Elektronika Praktyczna 1998-06

6/98 czerwiec 5 zł 90 gr

w w w. a v t . c o m . p l

▲ Sterownik nagrzewnicy elektrycznej

Kolejne urządzenie opracowane z myślą o fotografikach. Prosta konstrukcja termoregulatora i duże walory użytkowe powodu− ją, że znajdzie on z pew− nością wiele zastosowań także w in− nych dziedzi− nach życia, str. 49.

▲

Jeden z naszych Czytelników postanowił wzbogacić popularnego “farelka” o mikroprocesorowy sterownik, dzięki któremu możliwości tego prostego urządzenia stały się znacznie większe, str. 83.

▲

Dzięki zastosowaniu w prezentowanym urządzeniu niezwykłego czujnika oświetlenia i nowoczesnego mikrokontrolera uczy się ono dość szybko i potrafi w bardzo zmyślny sposób zareagować na zmiany oświetlenia zewnętrznego, str. 55.

Układ do ćwiczenia wymowy Przy pomocy urządzenia prezentowanego w artykule można uprzyjemnić sobie naukę języków obcych, można także wykorzystać je do korygowania wad wymowy. Str. 45.

▲

Mikroprocesorowy generator impulsów Przykład nietypowego zastosowania miniaturowego mikrokontrolera firmy Microchip, str. 72.

Interfejs MIDI do komputerów Atari

Do niedawna mało kto zdawał sobie sprawę z tego, jak bar− dzo niedoskonałe są bimeta− liczne startery do świet− lówek. Wad pierwowzoru pozbawiona jest elektro− niczna wersja startera, wykorzystująca za− awansowaną techni− kę impulsową, str. 61.

Przegląd narzędzi lutowniczych...

▲

Są jednak wśród naszych Czytelników miłośnicy kompute− rów Atari! Artykuł na str. 86 pokazuje, w jaki sposób można dołączyć instrumenty z MIDI do Atari − rozwiązanie proste lecz, jak zapewnia nas autor opracowania, gwarantujące dobre efekty!

▲

Elektroniczny układ zapłonowy świetlówki

W drugiej części artykułu prezentujemy odbiornik zdalnego sterowania z układem UM3758 firmy UMC, str. 23.

4

Interfejs wejściowy do portu Centronics To proste urządzenie pozwoli zapobiec uszkodzeniu obwodów wejściowych portu równoległego Centronics, podczas wykorzystywania go jako wejściowego portu do komputera PC, str. 41.

▲ Inteligentny sterownik oświetlenia

▲ Raport EP

▲

Regulator temperatury dla fotografików

...kończymy prezenta− cją stacji lutowniczych dostępnych u dystrybu− torów w naszym kraju, str. 27.

Elektronika Praktyczna 6/98

▲

Muzykalny gadżet

▲

▲

Fajnie miga, ładnie gra... Słowem efektowny, muzykalny gadżet, który z pewnością nie jest niezbędny każdemu elektronikowi, ale na pewno się przyda! Str. 71.

Nowe przekaźniki firmy NAIS Matsushita O nowej “przekaźnikowej” propozycji firmy NAIS piszemy na str. 22.

Nr 66 czerwiec '98

Świat hobby .................................................................... 11 Projekty zagraniczne Prosty detektor metali .......................................................... 13

Notatnik Praktyka Płytki drukowane w domu, część 2 .................................... 17

Test Przegląd narzędzi lutowniczych, część 3 ........................... 27

Sprzęt Oscyloskop HP54645D .......................................................... 32

Projekty

Notatnik Praktyka

▲

W drugiej części artykułu poświęconego prezentacji nowoczesnych metod domowej produkcji obwodów drukowanych omawiamy podstawowe środki i narzędzia, które będą stanowiły podstawę osiągnięcia wysokiej jakości. Szczegóły na str. 17.

Interfejs I2C, część 1 .............................................................. 34 Interfejs wejściowy do portu Centronics ............................ 41 Układ do ćwiczenia wymowy ............................................. 45 Uniwersalny regulator temperatury dla fotografików ...... 49 Inteligentny sterownik oświetlenia ...................................... 55 Elektroniczny układ zapłonowy świetlówki ......................... 61

Miniprojekty Muzykalny gadżet ................................................................. 71 Mikroprocesorowy generator impulsów ............................ 72

Podzespoły Niezwykłe pamięci firmy Xicor ............................................. 19 Bezpieczne przekaźniki firmy NAIS Matsushita ................... 22 Nowe podzespoły ................................................................. 75

Kurs Procedury standardowe ...................................................... 79

Projekty Czytelników Sterownik nagrzewnicy elektrycznej ................................... 83 Interfejs MIDI do komputerów Atari .................................... 86

Raport EP Tor zdalnego sterowania, część 2 ...................................... 23

Biblioteka EP ................................................................... 89

Niezwykłe pamięci firmy Xicor

Forum ................................................................................ 90

O tajnikach pamięci określanych mianem SLIC piszemy na str. 19.

Info Świat ......................................................................... 91

▲

Info Kraj ............................................................................ 92 Listy ................................................................................... 94 Kramik+Rynek ................................................................ 95 Wykaz reklamodawców ............................................ 110 Ekspresowy Informator Elektroniczny ..................... 111 Wyniki konkursów ........................................................ 109

Elektronika Praktyczna 6/98

5

P

R

O J

E

K

T

Y P R O JZ E A K TG Y RZ AAGNR A I N CI C Z ZNN E

Prosty detektor metali Przedstawione w†artykule urz¹dzenie cechuje bardzo prosta konstrukcja i†ca³kiem niez³e parametry. Przy jego pomocy szukanie skarbÛw jest raczej wykluczone, ale moøliwoúÊ pierwszych eksperymentÛw i†walory praktyczne w†innych zastosowaniach nie s¹ do pominiÍcia.

Detektory metali wystÍpuj¹ w†dwÛch podstawowych wersjach: ìdetektorÛw skarbÛwî ukrytych w†ziemi oraz niewielkich urz¹dzeÒ s³uø¹cych do wykrywania rur, przewodÛw i†innych przedmiotÛw metalowych znajduj¹cych siÍ w†úcianach. Przedstawiony w†artykule bardzo prosty detektor metali naleøy do tej drugiej kategorii i†pozwoli majsterkowiczom na zlokalizowanie przewodÛw ulokowanych w†úcianach w†sposÛb nie niszcz¹cy. Urz¹dzenie jest niezwykle proste w†obs³udze, a†miernik wychy³owy zapewnia wyraüne potwierdzenie obecnoúci przedmiotu metalowego. Zastosowanie ma³ej pÍtli jako cewki detekcyjnej zapewnia w³aúciw¹ reakcjÍ urz¹dzenia w†przypadku niewielkich przedmiotÛw metalowych i†umoøliwi znalezienie nawet ma³ej úrubki lub gwoüdzia w†drewnianych drzwiach. Maksymalny zakres wykrywania wynosi w†przypadku ma³ych przedmiotÛw 40..50mm i†nie jest duøo wiÍkszy w†przypadku obiektÛw wiÍkszych. Czu³oúÊ wykrywania duøych przedmiotÛw moøna by³oby zwiÍkszyÊ stosuj¹c pÍtlÍ detekcyjn¹ (cewkÍ) o†duøych rozmiarach, to jednak utrudni³oby wykrywanie i†okreúlanie po³oøenia przedmiotÛw o†ma³ych rozmiarach. W†przypadku takiego urz¹dzenia, ma³a cewka detekcyjna stanowi chyba najbardziej sensowny wybÛr ze wzglÍdÛw praktycznych, poniewaø rzadko kto zainteresowany jest wykrywaniem przedmiotÛw znajduj¹cych siÍ w†úcianie na g³Íbokoúci wiÍkszej niø oko³o 30mm.

zawiera generator LC. Wiele detektorÛw wykorzystuje to, øe umieszczenie metalu w†pobliøu cewki generatora zmienia nieco jej indukcyjnoúÊ, a†wiÍc i†czÍstotliwoúÊ rezonansu. Wykrycie niewielkiej zmiany czÍstotliwoúci wymaga bardzo wraøliwego ucha. Z†tego powodu przedstawiane urz¹dzenie wykrywa tÍ zmianÍ w†zupe³nie inny sposÛb, a†do jej zasygnalizowania wykorzystany zosta³ miernik wychy³owy. Zamiast detekowania zmiany czÍstotliwoúci obwodu rezonansowego, z³oøonego z†rÛwnolegle po³¹czonych indukcyjnoúci i†pojemnoúci, s¹ wykrywane zmiany jego dobroci. DobroÊ obwodu rezonansowego jest miar¹ jego selektywnoúci i†wzmocnienia dla rezonansu, a†ulokowanie w†pobliøu indukcyjnoúci kawa³ka metalu powoduje st³umienie obwodu (ograniczenie wzmocnienia). W†przeciÍtnych warunkach ta zmiana dobroci by³aby zbyt ma³a, by daÊ zauwaøalny efekt. Generator urz¹dzenia jest jednak zaprojektowany w†taki sposÛb, øe sprzÍøenie zwrotne zapewnia spe³nienie warunku generacji praktycznie bez zapasu amplitudy, tj. tylko podtrzymuje drgania. Znalezienie siÍ w†pobliøu cewki przedmiotu metalowego spowoduje spadek poziomu sygna³u wyjúciowego generatora lub nawet zerwanie oscylacji. Sygna³ wyjúciowy generatora podawany jest na prostownik i†uk³ad wyg³adzaj¹cy, a†nastÍpnie na miernik wychy³owy. Sta³e napiÍcie wyjúciowe uk³adu wyg³adzaj¹cego jest proporcjonalne do

Zasada dzia³ania Zasada dzia³ania urz¹dzenia jest naprawdÍ niezwykle prosta, a†jej zrozumienie u³atwi schemat blokowy z†rys. 1. Podobnie jak w†przypad- Rys. 1. Schemat blokowy prostego detektora ku najprostszych de- metali. Urządzenie zawiera strojony układ tektorÛw metali, uk³ad równoległy LC, którego indukcyjność wykorzystana jest jako pętla detekcyjna.

Elektronika Praktyczna 6/98

13

P

R

O J

E

K

T

Y

Z A G R A N I C Z N E

Rys. 2. Schemat ideowy prostego detektora metali.

amplitudy drgaÒ generatora. Umieszczenie w†pobliøu cewki metalowego przedmiotu powoduje wiÍc spadek wychylenia miernika, a†jeúli przedmiot ten znajdzie siÍ bardzo blisko cewki, wskazanie moøe spaúÊ do zera.

Dzia³anie uk³adu Kompletny schemat elektryczny prostego detektora metali znajduje siÍ na rys. 2. By uzyskaÊ drgania, trzeba w†uk³adzie wzmacniacza zastosowaÊ dodatnie sprzÍøenie zwrotne. Uk³ad bÍdzie generowa³ pod warunkiem, øe straty w†pÍtli sprzÍøenia bÍd¹ niøsze niø wzmocnienie uk³adu. W†przedstawianym przypadku mamy do czynienia z†prostym wzmacniaczem nieodwracaj¹cym, zbudowanym na wzmacniaczu operacyjnym IC1. Rezystory R1 i†R2 okreúlaj¹ poziom napiÍcia sta³ego na wejúciu wzmacniacza oraz jego opornoúÊ wejúciow¹, rÛwn¹ 50kΩ. Wzmocnienie napiÍciowe uk³adu, wynosz¹ce oko³o 3..5V/V, narzuca pÍtla ujemnego sprzÍøenia zwrotnego z†rezystorami R3 i†R4. PÍtla dodatniego sprzÍøenia zwrotnego obejmuje doúÊ z³oøony dzielnik napiÍciowy, ale jej dzia³anie jest ca³kiem proste. Znajduj¹ siÍ w†niej regulowany t³umik z†potencjometrami VR1 i†VR2, rezystor szeregowy R7 oraz uk³ad rezonansowy. Aby zapewniÊ dostateczn¹ czu³oúÊ urz¹dzenia, dodatnie sprzÍøenie zwrotne powinno byÊ tylko

14

na tyle "silne", by podtrzymaÊ drgania uk³adu. W†zwi¹zku z†tym wspÛ³czynnik sprzÍøenia zwrotnego naleøy bardzo dok³adnie ustawiÊ. Potencjometr VR1 s³uøy do zgrubnej, a†potencjometr VR2 (o bardzo ograniczonym zakresie regulacji) do precyzyjnej regulacji poziomu sprzÍøenia. Elementy VR2 i†R8 po³¹czone s¹ rÛwnolegle z†rezystorem R6, co umoøliwia uzyskanie rezystancji w†zakresie od 1,8kΩ do 2,2kΩ. Tak bardzo ograniczony zakres zmian pozwala na ³atwe ustawienie w³aúciwego poziomu dodatniego sprzÍøenia zwrotnego. Wyjúcie dzielnika po³¹czone jest przez rezystor R7 z†rÛwnoleg³ym uk³adem rezonansowym z†elementami L1 i†C6. Taki uk³ad w†pobliøu czÍstotliwoúci rezonansowej wykazuje wysok¹ impedancjÍ oraz nisk¹ przy innych czÍstotliwoúciach. Wobec tego, przy odstrojeniu rezystor R7 powoduje jego znaczne t³umienie i†dlatego uk³ad generuje wy³¹cznie sygna³ o†czÍstotliwoúci rezonansowej uk³adu selektywnego (L1, C6), kiedy to wystÍpuje najsilniejsze dodatnie sprzÍøenie zwrotne. Teoretycznie impedancja rÛwnoleg³ego uk³adu selektywnego dla czÍstotliwoúci rezonansowej jest nieskoÒczenie duøa, ale rzeczywiste indukcyjnoúci i†pojemnoúci wykazuj¹ straty i†impedancja ta jest tylko bardzo duøa. Jakikolwiek element metalowy umieszczony w†pobliøu indukcyjnoúci L1

obniøa dobroÊ uk³adu rezonansowego, a†wiÍc i†jego impedancjÍ. To z†kolei sprawia, øe straty wprowadzane przez rezystor R7 staj¹ siÍ wiÍksze, a†poziom amplitudy generowanego sygna³u maleje. Sygna³ wyjúciowy generatora trafia przez elementy C5 i†R9 na prosty uk³ad prostowania i†wyg³adzania. Jako D1 i†D2 uøyto diod germanowych, poniewaø cechuje je niøsze napiÍcie przewodzenia niø diody krzemowe, w†zwi¹zku z†czym zapewniaj¹ nieco lepsze w³asnoúci uk³adu. Dodatnie napiÍcie wyjúciowe prostownika jest w†przybliøeniu proporcjonalne do amplitudy generowanego sygna³u. NapiÍcie to jest mierzone przez prosty woltomierz z†elementami R10 i†ME1. Oczywiúcie, w†przedstawianym zastosowaniu wartoúÊ generowanego napiÍcia nie jest istotna, a†interesuj¹ce s¹ wy³¹cznie jego wzglÍdne zmiany. Potencjometry VR1 i†VR2 s³uø¹ wiÍc do uzyskania wychylenia do oko³o po³owy skali przy czÍstotliwoúci rezonansowej, a†spadek wychylenia oznacza obecnoúÊ elementu metalowego w†pobliøu indukcyjnoúci. Uk³ad zasila bateria PP3, a†poniewaø natÍøenie pobieranego pr¹du wynosi tylko oko³o 2mA, czas øycia baterii jest bardzo d³ugi. CzÍstotliwoúÊ rezonansowa uk³adu wynosi oko³o 50kHz, co mieúci siÍ w†zakresie czÍstotliwoúci dozwolonych dla tego rodzaju urz¹dzeÒ. Sygna³ emitowany przez urz¹dzenie jest bardzo s³aby i†mieúci siÍ w†granicach dopuszczanych przez przepisy.

Wykonanie Uk³ad moøna zmontowaÊ na p³ytce uniwersalnej. W†egzemplarzu modelowym trzy rezystory montowane s¹ bezpoúrednio do potencjometrÛw reguluj¹cych wspÛ³czynnik sprzÍøenia zwrotnego. NiektÛre z†otworÛw w†p³ytce uniwersalnej pozostan¹ niewykorzystane, co u³atwia pope³nienie pomy³ki i†wstawienie jednego z†elementÛw w†niew³aúciwe miejsce. Montaø wymaga wiÍc nieco wiÍcej uwagi, niø gdyby p³ytka by³a wykonana specjalnie do tego uk³adu. Schemat rozmieszczenia elementÛw oraz mozaika úcieøek druku przedstawione s¹ na rys.

Elektronika Praktyczna 6/98

P

R

O J

E

K

T

Y

Z A G R A N I C Z N E kÍ moøna wkleiÊ w†przygotowany otwÛr o†úrednicy 8mm, co da pewne mocowanie cewki do obudowy. P³ytka drukowana powinna byÊ mocowana przy pomocy ko³kÛw dystansowych i†úrub M3 do gÛrnej pokrywy obudowy, w†pobliøu indukcyjnoúci L1. Miernik ME1 naleøy przymocowaÊ do powierzchni gÛrnej pokrywy obudowy, w†pobliøu jej krawÍdzi, po przeciwnej stronie niø znajduje siÍ cewka. U³atwi to odczyt wskazania podczas eksploatacji urz¹dzenia i†pozostawia mnÛstwo wolnego miejsca na ulokowanie potencjometrÛw i†w³¹cznika. Jako ME1 moøna uøyÊ zwyk³ego miernika wychy³owego lub wskaünika dostrojenia, ktÛry bÍWYKAZ ELEMENTÓW

Rys. 3. Schemat rozmieszczenia elementów, okablowania i mozaika ścieżek druku detektora metali.

3. Uk³ad IC1 nie jest wraøliwy na dzia³anie ³adunkÛw elektrostatycznych, niemniej jednak zaleca siÍ uøycie w†jego przypadku podstawki. Germanowe diody D1 i†D2 s¹ bardziej wraøliwe na ciep³o wydzielane przy lutowaniu niø diody krzemowe. Przy ich lutowaniu nie jest niezbÍdne uøycie elementu odprowadzaj¹cego ciep³o, niemniej jednak lutowanie to powinno trwaÊ stosunkowo krÛtko. Diody te posiadaj¹ szklane obudowy, w†zwi¹zku z†czym ich wytrzyma³oúÊ mechaniczna takøe nie naleøy do szczegÛlnie wysokich i†naleøy obchodziÊ siÍ z†nimi ostroønie. PrzestrzeÒ na p³ytce pod kondensatory inne niø elektrolityczne jest ograniczona i†trudno bÍdzie umieúciÊ na niej inne elementy niø przeznaczone do druku, z†rozstawem wyprowadzeÒ 5mm. W†miejscach po³¹czeÒ z†zewnÍtrznymi podzespo³ami (potencjometry, bateria itp.) naleøy wlutowaÊ ko³ki. Naleøy je obficie

Elektronika Praktyczna 6/98

pocynowaÊ, co u³atwi pÛüniejsze przylutowanie przewodÛw. W†razie potrzeby, ko³ki naleøy oczyúciÊ noøem lub przy pomocy innego ostrego przedmiotu. Urz¹dzenie moøna z†powodzeniem zamkn¹Ê w†obudowie z†tworzywa sztucznego, o†d³ugoúci oko³o 125..150mm. Z†elektrycznego punktu widzenia po³oøenie podzespo³Ûw urz¹dzenia nie jest istotne, jednak jego uøytkowanie narzuca pewien sposÛb ich usytuowania. Jako L1 moøna uøyÊ wy³¹cznie indukcyjnoúci posiadaj¹cej wyprowadzenia z†jednej strony. Urz¹dzenie testowano tylko z†niskopr¹dow¹ cewk¹ RS oraz cewk¹ 8RB Toko. Dzia³anie w†obu przypadkach by³o takie samo. Uk³ad powinien pracowaÊ prawid³owo z†innymi indukcyjnoúciami o†podobnych wartoúciach, choÊ trudno to zagwarantowaÊ. IndukcyjnoúÊ L1 naleøy przymocowaÊ do jednej z†powierzchni obudowy, ktÛra stanie siÍ aktywn¹ ìkoÒcÛwk¹î urz¹dzenia. Cew-

Rezystory (0,25W, 5%, węglowe warstwowe) R1, R2: 100kΩ R3, R8, R10: 10kΩ R4: 3,9kΩ R5: 1kΩ R6: 2,2kΩ R7: 22kΩ R9: 3,3kΩ VR1: 1kΩ, węglowy, obrotowy, liniowy VR2: 100kΩ, węglowy, obrotowy, liniowy Kondensatory C1: 10µF/25V, wyprowadzenia jednostronne C2, C4: 10nF, poliestrowy, raster 5mm C3: 0,47µF/50V, wyprowadzenia jednostronne C5, C7: 100nF, poliestrowy, raster 5mm C6: 3,3nF, poliestrowy, raster 5mm Półprzewodniki D1, D2: OA91 IC1: TL071C Różne ME1: miernik wychyłowy (z ruchomą cewką) 200µA (patrz tekst) S1: przełącznik jednobiegunowy, jednopozycyjny B1: bateria 9V (PP3) z łączówką L1: indukcyjność 2,2mH (patrz tekst) niewielka obudowa z tworzywa sztucznego (ok. 150mm x 100mm x 60mm), łączówka do baterii, pokrętło 2 szt., przewód plecionka, cyna, kołki lutownicze itp.

15

P

R

O J

E

K

T

Y

Z A G R A N I C Z N E

dzie taÒszy i†w†zupe³noúci wystarczaj¹cy. W†prototypie uøyto wskaünika firmy Maplin, ale moøe to byÊ dowolny inny miernik, o†czu³oúci zakresowej 200..250µA. Jeúli ktoú woli zastosowaÊ miernik wychy³owy, powinien to byÊ miernik o†czu³oúci 100µA, a†wartoúÊ R10 trzeba wÛwczas zwiÍkszyÊ do 18kΩ. Wskaünik dostrojenia wymaga wykonania w†obudowie otworu prostok¹tnego z dwoma zaokr¹glonymi rogami. Najproúciej jest go wykonaÊ wierc¹c otwÛr o†úredni-

cy 15..16mm, a†nastÍpnie usun¹Ê resztÍ materia³u przy pomocy pilnika. Miernik nie posiada otworÛw pod úruby i†naleøy przykleiÊ go do obudowy. Okablowanie jest bardzo proste, moøe z†wyj¹tkiem etapu lutowania rezystorÛw do potencjometrÛw VR1. Przed lutowaniem naleøy odpowiednio uformowaÊ, przyci¹Ê i†pocynowaÊ wyprowadzenia tych rezystorÛw, a†takøe pocynowaÊ koÒcÛwki potencjometrÛw. Po ostatecznym sprawdzeniu prawid³owoúci montaøu i†okablowa-

nia, naleøy ustawiÊ oba potencjometry w†úrodkowych po³oøeniach i†w³¹czyÊ zasilanie. Przy potencjometrze VR1 przesuniÍtym w†kierunku zgodnym z†ruchem wskazÛwek zegara wskazanie powinno byÊ duøe. ObrÛt tego potencjometru w†kierunku przeciwnym powinien zaowocowaÊ spadkiem wychylenia wskazÛwki do zera. Przy VR1 ustawionym nieco powyøej punktu spadku wskazania, reguluj¹c potencjometrem VR2 uzyskaÊ wychylenie oko³o po³owy maksimum. Umieszczenie kawa³ka metalu obok cewki L1 powinno spowodowaÊ spadek wychylenia. Aby zapewniÊ prawid³owe dzia³anie urz¹dzenia, po³oøenie potencjometru VR2 wymagaÊ bÍdzie okresowej regulacji. Przy zbyt s³abym sprzÍøeniu uk³ad nie bÍdzie generowa³, a†przy zbyt silnym jego czu³oúÊ bÍdzie bardzo ma³a. EPE Artyku³ publikujemy na podstawie umowy z redakcj¹ miesiÍcznika "Everyday Practical Electronics".

16

Elektronika Praktyczna 6/98

NOTATNIK

PRAKTYKA

Płytki drukowane w domu, część 2 Miesi¹c temu zrobiliúmy ekspresowy przegl¹d taniego oprogramowania do projektowania p³ytek drukowanych. Poniewaø nie wszyscy elektronicy maj¹ dostÍp do komputerÛw lub projekty przez nich realizowane s¹ na tyle proste, øe stosowanie komputera wydaje siÍ byÊ ìarmat¹ na muchÍî, postanowiliúmy przedstawiÊ inne moøliwoúci wykonania wzoru úcieøek. Rozpoczynamy od prezentacji najprostszych metod - rÍcznego rysowania úcieøek przy pomocy specjalnego pisaka lub ich wyklejania oraz sposobu przeniesienia wzoru z†wydruku na powierzchniÍ miedzi. Artyku³ opracowaliúmy w†oparciu o†katalog firmy Elfa, ktÛra oferuje szeroki wybÛr materia³Ûw do samodzielnej produkcji obwodÛw drukowanych.

Fot. 1.

