do PCB, złącza przemysłowe, przekaźniki, moduły interfejsów, nadajniki, złącza sieciowe, siłowniki, listwy rozdzielające i złączki).

Nowy specjalistyczny sklep internetowy

Dacpol uruchomił nowy specjalistyczny sklep internetowy „Centrum Sygnalizacji Przemysłowej” www.sirena.com.pl oferujący szeroką gamę sygnalizatorów świetlnych, dźwiękowych oraz świetlno-dźwiękowych do różnych aplikacji związanych z  budową maszyn oraz przemysłem, jak również do zastosowań w strefach zagrożonych wybuchem. Bazą dla platformy są produkty włoskiej firmy Sirena z  30-letnim doświadczeniem, produkującej 2 mln sygnalizatorów rocznie.

Oferta wyjazdu na tajwańskie targi Taitronics

Polska Agencja Rozwoju Przedsiębiorczości we współpracy z  Warszawskim Biurem Handlowym w  Tajpej (WBH) zapraszają krajowe firmy na do uczestniczenia w misji gospodarczą dla przedsiębiorstw z  branży elektronicznej oraz IT/ICT w  dniach 7-12.10.2013. Głównym jej elementem będzie udział w międzynarodowych targach telekomunikacyjnych i informatycznych - Taitronics, Broadband Taiwan oraz Cloud & IoT Taiwan w Tajpej. Program misji skupi się na promocji polskich firm, ich produktów, usług, a  przede wszystkim osiągnięć technologicznych, umożliwi nawiązanie trwałej współpracy biznesowej z przedsiębiorcami tajwańskimi, pozyskanie nowych kontrahentów, w tym również podwykonawców, uzyskanie dostępu do będącego światowym ośrodkiem rynku produktów opartych na zaawansowanych technologiach oraz, co nie bez znaczenia, zapoznanie się z innowacyjnymi rozwiązaniami w zakresie informatyki i telekomunikacji.

18

Firmy decydujące się na wyjazd mogą skorzystać z dofinansowania kosztów z  Ministerstw Gospodarki (50% kosztów przelotu i  zakwaterowania oraz przygotowania materiałów reklamowych, do sumy 8000 zł).

Nowe centrum projektowe online dla projektów open-source

RS Components we współpracy z  Andrew Backiem, wiodącym ekspertem w dziedzinie podzespołów open-source i jednym z założycieli Open Source Hardware User Group (OSHUG), czołowej grupy sprzętowej open-source w Wielkiej Brytanii, stworzyła centrum projektowe „Open Source Design Centre” - kompleksową bezpłatną platformę do tworzenia układów open-source dostępną na stronie designspark.com przeznaczonej dla projektantów elektroniki. Open Source Design Centre to rzetelne źródło informacji na temat projektowania open-source w  jednym, łatwym w  obsłudze portalu. Oferuje wiarygodne informacje na temat zagadnień takich, jak wytyczne dotyczące licencji open-source czy porady na temat zarządzania sprzętem i  oprogramowaniem. Celem centrum jest edukowanie inżynierów w dziedzinie projektowania open-source, zachęcanie ich do tworzenia tego typu projektów i udzielanie im niezbędnej pomocy w tym zakresie.

Eltronika dystrybutorem firm Antenova oraz Bluegiga

Eltronika została dystrybutorem firm związanych z branżą M2M Antenova oraz Bluegiga - stale poszerzamy swoją ofertę oraz działalność dystrybucyjną nie tylko na rynku polskim, ale również czeskim oraz słowackim. Podpisaliśmy właśnie umowy dystrybucyjne z czołowymi producentami branży M2M: firmą Antenova M2M oraz Bluegiga. Antenova M2M jest wiodącym dostawcą wysokiej klasy anten przeznaczonych do szerokiej gamy bezprzewodowych aplikacji, Bluegiga to z  kolei producent modułów komunikacyjnych. ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

e : acj rm esem o f r n ad ei kow pod dat ienia o D ów m ate i za ebg

Seria seminariów o LabVIEW

k oni utr

w

m/

.co

National Instruments zaprasza do uczestnictwa w serii on-line pozwalających na zapoznanie się z programem LabVIEW, m.in. na temat tworzenia systemów kontrolno-pomiarowych, technik programistycznych i  sposobów podnoszenia kwalifikacji użytkowników LabVIEW. Seminaria dostępne są w  wersji online poprzez stronę internetową firmy oraz zostaną zorganizowane we wrześniu (10-20.09) w 8 większych miastach na terenie całego kraju. W ramach spotkania inżynierowie z National Instruments zbudują kompletny system pomiarowy oraz zaprezentują metodologię tworzenia skalowanego rozwiązania takiego systemu.

Committed Podzespoły Zaangażowanie to excellence w dążeniu do doskonałości

w.r

ww

Unisystem nagrodzony

Gdański dystrybutor komponentów optoelektronicznych został nagrodzony Gazelą Biznesu - skupiającego grono najdynamiczniej rozwijających się firm. To wyróżnienie firma otrzymała już po raz 9.

Dni Radiolokacji 2013

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Jakość. Globalny zasięg. Rutronik i Fujitsu.

Fujitsu promuje rozwiązania proekologiczne.

REKLAMA

Już po raz trzeci w dniach 23-25 października będą odbywać się Dni Radiolokacji. W  ramach imprezy zorganizowane zostaną dwie konferencje: Konferencja Naukowo-Techniczna Radiolokacji oraz Konferencja Urządzenia i Systemy Radioelektroniczne. Wydarzenie to organizowane jest przez firmę Bumar Elektronika, Wojskową Akademię Techniczną, Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia oraz Departament Polityki Zbrojeniowej MON. Konferencja Naukowo-Techniczna Radiolokacji organizowana jest od ponad 45 lat, stanowiąc niezmiennie główne krajowe forum wymiany doświadczeń pomiędzy użytkownikami, projektantami oraz producentami wykorzystywanych we wszystkich rodzajach Sił Zbrojnych RP urządzeń radiolokacyjnych. Z kolei konferencja Urządzenia i Systemy Radioelektroniczne jest organizowana już po raz szósty. Jest to spotkanie o charakterze naukowym i sprzyja szczegółowemu omówieniu najistotniejszych zagadnień technicznych z dziedziny szeroko rozumianej radiolokacji, telekomunikacji, a  także innych obszarów wykorzystujących techniki radioelektroniczne w  realizacji swoich celów.

 Przekaźniki wysokoprądowe AC, do 120 A/250 VAC  Przekaźniki wysokoprądowe DC, do 150 A/450 VDC  Przekaźniki o dużym odstępie pomiędzy stykami dla pełnego rozłączenia lub odseparowania obwodów, na przykład, dla przetwornic paneli fotowoltaicznych  Przekaźniki bistabilne dla obniżenia strat mocy w cewce  Wysokoprądowe przekaźniki wlutowywane w płytkę dla pojazdów elektrycznych i hybrydowych

Consult | Components | Logistics | Support 19 Tel. +48 32 461 2000 www.rutronik.com

20 lat minęło Już w  pierwszym roku EP zaprenumerowało kilka tysięcy osób. Około 1000 prenumerat wykupiono jeszcze przed pojawieniem się pierwszego numeru, na podstawie zapowiadającej wydanie EP ulotki, którą rozdano na warszawskim bazarze elektronicznym – Wolumen. W  naszej aktualnej bazie prenumeratorów, wśród ponad sześciu tysięcy pasjonatów elektroniki z  młodszych generacji, nadal pozostało kilkuset pionierów z  lat 1993, 94. Zwróciliśmy się do nich z  pytaniem co teraz porabiają i  jaka jest tajemnica tak trwałego związku z  EP. Otrzymaliśmy ponad sto odpowiedzi. Prezentujemy fragmenty niektórych z  nich, dziękując wszystkim za przesłane gratulacje i  życzenia jubileuszowe.

m EP zaprenumerowałe eru, od pierwszego num czyli od 01/1993. Zajmowałem się em wówczas utrzymani ruchu w dziale tyki łączności, automa zeń iec ezp i zab w kopalni iel wydobywającej węg kamienny. Nadal ej kopalni samym, ale w inn zajmuję się tym oddziału. a nik row kie u i na stanowisk reklamą EP zachęcony jej Zaprenumerowałem AVT (tak w u kit go one ówi dołączoną do zam m kupując wszy zaryzykowałe prawdę powiedzia tę na era num pre m kupiłe zego „kota w worku” eczytaniu pierws prz po i cy) się 12 mie zał str to łem, że był numeru stwierdzi w „10”. al i nie zamierzam EP prenumeruję nad aż w każdym iew rezygnować, pon coś dla siebie, numerze znajduję o przydatnej czerpię z EP duż ującej jon pas wo, zawodo wiedzy. EP uznaję za wybitne czasopismo. Pozdrawiam serdecznie zcz Krzysztof Probos

O  ile dobrze pamiętam EP prenumeruję od początku 1994 r. Jako młody inżynier rozpoczynałem wówczas pracę w  Cukrowni „Opalenica” na stanowisku Mistrza Działu Automatyki. Wcześniej, zaraz po studiach na Politechnice Poznańskiej ukończonych w 1986 r. pracowałem w  Ośrodku Badawczo-Rozwojowym Systemów Automatyki w  Poznaniu. Niestety, Ośrodek został zlikwidowany w  1992 r. Obecnie prowadzę jednoosobową firmę i  zajmuję się wytwarzaniem układów sterowania do przepływowych kotłów parowych. Na potrzeby tejże automatyki powstają dedykowane regulatory temperatury, 2 i 4 punktowe konduktometryczne regulatory poziomu cieczy, wyłączniki temperaturowe z blokadą oraz dedykowane sterowniki. Czym ujęła mnie EP 20 lat temu? W tamtych czasach jedynymi czasopismami z  zakresu elektroniki były „stary” Radioelektronik i  Audio-Video. Ukazanie się EP to rzeczywiście było coś nowego. Kolor na zewnątrz i w środku, powitanie pierwszego numeru: „Witaj, Francjo! Witaj Europo!”, przymiotnik „Praktyczna” oraz zapewnienie, że „będziemy bliżej świata” to były te elementy, które skłoniły mnie do zainteresowania się EP. A co mnie trzyma z EP teraz? Bez owijania w bawełnę - po dwudziestu latach człowiek jest przyzwyczajony (w pozytywnym sensie), że co miesiąc czeka go lektura ulubionego czasopisma. Sądzę, że EP dobrze porządkuje natłok informacyjny. Z „projektów”, z „kursów”, z „notatników praktyka” etc. każdy znajdzie coś dla siebie. Obecność materiałów reklamowych i ogłoszeń jest również ważna i potrzebna. I jeszcze jedno – lektura EP daje możliwość – „bycia na bieżąco”. Jest to właściwie obowiązek każdego, kto interesuje się daną dziedziną, a inżyniera w szczególności. Szczególnie przydały mi się pierwsze informacje na temat układów programowalnych i programowania w języku CUPL. Tutaj ukłony i pozdrowienia dla p. Piotra Zbysińskiego, z którym telefonicznie w latach 90-tych omawiałem zasady używania wspomnianego języka. Przydały się również notatniki praktyka/ konstruktora oraz kursy w  szczególności poświęcone programowi Autotrax, układom programowalnym, językowi Bascom oraz C. Pozdrawiam cały Zespół Redakcyjny Elektroniki Praktycznej. Życzę Wam, aby pismo się rozwijało i trzymało klasę. Z poważaniem Marek Czysz

Jestem prenumeratorem EP od 1. numeru. Naprawiałem wówczas elektronikę przemysłową (elektrodrążarki, napędy tyrystorowe...). Ostatnio zajmuję się metrologią (sprawdzaniem przyrządów pomiarowych). Pozdrowienia, Andrzej Łabuz (Andyl)

20

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Najwierniejsi Prenumeratorzy

Prenumeruję EP od 1/1994. Do kompletu brakuje mi numerów z 1993 r. W tym okresie prenumerowałem już Elektora w wersji niemieckiej. Pracowałem wówczas w Oddziale katowickim Polskich Sieci Elektroenergetycznych. Z wykształcenia jestem mgr inż. elektrykiem – automatykiem, Absolwentem Politechniki Śląskiej w Gliwicach z 1964 roku. Od 2005 roku jestem na emeryturze, ale ciągle śledzę aktualne trendy w rozwoju elektroniki. Przesyłam serdeczne pozdrowienia dla całego Zespołu Redakcyjnego, z życzeniami zdrowia i wytrwania w tej żmudnej i trudnej pracy, przez następne co najmniej 20 lat. Andrzej Lipczyk

6 , mam 6 hodzeń z Przyc diotechnika s u e d a m się T śniej ra i są moją Nazywa onika, a wcze tr ania em, były lat. Elek z modelarstw t. Zainteresow a la u . związan najmłodszych który z zawod żo we im. M u , pasją od zyłem po Ojcu ięc zacząłem d chnikum Radio rszawskiej. e a ic w z , T W odzied mechanikiem czyłem i Politechniki ice – y. Ukoń był radio j niż rówieśnic ział Elektronik ciłem elektron ikiem, n d ię ie y wcześn a, a potem W wodowe pośw logiem elektro nie o a ak Kasprz nie całe życie z t byłem techn onikiem. Głów dla potrzeb la tr j z Praktyc wo przez kilka truktorem elek ry pomiarowe tu o s początk już zawsze kon waniem apara 0 lat uo meru. 2 a potem łem się konstr ojska. zego nu troniki s rw ie a w p k i  zajmow dycyny zątku, czyli od iem Działu Ele jestem słu, me przemy ruję EP od poc m i kierownik Nauk. Obecnie z pracą e re ii Prenum m konstrukto lskiej Akadem itego zerwania w o yłe temu b ładów P nacza to całko la z m z zak eniem d sy w jedny turze, ale nie o wydarz za ry aczącym jak na tamte c n z ło na eme ą. y u EP b czesne w oczątku zawodo ie się 20 lat tem - bardzo nowo azało się od p ykuły były n w ok art ć i  ś o je rt c a a Pojawie h elektronikó oją zaw łasnych ic e inform wszystk względu na sw . Zamieszczan k i realizacji w ną ja ty za ze tr s io  s z pismo, łej prenumera cy zawodowej ej z ra i cyfrow ta ym wra warte s e zarówno w p ażniejsz nie do technik od początku jw a n a b przydatn owań. Ale chy prowadzenie m rogramistą, ale s p w zaintere „bezbolesne” iszczy. Pozdrawiam ostałem t s dy nie z procesorze)– p ig N . w EdW, je ró ro o hodzeń ik s e c (m ro ” z Przyc i mikrop m „co w trawie Tadeus łe wiedzia

Politechnice Śląskiej. W tym 20 lat temu studiowałem elektronikę na EP, która wyróżniała się plarz egzem szy czasie natrafiłem na pierw dużą ilością ciekawych zną, grafic szatą niałą wspa h innyc wśród i którym można było dzięk ania, wykon ego projektów do samodzieln wtedy, że znalazłem to czego m rdziłe Stwie ę. wiedz bną potrze ć zdoby hmiast je zaprenumerowałem od dawna poszukiwałem, dlatego natyc jestem programistą 4, 8, 16 i jestem mu wierny do dzisiaj. Obecnie FPGA i CPLD, a prywatnie ów układ i lerów i 32 bitowych mikrokontro ję między innymi wiedzę zystu realizuję własny projekt, w którym wykor kcji PCB, cie artykuły z zakresu projektowania i produ projek w mi gły pomo nio zdobytą w EP. Ostat ła swoją przydatność, erdza potwi rotnie wielok EP itp. go zjawisk EMC, montażu, w tym kontraktowe ąć całość zagadsię do jednej dziedziny lecz próbuje ogarn jak z powyższego widać, nie ogranicza innymi opisując ciekawe y międz ie zadan swoje ia spełn nie nienia „od pomysłu do przemysłu”. Świet ych świadomych j, jak i praktycznej oraz inspirując do dalsz zjawiska zarówno od strony teoretyczne z nią nie nudzę, się czymś pozytywnym zaskakuje i nigdy poszukiwań w internecie. EP zawsze mnie misją. W ciągu z pismo czaso to Jest i. lnikam ymi czyte ponieważ rozwija się razem ze swoimi wiern , a ona nadal nam towarzyszy. pisma wne” „pokre e kolejn rynku z ły tych 20 lat pojawiały się i znika Z poważaniem Stanisław Iwaniuk

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Ja również mam w tym roku mały jubileusz. Elektronika jest moim hobby od równo 30 lat. Wcześnie zaczynałem, bo w wieku lat 10. Na początku były „młodsze” czasopisma - Kalejdoskop Techniki i Młody Technik. Później Radioelektronik, Nowy Elektronik i Elektronik Hobby, czyli praktycznie wszystko co było wówczas dostępne w kioskach. W 1993 roku rozpoczynałem studia na Politechnice Śląskiej na Wydziale Automatyki, Elektroniki i Informatyki. Tak się złożyło, że elektronikę z automatyką w jednym. Czym mnie ujęła Elektronika Praktyczna? To było raczej, jak zresztą nazwa wskazuje, praktyczne podejście. Internet dopiero raczkował, więc wiedzy z innych źródeł niż książki i czasopisma było jak na lekarstwo. A i z poziomem tej wiedzy też bywało różnie. Elektronika Praktyczna dostarczała i dostarcza wiedzy, a jednocześnie stara się nadążać za bieżącymi trendami. Z różnym skutkiem. W mojej prywatnej opinii czasem to było nawet przesadne gonienie za nowym, a czasem też do znudzenia fiksowanie się na jednym temacie przez kilka miesięcy z rzędu. Rzadko jednak można było narzekać na poziom merytoryczny. Przynajmniej w porównaniu do pozostałych dostępnych tytułów. Dzisiaj kieruję działem informatyki w firmie „J.T.C.” SA dostarczającej rozwiązań automatyki dla przemysłu - od projektu do wykonania. Elektronika Praktyczna pozwala mi nadal nie wypaść z obiegu. … Pozdrawiam Maciej Gruszecki

21

20 lat minęło Już od pierwszego wydania Elektronika Praktyczna przyciągała jak magnes autorów wspaniałych projektów. W  ciągu 20 lat przez naszą redakcję przewinęły się prace wielu dziesiątków najwybitniejszych, najbardziej kreatywnych elektroników w  Polsce. Mieliśmy ogromne szczęście. Ci fantastycznie uzdolnieni konstruktorzy i  programiści swą pasją i  ogromną wiedzą dzielili się z  tysiącami czytelników EP. To oni zbudowali „potęgę” EP – pisma o  sile przyciągania czytelników nieporównywalnej z  jakimkolwiek innym tytułem na świecie w  tym segmencie prasowym. Sylwetki niektórych autorów, szczególnie aktywnych w  dawniejszych latach, postaraliśmy się przybliżyć Czytelnikom z  okazji jubileuszu. Właściwie postarał się długoletni Naczelny EP – Piotr Zbysiński, czerpiąc wiedzę z  własnej „kartoteki personalnej”. Dziękuję, Panie Piotrze. Przepraszam też wielu bardzo ważnych autorów, którzy albo są jeszcze tak młodzi (stażem w  EP), że zapewne załapią się do Panteonu EP przy następnym jubileuszu, albo ich przeoczyliśmy, czego sami nigdy nie potrafimy sobie wybaczyć. Wiesław Marciniak

Rafał Baranowski

jest absolwentem Politechniki Śląskiej, obecnie pracuje na wydziale Informatyki Technicznej na Uniwersytecie w  Stuttgarcie. Zajmuje się tam opracowywaniem algorytmów i  narzędzi EDA dla nowego standardu IEEE P1687/IJTAG (weryfikacja formalna, optymalizacja, ochrona dostępu), interesuje się głównie weryfikacją formalną układów logicznych oraz symulacją i metodami zapobiegania efektom starzenia układów wysokiej skali integracji. Na łamach EP opublikował wiele artykułów cechujących się nowatorskim podejściem konstrukcyjnym, z których szczególną popularnością cieszyły się wśród Czytelników „Cyfrowa gitara z  interfejsem MIDI” i „Headwards, czyli mysz się chowa”. Jest autorem trzech popularnych książek poświęconych aplikacjom mikrokontrolerów: „Mikrokontrolery AVR ATmega w  praktyce”, „Mikrokontrolery AVR ATtiny w  praktyce” oraz „Wyświetlacze graficzne i alfanumeryczne w systemach mikroprocesorowych”.

Jacek Bogusz

jest absolwentem wydziału Elektroniki Politechniki Wrocławskiej. Pracował jako programista, serwisant sprzętu elektronicznego i  komputerowego, a  także konstruktor-elektronik w  Zakładach Radiowych Diora. Współpracę z Elektroniką Praktyczną rozpoczął w 1999 roku dzięki… pomyłce: wysyłając e-mail do redakcji Radioelektronika pomylił adresy, a dołączony do korespondencji artykuł trafił do EP, gdzie wzbudził zainteresowanie ówczesnego Redaktora Naczelnego. Przez kolejne lata współpracy opublikował szereg projektów urządzeń z pogranicza techniki mikroprocesorowej oraz komunikacji GSM. Zajmował się aplikowaniem systemów GSM/GPRS i komunikacji bezprzewodowej, bezpieczeństwa oprogramowania, układami analogowymi i wieloma innymi. Artykuły i prace wykonywane dla EP stały się inspiracją do napisania czterech książek: „Lokalne interfejsy szeregowe”, „Mikrokontrolery ST7LITE w praktyce”, „Moduły GSM w systemach mikroprocesorowych” oraz „Programowanie mikrokontrolerów 8051 w języku C w praktyce”. Od 2008 roku jest Redaktorem Prowadzącym EP.

Robert Brzoza-Woch Lucjan Bryndza

jest absolwentem wydziału Elektrotechniki i  Informatyki Politechniki Rzeszowskiej. Na co dzień zajmuje się tworzeniem oprogramowania dla urządzeń elektronicznych, głównie z wykorzystaniem 32-bitowych systemów bazujących na mikroprocesorach z rdzeniami ARM, MIPS, PowerPC oraz konstruowaniem elektronicznych urządzeń analogowych i cyfrowych wykorzystujących mikrokontrolery 8-, 16- i 32-bitowe. Od 2005 roku współpracuje z miesięcznikiem „Elektronika Praktyczna”, na łamach którego prowadził m.in. kurs poświęcony awangardowym wówczas mikrokontrolerom z rdzeniami ARM7. Autor dwóch książek: „LPC2000 - Mikrokontrolery z rdzeniem ARM7” oraz „Mikrokontrolery z rdzeniem ARM9 w przykładach”.

pracownik naukowo-dydaktyczny Wydziału Informatyki, Elektroniki i  Telekomunikacji AGH - przez wiele lat zajmował się elektroniką hobbystycznie, z czasem pasja stała się jego pracą. Jego głównym obszarem zainteresowań są układy mikroprocesorowe, systemy wbudowane, a także cyfrowe układy programowalne FPGA i  CPLD. Jest autorem książek „Mikrokontrolery AT91SAM7 w  przykładach” oraz „Mikroprocesory AT91SAM9 w przykładach”. Obecnie swoje prace koncentruje wokół szeroko rozumianej interakcji urządzeń z otoczeniem, czyli systemów mogących zbierać dane na temat wybranych wielkości i zjawisk oraz - na podstawie tych danych - wykonywać pewne akcje.

Marcin Chruściel

jest absolwentem wydziału Elektroniki Politechniki Wrocławskiej. Współpracę z EP rozpoczął w 2004 roku, pracując głównie nad projektami i artykułami z pogranicza techniki mikroprocesorowej i komunikacji bezprzewodowej (radiowej oraz IrDA). W kolejnych latach zajmował się aktywnym promowaniem na łamach EP środowiska LabVIEW wykorzystując je jako podstawowe narzędzie programistyczne. Opracowane w  tym czasie publikacje stały się inspiracją do napisania książki pt. „LabVIEW w Praktyce”. Od 2007 zajmował się implementacją standardu Ethernet w systemach wbudowanych. Publikowane artykuły dotyczyły wszelkiego rodzaju rozwiązań sprzętowych firm takich jak Moxa, SystemBase, Digi czy wreszcie Tibbo. Artykuły opisujące moduły ostatniego z wymienionych producentów zaowocowały wydaną w tym roku książką „Programowalne Moduły Ethernetowe w przykładach”. Marcin Chruściel od ponad 8 lat zawodowo zajmuje się projektowaniem układów elektronicznych oraz systemów pomiarowych i testujących wykorzystujących rozwiązania sprzętowe i programowe firmy National Instruments (producenta LabVIEW). Od 2009 roku prowadzi we Wrocławiu polski oddział firmy Test & Measurement Solutions.

22

Jarosław Doliński

jest absolwentem Wydziału Elektroniki na Politechnice Warszawskiej. Przez wiele lat pracował w  Przemysłowym Instytucie Telekomunikacji oraz Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, gdzie zajmował się konstruowaniem urządzeń transmisji danych. Współpracował z Zakładem Urządzeń Teatralnych, m.in. w zakresie konstrukcji interkomów teatralnych i urządzeń dla inspicjentów. Przez kolejne lata pracy zawodowej był związany z branżą IT. Od 1994 roku prowadzi firmę zajmującą się konstruowaniem i produkcją urządzeń elektronicznych dla rehabilitacji i wspomagania treningu sportowego, wykorzystujących tensometry i czujniki MEMS. Brał udział w pracach projektowych rejestratorów urządzeń wiertniczych i elektroniki montowanej na żurawiach mobilnych. Jest autorem dwóch książek o tematyce związanej z mikrokontrolerami i dwóch publikacji o charakterze poradnikowym dla elektroników. Od roku 1999 współpracuje z miesięcznikiem „Elektronika Praktyczna” i innymi czasopismami wydawnictwa AVT o tematyce elektronicznej – „Elektronik”, „Świat Radio”.

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Panteon EP Marek Dzwonnik

jest absolwentem Wydziału Elektroniki Politechniki Warszawskiej, z  charakteru i  zamiłowania jest jednym z  najbardziej wnikliwych współpracowników EP. Organiczna skłonność do zgłębienia każdego tematu, jakim się zajmuje, do poziomu „nano” powoduje, że publikacje rodzą się niezbyt szybko (red.: oczywiście eufemizm!), ale zawsze zawierają wszystko to co powinny zawierać dobre materiały dla praktyków. Jednym z ciągle aktualnych przykładów starannego podejścia Marka Dzwonnika do pisania dla Czytelników EP jest kultowy cykl artykułów prezentujących prostą i skuteczną metodę samodzielnego wykonywania płytek drukowanych (znaną jako „żelazko”), w którym sporo miejsca przeznaczył na porównanie wyników uzyskanych tą i innymi metodami. Zarówno redakcja jak i Czytelnicy czekają na więcej!

Piotr Górecki

był jednym z  pierwszych polskich autorów w  EP, podjął współpracę z miesięcznikiem w maju 1993, pierwsze artykuły zostały opublikowane już w lipcu 1993 roku. Jest autorem ponad 100 projektów prezentowanych w EP, z których większość była produkowana i dostępna w postaci kitów z serii AVT. Współpracę z EP kontynuował także po objęciu steru w młodszej siostrze EP – Elektronice dla Wszystkich. W swojej działalności publikacyjnej skupiał się na edukacji – prowadząc kursy poświęcone wszystkiemu co w  elektronice ważne i  często niedoceniane – oraz urządzeniom audio – w  czym jest doświadczonym praktykiem.

Krzysztof Górski

Tomasz Gumny

jest żołnierzem zawodowym służącym w  16 batalionie dowodzenia w Elblągu. Współpracę z EP rozpoczął w 1998 roku. Jest autorem kilkudziesięciu projektów i  artykułów publikowanych na łamach EP oraz nieistniejącego już Nowego Elektronika. Jest autorem książek poświęconych najpopularniejszemu układowi scalonemu na świecie: „Timer 555 w przykładach” i „100 projektów na 555”. Napisał także książki: „Realizer – graficzne programowanie mikrokontrolerów” oraz „20 prostych projektów dla elektroników”. Hobbystycznie prowadzi serwis internetowy poświęcony elektronice (www.ne555.com), interesuje się historią elektrotechniki i zabytkowymi urządzeniami łączności.

jest absolwentem Politechniki Poznańskiej z 1988 roku. Współpracę z EP rozpoczął w 1995, jest autorem lub współautorem ponad 20 projektów, w tym awangardowej myszki nagłownej dla osób niepełnosprawnych (przede wszystkim tetraplegików), w  której zastosował m.in. rewolucyjne wówczas sensory MEMS i półprzewodnikowe sensory ciśnienia. Od 1993 roku prowadzi własną firmę projektową (NET), w  której zajmuje się projektowaniem sprzętu elektronicznego oraz przygotowywaniem oprogramowania dla mikrokontrolerów i komputerów.

Zbigniew Hajduk

Tomasz Jabłoński

na łamach EP publikował artykuły prezentujące wybrane zastosowania popularnych mikrokontrolerów, a  także dotyczące projektowania aplikacji z  układami FPGA. Jest autorem dwóch książek: „Mikrokontrolery w  systemach zdalnego sterowania” oraz „Wprowadzenie do języka Verilog”. Zawodowo pracuje jako adiunkt w Katedrze Informatyki i Automatyki Politechniki Rzeszowskiej. Główny obszar jego zainteresowań obejmuje projektowanie systemów cyfrowych z układami programowalnymi oraz wykorzystanie języków opisu sprzętu, w szczególności języka Verilog oraz jego następcy – SystemVerilog.

jest absolwentem Wydziału Elektroniki Politechniki Wrocławskiej. Zawodowo zajmuje się projektowaniem przemysłowych sterowników dla systemów energetycznych. Z EP współpracuje od 1998 roku, specjalizując się w aplikacjach audiofilskich oraz systemach mikrokontrolerowych bazujących na nowoczesnych (w danej chwili) mikrokontrolerach. Opracował i  opisał w  EP m.in. spektakularne pod względem skali i możliwości (biorąc pod uwagę wówczas aktualny stan wiedzy i techniki): amplituner stereo z RDS, amplituner do kina domowego z dekoderem DD/DTS, audiofilskie przetworniki C/A do odtwarzaczy CD/DVD, sprzętowy system klienta poczty elektronicznej, a także web-serwer z łączem WiFi. Jest autorem książek: „Graficzne wyświetlacze LCD w przykładach”, „Karty SD/MMC w systemach mikroprocesorowych”, „Mikrokontrolery PIC16F. Przykłady w C dla początkujących”, „Mikrokontrolery PIC16F8x w praktyce” oraz współautorem „Programowanie mikrokontrolerów PIC w języku C”.

Andrzej Kamieniecki Andrzej Janeczek

SP5AHT jest absolwentem Politechniki Łódzkiej, do Wydawnictwa AVT trafił na początku 1993 roku. Jego pasją są proste układy radiowe, szczególnie konstrukcje krótkofalarskie. Opracował i opisał w EP, EdW oraz nieistniejącym już Radioelektroniku wiele prostych układów elektronicznych w tym minitransceiverów SSB i odbiorników nasłuchowych, m.in.: Bartek, Antek, Antoś, Jędrek, Kasia i innych. Jest autorem książek „Konstrukcje krótkofalarskie dla początkujących”, „Konstrukcje Krótkofalarskie dla zaawansowanych”, „CB Radio” oraz współautorem książki „Pasmo 50 MHz”. Obecnie pełni funkcję redaktora naczelnego miesięcznika Świat Radio.

Łukasz Krysiewicz

jest absolwentem Wydziału Elektroniki Politechniki Białostockiej, zawodowo zajmuje się tworzeniem oprogramowania dla urządzeń telemetrycznych i  systemów embedded stosowanych m.in. w  branżach: wodociągowej, energetycznej, gazowniczej oraz samochodowej. Z EP współpracuje od 5 lat, realizując w publikacjach swoją pasję: tworzenie aplikacji energooszczędnych, stąd szczególne zainteresowanie mikrokontrolerami MSP430. Jest autorem kursów programowania MSP430, wielu artykułów prezentujących zagadnienia aplikacji niskomocowych oraz projektów bazujących na energooszczędnych mikrokontrolerach. W ramach realizacji swojej pasji wspierał firmę Texas Instruments, pomagając diagnozować nieścisłości w  dokumentacjach mikrokontrolerów MSP430FR.

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

w  swoich publikacjach skupiał się na prezentacji praktycznych zagadnień związanych z  obsługą nowoczesnego sprzętu pomiarowego, przede wszystkim cyfrowych oscyloskopów. Od 13 lat pracuje w autoryzowanym serwisie firmy Tektronix w Polsce, gdzie opracował zatwierdzoną przez producenta modyfikację radiostacji wojskowych Rohde&Schwarz serii XT400. Jest autorem popularnej książki „Współczesny oscyloskop. Budowa i pomiary”.

Radosław Kwiecień

jest pasjonatem systemów mikroprocesorowych, elektroniki cyfrowej i  układów programowalnych. Aktywny w  Internecie (m.in. na forum Elektroniki Praktycznej), jest znany pod pseudonimem radzio (radzio.dxp.pl). Autor wielu popularnych bibliotek procedur dla systemów mikroprocesorowych. W kręgu jego zainteresowań leży tworzenie oprogramowania komputerowego przydatnego w  codziennej pracy elektronika. Jest autorem m.in. publikowanych na łamach EP i EP Plus kursów programowania mikrokontrolerów ST7 oraz obsługi graficznych wyświetlaczy LCD. Napisał książkę „Mikrokontrolery ST7LITE w przykładach”. Zawodowo zajmuje się rozwojem systemów sterowania w centrum badawczo-rozwojowym czołowego polskiego producenta maszyn i urządzeń dla przemysłu górniczego.

23

20 lat minęło Mirosław Lach

rozpoczął stałą współpracę z  EP w  maju 1993. Był jednym z promotorów projektów bazujących na - wówczas - nowoczesnych mikrokontrolerach z serii 8051, w tym produkowanego przez AVT przez wiele lat uniwersalnego komputera AVT-107, mogącego spełniać także rolę zestawu ewaluacyjnego (rzecz wówczas niespotykana w zakresie cen „przyziemnych”). Obecnie zajmuje się projektowaniem i oprogramowywaniem m.in. modułów do analogowej i cyfrowej obróbki sygnałów z czujników pomiarowych różnych wielkości fizycznych: napięcia, prądu, temperatury, ciśnienia, granulacji pyłów, stężenia gazów, ruchu, prędkości, modułów do komunikacji bezprzewodowej przez GSM, ZigBee.

Krzysztof Paprocki

ukończył studia na Wydziale Elektroniki Mikrosystemów i  Fotoniki Politechniki Wrocławskiej. Z EP ściśle współpracował w latach 2008– 2012. Publikował artykuły dotyczące mikrokontrolerów i  cyfrowego przetwarzania sygnałów, był promotorem publikacji poświęconych mikrokontrolerom STM32. Napisał książkę „Mikrokontrolery STM32 w praktyce”, która przez wiele miesięcy była jedyną na świecie książką poświęconą tym układom. Zawodowo zajmuje się systemami operacyjnymi czasu rzeczywistego oraz cyfrowym przetwarzaniem sygnałów audio. Pracuje w Danii w firmie Bang & Olufsen.

Jacek Przepiórkowski

Krzysztof Pławsiuk

jest absolwentem Uniwersytetu Szczecińskiego, od początku współpracy z  EP skupił się na mikrokontrolerach PIC firmy Microchip, które prezentował w wielu różnych aplikacjach, począwszy od prostych rozwiązań bazujących na 8-nóżkowych PIC12 aż po inteligentne systemy ethernetowe bazujące na PIC18. Bogate doświadczenia aplikacyjne zebrane podczas współpracy z  EP zaowocowały powstaniem książki „Programowanie mikrokontrolerów PIC w języku C” i uruchomieniem własnej firmy noszącej nazwę Nitronik (www.nitronik.pl), która zajmuje się projektami elektronicznymi m.in. dla przemysłu samochodowego.

konstruowaniem urządzeń elektronicznych zajmował się już podczas studiów na Wydziale Elektroniki Politechniki Warszawskiej, później brał udział m.in. w pracach konstrukcyjnych aparatury badawczej dla Centrum Badań Kosmicznych PAN. Po ukończeniu studiów pracował ponad 10 lat jako konstruktor w kilku krajowych firmach elektronicznych, a następnie - jako inżynier serwisowy medycznej aparatury diagnostycznej. Obecnie prowadzi własną działalność gospodarczą w zakresie projektowania i małoseryjnej produkcji nietypowej aparatury pomiarowej i automatyki przemysłowej. Duże zainteresowanie Czytelników artykułami publikowanymi w EP stało się inspiracją do napisania książki „Silniki elektryczne w praktyce elektronika”.

Sławomir Skrzyński Zbigniew Raabe

Nieżyjący niestety (od 2001 roku) Zbigniew Raabe był bez wątpienia jednym z  najbardziej nieobliczalnych, najweselszych i najbardziej kreatywnych autorów piszących do EP. Z wykształcenia był operatorem filmowym (ukończył łódzką „Filmówkę”), elektroniki nauczył się sam w wieku późno-dojrzałym. Spod jego ręki wyszła m.in. seria elektronicznych „dręczycieli”, z których „Pipek dręczyciel” odniósł sukces na skalę międzynarodową. Był promotorem Bascoma w  Polsce, w  EP opublikował opisy ponad 90 projektów, z których kilka do niedawna stosowano w sali posiedzeń naszego Senatu, a niektóre są nadal produkowane przez holenderską firmę MCS Electronics (producenta Bascoma).

lektronikę uprawia zawodowo, pracuje w  dziale badawczo-rozwojowym jednego z  największych krajowych koncernów działających na rynku mediów i  rozrywki. Ma dwie pasje bazujące na elektronice, które od lat realizuje na łamach EP: telekomunikację - wynikającą z wykształcenia oraz modelarstwo kolejowe – wynikającą z młodzieńczych zainteresowań i… kryzysu wieku średniego. Swoje zainteresowania ciągle rozwija, dzięki czemu Czytelnicy EP będą mieli szanse poznać – oczywiście na łamach EP - m.in. budowę systemów telekomunikacyjnych VoIP, mikroprocesorowy sterownik makiety kolejowej zarządzający ponad 30 lokomotywami, sprzęt laboratoryjny bazujący na DDS, a także wiele innych konstrukcji, na które pomysły dopiero się rodzą.

Sławomir Surowiński

jest absolwentem Wydziału Elektrycznego Politechniki Białostockiej, był stałym współpracownikiem EP w  latach 19952000. Opracował wiele spektakularnych projektów, w tym emulatorów i programatorów mikrokontrolerów, a  także jeden z  pierwszych na świecie stacjonarnych programatorów mikrokontrolerów 8051 z  pamięcią Flash (kit AVT-320), który był prezentowany na stoisku firmy Atmel podczas monachijskich targów Electronica w 1996 roku. Od lat mieszka i pracuje w Stanach Zjednoczonych, gdzie profesjonalnie zajmuje się projektowaniem zaawansowanej elektroniki do automatyki i maszyn elektrycznych. Jego znaczącym sukcesem jest zaprojektowanie elektroniki i firmware do elektronicznie sterowanej pompy basenowej o nazwie Ecostar o  mocy 3 KM. Sterownik tej pompy - jako pierwsze rozwiązanie tego typu w  USA - uzyskał rygorystyczny certyfikat zużycia energii Title 20 dla stanu Kalifornia w  2010 roku, co zagwarantowało jej sukces rynkowy.

24

Jerzy Szczesiul

zajmuje się zawodowo energetyką cieplną, a hobbystycznie od lat elektroniką i  informatyką. Pierwsze konstrukcje nie miały związku z zawodem, stopniowo były coraz bliższe konkretnym zastosowaniom w  zakresie pomiarów, sterowania, akwizycji danych itp. Powstawały w ten sposób analogowe regulatory poziomu wody, mikroprocesorowe ciepłownicze regulatory pogodowe, nietypowe sterowniki PLC, niewielkie systemy typu SCADA. W miarę zdobywania doświadczeń rozpoczął się również etap „szerokiego wyjścia na świat” w postaci artykułów publikowanych w Elektronice Praktycznej. W wyniku współpracy z EP powstał - poza wieloma projektami - m.in. program wirtualnej klawiatury dla PC współpracującej z nagłowną myszką (vide Tomasz Gumny) a także jedna z pierwszy kompletnych dystrybucji środowiska programistycznego SDCC dla mikrokontrolerów 8051. Od kilku lat intensywnie działa w zespole wdrażającym duży system nadzoru nad miejskimi obiektami ciepłowniczymi bazujący na transmisji danych GPRS.

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Panteon EP Ryszard Szymaniak

jest współpracownikiem EP od pierwszego jej wydania. Pracował w  Warszawskich Zakładach Telewizyjnych, jest autorem wielu zaawansowanych projektów związanych z  odbiorem i  dekodowaniem obrazu TV oraz systemami mikroprocesorowymi. Opublikował w EP m.in. projekt kompletnego odbiornika telewizji satelitarnej, jeden z  pierwszych systemów mikrokontrolerowych (bazujący na i8049), dość szybko podjął tematykę systemów radiokomunikacyjnych na pasma ISM w czym ostatecznie wyspecjalizował się uruchamiając własną firmę Aries RS, w której prowadzi działania badawczo-rozwojowe i produkuje m.in. bezprzewodowe systemy transmisji danych i przetwarzania obrazu.

Marcin Wiązania

ukończył studia na Wydziale Informatyki Politechniki Częstochowskiej, jest elektronicznym samoukiem. Z  EP współpracuje od roku 2001 (wcześniej zdobywał szlify na łamach Elektroniki dla Wszystkich), prowadząc wiele kursów programowania oraz publikując opisy projektów różnorodnych urządzeń elektronicznych, bazujących na mikrokontrolerach PSoC i AVR, a także z rdzeniami ARM. Mikrokontrolery programuje pisząc w językach C oraz Bascom. Zainteresowanie tym ostatnim zaowocowało kultową książką „Programowanie mikrokontrolerów AVR w języku Bascom”.

Robert Wołgajew

Tomasz Włostowski

jest absolwentem Wydziału Elektroniki i  Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej. Elektroniką zajmuje się od zawsze, w EP debiutował w 2006 roku artykułami o tym, jak zrobić użytek z zalegających na półce laptopowych wyświetlaczy LCD, kursem podłączania AVR-ów do Internetu oraz kilkoma projektami demonstrującymi możliwości mikrokontrolerów ARM, w tym implementacją gry Wolfenstein na mikrokontrolerze z rodziny STR9 z rdzeniem ARM9. Obecnie projektuje systemy sterowania i  synchronizacji, układy do precyzyjnego pomiaru czasu i  generacji impulsów oraz hoduje Białe Króliki (vide http://www.ohwr.org/projects/white-rabbit) w  tunelach CERN-u. W  wolnych chwilach ulepsza open-source’owe narzędzia do projektowania PCB (Kicad).

elektroniką zainteresował się jako dziecko, pierwsze swoje publikacje przygotowywał dla nieistniejącego już miesięcznika Radioelektronik. Podczas studiów oddał się pasji programowania komputerów klasy PC, co go nieco odciągnęło od „czystej” elektroniki. Po ukończeniu studiów związał się zawodowo z dużą firmą działająca na rynku energetyki. Wydawałoby się, że w takiej sytuacji powrót do elektroniki i programowania systemów embedded będzie trudny lub wręcz niemożliwy, ale pasja była silniejsza. Dzięki temu Czytelnicy EP mogą na wielu przykładach obserwować, że dobre poznanie i opanowanie języka programowania (choćby Bascoma) i platformy sprzętowej (choćby AVR) tworzy z nich platformę o niezwykłych możliwościach i dużej łatwości stosowania. Fascynacja możliwościami Bascoma zaowocowała książką „Mikrokontrolery AVR dla początkujących. Przykłady w języku Bascom”. Obecnie największy nacisk Robert Wołgajew kładzie na systemy programowane w języku C, przy czym zachował wirtuozerskie ciągoty, dzięki czemu artykuły publikowane w EP cieszą się dużym uznaniem zarówno wśród Czytelników jak i w samej redakcji.

Aleksander Zawada

Tomasz Wróblewski

jest elektronikiem z  wykształcenia, realizatorem dźwięku z  zawodu, muzykiem, kompozytorem i aranżerem z zamiłowania (choć też z papierem potwierdzającym, że jest wyuczonym tubistą orkiestrowym...), wykładowcą na Akademii Realizacji Dźwięku, twórcą wideo-podręczników. Od czasów pojawienia się na rynku pierwszych samochodów FSO Polonez łączy pasję do kreatywnego stosowania lutownicy z pragnieniem zostania gwiazdą rocka. Używane przez siebie wzmacniacze i efekty gitarowe wykonywał samodzielnie, opisując je na łamach Elektroniki Praktycznej. Od 1996 roku, jako redaktor naczelny miesięcznika Estrada i Studio, zgłębia tajniki nowoczesnych technik produkcji muzycznej, dzieląc się swym zdobytym przez lata doświadczeniem z tysiącami Czytelników tego magazynu. Nieugięty konserwatysta - wciąż używa lutownicy transformatorowej i własnoręcznie maluje ścieżki na projektowanych na papierze milimetrowym płytkach, które potem wytrawia w rozcieńczonym kwasie azotowym. Aktualnie jego środowiskiem naturalnym, w którym przebywa i żeruje, jest jego domowe studio nagrań.

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

jest chemikiem z  wykształcenia, a  elektronikiem próżniowym z zamiłowania i wykonywanego zawodu. W  EP zajął się promowaniem rozwiązań układowych bazujących na lampach, przygotował m.in. konstrukcję stereofonicznego, lampowego odbiornika FM, lampowego korektora graficznego (equalizera), a  także odbiornika kryształkowego z  samodzielnie wyhodowanym kryształem detektora. Zainteresowanie techniką próżniową zaowocowało opracowaniem własnych technologii produkcji lamp i sensorów próżniowych oraz napisaniem książki „Lampy elektronowe w aplikacjach audio”, która, pomimo niszowej tematyki, miała już dwa wydania. Obecnie pracuje w warszawskim Instytutcie Tele- i Radiotechnicznym.

Piotr Zbysiński

jest absolwentem Wydziału Elektroniki Politechniki Warszawskiej, z EP współpracę podjął w styczniu 1993 roku. Od dzieciństwa ma ciągoty do rozwiązań niszowych, stąd poza dużą liczbą opublikowanych w EP projektów „popowych” (jak karty pomiarowe do PC, odbiornik GPS, zdalny sterownik DTMF, karta dźwiękowa USB – to wszystko w latach ’90) z powodzeniem prezentował na łamach miesięcznika mniej popularne, ale wartościowe alternatywy dla 8051, później AVR i - obecnie - innych „masowych” architektur. W 1994 roku zajął się układami PLD, które promował i promuje na łamach EP poprzez kursy, przykładowe projekty i prezentacje nowości z rynków. Przez 13 lat pełnił funkcję Redaktora Naczelnego EP, obecnie wspiera redakcję EP jako Szef Rady Programowej, jest także Redaktorem Naczelnym w Wydawnictwie BTC. Współautor książek „Układy FPGA w przykładach”, „Układy programowalne, pierwsze kroki” oraz „Układy programowalne w praktyce”.

25

20 lat minęło

20

lat w awangardzie

Jeden z  pierwszych styczniowych dni 1993 roku był początkiem nowej ery w  polskiej elektronice: takiego przekonania nabrałem od razu po zobaczeniu na wystawie kiosku „Ruchu” pierwszego numeru nowego na rynku miesięcznika – Elektroniki Praktycznej. Nowoczesny wygląd okładki, poruszana w  piśmie tematyka, duży nacisk na praktykę i  ważne wówczas koneksje z  Zachodem (pierwsze wydania EP powstawały we współpracy z  francuską Electronique Pratique, a  czasy były takie, że wszystko z  Zachodu było „lepsze”) powodowały, że w  ówczesnych, szaro-siermiężnych czasach EP była skazana na sukces. Zespół redakcyjny – pod wodzą ówczesnego Redaktora Naczelnego, znanego wszystkim studentom kierunków elektronicznych w  Polsce, profesora Wiesława Marciniaka – od chwili ukazania się pierwszego wydania szybko się powiększał. Od samego początku funkcjonowania redakcja stawiała na współpracę z  konstruktorami z  terenu całego kraju, dzięki czemu szybko okazało się, że polscy elektronicy, po uchyleniu dotychczas szczelnie zamkniętych drzwi do Lepszej Części Świata, mają sporo do powiedzenia i pokazania na łamach EP. Taki sposób działania przyczynił się do szybkiego rozwoju działów EP tworzonych lokalnie i – z czasem – rozluźnieniu ścisłej współpracy z francuską, starszą siostrą. Warto tu zwrócić uwagę, że już w czasach „przedinternetowych” funkcjonowanie redakcji naszego miesięcznika bazowało na pracy rozproszonej, co w dzisiejszej dobie jest normą, ale wówczas było pomysłem niezwykle nowatorskim (zwłaszcza, że monopolistyczna pozycja Telekomunikacji Polskiej skutecznie utrudniała dostęp do usług telekomunikacyjnych). Od samego początku akces do współpracy zgłaszali przede wszystkim ludzie uprawiający elektronikę z  lutownicą w  ręku, co zapewne wynikało z  zachęcającego dla nich tytułu miesięcznika. Co ważne, niebojący się podejmować tematów nowych i trudnych. Dzięki nim pojawiło się w EP wiele projektów awangardowych, jak na przykład: kompletny odbiornik satelitarny, rejestratory-odtwarzacze dźwięków na rewolucyjnych układach ISD, a  także pierwsze w polskiej prasie projekty: bazujące na mikrokontrolerach (począwszy od i8047!), karty do komputerów PC, kompletne projekty na układach programowalnych, dekoder stereo do odbiornika TV, sterownik PIP i wiele innych interesujących technicznie i/lub przydatnych rozwiązań, które dostępne były także w  postaci kitów do samodzielnego montażu. Pomimo początkowych trudności w  dostępie do „gorących” informacji (kontakt z  szerokim światem zapewniała wtedy wyłącznie poczta, dla ścisłości: standardowa, przesyłająca paczki i papierowe listy) EP od samego początku była silnie zorientowana nie tylko na nadążanie za światem, ale na miarę ówczesnych możliwości, także jego wyprzedzanie. Dzięki bliskiej współpracy z firmami dystrybucyjnymi i działającymi w Polsce przedstawicielami producentów, EP docierała do informacji i  podzespołów, które wnosiły w  życie konstruktorów urządzeń elektronicznych nową jakość i  niespotykane wcześniej możliwości aplikacyjne. Takie podejście redakcji powodowało, że na łamach EP pojawiały się wszystkie istotne dla elektroników tematy i wiele ważnych podzespołów, w tym historyczne już rodziny:

26

• mikrokontrolerów  (wymieniam  najważniejsze  z  pominięciem oczywistych, jak m.in. PIC, AVR, STM32 itp.) COP8A, Z8, Z8PLUS, XA-S, ST72, ADuC800, ST52, XE8000 Xemics, ez80Acclaim, SX Ubicom, 56F800, STR7, STR9, Rabbit, AT91SAM7S itp., • układów  PLD  (uwaga  jak  powyżej):  ispGDX,  PSD8xx/9xx Waferscale, ispMACH Vantis, CyClock, ProASIC, FPGA z  rodzin Spartan, Virtex a także Cyclone, Stratix i Arria, • układów internetowych i  DSP: ConnectOne iCHIP, DashDSP, FTDI, DSP firmy Alesis. Na łamach EP przez pierwsze 20 lat istnienia przedstawiliśmy wszystkie ważne narzędzia dla elektroników, m.in. pakiety: EdWIN, PADS, CUPL, Bascom, Palasm, Circuitmaker, STVD/STVP, TraxMaker, MPLab, Nexar, FilterLab, Webench, Code Composer, LabView (od 5.0), ActiveHDL, OrCAD, Specctra, Visual MicroLab, DasyLab oraz doskonale zapowiadające się wówczas polskie pakiety: WireIt! (graficzny edytor programów dla 8051) oraz symulator układów bazujący na Spice o nazwie XLAB. Nie przegapiliśmy także elektronizacji urządzeń systemów automatyki, co zaowocowało dużą liczbą artykułów poświęconych najpierw małym sterownikom (m.in. easy, LOGO!, Zelio, Zen, Pico firmy Allen Bradley, VersaMax), później także SIMATIC S7-200, S7-300, S7-1200 firmy Siemens oraz podobnym rozwiązaniom pochodzącym od innych producentów. W  obszarze zainteresowań redakcji znalazły się także przemysłowe i domowe systemy komunikacji sieciowej (poza Ethernetem także bazujący na sieci energetycznej X10, a także Linet, Profibus, Modbus, Profinet, ControlNet, DALI, DMX). Poza śledzeniem bieżącej sytuacji na rynku, redakcja EP zajmowała się także wyszukiwaniem utalentowanych i przy tym nieśmiałych (dlatego sami się do nas nie zgłosili) fanów elektroniki, co zaowocowało wieloma interesującymi artykułami, m.in. na temat logiki rozmytej, logiki odwracalnej, asynchronicznych układów cyfrowych – tu częściowo zastępowaliśmy lub uzupełnialiśmy wykłady uczelniane – czy też rozwiązań lampowych, począwszy od kryształkowego odbiornika radiowego, przez lampowe korektory graficzne, lampowy oscyloskop aż po stereofoniczny, lampowy tuner FM. Z mniej historycznych poczynań, bez żadnych wątpliwości kwalifikujących się do awangardy elektroniki, jest promowanie przez EP nowoczesnych mikrokontrolerów z  rdzeniami Cortex-M i  wcześniej ARM7TDMI. Już w 2004 roku prezentowaliśmy 32-bitowe mikrokontrolery z rodzin STR7 z oferty STMicroelectronics oraz LPC2000 firmy ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

...w Elektronice Philips, a pierwszymi Corteksami na łamach EP były mikrokontrolery Stellaris firmy LuminaryMicro. Powyższa lista chwały jest oczywiście niepełna ze względu na bardzo dużą liczbę przykładów dostępnych w archiwalnych wydaniach EP. Wybrałem do tego jubileuszowego podsumowania niewielki, ale spektakularny fragment tego, co dotychczas pojawiło się na łamach miesięcznika. Po przejrzeniu ponad 200 numerów pisma – upewniony – twierdzę, że w ostatnich 20 latach nie ma ważnego dla elektroników tematu, który zostałby pominięty przez redakcję. Wniosek z tego jeden: Elektronika Praktyczna była i jest niezbędnikiem praktykującego elektronika. Dzieje się tak pomimo rosnącego znaczenia Internetu. Czytelników o  zacięciu analitycznym zapraszam do przejrzenia przygotowanego przez nas kalendarium wybranych spośród ważnych dla elektroników-praktyków tematów, które dotychczas poruszyli-

śmy w EP. Ponieważ było ich bardzo wiele, w kalendarium skupiłem się na pierwszych 10 latach (1993-2003) ukazywania się EP, które ze względu na specyfikę tego czasu wymagały zdecydowanie więcej determinacji i  pracy poszukiwawczej niż dziś, kiedy „wszystko jest w Internecie”. Z prezentowanego zestawienia na osi czasu można bez trudu wyciągnąć ważny wniosek: dla zespołu redakcyjnego elektronika nie miała i nie ma tajemnic, a nawet najbardziej wyrafinowane pomysły – w postaci podzespołów lub oprogramowania – potrafiliśmy okiełznać, pokazując konstruktorom jak ich użyć w praktyce. Dzieje się tak nadal.

Piotr Zbysiński Daty wydarzeń światowych ustalono na podstawie dokumentacji i treści stron producentów oraz informacji dostępnych w Wikipedii.

EP 1/1993

EP 6/1993

EP 10/1993

Odbiornik fonii stereo z  Astry

Pierwszy w  EP artykuł o  DSP

Prezentacja kompilatora CUPL dla układów PLD (PAL/PLA/GAL)

Świat 1992 Scalony dekoder systemu Panda Wegener TDA8740 firmy Philips EP 2/1993

EP 6/1993

EP 11/1993

Odtwarzacz dźwięku z  UM5100

Cyfrowa kamera pogłosowa

Praktyczne wprowadzenie do układów PLD

Świat 1992 Kodek audio z  rejestracją danych w  pamięci SRAM – UM5100 firmy UMC EP 2/1993

EP 7/1993

EP 11/1993

Mikroprocesorowy miernik częstotliwości

Minutnik mikroprocesorowy

Charakterograf w  postaci karty do PC do analizy parametrów elementów półprzewodnikowych

Świat 1991 Wprowadzenie do produkcji mikrokontrolerów ST62Exx EP 3/1993

EP 9/1993

EP 12/1993

Szyfrator rozmów telefonicznych

Przetwornik C/A  do PC w  postaci karty ISA

Moduł PIP do odbiornika TV Świat 1992 Firma Siemens (wtedy była także prodeucentem półprzewodników!) wprowadza do produkcji chipset do PIP

Świat 1992 CML Micro wprowadza do produkcji analogowy inwerter pasm audio FX118 EP 4/1993

EP 9/1993

EP 1/1994

Uniwersalny zamek szyfrowy

Pakiet prototypowy mikrokomputera 8031/51

Uruchomienie w  EP działu Elektronika, Przemysł i  Rynek, z  którego wywodzi się magazyn Elektronik

Świat 1992 UMC wprowadza do produkcji scalony zamek szyfrowy UA3730 EP 5/1993

EP 9/1993

EP 2/1994

Przegląd układów ISD10xx

Zdalnie sterowany tuner satelitarny do odbioru TV

Dekoder dźwięku stereofonicznego do odbiornika telewizyjnego

Świat 1993 ISD wprowadza na rynek układy do rejestracji dźwięku z  serii ISD10xx

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Świat 1993 Próbne transmisje dźwięku stereo w  TVP

27

20 lat minęło EP 2/1994 Pierwszy w  EP artykuł o  Protelu w  wersji Easytrax dla DOS

EP 6/1995 Przegląd mikrokontrolerów PIC16C5x

EP 2/1996 Immobilizer z  układem „Touch Memory” firmy Dallas

Świat 1994 Pierwsze zestawy ewaluacyjne dla PIC16C5x

Świat 1995 Wprowadzenie do produkcji przez firmę Dallas pierwszych układów z  interfejsem 1-Wire

EP 4/1994

EP 7/1995

EP 3/1996

Rusza dział „Projekty Czytelników”

Miernik częstotliwości w  postaci karty do PC z  układem GAL

Zestaw startowy dla układów PLD z  serii ispGAL

Świat 1994 Lattice wprowadza do produkcji pierwsze układy PLD z  interfejsem ISP EP 5/1994

EP 9/1995

EP 4/1996

Wzmacniacz audio na tranzystorach HexFET

Licznik-timer z  układem EPM7032 firmy Altera

Półprzewodnikowe czujniki przyspieszenia - przegląd

Świat 1993 Wprowadzenie na rynek układów CPLD z  rodziny MAX7000

Świat 1993 Pierwsze akcelerometry MEMS dostępne na rynku – ADXL50 firmy Analog Devices

EP 5/1994

EP 11/1995

EP 4/1996

Rejestrator-syntezator mowy z  układem UM93510

Pierwszy w  EP artykuł o  przekaźnikach półprzewodnikowych SSR

Nowe mikrokontrolery z  serii ’51 z  pamięcią Flash Świat 1995 Atmel wprowadza na rynek nowe mikrokontrolery 8051 z  pamięcią Flash (AT89C51. C2051 itp.)

Świat 1994 CP Clare i  Panasonic wprowadzają do produkcji przekaźniki SSR EP 7/1994

EP 12/1995

EP 6/1996

Zegar z  odbiornikiem DCF

Precyzyjny przetwornik A/C w  postaci karty do PC

Opis mikroprocesorowego komputera pokładowego do samochodu

EP 9/1994

EP 1/1996

Prezentacja Protela w  wersji dla Windows

Pierwszy artykuł z  cyklu „Internet dla elektroników”

Świat 1994 Protel wprowadza do oferty pierwszą wersję pakietu CAD/EDA dla Windows

Świat 1994 CP Clare i  Panasonic wprowadzają do produkcji przekaźniki SSR

EP 6/1996 Prezentacja elementów pierwszego na świecie komercyjnego systemu RFID – Tiris firmy Texas Instruments Świat 1995 Wprowadzenie do sprzedaży OEM elementów systemu RFID o  nazwie Tiris

EP 2/1995

EP 1/1996

EP 10/1996

Przegląd rodziny scalonych wzmacniaczy z  serii Overture (LM3876 itp.)

Procesor wizji z  rodziny System  4 firmy Motorola Świat 1995 Prezentacja chipsetu System 4, który miał być rewolucją w  (wówczas) nowoczesnych OTV

Przegląd pierwszych na świecie scalonych, elektronicznych potencjometrów (firm: Dallas, Xicor i  National Semiconductor)

Świat 1994 Rozpoczęcie produkcji scalonych wzmacniaczy audio z  serii Overture, które podbiły rynek aplikacji audio

Świat 1995 Pierwsze cyfrowe potencjometry trafiają na rynek

EP 3/1995

EP 1/1996

EP 10/1996

Dekoder surround z  układem YM7128

Prezentacja odbiornika GPS z  rodziny Oncore firmy Motorola ONCORE Świat 1995 Wprowadzenie przez Motorolę na rynek OEM pierwszych „budżetowych” odbiorników GPS

Przegląd pierwszych na świecie scalonych liczników energii elektrycznej (firmy Sames)

Świat 1994 Wprowadzenie na rynek dystrybucyjny układów YM7128

28

Świat 1996 Firma z  RPA – Sames – wprowadziła do produkcji rodzinę jednoukładowych liczników energii elektrycznej ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

EP 11/1996 Opis konstrukcji miernika częstotliwości w  postaci karty do PC, wykonanego w  całości na układach CPLD

EP 7/1997 Prezentacja układów i  programatora scalonych generatorów DS1075 Świat 1997 Dallas Semiconductor wprowadza do produkcji scalone, programowalne generatory sygnałów zegarowych

EP 4/1998 Prezentacja układów CoolRunner firmy Philips Świat 1997 Philips wprowadził do produkcji energooszczędne układy CPLD z  serii CoolRunner

EP 11/1996

EP 7/1997

EP 4/1998

Pierwszy artykuł o  analogowych układach programowalnych EPAC

Prezentacja możliwości pakietu ST62 Realizer

Świat 1995 Firma IMP wprowadziła na rynek pierwsze na świecie analogowe układy programowalne

Świat 1996 Firma Actum Soultions wprowadziła na rynek program do graficznego tworzenia aplikacji dla mikrokontrolerów ST62

Pierwszy projekt-żart przygotowany z  okazji kwietniowego prima-aprilis

EP 1/1997

EP 8/1997

EP 5/1998

Pierwszy artykuł o  cyfrowym, elektronicznym kompasie

Pierwsza publikacja poświęcona mikrokontrolerom MSP430

Prezentacja możliwości pakietu narzędziowego DAvE Świat 1998 Siemens wprowadza na rynek pakiet narzędziowy dla mikrokontrolerów o  nazwie DAvE

EP 2/1997 Pierwsze artykuły o  układach HCS300 firmy Microchip (zdalne sterowanie z  kodem dynamicznym) Świat 1996 Microchip wprowadza do produkcji układy HCS do systemów zdalnego sterowania z  wykorzystaniem kodów dynamicznych

EP 9/1997

EP 6/1998

Artykuł o  gorącej rynkowej nowości: pamięci FRAM

Prezentacja możliwości pamięci SLIC Świat 1998 Xicor rozpoczyna produkcję pamięci SLIC (na bazie EEPROM)

EP 3/1997

EP 10/1997

EP 6/1998

Projekt mówiącego zegara z  DCF77

Opis konstrukcji generatora funkcji bazującego na układzie MAX038

Publikujemy pierwsze informacje o  mikrokontrolerach AVR (AT90S1200, AT90S2313, AT90S4414, AT90S8515) Świat 1998 Atmel rozpoczyna produkcję mikrokontrolerów AVR

Świat 1996 Firma Maxim wprowadza na rynek scalony generator funkcji MAX038 EP 4/1997

EP 12/1997

EP 6/1998

Prezentacja miniaturowych oscyloskopów cyfrowych TDS210 firmy Tektronix Świat 1997 Tektronix wprowadza do produkcji przenośne oscyloskopy cyfrowe z  serii TDS200

Pierwszy z  cyklu artykułów o  sieci LonWorks

Opis konstrukcji elektronicznego zapłonnika lampy fluorescencyjnej

Świat 1995 Oficjalna wersja specyfikacji systemu sieciowego LonWorks

EP 5/1997

EP 1/1998

EP 7/1998

Pierwszy artykuł o  podzespołach do aktywnych korektorów mocy PFC

Pierwszy artykuł o  interfejsie JTAG

Świat 1996 Motorola wprowadziła do produkcji rodzinę zintegrowanych kontrolerów PFC MC3436x

Świat 1997 Na rynek wchodzą pierwsze układy PLD z  interfejsem JTAG

Prezentacja tranzystorów IGBT oraz wyspecjalizowanych scalonych sterowników

EP 6/1997

EP 2/1998

EP 8/1998

Moduł zdalnego sterowania telefonicznego z  wykorzystaniem DTMF

Prezentacja możliwości pierwszych oscyloskopów Infinium Świat 1997 HP wprowadza do sprzedaży pierwsze oscyloskopy Infinium

Pierwszy projekt z  akcelerometrem MEMS

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

29

20 lat minęło EP 9/1998 Opis czytnika-programatora kart chipowych firmy Xicor

EP 2/1999 Prezentacja nowych mikrokontrolerów firmy Philips z  pamięcią Flash i  interfejsem ISP

Świat 1997 Xicor rozpoczyna produkcję kart chipowych z  serii X76Fxxx

Świat 1998 Philips wprowadza do produkcji nowe mikrokontrolery 8051 z  pamięcią Flash i  interfejsami ISP

EP 10/1999 Opis konstrukcji aktywnego, 4-kanałowego huba USB bazującego na układzie AT43312 Świat 1999 Atmel wprowadza do produkcji układy aktywnych hubów USB, w  tym AT43312

EP 9/1998

EP 3/1999

EP 11/1999

Publikujemy pierwsze informacje o  układach interfejsowych USB firmy Philips: PDIUSBD11/12 oraz PDIUSBH11A/12 Świat 1998 Philips rozpoczyna produkcję konfigurowalnych układów interfejsowych USB

Projekt karty dźwiękowej USB

Pierwsza w  EP prezentacja mikrokontrolerów ST52

Świat 1998 Firma Dallas wprowadza do produkcji scaloną kartę audio do PC z  interfejsem USB

Świat 1998 SGS Thomson wprowadza do produkcji mikrokontrolery z  rodziny ST52 - przeznaczone do aplikacji fuzzy-logic

EP 10/1998

EP 3/1999

EP 12/1999

Prezentacja pierwszych narzędzi dla AVR opracowanych przez firmę Atmel

Projekt z  sensorem ciśnienia wykonanym w  technologii MEMS

Pierwszy w  EP artykuł o  kompilatorze BASCOM dla 8051

Świat 1998 Motorola wprowadza na rynek OEM półprzewodnikowe czujniki ciśnienia z  serii MPS1xx

Świat 1999 Mark Alberts - twórca Bascoma - udostępnia pierwszą komercyjną wersję tego pakietu, dla mikrokontrolerów 8051

EP 11/1998

EP 4/1999

Pojekt dekodera analogowego systemu surround

Opis konstrukcji prostego programatora mikrokontrolerów AVR

EP 3/2000 Prezentacja analogowych układów programowalnych z  rodziny ispPAC firmy Lattice oraz pakietu narzędziowego PACdesigner Świat 1999 Lattice wprowadza na rynek nową rodzinę programowanych układów analogowych ispPAC

EP 1/1999

EP 5/1999

EP 3/2000

Prezentacja nowych akcelerometrów z  oferty ADI

Prezentacja możliwości sieciowego kompilatora PLD o  nazwie WebFitter

Wprowadzenie do nowej rodziny mikrokontrolerów firmy Microchip – PIC18

Świat 1998 Analog Devices rozpoczyna produkcję akcelerometrów MEMS drugiej generacji ADXL202

Świat 1999 Xilinx - jako pierwsza firma na świecie - uruchamia sieciowy kompilator dla układów PLD

Świat 2000 Microchip wprowadza na rynek mikrokontrolery PIC18

EP 2/1999

EP 6/1999

Prezentacja pakietu Protel 98

Opis konstrukcji odbiornika GPS bazującego na module Oncore firmy Świat 1994 Motorola CP Clare i  Panasonic wprowadzają do produkcji przekaźniki SSR

EP 4/2000 Wprowadzenie do możliwości interfejsu Bluetooth Świat 1999 Ogłoszenie specyfikacji Bluteooth v1.0

EP 2/1999

EP 10/1999

EP 4/2000

Prezentacja termicznych czytników odcisków palców FingerChip firmy Thomson CSF

Pierwszy artykuł o  kompatybilności elektromagnetycznej (EMC) urządzeń projektowanych samodzielnie

Prezentacja nowatorskich diod półprzewodnikowych CLD (Current Limiting Diode)

EP 2/1999

EP 10/1999

EP 4/2000

Prezentacja nowej rodziny oscyloskopów cyfrowych firmy Tektronix wyposażonych w  mechanizm DPO (nazywany wtedy „cyfrowym fosforem”)

Prezentacja możliwości pakietu Protel 99, początek kursu jego obsługi

Projekt nagłownej myszki dla niepełnosprawnych z  czujnikami MEMS: przyspieszenia i  ciśnienia

30

Świat 1999 Firma Protel wprowadza nową wersję swojego pakietu CAD/EDA - Protel 99

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

EP 5/2000 Projekt elektronicznego kwadrantu z  sensorem MEMS ADXL202

EP 11/2000 Prezentacja narzędzi dla mikrokontrolerów H8S firmy Hitachi

EP 4/2001 Opis słynnego zestawu STK500 firmy Atmel Świat 2001 Atmel oferuje zestaw STK500

EP 7/2000

EP 12/2000

EP 5/2001

Prezentacja nowego środowiska programistycznego dla DSP firmy Texas Instruments – Code Composer Studio

Opis konstrukcji uniwersalnego dekodera RDS

Projekt wzmacniacza audio 2×250  W  w  klasie T na układzie firmy Tripath

Świat 1999 TI wprowadza na rynek zintegrowane środowisko programistyczne dla DSP

Świat 1997 Philips wprowadza do produkcji scalony dekoder RDS o  nazwie SAA6588

EP 8/2000

EP 12/2000

EP 5/2001

Prezentacja wzmacniaczy audio w  klasie T z  oferty firmy Tripath

Opis pierwszego modułu OEM dla GSM firmy Siemens – M20

Świat 2000 Firma Tripath wprowadza na rynek wzmacniacze w  klasie T

Świat 2000 Siemens rozpoczyna produkcję modułów OEM dla GSM o  nazwie M20

Prezentacja układów CSoC firmy Triscend Świat 2001 Firma Triscend – jako pierwsza na świecie – wprowadza do produkcji układy CSoC (rdzeń mikrokontrolera + FPGA w  jednej strukturze)

EP 9/2000 Projekt oscyloskopu cyfrowego na układzie ZM407 firmy ZMD

EP 1/2001

EP 6/2001

Prezentacja nowych mikrokontrolerów firmy Philips – rodzina miniaturowych 8051 – 51LPC

Projekt LED-owej, wielofunkcyjnej lampy rowerowej z  mikrokontrolerem

Świat 2000 Philips inicjuje produkcję mikrokontrolerów z  rdzeniem 8051 w  małych obudowach (16, 18 i  20 pinów) EP 9/2000

EP 1/2001

EP 6/2001

Pierwszy w  EP artykuł o  pakiecie LabView

Prezentacja mikrokontrolerów PSoC z  rdzeniem M8

Prezentacja narzędzi do realizacji projektów w  układach FPSLIC firmy Atmel Świat 2001 Atmel rozpoczyna produkcję układów SoC z  rodziny FPSILC: w  jednej strukturze zintegrowano mikrokontroler AVR i  FPGA z  rodziny AT40K40

Świat 2001 Cypress rozpoczyna produkcję konfigurowalnych mikrokontrolerów PSoC EP 10/2000 Prezentacja pierwszych w  ofercie Motoroli mikrokontrolerów z  pamięcią programu typu Flash (HC08) Świat 2000 Motorola wprowadza na rynek pierwsze mikrokontrolery z  rodziny HC08 z  wbudowaną pamięcią Flash

EP 1/2001

EP 6/2001

Prezentacja scalonych mostków PCI firmy PLX

Prezentacja pierwszych mikrokontrolerów MSP430 z  pamięcią Flash

Świat 2000 PLX wprowadza do sprzedaży pierwsze scalone, uniwersalne mostki PCI

Świat 2001 Texas Instruments rozpoczyna produkcję mikrokontrolerów MSP430 z  pamięcią Flash

EP 10/2000

EP 2/2001

EP 7/2001

Prezentacja MEMS-owych separatorów galwanicznych ADuM1100 firmy Analog Devices

Prezentacja laserowo programowanych układów CPLD efemerycznej firmy ClearLogic Świat 2000 Na rynek wkracza firma Clear Logic, oferująca tanie układy CPLD będące odpowiednikami rodziny MAX7000 Altery

Publikacja artykułu Zbyszka Raabe o  „Pipku dręczycielu”, po którym świat już nie był taki smutny.

Pamiętamy Cię Zbyszku!

EP 11/2000

EP 3/2001

EP 7/2001

Opis konstrukcji wzmacniacza audio dużej mocy na tranzystorach HexFET

Prezentacja mikrokontrolerów EX-USB firmy Cypress – do dziś niezwykle popularnych w  interfejsach USB

Pierwszy w  EP artykuł o  układach RF na pasma ISM firmy Nordic

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

31

20 lat minęło EP 8/2001 Opis standardu IEEE1532, który jest rozwinięciem popularnego JTAG Świat 2000 Publikacja opisu rozszerzenia standardu IEEE1149 o  mechanizmy ISC i  ISR - IEEE1532

EP 3/2002 Prezentacja analogowych układów programowalnych firmy Anadigm (FPAA)

EP 9/2002 Prezentacja możliwości układów interfejsowych firmy FTDI

Świat 2001 Anadigm wprowadza na rynek układy FPAA

Świat 2001 FTDI wprowadza na rynek układy interfejsowe USB FT8U2xx

EP 10/2001

EP 4/2002

EP 10/2002

Opis konstrukcji dekodera MP3 na układzie STA013

Prezentacja nowego pakietu CAD/EDA firmy Innoveda HDL2PCB do opisu projektu PCB za pomocą HDL

Prezentacja nowoczesnych metod projektowania elektroniki, bazujących na IP core’ach

Świat 2002 Premiera pakietu HDL2PCB firmy Innoveda EP 12/2001

EP 4/2002

EP 11/2002

Opis konstrukcji wzmacniacza o  nazwie SilverSound - z  końcówką wykonaną na tranzystorach IGBT

Opis systemu RFID na pasmo 13,56 MHz o  nazwie iCODE

Opis konstrukcji modemu PLC

EP 12/2001

EP 5/2002

Pierwszy artykuł o  mikrokontrolerach dsPIC firmy Microchip

Pierwszy projekt z  wykorzystaniem transmisji GSM (via telefon Siemens S35)

EP 11/2002 Radiowy SuperChip firmy Chipcon - prezentacja układu CC1010 Świat 2002 Chipcon wprowadza do sprzedaży transceivery SoC z  rdzeniem 8051

EP 1/2002

EP 7/2002

EP 11/2002

Pierwszy w  EP artykuł o  transceiverach RF na pasma ISM firmy Chipcon

Pierwszy projekt z  wykorzystaniem napędu CD - sterownik odtwarzacza audio

Prezentacja nowych oscyloskopów cyfrowych z  rodzin TDS1000 i  TDS2000

Świat 2001 Chipcon wprowadza do sprzedaży pierwsze układy radiowe na pasma ISM EP 3/2002 Opis konstrukcji interfejsu internetowego z  implementacją stosu TCP/IP na bazie układu Seiko S-7600 Świat 2001 Seiko wprowadza do produkcji krzemowy stos TCP/IP w  postaci układu S-7600

EP 7/2002 Pierwszy artykuł o  rdzeniach z  serii ARM7

Świat 2002 Tektronix wprowadza na rynek dwie nowe rodziny miniaturowych oscyloskopów cyfrowych: TDS1000 i  TDS2000 EP 12/2002 Opis zmian w  rodzinie mikrokontrolerów ATmega Świat 2002 Atmel rewolucyjnie zmienia mikrokontrolery z  rodziny ATmega

EP 3/2002

EP 8/2002

EP 12/2002

Prezentacja możliwości modułów GSM/GPRS m18 firmy Motorola

Pierwszy w  EP artykuł o  sterownikach SIMATIC S7-200

Opis konstrukcji nowej wersji odtwarzacza MP3 Yampp, wyposażonej w  interfejs USB

Świat 2001 Motorola wprowadza do produkcji moduł OEM GPRS o  nazwie g18 EP 3/2002

EP 9/2002

EP 1/2003

Prezentacja układów CPLD z  rodziny CoolRunner II firmy Xilinx

Opis konstrukcji odtwarzacza MP3 o  nazwie Yampp

Opis konstrukcji interfejsu USB/IDE umożliwiającego dołączenie do PC dysku twardego

Świat 2001 Xilinx wprowadza na rynek nową rodzinę CPLD - CoolRunner II

32

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

itd.

Konkursy jubileuszowe EP Jak wziąć udział w konkursach?

Odpowiedzi na pytania oraz zadania konkursowe należy przesłać do 30 listopada 2013 r., do redakcji Elektroniki Praktycznej pocztą elektroniczną na adres: [email protected] lub pocztą tradycyjną na adres: Elektronika Praktyczna, ul. Leszczynowa 11, 03-197 Warszawa. W tematach e-maili lub na kopercie należy umieścić dopiski z tytułami konkursów, których dotyczą nadsyłane odpowiedzi. Regulaminy konkursów zostały opublikowane w Internecie, pod adresem: http://ep.com.pl/konkursyjubileuszowe.html Konkurs Tespol

Do wygrania oscyloskop Tektronix TBS1022!

Firma Tespol wspólnie z magazynem Elektronika Praktyczna, organizują konkurs, w którym nagrodą główną jest oscyloskop TBS1022 firmy Tektronix. Pytania konkursowe: 1. Jak nazywa się oscyloskop z wbudowanym analizatorem widma, produkowany przez firmę Tektronix? 2. Czy oscyloskopy firmy Tektronix pozwalają na analizę magistral szeregowych i równoległych? 3. Jak nazywają się najnowsze analizatory jakości energii firmy Tektronix? 4. Czy firma Tektronix ma w swojej ofercie oscyloskopy przenośne z izolowanymi galwanicznie kanałami? ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

33

Konkursy jubileuszowe EP Konkurs ST

Do wygrania zestawy z STM32F0DISCOVERY! Firma ST Microelectronics wspólnie z magazynem Elektronika Praktyczna, organizują konkurs, w którym nagrodą główną jest aż 15 zestawów ewaluacyjnych STM32F0DISCOVERY. Pytania konkursowe: 1. Wymień co najmniej 4 podrodziny mikrokontrolerów STM32 i typy zastosowanych w nich rdzeni. 2. Która podrodzina STM32 ma największą dopuszczalną częstotliwość taktowania i jaka jest jej wartość? 3. Wymień ważny element wyposażenia zestawów DISCOVERY, występujący w każdej jego wersji. 4. Jak nazywa się rodzina mikrokontrolerów STM32 wyposażonych w rdzeń Cortex-M0+?

Konkurs RK-System

Wygraj bezcenny IAR Embedded Workbench for ARM Cortex-M! Konkurs związany jest z promocją kompilatora IAR Embedded Workbench for ARM Cortex-M, która trwa od 1.10.2013 do 31.12.2013 r. Magazyn Elektronika Praktyczna wspólnie z firmą RK-System organizują konkurs, w którym nagrodę główną stanowi pełna wersja kompilatora IAR Embedded Workbench for ARM Cortex-M. Koszt takiej licencji wynosi ponad 3 tys. euro! Aby wziąć udział w konkursie należy w terminie 30.11.2013 r. przesłać e-mailem na adres [email protected] lub listownie, na adres redakcji Elektronika Praktyczna, ul. Leszczynowa 11, 03-197 Warszawa, odpowiedzi na następujące pytania: 1. Które rodziny mikrokontrolerów można programować za pomocą IAR Embedded Workbench for ARM Cortex-M (wymienić trzy)? 2. Podaj nazwy przynajmniej trzech zestawów startowych (IAR KickStart Kit) oferowanych przez firmę IAR SYSTEMS. 3. Jak nazwywa się 32 kanałowy analizator stanów logicznych produkowany przez firmę RK-SYSTEM? 4. Czy waważarka VibroDAQ 2 produkowana przez RK-SYSTEM może służyć do wyważania tarcz ściernych bezpośrednio na maszynie szlifierskiej? W temacie e-maila lub na kopercie należy umieścić dopisek „Konkurs IAR SYSTEMS i RK-System”. Życzymy powodzenia!

34

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Konkursy jubileuszowe EP Konkurs Tomsad

Do wygrania programator VP390!

Firma Tomsad wspólnie z magazynem Elektronika Praktyczna, organizują konkurs, w którym nagrodą główną jest programator VP390 firmy Wellon. Pytania konkursowe: 1. Która firma jest oficjalnym dystrybutorem programatorów marki Wellon w Polsce? 2. Jaka jest maksymalna częstotliwość kwarcu, którym może być taktowany mikrokontroler ATmega168? 3. Kim był i co opracował Jan Czochralski?

Konkurs Freescale

Do wygrania zestawy 10×Freedom Kl25Z i 5×KwikStik K40!

Firma Freescale wspólnie z magazynem Elektronika Praktyczna, organizują konkurs, w którym nagrodą główną jest aż 10 zestawów Freescale Kl25Z oraz 5 zestawów KwikStik K40. Pytania konkursowe: 1. Wymień nazwy rodzin mikrokontrolerów z oferty Freescale, wyposażonych w rdzeń Cortex-M0+. 2. Jakie przewagi ma rdzeń Cortex-M0+ nad Cortex-M0 (wymień co najmniej 3 cechy)? 3. Czym zasadniczo różnią się mikrokontrolery Kinetis K od Kinetis L? 4. Jak nazywa się system operacyjny dla mikrokontrolerów Kinetis, oferowany bezpłatnie przez Freescale?

Konkurs Contrans TI

Do wygrania atrakcyjne zestawy ewaluacyjne dla mikrokontrolerów

Firma Contrans TI wspólnie z magazynem Elektronika Praktyczna, organizują konkurs, w którym nagrody stanowią atrakcyjne zestawy ewaluacyjne dla mikrokontrolerów. Są to: 1. SAMD20 Explained Pro + I/O1 Xplained Pro + PROTO1 Xplained Pro + OLED1 Xplained Pro 2. Starter-kit z procesorem sygnałowym Texas Instruments TMDS320VC5505 eZDSP™ 3. 2× Starter-kit z mikrokontrolerem MSP430 LaunchPad MSP-EXPG2 + Capacitive Touch BoosterPack + CONCC Booster 4. 2× Starter kit z mikrokontrolerem Texas Instruments z rdzeniem Cortex-M4F LaunchPad Tiva C TM4C123/Stellaris LM4F120 Pytania konkursowe: 1. W jednym z typów elementów magnetycznych produkowanych przez Vacuumschmelze zastosowano przyrząd półprzewodnikowy produkowany przez Texas Instruments. Jaki to typ elementu?* 2. Wymień co najmniej dwie rodziny mikrokontrolerów lub procesorów, dla których oferowane są moduły ewaluacyjne z serii LaunchPad. 3. Jaką nazwę nosi sklep internetowy firmy Contrans TI? *podpowiedź na www.contrans.pl/VAC_TI

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

35

Konkursy jubileuszowe EP Konkurs Biall PowerLab, Biall Brymen

Do wygrania przetwornica PowerLab oraz multimetr Brymen BM257

Firma Biall (www.biall.com.pl) wspólnie z magazynem Elektronika Praktyczna, organizują konkurs, w którym nagrodami są: przetwornica napięcia 12V=230V~ 600W P12-600 firmy PowerLab (nr kat 116306), mająca wyjście USB 5V 0,5A i jest bardzo dobrze zabezpieczona przed przeciążeniami, zwarciem i przegrzaniem (wbudowane inteligentne chłodzenie wentylatorem) oraz multimetr BM257 firmy Brymen. Pytania konkursowe: 1. W jaki sposób można składać zamówienia w sklepie firmy Biall i pod jakim adresem jest umieszczona jego witryna? 2. Których firm wyłącznym importerem i przedstawicielem jest firma Biall, a których jest dystrybutorem?

Konkurs EP

Do wygrania książki o elektronice i automatyce

Magazyn Elektronika Praktyczna organizuje konkurs, w którym nagrodą główną jest 9 książek poświęconych elektronice i automatyce. Należy wymyślić hasło reklamowe dla czasopisma Elektronika Praktyczna. Spośród nadesłanych haseł wybierzemy 9 najlepszych, a ich autorzy otrzymają po jednej książce, przy czym pierwszeństwo wyboru książek będą mieli autorzy ciekawszych haseł. Do wygrania są następujące książki: • „Android w praktyce”, • „Inteligentny dom. Automatyzacja mieszkania za pomocą platformy Arduino, systemu Android i zwykłego komputera”, • „AutoCAD 2013 PL. Pierwsze kroki”, • „Spraw, by rzeczy przemówiły. Programowanie urządzeń elektronicznych z wykorzystaniem Arduino”, • „Budowa robotów dla średnio zaawansowanych. Wydanie II”.

36

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Konkursy jubileuszowe EP Konkurs Atmel

Do wygrania zestawy z SAM20!

Firma Atmel wspólnie z magazynem Elektronika Praktyczna, organizują konkurs, w którym nagrodą główną jest aż 10 4-cześciowych zestawów ewaluacyjnych dla SAM20. Pytania konkursowe: 1. Wymień rodziny mikrokontrolerów z rdzeniem z rodziny Cortex-M, produkowane przez firmę Atmel. 2. Jaką maksymalną częstotliwość taktowania rdzenia dopuszcza producent w mikrokontrolerach D20? 3. Jakie rodziny mikrokontrolerów obsługuje pakiet Atmel Studio? 4. Dlaczego układy SAMA5D nie są mikrokontrolerami?

Konkurs BTC

Do wygrania książki o mikrokontrolerach

Wydawnictwo BTC wspólnie z magazynem Elektronika Praktyczna, organizują konkurs, w którym nagrodą główną jest 10 książek poświęconych mikrokontrolerom. Aby wziąć udział w konkursie należy odpowiedzieć na pytanie: „Jakie książki powinno wydać BTC?” i uzasadnić swoją odpowiedź. Autorzy najlepszych odpowiedzi otrzymają książki „Mikrokontrolery LPC1100 – pierwsze kroki”.

Konkurs Siemens

Do wygrania sterownik PLC Logo! 0BA7

Firma Siemens Polska wspólnie z magazynem Elektronika Praktyczna, organizują konkurs, w którym nagrodą główną jest sterownik Logo! 0BA7. Pytania konkursowe: 1. Wymień co najmniej trzy różnice pomiędzy LOGO! w wersjach 0BA6 i 0BA7. 2. Za pomocą jakiego oprogramowania można przygotowywać aplikacje dla Logo!? 3. Ile cyfrowych linii wejściowych ma najdłuższe Logo!? 4. Jakiego rodzaju wyjścia mają Logo! oznaczone w nazwie sufiksem R?

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

37

PROJEKTY

Wielopunktowy termometr z rejestracją Projekty związane z  pomiarem temperatury cieszą się ogromna popularnością. Wielopunktowe termometry przydają się w  systemach inteligentnych budynków mieszkalnych, czy choby do sterowania ogrzewaniem w  szklarni lub hali magazynowej. Można zaryzykować stwierdzenie, że urządzenia tego typu mają jedną wielką zaletę: kiedyś, gdzieś się przydadzą. Dowodem na to jest popularność, którą cieszy się zestaw AVT5330 – 8-kanałowy termometr do PC. Rekomendacje: wielopunktowy termometr z  rejestracją rozszerza możliwości AVT5330 o  zdolność do rejestrowania pomiarów na wymiennym nośniku oraz możliwość pracy z  zasilaniem bateryjnym. W trybie podstawowym termometr wielopunktowy pracuje niemal identycznie, jak AVT5330. Zasilany z  portu USB komputera może mierzyć temperaturę za pomocą wielu czujników przesyłając wyniki w  formie komunikatu tekstowego. W  trybie rozszerzonym urządzenie zapisuje wyniki wykonanych pomiarów na nośniku, którym jest karta microSD. Dodatkowo, pomiędzy pomiarami pobór energii jest redukowany, co pozwala na zasilanie termometru z  baterii nawet w czasie kilkudniowej, nieprzerwanej rejestracji.

1-Wire przykurzony standard Elementami użytymi do mierzenia temperatury są czujniki DS1820 wyposażone w  interfejs 1-Wire. Standard transmisji danych za pomocą tej magistrali był szczególnie popularny na początku lat 90-tych minionego wieku. Miało to związek z jej paroma cechami: • prostotą, gdyż magistrala składa się tylko z przewodu sygnałowego i przewodu masy, • nieskomplikowanym protokołem transmisji danych,

38

AVT 5420

Rysunek 1. Przebiegi napięcia podczas transmisji bitów za pomocą 1-Wire • organizacją pozwalającą na dołączenie do magistrali wielu układów, • protokołem umożliwiającym komunikowanie się ze wszystkimi układami jednocześnie lub tylko z jednym wybranym oraz wyszukiwać układy przyłączane do magistrali w czasie pracy. Dodatkowo, magistrala 1-Wire zapewnia możliwość transmisji danych na odległość 50 i więcej metrów (zależnie od pojemności przewodów), co współcześnie nie ma takiego znaczenia przy powszechnej dostępności modułów radiowych ISM. W  szczycie popularności tego interfejsu, było dostępnych wiele elementów przystosowanych do współpracy z  magistralą 1-Wire, takich jak pamięci RAM i EPROM, przełączniki, potencjometry, układy identyfikacji i zabezpieczenia oraz właśnie termometry. Do dzisiaj na szerszą skalę stosuje się te ostatnie, głównie ze względu na łatwość użycia i  dostępność algorytmów obsługi, choćby dla mikrokontrolerów PIC czy AVR. Opis protokołu jest powszechnie dostępny i dlatego warto jedynie przypomnieć podstawowe zasady transmisji, co pozwoli na łatwiejsze zrozumienie zasady działania ter-

mometru wielokanałowego. W  czasie pracy linia danych magistrali – poprzez dodatkowy opornik – jest na stałe podciągana do napięcia zasilania. Za pomocą tego rezystora czujniki mogą być zasilane. Wszystkie dołączone do tej magistrali układy, czyli centralny sterownik i czujniki, mają wyjścia typu otwarty dren lub otwarty kolektor, ponieważ specyfikacja interfejsu wymaga, aby był możliwy „iloczyn na drucie”. Transmisja danych po 1-przewodowej magistrali odbywa się szeregowo, bit po bicie, w  trybie master – slave. Nie występuje żadna dodatkowa synchronizacja, a  o  wartości przesyłanych bitów decyduje czas trwania impulsów o  poziomie niskim. Dla bitu równego „1” ten czas musi mieścić się w  przedziale od 1…15  ms. Dla bitu równego „0” czas zwarcia magistrali powinien być dłuższy od 15 ms i nie przekraczać 60 ms. Na rysunku 1 pokazano przebiegi napięcia podczas transmisji bitów za pomocą 1-Wire. Wysłanie oraz odczyt bitu z  czujnika inicjuje sterownik magistrali 1-Wire (urządzenie master). Przy odczycie sterownik zwiera magistralę 1-Wire do masy przez czas ok. 1  ms, a  następnie ją zwalnia. Jeżeli ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Wielopunktowy termometr z rejestracją

ELEKTRONIKA Rysunek 2. Schemat PRAKTYCZNA ideowy 10/2013 wielopunktowego termometru z rejestracją

39

PROJEKTY W ofercie AVT* AVT-5420 A AVT-5420 B AVT-5420 UK Podstawowe informacje: • Czujniki temperatury: DS1820, DS18S20 lub DS18B20. • Maksymalnie do 8 czujników. • Czujniki są dołączane do pojedynczej, 2-przewodowej magistrali 1-Wire. • Maksymalna długość kabla czujników 50 m (zależy od pojemności kabla). • Zasilanie z  portu USB komputera lub z  zewnętrznej baterii o  napięciu od 3,8…5,5  V. • Rejestracja danych na karcie microSD zamontowanej na płytce urządzenia. • Możliwość ustawienia czasu pomiędzy kolejnymi pomiarami w  przedziale od 2 s…23 godz. 59 min. 59 sek. • Maksymalna liczba pomiarów w  pojedynczym cyklu do 65535. Dodatkowe materiały na CD lub FTP: ftp://ep.com.pl, user: 52062, pass: 2174bqnf • wzory płytek PCB • karty katalogowe i  noty aplikacyjne elementów oznaczonych w  Wykazie elementów kolorem czerwonym Projekty pokrewne na CD/FTP: (wymienione artykuły są w  całości dostępne na CD)

AVT-1734 Termometr do wędzarni (EP 4/2013) AVT-5373 Tlogger – rejestrator temperatury (EP 12/2012) AVT-1705 Moduł do pomiaru temperatury z  interfejsem RS485 (EP 9/2012) AVT-1697 Wielogabarytowy termometr LED (EP 8/2012)

* Uwaga: Zestawy AVT mogą występować w  następujących wersjach: AVT xxxx UK to zaprogramowany układ. Tylko i  wyłącznie. Bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli w  opisie wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A+ płytka drukowana i  zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A  i  wersji UK) bez elementów dodatkowych. AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów wymieniony w  załączniku pdf AVT xxxx C to nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli elementy wlutowane w  PCB. Należy mieć na uwadze, że o  ile nie zaznaczono wyraźnie w  opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które nie zostały wymienione w  załączniku pdf AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz jeśli występuje, to niezbędne oprogramowanie można ściągnąć, klikając w  link umieszczony w  opisie kitu) Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+, B lub C). http://sklep.avt.pl

odczytywany bit ma mieć wartość „0”, czujnik podtrzymuje stan niski na magistrali przez czas 15…60 ms, a dla „1” po zwolnieniu magistrali przez sterownik, czujnik nie przedłuża poziomu niskiego. W taki sposób bit po bicie sterownik wysyła magistralą do czujników także bajty rozkazów sterujących. Za pomocą rozkazów sterownik może kontrolować wszystkie czujniki dołączone do magistrali, wybierać pojedynczy czujnik lub ustalać, ile i jakie czujniki są aktualnie przyłączone do magistrali. Dzieje się tak dzięki temu, że wszystkie układy współpracujące z  magistralą, w  tym także termometry np. DS18B20, mają unikatowy numer seryjny. Ponieważ producent gwarantuje, że taki sam numer nie będzie przypisany do więcej niż jednego układu, staje się możliwe sterowanie za pośrednictwem jednej, wspólnej magistrali wieloma dołączonymi do niej czujnikami.

Schemat ideowy układu wielopunktowego termometru Na rysunku 2 zamieszczono schemat ideowy wielopunktowego termometru z  rejestracją pomiarów. Do realizacji projektu użyto mikrokontrolera STM32F101C8 w  obudowie

40

o  48-wyprowadzeniach. Ponieważ główną funkcją układu jest pomiar temperatury, krótki opis schematu rozpoczynam od gniazda magistrali 1-Wire, poprzez którą układ steruje i odczytuje dane z czujników temperatury. 2-przewodową magistralę 1-Wire dołącza się do gniazda JP4. Dodatkowe wyprowadzenie gniazda JP4-1 dostarcza napięcia zasilającego 3,3 V, ale w tej wersji projektu nie jest ono wykorzystane. Rezystor R12 podciąga napięcie przewodu sygnałowego magistrali do poziomu wysokiego, bliskiego napięciu zasilania. Obsługą magistrali zajmują się dwa porty mikrokontrolera – PA2 i PA3. Ponieważ mikrokontroler wysyła dane i je odbiera zastosowanie dwóch portów pracujących jako wejście i wyjście upraszcza sterowanie. Do połączenia z zewnętrznym komputerem jest używany port USB z typowym konwerterem FT232R. Gniazdo JP3 typu USB-B nie tylko służy do transmisji, ale dostarcza także zasilania poprzez diodę zabezpieczającą D1. Kiedy płytka nie jest podłączona do portu USB komputera może pobierać zasilanie z baterii o napięciu 3,8…5,5 V dołączonej do gniazda JP2. Zastosowane diody pozwalają na pracę urządzenia, gdy jednocześnie jest włączona bateria i  dołączony port USB komputera. Dodatkowy układ z tranzystorem Q1, poprzez zmianę poziomu napięcia na porcie PA0, informuje mikrokontroler o fakcie dołączenia do USB. Ma to istotne znaczenie w  sytuacjach, gdy pomiędzy kolejnymi pomiarami urządzenie znajdzie się w trybie uśpienia dla ograniczenia poboru mocy. Doprowadzenia napięcia do portu USB JP3 poprzez tranzystor Q1 wybudzi mikrokontroler i umożliwi użytkownikowi normalną komunikację z urządzeniem. Karta microSD, na której zapisywane są kolejne pomiary temperatury, jest umieszczana w  gnieździe SD1. Mikrokontroler komunikuje się z kartą w trybie SPI. Ponieważ pomiary na karcie zapisywane są w systemie plików FAT, jest potrzebny zegar dostarczający informację o  dacie i  czasie utworzenia pliku. W  tym celu zastosowano wewnętrzny zegar RTC mikrokontrolera, który do działania potrzebuje kwarcu zegarkowego 32,768 kHz (X1). Do podtrzymania działania zegara w  czasie, gdy jest odłączone zasilanie płytki jest używana bateria litowa BT1. Dodatkowo, bateria podtrzymuje zawartość wewnętrznych rejestrów mikrokontrolera w tzw. „backup domain”, gdy jest odłączone zasilanie. Ponieważ w  tych rejestrach program sterujący urządzenia przechowuje kluczowe informacje, takie jak numer kolejny pomiaru, czas uśpienia pomiędzy pomiarami czy flagi stanu pracy, po przywróceniu zasilania układ może kontynuować pomiary od momentu sprzed jego zaniku. W  zasilaczu termometru zastosowano dwa stabilizatory U2 i  U3 o  bardzo małym poborze prądu (ok. 50 mA). Włączony na sta-

Rysunek 3. Schemat montażowy wielopunktowego termometru z rejestracją

Rysunek 4. Schemat montażowy płytki przedłużacza magistrali 1-Wire łe U3 dostarcza mikrokontrolerowi napięcia zasilającego o wartości 3,3 V. Stabilizator U2 zasila pozostałe obwody, w  tym magistralę 1-Wire, kartę microSD, pamięć konfiguracyjną EEPROM (U5). Po podaniu niskiego poziomu na wejście SHT układów U2 i U3, sumaryczny pobór prądu przez układ w trybie uśpienia spada do 350  mA, co pozwala na długotrwałą pracę przy zasilaniu tylko z baterii. Do gniazda JP1 dołączono interfejs JTAG mikrokontrolera, przydatne przy uruchamianiu lub tworzeniu oprogramowania. Elementami konfigurującymi są zwory Z3…Z5, a  funkcje sygnalizacyjne pełnią diody LED D3…D5. Pamięć EEPROM U5 jest przeznaczona do zapamiętania informacji konfiguracyjnych, takich jak liczba i unikatowe numery czujników zarejestrowanych w  systemie. Pamięć z interfejsie I2C musi być zdolna do pracy przy napięciu zasilającym 3,3 V.

Montaż Schemat montażowy termometru pokazano na rysunku  3. Niemal wszystkie kondensatory, rezystory i  diody są elementami SMD w obudowach 0805. Płytka jest dosyć duża, ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

co zapewnia swobodę przy lutowaniu elementów. 9-stykowe gniazdo JP1 jest typu crimp terminal o  rastrze 1,25  mm. Jeżeli port JTAG nie będzie używany, można go nie montować. Ze względu na ich specjalne przeznaczenie nie należy także na początku zwierać pól lutowniczych zwór Z1 i Z2. Dodatkowo, na potrzeby termometru zostały zaprojektowane płytki przedłużaczy dla magistrali 1-Wire (rysunek 4). Ich użycie ułatwia dołączenie do magistrali kolejnych węzłów z dodatkowymi czujnikami.

Uruchomienie wstępne Po zakończeniu montażu można wstępnie sprawdzić jego poprawność kontrolując napięcie dostarczane przez stabilizator U3. W  tym celu do złącze JP2 należy doprowadzić napięcie 4…5  V. Uwaga! Podanie na to wejście napięcia wyższego niż 6 V grozi zniszczeniem stabilizatora. Należy także zwrócić uwagę na polaryzację, chociaż dioda D2 chroni przed innymi nieprzyjemnymi konsekwencjami pomyłki. Jeżeli montaż jest poprawny napięcie na kondensatorze C15 powinno wynosić 3,3 V ±0,1 V. Do opisywanego projektu przygotowane zostało oprogramowanie, które trzeba zapisać w pamięci Flash mikrokontrolera. W tym celu można się posłużyć portem JTAG dołączonym do gniazda JP1. Jest jednak prostszy sposób. Można wykorzystać port USB urządzenia i  odpowiedni program narzędziowy do zapisu, np. firmowy Flash Loader Demonstrator. Posługując się do zapisu firmowym programem Flash Loader należy wykonać następujące kroki: 1. Przy wyłączonym zasilaniu należy zewrzeć na płytce urządzenia pola lutownicze zwory Z1. 2. Połączyć kablem USB gniazdo urządzenia z wolnym portem komputera. 3. Na komputerze uruchomić program Flash Loader Demonstrator ustawiając następujące opcje: – Port Name: z  listy rozwijanej wybrać port COM, do którego jest dołączo-

ne urządzenie (w  systemie Windows informacje o  USB można znaleźć w sekcji Device Manager). Baud Rate: 115200. Parity: Odd. Echo: Disabled. Wymienione ustawienia pokazano na rysunku 5. 4. Po kliknięciu na Next powinno nastąpić wykrycie mikrokontrolera zamontowanego na płytce, a po kolejnych naciśnięciach Next powinna zostać wyświetlone okno podobne do pokazanego na rysunku 6. 5. Za pomocą listy Download To File należy wskazać położenie pliku HEX z oprogramowaniem do zapisu do pamięci Flash mikrokontrolera. Aktualnie plik oprogramowania wielopunktowego termometru z  rejestracją nosi nazwę Term_SD_v16-10.hex, ale numeracja może się zmienić, jeżeli plik w  międzyczasie zostanie uaktualniony. Po zaznaczeniu opcji Download To Device, Optimize, Verify after download i  kliknięciu na przycisk Next nastąpi proces kasowania pamięci, programowania i  kontroli poprawności zbioru zapisanego w  pamięci Flash mikrokontrolera. 6. Jeżeli wszystko przebiegnie prawidłowo, należy zamknąć program Flash Loader Demonstrator, odłączyć kabel USB i usunąć połączenie zwory Z1 na płytce urządzenia.

Rysunek 5. Okno z parametrami wirtualnego portu szeregowego

Na CD: karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w wykazie elementów kolorem czerwonym

Wielopunktowy termometr z rejestracją Wykaz elementów Rezystory: (SMD 0805) R1: 10 kV R2, R3, R5: 100 kV R4, R6, R8, R9: 3,3 kV R7, R10…R12: 1 kV Kondensatory: (SMD 0805) C1, C7…C9: 15 pF C2…C6, C13, C14: 100 nF C10, C12, C15, C17: 1 mF C11, C16: 470 pF Półprzewodniki: D1, D2: BYS11-90 (dioda Schottky) D3…D5: dioda LED SMD Q1: BC847 (SOT-23) U1: STM32F101 (LQFP48) U2, U3: TC1185-3.3V (SOT25) U4: FT232R (SSOP28) U5: AT24C32 (SO-8) Inne: BT1: bateria CR2032 CON9: złącze JTAG CON2: DG127-5.0/2 Gniazdo USB-B CON3: DG127-5.0/3 Gniazdo Micro SD X1: kwarc 8 MHz X2: kwarc 32,768 kHz Sygnałem, że urządzenie funkcjonuje prawidłowo jest dwukrotne mignięcie diody D3 po ponownym zasileniu układu termometru. Po zaprogramowaniu mikrokontrolera można zewrzeć zworę Z2 dołączając zasilanie z baterii 3 V do mikrokontrolera.

Rysunek 6. Okno główne programatora

REKLAMA

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

41

PROJEKTY Rejestracja czujników temperatury Chociaż opisywany układ w  jednej ze swych opcji ma działać podobnie jak AVT5330, obie konstrukcje różnią się sposobem dołączenia czujników temperatury. AVT5330 ma wydzielonych 8 niezależnych magistral 1-Wire i  do każdej z  nich można dołączyć tylko jeden czujnik. Ten termometr posługuje się tylko jedną magistralą 1-Wire, do której w dowolnym miejscu można dołączyć do 8 czujników temperatury. Cała magistrala ogranicza się do 2 przewodów, jednak konieczna staje się procedura rejestracji. W jej wyniku kolejne czujniki otrzymają swoje numery kanałów, dzięki czemu użytkownik będzie wiedział, w którym kanale wykonano pomiar. Procedura rejestracji jest bardzo łatwa i wygląda następująco: 1. Od magistrali 1-Wire należy odłączyć wszystkie czujniki. 2. W dowolnym momencie należy zewrzeć zworę Z5, co spowoduje błyskanie diody D3, jak na rysunku 7a (górny). 3. Kolejno do linii sygnałowej i masy magistrali należy dołączyć czujniki. Wykrycie i rejestracja czujnika w systemie zostanie potwierdzone krótkimi błyskami diody D3. Liczba błysków informuje o  numerze kanału, do którego został przypisany czujnik. Na rysunku 7b pokazano sygnalizację rejestracji czujnika dla 2 kanału pomiarowego. 4. Po zarejestrowaniu wszystkich potrzebnych czujników (od 1 do 8) należy usunąć zworę Z5. Jeżeli w momencie zwarcia zwory Z5 do magistrali będą dołączone jakieś czujniki, to zostaną one automatycznie przypisane do kanałów pomiarowych w  kolejności ich unikatowych numerów seryjnych. Jeżeli użytkownik nie będzie znał wcześniej tych numerów, nie będzie mógł zorientować się, do którego kanału został przypisany dany czujnik.

Rysunek 7. Sygnalizowanie wykrycia czujnika (a) i dołączenia do określonego kanału (b)

Rysunek 8. Okno programu służącego do obsługi termometru – status połączenia

Oprogramowanie do obsługi wielopunktowego termometru Do obsługi termometru zostało utworzone oprogramowanie pracujące w  systemie Windows. Jest ono przystosowane do obsługi wielopunktowego termometru oraz termometru AVT5330. Pliki oprogramowania należy skopiować do dowolnego katalogu i uruchomić zbiór EXE. Tryby pracy: tryb AVT5330. Wielopunktowy termometr może pracować w  trybie AVT5330. Żeby tak się stało, należy zewrzeć zworę Z3, gdy urządzenie jest odłączone od zasilania. Dotyczy to napięcia pobieranego z portu USB poprzez JP3 oraz zasilania bateryjnego, dołączanego poprzez JP2. Po zasileniu urządzenia zacznie ono wykonywać pomiary temperatury i  co 2  s wysyłać je przez interfejs USB. Uwaga: w tym trybie mikrokontroler nie pracuje w trybie oszczędnym i urzą-

42

Rysunek 9. Wykresy zmian temperatury dzenie cały czas pobiera ze źródła zasilania pełną moc. Żeby wykonane pomiary mogły być wykorzystane przez program uruchomiony na komputerze musi on najpierw połączyć się z  termometrem. Jeżeli wielopunktowy termometr jest połączony kablem z  portem USB, należy uruchomić na komputerze program.

Na pierwszej zakładce należy nacisnąć ikonę połączenia. Rozpocznie się automatyczne wyszukiwanie urządzenia, a po jego odnalezieniu zostanie wyświetlona informacja o  numerze podłączonego portu COM i  komunikat „OK” (rysunek  8). Od tego momentu odebrane komunikaty pomiarów zostaną wyświetlane na tablicy. W wersji graficznej wykresy temperatuELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Wielopunktowy termometr z rejestracją

Rysunek 10. Okno programu służącego do obsługi termometru – tryb rozszerzony ry mogą być wyświetlone po otwarciu drugiej zakładki, jak na rysunku 9. W trybie AVT5330 odebrane komunikaty mogą być zapisane na dysku w  formie pliku tekstowego. Później taki plik można ponownie wczytać do programu dla dokładnej analizy. Tryby pracy: tryb Rozszerzony. Jeżeli w  momencie włączenia zasilania urządzenia zwora Z3 będzie rozwarta, wielopunktowy termometr zacznie pracować w  trybie rozszerzonym i możliwe będzie przejście do trzeciej zakładki programu uruchomionego na komputerze. Widok tej zakładki pokazano na rysunku 10. Po przejściu do zakładki Tryb Rozszerzony program rozpocznie automatyczne poszukiwanie dołączonego urządzenia. W przypadku niepowodzenia należy wyjąć kabel USB z gniazda w komputerze i po 2 s ponownie go dołączyć. Po kliknięciu na przycisk ODŚWIEŻENIE ODCZYTU na zakładce programu, rozpocznie on ponowne wyszukiwanie i jeżeli termometr lub sterowniki USB w komputerze nie są uszkodzone, powinien odnaleźć dołączone urządzenie. Sygnałem, że tak się stało jest wyświetlenie w  odpowiednich okienkach numeru seryjnego urządzenia i  wersji zainstalowanego oprogramowania. Od tego momentu możliwe jest Przeznaczenie elementów konfiguracyjnych i sygnalizacyjnych Zwory: Z1: włączenie trybu zapisu oprogramowania do pamięci FLASH mikrokontrolera (opis przy programowaniu mikrokontrolera). Z2: złącze baterii podtrzymującej zasilanie mikrokontrolera. Z3: przełączenie pomiędzy Trybem AVT5330 a Trybem Rozszerzonym. Z4: w aktualnej wersji oprogramowania nieużywana. Diody sygnalizacyjne D3: dioda sygnalizująca stan urządzenia: pomiar temperatury, rejestrację termometrów, względnie wystąpienie błędu. D4,D5: -diody sygnalizujące transmisję i odbiór danych interfejsem USB.

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

sterowanie urządzeniem pracującym w Trybie Rozszerzonym. W  okienkach edycji można wpisać okres kolejnych automatycznych pomiarów w zakresie od 2  s do 23 godzin 59 minut 59 sekund i  przesłać go do urządzenia po kliknięciu na przycisk Akceptacja nowego ustawienia. Dodatkowo, należy zaznaczyć pole pomiar automatyczny z ustawionym okresem. Można skorygować ustawienie zegara RTC termometru czasem komputera PC po kliknięciu na przycisk Akceptacja nowego ustawienia. Po zaznaczeniu pola START pomiarów rozpocznie się cykl pomiarów automatycznych z  wcześniej ustalonym okresem. Usunięcie zaznaczenia pola oznacza zakończenie cyklu pomiarów. Uzyskanie informacji o  bieżącym stanie cyklu pomiarów nastąpi po kliknięciu na ODŚWIEŻENIE ODCZYTU. W  odpowiednich polach wyświetlona zostanie informacja o dacie i godzinie startu bieżącego cyklu pomiarów i numerze kolejnym pomiaru. W polu statusu pojawi się komunikat o braku błędów lub o ich wystąpieniu. Możliwe są ich dwa rodzaje: brak prawidłowego odczytu z któregoś z czujników temperatury, gdy jednorazowo lub trwale jest przerwana komunikacja z jednym lub większą liczbą czujników. Drugi komunikat wystąpi, gdy niemożliwe będzie dopisanie odczytanych pomiarów do pliku na karcie SD. Po kliknięciu na przycisk ODŚWIEŻENIE ODCZYTU następuje również odświeżenie odczytu czasu zegara RTC urządzenia. Jeżeli są włączone pomiary cykliczne, to będą one wykonywane automatycznie, a  wyniki zapisywane na karcie microSD. W czasie pomiarów urządzenie nie musi być połączone z  portem USB. Jeżeli jest odłączone od portu USB, to musi być zasilane z zewnętrznej baterii lub zasilacza napięciem stałym o  wartości z zakresu 3,8…5,5 V. Uwaga! Wartość napięcia zasilającego nie może być wyższa niż 6 V, gdyż grozi to zniszczeniem stabilizatora.

Organizacja zapisu na karcie microSD. Pomiary zapisywane są w  pliku tekstowym w formie podobnej do tej, która jest wyświetlana w  tabeli na pierwszej zakładce programu. Dzięki temu plik może być nie tylko wczytany ponownie do programu, ale także do praktycznie każdego arkusza kalkulacyjnego i edytora tekstowego. W odróżnieniu od trybu AVT5330, w  Trybie Rozszerzonym zapamiętywany jest nie tylko czas względy, ale także rzeczywisty i data wykonania kolejnych pomiarów. Jeżeli kanał nie ma zarejestrowanego czujnika lub komunikacja z czujnikiem nie była możliwa, zamiast informacji o odczytanej temperaturze pojawią się znaki podkreślenia. Dane po kolejnym pomiarze dopisywane są do już zapisanych w pliku tekstowym. Pliki kolejnych cykli pomiarowych przechowywane są w podkatalogach przypisanych do każdego dnia tygodnia. Jeżeli cykl pomiarów trwa dłużej niż jedną dobę, plik zostanie zapisany w  podkatalogu tego dnia tygodnia, w którym cykl pomiarowy został rozpoczęty. W  każdym podkatalogu dnia można zapisać do 254 plików cykli pomiarów. Po przekroczeniu tej liczby stare pliki zostają nadpisane nowymi. Odczyt plików pomiarów w tej wersji jest możliwy bezpośrednio z  karty microSD po jej wyjęciu z gniazda urządzenia.

Znane ograniczenia i problemy w pracy urządzenia Wielopunktowy termometr w  tej wersji oprogramowania nie ma procedury kalibracji zegara RTC. Jego dokładność zależy od zastosowanego kwarcu i  dołączonych do niego pojemności. Z  tych powodów mogą pojawić się znaczna niedokładność wskazań i  konieczność częstej korekcji zegara czasem systemowym komputera. Dla magistrali 1-Wire powyżej 50  m w obecności silnych pól elektromagnetycznym np. przy bliskim sąsiedztwie kabli energetycznych niektóre odczyty z  czujników mogą być zakłócone. Mogą pojawić się kłopoty z  automatycznym wykrywaniem urządzenia przez oprogramowanie komputera. Zwykle pomaga rozłączenia kabla USB, ponowne podłączenie i ponowienie wyszukiwania.

Ryszard Szymaniak, EP REKLAMA

43

PROJEKTY

Cyfrowy generator sygnału AVT prostokątnego 5418 Nieodzownym przyrządem w  pracowni każdego elektronika jest generator. Jeśli zajmujemy się techniką cyfrową, to do większości zastosowań wystarczy generator przebiegu prostokątnego. Dobrze, aby miał regulowaną częstotliwość i  wypełnienie impulsów. Napięcie wyjściowe powinno mieć co najmniej poziom TTL – do układów CMOS łatwo dopasować go np. za pomocą dzielnika rezystorowego. Te warunki spełnia projekt generatora opisany w  artykule. Rekomendacje: przyrząd dla elektroników-eksperymentatorów, którzy szukają niedrogiego i  użytecznego wyposażenia dla swojej pracowni – generuje przebieg TTL o  zadanej częstotliwości i  wypełnieniu. Schemat ideowy generatora pokazano na rysunku 1. Można na nim wyodrębnić następujące bloki funkcjonalne: • Stabilizator napięcia zasilania. • Mikrokontroler ATmega8 z  rezonatorem kwarcowym i obwodami polaryzującymi odpowiednie wejścia. • 3-cyfrowy wyświetlacz 7-segmentowy ze sterownikami anod i rezystorami ograniczającymi prąd segmentów. • Potencjometryczne regulatory częstotliwości i wypełnienia. • 5-pozycyjny przełącznik wyboru zakresu częstotliwości z diodami LED sygnalizującymi wybrany zakres. • Tranzystor wykonawczy z  zabezpieczeniami. Stabilizator napięcia zasilania dostarcza dobrze odfiltrowanego napięcia stałego +5 V do zasilania innych bloków. Aby sygnał wyjściowy nie był zniekształcany (głównie przez wolno narastające zbocza po dołączeniu stosunkowo dużego obciążenia), musi on charakteryzować się możliwie małą impedancją wewnętrzną. Z  tego względu zastosowano kondensatory elektrolityczne o  pojemności nieco większej niż ta, którą stosuje się zwy-

44

czajowo w  układach o  podobnym poborze prądu. Kondensatory ceramiczne C7 i  C9 zamontowano bardzo blisko wyprowadzeń stabilizatora, by zakłócenia impulsowe, które będą propagowały się po ścieżkach, nie doprowadziły do jego wzbudzenia. Mikrokontroler typu ATmega8 jest centralnym układem sterującym w generatorze. Odpowiada za obsługę interfejsu użytkownika oraz generowanie sygnału o  pożądanej częstotliwości i wypełnieniu, dlatego źródło sygnału zegarowego musi być możliwie stabilne w  funkcji czasu i  temperatury. Temu zadaniu z powodzeniem może sprostać rezonator kwarcowy Q1 o częstotliwości 16 MHz. Rezystor R1 oraz kondensator C4 filtrują napięcie zasilające, które jest używane jako napięcie referencyjne dla wbudowanego przetwornika A/C, który z kolei służy do odczytywania położenia osi potencjometrów. Takie rozwiązanie nie zapewnia wprawdzie wysokiej stabilności owego napięcia (stabilizatory typu 78xx nie nadają się do pracy jako źródła napięcia referencyjnego), lecz cenną zaletą wszystkich przetworników A/C jest prezentowanie pomiaru w formie względnej, to znaczy, jaką częścią napięcia odniesienia

W ofercie AVT* AVT-5418 A AVT-5418 B AVT-5418 UK Podstawowe informacje: • Sygnał wyjściowy: prostokątny, TTL o  obciążalności ok. 300 mA. • Zakres generowanych częstotliwości: 0…49,9  kHz. • Zmiana wypełnienia w  zakresie 1…99%. • Płytka drukowana o  wymiarach 95  mm×55  mm Dodatkowe materiały na CD lub FTP: ftp://ep.com.pl, user: 52062, pass: 2174bqnf • wzory płytek PCB • karty katalogowe i  noty aplikacyjne elementów oznaczonych w  Wykazie elementów kolorem czerwonym Projekty pokrewne na CD/FTP: (wymienione artykuły są w  całości dostępne na CD)

AVT-1728 Generator HF z  powielaniem częstotliwości (EP 3/2013) AVT-5155 Generator DDS (EP 10-11/2008) AVT-1474 Generator fali prostokątnej o  regulowanym współczynniku wypełnienia (EP 8/2008) AVT-2869 Generator DDS (EdW 7/2008) AVT-5124 Generator funkcyjny DDS (EP 2/2008) AVT-2846 Generator funkcyjny 0,1  Hz–20  MHz (EdW 11/2007)

* Uwaga: Zestawy AVT mogą występować w  następujących wersjach: AVT xxxx UK to zaprogramowany układ. Tylko i  wyłącznie. Bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli w  opisie wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A+ płytka drukowana i  zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A  i  wersji UK) bez elementów dodatkowych. AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów wymieniony w  załączniku pdf AVT xxxx C to nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli elementy wlutowane w  PCB. Należy mieć na uwadze, że o  ile nie zaznaczono wyraźnie w  opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które nie zostały wymienione w  załączniku pdf AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz jeśli występuje, to niezbędne oprogramowanie można ściągnąć, klikając w  link umieszczony w  opisie kitu) Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+, B lub C). http://sklep.avt.pl

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Cyfrowy generator sygnału prostokątnego

Rysunek 1. Schemat ideowy generatora ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

45

PROJEKTY no tranzystor BC807 (identyczny, jak do wyświetlacza), którego prąd kolektora może sięgać wartości 800 mA, pracujący w układzie wspólnego emitera. Obciążeniem kolektora jest rezystor R21 oraz dołączony do złącza J1 obwód. Dioda D1 zabezpiecza przed wystąpieniem na tranzystorze napięcia o  polaryzacji przeciwnej (np. powstającego przy wyłączaniu cewki przekaźnika), które mogłoby doprowadzić do jego uszkodzenia. Rezystor R22 służy do ograniczenia prądu wyjściowego do „bezpiecznej” wartości, wynoszącej około 300  mA. Wystarcza to do sterowania bramkami logicznymi, diodami LED czy niewielkimi przekaźnikami. Takie rozwiązanie ma jednak pewną wadę: napięcie logicznej „1” będzie mniejsze od 5  V o  napięcie UCEsat tranzystora, które typowo wynosi ok. 0,5…0,7 V.

Program

Na CD: karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w wykazie elementów kolorem czerwonym

Rysunek 2. Schemat blokowy programu jest napięcie mierzone. Jeżeli obydwa będą fluktuować dokładnie w  ten sam sposób (poza zmianami w chwili wykonywania pomiaru, lecz to ma zbyt mały wpływ w  tym układzie), wówczas wystawiana przez przetwornik wartość będzie niezależna od faktycznie panującego w układzie napięcia. Nieużywane wyprowadzenia mikrokontrolera powinny mieć ustalony potencjał względem masy. Do takich należą piny służące do programowania w  trybie ISP. Są Wykaz elementów Rezystory: R1, R10…R14: 4,7 kV (SMD 1206) R2…R9, R15…R20: 220 V (SMD 1206) R21: 1 kV/0,25 W (przewlekany) R22: 15 V/3 W (przewlekany) RN1: 4×10 kV (SIL5) P1, P2: 10 kV potencjometr Kondensatory: C1, C2: 18 pF/50 V (SMD 1206) C3: 22 mF/25 V (elektrolit.) C4…C7, C9, C11: 100 nF/50 V (SMD 1206) C8, C10 1000 mF/25V elektrolityczny THT Półprzewodniki: D1: 1N4148 (DO35) IC1: ATmega8-16AU (TQFP32) IC2: LM7805 (TO-220) LED1: BA56-12SRWA LED2…LED6: dioda LED 3 mm, czerwona, matowa T1…T4: BC807 Inne: J1, J2: ARK2 5 mm Q1: kwarc 16 MHz (SMD, niski, HC49/U7S) SV1: goldpin 5-pinowe, męski, proste 2,54 mm Radiator na obudowę TO-220 Przełącznik obrotowy 1×5 pozycji (np. RS 16 mm) Złącze zasilające (np. DC 2,5/5,5 mm) Złącza sygnałowe (np. żeńskie BNC+gniazda bananowe) Obudowa Z-80 Filtr czerwony na wyświetlacz

46

one „podciągnięte” do wysokiego poziomu logicznego za pomocą rezystorów RN1. Kondensator C3 jest odpowiedzialny za podanie logicznego „0” na wyprowadzenie Reset przez chwilę od włączenia napięcia zasilania. Powoduje to, iż wykonywanie programu rozpoczyna się po ustabilizowaniu się napięcia zasilającego. Nastawiona wartość częstotliwości i wypełnienia jest wyświetlana na 3-cyfrowym wyświetlaczu 7-segmentowym LED. Cyfry mają wspólną anodę, dlatego do ich sterowania użyto tranzystorów bipolarnych typu PNP. Prądy poszczególnych segmentów są ustalane przez rezystory R2…R9. Sterowanie jest multipleksowane i odbywa się w procedurze obsługi przerwania od przepełnienia sprzętowego licznika Timer0. Zdecydowano się, by częstotliwość i wypełnienie były ustalane za pomocą potencjometrów jednoobrotowych. Są one połączone w  układzie dzielnika napięcia, a  ich suwaki dołączone są (za pośrednictwem prostego filtru przeciwzakłóceniowego) do wejść przetwornika A/C. Nastawiane wartości są wyświetlane na bieżąco. Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego podzielono na 5 podzakresów. Do wybrania zakresu służy przełącznik 5-pozycyjny. Wybrany zakres jest sygnalizowany świeceniem się odpowiedniej diody. Ponieważ sam przełącznik nie został umiejscowiony na płytce, jego kształt ani rodzaj nie mają tu znaczenia – można użyć potencjometru obrotowego (jak w  układzie testowym) lub suwakowego, czy jakiegokolwiek innego. Wydajność prądowa pojedynczego wyjścia zastosowanego mikrokontrolera AVR to zaledwie 20  mA. Ponadto, w  razie jego uszkodzenia, musi być wymieniony cały układ scalony. Z  tych powodów zastosowa-

Program napisano w  języku C. Składa się z  programu głównego (wykonującego się w  pętli nieskończonej) oraz dwóch podprogramów, których obsługa rozpoczyna się w  momencie wykrycia przerwania od przepełnienia któregoś ze sprzętowych liczników Timer0 lub Timer1. Schemat blokowy oprogramowania sterującego zamieszczono na rysunku 2. Timer0 zapewnia sterowanie wyświetlaczem w trybie multipleksowym. Jego pojemność wynosi 8 bitów, co w połączeniu z preskalerem 256 i zegarem 16 MHz daje ok. 244 przerwania na sekundę, więc każda cyfra jest odświeżana z częstotliwością ok. 80 Hz. Jest to wartość wystarczająca, aby zapobiec wrażeniu migotania, a  jednocześnie na tyle mała, że nie wpływa negatywnie na podstawową funkcję układu. Licznik Timer1 daje tyle przepełnień na sekundę, ile wynika z  iloczynu żądanej częstotliwości oraz ilości kroków regulacji wypełnienia. Dla przykładu, jeżeli ustawiono częstotliwość 35  Hz i  wypełnienie 27% (rozdzielczość regulacji wypełnienia wynosi 1%), Timer1 osiąga 3×100=3500 przepełnień na sekundę, z czego w jednym okresie sygnału generowanego 27 przepełnień ustawia wyjście, a 73 je zeruje. Jest to stosunkowo prosta i  niezawodna metoda osiągnięcia żądanego wypełnienia, okupiona koniecznością częstego wywoływania przerwania od przepełnienia, a  co za tym idzie – niemożnością uzyskiwania dużych częstotliwości sygnału generowanego. Wartość licznika Timer1 jest obliczana z następującej zależności:

gdzie: Value – nowa wartość do wpisania Steps – ilość kroków, w  jakich regulowane jest wypełnienie w danym zakresie (100, 10 lub 4) ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Cyfrowy generator sygnału prostokątnego Tabela 1. Błąd względny generowanej częstotliwości w  wybranych punktach Częstotliwość ustawiona 49,9kHz

Rysunek 3. Oscylogram przebiegu napięcia wyjściowego Prescaler – jeden z dostępnych sprzętowych preskalerów sygnału zegarowego: 256, 64, 4 lub 1 fclk – częstotliwość pracy zegara systemowego; tutaj 16 MHz fmax – maksymalna częstotliwość do uzyskania w danym zakresie Max – ilość możliwych wartości zmiennej x; tutaj: 1000 x – wartość odczytana z ADC, w zakresie 0 – 999 Ponieważ wbudowany przetwornik A/C ma rozdzielczość 10 bitów, oznacza to, że

podawana przez niego wartość zawiera się w  przedziale od 0 do 210-1, czyli do 1023. Aby uprościć całe przeliczanie, zdecydowano się na jego ograniczenie do 999, co daje 1000 możliwych wartości. Jedyną drobną niedogodnością z tego tytułu jest niewielkie zawężenie dostępnego zakresu regulacji potencjometrem (o ok. 2%), za to nie odczuwa się skutków nieliniowości regulacji, wywołanej zaokrąglaniem przeskalowanej wartości do postaci liczby całkowitej.

Częstotliwość zmierzona 50,417kHz

Błąd względny 1,03%

25,0kHz

24,781kHz

0,88%

9,90kHz

9,867kHz

0,33%

5,00kHz

5,004kHz

0,08%

995Hz

994,95Hz

0,01%

500Hz

498,77Hz

0,25%

99,5Hz

98,15Hz

1,38%

50,0Hz

49,01Hz

2,01%

9,95Hz

9,92Hz

0,30%

5,00Hz

4,96Hz

0,81%

Każdy z  zakresów został podzielony na podzakresy (zależne od położenia potencjometru regulacji częstotliwości), w  których do wyniku obliczenia dodawana jest pewna stała wartość. Dzięki temu zabiegowi błąd względny częstotliwości, rozumiany jako odchyłka odniesiona do wartości zmierzonej w  najgorszym przypadku nie przekracza 2%. Udowadnia to poniższa tabela  1. Błąd względny wskazań użytego do pomiarów miernika MC56 wynosi 10 ppm i można go zaniedbać. Oscylogram przebiegu wyjściowego przy częstotliwości 5 kHz i wypełnieniu 50% prezentuje rysunek 3.

REKLAMA

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

47

PROJEKTY Montaż Układ zmontowano na płytce dwustronnej o  wymiarach 95  mm×55  mm, której schemat montażowy pokazano na rysunku  4. Ze względu na umiejscowienie elementów po obu stronach płytki oraz gęste ich zgrupowanie w niektórych miejscach, wskazana jest następująca kolejność montażu: mikrokontroler ATmega8, tranzystory T1…T4, rezystory i  kondensatory SMD, kwarc Q1, dioda D1, drabinka rezystorowa RN1, złącze goldpin SV1, rezystory R21 i R22 (kilka milimetrów nad płytką), złącza śrubowe J1 i J2, kondensatory elektrolityczne (od najniższego), stabilizator IC1, przewody do potencjometrów i  przełącznika, wyświetlacz LED (po przeciwnej stronie płytki), diody LED2… LED6 (po przeciwnej stronie płytki, 10 mm nad laminatem), radiator. Przed wgraniem do pamięci Flash mikrokontrolera właściwego programu, należy uprzednio ustawić w nim odpowiednie bity zabezpieczające (rysunek  5); jest to zrzut okienka programu do obsługi programatora w z Bascom AVR.

dobrze pasuje do standardowej obudowy typu Z80, co prezentuje fotografia  1. Jako złącza zasilającego użyto standardowego DC 2,1/5,5 mm, natomiast jako sygnałowych – żeńskiego gniazda BNC i dwóch zacisków śrubowych z  możliwością włożenia wtyku bananowego. Nominalnie na wyświetlaczu jest wyświetlana ustawiona wartość częstotliwości. Regulacja wypełnienia powoduje przełącze-

nie go na wyświetlanie wypełnienia; po sekundzie od zaprzestania manewrowania pokrętłem, samoczynnie przełącza się na wskazywanie częstotliwości. Tak samo dzieje się po zmianie zakresu przełącznikiem. Jeżeli konieczne było ponowne obliczenie wartości wypełnienia sygnału, zaraz po przełączeniu wskazywana jest jego wartość, a  sekundę później częstotliwość.