SposÛb pierwszy wykorzystujesz umiejÍtnoúci z†przedszkola Najprostszym sposobem wykonania wzoru úcieøek na powierzchni p³ytki drukowanej jest ich wyrysowanie przy pomocy pisaka (fot. 1) nape³nionego specjaln¹ farb¹, ktÛra doskonale znosi k¹piel trawi¹c¹ miedü. Przy pomocy tego pisaka moøna rysowaÊ dowolne wzory bezpoúrednio na powierzchni laminatu. Bardzo waøne jest, aby przed uøyciem pisaka bardzo dok³adnie oczyúciÊ warstwÍ miedzi, na ktÛrej rysowany bÍdzie wzÛr. Do czyszczenia najlepiej jest uøyÊ acetonu (np. zwyk³ego zmywacza do paznokci), rozpuszczalnika nitro lub spirytusu. DoúÊ dobre efekty daje takøe czyszczenie powierzchni miedzi g¹bk¹ úciern¹ lub drobnoziarnistym papierem úciernym (powyøej 150). Wad¹ mechanicznych metod czyszczenia jest koniecznoúÊ zwrÛcenia uwagi na dok³adne, rÛwnomierne przetarcie ca³ej powierzchni miedzi. Niewielkie rysy powstaj¹ce na powierzchni miedzi mog¹ stanowiÊ doúÊ istotn¹ przeszkodÍ podczas rysowania úcieøek, poniewaø koÒcÛwka pisaka Dalo ma tendencje do ìpoddawaniaî siÍ im. Technika rysowania úcieøek jest ca³kowicie dowolna. Jak wykaza³y doúwiadczenia prowadzone przez autora, technika rysowania pisakiem Dalo jest taka sama, jak w przypadku standardowych flamastrÛw. Jako wzorzec úcieøek moøna wykorzystaÊ np. matryce z†EP, znacznie lepszej jakoúci wzory zamieszczone na p³ycie CD-EP4 moøna wykorzystaÊ takøe dowolne inne opracowania, w†zaleønoúci od potrzeb. Przed rozpoczÍciem pracy z†pisakiem naleøy silnie wcisn¹Ê jego koÒcÛwkÍ pisz¹c¹, co spowoduje nas¹czenie siÍ jej farb¹ (ma ona kolor niebeski). Podczas uøytkowania pisaka naleøy pamiÍtaÊ o†tym, øe farba na koÒcÛwce ma tendencje do szybkiego zasychania (ok. 2..4 minut), w†zwi¹zku z†czym naleøy kaødorazowo dbaÊ o†dok³adne za³oøenie kapturka zabezpieczaj¹cego. W†przypadku zaschniÍcia koÒcÛwki pisz¹cej moøna wykorzystaÊ drug¹, ktÛra jest standardowo do³¹czana do pisaka.

wania problem ten jest znacznie bardziej z³oøony, poniewaø trudno jest zachowaÊ takie roz³oøenie punktÛw lutowniczych, ktÛre dok³adnie pokrywa siÍ ze standardowym rastrem (1,27 lub 2,54mm). Jeøeli podczas projektowania raster nie zostanie zachowany montaø urz¹dzenia zw³aszcza, gdy stosowane s¹ w†nim uk³ady scalone, nie bÍdzie praktycznie moøliwy. Pomys³owi ludzie znaleüli oczywiúcie lekarstwo takøe i†na ten problem - wymyúlono bowiem folie rastrowe, ktÛre moøna wykorzystaÊ jako wzorce podczas projektowania rozk³adu úcieøek. Na fot. 2 przedstawiony zosta³ wycinek takiej folii (o†rastrze 2,54mm). Czytelnicy potrafi¹cy pos³ugiwaÊ siÍ programami graficznymi bÍd¹ w†stanie samodzielnie wykonaÊ sobie taki wzorzec, ktÛry moøna wydrukowaÊ na drukarce laserowej lub atramentowej i†ewentualnie zafoliowaÊ. Poniewaø matryca rastrowa moøe byÊ wykorzystywana wielokrotnie wydatek na zakup profesjonalnie wykonanej folii wydaje siÍ byÊ uzasadniony. Jak zatem wykorzystaÊ foliÍ rastrow¹? Najprostszym sposobem jest naklejenie na jej powierzchniÍ warstwy przeüroczystej folii, stosowanej do przygotowywania prezentacji rzutnikowych (do kupienia w†niemal kaødym sklepie papierniczym) lub specjalnej folii z†oferty firmy Elfa. Folie te naleøy skleiÊ dwustronn¹ taúm¹ samoprzylepn¹ (rys. 1) - nie pozostawia ona po sobie úladÛw, dziÍki czemu foliÍ rastrow¹ bÍdzie moøna wykorzystaÊ wiele razy. Po sklejeniu folii ze sob¹ rozpoczynamy przenoszenie wzoru na foliÍ przeüroczyst¹, wykorzystuj¹c podczas planowania rozk³adu punktÛw lutowniczych raster widoczny na powierzchni folii rastrowej. WzÛr moøna wyrysowaÊ na folii przy pomocy dowolnego, czarnego pisaka przystosowanego do pisania po takim materiale. Jest to metoda stosunkowo prosta, ale nie gwarantuje najlepszych efektÛw. Znacznie lepszym wyjúciem (przynajmniej w†przypadku rozmieszczania uk³adÛw scalonych) jest zastosowanie specjalnych wyklejek. DostÍpne s¹ dwie zasadnicze odmiany wyklejek - tzw. ìwyciskaneî (fot. 3)

WzÛr úcieøek - to nie takie trudne!

Rys. 1.

Elektronika Praktyczna 6/98

Korzystanie podczas projektowania uk³adu úcieøek z†pomocy komputera powoduje, øe konstruktor moøe siÍ skupiÊ na realizacji g³Ûwnego zadania, czyli optymalnym roz³oøeniu úcieøek i†elementÛw. W†przypadku ìrÍczegoî projekto-

Fot. 2.

17

NOTATNIK

PRAKTYKA p³ytki wykonany w†opisany tutaj sposÛb na powierzchniÍ miedzi opowiemy w†EP7/98.

Skomputeryzowani maj¹ lepiej

oraz naklejane w†rolkach o†d³ugoúci 16 metrÛw. W†grupie wyklejek ìwyciskanychî dostÍpna jest bardzo szeroka gama punktÛw, linii, ³ukÛw, itp. W†drugiej grupie dostÍpne s¹ tylko úcieøki (o szerokoúciach 0,38..5,08mm). PrÛby prowadzone w†naszym laboratorium dowiod³y, øe najbardziej optymalnym wyjúciem jest ìwyciskanieî punktÛw lutowniczych i†wyklejanie úcieøek z†îrolkiî. Korzystanie z†îrolkowychî úcieøek u³atwia ostry nÛø (fot. 4). Poniewaø gama oferowanych przez ElfÍ punktÛw lutowniczych i†úcieøek jest bardzo duøa (s¹ wúrÛd nich takøe litery i†cyfry), a†ich dobÛr silnie uzaleøniony od wymagaÒ uøytkownika, CzytelnikÛw zainteresowanych t¹ ofert¹ zachÍcamy do zamÛwienia sobie bezp³atnego katalogu z†pe³n¹ ofert¹ Elfy (informacje o†sposobie zamÛwienia katalogu znajduj¹ siÍ na koÒcu artyku³u). O†tym w†jaki sposÛb przenieúÊ wzÛr

Jak juø wczeúniej wspomniano, Czytelnicy ìuzbrojeniî w†komputer i†odpowiednie oprogramowanie maj¹ nieco mniej trudnoúci do pokonania. Dzieje siÍ tak przede wszystkim dziÍki folii TES200. Jest to produkt znany w†naszym kraju od d³uøszego juø czasu, ale stosunkowo ma³o popularny. Folia TES200 umoøliwia bezpoúrednie przeniesienie na powierzchniÍ miedzi wzoru p³ytki, nadrukowanego na jej powierzchniÍ przy pomocy drukarki laserowej lub kserografu. Tak wiÍc projekt wykonany przy pomocy dowolnego programu CAD moøna wydrukowaÊ na zwyk³ym papierze i†zrobiÊ jego kopiÍ na folii TES na kserografie lub wydrukowaÊ wzÛr bezpoúrednio na folii. W†obydwu przypadkach bardzo waøne jest, aby toner i†bÍben by³y ma³o zuøyte. Podczas drukowania wzoru na folii naleøy pamiÍtaÊ o†tym, øe naleøy wydrukowaÊ lustrzany widok warstwy, ktÛr¹ chcemy wykonaÊ (wszystkie wzory p³ytek zamieszczone na CD-EP4 spe³niaj¹ ten warunek). Na rys. 2 przedstawiono w†pewnym uproszczeniu zasadÍ wykonywania p³ytek z†wykorzystaniem procesu naúwietlania (opiszemy go za miesi¹c). Podobne zaleønoúci obowi¹zuj¹ podczas ìwgrzewaniaî wzoru w†powierzchniÍ miedzi. Bowiem w³aúnie poprzez wgrzewanie wzÛr nadrukowany na folii TES przenoszony jest na laminat. Zasada przenoszenia nadruku jest doúÊ prosta, ale jego prawid³owe wykonanie wymaga dok³adnoúci od wykonawcy, no i†posiadania... øelazka! Zadrukowan¹ foliÍ k³adziemy na powierzchni dok³adnie oczyszczonej miedzi (zalecane czyszczenie chemiczne) w†taki sposÛb, aby warstwa wgrzanego w†ni¹

Fot. 4.

Rys. 2.

Fot. 3.

18

toneru przylega³a do laminatu. NastÍpnie naleøy przy³oøyÊ do folii øelazko (zalecana temperatura to 120..150oC) i†silnie docisn¹Ê na czas ok. 8..15sek. Naleøy unikaÊ przesuwania stopki øelazka po folii, poniewaø grozi to rozmyciem przenoszonego wzoru. W†przypadku, gdy powierzchnia reprodukowanej p³ytki jest wiÍksza od powierzchni stopki øelazka naleøy j¹ przyk³adaÊ w†tyle miejsc, aby przenieúÊ toner z†ca³ej powierzchni folii. Podczas transferu toneru powstaj¹ jego niewielkie ubytki, ktÛre moøna usun¹Ê bezpoúrednio na powierzchni miedzi, przy pomocy pisaka Dalo. W†ten sposÛb otrzymaliúmy gotow¹ do trawienia p³ytkÍ, ktÛrej jakoúÊ przy odpowiednio starannym wykonaniu jest naprawdÍ dobra. Piotr Zbysiński, AVT W†artykule wykorzystano materia³y udostÍpnione przez firmÍ Elfa. Wszystkie przedstawione w†artykule narzÍdzia i†materia³y s¹ dostÍpne w†firmie Elfa - poniøej podajemy ich numery katalogowe i†ceny netto: - numer katalogowy pisaka ìDalo Markerî (z dodatkow¹ koÒcÛwk¹): 49523-05, cena: 30,07z³; - numer katalogowy pisaka ìMarkerî do pisania po folii przeüroczystej: 49-524-20, cena: 7,10z³; - numer katalogowy folii rastrowej 1,27mm (gruboúÊ 0,1mm): 49-511-25, cena: 19,90z³; - numer katalogowy folii rastrowej 2,54 (gruboúÊ 0,08mm): 49-511-58, cena: 13,74z³; - numer katalogowy folii przeüroczystej A4 (w opakowaniu 5†arkuszy): 49-510-00, cena: 18,71z³; - numer katalogowy folii TES200 (jeden arkusz A4): 49-516-38, cena: 15,89z³. Bezp³atny katalog Elfa moøna zamÛwiÊ pod numerem telefonu (0-22) 652-38-80 lub poprzez e-mail: [email protected].

Elektronika Praktyczna 6/98

PODZESPOŁY

Niezwykłe pamięci firmy Producenci pamiÍci pÛ³przewodnikowych rozpieszczaj¹ konstruktorÛw urz¹dzeÒ elektronicznych. WspÛ³czeúnie produkowane uk³ady pamiÍciowe maj¹ moøliwoúci niewyobraøalne jeszcze kilka lat temu i†wydawaÊ by siÍ mog³o, øe nic wiÍcej w†tej dziedzinie nie da siÍ zrobiÊ. Nie wiedzieli chyba o†tym konstruktorzy z†firmy Xicor, ktÛrzy opracowali pamiÍci nieulotne o†niezwyk³ych moøliwoúciach. Jeøeli wiÍc, drogi Czytelniku, wykorzystujesz w†swoich opracowaniach mikrokontrolery z†rodziny MCS-51 lub HC11, znajdü chwilÍ na przeczytanie tego artyku³u!

PamiÍci nieulotne EEPROM s¹ powszechnie wykorzystywane we wspÛ³czeúnie budowanych systemach mikroprocesorowych i†to zarÛwno jako pamiÍci przechowuj¹ce program, jak i†pamiÍci dla danych. Propozycja firmy Xicor pozwala w†niezwykle prosty sposÛb wykorzystaÊ zalety pamiÍci reprogramowalnych, przy minimalnej liczbie niezbÍdnych uk³adÛw scalonych.

Tajemnice SLIC-a PamiÍci SLIC (z ang. Self Loading Integrated Code) s¹ zupe³nie nowym zjawiskiem na rynku elektroniki. W†rzeczywistoúci s¹ to nieco bardziej rozbudowane od standardowych pamiÍci EEPROM, ktÛrych niewielki fragment jest zajÍty przez procedury opracowane i†zapisane przez producenta. Zadaniem tych procedur jest umoøliwienie wpisania programu i†danych do wol-

w pamiÍci X88C64, dok³adnie w†taki sam sposÛb, jak w†systemach wykorzystuj¹cych standardowe pamiÍci ROM (lub EPROM, EEPROM, Flash). DziÍki wpisaniu w†úciúle okreúlone obszary pamiÍci X88C64 procedur obs³ugi interfejsu szeregowego oraz procedur umoøliwiaj¹cych wpisywanie do pamiÍci EEPROM odbieranych danych, projektant systemu moøe bez trudu zawrzeÊ w†swoim programie moøliwoúÊ ìprze³adowaniaî pamiÍci programu. DziÍki temu bez øadnego trudu moøliwa jest wymiana programu na najnowsz¹ wersjÍ lub ìwgranieî nowych parametrÛw dzia³ania programu. Inaczej mÛwi¹c, projektanci systemÛw mikroprocesorowych opartych na standardowych procesorach

Rys. 1.

SLIC−e w praktyce: ✓ zastosowanie pamięci SLIC w systemie umożliwia na życzenie użytkownika szybką wymianę zawartości re− programowalnej pamięci programu i danych, bez ko− nieczności demontowania urządzenia, ✓ dzięki zastosowaniu interfejsów zoptymalizowanych pod kątem wybranych rodzin procesorów (MCS−51 i HC11) pozwalają ograniczyć liczbę układów scalo− nych stosowanych w systemie (pamięci mają wbudo− wany system demultipleksujący adres i dane podawa− ne z szyny procesora), ✓ w skład rodziny układów SLIC wchodzą także struktu− ry rozbudowane o porty I/O, rejestry RAM oraz kont− roler przerwań.

Elektronika Praktyczna 6/98

nego obszaru pamiÍci poprzez port szeregowy procesora. Tak wiÍc, konstruktorzy decyduj¹cy siÍ na zastosowanie pamiÍci SLIC zyskuj¹ moøliwoúÊ bezproblemowej wymiany jej zawartoúci. Jak to siÍ robi? Przyk³ad typowej aplikacji jednej z†pamiÍci SLIC przedstawiono na rys. 1. Program steruj¹cy prac¹ procesora jest zapisany Rys. 2.

19

PODZESPOŁY ki temu bez trudu moøna w³¹czyÊ do jednego systemu do 8†takich uk³adÛw (rys. 4). Jak widaÊ, zastosowanie takiego uk³adu w†systemie mikroprocesorowym znacznie u³atwia pracÍ konstruktorowi - wszystkie niezbÍdne elementy peryferyjne systemu mikroprocesorowego znajduj¹ siÍ w†jednym, ³atwym w†pod³¹czeniu, uk³adzie scalonym. Co wiÍcej, dziÍki zastosowaniu idei SLIC system jest ³atwy w†przeprogramowaniu, co w†praktyce wymaga zastosowania tylko portu szeregowego RS232 i†odpowiedniego programu steruj¹cego prac¹ procesora, aby w†okreúlonych przez uøytkownika sytuacjach oddawa³ on sterowanie do procedur zawartych w†obszarach SLIC. Na rys. 5 przedstawiono podzia³ obszaru pamiÍci systemu mikropro-

Rys. 3. (obecnie dostÍpne s¹ wersje dla MCS-51 oraz HC11) uzyskuj¹ moøliwoúÊ programowania zewnÍtrznej, reprogramowalnej pamiÍci procesora bezpoúrednio w†systemie ISP (z ang. In System Programmability), co dotychczas by³o zarezerwowane dla niektÛrych procesorÛw DSP oraz uk³adÛw PLD. PamiÍci SLIC nie rÛøni¹ siÍ znacznie swoj¹ budow¹ wewnÍtrzn¹ od standardowych pamiÍci EEPROM (rys. 2). Cechami je wyrÛøniaj¹cymi jest zastosowanie we wnÍtrzu pamiÍci uk³adu rozdzielaj¹cego adres i†dane (z szyny multipleksowanej) oraz podzielenie matrycy pamiÍciowej na dwa bloki (po 4kB), w†ktÛrych moøna niezaleønie dokonywaÊ wpisÛw lub odczytywaÊ zawartoúÊ jednego z†blokÛw podczas trwania zapisu do drugiego. Uk³ad ma doúÊ waøne udoskonalenie, ktÛre podczas zapisu ma³ych pakietÛw danych (do 32 bajtÛw) pozwala traktowaÊ pamiÍÊ SLIC jako pamiÍÊ RAM (pod wzglÍdem czasu dostÍpu!).

SLIC i†jeszcze wiÍcej... Konstruktorzy urz¹dzeÒ elektronicznych lubi¹ siÍ czuÊ dopieszczeni przez producentÛw pÛ³przewodnikÛw. Zdali sobie z†tego sprawÍ takøe inøynierowie z†firmy Xicor i†szybko rozszerzyli rodzinÍ uk³adÛw pochodnych standardowym pamiÍciom SLIC. Uk³ady X68C75 (dla procesorÛw HC11) i†X88C75 (z interfesjem dla procesorÛw '51) integruj¹ w†jednej strukturze nie tylko 8kB reprogra-

20

Rys. 4. mowalnej pamiÍci SLIC, lecz takøe 16B rejestrÛw uniwersalnych (moøna je wykorzystaÊ jako pamiÍÊ RAM) oraz dwa konfigurowalne, 8-bitowe porty I/O. Bardzo praktycznym rozszerzeniem moøliwoúci uk³adÛw XxxC75 jest takøe kontroler przerwaÒ, ktÛry u³atwia obs³ugÍ zdarzeÒ zewnÍtrznych w†czasie rzeczywistym. Schemat blokowy uk³adu X68C75 przedstawiono na rys. 3. UniwersalnoúÊ prezentowanych uk³adÛw jest takøa zwi¹zana z faktem, øe ich konstruktorzy przewidzieli moøliwoúÊ programowanego mapowania pamiÍci oraz portÛw I/ O zawartych w†strukturze uk³adu (poprzez odpowiedni wpis do jednego z†rejestrÛw specjalnych). DziÍ-

Rys. 5.

Elektronika Praktyczna 6/98

PODZESPOŁY

Rys. 6. cesorowego z†kontrolerem HC11, w†ktÛrym zastosowany zosta³ uk³ad X68C75.

Mniej nie znaczy gorzej Wszystkie uk³ady przedstawione dotychczas w†artykule maj¹ takøe ìuproszczoneî wersje (tab. 1). ìUproszczenieî polega na pozostawieniu ca³ej pamiÍci reprogramowalnej wolnej dla uøytkownika procedury SLIC nie s¹ po prostu Oznaczenie Pojemność Napięcie układu pamięci zasilania/pro− EEPROM gramowania [kB] [V]

zapisywane przez producenta. ZarÛwno interfejs, jak i†parametry czasowe i†elektryczne s¹ identyczna dla wersji SLIC i†zwyk³ych. Jest to wiÍc idealna pamiÍÊ do stosowania w†typowych systemach z†mikrokontrolerami MCS-51 oraz HC11 i†pochodnymi. Uzupe³nieniem tej niezwyk³ej rodziny specjalizowanych pamiÍci nieulotnych s¹ uk³ady nosz¹ce oznaczenia Xx8257. W†praktyce s¹ to

Podział Zabezpieczenie na bloki/ przed zapisem strony sprzętowe/ programowe

standardowe pamiÍci nieulotne o†znacznej pojemnoúci (aø 32kB), zintegrowane z†interfejsem umoøliwiaj¹cym bezpoúrednie pod³¹czenie uk³adu do multipleksowanej szyny danych i†adresu. Jest to wiÍc uk³ad dopasowany idealnie do wiÍkszoúci typowych aplikacji spotykanych w†praktyce. Matryca pamiÍciowa nie jest dzielona na bloki ani strony. Schemat aplikacyjny prezentuj¹cy sposÛb wykorzystania uk³adÛw Xx8275 przedstawiono na rys. 6. Oferta firmy Xicor nie ma na razie øadnego licz¹cego siÍ konkurenta. Pomys³ wykorzystany w†pamiÍciach SLIC oraz ich wersjach bez kodu samo³aduj¹cego wart jest upowszechnienia, poniewaø pozwala na znaczne uproszczenie konstrukcji systemÛw mikroprocesorowych bez wydatnego wzrostu ich ceny. Piotr Zbysiński, AVT WiÍcej informacji na temat uk³adÛw firmy Xicor moøna znaleüÊ w†Internecie pod adresem www.xicor.com lub u†krajowych dystrybutorÛw firmy Xicor: E2000-Setron oraz Elatec.

Interfejs Procedury Inne przystosowany SLIC dla procesora

X68C64

8

5

8/2

+/+

6801/3, 68HC11

−

Obudowy DIP24, SOIC24

X68C64 SLIC

8

5

8/2

+/+

6801/3, 68HC11

+

Obudowy DIP24, SOIC24.

X68C75 SLIC

8

5

8/2

+/+

6801/3, 68HC11

+

Dwa programowane porty 8−bitowe oraz 16B rejestr SRAM. Obudowy PDIP48, PLCC44, TQFP44.

X68257

32

5

−/−

−/+

6801/3, 68HC11

−

Obudowy PCIP28, DIP28, SOIC28, LCC32, PLCC32.

X88C64

8

5

8/2

+/+

MCS−51

−

Obudowy DIP24/SOIC24.

X88C64 SLIC

8

5

8/2

+/+

MCS−51

+

Obudowy DIP24/SOIC24.

X88C75 SLIC

8

5

8/2

+/+

MCS−51

+

Dwa programowane porty 8−bitowe oraz 16B rejestr SRAM. Obudowy PDIP48, PLCC44, TQFP44.

X88257

32

5

−/−

−/+

MCS−51

−

Obudowy PCIP28, DIP28, SOIC28, LCC32, PLCC32.

Elektronika Praktyczna 6/98

PODZESPOŁY

21

PODZESPOŁY

Bezpieczne przekaźniki firmy NAIS Matsushita Coraz wyøsze wymagania stawiane wspÛ³czeúnie konstruowanym urz¹dzeniom elektronicznym, elektrycznym i†energetycznym powoduj¹, øe ich twÛrcy siÍgaj¹ po coraz doskonalsze podzespo³y. ìDoskonalszeî oznacza przede wszystkim bardziej niezawodne i†bardziej bezpieczne. Jednym z†najnowszych osi¹gniÍÊ w†podnoszeniu bezpieczeÒstwa i†niezawodnoúci wspÛ³czesnych przekaünikÛw elektromechanicznych jest seria SF produkowana przez firmÍ NAIS Matsushita. O†ich moøliwoúciach i†zaletach dowiecie siÍ z†artyku³u.

Przekaünik SF4 jest sztandarowym przekaünikiem serii z†wymuszonym prze³¹czaniem stykÛw. Jest to nowoczesny, spolaryzowany przekaünik monostabilny. CzÍúÊ komutacyjna (rys. 1) sk³ada siÍ z†oúmiu par sprÍøystych zestykÛw, po cztery wewnÍtrzne (56, 7-8, 9-10 i†11-12) i†cztery zewnÍtrzne (1314, 15-16, 17-18 i†19-20), obrotowej kotwicy (oznaczona liter¹ ìCî) oraz czterech elementÛw (oznaczonych liter¹ ìDî) wymuszaj¹cych ruch wszystkich par zestykÛw. Kotwica s³uøy jako napÍd dla elementÛw uruchamiaj¹cych, ktÛre otaczaj¹ zestyki i†parami je uruchamiaj¹. Elementy te nie s¹ po³¹czone z†kotwic¹ na sztywno. Kaøda para stykÛw sk³ada siÍ z†jednego zestyku roboczego (zwiernego) i†jednego spoczynkowego (rozwiernego), ktÛre s¹ wzajemnie od siebie uzaleønione w†sposÛb mechaniczny. Jak wynika z†praktyki, najbardziej niezawodnym prze³¹czaniem przymusowym jest pojedynczy zestyk prze³¹czny. W†razie jakiejkolwiek usterki wystÍpuje tylko jedno lub drugie po³oøenie styku. Wykorzystuj¹c te doúwiadczenia w†firmie NAIS Matsushita opracowano uk³ad zestykÛw przekaünika SF. Para zestykÛw (na przyk³ad 11-12, 19-20, rys. 2) jest wzajemnie od siebie uzaleøniona, przy pomocy wspÛlnego elementu uruchamiaj¹cego, a†kaøda sprÍøyna (stanowi¹ca jednoczeúnie styk) znajduje siÍ w†oddzielnej, izolowanej komorze. DziÍki temu, w†razie pÍkniÍcia sprÍøyny, unika siÍ zwarcia obydwu zestykÛw. Prze³¹czane obwody (najczÍúciej obwÛd zabezpieczaj¹cy i†obwÛd kontrolny) s¹ wiÍc w†pewny sposÛb izolowane galwanicznie. PowrÛt stykÛw do pozycji spoczynkowej zapewnia magnes sta³y przyci¹gaj¹cy kotwicÍ.

Prze³¹czanie przymusowe zewnÍtrznych zestykÛw

Rys. 1.

Przeúledümy prosty przyk³ad obrazuj¹cy zasadÍ dzia³ania przekaünika SF4. W†razie sklejenia siÍ zewnÍtrznego zestyku zwiernego 1920 rozwarty pozostaje wewnÍtrzny zestyk 1112 uruchamiany w†parze przez element uruchamiaj¹cy ìDî. Pozosta³e zestyki prze³¹czaj¹, to znaczy spe³niaj¹ swoj¹ funkcjÍ ³¹czenia lub roz³¹czania obwodÛw. Gdy tÍ w³aúciwoúÊ przekaünika SF4 odpowiednio wykorzysta siÍ podczas opracowywania aplikacji, znacznie wzrasta bezpieczeÒstwo pracy prze³¹czanych obwodÛw. Przyk³adowo w†przypadku jednokana³owego wyjúcia moøna po³¹czyÊ szeregowo zestyki 19-20 i†13-14 (rys. 3). W†razie zgrzania siÍ pary stykÛw 19-20 wy³¹czenie awaryjne zapewnia zestyk 13-14. Usterka jest rejestrowana przez rozwarty w†takim przypadku zestyk kontrolny 11-12 lub 5-6. Przekaünik zachowuje siÍ podobnie, gdy w†uk³adzie o†naprzemiennym wysterowywaniu dwÛch przekaünikÛw bezpieczeÒstwa zewnÍtrzne zestyki rozwierne 17-18 i†15-16 znajduj¹ siÍ w†jednym obwodzie roboczym. Tak-

Rys. 2. øe wÛwczas sklejenie siÍ jednego z†tych zestykÛw nie blokuje kotwicy obrotowej, to znaczy pozosta³e pary zestykÛw powracaj¹ do bezpiecznego stanu (bezpiecznym stanem jest w†tym przypadku w³¹czony przekaünik). Usterka jest rozpoznawana przez jeden z†wewnÍtrznych, parami prze³¹czanych przymusowo zestykÛw (9-10 lub 7-8).