Michał Kurzela, EP

Eksploatacja Generowana częstotliwość znajduje się w  jednym z  pięciu zakresów – szczegóły umieszczono w  tabeli  2. Układ należy zasilać ze źródła prądu stałego o  napięciu niemniejszym niż 8  V (wymagany spadek napięcia na stabilizatorze LM7805) oraz wydajności prądowej niemniejszej niż 200 mA. Jeżeli do wyjścia będą dołączane obciążenia o znacznym poborze prądu, wówczas ta wydajność powinna być odpowiednio większa. Jednocześnie należy mieć na uwadze moc traconą w stabilizatorze. W urządzeniu modelowym zastosowano niewielki radiator, który dobrze spisuje się w opisanych wyżej warunkach. Po poprawnym zmontowaniu, układ gotowy jest do pracy i  nie wymaga jakichkolwiek czynności uruchomieniowych. Aby uniknąć zwarcia wywołanego przypadkowym dotknięciem metalowymi przedmiotami, należy go zamknąć w  obudowie mającej szybkę osłaniającą wyświetlacz. Układ

Rysunek 4. Schemat montażowy generatora

REKLAMA

Rysunek 5. Konfiguracja bitów zabezpieczających w mikrokontrolerze

Tabela 2. Podział częstotliwości na zakresy Numer zakresu 1 2 3 4 5

48

Zakres 0 – 9,95Hz, krok 0,05Hz 0 – 99,5Hz, krok 0,5Hz 0 – 999Hz, krok 5Hz 0 – 9,9kHz, krok 0,1kHz 0 – 49,9kHz, krok 0,1kHz

Wypełnienie Krok 1% Krok 1% Krok 10% Krok 25% Krok 25% ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Time-ek – sterownik czasowy PROJEKTY

Time-ek – sterownik czasowy W  okresie wakacyjnym, gdy wyjeżdżamy na kilka dni lub nawet tygodni, pojawiają się problemy, np. dotyczce podlewania kwiatw i karmienia rybek. Często też obawy czy mieszkanie, w  którym nic się nie dzieje przez kilka dni nie stanie się celem włamywaczy. Prezentowany układ to sterownik czasowy działający w  cyklu tygodniowym, programowany z  dokładnością do 1 s. Rekomendacje: sterownik nadaje się do kontrolowania podlewania kwiatów lub karmika, symulowania obecności domowników lub włączania ogrzewania, itp. Schemat ideowy sterownika pokazano na rysunku  1. Jest on zbudowany na bazie mikrokontrolera ATmega8 z dołączonym wyświetlaczem 2×16 i przyciskami. Jako zegar czasu rzeczywistego zastosowano układ scalony typu PCF8563. Komunikacja z układem odbywa się za pośrednictwem interfejsu I2C. Informacja o aktualnej godzinie i dniu tygodnia jest pobierana tylko w trakcie włączania sterownika, a  potem czas odmierza już sam procesor. Aby odliczanie było precyzyjne, wewnętrzny licznik procesora TIMER2 pracuje asynchronicznie i  jest taktowany przebiegiem o częstotliwości 32,768 kHz dostarczanym przez generator wbudowany w RTC. Rezystor, którym doprowadzany jest sygnał taktujący z zegara do procesora ma dużą rezystancję (1 MV), dzięki czemu nie zakłóca i nie blokuje zegara przy braku zasilania. Sterownik został przystosowany do zasilania napięciem przemiennym (bezpośrednio z transformatora) lub stałym (z gotowego zasilacza). Transformator powinien mieć napięcie ok 9 V AC i powinien być dołączony do CON7, natomiast zasilacz o  napięciu ok 12 VDC dołączamy do CON6. Obsługa urządzenia jest łatwa i intuicyjna. Interfejs użytkownika składa się z  wyświetlacza i czterech przycisków: • ESC (wyjście do głównego okna), OK (potwierdzenie), • >/+ (przejście do następnego elementu lub zwiększenie wartości elementu), ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

•
AVT 5410

W ofercie AVT* AVT-5410 A AVT-5410 B AVT-5410 C AVT-5410 UK Podstawowe informacje: • Zasilanie 9...15 V DC lub 7...12 V AC, pobór prądu do 100 mA. • Element wykonawczy: przekaźnik o  obciążalności styków maks. 10 A. • 30 niezależnych programów czasowych. • Ustawienia programów z  uwzględnieniem dnia tygodnia i  godziny z  dokładnością do 1 s. • Podtrzymanie pracy zegara po zaniku zasilania. • Wymiary 102 mm×47 mm×35 mm. Dodatkowe materiały na CD lub FTP: ftp://ep.com.pl, user: 52062, pass: 2174bqnf • wzory płytek PCB • karty katalogowe i  noty aplikacyjne elementów oznaczonych w  Wykazie elementów kolorem czerwonym Projekty pokrewne na CD/FTP: (wymienione artykuły są w  całości dostępne na CD)

AVT-5408 Włącznik urządzeń zasilanych z  sieci 230 V AC (EP 8/2013) AVT-1714 Automatyczny włącznik kina domowego (EP 12/2012) AVT-1689 Przekaźnikowy wyłącznik czasowy (EP 8/2012) AVT-1684 Automatyczny wyłącznik czasowy (EP 8/2012) AVT-1535 Przekaźnik czasowy (EP 8/2009) AVT-1459 Uniwersalny układ czasowy (EP 12/2007) AVT-2800 Sterownik zegarowy i  nie tylko... (EdW 9/2006) AVT-724 Uniwersalny układ czasowy (EdW 7/2004) AVT-2704 Mikroprocesorowy włącznik czasowy (EdW 1/2004) * Uwaga: Zestawy AVT mogą występować w  następujących wersjach: AVT xxxx UK to zaprogramowany układ. Tylko i  wyłącznie. Bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli w  opisie wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A+ płytka drukowana i  zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A  i  wersji UK) bez elementów dodatkowych. AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów wymieniony w  załączniku pdf AVT xxxx C to nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli elementy wlutowane w  PCB. Należy mieć na uwadze, że o  ile nie zaznaczono wyraźnie w  opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które nie zostały wymienione w  załączniku pdf AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz jeśli występuje, to niezbędne oprogramowanie można ściągnąć, klikając w  link umieszczony w  opisie kitu) Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+, B lub C). http://sklep.avt.pl

49

Na CD: karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w wykazie elementów kolorem czerwonym

PROJEKTY Wykaz elementów Rezystory: R1, R9, R13: 2,2 kV (SMD 1206) R2, R5*: 22 V (SMD 1206) R3, R11, R12: 4,7 kV (SMD 1206) R4: 10...50 kV (potencjometr miniaturowy) R10: 1 kV (SMD 1206) R14: 1 MV (SMD 1206) R6, R8: nie montować Kondensatory: C3, C6…C8, C11: 100 nF (SMD 1206) C9…C11: 100 mF/25 V C4: 10 pF (SMD 1206) C1, C2, C5: nie montować Półprzewodniki: D1…D3: BAS85 T1, T2: BC847 D4: mostek prostowniczy SMD IC1: ATmega8 (SMD, zaprogramowany) IC2: 7805 IC3: PCF8563 (SMD) Inne: Q1: nie montować Q2: kwarc zegarkowy 32768Hz BAT: bateria np. CR2032 do druku REL1: JQC3FF przekaźnik z cewką 5 V lub 12 V SW1...SW4: mikroswitch wysoki CON1, CON2: LCD 2×16 + goldpin CON4: ARK3/500 CON6: gniazdo zasilania 2.1/5.5 CON7: ARK2/500 CON3, CON5 CON8: nie montować ta umożliwia przerwanie wykonywania aktualnego programu lub pozwala na uruchomienie wyjścia poza programami. Manualne ustawienie trwa do czasu najbliższego zdarzenia wynikającego z  programów, czyli najbliższy program start lub program stop przerywa ustawienie manualne i  ustawia wyjście zgodnie z  programem. Naciśnięcie przycisku ESC (także wyjście z  menu ustawień) również przerywa ustawienie manualne a wyjście zostaje ustawione w stan, który wynika z programów dla danej chwili. Wszystkie programy mają równy priorytet i  nie blokują się wzajemnie ale się nakładają, tzn: jeśli ustawimy dwa programy na ten sam dzień tygodnia i  program 1 na start 8:00, stop 22:00 i  ustawimy program 2 na start 10:00, stop 16:00 to wyjście będzie załączone od godziny 8:00 do 16:00. Bardziej złożony przykład przedstawiony jest na rys. 5. Czasami może zajść potrzeba wyczyszczenia programów np. w  celu ustawienia wszystkiego na nowo. Taki efekt można szybko uzyskać poprzez przytrzymanie przycisku ESC przez ok. 3 sekundy podczas włączania zasilania urządzenia. Spowoduje to wyzerowanie pamięci programów a  na wyświetlaczu pojawi się komunikat „CLEAR MEMORY!!” Naciśnięcie dowolnego przycisku powoduje zwiększenie intensywności podświetlania wyświetlacza, natomiast dłuższa bezczynność powoduje powolne wyga-

50

Rysunek 1. Schemat ideowy sterownika czasowego szenie podświetlenia do poziomu ok 5%. Dodatkowo wyświetlacz rozjaśnia się na chwilę w momencie wystąpienia startu lub zatrzymania programu.

Budowa i montaż Montaż przeprowadzamy według ogólnych zasad. Należy tylko pamiętać o  tym, że przyciski i wyświetlacz montujemy od strony bottom (strona lutowania). Warto nie

montować or razu baterii i  wyświetlacza, ponieważ w razie problemów z uruchomieniem zablokujemy w ten sposób dostęp do niektórych elementów. Wyświetlacz należy tylko wsunąć na goldpiny i lekko odchylić tak aby szpilki łączyły z przelotkami w złączu wyświetlacza. Do tak przygotowanego układu dołączamy zasilanie i  regulujemy kontrast wyświetlacza potencjometrem R4. Jeśli ukaże się ekran z „tykającym” zegarem ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Time-ek – sterownik czasowy

Rysunek 3. Ustawianie czasu Rysunek 2. Struktura menu

Rysunek 4. Ustawianie programu

Rysunek 5. Wynik nakładania się programów

Rysunek 7. Propozycja wykonania panelu przedniego stronie panelu umieszczone są pola lutownicze do których można dolutować śrubki lub grubszy drut a  następnie przykręcić lub przylutować do płytki sterownika.

KS

REKLAMA

Rysunek 6. Schemat montażowy sterownika czasowego to można uznać, że wszystko ok i  wlutować najpierw baterię a potem wyświetlacz. Uwaga – wyświetlacza nie dociskamy do samej płytki ponieważ może zwierać do punktów lutowniczych na płytce. Należy go podnieść ok 5mm od płytki i  wtedy przylutować. Przekaźnik wykonawczy może mieć cewkę na napięcie 5  V wtedy montujemy tylko R7 – nie montujemy R5. W przypadELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

ku przekaźnika na 12  V montujemy tylko R5. Na płytce znajduje się kilak dodatkowych elementów (CON8, CON3) które, nie są wykorzystywane w  tym układzie ale mogą się przydać przy rozbudowie i  modyfikacji. Do urządzenia został zaprojektowany panel przedni, rys.  6. Taka maskownica w formie płytki drukowanej ułatwi montaż układu w  dowolnej obudowie. Na tylnej

51

PROJEKT CZYTELNIKA Dział „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.

Termometr pokojowy z lampami Nixie

Projekt

210

Na CD: karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w wykazie elementów kolorem czerwonym

Pierwsze lampy Nixie zaczęto stosować już w  połowie dwudziestego wieku. Używane przez wiele lat w  rozmaitych urządzeniach zostały niemal całkowicie wyparte przez nowsze wyświetlacze VFD oraz LED. Zapomniane przez kilkadziesiąt lat, powtórnie wróciły do wykorzystania w  projektach retro tworzonych przez elektroników hobbystów oraz dla szerszego grona odbiorców, dzięki pojawiającym się coraz częściej projektom komercyjnym. Wykaz elementów Rezystory: R1: 0,68 V R2: 180 V R3: 330 V R4: 150 kV R5: 1 kV R6: 10 kV R7: 4,7 kV R8, R9: 33 kV Kondensatory: C1: 100 mF/25 V C2, C3, C5, C9…C11: 100 nF C4, C8: 10 mF/16 V C6: 1 nF C7: 4,7 mF/250 V Półprzewodniki: D1: UF4007 U1: LM78L05 U2: MC34063 U3: ATmega8A TQFP32 U4, U5: 74141 lub K155ID1 U6: DS18B20 T1: IRF740 Inne: CON1: złącze śrubowe ARK500/2 L1: 100 mH/0,5 A V1, V2: IN14

52

Zaprojektowane urządzenie pełni rolę pokojowego termometru retro, który może ozdobić każde wnętrze. Użycie dwóch lamp pozwoliło zmniejszyć koszt wykonania projektu oraz daje możliwość wykorzystania mniejsze ilości lamp. Termometr został zaprojektowany na małej płytce, może być zasilany wtyczkowym zasilaczem 12  V o  wydajności prądowej minimum 150 mA.

Lampy Nixie Lampy nixie należą do grupy lamp gazowych wypełnionych gazem szlachetnym zazwyczaj neonem. Najczęściej w ich skład wchodzi 10 katod w  kształcie cyfr od 0 do 9 oraz anoda. Istnieją również lampy umożliwiające wyświetlanie liter oraz znaków. Pojawienie się odpowiednio

dużego napięcia między anodę i jedną z katod powoduje zapłon wyładowania jarzeniowego i  pojawienie się poświaty w  pobliżu katody odwzorowującej jej kształt. Po zjonizowaniu gazu napięcie miedzy anodą i katodą spada do nieco niższej wartości zwanej napięciem pracy, dlatego w  szereg z  anodą włącza się rezystor ograniczający prąd. Zbyt duży prąd anodowy może znacznie zmniejszyć żywotność a  nawet uszkodzić lampę. Po obniżeniu napięcia poniżej napięcia gaśnięcia gaz zostaje zdejonizowany i  znika poświata przy katodzie. Wyróżnia się lampy z  odczytem czołowym, w  których katody są ustawione równolegle do cokołu lampy oraz lampy z  odczytem bocznym, w  których katody są

ustawione prostopadle do cokołu. Żywotność lamp Nixie mieści się w  przedziale od 5…100  tys. godzin zależnie od producenta.

Zasada działania Schemat ideowy termometru przedstawiono na rysunku  1. Sercem układu jest mikrokontroler ATmega8A pracujący na wewnętrznym oscylatorze RC o  częstotliwości 1  MHz. Do pomiaru temperatury zastosowano cyfrowy czujnik DS18B20 zapewniającym pomiar w  zakresie od –55 do 125°C z  maksymalną rozdzielczością 12 bit. Układ U1 wraz z  zestawem elementów zewnętrznych stabilizuje napicie 5  V do zasilania części cyfrowej termometru. Ze względu na wysokie napięcie zapłonu lamp nixie zastosowano przetwornice ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Rysunek 1. Schemat ideowy termometru zaporową podwyższającą napięcie na kontrolerze MC34063. Tranzystor MOSFET T1 wraz z rezystorem R3 rozładowującym bramkę pełni rolę klucza. Podczas przewodzenia tranzystora dławik L1 magazynuje energię w  postaci pola magnetycznego, a dioda D1 jest spolaryzowana zaporowo zabezpieczając kondensator C7 przed rozładowaniem. Po otwarciu tranzystora w cewce indukuje się napięcie dodające

się do napięcia zasilania na skutek, czego dioda zaczyna przewodzić ładując kondensator do napięcia wyższego niż wyjściowe. Dzielnik napięcia złożony z rezystorów R4 i R5 tworzy pętle sprężenia zwrotnego, dzięki której układ utrzymuje stabilnie napięcie wyjściowe. Do wyświetlania temperatury wykorzystano radzieckie lampy z  odczytem bocznym IN14 (ros. ИН14) o napięciu zapłonu 170  V. Prąd ano-

Rysunek 2. Schemat montażowy termometru ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

dowy lamp jest ograniczony do 1,25  mA za pomocą rezystorów R8 i R9 o rezystancji 33 kV. Sterowanie lampami przebistatyczny z użyciem dedykowanych sterowników 74141 zawierających dekoder BCD/1 z 10 oraz tranzystory wysokonapięciowe. Takie rozwiązanie nie wymaga żadnych dodatkowych elementów do sterowania lampami z  poziomu logiki 5  V. Cyfrowy czujnik dokonuje pomiaru temperatury z  rozdzielnica 12 bit, co 2,5  s. Aby wyeliminować ewentualne błędy czujnika wprowadzono zakres akceptowanych temperatur od 10 do 50°C. Wszystkie wartości z  poza zakresu są uznawane jako błędne i  niewyświetlane, ponieważ termometr został przystosowany do pomiaru temperatur pokojowych. W  przypadku zniszczenia lub braku czujnika program resetuje co pewien czas magistralę 1wire i  czeka na dołączenie termometru. Wszystkie operacje konwersji temperatury zostały oparte na przesunięciach

500 000 produktów w ofercie

Termometr pokojowy z lampami Nixie

53

PROJEKT CZYTELNIKA

Fotografia 3. Zmontowaną płytka od strony ścieżek

Fotografia 4. Lampa w podstawce bitowych. Cześć ułamkowa jest pozyskiwana w operacji reszty z dzielenia i jest zaokrąglana według obowiązujących zasad matematycznych.

Montaż i uruchomienie Na rysunku 2 przedstawiono schemat montażowy układu. W projekcie zastosowano mikrokontroler ATmega8 w obudowie TQFP32, dlatego najlepiej przed wlutowaniem zaprogramować go w  odpowiedniej podstawce. Bitów konfiguracyjnych nie należy ustawiać, ponieważ program opiera się o  ustawienia fabryczne. Istnieje kilka technik montażu powierzchniowego układów w  obudowach TQFP. Jedną z  nich jest użycie stacji na goREKLAMA

rące powietrze oraz odpowiedniego topnika. Montażu można dokonać również zwykłą stacją lutowniczą wyposażoną w  specjalny grot minifala lub zwykły grot szpilkowy stosując cynę o niewielkiej średnicy. Na fotografii  3 przedstawiono zmontowaną płytkę od strony ścieżek. Przy montażu należy zwrócić uwagę, aby nie zrobić zwarcia między wyprowadzeniami oraz aby nie uszkodzić termicznie układu. Po wlutowaniu mikrokontrolera należy wlutować wszystkie zworki oraz kolejne elementy w  kolejności od najmniejszych po największe. Należy pamiętać, aby użyć metalizowanego rezystora jako zabezpieczenia przed przekroczeniem prądu szczytowego Ipk przetwornicy (tj. rezystor R1). Kondensator C1 najlepiej wlutować „na leżąco”, aby wysokość elementów mieściła się poniżej cyfr lamp nixie. Czujnik temperatury DS18B20 charakteryzuje się bardzo dużą czułością, dlatego jego pomiar może zostać zafałszowany poprzez grzejące się elementy. Aby uniknąć tego efektu najlepiej podłączyć go na zewnętrznym przewodzie wlutowując specjale gniazdo z tyłu układu. Zamiast układu 74141 można wlutować łatwiej dostępny radziecki odpowiednik K155ID1 (ros. К155ИД1). Na samym końcu należy wlutować lampy. Najlepiej umieścić je na specjalnych podstawkach, z  którymi były produkowane (fotografia  4). W  prezentowanym układzie użyto nowych lamp nixie (tzn. NOS – New Old Stock), dlatego prąd, jaki jest potrzeby do zaświecania lampy jest mniejszy. Stosując używane lampy można zauważyć efekt „zatrucia” katody (fotografia 5), który jest spo-

Fotografia 5. Efekt „zatrucia” katody spowodowany zużyciem się lampy wodowany zużyciem lamp. Aby zniwelować ten efekt wystarczy zwiększyć prąd anodowy zmniejszając rezystancję rezystorów anodowych. Układ po złożeniu nie wymaga kalibracji i  jest gotowy do pracy. Powinien być zasilany stałym napiciem 12  V, choć małe różnice napięcia nie wpłyną negatywnie na jego działanie. Nie podłączając czujnika lampy nie zostaną włączone, a jeśli w trakcie pracy z  jakiś powodów zerwie się połączenie z czujnikiem na wyświetlacza pozostanie wcześniejsza wartość. Ze względów bezpieczeństwa a  także walorów estetycznych termometr najlepiej umieścić w  drewnianej obudowie. Na fotografii  6 przedstawiono przykładową obudowę wykonaną z drewna.

Krzysztof Gońka [email protected]

Fotografia 6. Przykładowa obudowa wykonana z drewna

54

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Zasilacz do modeli kolejki AVT Cyfrowy regulator prędkości jazdy

5419

Cyfrowy regulator obrotów z  zasilaczem umożliwia płynną regulację prędkości jazdy modeli kolejki elektrycznej dowolnego producenta (Piko, Rocco itp.) – w  przód i  w  tył dla modeli napędzanych silniczkami prądu stałego o  napięciu znamionowym do 12  V (typowy, analogowy model lokomotywy firmy Piko). Rekomendacje: nieskomplikowany regulator prędkości, z  zasilaczem, który przyda się w  prostszych zastosowaniach.

Na CD: karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w wykazie elementów kolorem czerwonym

Metoda regulacji PWM umożliwia zmianę prędkości od bardzo maej (można uzyskać prędkość 0,176 m/s, co jest równe 20% maksymalnej prędkości testowanego modelu) do maksymalnej (0,83  m/s dla testowanego modelu Piko). Ponadto, metoda regulacji PWM oraz zastosowanie zasilacza impulsowego zwiększają sprawność regulatora, pozwalając tym saWykaz elementów Rezystory: (SMD 1206) R1: 200 V R2: 22 kV Kondensatory: C1: 100 nF (SMD 1206) C2: 100 mF/ 6,3 V C3: 10 mF/50 V C4: 47 mF/16 V C5: 2,2 mF (SMD 1206) Półprzewodniki: D1: L4148 (SMD) IC1: PIC12F675 (SO-8) IC2: 4051D (SO-16) IC3: 78L05 (TO-92) LED0: dioda LED 3 mm LED-1, LED-2: dioda LED 3 mm LED-3: dioda LED 5 mm T1: BUZ11 (TO-220) T2: BSS138( SOT23) Inne: PX1: przekaźnik NGM1BS2C12V P: potencjometr od 1 kV/A do 1 MV/A ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

mym na znaczną oszczędność energii. W  prototypie uzyskano sprawność rzędu 85%, co jest bardzo dużo w porównaniu z typowymi zasilaczami, uzyskującymi sprawność rzędu 50%. Konstrukcja z mikrokontrolerem zapewnia bezawaryjność, funkcjonalność i niewielkie gabaryty. Uzyskane parametry są nie gorsze niż oryginalnego zasilacza FZ-1 firmy Piko, natomiast wymiary i  ciężar są około 10-krotnie mniejsze. Schemat ideowy zasilacza z  regulatorem dla kolejek analogowych zaprezentowano na rysunku  1. Jego „sercem” jest mikrokontroler PIC12F675, który dzięki świetnie nadaje się do tej aplikacji dzięki bogatemu wyposażeniu. Wejście GP4 (pin 3) mikrokontrolera IC1 pracuje jako wejście przetwornika analogowo-cyfrowego. Za jego pomocą jest wykonywany pomiar napięcia na potencjometrze. Kiedy gałka potencjometru znajduje się w środkowym położeniu, na ślizgaczu jest połowa napięcia zasilania i  wówczas tranzystor T1 jest zatkany, a  na wyjściu nie ma napięcia. Sygnalizowane jest to zaświeceniem się zielonej diody LED0. Diody LED sterowane są za pomocą trzech wyjść mikrokontrolera poprzez multiplekser IC2 (4051).

Przekręcając gałkę potencjometru w  prawo zwiększa się napięcie na wejściu przetwornika, co skutkuje załączeniem odpowiedniej diody LED (LED-1… LED-3) i sterowaniem tranzystorem T1 impulsem o  szerokości proporcjonalnej do ustawienia gałki potencjometru. Tym samym reguluje się wartość napięcia średniego na wyjściu układu, co przekład się na prędkość jazdy lokomotywy. Kręcąc gałką potencjometru w  lewo od środkowej wartości spoczynkowej zaświeca się odpowiednio diody LED1… LED3 i  steruje tranzystorem T1 impulsem o  szerokości proporcjonalnej do odchylenia gałki potencjometru z  tym, że równocześnie tranzystor T2 załącza przekaźnik PX i zmienia polaryzację napięcie, a więc i kierunek jazdy lokomotywy. Program wykonano w  taki sposób, że prędkość jest regulowana w  8 krokach, przy czym po przejściu gałki z  pozycji spoczynkowej (0) na „pierwszy bieg” jest podawany impuls o  czasie trwania 10  ms umożliwiający ruszenie lokomotywy z  miejsca, a  następnie wypełnienie impulsów jest proporcjonalne do kata obrotu potencjometru od pozycji środkowej (zerowej).

Ponad 3 500 dostawców

Zasilacz do modeli kolejki

55

PROJEKTY

Rysunek 1. Schemat ideowy regulatora-zasilacza do modelu kolejki

56

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Rysunek 2. Schemat montażowy regulatora-zasilacza do modelu kolejki W ofercie AVT* AVT-5419 A AVT-5419 B AVT-5419 UK Podstawowe informacje: • Płynna regulacja obrotów PWM w  przód i  w  tył (8 stopni w  każdą stronę). • 7-stopniowy wskaźnik prędkości LED. • Maksymalny prąd wyjściowy 1,2 A. • Maksymalne napięcie wyjściowe 12 V. • Obudowa o  wymiarach 38  mm×80  mm×90  mm. • Napięcie zasilania 110…240  V  AC/50  (60)  Hz. Dodatkowe materiały na CD lub FTP: ftp://ep.com.pl, user: 52062, pass: 2174bqnf • wzory płytek PCB • karty katalogowe i  noty aplikacyjne elementów oznaczonych w  Wykazie elementów kolorem czerwonym Projekty pokrewne na CD/FTP: (wymienione artykuły są w  całości dostępne na CD)

AVT-5417 Zasilacz warsztatowy (EP 9/2013) AVT-1731 Regulowany zasilacz uniwersalny 1,5...32 V/3 A  (EP 3/2013) Projekt 204 Zasilacz cyfrowy (EP 11/2012) AVT-1667 Stabilizator impulsowy 3  A  z  układem LM2576 (EP 3/2012) AVT-1522 Regulowany stabilizator impulsowy 0...25 V, 0...5 A  (EP 5/2009) AVT-5161 Zasilacz sterowany cyfrowo (EP 12/2008) AVT-2757 Zasilacz „mikroprocesorowy” (EdW 7/2005) AVT-2674 Cyfrowy zasilacz (EdW 8/2003) AVT-5083 Mikroprocesorowy zasilacz laboratoryjny (EP 10/2002) AVT-1066 Miniaturowy zasilacz uniwersalny (EP 8/1995) AVT-366 Programowany zasilacz laboratoryjny (EP 12/1997) AVT-2131 Prosty zasilacz laboratoryjny (EdW 2/1997) * Uwaga: Zestawy AVT mogą występować w  następujących wersjach: AVT xxxx UK to zaprogramowany układ. Tylko i  wyłącznie. Bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli w  opisie wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A+ płytka drukowana i  zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A  i  wersji UK) bez elementów dodatkowych. AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów wymieniony w  załączniku pdf AVT xxxx C to nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli elementy wlutowane w  PCB. Należy mieć na uwadze, że o  ile nie zaznaczono wyraźnie w  opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które nie zostały wymienione w  załączniku pdf AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz jeśli występuje, to niezbędne oprogramowanie można ściągnąć, klikając w  link umieszczony w  opisie kitu) Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+, B lub C). http://sklep.avt.pl

Czas trwania impulsów dobrano w  taki sposób, aby każdy kolejnych ośmiu biegów zwiększał prędkość o  1/8 maksymalnej prędkości testowanego modelu lokomotywy firmy Piko. Progi napięć z potencjometru mierzone przez przetwornik tak dobrano, aby zakres regulacji potencjometru od wartości spoczynkowej 0˚ do wartości maksymalnej 135˚ był podzielony na 8 równych wartości. Przy ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

zastosowanym potencjometrze liniowym umożliwia to proporcjonalną, liniową zmianę prędkości jazdy. Napięcie stałe 12  V jest doprowadzone z  zewnętrznego zasilacza, a  napięcie +5  V zasilające mikrokontroler dostarcza stabilizator szeregowy IC3.

Montaż Schemat montażowy zasilacza-regulatora dla kolejki pokaza-

Rysunek 3. Sposób dołączenia do torowiska modelu no na rysunku  2. Zmontowano go na jednostronnym obwodzie drukowanym o  wymiarach 70  mm×62  mm. Montaż należy zacząć od elementów SMD. W  pierwszej kolejności należy przylutować – najlepiej zaprogramowany - mikrokontroler. Można go zaprogramować również po wlutowaniu, ale na płytce nie ma zamontowanego złącza do programowania, więc trzeba dołączyć je do płytki za pomocą przewodów. Płytkę zaprojektowano w  taki sposób, aby pasowała do obudowy Z-79. Do regulowania prędkości jazdy lokomotywy zastosowano potencjometr z  zapadka w  środkowym położeniu oryginalnie służący do regulowania balansu (równoważnika kanałów) w  stereofonicznym wzmacniaczu audio. Dzięki temu obsługa zasilacza jest bardzo łatwa i nie powinna sprawiać trudności nawet dzieciom. Sposób dołączenia zasilacza-regulatora do torów pokazano na rysunku 3.

Dostawa w ciągu 24h

Zasilacz do modeli kolejki

Grzegorz Mazur

57

MINIPROJEKTY

MTR_Expander Minimoduł z nowoczesnym sterownikiem silnika szczotkowego AVT Moduł oparty jest o  specjalizowany sterownik szczotkowego silnika prądu stałego DRV8830 firmy TI. W  użytej konfiguracji umożliwia sterowanie silnikiem o  prądzie szczytowym nie większym niż 1  A. Płytka świetnie nadaje się do sterowania za pomocą Arduino i  nie tylko.

(wymienione artykuły są w  całości dostępne na CD)

AVT-1759 AVTduino DCMotor – driver silników DC o  średniej mocy (EP 8/2013)

* Uwaga: Zestawy AVT mogą występować w  następujących wersjach: AVT xxxx UK to zaprogramowany układ. Tylko i  wyłącznie. Bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli w  opisie wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A+ płytka drukowana i  zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A  i  wersji UK) bez elementów dodatkowych. AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów wymieniony w  załączniku pdf AVT xxxx C to nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli elementy wlutowane w  PCB. Należy mieć na uwadze, że o  ile nie zaznaczono wyraźnie w  opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które nie zostały wymienione w  załączniku pdf AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz jeśli występuje, to niezbędne oprogramowanie można ściągnąć, klikając w  link umieszczony w  opisie kitu) Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+, B lub C). http:// sklep.avt.pl

Rysunek 1. Schemat ideowy układu Układ jest oferowany w miniaturowej obudowie MSOP10. Zwiera mostek sterujący silnikiem, układ zabezpieczenia przeciążeniowego, logikę sterującą mostkiem oraz interfejs I2C, przez który jest możliwa parametryzacja układu. Jedną z ciekawszych funkcji jest możliwość regulowania napięcia wyjściowego mostka poprzez zintegrowany przetwornik C/A sterujący wewnętrznym generatorem PWM. Ułatwia to regulowanie prędkości obrotowej silnika bez angażowania procesora sterującego (np. w zmianę parametrów generatora PWM). Zapewniona jest także możliwość adresowania układu, idealna do realizowania sterowania kilkoma silnikami przy wykorzystaniu jednego interfejsu (do dziewięciu silników na jednej magistrali). Moduł ekspandera doskonale nadaje się do rozszerzania możliwości AVTDuino przy użyciu biblioteki I2C_Wire środowiska Arduino. Schemat modułu ekspandera pokazano na rysunku 1. Schemat nie odbiega od typowej aplikacji DRV8830, układ U1 steruje silnikiem prądu

58

stałego, rezystory R2 i R3 ustalają wartość ograniczenia prądowego (Rs=0,2 V/Ilim). Układ może być zasilany napięciem z zakresu 2,5…6,8 V. Ze względu na pobór prądu jest możliwe doprowadzenie zasilania zewnętrznego przez złącze PWR i  klucz diodowy D1, D2. Kondensatory C1, CE1 filtrują zasilanie, dioda świecąca LD2 sygnalizuje kierunek obrotów i  orientacyjnie wartość napięcia na wyjściu (nie jest konieczna do poprawnej pracy układu, przydaje się jednak przy uruchamianiu). Dioda świecąca LD1 sygnalizuje załączenie zasilania modułu. Do złącza FLT jest doprowadzony wyjście FLT układu służące do sygnalizowania uszkodzenia. Złącza modułu są zgodne ze standardem Arduino. Sygnały magistrali i  zasilanie doprowadzone są do 4-pinowego złącza typu EH – I2C, J1, J2 wyprowadzają sygnały IO ekspandera oraz powielają magistralę I2C, tak by można było ją prowadzić pomiędzy modułami typowym kablem SIP4 1:1. Uwaga: niektóre fabryczne kable maja przeplot 1-4,2-3, aby je wykorzystać należy zamienić kolejność wypro-

wadzeń w jednym złączu EH. Dostęp do funkcji sterujących zapewniają dwa rejestry DRV8830. Pod adresem bazowym umieszczony jest rejestr kontrolny, umożliwia on bezpośrednie sterowanie mostkiem oraz definiowanie napięcia zasilania silnika. Definicje bitów kontrolnych pokazano na rysunku 2. Napięcie wyjściowe może zostać obliczone ze wzoru 4×Vref×(Vset+1)/64, w  którym Vref=1,285 V. Pod adresem bazowym powiększonym o  1 jest umieszczony rejestr alarmów. Są w  nim przechowywane flagi określające źródło alarmu. Definicje bitów pokazano na rysunku 3. W związku z możliwością pełnego wykorzystania układu, zwory A0 i A1 umożliwiają ustalenie adresu modułu, zgodnie z tabelą zaprezentowaną na rysunku 4. Moduł MTR_Expander jest zmontowany na dwustronnej płytce drukowanej. Rozmieszczenie elementów pokazano na rysunku  5. Montaż jest typowy, należy tylko zwrócić uwagę na przylutowanie padu termicznego obudowy U1, dla zapewnienia prawidłowego odprowadzania ciepła. Konstrukcja mechaniczna modułu umożliwia bezproblemową współpracę z  płytkami stykowymi lub prototypowymi. Polecam stosowanie długich (30…40 mm) złącz SIP, wlutowanych w  taki sposób, aby wyprowadzenia wystawały po obu stronach płytki drukowanej. Taki sposób montażu umożliwia wygodne stoELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Na CD: karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w wykazie elementów kolorem czerwonym

1774

W ofercie AVT* AVT-1774 A Wykaz elementów: R1, R4: 2,2 kV (SMD 0805) R2, R3: 0,47 V (SMD 0805) C1: 0,1 mF (SMD 0805) CE1: 100 mF/10 V (SMB) D1, D2: 10BQ040PBF dioda Schottky LD1: dioda LED (SMD) LD2: dioda LED dwukolorowa (SMD) U1: DRV8830 (MSOP10) A0, A1, FLT, J1, J2, CONN: złącze szpilkowe I2C, MTR, PWR: złącze EH, kątowe Dodatkowe materiały na CD lub FTP: ftp://ep.com.pl, user: 52062, pass: 2174bqnf • wzory płytek PCB • karty katalogowe i  noty aplikacyjne elementów oznaczonych w  Wykazie elementów kolorem czerwonym Projekty pokrewne na CD/FTP:

CONTROL D7 D6 D5 VSET(5:0) Bit D1:D0 określa stan pracy mostka.

D4

D3

In1 In2 Out1 0 0 Z 0 1 L 1 0 H 1 1 H Bit 7:2 - VSET(5:0) określają wartość napięcia VSET,

D2

Out2 Z H L H

D1 IN2

D0 IN1

Stan Wyłaczony/Luz Wstecz Naprzód Hamowanie

Rysunek 2. Rejestr CONTROL DRV8830, definicja bitów FAULT D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

CLEAR

x

X

ILIMIT

OTS

UVLO

OCP

FAULT

D7 – CLEAR, ustawienie bitu =1, kasuje flagi alarmu, D4 – ILIMIT, ograniczenie prądowe silnika, przekroczenie prądu ustalonego R(ISENSE) D3 – OTS, przegrzanie układu, D2 – ULVO, ograniczenie podnapięciowe, D1 – OCP, zwarciowe przeciążenie mostka, D0 – FAULT, alarm zbiorczy Rysunek 3. Rejestr FAULT DRV8830, definicja bitów sowanie LED7 w  płytkach stykowych oraz ułatwia wyprowadzenie sygnałów oraz rozszerzanie magistrali I2C. Moduł nie ma rezystorów zasilających magistralę I2C. Należy je zamontować w  razie potrzeby w  układzie sterującym magistralą.

Na listingu  1 (dostępny na serwerze FTP) zamieszczono krótki program umożliwiający przetestowanie modułu ekspandera.

www.farnell.com/pl

MINIPROJEKTY

Adam Tatuś, EP Rysunek 5. Schemat montażowy modułu ekspandera

Rysunek 4. Ustalanie adresu układu DRV8830 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

59

MINIPROJEKTY

TinyMini861 Miniaturowy moduł z ATtiny861

AVT 1777

W ofercie AVT* AVT-1777 A AVT-1777 B AVT-1777 C Wykaz elementów: R1, R2: 4,7 kV (SMD 0805) C1, C2: 100 nF (SMD 0805) C3, C4: 22 pF (SMD 0805) CE1, CE2: 10 mF (SMD „B”) D1: S1J (dioda SMD) LD1, LD2: dioda LED (SMD) U1: ATtiny861 (SO-20) U2: LM1117-5 (SOT-223) ISP: złącze IDC 2×3 (2,54 mm) J1, J2: złącze SIL 2×5 (2,54 mm) L1: 1 mH (dławik, SMD 0805) S1, S2: SW6×3 (przycisk) XTAL1: 8 MHz (HC49 niski) Dodatkowe materiały na CD lub FTP: ftp://ep.com.pl, user: 52062, pass: 2174bqnf • wzory płytek PCB • karty katalogowe i  noty aplikacyjne elementów oznaczonych w  Wykazie elementów kolorem czerwonym Projekty pokrewne na CD/FTP: (wymienione artykuły są w  całości dostępne na CD)

Rysunek 1. Schemat ideowy modułu z ATtiny861 Schemat ideowy płytki z  ATtiny861 pokazano na rysunku 1. Sercem modułu jest mikrokontroler typu ATtiny861 (oczywiście płytka zgodna jest z Attiny461, 261 oraz Attiny26 o mniejszej dostępnej pamięci programu). Wszystkie porty procesora udostępnione są na złączach SIL o  rozstawie 600 mils, pasującym do płytki prototy-

Rysunek 2. Schemat montażowy modułu z ATtiny861

60

powej. Układ uzupełnia kilka elementów, takich jak złącze programowania ISP, zasilacz +5  V LDO (U2) z  zabezpieczeniem przed odwrotnym doprowadzeniem napięcia zasilającego i  sygnalizacją załączenia za pomocą diody świecącej LD2. Zasilanie części analogowej procesora jest dodatkowo filtrowane przez dławik L1 i kondensator C2. Obciążalność prądowa U2 umożliwia zasilanie układów peryferyjnych niewielkim poborze pradu. Na płytce umieszczono również dwa przyciski chwilowe S1, S2. Przycisk S2 jest domyślnie dołączony do wejścia zerowania mikrokontrolera. Mikrokontroler może być taktowany z pomocą zewnętrznego oscylatora XTAL1. Aby nie zajmować wyprowadzeń procesora, gdy ten pracuje z  użyciem wbudowanego oscylatora, jest możliwe odłączenie kwarcu poprzez rozlutowanie zwór ZX1 i  ZX2. Moduł TinyMini861 zmontowano na dwustronnej płytce drukowanej. Roz-

AVT-1706 TinyMini84 – minimoduł z  mikroprocesorem ATtiny24 nie tylko dla pasjonatów płytek stykowych (EP 9/2012) AVT-1622 Minimoduł z  ATmega8 (EP 6/2011) AVT-1610 Minimoduł z  ATtiny2313 (EP 3/2011) * Uwaga: Zestawy AVT mogą występować w  następujących wersjach: AVT xxxx UK to zaprogramowany układ. Tylko i  wyłącznie. Bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli w  opisie wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A+ płytka drukowana i  zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A  i  wersji UK) bez elementów dodatkowych. AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów wymieniony w  załączniku pdf AVT xxxx C to nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli elementy wlutowane w  PCB. Należy mieć na uwadze, że o  ile nie zaznaczono wyraźnie w  opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które nie zostały wymienione w  załączniku pdf AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz jeśli występuje, to niezbędne oprogramowanie można ściągnąć, klikając w  link umieszczony w  opisie kitu) Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+, B lub C). http://sklep.avt.pl

mieszczenie elementów przedstawia rysunku 2. Montaż jest typowy i nie wymaga omawiania.

Adam Tatuś, EP

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Na CD: karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w wykazie elementów kolorem czerwonym

Żmudne przygotowywanie powtarzających się bloków przystosowanych do umieszczenia w  płytce stykowej nie jest zajęciem specjalnie interesującym. Wspomaganie pracy gotowymi modułami ze sprawdzonymi blokami funkcjonalnymi zdecydowanie ułatwia wykonanie prototypu i  umożliwia szybsze osiągnięcie celu.

MINIPROJEKTY

DCC SoftStart – łagodny start makiety kolejowej

Duże pojemności obciążające booster mogą powodować włączanie zabezpieczenia zwarciowego, ponieważ rozładowany kondensator reprezentuje sobą bardzo mała rezystancję. Niektóre urządzenia czy dekodery, mają układ „miękkiego startu”, ale nie wszystkie. Problem można rozwiązać dzieląc makietę na kilka sekcji zasilanych z osobnych boosterów, co niestety znacząco zwiększa jej koszt. Jeśli zapotrzebowanie na prąd nie jest większe niż prąd dostarczany przez booster, a  problemem przy włączaniu zasilania są duże pojemności w odbiornikach, można makietę podzielić na kilka części, ale zamiast kilku boosterów zastosować urządzenie opisane w artykule. Powoduje ono opóźnione włączanie zasilania kolejnych sekcji, dzięki czemu booster nie jest od razu obciążany dużą pojemnością, ale stopniowo, w odstępach regulowanych w zakresie od 0,3 do 2,5 sekundy. Schemat ideowy urządzenia pokazano na rysunku  1. Składa się z  ono trzech za-

AVT 1776

sadniczych elementów: zasilacza, obwodu opóźniającego (elementy RC i  komparator), układu wykonawczego (przekaźnik). Napięcie zasilające dostarczone z  torowiska do złącza J1 jest prostowane w mostku M1 oraz filtrowane przez C1. R1 zapewnia „miękki start” zasilacza. Zasilacz zrealizowano na popularnym stabilizatorze 7812 pracującym w typowym układzie aplikacyjnym. Ze względu na mały pobór prądu przez urządzenie stabilizator nie wymaga radiatora. Pojawienie się napięcia zasilającego, powoduje ładowanie (zależnie od ustawienia JP1) kondensatorów C5, C6, C7 przez rezystor R2. Napięcie na R2 jest porównywane z  napięciem ustawionym na dzielniku R3, R4 przez komparator LM311 (układ U2). Gdy napięcie spadnie poniżej granicy ustawionej na R3, R4, wyjście komparatora przyjmie poziom niski, co powoduje zadziałanie przekaźnika. Przekaźnik swoimi stykami załączy zasilanie dalszej części torowiska na makiecie. Rezystor R6 zapewnia mniejszy prąd przekaźnika, aby jednak następowało jego pewne włączenie, dodano kondensator

W ofercie AVT* AVT-1776 A AVT-1776 B Wykaz elementów: R1: 10 V R2…R4: 47 kV R5: 470 kV R6: 220 V R7: 1 kV C1, C4, C8: 470 mF/25 V C2, C3: 100 nF C5: 10 mF/25 V C6: 22 mF/25 V C7: 47 mF/25 V U1: 7812 (TO-220) U2: LM311 (DIP8) D1, D2: 1N4007 D3: dioda LED zielona 3 mm M1: mostek prost. DB102 JP1: goldpin 2×3 J1, J2: złącze ARK2 PK1: przekaźnik RM94P/12 V DC (8  A/250 V) Dodatkowe materiały na CD lub FTP: ftp://ep.com.pl, user: 52062, pass: 2174bqnf • wzory płytek PCB • karty katalogowe i  noty aplikacyjne elementów oznaczonych w  Wykazie elementów kolorem czerwonym Projekty pokrewne na CD/FTP: (wymienione artykuły są w  całości dostępne na CD)

AVT-5287 Sterownik DCC zapór makiety przejazdu kolejowego (EP 4/2011) AVT-2965 Zasilacz do kolejki elektrycznej – namiastka DCC (EdW 12/2010) AVT-5259 Moduł pętli do makiety kolejowej (EP 10/2010) AVT-5253 Centralka NanoX systemu DCC – Manipulator (EP 8/2010) AVT-5247 Kontroler dwóch semaforów 3-komorowych (EP 7/2010) AVT-5248 Kontroler czterech semaforów 2-komorowych (EP 7/2010) AVT-5249 Kontroler semafora 5-komorowego i  tarczy ostrzegawczej (EP 7/2010) AVT-5238 Uniwersalny 8-wyjściowy dekoder mocy (EP 6/2010) AVT-5239 Kontroler siłowników czterech zwrotnic (EP 6/2010) AVT-5234 Centrala NanoX (EP 5/2010) AVT5212 Przejazd automatyczny (EP 12/2009) * Uwaga: Zestawy AVT mogą występować w  następujących wersjach: AVT xxxx UK to zaprogramowany układ. Tylko i  wyłącznie. Bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli w  opisie wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A+ płytka drukowana i  zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A  i  wersji UK) bez elementów dodatkowych. AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów wymieniony w  załączniku pdf AVT xxxx C to nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli elementy wlutowane w  PCB. Należy mieć na uwadze, że o  ile nie zaznaczono wyraźnie w  opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które nie zostały wymienione w  załączniku pdf AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz jeśli występuje, to niezbędne oprogramowanie można ściągnąć, klikając w  link umieszczony w  opisie kitu) Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+, B lub C). http://sklep.avt.pl

Rysunek 1. Schemat ideowy DCC SoftStart ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

61

Na CD: karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w wykazie elementów kolorem czerwonym

Gdy na makiecie znajduje się dużo lokomotyw i  wagonów z  kondensatorami UPS, bez układu ograniczającego prąd ładowania, załączenie boostera może być utrudnione lub wręcz niemożliwe. Można zastosować rozwiązanie z  kilkoma boosterami, ale jeżeli zapotrzebowanie na prąd nie jest duże wystarczy proste i  tanie rozwiązanie opisane w  artykule.

MINIPROJEKTY Tabela 1. Ustawienie czasu opóźnionego załączenia Numery zwartych wyprowadzeń złącza JP1 1-2 3-4 1-2, 3-4 5-6 1-2, 5-6 3-4, 5-6 1-2, 3-4, 5-6

Czas opóźnienia załączenia przekaźnika 300 ms 700 ms 1 s – Zalecane opóźnienie 1,5 s 1,8 s 2,2 s 2,5 s

Rysunek 2. Schemat montażowy DCC SoftStart C8, który w  pierwszych chwilach po zadziałaniu komparatora zapewnia nominalny prąd przekaźnika. Prąd ten po chwili spada do wartości wyznaczonej przez R6. Dzięki histerezie styki przekaźnika są cały czas zwarte. Jeśli zastosuje się przekaźnik innego, typu konieczna może być zmiana rezystancji R6 i  pojemności C8. Jeśli przekaźnik załącza styki tylko na chwilę, należy zmniejszyć wartość rezystancji R6. Jeśli przekaźnik nie chce się załączyć, należy zwiększyć wartość pojemności C8. Dioda D1 powoduje szybkie rozładowanie kondensatorów C5…C7 po wyłączeniu zasilania. Schemat montażowy pokazano na rysunku  2. Montaż jest typowy i  nie wymaga omawiania. Pod U2 warto zastosować podstawkę. Nie zalecam stosowania tanich, „zwykłych” podstawek, które z  czasem zaczynają sprawiać kłopoty. Lepsze są podstawki precyzyjne (tulipanowe). Zworkami na JP1 ustawiamy czas opóźnionego załączenia, zgodnie z tabelą 1. Przekaźnik zadziała po włączeniu zasilania i  upłynięciu czasu opóźnienia ustawionego za pomocą JP1. Jeśli układ nie działa, należy sprawdzić napięcia zasilające. Jeśli są poprawne, to trzeba sprawdzić działanie komparatora (poziom na jego wyjściu – nóżka 7) oraz przekaźnika, zwierając nóżkę 1 z masą układu.

62

Rysunek 3. Sposób włączenia układu DCC SoftStart Układ włączamy do makiety pomiędzy wydzielone strefy według górnej części rysunku 3. Jeśli zastosujemy kilka układów DccSoftStart, to włączamy je szeregowo, według części środkowej rys. 3. Należy zwrócić uwagę na polaryzację na złączach J1 i  J2. Zamiana polaryzacji spowoduje powstawanie zwarcia w  chwili przejazdu z  jednej części makiety do drugiej. Jeżeli z  jakiś powodów połączenie szeregowe jest kłopotliwe, można układy połączyć równolegle według dolnej części rys. 3. Należy pamiętać, aby w takim połączeniu czasy opóźnienia były różne. W układzie

łatwo zmienić czasy opóźnienia poza zakres 0,3...2,5  s. W  tym celu należy zmienić rezystancję R2. Dwukrotne zwiększenie jej wartości spowoduje dwukrotny wzrost czasu, zmniejszenie skrócenie tego czasu: R2=22 kV – czas opóźnienia 0,15…1,2  s, R2=100  kV – czas opóźnienia 0,6…5 s. Urządzenie może być zasilane napięciem z  zakresu 15…25  V. Maksymalny prąd obciążenia wynosi 16  A. Płytkę o  wymiarach 82  mm×52  mm przystosowano do obudowy KM-35B.

Sławomir Skrzyński, EP

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

PODZESPOŁY Za SoCratesem: w poszukiwaniu inżynierskiej prawdy

Za SoCratesem: w poszukiwaniu inżynierskiej prawdy Firma EBV Elektronik wprowadziła na rynek nowoczesny komputer o  nazwie SoCrates, bazujący na układzie System-on-Chip z  rodziny Cyclone V SoC. Charakteryzuje się on niezwykle nowatorską architekturą łączącą w  sobie szybki, dwurdzeniowy procesor z  rdzeniem Cortex-A9 oraz zaawansowaną matrycę FPGA, której struktura logiczna wywodzi się z  najlepszych rozwiązań znanych z  klasycznych FPGA z  serii Cyclone. Komputer na FPGA? Zrobienie takiego urządzenia wydaje się trudne, a przynajmniej czasochłonne. Dzięki układom SoC (System-on-Chip) te problemy to już historia. Dają one konstruktorom możliwości elastycznego łączenia rozwiązań bazujących na oprogramowaniu i konfigurowalnym sprzęcie. Na początku zwrócimy uwagę Czytelników na fakt, że firma Altera wprowadziła do produkcji 6 podrodzin tworzących rodzinę Cyclone  V, z  których trzy są klasycznymi układami FPGA, pozostałe trzy należą ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

do rodziny układów SoC. Najpoważniejszą różnicą pomiędzy klasycznymi układami FPGA i  SoC jest wyposażenie tych drugich w „twardy” (czyli wykonany w krzemie, bez możliwości rekonfiguracji), dwurdzeniowy procesor z rdzeniami Cortex-A9. Poszczególne podrodziny różnią się między sobą także wyposażeniem w  szybkie transceivery komunikacyjne (przystosowane do budowy szybkich, szeregowych interfejsów komunikacyjnych): • w ramach klasycznych rodzin FPGA:

– Cyclone V E – układy o  zminimalizowanej cenie i  poborze mocy, przeznaczone do stosowania w standardowych aplikacjach DSP i logicznych, – Cyclone V GX – układy wyposażone w transceivery komunikacyjne (do 12 kanałów) przystosowane do transmisji danych z prędkością do 3,125 Gb/s, – Cyclone V GT – układy wyposażone w transceivery komunikacyjne (do 12 kanałów) przystosowane do transmisji danych z prędkością do 6,144 Gb/s. • w ramach rodzin SoC: – Cyclone V SE – układy z  wbudowanymi jednym (przedostatnia litera w  symbolu oznaczenia typu to „S”) lub dwoma rdzeniami Cortex-A9, charakteryzujące się relatywnie niską ceną i  poborem mocy, przeznaczone do stosowania w  aplikacjach embedded, DSP i logicznych,

63

PODZESPOŁY Szkolenia z SoCratesa Firma EBV Elektronik organizuje dwa szkolenia poświęcone zestawowi SoCrates i  układom Cyclone V SoC, które odbędą się 1 oraz 2 października 2013 w Warszawie. Pierwsze ze szkoleń skupia się na rozwinięciu umiejętności używania układu programowalnego. Pomiędzy wykładami teoretycznymi dotyczącymi architektury układu oraz narzędzi, w  programie szkolenia znajdują się zajęcia praktyczne prezentujące wykorzystanie oprogramowania Altery: od podstawowych umiejętności aż do opanowania debuggera układu programowalnego. Drugie szkolenie ma za zadanie przedstawić, w  jaki sposób można w  zestawie SoCrates uruchomić system operacyjny GNU/Linux. W  trakcie zajęć będzie można zapoznać się z  toolchainem, systemem plików, dostępem do peryferiów z poziomu systemu oraz narzędziami do debuggowania. EBV Elektronik zapewnia gotowe stanowiska robocze składające się z komputera osobistego i układu SoCrates Starter Kit. Dodatkowo każdy uczestnik szkolenia otrzyma 150  USD zniżki na zakup zestawu ewaluacyjnego, którego cena wynosi 349 USD. – Cyclone V SX – układy z wbudowanymi dwoma rdzeniami Cortex-A9, wyposażone w transceivery komunikacyjne (do 9 kanałów) przystosowane do transmisji danych z prędkością do 3,125 Gb/s, – Cyclone V ST – układy z wbudowanymi dwoma rdzeniami Cortex-A9, wyposażone w transceivery komunikacyjne (do 9 kanałów) przystosowane do transmisji danych z prędkością do 5 Gb/s. Oprócz standardowych, konfigurowalnych zasobów logicznych (LE – Logic Elements) oraz unowocześnionych bloków logicznych ALE (Adaptive Logic Module), układy Cyclone V są wyposażone w  konfigurowalne zasoby specjalizowane w postaci bloków DSP, multiplikatorów, zespołów konfigurowalnych pamięci SDRAM (32-bitowe DDR2/DDR3, do 400  MHz), a  także syntezerów sygnałów zegarowych bazujących na PLL. Niektóre typy prezentowanych układów producent wyposażył także w „twarde” interfejsy pamięci, a także interfejsy PCIe, konfigurowalne interfejsy I/O przystosowane do pracy z sygnałami LVDS. Opracowane przez ARM rdzenie Cortex-A9 (w  wersji MPCore) charakteryzują się wydajnością dochodzącą do 2,5  MIPS/MHz, co przy maksymalnej dopuszczalnej częstotliwości ich taktowania wynoszącej 800 MHz daje ogromną moc obliczeniową wynoszącą nawet 2  GMIPS/rdzeń. Standardowym wyposażeniem tego rdzenia –poza FPU – są koprocesory NEON (wspomaganie obliczeń dla aplikacji multimedialnych) oraz Jazelle (sprzętowe wspomaganie interpreterów Javy), a także 2 zespoły pamięci cache L1 (po 32 kB) oraz 512 kB pamięci cache L2. Rdzenie wraz z otoczeniem, w skład którego wchodzą także m.in. lokalny interfejs pamięci DDS SDRAM z  obsługą ECC, kontroler pamięci NAND Flash, programowalny system DMA (8-kanałowy), dwa interfejsy USB-OTG,

64

dwa bloki MAC Ethernet (1  Gb/s), synchroniczne interfejsy SD/MMC, tworzą blok HPS (Hard Processor System – rysunek  1). Każdy z  rdzeni wyposażono oczywiście w blok sprzętowego monitorowania jego pracy ETR, wokół HPS zintegrowano także peryferia charakterystyczne dla standardowych systemów mikroprocesorowych, jak na przykład: bloki timerów, UART-y, interfejsy Flash SPI/ QSPI itp.). Niebagatelnym wyzwaniem stojącym przed konstruktorami układów Cyclone V SoC

Rysunek 1. Budowa bloku procesorowego HPS w układach Cyclone V SoC

Rysunek 2. Blok HPS komunikuje się z FPGA za pomocą specjalnego interfejsu dwukierunkowego ARM Cortex-A9 w wersji MPCore – specjalnie dla systemów wielordzeniowych Zastosowane w układach SoC Altery rdzenie Cortex-A9 MPCore są zmodyfikowaną wersją rdzeni Cortex-A9, zoptymalizowaną do implementacji w systemach wielordzeniowych. Wyposażono je w  blok SCU (Snoop Control Unit), która zajmuje się wspomaganiem arbitrażu, zarządzaniem zawartością pamięci cache, wymianą danych pomiędzy rdzeniami i innymi funkcjami charakterystycznymi dla systemów wieloprocesorowych.

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Za SoCratesem: w poszukiwaniu inżynierskiej prawdy Najważniejsze elementy wyposażenia zestawu SoCrates: • układ FPGA SoC z  rodziny Cyclone V SE (5CSEBA6U23C7N) z  dwoma rdzeniami Cortex-A9, • interfejs LVDS (w tym do CCD i TFT-TP), • dwie pamięci Flash QSPI EPCQ256 • pamięć DDR3 128Mx32b (1 Gb), • 2 interfejsy USB-OTG 2.0, • interfejs Ethernet 1 Gb/s, • gniazdo karty SD, • konwerter UART/USB, • zegar RTC, • cyfrowy czujnik temperatury, • interfejs CAN, • dwa kanały A/C, • dwa kanały C/A, • 5-pozycyjny joystick, • 12 LED, • programowany generator sygnałów taktujących, • wbudowany programator-konfigurator USB-Blaster, • 62 linie GPIO TTL-LV33, • wbudowany kompletny system zasilania SoC. było opracowanie sposobu komunikacji rdzeni mikroprocesorowych z rekonfigurowalnym otoczeniem zaimplementowanym w  strukturze FPGA. Do tego celu służy szerokopasmowy, dwukierunkowy mostek komunikacyjny HPS-to-FPGA (rysunek  2), który bazuje na 32-/64-/128-bitowym interfejsie komunikacyjnym AMBA AXI-3 opracowanym przez ARM. Jego konstrukcja umożliwia kontrolowany dostęp do 6 bloków-masterów zaimplementowanych w FPGA do systemowej pamięci SDRAM. Interfejs ten może być także wykorzystywany do konfigurowania FPGA przez wbudowany mikroprocesor. Widoczny na fotografii 3 zestaw uruchomieniowy SoCrates jest kompletną platformą ewaluacyjną, wyposażoną w układ z rodziny Cyclone  V  SE o  nazwie 5CSEBA6U23C7N. Układ ten ma wbudowane 110000 LE, 41509 bloków ALM, 112 bloków DSP, 224 multiplikatory 18×18 bitowe, obudowa BGA672, dwurdzeniowy procesor Cortex-A9, wyposażono go ponadto w 288 wyprowadzeń FPGA i  181 wyprowadzeń części procesorowej. Otoczenie układu SoC przypomina klasyczne systemy mikroprocesorowe, w jego skład wchodzą m.in.: cyfrowy czujnik temperatury, zegar czasu rzeczywistego, 1 GB pamięci DDR3 (w  konfiguracji 32-bitowej), interfejs Ethernet 1  Gb/s, 2 kanały USB-OTG  2.0, a  także interfejsy komunikacyjne CAN, SPI, I2C i UART z konwersją na USB. Użytkownik ma do dyspozycji złącze TFT-TP, złącze kamery CCD z  interfejsem LVDS, 5-pozycyjny joystick, łącznie 12 diod LED, 46 linii GPIO przystosowanych do poziomów logicznych TTL-LV33 (w  tym 16 z  bloku HPS) oraz 32 linie GPIO mogące pracować z  poziomami TTL-LV33 lub TTL-LV25. Wymienione elementy tworzą standardowe otoczenie układu SoC, ale producent zestawu zastosował także jedno mocno niestandardowe rozwiązanie układu peryferyjnego: ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

przetworniki A/C i C/A z konwersją Σ-∆, w całości zaimplementowane w strukturze FPGA i  wykorzystujące w  działaniu komparatory analogowe linii LVDS (rysunek 4). Parametry tak wykonanego przetwornika A/C umożliwiają jego wykorzystanie w  aplikacjach audio, bowiem przy częstotliwości sygnału 15 kHz uzyskiwany odstęp sygnału od szumu wynosi 53 dB, a zniekształcenia harmoniczne THD nie przekraczają wartości 0,01%. Integralną częścią zestawu SoCrates jest także programator-konfigurator FPGA zgodny z  alterowskim USB-Blasterem, który jest natywnym interfejsem dla środowiska projektowego FPGA Quartus II. Opcjonalnym rozszerzeniem sprzętowym prezentowanego zestawu mogą być moduły ekspanderów o  nazwie SoCrates-Phy1, które wyposażono w  dwa kanały Ethernet 10/100. Zastosowanie tego ekspandera pozwala stosować zestaw SoCrates w  projektach przemysłowych, wykorzystujących protokoły sieciowe Profibus, Modbus TCP/IP, Ethernet Powerlink oraz Profinet. Budowa bazująca na dwóch szybkich rdzeniach Cortax-A9 i  wynikające z  tego duże możliwości obliczeniowe układów SoC zastosowanych w zestawie SoCrates prowokują pytanie: czy dla tego zestawu jest dostępny jakiś system operacyjny? Oczywiście tak, a  oprócz systemu operacyjnego dostępne są także inne narzędzia. Producent zadbał m.in. o  przygotowanie dystrybucji Linuksa (Debian Wheezy 7.0) oraz pakietu programów narzędziowych

(Altera SoC Embedded Design Suite (EDS), ARM Development Studio 5), w tym konsoli systemowej, z  poziomu której można modyfikować parametry pracy komputera zaimplementowanego w  SoC. Szykowany jest także Android, który powinien być dostępny w pełnej dystrybucji jeszcze w tym roku. Dzięki takiemu podejściu konstruktorzy poszukujących nowoczesnych alternatyw dla klasycznych konstrukcji embedded mogą korzystać z  SoCratesa równie wygodnie jak z dowolnych innych komputerów bazujących na procesorach z rdzeniami ARM Cortex-A. Nie ma więc czego się bać: świat struktur System-on-Chip stoi otworem!

Piotr Zbysiński, EP Zestaw SoCrates udostępniła do testów firma EBV Elektronik www.ebv.com, tel. 713422944.

Fotografia 3. Wygląd zestawu SoCrates

Krótka charakterystyka poszczególnych rodzin Cyclone V SoC Cecha Wbudowany rdzeń Maksymalna częstotliwość taktowania CPU Liczba wbudowanych komórek Liczba transceiverów szeregowych Maksymalna prędkość transmisji szeregowej (wbudowanych transceiverów) Obsługiwane typy pamięci Wbudowane „twarde” interfejsy

Cyclone V SE SoC Cyclone V SX SoC Cyclone V ST SoC Dual-core ARM Cortex-A9 MPCore 800 MHz 25 – 110K LE – –

85 – 110K LE 9

3,125 Gb/s

6,144 Gb/s

HPS: 32-b, 400 MHz DDR2/DDR3 z  ECC FPGA: 32-b, 400 MHz, DDR2/DDR3 HPS: 10/100/1000 HPS: 10/100/1000 EMAC ×2 EMAC ×2 FPGA: ×2 PCIe Gen2

Rysunek 4. Schemat blokowy kanału przetwornika A/C wykonanego w FPGA z wykorzystaniem komparatora w linii wejściowej LVDS

65

NOTATNIK KONSTRUKTORA

Szerokość przebiegu na ekranie a parametry oscyloskopu Przebiegi wyświetlane na ekranie oscyloskopu odzwierciedlają rzeczywiste sygnały elektryczne. Im lepszy oscyloskop, tym w  większym stopniu wyświetlany przebieg jest zbliżony do sygnału na jego wejściu. Czy wobec tego, porównując dwa oscyloskopy o  identycznym paśmie, szybkości próbkowania i  odpowiedzi częstotliwościowej, można jednoznacznie stwierdzić, że lepszy jest ten wykreślający cieńszy lub szerszy przebieg? Jak dla większości podobnych pytań inżynierskich odpowiedź brzmi: to zależy. Dwa kluczowe atrybuty wpływające na jakość odwzorowania sygnału wejściowego przez oscyloskop to szybkość aktualizacji przebiegów na ekranie i  poziom szumów własnych.

Wpływ szybkości aktualizacji na szerokość oscylogramu Szybkość aktualizacji jest parametrem mówiącym o liczbie poziomów sygnału zarejestrowanych przez oscyloskop, przetworzo-

66

nych i  wyświetlonych na ekranie w  ciągu sekundy. Im większa szybkość aktualizacji, tym szybciej oscyloskop wyświetla na ekranie reprezentację sygnału wejściowego. Im mniejsza szybkość aktualizacji, tym więcej czasu potrzeba na wyświetlenie subtelnych szczegółów przebiegu. Współczesne oscyloskopy mogą pracować przy szybkości aktualizacji wynoszącej od 1 miliona przebiegów na sekundę do jednego przebiegu na kilka sekund. Na szybkość aktualizacji wpływa

Dodatkowe informacje:

AM Technologies Polska Sp. z o.o. Al. Jerozolimskie 146C, 02-305 Warszawa tel.: 22 532 28 00, +48 662 231 213 faks: 22 532 28 28, [email protected], www.amt.pl

kilka parametrów, z  których największe znaczenie ma pojemność pamięci akwizycji danych. Prosty przykład zilustrowano za pomocą oscylogramów z  rysunku  1. W  górnej części przedstawiono przebiegi wyświetlane na ekranach dwóch oscyloskopów o  identycznym paśmie, dołączonych do tego samego źródła sygnału sinusoidalnego o  częstotliwości 10  MHz. Jeden z  nich wyświetla cienki, a  drugi szeroki przebieg, co ma wpływa na mierzone parametry. Łatwo odpowiedzieć na pytanie, który z nich jest dokładniejszy? Jedną z najważniejszych ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Szerokość przebiegu na ekranie a parametry oscyloskopu

Rysunek 1. Porównanie oscylogramów uzyskanych z oscyloskopów o różnych szybkościach aktualizacji różnic pomiędzy oscyloskopami jest szybkość aktualizacji przebiegu, wynosząca dla pierwszego z nich 1 milion próbek na sekundę, a w drugim 16 tys. razy mniej. Jaki ma to wpływ na wyświetlane przebiegi? W  dolnej części rys. 1 znajdują się zrzuty ekranów obu przyrządów po włączeniu nieskończonej poświaty – oba oscyloskopy wyświetlają przebiegi przez bardzo długi czas. Po 10 sekundach oba oscylogramy mają jednakową grubość. W tym wypadku oscyloskop o większej szybkości aktualizacji wyświetlił w  pierwszej fazie grubszy przebieg, bardziej reprezentatywny w stosunku do tego, co powinno być widoczne na ekranach obu przyrządów. Włączenie trybu nieskończonej poświaty jest

metodą pozwalającą na dokonanie szybkiej oceny jakości oscyloskopu.

Wpływ szumów własnych oscyloskopu na szerokość oscylogramu Jak dokładne są pomiary wykonywane przy użyciu oscyloskopu? Zazwyczaj są bardzo dokładne z  perspektywy podstawy czasu, czyli osi poziomej i znacznie mniej dokładne z perspektywy osi pionowej. Dlaczego? Kluczowym powodem są tu zaburzenia pomiarów wywoływane przez szum. Oscyloskopy generują wewnętrzny szum, który jest splatany z  kolejnymi próbkami sygnału badanego, zapisywany, przetwarzany i  w  końcu

wyświetlany. Znajdujący się w oscyloskopie przetwornik A/C nie jest w stanie rozróżnić szumu generowanego przez sam przyrząd i  rzeczywistego sygnału mierzonego. Można przeprowadzić prosty test pokazujący ile szumu oscyloskop dodaje do sygnału mierzonego będący szybką metodą porównania dwóch oscyloskopów z uwzględnieniem generowanego przez nie szumu w określonych warunkach pracy. Na rysunku 2 pokazano zrzuty ekranów dwóch oscyloskopów wyświetlających ten sam przebieg sinusoidalny o  częstotliwości 10  MHz. Jak widać, na jednym z  ekranów przebieg jest wyraźnie grubszy niż na drugim. Czy jak poprzednio grubszy sygnał uzyskano na ekranie oscyloskopu o większej szybkości aktualizacji? Odpowiedź brzmi: nie. Oba oscyloskopy charakteryzują się tą samą szybkością aktualizacji i  jeśli zostanie włączony tryb nieskończonej poświaty, grubości przebiegów na obu ekranach nie zmienią się. Różnicą jest w tym wypadku poziom szumu wytwarzanego przez oba przyrządy: większy szum oznacza grubszy przebieg i odwrotnie. Niektórzy producenci stosują automatyczne ograniczenie pasma przy pracy z dużą czułością (1…5 mV/dz.) w celu zredukowania szumów. Do innych źródeł szumów należą sondy aktywne i pasywne stanowiące część systemu pomiarowego.

Podsumowanie Nadal zastanawiasz się czy lepszy jest oscyloskop wyświetlający cienkie czy szerokie oscylogramy? W artykule podano kilka porad i technik pozwalających wybrać oscyloskop lepiej odwzorowujący kształt sygnału wejściowego. Jeśli posiadasz już konkretny model, możesz ocenić na ile reprezentatywny jest przebieg wyświetlany na ekranie.

Rysunek 2. Porównanie oscylogramów uzsykanych z oscyloskopów o różnych szumach własnych ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

67

NOTATNIK KONSTRUKTORA

Charakterystyka urządzeń wielkich częstotliwości (2) Omówienie parametrów Aby dotrzymać kroku dynamicznie rozwijającym się technologiom bezprzewodowym, inżynierowie każdego szczebla muszą mieć wiedzę, w  jaki sposób zaprojektować i  przetestować nowe urządzenia wielkich częstotliwości (RF). Ten artykuł jest drugim spośród trzech dokumentów utworzonych, aby pomóc Czytelnikom poznać i  zrozumieć zarówno podstawową, jak i  zaawansowaną terminologię RF. W  pierwszej części zostały omówione podstawowe parametry urządzeń RF (Charakterystyka urządzeń wielkich częstotliwości (1). Zagadnienia wstępne, EP 9/2013, str. 81), a w tym: zakres częstotliwości, pasmo chwilowe, szybkość strojenia, szum fazowy czy napięciowy współczynnik fali stojącej. Część druga skupia się na parametrach generatorów sygnałów wielkich częstotliwości, takich jak tolerancja częstotliwości, dokładność napięcia wyjściowego, zakres mocy wyjściowej, zniekształcenia intermodulacyjne oraz pasmo modulacji. W tym artykule opisano w sposób szczegółowy znaczenie każdego z  wymienionych terminów. Definiując przydatność konkretnego generatora sygnałów wielkich częstotliwości do wykonania specyficznego zadania należy wziąć pod uwagę wiele parametrów, w czym pomogą informacje zamieszczone zarówno w  poniższym artykule, jak i w części pierwszej.

Tolerancja częstotliwości (dokładność oraz rozdzielczość) Tolerancja częstotliwości opisuje dokładność, z  jaką generowana jest częstotliwość nośna – definiuje się ją w hercach jako maksymalne, dopuszczalne odchylenie wygenerowanej częstotliwości nośnej od oczekiwanej. Ten parametr dotyczy zarówno wektorowych generatorów, jak i  wektorowych analizatorów sygnałów RF. Do jego pomiarów zazwyczaj wykorzystuje się miernik częstotliwości. Chociaż wiele elementów może wpływać na poziom tolerancji częstotliwości, oscylator lokalny (LO) odgrywa wśród nich najważniejszą rolę. Generowanie sygnału wielkiej częstotliwości jest wykonywane za pomocą pętli synchronizacji fazy (PLL), dlatego też precyzja rezonatora kwarcowego (najczęściej używanym jest rezonator kwarcowy sterowany napięciem – VCXO, albo rezonator kwarcowy o  stałej temperaturze – OCXO)

68

jest kluczowa w utrzymaniu pożądanej częstotliwości. Dokładność sygnału odniesienia mierzy się zazwyczaj w częściach na miliard (PPB – Parts Per Billion). W  przypadku generatorów RF, które stosują przeniesienie częstotliwości w  górę (ang. upconversion), tolerancja częstotliwości zależy w  głównej mierze od dokładności LO. Rysunek 1 przedstawia sposób, w jaki oscylator lokalny oraz sygnał częstotliwości pośredniej (IF) mogą wspólnie wpływać na poziom tolerancji częstotliwości generatora sygnałów RF. W  niektórych przypadkach rozdzielczość nastawy częstotliwości sygnału RF może odgrywać znacznie większą rolę niż bezwzględna dokładność częstotliwości. Na przykład, dokładność generowanej częstotliwości wielu przyrządów pomiarowych RF wynosi 100  Hz bądź więcej. Nie jest ona jednak kluczowym parametrem, gdyż urządzenia te wykorzystują cyfrowe przetwarzanie sygnałów (DSP), usuwając w ten sposób przesunięcie częstotliwości pochodzące od nośnej. W  odróżnieniu od tolerancji częstotliwości, rozdzielczość nastawy częstotliwości opisuje zdolność urządzenia do wygenerowania dokładnie zadanej częstotliwości, a  nie przybliżenia do najbliższego dostępnego poziomu.

Zarówno w  przypadku prostych syntezerów częstotliwości RF, jak i wektorowych generatorów sygnałów z wbudowanym przeniesieniem częstotliwości w górę, parametr ten jest całkowicie zależny od rozdzielczości LO. Wyższą rozdzielczość nastawy częstotliwości posiadają wektorowe generatory sygnałów o  architekturze superheterodyny. Niektóre z  nich, dzięki wykorzystaniu technik przetwarzania sygnałów takich jak bezpośrednia synteza cyfrowa, posiadają rozdzielczość nastawy częstotliwości sięgającą nawet poniżej 1 mHz.

Dokładność napięcia wyjściowego Dokładność napięcia wyjściowego definiuje błąd amplitudy generatora RF w całym zakresie częstotliwości pracy. Wartość ta jest mierzona w  dB, jako odchylenie od zadanego poziomu sygnału. Rysunek 2 przedstawia sposób, w jaki na dokładność napięcia wyjściowego wpływa wiele czynników, w  tym: liniowość przetwornika cyfrowo – analogowego (DAC), tłumiki, mieszacze, a nawet temperatura. Odchyłki od wartości idealnych, wprowadzane przez każdy z  powyższych elementów, często można przewidzieć. Umożliwia to zastosowanie specjalistycznych metod kalibracji, które zwiększają poziom dokładności napięcia na wyjściu. W poprzednim artykule zawarto opis parametru VSWR, który jest jednym z najważniejszych czynników wpływających na dokładność napięcia wyjściowego. Napięciowy współczynnik fali stojącej wynika z  niedopasowań impedancji w systemie (odchyłki od 50 V), które powodują odbicia sygnału, a  w  konsekwencji poważne zaburzenia poziomu jego amplitudy.

Rysunek 1. Wpływ sygnału IF oraz LO na tolerancję częstotliwości ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Charakterystyka urządzeń wielkich częstotliwości

Rysunek 2. Na poziom dokładności wpływają takie komponenty, jak przetwornik C/A, mieszacz oraz filtr

Maksymalna moc na wyjściu jest zazwyczaj zależna od liniowości wzmacniacza. Ponieważ wzmacniacze wielkich częstotliwości wprowadzają zniekształcenia sygnału tym większe, im bliżej poziomu saturacji pracują, parametr maksymalnej mocy jest w praktyce najbardziej przydatny w  połączeniu ze specyfikacją zniekształceń. W  większości aplikacji wymagana maksymalna moc sygnału zależy głównie od badanego urządzenia (DUT). Na przykład, urządzenia takie jak nadajniki LPD433 (Low Power Device 433 MHz) pracują w systemach o niewielkim zasięgu, generując około 10 mW. Do ich testów wymagana maksymalna moc wyjściowa to jedynie –20 dBm, przy bezpośrednim połączeniu z badanym obiektem. Z drugiej strony, dokumentacja standardu EPC (Electronic Product Code) dopuszcza transmisję sygnałów radiowych z mocą do 1 wata (+30 dBm). Ten poziom jest poza zakresem większości dostępnych generatorów, co wymusza wykorzystanie zewnętrznego wzmacniacza.

Zniekształcenia intermodulacyjne Rysunek 3. Zakres mocy wyjściowej jest zdefiniowany poprzez parametry przetwornika C/A, mieszacza oraz wzmacniacza Dokładność napięcia wyjściowego jest szczególnie istotna w  przypadku aplikacji działających w  szerokim paśmie. Różnice poziomu mocy wzdłuż pasma częstotliwości mogą zniekształcić modulowany sygnał oraz zwiększyć poziom wektora błędu (EVM – Error Vector Magnitude). Na przykład, pracując z techniką WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) wymaga się od odbiornika pracy w paśmie 5 MHz. Jeśli na całości pasma poziom mocy ulega wahaniom, to demodulacja symboli niosących informacje może zostać poważnie przekłamana. Co więcej, im wyższy jest stopień modulacji, jak np. 256 QAM, tym większe błędy spowodują nawet niewielkie odchyłki amplitudy pojawiające się w szerokości pasma modulacji. Tak więc, wzrost poziomu EVM, w  przypadku szeroko pasmowych modulacji wyższego rzędu, jest często wynikiem niskiej dokładności amplitudy sygnału na wyjściu urządzenia.

Zakres mocy wyjściowej Zakres mocy wyjściowej definiuje zakres mocy, z  którą można generować sygnały. Moc wyjściową podaje się w dBm, jako moc wygenerowaną z  urządzenia, bez uwzględniania wpływu medium transmisyjnego. W  związku z  powyższym, parametr ten nie uwzględnia stratności kanału. Aby obliczyć efektywną moc wypromieniowaną (ERP) należy dodatkowo wziąć pod uwagę współczynnik tłumienia linii. Jak przedstawiono na rysunku  3, na poziom mocy wyjściowej składa się moc sygnału IF, generowanego przez DAC oraz jakiekolwiek inne wzmocELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

nienia wykorzystywane w trakcie przenoszenia częstotliwości w górę. Równie ważnymi parametrami generatorów sygnałów RF jest zarówno maksymalny, jak i  minimalny, dostępny poziom mocy wyjściowej. Podając minimalną moc sygnału na wyjściu należy pamiętać, że to poziom szumów urządzenia oraz zakłócenia intermodulacyjne definiują faktyczną minimalną moc sygnału transmitowanego. Na przykład, jeśli urządzenie posiada poziom szumów równy –140 dBm/ Hz, użytkownik jest w stanie uzyskać efektywny zakres dynamiczny rzędu 80 dB na poziomie mocy –60  dBm lub wyższym. Podsumowując, definiując minimalny poziom mocy wyjściowej urządzenia należy pamiętać o jego poziomie szumów. Przykładem zastosowania, gdzie ten parametr jest niezwykle istotny, są urządzenia GPS. Ponieważ wykorzystują one sygnały o niewielkiej mocy, wymagane jest, aby testujące je przyrządy pomiarowe posiadały jak najniższy własny poziom szumów.

Podczas pomiarów zniekształceń sygnałów RF trzeciego rzędu otrzymujemy parametr zniekształceń intermodulacyjnych (IMD3) definiujący liniowość badanych urządzeń. Zazwyczaj w systemach wielkich częstotliwości elementy, takie jak mieszacze i  wzmacniacze, wprowadzają zniekształcenia sygnału. Składowe te zyskują na sile w miarę zbliżania się do poziomów saturacji poszczególnych komponentów, choć często są zauważalne także podczas pracy na niskich poziomach mocy. Na rysunku 4 zaznaczono elementy odpowiedzialne za IMD3. Na rysunku  4 można zauważyć, że zniekształcenia są najsilniejsze w przypadku wykorzystywania zarówno mieszaczy, jak i wzmacniaczy sygnału RF. Jednym z  najprostszych sposobów zdefiniowania parametru IMD3 jest pomiar zakłóceń intermodulacyjnych metodą dwutonową. Polega ona na wygenerowaniu dwóch tonów o tej samej mocy, lecz różnej częstotliwości (zazwyczaj różnica wynosi około kilkuset kiloherców) za pomocą wektorowego generatora sygnałów. Podczas tej operacji można zauważyć zarówno wygenerowane sygnały, jak i  skutki zaistniałych zniekształceń. Rysunek 5 ilustruje otrzymane wyniki testu IMD3.

Rysunek 4. Mieszacze i wzmacniacze wprowadzają zniekształcenia trzeciego rzędu

69

NOTATNIK KONSTRUKTORA

Rysunek 5. Ilustracja zniekształceń drugiego i trzeciego rzędu, występujących podczas generowania sygnału dwutonowego Jak widać na rys.  5, zniekształcenia drugiego rzędu (f2–f1, 2f1, f1+f2, orz 2f2) powstają w  pewnej odległości od sygnałów generowanych, dzięki czemu z  łatwością można je wyfiltrować. Niestety, wytworzone zniekształcenia drugiego rzędu intermodulują z  podstawowymi sygnałami, wynikiem czego powstają zniekształcenia trzeciego rzędu, które stanowią o wiele poważniejszy problem. Rysunek 5 ilustruje zniekształcenia trzeciego rzędu występujące zarówno na częstotliwościach znajdujących się w pewnej odległości od podstawowych tonów (3f1, 2f1+f2, f1+2f2, oraz 3f2), jak i te zbliżone do nich (2f1–f2, 2f2–f1). Wiele z  tych częstotliwości może zostać wyfiltrowana; niestety, nie jest to możliwe w przypadku tych, które pojawiają się najbliżej pierwotnego sygnału dwutonowego. Stąd właśnie te produkty intermodulacyjne wykorzystuje się do określenia liniowości systemu, natomiast parametr IMD3 definiuje różnicę amplitudy w dB między podstawowymi sygnałami, a zniekształceniami trzeciego rzędu. Ponieważ poziom zniekształceń jest dużo bardziej obecny przy wyższych poziomach mocy, ważne jest, aby specyfikując IMD3, podać również moc wyjściową, przy której został wykonany pomiar. IMD3 jest ważnym parametrem urządzeń RF. Zniekształceń intermodulacyjnych nie można w łatwy sposób wyfiltrować, gdyż znajdują się zbyt blisko sygnałów generowanych. Co więcej, wpływają znacznie na jakość generowanych sygnałów modulowanych. Efekt ten jest często zauważany jako degradacja parametru EVM. Dlatego też przy testach urządzeń pracujących w oparciu o modulacje wyższego stopnia (jak np. 64  QAM), należy uwzględnić wysokie wymagania jakościowe parametru EVM i, co za tym idzie, wybrać przyrządy pomiarowe cechujące się niskimi zniekształceniami intermodulacyjnymi.

Pasmo modulacji (częstotliwość próbkowania I/Q) Kolejnym, niezwykle istotnym parametrem w  przypadku wektorowych generatorów sygnałów jest pasmo modulacji. Jest ono zdefiniowane poprzez maksymalną częstotliwość próbkowania pasma, bądź częstotliwość próbkowania I/Q. Szerokość pasma wynika z twier-

70

nowanie szerszym pasmem modulacji niż wymaga tego dany standard. Przetworniki DAC typu sample-and-hold generują kopie widma pierwotnego w każdej wielokrotności częstotliwości próbkowania, co oznacza, że nadpróbkowanie sygnału może przesunąć te kopie pasma podstawowego lub pasma sygnału częstotliwości pośredniej (IF) poza zakres pracy urządzenia. Istnieje wiele potencjalnych strategii zwiększenia pasma modulacji urządzenia. Na przykład, wektorowe generatory sygnałów, wykorzystujące bezpośrednie przenoszenie częstotliwości w górę, często umożliwiają zastosowanie zewnętrznych sygnałów I oraz Q, co zwiększa pasmo modulacji urządzenia. Kolejnym przykładem jest wykorzystanie technik przetwarzania sygnałów przez przyrządy pomiarowe celem maksymalizacji częstotliwości próbkowania pasma podstawowego lub sygnału częstotliwości pośredniej IF, bez potrzeby użycia dodatkowej pamięci dla buforowania danych. Niektóre przyrządy pomiarowe RF typu PXI oraz PXI Express wspierają odbiór strumieniowego przesyłu danych bezpośrednio z  pamięci dyskowej, z  szybkością zapewniającą pełne zajęcie pasma przenoszenia danego urządzenia RF.

dzenia o próbkowaniu Shannona, które mówi, że próbki przebiegu cyfrowego danego sygnału muszą być generowane z  częstotliwością co najmniej dwa razy większą niż oryginalne pasmo tego sygnału, aby go wiernie oddać w domenie dyskretnej. Pasmo modulacji urządzenia RF wynika bezpośrednio z parametrów arbitralnego generatora funkcyjnego (ARB), co oznaczono na rysunku  6. W  przypadku niektórych, szczególnie starszych, przyrządów pomiarowych, pasmo przenoszenia wielkoczęstotliwościowej części urządzenia może być większe, niż pasmo modulacji. W przeciwnym przypadku, mogłoby to wpłynąć na ostateczne pasmo modulacji. Należy zatem pamiętać, że Podsumowanie faktyczne, użyteczne pasmo przenoszenia daOpisane parametry zostały wybrane ze wzglęnego urządzenia jest tak szerokie, jak maksydu na ich znaczenie w charakterystyce generamalne pasmo modulacji tego urządzenia. torów sygnałów, a także wszystkich systemów Maksymalna częstotliwość próbkowania wielkich częstotliwości. Trzecia część tej serii pasma podstawowego (częstotliwość próbskupi się na opisie parametrów wektorowych kowania I/Q) określa pasmo modulacji i  jest analizatorów sygnałów takich jak: zakres dyw znacznej mierze zależna od mocy obliczenamiczny, chwilowa rozdzielczość pasma czy niowej oraz możliwości przetwarzania danego poziom szumów. urządzenia. Na rysunku 6 pokazano schemat National Instruments blokowy wektorowego generatora sygnałów Poland Sp. z o.o. z zaznaczonym obszarem cyfrowego przetwaSalzburg Center rzania sygnałów. Maksymalne pasmo sygnaul. Grójecka 5, 02-025 Warszawa łu częstotliwości pośredniej IF (bądź pasma tel.: +48 22 328 90 10 podstawowego, w zależności od architektury faks: +48 22 331 96 40 części przenoszącej częstotliwość w górę) jest [email protected], poland.ni.com podstawą do zdefiniowania pasma modulacji Infolinia: 800 889 89 na wyjściu RF. W  przypadku wielu aplikacji pasmo modulacji jest nienegocjowanym parametrem, zdefiniowanym przez poszczególne standardy komunikacyjne. Na przykład, generacja sygnału Wi-Fi (IEEE 802.11g) wymaga pasma modulacji sięgającego 20  MHz. Dla porównania, wspominana wcześniej technika WCDMA wymaga jedynie 5 MHz. W każdym z tych zastosowań Rysunek 6. Pasmo modulacji jest zdefiniowane poprzez układ pożądane jest dyspo- cyfrowy oraz przetwornik C/A ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Alternatywa: SAM D20, czyli Cortex-M0+ a’la Atmel PODZESPOŁY

Alternatywa: SAM D20, czyli Cortex-M0+ a’la Atmel Atmel jest jedną z  pierwszych firm, która uwierzyła w  pomysł propagowany przez ARM: kupowania licencji na rdzenie mikroprocesorowe i  ich własne implementacje przez różnych producentów. Jest także jedną z  niewielu firm, które wykreowały rynek nowoczesnych mikrokontrolerów: szybkich, łatwych w  opanowaniu, tanich, programowanych w  systemie, wyposażonych w  doskonały (bo bezpłatny) „ekosystem”. Czy mikrokontrolery Atmela z  rdzeniami Cortex-M powtórzą sukces AVR8? Merytoryczne podstawy do tego są, z  których część odnoszącą się do nowej rodziny SAM D20 przedstawiamy w  artykule. Gorącą nowością w  ofercie firmy Atmel jest rodzina mikrokontrolerów SAM D20, które wyposażono w rdzeń Cortex-M0+ (dla niewtajemniczonych: „+” w oznaczeniu świadczy o tym, że jest to poprawiona wersja Cortex-M0, o większych od niego możliwościach, większej wydajności i mniejszym poborze mocy). Rdzenie w  mikrokontrolerach SAM D20 mogą być taktowane z  maksymalną częstotliwością 48  MHz. Rodzinę D20 producent podzielił na trzy grupy, oznaczone sufiksami E, G i  J. Różnią się one między sobą maksymalną pojemnością pamięci Flash i SRAM, liczbą wbudowanych interfejsów komunikacyjnych

Tabela 1.

Flash (kB) SRAM (kB) SERCOM (I2C, USART, SPI) Timer/Counter PWM channels 12-bit 350 ksps ADC 10-bit 350 ksps DAC GPIO Capacitive touch channels Pin count

Atmel SAM D20E Atmel SAM D20G Atmel SAM D20J 14 15 16 17 14 15 16 17 18 14 15 16 17 18 16 32 64 128 16 32 64 128 256 16 32 64 128 256 2 4 8 16 2 4 8 16 32 2 4 8 16 32 4 6 6 6 6 8 10 12 16 10 ch 14 ch 20 ch 1 ch 1 ch 1 ch 26 38 52 Up to 60 Up to 120 Up to 256 32 48 64 Rdzeń Cortex-M0+... ...jest poprawioną wersją rdzenia Cortex-M0, który powstał z kolei jako „okrojona” wersja Cortex-M3. Celem tego okrojenia było zminimalizowanie powierzchni zajmowanej przez rdzeń na płytce krzemowej, ale dość szybko okazało się, że zabieg chirurgiczny wykonany przez ARM nie był sukcesem, a próbą naprawienia błędu jest wprowadzenie mniej okaleczonej wersji rdzenia – Cortex-M0+. Tak więc, rdzeń Cortex-M0+ma do dyspozycji rozdzielone magistrale peryferyjne (I/O oraz AHB), opóźnienie wykonania przerwania wynosi 15 (a nie 16 jak w Cortex-M0) cykli zegarowych, dostęp do GPIO odbywa się w jednym takcie (a nie w dwóch), a system pipelinening’u ma dwa stopnie zamiast 3 (co zmniejsza opóźnienia w wykonywaniu programu po skokach). Rdzeń Cortex-M0+ pobiera nieco mniej energii (statycznie i dynamicznie) od pierwowzoru, charakteryzuje się ponadto większą od niego wydajnością, która dochodzi do 2,42  CoreMark/MHz (vs 2,33  CoreMark/ MHz w Cortex-M0) lub 1,31 DMIPS/MHz (vs 1,21 DMIPS/MHz).

Rysunek 1. Schemat blokowy mikrokontrolerów SAM D20 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

71

PODZESPOŁY oraz timerów-liczników, dostępnymi wersjami obudów i  wynikająca z  tego maksymalną liczbą dostępnych GPIO, w ramach podrodzin różne są także maksymalne liczby dostępnych kanałów PWM, wejść przetworników A/C i linii sensorów pojemnościowych. Zestawienie najważniejszych cech poszczególnych podrodzin znajduje się w tabeli 1. Rdzenie mikrokontrolerów SAM D20 wyposażono w sprzętowy, jednotaktowy multiplikator, „przy” CPU zintegrowano także system zarządzania poborem mocy, co – według danych producenta – pozwala osiągnąć wynik nie przekraczający 150 mA/MHz. Peryferia zintegrowane w  mikrokontrolerach podzielono na dwie grupy (rysunek 1), dołączone do oddzielnych mostów umożliwiających komunikację CPU z peryferiami. Peryferia rozdzielono przede wszystkim z powodu wyposażenia mikrokontrolerów SAM D20 w  znany z niektórych rodzin AVR 8-kanałowy kontroler zdarzeń (Event System), który po skonfigurowaniu jest w stanie przejąć część zadań z CPU, zapewniając komunikację pomiędzy peryferiami i  adekwatne reakcje na różnego rodzaju zdarzenia (rysunek 2). Zastępuje on częściowo sterownik DMA, a  przykładem jego wykorzystania może być korygowanie bez udziału CPU wartości współczynnika PWM w  zależności od obciążenia, w  przetwornicy DC/DC zaimplementowanej w  mikrokontrolerze. Zaletą wbudowanego w prezentowane układy kontrolera zdarzeń, jest możliwość wybudzania przez niego bloków peryferyjnych z  trybu uśpienia (włączania sygnału zegarowego) i ich usypianie (czyli wyłączanie sygnału zegarowego) po wykonaniu zadania. Funkcjonalność ta nosi nazwę Sleep Walking. Mikrokontrolery SAM D20 wyposażono w pamięć Flash, w której można zaimplementować emulowaną pamięć EEPROM o  pojemności do 64  kB (ustala użytkownik, parytet wynosi 8:1 Flash/EEPROM), w której aplikacja użytkownika może przechowywać swoje często zmieniane dane. Prezentowane mikrokontrolery wyposażono w  mechanizmy wspomagające bezpieczną wymianę oprogramowania przechowywanego w pamięci Flash, w czym jest pomocny wydzielony, chroniony przed skasowaniem, obszar pamięci dla bootloadera. Producent umożliwił – w zależności od potrzeb aplikacji – przeznaczenie dla bootloadera od 512  B aż do 32  kB pamięci Flash, można z  niego także całkiem zrezygnować, przeznaczając całą pamięć Flash na potrzeby aplikacji użytkownika. Co interesujące, CPU może podczas przeprogramowywania Flash wykonywać program z  pamięci RAM, dzięki czemu – w  wymagających tego urządzeniach – pomimo wymiany firmware system może działać, obsługując najważniejsze wydarzenia na bieżąco. Mając na uwadze bezpieczeństwo aplikacji mikrokontrolery SAM D20 wyposażono w blok kontroli prawidłowej pracy generatora taktują-

72

Rysunek 2. Uproszczony schemat ilustrujący funkcjonowanie systemowego kontrolera zdarzeń w mikrokontrolerach SAM D20

Rysunek 3. Schemat blokowy DSU cego, który zawarto w podsystemie Power Manager. Wykrycie zatrzymania z jakiejś przyczyny generatora taktującego z zewnętrznym rezonatorem powoduje automatyczne przełączenie źródła taktowania na wewnętrzny generatora OSC8M i wygenerowanie przerwania, które informuje aplikację użytkownika o  konieczności uwzględnienia zmiany źródła taktowania. Kolejnym blokiem sprzętowym, zwiększającym bezpieczeństwo działania systemu z mikrokontrolerem SAM D20 jest Device Service Unit (DSU) – rysunek 3. Zintegrowano w nim generator CRC32, który służy do niezależnej od CPU weryfikacji zawartości pamięci Flash, RAM oraz EEPROM. Poprawność funkcjonowania pamięci Flash i  RAM weryfikuje także specjalny kontroler o nazwie mBIST (Memory Built in Self Test), który weryfikuje prawidłowość działania każdej komórki pamięci. Kolejnym elementem wbudowanym w DSU jest Peripheral Access Controller (PAC), którego zadaniem jest ochrona zawartości rejestrów konfigurujących peryferia przed przypadkowym zamazaniem. Blok DSU współpracuje z  interfejsem SWD, który jest wykorzystywany do programowania pamięci Flash i debugowania pracy

mikrokontrolera (o narzędziach piszemy nieco więcej w ramkach). Podążając za obecnymi standardami, mikrokontrolery SAM D20 wyposażono w niepowtarzalny, cyfrowy identyfikator układu, który jest zapisywany w pamięci Flash (niekasowalna sekcja User Row) na jednym z etapów produkcji układu. Kod ten może być wykorzystany do identyfikacji układu lub jako element klucza szyfrującego związanego z konkretnym mikrokontrolerem. Mikrokontrolery SAM D20 wyposażono w 12-bitowy przetwornik A/C, który umożliwia konwersję napięć asymetrycznych lub różnicowych. Interesującym elementem jego wyposażenia są m.in. wstępny wzmacniacz analogowy o programowanym wzmocnieniu i zintegrowany postprocesor (rysunek  4), który umożliwia wstępną obróbkę przetworzonych próbek, np.: likwidację lub dodanie offsetu, monitorowanie wartości napięcia (programowany cyfrowy komparator), uśrednianie wartości próbek itp. Dodatkowym wyposażeniem „analogowym” zastosowanym w  mikrokontrolerach SAM D20 są szybkie komparatory analogowe o  programowanej histerezie oraz opcjonalnymi filtrami zakłóceń na ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Alternatywa: SAM D20, czyli Cortex-M0+ a’la Atmel

Fotografia 5. Wygląd zestawu Atmel SAM D20 Xplained Pro Evaluation Kit Rysunek 4. Schemat blokowy przetwornika A/C zastosowanego w mikrokontrolerach SAM D20 wejściach. Odpowiednio skonfigurowane dwa komparatory mogą spełniać rolę komparatora okienkowego. Każdy z  komparatorów może pracować w  dwóch trybach, różniących się poborem mocy i  prędkością działania: • high-speed, w którym czas propagacji sygnału od wejścia do wyjścia komparatora wynosi ok. 50 ns, • low-speed (low power), w którym czas propagacji sygnału od wejścia do wyjścia komparatora wynosi ok. 300 ns.

Na wejścia komparatorów można podawać sygnały zarówno z zewnątrz jak i z wyjścia przetwornika C/A, można także dołączyć wejścia do masy zasilania. Sygnał z  wyjścia komparatora może być traktowany jako zdarzenie obsługiwane przez kontroler zdarzeń, można go wykorzystać także do generacji przerwań. Warto zwrócić uwagę na zastosowane w  prezentowanych mikrokontrolerach interfejsy komunikacyjne o nazwie SERCOM (Serial Communication). Są to wielofunkcyjne

J-Link i SAM D20 Mikrokontrolery z rodziny SAM D20 są pierwszymi układami w ofercie Atmela z energooszczędnym rdzeniem Cortex-M0+. Wraz z wprowadzeniem do sprzedaży pierwszych mikrokontrolerów z tej rodziny, firma Segger ogłosiła, że są one obsługiwane przez interfejsy JTAG z rodziny J-Link (m.in. atrakcyjny cenowo J-Link EDU). Za pomocą tych interfejsów można programować pamięć Flash mikrokontrolerów z rodziny SAM D20 oraz śledzić wykonywanie programów z wykorzystaniem popularnych środowisk programistycznych (m.in. uVision firmy Keil, EWARM firmy IAR). Rdzeń Cortex-M0 obsługuje maksymalnie cztery sprzętowe pułapki, jednak korzystając z funkcji bardziej rozbudowanych interfejsów JTAG (J-Link PLUS, J-Link ULTRA+, J-Link PRO i J-Trace) programista może korzystać z zaimplementowanej w tych interfejsach funkcji umożliwiającej zastawiane nieograniczonej liczby pułapek zarówno w wewnętrznej, jak i zewnętrznej pamięci programu mikrokontrolera. Mikrokontrolery z rodziny SAM D20 są również obsługiwane przez interfejs SAM-ICE produkowany przez firmę Segger dla firmy Atmel. JTAGICE 3 i SAM D20 Najnowsza wersja pakietu Atmel Studio 6.1 update 2.0 (build 2730), zawiera upgrade firmware’u do programatora-debuggera JTAGICE3, który dotychczas obsługiwał wyłącznie mikrokontrolery z rodziny AVR. Nowa wersja firmware’u umożliwi użytkownik interfejsu programowanie i debugowanie mikrokontrolerów SAMD20 poprzez interfejs Serial Wire Debug.

interfejsy komunikacji szeregowej, mogące pracować w  trybie USART, SPI lub I2C (master/slave). Dzięki multiplekserom wejścia i wyjścia SERCOM-ów mogą być przypisane do kilku lokacji fizycznych, dzięki czemu projekt płytki drukowanej można – przynajmniej w niektórych przypadkach – uprościć. Domyślnym obszarem aplikacyjnym mikrokontrolerów z rdzeniem Cortex-M0+ są systemy zasilane bateryjnie. Poważnym atutem układów z  rodziny SAM D20 jest możliwość obudzenia CPU ze stanu uśpienia przez moduł sensorów pojemnościowych, który skanuje całe pole czujników (tworzących np. bezstykową klawiaturę) w czasie poniżej 250 ms, pobierając przy tym prąd o natężeniu poniżej 10 mA. Z tego krótkiego przeglądu cech i możliwości nowych mikrokontrolerów widać, że ich wprowadzenie do produkcji przez firmę Atmel miało na celu stworzenie 32-bitowej, bazującej na nowoczesnym rdzeniu z rodziny Cortex-M, alternatywy dla mikrokontrolerów z rodziny AVR Xmega. Nie oznacza to jednak, że rola tej rodziny w ofercie Atmela będzie malała, producent po prostu nadąża za zmianami zachodzącymi na rynku, niektórymi oferowanymi rozwiązaniami jest wręcz w rynkowej awangardzie. Kontynuując dobre tradycje, firma Atmel przygotowała dla konstruktorów zainteresowanych nowymi mikrokontrolerami tani zestaw startowy Xplain (Atmel SAM D20 Xplained Pro Evaluation Kit, ATSAMD20-XPRO - fotografia  5), wyposażony w  mikrokontroler SAMD20J18 oraz zintegrowany programator-debugger. Zastosowane w  zestawie peryferia nie są przesadnie bogate, ale możliwości zestawu można łatwo powiększyć dzięki trzem złączom XplaineePro Headers i płytkom rozszerzeń, a dzięki zastosowanemu przez producenta systemowi AutoID pakiet Atmel Studio 6.x samodzielnie rozpozna typ płytki i zaproponuje skorzystanie z odpowiedniego dla niej szablony framework.

Piotr Zbysiński, EP ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

73

NOTATNIK KONSTRUKTORA

Projektowanie płytek obwodów drukowanych zgodnie z wymaganiami EMC i ESD (3) Poprzednie artykuły z  tego cyklu zawierały przede wszystkim wskazówki dotyczące zminimalizowania negatywnego wpływu zewnętrznego środowiska elektromagnetycznego na projektowany system oraz wytłumienia promieniowania elektromagnetycznego, powstającego w  obrębie naszego projektu poprzez odpowiednie wykonanie mozaiki połączeń na powierzchni laminatu. W  tym artykule zaprezentuję, w  jaki sposób należy podejść do wykonania portów wejścia/wyjścia tworzonego urządzenia oraz na co zwrócić uwagę podczas ekranowania. Ostatnią część artykułu poświęcę wskazówkami dotyczącym zwiększenia odporności systemu na wyładowania elektrostatyczne (ESD). Wiele urządzeń elektronicznych nie wymaga do poprawnego działania wymiany sygnałów ze światem zewnętrznym. Jeżeli jednak taka konieczność zachodzi wybór medium odbywa się pomiędzy łączami bezprzewodowymi, światłowodowymi oraz tradycyjnymi przewodowymi. Każdy z wymienionych typów łączności ma szereg wad i zalet. Ważne jest rozważenie, które właściwości dla projektowanego systemu są pożądane, a które dyskwalifikujące.

Złącza i okablowanie Skupimy się na łączności przewodowej. Charakteryzuje się ona niskim kosztem implementacji oraz prostotą wykonania. Nie jest konieczne stosowanie specjalnych przetworników, a  elementy potrzebne do wykonania interfejsu przewodowego są szeroko dostępne. Wadami komunikacji przewodowej są: • Wrażliwość na zaburzenia elektromagnetyczne oraz generowanie promieniowania elektromagnetycznego. • Możliwość nieuprawnionego odtworzenia przesyłanej informacji na podstawie analizy pola elektromagnetycznego wytworzonego wokół przewodu. • Podatność kabli na korozję i  czynniki środowiskowe. • Konieczność wykonania okablowania pomiędzy urządzeniami, nierzadko składającego się z wielu dziesiątek lub nawet setek żył. Ze względu ma bogactwo typów złącz dostępnych na rynku oraz z  uwagi na podo-

74

bieństwo zjawisk elektromagnetycznych, które będą w nich będą zachodziły, sposób rozmieszczenia linii sygnałowych będę opisywał tylko na podstawie typowego konektora jednorzędowego. Przy projektowaniu złącza, podobnie jak ścieżek znajdujących się w  obrębie płytki obwodów drukowanych, ważne jest określenie typów sygnałów, które będą nimi przesyłane. Należy zwrócić uwagę na spodziewane wartości natężenia przepływającego prądu, typ przebiegu (prostokątny, sinusoidalny, itd.), jego częstotliwość, czasy narostu i opadania zboczy sygnałowych. Dla magistral cyfrowych, warto określić aktywność poszczególnych linii. Pisząc „aktywność” mam na myśli częstość zmian poziomu logicznego sygnału. Im częściej jest zmieniany poziom logiczny, tym aktywność takiej linii jest wyższa. Na podstawie tych kryteriów można łatwo określić poziom generowanego szumu przez poszczególne linie interfejsu. Za połączenia wrażliwe na szum elektromagnetyczny są uważane te, którymi są prowadzone sygnały analogowe. Po wykonaniu analizy właściwości transmitowanych sygnałów można będzie określić ile dodatkowych wyprowadzeń masy będziemy musieli wprowadzić do złącza oraz jak je w  jego obrębie porozmieszczać. W  wypadku aplikacji generujących spory szum lub wrażliwych na niego warto rozważyć możliwość użycia okablowania ekranowanego. Istotnym minusem będzie tutaj oczywiście wzrost kosztów wykonania urządzenia.

Pierwszym krokiem do właściwego uporządkowania sygnałów jest określenie przynależności każdego z nich do jednej z następujących grup: • sygnały wrażliwe (najczęściej analogowe), • sygnały szczególnie wrażliwe (jeśli występują), • sygnały wysokoszumne (najczęściej cyfrowe), • sygnały szczególnie szumiące (jeżeli występują). Najlepiej, aby sygnały wrażliwe oraz szumiące nie znajdowały się w  obrębie jednego złącza, a  jeżeli już tak musi być, to te grupy powinny znajdować się jak najdalej od siebie i  być odseparowane liniami masy. Generalnie nie jest wskazane mieszanie obu tych typów ze sobą w  obszarze jednego złącza. Dobrą praktyką jest dołączenie skrajnych wyprowadzeń do masy w  celu stworzenia swoistego ekranu dla pozostałych linii. Kolejnymi (w  kierunku centrum złącza) mogą być przesyłane sygnały z grupy wysokoszumnych lub wrażliwych (nie należy mieszać tych grup!). Im sygnał będzie bardziej wrażliwy/szumiący, tym bliżej środka powinien się znajdować. Jeżeli w poprzednim etapie wyróżniona została grupa wyjątkowo krytyczna, to musi się ona znaleźć w centrum złącza, otoczona z  obu stron dodatkowymi liniami masy. Na rysunku  1 pokazano przykładowe złącze 1-rzędowe. W  sąsiedztwie jednego doprowadzenia masy powinno znajdować się co najwyżej osiem wyprowadzeń sygnałowych. Wraz ze wzrostem mocy generowanych zaburzeń przez sygnały biegnące w  poszczególnych przewodach, dodatkowe wyprowadzenia masy powinny występować częściej. Przy projektowaniu magistrali cyfrowej dobrze jest w  bezpośrednim sąsiedztwie masy umieścić sygnał najbardziej aktywny. Zazwyczaj jest to sygnał zegarowy bądź linia przenosząca stan najmłodszego bitu. Rozważając budowę interfejsu przewodowego, należy bacznie przyjrzeć się kwestii odległości, na jaką ma być przesyłany sygnał. Wraz ze wzrostem długości przewodu następuje większa degradacja przesyłanej nim inforELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Projektowanie płytek obwodów drukowanych zgodnie z wymaganiami EMC i ESD macji. Dzieje się to na skutek rosnących pojemności i rezystancji przewodu oraz zwiększonej zdolności do emitowania i  zbierania energii elektromagnetycznej. W  celu zachowania dostatecznych parametrów sygnału docierającego do odbiornika należy wraz ze wzrostem dystansu transmisji: • Obniżyć jego częstotliwość. • Zwiększyć zakres zmian napięcia reprezentującego informację. • W  miarę możliwość przesyłać sygnały zmieniające się dyskretnie (np. zmieniające się zero-jedynkowo). Jest wtedy o wiele łatwiej wydobyć poprawną informację nawet z mocno zdegradowanego sygnału, ponieważ jest ona kodowana przez określony zakres napięć (a nie tylko przez jedną konkretną wartość, jak ma to miejsce przy zmianach ciągłych). Przykładowo, w standardzie TTL każda wartość napięcia pomiędzy 2,4 V a 5 V jest traktowana jako poziom logiczny wysoki, natomiast zakres od 0 V do 0,8 V jako poziom logiczny niski. • Zamiast przesyłania sygnału danych za pomocą jednego przewodu dobrze jest użyć skrętki i  przesyłać nią informacje w postaci sygnału różnicowego. Z jednej strony, pola magnetyczne wytworzone wokół kabli tworzących skrętkę będą się znosiły z  powodu przeciwnego kierunku, natomiast z  drugiej, po odjęciu od siebie sygnałów z  obydwu żył okaże się, że różnica (sygnał użyteczny) została wzmocniona, natomiast cześć wspólna (zaburzenia) wyeliminowane. • Dla bardzo dużych odległości należy rozważyć zastosowanie regeneratora sygnału. Oprócz poradzenia sobie z problemem zapewnienia odpowiedniego stosunku sygnału użytecznego do szumu w sygnale docierającym do odbiornika, przed konstruktorem stoi jeszcze jedno poważne zadanie: dodanie przewodów do urządzenia (nieważne czy będzie spełniało rolę nadajnika czy odbiornika) wiąże się również z  możliwością zwiększenia poziomu zaburzeń, jakie będą docierały do urządzenia. Przy nieumiejętnym rozmieszczeniu okablowania (np. prowadząc przewody przez duże otwory w ekranie) nawet ekranowanie obejmujące całe urządzenie nie będzie w  stanie skutecznie zatrzymać niepożądanego promieniowania elektromagnetycznego przedostającego się z  i  do systemu. Rozmieszczając przewody wewnątrz obwody systemu oraz poza nią należy pamiętać o: • Utrzymaniu ich we względnym porządku. Przypadkowo wiszące przewody mogą utworzyć antenę (najczęściej pętlową bądź dipolową), która pogorszy parametry urządzenia pod względem kompatybilności elektromagnetycznej. • Przewody, którymi przesyłane są dane cyfrowe bądź płyną nimi prądy o  dużym natężeniu należy trzymać z  dala od kabli ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

wiodących sygnały analogowe wrażliwe na zaburzenia. • Nieprowadzeniu przewodów w  pobliżu elementów i  urządzeń generujących pole elektromagnetyczne o  znacznym natężeniu. Mowa tutaj przede wszystkim o różnego rodzaju układach cyfrowych, rezonatorach, silnikach elektrycznych, transformatorach, itd. • Nieumieszczaniu okablowania w  sąsiedztwie otworów, szczelin wykonanych w materiałach przewodzących, ponieważ będą one działały jak anteny szczelinowe. • Nieprowadzeniu krytycznego sygnału żyłą znajdującą się na zewnątrz wiązki kablowej nawet, gdy jest ona ekranowana. • Unikaniu układania przewodów w  pobliżu materiałów przewodzących o niezdefiniowanym potencjale. Takie obiekty mają skłonność do odbijania oraz magazynowania energii promieniowania elektromagnetycznego. • Zadbaniu o to, aby przewody nie były zagięte pod zbyt dużym kątem. • Użyciu kabla koncentrycznego do prowadzenia sygnałów o  częstotliwości wyższej niż 10  MHz oraz w  aplikacjach, w których jest istotne dopasowanie impedancji w szerokim zakresie częstotliwości. Jak już pisałem w  pierwszym artykule, najlepszą drugą do zabezpieczenia się przed zaburzeniami elektromagnetycznymi jest eliminowanie ich potencjalnych źródeł. Jeżeli usunięcie przyczyny jest niemożliwe, np. znajduje się poza zasięgiem konstruktora, to należy podjąć próby ochrony systemu tak blisko niej, jak to tylko możliwe. Wyposażając projektowany system w  okablowanie, konstruktor ma możliwość eliminowania zaburzeń już na etapie tworzenia okablowania. Jest to realizowanie poprzez użycie kabli ekranowanych, skrętek, koralików ferrytowych. Dobór zabezpieczenia zależy przede wszystkim od jego kosztów oraz stopnia ochrony, który jest wymagany przez założenia projektowe.

Ekranowanie

Jak taki ekran działa? Na początek przyjrzyjmy się promieniowaniu elektromagnetycznemu. Składa się ono ze sprzężonych ze sobą pól: elektrycznego i magnetycznego. Pole elektryczne powoduje powstanie w  obrębie przewodnika ruchu ładunków elektrycznych. Prąd wyindukowany w  idealnym przewodniku, na skutek przyłożonego zewnętrznego pola elektrycznego, spowoduje powstanie wewnątrz tego przewodnika pola elektrycznego, wewnętrznego. Oba te pola będą się wzajemnie znosiły, ponieważ będą miały przeciwne zwroty. Na skutek tego, wypadkowe pole elektryczne wewnątrz przewodnika będzie wynosiło zero. Zmienne pole magnetyczne (o częstotliwości wyższej niż 100 kHz) powoduje powstanie prądów wirowych w przewodniku. Wytworzone przez nie pole magnetyczne będzie znosiło przyłożone zmienne pole magnetyczne, również dzięki przeciwnym zwrotom. Zarówno pole elektryczne jak i  magnetyczne będą „odbijane” od powierzchni ekranu idealnego. Niestety coś takiego jak przewodnik idealny nie istnieje. Niemożliwe będzie również znalezienie ekranu idealnego. Parametry ekranu rzeczywistego będą gorsze z powodu: • Rezystancji przewodnika rzeczywistego. Ta rezystancja ograniczy natężenie wyindukowanego w przewodniku prądu. Prąd o niższym natężeniu z  kolei wytworzy słabsze pole elektryczne wewnątrz przewodnika. • Otworów wykonanych w  ekranie. Każda nieciągłość w  strukturze przewodnika zaburzy przepływ wyindukowanego prądu. Jak powszechnie wiadomo, prąd będzie płynął ścieżką o  najniższej impedancji, czyli opłynie otwór w  przewodniku. Brak przepływu ładunku elektrycznego w  tym miejscu objawi się brakiem wewnętrznego pola elektrycznego, które znosiłoby to zewnętrzne. Tym samym w tym miejscu zostanie osłabiona ochrona przed zewnętrznym polem elektromagnetycznym. Jeżeli urządzenie miałoby być chronione przed działaniem stałego pola magnetycznego (bądź zmiennego o  częstotliwości niższej niż 100 kHz), należałoby je wyposażyć w dodatkowy ekran wykonany z  materiału cechującego się wysoką przenikalnością magnetyczną (np. z  materiału ferromagnetycznego). Jego sposób działania będzie nieco inny, niż ekranu typowego dla ochrony przed falami radiowymi (RF). Mianowicie, będzie on tworzył wewnątrz siebie ścieżkę, która będą biegły linie pola magnetycznego omijając urządzenie otoczone ekranem magnetycznym. Skuteczność ekrano-

Zdarza się, że projektowane urządzenie musi poprawnie pracować w silnie zaszumionym środowisku elektromagnetycznym i  że źródła tego szumu znajdują się poza zasięgiem konstruktora. Skoro nie można ich usunąć, to trzeba skutecznie chronić zaprojektowane urządzenie przed ich niekorzystnym wpływem. Najlepszym rozwiązaniem jest otoczenie całego urządzenia kompletnym ekranem elektromagnetycznym. Idealny ekran jest wykonany z  idealnego przewodnika (rezystancja między dwoma dowolnymi punktami takiego przewodnika zawsze Rysunek 1. Widok przykładowego złącza jednorzędowego wynosi 0 omów).

75

NOTATNIK KONSTRUKTORA wania zależy od przenikalności magnetycznej zastosowanego materiału. Efektywność spada zarówno w  przypadku obecności bardzo słabego pola magnetycznego, jak i  bardzo silnego. Jest związane ze zjawiskiem nasycania się materiału. Z  tego powodu efektywne ekrany wolnozmiennego pola magnetycznego wykonywane są z  kilku warstw materiałów o  różnych wartościach przenikalności magnetycznej. W  tym przypadku możliwe jest również użycie ekranów aktywnych (wyżej opisane ekrany są pasywne). W odróżnieniu od pasywnych, wytwarzają własne pole magnetyczne, które eliminuje to pochodzące ze środowiska zewnętrznego. Przykładami takich urządzeń są elektromagnesy, selenoidy, cewki Hekmholtza. Bardzo ciekawym rozwiązaniem jest wykorzystanie efektu Meissnera, jednak ze względu na konieczność wykorzystania nadprzewodnika, czy też ciekłego azotu do jego chłodzenia, piszę o tym tylko jako o ciekawostce. W tym podrozdziale przez cały czas pisałem tylko o konieczności ekranowania projektowanego systemu przed niekorzystnym wpływem zewnętrznego promieniowania elektromagnetycznego. Ekrany elektromagnetyczne są również wykorzystywane w  celu ochrony zewnętrznego środowiska elektromagnetycznego przed szkodliwą działalnością projektowanego urządzenia. Ekranowanie może zarówno obejmować cały system, jak i  być ograniczone tylko do krytycznego podsystemu (podział projektu na grupy funkcjonalne znacznie uprości jego zidentyfikowanie oraz określenie poziomu koniecznych zabezpieczeń). Niezależnie od tego, jaka część urządzenia będzie objęta ekranem, to musi być on szczelny. Szczelny, w tym przypadku nie znaczy tylko, że użyty blok metalu nie ma żadnych otworów czy szczelin. Oznacza to, że każda linia wchodząca bądź opuszczająca chronioną strefę, musi być filtrowana. Jeżeli zostanie to zaniedbane, to okaże się, że w tym miejscu pole elektromagnetyczne zacznie „przeciekać”. Istnieje oczywiście możliwość (przy zachowaniu pewnych reguł) wykonania ekranu półotwartego. Jego użycie może być podyktowane koniecznością zapewnienia swobodnej cyrkulacji powietrza. W każdym razie, trzeba mieć na uwadze trzeba mieć, że będzie on mniej efektywny od całkowicie szczelnego „kuzyna”. Żeby spełniał on swoje zadanie należy dopilnować, aby szczeliny i  otwory były sporo mniejsze od długości najkrótszej z  fal, przed którymi ma chronić. Często przyjmuje się, że szczelina powinna mieć wymiary mniejsze niż 1/10 długości najkrótszej fali, natomiast średnica otworów nie powinna być większa niż 1/100 długości najkrótszej fali. W typowo hobbystycznych projektach zazwyczaj do skutecznego ekranowania systemu nie jest potrzebna metalowa obudowa (która nawiasem mówiąc jest sporo droższa od zwykłej, plastikowej). Jeżeli jest potrzebna ochrona przed promieniowanie elektromagnetycznym

76

o częstotliwości nieprzekraczającej 30 MHz, to będzie wystarczająca zwykła warstwa przewodząca pokrywająca wewnętrzną część obudowy plastikowej. Typ ekranu wybrany, co dalej? Należy go odpowiednio dołączyć do zaprojektowanej płytki PCB. Jak już pisałem, nie można pozostawiać elementów przewodzących bez zdefiniowanego potencjału. Aby ekran poprawnie spełniał swoją rolę musi być dołączony za pomocą niskoimpedancyjnych połączeń z  masą systemu. Najlepiej, aby odbyło się to w strefie portów I/O. Efektywność ekranowania zostanie podniesiona przez zapewnienie jak największej liczby połączeń z  masą systemu. Osłabiona zostanie w ten sposób skłonność do oddziaływania z pobliskimi obiektami.

Zabezpieczenie systemu przed ESD Obecnie bardzo popularne przyrządy półprzewodnikowe są bardzo wrażliwe na wyładowania elektrostatyczne. Owe wyładowania powstają w  wyniku utworzenia się dużej różnicy potencjałów między dwoma punktami w  wyniku nagromadzenia się ładunku elektrostatycznego. Napięcie wyładowania elektrostatycznego wynosi nawet kilkanaście kilowoltów. Jest ono wystarczające do zniszczenia wrażliwych układów scalonych. Tak duże napięcie powoduje oczywiście również przepływ prądu o odpowiednio wysokim natężeniu, które, nawiasem mówiąc, można łatwo obliczyć korzystając z  prawa Ohma. To w  połączeniu z bardzo krótkim czasem wystąpienia zjawiska, które jest widziane w dziedzinie częstotliwości jako zespół sygnałów sinusoidalnych o bardzo dużej częstotliwości, jest powodem powstania silnego pola magnetycznego. Owe pole powoduje wyindukowanie się prądu w  sąsiadujących z  miejscem wyładowania elementach przewodzących. Skutki zdarzenia ESD nie są więc ograniczone tylko do miejsca jego występowania, ale również będą widoczne w  jego sąsiedztwie. Wyładowanie elektrostatyczne może spowodować: • Uszkodzenie bądź zniszczenie układu scalonego lub innego elementu półprzewodnikowego. • Wyindukowanie się szumu w sygnale przepływającym w sąsiedztwie. • Różnicę potencjału masy w  różnych punktach systemu i  doprowadzić do niepoprawnej pracy urządzenia; • Różnicę potencjału pomiędzy różnymi częściami ekranu elektromagnetycznego. Spowoduje to obniżenie jego skuteczności. • Modyfikację wartości zapisanych w  rejestrach i pamięciach układów cyfrowych. Uodpornienie systemu na zdarzenia ESD realizuje się na drodze sprzętowej i  programowej. Rozwiązania sprzętowe skupiają się na obniżeniu (w  jak najkrótszym czasie) do bezpiecznego poziomu pików napięciowych i  prądowych i  odprowadzeniu nadmiarowego

ładunku do masy. Na tym poziomie jest realizowana ochrona przed fizycznym uszkodzeniem zarówno składowych, jak i  całości systemu elektronicznego. W  celu efektywnego opracowania ochrony sprzętowej przed ESD, trzeba ustalić potencjalne miejsca wystąpienia tego zjawiska. To zadanie może wydawać się trudne do wykonania, jednak jest zgoła inaczej. Najczęstszym powodem powstania wyładowania elektrostatycznego w systemie elektronicznym jest kontakt jego składowych z  użytkownikiem. Podczas codziennych czynności na powierzchni ciała ludzkiego mogą gromadzić się ogromne ilości ładunków elektrostatycznych. Każdemu chyba zdarzyło się, że został „kopnięty” np. przez klamkę. Wyobraźmy sobie, że zamiast wspomnianej klamki, w zasięgu naładowanego palca znajdzie się płytka obwodów drukowanych. Katastrofa gotowa! Niestety, ale najczęściej po takim kontakcie urządzenie elektroniczne nadaje się co najwyżej do naprawy. Wniosek nasuwa się jeden – należy chronić wrażliwe części systemu przed bezpośrednim kontaktem z  użytkownikiem. Oznacza to ni mniej, ni więcej tyle, że trzeba umieścić wykonaną z  wielkim pietyzmem płytkę PCB w  zamkniętej obudowie. W  takim wypadku strefa podwyższonego zagrożenia wyładowaniami ESD zostanie ograniczona do portów I/O. Na rysunku 2 pokazano przykładowy obwód zabezpieczający system elektroniczny przed wyładowaniem elektrostatycznym. W celu stłumienia impulsów spowodowanych wyładowaniem elektrostatycznym stosuje się: • Cewki. Jako że dla sygnałów wysokoczęstotliwościowych są one widoczne jako elementy o  bardzo dużej impedancji, natomiast dla niskoczęstotliwościowych jako zwarcie, to należy włączać je szeregowo do linii zagrożonej wystąpieniem zdarzenia ESD. Oczywiście, powinny się znaleźć jak najbliżej miejsca spodziewanego wyładowania elektrostatycznego. Najlepsze będą cewki ferrytowe o jak najniższej rezystancji. Wartość indukcji nie jest istotna. • Diody Zenera. Stanowią one bardzo dobre zabezpieczenie przeciwprzepięciowe. Są one często umieszczane jak ochrona I/O  układów cyfrowych. Nie należy oczywiście zdawać się tylko na te już zaimplementowane w  strukturę układu. Kluczowym parametrem w ich wypadku jest czas potrzebny do przejścia w  stan przebicia. Im krótszy tym lepiej. Jako że ich zadaniem jest zwarcie powstałego impulsu ESD do masy bądź zasilania, należy je wpinać równolegle pomiędzy masę (lub szynę zasilającą), a zagrożoną linie. • Kondensatory. Stanowią one elementy o  niskiej impedancji dla sygnałów wysokoczęstotliwościowych. Ich zadaniem jest zwarcie powstałego szumu wysokoczęstotliwościowego do masy. • Rezystory. Ze względu na konieczność użycia dużych wartości rezystancji oraz możELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Projektowanie płytek obwodów drukowanych zgodnie z wymaganiami EMC i ESD

Rysunek 2. Przykładowy obwód zabezpieczający system elektroniczny przed wyładowaniem elektrostatycznym liwość wystąpienia zjawiska przebicia są one rzadko stosowane do ochrony systemu elektronicznego przed zdarzeniami ESD. Jeżeli już mają zostać użyte jako ochrona, to są wpinane szeregowo do linii I/O. W sumie określenie „lina I/O” w tym wypadku jest na wyrost. Z  powodu wysokiej rezystancji wyjściowej (na skutek włączenia rezystora), ta linia nie będzie mogła pracować jako wyjście wykonywanego urządzenia. Oczywiście należy pamiętać o  tym, że wyładowanie elektrostatyczne spowoduje wyindukowanie się zaburzeń również w sąsiadujących ścieżkach. Należy unikać prowadzenia sygnałów, czy zasilania w sąsiedztwie linii, na których może pojawić się impuls spowodowany zdarzeniem ESD. Jeżeli z konieczności ścieżka sygnałowa zostanie poprowadzona w pobliżu takiej linii, to musi być bezwzględnie od niej odizolowana za pomocą ścieżki masy. Warto również zastosować na niej zabezpieczenia charakterystyczne dla ścieżek zagrożonych pojawieniem się impulsu. O ile metody sprzętowe służyły zabezpieczeniu komponentów fizycznych przed uszkodzeniem w  wyniku wyładowania elektrostatycznego, o tyle metody programowe skupiają się na zapewnieniu prawidłowego wykonywa-

nia instrukcji zapisanych w pamięci nieulotnej układów cyfrowych. Nie należy w  żadnym wypadku stosować ochrony programowej zamiast sprzętowej, ponieważ nie zapewnia ona bezpieczeństwa elementom znajdującym się na powierzchni płytki obwodów drukowanych. Zabezpieczenia software’owe są nijako uzupełnieniem metody sprzętowej, podwyższające niezawodność budowanego urządzenia. Wprowadzenie owych zabezpieczeń będzie wiązało się z  wydłużeniem czasu projektowania urządzenia, zwiększeniem zapotrzebowania na pamięć, poświęceniem dodatkowych cykli zegarowych na przetwarzanie instrukcji zabezpieczających. Projektowanie mechanizmów ochrony programowej należy oprzeć na następujących założeniach: • Stan portów I/O  lub rejestrów może ulec nieintencjonalnej zmianie. Oznacza to, że konieczne jest wdrożenie dodatkowych procedur sprawdzających i  odtwarzających poprawne wartości. Oczywiście te funkcje powinny być wykonywane okresowo. • Dane mogły zostać uszkodzone od czasu ostatniego dostępu. Do stwierdzenia poprawności bloku danych okażą się przydatne algorytmy obliczania sumy kontrolnej. W przypadku obszernych danych najczęściej jest generowany cykliczny kod nadmiarowy CRC. Do kontroli poprawności małych ilości danych zazwyczaj wystarcza zastosowanie bitu parzystości. • Wszystkie nieużywane przerwania powinny prowadzić do programu głównego. Oczywiście każda z  funkcji obsługi przerwania powinna zawierać instrukcje zerujące flagi stanu danego przerwania. • Istnieje niebezpieczeństwo wejścia programu w niezaplanowaną pętlę nieskończoną. W  celu uniknięcia takiej sytuacji należy użyć sprzętowego Watchdoga. W wypadku

zawieszenia się programu CPU zostanie przez niego zrestartowany. Utracone zostaną stany rejestrów oraz wszelkie dane znajdujące się w pamięci RAM (tj. w przypadku standardowej procedury zerowania). W  niektórych aplikacjach może okazać się niezbędne odtworzenie stanu urządzenia sprzed awarii. Konieczne wartości rejestrów i  danych powinny zostać zapisane wtedy w  pamięci nieulotnej. Należy przy tym zachować ostrożność w związku z  możliwym przekłamaniem wartości zapisanej. Obliczenie sumy kontrolnej bądź zastosowanie innych metod weryfikacyjnych (np. stworzenie kilku kopii danych i porównywanie ich między sobą) jest tutaj koniecznością. Stosując metody programowe, konstruktor musi kierować się przy dobieraniu rozwiązać ich skutecznością i  praktycznością. Rozwaga jest tutaj bardzo cenna. Błędem jest zarówno nie użycie żadnego zabezpieczenia (choćby w postaci Watchdoga, którego na pokładzie ma większość mikrokontrolerów dostępnych obecnie na rynku), jak i zbyt obsesyjne ich stosowanie (np. funkcje ochrony przed skutkami ESD wykazują dużo wyższe zapotrzebowanie na zasoby kontrolera niż pozostała część programu).

Podsumowanie Stworzenie systemu spełniającego założenia kompatybilności elektromagnetycznej, czy też odpornego na wyładowania elektrostatyczne wiąże się z dodatkowymi nakładami finansowymi oraz koniecznością poświęcenia na projekt większej ilości czasu. Jednak czy aby na pewno jest sens „oszczędzać” na niezawodności projektowanego urządzenia? Często ta „oszczędność” sporo kosztuje.