Przymusowe prze³¹czanie wewnÍtrznych zestykÛw W†razie sklejenia siÍ wewnÍtrznego zestyku spoczynkowego (rozwiernego) 11-12 lub zestyku spoczynkowego 5-6, opadniÍta kotwica ìCî zostaje zablokowana w†tym po³oøeniu i†wszystkie rozwarte zestyki 7-8, 9-10, 13-14 i†19-20 pozostaj¹ rozwarte. Podobnie zachowuje siÍ przekaünik w³¹czony. W†tym przypadku w†razie sklejenia siÍ zestykÛw zwiernych 7-8 lub 9-10 zestyki 5-6, 11-12, 15-16 i†17-18 pozostaj¹ rozwarte. Zachowanie to odpowiada nieprzyci¹gniÍciu lub nieopadniÍciu kotwicy zwyk³ych przekaünikÛw z†zestykami prze³¹czanymi przymusowo. DziÍki zastosowaniu tak prostego sposobu prze³¹czania stykÛw uzyskano duø¹ niezawodnoúÊ przekaünikÛw SF4 oraz gwarancjÍ bezpiecznego dla uøytkownika jego funkcjonowania. Potwierdzeniem tych walorÛw jest szereg úwiadectw bezpieczeÒstwa i†atestÛw, jakimi uhonorowano przekaüniki serii SF. S¹ to m.in. niemieckie atesty specjalistyczne opisuj¹ce elementy stosowane w†nastÍpuj¹cych aplikacjach: - Elektryczne wyposaøenie palenisk wed³ug VDE 0116/3.79, - Elektryczne wyposaøenie maszyn produkcyjnych i†wytwÛrczych wed³ug VDE 0113/ 12.73, - Instalacje sygnalizacyjne dla zapewnienia bezpieczeÒstwa ruchu drogowego wed³ug VDE 0832/7.81, - BezpieczeÒstwo aparatÛw elektromedycznych wed³ug VDE 0750/5.82, - Regu³y techniczne odnosz¹ce siÍ do düwigÛw, wind osobowych i†towarowych wed³ug TRA200, - Ustalone przez zwi¹zek zawodowy regu³y bezpieczeÒstwa odnosz¹ce siÍ do uk³adÛw sterowania pras wed³ug ZH1/281, ZH1/456, ZH1/457 i†ZH1/508. Horst Kreile, NAIS Matsushita

Podstawowe właściwości przekaźników serii SF. ✓ zestyki przełączane przymusowo; ✓ gwarantowany poziom ochrony − IP67; ✓ płaska konstrukcja i wyprowadzenia do montażu na płytce drukowanej; ✓ spolaryzowany, oszczędny pod względem poboru energii (poniżej 500mW); ✓ oddzielne komory dla każdej sprężyny stykowej i tym samym niezawodne oddzielenie galwaniczne obwodu prądowego nawet w razie pęknięcia sprężyny;

22

Rys. 3.

Elektronika Praktyczna 6/98

RAPORT

EP

W tym dziale opisujemy wybrane kity oferowane przez różnych producentów. Przekazujemy uwagi dotyczące montażu, uruchamiania i działania zestawu. Wszystkie urządzenia były bowiem zmontowane i sprawdzone w laboratorium EP.

Tor zdalnego sterowania, część 2 Odbiornik kodowanego zamka szyfrowego

Velleman K6707 Przedstawiamy opis drugiej czÍúci zestawu dwÛch kitÛw Vellemana - odbiornika kodowanego zamka szyfrowego. Zastosowanie zestawu zosta³o omÛwione w†pierwszej czÍúci artyku³u, tak wiÍc teraz wspomnimy tylko o†podstawowych parametrach odbiornika.

Uk³ad moøe wspÛ³pracowaÊ z†jednym lub wieloma, ustawionymi na ten sam kod, pilotami K6706. Odbiornik moøe w³¹czaÊ i†wy³¹czaÊ dowolne urz¹dzenia elektryczne o†poborze pr¹du nie przekraczaj¹cym 10A, w†dwÛch trybach: 1. Chwilowym, kiedy to sterowane urz¹dzenie jest w³¹czane tylko na czas naciskania przycisku pilota. 2. Przemiennym, w†ktÛrym kolejne naciúniÍcia przycisku pilota powoduj¹ na przemian w³¹czanie i†wy³¹czanie odbiornika pr¹du. Uk³ad odbiornika moøe byÊ zasilany z†transformatora sieciowego 2x9VAC lub z†dowolnego ürÛd³a napiÍcia sta³ego o†wartoúci 12..16V i†wydajnoúci pr¹dowej max. 100mA. Odbiornik wyposaøony jest w†wizualn¹ sygnalizacjÍ natÍøenia odbieranego sygna³u radiowego i†aktualnego stanu (przekaünik w³¹czony lub wy³¹czony). ZasiÍg transmisji wynosi ok. 30m.

Opis dzia³ania uk³adu Schemat elektryczny uk³adu odbiornika pokazany zosta³ na rys. 2. Moøna go podzieliÊ na cztery podstawowe bloki funkcjonalne, ktÛre kolejno omÛwimy. Odbiornik radiowy zosta³ zbudowany z†wykorzystaniem tranzystora w.cz. T1 typu BF199. Jest to typowy odbiornik superreakcyjny, ktÛrego czÍstotliwoúÊ pracy moøemy regulowaÊ za pomoc¹ trymera CV1. NiektÛrych CzytelnikÛw zdziwi³ zapewne brak na schemacie ja-

Elektronika Praktyczna 6/98

kiejkolwiek anteny odbiorczej, charakterystycznego elementu kaødego odbiornika radiowego. Zastosowano tu rozwi¹zanie podobne do znanego nam juø z†uk³adu nadajnika: rolÍ anteny pe³ni cewka L2. I†tu takøe nie musimy siÍ obawiaÊ ømudnego nawijania tej cewki: zosta³a ona wytrawiona na p³ytce jako owalna úcieøka. Z†odbiornika sygna³ przekazywany jest do uk³adu detekcyjnego pe³ni¹cego rÛwnieø rolÍ wzmacniacza m.cz. Zosta³ on zrealizowany na jednym ze wzmacniaczy operacyjnych wchodz¹cych w†sk³ad struktury uk³adu LM258. Drugi wzmacniacz operacyjny pracuje jako komparator, z†ktÛrego wyjúcia pobierany jest sygna³ prostok¹tny i†kierowany na wejúcie RX IN uk³adu IC1 - UM3758-120A. Dioda LED LD2 do³¹czona za poúrednictwem rezystora R21 do przewodu sygna³owego pozwala na wizualn¹ obserwacjÍ przebiegi transmisji danych pomiÍdzy odbiornikiem a†dekoderem. Kolejnym blokiem, chyba najwaøniejszym dla funkcjonowania uk³adu, jest dekoder. Uk³ad UM3758 zosta³ ustawiony w†tryb pracy dekodera przez po³¹czenie wyprowadzenia MODE z†mas¹ zasilania. W†tym trybie pracy uk³ad odbiera dane przesy³ane szeregowo na jego wejúcie i†dokonuje ich porÛwnania. Jeøeli dwa kolejne odebrane s³owa okaø¹ siÍ identyczne i†jednoczeúnie zgodne z†ustawionym kodem , to na wyjúciu OUT pojawi

23

RAPORT

EP

Rys. 2.

siÍ stan niski i†bÍdzie trwa³ aø do momentu odebrania dwÛch kolejnych, rÛøni¹cych siÍ od siebie, lub niezgodnych z†ustawionym kodem s³Ûw. Na rys. 3 przedstawiono format przesy³anego s³owa danych oraz reakcjÍ odbiornika na odebranie poprawnej transmisji. Stan niski, úwiadcz¹cy o†odebraniu poprawnej transmisji, zostaje po zanegowaniu przez inwerter N6 skierowany na wejúcie SET przerzutnika typu D†- FF1 IC3. Powoduje to natychmiastowe w³¹czenie tego przerzutnika, a†takøe zmianÍ stanu pracuj¹cego jako dwÛjka licz¹ca drugiego przerzutnika zawartego w†strukturze uk³adu IC3 - FF2. DoúÊ ìpokrÍtnaî kombinacja zbudowana z†inwerterÛw N2, N3 i†N4 s³uøy wyzerowaniu przerzutnika FF1 w†chwilÍ po zakoÒczeniu transmisji. Podczas jej odbierania, stan wysoki z†wejúcia SET przerzutnika FF1 wymusza stan niski na wyjúciu inwertera N2, co powoduje roz³adowanie za poúrednictwem diody D4 kondensatora C11. Po zmianie stanu na wyjúciu dekodera, kondensator C11 zaczyna siÍ ³adowaÊ poprzez rezystor R15, o†wartoúci dok³adnie stokrotnie wiÍkszej od R14. Kiedy napiÍcie

24

na tym kondensatorze osi¹gnie wartoúÊ rÛwn¹ 2/3 napiÍcia zasilania, na wyjúciu inwertera N3 pojawi siÍ stan niski, ktÛry po zanegowaniu przez inwerter N4 spowoduje wyzerowanie przerzutnika FF1. Uk³ad z†inwerterem N1 s³uøy zerowaniu obydwÛch przerzutnikÛw w†momencie w³¹czenia zasilania. Czas impulsu zeruj¹cego, doprowadzonego bezpoúrednio do wejúcia RST FF2 i†poprzez diodÍ D2 do analogicznego wejúcia FF1, jest okreúlony pojemnoúci¹ C12 i†rezystancj¹ R13. Zajmijmy siÍ teraz sterowaniem przekaünika RY1. Jego cewka zasilana jest od strony masy za poúrednictwem tranzystora T2. Baza tego tranzystora polaryzowana jest przez rezystor R16, ktÛry moøe byÊ do³¹czony do dwÛch punktÛw w†uk³adzie. Po³¹czenie oznaczone na schemacie jako Tryb Przemienny pozwala na w³¹czanie i†wy³¹czanie przekaünika za pomoc¹ kolejnych naciúniÍÊ przycisku pilota. Jeøeli wykorzystamy po³¹czenie oznaczone jako Tryb Chwilowy, to przekaünik bÍdzie siÍ w³¹cza³ jedynie na czas przytrzymywania przycisku pilota + czas okreúlony pojemnoúci¹ C11 i†rezystancj¹ R15.

Ostatnim blokiem uk³adu jest, doúÊ dziwacznie skonstruowany, uk³ad sygnalizacji stanu przekaünika. Jeøeli przekaünik RY1 jest wy³¹czony, to pr¹d p³yn¹cy przez jego cewkÍ zasila za poúrednictwem rezystora R17 bazÍ tranzystora T3. Tranzystor ten przewodzi i†dioda LED LD1 úwieci úwiat³em ci¹g³ym. Jeøeli natomiast tranzystor T2 zewrze cewkÍ przekaünika do masy, to baza tranzystora T3 bÍdzie polaryzowana wy³¹cznie poprzez rezystor R18. Rezystor ten jest do³¹czony do wyjúcia generatora astabilnego zbudowanego na inwerterze N5, co powodowaÊ bÍdzie impulsowe w³¹czania diody LED. Pozosta³a czÍúÊ uk³adu to stabilizator napiÍcia wykorzystuj¹cy popularny uk³ad 7809 - VR1.

Montaø i uruchomienie Montaø wykonujemy w†typowy sposÛb, rozpoczynaj¹c od elementÛw najmniejszych, a†koÒcz¹c na wlutowaniu przekaünika, kondensatorÛw elektrolitycznych i†stabilizatora napiÍcia. Nie naleøy zapominaÊ o†wlutowaniu zwory oznaczonej na p³ytce symbolem ìJî. Zmontowany uk³ad bÍdzie teraz wymaga³ dwÛch zabiegÛw: ustawienia kodu i†numeru kana³u oraz zestrojenia nadajnika radiowego z†odbiornikiem. Rozpoczniemy od ustawienia kodu, chociaø pozostawie-

Elektronika Praktyczna 6/98

RAPORT

EP

WYKAZ ELEMENTÓW

Rys. 3.

nie wolnymi wszystkich wejúÊ adresowych kodera w†nadajniku i†dekodera w†odbiorniku teø jest pewnym kodem. ZarÛwno na p³ytce nadajnika jak i†odbiornika, obok wejúÊ adresowych UM3758 wykonane zosta³y dwa szeregi punktÛw lutowniczych: jeden po³¹czony z†mas¹, a†drugi z†dodatnim biegunem zasilania. Kaøde z†wejúÊ adresowych moøemy za pomoc¹ zworek wykonanych z†krÛtkich odcinkÛw srebrzanki po³¹czyÊ z†mas¹, z†plusem zasilania lub teø pozostawiÊ nie pod³¹czone. Kombinacja jest zupe³nie dowolna, waøne jest jedynie, aby by³a identyczna w†odbiorniku i†w†nadajniku. Kolejn¹ czynnoúci¹ bÍdzie ustalenie numeru kana³u, na jakim pracowaÊ bÍdzie uk³ad odbiorczy. Za pomoc¹ odcinkÛw srebrzanki wykonujemy zworkÍ pomiÍdzy punktami oznaczonymi na p³ytce jako CH1 (kana³ 1) lub CH2 (kana³ 2). Jeøeli zewrzemy ze sob¹ punkty CH1 to odbiornik bÍdzie reagowa³ na naciúniÍcie przycisku SW1 w†pilocie. Po³¹czenie punktÛw CH2 umoøliwi sterowanie za pomoc¹ przycisku SW2. Praca na dwÛch kana³ach moøe okazaÊ siÍ uøyteczna w†przypadku, kiedy np. chcemy zainstalowaÊ dwa odbiorniki w†jednym pomieszczeniu. Moøemy wtedy za pomoc¹ jednego pilota sterowaÊ prac¹ dwÛch urz¹dzeÒ. Nie ma teø oczywiúcie øadnych przeszkÛd, aby do sterowania jednym odbiornikiem wykorzystaÊ dowoln¹ liczbÍ nadajnikÛw - pilotÛw z†ustawionym identycznym kodem. Ostatni¹ czynnoúci¹, jaka nam pozosta³a do wykonania, bÍdzie zestrojenie nadajnika z†odbiornikiem. Na sam¹ myúl o†strojeniu obwodÛw radiowych wielu elektronikom cierpnie skÛra (mnie takøe). Nie oba-

Elektronika Praktyczna 6/98

wiajcie siÍ jednak, jak juø wspomnia³em, strojenie zosta³o wykonane w†ci¹gu kilku minut przez trzynastoletnie dziecko! Zanim jedna rozpoczniemy strojenie, wskazane by³oby do³¹czenie zasilania do obydwÛch uk³adÛw. BateryjkÍ 12V wk³adamy w†przeznaczone dla niej miejsce w†obudowie pilota i†ustawiamy trymera CV1 nadajnika w†po³oøeniu úrodkowym (w ustaleniu tego po³oøenia pomocny bÍdzie rysunek umieszczony w†instrukcji montaøu). Aby unikn¹Ê dotykania podczas strojenia uk³adu rÍk¹, zamykamy obudowÍ pilota. Do uk³adu odbiornika do³¹czamy zasilanie, najlepiej transformator sieciowy o†uzwojeniach wtÛrnych 2x9V lub zasilacz pr¹du sta³ego, niekoniecznie stabilizowany, o†napiÍciu 12..16VDC. Trymer CV1 w†odbiorniku takøe ustawiamy mniej wiÍcej w†úrodkowym po³oøeniu. Dioda kontrolna LD2 nie powinna siÍ w†tym momencie úwieciÊ lub moøe úwieciÊ siÍ bardzo s³abo. Naciskamy teraz w³aúciwy przycisk pilota umieszczonego w†odleg³oúci ok. 1†m†od odbiornika. Dioda LD powinna zacz¹Ê wyraünie migotaÊ, a†przekaünik powinien zareagowaÊ zgodnie z†ustawionym dla niego trybem pracy. Jeøeli tak siÍ nie stanie, to pokrÍcaj¹c delikatnie trymerem CV1 w†odbiorniku staramy siÍ uzyskaÊ prawid³owe dzia³anie uk³adu. Do przeprowadzenia ostatecznej regulacji wskazana jest pomoc drugiej osoby. WrÍczamy jej pilota i†prosimy o†naciúniÍcie przycisku po odejúciu od odbiornika na kilka metrÛw. Najprawdopodobniej uk³ad nie zareaguje prawid³owo i†konieczne bÍdzie ponowne dostrojenie trymerem CV1. OperacjÍ strojenia w†dzia³aj¹cym uk³adzie koniecznie naleøy wykonywaÊ úrubokrÍtem z†plastykowym ostrzem. I†tu

Rezystory R1: 270Ω R2, R3: 18kΩ R4: 33kΩ R5: 5,6kΩ R6: 2,7kΩ R7: 6,8kΩ R8: 6,8MΩ R9, R10: 1kΩ R11: 100kΩ R12, R13: 47kΩ R14: 470Ω R15: 470kΩ R16..R18: 10kΩ R19: 220kΩ R20: 680Ω R21: 2,2kΩ Kondensatory C1, C2: 2pF C3: 22pF C4: 82pF C5..C7: 330pF C8, C9: 100nF C10..C14: 1µF/16V C15: 470µF/25V CV1: 5pF Półprzewodniki D1..D5: 1N4148 D6, D7: 1N4000..07 ZD1: dioda Zenera 4,3V ZD2: dioda Zenera 4,7V IC1: UM3758−120A IC2: LM258 IC3: 4013 IC4: 40106 LD1, LD2: diody LED T1: BF199 T2, T3: BC548 VR1: 7809 Różne J1..J3: ARK2 RY1: przekaźnik VR10V12

mi³¹ niespodzianka sprawiona nam przez Vellemana: úrubokrÍt taki znajduje siÍ w†zestawie! Tym w³aúnie úrubokrÍtem powtarzamy kilkukrotnie regulacjÍ, za kaødy razem odsuwaj¹c nadajnik coraz dalej od odbiornika. W†sprzyjaj¹cych warunkach moøemy w†ten sposÛb osi¹gn¹Ê zasiÍg do ok. 30m. Na zakoÒczenie jeszcze jedna uwaga przeznaczona dla tych KonstruktorÛw, ktÛrzy chcieliby wykorzystaÊ zbudowane urz¹dzenie do sterowania alarmem samochodowym. Po zamontowaniu odbiornika wewn¹trz samochodu zasiÍg dzia³ania uk³adu moøe znacznie siÍ zmniejszyÊ, co jednak nie ma wiÍkszego znaczenia praktycznego. Zbigniew Raabe, AVT Basia Raabe

25

T

E

S

T

W dziale "TEST" przedstawiamy narzędzia, programy i oprzyrządowanie pomocnicze, wykorzystywane w pracowniach konstrukcyjnych i laboratoriach elektronicznych. Prezentacja jest poprzedzona badaniami prowadzonych w laboratorium AVT. Zadaniem działu jest dostarczanie pełnej i sprawdzonej informacji o aktualnej ofercie krajowego rynku. Ceny podane w "Teście" są cenami netto (bez 22% podatku VAT).

Przegląd narzędzi lutowniczych, część 3 Trzeci¹, ostatni¹ juø czÍúÊ, przegl¹du narzÍdzi lutowniczych poúwiÍcamy sprzÍtowi bardziej zaawansowanemu stacjom lutowniczym. Poniewaø wúrÛd urz¹dzeÒ dostarczonych do przegl¹du znalaz³o siÍ kilka, bardzo interesuj¹cych konstrukcji w†cenie przekraczaj¹cej za³oøone przez nas pierwotnie 1000 z³, postanowiliúmy je takøe przedstawiÊ.

Pod koniec przygotowywania tej czÍúci przegl¹du narzÍdzi lutowniczych okaza³o siÍ, øe nast¹pi³a istotna zmiana w†ofercie firmy Weller - trzy spoúrÛd czterech prezentowanych stacji lutowniczych zosta³y wycofane z†produkcji i†zast¹pione nowymi modelami. Ograniczona iloúÊ czasu uniemoøliwi³a nam niestety przedstawienie zestawÛw nowej generacji. Poniewaø s¹ one funkcjonalnie zbliøone do poprzednikÛw, postanowiliúmy zamieúciÊ opisy stacji dostÍpnych dotychczas. Wed³ug informacji udzielonych nam przez przedstawicieli firmy Weller stacja WECP-20 Antistatic z†lutownic¹ MLR21 zosta³a zast¹piona zestawem WS-50 (cena ok. 620 z³), a†stacja WTCP-

50 (cena ok. 420 z³) zast¹pi³a produkowan¹ dotychczas WTCP-S. Rozszerzeniu uleg³a takøe oferta sprzÍtu oferowanego przez firmy Den-On oraz Pace. Pierwsza z†nich oprÛcz prezentowanego w†artykule modelu SS-8100 oferuje takøe stacjÍ TL-8100D (cena ok. 688 z³) z†wbudowanym cyfrowym miernikiem temperatury, funkcjonalnie zbliøon¹ do SS-8100. Firma Pace takøe oferuje profesjonaln¹ stacjÍ lutownicz¹ z†cyfrowym odczytem temperatury z†wbudowanym mikroprocesorowym regulatorem. To rozbudowane urz¹dzenie nosi oznaczenie ST-40ASP i†kosztuje ok. 1200 z³. SprzÍt przedstawiony przez nas w†ci¹gu ostatnich

dwÛch miesiÍcy nie wyczerpuje do koÒca moøliwoúci oferowanych przez rynek. Prezentowane urz¹dzenia (EP4, 5†i†6/98) stanowi¹ reprezentacjÍ, charakteryzuj¹c¹ aktualne moøliwoúci i†wymagania krajowego rynku. Znalaz³y siÍ wúrÛd nich zarÛwno lutownice i†stacje tanie, przeznaczone g³Ûwnie na rynek amatorski, znalaz³y siÍ takøe urz¹dzenia znacznie droøsze, przystosowane do pracy w†zak³adach produkcyjnych i†serwisach. Mamy nadziejÍ, øe ìTestî pomoøe Czytelnikom zainteresowanym zakupem sprzÍtu lutowniczego w†dokonaniu w³aúciwego wyboru, co nie jest ³atwe, bior¹c pod uwagÍ jego iloúÊ i†rÛønorodne moøliwoúci.

Stacje lutownicze

Gwarancja: 1 rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 184 zł

Elwik SE−220−1 Stacja lutownicza z†wbudowanym regulatorem temperatury (regulacja w†zakresie 100..400 oC). Moc lutownicy wynosi 60W, zasilanie 24V. Standardowym wyposaøeniem stacji jest podstawka do lutownicy i†pude³ko z†g¹bk¹ do wycierania grota. Na p³ycie czo³owej gniazdko uziemienia grota. Grot zewnÍtrzny mocowany sprÍøyn¹ doci¹gaj¹c¹.

Solomon SL−10 Prosta stacja lutownicza z†wbudowanym regulatorem temperatury o†mocy wyjúciowej 50W. Zakres regulacji mieúci siÍ pomiÍdzy 150 a†450 oC. W†obudowie regulatora znajduje siÍ metalowy pojemnik na g¹bkÍ do wycierania grota oraz podstawka pod lutownicÍ (wchodz¹ w†sk³ad zestawu). Grza³ka lutownicy ma moc ok. 50W. Grot jest wymienny, instalowany we wnÍtrzu obudowy grza³ki, mocowany przy pomocy metalowej nakrÍtki. Opcjonalnie s¹ dostÍpne groty o†rÛønych kszta³tach i†rozmiarach. Urz¹dzenie jest wyposaøone w†polsk¹ instrukcjÍ obs³ugi.

Elektronika Praktyczna 6/98

Gwarancja: 1 rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 189 zł

27

T

E

S

T

Gwarancja: 1 rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 201 zł

Elwik SE−220a Stacja lutownicza z†wbudowanym regulatorem temperatury (regulacja w†zakresie 100..400 oC). Moc lutownicy wynosi 60W, zasilanie 24V. Standardowym wyposaøeniem stacji jest podstawka do lutownicy i†pude³ko z†g¹bk¹ do wycierania grota. Na p³ycie czo³owej gniazdko uziemienia grota i†gniazdo do pod³¹czenia dowolnego urz¹dzenia zewnÍtrznego o†mocy do 20W (tygielek, odsysacz). Grot zewnÍtrzny mocowany sprÍøyn¹ doci¹gaj¹c¹.

Solomon SL−20 Gwarancja: 1 rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 219 zł

Stacja lutownicza z†wbudowanym termometrem i†regulatorem temperatury. Moc wyjúciowa stacji wynosi 50W. Zakres regulacji temperatury wynosi 150..420oC. Aktualn¹ temperaturÍ grota wskazuje pasek diod úwiec¹cych. Przy pomocy diod úwiec¹cych sygnalizowane jest takøe w³¹czenie zasilania stacji oraz praca grzejnika lutownicy. W†obudowie regulatora znajduje siÍ metalowy pojemnik na g¹bkÍ do wycierania grota oraz podstawka pod lutownicÍ (wchodz¹ w†sk³ad zestawu). Grza³ka lutownicy ma moc ok. 50W. Grot jest wymienny, instalowany we wnÍtrzu obudowy grza³ki, mocowany przy pomocy metalowej nakrÍtki. Opcjonalnie s¹ dostÍpne groty o†rÛønych kszta³tach i†rozmiarach.

Elwik SEC−220−1 Gwarancja: 1 rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 297 zł

Gwarancja: 1 rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 313 zł

Stacja lutownicza z†wbudowanym regulatorem temperatury (regulacja w†zakresie 100..400 oC) i†termometrem cyfrowym. Na 3pozycyjnym wyúwietlaczu moøna odczytaÊ temperaturÍ grota oraz aktualnie zadan¹ wartoúÊ temperatury. Moc lutownicy wynosi 60W. Standardowym wyposaøeniem stacji jest podstawka do lutownicy i†pude³ko z†g¹bk¹ do wycierania grota. Na p³ycie czo³owej gniazdko uziemienia grota. Grot zewnÍtrzny mocowany sprÍøyn¹ doci¹gaj¹c¹.

Elwik SEC−220a Stacja lutownicza z†wbudowanym regulatorem temperatury (regulacja w†zakresie 100..400 oC) i†termometrem cyfrowym. Na 3pozycyjnym wyúwietlaczu moøna odczytaÊ temperaturÍ grota oraz zadan¹ wartoúÊ temperatury. Moc lutownicy wynosi 60W. Standardowym wyposaøeniem stacji jest podstawka do lutownicy i†pude³ko z†g¹bk¹ do wycierania grota. Na p³ycie czo³owej gniazdko uziemienia grota oraz z³¹cze do zasilania napiÍciem zmiennym 24V dodatkowego urz¹dzenia zewnÍtrznego o†mocy do 20W (tygla, odsysacza). Grot zewnÍtrzny mocowany sprÍøyn¹ doci¹gaj¹c¹.

Xytronic Auto−Temp 136/136ESD

Gwarancja: 1 rok Cena: 324/395 (ESD) zł

28

Stacja lutownicza z†wbudowanym regulatorem temperatury (150..450 oC). Grza³ka ceramiczna o†krÛtkim czasie nagrzewania. Nak³adany na grza³kÍ grot jest mocowany nakrÍtk¹. Lutownica o†mocy 60W jest zasilana napiÍciem zmiennym 24V. StacjÍ standardowo wyposaøono w†podstawkÍ dla lutownicy, metalow¹ wk³adkÍ na topnik i†g¹bkÍ do wycierania grota. Na p³ycie czo³owej znajduje siÍ wskaünik stanu pracy regulatora (dioda LED), potencjometr do kalibracji oraz zamek uniemoøliwiaj¹cy zmianÍ nastawionej temperatury. W†wersji 136ESD stacja i†lutownica jest wykonana z†materia³Ûw antyelektrostatycznych. Opcjonalnie dostÍpna szeroka gama grotÛw i†przystawka do odsysania cyny.