Rafał Łaziński [email protected]

REKLAMA

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

77

PREZENTACJE

mikroBasic PRO

Najlepszy przyjaciel mikrokontrolera PIC W  przeszłości używałem kompilatora C firmy MikroElektronika dla mikrokontrolerów AVR przy okazji tworzenia oprogramowania dla systemu monitoringu. Pamiętam, że zaskoczył mnie mnogością gotowych bibliotek przeznaczonych do obsługi popularnych standardów transmisji oraz urządzeń zewnętrznych typowo stosowanych razem z  mikrokontrolerem, takich jak np. wyświetlacz LCD. Od ponad 10 lat firma MikroElektronika jest jednym z  przedsiębiorstw, które tworzą oprogramowanie i  narzędzia sprzętowe dla ważniejszych rdzeni mikrokontrolerów. Firma produkuje płytki ewaluacyjne, moduły rozszerzeń, kompilatory Basic, C i  Pascala, oprogramowanie narzędziowe, wydaje książki. Podstawą działania firmy jest chęć dostarczenia inżynierom narzędzi, które pozwolą im na szybkie wykonanie zadania. Ale firma nie skupia się jedynie na tym obszarze działalności. Coś odpowiedniego wśród jej produktów znajdą również zwykli ludzie, którzy będą chcieli nauczyć się programowania mikrokontrolerów lub hobbyści czy entuzjaści, którzy po prostu chcą wykonać i  oprogramować urządzenie dla własnego użytku. W swoich materiałach firma podaje, że 48% jej rynku to przedsiębiorstwa, około 27% uczelnie wyższe, natomiast reszta to odbiorcy indywidualni. Każdy, kto kiedykolwiek zetknął się z programowaniem, na pewno słyszał o języku Basic. Opinie na jego temat są podzielone. Podstawowy zarzut, bardziej z  przeszłości niż z  teraźniejszości, dotyczył tego, że nie jest to język strukturalny, a  instrukcje skoków wykonywane zamiast wywołań funkcji i  podprogramów, uczą złych nawyków programowania. Jednak od tamtego czasu Basic ewoluował stając się bodaj najłatwiejszym do opanowania również przez początkujących adeptów sztuki programowania mikrokontrolerów. Kompilatory Basic są skierowane przede wszystkim do tych osób, które cenią sobie łatwość programowania i nie mają ambicji tworzenia rozbudowanych aplikacji, podzielonych na wiele modułów i  tworzo-

78

nych przez współpracujący ze sobą zespół programistów.

mikroBasic PRO Kompilator mikroBasic PRO dla mikrokontrolerów PIC został opracowany z  myślą o  każdym użytkowniku mikrokontrolera. Pomimo opinii wspomnianych wyżej opinii, Basic nadal jest najlepszym językiem dla początkujących w  programowaniu mikrokontrolerów ze względu składnię, która jest łatwa do zrozumienia i nauczenia się oraz przejrzystą strukturę programu. Poważnymi atutami kompilatora mikroBasic PRO są łatwe w użyciu środowisko programistyczne IDE, wyczerpujące wskazówki zawarte w pliku pomocy oraz wsparcie techniczne obejmujące cały okres użytkowania produktu. Jest to szczególnie istotne, gdy stawia się pierwsze kroki w programowaniu mikrokontrolerów PIC. Nie należy również zapominać o  ponad 500 funkcjach bibliotecznych oraz licznych przykładach programowania, które jeszcze bardziej usprawniają i przyśpieszają opracowywanie urządzeń. Można zaryzykować twierdzenie, że kompilator wykona większość pracy za programistę oferując mu rozwiązania gotowe do użycia. W ten sposób, co ciekawe, również osoby początkujące mogą pisać programy funkcjonujące w  taki sposób, jakby były tworzone przez ekspertów. Oprócz obszernej biblioteki funkcji, kompilator przeprowadza również 4-poziomo-

wą optymalizację programu, co pozwala na zmniejszenie kodu wynikowego aż o 20%. Jak przystało na zaawansowane narzędzie programistyczne, kompilator jest wyposażony w komfortowe IDE. Jest to w pełni profesjonalny, łatwy w użyciu edytor, intuicyjny, szybki, funkcjonalny, nie sprawia problemów w trakcie edycji źródła programu i użytkowania. Jak przystało na produkt profesjonalny, mikroBasic ma wsparcie dla debuggera mikroICD, jeśli jest używany z programatorem mikroProg. Umożliwia to programowanie pamięci Flash mikrokontrolera oraz uruchamianie programu krok po kroku. Co ważne, program i  mikrokontroler funkcjonują w  rzeczywistym środowisku, dzięki czemu można obserwować również reakcje układów peryferyjnych na sygnały sterujące. Debugger mikroICD jest osobnym modułem programowym DLL, który realizuje zaawansowany debugger. Wspiera pracę krokową z funkcjami Step over [F8], Step into [F7], Step out [Ctrl+F8], Run [F6], Run To Cursor [F4]. Oprócz tego pozwala na ustawianie pułapek standardowych i zaawansowanych, warunkowych, co umożliwia wykorzystanie pełnego potencjału szybkiego odnajdywania błędów. Każdy, kto kiedykolwiek napisał program dla urządzenia obsługiwanego przez człowieka wie, że zawsze najwięcej wysiłku pochłania oprogramowanie interfejsu użytkownika. Paradoksalnie, stopień skomplikowania programu ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Najlepszy przyjaciel mikrokontrolera PIC

wzrósł wraz z  wyposażeniem mikrokontrolerów w  nowoczesne peryferia, takie jak kolorowe wyświetlacze LCD i  panele dotykowe. Teraz – zależnie od informacji wyświetlanych na ekranie – częstokroć jest konieczne zaangażowanie do projektu nie tylko programisty, ale również grafika. Niestety, mimo iż na tym zyskuje estetyka aplikacji, to taki podział funkcji może wydłużyć termin realizacji projektu, a  przy obecnym postępie technologicznym i  szybkości opracowywania nowych podzespołów i  urządzeń, kluczowe znaczenie ma czas od pomysłu do wprowadzenia produktu na rynek. W  związku z  tym, że dla pewnych grup urządzeń opracowywane są stałe, prawie niezmieniające się elementy graficzne pokazywane na wyświetlaczu, stworzono biblioteki symboli oraz programy ułatwiające zaprojektowanie wyglądu wyświetlanego ekranu. Również firma MikroElektronika oferuje takie narzędzia, które doskonale współpracują z firmowymi kompilatorami – są to Visual GLCD oraz Visual TFT, programy przeznaczone do projektowania graficznych interfejsów użytkownika. Dzięki nim, nawet osoba poczatkująca, która nie korzysta ze wsparcia grafika, może w  łatwy sposób utworzyć graficzny interfejs użytkownika. Co ważne, projekty można dystrybuować za pomocą Package Manager Software co pozwala na łatwe zainstalowanie kodu utworzonego przez kogoś innego jedynie za pomocą pojedynczego kliknięcia na zbiorze zawierającym spakowany pakiet programów. Firma deklaruje, że jednym z priorytetów jej działalności jest oszczędzanie czasu programisty. Pamiętam własne, wspomniane na początku wrażenia z  użytkowania kompilatora języka C – faktycznie tak jest. Mnie bardzo przydały się funkcje biblioteczne do obsługi ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

popularnych interfejsów szeregowych, np. czujników z interfejsem 1-Wire. Oprócz wspomnianej, obszernej biblioteki funkcji dodatkowych, kompilator jest również wyposażony w  użyteczne narzędzia. Są to LCD Custom Character Tool (program do projektowania własnych znaków wyświetlanych na ekranie LCD), GLCD Bitmap Editor (edytor obrazów wyświetlanych na wyświetlaczu graficznym), Seven Segment Editor (edytor znaków wyświetlanych na wyświetlaczu 7-segmentowym),

UART Terminal (program umożliwiający odbieranie, wyświetlanie i wysyłanie znaków przez RS232), UDP Terminal (jak terminal UART, ale z użyciem protokołu UDP), HID Terminal (terminal dla interfejsu USB), ASCII Chart (tablica kodów znaków ASCII), Active Comments Editor (edytor aktywnych komentarzy umieszczanych w kodzie programu), Advanced Statistics (narzędzie umożliwiające tworzenie statystyk związanych z pracą programu) oraz wiele innych. Kompilator jest oferowany w  bardzo dobrej cenie, jeśli odnieść ją do możliwości całego pakietu. Co ważne, licencja może być udzielona na dwa sposoby. Pierwszym z nich i najbardziej popularnym jest klucz sprzętowy, dołączany do portu USB. W ten sposób można zainstalować pakiet na kilku komputerach (np. na stacjonarnym w  domu, na notebooku, na stacjonarnym w firmie itp.) i pracować na tym, do którego jest dołączony klucz. Inna metoda licencjonowania wiąże pakiet ze sprzętem, ponieważ licencja jest dostarczana w  postaci pliku, który wymaga zainstalowania na danym komputerze. Ta instalacja jest możliwa tylko raz. Przeniesienie programu wymaga usunięcia pliku licencji i wgrania go na innym komputerze. Na koniec warto wspomnieć, że oprócz kompilatorów i narzędzie programistycznych, firma MikroElektronika oferuje również szereg zestawów ewaluacyjnych, modułów dodatkowych i  programatorów. Są one wspierane przez firmowe oprogramowanie i  doskonale uzupełniają jej ofertę.

Jacek Bogusz, EP

Do wygrania rewelacyjny kompilator mikroBasic PRO! Magazyn Elektronika Praktyczna wspólnie z firmą TME z Łodzi organizują konkurs, w którym nagrodą główną jest kompilator języka Basic dla mikrokontrolerów PIC – mikroBasic PRO firmy MikroElektronika. Aby wziąć udział w konkursie należy do dnia 31.10.2013 przesłać e-mailem na adres [email protected] lub listownie, na adres redakcji Elektronika Praktyczna, ul. Leszczynowa 11, 03-197 Warszawa, odpowiedzi na następujące pytania: 1. Z jakiego kraju wywodzi się firma MikroElektronika? 2. Dla jakich rodzin mikrokontrolerów są oferowane kompilatory MikroElektroniki? 3. Jaki projekt chciałbyś wykonać za pomocą kompilatora mikroBasic? W temacie e-maila lub na kopercie należy umieścić dopisek „Konkurs MIKROBASIC”. Życzymy powodzenia!

79

PODZESPOŁY

Nowy duch na pasmach ISM Transceiver SPIRIT i energooszczędne mikrokontrolery z oferty STMicroelectronics Ważną nowością w  ofercie STMicroelectronics są jednoukładowe transceivery na pasma ISM, noszące nazwę SPIRIT1. Są one przystosowane do pracy w  nielicencjonowanych pasmach radiowych, należących do „wolnych” zakresów częstotliwości poniżej 1  GHz: 150…174  MHz, 300…348  MHz, 387…470  MHz oraz 779…956  MHz. Transceiver SPIRIT1 jest jednoukładowym, kompletnym torem nadawczo-odbiorczym, który umożliwia dwukierunkowy transfer danych z  prędkością (bitową, mierzoną w  antenie) od 1 do 500  kb/s. Układ wyposażono w  uniwersalny modulator pozwalający na korzystanie z następujących metod modulacji: 2-FSK, GFSK, MSK, GMSK, OOK oraz ASK. Standardowy odstęp międzykanałowy wynosi 12,5  kHz, dzięki czemu w  każdym paśmie radiowym można ulokować lokalnie dużą liczbę niezależnych urządzeń nadawczo-odbiorczych. Odbiornik w  układzie SPIRIT1 charakteryzuje się dużą czułością (–118 dBm), a  tor nadawczy jest przystosowany do emisji sygnału o  mocy wyjściowej do +11  dBm. Schemat blokowy jednoukładowego transceivera SPIRIT1 pokazano na rysunku 1. Podczas konstruowania tego układu wyraźnie nie wzięto sobie za punkt honoru bicie jakichkolwiek rekordów, poza rekordowym komfortem jego aplikowania: dotyczy to zarówno aplikacji fizycznej (rysunek  2), poboru mocy (9 mA w trybie odbioru, 21 mA w  trybie nadawania przy poziomie mocy wyjściowej +11  dBm) jak i  wewnętrznych rozwiązań sprzętowych wspierających transfer danych. Tor radiowy jest programowany poprzez interfejs SPI, który służy także do transferu danych. W ścieżkach nadawczej i odbiorczej zastosowano niezależne bufory FIFO o  pojemności po 96 bajtów każdy, a tor radiowy wyposażono w  mechanizmy minimalizujące zmiany wielkości fizycznych w  otoczeniu na jakość transmisji (np. filtr odbiorczy o  programowanej szerokości przenoszenia, automatyczną kompensację offsetu częstotliwości referencyjnej, „inteligentny” system dywersyfikacji anten bazujący na pomiarze

80

poziomu sygnału nośnego preambuł, wbudowany w  strukturę czujnik temperatury itp.). Prezentowany transceiver wyposażono także w  sprzętowe bloki automatyzujące transmisję danych, w tym m.in. automatyczne potwierdzanie poprawnego odbioru, automatyczne żądanie retransmisji, monitorowanie czasu transmisji i sygnalizowanie wystąpienie timeout’u. Zautomatyzowano także system synchronizacji transmisji z mechanizmem CCA (Clear Channel Assessment), na którym bazuje mechanizm dostępu do kanału transmisyjnego CSMA. Wymienione elementy „automatyki” transmisji są wbrew pozorom łatwe do przyswojenia i bardzo przydatne zarówno w prostych systemach transmisyjnych punkt-punkt, systemach rozgłoszeniowych oraz sieciach radiowych, w których w jednym zakresie częstotliwości musi komunikować się wiele urządzeń w tym samym czasie. Użytkownik może w protokole transmisji zaimplementować dynamicznie modyfikowaną długość ramek danych oraz automatyczną detekcję adresu urządzenia docelowego, przesyłane dane mogą być szyfrowane za pomocą sprzętowego bloku kryptograficznego AES128. Minimalizację ryzyka błędnych transferów uzyskano dzięki systemowi automatycznej synchronizacji transmisji, sprzętowej ochronie konsystencji danych z CRC oraz wbudowanemu systemowi korekcji błędów FEC (Forward Error Correction).

Twórcy układu zadbali także o  elektromagnetyczne skutki transmisji danych za pomocą transcievera SPIRIT1 i  żeby zminimalizować poziom prążków emitowanych przez niego zakłóceń zakłóceń, wyposażyli go w sprzętowy system „zaszumiania” przesyłanych danych. Jest on stosowany w torze nadawczym i  odbiorczym, a  jego rolą jest zminimalizowanie poziomu emisji zakłóceń podczas transmisji szybko zmieniających się danych (np. ciągu 01010101). Kolejnym zabiegiem minimalizującym emisję zakłóceń podczas nadawania jest cyfrowa modulacja ASK z  dyskretnymi poziomami mocy, włączanymi stopniowo. Czasy kroków narastania i zmniejszania poziomu wyjściowego są programowane przez użytkownika. Diagnostykę połączeń nawiązywanych przez transceivery SPIRIT1 ułatwiają dodatkowe mechanizmy w nich zaimplementowane: detektor nośnej, cyfrowy wskaźnik poziomu odbieranego sygnału RSSI (Received Signal Strenght Indicator), programowany detektor jakości preambuły, a także miernik jakości połączenia, bazujący na statystycznej weryfikacji danych przesyłanych i  odbieranych. Bardzo przydatnym – przede wszystkim w  aplikacjach zasilanych z  baterii – wyposażeniem układów SPIRIT1 jest wbudowany w  nie system monitorowania stanu baterii zasilającej (z  sygnalizacją zbyt niskiej wartości napięcia zasilającego) oraz system oszczędzania energii z  mechanizmami usyELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Transceiver SPIRIT i energooszczędne mikrokontrolery

Rysunek 1. Schemat blokowy transceivera SPIRIT1 piania i  wybudzania za pomocą wewnętrznego timera lub zewnętrznego zdarzenia. Bogactwu wyposażenia wewnętrznego i  ogromnych możliwości transceivera SPIRIT1 „zaprzecza” niewielka obudowa QFN z  20 wyprowadzeniami, której wymiary zewnętrzne nie przekraczają 4 mm×4 mm. Zaawansowana technologia produkcji struktur półprzewodnikowych umożliwiła jednak zintegrowanie w niej wszystkich wymienionych funkcji przy jednoczesnym zapewnieniu niewielkiego poboru mocy. Ze względu na „niskomocową” orientację prezentowanych transceiverów, pre-

destynowane do współpracy z nimi są mikrokontrolery STM32L z  oferty STMicroelectronics. Mikrokontrolery STM32L1 są dostępne na rynku od dłuższego już czasu, w  skład tej grupy wchodzą cztery podrodziny, których najważniejsze elementy wyposażenia pokazano – w  zestawieniu z  pozostałymi rodzinami STM32 – na rysunku 3: • STM32L100 – mikrokontrolery tworzące grupę Value Line, pozbawione wyrafinowanych bloków peryferyjnych stosowanych w pozostałych rodzinach STM32L1 (jak AES, czujnika temperatury, czy brak

Rysunek 2. Schemat elektryczny toru nadawczo-odbiorczego na układzie SPIRIT1 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

możliwości implementacji nastawników analogowych na liniach GPIO), • STM32L151 – mikrokontrolery wyposażone tak samo jak mikrokontrolery z grupy STM32L152, bez wbudowanego wewnętrznego kontrolera LCD, • STM32L152 – odpowiedniki mikrokontrolerów STM32L151 z  wbudowanym kontrolerem segmentowych LCD, • STM32L162 – odpowiedniki mikrokontrolerów STM32L152 z  wbudowanym koprocesorem kryptograficznym. Już w  założeniach koncepcyjnych mikrokontrolery STM32L optymalizowano konstrukcyjnie i  technologicznie pod kątem aplikacji wymagających minimalizacji poboru energii. Zastosowanie do produkcji mikrokontrolerów z  rodziny STM32L technologii o  wymiarze charakterystycznym 130  nm pozwoliło na obniżenie napięcia zasilającego do wartości 1,65  V, przy czym mikrokontrolery mogą pracować w  urządzeniach zasilanych napięciem do 3,6 V – zakres dopuszczalnych napięć zasilających pozwala bardzo efektywnie wykorzystać dynamikę regenerowalnych ogniw zasilających. Technologia półprzewodnikowa zastosowana do produkcji mikrokontrolerów STM32 zapewnia minimalizację prądów pasożytniczych, dzięki czemu pobór prądu przez mikrokontroler w  stanie spoczynku (standby) nie przekracza 0,3 mA, a w stanie stop nie przekracza 0,57 mA (obydwie wartości @3,6 V). Tak dobre wyniki osignito m.in. dziki zastosowaniu zaawansowanego systemu taktowania bloków peryferyjnych, co jest rozwizaniem wprowadzonym na rynek wraz z mikrokontrolerami wyposażonymi w rdzenie z rodziny Cortex-M. Możliwość indywidualnego włączania i wyłączania sygnałów taktujących bloki peryferyjne, a także możliwość doboru częstotliwości tych sygnałów powodują (w technologii CMOS natężenie pobieranego prądu jest zależne od częstotliwości przełączania tranzystorów), że projektant ma duży wpływ na sposób wykorzystania w tworzonej aplikacji wewnętrznych bloków peryferyjnych i w wyniku tego na pobór mocy przez mikrokontroler podczas pracy. Ograniczenie poboru mocy w  mikrokontrolerach STM32L uzyskano także dzięki możliwości różnicowania wartości napięcia zasilającego rdzeń w  zależności od wykonywanego zadania, co wiąże się także z  maksymalną częstotliwością taktowania CPU. Pozwala to na przykład gromadzić dane za pomocą przetwornika A/C z rdzeniem zasilanym napięciem 1,2 V, taktowanym sygnałem zegarowym o częstotliwości 1 MHz i następnie – po przełączeniu napięcia zasilającego rdzeń na 1,8 V, zwiększeniu napięcia zasilającego rdzeń i włączeniu taktowania interfejsu USB – wysłanie w  krótkim czasie niezbędnych danych do współpracującego komputera. Zawartość pamięci programu jest z  chro-

81

PODZESPOŁY niona za pomocą bloków sprzętowych MPU (Memory Protection Unit – mechanizm przydatny przy współdzieleniu pamięci przez różne zadania realizowane przez CPU) oraz ECC (Error Correction Code – chroni mikrokontroler przed wykonywaniem błędnych kodów w  przypadku uszkodzenia Flash). Działanie mechanizmów ECC wspiera wysoką trwałość pamięci Flash, która według danych producenta może być kasowana aż 10000 razy. Standardowym wyposażeniem mikrokontrolerów STM32L jest także pamięć EEPROM o  pojemności 4  kB, której zawartość także chroniona za pomocą bloku ECC. Żywotność tej pamięci producent określa na 300000 cykli kasowanie/zapis każdego 128-bitowego bloku. Pomocne dla programistów piszących „energooszczędne” programy dla STM32L są specyficzne bloki peryferyjne, różniące się od stosowanych w klasycznych wersjach STM32: • 12-bitowy przetwornik A/C potrafiący funkcjonować bez konieczności interwencji CPU, samoczynnie obsługujący tryb pomiaru burst, • wybudzający rdzeń interfejs USART z  mechanizmem ochrony danych – bit wybudzający CPU nie jest tracony podczas transmisji, • komparatory analogowe, pozostające w stanie aktywności we wszystkich trybach oszczędzania energii – można je wykorzystać do „budzenia” mikrokontrolera w  chwili zmiany wartości monitorowanego napięcia, • samodzielny sterownik LCD (wyłącznie w  STM32L152) zintegrowany z  generatorem napięcia polaryzującego sterowaną matrycę LCD o  wymiarach do 8×40 segmentów, • zegar RTC zaprojektowany w  sposób sprzeczny ze współczesnymi teoriami obowiązującymi w  projektowaniu rozbudowanych systemów cyfrowych, dzięki czemu pobiera podczas pracy poniżej 1 mA. W  skład standardowego wyposażenia mikrokontrolerów STM32L wchodzi – w  zależności od typu - sześć lub osiem timerów, po dwa lub trzy interfejsy SPI i  I 2C, trzy lub pięć USART-ów, jeden kanał USB device, dwa komparatory analogowe, 12-bitowy przetwornik A/C (od 16 do 40 multipleksowanych kanałów wejściowych), dwa 12-bitowe przetworniki C/A  z  wyjściami napięciowymi, a  także interfejsy umożliwiające sterowanie segmentowymi LCD – te ostanie są dostępne wyłącznie w  mikrokontrolerach STM32L152 oraz STM32L162. Mikrokontrolery STM32L162 wyposażono dodatkowo w  koprocesor kryptograficzny realizujący algorytm AES128 w  trybach ECB (Electronic CodeBook), CBC (Cypher Block Chaining) oraz CTR (Counter Mode).

82

Rysunek 3. Podstawowe wyposażenie mikrokontrolerów z rodzin STM32F/L/W Producent zadbał o  kompatybilność rozmieszczenia wyprowadzeń i  większości możliwości funkcjonalnych bloków peryferyjnych mikrokontrolerów STM32L z  klasycznymi STM32, montowanymi w  takich samych obudowach (STM32L są oferowane w: LQFP/VFQFN48, LQFP/BGA64 i  LQFP/ BGA100, LQFP144 oraz BGA132), dzięki czemu konstruktorzy mogą dostosować wydajność obliczeniową i  pobór mocy przez mikrokontroler do wymogów aplikacji bez konieczności modyfikacji płytki drukowanej. Niebagatelną pomocą dla programistów tworzących aplikacje dla mikrokontrolerów STM32L jest duża liczba predefiniowanych trybów oszczędzania energii, które powodują pewne ograniczenia wydajności lub funkcjonalności mikrokontrolera, pozwalając w  zamian ograniczyć pobór energii. W  każdym z  wymienionych przypadków programista tworzący aplikację musi mieć świadomość możliwości tkwiących w  mechanizmach oszczędzania energii „zaszytych” w STM32L, ale – zapewne – w niedługim czasie pojawią się narzędzia programistyczne wspomagające pisanie aplikacji na platformy energooszczędne, które wskażą programiście sposoby zoptymalizowania energetycznego pisanego programu. Najnowsze w  rodzinie w  rodzinie STM32L mikrokontrolery Value Line oznaczono symbolem STM32L100. Są dostępne w  obudowach QFN48 oraz LQFP64. Pojemność wbudowanej pamięci Flash wynosi 32/64/128  kB (w  zależności od typu), a  pamięci RAM (odpowiednio): 4/8/10  kB. Standardowym wyposażeniem tych mikrokontrolerów jest wbudowany blok MPU

(Memory Protection Unit), 8 interfejsów komunikacyjnych: USB2.0, 3×USART, 2×SPI, 2×I2C, łącznie 10 timerów, 12-bitowe przetworniki A/C i C/A, komparatory analogowe o zminimalizowanym poborze mocy, a także kontroler segmentowych wyświetlaczy LCD (o organizacji 4×16, 4×32 lub 8×28). Zakres dopuszczalnych napięć zasilających mikrokontrolery Value Line jest nieco węższy niż dotychczas produkowanych STM32L i  wynosi 1,8…3,6  VDC (vs 1,65…3,6 VDC), podobnie jest zakresem dopuszczalnych temperatur otoczenia podczas pracy: –40…+85oC (vs –40…+105oC). Producent zrezygnował z  wyposażania nowych mikrokontrolerów w niektóre wyrafinowane bloki peryferyjne znane z „klasycznych” STM32L – jak choćby koprocesor kryptograficzny, czy wewnętrzny czujnik temperatury, a linie GPIO pozbawiono interfejsów umożliwiających bezpośrednią implementację na nich nastawników pojemnościowych. Nowe mikrokontrolery nie mają ponadto indywidualnego znacznika ID, zmniejszono także pojemność zestawu rejestrów Backup-RAM z  80 do 20 bajtów. Uproszczenia nie odbijają się negatywnie na funkcjonalności mikrokontrolerów, których podstawowym obszarem aplikacyjnym są tanie urządzenia zasilane bateryjnie, zwłaszcza że obsługują one aż 7 trybów oszczędzania energii. Kolejnym uproszczeniem (wynikającym z prostszych – czyli tańszych – testów) zastosowanym w  STM32L Value Line jest mniejsza, niż miało to miejsce w przypadku „klasycznych” STM32L, dokładność i stabilność częstotliwości generatorów taktujące HSI i MSI (w Value Line ±10%). Producent ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Transceiver SPIRIT i energooszczędne mikrokontrolery Alternatywa dla aplikacji niskomocowych W  ofercie STMicroelectronics jest dostępna rodzina mikrokontrolerów z  rdzeniem Cortex-M0, które są pozycjonowane przez producenta jako tanie rozwiązanie low-power. Mikrokontrolery STM32F0 są wyposażone w rdzeń przystosowany do taktowania sygnałem zegarowym o częstotliwości do 48 MHz, przy której osiąga wydajność ok. 38 DMIPS. W skład standardowego wyposażenia mikrokontrolerów STM32F0 wchodzą m.in.: 12-bitowe przetworniki A/C i  C/A, szybkie linie GPIO z możliwością obsługi nastawników pojemnościowych (także suwaków i „obrotowych” – łącznie do 18 pól czujnikowych) i  sprzętowy kontroler PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor). W  zależności od typu mikrokontrolera, użytkownik ma do dyspozycji od 16 do 64 kB Flash, 4 lub 8 kB SRAM i obudowy o liczbie pinów od 20 (TSSOP20), przez 32 (UFQFPN32 i LQFP32) i 48 (LQFP48), aż do 64 (LQFP64). Standardowym wyposażeniem rodziny STM32F0 jest ponadto 5-kanałowy kontroler DMA, szybki – do 1 Mb/s – interfejs I2C, interfejs SPI z obsługą CEC-HDMI i elastycznie ustawianą długością ramki danych (od 4 do 16 bitów @18 Mb/s), szybki USART (do 6 Mb/s), programowalne 16-/32-bitowe timery z możliwością generacji 3-fazowego przebiegu PWM i  17 liniami capture/compare, a  także wygodny w  obsłudze wbudowany RTC z kalendarzem zliczającym w kodzie BCD. Mikrokontrolery STM32F0 wyposażono w interfejs do programowania i debugowania o nazwie SWD, który występuje także w starszych mikrokontrolerach STM32, nie wbudowano w nie natomiast interfejsu JTAG. Zastosowany w  mikrokontrolerach STM32F0 blok wspomagający debugowanie jest rozszerzoną wersją standardowego rozwiązania firmy ARM, dzięki czemu m.in. programista może zarządzać sygnałami zegarowymi i przypisaniami funkcjonalnymi linii GPIO czy testować pracę mikrokontrolera w trybie obniżonego poboru mocy. Producent dużo uwagi poświęcił na zapewnienie bezpieczeństwa aplikacji realizowanych na mikrokontrolerach STM32F0, w  których pracują mikrokontrolery STM32F0, co przejawia się m.in. wyposażenie pamięci SRAM w sprzętowy kontroler parzystości, kontroler CRC dla pamięci Flash, dwa watchdogi i system monitorowania poprawności taktowania z automatycznym przełączaniem na wewnętrzne źródło sygnału zegarowego. Prezentowane mikrokontrolery wyposażono także w rejestry z niepowtarzalnymi 96-bitowymi numerami ID, za pomocą których można identyfikować urządzenia z wbudowanymi mikrokontrolerami. Nowością w  rodzinie STM32F0 są mikrokontrolery ValueLine (STM32F03x), które uproszczono minimalizując ich cenę. Zastosowane uproszczenia nie są dotkliwe dla konstruktorów: nowe mikrokontrolery wyposażono bowiem we wszystkie podstawowe peryferia komunikacyjne (w  zależności od typu: 1 lub 2×SPI/I2C/UART), szybki przetwornik A/C (12-bitowy, 12 lub 18 kanałów, częstotliwość próbkowania do 1 MSps) i spore zasoby pamięci Flash/SRAM. Redukcji nie podległ także blok sprzętowego CRC, który może być wykorzystywany do kontroli poprawności zawartości pamięci Flash, konstruktorzy układów zachowali także w nowych mikrokontrolerach 5-kanałowy sterownik DMA oraz kalibrowalny czujnik temperatury. Mikrokontrolery Value Line są oferowane w obudowach TSSOP20 oraz LQFP z 32/48 lub 64 pinami, wszystkie obecnie oferowane modele mogą pracować z otoczeniu o temperaturze od –40 do +85oC.

prezentowanych mikrokontrolerów ograniczył także dopuszczalną katalogowo liczbę kasowań pamięci Flash (z  10000 razy do 1000 razy), a  także gwarantowana jej trwałość (z 30 lat @+85oC do 20 lat @+85oC). Podobne – katalogowe! – ograniczenie dotknęło pamięci EEPROM, której zawartość w  mikrokontrolerach STM32L Value Line może być modyfikowana do 100000 razy (zamiast 300000 dopuszczonych w STM32L). Poważną zaletą mikrokontrolerów STM32L Value Line jest ich fizyczna i logiczna zgodność z  mikrokontrolerami STM32L w  takich samych obudowach, co w  wielu przypadkach pozwala zmniejszyć koszt realizacji aplikacji bez konieczności przebudowy płytki drukowanej lub innych elementów sprzętowych urządzenia. Żeby ułatwić konstruktorom rozpoczęcie własnych prac ewaluacyjnych z  transceiverami SPIRIT1, producent opracował i  produkuje zestawy startowe o nazwie STEVAL-IKR001VxD – fotografia 4, które pracują w paśmie radiowym 868 MHz, pozwalając na weryfikację praktycznych możliwości transceiverów. Także dla użytkowników mikrokontrolerów producent oferuje tanie narzędzia, spośród których dużą popularnością cieszą się zestawy z serii DISCOVERY (jak na przykład STM32F0DISCOVERY – fotografia 5, dostępnych w  dwóch wersjach: z  mikrokontrolerem STM32F05x i STM32F03x). Na koniec warto wspomnieć, że standardowe wersje układów SPIRIT1 mogą pracować w zakresie temperatur otoczenia od –40 do +85oC, spełniają one także wymagania norm i  zaleceń Wireless M-BUS, EN 300 220, FCC CFR47 15 (15.205, 15.209, 15.231, 15.247, 15.249), jest także zgodny z  ARIB STD T-67, T93, T-108.

Andrzej Gawryluk

Na rysunku powyżej przedstawiono zestawienie wybranych cech mikrokontrolerów STM32F0.

Fotografia 4. Wygląd zestawu uruchomieniowego STEVAL-IKR001VxD z układem SPIRIT1 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Fotografia 5. Wygląd zestawu STM32F0DISCOVERY, który jest dostępny w dwóch wersjach: z mikrokontrolerem STM32F05x lub STM32F03x

83

PREZENTACJE

Chłodzenie za pomocą komponentów z oferty reichelt elektronik Do skutecznego chłodzenia części elektronicznych jest potrzebny odpowiedni radiator, a  w  wypadku większej ilości generowanego ciepła – indywidualnie dostosowany wentylator. Firma reichelt elektronik oferuje – oprócz szerokiego asortymentu radiatorów – także wentylatory przeznaczone do różnych systemów chłodzenia. Wymagania stawiane wentylatorom są tak różne, jak zakresy ich aplikacji. Oprócz wielkości, ceny i wydajności w wielu przypadkach decydujące znaczenie ma także trwałość i poziom wytwarzanego hałasu. Poza tym, wentylatory używane są nie tylko do chłodzenia, ale również do innych zastosowań w przemyśle, na przykład do doprowadzenia świeżego powietrza, odpowietrzania, suszenia lub odprowadzania wybuchowych lub szkodliwych gazów. Jaki wentylator jest odpowiedni do danego zastosowania? Często szacuje się to na zasadzie „pi razy oko” i następnie sprawdza metodą prób i błędów. To czasochłonna i kosztowna metoda, która przeważnie nie daje optymalnych wyników. Do obliczenia wydajności wentylatora dostępne są w literaturze fachowej liczne wzory, które wykraczają poza ramy tej publikacji. Poza wyborem wentylatora o odpowiednich parametrach należy też wybrać właściwy jego rodzaj. Najczęściej stosowane są wentylatory osiowe, które są najlepsze do przemieszczania dużych ilości powietrza przy niskim przeciwciśnieniu. Jednak w  niektórych zastosowaniach świetnie sprawdzą się też dmuchawy (wentylatory promieniowe), które mają mniejszą wydajność, ale za to mogą pracować przy dużym przeciwciśnieniu. Firma reichelt elektronik oferuje szeroki wybór markowych wentylatorów i dmuchaw dla różnych aplikacji – od tanich, typowych wentylatorów poprzez dmuchawy o dużej wydajności, do agregatów wentylatorowych z pustym użebrowaniem dla uzyskania najwyższej wydajności.

Fotografia 1. Konstrukcja zoptymalizowana aerodynamicznie i wysoka dokładność mechaniczna zapewniają stały niski hałas i długą trwałość wentylatorów ebm Papst Firma reichelt elektronik oferuje także lubiane przez klientów i dobrze znane wentylatory ebm Papst charakteryzujące się dużą kulturą wykonania. Producent ma blisko 60-letnie doświadczenie w wytwarzaniu napędów i  dzięki temu może oferować wyroby o  wyjątkowej jakości. Wentylatory DC z reguły wyposażone są w silniki z wirnikiem zewnętrznym. Układ sterujący komutacją jest zintegrowany w  piaście wentylatora i zajmuje mało miejsca. Także wentylatory zasilane napięciem AC, z silnikami o biegunach dzielonych lub kondensatorowymi, mają wirnik

Wentylatory osiowe do zastosowań przemysłowych Firma reichelt ma swojej ofercie ogromny wybór np. wentylatorów osiowych firmy Sunon. Tajwański producent od ponad 30 lat projektuje rozwiązania w zakresie chłodzenia dla przemysłu i oferuje wyroby o  najwyższej jakości w  umiarkowanych cenach. Ponadto, Sunon ma w  portfolio wentylatory osiowe, które dzięki opatentowanemu systemowi MagLev są szczególnie trwałe, a przy tym są bardzo ciche. W systemie MagLev wirnik jest utrzymywany bezdotykowo w położeniu pracy przez stałe pole magnetyczne. Ponieważ nie ma styku pomiędzy łożyskiem i wałem, to wyeliminowano tarcie i dzięki temu zapobiega się drganiom i  wstrząsom obracającego się wirnika oraz szybkiemu zużywaniu się elementów mechanicznych. W rezultacie, wentylator pracuje równomiernie i bez drgań, generuje niewielki hałas i ma szczególnie wysoką trwałość. Niezależnie od położenia montażowego wentylatora, magnetyczny system łożyskowania zapobiega skłonnościom do wahania wirnika powodujących zużycie – w wypadku maszyn, które podczas pracy poruszają się lub używane są w różnych położeniach montażowych, stanowi to ważną zaletę z  punktu widzenia trwałości i poziomu generowanego hałasu.

84

Fotografia 2. Jeśli wymagane jest wysokie ciśnienie przy niewielkim strumieniu objętości, firma reichelt elektronik oferuje dmuchawy ebm Papst będące „wysokociśnieniową alternatywą“ dla wentylatorów osiowych ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Chłodzenie za pomocą komponentów stopni. Jeśli części, filtry itd. utrudniają swobodny przepływ powietrza, ten wariant będzie ratunkiem dla urządzenia.

Zależnie od kierunku

Fotografia 3. Gotową do montażu alternatywą dla własnych systemów chłodzenia są agregaty wentylatorowe z oferty firmy reichelt elektronik zewnętrzny. Konstrukcja zoptymalizowana aerodynamicznie i  wysoka dokładność mechaniczna zapewniają stały, niski poziom hałasu. W wentylatorach zasilanych napięciem DC elektroniczny układ sterujący łagodnie przełącza uzwojenia, zapewnia miękki rozruch i cichą pracę. Duża trwałość produktów i  wysoka niezawodność wynikające z długoletniego doświadczenia producenta stworzyły światową markę wentylatorów ebm Papst „Made in Germany“.

Może potrzebne jest wyższe ciśnienie? Jeśli jest wymagane wytwarzanie dużego ciśnienie przy niewielkiej objętości strumienia, firma reichelt elektronik oferuje dmuchawy ebm Papst będące wysokociśnieniową alternatywą dla wentylatorów osiowych. Dzięki budowie dmuchawy mogą przekazać więcej energii molekułom powietrza. Wytwarzane wyższe ciśnienie jest uwarunkowane konstrukcyjnie: W dmuchawie strumień opuszcza wirnik zawsze na obwodzie zewnętrznym i znajduje się tam pod wyższym ciśnieniem dzięki większej prędkości kątowej. Dmuchawy powodują najmniejszy hałas przy względnie małym strumieniu objętości. W  wielu zastosowaniach mają one dodatkową zaletę konstrukcyjną – zmieniają kierunek przepływu powietrza o 90

Oprócz wyboru optymalnego wentylatora, ważny jest również kierunek zamontowania, który określa czy wentylator pracuje w trybie ssania czy nadmuchu. Tryb nadmuchu ma także szereg zalet. W tym trybie szczególnie gorące punkty zasilane są kierunkowo chłodzącym powietrzem (chłodzenie hot spot). Ponadto, wysoce turbulentny strumień powietrza umożliwia bardzo dobre odprowadzanie ciepła z  chłodzonego obiektu. Ta metoda ma zalety także dla samego wentylatora: Przez zassanie chłodnego powietrza z  otoczenia silnik wentylatora jest mniej obciążony termicznie, co znacznie podwyższa jego trwałość. Natomiast w trybie ssania powietrze przepływa przez chłodzone części przed przepływem przez wentylator. Dużą zaletą trybu ssania jest też równomierny rozdział prędkości powietrza chłodzącego wzdłuż chłodzonej części – w  połączeniu z  odpowiednio równomiernym odprowadzeniem ciepła.

Odświeżająca kombinacja Jeśli pojedynczy wentylator nie zapewnia wymaganej wydajności, można połączyć szeregowo lub równolegle pobliskie wentylatory. Trzeba jednak zwrócić uwagę na to, że natężenia przepływu poszczególnych wentylatorów wpływają na siebie, co przy błędnym rozmieszczeniu może prowadzić do negatywnych skutków. Dlatego w  celu uzyskania odpowiedniego wyniku są wymagane dokładna analiza warunków pracy i odpowiednie rozmieszczenie wentylatorów. Alternatywę gotową do zamontowania stanowią agregaty wentylatorowe oferowane przez reichelt elektronik. Systemy te zawierają wydajne wentylatory osiowe z  odpowiednio wyprofilowanymi radiatorami. Radiatory te służą nie tylko do odprowadzenia ciepła, ale eliminują także zawirowania powietrza i dyfuzyjne przepływy poboczne – cały strumień jest kierowany na części konstrukcyjne. Wartość napięcia zasilającego wentylator zależy głównie od jego dostępności. Sprawność silników prądu przemiennego jest stosunkowo niska, co jednak nie zawsze jest wadą, szczególnie, gdy silnik ma pracować w niskiej temperaturze. Jeśli temperatura jest bardzo niska, to jest wymagany znaczny moment obrotowy w celu przezwyciężenia oporów łożyska. Przyczyną jest między innymi duża lepkość smaru w  łożysku. Silnik DC, zoptymalizowany pod względem sprawności, tutaj po prostu wyłączy się. Natomiast silnik AC o  stosunkowo niedużej sprawności, znacznie nagrzewa się po załączeniu zasilania, co ułatwia przezwyciężenie oporów łożyskowania. Dzięki temu taki wentylator pracuje niezawodnie pomimo trudnych warunków.

Ponad 45 000 produktów elektroniki

Fotografia 4. W wentylatorach Sunon z systemem MagLev wirnik jest utrzymywany bezdotykowo w pozycji pracy przez stałe pole magnetyczne. ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Firma reichelt elektronik, która jest jednym z największych europejskich dystrybutorów on-line elektroniki i techniki IT, oferuje ponad 40 000 produktów z bardzo dobrym stosunkiem jakości do ceny przy wysokiej dostępności i  krótkich terminach dostawy. Dzięki szerokiemu asortymentowi elektronicznych elementów konstrukcyjnych firma reichelt jest idealnym partnerem w  dziedzinie zaopatrzenia w elementy konstrukcyjne. W sklepie on-line można nabyć obwody IC i mikrokontrolery, diody LED i tranzystory, jak również oporniki, kondensatory, złącza wtykowe i  przekaźniki. Program produktów obejmuje także wysokiej jakości narzędzia, jak stacje lutownicze, multimetry lub oscyloskopy. Korzystna cenowo oferta z zakresu techniki komputerowej i sieci z wewnętrznymi i zewnętrznymi twardymi dyskami, procesorami AMD lub Intel, pamięcią roboczą oraz ruterami WLAN, liniami zasilającymi i kablami krosowymi jest interesująca zarówno dla klientów indywidualnych jak i  firmowych. Ponadto program produktów zawiera w dużym wyborze elektronikę użytkową oraz urządzenia beamer, odbiorniki TV, anteny satelitarne, konwertery i odbiorniki, ale także akcesoria, jak przewody HDMI, baterie i akumulatory.

85

T E M AT N U M E R U

ZASILANIE

NOTATNIK KONSTRUKTORA

Zasilanie urządzeń przenośnych Wymagania stawiane przetwornicom montowanym w  urządzeniach przenośnych są istotnie inne niż w  przypadku sprzętu zasilanego z  sieci elektrycznej. O  ile nie ma konieczności zapewnienia izolacji galwanicznej układów zasilanych od źródła prądu, to ważne jest ograniczenie wymiarów i  ciężaru urządzenia. Niemałe znaczenie ma też specyfika baterii i  akumulatorów, których napięcie nieco zmienia się, w  zależności od stopnia naładowania. W  artykule omawiamy różne konfiguracje zasilaczy oraz ich cechy. Sposób magazynowania energii Przed rozpoczęciem prac nad układem zasilającym do urządzenia przenośnego należy określić, jakie napięcie będą miały zastosowane w  nim akumulatory lub baterie. Jego wartość zazwyczaj dobiera się  w  zależności od zastosowania i  od rodzaju akumulatorów lub baterii, które będą stosowane. W  przypadku, gdy źródłem napięcia mają być typowe baterie alkaliczne, napięcie podawane na przetwornicę zasilania będzie raczej nieduże. Wynika to z  faktu, że używanie dużej liczby szeregowo połączonych baterii jest niewygodne i  negatywnie wpływa na wielkość i  ciężar urządzenia. Dodatkowym problemem jest fakt, że wielu użytkowników preferuje korzystanie z  akumulatorów np. niklowo-wodorkowych, których napięcie znamionowe wynosi 1,2  V, a nie 1,5 V, jak w wypadku zwykłych baterii. Zestawienie w szereg kilku akumulatorów tego typu, zamiast odpowiadających im rozmiarami baterii powoduje znaczący spadek dostępnego napięcia. Dla 4 ogniw w szeregu różnica wynosi 1,2 V (4×0,3 V), a dla 6 już 1,8 V. Do tego trzeba uwzględnić spadek napięć na ogniwach, wynikający z ich rozładowywania się. W efekcie prowadzi to do konieczności doboru przetwornicy w taki sposób, by pracowała poprawnie przy szerokim zakresie napięć wejściowych, co nie jest optymalne pod względem uzyskiwanej sprawności całego układu. Z opisanych dotąd powodów, w przypadku urządzeń przenośnych, w których planuje się zastosowanie napięcia zasilania powyżej 6 V, zdecydowanie korzystniejsze będzie użycie specjalnych akumulatorów litowo-jonowych lub litowo-polimerowych, złożonych z  wybranej liczby ogniw i  wyposażonych w  stosowny kontroler. Ponadto, te ogniwa mają znacznie korzystniejsze parametry, jeśli chodzi o  gęstość energii i  gęstość mocy, niż ogniwa niklowo-wodorkowe. Oznacza to, że będą też lepszym, choć niestety droższym rozwiązaniem w przypadku urządzeń zasilanych napięciem rzędu 3,6…3,8  V. Ze względu na względnie dużą swobodę w ich kształtowaniu (szczególnie w  przypadku ogniw litowo-polimerowych), pozwalają też tworzyć urządzenia mniejsze, lepiej wykorzystujące znajdującą się wewnątrz obudowy przestrzeń.

86

Akumulatory litowo-jonowe są też chętnie używane w sytuacjach, gdy napięcie w źródle ładującym je wynosi 5 V. Napięcie o tej wartości stało się w ostatnim czasie powszechnie dostępne i używane, ze względu na popularność złączy USB jako metod podłączania urządzeń przenośnych do prądu. Można wręcz powiedzieć, że obecnie do dobrej praktyki inżynierskiej należy stosowanie złączy microUSB do ładowania urządzeń przenośnych, o ile tylko jest to możliwe. Pewne ograniczenie może stanowić dopuszczalny prąd pobierany z  gniazda USB, który dla złącz w standardzie USB 1.1 i 2.0 wynosi jedynie 500 mA, a w przypadku USB 3.0 – 900  mA. Jednakże zupełnie powszechne są ładowarki sieciowe ze złączem USB o prądzie wyjściowym do 1 A, który powinien okazać się

Rysunek 1. Przetwornica typu Flyback

Rysunek 2. Przetwornica typu Push-Pull

wystarczający w  przypadku większości niedużych urządzeń przenośnych.

Przetwornice liniowe i impulsowe Zgromadzona w urządzeniu przenośnym energia dostępna jest z  akumulatora (lub baterii) o konkretnej, ustalonej wartości napięcia. Wartość ta będzie podlegać pewnym zmianom w zależności od stopnia naładowania ogniw, dlatego przydatne jest jej ustabilizowanie za pomocą dodatkowego układu. Oprócz stabilizacji układ ten powinien zapewniać zabezpieczenie przed podłączeniem zasilania o odwrotnej polaryzacji oraz przed wszelkiego rodzaju skokami napięć, które mogą pojawić się w momencie podłączania i  odłączani ogniw. To jednak nie wszystko. Poszczególne komponenty będą wymagać różnych napięć zasilania, które również należy „przygotować” w  oparciu o  napięcie dostępne z akumulatora. Co prawda, aktualna tendencja jest taka, by różnego rodzaju układy cyfrowe dało się zasilać jednym, tym samym napięciem, a  wszelkie dodatkowe napięcia wytwarzane są we wbudowanych w nich, własnych przetwornicach. Mimo to bardzo często istnieje potrzeba użycia kilku komponentów o zupełnie różnych napięciach zasilających, czego świetnym przykładem będą mikrokontroler i  sterowany z  niego wyświetlacz. Ten drugi nierzadko będzie potrzebował wyższego ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Zasilanie urządzeń przenośnych z  powodu lepszej sprawności, a  więc możliwości utrzymania pracy urządzenia przenośnego przez dłuższy czas, obecnie zdecydowanie popularniejsze są przetwornice impulsowe.

Przetwornice impulsowe

napięcia do podświetlenia, niż mikrokontroler do normalnej pracy. Najtańszym sposobem przygotowania dodatkowych napięć zasilających, ale tylko niższych niż napięcie z akumulatora, będzie użycie stabilizatora liniowego. Niestety, stabilizatory tego typu mają małą sprawność. Choć mają najczęściej tylko 3 wyprowadza-

Układy zasilania wykonane w oparciu o przetwornice impulsowe, jeszcze kilka lat temu uznawano za drogie i trudne w implementacji. Jednakże trend do minimalizacji zużycia energii wymusił na producentach sprzętu elektronicznego ich powszechne stosowanie, co zachęciło twórców układów scalonych przetwornic do zwiększenia budżetów badawczo-rozwojowych. W  efekcie, na rynku pojawiło się mnóstwo nowoczesnych, miniaturowych przetwornic o  bardzo dużym prądzie znamionowym i  wysokiej sprawności. Mają one cechy idealnie predestynujące przetwornice tego typu do używania w urządzeniach przenośnych. Wśród omawianych konwerterów stałoprądowych wyróżnić można układy o różnych topologiach i  podzielić  je według kategorii. Podstawowy podział obejmuje przetwornice izolowane i  nieizolowane. Jeśli konstruktor zdecyduje się na zastosowanie topologii z izolacją galwaniczną, prawdopodobnie skorzysta z  jednej z  dwóch wersji przetwornic: flyback

nie, więc są proste w użyciu i niedrogie, przy większych prądach konieczne jest zapewnienie im odpowiedniego chłodzenia, które może zająć dużo miejsca i  znacząco zwiększyć masę całego urządzenia. Są też bardziej wrażliwe na nawet bardzo krótkie, kilkudziesięcio-milisekundowe zaniki napięcia zasilania. Z  tych względów, a  przede wszystkim

REKLAMA

Altium Designer 2013 jeszcze lepszy

„Kiedyś musieliśmy poprawiać projekt kilka razy, zanim udało się uzyskać finalną wersję elektroniki i dopasować mechanikę do niej – teraz wszystko odbywa się w jednym cyklu i pasuje idealnie.” - Scott Gemmell, Szef Działu Projektowego w Leica Geosystems Agriculture, Użytkownik Altium

EVATRONIX S.A. ul. Przybyły 2, 43-300 Bielsko-Biała, tel. 33 499 59 12 [email protected]; www.evatronix.com.pl/eda

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

87

T E M AT N U M E R U

ZASILANIE

NOTATNIK KONSTRUKTORA lub push-pull z  odczepem. Ta pierwsza będzie użyteczna przy mniejszych prądach znamionowych, najczęściej nieprzekraczających 0,5 A.

w przypadku przetwornicy obniżającej. Trzeba jednak zaznaczyć, że konwertery typu boost wymagają dodatkowego zabezpieczenia przed zwarciem na wyjściu.

Przetwornice izolowane

Przetwornice uniwersalne

Przetwornica o topologii flyback jest jedną z najprostszych w  implementacji – pokazano ją na rysunku 1. Dosyć dobrze sprawuje się, gdy konieczne jest przygotowanie urządzenia do pracy z szerokim zakresem napięć wejściowych. Dla większych prądów warto jednak sięgnąć po przetwornicę typu push-pull z  odczepem. Jej schemat został pokazany na rysunku 2. Jest wciąż prosta w sterowaniu, ale ze względu na sposób pracy dwóch tranzystorów kluczujących, generuje mniejsze straty w obwodzie pierwotnym niż przetwornica typu flyback.

Przetwornice nieizolowane W  ramach tej grupy można wyróżnić cztery podstawowe, popularne topologie o względnie prostej budowie. Różnią się one stosunkiem napięcia wejściowego do wyjściowego. Przetwornica obniżająca (buck) jest najczęściej stosowana jako wysokosprawny zamiennik tradycyjnego regulatora liniowego, gdyż pozwala jedynie na uzyskanie napięcia wyjściowego niższego, niż wejściowe. Jej prosty schemat został przedstawiony na rysunku  3. W  zależności od współczynnika wypełnienia sygnału sterującego tranzystorem kluczującym, przetwornica buck może pracować w trybie ciągłym lub przerywanym. Ten drugi występuje, gdy energia magazynowana w cewce zasilacza jest na tyle mała, że zdąży się ona rozładować, zanim tranzystor kluczujący znowu wejdzie w  stan przewodzenia. Zastosowanie większej cewki pozwala zwiększyć stabilność napięcia na wyjściu, ale zwiększa też wagę i  wymiary całego urządzenia. Zwiększenie częstotliwości przełączania tranzystora pozwala zmniejszyć wymiary cewki, ale prowadzi do zwiększenia strat po stronie pierwotnej, wynikających bezpośrednio z  otwierania się i  zatykania kanału tranzystora. Nierzadko konieczne jest otrzymanie napięcia wyższego niż dostępne wprost z  akumulatorów. Wtedy można użyć przetwornicy podwyższającej (boost), która uzyskuje się poprzez zamianę miejsc tranzystora kluczującego, cewki i  diody prostowniczej przetwornicy obniżającej. Topologia ta (rysunek  4) również może zostać wprowadzona w  tryb pracy ciągłej lub przerywanej. W  trybie ciągłym, gdy współczynnik wypełnienia sygnału sterującego bramką tranzystora kluczującego jest duży na tyle, by prąd płynący przez cewkę nie spadał do zera, napięcie wyjściowe bezpośrednio zależy od współczynnika wypełnienia wspomnianego sygnału i wartości napięcia wejściowego. W trybie przerywanym, napięcie wyjściowe będzie zależeć też  od obciążenia. Wpływy wielkości cewki i częstotliwości przełączania tranzystora na stabilność napięcia i straty są takie same jak

88

Rysunek 3. Przetwornica typu Buck Trzecim rodzajem popularnych przetwornic są układy buck-boost, czyli obniżająco-podwyższające. Topologia ta została przedstawiona na rysunku 5. Ich zaletą jest fakt, że napięcie wyjściowe może być zarówno wyższe, jak i niższe niż wejściowe, z  tym że zawsze będzie ono Rysunek 4. Przetwornica typu Boost miało odwrotną polaryzację. W  przypadku układów zasilanych bateryjnie nie ma to jednak większego znaczenia, gdyż tranzystor kluczujący i  diodę można umieścić w  linii zasilania o niższym potencjale. Zasada działania przetwornicy buck-boost jest całkiem prosta. W  trakcie przewodzenia Rysunek 5. Przetwornica typu Buck-Boost tranzystora, napięcie wejściowe bezpośrednio ładuje cewkę, a obciążenie pobiera prąd z kondensatora wyjściowego. W trakcie, gdy tranzystor jest zatkany, cewka rozładowuje zgromadzoną energię, odda- Rysunek 6. Przetwornica typu SEPIC jąc ją do kondensatora i  do obciążenia. Znów możliwe jest rozróżnienie wypełnienia sygnału sterującego tranzystorem trybu ciągłego i  przerywanego. W  ciągłym nakluczującym, by zmienić stosunek napięcia pięcie wyjściowe wynika z  iloczynu napięcia wyjściowego do wejściowego. Umożliwia to wejściowego i ilorazu czasu przewodzenia oraz np. na utrzymanie odpowiedniego i stabilnego odcięcia tranzystora. napięcia na wyjściu wraz z spadkiem napięcia Ulepszoną wersją przetwornicy buck-boost wejściowego na rozładowującym się akumulajest SEPIC (Single-Ended Primary-Inductor torze. Converter). Jej schemat został przedstawiony na rysunku  6. Do licznych zalet tego układu Alternatywne konstrukcje należy możliwość wytwarzania napięcia wyjOpisane powyżej topologie obwodów zasilaściowego większego lub mniejszego od napięcia jących to tylko część z  możliwych do realizawejściowego, a jednocześnie mającego tę samą cji. Wprowadzanie dodatkowych elementów polaryzację. Korzystna jest też możliwość wypozwala bardziej precyzyjnie utrzymywać łączenia przetwornicy poprzez zatkanie transtabilne napięcie wyjściowe, lepiej reagować zystora kluczującego. Do wad należy większa na zmiany w  obciążeniu lub minimalizować złożoność układu oraz konieczność użycia odstraty występujące w  układzie. W  przypadku powiednio pojemnego i wytrzymałego kondennowoczesnych konstrukcji warto najczęściej satora umieszczonego szeregowo w  stosunku korzystać ze scalonych układów zasilających, do wyjścia układu. do których uruchomienia wystarczy tylko kilka Sterowanie napięciem wyjściowym przedodatkowych elementów, a  które zapewniają twornic uniwersalnych jest łatwe do realizacji, wysoką sprawność, przy zachowaniu minimalco pozwala reagować na zmianę napięcia wejnych wymiarów urządzenia. ściowego. Wystarczy regulować  współczynnik Marcin Karbowniczek, EP

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

W  wielu nowoczesnych, złożonych urządzeniach elektronicznych stosuje się niewielkie, analogowe przetwornice DC rozlokowane w  pobliżu faktycznych miejsc poboru prądu. Te przetwornice nierzadko są centralnie zarządzane przez mikrokontrolery, które decydują o  uruchomieniu lub wyłączeniu danej sekcji oraz monitorują ich parametry. Najbardziej wyrafinowane rozwiązania można znaleźć na płytach głównych komputerów PC, kart graficznych i  na płytkach komputerów embedded. W  takich aplikacjach korzysta się z  wielu modułów regulacji napięcia, które bezpośrednio komunikują się z  podzespołami pobierającymi prąd i  dopasowują chwilowe napięcia czy nawet algorytm jego utrzymywania do zmieniających się warunków. Pozwala to na uzyskanie maksymalnej sprawności całego systemu, oraz wpywa na jego wydajność, a  nawet niezawodność. Od niemal dekady, firma Microchip skupia się na tworzeniu tzw. inteligentnych przetwornicach mocy i  ich aplikacjach, starając się wzbogacić ich funkcję i  zwiększyć ich możliwości w  różnego rodzaju zastosowaniach. Jednym z głównych obszarów działań Microchipa jest opracowywanie cyfrowych układów sterujących przetwornicami i inwerterami. Układy te bazują na mikrokontrolerach z funkcjami DSP i szybkimi peryferiami o  dużej rozdzielczości lub na specjalnych kontrolerach hybrydowych, w  których mikrokontrolery współpracują z  analogowymi pętlami sterującymi. Przyglądając się tym rozwiązaniom da się zauważyć, że żadne z nich nie jest w  pełni cyfrowe ani w  pełni analogowe. Wszystko wskazuje na to, że nie da się zrealizować idealnego układu sterowania przetwornicami jedynie w oparciu o algorytmy cyfrowe lub komponenty analogowe. Systemy zasilania potrzebują zalet obu rodzajów układów, by przezwyciężyć wady poszczególnych z  nich. Efektem tych przemyśleń i  prac projektowych jest najnowsza rodzina sterowników zasilania MCP191xx, dzięki której możliwe jest tworzenie jeszcze bardziej zawansowanych i  inteligentnych systemów kontroli zasilania w różnych aplikacjach. Pierwszym układem z rodziny MCP191xx jest MCP19111, który łączy w  sobie analoELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

gowy, wydajny, synchroniczny sterownik przetwornicy obniżającej z  8-bitowym mikrokontrolerem – a  wszystko to w  postaci pojedynczego układu scalonego. Pozwala on na zawansowaną kontrolę i  monitorowanie pracy przetwornicy, a  jednocześnie może się komunikować z innymi sterownikami za pomocą standardowych lub własnościowych

interfejsów komunikacyjnych, co pozwala na tworzenie większych systemów zarządzania zasilaniem. W odróżnieniu od innych hybrydowych sterowników tego typu, MCP19111 jest w  pełni programowalny w  języku C. Umożliwia to w pełni swobodne dopasowanie sposobu pracy sterownika do wymagań konkretnych aplikacji. Pozwala też realizować zaawansowane zadania monitorowania i łatwo implementować wszelkie nietypowe funkcje. Obsługuje przetwornice o szerokim zakresie napięć wejściowych (od 4,5 do 32 V) i o napięciu wyjściowym nawet na poziomie 0,5  V, przy prądach do 2 A  /4  A  (w  trybie źródła/w trybie ujścia prądowego).

Cyfrowe możliwości Integracja cyfrowego kontrolera z  analogowym regulatorem w  pojedynczym układzie scalonym pozwala bardzo precyzyjnie sterować ich pracą. Możliwa jest m.in. bezpośrednia manipulacja obwodem kompensacyjnym, częstotliwością przełączania, czasem bezprądowym i wieloma innymi parametrami. Ponadto, dzięki temu, że mikrokontroler

89

T E M AT N U M E R

Sterowane cyfrowo analogowe przetwornice DC/DC w wyrafinowanych aplikacjach

ZASILANIE

Sterowane cyfrowo analogowe przetwornice DC/DC w wyrafinowanych aplikacjach PODZESPOŁY

T E M AT N U M E R U

ZASILANIE

PODZESPOŁY

Rysunek 1. Schemat blokowy układu MCP19111 wraz z przykładową aplikacją znajduje się bezpośrednio przy regulatorze analogowym, nie ma potrzeby stosowania dodatkowych zewnętrznych układów do zasilania MCU. Da się to zaobserwować na

rysunku  1, na którym przedstawiono diagram blokowy MCP19111 wraz z obwodami typowej aplikacji. W sekcji analogowej znajdują się wszystkie komponenty potrzebne do

realizacji pętli analogowej. Za część cyfrową odpowiada 8-bitowy rdzeń mikrokontrolera PIC12F z  8  kB pamięci Flash i  156 bajtami pamięci RAM. Ponadto obsługuje do 15 linii

Wygraj zestaw Microchip MPLAB Starter Kit for Digital Power Firma Microchip organizuje konkurs dla czytelników Elektroniki Praktycznej, w ramach którego nagrodą jest zestaw MPLAB Starter Kit for Digital Power (numer produktu: DM330017) o wartości około 570 zł brutto. Zestaw ten pozwala w łatwy sposób odkrywać i testować możliwości układów z rodziny dsPIC33F GS. Zestaw umożliwia na cyfrową regulację zasilania i zawiera po jednej niezależnej stałoprądowej synchronicznej przetwornicy obniżającej i podwyższającej. Każda z przetwornic zawiera sterowane MOSFET-em obciążenie rezystancyjne o mocy 5 W. Ponadto zestaw ma zintegrowane obwody do programowania i debugowania kodu przez USB, czujnik temperatury oraz wyświetlacz, na którym można prezentować np. aktualne wartości napięć, prądy, temperatury i informacje o błędach.

W zestawie dostarczany jest program z zaimplementowanym algorytmem PID, który umożliwia utrzymywanie poziomu napięcia na zadanej wartości. Wbudowany mikrokontroler pozwala na przetwarzanie sygnałów analogowych, na cyfrowe, generowanie sygnału PWM, porównywanie sygnałów analogowych oraz obsługuje wiele wejść i wyjść ogólnego przeznaczenia, dzięki czemu nie ma potrzeby by realizować te funkcje za pomocą zewnętrznych obwodów. Aby otrzymać omawiany zestaw, wystarczy zgłosić swój udział w konkursie poprzez rejestrację na stronie http://www.microchip-comps.com/ep-digpow 90

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Sterowane cyfrowo analogowe przetwornice DC/DC w wyrafinowanych aplikacjach wejść i  wyjść, z  których 8 mogą też służyć jako wejścia analogowe, jedna umożliwia komunikację szeregową I2C/SMbus, trzy mogą pracować jako linie timerów, a pozostałe jako wejścia przerwań (rysunek 1). Wiele z sygnałów wewnętrznych (napięcie wejściowe, wyjściowe, itp.) związanych z  pracą układu analogowego również może być monitorowane, bez potrzeby montażu dodatkowych, zewnętrznych czujników. Cyfrowa implementacja pozwala nawet na odczyt aktualnego współczynnika wypełnienia w  przetwornicy, co jest bardzo przydatną funkcją, dotąd dostępną tylko w pełni cyfrowych sterownikach.

Maksymalizacja sprawności Poza zwiększeniem możliwości monitorowania przetwornic, integracja cyfrowego rdzenia pozwala też na bezpośredni dostęp do wielu parametrów układu analogowego, które w  klasycznych aplikacjach albo są w  ogóle niedostępne, albo można je wprowadzić tylko jednokrotnie poprzez odpowiedni dobór zewnętrznych komponentów. Przykładowo, układ MCP19111 pozwala na dobieranie czasu bezprądowego, ustawianie programowych kompensatorów, kalibrację wewnętrznego sprzężenia zwrotnego, programowe ustawianie wartości granicznych, a nawet na przełączanie z  trybu stabilizacji prądowej na napięciową w trakcie pracy układu. W  synchronicznych przetwornicach obniżających, długość czasu bezprądowego ma znaczący wpływ na całkowitą sprawność systemu. W  przetwornicach analogowych, jeśli w ogóle umożliwiają one na samodzielny dobór tego parametru, projektant zmuszony jest do przyjęcia najgorszego scenariusza, tj. pracę w najwyższych temperaturach i przy największym obciążeniu, w którym to czas bezprądowy musi być  maksymalnie wydłużony. Ustawienie tej wartości odbywa się najczęściej poprzez wlutowanie odpowiednich kondensatorów lub rezystorów, a więc dobrane wartości są stałe i nieoptymalne dla wszelkich warunków pracy, poza najtrudniejszymi, w  których prawdopodobnie układ praktycznie nigdy się nie znajdzie. Dobrym rozwiązaniem byłoby automatyczne dopasowywanie czasu bezprądowego do aktualnych warunków temperaturowych i  obciążenia. Niestety, zamontowanie na PCB detektora zmiany polaryzacji napięcia wiąże się z  dużymi trudnościami. Po pierwsze, wszystkie tego typu detektory bazują na komparatorach, a  najszybsze komparatory analogowe, dostępne w  rozsądnym zakresie cen, wprowadzają opóźnienia rzędu 15-20  ns. Jak widać na rysunku 3, jest to zbyt duży czas, by uzyskać bardzo dobre rezultaty. Po drugie, detektory te musiałyby pracować zaraz przy szybko przełączanym kluczu, którego wpływ należałoby odfiltrować, co wprowadzałoby dodatkowe opóźnienia spraELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Rysunek 2. Podstawowe wzory związane z minimalizacją zużycia mocy poprzez zmianę czasu bezprądowego wiając, że cały detektor przestałby spełniać wynosi 1,384 ms i można go uzyskać przy czaswoją rolę. sie bezprądowym o wartości ok 30 ns. W  tej sytuacji korzystne jest użycie rozW przypadku rozwiązania, w którym czas wiązania cyfrowego, w którym monitoruje się bezprądowy byłby ustawiony na stałe, miałby i analizuje warunki pracy przetwornicy i czeon zapewne (dla zapewnienia niezawodnej ka, aż się ustabilizują. Gdy stan ten zostanie pracy we wszelkich dopuszczalnych warunuzyskany, można dokonać zmiany długości kach) wartość w  okolicach 70  ns, w  związku czasu bezprądowego i  monitorować współz  czym czas przewodzenia wspomnianego czynnik wypełnienia sygnału kluczującego tranzystora wyniósłby około 1,395 ms. Zgodnie tranzystor umieszczony od strony linii doz równaniem III z rys. 2, ta 11-nanosekundowa datniej napięcia. Zgodnie z  teorią, przy ustaróżnica pomiędzy czasem optymalnym, a dolonych warunkach, maksymalną sprawność branym dla najtrudniejszych warunków skutuzyskuje się, przy najkrótszym czasie, w trakkuje zmianą sprawności całej przetwornicy cie którego wspomniany tranzystor przewodzi na poziomie 0,9%. Na pierwszy rzut oka wyprąd. Wynika to z  wzorów zestawionych na daje się to bardzo niewiele, ale jeśli wziąć pod rysunku 2. uwagę to, jak trudno jest zwiększać sprawność Omawianą zależność pokazano na rysunnowoczesnych układów zasilających, uzyskaku  3. Przedstawia on zmierzoną długość czanie wzrostu z 92% do 93% stanowi już pewne su przewodzenia klucza umieszczonego przy osiągnięcie. dodatniej linii zasilającej (czerwona krzywa) przy długości czasu bezprądowego (zielona liRegulowana częstotliwość nia) dla zadanych, ustalonych warunków prakluczowania i obwody cy przetwornicy. Czarna, przerywana linia to kompensacyjne aproksymacja trzeciego rzędu dla zmierzonych Bardzo przydatną cechą omawianych ukławartości. dów jest możliwość programowej regulacji Zakres wartości czasu bezprądowego, dla którego dokonano pomiarów został dobrany tak, by obejmował dopuszczalne wartości graniczne. Badania przeprowadzono z  rozdzielczością 4  ns, przy 90% obciążeniu (Vwej=12  V, Vwyj=3,3 V, Iwyj=9 A). Skrajna, lewa strona wykresu odpowiada sytuacji, w  której czas bezprądowy jest tak krótki, że występuje moment, w  którym przewodzą jednocześnie oba tranzystory kluczujące, zwierając część prądu z  linii dodatniej bezpośrednio do masy. Minimalny czas prze- Rysunek 3. Pomiar długości czasu przewodzenia klucza wodzenia tranzystora zlokalizowanego przy dodatniej linii zasilania, oraz czas zlokalizowanego przy bezprądowy dla zadanych, ustalonych warunków pracy dodatniej linii zasilania przetwornicy

91

T E M AT N U M E R U

ZASILANIE

PODZESPOŁY

Rysunek 4. Narzędzie do konfigurowania układu MCP19111 częstotliwości kluczowania tranzystorów przetwornicy oraz parametrów obwodów kompensacyjnych. Nie tylko ułatwia to dobieranie podstawowych ustawień na etapie prototypowania projektowanego urządzenia, ale pozwala też na dostsowanie sposobu kompensacji w trakcie pracy układu, co prowadzi do zwiększenia całkowitej sprawności zasilacza. Jak dotąd, takie możliwości miały tylko w pełni cyfrowe układy zasilające. W synchronicznych przetwornicach obniżających, większość strat mocy związana jest z przełączaniem tranzystorów kluczujących. Aby zwiększyć sprawność, szczególnie przy małych obciążeniach, warto obniżyć częstotliwość kluczowania. Jednak, gdy częstotliwość ta spada, spada też skuteczność obwodów kompensacyjnych. Ich wpływ maleje, a  ponadto mogą się rozsynchronizować i  przestać pełnić swoje funkcje. Aby tego uniknąć, konieczne jest dostosowanie parametrów obwodu kompensacyjnego – m.in. poprzez zwiększenie jego wzmocnień. MCP19111 pozwala programowo sterować parametrami sygnału piłokształtnego (amplitudą i  czasem narastania) używanego do kompensacji, częstotliwością rezonansową oraz całkowitym wzmocnieniem obwodu kompensacyjnego. Ponadto, zawiera rejestry umożliwiające określenie offsetu wzmacniaczy i  wzmocnienia sygnału prądowego, używanych w  obwodzie kompensacyjnym. O ile sensowne zaprogramowanie algorytmu dobierającego te wartości może wymagać przeprowadzenia skomplikowanej analizy, daje szanse na uzyskanie znacznego wzrostu sprawności zasilacza, szczególnie dla niższych obciążeń, oraz zwiększa jego stabilność.

występujące, niemałe napięcie na przewodzenia na tej diodzie. Dlatego dosyć często stosuje się równolegle podłączony tranzystor, o  znacznie niższym napięciu przewodzenia, który w  efekcie zaczyna pracować jak synchroniczny prostownik. Technika ta jest powszechnie używana, w  zasilaczach o obciążeniach powyżej 1 A. Jednakże, przy małych obciążeniach, moc potrzebna do otwarcia tranzystora wspomagającego pracę diody jest większa niż zaoszczędzona na stratach związanych z  pracą diody usprawniającej. Układ MCP19111 został przygotowany, by umożliwić dalsze usprawnienia poprzez wprowadzenie tzw. trybu emulacji diody, w  którym obwód sterujący bramką tranzystora kluczującego podłączonego od strony masy jest wyłączony. Wtedy to, brak polaryzacji bramki sprawia, że wewnętrzna dioda MOSFETu zaczyna działać jak prostownik, minimalizując tym samym straty mocy. Warto dodać, że opisane straty mocy można jeszcze bardziej ograniczyć poprzez zastosowanie nowej rodziny tranzystorów MOSFET MCP870xx o  małej rezystancji przewodzenia. Dobór modelu z  dużym całkowitym ładunkiem bramki jako klucza umieszczonego od strony masy zwiększa efektywność symulacji diody, dostępnej w MCP19111.