Elektronika Praktyczna 6/98

T

E

S

T

Goot PX−501AS Stacja lutownicza z†regulatorem temperatury (regulacja w†zakresie 250..450oC). DziÍki wyprowadzeniu na p³ytÍ czo³ow¹ dodatkowego potencjometru moøliwa jest kalibracja nastaw temperatury. Lutownica o†mocy 80W, zasilana napiÍciem 220V. Grot jest wymienny, mocowany nakrÍtk¹, grza³ka ceramiczna. Grza³kÍ moøna ³atwo wymieniÊ, poniewaø jest wyposaøona w†specjalne z³¹cze. Zastosowano silikonow¹ os³onÍ antybakteryjn¹. Szeroka gama grotÛw. Zestaw jest wyposaøony w†polsk¹ instrukcjÍ.

OK Industries SA534 Stacja lutownicza z†wbudowanym regulatorem temperatury. Moc wyjúciowa regulatora wynosi 90W (napiÍcie wyjúciowe 24VAC). Zakres regulacji temperatury wynosi 320..430 oC. Obudowa regulatora spe³nia jednoczeúnie rolÍ podstawki pod lutownicÍ, wbudowano w†ni¹ takøe metalowe pude³ko z†g¹bk¹ do czyszczenia grota (standardowe wyposaøenie zestawu). W†sk³ad zestawu wchodzi lutownica o†mocy 35W w†obudowie z†tworzywa antyelektrostatycznego. Grza³ka lutownicy jest ceramiczna. Grot mocowany nakrÍtk¹, zak³adany bezpoúrednio na grza³kÍ. Wad¹ tego zestawu jest brak wbudowanego transformatora sieciowego.

Gwarancja: 1 rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 350 zł

Gwarancja: 1 rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 377 zł

Xytronic Auto−Temp 137ESD Stacja zbliøona funkcjonalnie do Auto-Temp 136ESD. Ma ona wbudowany regulator temperatury (150..450oC) i†jest wykonana z†materia³Ûw antyelektrostatycznych. Odczyt nastawionej lub aktualnej temperatury grota jest moøliwy dziÍki wbudowanemu 3-cyfrowemu wyúwietlaczowi LED. Lutownica jest wyposaøona w†grza³kÍ ceramiczn¹ o†krÛtkim czasie nagrzewania. Nak³adany na grza³kÍ grot jest mocowany nakrÍtk¹. Lutownica o†mocy 60W jest zasilana napiÍciem zmiennym 24V. Stacja jest standardowo wyposaøona w†podstawkÍ dla lutownicy, metalow¹ wk³adkÍ na topnik i†g¹bkÍ do wycierania grota. Na p³ycie czo³owej znajduje siÍ wskaünik stanu pracy regulatora (dioda LED), potencjometr do kalibracji oraz zamek uniemoøliwiaj¹cy zmianÍ nastawionej temperatury. Opcjonalnie dostÍpna szeroka gama grotÛw i†przystawka do odsysania cyny.

Gwarancja: 1 rok Cena: 497 zł

DEN−ON SS−8100 Prosta stacja lutownicza z†wbudowanym regulatorem temperatury (zakres regulacji 200..450oC). Stan pracy regulatora sygnalizuje dioda úwiec¹ca, wmontowana w†gÛrn¹ czÍúÊ obudowy. Lutownica jest wyposaøona w†grza³kÍ ceramiczn¹ o†mocy 22W. Specjalna konstrukcja grza³ki umoøliwia jej szybki demontaø i†wymianÍ, bez koniecznoúci ingerencji we wnÍtrze lutownicy. Obudowa lutownicy i†kabel po³¹czeniowy wykonany z†materia³Ûw antyelektrostatycznych. Grot wewnÍtrzny, wymienny, mocowany nakrÍtk¹. Zestaw jest wyposaøony w†instrukcjÍ po polsku.

Gwarancja: 1 rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 553 zł

Pace ST−20ASP Stacja lutownicza z†regulatorem temperatury systemu SensaTemp (zakres regulacji 93..482 oC). Moc grza³ki lutownicy wynosi 54W, a†maksymalna obci¹øalnoúÊ zasilacza 80W. Obudowa lutownicy i†stacji oraz kable po³¹czeniowe wykonane s¹ z†materia³Ûw antyelektrostatycznych. W†tylnej czÍúci obudowy znajduje siÍ specjalne gniazdo do pod³¹czenia uziemienia. DostÍpna jest szeroka gama wymiennych grotÛw, mocowanych úrub¹. Stacja jest wyposaøona w†funkcjÍ automatycznego od³¹czania grza³ki, ktÛre zapewnia oszczÍdnoúÊ energii i†ograniczenie stopnia niepotrzebnego zuøycia grza³ki i†grota (jeøeli lutownica nie jest uøywana przez czas d³uøszy niø 90 minut zasilanie grza³ki jest od³¹czane). Moøliwe jest mechaniczne zablokowanie po³oøenia ga³ki do regulacji temperatury. W†sk³ad zestawu wchodz¹ narzÍdzia pomocnicze (klucz do úrub blokuj¹cych nastawÍ temperatury, szczoteczka do czyszczenia obudowy grza³ki, itp.) oraz podstawka dla lutownicy (z g¹bk¹ do czyszczenia grota). Stacja jest wyposaøone w†z³¹cze interfejsu PaceLink, dziÍki ktÛremu jest moøliwe jej pod³¹czenie do innych urz¹dzeÒ lutowniczych firmy Pace. Zestaw jest wyposaøony w†polsk¹ instrukcjÍ.

Elektronika Praktyczna 6/98

Gwarancja: 1 rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 865 zł

29

T

E

S

T Weller WSD80 z lutownicą WSP80 24V/80W

Gwarancja: 1 rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 930 zł

Gwarancja: 1 rok Znak bezpieczeństwa B Cena: 1199 zł

Stacja lutownicza z†wbudowanym regulatorem temperatury (zakres regulacji 450 oC). W†stacjÍ wbudowany jest uk³ad cyfrowego zadajnika i†miernika temperatury. Standardowym wyposaøeniem stacji jest podstawka do lutownicy i†pude³ko z†g¹bk¹ do wycierania grota. Lutownica i†kabel po³¹czeniowy wykonane s¹ z†materia³Ûw antyelektrostatycznych. Pomimo ma³ych rozmiarÛw lutownica ma duø¹ moc. Kabel po³¹czeniowy jest pokryty z†zewn¹trz teflonem. Groty s¹ wymienne, mocowane nakrÍtk¹. Ciep³o jest przekazywane do grota tylko przez powierzchniÍ styku. Opcjonalnie dostÍpna szeroka gama akcesoriÛw. W†tylnej czÍúci obudowy znajduje siÍ gniazdo umoøliwiaj¹ce uziemienie grota.

Solomon SL−916 Rozbudowana stacja lutowniczo-rozlutownicza. Sk³ada siÍ ona z†dwÛch niezaleønych regulatorÛw temperatury wyposaøonych w†elektroniczne termometry (wskazania temperatury s¹ widoczne na paskach diod LED). Zakres regulacji temperatury lutownicy wynosi 150..420 oC, a†rozlutownicy 210..480oC. Wbudowany kompresor umoøliwia odci¹gniÍcie cyny z†punktu lutowniczego. Moce grza³ek lutownicy i†rozlutownicy wynosz¹ po ok. 50W. S¹ zasilane napiÍciem 24V. DziÍki zastosowaniu niezaleønych w³¹cznikÛw zasilania moøliwe jest uøywanie tylko lutownicy, tylko rozlutownicy lub obydwu urz¹dzeÒ jednoczeúnie. Zestaw jest wyposaøony w†dwie podstawki umoøliwiaj¹ce bezpieczne od³oøenie lutownicy i†rozlutownicy. W†sk³ad standardowego wyposaøenia wchodz¹ zapasowe filcowe filtry powietrza oraz metalowe siatki zatrzymuj¹ce odci¹gniÍt¹ cynÍ.

Weller WTCP−S Standardowo lutownica jest wyposaøona w†groty Long Life i†stabilizacjÍ temperatury Magnastat. Doboru temperatury dokonuje siÍ poprzez dobÛr grota. Lutownica jest wyposaøona w†grza³kÍ 24V/50W, wyprowadzenie uziemienia. Do zestawu dostÍpna jest szeroka gama akcesoriÛw. Podstawka pod lutownicÍ i†g¹bka do czyszczenia grota w†standardzie.

Weller WECP−20 Antistatic z lutownicą MLR21 P³ynna regulacja temperatury w†systemie Temtronic (150..450 oC), moøliwoúÊ mechanicznej blokady nastaw temperatury (w niektÛrych wersjach), wyprowadzenie uziemienia, zabezpieczenie antyelektrostatyczne, podstawka i†g¹bka w†standardzie. Lutownica 25W/24V z†zewnÍtrznym grotem, wbudowany czujnik temperatury. Wymienne groty mocowane nakrÍtk¹, szeroka gama grotÛw, szybko siÍ nagrzewa, antystatyczna, dobrze stabilizuje temperaturÍ ze wzglÍdu na termiczne po³¹czenie grota z†czujnikiem. Do prac precyzyjnych, lekka lutownica, kabel silikonowy.

Weller WECP−20 Antistatic z lutownicą LR21 P³ynna regulacja temperatury w†systemie Temtronic (150..450 oC), moøliwoúÊ mechanicznej blokady nastaw temperatury (w niektÛrych wersjach), wyprowadzenie uziemienia, zabezpieczenie antyelektrostatyczne, podstawka i†g¹bka w†standardzie. Lutownica 24V/50W, grot wewnÍtrzny, mocowane nakrÍtk¹, duøy wybÛr grotÛw, wbudowany czujnik temperatury, kabel silikonowy, antystatyczna, do typowych prac montaøowych.

30

Elektronika Praktyczna 6/98

T

E

S

T

Sprzęt Sprzęt do do testów testów udostępniły firmy: my: udostępniły fir firmy: Ambex − Weller Warszawa, tel. (0−22) 668−66−88, fax: (0−22) 668−61−64

Biall − Xytronic Gdańsk, tel. (0−58) 345−27−86, fax: (0−58) 346−05−26, e−mail: [email protected], www.chelmnet.tpnet.pl/biall

Bokar International − Goot Bydgoszcz, tel./fax: (0−52) 22−48−58, tel. 0−601−63−72−89, e−mail: [email protected]

Elwik − Elwik Warszawa, tel. (0−22) 846−31−87, fax: (0−22) 846−35−70

Labem − Weller Warszawa, tel./fax: (0−22) 844−01−57, tel. (0−22) 646−27−99

Renex − DEN−ON, Nakajima, Portasol Włocławek, tel./fax: (0−54) 411−25−55, (0−54) 311−005, e−mail: [email protected], www.renex.com.pl

TME − Solomon Łódź, tel. (0−42) 400−108, fax: (0−42) 400−107, e−mail: [email protected]

Elektronika Praktyczna 6/98

31

P O D Z E S P O Ł Y

Przekaźniki firmy MEISEI Przekaüniki sygna³owe s¹ konstruowane z†myúl¹ o†przenoszeniu sygna³Ûw ma³ej mocy w†uk³adach sterowania urz¹dzeÒ elektronicznych. Charakteryzuje siÍ ma³ym poborem mocy, bardzo ma³ymi rozmiarami i†typowym sposobem montaøu, bezpoúrednio do druku lub za poúrednictwem podstawek do uk³adÛw scalonych. JapoÒska firma MEISEI produkuje piÍÊ g³Ûwnych serii przekaünikÛw telekomunikacyjnych oznaczonych symbolami P, M4, M1B, M3 i†L1. W†obrÍbie kaødej z†tych serii wystÍpuj¹ odmiany rÛøni¹ce siÍ sposobem dzia³ania, montaøu i†parametrami. Wszystkie produkowane s¹ w†obudowie wodoszczelnej IP67. Serie P, M4 i†M1B posiadaj¹ po dwa, M3 jeden, a†L1 cztery styki prze³¹czne. Cewki wykonywane s¹ najczÍúciej na napiÍcia 5, 6, 9, 12 i†24VDC. NiektÛre mog¹ ponadto posiadaÊ sterowanie 1,5, 3, 18 lub 48VDC. W†sk³ad serii P†wchodz¹ przekaüniki o†najmniejszych rozmiarach (14x9x5†mm). WystÍpuj¹ one w†odmianach: monostabilnej, spolaryzowanej oraz bistabilnej. DostÍpne s¹ wersje do montaøu powierzchniowego. PobÛr mocy przez cewkÍ najbar-

Elektronika Praktyczna 6/98

dziej typowych wykonaÒ wynosi 140mW. Styki wykonane s¹ ze stopu AgPdAu zapewniaj¹cego doskona³e prze³¹czanie bardzo ma³ych sygna³Ûw juø od 0,01mA/10mV. Maksymalne napiÍcie prze³¹czane na stykach moøe wynieúÊ 250VAC lub 220VDC (przy bardzo ma³ych pr¹dach). S¹ to wielkoúci wspÛlne dla wszystkich przekaünikÛw MEISEI. Dla wiÍkszoúci przekaünikÛw (prÛcz M4S i†M1BS) obci¹øalnoúÊ trwa³a wynosi 0,5A/ 120VAC lub 1A/24VDC. Maksymalny pr¹d za³¹czania przekaünikÛw z†serii P wynosi 1A. Seria P†zapewnia bardzo ma³e czasy prze³¹czania. Za³¹czanie zajmuje do 2ms, wy³¹czanie tylko 1ms. Seria M4 jest najpopularniejsza wúrÛd uøytkownikÛw. W†porÛwnaniu do serii P†posiada wiÍkszy maksymalny pr¹d za³¹czania (2A), podobny pobÛr mocy (150mW dla wiÍkszoúci napiÍÊ) oraz d³uøszy czas prze³¹czania 4,5/1,5ms. Przekaüniki serii M4 wykonywane s¹ takøe w†wersjach specjalnych - ich cewki wymagaj¹ mocy steruj¹cej rzÍdu 200mW i†450mW. Kolejn¹ rodzin¹ s¹ przekaüniki M4S (odmiana M4). Przekaüniki te posiadaj¹ styki wykonane ze stopu

PdRu, ktÛry wprawdzie pogarsza prze³¹czanie ma³ych sygna³Ûw (1mA/1V), ale zwiÍksza obci¹øalnoúÊ trwa³¹ do 0,6A/ 125VAC lub 2A/30VDC. Kolejna seria M1B/M1BS - wymiarami zewnÍtrznymi i†parametrami przypomina seriÍ M4/ M4S. G³Ûwna rÛønica to inne rezystancje cewek. WiÍkszoúÊ parametrÛw serii M3 pokrywa siÍ z†seri¹ M1B. Seria L1 posiada cztery kombinacje stykÛw: 4†zwyk³e, 2†zwyk³e i†2†bezprzerwowe oraz 4†bezprzerwowe. Maksymalne pr¹dy za³¹czania to 2A na stykach zwyk³ych i†1A na bezprzerwowych. Wejúcia wszystkich przekaünikÛw posiadaj¹ bardzo duø¹ tolerancjÍ na poziom napiÍÊ steruj¹cych -†0,7..2•wartoúÊ napiÍcia znamionowego UN. NapiÍcia odpadowe zawieraj¹ siÍ zazwyczaj w†przedziale (0,05..0,1)•UN. WidaÊ, øe cewki zaakceptuj¹ nawet bardzo duøe wahania sygna³Ûw wejúciowych. Naduøywanie tego

moøe jednak pogorszyÊ trwa³oúÊ ³¹czeniow¹ stykÛw wynosz¹c¹ zazwyczaj ok. 5 •10 5 (nawet do 3•10 6 w†L1) prze³¹czeÒ. Ze wzglÍdu na trzymanie ogÛlnoúwiatowych standardÛw przekaüniki MEISEI mog¹ byÊ stosowane zamiennie z†przekaünikami innych firm. Dotyczy to zw³aszcza serii P, M4 i†M1B. Ze wzglÍdu na swoje parametry przekaüniki MEISEI znajduj¹ powszechne zastosowanie w†urz¹dzeniach telekomunikacyjnych, systemach alarmowych, sprzÍcie biurowym, medycznym i†audiowizualnym, przyrz¹dach pomiarowych, czujnikach sensorowych czy systemach lotniczych i†zdalnego sterowania. Niøsze ceny w†stosunku do porÛwnywalnych technicznie wyrobÛw innych firm powoduj¹, øe kr¹g ich odbiorcÛw systematycznie siÍ powiÍksza. mgr inż. Jaromir Hasik RELPOL CENTRUM Sp. z o.o.

31

Nowe wyzwania... ...i nowe rozwi¹zania Oscyloskop analogowo−cyfrowy HP54645D Czy pamiÍtasz drogi Czytelniku te lata kiedy ³atwo by³o podzieliÊ urz¹dzenia elektroniczne na analogowe i†cyfrowe? Konstruktor systemu analogowego bra³ z†pÛ³ki stary, dobry oscyloskop i†po kilku ruchach jego ga³kami wiedzia³, co szwankuje w†projektowanym urz¹dzeniu. Z†drugiej strony projektant systemu cyfrowego rozwi¹zywa³ problem posi³kuj¹c siÍ analizatorem stanÛw logicznych... Ma³e zamieszanie wprowadzi³o pojawienie siÍ na rynku tanich mikroprocesorÛw. Efektem tego by³ gwa³towny wzrost zainteresowania metodami cyfrowego przetwarzania sygna³Ûw (CPS). Koncepcja ìucyfrowieniaî sygna³u analogowego, a†nastÍpnie jego dalszej obrÛbki metodami CPS ma bowiem tÍ zaletÍ, øe zdecydowanie upraszcza budowÍ urz¹dzenia - obniøaj¹c jednoczeúnie koszt. Odpowiednie przetworniki analogowe jak wzmacniacze, filtry, itp. (sprzÍt) zostaj¹ zast¹pione ìprzetwornikiem wirtualnymî (fragmentem programu). Nie bez znaczenia jest rÛwnieø zwi¹zana z†tym miniaturyzacja urz¹dzeÒ. Dok³adnoúÊ takiego systemu jest praktycznie ograniczona jedynie dok³adnoúci¹ przetwornikÛw analogowo-cyfrowych i†b³Ídami arytmetyki procesora wykonuj¹cego obliczenia. Tak wiÍc na prze³omie ostatnich kilkunastu lat wykszta³ci³a siÍ nowa klasa urz¹dzeÒ elektronicznych zwanych analogowo-cyfrowymi. Konstruktorzy tych systemÛw borykaj¹ siÍ z†problemami zwi¹zanymi z†dostÍpnoúci¹ tanich, niezawodnych i†dok³adnych urz¹dzeÒ pomiarowych umoøliwiaj¹cych weryfikacjÍ projektu. Do niedawna jedynym sposobem rozwi¹zania tego problemu by³o wykorzystanie zarÛwno oscyloskopu jak i†analizatora stanÛw logicznych. Dopiero wprowadzony w†1996 roku, przez firmÍ Hewlett-Packard nowy produkt oscyloskop cyfrowy HP54645D stanowi, w†tej klasie urz¹dzeÒ, kompletne narzÍdzie pomiarowe. £¹czy bowiem prostotÍ obs³ugi oscyloskopu analogowego (klasyczne pokrÍt³a do ustawiania t³umienia wejúciowego, podstawy czasu, poziomu wyzwalania, po³oøenia, itp.) z†moøliwoúci¹ jednoczesnej obserwacji sygna³Ûw pochodz¹cych z†18 punktÛw pomiarowych (w tym do dwÛch sygna³Ûw analogowych i†do 16 cyfrowych). Nie jest to jednak zwyk³e zintegrowanie, w†jednej obudowie, oscyloskopu z†analizatorem stanÛw logicznych. PotÍga HP54645D leøy w†moøliwoúciach wyzwalania sygna³ami b¹dü kombinacjami sygna³Ûw ze wszystkich 18 kana³Ûw. Pasmo o†szerokoúci 100MHz i†czÍstotliwoúÊ prÛbkowania 200MSa/ s kaødego z†18 niezaleønych przetwornikÛw oscyloskopu, umoøliwia weryfikacjÍ poprawnoúci dzia³ania praktycznie kaødego wspÛ³czesnego urz¹dzenia zbudowanego na bazie 8bitowego mikrokontrolera. Charakterystyczn¹ cech¹ niemal kaødego urz¹dzenia analogowocyfrowego jest operowanie na stosunkowo wolnych sygna³ach analogowych (reprezentuj¹cych zjawisko fizyczne) oraz bardzo szybkich sygna³ach cyfrowych. Analiza wymaga zatem obserwacji sygna³u w†d³ugim oknie czasowym, ale jednoczeúnie z†zachowaniem duøej rozdzielczoúci w†dziedzinie czasu (innymi s³owy szybko sprÛbkowanym). Przyrz¹d HP54645D umoøliwia obserwacjÍ do 5ms przebiegu przy zachowaniu maksymalnej rozdzielczoúci 5ns. Dla lepszego zrozumienia wagi g³Íbokiej pa-

miÍci akwizycji, porÛwnujemy opisywany oscyloskop z†popularnymi oscyloskopami dostÍpnymi na rynku. Za³Ûømy, øe ten drugi ma zdolnoúÊ prÛbkowania sygna³u z†czÍstotliwoúci¹ 1GSa/s, ale wyposaøony jest w†pamiÍÊ tylko tysi¹ca prÛbek. W†tym samym co poprzednio oknie czasowym zostanie zarejestrowany sygna³ z†rozdzielczoúci¹... 5µs (czÍstotliwoúÊ prÛbkowania zostaje automatycznie zredukowana 1GHz do 200kHz!). Nie ma to moøe specjalnego znaczenia w†przypadku badania regularnego przebiegu wolnozmiennego, ale w†systemie analogowo-cyfrowym utrudnia analizÍ sygna³Ûw cyfrowych i†korelacjÍ tych ostatnich z†przebiegami analogowymi. Nie zosta³o powiedziane, jak na razie, o†wadach oscyloskopu wyposaøonego w†g³Íbok¹ pamiÍÊ akwizycji. Zazwyczaj, w†klasycznych oscyloskopach, podstawow¹ niedogodnoúci¹ jest tu istnienie tzw. d³ugiej strefy martwej (ang. ìdead-timeî). W†tym czasie przyrz¹d pomiarowy nie reaguje na polecenia wydawane przez operatora (dyskomfort uøytkowania) ale, co gorsze, nie wykonuje úledzenia sygna³u wejúciowego (utrata informacji o†sygnale!). Wynika to z†koniecznoúci wykorzystania ca³ej mocy obliczeniowej procesora oscyloskopu do przygotowania i†wyúwietlania na ekranie zarejstrowanych prÛbek, uprzednio wpisanych do pamiÍci. HP54645D nie jest jednak ìzwyk³ymî oscyloskopem. Zastosowana zosta³a w†nim technika MegaZoom. Pod tym tajemniczym has³em kryje siÍ aø piÍÊ procesorÛw, pracuj¹cych rÛwnolegle. Odpowiednio 3†procesory odpowiedzialne s¹ za sterowanie: 1. Akwizycj¹ danych w†kana³ach analogowych. 2. Akwizycj¹ danych w†kana³ach cyfrowych. 3. Wyúwietlaniem prÛbek na ekranie oscyloskopu. Czwarty procesor nadzoruje pracÍ ca³ego systemu. Zastosowanie pi¹tego procesora wynika bezpoúrednio z†funkcji, ktÛr¹ wykonuje. Za³Ûømy, øe typowa rozdzielczoúÊ pozioma oscyloskopu cyfrowego wynosi 500 punktÛw. W†tej sytuacji wyúwietlanie miliona prÛbek na ekranie oznacza wyúwietlane 2000 prÛbek na kaødy punkt w†osi X. Nie ma to specjalnego sensu, gdyø obraz staje siÍ nieczytelny. Pi¹ty procesor (komercyjnie stosowany procesor DSP), pos³uguj¹c siÍ odpowiednio zoptymalizowanymi algorytmami CPS dokonuje decymacji @250 (wybierania 1†z†poúrÛd 250) prÛbek do wyúwietlania na ekranie (kompresja). PokrÛtce przyjrzyjmy siÍ podstawowym technikom decymacji stosowanym w†oscyloskopach cyfrowych: - Prosta decymacja - kaødorazowo wybierana jest pierwsza prÛbka a†kolejne 249 s¹ ignorowane. Poniewaø prÛbki s¹ pobierane zawsze w†rÛwnych odstÍpach czasu, istnieje niebezpieczeÒstwo wyst¹pienia aliasingu. W†zwi¹zku z†powyøszym, pomimo prostoty implementacyjnej, Hewlett-Packard nie stosuje jej w†swoich oscyloskopach. Jedyny wyj¹tek od tej regu³y stanowi sytuacja, kiedy w³¹czona jest w†oscyloskopie funkcja obliczania widma za pomoc¹ FFT (s¹ wÛwczas wymagane rÛwne odstÍpy czasu). - Decymacja losowa - kaødorazowo losowana jest liczba z†przedzia³u (1,250) i†wybierana do wyúwietlenia jest prÛbka o†wylosowanym numerze. Jest to technika lepiej zabezpie-

czona przed aliasingiem, gdyø istnieje ma³e prawdopodobieÒstwo aby sygna³ ìzaci¹³î siÍ na czÍstotliwoúci sygna³u. W†tzw. trybie ìnormalî jest to podstawowa technika stosowana w†oscyloskopach HP. - Decymacja z†detekcj¹ impulsÛw (ang. peak detection) - z†poúrÛd 250 prÛbek wybierane s¹ dwie - jedna o†wartoúci (nie myliÊ z†numerem) najmniejszej, a†druga o†wartoúci najwiÍkszej. Jak nie trudno sobie wyobraziÊ stosuj¹c tÍ technikÍ moøna zobrazowaÊ na ekranie oscyloskopu wszelkie anomalia sygna³u, jak np. krÛtkie przepiÍcia. HP54645D stosuje tÍ metodÍ kompresji danych jednoczeúnie z†decymacj¹ losow¹, jeøeli jest ustawiony na tryb ìpeak detectî. Opisywan¹ technikÍ, jak kaødy tryb specjalny, naleøy jednak stosowaÊ rozumnie. Jako kontr-przyk³ad moøna podaÊ np. obrazowanie sygna³u zmodulowanego amplitudowo. Po w³¹czeniu trybu ìpeak detectî zobaczymy na ekranie wyraüny zarys obwiedni sygna³u, ale kszta³t noúnej bÍdzie nieczytelny. - Decymacja wyg³adzaj¹ca (ang. smoothing) - na ekranie wyúwietlana jest wartoúÊ úrednia wyliczona z†250 prÛbek (nie naleøy myliÊ wyg³adzanie z†uúrednianiem, to drugie dotyczy ca³ego przebiegu). Technika ta odpowiada fizycznemu zastosowaniu filtru decymacyjnego skaskadowanemu z†filtrem dolnoprzepustowym. W†HP54645D zastosowan¹ t¹ technikÍ tylko przy w³¹czonej funkcji uúredniania przebiegÛw, w†celu dodatkowego ograniczenia zaszumienia przebiegu na ekranie. Przedstawione techniki, jak siÍ juø uwaøny Czytelnik zorientowa³, dotycz¹ kompresji wyúwietlanych danych z†kana³Ûw analogowych. W†przypadku kana³Ûw cyfrowych HLP 54645D bez wzglÍdu na tryb pracy oscyloskopu (ìnormalî czy ìpeak detectî) stosowan¹ zawsze technik¹ jest decymacja z†detekcj¹ impulsÛw (w tym przypadku okreúlana mianem ìglicht detectî). Reasumuj¹c dziÍki zrÛwnolegleniu przetwarzania danych w†oscyloskopie uzyskano zmniejszenie strefy martwej, szybkie reagowanie na zmiany ustawieÒ oscyloskopu zadawane przez operatora oraz szybkie odúwieøanie ekranu (3 miliony punktÛw na sekundÍ). To jednak nie koniec dobrodziejstw techniki MegaZoom. Zgodnie z†tym co moøe sugerowaÊ nazwa, technika ta pozwala rÛwnieø na przegl¹danie pamiÍci prÛbek za pomoc¹ powiÍkszania interesuj¹cych fragmentÛw przebiegu jak rÛwnieø przesuwaniu siÍ po pamiÍci w†osi czasu i†to zarÛwno w†czasie, gdy oscyloskop wykonuje akwizycjÍ (co pewnie nikogo nie dziwi) jak i†kiedy akwizycja jest zatrzymana. Poniewaø wiemy juø doskonale jak przebiega pomiar, warto na zakoÒczenie warto wspomnieÊ chociaø o†tym jak moøe siÍ zaczynaÊ. OtÛø HP 54645D wyposaøono w†rozbudowany system wyzwalania. ZarÛwno standardowe wyzwalanie zboczem, ale rÛwnieø impulsem (dostÍpne operatory "<", ">" lub impuls o†d³ugoúci mieszcz¹cej siÍ w†zadanym przez operatora zakresie), wzorem cyfrowym (z dostÍpnymi operatorami logicznej sumy, iloczynu, implikacji; wejúcia, wyjúcia i†zadanego czasu utrzymania siÍ wzoru cyfrowego), sygna³em TV, jak rÛwnieø 50Hz (ìlineî). (ta)

Interfejs P R O IJ2 C E

K

T

Y

Interfejs I2C, część 1 kit AVT−265 Zagadnienia zwi¹zane z†interfejsem I2C ciesz¹ siÍ ogromn¹ popularnoúci¹ wúrÛd naszych CzytelnikÛw. Wychodz¹c naprzeciw ø¹daniom zg³aszanym listownie i†poprzez internetow¹ ìListÍ Dyskusyjn¹î, przedstawiamy opis konstrukcji uniwersalnego, programowalnego interfejsu I2C, ktÛry umoøliwia pracÍ w†kaødym trybie dopuszczalnym przez normy opisuj¹ce standard. Stosunkowo niewielka liczba zmian w†specyfikacji standardu I2C od chwili wprowadzenia go na rynek (1981 rok), úwiadczy o†doskona³oúci za³oøeÒ poczynionych na pocz¹tku jego tworzenia. Macie wiÍc teraz szansÍ dobrze poznaÊ jedno z†najbardziej klasycznych opracowaÒ wspÛ³czesnej elektroniki, stosowane zarÛwno w†sprzÍcie popularnym, jak i†w†szeregu aplikacji profesjonalnych.