Optymalizacja pracy przy rozwarciu Przetwornice pracujące w  trybie stabilizacji prądowej wymagają przynajmniej minimalnego prądu pobieranego przez obciążenie, by móc poprawnie działać. Gdy obciążenie przejdzie w  tryb uśpienia i  praktycznie nie pobiera prądu, przetwornica je zasilająca wciąż musi pilnować, by napięcie na jej wyjściu nie wykroczyło poza zadane granice. Dosyć często przetwornice w  takiej sytuacji przechodzą w tryb, w którym na wyjściu pojawia się szybko zmieniające się, niestabilne

napięcie, które ponadto generuje zakłócenia elektromagnetyczne do otoczenia. Aby uniknąć tego problemu, MCP19111 może zostać przełączony do trybu pseudonapięciowego, poprzez wyłączenie pętli prądowej, co zwiększa stabilność całego zasilacza.

Narzędzia Aby móc skorzystać ze wszystkich funkcji układu MCP19111, konieczne jest użycie odpowiednich narzędzi programistycznych. Wbudowany mikrokontroler można swobodnie programować, a cały układ obsługiwany jest przez specjalne narzędzie z  graficznym interfejsem użytkownika, przedstawionym na rysunku  4. Narzędzie to pozwala wprowadzać różne ustawienia bez konieczności samodzielnego pisania kodu. Interfejs ten działa w oparciu o firmware z otwartym kodem źródłowym, dzięki czemu możliwe jest samodzielne modyfikowanie go i  tworzenie własnych, bardziej zaawansowanych programów. Dodatkowo, Microchip dostarcza także drugie narzędzie na potrzeby testowania, które komunikuje się z MCP19111 za pomocą protokołu PMbus (rysunek 5). Współpracuje ono z  interfejsem USB-UART/SPI/I2C Microchip PICkit Serial Analyzer i  umożliwia bezpośrednie monitorowanie i  debugowanie pracującego MCP19111.

Podsumowanie O ile większość z funkcji układu MCP19111 było dotąd znanych i można je było spotkać w  różnych rozwiązaniach, omawiany układ jest pierwszym, który łączy je wszystkie w  jednej, scalonej obudowie. Możliwość swobodnego programowania, niewielkie wymiary i  brak potrzeby stosowania wielu dodatkowych komponentów pozwalają na tworzenie zasilaczy o niespotykanych dotąd funkcjach i parametrach.

Andreas Reiter Microchip Technology

Optymalizacja dla bardzo małych obciążeń W  przetwornicach obniżających asynchronicznych, straty mocy na diodzie usprawniającej są względnie duże ze względu na wciąż

92

Rysunek 5. Narzędzie do testowania układu MCP19111 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Krok po kroku Kursy EP

Fotografia 1. Czujnik AS5048 z magnesem

Obsługa enkodera AS5048 we Flowcode Czujniki położenia są szeroko wykorzystywane w  systemach automatyki, aparaturze medycznej robotyce itp. Jest to element, który przetwarza przemieszczenie na wielkość elektryczną lub w  bardziej rozbudowanych konstrukcjach – na wielkość cyfrową. Najbardziej popularne sensory to czujniki liniowe i  obrotowe. Te pierwsze wykrywają i  mierzą przesuniecie liniowe, a  drugie kąt obrotu. Układ scalony AS5048 jest czujnikiem mierzącym kąt obrotu z bardzo dużą dokładnością, wynoszącą 0,05° w zakresie 0…360°. Nie jest to kompletny czujnik wyposażonym w obudowę z łożyskowaną osią, ale układ scalony będący zasadniczym elementem do budowy takiego czujnika. Do kompletu jest potrzebny magnes obracający się w osi prostopadłej do górnej płaszczyzny układu. Zestaw ewaluacyjny używany w tym artykule pokazano na fotografii 1.

Podstawowym elementem układu jest obszar czujników Hall’a  wykonana w  technologii CMOS. Obszar sensora Hall’a  umieszczony w  centralnej części obudowy układu mierzy natężenie pola magnetycznego. Do konwersji natężenia pola w funkcji obrotu magnesu nad czujnikiem jest używany 14-bitowy przetwornik A/C. Daje to rozdzielczość pomiaru 360°/16384=0,02197°, ale jak już wspomniałem, producent deklaruje dokładność 0,05°.

Rysunek 2. Zasada pomiaru obrotu i natężenia pola magnetycznego

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

93

Rysunek 4. Schemat blokowy układu AS5048

94

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Rysunek 5. Budowa modułu testowego dla czujnika AS5048

Krok po kroku Kursy EP

dużym wzmocnieniu. Poziom natężenia pola można tez odczytywać bezpośrednio z  rejestru o  nazwie Magnitude. Zależność pomiędzy działaniem automatyki a  odczytywanym poziomem pola magnetycznego przedstawia rysunek  3. Natężenie pola zmienia się w funkcji odległości czujnika od magnesu. Poziomy fragment sygnału odpowiadającego natężeniu pola jest wynikiem pracy automatyki wzmocnienia AGC. Schemat blokowy układu czujnika pokazano na rysunku  4. Sygnał elektryczny z  obszaru czujników Hall’a  jest konwertowany na postać cyfrową. Sygnał cyfrowy z  wyjścia przetworników poddaje się obróbce sygnałowej przez Rysunek 3. Zależność pomiędzy natężeniem pola (magnitude) wbudowany procesor DSP. Blok CRDC a działaniem AGC oblicza kąt oraz wielkość sygnału pochodzącego z czujnika pola magnetycznego. Sensor pozycji jest zbudowany z  4 czujników rozProducent układu oferuje gotowy moduł, który umożmieszczonych na obwodzie koła co 90° (rysunek 2). Jeliwia testowanie czujnika. Moduł składa się z płytki drużeli magnes jest w położeniu prostopadłym do czujnika kowanej z  układem AS5048 i  „mechanizmu” pozwalająi nie obraca się (jest zablokowany) to zmiana natężenia cego na obracanie magnesu w osi prostopadłej do górnej pola magnetycznego spowodowana zmianą odległości płaszczyzny układu scalonego. Konstrukcja mechaniczna powierzchni obudowy od magnesu nie wpływa na pokompletnego testowego czujnika została pokazana na rymiar kąta obrotu. Jest to ważna cecha tego układu, bo sunku 5. Oczywiście, tak nieskomplikowany mechanizm dopuszcza zmiany natężenia pola wynikające z  ruchu nie będzie nadawał się do wykorzystania w  pomiarach magnesu równolegle do osi obrotu (ruch pionowy) oraz bardzo precyzyjnych ruchów, ale do testowania jest zupeł– co również ważne – ze zmiany temperatury. W praktynie wystarczający. ce, pole magnetyczne może być niezbyt silne lub podCyfrową informację o  kącie obrotu można odczytylegać czasowym fluktuacjom. Może to wynikać ze zbyt wać z układu za pomocą interfejsu SPI lub I2C. Dodatkodużej szczeliny pomiędzy czujnikiem i magnesem lub ze złej jakości materiału, z którego jest wykonany magnes. wo jest dostępne wyjście sygnału PWM o rozdzielczości Zwiększa się wtedy szum na wyjściu wzmacniaczy po12-bitowej. Współczynnik wypełnienia tego sygnału jest miarowych i co z tym idzie – wynik pomiaru będzie obarproporcjonalny do kąta obrotu. czony większym jitterem. Żeby układ mógł wyrównać Rodzaj interfejsu komunikacyjnego jest wybierany zmiany sygnału elektrycznego na wyjściu wzmacniaczy na etapie wyboru układu scalonego. Wersja AS5048A ma pomiarowych wynikające ze zmian natężenia pola magnetycznego, wprowadzono układ automatycznej regulacji wzmocnienia AGC stabilizujący poziom sygnału na wyjściu wzmacniaczy pomiarowych. Wartość proporcjonalna do wzmocnienia pracującego układu AGC jest dostępna w jednym z rejestrów enkodera. Firmware może go odczytywać i ewentualnie reagować przy zbyt

Krok po kroku Kursy EP

Rysunek 6. podłączenia modułu do zasilania i sterownika

Rysunek 7. Adres slave tylko interfejs SPI, a wersja AS5048B tylko interfejs I2C. Sygnał PWM jest dostępny w  obu wersjach. Ponieważ w czasie testów dysponowałem tylko układem z interfejsem I2C, to tylko dokładnie opiszę transmisję z wykorzystaniem protokołu I2C. Interfejs I2C układu AS5048B składa się z  linii danych SDA (wyprowadzenie SDA/CSn na płytce testowej) i linii zegarowej SCL (wyprowadzenie SCL/SCK na płyt-

ce testowej). Dodatkowo, są dostępne 2 wyprowadzenia wejść adresowych (A1/MOSI i A2 MISO). Dwukierunkowe linie SDA i SCL muszą być podciągane do plusa zasilania przez rezystory – wymaga tego specyfikacja standardu I2C. Ja zastosowałem 2 rezystory o wartości 2,2 kV. Moduł może być zasilany napięciem +3,3 V lub +5 V – służą do tego celu 2 osobne wyprowadzenia napięcia zasilania oznaczone VDD3V i VDD5V. Napięcie +3,3 V dołączamy do wyprowadzenia VDD3V, a wyprowadzenie VDD5V musi być zwarte z VDD3V. Kiedy chcemy zasilać moduł napięciem +5 V, to dołączamy je do VDD5V, a  wyprowadzenie VDD3V powinno być zblokowane kondensatorem 10  mF do masy. Nie może pozostać niedołączone, bo powoduje to niestabilności w wewnętrznym napięciu zasilania i w rezultacie zakłócenia fazowe przy pomiarze kąta obrotu. Schemat podłączenia modułu testowego do napięcia zasilania został pokazany na rysunku 6. Wymuszając poziomy logiczne na liniach A1 i  A2 można wybrać jeden z  4 dostępnych adresów na magistrali I2C. Umożliwia to podłączenie 4 układów do jednej magistrali. Ponieważ w zaawansowanych układach może to być zbyt mało, to producent układu zastosował nietypowe rozwiązanie polegające na możliwości programowania przez użytkownika 5 starszych bitów adresu slave. Na rysunku 7 jest pokazany domyślny adres układu dostarczanego przez producenta. Sterowanie funkcjami AS5048B i  odczytywanie wyniku odbywa się przez zapisywanie i  odczytywanie wewnętrznych rejestrów. Ich zestawienie zostało pokazane na rysunku 8. Dostęp do rejestrów odbywa się poprzez osobne sekwencje zapisu i  odczytu. Zapis rejestru lub grupy rejestrów o adresach następujących po sobie rozpoczyna się od wysłania sekwencji Start i adresu slave z wyzerowanym najmłodszym bitem R/W. Potem jest wysyłany 8-bi-

Rejestr

Adres

Dostęp

Bity

Domyślna opis wartośc

Sterowanie OTP

3 dec

Zapis/odczyt

b0 –programing enable b4 – burn

0dec

Rejestr sterujacy programowaniem pamięci OTP

Programowanie OTP

21dec

Zapis/odczyt +program

b0:b4 – 5 starszych bitów adresu I2C

10000bin

Rejestr odczytywania i  programowania 5 starszych bitów adresu slave

22dec

Zapis/odczyt +program

8 starszych bitów poło- 0dec żenia początkowego

Rejestr odczytywania i  programowania 8 starszych bitów rejestru położenia początkowego

23dec

Zapis/odczyt +program

6 młodszych bitów 0dec położenia początkowego

Rejestr odczytywania i  programowania 6 młodszych bitów rejestru położenia początkowego

250dec Odczyt

8 bitów rejestru AGC

80hex

251dec Odczyt 252dec Odczyt

Rejestr diagnostyczny 8 starszych bitów rejestru magnitude 6 młodszych bitów rejestru magnitude 8 starszych bitów rejestru kata obrotu 6 młodszych bitów rejestru magnitude

01hex 0dec

Rejestr wyjściowy układu AGC 0=Wysokie pole magnetyczne 255=Niskie pole magnetyczne Znaczniki diagnostyczne Rejestr 8 starszych bitów 14 bitowego rejestru magnitude

Rejestry danych wyjściowych

253dec Odczyt 254dec Odczyt 255dec Odczyt

0dec 0dec 0dec

Rejestr 6 młodszych bitów 14 bitowego rejestru magnitude Rejestr 8 starszych bitów 14 bitowego rejestru kata obrotu Rejestr 6 młodszych bitów 14 bitowego rejestru kata obrotu

Rysunek 8. Wykaz rejestrów układu

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

95

Krok po kroku Kursy EP

Rysunek 9. Sekwencja zapisu jednego rejestru do układu

Rysunek 10. Sekwencja odczytania jednego bajtu

Rysunek 11. Okno ustawień interfejsu I2C towy adres pierwszego odczytywanego rejestru. Po nim można wysłać wartość zapisywanego rejestru. Prawidłowe zapisanie jest sygnalizowane bitem ACK ustawianym przez enkoder. Potem można zakończyć zapisywanie przez wysłanie sekwencji Stop lub wysyłać kolejne bajty, które będą zapisywane pod kolejnymi adresami. Po zakończeniu wysyłania bloku danych trzeba wysłać na magistralę sekwencję Stop. Odczyt rejestru lub grupy rejestrów jest trudniejszy do wykonania. W  pierwszej części jest wysyłana sekwencja Start i  adres slave z  wyzerowanym bitem R/W, a  po nim 8-bitowy adres odczytywanego rejestru. Żeby przestawić magistralę w  tryb odczytu danych jest wysyłana powtórnie sekwencja Start, a  po niej adres slave z  ustawionym bitem R/W. Teraz wysyłanie sekwencji odczytu powoduje odczytywanie zawartości rejestru lub grupy rejestrów o  automatycznie zwiększanych się adresach. Odczytywanie danych kończy się przez wysłanie bitu NACK po ostatnio odczytanym bajcie, a potem wysłanie sekwencji Stop (rysunek  10). Sekwencja zapisywania rejestrów są wykorzystywane do zapisywania rejestrów jednorazowego programowania OTP zawierających 5 starszych bitów adresu slave i wartość początkową, od której enkoder oblicza kąt obrotu. Ustawienie praktycznie dowolnego adresu slave daje możliwość użytkownikowi dołączenie do jednej I2C magistrali 128 enkoderów. Z  kolei zaprogramowanie pozycji zerowej daje możliwość swobodnego mechanicznego ustawienia enkodera. Chociaż wydaje się, że tę ostatnią możliwość jest łatwo uzyskać na drodze programowej przez dodanie do wyniku odczytu stałej korekcyjnej.

96

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Kolejne czynności potrzebne do zapisywania rejestrów w pamięci OTP są dokładnie opisane w dokumentacji enkodera. Ponieważ płytka, z którą wykonywałem testy nie była moją własnością, to nie wykonywałem programowania tej pamięci i poprzestałem na próbach z fabrycznymi ustawieniami układu. Najważniejszą operacją przy obsłudze enkodera jest odczytywanie 14-bitowego rejestru obrotu – Angle Register. W bardziej zaawansowanych aplikacjach można odczytywać rejestry Magnitude oraz AGC i odpowiednio reagować, gdy poziom pola magnetycznego jest nieodpowiedni. W  czasie testów moduł enkodera został dołączony do wyprowadzeń portów mikrokontrolera PIC18F4550 umieszonego na module ECIO40P produkowanym przez firmę Matrix (producenta Flowcode). Mikrokontroler z  ECIO40P ma fabrycznie zaprogramowany bootloader i może się łączyć z komputerem poprzez interfejs USB. Na płycie instalacyjnej Flowcode jest umieszczony odpowiedni driver i po jego zainstalowaniu można programować pamięć Flash mikrokontrolera bezpośrednio z  poziomu Flowcode. Żeby można było używać makr potrzebnych do obsługi interfejsu I2C, trzeba na panelu umieścić element I2C z menu Comms. Wtedy w liście makr komponentu można wybrać funkcje obsługi magistrali I2C. Sam interfejs może korzystać z  wbudowanego w  mikrokontroler modułu sprzętowego MSSP zaprogramowanego jako I2C master lub może być emulowany programowo. Ja zastosowałem emulacje programową przez zaznaczenie okienka Use Software Settings. Wy- Rysunek 12. Procedura odczytywania 2 boru dokonuje się rejestrów enkodera

Krok po kroku Kursy EP

b7

b6

b5

b4

b3 b2 b1 b0 CMP high CMP low COF OCF OCF – offset compensation finished – stan wysoki wskazuje zakończenie algorytmu Offset Compensation Algorithm COF – cordic overflow – stan wysoki wskazuje błąd zakresu modułu CORDIC. Kiedy ten bit jest ustawiony to dane w rejestrach kąta (angle) i magnitude nie są prawidłowe CMP Low sygnalizuje słabe pole magnetyczne. Testowanie tego bitu jest rekomendowane przy monitorowaniu poziomu pola magnetycznego (magnitude) CMP High sygnalizuje silne pole magnetyczne. Testowanie tego bitu jest rekomendowane przy monitorowaniu poziomu pola magnetycznego (magnitude) Rysunek 13. Rejestr diagnostyczny klikając prawym klawiszem myszki na oknie komponentu i wybierając z menu EXT properties (rysunek 11). Na rysunku 12 pokazano makro programowe enc_read odczytujące 2 kolejne rejestry. Sekwencja odczytywania jest tak jak na rysunku 10. Adres rejestru jest zawarty w zmiennej reg_addr. Pierwszy odczytany bajt jest zapisywany do zmiennej reg_val, a drugi do zmiennej reg_val1. Żeby przetestować działanie procedur odczytywania rejestrów obrotu do modułu ECIO40P podłączyłem standardowy wyświetlacz LCD i wyświetlałem na nim 14-bitową zawartość rejestru w postaci 4-znakowej liczby w formacie heksadecymalnym. Przy pierwszych próbach odczytywane wartości wyglądały na przypadkowe i zupełnie nie odpowiadały zmianom położenia magnesu nad układem enkodera. Okazało się, że poprawne dane mogą być odczytane z układu tylko wtedy, gdy układy wewnętrzne obrobią poprawnie sygnał z czujników Hall’a. Jest to sygnalizowane przez bity rejestru znaczników diagnostycznych o  adresie 251 (rysunek 13). Dane z rejestru kąta obrotu można odczytywać, gdy bit OCF jest ustawiony, a  bit COF wyzerowany. Dlatego procedura odczytu rejestrów obrotu musi być poprzedzona odczytaniem rejestru diagnostycznego i  testowaniem jego zawartości. Ponieważ nie interesują nas bity CMP to są one zamaskowane. Pętla odczytywania rejestru kąta obrotów i  wyświetlania jego zawartości została pokazana na rysunku 14. W pierwszej kolejności jest czytana zawartość rejestru Diagnostic o  adresie 251. Potem jest sprawdzany warunek czy OCF=1 i  COF=0. Jeżeli nie, to jest ponownie czytana zawartość Diagnostics, aż warunek zostanie spełniony. Wtedy odczytywane są 2 kolejne rejestry od adresu 254 (0xFE). Z zawartości tych rejestrów jest „składana” wartość 14-bitowa odpowiadająca kątowi obrotu od wartości zerowej. Potem ta wartość jest konwertowana na znaki ASCII w  formacie heksadecymalnym i wyświetlana na wyświetlaczu LCD. Przedstawiony tutaj program jest typowo testowy, ale łatwo go można zmodyfikować do konkretnego zastosowania. Zawartość rejestru obrotu można wykorzystać w algorytmach sterowania lub przesłać na przykład interfejsem USB do komputera. Rysunek 14. Pętla odczytywania rejestru Angle enkodera

Tomasz Jabłoński, EP

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

97

Do tej pory poznaliśmy budowę zestawu ewaluacyjnego STM32L Discovery, metody pomiaru natężenia bardzo małego prądu oraz działanie i  programowe wprowadzenie trybów ograniczonego poboru energii. Teraz przyszła pora na praktyczne rozważania, w  jaki sposób można optymalnie i racjonalnie gospodarować zapotrzebowaniem na energię w  ramach dostępnych trybów jej oszczędzania. Dla potrzeb nauki zastosujemy już nam znany zestaw ewaluacyjny STM32L Discovery z  wbudowanym programatorem/debugerem ST-Link V2. W  programach testowych dostarczanych z modułem prąd jest mierzony przez wbudowany układ i  wyświetlany na LCD. To wygodne rozwiązanie, ale wymaga napisania sporego programu wykonującego pomiary. Jego praca może w  naszych przykładach powodować zafałszowanie wyników i przez to wyciąganie nieprawidłowych wniosków. Na szczęście producent modułu przewidział możliwość pomiaru prądu za pomocą zewnętrznego mikroamperomierza. Układ pomiaru prądu można włączać i wyłączać zworką JP1 (rysunek 1). Kiedy jest ona w położeniu ON, to mikrokontroler jest zasilany przez układ pomiaru prądu. Położenie zworki w  pozycji OFF powoduje ominięcie układu pomiarowego. Po całkowitym usunięciu zworki, pobór prądu można mierzyć amperomierzem włączonym pomiędzy piny 1 i 2 złącza JP1. Dokładny pomiar małych prądów może wyma-

Rysunek 1. Konfiguracja modułu STM32L Discovery

98

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

gać precyzyjnego mikroamperomierza, spełnienia określonych warunków pomiaru, tym bardziej, że prąd pobierany przez mikrokontroler ma charakter impulsowy. Nam jednak nie będzie chodziło o  dokładność pomiaru, ale o zaobserwowanie tendencji zmian poboru prądu. Dlatego do pomiaru zastosowałem popularny multimetr Metex M-3800 na zakresie pomiarowym prądu stałego 200  mA. Jak już wspomniałem, zaciski miernika mają być włączone pomiędzy piny 1 i 2 złącza JP1.

Wpływ konfiguracji kompilatora

Pisząc program za pomocą kompilatora języka wysokopoziomowego (w przypadku mikrokontrolerów będzie to zazwyczaj kompilator C lub C++) możemy w  pewnym stopniu decydować o  właściwościach kodu programu wynikowego. Zdecydowana większość kompilatorów ma możliwość ustawiania stopnia i  sposobu optymalizacji kodu wynikowego programu. Może on być optymalizowany pod względem szybkości wykonywania lub wielkości kodu wynikowego. Często w  trakcie pisania i debugowania doświadczeni programiści wyłączają optymalizację. Pomaga to głownie w debugowaniu. Dopiero działający, potencjalnie bezbłędny program jest poddawany optymalizacji. Można sobie zadawać pytanie: jak konfiguracja kompilatora może mieć wpływ na ilość pobieranej energii? Intuicyjnie czujemy, że może to mieć związek z szybkością wykonywania programu. W  pierwszej części artykułu napisałem, że pobór prądu przez układy cyfrowe taktowanie zegarem jest tym większy, im większa jest częstotliwość taktowania. Ta zależność sprawdza się dla mikrokontrolera taktowanego ze stałą częstotliwością i  pracującego z  wykluczeniem trybów oszczędzania energii. W uproszczeniu można przyjąć, że pobór mocy przez mikrokontroler jest stały w czasie, tak jak to zostało pokazane na rysunku 2. Częstotliwość taktowania można dobrać na tyle małą, aby była wystarczająca do wykonania zadań stawianych

Rysunek 2. Pobór mocy przez mikrokontroler taktowany ze stała częstotliwością

Krok po kroku Kursy EP

STM32 – tryby obniżonego poboru mocy (3)

Krok po kroku Kursy EP

przed aplikacją. Pomijając problem określenia tej częstotliwości, to nie jest to rozwiązanie optymalne z punktu widzenia poboru energii. W wielu aplikacjach mikrokontroler nie jest stale obciążony wykonywanymi zadaniami. Kiedy nic nie ma do zrobienia, to nadal pobiera tę samą ilość energii, jak w trakcie wykonywania obliczeń czy algorytmów sterowania. Dlatego są załączane tryby oszczędzania energii, kiedy CPU nic nie ma do roboty lub kiedy trzeba wykonać coś, co nie wymaga dużych prędkości działania. Ograniczenie poboru energii w  tych trybach zależy od rozwiązań zastosowanych przez projektantów rdzenia i  od producentów konkretnego mikrokontrolera (rozwiązania układów peryferyjnych, technologii produkcji itp.). Spróbujmy się zastanowić czy można dodatkowo ograniczyć pobieranie energii w czasie, gdy mikrokontroler pracuje z wyłączonymi trybami oszczędzania, czyli kiedy jest taktowany z  najwyższą częstotliwością roboczą i zasilany napięciem nominalnym. Intuicyjnie wydaje się, że tu również należy ograniczać pobór prądu przez zmniejszenie częstotliwości taktowania do jak najniższej wartości. Załóżmy, że mikrokontroler jest w stanie niskiego poboru energii, z którego jest wybudzany sekwencyjnie po to, aby wykonać obliczenia lub sekwencję sterującą. Po wykonaniu tego zadania jest natychmiast ponownie usypiany. Okazuje się, że w takich wypadkach jest najlepiej, aby zadanie wykonywane po wybudzeniu było realizowane jak najszybciej. Szybkość pracy jest zależna nie tylko od częstotliwości taktowania, ale również od optymalizacji wykonywanego kodu. Przy tej samej prędkości taktowania mikrokontrolera kod wynikowy zoptymalizowany pod kątem jak największej szybkości wykonywania powinien wykonać się szybciej, niż kod nieoptymalizowany. Wtedy również ilość pobranej energii będzie mniejsza. Przy stałym napięciu zasilania i  stałym prądzie pobieranym przez mikrokontroler moc pobierana jest wyliczana z zależności P=V×I, gdzie: V – napięcie zasilania, I średni (całkowany) prąd pobierany przez mikrokontroler). Pobierana energia jest wyliczana z zależności E=P×t, gdzie: P – moc pobierana, t – czas. Łatwo domyślić się, że im krótszy czas, tym mniejsza energia pobierana. Wróćmy do naszego przykładu z sekwencyjnym wybudzeniem. Ponieważ nie mamy możliwości bezpośredniego mierzenia poboru energii, to będziemy mierzyli prąd pobierany przez mikrokontroler, bo jego wartość przy stałym napięciu jest proporcjonalna do pobieranej mocy i  energii. Wartość prądu pobieranego przez układ zmienia się impulsowo. Mikroamperomierz prądu stałego pokaże wartość uśrednioną i dla naszych celów będzie to wystarczające.

Program

Do testowania wpływu optymalizacji kodu przez kompilator zastosujemy program testowy, który: • Włącza i  konfiguruje niezbędne układy peryferyjne, a wyłącza niepotrzebne. • Konfiguruje timer wybudzający mikrokontroler co 40 ms. • Wprowadza tryb STOP oszczędzania energii. • Po każdym wybudzeniu oblicza prosta sumę kontrolną z elementów tablicy umieszczonej w pamięci SRAM oraz średnią geometryczną z trzech zmiennoprzecinkowych argumentów. Konfiguracja systemu i pętla główna programu został pokazana na listingu 1

Listing 1. Konfigurowanie układów peryferyjnych i obliczenia wykonywane po wybudzeniu static volatile char ARRAY[64] = {0xAA,0x22,0x17,0xB1,0x5 5,0x15,0x23,0x75, 0xF0,0x41,0x19,0x1A,0x81,0x99,0x10,0x51, 0x10,0x11,0x51,0x13,0x14,0x01,0x98,0x88, 0x18,0x91,0x07,0x01,0x22,0x61,0x24,0x51, 0x26,0x05,0x36,0x99,0x30,0x21,0x32,0x00, 0x15,0x16,0x67,0xBB,0xFF,0x50,0x13,0x91, 0x71,0x42,0x61,0x11,0x63,0x91,0x10,0x10, 0x94,0xFF,0x17,0x18,0x29,0x71,0x31,0x55}; static volatile float f_coefA = 0.121f; static volatile float f_coefB = 0.785f; static volatile float f_coefC = 0.349f; int main(void) { unsigned int index; unsigned char result; volatile float f_root; /* konfiguracja układów peryferyjnych */ SYSTEM_Config(); /*konfiguracja zegara, trybu osczedzania energii I licznika wybudzeń*/ LAB1_GetReady(); /* pętla nieskończona */ while(1) { /* sygnalizacja wykonywania obliczeń CRCpo wybudzeniu EVENT_HIGH(); /*wartości początkowe zmiennych index = 64; result = 0; f_root = 0.0f; /* wyliczenie sumy CRC */ while(index != 0) { result ^= ARRAY[--index]; } /* Sprawdzenie wyniku */ if (result != CHECKSUM_RESULT) { break;//koniec liczenia CRC } EVENT_LOW(); /* Sygnalizacja obliczeń średniej */ EVENT_HIGH(); /* Mnożenie współczynników */ f_root = f_coefA * f_coefB * f_coefC; /* obliczanie pierwiastka */ f_root = cbrtf(f_root); EVENT_LOW(); __wfi();//wejście w tryb STOP } }

*/

Procedura SYSTEM_Config() konfiguruje zarządzaniem pamięcią Flash, blokami RCC, PWR oraz portami GPIO, układem przerwań i  zegarkiem RTC. Jak już wiemy, również tryby oszczędzania energii wymagają skonfigurowania przed ich wprowadzeniem rozkazem wfi. Tę czynność wykonuje procedura LAB1_GetReady() pokazana na listingu 2. Poziom optymalizacji kodu wynikowego w  pakiecie uVision 4 jest ustawiany w oknie Project -> Options for Listing 2. Konfigurowanie trybu STOP i okresu wybudzania void LAB1_GetReady(void) { /* właczenie zegara dla modułu PWR */ *(__IO uint32_t *) RCC_APB1ENR_PWREN_BB = (uint32_t) SET; /* Wprowadzenie trybu STOP jako deepsleep */ *(__IO uint32_t *) PWR_CR_PDDS_BB = (uint32_t)RESET; /* Wewnętrzny regulator napięcia ustawiony w tryb Low Power Mode w czasie trybu STOP */ *(__IO uint32_t *) PWR_CR_LPSDSR_BB = (uint32_t)SET; /* ustawienie bitu SLEEPDEEP rejestru Cortex System Control Register */ SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP; /* ustawienie czasu cyklicznego wybudzania w ms */ RTC_SetWakeUp(40); /* zablokowanie protekcji zapisu rejestrów zegara */ RTC->WPR = 0xCA; RTC->WPR = 0x53; /* zablokowanie zdarzenia EXTI dla RTC Wake-up */ EXTI->EMR &= ~EXTI_Line20; /* odblokowanie przerwania EXTI dla RTC Wake-Up */ EXTI->IMR |= EXTI_Line20; /* zerowanie flagi RTC wake-up */ *(__IO uint32_t *) RTC_ISR_WUTF_BB = (uint32_t)RESET; /* odblokowanie timera Wakeup Timer*/ *(__IO uint32_t *) RTC_CR_WUTE_BB = (uint32_t)SET; }

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

99

Rysunek 3. Ustawianie optymalizacji w pakiecie uVision

Tabela 1. Wyniki pomiaru prądu w  zależności od stopnia optymalizacji programu Optymalizacja kodu Brak Ustawienia domyślne Pod względem prędkości

Zmierzony prąd [mA] 33,5 30,2 22,9

Target w zakładce C/C++ i obszarze Language/Code Generation (rysunek  3). Dla celu testów program skompilowano trzykrotnie: bez optymalizacji, z  ustawieniami domyślnymi i  z  optymalizacją prędkości działania (Optimize for Time). Przy każdej z  prób prąd był mierzony multimetrem na zakresie 200  mA. Wyniki testu zostały umieszczono w tabeli 1. Wyniki wyraźnie różnią się między sobą i najmniejszy pobór prądu jest po skompilowaniu programu z kryterium najwyższej prędkości działania (najkrótszego czasu). Trzeba jednak pamiętać o dwóch rzeczach. Po pierwsze, w  tej aplikacji mikrokontroler jest przez większość czasu uśpiony. Jest wybudzany sekwencyjnie po to, aby wykonać obliczenia i  po realizacji tego zadania zostaje natychmiast uśpiony ponownie. Jest to często spotykane działanie, ale w  innych aplikacjach wynik porównania nie musi być tak spektakularny. Po drugie, wykonywane obliczenia tak dobrano, aby optymalizacja kodu wyraźnie przyspieszyła ich wykonywanie. Mimo tego ten przykład wyraźnie pokazuje pewną tendencję znaną konstruktorom zajmującym się układami Low Power. W  wielu aplikacjach warto usypiać mikrokontroler tak często i „głęboko” jak się da, ale jak już jest wybudzony, to powinien pracować tak szybko, jak to tylko możliwe. Wykona wtedy on swoje zadanie szybko i w końcowym efekcie pobierany prąd będzie mniejszy, niż w przypadku, gdy po wybudzeniu będzie pracował wolniej.

Mikrokontrolery z  rdzeniami ARM Cortex-M mogą znacznie różnić się. Nie chodzi tu o  naturalne różnice wynikające z wyposażenia w układy peryferyjne, pamięć programu Flash czy pamięć danych SRAM, ale o budowę samego rdzenia. Rdzenie różnią się architekturą i  listą rozkazów. W  tabeli  2 umieszczono zestawienie właściwości poszczególnych rdzeni ARM Cortex-M. Rdzenie Cortex M0, M0+ i M1 wykonują większość instrukcji z  16-bitowych rozkazów Thumb oraz niektóre instrukcje zestawu Thumb2. Z  zestawu 32-bitowych instrukcji Cortex-M są wykonywane tylko instrukcje sprzętowego dzielenia w jednym lub 32 cyklach (zależnie od implementacji w  krzemie). Rdzeń Corte-M3 wykonuje wszystkie 16-bitowe rozkazy Thumb i  Thumb2 oraz wszystkie 32-bitowe rozkazy ARM Cortex-M. Rdzeń Cortex-M4 jest dodatkowo wyposażony w  rozkazy jednostki DSP. Oprócz zmiennej listy rozkazów rdzenie różnią się architekturą. Przyjęło się przekonanie, że szybkie mikrokontrolery ARM mają architekturę typu Harvard, czyli z rozdzielonymi magistralami danych i programu. Można dzięki temu w pojedynczych cyklach zegarowych uzyskać dostęp do kodu rozkazu z pamięci Flash i argumentu z pamięci SRAM. Tak jest w rdzeniach Cortex-M3 i  Cortex-M4. Proste i  w  założeniu tanie rdzenie Cortex-M0, -M0+ i  -M1 maja architekturę Von Neumanna, co może być zaskoczeniem dla wielu użytkowników mikrokontrolerów z  rdzeniem ARM Cortex. Architektura Von Neumanna ma wspólną magistralę danych i programów i z tego powodu wykonywanie rozkazów jest wolniejsze. Mikrokontroler STM32L152RBT6 użyty w  module STM32L Disovery ma rdzeń Cortex M3, a wiec jego rdzeń (ARM V7-M) ma architekturę typu Harvard i  obsługuje wszystkie rozkazy z listy Thumb, Thumb2 i ARM Cortex-M. Istnieje możliwość takiego skompilowania programu w języku C, by kod wynikowy składał się tylko z 16-bitowych rozkazów Thumb i Thumb2 lub wykorzystywał także rozkazy 32-bitowe. Możemy spróbować sprawdzić, jak dostępny zbiór rozkazów wpływa na pobór energii przez mikrokontroler. Możemy się teraz domyślać, że stosowanie 32-bitowych rozkazów spowoduje szybsze wykonywanie programu, a co za tym idzie mniejszy pobór prądu. Ustawień dokonuje się w  oknie konfiguracji projektu Project -> Options for Target w zakładce Device. Dla kompilacji z rozkazami 16 bitowymi z listy Thumb I Thumb2 wybieramy Device Cortex M0, a dla kompilacji z rozkazami 32 bitowymi Device Cortex M3. – rysunek 4 Testowany program jest dokładnie taki sam jak w poprzednim przykładzie. Optymalizacja kompilacji jest ustawiona na najszybsze wykonywanie programu Wyniki pomiarów umieszczono w tabeli 3. Po analizie pierwszego przykładu taki wynik nie jest zaskoczeniem. Możliwość użycia 32 bitowych rozkazów

Tabela 2. Wybrane właściwości rdzeni ARM Cortex-M

100

Rdzeń

Thumb

Thumb2

Cortex-M0 Cortex -M0+ Cortex -M1 Cortex -M3 Cortex-M4

Większość Większość Większość Wszystkie Wszystkie

Podzbiór Podzbiór Podzbiór Wszystkie Wszystkie

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Dzielenie sprzętowe 1 lub 32 cykle 1 lub 32 cykle 3 lub 33 cykle 1 cykl 1 cykl

Jednostka DSP Nie Nie Nie Nie Tak

Architektura ARM ARMv6-M ARMv6-M ARMv6-M ARMv7-M ARMv7E-M

Architektura Rdzenia Von Neumann Von Neumann Von Neumann Harvard Harvard

Krok po kroku Kursy EP

Architektura rdzenia, a pobór energii

Krok po kroku Kursy EP

Tabela 3. Pobór prądu w  zależności od użytej listy rozkazów Lista rozkazów

Zmierzony prąd [mA]

16 Bitowe Thumb i  Thumb2 (Cortex M-0)

30,3

Ustawienia domyślne

23,2

do obliczeń zmiennoprzecinkowych spowodowała szybsze ich wykonanie i w rezultacie wyraźnie mniejszy pobór prądu.

Optymalizacja kodu niezależna od kompilatora

Już wiemy, że program, który wykonuje się szybciej wymaga mniejszej ilości energii zasilającej. Optymalizacja wbudowana w  kompilator to nie jest jedyna możliwość przyspieszenia działania. Można próbować tak napisać program, by nawet po optymalizacji wykonywał się jeszcze szybciej. Żeby to robić trzeba próbować różnych konstrukcji programowych i  analizować jak poradzi sobie z nimi kompilator. Do tego jest potrzebna znajomość asemblera i  listy rozkazów. Tutaj pokażemy wpływ deklaracji długości zmiennej indeksującej wykonywanie pętli oraz zastąpienie pętli while ciągiem wywoływanych instrukcji. Do celów testowych zastosujemy procedurę liczącą sumą kontrolną crc po wybudzeniu mikrokontrolera ze stanu STOP sekwencyjnie, co 40 ms. Na listingu 3 pokazano procedurę liczenia crc wykonywaną w  pętli while. Zmienna index licząca wykonywane obliczenia jest typu unsigned short int (16 bitów). Po skompilowaniu, zapisaniu do pamięci Flash i  uruchomieniu programu mikrokontroler pobiera ok. 13,2  mA. Teraz zmieniamy definicję zmiennej index na unsigned int, czyli typ 32-bitowy. Ta zmiana powoduje, że mikrokontroler pobiera ok. 10,8  mA. Jak widać, jest wyraźnie zauważalna różnica na korzyść zmiennej 32-bitowej. Zobaczmy jak to wygląda w asemblerze. Na listingu 4 pokazano skompilowany kod sprawdzania warunku końca pętli dla zmiennej index typu unsigned short (16 bitów), a na listingu 5 sprawdzania warunku końca dla zmiennej 32-bitowej. Jeżeli pętla w  programie nie wykonuje się wiele razy, a  szczególnie zależy nam na ograniczeniu pobieranej energii, to warto rozważyć zastąpienie wykonywania instrukcji z  pętli kolejnymi instrukcjami umieszczonymi w  kodzie. Nie będzie wtedy potrzebne sprawdzanie warunku końca pętli i  przez to program może się wykonywać szybciej. W naszym przykładzie zastąpimy pętlę 64-krotnym wywołaniem temp ^= ARRAY[index]; index--; Po takiej modyfikacji programu mikrokontroler pobiera ok. 6,5  mA  prądu. Końcowe wyniki pomiarów umieszczono w tabeli 4.

Wpływ konfiguracji portów GPIO na pobór energii

W  układach mikrokontrolerowych, w  których pobór energii jest istotnym parametrem, trzeba zwracać uwagę na układy peryferyjne. Programista powinien konfigurować i włączać tylko te, które są niezbędne do działania aplikacji. Pozostałe muszą być wyłączone i nie powinny być taktowane. Jednak w  każdym mikrokontrolerze jest jeden układ peryferyjny, którego całkowicie wyłączyć nie

Listing 3. Wyliczenie CRC unsigned short int index; unsigned char temp; index = 64; temp = 0; /* wyliczenie sumy kontrolnej */ while(index != 0) { temp ^= ARRAY[--index]; } /* sprawdzenie wyniku */ if (temp != CHECKSUM_RESULT) break; Listing 4 sprawdzania warunku końca pętli dla zmiennej index 73: index = 64; 0x08000832 2040 MOVS r0,#0x40 ... ... 0x08000836 1E40 SUBS r0,r0,#1 0x08000838 0400 LSLS r0,r0,#16 0x0800083A 0C00 LSRS r0,r0,#16

16 bitowej

Listing 5 skompilowany kod dla 32 bitowej zmiennej index 73: index = 64; 0x08000832 2040 MOVS r0,#0x40 ... ... 0x08000840 1E80 SUBS r0,r0,#2

Rysunek 4. Wybranie rozkazów 16-bitowych

Tabela 4. Wyniki pomiaru dla różnych optymalizacji programowych Programowa optymalizacja kodu

Zmierzony prąd [mA]

Zmienna Index 16 bitowa

13,2

Zmienna Index 32 bitowa

10,8

Z  „rozpisaną” pętlą

6,5

można. Są to uniwersalne porty GPIO. Schemat blokowy jednej linii portu pokazano na rysunku 5. Może one pracować w następujących trybach: wejściowa (floating), wyjściowa z  poziomem niskim, wyjściowa z  poziomem wysokim, wejściowa cyfrowa, wyjściowa analogowa. Dodatkowo, można włączyć rezystory podciągające do plusa zasilana (pull-up) lub do masy (pull-down). Podciąganie można włączyć nawet w konfiguracji portu wyjściowego. Przy wielu możliwościach konfiguracji linii portów trzeba się zastanowić, w jaki tryb wprowadzić nieużywane porty I/O, aby pobór prądu był jak najmniejszy. Ponieważ mamy do dyspozycji moduł z możliwością pomiaru prądu, to optymalną konfigurację portów można ustalić eksperymentalnie. Do tego celu użyjemy programu, który

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

101

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_All; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_400KHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; //wejścia analogowe GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; // wyłaczenie podciągania. GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure); GPIO_Init(GPIOH, &GPIO_InitStructure); } Listing 7 Konfiguracja linii PD2 jako wejściowej float RCC_AHBPeriphClockCmd( RCC_AHBPeriph_GPIOD, ENABLE ); /* Konfiguracja PD2 jako linii wejściowej bez podciagania */ GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_40MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); Listing 8. Ustawienie linii PD2 w stan niski z podciąganiem Pull up RCC_AHBPeriphClockCmd( RCC_AHBPeriph_GPIOD, ENABLE ); /* konfiguracja PD2 jako wyjsciowa z podciaganiem PullUP */ GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_40MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); /* ustawenie PD2 w stan niski */ GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_2);

102

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Użycie układu DMA

Kanały DMA to szybki i wygodny mechanizm przesyłania danych z  układów peryferyjnych bezpośrednio do pamięci bez użycia jednostki centralnej (CPU). Zbadamy teraz czy użycie DMA wpłynie na pobór prądu przez mikrokontroler. Do tego celu zostanie użyty program, który: • Wprowadza tryb STOP. • Jest wybudzany z tego trybu co 10 ms przez przerwania od timera. • Za pomocą modułu A/C odczytuje 16 kolejnych próbek napięcia z wejścia analogowego PA0. • Oblicza medianę próbek.

Tabela 5. Wyniki pomiarów dla różnych konfiguracji linii portów Konfiguracja linii portów

Zmierzony prąd [mA]

Wszystkie nie używane linie jako wejścia analogowe

0,5

PD2 jako wejście float bez podciągania

7,5

PD2 jako wyjście w  stanie nikim z  włączonym pull-up

85

Krok po kroku Kursy EP

między innymi konfiguruje linie portów i wchodzi w stan STOP. Na początek zobaczymy, jaki będzie pobór prądu, kiedy linie są konfigurowane przez procedurę GPIO_Config pokazaną na listingu  6. W  mikrokontrolerach STM32 najmniejszy pobór prądu i  największą odporność na zakłócenia uzyskuje się po ustawieniu wszystkich niewykorzystanych linii, jako wejścia analogowe. Poza tym muszą być wyłączone wszystkie rezystory podciągające. Przy tak skonfigurowanych wejściach moduł pobiera poniżej 1 mA. Mój miernik pokazał ok. 0,5  mA, ale ze względu na zakres pomiarowy 200  mA, tę wartość trzeba traktować jako orien- Rysunek 5. Schemat blokowy linii portów GPIO STM32 tacyjną. Wybierzmy teraz jedną linie portu (PD2) i skonfigurujmy ją jako wejściową Prąd pobierany wzrasta do ok. 7,5 mA i to tylko dla (float) bez rezystora podciągającego (listing 7). jednej linii zdefiniowanej jako wejściowa. Ustawienie linii jako wyjściowej wymaga szczególnej uwagi. W miListing 6 konfiguracja linii portów jako analogowe krokontrolerach STM32 włączenie podciągania jest niewejścia. void GPIO_Config(void) zależne od kierunku przepływu danych przez linię portu { GIPO. W  kolejnym przykładzie zdefiniujemy linię PD2 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /* GPIO periph clocks enable */ jako wyjściową, wyzerujemy ją, a  jednocześnie włączyRCC_AHBPeriphClockCmd( RCC_AHBPeriph_GPIOA | my podciąganie do plusa zasilania. RCC_AHBPeriph_GPIOB | RCC_AHBPeriph_GPIOC | W tym przypadku pobór prądu wzrasta do ok. 85 mA. RCC_AHBPeriph_GPIOD | RCC_AHBPeriph_GPIOE | Jeżeli przydarzy się nam taki błąd, to może zniweczyć RCC_AHBPeriph_GPIOH, ENABLE ); większość wysiłków wykonywanych w  celu zmniejsze/* ustawienie wszsytkich nie uzywanych linii jako wejścia analogowe */ nia poboru przez mikrokontroler.

Krok po kroku Kursy EP

• Wyświetla wynik na wyświetlaczu LCD modułu STM32L Discovery. W pierwszej implementacji próbki będą odczytywane z przetwornika A/C i przesyłane do bufora w pamięci RAM przez mikrokontroler (CPU). Po skonfigurowaniu przetwornika w  pętli głównej jest wywoływana funkcja acquireData(), która odczytuje 16 kolejnych pomiarów z przetwornika (listing 9). Pobór prądu wynosi teraz ok. 570  mA. Teraz konfigurujemy DMA do bezpośredniego przesyłania próbek z  przetwornika A/C do bufora w  pamięci RAM (listing 10). Procedura acquireDataDMA konfiguruje i  odblokowuje przetwornika ADC1, oraz kanał DMA1, zeruje licznik danych przesyłanych, przypisuje kanał DMA1 do przetwornika ADC1 i programowo uruchamia konwersję analogowo cyfrową (listing 11). Tak skonfigurowany kanał DMA odczytuje zadana ilość danych z przetwornika A/C i przesyła bezpośrednio do pamięci RAM. Po przesłaniu wszystkich danych jest zgłaszane przerwanie, które wybudza mikrokontroler ze stanu STOP. Potem jest wyliczana i wyświetlana mediana z próbek. Pobór prądu teraz wynosi ok. 375 mA. Jak widać w tym przypadku pobór prądu spada dość wyraźnie, a  bezpośrednie przesyłanie danych z  układu peryferyjnego do pamięci przez kanał DMA nie jest wydumanym przykładem, ale często spotykaną sytuacją w  algorytmach sterowania.

Podsumowanie

Programista tworzący program dla aplikacji, w której pobór energii ma kluczowe znaczenie powinien brać pod uwagę – oprócz możliwości wykorzystywania trybów oszczędzana energii – również zachowanie się mikrokontrolera w czasie, gdy pracuje przy nominalnym napięciu zasilającym i z nominalną częstotliwością taktowania. Optymalizacja kodu jest jedną z  ważnych metod ograniczania poboru energii. Usuniecie każdej niepotrzebnie wykonywanej instrukcji może spowodować wymierne korzyści. Ktoś oszacował, że w kodzie składającym się z  800 instrukcji każda pojedyncza instrukcja może się wykonywać 158×106 razy w ciągu 5 lat w aplikacji z mikrokontrolerem STM32 taktowanym częstotliwością 16 MHz. Jej usuniecie z kodu spowoduje, że procesor może być w stanie uśpienia przez 2,3 dnia dłużej w ciągu całego szacunkowego okresu użytkowania równego 5  lat. To daje już bardzo wymierne korzyści przy zasilaniu bateryjnym. Optymalizacja programu wiąże się bezpośrednio ze zwiększeniem prędkości działania przy niezmienianej częstotliwości taktowania. Zastosowanie wydajniejszego mikrokontrolera z  optymalną lista rozkazów może również zwiększyć szybkość wykonywania programu.

Rysunek 6. Rezygnacja z wywoływania funkcji z poziomu innych funkcji

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

103

Zobaczyliśmy to na przykładzie zmiany listy rozkazów z  16-bitowej na 32-bitową. Jeżeli mamy do dyspozycji dużo pamięci programu Flash, to warto rezygnować z  krótkich pętli oraz z wywoływania funkcji z poziomu innych funkcji, jak to zostało pokazane na rysunku 6. Oczywistą metodą redukcji poboru energii jest racjonalne zarządzanie pracą układów peryferyjnych. Wszystkie nieużywane bloki peryferyjne powinny być wyłączone. Nieużywane linie GPIO najczęściej są ustawiane w  trybie wejściowych linii analogowych. Eksperyment z  wykorzystaniem kanału DMA pokazał, że opłaca się uśpić CPU powierzyć transfer danych z układów peryferyjnych do pamięci operacyjnej sterownikowi układów DMA.

Listing 10. Konfigurowanie kanału DMA void configureDMA(void) { /* Declare NVIC init Structure */ NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* Enable DMA1 clock */ RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); /* De-initialise DMA */ DMA_DeInit(DMA1_Channel1); /* DMA1 channel1 configuration */ DMA_StructInit(&DMA_InitStructure); DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&(ADC1->DR); // Set DMA channel Peripheral base address to ADC Data register DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)&ADC_ConvertedValueBuff; // Set DMA channel Memeory base addr to ADC_ConvertedValueBuff address DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; // Set DMA channel direction to peripheral to memory DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = ADC_CONV_BUFF_SIZE; // Set DMA channel buffersize to peripheral to ADC_CONV_BUFF_SIZE DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; // Disable DMA channel Peripheral address auto increment DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; // Enable Memeory increment (To be verified ....) DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;// set Peripheral data size to 8bit DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord; // set Memeory data size to 8bit DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal; // Set DMA in normal mode DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; // Set DMA channel priority to High DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; // Disable memory to memory option DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure); // Use Init structure to initialise channel1 (channel linked to ADC) /* Enable Transmit Complete Interrup for DMA channel 1 */ DMA_ITConfig(DMA1_Channel1, DMA_IT_TC, ENABLE); /* Setup NVIC for DMA channel 1 interrupt request */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel1_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); } Listing 11 Konfiguracja DMA I ADC void acquireDataDMA(void) { /* odblokowanie zegara HSI */ RCC_HSICmd(ENABLE); /* czekaja az HIS wystartuje */ while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_HSIRDY) == RESET) {} /* odblokowanie zegara ADC */ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); /* odblokowanie zegara DMA */ RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); /* odblokowanie modułu ADC1 */ ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); /* Czekaja aż ADC1 będzie gotowy */ while(ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_ADONS) == RESET); /*reinicjalizacja licznika przesyłanych danych DMA1_Channel1 data */ DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel1, ADC_CONV_BUFF_SIZE); /* odblokowanie kanału DMA1_Channel1 */ DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE); /* odblokowanie trybu DMA dla ADC1 */ ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE); /* Start konwersji ADC */ ADC_SoftwareStartConv(ADC1); }

104

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Jeżeli popatrzymy całościowo na pokazane tutaj przykłady to widać, że jest wiele sposobów na zaawansowane obniżanie poboru energii. To jak efektywnie będziemy potrafili je wykorzystać będzie zależało od wielu czynników. Po pierwsze, od rodzaju aplikacji. Dla układów, które da się sekwencyjnie i głęboko usypiać oszczędności mogą być bardzo duże, bo to tryby oszczędzania dają najbardziej wymierne korzyści. Kiedy już dobierzemy odpowiednie tryby oszczekania i efektywnie je zastosujemy, to dalsze oszczędności można uzyskać metodami prezentowanymi w tym artykule.

Tomasz Jabłoński, EP

Krok po kroku Kursy EP

Listing 9 Odczyt danych z ADC i obliczanie mediany próbek void acquireData(void) { uint32_t ch_index; /* odblokowanie zegara HSI */ RCC_HSICmd(ENABLE); /* Odblokowanie zegara modułu ADC */ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); /* Czekaj az HIS sie włączy */ while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_HSIRDY) == RESET) {} /* odblokuj ADC */ ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); /* czekaj az ADC sie właczy (bedzie gotowy do działania) */ while(ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_ADONS) == RESET); /*16 pomiarów w pętli*/ for (ch_index = 0; ch_index < MAX_CHNL; ch_index++) { /* Programowy start konwersji ADC1 */ ADC_SoftwareStartConv(ADC1); /* Czekaj na zakończenie konwersji */ while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET) { } /* zapamiętanie wyniku */ ADC_ConvertedValueBuff[ch_index] = ADC_GetConversionValue(ADC1); } }

Krok po kroku Kursy EP

Mikrokontrolery Precision32 (2) Tworzenie aplikacji krok po kroku Jako forma podsumowania całego cyklu artykułów o  mikrokontrolerach Precision32 firmy Silicon Labs, w  ostatniej części prezentujemy krok po kroku jak stworzyć kompletną aplikację. Zaprezentowane przykłady (sterownik LED o  konfigurowalnej jasności świecenia oraz interfejs 4…20 mA) zostały utworzone w  oparciu o  zintegrowany w  mikrokontrolerze przetwornik C/A. Mikrokontrolery z rodziny Precision32 zostały wyposażone w  pokaźny zestaw peryferiów analogowych. Są to dwa przetworniki A/C, dwa komparatory analogowe, dwa przetworniki prąd-napięcie oraz kontroler mierzący pojemność, przeznaczony do obsługi dla interfejsów dotykowych. Ponadto, do grupy zasobów analogowych należą dwa przetworniki C/A, które zamieniają wartość liczbową na odpowiadającą jej wartość natężenia prądu.

Przetwornik C/A w mikrokontrolerach Precision32

Tabela 1. Podstawowe parametry przetwornika C/A  IDAC0 i  IDAC1 Parametr Rozdzielczość Zakres wartości prądu

Wartość 10 bitów 2 mA (krok 2 μA), 1 mA (krok 1 μA), 0.5 mA (krok 500 nA) Offset 250 nA Częstotliwość odświeżania Ponad 600 ksps wartości wyjściowej wartość wyjściową po wykryciu zbocza (narastającego, opadającego lub narastającego bądź opadającego) na jednym z ośmiu portów. Podstawowe parametry techniczne przetwornika podano w tabeli 1. Dostępne są cztery tryby pracy przetwornika IDAC: „On-Demand”, „Periodic FIFO Wrap”, „Periodic FIFO-Only” oraz „Periodic with DMA”. „On-Demand” to tryb bezpośredniej kontroli, w którym wartość wyjściowa przetwornika jest zmieniana na żądanie wynikające z  działania programu w  losowych momentach czasu. W  trybie tym wykorzystywana jest tylko jedna 10-bitowa wartość liczbowa z bufora FIFO. Pozostałe trzy tryby są przeznaczone do okresowych zmian wartości wyjściowej przetwornika. W  trybie „Periodic FIFO-Only” przetwornik aktualizuje dane pobierając je kolejno z kolejki FIFO. Mikrokontroler w tym trybie musi

Przetworniki C/A  otrzymały oznaczenia IDAC0 oraz IDAC1. Schemat blokowy pojedynczego przetwornika IDAC został przedstawiony na rysunku 1. Zgodnie z tym schematem przetwornik IDAC składa się z  modułu konwersji C/A, bloku sterującego, kolejki (bufora) FIFO, bloku sterującego kolejką FIFO, wejścia danych oraz bloku wyzwalającego. Dodatkowo wyjście przetwornika może zostać wewnątrz mikrokontrolera połączone przez rezystor do masy, co w efekcie da na wyjściu przetwornika wartość napięcia. Kolejka FIFO składa się z  32 bitów. Bufor ten może zostać podzielony na cztery 8-bitowe części, dzięki czemu może przechowywać cztery różne wartości liczbowe. Bufor może również zostać podzielony na dwie 16-bitowe części, które mogą służyć do przechowywania jednej lub dwóch 10-bitowych wartości liczbowych. Istnieją trzy mechanizmy wyzwalania, pozwalające zaktualizować wartość wyjściową przetwornika. Pierwszy mechanizm to żądanie bezpośrednie (zmiana wartości wyjściowej przetwornika następuje natychmiast po zapisie nowej wartości liczbowej do bufora FIFO). Dwa kolejne mechanizmy pozwalają uzależnić sterowanie przetwornika od innych peryferiów: odpowiednio liczników lub portów. W pierwszym przypadku zmiana wartości wyjściowej przetwornika następuje po przekroczeniu wartości licznika („Timer 0 Low overflow”, „Timer 0 High overflow”, „Timer 1 Low overflow”, „Timer 2 High overflow”). W  drugim przypadku przetwornik może zaktualizować Rysunek 1. Schemat blokowy pojedynczego przetwornika IDAC

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

105

Listing 2. Plik „main.c” z wywołaniem funkcji ustawiającej wartość wyjściową przetwornika IDAC0 #include „gModes.h” #include #include #include int idac0_output_value = 500; //==================== // My application //==================== int main(void) { // Enter the default operating mode for this application enter_default_mode_from_reset(); while (1) { SI32_IDAC_A_write_data(SI32_IDAC_0, idac0_output_ value); } }

Rysunek 2. Program AppBuilder: etap dodawania przetwornika IDAC0 do projektu i jego konfigurowania dostarczać kolejne dane do bufora. Tryb „Periodic FIFO Wrap” różni się od „Periodic FIFO-Only” tym, że mikrokontroler nie musi dostarczać kolejnych próbek do kolejki FIFO, gdyż przetwornik wykorzystuje tylko cztery dane, używając ich w  pętli. Tryb „Periodic with DMA” pozwala odciążyć mikrokontroler, gdyż za dostarczanie danych do kolejki FIFO odpowiada w tym trybie moduł DMA.

Program sterujący przetwornikiem C/A

Program sterujący przetwornikiem IDAC przygotowany zostanie przy użyciu dostępnych narzędzi programistycznych: programu komputerowego Silicon Labs AppBuilder, środowiska Keil MDK-ARM. Jako platformę sprzętową zastosowano płytkę uruchomieniową, której projekt został przedstawiony w  EP8/2013. W  pierwszej kolejności użyty zostanie program AppBuilder. Pozwa-

106

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

la on za pomocą graficznego interfejsu użytkownika wygenerować kod konfiguracyjny dla mikrokontrolera. Szczegółowy opis użycia programu AppBuilder został zamieszczony w EP8/2013. Po stworzeniu w programie AppBuilder nowego projektu należy dodać do niego blok reprezentujący przetwornik IDAC0, a następnie ustawić parametry jego pracy (rysunek 2). Na potrzeby zaprezentowanych przykładowych aplikacji należy zmienić zakres wartości przetwornika z 0,5 do 2 mA (wybór „2mA” dla pola „Output Mode”) oraz sposób jego wyzwalania z wyzwalania licznikiem na wyzwalanie przez zapis do bufora FIFO (wybór „Data register” dla pola „Output Update Trigger”). Dla wygody warto też ustawić opcję odpowiedzialną za włączenie przetwornika IDAC0 automatycznie w momencie rozpoczęcia pracy mikrokontrolera (zaznaczone pole „IDAC Enable”). AppBuilder w  oknie błędów wyświetli dwa komunikaty: pierwszy o  konieczności włączenia sygnału zegarowego dedykowanego przetwornikowi IDAC0, drugi o  konieczności zmiany ustawień dla portu wejścia/wyjścia będącego wyjściem przetwornika IDAC0 (wyprowadzenie PB0.13). Zrealizowanie obu tych czynności przedstawiono odpowiednio na rysunku 3 i rysunku 4. Proces konfiguracji projektu w programie AppBuilder jest zakończony. Można w tym momencie utworzyć na jego podstawie projekt programistyczny. Stworzony z  wykorzystaniem programu AppBuilder projekt programistyczny można otworzyć za pomocą środowiska Keil MDK-ARM. Wygenerowany kod konfiguracyjny dla przetwornika IDAC0 znajduje się w katalogu „generated” w pliku „gIDAC0.c”. Przedstawiono go na listingu 1. Funkcją odpowiedzialną za skonfigurowanie przetwornika jest IDAC0_enter_default_mode_ from_reset(). Wewnątrz niej program AppBuilder umieścił wywołania funkcji, z  których każda odpowiada za jeden parametr pracy przetwornika. Funkcje te pochodzą z zestawu przygotowanych przez firmę Silicon Labs bibliotek dla peryferiów o nazwie HAL. Funkcja IDAC0_enter_default_mode_from_reset() jest wykonywana automatycznie przez mikrokontroler tuż po jego uruchomieniu. Mając zaimplementowany mechanizm konfiguracji parametrów pracy przetwornika IDAC0 można uzupełnić kod źródłowy o  fragment odpowiedzialny za ustawianie wartości prądu na jego wyjściu. Odpowiada za to funkcja SI32_IDAC_A_write_data(). Można ją wywołać np. w funkcji main() w  pliku „main.c” (listing  2). Drugi argument funkcji SI32_IDAC_A_write_data(), tu nazwany idac0_ output_value, to wartość liczbowa, która zostanie zamieniona na wartość natężenia prądu. Jako że dopuszczalna wartość maksymalna tej zmiennej, a więc 1023 (gdyż przetwornik jest 10-bitowy) oznacza wartość natężenia prądu równą 2 mA, to wynikająca z zasady proporcji zależność między wartością idac0_output_value i  wartością prądu na wyjściu przetwornika jest następująca:

Zgodnie z powyższym wzorem, ustawienie wartości zmiennej idac0_output_value na 500, tak jak w pokazanym w listingu 2 przykładzie, odpowiada wartości prądu 0.9775 mA.