Istnieje bardzo wiele moøliwoúci wykonania interfejsu I2C dla komputerÛw PC. W†najprostszych realizacjach wystarcza jeden uk³ad 7406 i†kilka rezystorÛw, a najbardziej z³oøone wymagaj¹ zastosowania mikrokontrolerÛw sterowanych rozbudowanym oprogramowaniem. My wybraliúmy rozwi¹zanie poúrednie wszystkie zadania zwi¹zane z†konwersj¹ danych z†postaci rÛwnoleg³ej na szeregow¹ i†synchronizacjÍ transmisji wykonuje specjalizowany uk³ad firmy Philips. Nosi on oznaczenie PCF8584. Za inicjalizacjÍ tego uk³adu oraz przesy³anie danych pomiÍdzy uøytkownikiem i†rejestrami uk³adu PCF8584, odpowiada prosty program, ktÛry steruje prac¹ komputera PC. Zanim przejdziemy do omawiania tajnikÛw konstrukcji interfejsu, pokrÛtce przypomnimy po co wymyúlono I2C i†w†jaki sposÛb nastÍpuje wymiana informacji pomiÍdzy uk³adami do³¹czonymi do magistrali.

Bity, ramki, warunki... Na rys. 1 przedstawiono schemat blokowy systemu mikroprocesorowego, w†ktÛrym wymiana informacji pomiÍdzy wszystkimi uk³adami odbywa siÍ dwoma przewodami! W†ten sposÛb, juø na samym pocz¹tku artyku³u, znaleü-

34

liúmy odpowiedü na pytanie: po co wymyúlono ten interfejs? Chodzi³o przede wszystkim o†zminimalizowanie liczby przewodÛw (linii) ³¹cz¹cych uk³ady scalone w†duøych systemach sterowania. Ograniczenie liczby linii, oprÛcz uproszczenia po³¹czeÒ na p³ytce drukowanej, umoøliwia zminimalizowanie zak³ÛceÒ elektromagnetycznych generowanych przez system mikroprocesorowy. Obydwie wymienione cechy maj¹ ogromne znaczenie przede wszystkim w†sprzÍcie audio, video i†telefonicznym, a†w³aúnie z†myúl¹ o†tego typu urz¹dzeniach powsta³ I2C. Juø na pierwszy rzut oka moøna zauwaøyÊ, øe sposÛb wymiany informacji pomiÍdzy elementami systemu ogranicza szybkoúÊ jej przep³ywu. Wynika to, po pierwsze, z†charakteru przesy³ania szeCechy charakterystyczne, wymagania i możli− wości interfejsu AVT−265. ✓ wykonany jest w postaci 8−bitowej karty do PC; ✓ współpracuje z dowolnym komputerem PC; ✓ rejestry interfejsu zajmują dwa adresy w prze− strzeni I/O; ✓ istnieje możliwość wybrania jednej spośród pię− ciu par adresów (316/7h, 318/9h, 31A/Bh, 31C/ Dh, 31E/Fh); ✓ może pracować w trybie MASTER, SLAVE lub MONITOR; ✓ jest w pełni programowalny, dzięki czemu bez większego trudu można go dostosować do indy− widualnych wymagań użytkownika; ✓ magistrala może być taktowana jedną z czterech częstotliwości: 1,5kHz, 11kHz, 45kHz, 90kHz.

Elektronika Praktyczna 6/98

Interfejs I 2 C

Rys. 3. Sposób przesłania bitu magistralą I2C. Rys. 1. Przykładowy system z magistralą I2C.

Rys. 2. Przykład innego systemu z magistralą I2C.

regowego (bit po bicie), a po drugie, z†negatywnego wp³ywu pojemnoúci i†indukcyjnoúci pasoøytniczych, ktÛre zniekszta³caj¹ przesy³any sygna³ (zw³aszcza przy transmisji na odleg³oúci wiÍksze niø klikadziesi¹t centymetrÛw). Wada ta nie ujawnia siÍ w†typowych aplikacjach I2C, czyli w†systemach sterowania i†regulacji w†odbiornikach telewizyjnych, sprzÍcie elektroakustycznym, systemach nadzorczych w†nowoczesnych komputerach PC i†temu podobnych. Dla aplikacji wymagaj¹cych wiÍkszych szybkoúci transferu, Philips opracowa³ rozszerzenie standardu I2C, ktÛre pokrÛtce omÛwimy w†dalszej czÍúci artyku³u. Kolejn¹ zalet¹ interfejsu I2C jest moøliwoúÊ niezwykle prostej rekonfiguracji ìsprzÍtuî wchodz¹cego w†sk³ad systemu. Oznacza to, øe koniecznoúÊ rozszerzenia systemu z†rys. 1 np. o†kolejny sterownik wyúwietlacza LCD i†przetwornik C/A nie wymaga øadnej jego przerÛbki! Jedyn¹ konieczn¹ modyfikacj¹ jest taka Cechy charakterystyczne magistrali I 2C. ✓ przesyłanie 8−bitowych danych przy pomocy dwóch linii sygnałowych; ✓ łatwość modyfikacji sprzętowej urządzenia wyko− rzystującego szynę I2C; ✓ jego pracą steruje przejrzysty prosty protokół, po− zwalający na jego łatwą implementację sprzętową lub programową; ✓ istnieje możliwość połączenia w jednym systemie kilku procesorów sterujących; ✓ możliwość generowania przerwań sprzętowych przez urządzenia dołączone do magistrali.

Elektronika Praktyczna 6/98

zmiana programu steruj¹cego procesorem, aby adresowa³ nowe uk³ady i nie adresowa³ np. zdemontowanego uk³adu. Inn¹ moøliwoúci¹ jest automatyczne diagnozowanie przez procesor, czy adresowany uk³ad jest w†danej chwili pod³¹czony do szyny (jak to zrobiÊ opowiemy za chwilÍ). Naleøy pamiÍtaÊ, øe adresowanie uk³adu, ktÛry nie jest w³¹czony w†system nie zak³Ûca pracy pozosta³ych uk³adÛw. Kolejn¹, bardzo interesuj¹c¹ cech¹ I2C jest fakt, øe nie jest istotne miejsce w³¹czenia poszczegÛlnych uk³adÛw w†szynÍ I2C. Z†tego wynika, øe systemy z†rys. 1†i†rys. 2 s¹ z†punktu widzenia I2C identyczne! Poniewaø do szyny I2C moøna do³¹czyÊ wiele uk³adÛw jednoczeúnie, niezbÍdne jest zastosowanie odpowiedniego protoko³u, ktÛry zapewni poprawn¹ wymianÍ informacji pomiÍdzy nimi. K³opot jest o†tyle duøy, øe w†jednym systemie mog¹ siÍ pojawiÊ zarÛwno uk³ady wyjúciowe (informacja do nich jest tylko zapisywana, np. sterownik wyúwietlacza LCD lub LED), wejúciowe (np. dekodery klawiatur) oraz dwukierunkowe (zapis i†odczyt danych, np. pamiÍci, przetworniki, czujniki temperatury). Co wiÍcej, jak widaÊ na rys. 1†i†rys. 2, w†jeden system moøna w³¹czyÊ dwa (lub wiÍcej) procesory! Zagadnienie jest naprawdÍ z³oøone, lecz inøyniero-

wie Philipsa poradzili sobie z†nim doskonale. Warunkiem pracy dowolnego systemu z†szyn¹ I 2C jest zastosowanie w†nim minimum dwÛch uk³adÛw: jeden z†nich spe³nia rolÍ g³Ûwnego uk³adu steruj¹cego i†synchronizuj¹cego transmisjÍ (Master), a drugi jest pomocniczy, zgodnie z†angielsk¹ nomenklatur¹ nazywany niewolnikiem (Slave). Niezaleønie od tego, czy dany uk³ad spe³nia rolÍ Mastera, czy teø Slave'a, informacja moøe byÊ przesy³ana zarÛwno ìdoî niego, jak i†îzî niego. RÛønica pomiÍdzy Masterem i†Slavem jest tylko

Rys. 4. Algorytm przesłania bitu magistralą I2C.

35

Interfejs I 2 C Nierozwi¹zany nadal pozostaje problem synchronizacji przesy³anego bloku informacji. Jednoznaczne wskazanie pocz¹tku Rys. 5. Ramki START i STOP synchronizujące i†koÒca takiego blotransmisję danych. ku odbywa siÍ potaka, øe Master zawsze inicjuje przez wygenerowanie przez Masi†koÒczy transmisjÍ, a†takøe wytera sygna³Ûw pocz¹tku (START) znacza jej tempo. Uk³ady Slave i†koÒca (STOP) transmisji. SposÛb s¹ zawsze adresowane przez Masich przes³ania przedstawiono na tera, przez co moøe on wp³ywaÊ rys. 5. Algorytm z†rys. 6 przedna to, ktÛry z†uk³adÛw bÍdzie stawia zalecany sposÛb przesy³aw†danej chwili ìdopuszczonyî do nia kaødego bajtu. magistrali I2 C. Sygna³y START i†STOP wyznaPodstawowym fragmentem inczaj¹ przes³anie kompletnego bloformacji przesy³anej po szynie I2C ku informacji. Poniewaø transmisja jest bit. Na rys. 3 pokazano, po szynie I2C jest z†za³oøenia 8w†jaki sposÛb jest to robione. bitowa, konieczne jest synchroniPodczas trwania logicznej ì1î na zowanie przes³ania kaødego bajtu. linii zegarowej SCL, stan linii Odbywa siÍ to na drodze potwierdanych SDA nie moøe siÍ zmie- dzenia odebrania bajtu przez uk³ad niaÊ. Na rys. 4 przedstawiono podrzÍdny (Slave), przy pomocy algorytm transmisji pojedynczego sygna³u ACK (z ang. ACKNOWbitu danych. Moøna go zastosoLEDGE, czyli potwierdzenie). Aby waÊ dla kaødego mikrokontrolera, uzyskaÊ od Slave'a sygna³ ponaleøy tylko samodzielnie zaprotwierdzenia, uk³ad Master musi jektowaÊ opÛünienia wynikaj¹ce wygenerowaÊ kolejny, dziewi¹ty z†wymogÛw standardu. dla kaødego bajtu impuls zegarowy. W†tym czasie na linii danych SDA musi pojawiÊ siÍ stan logicznego ì0î generowany przez Slavea (MASTER od³¹cza siÍ od linii SDA, poprzez ustawienie bufora wyjúciowego w†stan ì1î). Brak potwierdzenia od strony Slavea powoduje, øe Master generuje sygna³ STOP. Przebieg ca³ego cyklu przes³ania dwÛch bajtÛw przedstawiono na rys. 7. Na rys. 8 przedstawiono najczÍúciej spotykan¹ ramkÍ danych przesy³an¹ poprzez I2C. Kaøda transmisja jest inicjowana przez Mastera i†rozpoczyna siÍ od wygenerowania sygna³u START. NastÍpnie przesy³any jest (takøe przez Mastera) 7-bitowy adres uk³adu Slave. Przy pomocy

Rys. 6. Algorytm przedstawiający sposób przesłania bajtu danych.

36

Ûsmego bitu s³owa adresowego sygnalizowany jest kierunek przesy³ania informacji - jeøeli jest on rÛwny ì1î to Master bÍdzie odczytywa³ dane ze Slave'a, a†w†przypadku gdy Ûsmy bit jest rÛwny ì0î, Master bÍdzie wpisywa³ kolejne bajty do Slave'a. Liczba bajtÛw przes³anych do Slave'a jest dowolna (zaleøna od rodzaju odbiornika, w†praktyce od typu uk³adu), a†koniec transmisji sygnalizowany jest warunkiem STOP. W†doúÊ interesuj¹cy sposÛb rozwi¹zano interfejsy wejúciowo-wyjúciowe w†uk³adach I2C. Obydwie linie SDA i†SCL s¹ zazwyczaj dwukierunkowe, tzn. mog¹ pracowaÊ jako wejúcie lub wyjúcie (rys. 9). Jako bufory wyjúciowe zastosowano tranzystory z†otwartym drenem (w uk³adach bipolarnych s¹ to tranzystory z†otwartym kolektorem). DziÍki zastosowaniu takiego rozwi¹zania moøliwe jest jednoczesne pod³¹czenie wielu uk³adÛw do jednej linii magistrali. Dla poprawnej pracy interfejsu I2C niezbÍdne jest ìpodwieszenieî linii SCL i†SDA do plusa zasilania (w inny sposÛb nie jest moøliwe uzyskanie napiÍcia odpowiadaj¹cego logicznej ì1î). WartoúÊ rezystancji rezystorÛw ìpodwieszaj¹cychî naleøy dobraÊ w†zaleønoúci od fizycznej d³ugoúci magistrali, pojemnoúci pasoøytniczych (w sk³ad ktÛrych naleøy wliczyÊ takøe pojemnoúci wejúciowe uk³adÛw do³¹czonych do magistrali) i†ø¹danej szybkoúci transmisji. Na rys. 10 przedstawiono wykres obrazuj¹cy zaleønoúÊ pomiÍdzy pojemnoúci¹ pomiÍdzy liniami SCL i†SDA i†maksymaln¹ wartoúci¹ rezystancji rezystorÛw ìpodwieszaj¹cychî. SzybkoúÊ transmisji dla przedstawionego przyk³adu nie moøe przekraczaÊ standardowo 100kHz.

Rys. 7. Wykres czasowy przedstawiający transfer dwóch bajtów danych.

Elektronika Praktyczna 6/98

Interfejs I 2 C skonstruowany, øe po pierwszym wpisie dowolnej danej pod adres wybrany przez uøytkownika, uk³ad PCF8584 jest automatycznie konfigurowany Rys. 8. Format typowej ramki przesyłanej do pracy w†trybie 80xx. 2 magistralą I C. Rozwi¹zanie takie okaNa tym zakoÒczymy opis przyza³o siÍ niezbÍdne, poniewaø webliøaj¹cy podstawowe zasady przejúciowy interfejs steruj¹cy US2 sy³ania sygna³Ûw z†wykorzystamoøna zaadaptowaÊ takøe do niem I2C. Rozszerzenia i†udoskowspÛ³pracy z†procesorami firmy nalenia tego standardu, a†takøe Motorola. O†sposobie skonfigurosposÛb arbitraøu w†systemach wania decyduje pierwszy dostÍp z†kilkoma Masterami przedstawido uk³adu po jego wyzerowaniu. my w†ostatniej czÍúci artyku³u. Selekcji adresu bazowego karty moøna dokonaÊ na dwa spoOpis uk³adu soby: poprzez zmianÍ po³oøenia Przechodzimy teraz do omÛjumpera na z³¹czu JP1 lub powienia konstrukcji interfejsu. przez przeprogamowanie uk³adu Schemat elektryczny proponowaispGDS14. Na rys. 12 przedstanego rozwi¹zania znajduje siÍ na wiona zosta³a taka modyfikacja rys. 11. Jak widaÊ, jest to urz¹uk³adu z†rys. 11, aby w†miejsce dzenie bardzo proste, co by³o z³¹cza JP1 zainstalowaÊ uk³ad moøliwe do osi¹gniÍcia dziÍki US3. zastosowaniu dwÛch nowoczesPoniewaø uk³ady ispGDS s¹ nych uk³adÛw scalonych. stosunkowo ma³o znane wúrÛd Uk³ad programowalny US1 elektronikÛw w†naszym kraju, po(GAL20V8) spe³nia rolÍ dekodera krÛtce przedstawimy ich strukturÍ adresowego, ktÛry pozwala doúÊ i†moøliwoúci. swobodnie ustaliÊ parÍ adresÛw, pod ktÛrymi interfejs bÍdzie widoczny w†przestrzeni I/O komputera PC. Na list. 1 przedstawiony zosta³ opis dekodera w†jÍzyku CUPL, ktÛry po skompilowaniu i†wygenerowaniu wynikowego pliku programuj¹cego umoøliwi³ zaprogramowanie matrycy pamiÍciowej US1. Uwaøni Czytelnicy zauwaø¹ na list. 1, øe sygna³ z†linii adresowej A0 jest ìprzepuszczanyî przez US1 bez øadnych modyfikacji. Jest to pozosta³oúÊ po prÛbach prowadzonych na egzemRys. 10. Wykres przedstawiający plarzu modelowym, bez wiÍksze- zależność pomiędzy wartością R i P go znaczenia dla praktycznego pojemnością linii magistrali. dzia³ania karty. Dekoder jest tak

WYKAZ ELEMENTÓW Wersja podstawowa Rezystory R1: 2,7kΩ R2, R3: 68Ω R4, R5: 5,1kΩ Kondensatory C1, C2, C3, C4: 100nF C5, C6: 10µF/10V C7: 47µF/10V Półprzewodniki US1: GAL20V8B − zaprogramowany AVT−265 US2: PCF8584P D1, D2: 1N4148 lub podobne Różne X1: 6MHz oscylator JP1: podwójna, pięciopozycyjna listwa gold−pin z jumperem G1: gniazdo Mini DIN6 Sw1: przycisk chwilowy Śledz mocujący kartę Opcje US3: ispGDS14−7J zamiast JP1 (z podstawką PLCC20) X1: DS1075M−060ES lub −066ES zaprogramowany 6MHz (zamiast standardowego generatora 6MHz) G2: 8−stykowe gniazdo telefoniczne (stosować tylko w przypadku zastąpieniu JP1 układem US3)

Listing 1. NAME avt265; REV 1.2; DESIGNER Piotr Zbysinski; COMPANY B T C; DEVICE g20v8; /* /* /* /* /*

**************************************** * * * Dekoder adresowy do karty I2C * * * ****************************************

*/ */ */ */ */

/* INPUTS */ pin [1..10] = [A0..A9]; pin 11 = RES_IN; pin 13 = IOWR; pin 14 = WR_ENA; pin 23 = AEN; /* OUTPUTS */ pin [17..21] = ![SEL4..0]; pin 15 = !RES_OUT; pin 16 = !WR_OUT; pin 22 = A0_OUT; /* DECLARATIONS AND INTERMEDIATE VARIABLE /* DEFINITIONS */ field ADDRESS = [A0..A9]; /*LOGIC EQUATIONS*/ SEL0 = ADDRESS:’h’31e SEL1 = ADDRESS:’h’31c SEL2 = ADDRESS:’h’31a SEL3 = ADDRESS:’h’318 SEL4 = ADDRESS:’h’316

# # # # #

*/

ADRES:’h’31f; ADRES:’h’31d; ADRES:’h’31b; ADRES:’h’319; ADRES:’h’317;

RES_OUT = RES_IN; A0_OUT = A0;

Rys. 9. Budowa portów I/O typowych układów I2C.

Elektronika Praktyczna 6/98

WR_OUT = !WR_ENA & !IOWR;

37

Interfejs I 2 C

Rys. 11. Schemat elektryczny interfejsu.

Seria uk³adÛw GDS (ang. Generic Data Switch) jest autorskim opracowaniem firmy Lattice. Podobnie do innych uk³adÛw programowalnych isp s¹ one reprogramowalne w†systemie, poprzez prosty interfejs szeregowy. WewnÍtrzna struktura uk³adÛw ispGDS przypomina matrycÍ prze³¹cznikÛw, ktÛre moøna w†dowolny sposÛb programowaÊ (w³¹czone/wy³¹czone). Uk³ad ispGDS14 ma dwa porty I/O (Bank A†i†Bank B, rys. 13), ktÛrych wyprowadzenia moøna ze sob¹ ³¹czyÊ (programowaÊ) w†dowolnym kierunku, moøliwe jest negowanie ³¹czonych sygna³Ûw lub ustalanie na wybranym wyjúciu poziomu logicznego ìna sta³eî (rys. 14). Tak wiÍc uk³ad ispGDS14 doskonale nadaje siÍ do zast¹pienia kilku standardowych prze³¹cznikÛw wykorzystywanych do konfiguracji lub programowania urz¹dzenia, przy czym zmiana ìpo³oøeniaî prze³¹cznika wymaga kaødorazowej zmiany pliku programuj¹cego wpisywanego do matrycy pamiÍciowej uk³adu.

38

Rys. 12. Schemat elektryczny przedstawiający sposób zastąpienia JP1 układem ispGDS14 (moduł A na schemacie z rys. 11).

Elektronika Praktyczna 6/98

Interfejs I 2 C

Rys. 13. Budowa wewnętrzna układu ispGDS14.

Uk³ad US2 musi byÊ taktowany prostok¹tnym sygna³em zegarowym, ktÛry jest generowany przez oscylator X1. W†egzemplarzu modelowym zastosowano oscylator kwarcowy o†czÍstotliwoúci 6MHz, przeprowadzono takøe prÛbÍ zast¹pienia tego oscylatora przez scalony, programowany generator DS1075 firmy Dallas. SposÛb jego wykorzystania przedstawimy w†kolejnej czÍúci artyku³u. Rezystor R1 ìpodci¹gaî do plusa zasilania wejúcie zeruj¹ce US2. Diody D1 i†D2 tworz¹ funktor

Elektronika Praktyczna 6/98

logiczny AND, dziÍki ktÛremu uk³ad US2 jest kaødorazowo zerowany po w³¹czeniu komputera i moøe byÊ zerowany takøe rÍcznie przy pomocy przycisku Sw1. Rezystory R4 i†R5 ìpodci¹gaj¹î linie SCL i†SDA do plusa zasilania, a†R2 i†R3 zapobiegaj¹ moøliwoúci uszkodzenia obwodÛw wejúciowych US2. Wszystkie sygna³y I2C oraz linie zasilaj¹ce wyprowadzone zosta³y na z³¹cze G1. Zastosowano typowe 6-stykowe gniazdo MiniDIN, zalecane przez firmÍ Philips

Rys. 14. Możliwość skonfigurowania układu ispGDS14.

do stosowania w†magistralach ACCESS.bus (pochodna I2C). Umoøliwia ono proste do³¹czenie dowolnego urz¹dzenia zewnÍtrznego, bez koniecznoúci ingerencji we wnÍtrze komputera. Piotr Zbysiński, AVT W†artykule wykorzystano materia³y firmy Philips, opublikowane w†katalogu ìI2C Peripheralsî z†roku 1996.

39

Interfejs wejściowy P do R portu O J Centronics E K T Y

Interfejs wejściowy do portu Centronics kit AVT−448 To proste urz¹dzenie pozwala kontrolowaÊ przy pomocy dowolnego komputera wyposaøonego w†interfejs rÛwnoleg³y Centronics, stany zewnÍtrznych czujnikÛw dwustanowych. DziÍki zastosowaniu optoizolatorÛw nie wystÍpuje niebezpieczeÒstwo uszkodzenia obwodÛw wejúciowych komputera, co nabra³o obecnie duøego znaczenia, poniewaø porty I/O w†komputerach PC s¹ zintegrowane z†p³yt¹ g³Ûwn¹.

Elektronika Praktyczna 6/98

Komputery klasy IBM PC zdominowa³y úwiat i†na dobre zagoúci³y w†naszych domach. UdostÍpnienie tych maszyn praktycznie kaødemu cz³owiekowi i†zwi¹zany z†tym dostÍp do Internetu jest z†pewnoúci¹ jednym z†najwiÍkszych prze³omÛw w†historii ludzkoúci. Bariera cenowa, bÍd¹ca w†naszym kraju istotn¹ przeszkod¹ w†popularyzacji komputerÛw osobistych, powoli zanika. Bez przesady moøna powiedzieÊ, øe juø w†najbliøszej przysz³oúci kaødy, kto zajmuje siÍ czymú wiÍcej niø prost¹ prac¹ fizyczn¹ bÍdzie musia³ korzystaÊ z†komputera i†najczÍúciej takowy posiadaÊ w†domu. Komputery klasy PC s¹ najczÍúciej wykorzystywane do dwÛch celÛw: do pracy i†nauki oraz do zabawy. TÍ ostatni¹ moøliwoúÊ wykorzystania najwiÍkszego z†wynalazkÛw XX wieku najbardziej doceniaj¹ nasze dzieci. Istnieje jednak jeszcze jedna, mniej znana sfera zastosowaÒ komputera: uøywanie go jako najwyøszej klasy sterownika systemÛw peryferyjnych oraz jako potÍønego narzÍdzia pomiarowego w†laboratoriach. Przeszkod¹ w stosowaniu komputera jako inteligentnego sterownika lub ìmÛzguî systemu pomiarowego jest bardzo czÍsto obawa w³aúciciela przed uszko-

dzeniem cennego sprzÍtu. Obawa jak najbardziej uzasadniona w†przypadku korzystania z†w³asnorÍcznie wykonanych urz¹dzeÒ peryferyjnych. Moøna nawet powiedzieÊ, øe obawy przed uszkodzeniem PC przez do³¹czenie wadliwie pracuj¹cego uk³adu do ktÛregoú z†jego portÛw s¹ coraz bardziej uzasadnione. W†zamierzch³ych czasach AT czy 386, efektem pod³¹czenia do np. portu Centronics napiÍcia niezbyt ìlubianegoî przez ten interfejs by³o uszkodzenie wzglÍdnie taniej karty multi I/O lub kontrolera dysku twardego. Obecnie porty s³uø¹ce komunikacji maszyny z†otoczeniem wbudowane s¹ z†zasady w†p³ytÍ g³Ûwn¹ i†ich uszkodzenie zwi¹zane jest z†koniecznoúci¹ wymiany ca³ej p³yty, kosztuj¹cej niejednokrotnie kilkaset z³otych. Warto wiÍc pomyúleÊ o†skonstruowaniu jakiejú ìbariery nie do przebiciaî dla ³adunkÛw elektrostatycznych i†napiÍÊ przekraczaj¹cych wytrzyma³oúÊ portÛw PC. W†jednym z†poprzednich numerÛw EP opisany zosta³ modu³ wyjúciowy na przekaünikach, do³¹czany do portu Centronics PC. Obecnie zajmiemy siÍ problemem bezpiecznego dostarczania komputerowi danych z†otaczaj¹cego go úwiata.

41

Interfejs wejściowy do portu Centronics

Opis uk³adu

Rys. 1. Schemat elektryczny układu.

Czy uk³ad, ktÛry nie zawiera w³aúciwie øadnych elementÛw czynnych i†nie posiada zasilania jest urz¹dzeniem elektronicznym? Nie wiem i†pozostawiam Czytelnikom odpowiedü na to pytanie. Natomiast z†ca³ym przekonaniem twierdzÍ, øe proponowany uk³ad jest bardzo uøytecznym drobiazgiem, ktÛry moøe uratowaÊ przed zniszczeniem p³ytÍ g³Ûwn¹ komputera. Zastosowanie tego urz¹dzenia ma takøe znaczenie psychologiczne: nawet maj¹c dobrze skonstruowany uk³ad przeznaczony do

42

wspÛ³pracy z†PC, úwiadomie lub podúwiadomie obawiamy siÍ uszkodzenia cennego komputera, co zniechÍca nas do dokonywania eksperymentÛw. Proponowany uk³ad jest banalnie prosty w†zrozumieniu zasady dzia³ania i†w†wykonaniu. Do jego budowy nie bÍd¹ potrzebne øadne trudno dostÍpne czy bardzo kosztowne elementy. Zreszt¹, inwestowanie w†úrodki ostroønoúci zawsze siÍ op³aca. Przypomnijmy sobie tylko, ile kosztuje na gie³dzie p³yta g³Ûwna do PENTIUM!

Schemat elektryczny proponowanego uk³adu zosta³ pokazany na rys. 1. Rzeczywiúcie, nie ma tu øadnego uk³adu zasilania, brak nawet kondensatorÛw blokuj¹cych, ktÛre nie mia³yby co blokowaÊ. BarierÍ nie do przebicia dla szkodliwych dla komputera napiÍÊ stanowi osiem transoptorÛw IC1..IC8. Transoptor jest niezwykle uøytecznym elementem, ktÛrego zasada dzia³ania jest bardzo prosta: w†strukturze uk³adu scalonego s¹ umieszczone naprzeciwko siebie nadawcza dioda LED i†fototranzystor odbieraj¹cy jej úwiat³o. Dioda zapala siÍ i†fototranzystor zaczyna przewodziÊ zasilaj¹c do³¹czone do niego obci¹øenie. Dla nas jednak najistotniejsze jest coú innego: pomiÍdzy fototranzystorem i†diod¹ umieszczona jest warstwa przezroczystego tworzywa sztucznego o†odpornoúci na przebicie wielu kilowoltÛw. Zapewnia to ca³kowite bezpieczeÒstwo portowi wejúciowemu komputera. Katody wszystkich diod LED zawartych w†strukturach transoptorÛw zosta³y do³¹czone do masy wejúciowej, oznaczonej na schemacie COMMON. Natomiast ich anody do³¹czone s¹ za poúrednictwem rezystorÛw ograniczaj¹cych p³yn¹cy przez nie pr¹d do zaciskÛw wejúciowych oznaczonych analogicznie do szyny danych interfejsu CENTRONICS jako D0..D7. Podanie na ktÛrekolwiek z†tych wejúÊ wysokiego stanu logicznego, lub po prostu napiÍcia sta³ego z†przedzia³u 5..15VDC spowoduje zapalenie siÍ odpowiedniej diody, a†w†konsekwencji przewodzenie po³¹czonego z†ni¹ optycznie fototranzystora. Zobaczmy teraz, jak nasz uk³ad wygl¹da ìod strony komputeraî. Emitery wszystkich fototranzystorÛw zosta³y do³¹czone do masy interfejsu, natomiast kolektory do wejúÊ szyny danych D0..D7. Nie zaistnia³a koniecznoúÊ stosowania rezystorÛw ìpodci¹gaj¹cychî napiÍcie wejúciowe do plusa zasilania, poniewaø rezystory takie wbudowane s¹ juø w†port wejúciowy interfejsu. To w³aúnie pozwoli³o na niestosowanie jakiekolwiek zasilania naszego uk³adu. Jeøeli øadna z†diod LED nie zosta³a w³¹czona, to na wejúciu szyny danych panuje stan logiczny

Elektronika Praktyczna 6/98

Interfejs wejściowy do portu Centronics

Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.

11111111(BIN). Warunkiem takiego stanu rzeczy jest jednak wys³anie do interfejsu odpowiedniego polecenia programowego, o†czym powiemy za chwilÍ. Jeøeli teraz zostanie w³¹czona ktÛrakolwiek z†diod LED, to po³¹czony z†ni¹ optycznie fototranzystor zacznie przewodziÊ i†na odpowiednim wejúciu szyny danych powstanie niski stan logiczny. Stan wszystkich bitÛw szyny danych moøe byÊ w†kaødej chwili odczytany programowo i†uøyty do dalszego przetwarzania. To chyba wszystko, co moøna napisaÊ o†zasadzie dzia³ania tak prostego uk³adu.

Montaø i†uruchomienie Na rys. 2 przedstawiono rozmieszczenie elementÛw na p³ytce drukowanej wykonanej na laminacie jednostronnym. Widok úcieøek przedstawiono na wk³adce wewn¹trz numeru. Montaø uk³adu jest jak najbardziej typowy, a†jedyn¹ trudnoúÊ

Elektronika Praktyczna 6/98

moøe Wam sprawiÊ w³oøenie z³¹cza CON1 w†odpowiadaj¹ce mu punkty lutownicze. CzynnoúÊ tÍ naleøy wykonaÊ z†duø¹ ostroønoúci¹, aby nie skrzywiÊ delikatnych wyprowadzeÒ tego elementu. Po³¹czenie naszego uk³adu z†komputerem PC lub innym wyposaøonym w†z³¹cze standardu CENTRONICS zosta³o zrealizowane w†chyba najwygodniejszy dla uøytkownika sposÛb: za pomoc¹ typowego kabla od drukarki. Powiedzmy teraz sobie parÍ s³Ûw na temat pos³ugiwania siÍ wykonanym uk³adem. Moøe on byÊ uøyty do najrozmaitszych celÛw, np. do zbierania informacji z†uk³adu lub uk³adÛw peryferyjnych, ktÛrymi mog¹ byÊ rÛwnie dobrze systemy alarmowe, jak i†urz¹dzenie przemys³owe. Moøna go takøe wykorzystaÊ do budowy prostych przyrz¹dÛw laboratoryjnych, np. analizatora stanÛw logicznych. W†kaødym jednak przypadku konieczne bÍdzie odczytywanie informacji z†szyny danych interfejsu CENTRONICS. InterfejsÛw takich, oznaczanych w†systemie operacyjnym jako porty LPTx, moøemy mieÊ w†komputerze od jednego do czterech. Tak wiÍc moøe byÊ konieczne ustalenie adresu wykorzystywanego portu, czego moøemy dokonaÊ za pomoc¹ dowolnego programu informuj¹cego o†zasobach systemu. Takøe popularny Norton Commander posiada opcjÍ ìSystem informationî umoøliwiaj¹c¹ ustalenie adresÛw portÛw drukarkowych. NajczÍúciej s¹ to nastÍpuj¹ce adresy bazowe: LPT1: 378H LPT2: 278H LPT3: 3BCH Procedura odczytywania danych z†szyny danych interfejsu

WYKAZ ELEMENTÓW Rezystory R1..R8: 560Ω Półprzewodniki IC1..IC8: CNY17 Różne CON1: złącze CENTRONICS lutowane w płytkę, kątowe CON2..CON4: ARK3 (miniaturowy, 3,5 mm)

CENTRONICS wygl¹da nastÍpuj¹co (na przyk³adzie interpretera jÍzyka BASIC): 1. Jako pierwsze naleøy wydaÊ polecenie ìczyszcz¹ceî szynÍ danych. Przy za³oøeniu, øe øadna z†diod w†naszym uk³adzie nie jest w³¹czona, ustawiÊ na liniach danych same ìjedynkiî. Polecenie programowe powinno mieÊ postaÊ: OUT&H[adres wykorzystywanego portu],255

2. NastÍpnie moøemy juø odczytaÊ dane doprowadzone do interfejsu. Odpowiednie polecenie ma postaÊ: INP(&H[adres wykorzystywanego portu])

Zbigniew Raabe, AVT UWAGA: Uk³ad moøe znaleüÊ zastosowanie tylko w komputerach wyposaøonych w dwukierunkowy interfejs Centronics. Starsze karty typu Multi I/O nie posiadaj¹ takiej moøliwoúci, toteø uk³ad nie bÍdzie dzia³a³ prawid³owo. Port drukarkowy nowego typu stosuje siÍ przewaønie w p³ytach g³Ûwnych komputerÛw PC produkowanych w ostatnich 2 latach. Przed instalowniem interfejsu naleøy upewniÊ siÍ co do rodzaju posiadanego z³¹cza Centronics przegl¹daj¹c dokumentacjÍ p³yty g³Ûwnej lub program "Setup" komputera.

43

Układ do P ćwiczenia R O J E wymowy K T Y

Układ do ćwiczenia wymowy kit AVT−428 Prezentowany w†artykule uk³ad moøe znaleüÊ przynajmniej dwa zastosowania: moøe byÊ uøyteczny podczas nauki jÍzykÛw obcych i†w†leczeniu wad wymowy. Powszechnie wiadomo, øe cz³owiek w³aúciwie nie s³yszy samego siebie. CzÍste s¹ przypadki, kiedy ktoú w†ogÛle nie jest w†stanie rozpoznaÊ w³asnego g³osu nagranego na taúmÍ magnetofonow¹. Nie wiem jakie s¹ przyczyny takiego zjawiska i†naleøa³oby o†nie zapytaÊ fachowcÛw znaj¹cych anatomiÍ i†fizjologiÍ cia³a cz³owieka. Niemniej zjawisko to jest faktem i†powaønie utrudnia uczenie siÍ wymowy w†obcym jÍzyku. Æwicz¹c wymowÍ jakiegoú s³owa, np. w†jÍzyku angielskim, nie bardzo potrafimy stwierdziÊ, czy wymÛwiliúmy je poprawnie, czy teø mÛwimy po angielsku z†akcentem nadwiúlaÒskim. Moøna oczywiúcie nagraÊ wymawiane przez siebie s³owa i†zdania na taúmÍ magnetofonow¹, ale jest to czynnoúÊ nieco k³opotliwa. Naleøy w³¹czyÊ magnetofon na zapis, nagraÊ potrzebny tekst, prze³¹czyÊ urz¹dzenie na odczyt, cofn¹Ê taúmÍ, z†trudem trafiaj¹c na pocz¹tek nagrania, i†w³¹czyÊ odtwarzanie. Sporo tego, prawda? CzynnoúÊ nagrywania i†natychmiastowego odtwarzania jest na tyle k³opotliwa, øe czÍsto rezygnujemy z†tej formy sprawdzenia poprawnoúci wymowy w†obcym jÍzyku. Proponowane urz¹dzenie posiada tylko jeden przycisk steruj¹cy: ìNagrywanieî. Jego naciúniÍcie i†przytrzymanie spowoduje nagranie za poúrednictwem wbudowanego mikrofonu tekstu o†maksymalnej d³ugoúci 20 s. Naleøy

Elektronika Praktyczna 6/98

s¹dziÊ, øe jest to czas zupe³nie wystarczaj¹cy do ÊwiczeÒ wymowy. Natychmiast po puszczeniu przycisku nagrywania nasz uk³ad przechodzi w†tryb odtwarzania. Nagrany tekst zostaje odtworzony i†urz¹dzenie przechodzi w†stan oczekiwania na kolejne nagranie. Tak wiÍc do obs³ugi uk³adu wystarczy pos³ugiwaÊ siÍ jedn¹ rÍk¹, a†w³aúciwie tylko jednym palcem. Jeøeli dodamy do tego, øe uk³ad jest wrÍcz úmiesznie ³atwy w†wykonaniu nawet dla pocz¹tkuj¹cych elektronikÛw, to naleøy s¹dziÊ, øe moøe on byÊ prost¹ i†tani¹ pomoc¹ dla wszystkich, ktÛrzy ucz¹ siÍ jÍzykÛw obcych. Jak juø wspomnia³em, drugim zastosowaniem proponowanego uk³adu moøe byÊ pomoc w†leczeniu wad wymowy. Moøe byÊ, poniewaø w†tej sprawie mog¹ wypowiadaÊ siÍ jedynie osoby kompetentne, czyli lekarze i†rehabilitanci. O†ile mi jednak wiadomo, w†terapii wad wymowy uøywa siÍ powszechnie magnetofonÛw, a†wiÍc i†nasz uk³ad moøe znacznie uproúciÊ rehabilitacjÍ osÛb cierpi¹cych na takie dolegliwoúci. Uk³ad modelowy wspÛ³pracowa³ z†niewielkim g³oúnikiem o†rezystancji 8Ω. Nie robi³em jakichPodstawowe parametry urządzenia: Napięcie zasilania: 5..6VDC, z baterii lub zasilacza sieciowego. Pobór prądu: 3..4mA podczas nagrywania, podczas odtwarzania zależny od ustawionego poziomu głośności. Zakres przenoszonych częstotliwości: obejmujący całe pasmo głosu przeciętnego człowieka.

45

Układ do ćwiczenia wymowy

kolwiek prÛb z†zastosowaniem s³uchawek, ale nie ma najmniejszego powodu, aby urz¹dzenie nie pracowa³o poprawnie takøe z†takim przetwornikiem elektroakustycznym.

Opis dzia³ania uk³adu Na rys. 1 zosta³ pokazany schemat elektryczny naszego magnetofoniku. Nihil novi sub sole do budowy uk³adu wykorzystano dobrze znane i†powszechnie stosowane elementy, ktÛre juø wielokrotnie by³y uøywane przez konstruktorÛw AVT. Sercem uk³adu jest nasz dobry znajomy: popularny i†niezwykle atrakcyjny dla konstruktora cyfrowy ìmagnetofonikî - ISD1420. Jest to juø moøe kostka trochÍ przestarza³a, firma Information Storage Devices wypuúci³a bowiem na rynek kolejne, znacznie ulepszone i†dysponuj¹ce wiÍksz¹ pamiÍci¹ generacje tego uk³adu (np. seria ISD25XXX). Do naszych celÛw uk³ad ISD1420 wydaje siÍ byÊ zupe³nie wystarczaj¹cy. Nie ma chyba potrzeby nagrywania podczas nauki jÍzyka tekstÛw d³uøszych niø 20 sekund i†wydawanie pieniÍdzy na uk³ad umoøliwiaj¹cy d³uøszy czas zapisu by³oby ekonomicznym nonsensem. Nie mam najmniejszego zamiaru zanudzaÊ CzytelnikÛw drobiazgowym opisem ISD1420. Uk³ad ten by³ juø wielokrotnie stosowany w†projektach publikowanych w†EP, a†takøe szczegÛ³owo opisany w†biuletynie USKA. Wystarczy tylko wspomnieÊ, øe ISD1420 jest kompletnym magnetofonem cyfro-

46

wym umoøliwiaj¹cym zapisywanie i†odtwarzanie dowolnych komunikatÛw, o†³¹cznym czasie trwania nie przekraczaj¹cym 20 s. Uk³ad posiada wbudowany przedwzmacniacz mikrofonowy, uk³ad ARW i†wzmacniacz wyjúciowy o†niewielkiej mocy. W³aúnie ta niewielka moc wyjúciowa sk³oni³a mnie do zastosowania dodatkowego wzmacniacza. Zosta³ on zbudowany z†wykorzystaniem popularnego wzmacniacza m. cz. ma³ej mocy LM386. Przy zastosowaniu g³oúnika dobrej jakoúci, wzmacniacz ten umoøliwi uzyskanie dostatecznej si³y g³osu nawet w†przypadku, kiedy z†urz¹dzenia mia³yby korzystaÊ osoby o†s³abym s³uchu. LM386 pracuje w†typowej, zalecanej przez producenta konfiguracji. Trzecim blokiem funkcjonalnym naszego magnetofoniku jest prosty uk³ad cyfrowy realizuj¹cy funkcjÍ automatycznego prze³¹czania magnetofonu na odczyt po zakoÒczeniu zapisu. Ten fragment uk³adu zosta³ zbudowany z†wy- Rys. 1. Schemat elektryczny układu.

Elektronika Praktyczna 6/98

Układ do ćwiczenia wymowy Ujemny impuls zostaje przekazany za poúrednictwem kondensatora C6 na wejúcie bramki IC2B, a†nastÍpnie, po podwÛjnym zanegowaniu na wejúcie PLAYE\ uk³adu IC1. Wejúcie to reaguje na opadaj¹ce zbocze impulsu wejúciowego i†powoduje rozpoczÍcie odtwarzania nagranego komunikatu. Odtwarzanie bÍdzie trwa³o aø do momentu pojawienia siÍ znacznika EOM (ang. End of Message), lub do koÒca obszaru pamiÍci.

Montaø i†uruchomienie Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce układu.

korzystaniem trzech bramek NAND z†histerez¹, zawartych w†uk³adzie scalonym CMOS - 4093. OmÛwmy teraz pokrÛtce dzia³anie tego fragmentu uk³adu. NaciúniÍcie przycisku RECORD - S1 powoduje wymuszenie na wejúciu REC IC1 stanu niskiego, ktÛry jest sygna³em do rozpoczÍcia nagrywania. Nagrywanie bÍdzie trwa³o do momentu zwolnienia przycisku S1 lub do zape³nienia ca³ego obszaru pamiÍci. Jednoczeúnie, po naciúniÍciu przycisku, kondensator C14 roz³adowuje siÍ poprzez diodÍ D1 do napiÍcia ok. 0,6V. Po puszczeniu przycisku kondensator ³aduje siÍ poprzez rezystor R9 i†po wyst¹pieniu na nim napiÍcia rÛwnego ok. 2/3 napiÍcia zasilania, bramka IC2A zmienia swÛj stan z†wysokiego na niski.

Elektronika Praktyczna 6/98

Na rys. 2 przedstawiono rozmieszczenie elementÛw na p³ytce drukowanej. Widok úcieøek znajduje siÍ na wk³adce wewn¹trz numeru. P³ytka zosta³a wykonana z laminatu jednostronnego i†szczÍúliwie uda³o mi siÍ unikn¹Ê jakichkolwiek zworek. Montaø wykonujemy w†typowy sposÛb, rozpoczynaj¹c od rezystorÛw, a†koÒcz¹c na wlutowaniu kondensatorÛw elektrolitycznych. Pod uk³ady scalone warto zastosowaÊ podstawki, w†szczegÛlnoúci pod stosunkowo drogi uk³ad ISD. Uk³ad zmontowany ze sprawnych elementÛw nie wymaga ani uruchamiania ani jakiejkolwiek regulacji. Powinien byÊ zasilany napiÍciem 5 6VDC. Ze wzglÍdu na ma³y pobÛr pr¹du sugerowa³bym zasilanie bateryjne. A†teraz, Drodzy Czytelnicy, uczcie siÍ jÍzykÛw, a†przede

WYKAZ ELEMENTÓW Rezystory R1: 3,3kΩ R2: 2,2kΩ R3: 12kΩ R4, R5, R6: 100kΩ R7: 10kΩ − potencjometr obrotowy R8: 30Ω R9: 220kΩ Kondensatory C1, C3, C4, C7, C10: 470nF C2, C11: 47µF/10V C5: 10µF/10V C6: 10nF C8, C13: 100µF/10V C9: 100nF C12: 47nF C14: 1µF/63V monolityczny Półprzewodniki D1: 1N4148 IC1: ISD1420 IC2: 4093 IC3: LM386 Różne M1: mikrofon elektretowy, dwukońcówkowy S1: przycisk typu RESET S2: przełącznik dźwigienkowy Gl: głośnik 8..40Ω Obudowa KM−35 UWAGA! Głośnik LS1 nie wchodzi w skład kitu AVT−428B.

wszystkim naszego miÍdzynarodowego jÍzyka elektronikÛw - angielskiego. Zbigniew Raabe, AVT

47

Uniwersalny regulator temperatury P R dla O Jfotografików E K T Y

Uniwersalny regulator temperatury dla fotografików kit AVT−427 Kontynuujemy cykl opisÛw uk³adÛw dedykowanych fotografikom amatorom, ktÛrzy wbrew naszym obawom bynajmniej nie wymarli, ale maj¹ siÍ dobrze i†interesuj¹ siÍ przeznaczonymi dla nich konstrukcjami elektronicznymi. Dostali juø od EP opis konstrukcji zegara ciemniowego, lampy ciemniowej, a†teraz przysz³a pora na stabilizator temperatury k¹pieli uøywanych podczas obrÛbki materia³Ûw zarÛwno negatywowych, jak i†pozytywowych.

Elektronika Praktyczna 6/98

Zachowanie w³aúciwej temperatury k¹pieli fotochemicznych, a†w†szczegÛlnoúci wywo³ywacza, jest dla prawid³owego przeprowadzenia obrÛbki materia³u fotograficznego spraw¹ najwyøszej wagi. Waøna jest nie tylko wartoúÊ temperatury, ale takøe jej powtarzalnoúÊ przez d³uøszy czas. Bez stosowania odpowiednich uk³adÛw elektronicznych zapewnienie w³aúciwych warunkÛw pracy w†ciemni jest wiÍc absolutnie niemoøliwe. Proponowany uk³ad nazwaliúmy ìregulatorem temperatury dla fotografikÛwî, bo takie jest jego podstawowe przeznaczenie. Nie oznacza to jednak, øe naszego uk³adu nie moøna zastosowaÊ do regulacji temperatury w†akwarium czy w†pomieszczeniach mieszkalnych, nie mÛwi¹c o†zastosowaniach przemys³owych. Proponowany uk³ad moøe znaleüÊ zastosowanie wszÍdzie tam, gdzie do ogrzewania wykorzystuje siÍ grza³ki lub piecyki elektryczne. Uk³ad ³¹czy w†sobie precyzyjny termometr ze†stabilizatorem temperatury o†bardzo dobrych parametrach. A†wiÍc w³aúciwie s¹ to dwa urz¹dzenia: termometr i†termostat. Rozwi¹zanie takie pozwala unikn¹Ê wielu problemÛw, takich jak np. tworzenie precyzyjnej skali do termostatu, Jak dot¹d by³o to zadanie bardzo trudne: jeøeli zastosowaliúmy potencjometr jednoobrotowy, to wykonanie do niego skali o†zakresie np. 50OC†by³o praktycznie niemoøliwe i†taki

regulator musia³by w†za³oøeniu byÊ obarczony duøym b³Ídem stabilizowanej temperatury. Zastosowanie potencjometrÛw wieloobrotowych z†wbudowan¹ skal¹ poprawia³o wprawdzie precyzjÍ dzia³ania termostatu, ale znacznie komplikowa³o pos³ugiwanie siÍ nim. W†naszym uk³adzie moøemy bezpoúrednio odczytaÊ z wyúwietlacza wartoúÊ stabilizowanej temperatury i†ewentualnie j¹ skorygowaÊ. Uk³ad zaprojektowany zosta³ z†zastosowaniem wy³¹cznie tanich i†³atwo dostÍpnych w†handlu elementÛw. Jego cena nie bÍdzie wysoka, a†i†wykonanie nie przysporzy k³opotÛw nawet úrednio zaawansowanym w†sztuce konstruktorskiej Czytelnikom. Wielkie znaczenie ma fakt, øe uk³ad nie wymaga jakiejkolwiek, zwykle k³opotliwej kalibracji, z†wyj¹tkiem ustawienia napiÍcia odniesienia miliwoltomierza.

Opis dzia³ania uk³adu Schemat elektryczny termostatu zosta³ przedstawiony na rys. 1. Uk³ad moøemy podzieliÊ na piÍÊ podstawowych blokÛw funkcjonalnych: 1.Blok wzmacniacza b³Ídu termostatu zrealizowany na uk³adzie LMC6041 (IC5). 2.Uk³ad pomiarowy termometru zbudowany z†wykorzystaniem ICL7107. 3.Uk³ad wykonawczy termostatu

49

Uniwersalny regulator temperatury dla fotografików sk³adaj¹cy siÍ z†triaka Q1 i†steruj¹cego nim optotriaka Q2. 4.Uk³ad reguluj¹cy jasnoúÊ úwiecenia wyúwietlaczy LED, niezbÍdny przy pracy w†ciemni fotograficznej, zrealizowany na uk³adzie NE555 (IC6). 5.Blok zasilania dostarczaj¹cy napiÍcie dodatnie (IC4) i†ujemne wzglÍdem masy (IC2). DziÍki zastosowaniu w†uk³adzie nowoczesnego, precyzyjnego scalonego czujnika temperatury typu LM35, uk³ad termostatu zosta³ uproszczony do minimum. Minͳy juø czasy, kiedy do budowy ter-

Rys. 1. Schemat elektryczny układu.