Przykładowe aplikacje

Przetwornik C/A  to zasób, który może być niezwykle przydatny w  różnych aplikacjach wymagających

Krok po kroku Kursy EP

Listing 1. Zawartość pliku „gIDAC0.c”. Wygenerowany przez program AppBuilder kod konfigurujący przetwornik IDAC0 #include „gIDAC0.h” // Include peripheral access modules used in this file #include #include //============================= // Configuration Functions //============================= void IDAC0_enter_default_mode_from_reset(void) { SI32_IDAC_A_set_output_update_trigger(SI32_IDAC_0,SI32_ IDAC_A_CONTROL_OUPDT_DACNT15_VALUE); SI32_IDAC_A_enable_module(SI32_IDAC_0); SI32_IDAC_A_disable_trigger(SI32_IDAC_0); SI32_IDAC_A_select_output_fullscale_2ma(SI32_IDAC_0); }

Krok po kroku Kursy EP

generowania sygnałów analogowych. Jako przykład zaprezentowane zostaną dwie takie aplikacje. Pierwszą z nich jest sterownik LED o konfigurowalnej jasności świecenia. Jako że przetwornik IDAC0 charakteryzuje się zakresem prądowym do 2  mA, więc nie jest w stanie sterować bezpośrednio jasnością diody LED w pełnym zakresie, gdyż jest to wartość zbyt mała. W celu zwiększenia wydajności prądowej (do około 8  mA) zastosowano obwód sterujący z  tranzystorem bipolarnym typu NPN. Schemat elektryczny drivera przedstawiono na rysunku  5. W  rozwiązaniu tym wyjście przetwornika IDAC0 (wyprowadzenie PB0.13) jest dołączone przez rezystor R3 do bazy tranzystora T1, szeregowo połączone diody LED1, LED2 i  rezystor ograniczający prąd R2 wpięte są między kolektor tranzystora T1 i napięcie o potencjale 5  V, natomiast emiter tranzystora T1 jest połączony z masą. Regulując prąd bazy tranzystora T1 (IB) za pomocą prądu przetwornika IDAC0 (IWY) można uzyskać odpowiednio wzmocniony prąd kolektora (IC = IB×β) tranzystora T1, a  tym samym różne jasności świecenia diod LED1 i LED2. Rezystory R1 i R3 służą do pochylenia krzywej przedstawiającej zależność płynącego przez diody LED1 i LED2 prądu IC od prądu IWY (rysunek 6). Zdjęcie działającego sterownika przedstawiono na rysunku 7. Drugim zaprezentowanym przykładem aplikacji jest interfejs 4…20  mA stosowany w  urządzeniach elektronicznych do przesyłania informacji. Interfejs ten ma postać pętli prądowej. Oznacza to, że przesyłana informacja reprezentowana jest przez sygnał prądowy o określonym natężeniu (od 4 do 20  mA). Jest to standard stosowany

Rysunek 3. Program AppBuilder: włączenie sygnału zegarowego dla przetwornika IDAC0 w różnych przemysłowych systemach kontrolno-pomiarowych, gdyż sygnał prądowy w porównaniu z sygnałem napięciowym cechuje się dużą odpornością na zaburzenia zewnętrzne i  pozwala na transmisję danych na relatywnie większe odległości. Przykładem zastosowania interfejsu 4…20  mA są czujniki, które za jego pomocą przesyłają wartość mierzonego parametru – temperatury, wilgotności, ciśnienia itp. Interfejs 4…20 mA nie jest modułem integrowanym w  mikrokontrolerach, dlatego aby móc korzystać z  jego funkcjonalności jest konieczne zastosowanie dodatkowych elementów. Najprostszym rozwiązaniem jest użycie jednego z dostępnych, dedykowanych układów. Może

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

107

to być np. AD421 firmy Analog Devices lub MAX5661 firmy Maxim Integrated. Są to przetworniki o wejściu cyfrowym i wyjściu analogowym prądowym od 4 do 20 mA. W  przypadku mikrokontrolerów Precision32 taką samą funkcjonalność osiągnąć można używając wbudowanego przetwornika C/A, wzmacniacza operacyjnego i  kilku komponentów biernych. Jest to rozwiązanie tańsze w porównaniu z wykorzystaniem układu specjalizowanego. Schemat elektryczny interfejsu 4…20  mA wykorzystującego mikrokontroler Precision32 zaprezentowano na rysunku  8. W  zaproponowaRysunek 5. Schemat elektryczny nym rozwiązaniu można wysterownika diod LED

Rysunek 6. Krzywa przedstawiająca zależność prądu kolektora (IC) tranzystora T1 od prądu wyjściowego przetwornika IDAC0 (IWY)

Drugi blok odpowiada za konwersję wartości tak otrzymanego napięcia na wartość prądu. Blokiem tym jest wzmacniacz operacyjny IC1 razem z rezystorami R1 i RL. Obwód ten pracuje w konfiguracji przetwornika napięcia na prąd. Płynący przez rezystor obciążenia RL prąd I2 na wyjściu wzmacniacza obliczyć można ze wzoru:

Podstawiając wzór na napięcie U1 do wzoru na prąd I2 otrzymujemy zależność między prądem wyjściowym przetwornika IDAC0 (I1) a prądem wyjściowym wzmacniacza I2:

Maksymalny prąd wyjściowy przetwornika IDAC0 to 2 mA, dlatego w celu uzyskania na wyjściu wzmacniacza prądu o wartości do 20 mA dobrano odpowiednio wartości rezystorów: R1 = 1.1 kV, R2 = 50 V. Dla tak przyjętych wartości współczynnik wzmocnienia określony jako stosunek wartości R1 do wartości R2 wynosi 22. Dzięki temu minimalną i maksymalną wartość prądu płynącego przez obciążenie RL (50 V), a więc 4 i 20 mA, uzyskamy dla prądu przetwornika IDAC0 odpowiednio 0,182  mA i 0,909 mA. Zdjęcie działającego interfejsu 4…20 mA pokazano na fotografii 9. Autor składa podziękowania Panu Pawłowi Bardowskiemu za pomoc w realizacji artykułu.

Szymon Panecki Wydział Elektroniki Politechnika Wrocławska [email protected] Literatura [1] www.silabs.com SIM3U1xx/SIM3C1xx datasheet [2] www.silabs.com SIM3U1xx/SIM3C1xx reference manual

Fotografia 7. Zdjęcie wykonanego sterownika diod LED

108

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Fotografia 9. Zdjęcie wykonanego interfejsu 4…20 mA

Krok po kroku Kursy EP

Rysunek 4. Program AppBuilder: etap skonfigurowania portu dla przetwornika IDAC0

odrębnić dwa bloki funkcjonalne. Pierwszy odpowiada za konwersję prądu wyjściowego przetwornika IDAC0 (I1) na napięcie (U1). Proces ten realizowany jest Rysunek 8. Schemat elektryczny przez rezystor interfejsu 4-20 mA R1 wpięty pomiędzy wyjście przetwornika IDAC0 i  masę. Uzyskaną w  ten sposób zależność napięcia od prądu można obliczyć ze wzoru:

SPRZĘT

Oscyloskop DS1104Z(S) Zaskakująca strategia marketingowa Rigola Rigol jest dynamicznie rozwijającą się firmą, produkującą elektroniczny sprzęt pomiarowy. Znaczący udział w  ofercie zajmują oscyloskopy cyfrowe. Utrzymanie wysokiej pozycji na rynku wymaga często podejmowania zaskakujących decyzji, których skutki są trudne do przewidzenia. Takie posunięcie marketingowe Rigol właśnie wykonał, a  o  tym, jakie będą jego rezultaty przekonamy się zapewne w  najbliższym czasie. W ostatnim czasie Rigol mający aspirację do odgrywania wiodącej roli wśród producentów elektronicznego sprzętu pomiarowego klasy średniej skoncentrował się na rozwijaniu wyższych rodzin oscyloskopów: DS2000, DS4000, DS6000. Przyrządy najtańsze zostały poniekąd odstawione nieco na bok, a trzeba pamiętać, że ta klasa stanowi jednak niemały procent ogólnej sprzedaży wyrobów, a więc generuje liczący się zysk.

Od trendów uciec się nie da W kilku ostatnich recenzjach oscyloskopów Rigola zwracałem uwagę na to, że oscyloskopy tej firmy powoli zaczynają zostawać w tyle za konkurencją. Decydowało o tym zbyt wolne reagowanie na pojawiające się trendy w podobnych

110

wyrobach. Zastrzeżenia dotyczyły np. wyświetlacza o niewystarczającej już dla użytkowników rozdzielczości (320×240 punktów), braku wbudowanego generatora arbitralnego, konieczności uwzględniania w  oprogramowaniu zaawansowanych operacji matematycznych oraz analizatora protokołów. Coraz częściej w oscyloskopach konkurencyjnych zbliżonej klasy pojawiały się też zaawansowane tryby wyzwalania, których brakowało u Rigola. Jest też kwestia rozwijania rodzin oscyloskopów z  wbudowanym analizatorem stanów logicznych, które z mniejszą lub większą dokładnością można kwalifikować do przyrządów klasy MSO. Zwykle są to jednak modele wyższych rodzin, więc zarzucenie rozwoju podobnych oscyloskopów najniższych serii wydaje się zrozumiałe. Nie dziwi więc, że

Dodatkowe informacje: NDN-ZBIGNIEW DANILUK ul. Janowskiego 15, 02-784 Warszawa tel/fax: 22-641-61-96, 22-644-42-50 e-mail: [email protected], www.ndn.com.pl

w  zakresie oscyloskopów najtańszych, Rigol tę ścieżkę rozwoju pozostawia na boku. Odrębną kwestię stanowią parametry elektryczne przyrządów najniższych modeli. W tym zakresie Rigol nie ustępuje innym producentom, nadążając za stale rosnącymi wymaganiami przeciętnego użytkownika. Bez problemu można więc wybrać oscyloskop o  paśmie do 300 MHz z próbkowaniem 2 GSa/s.

Strategiczne posunięcie I oto, gdy wydawało się już, że Rigol zacznie po macoszemu traktować modele rodziny DS1000, przenosząc ambicje wyłączenie na wyższy poziom, w  drugiej połowie 2013 roku w  ofercie pojawiła się nowa podrodzina DS1000Z. Ten krok można uznać za spore zaskoczenie potencjalnych klientów, tym bardziej, że w nowych oscyloskopach wyeliminowano wszystkie wymienione wcześniej zastrzeżenia. Do rąk użytkownika trafia więc przyrząd mający szansę ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Oscyloskop DS1104Z(S) Tabela 1. Zestawienie najważniejszych parametrów oscyloskopów rodziny DS1000Z Pasmo [MHz] Liczba kanałów Szybkość próbkowania (Real-time) [GSa/s] Długość rekordu [Mpts] Szybkość odświeżania [wfms/s] Wyświetlacz Generator arbitralny

DS1074Z 70 4 1

DS1104Z 100 4 1

DS1074Z-S 70 4 1

DS1104Z-S 100 4 1

12 (standard) 24 (opcja) do 30000

12 (standard) 24 (opcja) do 30000

12 (standard) 24 (opcja) do 30000

12 (standard) 24 (opcja) do 30000

7 cali WVGA 800×480 punktów -

7 cali WVGA 800×480 punktów -

Ceny przejąć popularność legendarnego już niemal modelu DS1052E, który z  technicznego punktu widzenia jest przyrządem dość przeciętnym, a mimo to bije wszelkie rekordy sprzedaży. Kluczem do sukcesu DS1052E było prawdopodobnie idealne wręcz skalkulowanie ceny do możliwości przyrządu. Wnioski wypływające z wieloletniej jego sprzedaży są tylko jedne. Okazuje się, że sporej grupie użytkowników nie są wcale potrzebne oscyloskopy o wyśrubowanym paśmie i  szybkości próbkowania. Zdając sobie sprawę z  niedoskonałości oscyloskopu DS1052E ludzie chętnie go kupowali, bo po prostu był w zasięgu możliwości finansowych przy jednoczesnym spełnieniu minimalnych wymagań. DS1052E to jednak konstrukcja sprzed wielu, wielu lat, i choćby z tego powodu należało wykonać jakiś ruch. Założeniem do opracowania nowej konstrukcji było więc takie zoptymalizowanie konstrukcji, by znowu idealnie wpasowała się ona w  potrzeby użytkowników roku 2013, przy jednoczesnym zapewnieniu przystępnych cen. Zadanie wydawało się niewykonalne, a jednak... Rodzina DS1000Z składa się obecnie z 4 modeli różniących się przede wszystkim pasmem i szybkością próbkowania. Porównanie danych technicznych poszczególnych modeli przedstawiono w tabeli 1, a opis rodziny oparto głównie na modelu DS1104Z-S, który był testowany w redakcji. Tym razem pomysł Rigola polegał na zaproponowaniu oscyloskopu 4-kanałowego, próbkującego z  szybkością 1 GSa/s, z  porządnym wyświetlaczem o  matrycy 800×480 punktów. Opracowano modele na pasmo analogowe 70

7 cali WVGA 800×480 punktów 2 kanały 25 MHz od 1890 zł + VAT

i 100 MHz. Cenę przyrządów skalkulowano tak, by nie była wyższa od cen podobnych wyrobów konkurencji, ale w wersji 2-kanałowej. Wydaje się, że założenie to zostało spełnione, i to ze sporym zapasem. Przyjrzyjmy się bliżej oscyloskopowi DS1104Z-S.

Wyświetlacz Nareszcie w oscyloskopach DS1000Z mamy naprawdę porządny wyświetlacz LCD z  matrycą 800×480 punktów. Oznacza to zdecydowaną poprawę jakości oscylogramów i możliwość wyświetlania większej ilości informacji. Niestety, obsługa oscyloskopu przez osoby ze słabszym wzrokiem będzie trochę trudniejsza, ze względu na mniejsze znaki wyświetlane na ekranie. Dotyczy to szczególnie pomiarów automatycznych umieszczanych pod wykresem. Na rysunku 1 przedstawiono porównanie oscylogramów uzyskiwanych w  oscyloskopach DS1000Z (rysunek  1a) i  w  starszych modelach rodziny DS1000 (rysunek  1b). W  lewej części ekranu, obok dedykowanych przycisków, umieszczono wyświetlane w sposób ciągły ikony objaśniające wybór rodzaju pomiaru automatycznego. Taka metoda, skopiowana z oprogramowania modeli wyższych rodzin, jest bardzo wygodna, uwalnia bowiem użytkownika przed koniecznością przedzierania się przez wielopoziomowe menu pomiarów. Menu wyświetlane wzdłuż prawej krawędzi ekranu jest zależne od kontekstu wybieranego przyciskami panelu przedniego. W trybie ciągłym są ponadto wyświetlane informacje w dolnej i górnej części ekranu. Na dole mamy czułości poszczególnych kanałów z podświetleniem tego, dla którego będą ewentualnie

Rysunek 1. Porównanie jakości oscylogramów w oscyloskopach DS1000Z i starszych modelach DS1000 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

7 cali WVGA 800×480 punktów 2 kanały 25 MHz

zmieniane parametry elementami regulacyjnymi panelu przedniego. Dwie ikony widoczne u dołu ekranu po prawej stronie informują o aktywności i trybie pracy obu kanałów wbudowanego generatora arbitralnego. Z kolei na górnym pasku są tradycyjnie umieszczane parametry czasowe, a więc m.in: podstawa czasu i zależna w  pewnym stopniu od niej aktualna szybkość próbkowania, aktualna długość rekordu, poziom i  tryb wyzwalania, umiejscowienie punktu wyzwalania na tle całego rekordu, opóźnienie wyzwalania, bieżący stan układu akwizycji (RUN, T’D, WAIT, AUTO, STOP). Centralna część ekranu tradycyjnie jest przeznaczona do wyświetlania oscylogramów.

Wyzwalanie, układ akwizycji W  oscyloskopach DS1000Z znacznie rozszerzono liczbę trybów wyzwalania. Rigol wyraźnie skorzystał tu z  doświadczenia uzyskanego w trakcie prac nad wyższymi modelami. Może wręcz zastanawiać sensowność implementacji aż tylu tak różnych, w  wielu przypadkach bardzo specyficznych opcji, w  oscyloskopie, który niejako z  założenia (niska cena) nie jest przewidziany do wykorzystywania w  tak skomplikowanych pomiarach. Można wręcz zaryzykować twierdzenie, że znaczna część użytkowników oscyloskopów DS1000Z nie będzie w  tym zakresie potrafiła wykorzystać wszystkich możliwości przyrządów. Skoro jednak koszty opracowania odpowiedniego firmware’u zostały przeniesione z modeli wyższych – można tak wnioskować, gdyż raczej nie widać ich odbicia w cenie DS1000Z – to zgodnie z powiedzeniem, że „darowanemu koniowi nie zagląda się w zęby” należy tylko cieszyć się z  takiego prezentu. Mowa jest o  trybach: pattern, duration, timeout, runt, window, delay, stpHold, Nth, a  także standardowymi, takimi jak: edge, pulse, slope, video. Trybów tych jest na tyle dużo i są na tyle złożone, że w tym artykule nie będą omawiane. Były opisywane w recenzjach innych oscyloskopów, można też dość łatwo znaleźć opisy w Internecie. Należy jeszcze wspomnieć o  trzech dodatkowych trybach wyzwalania związanych z  analizą interfejsów szeregowych: RS232, I2C, SPI. Pozwalają one ustawiać punkt wyzwalania na charakterystycznych zdarzeniach występujących pod-

111

SPRZĘT

Rysunek 2. Wyniki pomiarów automatycznych

Rysunek 3. Pomiary kursorowe

Rysunek 4. Całkowanie przebiegu

Rysunek 5. Lupa czasowa

czas transmisji (np. bit startu, bit stopu, błąd, konkretna dana, adres, znak ACK itp.). Jest to niezwykle przydatna cecha funkcjonalna, którą z pewnością doceni każdy użytkownik oscyloskopu. Interfejsy komunikacyjne są spotykane niemal w każdym urządzeniu. Teraz analiza ich pracy staje się dużo łatwiejsza. W  układzie akwizycji dodano tryb High Resolution, którego nie było we wszystkich modelach rodziny DS1000 Rigola. Pozostały natomiast: Normal, Peak i  Average. Przycisk Mode umieszczony na panelu czołowym w  sekcji TRIGGER zmienia cyklicznie tryb pracy układu wyzwalania w  sekwencji: Auto->Normal->Single. Nareszcie tę stosunkowo często powtarzaną operację wykonuje się bezpośrednio po naciśnięciu przycisku, bez konieczności przechodzenia przez menu, co było utrapieniem w innych modelach rodziny DS1000.

Pomiary automatyczne i obliczenia matematyczne Wiemy już, że wybór pomiarów automatycznych w oscyloskopie DS1104Z-S jest znacznie uproszczony dzięki zastosowaniu dedykowanych do tej operacji przycisków. Jednocześnie może być wyświetlanych 5 różnych parametrów, włącznie ze statystykami każdego z nich. Na pulpicie pozostawiono natomiast przycisk Measure, którym można wyłączać wyświetlanie poszczególnych wyników, a także zezwalać na umieszczanie w tabelce kompletu wyników ze wszystkich pomiarów, w tym przypadku jednak bez statystyk. Ekran z przykładowymi pomiarami przedstawiono na rysunku 2.

112

Pomiary mogą być również prowadzone za pomocą kursorów (rysunek  3). Realizujący tę funkcję fragment firmware’u  pozostał praktycznie bez zmian w porównaniu ze starszymi modelami oscyloskopów Rigola. Kursory mogą być ustawiane całkowicie ręcznie, mogą być przyklejone do wykresu lub pracować w trybie auto - wtedy ilustrują graficznie wybrany pomiar automatyczny. Jeśli nie wybrano żadnego pomiaru, kursory są w tym trybie niewidoczne. Rewolucji dokonano również w  obliczeniach matematycznych. W menu oprócz standardowych operacji, takich jak dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie, inwersja, a także funkcja FFT, pojawiło się kilka nowych operacji matematycznych, m.in. całkowanie, różniczkowanie, pierwiastkowanie, logarytmowanie, obliczanie wartości bezwzględnej, funkcja wykładnicza, a także operacje logiczne. Będą one szczególnie przydatne podczas badania różnych zjawisk fizycznych na podstawie wskazań różnych przetworników wielości nieelektrycznych na elektryczne. Niestety, obliczenia są tylko jednopoziomowe, bez zagnieżdżania. Oznacza to, że nie ma możliwości wykorzystywania jednych wyników jako argumentów w  kolejnych obliczeniach. Na rysunku  4 przedstawiono przykład całkowania przebiegu z kanału CH1. Obliczenia matematyczne stanowią niewątpliwie jeden z  elementów, które dołożono do oscyloskopów DS1000Z w  celu ich uatrakcyjnienia. I  rzeczywiście, mimo, że spotykane są lepsze implementacje obliczeń, mogą okazać się one przydatne w różnych pracach. Ciekawe, na

ile będą one wykorzystywane w praktyce przez użytkowników?

Analiza protokołów I w tym przypadku Rigol nie mógł dłużej opierać się trendom. Nie można już oferować klientom nowoczesnego oscyloskopu cyfrowego, nawet tego z  niższej półki cenowej, bez funkcji analizatora protokołów. Na razie funkcja ta nadal pozostaje jako opcja dostępna za dopłatą, ale ważne, że może z niej skorzystać nawet przeciętny użytkownik. Analizator protokołów wymaga długiego rekordu. Tylko wtedy możliwe jest obserwowanie długich bloków danych transmitowanych badanym interfejsem, z  jednoczesnym podglądem pojedynczych słów. Oscyloskopy DS1000Z mają standardowo instalowane rekordy mieszczące 12  Mpunktów (opcjonalnie 24  Mpunkty). Możliwości lupy czasowej przedstawiono na rysunku  5. Nawet w  wersji standardowej obserwacja transmisji daje zadawalający efekt. Musimy jednak pamiętać, że rodzina DS1000Z jest optymalizowana pod kątem minimalizacji ceny. Niestety, w  tym przypadku daje się to odczuć brakiem funkcji wyszukiwania sekwencji danych lub zdarzeń. Jest to bardzo istotny mechanizm analizy transmisji, bez niego analizator nie staje się wprawdzie bezużyteczny, ale należy mówić już raczej tylko o monitorowaniu, a nie o analizie protokołów (rysunek  6). W  testowanym w  redakcji oscyloskopie nie działały również tryby wyzwalania zdarzeniami i danymi z interfejsów komunikacyjnych, chociaż były uwzględnione w  opcjach wyzwalania. Być może wynika to ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Oscyloskop DS1104Z(S)

Rysunek 6. Efekt pracy analizatora protokołów – badanie interfejsu SPI Tabela 2. Zależność maksymalnej szybkości próbkowania od wykorzystywania kanałów CH1 CH2 CH3 CH4 Szybkość próbkowania [MSa/s] + – – – 1000 – + – – 500 + + – – 500 – – + – 500 + – + – 500 – + + – 250 + + + – 250 – – – + 500 + – – + 500 – + – + 250 + + – + 250 – – + + 250 + – + + 250 – + + + 250 + + + + 250 z faktu, że testowano egzemplarz w wersji niemal przedpremierowej.

Generator arbitralny Jest jeszcze jeden element oscyloskopów DS1000Z, który z  pewnością przyczyni się do spełnienia marzeń znacznej części elektroników, dla których przyrządy te są kierowane. Jest to całkiem porządny, zważywszy ogólną cenę oscyloskopu, wbudowany generator arbitralny. Urządzenie to jest fabrycznie instalowane w  modelach z  literką S, np. DS1104Z-S, i  nie ma możliwości upgrade’u  „zwykłego” oscyloskopu „Z” do wersji „Z-S”. O  wyborze należy więc decydować przed zakupem. Od razu jednak trzeba zauważyć, że za różnicę ceny między wersją „Z” a „Z-S” raczej nie kupi się samodzielnego generatora tej klasy. Z drugiej strony droższe generatory prawdopodobnie będą charakteryzowały się lepszymi parametrami większymi możliwościami. Generator instalowany w  oscyloskopach DS1000Z-S ma dwa niezależne kanały z  kilkoma przebiegami standardowymi (sinus, prostokąt, piła, przebieg impulsowy, DC, szum), zestawem przebiegów arbitralnych (Sinc, ExpRise, ExpFail, ECG, Gauss, Lorentz, Haversine) i  możliwością tworzenia własnych kształtów. Częstotliwość maksymalna sinusoidy jest rówELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Rysunek 7. Przebieg arbitralny (kanał CH1) i zmodulowany (kanał CH2)

na 25 MHz, dla prostokąta jest to 15 MHz, dla piły 100  kHz, a  dla przebiegów arbitralnych 1 MHz. W każdym kanale może być włączona modulacja AM lub FM (rysunek  7). Kształty przebiegów modulowanych pochodzą z całego dostępnego zestawu (oprócz DC i  szumu), natomiast przebiegami modulującymi mogą być: sinus, prostokąt, piła i szum. Tworzenie własnych kształtów przebiega w specjalnym edytorze, który początkowo wydaje się trochę niewygodny, jednak po kilku próbach można dojść do wystarczającej wprawy w jego obsłudze (rysunek 8).

Gdzie jest ukryty haczyk?

parametrów generatora arbitralnego. Zmiany przebiegu pojawiają się na wyjściu z  widocznym opóźnieniem. Można też mieć zastrzeżenia do szybkości działania portu USB. Zapis zrzutu ekranowego w  pendrivie trwa stanowczo zbyt wolno, i to niezależnie od wybranego formatu zapisu (BMP24, JPG, TIF, PNG). Czasami można wręcz odnieść wrażenie, że procesor oscyloskopu zawiesił się przy tej operacji. O jego powolności świadczy również bardzo długi czas osiągnięcia gotowości do pracy po włączeniu. Oscylogram pojawia się dopiero po 32 sekundach. Pozostaje jeszcze jedna cecha oscyloskopu, z którą Rigol od pewnego czasu ma jakiś problem. Dotyczy to dość sporego poziomu hałasu wywoływanego pracą wentylatora. Problem był wyraźny w  kilku ostatnich wyrobach tego producenta. W oscyloskopach DS1000Z widać wyraźny postęp w  tym względzie, wentylator nie szumi już tak bardzo, nie mniej jednak większość podobnych urządzeń pracuje wyraźnie ciszej. Problemu tego nie było nawet w starszych wyrobach Rigola. Przed podjęciem decyzji o zakupie oscyloskopu warto przeprowadzić choćby ogólny bilans wad i zalet. Dla rodziny DS1000Z wychodzi on dość korzystnie. Aktualnie, w oferowanej cenie trudno będzie znaleźć oscyloskop choćby o zbliżonych parametrach. Dotyczy to szczególnie modelu DS1074Z.

Wszystko wygląda zbyt pięknie, żeby było prawdziwe. Ale jest! Z  tym, że należy wspomnieć o  pewnym haczyku, który umożliwił ustalenie ceny na tak niskim poziomie. Sprawa dotyczy jednak niebagatelnej kwestii, chodzi bowiem o  przetwornik analogowo-cyfrowy. Liczba pojedyncza została użyta nie przypadkowo, gdyż wszystkie cztery kanały oscyloskopu są obsługiwane przez jeden przetwornik. Co to oznacza, nie trzeba mówić. Włączanie każdego kanału będzie powodowało obniżenie szybkości próbkowania. Wyróżniony jest kanał CH1 i tylko dla niego oscyloskop pracuje z pełną szybkością 1  GSa/s. Praca z  każdym innym kanałem lub kilkoma włączonymi jednocześnie będzie przebiegała z mniejszymi prędkościami. Odpowiednie zależności przedstawiono w  taJarosław Doliński, EP beli 2. [email protected] Oscyloskop poza opisanymi zaletami ma też kilka drobnych wad, które można jednak przeboleć mając na uwadze cenę przyrządu. W  pewnych sytuacjach można odnieść wrażenie, że zastosowany procesor nie wyrabia się dostatecznie szybko z  wykonywaniem zadań. Jest to widoczne na przykład przy Rysunek 8. Definiowanie przebiegu w specjalnym edytorze regulacji niektórych graficznym

113

SPRZĘT

Oscyloskop Rohde&Schwarz RTM 1054 Rohde&Schwarz to marka bardzo dobrze znana specjalistom od pomiarów radiowych i  telekomunikacyjnych. Bądź co bądź, jest to jedna z  firm „rządzących” w  tej branży. Do bogatej listy najbardziej zaawansowanych technologicznie przyrządów pomiarowych, takich jak: analizatory widma, mierniki pola, testery EMC, generatory, testery sieci bezprzewodowych itp., do oferty R&S stosunkowo niedawno dołączono oscyloskopy. Zdaniem analityków R&S, zainteresowanie oscyloskopami o  najwyższych parametrach, mimo bardzo wysokich cen, jest na tyle duże, że konkurencja może pomieścić jeszcze jedną markę. Uwzględniając wieloletnie doświadczenia Rohde&Schwarz’a  w  zakresie produkcji skomplikowanej aparatury pomiarowej podjęto więc decyzję o  rozpoczęciu własnej produkcji takich oscyloskopów. Istotnie, z  technicznego punktu widzenia zaprojektowanie i wyprodukowanie oscyloskopów o  paśmie analogowym 600  MHz czy 2  GHz oraz częstotliwości próbkowania 10 GSa/s było w zasięgu możliwości firmy Rohde&Schwarz. Większym problemem wydaje się być marketing i  metody przebicia się do światowej czołówki. Do zaistnienia w branży konieczne

114

było równoległe wprowadzenie do sprzedaży tańszych modeli oscyloskopów, gwarantujących jednak wysoką jakość, do której przyzwyczaili się stali klienci Rohde&Schwarz’a. Wymagania te spełniają przyrządy rodziny RTM, charakteryzujące się pasmem analogowym 500 MHz i częstotliwością próbkowania 2,5 GSa/s (5 GSa/s). Jeden z takich oscyloskopów, RTM 1054 zostanie opisany w artykule. Rodzina RTM składa się obecnie z  dwóch modeli: 2-kanałowego RTM 1052 i  4-kanałowego RTM 1054. Poza liczbą kanałów, parametry techniczne obu modeli są jednakowe. Mimo, że RTM 1054 jest przedstawicielem niższej klasy oscyloskopów firmy Rohde&Schwarz, to jego parametry przewyższają, i  to dość sporo, parametry

Dodatkowe informacje: Artykuł ukazał się na portalu mikrokontroler.pl

większości popularnych oscyloskopów klasy średniej. Przyrząd ten został zakwalifikowany przez producenta jako narzędzie codziennej pracy, a więc ma służyć do wykonywania nawet typowych pomiarów, czy to na linii produkcyjnej, w biurze konstrukcyjnym czy w  serwisie. Jak wykazały przeprowadzone próby, rzeczywiście nadaje się do tego doskonale. Daje się jednak odczuć nieco inne, niemieckie podejście do pewnych zagadnień konstrukcyjnych, w porównaniu z przeważającymi na rynku wyrobami amerykańskimi. Już po włączeniu oscyloskopu uwagę zwraca jego niemal bezgłośna praca. Wprawdzie w pierwszym momencie, zanim w pełni nie zostanie zainicjowane oprogramowanie, wentylator pracuje pełną mocą, lecz już po kilku sekundach wszystko cichnie niemal do zera. Oscyloskop pobiera z zasilania moc nie przekraczającą 100 W, co biorąc pod uwagę parametry czasowo-częstotliwościowe oraz liczbę kanałów jest niezłym osiągnięciem. ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Oscyloskop Rohde&Schwarz RTM 1054 a)

b)

Rysunek 1. a) Regulacja nastaw przy włączonej funkcji „Zoom” – zmiana powiększenia przy ustalonej podstawie czasu; b) Regulacja nastaw przy włączonej funkcji „Zoom” – zmiana podstawy czasu przy ustalonym powiększeniu

Inaczej niż wszyscy Obsługa oscyloskopu RTM 1054, chociaż dość intuicyjna, wymaga jednak pewnego przyzwyczajenia, albo mówiąc inaczej, pewnego odzwyczajenia od nawyków nabytych przy pracy z wyrobami innych producentów. Kilka takich różnic zostanie przedstawionych niżej. Pierwszą z nich jest załączanie i wyłączanie kanałów pomiarowych. Rohde&Schwarz zastosował rozwiązanie raczej mało wygodne. O ile włączenie danego kanału następuje po naciśnięciu jednego z przycisków: CH1... Ch4, to ponowne jego naciśnięcie nie skutkuje żadną akcją. W celu wyłączenia kanału x trzeba wybrać sekwencję przycisków: CHx -> SIGNAL OFF. Do regulacji przesunięcia oscylogramu i czułości danego kanału przeznaczono jeden komplet pokręteł. Przed ich użyciem należy wskazać kanał, którego nastawy mają ulec zmianie. Jest to rozwiązanie stosowane dość powszechnie, pozwala zaoszczędzić sporo miejsca na panelu czołowym przyrządu. Nieczęsto spotykana opcja znajduje się natomiast w drugim oknie menu wyświetlanego po naciśnięciu przycisku wybranego kanału. Chodzi o  parametr „Deskew”, za pomocą którego jest kompensowany wpływ długości kabli pomiarowych oraz parametrów sondy na propagację sygnału. Niejednakowy czas propagacji sygnału przez kable o różnych długościach może nieznacznie zmieniać moment wyzwalania, czego niepożądanym efektem będzie rozsynchronizowanie się przebiegów mierzonych jednocześnie w kilku kanałach. Zakres regulacji tego parametru jest równy ±100  ns. Warto wiedzieć, że czas propagacji kabla koncentrycznego o długości 1 metra wynosi typowo 5,3 ns. ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Rohde&Schwarz nieco inaczej podchodzi także do obsługi funkcji Zoom, nie patentując, przynajmniej na razie, własnych rozwiązań i  nie nadając im własnych, zastrzeżonych nazw. Funkcja ta jest zrealizowana metodą typową, w  możliwie najprostszy sposób. Jednocześnie zastosowano pewien niespotykany (ale czy przydatny?) element, jakim jest możliwość zmiany podstawy czasu oraz wielkości powiększenia po włączeniu funkcji „Zoom”. Na rysunku  1a przedstawiono sytuację, w  której po włączeniu funkcji „Zoom” podstawa czasu nie ulega zmianie, natomiast regulowane jest powiększenie (pokrętłem podstawy czasu). Na rysunku 1b z kolei, po włączeniu funkcji „Zoom” powiększenie pozostaje stałe (przykładowo 50  ms), natomiast zmieniana jest

podstawa czasu. Służy do tego pokrętło NAVIGATE, które może być użyte po wcześniejszym uaktywnieniu opcji Main Time Base klawiszem funkcyjnym znajdującym się pod ekranem. Maksymalne powiększenie uzyskiwane w  oscyloskopie RTM 1054 jest równe 200000:1, co należy zawdzięczać bardzo dużemu rekordowi danych. Tryb XY jest nadal uwzględniany we współczesnych oscyloskopach cyfrowych, chociaż jego wykorzystanie przeniesione bezpośrednio z  przyrządów analogowych jest raczej mało użyteczne. Wynika to z  bogatych, na ogół, tzw. pomiarów automatycznych, wykonywanych w  czasie normalnej pracy. Za stosowaniem trybu XY może przemawiać bardzo wyrazista forma przedstawiania zależności fazowo-częstotliwościo-

Rysunek 2. Tryb XYZ, w którym kanał Z jest wykorzystywany do modulacji jasności oscylogramu

115

SPRZĘT wych między dwoma przebiegami. Opcje konfiguracyjne trybu XY oscyloskopu RTM 1054 umożliwiają dowolne przypisanie każdego z kanałów do osi X i Y. Ponadto istnieje możliwość zdefiniowania trzeciego kanału Z, wykorzystywanego do modulowania jasności świecenia przebiegu XY. Oscylogram ma podwyższoną jasność, jeśli poziom przebiegu zdefiniowanego jako „Z” ma poziom wyższy od zadanego progu. Przykład takiego pomiaru przedstawiono na rysunku 2. Oscyloskop cyfrowy służy oczywiście nie tylko do oglądania przebiegów elektrycznych, ale też do dokładnego mierzenia wielu parametrów elektrycznych. Niestety, pomiary automatyczne rozwiązano w oscyloskopie RTM 1054 w  sposób niezbyt wygodny. Jednocześnie mogą być wyświetlane cztery parametry dowolnie przypisywane przez użytkownika do czterech pól w tabelce wyników (rysunek 3). Ale możliwość ta zamiast ułatwiać, bardzo utrudnia pracę, gdyż do każdego parametru zawsze należy określać konkretne pole. Wykonuje się zatem dodatkowe, wręcz irytujące operacje manualne. Kolejnym utrudnieniem jest niezależna opcja włączania lub wyłączania każdego pola. Jeśli więc użytkownik mozolnie przebrnie przez etap przypisywania parametrów do pól tabelki, to musi jeszcze pamiętać o włączeniu danego pola (rysunek  4). Pominięcie tego kroku spowoduje, że wynik pomiaru nie będzie wyświetlony na ekranie. Można mieć również wątpliwość czy nie pomylono kierunku obrotów pokrętła NAVIGATE wykorzystywanego do wprowadzania danych. Udrękę z  pomiarami automatycznymi rekompensują za to świetnie opracowane pomiary kursorowe. Są one inicjowane po naciśnięciu przycisku Cursor. To, co kursory będą wskazywać jest uzależnione od rodzaju pomiaru, który musi być wcześniej określony. Trybom pracy kursorów nadano nazwy: napięcie, czas, stosunek X, stosunek Y, licznik, wartość szczytowa, RMS, średnia, współczynnik wypełnienia, czas narastania i  V-Marker. Dodatkowe opcje pozwalają błyskawicznie ustawić kursory w  charakterystycznych punktach wykresu, np. na początku i  końcu okresu, sprzęgać je ze sobą, przypisywać do wskazanych kanałów pomiarowych. Po uaktywnieniu opcji „Track Scaling” kursory przesuwają się wraz z oscylogramem przy zmianie położenia wertykalnego. Jeśli się tego nie zrobi, to mimo poziomego przesuwania wykresu, kursory pozostają nieruchome. Wartości liczbowe związane z pomiarami kursorowymi są wyświetlane w tej samej tabelce, w której są umieszczane wyniki pomiarów automatycznych, tylko na dodatkowych czterech polach. Przykład pomiaru kursorowego w trybie „Count” przedstawiono na rys. 5. Zliczane są tu zbocza narastające i opadające oraz pełne impulsy zawarte między kursorami.

116

Rysunek 3. Tabela wyników pomiarów automatycznych

Rysunek 4. Definiowanie parametrów dla pomiarów automatycznych

Rysunek 5. Pomiar kursorami w trybie Count ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Oscyloskop Rohde&Schwarz RTM 1054

Rysunek 6. Przykładowy ekran uzyskiwany po uaktywnieniu funkcji Quick Meas

Nie są to jeszcze wszystkie możliwości pomiarowe. Należy wspomnieć o  jeszcze jednym udogodnieniu, jakim jest przycisk Quick Meas. Jego naciśnięcie powoduje zaznaczenie na oscylogramie charakterystycznych punktów, które zostały wykorzystane do obliczenia kilku najważniejszych parametrów przebiegu (rysunek  6). Są to: napięcie średnie, napięcia szczytowe (górne i  dolne – niekoniecznie dodatnie i ujemne), czas narastania i czas opadania (jeśli są możliwe do obliczenia przy ustalonej podstawie czasu). Z  pomiarami jest, w  pewnym sensie, związany również test maski, elektronikom znany bardziej jako test Pass/Fail. Test polega na sprawdzaniu czy badany sygnał mieści się w zakresie dopuszczalnej tolerancji określonym za pomocą maski. Maskę tę należy więc zdefiniować przed pomiarem, a  najwygodniej to uczynić posługując się przebiegiem wzorcowym. Po doprowadzeniu takiego przebiegu do wejścia oscyloskopu należy go skopiować do maski. Następnie rozciąga się ją do rozmiarów przyjętych jako dopuszczalny zakres zmian przebiegu testowanego. Dotyczy to wahań amplitudy i  częstotliwości. Po uruchomieniu testu można zdecydować, jaka akcja ma być podjęta w przypadku wykrycia przekroczenia tolerancji. Może to być sygnał dźwiękowy, zatrzymanie testu z  jednoczesnym pokazaniem błędu, wydrukowanie błędnego oscylogramu na dołączonej do oscyloskopu drukarce lub zapisanie zrzutu ekranowego w  pamięci masowej. Przykład testu maski pokazano na rysunku 7.

Według obowiązujących standardów

Rysunek 7. Test maski

Rysunek 8. Oscylogramy uzyskane w wyniku zastosowania obliczeń matematycznych – całkowania i różniczkowania ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Przyrządy pomiarowe, niezależnie od ich producentów, mają podobne cechy użytkowe, tak jak jest to w przypadku telewizorów, samochodów, sprzętu AGD, czy nawet uzbrojenia. Różnice polegają na indywidualnym wykończeniu szczegółów, elementom designu, ale też pewnym funkcjom zależnym od technologii, którą dysponuje dany wytwórca. Trudno zatem dziwić się, że te same funkcje pomiarowe znajdujemy w  oscyloskopach Agilenta, Tektronixa czy LeCroya. Ba, nawet małe, chińskie oscyloskopy klasy co najwyżej średniej również próbują naśladować wielkich. Wobec tego faktu warto więc przyjrzeć się, jak typowe funkcje zostały zrealizowane w  oscyloskopach RTM Rohde&Schwarz’a. Funkcje matematyczne, według obowiązujących standardów, wykraczają poza zwykłe dodawanie, odejmowanie, mnożenie i dzielenie przebiegów z poszczególnych kanałów. Aktualnie trudno sobie wyobrazić, by klasowy oscyloskop nie miał własnego edytora równań, pozwalającego na zagnieżdżane obliczenia z  użyciem zaawansowanych funkcji matematycznych, takich jak na przykład: pierwiastkowanie, logarytmo-

117

SPRZĘT wanie, całkowanie, różniczkowanie, a  nawet filtrowanie częstotliwościowe. FFT już dawno została włączona do standardu. Na rys.  8 przedstawiono oscylogram uzyskany w  wyniku zastosowania funkcji całkowania przebiegu z  kanału 1, a  następnie zróżniczkowania go po czasie. Ostateczny przebieg powinien być identyczny z  wejściowym. Błędy obliczeniowe powodują, że zwykle tak nie jest. Można to zaobserwować na rysunek  8. Funkcja FFT dostępna w oscyloskopie RTM 1054 wymaga zarejestrowania bardzo dużej liczby okresów przebiegu badanego, tak by na podglądzie y(t) zlewał się niemal w jedną całość. Tylko wówczas możliwe jest duże rozciągnięcie widma, umożliwiające dokonanie jakichkolwiek pomiarów kursorowych. Z  tego samego powodu warto ustawiać jak najdłuższy rekord danych wykorzystywany do obliczeń FFT (rysunek 9). Kolejną funkcją, pojawiającą się coraz częściej nawet w  oscyloskopach niższej klasy, jest analizator protokołów. Nie mogło więc jej zabraknąć w RTM 1054, chociaż jest ona potraktowana trochę po macoszemu. Oscyloskop ten nie ma kanałów cyfrowych, przebiegi z interfejsów komunikacyjnych są interpretowane w postaci analogowej. Wybór specjalnego trybu pracy następuje po naciśnięciu przycisku PROTOCOL. Z  wyświetlonej na ekranie listy można wybrać: magistralę równoległą, SSPI (2 Wire), SPI (3 Wire), I2C lub UART, jednakże tylko magistrala równoległa (i to wyłącznie 4-bitowa dla RTM 1054) jest udostępniana bez dodatkowych licencji. Tryby wyzwalania ograniczono do najczęściej spotykanych w  większości oscyloskopów cyfrowych. Do lokalizacji pojedynczych, losowo występujących zakłóceń można wykorzystywać regulowany czas poświaty oraz wyświetlanie oscylogramów metodą Inverse Brightness lub Temperature Color Gradient. Wśród trybów wyzwalania jest typowe wyzwalanie zboczem, szerokością impulsu, sygnałem wideo, w tym HDTV. Ponadto, przy braku kanałów cyfrowych, chyba trochę na wyrost, dodano wyzwalanie typu „Pattern”, w  którym można definiować logiczne zależności między sygnałami doprowadzonymi do poszczególnych wejść powodujące wyzwolenie podstawy czasu. Bardzo wygodne są wydzielone przyciski służące do określania rodzaju zbocza wyzwalającego (narastające, opadające, oba) oraz szybki przełącznik trybu Auto/Normal. W oscyloskopie RTM 1054 rewelacyjnie opracowano system podpowiedzi konteks-

Rysunek 9. Oscylogram funkcji FFT towych. Jest to jedno z  lepszych rozwiązań spotykanych w  oscyloskopach cyfrowych. Podpowiedzi są krótkie, ale bardzo konkretne. Wyczerpująco objaśniają zagadnienie. Elementy regulacyjne dostępne na panelu czołowym są podświetlane lampkami zmieniającymi kolor w  zależności od kanału, do którego są w  danym momencie przypisane. W  ten sposób wyraźnie jest widoczna na przykład informacja o kanale pełniącym rolę źródła wyzwalania. Dobrym pomysłem było też umieszczenie po lewej stronie ekranu przycisków szybkiego wywoływania niektórych funkcji. Są tam zgrupowane przyciski: Autoset, Preset, File, Setup, Print, Help, Display oraz pokrętło regulacji intensywności świecenia ekranu. A  jak już jesteśmy przy ekranie, to trzeba podkreślić, że jest to kolejny element zasługujący na pochwałę. W  oscyloskopach RTM zastosowano kolorowy wyświetlacz XGA (1024×78) TFT o przekątnej 8,4”. Rozdzielczość gwarantuje bardzo dobrą czytelność nawet najdrobniejszych elementów wyświetlanych na ekranie. Ale cecha ta w  pewnym sensie może być też wadą, gdyż z  całą surowością obnaża niedoskonałość oscyloskopu, jaką są szumy własne kanału pomiarowego. Wieloletnie doświadczenia firmy Rohde&Schwarz w zakresie szerokopasmowych pomiarów zaowocowały jednak opracowaniem bardzo dobrych wzmacniaczy wejściowych, zapewniających niskie szumy własne. Oscyloskop RTM 1054 pracuje przy tym w  całym deklarowanym paśmie, nawet przy czułości 1 mV/dz i separacji kanałów większej niż 50 dB. Swego ro-

dzaju ciekawostką jest fakt, że do kompensacji sond pasywnych może być wykorzystany przebieg kalibracyjny o częstotliwości 1 kHz (standardowej) lub 1 MHz. Sondy takie znajdują się na wyposażeniu oscyloskopu, ale w  razie konieczności można również dokupić firmowe sondy aktywne. Są one niezbędne wtedy, gdy wymagane jest minimalne obciążenie układu badanego przez oscyloskop.

Witamy w klubie Może trochę dziwić, że tak renomowaną firmę, jaką jest Rohde&Schwarz należy traktować jak nowicjusza w  zakresie pomiarów oscyloskopowych. Własną produkcję tego typu przyrządów rozpoczęto niedawno, bo dopiero w roku 2010. Oznacza to, że zarząd Rohde&Schwarz’a  postawił sobie ambitny cel dołączenia do listy największych firm rządzących branżą. Tworzą ją obecnie: Tektronix, Agilent, LeCroy i Yokogawa. Związki R&S z  oscyloskopami sięgają de facto roku 2005, kiedy to grupa Rohde&Schwarz wykupiła doświadczonego w produkcji oscyloskopów Hamega. Przyjęto, że marka ta (Hameg Instruments A  Rohde&Schwarz Company) zostanie zachowana, i  będą nią firmowane oscyloskopy o paśmie niższym niż 500 MHz. „Silniejsze” modele (obecnie są to oscyloskopy RTO i RTM) będą ukazywały się wyłącznie z  logo Rohde&Schwarz. Witamy zatem w  klubie i  oczekujemy chwili, kiedy to wymieniona wcześniej konkurencja dołączy do statystyk porównawczych, prezentowanych często na różnych konferencjach i  seminariach, osiągnięcia Rohde&Schwarz’a.

http://www.avt.pl/prenumerata 118

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

SPRZĘT

OPTOSOFT sp.Tytuł z o.o. ul. Radzionkowska 10 51-506 Wrocław tel.+ 48 71 369 99 50 fax+48 71 369 99 69 [email protected] http://optosoft.pl

Nowe kamery IDS serii XS Z  przyjemnością prezentujemy Państwu nowe kamery serii XS, renomowanej niemieckiej firmy IDS. Niewątpliwą zaletą tych kamer jest kompaktowa obudowa o  wymiarach 26.5  mm × 23.0  mm × 21.5  mm oraz wadze 12  g, która oprócz elektroniki zawiera wbudowany układ optyczny z  automatyczną regulacją ostrości. Obiektyw został zbudowany z  czterech soczewek i  pozwala na uzyskanie ostrości już przy odległości 10  cm od obiektu. Kamera została wyposażona w najnowszej generacji sensor CMOS firmy APTINA, który dostarcza krystalicznie czysty obraz o rozdzielczości 2592×1944 (5MP) co pozwala na nagrywanie filmów w  rozdzielczości FULL HD przy prędkości 15 klatek na sekundę. Kamera obsługuje również takie tryby jak VGA, UXGA czy HD. Maksymalna prędkość, z jaką może być przesyłany obraz to 30 klatek na sekundę. Sensor posiada migawkę typu „Rolling Shutter”. Model XS wyposażony jest w interfejs USB 2.0 co pozwala podłączyć go do każdego komputera, w kamerze wykorzystano standardowe złącze USB Mini-B. Kamera posiada wbudowane liczne funkcje automatycznej kontroli obrazu takie jak balans bieli, wzmocnienie czy czas ekspozycji, co zmniejsza obciążalność procesora w komputerze i pozwala na łatwiejsze przetwarzanie obrazu. Dzięki możliwości kompensacji czasu ekspozycji, kompensacji oświetlenia oraz funkcjom fotometrycznym kamera daje duże możliwości do automatycznej kontroli obrazu. Producent kamer firma IDS zapewnia pełne wsparcie dla programistów udostępniając bogaty SDK (Software Development Kit). Można również skorzystać z bezpłatnego oprogramowania IDS, które pozwala na zarządzanie parametrami kamery oraz wykonywanie prostych pomiarów (ostrość, głębia itd.). Firma OPTOSOFT, będąca oficjalnym dystrybutorem kamer IDS w  Polsce, zaprasza do zapoznania się z  pełną ofertą kamer oraz do współpracy handlowej.

Marcin Lizak Sales & Key Account Manager OPTOSOFT sp. z o.o. ul. Radzionkowska 10 51-506 Wrocław tel. 71 36999 50 fax 71 36999 69 [email protected] http://optosoft.pl ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Nowe kamery IDS serii XS

Doskonałe właściwości! • kompaktowa obudowa • interfejs USB 2.0 • wbudowany obiektyw z autofokusem • przetwornik CMOS 5MPix, FULL HD VIDEO • kompresja JPEG

Zastosowanie: • systemy wbudowane, robotyka • biometria • kontrola dostępu • urządzenia medyczne • bankomaty, kioski internetowe

ZAUFAJ ŚWIATOWEJ MARCE

http://optosoft.pl119

SPRZĘT

Programator Wellon VP-996 Zdecydowana większość projektowanych obecnie mikrokontrolerów może być programowana w  układzie za pośrednictwem popularnych, szeregowych interfejsów komunikacyjnych, takich jak SPI, UART itd. Używane są do tego także specjalne porty mikrokontrolera, dla których wystarczy zastosować adaptery. Mimo to, nadal wiele firm oferuje programatory zewnętrzne, które oprócz możliwości programowania szerokiej gamy mikrokontrolerów, umożliwiają również zapis pamięci Flash, EEPROM, układów PLD itp. Jedną z najważniejszych cech programatorów zewnętrznych jest bardzo bogata kolekcja programowanych układów. Prezentowany w  artykule model VP-996 fi rmy Wellon ma przygotowane algoryt-

my dla ponad 84 tys. układów: pamięci, mikrokontrolerów, układów PLD itp. (ich lista jest stale aktulizowana). Należy jednak pamiętać, że w tej liczbie są ukryte wszelkie odmiany i wersje poszczególnych typów układów. Konkretny element jest wybierany z listy rozwijanej. Jest wtedy wyświetlana krótka informacja o układzie, a po naciśnięciu przycisku Device Info można uzyskać szczegółową informację o rozmieszczeniu wyprowadzeń oraz ewentualnej konieczności stosowania odpowiedniego adaptera wkładanego do podstawki ZIF. Duża różnorodność obudów programowanych układów jest jednym z  większych problemów użytkowników. W  wykonaniu standardowym programatory są zwykle wyposażane w  uniwersalną podstawkę 48-nóżkową typu ZIF umożliwiającą bezpieczne wkładanie elementów bez obawy o  wyłamanie wyprowadzeń. Niestety, obudowy DIP, dla których podstawka ta może być stosowana bezpośrednio, praktycznie wyszły już z użycia. Konieczne stało się więc wyposażanie programatorów w  różnego rodzaju adaptery dostosowane do wykorzystywanych typów obudów. Kilka takich adapterów współpracujących z programatorem VP-996 przedstawiono na fotografii  1. Zawierają one podstawki dla wielu typów obudów, m.in.: PLCC, SOP, TSOP, TQFP. Adaptery są umieszczane w obudowie ZIF programatora. Inną metodą programowania układów jest zastosowanie portu SPI, którego gniazdo umieszczono na przedniej ściance urządzenia (fotografia 2).

Bezpieczeństwo, precyzja, uniwersalność Programowane układy mają często dużą wartość, więc producent programatora VP-996 zadbał o zachowanie maksimum bezpieczeństwa dla elementów umieszczanych w podstawce. Każde jej wyprowadzenie jest sterowane z  uniwersalnego drivera umożliwiającego doprowadzenie dowolnego typu sygnału (napięcia zasilające, napięcia programujące, przebieg zegarowy) do dowolnego wyprowadzenia podstawki. Poziomy napięć są ustawiane w zakresie od 1,5 do 5 V, umożliwiając programowanie również układów niskonapięciowych. W zastosowanych algorytmach uwzględniono rozdzielczość napięciową 0,01 V na każdym wyprowadzeniu i mikrosekundową rozdzielczość czasową. Możliwe jest więc ultra szybkie programowanie układów. Przed rozpoczęciem cyklu pracy jest sprawdzana jakość kontaktów na wszystkich wyprowadzeniach z  jednoczesnym pomiarem prądów, co zapobiega uszkodzeniu układu w  wypadku nieprawidłowego umieszczenia go w  podstawce lub wybraniu złego algorytmu programowania.

Programowanie Fotografia 1. Adaptery dla różnych typów obudów programowanych układów

120

Oprogramowanie przeznaczone do obsługi programatora można pobrać np. ze strony: http://programatory.com. Instalacja obejmuje również sterowniki interfejsu USB. ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Programator Wellon VP-996 Najważniejsze cechy programatora Wellon VP-996: • Wymiary: 219 mm×169 mm×34 mm. • Waga: 580 g. • Podstawka: 48-nóżkowa ZIF z uniwersalnymi sterownikami każdego wyprowadzenia. • Interfejs komputera: USB 2.0. • Akceptowane formaty danych: JEDEC, INTEL (Extended) HEX, HOLTEK, EMC(.CDS), INTEL HEX16, Motorola S. • Akceptowane pliki wyjściowe w formacie JEDEC z kompilatorów: ABEL, CUPL, PALASM, TANGO PLD, OrCAD PLD, PLD Designer, ISDATA. • Obsługa słów 8- i 16-bitowych. • Obsługa (w tym edycja) wektorów testowych. • Testowanie układów logicznych TTL/CMOS oraz statycznych i dynamicznych pamięci RAM. • Automatyczna identyfikacja układu TTL/CMOS umieszczonego w podstawce. • Automatyczna identyfikacja producenta układów E(E)PROM. • Obsługa układów 1,5-woltowych. • Kontrola poprawności umieszczenia układu w podstawce. • Adaptery dla układów w obudowach DIP, PLCC, QFP, TSOP, PSOP, SOIC, SSOP, SDIP. • Funkcja automatycznego rozpoczęcia programowania po umieszczeniu układu w podstawce. • Wymagane systemy dla programu obsługującego programator: XP/Vista/7/8 (32- i 64-bitowe) • Polska wersja językowa oprogramowania

Program Wellon Universal Programmer (rysunek  3) może być użyty zarówno do programowania jednostkowego, jak i  produkcyjnego. W  drugim wypadku należy włączyć opcję Mass Production Mode oraz skorzystać z nastaw widocznych w ramce Statistic. Jest w niej ustawiana liczba układów przeznaczonych do zaprogramowania (Target Count), a po każdym udanym cyklu jest zwiększany licznik Success Count. Jednocześnie każde niepowodzenie powoduje zwiększenie licznika Failure Count. Przy seryjnym programowaniu układów bardzo przydatna jest opcja Insertion Test. Jej włączenie powoduje automatyczne rozpoznanie umieszczenia nowego układu w podstawce, powodujące rozpoczęcie kolejnego cyklu programowania. Po zrównaniu liczników Target Count i Success Count użytkownik jest informowany o  zakończeniu cyklu produkcyjnego. Liczniki są ustawiane w oknie Pset (rysunek 4). Kolejną cechą, typową dla większości programatorów, jest wsadowe defi niowanie zadań wykonywanych w  każdym cyklu programowania. Są one wybierane przez zaznaczenie opcji widocznych w ramce Edit Auto. Są to:

Fotografia 2. Gniazdo interfejsu SPI

Rysunek 3. Okno programu „Wellon Universal Programmer” • Erase/Blank Check – automatyczne sprawdzanie czy pamięć programowanego układu jest skasowana i ewentualne kasowanie jej, jeśli zawiera jakieś dane. • Blank Check – sprawdzanie czy pamięć jest skasowana, • Program/Verify – programowanie i weryfi kacja układu, • Verify – weryfi kacja programowania,

REKLAMA

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

121

SPRZĘT • opcje związane z ustawianiem bezpieczników zależne od wybranego typu układu, np.: Lock_ Bit1, Prog_Config itp., • Secure – włączenie/ wyłączenie opcji zabezpieczeń. Rysunek 4. Okno Pset służące do Dla użytkownika ustawiania liczników programowania stosującego dużą liczbę produkcyjnego różnych elementów, niezwykle istotne jest szybkie informowanie programu o  programowanym układzie. Są tu dwie możliwości: ręczne wybieranie odpowiedniego typu Rysunek 5. Ostrzeżenie funkcji automaz  listy układów obsłu- tycznego rozpoznawania układów giwanych, albo korzystanie z  opcji automatycznego rozpoznawania. Każda z  tych opcji ma jednak pewne wady. Funkcja ręcznego wybierania działa dość powolnie, nie dając jednoznacznego komunikatu w wypadku negatywnego wyniku poszukiwań. W rezultacie nie wiadomo, czy poszukiwania dały zbiór pusty czy funkcja jeszcze nie zakończyła pracy. Z  kolei automatyczne rozpoznawanie jest poprzedzane groźnie wyglądającym ostrzeżeniem, informującym o  rozpoznawaniu układów E(E)PROM w  obudowach o 24...40 wyprowadzeniach i możliwości uszkodzenia innych układów (rysunek 5). Przydatność tej funkcji jest więc znacznie ograniczona. Przed rozpoczęciem programowania układów można korzystać z  wygodnego edytora danych wczytanych do bufora zapisu. Możliwe jest ręczne wprowadzanie, poprawianie i  kopiowanie wartości poszczególnych bajtów lub 16-bitowych słów, wypełnianie bufora, wyszukiwanie, poprawianie itp. (ry- Rysunek 6. Okno edytora sunek  6). Dane są wykorzystywanego do przeglądania danych wczytywane z pliku w buforze programatora dyskowego lub bezpośrednio z  układu (jeśli nie zastosowano w nim bezpiecznika blokującego odczyt). Po ewentualnych poprawkach zawartość bufora może być ponownie zapisana na dysku lub wprowadzona do pamięci układu. Pewną formą weryfikacji poprawności Rysunek 7. Obliczanie sum kontrolnych danych jest oblicze- danych w buforze

122

nie sumy kontrolnej. Operacja ta jest wykonywana kilkoma metodami (rysunek 7).

Nie tylko programowanie Zastosowanie uniwersalnych sterowników Rysunek 8. Okno edytora wektorów do każdego wyprowa- testowych dzenia podstawki ZIF stworzyło możliwość zaimplementowania dodatkowej funkcji programatora – testera układów TTL/CMOS i pamięci RAM. Producent udostępnia gotowe wektory testowe dla większości popularnych układów logicznych, ale mogą być one modyfikowane i uzupełnianie o wektory użytkownika. Związane z tym czynności są wykonywane w prostym edytorze, wywoływanym poleceniem Edit Pattern (rysunek 8).

Organizacja pracy Programowanie wielu różnych układów może sprawiać pewien kłopot natury organizacyjnej. W  każdym przypadku zmieniać się bowiem będzie zawartość bufora z danymi, różne mogą być typy programowanych układów, zastosowane zabezpieczenia, a nawet podstawki. W  programie Wellon Universal Programmer przewidziano możliwość zapisywania projektów uwzględniających wszystkie dane dla danego przypadku, co znacznie ułatwia pracę użytkownikowi. Przy zmianie układu wystarczy wczytać komplet danych zawartych w  pliku PRJ, po czym można natychmiast przystąpić do programowania. Operacje wykonywane Rysunek 9. Raport przez programator są zapisywane w pliku zawierający zestawienie raportu, jeśli tylko zezwolono na to usta- operacji wykonywanych wiając odpowiednią opcję. Przykładowy przez programator wpis przedstawiono na rysunku 9.

Ocena Programator Wellon VP-996 to porządny programator za rozsądną cenę, chociaż kilka detali związanych z jego wykonaniem budziło nasze zastrzeżenia. Obudowa urządzenia ma niezbyt wyszukany design, dostrzegalne są też pewne niedociągnięcia mechaniczne, a  zasilacz sieciowy wygląda jakby pochodził z zupełnie innej epoki. Uciążliwy jest brak automatycznego odświeżania zawartości bufora po odczycie danych z układu lub wczytaniu danych z pliku dyskowego. Aktualna zawartość pojawia się dopiero po zamknięciu i ponownym otwarciu bufora lub po chociażby minimalnym poruszeniu danych suwakiem przesuwu. Autodetekcję układów można uznać za funkcjonalność, która przyda się przy programowaniu starszych pamięci EEPROM. Czasy programowania są stosunkowo krótkie. Przykładowo, zapisanie całej pamięci Flash AT29C010 (128  kB×8) zajmuje ok. 8,31 sekundy. Pomijając powyższe mankamenty, w  większości mające znaczenie bardziej estetyczne niż praktyczne, użytkownicy programatora VP-996 powinni być z niego zadowoleni. Abstrahując od opisywanego programatora można chyba jednak zadać pytanie czy strategia konstruowania uniwersalnych urządzeń potrafiących programować „wszystkie” układy jest słuszna? Czy nie lepiej byłoby konstruować urządzenia mniejsze, prostsze, tańsze i oferować tylko dla nich wybierane przez użytkowników algorytmy programowania? Odpowiedź na to pytanie byłaby prosta, gdybyśmy wiedzieli, jak producenci programatorów ustalają relacje kosztów hardware’u i software’u.

Jarosław Doliński, EP ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Tytuł

10/2013

•

październik

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2009

•

Nr 10 (93)

123

Wprowadzenie do środowiska projektowego TIA Portal dla sterowników S7-1500 AUTOMATYKA I MECHATRONIKA

Wprowadzenie do środowiska projektowego TIA Portal dla sterowników S7-1500 Wizualizacja procesów

Środowisko projektowe Totally Integrated Automation Portal firmy Siemens, w  skrócie nazywane TIA Portal, oferuje wszystkie funkcje potrzebne do wykonania zadań automatyzacji w  jednej platformie, łączącej różne oprogramowanie. TIA Portal jest pierwszym współdzielonym środowiskiem pracy integrującym rozwiązania techniczne różnych systemów SIMATIC udostępnianych w  jednolitej strukturze. Dlatego też TIA Portal po raz pierwszy umożliwia niezawodną i  wygodną współpracę różnych systemów. Wszystkie wymagane pakiety oprogramowania, od konfiguracji sprzętowej, przez programowanie, aż do wizualizacji procesów są dostępne w  jednym, zintegrowanym środowisku projektowym. W  artykule przedstawiamy krok-po-kroku konfigurację wizualizacji. Przykładowy projekt dla aplikacji Aby skonfigurować system mieszania farb w środowisku projektowym TIA Portal, należy utworzyć przykładowy projekt „Color_Filling_Station”. Dla przykładowego projektu istnieją już następujące elementy ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Fot. 1. Wygląd ekranu panela HMI TP1200 Comfort projektu: bloki programu, tabele zmiennych programu CPU użytkownika, i skonfigurowany panel Comfort z niezbędnymi ekranami HMI, zmiennymi HMI oraz skryptami. W  tej części będziemy wyjaśniać zależności pomiędzy poszczególnymi składnikami przykładowego projektu. W dalszej kolejności będą omówione niezbędne czynności konfiguracyjne.

125

AUTOMATYKA I MECHATRONIKA Konfiguracja HMI: panel SIMATIC HMI Comfort W prezentowanym przykładzie urządzenie HMI TP1200 Comfort (na fotografii 1) z serii paneli Comfort jest używane do sterowania systemu mieszania farb. Panele z  serii Comfort, które są przystosowane do zaawansowanych zadań HMI w środowiskach PROFINET i PROFIBUS, charakteryzują się następującymi cechami: • wysokiej jakości obudową i licznymi interfejsami, • panoramicznymi wyświetlaczami przemysłowymi z  dużym obszarem wizualizacji, optymalną stabilnością kąta widzenia i maksymalną jasnością, • montażem w orientacji poziomej lub pionowej, • dokładną diagnostyką z podglądem diagnostyki systemu. Na ekranach HMI projektant tworząc aplikację umieszcza obiekty biblioteczne, oraz tworzy powiązania między nimi i  projektem sterownikowym PLC. Ekranami można zarządzać, dzięki oprogramowaniu WinCC, przechodząc do pozycji „Screens” (ekrany) w  drzewie nawigacji projektu „Project Navigation”. Ekran startowy (start screen) urządzenia HMI jest używany do wizualizacji systemu mieszania farb, jak również wyświetlenia najważniejszych informacji statusowych i danych liczbowych.

• przyciski zerowania poziomów napełnienia, • przyciski do sterowania i  monitorowania systemu: napełniania zbiorników farb według receptury „Fill recipe”, uruchomienia procesu mieszania „Start mixer”, napełniania puszek mieszanką farb „Fill color”.

Receptury Receptura zawiera parametry produkcyjne, takie jak proporcje mieszania. Pożądana proporcja mieszania może być przekazywana z urządzenia HMI do systemu mieszania farb, na przykład, w celu przestawienia produkcji – zmiany koloru mieszanki farb z ciemno-pomarańczowego do jasno-żółtego.