50

Elektronika Praktyczna 6/98

Uniwersalny regulator temperatury dla fotografików mometrÛw i†termostatÛw uøywa³o siÍ w†charakterze czujnikÛw termistorÛw lub diod krzemowych w³¹czonych w†kierunku przewodzenia. Pierwsze z†nich mia³y bardzo nieliniowe charakterystyki, co bardzo komplikowa³o budowÍ uk³adu i†powodowa³o koniecznoúÊ przeprowadzania uci¹øliwej regulacji. Spadek napiÍcia na diodzie krzemowej jest wprawdzie liniowy w†funkcji temperatury, ale o†ma³ym nachyleniu i trzeba wÛwczas stosowaÊ dodatkowy wzmacniacz i†przeprowadzaÊ kalibracjÍ uk³adu w dwÛch dok³adnie znanych punktach odniesienia, najczÍúciej temperatury zamarzania i†wrzenia wody. Zastosowanie czujnika LM35 eliminuje wszystkie problemy zwi¹zane z†kalibracj¹ i†regulacj¹ przyrz¹dÛw pomiarowych. Na wyjúciu tego niezwykle uøytecznego uk³adu wystÍpuje napiÍcie, ktÛrego wartoúÊ jest proporcjonalna do temperatury otoczenia, przy czym 1OC†= 10mV. Tak wiÍc, jeøeli na wyjúciu LM35 wystÍpuje napiÍcie 200mV to oznacza to, øe uk³ad znajduje siÍ w†úrodowisku o†temperaturze 20OC. NapiÍcie 1500 mV oznacza maksymaln¹, dodatni¹ temperaturÍ jak¹ uk³ad moøe mierzyÊ, czyli 150OC. Jak z†tego wynika, budowa termometru wykorzystuj¹cego LM35 jako czujnik temperatury jest zadaniem dziecinnie prostym: wystarczy do jego wyjúcia do³¹czyÊ miliwoltomierz o†zakresie 1999mV i†po sprawie! Wyjúcie czujnika temperatury jest do³¹czone do wejúÊ dwÛch uk³adÛw: wejúcia miliwoltomierza i†komparatora napiÍcia. Czujnik temperatury zosta³, za poúrednictwem rezystora R15 do³¹czony takøe do wejúcia 2†komparatora napiÍcia, zbudowanego na wzmacniaczu operacyjnym LMC6041 (IC5). Cech¹ charakterystyczn¹ tego wzmacniacza operacyjnego jest to, øe umoøliwia on pracÍ z†napiÍciami wejúciowymi bliskimi zeru, przy pojedynczym napiÍciu zasilania. Ta w³aúnie cecha zadecydowa³a o†zastosowaniu tego elementu: umoøliwi on stabilizacjÍ temperatur niewiele wyøszych niø 0OC. Na drugie wejúcie komparatora napiÍcia podawane jest napiÍcie uzyskiwane z†dzielnika napiÍcia zbudowanego z†potencjometrÛw P1 i†P2 oraz

Elektronika Praktyczna 6/98

rezystorÛw R13 i†R14. Zastosowanie dwÛch potencjometrÛw zamiast jednego jest kompromisem pomiÍdzy cen¹ podzespo³Ûw potrzebnych do zbudowania urz¹dzenia, a†komfortem jego obs³ugi. Rozwi¹zaniem lepszym by³oby z†pewnoúci¹ zastosowanie jednego potencjometru wieloobrotowego, tzw. Hellipota. Cena takiego potencjometru jest bardzo wysoka i†dlatego zastosowa³em w†uk³adzie potencjometr P1 o†wartoúci Rys. 2. Rozmieszczenie 4,7kΩ, s³uø¹cy do zgrubnej regulacji napiÍcia, a†tym samym temperatury i†P2 przeznaczony do regulacji precyzyjnej. Jeøeli jednak ktoú, nie licz¹c siÍ z†kosztami, chcia³by uzyskaÊ wiÍkszy komfort obs³ugi termostatu, to moøe zast¹piÊ te dwa elementy jednym potencjometrem wieloobrotowym o†wartoúci 4,7kΩ. Jeøeli napiÍcie na wejúciu 2†IC5 jest niøsze od napiÍcia na wejúciu 3, to na wyjúciu wzmacniacza operacyjnego wystÍpuje stan niski (o ile moøna mÛwiÊ o†stanie niskim w†kontekúcie wzmacniacza operacyjnego). Tranzystor T1 nie przewodzi i†dioda LED zawarta w†strukturze optotriaka nie jest w³¹czona. Zmiana proporcji napiÍÊ na wejúciach komparatora, wskazuj¹ca, øe zmierzona temperatura jest niøsza od ustawionej, spowoduje pojawienie siÍ ìstanu wysokiegoî na wyjúciu IC5. Baza tranzystora T1 zostanie spolaryzowana za poúrednictwem rezystora

elementów na płytce drukowanej.

R11 i†przez diodÍ wewn¹trz optotriaka pop³ynie pr¹d. Spowoduje to w³¹czenie triaka Q1 i†tym samym zasilenie urz¹dzenia ogrzewaj¹cego. Zastosowanie optotriaka pozwoli³o unikn¹Ê dwÛch problemÛw: odizolowania uk³adu od napiÍcia sieci energetycznej i†eliminacjÍ zak³ÛceÒ radioelektrycznych, ktÛre mog³yby powstawaÊ w†momentach w³¹czania i†wy³¹czania grza³ek. PomiÍdzy diod¹ nadawcz¹ LED i†struktur¹ optotriaka znajduje siÍ warstwa tworzywa sztucznego o†odpornoúci na przebicie napiÍciem wielu kilowoltÛw, co gwarantuje nam pe³ne bezpieczeÒstwo pracy nawet w†wilgotnym pomieszczeniu. Optotriak moøe w³¹czyÊ triak jedynie przy napiÍciu rzÍdu kilku woltÛw, co ca³kowicie eliminuje ewentualne zak³Ûcenia. Waøn¹ rolÍ w†uk³adzie pe³ni generator impulsÛw o†zmiennym wype³nieniu, zbudowany z†wyko-

51

Uniwersalny regulator temperatury dla fotografików rzystaniem, tak przeze mnie lubianego, NE555 (IC6). Podstawowym przeznaczeniem naszego uk³adu jest praca w†ciemni fotograficznej, gdzie jak sama nazwa wskazuje, powinno byÊ raczej ciemno. Aby uchroniÊ materia³y pozytywowe przed zadymieniem, zastosowaliúmy dwa zabiegi zabezpieczaj¹ce. Jak stwierdzono, pozytywowe materia³y barwne s¹ bardzo ma³o wraøliwe na úwiat³o emitowane przez øÛ³te diody LED i†w†naszym uk³adzie zastosujemy wyúwietlacze siedmiosegmentowe o†takiej w³aúnie barwie úwiecenia. Wyúwietlacze zasilane bÍd¹ ze ürÛd³a pr¹dowego sterowanego z†generatora o†zmiennym wype³nieniu i†podczas pracy w†ciemni zasilane bÍd¹ krÛtkim impulsami. WystÍpuj¹cy przy krÛtkich czasach naúwietlania efekt Schwartzchilda dodatkowo zabezpieczy papier fotograficzny przed naúwietleniem. Z†elementami takimi, jak na schemacie generator z†IC6 moøe wytwarzaÊ przebieg o†wype³nieniu od 99 do ok. 1%, tak wiÍc wyúwietlanie moøe byÊ p³ynnie regulowane od prawie pe³nej jasnoúci do praktycznie ca³kowitego wy³¹czenia. Pozosta³¹ czeúÊ urz¹dzenia stanowi¹ dwa uk³ady zasilaj¹ce. Zasilacz g³Ûwny, dostarczaj¹cy napiÍcia stabilizowanego o†wartoúci +5VDC, zbudowany jest z†wykorzystaniem popularnego, scalonego stabilizatora napiÍcia typu 7805. Drugi zasilacz dostarcza napiÍcia w†wartoúci -5VDC. NapiÍcie to jest niezbÍdne do poprawnej pracy ICL7107 i†do jego wytworzenia uøyto scalonej przetwornicy napiÍcia ICL7660, ktÛra do dzia³ania potrzebuje zaledwie jednego elementu zewnÍtrznego: kondensatora o†wartoúci 10µF - C6. Uk³ad zosta³ zabezpieczony dwoma bezpiecznikami: czÍúÊ ìelektronicznaî urz¹dzenia bezpiecznikiem F1 o†pr¹dzie zadzia³ania 100mA i†bezpiecznikiem F2, zabezpieczaj¹cym obwody wykonawcze - grza³ki. WartoúÊ tego bezpiecznika zaleøy od maksymalnej mocy zastosowanych grza³ek. Rezystor R12 jest elementem opcjonalnym, nie zawsze potrzebnym. Wprowadza on do uk³adu komparatora napiÍcia niewielk¹ histerezÍ, zabezpieczaj¹c go przed wzbudzaniem i†zbyt czÍstym prze-

52

³¹czaniem obci¹øenia. Jednak w†wiÍkszoúci przypadkÛw bezw³adnoúÊ cieplna grza³ek zapewni ca³kowit¹ stabilnoúÊ pracy uk³adu i†rezystor R12 moøemy pomin¹Ê.

Montaø i†uruchomienie Na rys. 2 przedstawiono rozmieszczenie elementÛw na p³ytce drukowanej. P³ytka bazowa, na ktÛrej zamontowana zostanie wiÍksza czÍúÊ elementÛw, wykonana jest z laminatu jednostronnego, natomiast mniejsza p³ytka wyúwietlaczy z laminatu dwustronnego z†metalizacj¹ obwodÛw. Montaø uk³adu wykonujemy w†typowy, wielokrotnie opisywany sposÛb. Poniewaø szczÍúliwie uda³o mi siÍ unikn¹Ê stosowania jakichkolwiek paskudnych zworek na p³ytce bazowej, to montaø rozpoczniemy od wlutowania rezystorÛw, diod i†innych elementÛw o†ma³ych gabarytach. Tutaj uwaga: kilka elementÛw zosta³o umieszczonych pod uk³adem IC1, toteø stosowanie podstawki pod ten uk³ad jest absolutnie niezbÍdne, a†zalecane w†stosunku do innych uk³adÛw! Do koÒcÛwek lutowniczych potencjometrÛw P1 i†P2 lutujemy krÛtkie odcinki srebrzanki, przek³adamy je przez otwory w†punktach lutowniczych na p³ytce wyúwietlaczy i†przykrÍcamy potencjometry do p³ytki. Dopiero teraz lutujemy ich przed³uøone wyprowadzenia do punktÛw lutowniczych. Ostatni¹ czynnoúci¹ bÍdzie z³¹czenie ze sob¹ dwÛch p³ytek. Dokonamy tego za pomoc¹ szeregu k¹towych goldpinÛw, co zapewni mocne po³¹czenie i†zachowanie k¹ta prostego pomiÍdzy p³ytkami. Jedyn¹ czynnoúci¹ regulacyjn¹ jak¹ powinniúmy wykonaÊ bÍdzie ustawienie napiÍcia 1000mV pomiÍdzy wyprowadzeniami REF HI i†REF LO IC1. Powinniúmy pos³uøyÊ siÍ woltomierzem dobrej klasy i†delikatnie pokrÍcaj¹c potencjometrem montaøowym ustawiÊ wymagane napiÍcie. Jedyn¹ k³opotliw¹ czynnoúci¹, jak¹ bÍdziemy mieli do wykonania, bÍdzie obudowanie czujnika temperatury LM35. Jeøeli nasz uk³ad bÍdziemy wykorzystywaÊ do regulacji temperatury w†pomieszczeniach, to czujnik moøe-

WYKAZ ELEMENTÓW Rezystory PR1: 1kΩ wieloobrotowy potencjometr montażowy P1: 4,7kΩ/A potencjometr obrotowy P2: 470Ω/A potencjometr obrotowy P3: 47kΩ/A potencjometr obrotowy R1, R15: 100kΩ R2, R12: 1MΩ R3: 470kΩ R4, R6, R16: 1kΩ R5: 510Ω R7, R8: 220Ω R9, R11, R19: 10kΩ R10: 560Ω R18: 510Ω R13: 11kΩ R14: 100Ω Kondensatory C1: 220nF C2: 47nF C3: 10nF C4, C7, C11: 100nF C5: 100pF C6, C9: 10µF/10V C8, C10: 1000µF/16V C12: 22nF C13: 4,7nF Półprzewodniki BR1: mostek prostowniczy 1A DP1, DP2, DP3: wyświetlacze siedmiosegmentowe, żółte, wsp. anoda (np. SA52−11YWA Kingbright) IC1: ICL7107 IC2: ICL7660 IC3: LM35C IC4: 7805 IC5: LMC6041 IC6: NE555 Q1: BT136 Q2: MOC3040 T1: BC548 lub odpowiednik T2: BD140 (136, 138) D1: patrz tekst D2, D3: 1N4148 Różne TR1: transformator sieciowy TS6/46 CON1, CON2: ARK2 F1, F2: oprawka bezpiecznika, bezpiecznik 100mA i 4A goldpiny kątowe 1x26

my umieúciÊ w†jakiejkolwiek ma³ej rurce z†dowolnego materia³u. Jeøeli jednak zbudowany termostat bÍdzie s³uøy³ zgodnie z†swoim podstawowym przeznaczeniem do

Elektronika Praktyczna 6/98

Uniwersalny regulator temperatury dla fotografików regulacji temperatury wywo³ywacza, to konieczne bÍdzie umieszczenie czujnika w†obudowie odpornej na wp³ywy agresywnego úrodowiska chemicznego. Najlepszym rozwi¹zaniem bÍdzie umieszczenie czujnika wewn¹trz rurki ze stali kwasoodpornej, zalanej z†obu stron klejem Distal lub podobnym. Rozwi¹zaniem gorszym, ale ³atwiejszym ze wzglÍdu na dostÍpnoúÊ materia³Ûw bÍdzie zastosowanie rurki szklanej, takøe zalanej øywic¹ epoksydow¹. Uwaøni Czytelnicy z†pewnoúci¹ zauwaøyli pewne rozbieønoúci pomiÍdzy schematem, a†rysunkiem przedstawiaj¹cym p³ytkÍ drukowan¹. Na p³ytce widoczna jest dioda LED, oznaczona jako D1, ktÛrej prÛøno szukaÊ na schemacie i†w†wykazie elementÛw. OtÛø ta dioda, po³¹czona z†wyprowadzeniem POL IC1 zosta³a dodana jedynie ìna wszelki wypadekî, gdyby ktoú chcia³ zastosowaÊ nasz uk³ad do pomiaru temperatur mniejszych od 0OC. Po zmontowaniu naszego uk³adu moøemy go w†³atwy i†efektowny sposÛb wyprÛbowaÊ. Jako obci¹øenie do³¹czamy øarÛwkÍ o†mo-

Elektronika Praktyczna 6/98

cy np. 100W i†umieszczamy czujnik w†odleg³oúci 10..15 cm od niej. PokrÍcaj¹c potencjometrami regulacyjnymi powodujemy zapalenie siÍ øarÛwki, a†nastÍpnie podwyøszamy zadan¹ temperaturÍ aø do uzyskania efektu migotania øarÛwki z†czÍstotliwoúci¹ u³amkÛw herza. Moøemy teraz zobaczyÊ na wyúwietlaczach, jak wielka jest precyzja dzia³ania wykonanego uk³adu: temperatura nie powinna siÍ zmieniaÊ o wiÍcej niø 0,1OC! Moc obci¹øenia do³¹czanego do wykonanego uk³adu zaleøy wy³¹cznie od typu zastosowanego triaka i†w†wypadku BT136 wynosi ok. 100W, co do zastosowaÒ w†fotografii jest aø nadto wystarczaj¹ce. Jeøeli jednak chcielibyúmy nasz termostat wykorzystaÊ do celÛw wymagaj¹cych wiÍkszych mocy, to naleøy ten triak wymieniÊ na inny, o†wiÍkszym dopuszczalnym pr¹dzie i†zamocowaÊ go na odpowiednim radiatorze. Niestety, takie doskona³e wyniki osi¹gamy wy³¹cznie w†warunkach laboratoryjnych, g³Ûwnie dziÍki ma³ej bezw³adnoúci cieplnej øarÛwki. Musimy zdaÊ sobie

Rys. 3. Zalecany sposób włączenia elementów wykonawczych i czujnika.

sprawÍ z†jednego: nasz termostat jest doskona³y, ale w†wykonaniu praktycznym dok³adnoúÊ stabilizacji temperatury bÍdzie zaleøeÊ od kilku czynnikÛw. Najwaøniejszymi s¹: ma³a bezw³adnoúÊ cieplna zastosowanego ürÛd³a ciep³a i†dobre mieszanie cieczy, ktÛrej temperaturÍ chcemy stabilizowaÊ. Dawno, dawno temu, kiedy mia³em jeszcze czas na spÍdzanie ca³ych dni w†ciemni fotograficznej, zbudowa³em sobie prosty tank do obrÛbki papieru barwnego, ktÛry przez kilka lat zapewnia³ mi doskona³¹ stabilnoúÊ temperatury wywo³ywacza. Szkic tego rozwi¹zania, pokazany na rys. 3, pozostawiam bez komentarza. Robert Zych, AVT

53

Inteligentny Psterownik R O J oświetlenia E K T Y

Inteligentny sterownik oświetlenia kit AVT−445

Po raz pierwszy w†projekcie publikowanym w†EP siÍgnÍliúmy po bardzo praktyczne czujniki úwiat³a produkowane przez firmÍ Texas Instruments. DziÍki zastosowaniu w†urz¹dzeniu uk³adu TSL220 i†mikrokontrolera z rodziny MCS-51, jego moøliwoúci s¹ bardzo duøe, a†budowa bardzo prosta.

Dzie³em firmy Texas Instruments jest ca³a seria uk³adÛw scalonych przeznaczonych do zastosowaÒ optoelektronicznych. W†sk³ad rodziny wchodz¹ rÛønego typu konwertery natÍøenia úwiat³a na ³atwo mierzalne wielkoúci elektryczne. S¹ to zarÛwno konwertery úwiat³o-napiÍcie, úwiat³o-czÍstotliwoúÊ, jak i†rÛønej wielkoúci optosensory w†kszta³cie linijek, z†szeregowo rozmieszczonymi, miniaturowymi fotodiodami. Element oznaczony symbolem TSL220 przetwarza natÍøenie úwiat³a, w†zakresie widzialnym i†bliskiej podczerwieni, na wyjúciowy sygna³ prostok¹tny o†czÍstotliwoúci proprocjonalnej do natÍøenia úwiat³a. Uk³ad moøe s³uøyÊ jako prosty i†wygodny konwerter dla systemu procesorowego. Aby procesor mÛg³ wspÛ³pracowaÊ z†popularnymi elementami typu fotodioda, fototranzystor czy fotoopornik, w†uk³adzie trzeba jeszcze zastosowaÊ przetwornik sygna³u analogowego na postaÊ cyfrow¹. W†przypadku TSL220 nie ma takiej koniecznoúci. Procesor od razu uzyska informacjÍ o†natÍøeniu padaj¹cego na fotoelement úwiat³a, poprzez zliczanie impulsÛw wyjúciowych w†jednostce czasu lub poprzez pomiar okresu sygna³u prostok¹tnego generowanego przez czujnik.

Rys. 1. Schemat blokowy układu TSL220.

Elektronika Praktyczna 6/98

Jak na przyzwyczajenia elektronikÛw, element wygl¹da trochÍ nietypowo. Standardowej wielkoúci obudowa DIP8 jest bowiem wykonana z†przezroczystego materia³u, dziÍki czemu moøna zobaczyÊ jego wewnÍtrzn¹ strukturÍ, sk³adaj¹c¹ siÍ z†duøej krzemowej p³ytki fotodiody i†ma³ej struktury z†pozosta³¹ czÍúci¹ uk³adu. WidaÊ takøe wyraünie, dlaczego standardowe uk³ady scalone s¹ takie duøe: najwiÍcej miejsca w†obudowie zajmuj¹ wyprowadzenia uk³adu. Na rys. 1 pokazana zosta³a uproszczona struktura wewnÍtrzna TSL220. Sk³ada siÍ on z fotodiody, wzmacniacza operacyjnego pracuj¹cego w†uk³adzie integratora, obwÛdu histerezy i†generatora monostabilnego impulsÛw wyjúciowych. Uk³ad zasilany jest napiÍciem o†wartoúci od 4V do 10V. Na rys. 2, 3 i†4 pokazane zosta³y najwaøniejsze charakterys-

Rys. 2. Zależność pomiędzy natężeniem oświetlenia i częstotliwością wyjściową.

55

Inteligentny sterownik oświetlenia tyki elementu podawane przez producenta. Wynikaj¹ z†nich dwa wnioski: - CzÍstotliwoúÊ impulsÛw wyjúciowych zaleøy od pojemnoúci do³¹czonego do uk³adu zewnÍtrznego kondensatora oraz od natÍøenia úwiat³a. Przy silniejszym oúwietleniu czÍstotliwoúÊ impulsÛw siÍ zwiÍksza, a†zaleønoúÊ ta jest liniowa w†szerokim zakresie natÍøenia úwiat³a. - Fotodioda ìwidziî w†znacznie szerszym zakresie widma niø oko ludzkie. Oznacza to, øe uk³ad bÍdzie sygnalizowa³ wiÍksze natÍøenie úwiat³a niø moøe to wynikaÊ z†subiektywnych doznaÒ cz³owieka. Opisany uk³ad moøna wykorzystaÊ rozmaicie, m. in. w†inteligentnym sterowniku reaguj¹cym na zmianÍ oúwietlenia. Okreúlenie ìinteligentnyî jest nieco na wyrost, uk³ad moøna jednak nauczyÊ okreúlonej reakcji, w†zaleønoúci od natÍøenia padaj¹cego na fotoelement úwiat³a. Jeøeli steruje siÍ tylko jednym urz¹dzeniem, np. lamp¹, ktÛra ma

Rys. 3. Zależność pomiędzy pojemnością Cx i częstotliwością wyjściową.

Rys. 4. Czułość widmowa przetwornika TSL220.

56

Rys. 5. Schemat elektryczny układu.

Elektronika Praktyczna 6/98

Inteligentny sterownik oświetlenia siÍ automatycznie w³¹czaÊ, gdy zrobi siÍ ciemno, sprawa nie jest skomplikowana. Naj³atwiej uøyÊ do realizacji takiego zadania fotodiodÍ i†komparator, ktÛry poprzez urz¹dzenia wykonawcze bÍdzie w³¹cza³ i†wy³¹cza³ lampÍ. Sprawa siÍ jednak komplikuje, jeøeli trzeba sterowaÊ kilkoma urz¹dzeniami, ktÛre maj¹ siÍ w³¹czaÊ i†wy³¹czaÊ przy kilku rÛønych poziomach oúwietlenia. Np. wraz z†zapadaj¹cym zmierzchem powinna automatycznie w³¹czyÊ siÍ lampa nad sto³em, gdy zrobi siÍ jeszcze ciemniej powinno zapaliÊ siÍ úwiat³o nad akwarium, a†z†nadejúciem nocy oba ürÛd³a maj¹ siÍ wy³¹czyÊ, a†zapali siÍ ³agodne boczne oúwietlenie. Opisywany sterownik moøna zaprogramowaÊ do obs³ugi sekwencji takich sytuacji. Schemat urz¹dzenia pokazuje rys. 5. Jak widaÊ jest ono bardzo proste w†budowie, gdyø sk³ada siÍ tylko z†procesora, konwertera TSL220 i†pamiÍci EEPROM do zapamiÍtania sekwencji dzia³aÒ, ktÛre ma wykonaÊ sterownik. Konwerter pe³ni oczywiúcie rolÍ ìokaî dostarczaj¹cego procesorowi informacji o†panuj¹cych warunkach oúwietlenia. W†zaleønoúci od sytuacji, procesor moøe niezaleønie sterowaÊ 5†wyjúciami do³¹czonymi do JP3. Wyjúcia te, poprzez uk³ady poúrednicz¹ce, mog¹ w³¹czaÊ i†wy³¹czaÊ urz¹dzenia zewnÍtrzne. Dzia³aniem procesora steruj¹ wejúcia jego portÛw P1.4..7 po³¹czone z†gniazdem JP2. Do³¹czona do JP4 dioda LED swoim úwieceniem bÍdzie sygnalizowaÊ stan pracy sterownika. WYKAZ ELEMENTÓW Rezystory R1, R2: 3kΩ R3: 220Ω Kondensatory C1, C2: 47pF C3, C4: 4,7µF/16V C5: 47µF/10V C6: 100nF C7: 10nF Półprzewodniki U1: 89C2051 zaprogramowany U2: 24C08 U3: 78L05 U4: TSL220 Różne X1: 12MHz

Elektronika Praktyczna 6/98

Na pocz¹tku uk³ad trzeba nauczyÊ, jak ma reagowaÊ w†okreúlonych sytuacjach, czyli po prostu zaprogramowaÊ. Wprowadzenie sterownika w†tryb programowania nastÍpuje wÛwczas, gdy po w³¹czeniu zasilania z³¹cze gniazda JP2-4 pozostanie niepod³¹czone. Od tego momentu procesor obserwuje stan linii JP2-1. Jeøeli do tego wyprowadzenia pod³¹czymy przycisk i†naciskaj¹c go zewrzemy wyprowadzenie z†mas¹, dla procesora bÍdzie to sygna³em rozpoczÍcia programowania kolejnego warunku. Najpierw odczytywany jest okres impulsÛw generowanych przez przetwornik. Dla poprawienia stabilnoúci wskazaÒ, odczyt przeprowadzany jest 4†razy, a†wynik uúredniany. NastÍpnie procesor bada stan wyprowadzeÒ na gnieüdzie JP3, a†wszystkie odczytane parametry zapamiÍtuje w†pamiÍci EEPROM. Zapis do EEPROM sygnalizowany jest zapaleniem na 2s diody LED do³¹czonej do JP4. Od tej chwili, w†czasie normalnej pracy, ilekroÊ poziom oúwietlenia bÍdzie zbliøony do zapamiÍtanego, procesor ustawi stan wyjúÊ gniazda JP3 tak, jak zosta³ tego nauczony w†trybie programowania. Np. jeøeli w†czasie pracy, przy okreúlonym poziomie oúwietlenia wszystkie wyjúcia JP3, z†wyj¹tkiem 1,†maj¹ znaleüÊ siÍ w†stanie niskim, naleøy podczas programowania wymusiÊ na nich taki stan. Naj³atwiej to zrobiÊ od³¹czaj¹c na czas programowania uk³ady wykonawcze, a†w†to miejsce do JP3 do³¹czaj¹c 5†prze³¹cznikÛw, ktÛre zaleønie od sytuacji zewr¹ dane wyprowadzenie z†mas¹ lub pozostawi¹ je w†stanie wysokim. OprÛcz prostego powi¹zania wartoúci oúwietlenia ze stanem wyjúÊ steruj¹cych, istnieje takøe drugi tryb programowania. Wyobraümy sobie sytuacjÍ, gdy sterownik ma w³¹czaÊ oúwietlenie nad wejúciem do budynku, gdy zrobi siÍ ciemniej. Jednak na poziom naturalnego oúwietlenia ma wp³yw nie tylko pora dnia ale i†zjawiska krÛtkotrwa³e, np. chmury. Nie by³oby dobrze gdyby úwiat³o zapala³o siÍ zawsze, gdy s³oÒce zostanie na chwilÍ przys³oniÍte przez przesuwaj¹c¹ siÍ chmurÍ. Aby tego unikn¹Ê naleøy

zastosowaÊ programowanie z†dyskryminacj¹ czasow¹ warunku. MÛwi¹c inaczej, chodzi o†ponowne sprawdzenie poziomu oúwietlenia po pewnym czasie i†zmianÍ ustawieÒ wyjúÊ steruj¹cych tylko wtedy, gdy oúwietlenie np. trwale siÍ zmniejsza. Taki sposÛb programowania jest moøliwy wtedy, gdy w†czasie naciskania klawisza zapisu do³¹czonego do JP21 wyjúcie 2†tego z³¹cza bÍdzie zwarte do masy. RozpoczÍte zostanie odliczanie czasu aø do momentu, kiedy klawisz zapisu naciúniÍty zostanie ponownie. W†tym momencie do pamiÍci EEPROM zapisane zostan¹ parametry oúwietlenia, stan wyjúÊ steruj¹cych jakie maj¹ zostaÊ ustawione przy danym oúwietleniu, a†takøe czas, po ktÛrym nast¹piÊ ma powtÛrna kontrola poziomu oúwietlenia. OprÛcz tego zapamiÍtany zostanie parametr, ktÛry informuje procesor, czy podczas powtÛrnej kontroli oúwietlenia jego intensywnoúÊ ma rosn¹Ê, czy teø maleÊ w†stosunku do pierwszego pomiaru. Decyduje o†tym poziom linii JP2-3 badany w†czasie pierwszego naciúniÍcia klawisza zapisu, gdy aktywna jest opcja programowania z†dyskryminacj¹ czasu. Jeøeli JP2-3 bÍdzie zwarty z†mas¹, sterownik w†trybie pracy zmieni stan wyjúÊ steruj¹cych tylko wtedy, jeúli oúwietlenie bÍdzie siÍ zmniejszaÊ, sytuacja odwrotna nast¹pi w†przypadku pozostawienia JP23 na poziomie wysokim. Czas okreúlaj¹cy okienko dyskryminacji moøe mieÊ wartoúÊ od 2†s†do ponad 8†minut. W†trybie programowania, gdy odliczany jest czas, dioda LED bÍdzie migotaÊ. Sterownik potrafi zapamiÍtaÊ maksymalnie 32 warunki i†zwi¹zane z†nimi ustawienia wyjúÊ steruj¹cych. Jeøeli po w³¹czeniu zasilania wyprowadzenie JP2-3 bÍdzie na poziomie wysokim, w†czasie programowania kolejne warunki bÍd¹ dopisywane do juø zapamiÍtanych w†pamiÍci EEPROM. Zwarcie do masy tego wyprowadzenia podczas w³¹czenia zasilania spowoduje wykasowanie juø zapamiÍtanych warunkÛw i†programowanie od pocz¹tku. Sterownik wchodzi w†tryb pracy, jeøeli w†czasie w³¹czania zasilania wyprowadzenie JP2-4 ozna-