W systemie mieszania farb mogą być uzyskiwane kolory mieszane, np. „Orange” (pomarańczowy), „Amber” (bursztynowy), „Green” (zielony) i „Red” (czerwony). Dla każdego koloru farby jest tworzony rekord danych receptury. Rekord danych receptury zawiera wartości procentowe kolorów podstawowych, z których powstaje odpowiedni kolor mieszany. Receptura składa się z odpowiednich parametrów i rekordów danych receptury, w których są zapisane proporcje mieszania dla poszczególnych odcieni kolorów. System mieszania farb obejmuje następujące elementy: • zbiorniki farb każdego koloru CMYK z wyświetlaniem poziomów napełnienia, • mieszalnik, • rury doprowadzające farby do mieszalnika, • przenośnik taśmowy z wyłącznikiem awaryjnym. Etapy procesów „mieszania farb” i „napełniania farb” powinny być wyświetlane jako animacje dynamicznych obiektów wizualizacyjnych.

Archiwa i logi Aby dokumentować funkcjonowanie systemu, komunikaty alarmowe i  wartości procesowe powstające podczas produkcji są zapisywane w  logach (rejestrach zdarzeń). Zapisane w  logach dane procesowe i komunikaty alarmowe można analizować i oceniać. W systemie mieszania farb muszą być zapisywane poziomy napełnienia zbiorników farb. W  tym celu należy skonfigurować log komunikatów „Tank_Level” (poziom zbiornika).

W przykładowym logu są przechowywane komunikaty alarmowe dla poziomów napełnienia, które były zbyt niskie, lub zbyt wysokie w ciągu pracy na jednej zmianie.

Ekran startowy przykładowego projektu zawiera dodatkowe obiekty sterujące: • przyciski do zmiany ekranów,

126

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Wprowadzenie do środowiska projektowego TIA Portal dla sterowników S7-1500 Funkcje definiowane przez użytkownika: skrypty Za pomocą funkcji definiowanych przez użytkownika można zaprogramować dodatkowe funkcje urządzenia HMI. Oprogramowanie WinCC oferuje interfejs programowania VBS do tworzenia funkcji definiowanych przez użytkownika. W  przykładowym projekcie są stosowane dwie funkcje definiowane przez użytkownika umożliwiające wyświetlenie mieszanki farb w kolorach CMYK na monitorze na różnych ekranach. Skrypt „Recipescreen” wyświetla na ekranie „Recipes” (receptury) prostokąt w wybranym kolorze.

Użytkownicy z  uprawnieniami do zarządzania użytkownikami mają dostęp do pełnego zakresu funkcji w widoku użytkownika. Mogą tworzyć i usuwać użytkowników, oraz zmieniać własne hasła lub hasła innych użytkowników.

Raporty Raporty są używane do dokumentowania (rejestrowania zdarzeń) procesu produkcji, i na nich bazuje kontrola jakości. W regularnych odstępach czasu, w formie raportów zmianowych pojawiają się komunikaty alarmowe oraz dane receptur. W oprogramowaniu WinCC został utworzony raport dla zmiennej „Tank_Level” (poziom zbiornika) z komunikatami alarmowymi dotyczącymi poziomów napełnienia.

Skrypt „Startscreen” wyświetla w przeglądzie systemu na ekranie startowym etykietę napełnionych puszek w  aktualnym kolorze mieszanki farb.

W  omawianym projekcie został również utworzony raport danych receptur.

Zarządzanie użytkownikami Oprogramowanie WinCC pozwala na deklarację grup użytkowników z definicją poziomów dostępu w celu zabezpieczenia systemu przed nieautoryzowanym dostępem.

Obiekt „User view” (widok użytkownika) umożliwia zarządzanie użytkownikami i hasłami w urządzeniu HMI.

Raporty powinny być drukowane każdego dnia za pomocą drukarki połączonej z  urządzeniem HMI. Cykliczny wydruk można ustalić za pomocą programu planującego „Scheduler” (harmonogram).

Tomasz Starak Artykuł powstał na bazie dokumentacji firmy Siemens. ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

127

T E M AT N U M E R U ZASILANIE

AUTOMATYKA I MECHATRONIKA

Urządzenia oraz systemy zasilające Zasilanie maszyn i  urządzeń to jedno z  podstawowych zagadnień w  przemyśle i  w  wielu innych branżach - teleinformatycznej, budynkowej, transportowej oraz energetyce. Składa się na nie dostarczanie energii elektrycznej o  odpowiednich parametrach jakościowych i  gwarantowanie jej bezprzerwowej dostępności. Za wszystko to odpowiadają zasilacze oraz systemy zasilania gwarantowanego, w  skład których wchodzą zasilacze impulsowe, przetwornice, UPS-y, akumulatory, filtry, agregaty prądotwórcze i  inne urządzenia. Przedstawiamy ich dostawców krajowych, omawiamy ofertę tych firm i  trendy kształtujące rynek. Tytułowa tematyka jest zagadnieniem bardzo szerokim i dlatego wydzieliliśmy w niej dwa kluczowe obszary związane z określonymi produktami i rozwiązaniami. Pierwszy z nich dotyczy zasilania urządzeń sterowania, komunikacyjnych i  ogólnie – podzespołów elektronicznych oraz elektrycznych stosowanych w  maszynach, układach kontrolujących ich pracę, na liniach technologicznych i  różnych urządzeniach. Używa się tutaj zasilaczy o  niewielkich mocach, a ich głównymi odbiorcami są sektory: przemysłowy, teleinformatyczny, branża maszynowa oraz transportowa (rysunek  1). Istnieje przy tym wiele nisz, np. związanych ze specjalistycznymi konstrukcjami dla kolejnictwa, urządzeniami dla wojska oraz medycyny. Drugim ważnym sektorem rynku – oddzielnym pod względem działających na nim firm, typów aplikacji, skali ich złożoności i  kosztów – jest obszar związany z  dostarczaniem i  wdrażaniem systemów zasilania gwarantowanego. Ich elementem są przede wszystkim UPS-y, ale nie tylko – dochodzą tutaj również baterie aku-

mulatorów, różnego rodzaju przetwornice, agregaty prądotwórcze i  inne urządzenia towarzyszące. Systemy takie wdraża się przede wszystkim w zastosowaniach teleinformatycznych (centra danych) i  związanych z  szeroko rozumianym przemysłem oraz energetyką i zasilaniem (w tym np. w budynkach użyteczności publicznej, szpitalach, hotelach i innych). W przemyśle UPS-y zasilają systemy sterowania produkcją oraz układy automatyki i zabezpieczeń. Przykładem są przedsiębiorstwa petrochemiczne, cementownie, firmy z  branży spożywczej oraz farmaceutycznej. Ważnymi aplikacjami są też te związane z  górnictwem i  dystrybucją energii. W  wielu z  nich systemy zasilania gwarantowanego zapewniają nie tylko bezprzerwową pracę podłączonych urządzeń, ale też podnoszą jakości samej energii poprzez redukowanie nieprawidłowości wynikających z wpływu czynników środowiskowych oraz innych odbiorników w sieci. Produkty takie jak omawiane kupują przede wszystkim odbiorcy końcowi oraz integratorzy systemów, przy czym dotyczy to nie tylko przemysłu, ale też innych branż. Ważnymi klientami firm dostarczających zasilacze są producenci maszyn (rysunek 2). Omawiany rynek to również wiele mniej typowych zastosowań – np. w transporcie czy specjalistycznych urządzeniach przenośnych.

Zasilacze – co nowego? Dostawcy zasilaczy małogabarytowych uważają, że aktualnie następujące nowości kształtują branżę i same produkty: – wysoka sprawność urządzeń, redukcja zużycia energii, – zwiększenie współczynnika mocy przy zachowaniu stałych wymiarów zasilaczy, – możliwość pracy przy dużych przeciążeniach, – monitoring stanu pracy, – dobra stabilizacja napięcia wyjściowego i parametry dynamiczne, – wykorzystanie zawansowanych układów sterujących, – możliwość zdalnego nadzoru urządzenia i sterowania, – większa liczba funkcji zabezpieczających w  zasilaczach o  niższych cenach.

Zasilacze małogabarytowe – popularne w automatyce

Rysunek 1. Najważniejsze obszary aplikacji omawianych urządzeń

128

Zasilacze małogabarytowe są to zwykle moduły montowane na szynie DIN, ewentualnie bezpośrednio na innym urządzeniu lub w nim. Wytwarzane są one też w  postaci open frame, a  więc przeznaczone do wbudowania w maszyny i większe systemy. Produkty takie trafiają do różnych aplikacji w przemyśle, stosowane są w telekomunikacji, aparaturze medycznej i  naturalnie urządzeniach powszechnego użytku. Skupiając się na branży przemysłowej, stwierdzić można, że większość sprzedawanych zasilaczy to urządzenia AC/DC modułowe, przeznaczone do montażu na szynie. Stosowane są w  szafach elektrycznych, montowane bezpośrednio na i w maszynach, urządzeniach technologicznych, itd. Część odbiorców kupuje również urządzenia typu open frame, natomiast co piąty sprzedawany zasilacz to wersja DC/DC, czyli przetwornica służąca do zmiany wartości napięcia stałego. Statystyka ta dotyczy rynku polskiego. Dobór zasilacza odpowiedniego do danej aplikacji nie jest zadaniem oczywistym. W sprzedaży jest dostępna duża liczba wariantów ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Urządzenia oraz systemy zasilające tych urządzeń, w różnych wersjach mechanicznych i elektrycznych. Skupiając się na tych najpopularniejszych, wskazać należy przede wszystkim na zasilacze impulsowe. Przetwarzają one napięcie sieciowe, zwykle jednofazowe, na pojedyncze lub rzadziej kilka stabilizowanych napięć stałych. Wiele zasilaczy ma wejście uniwersalne, czyli może być zasilanych napięciem w  szerokim zakresie. Omawiane urządzenia zapewniają przy tym izolację galwaniczną, co jest szczególnie istotne w przypadku zastosowań przemysłowych. Wyposażone są one też zazwyczaj w wewnętrzny filtr tłumiący zaburzenia elektromagnetyczne (EMI) oraz korektor współczynnika mocy (PFC). W ogromnej większości zastosowań potrzebne są zasilacze o typowych wartościach napięć, średniej skali zaawansowania technicznego, typowych wersjach obudowy i montażu oraz o mocach do około 300  W. Takie są też najpopularniejsze produkty dostarczane w kraju. Występują one najczęściej jako urządzenia do montażu na szynie DIN, oferowane są w  obudowach metalowych i  chłodzone pasywnie. Nowości technologiczne w  tym zakresie wymieniono w ramce.

Na rynku zasilaczy przemysłowych Duża liczba zastosowań i poszukiwanych przez klientów typów zasilaczy sprawia, że w branży tej swoje miejsce znalazło wiele firm. Z  drugiej jednak strony, sam rynek stał się obecnie na tyle popularny, że w praktyce nie jest on tak atrakcyjny, jak było to dawniej. Jeszcze kilka, kilkanaście lat temu bardzo istotną rolę odgrywały tutaj firmy polskie, szczególnie ze Śląska. Wiele z nich do perfekcji zagospodarowało pewne nisze rynkowe, tworząc indywidualne rozwiązania systemów zasilających przeznaczone do zastosowań spe-

cjalistycznych. Przedsiębiorstwa te, z  których większość działa do dzisiaj, wytwarzają układy zasilające na zamówienie, zapewniając szybkość ich tworzenia, co jest jednym z kluczowych czynników pozwalających im konkurować z dystrybutorami wyrobów zagranicznych i  lokalnymi oddziałami większych koncernów. Ostatnie lata okazały się jednak dosyć niekorzystne, gdyż wraz z  rozszerzaniem przez dystrybutorów asortymentu urządzeń dostępnych „z  półki”, malała potrzeba tworzenia w  pełni zindywidualizowanych wersji. Zasilacze stały się również na tyle powszechnymi produktami, wytwarzanymi zazwyczaj na Dalekim Wschodzie, że ich ceny znacząco zmalały. Również wiele rynków niszowych, np. związanych z  transportem, nasyciło się, co zmniejszyło potrzebę tworzenia rozwiązań specjalizowanych. Cechą charakterystyczną omawianego rynku jest duża konkurencyjność. Wiele z produktów sprzedawanych to zasilacze impulsowe uniwersalne i  standardowe, przez co zastąpienie jednego modelu innym nie jest większym problemem. Do krajowych producentów zasilaczy należą firmy, takie jak m.in.: Elplast, Imcon-Intec, Impol-1 oraz Merawex. Część z  nich oferuje również produkty firm zagranicznych. Drugą grupą firm są przedstawicielstwa producentów spoza Polski. Dostarczają ono różnego rodzaju urządzenia automatyki, sterowania i podobne. Takimi firmami są m.in.: Siemens, Phoenix Contact, Schneider Electric, Weidmüller, Omron Electronics. Bardzo dużo omawianych urządzeń znajdziemy u dystrybutorów działających na rynku branżowym. Firmy takie oferują zarówno urządzenia wspomnianych powyżej producentów, jak też reprezentują inne marki zagraniczne w kraju, np.: Mean Well, Carlo Gavazzi, Cabur i inne. Takimi dystrybutorami są przede wszystkim firmy specjalizujące się w  rynku automatyki i  elektrotechnicznym: Astat, Eltron, MPL Power Elektro oraz dostawcy komputerów przemysłowych np.: Elmark Automatyka, CSI, JM Elektronik, Guru ConREKLAMA

Rysunek 2. Główni odbiorcy zasilaczy

Rysunek 3. Najważniejsze dla klientów cechy omawianych urządzeń i systemów brane pod uwagę przy decyzjach zakupowych ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

129

trol Systems oraz wielu tzw. dystrybutorów katalogowych: ELFA Elektronika, Farnell, RS Components, TME.

co pozwala na uzyskanie redundancji zasilania lub zwiększenie mocy wyjściowej.

Zasilanie gwarantowane

UPS-y przemysłowe mają za zadanie dostarczać niezawodnie i określonej jakości energię elektryczną do odbiorników, przy czym stanowią one często jedynie element większego systemu zasilania. Zależnie od stopnia złożoności zasilanej instalacji i  charakteru odbiorników w skład tego typu systemów wchodzić może szereg innych urządzeń i podzespołów. Przykładem są konwertery DC/DC, łączniki, separatory oraz wspomniane zespoły akumulatorów. Ważnymi elementami są też filtry, które pozwalają na ograniczanie odkształceń prądu zasilającego w  sieci oraz urządzenia do kompensacji mocy biernej i niesymetryczności obwodów. Instalacje takie rozszerzane są o  agregaty prądotwórcze i  podzespoły do nadzoru pracy układu. Elementem uzupełniającym są wreszcie narzędzia sprzętowe i programowe do komunikacji zapewniające personelowi utrzymania ruchu zdalne monitorowanie pracy urządzeń poprzez system nadrzędny. Dostawcy działający na rynku oceniają, że klienci coraz częściej poszukują kompleksowej oferty. Dotyczy to szczególnie UPS-ów przemysłowych – o ile jeszcze kilka lat temu były one często kupowane osobno, a do tego odbiorca dobierał baterie, rozdzielnice i  pozostałe elementy od innych dostawców, o tyle obecnie coraz częściej nabywa je „z jednej ręki”. Jest to o  tyle istotne, że UPS stanowić może jedynie część (i to mniejszą niż połowę) kompletnego systemu pod względem wartościowym. Czasami buduje się też układy z dwoma sekcjami zsynchronizowanych systemów z UPS, które podłączone są do odpowiednich przełączników i zapewniają bardzo wysoki poziom dostępności energii elektrycznej. Popularyzują się również zasilacze buforowe prądu stałego – zapewniające zasilanie w instalacjach 24  V i  innych niskiego napięcia. Patrząc na globalny rynek urządzeń UPS, motorem napędowym tej branży pozostaje sprzedaż urządzeń trójfazowych średnich i większych mocy. W  Polsce działa wiele firm, które dostarczają tego typu produkty oraz UPS-y mniejszych mocy. Są to polscy producenci - jak na przykład Medcom, CES, Ever, Siltec i APS Energia oraz firmy zagraniczne: Schneider Electric, Eaton, Rittal i inne. Szereg omawianych urządzeń dostępnych jest też w  firmach oferujących automatykę czy przykładowo komputery przemysłowe oraz u różnych dystrybutorów.

O ile zapewnianie odpowiednich parametrów zasilania i jakości energii jest kluczowe, o tyle w wielu przypadkach wymagane jest również zagwarantowanie wysokiej dostępności zasilania. W  tym celu wykorzystuje się systemy zasilania gwarantowanego, które zawierają urządzenia typu UPS. Te ostatnie są powszechnie kojarzone są z  zasilaczami o  niewielkiej mocy, przeznaczonymi głównie do serwerów i komputerów osobistych. W przypadku zastosowań profesjonalnych stosuje się rozbudowane i zaawansowane technicznie rozwiązania. Systemy zasilania gwarantowanego trafiają do dwóch (trzech) głównych typów odbiorców: sektora IT/telekomunikacyjnego oraz przemysłowego i energetyki. O ile część firm działa w każdej z tych branż, w niniejszym artykule zajmujemy się dwiema ostatnimi. Oprócz faktu, że stanowią one sektory różniące się od teleinformatycznego, odmienne są też pod względem technicznym same systemy w  nich wykorzystywane. Najpopularniejsze w przemyśle UPS-y to urządzenia z  podwójną konwersją. W  uproszeniu składają się one z  prostownika, akumulatora (a  właściwie zespołu baterii), przemiennika częstotliwości oraz układu sterowania. Na wyjściu znajduje się rozdzielnica. Podwójne przetwarzanie energii polega na zamianie wejściowego napięcia przemiennego na stałe, a następnie znów na przemienne na wyjściu. Takie rozwiązanie pozwala na zapewnienie bardzo krótkiego lub wręcz zerowego czasu przełączania (tzw. praca true-on-line) oraz uzyskanie wysokiego współczynnika mocy. Typowe urządzenia stosowane w przemyśle i energetyce charakteryzują się mocami wynoszącymi od jednego do kilkuset kVA. O ile przedstawiony schemat jest dosyć ogólny, w przypadku zastosowań przemysłowych ważne są pewne specyficzne cechy omawianych rozwiązań. UPS-y przeznaczone do zasilania systemów teleinformatycznych pracują z  odbiornikami o  względnie statycznym charakterze poboru mocy, w  przypadku zaś instalacji przemysłowych zmiany obciążenia mogą mieć charakter bardzo dynamiczny. Ponadto do systemów zasilania podłączane są też silniki elektryczne, przez co UPS-y przemysłowe współpracować muszą zarówno z  urządzeniami o  charakterze indukcyjnym, jak i  pojemnościowym. Ważne jest też, żeby prąd zwarciowy tego typu zasilaczy był stosunkowo duży. W  UPS-ach takich stosuje się też układy korekcji współczynnika mocy (PFC), zabezpieczenia przeciwzwarciowe i  przeciwprzeciążeniowe. Nieraz ze względu na duże pojemności baterii używa się prostownika o  wyrafinowanych cechach. Część urządzeń umożliwia także pracę równoległą,

ZASILANIE

T E M AT N U M E R U

AUTOMATYKA I MECHATRONIKA

130

Nie tylko UPS-y

Akumulatory ważnym uzupełnieniem oferty Omawiając branżę UPS-ów przemysłowych, wspomnieć należy o  akumulatorach oraz bateriach. Wprawdzie kojarzą się one przede wszystkim z motoryzacją oraz elektroniką konsumencką, jednak stanowią też istotny element systemów zasilania gwarantowanego. Użycie ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Urządzenia oraz systemy zasilające

Rysunek 4. Bieżąca koniunktura na omawianym rynku – opinie dostawców (kolor zielony - bardzo dobra; pomarańczowy – dobra; czerwony – zła) ich w pracy buforowej jest powszechnym zastosowaniem w energetyce, przemyśle, branży IT oraz transporcie szynowym. Ważnym obszarem użycia akumulatorów jest również praca cykliczna w  pojazdach (np. wózkach) oraz urządzeniach przenośnych i różnego rodzaju aparaturze. Część firm ukierunkowała się też na zaopatrzenie działów utrzymania ruchu oraz zajmuje się obsługą rynków niszowych - np. związanych z energetyką odnawialną. W przemyśle często stosowane są akumulatory bezobsługowe wykonywane zazwyczaj w technologii AGM oraz żelowej. Dzięki swoim zaletom (długi czas pracy, odporność na wibracje, niska rezystancja wewnętrzna) oraz właściwościom eksploatacyjnym (brak konieczności częstego uzupełniania elektrolitu) akumulatory te powszechnie zastępują tradycyjne, mokre wersje kwasowe oraz zasadowe.

Sytuacja dzisiaj i perspektywy na jutro Zapewnienie odpowiedniego zasilania maszyn i urządzeń to jedno z podstawowych zagadnień w przemyśle, zaś branża związana z zasilaczami należy do dojrzałych sektorów rynku. Bieżąca koniunktura jest, zdaniem działających tutaj dostawców, dobra lub nawet bardzo

dobra. W  przypadku polskiego rynku zasilaczy małogabarytowych roczne obroty wynoszą około 60 mln złotych. To duża wartość, jednak należy wziąć pod uwagę, że ceny jednostkowe tego typu systemów mogą być dosyć wysokie, a odbiorcy pochodzą z kilku branż. Wymogi stawiane przez polskich klientów dostawcom i  produktom w  każdej z  omawianych grup okazały się bardzo podobne do siebie, przez co wyniki te połączyliśmy w  jedną statystykę przedstawioną na rysunku  3. Jak widać, parametry urządzeń, ich cena oraz jakość mają największy wpływ na decyzje zakupowe. Szczególnie istotna jest w  tym również niezawodność produktów, które pracować muszą w  sposób bezawaryjny i  długookresowy. Dla krajowych odbiorców liczy się też marka, dostępność wyrobów oraz historia współpracy z dostawcą. Zdaniem polskich dostawców zasilaczy małogabarytowych najbardziej perspektywicznymi branżami pozostają dla nich szeroko rozumiany przemysł oraz energetyka (rysunek 4). Do innych przyszłościowych sektorów rynku zaliczyli oni te związane z  oświetleniem i, w mniejszym stopniu, budownictwem oraz transportem. Jeżeli zaś chodzi o rynek systemów zasilania gwarantowanego, to „stoi na trzech nogach” i stan ten powinien być utrzymany także w przyszłości. Najważniejszymi obszarami zbytu dla dostawców UPS-ów pozostaną w  Polsce energetyka, przemysł oraz sektor teleinformatyczny. Podobnie sytuacja wyglądała będzie w  przypadku akumulatorów, które w zastosowaniach takich jak omawiane są zazwyczaj częścią składową układów zasilania gwarantowanego. Oczywiście na całość tych prognoz powinny nałożyć się trendy makroekonomiczne – koniunktura na omawianych rynkach jest bowiem silnie skorelowana z sytuacją w całej gospodarce.

Zbigniew Piątek Pełny tekst artykułu ukazał się w magazynie APA

REKLAMA

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

131

INFO

DesignSpark Mechanical, czyli darmowe projektowanie 3D urządzeń elektronicznych i elektrycznych Dystrybutorzy elementów elektronicznych i  podzespołów automatyki zdążyli nas przyzwyczaić do coraz bardziej wymyślnych narzędzi softwarowych, które służą do programowania i  parametryzacji ich produktów, a  czasami też do tworzenia większych systemów. Przykładami tych ostatnich są programy typu EDA takie jak DesignSpark PCB oraz CadSoft Eagle. W  połowie września do tej grupy dołączyło jeszcze jedno darmowe oprogramowanie – DesignSpark Mechanical, które ma szansę szybko stać się jednym z  narzędzi projektowych popularnych również wśród polskich inżynierów. Kto używał Google SketchUp, ten szybko powinien również przekonać się do tytułowego programu. Cechuje się on podobną intuicyjnością i brakiem potrzeby studiowania dokumentacji przed rozpoczęciem pracy, aczkolwiek różnicą jest jego przeznaczenie – pozwala on na projektowanie obudów i  innych części mechanicznych urządzeń. Nowym narzędziem zainteresować się mogą też osoby, które do tej pory nie korzystały z oprogramowania CAD ze względu na jego złożoność czy też ceny, które w przypadku wielu produktów znajdują się w górnych granicach kosztów zakupu softwaru. Zacznijmy jednak od początku, czyli od tego, jak motywację do opracowania tytułowego programu przedstawiali zarządzający firmą RS Components podczas europejskiej konferencji, która odbyła się w pierwszej połowie września.

Projektowanie 3D dostępne dla wszystkich Pomysł na zaoferowanie modeli trójwymiarowych zrodził się w RS Components kilka lat temu. Firma zaczęła wtedy, jako dodatek do dokumentacji produktów, udostępniać klientom również pliki 3D w  kilkunastu popularnych formatach. Pomysł „zaskoczył” i sumaryczna liczba pobrań przekroczyła niedawno 500 tys., a  w  parze z  dużym zainteresowaniem szło dodawanie kolejnych modeli do biblioteki. Z rozmów klientami wynikało również, z oferty tej skorzystałoby jeszcze więcej osób, aczkolwiek czynnikiem hamującym były tu głównie wysokie koszty zakupu i użytkowania narzędzi CAD. Takie opinie pojawiały się szczególnie ze strony przedstawicieli mniejszych przedsiębiorstw oraz firm, które mają jedynie okazjonalne potrzeby projektowe. W ocenie RS Components globalnie inżynierów-projektantów 3D jest około 1,5 mln, natomiast kolejne 20 mln osób to użytkownicy potencjalni, którzy używaliby oprogramowania CAD, gdyby zapewnić im wystarczająco dobre i darmowe narzędzie. Tym ostatnim ma być w zamierzeniu twórców DesignSpark Mechanical, który służy do projektowania i modelowania 3D. Program, jak można było przekonać się na konferencji, jest intuicyjny w obsłudze, dzięki czemu korzystać mogą z niego zarówno projektanci elektroniki, biura projektowe, jak też hobbyści czy studenci. W odróżnieniu od tradycyjnego oprogramowania CAD, tworzenie projektu odbywa się poprzez bezpośrednie modelowanie zamiast parametryzacji zgodnie z licznymi, często złożonymi zasadami. Do tworzenia i zmian cech obiektów stosuje się cztery gesty – pociągnij, przemieść, wypełnij oraz połącz, co pozwala na intuicyjne „rysowanie” w przestrzeni. W każdym momencie możliwe jest też zwymiarowanie elementów, zmiana charakteru krawędzi i widoku (w tym łatwe generowanie przekrojów) oraz wykonywanie operacji takich, jak kopiowanie i wklejanie elementów – analogicznie, jak w wypadku programów do rysowania dwuwymiarowego. Oprogramowanie pozwala na zaimportowanie plików PCB w formacie IDF, w tym projektów stworzonych w DesignSpark PCB, a także różnych

132

Fotografia 1. Martin Keenan, który odpowiada w RS Components m.in. za narzędzia projektowe, prezentuje premierowo tytułowe oprogramowanie DesignSpark Mechanical w akcji Na kanale DesignSpark w serwisie YouTube (www.youtube.com/user/DesignSpark) znaleźć można trzy filmy demonstracyjne, w których przedstawiono m.in. wykorzystanie oprogramowania w projektowaniu obudowy urządzenia elektronicznego oraz szafki elektrycznej do tokarki.

plików z narzędzi CAD. Tworząc projekt skorzystać można z omawianej wcześniej biblioteki online komponentów 3D, która obejmuje blisko 40 tys. podzespołów elektrycznych i elektronicznych, a także używać modeli dostępnych w serwisie TraceParts.net. Z kolei wyniki prac eksportowane mogą być w  formatach takich jak m.in. DXF, OBJ, JPG, a  także 3D-PDF (zawierającym trójwymiarowe obrazy) oraz STL – pozwalającym na prototypowanie elementów z wykorzystaniem drukowania addytywnego 3D. Możliwe jest również szybkie stworzenie listy materiałowej i  uzyskanie oferty na komponenty, przy czym ta ostatnia generowana jest poprzez portale RS Components lub Allied Electronics. Program dostępny jest w 12 językach, w tym polskim, i pobrać go można ze strony www.designspark.com/mechanical. Na tej ostatniej dostępne są również materiały dodatkowe, w tym demonstracyjne, które pozwolą postawić pierwsze kroki osobom wcześniej niekorzystającym z narzędzi do projektowania trójwymiarowego.

e-commerce niezmiennie w centrum uwagi Prezentacja oprogramowania stanowiła ważny, choć nie jedyny element spotkania, gdyż omawiano na nim także globalną działalność przedsiębiorstwa i strategię na kolejne lata. Konferencje prasowe takie jak ta wrześniowa organizowane są przez RS Components regularnie – ostatnia miała miejsce dwa lata temu i od tego czasu zaszło kilka wartych opisania zmian. Firma przede wszystkim zwiększała globalną dostępność swoich produktów. Chociaż w ofercie ma ich sumarycznie aż 550 tysięcy, w rzeczywistości nie wszystkie są do kupienia w każdym z krajów. Przykładowo jeszcze trzy lata temu jedynie 45% wszystkich wyrobów z zakresu serwisu i utrzymania ruchu dostępnych było w całej Europie – reszta zaś oferowana była jedynie regionalnie. Obecnie pierwsza z wartości wynosi ponad 75%, natomiast celem jest jej dalsze zwiększanie, tak aby zapewnić jak największą globalną dostępność całego asortymentu. W ostatnich latach nie zmieniały się z kolei typy produktów dystrybuowanych przez RS Components (oferta obejmuje zakres od półprzewodników, poprzez m.in. urządzenia testujące i pomiarowe, do automatyki) oraz rodzaje obsługiwanych klientów, którymi są przede wszystkim projektanci elektroniki, prefabrykatorzy paneli i szaf elektrycznych, działy zakupowe oraz służby utrzymania ruchu. Dla firmy kluczem do obsługi rynku jest ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

INFO wielokanałowym, to sprzedaż przez Internet jest dominująca – tak do klientów trafia ponad połowa wszystkich produktów. W niektórych krajach wartość ta przekracza 70%, przez co firma kładzie silny nacisk na ciągły rozwój tego obszaru. W ostatnich latach obejmowało to m.in. odpowiednie pozycjonowanie w przeglądarkach, w przyszłości zaś rozszerzona ma być rola mediów społecznościowych oraz rozwijane narzędzia, takie jak to wcześniej omawiane. Pomimo skupienia się na e-handlu, w strategii brytyjskiego dystrybutora cały czas bardzo istotną rolę odgrywa wsparcie sprzedażowe. W Europie firma zatrudnia około 1400 osób, których rolą jest bezpośrednia współpraca z klientami, zapewnianie pomocy technicznej i zakupowej. RS Components rozwija też narzędzia, które bazują na internetowej platformie sprzedaży, ale związane są właśnie z kontaktami z odbiorcami. Przykładem jest live chat, który daje kupującemu możliwości bezpośredniej rozmowy z  konsultantem. Miesięcznie przeprowadzanych jest około 25 tys. tego typu rozmów, co, zgodnie z wewnętrznymi analizami sprzedaży, przynosi wymierne efekty w postaci realizowania większych zakupów. Do innych innowacji należy rozwój aplikacji do zarządzania współpracą z dużymi klientami oraz kontroli zamówień klientów podczas ich realizacji. W ostatnim z przypadków wprowadzona została – i to z sukcesem – strategia szybkiego dzwonienia do osób, które nie zrealizowały do końca swoich zakupów (tj. nie sfinalizowały zamówienia pomimo stworzenia listy produktów w koszyku).

Polski akcent...

Rysunek 2. Od elektroniki do automatyki – przykładowe projekty w DesignSpark Mechanical: obudowa do komputera Raspberry Pi, szafa z aparaturą elektryczną i maszyna foliująca

... a  dokładniej wschodnioeuropejski również pojawił się na spotkaniu i  związany był z  omówieniem rozwoju biznesu w  naszym regionie. RS Components rozpoczął bezpośrednią działalność na tutejszym rynku stosunkowo niedawno – przynajmniej w porównaniu do innych dystrybutorów katalogowych, bo w 2011 r. Uruchomiona została wtedy polska witryna internetowa firmy, założone zostało również biuro, które znajduje się na warszawskim Służewie. W ostatnich dwóch latach liczba klientów w regionie (obejmuje on również obsługiwane przez polski oddział Czechy i Węgry) wzrosła z około 1,5 tys. do ponad 11 tys., a dynamika była imponująca szczególnie w przypadku naszego kraju. Zdaniem przedstawicieli RS Components Polska nadal charakteryzuje się dużym potencjałem wzrostowym i, jak można sądzić, oferowanie narzędzi takich jak DesignSpark Mechanical powinno przekonać kolejnych potencjalnych klientów do zainteresowania się ofertą brytyjskiego dystrybutora.

Zbigniew Piątek

również cały czas e-commerce, czyli sprzedaż bazująca na wykorzystaniu kanałów elektronicznych. Chociaż przedsiębiorstwo jest dystrybutorem

Warsztaty „Projektuj z użyciem mikrokontrolerów KINETIS L” w 5 miastach Polski Firma Freescale we współpracy z Farnellem i KAMAMI.pl organizuje w pięciu miastach na terenie kraju warsztaty „Projektuj z użyciem mikrokontrolerów KINETIS L”, które będą poświęcone nowoczesnym mikrokontrolerom z rodziny KINETIS L (rdzeń Cortex-M0+). Uczestnicy warsztatów będą mieli możliwość poznania mikrokontrolerów KINETIS L w praktycznych aplikacjach, a w szczególności: • zapoznają się z bezpłatnym środowiskiem programistycznym CodeWarrior, • zapoznają się z  bezpłatnym system operacyjnym MQX Lite (MQX), • będą samodzielnie programować i debugować przykładowe programy, • będą uruchamiali i  analizowali działanie aplikacji opartych na MQX Lite (CodeWarrior + MQX), • będą uruchamiali i analizowali działanie aplikacji z USB na MQX Lite (CodeWarrior + MQX). Warsztaty odbędą się w następujących lokalizacjach: Poznań 21 października 2013 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Wrocław 22 października 2013 Gliwice 23 października 2013 Kraków 24 października 2013 Warszawa 25 października 2013 Sesje warsztatowe będą bazowały na zestawach FREEDOM KL25Z, każdy uczestnik warsztatów będzie wykonywał ćwiczenia na własnym sprzęcie. Uczestnicy warsztatów otrzymają także kupony na bezpłatnego e-booka „Mikrokontrolery KINETIS L w  praktyce”, który ukaże się nakładem Wydawnictwa BTC w listopadzie 2013 roku. Dodatkową atrakcją są certyfikaty uczestnictwa w warsztatach prowadzonych przez inżynierów z firmy Freescale. Uczestników zapraszamy na warsztaty z  własnymi komputerami, koniecznie z zainstalowanym bezpłatnym pakietem CodeWarrior w wersji SE oraz przykładowymi aplikacjami, które wraz z dokumentacją są dostępne w portalu www.KINETIS.pl. Szczegółowe informacje są dostępne pod adresem www.KINETIS.pl.

133

INFO

Prezentacja projektu Proteus 24 września na Stadionie Narodowym w  Warszawie odbyła się premiera system Proteus, zapewniającego zupełnie nową jakość działania służbom antykryzysowym i antyterrorystycznym. Podczas zainscenizowanej akcji ratowniczej użyto trzech robotów interwencyjnych, mobilne centrum dowodzenia, samolot bezzałogowy oraz wiele nowoczesnych rozwiązań. Pokaz na Stadionie Narodowym to ukoronowanie ponad 5 lat pracy nad jednym z największych projektów badawczo-rozwojowych w Polsce (całkowity budżet ponad 68 mln zł), zrealizowanym przez konsorcjum jednostek naukowych pod przewodnictwem Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP. „Zintegrowany mobilny system wspomagający działania antyterrorystyczne i antykryzysowe” - Proteus składa się m.in. z trzech wielofunkcyjnych robotów mobilnych, samolotu bezzałogowego oraz mobilnego centrum dowodzenia. Wszystkie elementy stanowią zintegrowaną całość i są odpowiedzią na liczne wyzwania, przed którymi stoją służby odpowiedzialne za bezpieczeństwo obywateli: gwałtowne zjawiska pogodowe, powodzie, a nawet zagrożenia terrorystyczne, chemiczne oraz biologiczne. Wyniki projektu Proteus mogą stanowić podstawę od stworzenia konkretnych rozwiązań i produktów, które wspomogą działania służb odpowiedzialnych za bezpieczeństwo publiczne.

Elementy systemu Proteus Mobilne centrum dowodzenia zamontowane na podwoziu samochodu ciężarowego, wyposażone w szereg rozwiązań telekomunikacyjnych i informatycznych, (z wykorzystaniem technik satelitarnych). To tutaj odbywa się przetwarzane i analizowane danych nadchodzących z pozostałych elementów Proteusa, takich jak samolot bezzałogowy czy roboty.

Samolot Bezzałogowy

zagrożone. Mały Robot został wyposażony w  szereg urządzeń pozwalających na pobranie próbek do analiz o  różnym stanie skupienia i przewiezienie ich do laboratorium w celu dalszej analizy.

Średni Robot Średni robot w systemie Proteus łączy funkcje interwencyjne i rozpoznawcze. Gąsienicowy układ napędowy umożliwia poruszanie się w trudnym terenie, również we wnętrzach budynków. Funkcje rozpoznawcze realizowane są dzięki możliwości montażu szerokiego wachlarza czujników, które wchodzą w skład systemu Proteus (np. czujnik materiałów wybuchowych). Funkcje interwencyjne zapewnia wielofunkcyjny manipulator o zasięgu aż 2 metrów i możliwości przenoszenia ładunków o maksymalnym udźwigu 28 kg

Duży Robot Robot ten jest największym robotem wchodzącym w skład systemu Proteus. Duża prędkość i doskonałe właściwości jezdne umożliwiają sprawne i szybkie operowanie na trudnym, nieutwardzonym podłożu. Dzięki odpowiedniej konstrukcji i gabarytom może podnosić i przewozić ładunki o znacznej masie, nawet do 40 kg. Manipulator Dużego Robota służyć może do montażu urządzeń peryferyjnych

Mobilne Centrum Operatorów Robotów Na miejsce akcji wszystkie roboty dowiezie Mobilne Centrum Operatorów Robotów, zamontowane na podwoziu samochodu ciężarowego. Ta lekka i mobilna ciężarówka jest wyposażona w sprzęt do szybkiego załadunku i rozładunku robotów, przenośne lekkie konsole operatorów robotów oraz system łączności z centrum dowodzenia w ramach podstawowego stanowiska dowodzenia akcją.

Jego zadaniem jest wspomaganie działań w sytuacjach kryzysowych poprzez obserwację, zbieranie danych z zagrożonych obszarów (za pomocą czujników takich jak np. w pełni innowacyjny czujnik płomieni) i przekazywanie ich do Mobilnego Centrum Dowodzenia. Dostarczone informacje usprawniają proces decyzyjny i koordynację służb zaangażowanych w akcję ratunkową. Samolot Bezzałogowy jest jednostką częściowo autonomiczną – dzięki możliwości poruszania się po zadanej wcześniej trasie przelotu, nie wymaga stałej uwagi operatora i przeszkolenia w zakresie pilotażu. Bardzo ciekawym elementem samolotu jest opracowany przez ITME czujnik, umożliwiający zdalne rozpoznawanie palących się substancji, na podstawie analizy barw płomieni.

Mały robot Najmniejszy z robotów wchodzących w skład systemu Proteus. Jego podstawową funkcją jest inspekcja trudno dostępnych i  potencjalnie skażonych miejsc, gdzie zdrowie i życie osób biorących udział w akcji jest poważnie

134

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

Ogłoszenia i reklamy hurtowni, sklepów, importerów, producentów, dealerów, itp. są płatne. Cena podstawowego modułu (35 x 20 mm) wynosi 66 zł + VAT. Koszt minimalnej ramki dla ogłoszeń o wielkości 3 modułów wynosi 198 zł + VAT. Moduły można łączyć zarówno w pionie jak i w poziomie. Maksymalna szerokość ogłoszenia to 5 modułów, wysokość 12 modułów. Rabaty stosujemy wyłącznie dla reklam powyżej 8 modułów: 4-6 emisji 10%, 7-11 emisji 15% i od 12 emisji 25%. Oferta specjalna: • publikacja fragmentów cennika w ramce o wielkości: 8 modułów w pionie cena 264 zł + VAT, 9 modułów w poziomie 305 zł + VAT • rabat specjalny dla firm poszukujących pracowników wynosi 25% (wyłącznie dla dużych reklam). Wszelkich informacji udziela Grzegorz Krzykawski, tel. 22 257 84 60, e-mail: [email protected]. Reklamy do tej rubryki mogą być przygotowane przez Zamawiającego w postaci wydruku z drukarki laserowej lub pliku w formacie CDR, AI, EPS (tekst zmieniony na krzywe), PSD, PDF z próbnym wydrukiem albo pliku w dowolnym edytorze tekstu (także z wydrukiem), jeśli krój czcionek nie jest rzeczą dużej wagi. Małe reklamy mogą być przygotowane w redakcji (gratis) na podstawie odręcznego szkicu lub maszynopisu. Opracowania te nie będą jednak wówczas uzgadniane z Zamawiającym przed oddaniem do druku. Redakcja nie odpowiada za treść reklam i  ogłoszeń zamieszczonych w  Elektronice Praktycznej

Niniejsze ogłoszenia są informacją handlową i nie stanowią oferty w myśl art. 66, § 1 Kodeksu Cywilnego. Ceny mogą ulec zmianie.

forum.ep.com.pl

Nie przegap!

interesujących materiałów w siostrzanym czasopiśmie W październikowym wydaniu

Elektroniki dla Wszystkich

Automatyczny prostownik „szyty na miarę”

między innymi:

Licznik Geigera Mierniki do pomiarów promieniowania jonizującego tylko z pozoru są tajemniczymi urządzeniami. Odpowiedni detektor można bez problemu kupić, a układ elektroniczny jest zaskakująco prosty. Czy i Ty zbudujesz taki przyrząd? Filtry pasmowe TRX-a na pasma KF Od dawna zmorą wszystkich elektroników są cewki, w szczególności te, które trzeba samodzielnie nawijać. Doświadczony krótkofalowiec pokazuje, że zestaw filtrów do transceivera można z powodzeniem wykonać w oparciu o popularne, gotowe dławiki. PKE – Klaskacz Dziewiąty wykład kursu to zwięzłe wprowadzenie w technikę audio. Oprócz propozycji ćwiczeń zawiera ważne informacje, konieczne każdemu, kto poważnie chce się zajmować techniką analogową, w tym układami audio. Microsumo – dwa roboty w 10 godzin Interesujący artykuł pokazujący, że samodzielne konstruowanie robotów wcale nie jest tak pracochłonne, jak się może wydawać. Na dodatek takie ekspresowo wykonane roboty z powodzeniem mogą zdobywać nagrody na konkursach i pokazach! Tyrystory i triaki. Pierwsza część artykułu, A może masz pomysł na ciekawy artykuł lub projekt? stworzonego „na zamówienie społeczne”, Skonstruowałeś urządzenie, omawia podstawowe właściwości tyrystorów. które jest godne zaprezentowania szerszej publiczności? Współczesnym elektronikom nadal jest potrzebMożesz napisać artykuł edukacyjny? na wiedza o tych coraz rzadziej używanych Chcesz podzielić się doświadczeniem? elementach. Ponadto w numerze W takim razie zapraszamy do współpracy na łamach � Automatyczny prostownik „szyty na miarę” Elektroniki dla Wszystkich. Kontakt: [email protected] � Wytrawiarka płytek PCB � Sterownik siłownika elektrycznego EdW możesz zamówić w sklepie internetowym AVT � Latarka AAA � Warsztatowe patenty – Studencki warszhttp://www.sklep.avt.pl, telefonicznie 22 257 84 50, tacik fax: 22 257 84 55, listownie lub za pomocą e-maila: � Super(ultra)kondensatory. [email protected] Do kupienia także w Empikach Pseudokondensatory i hybrydy i wszystkich większych kioskach z prasą. � Szkoła Konstruktorów – Zaproponuj układ Na wszelkie pytania czeka także Dział Prenumeraty elektroniczny pracujący w wodzie lub tel. 22 257 84 22, [email protected] w dowolnej cieczy albo związany z wodą. CENA 12zł

(w tym 5% VAT)

• NAKŁAD: 14 990 egz.

www.elportal.pl

INDEKS 333 62X

ISSN 1425-1698

10 /2013 PAŹDZIERNIK •

www.elportal.pl

Niniejsze ogłoszenia są informacją handlową i nie stanowią oferty w myśl art. 66, § 1 Kodeksu Cywilnego. Ceny mogą ulec zmianie.

avt.pl/prenumerata

Niniejsze ogłoszenia są informacją handlową i nie stanowią oferty w myśl art. 66, § 1 Kodeksu Cywilnego. Ceny mogą ulec zmianie.

Kity AVT Kod

Najpopularniejsze Kity AVT dostępne w wersjach A, B, C A – płytka drukowana z dokumentacją B – kit, czyli zestaw elementów z płytką drukowaną i dokumentacją C – moduł (urządzenie) zmontowany i uruchomiony z instrukcją tylko w języku polskim

Nazwa

Publ.

Cena PLN

Kod

z  VAT (23%)

A

B

C

RTV/Audio/Video AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT

594 1023 1024 1492 2132 2153 2180 2392 2449 2477 2728 2864 MOD07 MOD11 MOD12

Zdalnie sterowany potencjometr Przedwzmacniacz gramofonowy RIAA Wzmacniacz słuchawkowy Wzmacniacz 2 x 100 W Przedwzmacniacz z  regulacją barwy Wzmacniacz 100 W  z  TDA7294 Wzmacniacz mocy z  LM3886 Wzmacniacz mikrofonowy SMD Filtr do subwoofera Wzmacniacz mocy 70 W  na TDA 1562 Wzmacniacz mikrofonowy Analizator widma Wzmacniacz słuchawkowy Wzmacniacz mocy 2×12 W Wzmacniacz mocy 2×22 W

AVT 1615 AVT 1616 AVT 1618 AVT 1619 AVT 1620 AVT 1622 AVT 1625 AVT 1633 AVT 1646 AVT 1649 AVT 1665 AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT

1666 1668 3500 3505 5272 MOD03 MOD04 MOD05 MOD06 PROG1 PROG2

AVT AVT AVT AVT AVT

733 735 1066 1459 1572

EP10/04 EP11/94 EP10/94 EP11/08 EdW2/97 EdW8/97 EdW2/98 EdW2/00 EdW9/00 EdW3/01 EdW7/04 EdW5/08

Uniwersalny adapter dla AVR EP2/08 Minimoduł z  ATtiny2313 EP2/11 AVTduino LCD - wyoewietlacz LCD dla EP4/11 Arduino AVTduino LED - wyoewietlacz LED dla EP5/11 Arduino AVTduino JOY – manipulator dla Arduino EP6/11 AVTduino Motor – driver silników dla EP9/11 Arduino Cortexino – kompatybilna z  Arduino płytka EP5/11 z  LPC1114 Minimoduł z  ATMEGA8 EP6/11 PICduino – kompatybilna z  Arduino płytka EP7/11 z  PIC18F2550 Uniwersalny moduł rozszerzeń dla Arduino EP8/11 AVTduino BT – moduł Bluetooth kompatyEP9/11 bilny z  Arduino Moduł karty pamięci kompatybilny EP11/11 z  Arduino Moduł wyświetlacza LCD z  mikrokontroleEP2/12 rem ATmega8 AVTduino RELAY moduł przekaźników EP3/12 AVTduino ETHERNET EP3/12 Płytka testowa do kursu BASCOM AVR EdW12/02 Płytka testowa do kursu C EdW1/06 AVTduino – sposób na AVR EP1/11 Konwerter USB<–>RS485 Moduł przekaźników na USB Ethernetowy moduł I/O Uniwersalny moduł portów I/O  na USB Programator USB – AVR (STK500 v2) Mini programator USB – AVR (STK500 v2)

38 5 5,5 15 4 7 8 6 6 7 4 36

90 19 26 67 24 57 88 19 22 85 20 74

110

130 30 38 100 35 137 74 38 42

18 8

75 29

125 37

14

40

52

10

43

53

10

29

38

11

33

44

11

67

90

390 513 924 925 950/1

8-kanałowy przełącznik RC5/SIRC EP4/05 Zegar z  2-kanałowym termometrem EP10/03 Programowany sterownik świateł EP4/06 Karta przekaźników na USB EP4/06 Termostat elektroniczny EP9/06 Automat do zapalania świateł w  samochoAVT 990 EP6/07 dzie AVT 1007 Regulator obrotów silnika elektrycznego EP8/94 AVT 1314 Najprostszy sterownik silnika krokowego EP8/01 AVT 1474 Generator fali prostokątnej EP8/08 AVT 1476 Włącznik zmierzchowy EP8/08 AVT 1510 Bariera laserowa EP1/09 AVT 1520 Zdalny włącznik radiowy EP4/09 AVT 1525 Sterownik unipolarnego silnika krokowego EP6/09 Regulator obrotów wentylatora 230 V AVT 1613 EP4/11 z  silnikiem indukcyjnym AVT 2210 Najprostszy regulator mocy 230 V EdW3/97 Ładowarka akumulatorów żelowych – AVT 2309 EdW10/98 zasilacz buforowy AVT 2715 Ładowarka akumulatorów ołowiowych EdW3/04 2-kanałowy termometr z  dwukolorowym AVT 5108 EP8/07 wyświetlaczem LED AVT 5250 Karta przekaźników z  interfejsem Ethernet EP8/10 AVT 5330 8-kanałowy termometr do PC EP2/12 Czterokanałowy termometr z  wyświetlaAVT 5389 EP5/12 czem LED AVT MOD01 Regulator impulsowy DC (15 A) AVT MOD08 Bezstykowa kontrola dostępu (RFID)

8

40

53

67

94

15

23

32

8

80

94

8

22

38

AVT 705

9

66

92

AVT 710

10 10 22 34 11

38 54 120 122 63

52 82 200 190 84 65 92 350 90 98 67

AVT 719

EdW1/05 EdW3/05 EP8/95 EP12/07 EP6/10

6 6 4 5 7

30 25 18 20 36

49 38 24 30 57

MT3/97

6

32

52

EdW3/98

6

37

58

EdW3/08

31

76

98

EdW1/12 EP10/02 EP3/12

AVT AVT AVT AVT AVT

12

Przyrządy warsztatowe Monitor i  konserwator akumulatora Regulator impulsowy DC Miniaturowy zasilacz uniwersalny Uniwersalny układ czasowy Symetryczny zasilacz warsztatowy Najmniejszy moduł miniwoltomierza na AVT 2126 LCD AVT 2270 Moduł miliwoltomierza do zasilaczy Moduł woltomierza/amperomierza z  terAVT 2857 mostatem AVT 2999 Mini Kombajn Pomiarowy AVT 5083 Mikroprocesorowy zasilacz laboratoryjny AVT 5333 Multimetr panelowy AVT MOD09 Konwerter USB <–> RS232 AVT MOD10 Miernik częstotliwości 50 MHz

Publ.

Cena PLN z  VAT (23%)

A

B

C

Dla domu, samochodu, wypoczynku i  zabawy

Układy uP, uC i  do PC AVT 1462 AVT 1610

Nazwa

60 40 23

170 56 49

260 70 36 46

17 30 22 22 36

36 88 38 67 94

50 140 55 80 143

5

26

40

6 6,5 5 4 6 36 22

30 38 28 24 50 69 38

48 45 50 32 90

6

34

52

5,1

25

33

6,3

24

39

6

36

59

29

78

106

52 22

190 64

280 95

27

65

110 64 140

Zestawy startowe AVT AVT AVT AVT

701 702 703 704

Zestaw startowy: rezystory – 660 szt. Zestaw startowy: kondensatory – 265 szt. Zestaw startowy: elektrolity – 100 szt. Zestaw startowy: półprzewodniki – 76 szt. Zestaw startowy: elementy mechaniczne – 600 szt. Zestaw do wykonywania płytek drukowanych Zestaw startowy diody LED – 142 szt.

19 26 26 16 25 28 28

Nowości AVT 5415 AVT 5412 AVT 5413 AVT 5414 AVT 1775 AVT 1772 AVT 1773 AVT 1771 AVT 1774 AVT 1776 AVT AVT AVT AVT AVT

1777 5410 5418 5419 5420

Miernik panelowy do zasilacza symetrycznego Moduły rozszerzeń dla Raspberry Pi: RaspbPI_DIO16 - płytka cyfrowych portów I/O Moduły rozszerzeń dla Raspberry Pi: RaspbPI_HUB - 4-portowy HUB USB zgodny z Raspberry PI Moduły rozszerzeń dla Raspberry Pi: RaspbPI_DCM - Sterownik silników prądu stałego Miniaturowy konwerter USB/UART z układem FT230XS Płytka uruchomieniowa z mikrokontrolerem Precision32 Xbee Mini – radiowa łączność bezprzewodowa LiPo PWR – mikroprzetowornica 3 V/5 V 500 mA Minimoduł z nowoczesnym sterownikiem silnika szczotkowego DCC SoftStart – łagodny start makiety kolejowej Miniaturowy moduł z ATtiny861 Time-ek – sterownik czasowy Cyfrowy generator sygnału prostokątnego Zasilacz do modeli kolejki Wielopunktowy termometr z rejestracją

EP9/13

24

59

EP9/13

9

EP9/13

14

EP9/13

9

EP9/13

8

EP9/13

14

EP9/13

7

EP9/13

6

EP10/13

8

EP10/13

7

28

EP10/13 EP10/13 EP10/13 EP10/13 EP10/13

8 28 20 13 26

32 57 54 38 72

22

34

41 78

Pełna oferta oraz prezentacje techniczne kitów i modułów są dostępne na stronie: sklep.avt.pl 138

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013 Niniejsze ogłoszenie jest informacją handlową i nie stanowi oferty w myśl art. 66, § 1 Kodeksu Cywilnego. Ceny mogą ulec zmianie.

Prenumerata

za darmo lub półdarmo

Jeśli jeszcze nie prenumerujesz Elektroniki Praktycznej, to spróbuj za darmo! Warunkiem otrzymania 3-miesięcznej bezpłatnej prenumeraty próbnej od listopada jest wniesienie, jako swego rodzaju „kaucji”, opłaty za następne 9 miesięcy (144,00 zł). Jeśli nie uda nam się przekonać Cię do prenumeraty i zrezygnujesz z niej przed 16 stycznia 2014 – otrzymasz zwrot całej swojej wpłaty. Nie musisz próbować, bo jesteś zdecydowany na prenumeratę? Wybierz relatywnie najtańszą opcję startową, czyli prenumeratę 2-letnią, której cenę obniżyliśmy o wartość aż 8 numerów! Jeśli już prenumerujesz EP, nie zapomnij przedłużyć prenumeraty. W ten sposb uzyskasz prawo do jeszcze atrakcyjniejszych zniżek – nawet do 50% ceny czasopisma! Szczegóły na www.ep.com.pl/oferta-prenumeraty. Prenumerata Elektroniki Praktycznej to również: • 80% zniżki na równoległą prenumeratę e-wydań (co oznacza dostęp do najnowszych wydań jeszcze przed ukazaniem się pisma w kiosku!) • 50% zniżki na archiwum EP (na PenDrive’ie, karcie lub DVD) – Prenumeratorzy płacą tylko 48 zł • 50% zniżki na wydania specjalne „Elektronika Praktyczna Plus” – Prenumeratorzy płacą tylko 13 zł • co miesiąc CD „Niezbędnik Elektronika”, a na nim m.in. narzędzia programowe, karty katalogowe i noty aplikacyjne (tylko dla Prenumeratorów) • zniżki w sklepie www.sklep.avt.pl • zniżki w wielu innych sklepach elektronicznych i inne przywileje Klubu AVT-elektronika (www.avt.pl/klub-elektronika)

Prenumerata prosto do Twojego domu. Zaprenumeruj Elektronikę Praktyczną w październiku, a  otrzymasz z dostawą do domu prezent – do wyboru: płytę Gienek Loska Band „Dom” lub koszulkę z logotypem EP

A więc – zamów prenumeratę! Możesz to zrobić na kilka sposobów: • dokonując wpłaty na nasze konto: AVT-Korporacja Sp. z o.o., ul. Leszczynowa 11, 03-197 Warszawa, BNP Paribas Bank Polska SA, 97 1600 1068 0003 0103 0305 5153 • wypełniając formularz w Internecie (na stronie www.avt.pl) – tu można zapłacić kartą lub dokonać szybkiego przelewu • wysyłając na numer 663 889 884 SMS-a o treści PREN – oddzwonimy i przyjmiemy zamówienie (koszt SMS-a wg Twojej taryfy) • zamawiając za pomocą telefonu, e-maila, faksu lub listu.

Informację, jaki prezent wybierasz, przekaż nam przed końcem października – mailem ([email protected]), faksem (22-257-84-00), telefonicznie (22-257-84-22) lub listownie (Wydawnictwo AVT, Dział Prenumeraty, ul. Leszczynowa 11, 03-197 Warszawa)

NIEZBĘDNIK ELEKTRONIKA

to płyta CD, którą co miesiąc dostają TYLKO PRENUMERATORZY EP. Niezbędnik elektronika to narzędzia programowe, karty katalogowe, noty aplikacyjne... Niezbędnik elektronika to krążek, który trzeba mieć. Nie pozwól, by taki rarytas przechodził Ci koło nosa: zaprenumeruj Elektronikę Praktyczną!

Tylko Prenumeratorzy mogą kupić pełne archiwum EP (lata 1993-2008) w formacie PDF ze zniżką 50%. Cena wynosi 96 zł, ale

dla Prenumeratorów tylko 48 zł!

Archiwum wydaliśmy na trzech nośnikach: DVD, karcie microSD i PenDrive’ie Zamówić je można na stronie sklep.avt.pl

Cena najnowszego wydania EP+ to 26 zł, ale... Prenumeratorzy płacą jedynie 13 zł!

Nie lubisz płacić wszystkiego na raz? Pomyśl o stałym zleceniu bankowym: www.avt.pl/szb Dział Prenumeraty Wydawnictwa AVT, ul. Leszczynowa 11, 03-197 Warszawa, tel.: 22 257 84 22, faks: 22 257 84 00, e-mail: [email protected]

WYKAZ FIRM DZIAŁ OGŁASZAJĄCYCH SIĘ W  TYM NUMERZE ELEKTRONIKI PRAKTYCZNEJ AKSOTRONIK ............................... 135 AM TECHNOLOGIES ..................... 123 ARMEL ......................................... 135 ASTAT ............................................ 17 BORNICO ......................................... 8 CEFROMIK.................................... 137 CELTOR ........................................ 137 CSI ................................................. 12 DELTA ......................................... 135 ELMARK AUTOMATYKA ....... 129, 131 ELMAX......................................... 136 ELPIN ........................................... 136 ELPOD.......................................... 137 EVATRONIX .................................... 87 FALDRUK........................................ 16 FARNELL............... 53, 55, 57, 59, 142 FERYSTER ....................................... 56 GAMMA ........................................ 56 GTB SOLARIS ................................ 135 HUMA .................................... 56,137 KRADEX ....................................... 135 KRISTECH ..................................... 137 MASZCZYK..................................... 56 NATIONAL INSTRUMENTS .............. 15 NDN ........................................ 3, 141 OPTOSOFT ................................... 119 PHOENIX CONTACT ...................... 103 PIEKARZ ................................. 56, 137 PYFFEL ......................................... 135 QWERTY ........................................ 10 REICHELT ........................................ 11 RENEX ........................................... 56

Elektronika Praktyczna 11/2013 Kolejne gigabajty narzędzi niezbędnych do pracy konstruktora, czyli NIEZBĘDNIK ELEKTRONIKA na DVD. Tylko dla prenumeratorów EP.

Sprzętowy sterownik graficznego wyświetlacza LCD 8,4” typu EG9018C

Wyświetlacze EG9018C nie mają wbudowanego układu kontrolera, przez co ich implementacja w systemach mikroprocesorowych wydaje się być bardzo złożona lub wręcz niemożliwa. Jak jednak pokazuje praktyka, bezpośrednie sterowanie wyświetlaczem EG9018C nie jest aż takie trudne. Za miesiąc opiszemy sposób realizacji w pełni sprzętowej obsługi wyświetlacza EG9018C przez mikrokontroler STM32 typu STM32F107.

Sterownik działkowy

W kolejnej EP zaprezentujemy sterownik, który pozwala na zautomatyzowanie podlewania roślin, chociaż nie tylko. Układ ten kontroluje cztery wyjścia przekaźnikowe, które mogą załączać elektrozawory, pompy, siłowniki elektryczne, wentylatory lub inne urządzenia. Wszystkie wyjścia pracują niezależnie w programowanych cyklach załączania.

8-kanałowy termometr z alarmem

Termometry i związane z nimi układy automatyki cieszą się niesłabnącym zainteresowaniem Czytelników. Za miesiąc opiszemy konstrukcję termometru, który mierzy temperaturę w 8 kanałach i ma możliwość zaprogramowania alarmu, gdy temperatura przekracza ustalony zakres.

Cyfrowa skala do transceivera KF lub UKF

Skala cyfrowa, której opis opublikujemy za miesiąc, jednocześnie mierzy częstotliwości sygnałów doprowadzonych do dwóch niezależnych wejść VFO i BFO podając na wyświetlaczu ich sumę lub różnicę.

RK-SYSTEM .................................... 41 ROHDE & SCHWARZ....................... 13 RS COMPONENTS ............................ 9 RUTRONIK ...................................... 19 SEMICON ....................................... 77 ST MICROELECTRONICS ...................... ................................ 5, 43, 48, 51, 54 TELMATIK .................................... 135 TESPOL .......................................... 47 TOMSAD...................................... 121 TRANSFER ELEKTRONIK ................ 135 WG ELECTRONICS ........................ 107 WOBIT ..................... 14, 56, 130, 136 Z ELEKTRONIK .............................. 136 Reklamy 140 stron internetowych na str. 56

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 10/2013

CDEP 10/2013 Dodatkowe materiały do artykułów: • Mikrokontrolery Precision32 • 32 bity jak najprościej Dodatkowe materiały do projektów: • Projekty pokrewne • Noty katalogowe • Programy • Źródła • PCB

, P T F R E W R E S Y N J Y C K A D E R : . N I . M M I N A AN Dodatkowe materiały oraz poprzednie części do artykułów: • Mikrokontrolery Precision32 • 32 bity jak najprościej Dane wymagane do logowania na serwerze FTP Elektroniki Praktycznej: host: ftp://ep.com.pl • user: 52062 • pass: 2174bqnf Uwaga: na serwerze FTP są dostępne materiały od numeru 12/2009 do wydania bieżącego. Dostęp do poszczególnych materiałów dla Czytelników EP po podaniu unikatowego hasła opublikowanego w EP.

OFERTA ROKU! RIGOL

®

Model Pasmo analogowe Liczba kanałów

DS2072 70 MHz 2 2 GSa/s (praca jednokanałowa), 1 GSa/s (praca dwukanałowa) 14 Mpkt (standard), 56 Mpkt (opcja) 50 000 wfms/s ≤ ±25 ppm ≤ ±5 ppm/rok 2 ns/dz do 1000 s/dz (1 MΩ ±1%) II (16 pF ±3 pF) 500 μV/dz do 10 V/dz ±2% pełnej skali 20 MHz maks. 65 000 ramek (standardowo)

Funkcje matematyczne

A+B, A-B, AxB, A/B, FFT, funkcje zaawansowane, operacje logiczne Vpp, Vamp, Vmax, Vmin, Vtop, Vbase, Vavg, Vrms, przerost, przedrost, obszar, obszar okresu, częstotliwość, okres, czas narastania i opadania, +Width, -Width, +Duty, -Duty, opóźnienie A→B zbocza narastającego, opóźnienie A→B zbocza opadającego, przesunięcie fazy A→B zbocza narastającego, przesunięcie fazy A→B zbocza opadającego USB Host (obsługa USB-GPIB), USB Device, LAN(LXI), wyjście AUX (Trig Out, Pass/Fail) 8” (203 mm) TFT LCD, 800 (poziomo) x RGB x 480 (pionowo) pikseli, 256 poziomów jasności 361,6 mm x 179,6 mm x 130,8 mm 3,9 kg ±0,2 kg (bez opakowania) 350 MHz sonda pasywna RP3300: 2 komplety

Ń Ź O D W ! W Z Ę A D T R A R P Z I S FE O

Maksymalna częstość próbkowania Maks. pojemność pamięci Częstość odświeżania przebiegów Dokładność podstawy czasu Dryft podstawy czasu Zakres podstawy czasu Impedancja wejściowa Czułość odchylania pionowego Dokładność wzmocnienia DC Ogranicznik pasma Rejestracja w czasie rzeczywistym, Odtwarzanie, analiza przebiegów Standardowe tryby wyzwalania

Opcjonalne funkcje wyzwalania

Dekodowanie standardowe Dekodowanie opcjonalne magistral szeregowych

Edge, Pulse Width, Slope, Video, Pattern, Runt, SetupHold, RS232, I2C, SPI Windows, Nth Edge, HDTV, Delay, Time out, Duration, USB magistrala równoległa RS232, I2C, SPI

Pomiary automatyczne

Interfejsy komunikacyjne

Ekran

Wymiary (Sz. x Wys. x Gł.) Waga

Sondy pomiarowe w standardzie

Próbkowanie 1GSa/s, Pamiêæ 1Mpunkt a j c o " Przy zakupie n m o o DS1052E Pr telef w promocji PC5000a a n " ®

02-784 Warszawa, ul. Janowskiego 15 tel./fax (22) 641-15-47, 644-42-50 http://www.ndn.com.pl e-mail: [email protected]

WIĘCEJ ZA MNIEJ „ Konkurencyjne ceny na produkty nawijane na szpule „ 50,000 produktów w opakowaniach gotowych do użycia w produkcji „ Śledzenie produktu wg DATY i numeru PARTII dla ponad 60,000 produktów „ Dedykowany Zespół Ekspertów do przygotowywania ofert cenowych SPRAWDŹ OFERTĘ PRODUKTOWĄ I CENY

www.farnell.com/pl