57

Inteligentny sterownik oświetlenia Montaø sterownika sprowadza siÍ do wlutowania elementÛw do p³ytki drukowanej. Uk³ady scalone powinny mieÊ podstawki. Ze wzglÍdu na sposÛb proRys. 6. Rozmieszczenie elementów na płytce gramowania, wydrukowanej. prowadzenia steruczone na schemacie napisem PROj¹ce JP3 powinny byÊ po³¹czone GRAMOWANIE pozostanie zwarte z†uk³adami wykonawczymi przy do masy. Od tego momentu stepomocy roz³¹czanego z³¹cza. Wyrownik cyklicznie co 2s mierzy prowadzenia procesora 89C2051 natÍøenie úwiat³a padaj¹cego na uøytego do budowy sterownika, przetwornik. NastÍpnie otrzymany w†stanie niskim potrafi¹ przyj¹Ê wynik porÛwnywany jest z†wszyspr¹d do 20mA i†mog¹ sterowaÊ tkimi aktualnie zapisanymi w†padiodami LED, transoptorem lub miÍci warunkami. Uaktywniany ma³ym przekaünikiem. Jednak ³¹czjest stan portÛw zwi¹zany z†tym ny pr¹d dla wszystkich wyprowawarunkiem, ktÛry jest najbliøszy dzeÒ znajduj¹cych siÍ w†stanie odczytanej ostatnio wartoúci niskim nie moøe przekroczyÊ oúwietlenia. W†przypadku, gdy 80mA. Jeøeli kondensator C7 bÍz†warunkiem zwi¹zana jest dysdzie mia³ wartoúÊ proponowan¹ na kryminacja czasowa, odliczana jest schemacie (10nF), czas trwania zapamiÍtana w†pamiÍci liczba seimpulsÛw na wyjúciu przetwornika kund i†ponownie przeprowadzane bÍdzie wynosi³ ok. 3µs. Okres jest porÛwnanie, czy aktualne bÍdzie oczywiúcie zaleøny od inoúwietlenie jest mniejsze, czy teø tensywnoúci oúwietlenia. Dla konwiÍksze od wartoúci zapisanej wertera przys³oniÍtego jest on d³uøw†pamiÍci. Jeøeli wynik porÛwnaszy od 200ms, zaú przy zbliøeniu nia wypada pomyúlnie, stan wyjúÊ fotoelementu do zapalonej øarÛwki zostaje zmieniony. 75W okres zmniejsza siÍ do 10µs.

58

W†uk³adzie moøna takøe zastosowaÊ kwarc o†mniejszej czÍstotliwoúci, jednak nie mniejszej niø 6MHz. Wszystkie podane w†tekúcie czasy ulegn¹ wtedy proporcjonalnie wyd³uøeniu. Dla wygody montaøu, uk³ad konwertera wraz z†fragmentem p³ytki drukowanej moøna zamontowaÊ pod k¹tem lub w†innym miejscu obudowy niø reszta uk³adu. W†tym celu naleøy przeci¹Ê p³ytkÍ drukowan¹ wzd³uø linii zaznaczonych na jej gÛrnej stronie i†trzema przewodami po³¹czyÊ odpowiadaj¹ce sobie otwory na obydwu czÍúciach. Jeøeli po uruchomieniu uk³adu w†trybie pracy, w†podstawce nie bÍdzie EEPROM-u, bÍdzie on uszkodzony lub nie bÍd¹ w†nim zapisane øadne warunki, ci¹g³e úwiecenie diody zasygnalizuje b³¹d. Takøe w†trybie programowania sygnalizowany jest b³¹d jeøeli z†powodu uszkodzenia EEPROM-u zapamiÍtanie warunkÛw bÍdzie niemoøliwe lub jeúli uøytkownik bÍdzie prÛbowa³ zaprogramowaÊ wiÍksz¹ niø 32 liczbÍ warunkÛw. Ryszard Szymaniak, AVT

Elektronika Praktyczna 6/98

Elektroniczny układ Pzapłonowy R O J świetlówki E K T Y

Elektroniczny układ zapłonowy świetlówki, część 1 kit AVT−441

Proponujemy wykonanie elektronicznego uk³adu zap³onowego úwietlÛwki, zastÍpuj¹cego nie tylko elektromechaniczny zap³onnik, ale co waøniejsze ciÍøki i†nieporÍczny statecznik. Mimo duøej prostoty, uk³ad charakteryzuje siÍ duøymi walorami uøytkowymi, przede wszystkim duø¹ niezawodnoúci¹ i†sprawnoúci¹. Koszt elementÛw elektronicznych jest wyøszy niø cena uk³adu klasycznego, ale taka inwestycja jest op³acalna - czas pracy lampy pod kontrol¹ elektroniki jest znacznie d³uøszy.

Elektronika Praktyczna 6/98

åwietlÛwka jest lamp¹ wy³adowcz¹ wykonan¹ w†postaci szklanej rurki wype³nionej parami rtÍci pod niskim ciúnieniem i†pokryt¹ wewn¹trz luminoforem. Na jej koÒcach umieszczone s¹ øarnikielektrody wolframowe pokryte dodatkowo substancj¹ zwiÍkszaj¹c¹ emisjÍ elektronÛw. Wy³adowanie w†lampie zachodzi w†zakresie nadfioletu, a zadaniem luminoforu jest jego zamiana na úwiat³o widzialne. Charakterystyka pr¹dowo napiÍciowa úwietlÛwki przedstawiona jest na rys. 1. Przy zwiÍkszaniu napiÍcia przy³oøonego do úwietlÛwki, aø do momentu zap³onu nic w†zasadzie siÍ nie dzieje i†przez lampÍ p³ynie jedynie minimalny, szcz¹tkowy pr¹d. Po osi¹gniÍciu napiÍcia zap³onu pary rtÍci ulegaj¹ jonizacji, zaczyna p³yn¹Ê pr¹d i†napiÍcie na lampie gwa³townie maleje. WartoúÊ napiÍcia zap³onu zaleøy g³Ûwnie od d³ugoúci úwietlÛwki i im jest ona d³uøsza tym jest ono wiÍksze, w†praktyce zawiera siÍ w†granicach 600..1200V. Oczywiúcie dotyczy to zap³onu z†uprzednio podgrzanymi elektrodami, czyli tak zwany zap³on na ìgor¹coî. Jeøeli elektrody nie zostan¹ podgrzane, zap³on rÛwnieø nastÍpuje, tyle tylko øe wartoúÊ napiÍcia zap³onu jest istotnie wyøsza (zaznaczono to lini¹ przerywan¹ na wykresie

z†rys. 1). Takie zapalanie nazywa siÍ potocznie zap³onem ìna zimnoî. Zap³on ìna zimnoî jest dla úwietlÛwki szkodliwy i†w†uk³adach praktycznych naleøy siÍ go wystrzegaÊ. Substancja czynna znajduj¹ca siÍ na elektrodach ulega szybkiej degradacji, szybko paruje i†osadza siÍ na koÒcach rury szklanej tworz¹c charakterystyczne ciemne plamy na luminoforze juø po kilkunastu zap³onach. Trwa³oúÊ úwietlÛwki zapalanej ìna zimnoî jest wiÍc niewielka. Zap³on ìna zimnoî czÍsto moøna poznaÊ po charakterystycznych niebieskawych b³yskach w†okolicy elektrod powstaj¹cych w†momencie zap³onu. Po zap³onie rozpoczyna siÍ normalna praca. Charakterystycznymi i†waønymi jej parametrami jest to, iø w†szerokim zakresie pr¹dÛw p³yn¹cych przez úwietlÛwkÍ napiÍcie panuj¹ce na niej jest prawie sta³e i†zachowuje siÍ wiÍc tak, jak specyficzna dioda Zenera. WartoúÊ pr¹du nominalnego wynika z†mocy ìrurkiî, zaú napiÍcie odpowiadaj¹ce pr¹dowi nominalnemu zaleøy przede wszystkim od jej d³ugoúci: krÛtkie úwietlÛwki ma³ej mocy pracuj¹ przy ok. 50V, na d³ugich odk³ada siÍ nawet i†130V. Najwaøniejsze parametry popularnych úwietlÛwek zosta³y zebrane w†tab. 1.

61

Elektroniczny układ zapłonowy świetlówki

Rys. 1. Charakterystyka prądowo −  napięciowa typowej świetlówki.

Uk³ad klasyczny i jego wady Z zasady dzia³ania úwietlÛwki wynika, øe nie wolno jej zasilaÊ bezpoúrednio z†sieci energetycznej. Uk³ad steruj¹cy lamp¹ musi bowiem zapewniÊ realizacjÍ trzech faz: - Bezpoúrednio po w³¹czeniu do sieci konieczne jest podgrzanie elektrod. Rezystancja zimnej elektrody wynosi oko³o 2Ω i†szybko roúnie przy podgrzewaniu do oko³o 10Ω. Czas podgrzewania zaleøy od wartoúci przep³ywaj¹cego pr¹du, np. dla úwietlÛwki o†úrednicy 36 mm moøna przyj¹Ê parametry te jako 0,5..0,7A przez 1†sekundÍ. - Po podgrzaniu do lampy trzeba przy³oøyÊ wysokie napiÍcie, tak aby nast¹pi³ zap³on. - Po zap³onie wartoúÊ pr¹du p³yn¹cego przez lampÍ musi byÊ stabilizowana (jasnoúÊ úwiecenia zaleøy od wartoúci tego pr¹du). Zadania te w†uk³adzie klasycznym realizowane s¹ za pomoc¹ d³awika i†zap³onnika (neonÛwki z†przerywaczem bimetalicznym umieszczonym w†tej samej baÒce) w³¹czonego w†obwÛd jak na rys. 2. Po w³¹czeniu uk³adu do sieci, ca³e napiÍcie zostaje przy³oøone do zap³onnika, neonÛwka zaczyna siÍ úwieciÊ (przez elektrody lampy p³ynie juø niewielki pr¹d), a†energia cieplna tego wy³adowania podgrzewa przerywacz bimetalowy (w stanie zimnym styki s¹ otwarte). Po chwili zap³onnik zostaje zwarty, neonÛwka gaúnie co dodatkowo zwiÍksza pr¹d podgrzewaj¹cy elektrody. Stygn¹cy bimetal rozwiera obwÛd, duøy pr¹d p³yn¹cy przy podgrzewaniu przez d³awik szybko zanika, co powo-

62

duje zaindukowanie siÍ w†tej cewTabela 1. Podstawowe parametry ce wysokiego napiÍcia i†zap³on świetlówek TL. lampy. Po zap³onie niskie napiÍDługość Średnica Moc Napięcie Prąd pracy nominalny cie panuj¹ce na lampie nie po[mm] [mm] [W] [V] [A] zwala ponownie zaúwieciÊ siÍ 600 28 18 58 0,38 neonÛwce zap³onnika, a†wartoúÊ 600 36 20 58 0,38 pr¹du p³yn¹cego przez úwietlÛwkÍ 900 28 30 101 0,36 jest ograniczona przez duø¹ in1200 28 36 104 0,42 dukcyjnoúÊ d³awika. 1200 36 40 104 0,42 Pewny zap³on úwietlÛwki na1500 28 58 113 0,63 stÍpuje tylko wtedy, gdy w†mo1500 36 65 113 0,64 mencie rozwarcia bimetalu napiÍ1800 28 70 128 0,7 cie sieci przechodzi przez zero 1800 36 75 131 0,64 lub jest bliskie zera - tylko wtedy 1800 36 85 123 0,77 przepiÍcie ma dostateczn¹ wartoúÊ. W†innym przypadku zap³on Funkcja d³awika w†uk³adzie eleknie nastÍpuje, ca³y proces siÍ tronicznym jest podobna jak powtarza, aø uk³ad ìtrafiî w†oko- w†uk³adzie klasycznym i†tu rÛwlice zera. nieø ogranicza on pr¹d úwietlÛwMimo prostoty uk³ad klasyczny ki, poniewaø czÍstotliwoúÊ pracy ma sporo wad: uk³adu jest wielokrotnie wiÍksza - prawie zawsze zap³on odbywa od 50Hz, jego indukcyjnoúÊ i†wysiÍ na kilka razy, zwi¹zane miary (a co najwaøniejsze straty z†tym oczekiwanie i†migotanie mocy w†nim) s¹ niewielkie. bywa irytuj¹ce; Za prawid³ow¹ realizacjÍ faz - elektrody s¹ podgrzewane przez grzania elektrod i†zap³onu odpokrÛtki moment duøym pr¹dem, wiedzialny jest kondensator C co negatywnie odbija siÍ na i†termistor PTC, ktÛrego rezystantrwa³oúci úwietlÛwki; cja roúnie z†temperatur¹. Po w³¹- podczas pracy lampa migocze czeniu uk³adu do sieci rezystancja w†rytm napiÍcia sieci, co mÍczy termistora jest niewielka (ok. wzrok; 150Ω) i dlatego przez øarniki - d³awik jest elementem ciÍøkim, p³ynie pr¹d i†podgrzewa je. Najego rdzeÒ czÍsto niemile brzÍgrzewa siÍ rÛwnieø termistor i†jeczy, a†straty mocy w†nim s¹ go rezystancja stopniowo roúnie. dosyÊ duøe; W†miarÍ wzrostu rezystancji ter- proces zap³onu jest ürÛd³em mistora roúnie rÛwnieø napiÍcie zak³ÛceÒ radioelektrycznych. na kondensatorze C. Dzieje siÍ tak Powyøszych wad pozbawione dlatego, øe jego pojemnoúÊ jest s¹ elektroniczne uk³ady zap³onowe tak dobrana, aby tworzy³ on szeúwietlÛwki (ang. electronic bal- regowy uk³ad rezonansowy na last). Uproszczony schemat takie- czÍstotliwoúci nieco wiÍkszej od go uk³adu przedstawiony zosta³ czÍstotliwoúci pracy uk³adu. Oczyna rys. 3. Wyprostowane i†odfil- wiúcie termistor silnie t³umi ten trowane napiÍcie sieci jest zamie- obwÛd rezonansowy, ale w³aúnie niane w†uk³adzie falownika pÛ³- o†to chodzi. W†miarÍ up³ywu czamostkowego (ang. half bridge) su i†wzrostu rezystancji termistora w†szybkozmienn¹ (kilkadziesi¹t dobroÊ obwodu rezonansowego kHz) falÍ prostok¹tn¹ o†wspÛ³- roúnie. PowiÍksza siÍ wiÍc napiÍczynniku wype³nienia bliskim cie na kondensatorze C. W†pew50%. NapiÍcie to podawane jest na elektrody úwietlÛwki poprzez d³awik L, zaú kondensatory Cp zamykaj¹ drogÍ dla pr¹du zmiennego realizuj¹c pozosta³e dwa pasywne ele- Rys. 2. Klasyczny układ zapłonowy świetlówki ze menty mostka. starterem.

Elektronika Praktyczna 6/98

Elektroniczny układ zapłonowy świetlówki

Rys. 3. Schemat blokowy elektronicznego układu zapłonowego.

nym momencie jest ono wystarczaj¹co duøe, aby nast¹pi³ zap³on. Maksymalna wartoúÊ napiÍcia zap³onu zaleøy od wielu czynnikÛw, miÍdzy innymi rezystancji termistora po nagrzaniu i†odstÍpie czÍstotliwoúci rezonansowej obwodu d³awik i†kondensator od czÍstotliwoúci pracy falownika. Oczywiúcie, jeúli zaleøy nam na duøym napiÍciu zap³onu, do uk³adu powinien byÊ montowany termistor o†jak najwiÍkszej rezystancji ìna ciep³oî, zaú rezonans obwodu LC powinien leøeÊ dok³adnie na czÍstotliwoúci pracy falownika. W†uk³adach praktycznych obu takich dzia³aÒ siÍ nie stosuje i†wrÍcz s¹ one uwaøane za niepoø¹dane. Ustawienie rezonansu d³awik - kondensator na czÍstotliwoúci falownika lub bardzo blisko niej powoduje silne pr¹dowe obci¹øenie elementÛw falownika. Z†uwagi iø jest to rezonans szeregowy, pr¹d p³yn¹cy w†rezonansie jest w†przybliøeniu wiÍkszy od tego, jaki p³ynie przy normalnej pracy o†wielokrotnoúÊ wartoúci dobroci. Potrzebne wtedy bÍd¹ silniejsze elementy mocy, co niepotrzebnie podroøy konstrukcjÍ. Wyszukiwanie specjalnych typÛw termistora rÛwnieø mija siÍ z†celem Na szczÍúcie do pewnego zapalenia nawet starej, d³ugiej úwietlÛwki wystarczy, jeúli dobroÊ uk³adu rezonansowego bÍdzie rzÍdu 3..4, co uzyskuje siÍ z†zapasem nawet przy ustawieniu rezonansu LC na pÛ³torej czÍstotliwoúci falownika. Zap³on úwietlÛwki i†zwi¹zany z†nim dramatyczny spadek jej impedancji powoduje silne st³umienie obwodu rezonansowego i†wygaszenie napiÍcia zap³onowego. W†stosunku do uk³adu klasycznego, uk³ad powyøszy ma szereg zalet:

Elektronika Praktyczna 6/98

- úwietlÛwka podczas pracy nie migocze z†uwagi na duø¹ czÍstotliwoúÊ pracy uk³adu; - sprawnoúÊ pracy úwietlÛwki jest istotnie wyøsza (rys. 4), uk³ad pobiera zatem mniej mocy z†sieci; - projektant ma moøliwoúÊ kontroli pr¹du podgrzewaj¹cego elektrody poprzez dobÛr rezystancji PTC, nie ma tutaj szkodliwych skokÛw pr¹du wp³ywaj¹cych na trwa³oúÊ lampy; - zap³on úwietlÛwki jest szybki (1 sekunda) i†pewny, nie ma migotania; - napiÍcie zap³onu narasta p³ynnie aø do wartoúci koniecznej do jonizacji gazu, úwietlÛwka nie jest ìatakowanaî impulsami zap³onowymi o†przypadkowej (niekiedy bardzo wysokiej) wartoúci. Cen¹ za te wszystkie dobrodziejstwa jest oczywiúcie spora komplikacja uk³adu oraz wyøszy poziom zak³ÛceÒ radioelektrycznych podczas pracy, zmuszaj¹cy do stosowania dodatkowych filtrÛw na wejúciu.

S³Ûwko o termistorze Termistor przeznaczony do uk³adÛw zap³onowych úwietlÛwek musi spe³niaÊ kilka istotnych parametrÛw. Aby proces podgrzewania elektrod by³ moøliwie rÛwnomierny, jego rezystancja w†stanie zimnym powinna rosn¹Ê pocz¹tkowo powoli, aø do temperatury 50..60oC†(rys. 5). Dalszy wzrost temperatury powinien charakteryzowaÊ siÍ szybkim wzrostem rezystancji, z†pocz¹tkowych 150Ω, przy temperaturze 80oC†opÛr wynosi juø oko³o 1kΩ. W†typowej temperaturze pracy 120oC†rezystancja elementu przekracza 20kΩ, a†w†nowych konstrukcjach specjalnie przygotowy-

wanych do pracy w†tym charakterze nawet 100kΩ. Tak duøe zmiany s¹ potrzebne, aby wartoúÊ napiÍcia zap³onowego mog³a byÊ dostatecznie duøa i, co waøniejsze, podczas normalnej pracy straty mocy w†tym elemencie by³y jak najmniejsze. Trzeba bowiem pamiÍtaÊ, øe podczas pracy na úwietlÛwce panuje napiÍcie rzÍdu 60..100V i†pod tym napiÍciem element bÍdzie znajdowa³ siÍ ca³y czas podczas pracy. Musi takøe byÊ zdolnym wytrzymaÊ krÛtkotrwa³e impulsy zap³onowe o†duøej wartoúci napiÍcia. Na szczÍúcie, dla produkowanych specjalnie do tego celu elementÛw straty mocy s¹ na poziomie 0,5W, co jest wartoúci¹ do przyjÍcia. Termistory PTC do zap³onu úwietlÛwek produkuje wiele firm, z†uwagi na ogromn¹ wielkoúÊ rynku powsta³y ostatnio nawet takie (np. CERA-MITE w†USA), dla ktÛrych s¹ to wyroby g³Ûwne. Podobny w†dzia³aniu jest termistor s³uø¹cy do rozmagnesowywania kineskopu w†telewizorach, tak zwany pozystor, jednak do tych celÛw ma on za ma³¹ rezystancjÍ (15Ω).

Rys. 4. Sprawność typowej świetlówki w funkcji częstotliwości.

Rys. 5. Charakterystyka typowego termistora PTC do opisywanych zastosowań.

63

Elektroniczny układ zapłonowy świetlówki

Opis uk³adu Schemat elektryczny urz¹dzenia przedstawiono na rys. 6. Aby zak³Ûcenia wytwarzane przez uk³ad w†jak najmniejszym stopniu przedostawa³y siÍ do sieci energetycznej, na wejúciu uk³adu zastosowany zosta³ ìporz¹dnyî filtr sk³adaj¹cy siÍ ze skompensowanego pr¹dowo d³awika Dl1 i†dwÛch kondensatorÛw C1 i†C2. Rezystor R1 zapobiega moøliwoúci poraøenia od na³adowanych pojemnoúci filtru. Dalej napiÍcie sieci jest prostowane i†filtrowane za pomoc¹ kondensatora C3. Rezystor R2 ogranicza impuls pr¹du w†momencie w³¹czenia do sieci do wartoúci bezpiecznej dla diod mostka. Falownik wykonany zosta³ w†postaci oscylatora samowzbudnego i†pracuje na czÍstotliwoúci 20 kHz. Jego g³Ûwnymi elementami s¹ tranzystory T1 i†T2 oraz transformator TR1. Dodatkowe elementy R7, C6 i†R8, C7 tworz¹ znane z†techniki impulsowej uk³ady polepszaj¹ce komutacjÍ tranzystorÛw, zaú kondensatory C5 i†C8 dopasowuj¹ tranzystory do transformatora. Z†kolei rezystory R10 i†R9 umieszczone w†emiterach niweluj¹ rozrzut parametrÛw pomiÍdzy T1 i†T2. Szybkie diody D6 i†D7 zabezpieczaj¹ klucze przed odwrotn¹ polaryzacj¹. CzÍstotliwoúÊ pracy 20kHz zosta³a wybrana na tyle duøa, aby elementy indukcyjne mog³y mieÊ ma³e wymiary i†uk³ad nie generowa³ szumÛw w†paúmie akustycznym. Jest jednoczeúnie na tyle niska, iø straty mocy w†d³awiku i†pojemnoúciach s¹ jeszcze ma³e. Aby zrozumieÊ dzia³anie uk³adu falownika (oczywiúcie w†sposÛb mocno uproszczony i†skrÛtowy), trzeba za³oøyÊ, øe np. tranzystor T2 w³aúnie zacz¹³ przewodziÊ i†jego napiÍcie na kolektorze jest bliskie zera. Od plusa zasilania, przez C10 i†uzwojenie TR1C p³ynie wiÍc pr¹d. Jego wartoúÊ narasta, roúnie teø wartoúÊ strumienia magnetycznego w†rdzeniu TR1. Uzwojenia TR1 s¹ w³¹czone w†takim porz¹dku, øe w†takiej chwili pr¹d indukowany w†czÍúci TR1D podtrzymuje przewodzenie T2 i†jednoczeúnie w†sposÛb pewny blokuje T1. Stan taki trwa do momentu, aø pr¹d naroúnie do

64

takiej wartoúci, øe rdzeÒ transformatora siÍ nasyci. W†tej chwili zmieniaj¹ znak pr¹dy p³yn¹ce w†uzwojeniach ìDî i†ìBî, T2 zatyka siÍ i†zaczyna przewodziÊ T1. Pr¹d p³yn¹cy przez uzwojenie TR1C znÛw zaczyna powoli narastaÊ (p³yn¹c tym razem w†ga³Ízi od plusa poprzez T1 i†TR1C i†C11 do masy) aø do momentu nasycenia rdzenia. I†w†taki sposÛb proces ten siÍ powtarza. Naleøy koniecznie zapamiÍtaÊ, øe parametry TR1, a†wiÍc typ i†materia³ z†jakiego zosta³ wykonany rdzeÒ, liczby zwojÛw (szczegÛlnie w†sekcji ìCî) decyduj¹ w†g³Ûwnej mierze o†czÍstotliwoúci pracy uk³adu. Uzyskanie duøych czÍstotliwoúci wymaga uøycia ³atwo nasycaj¹cych siÍ ferrytÛw, a†zatem o†duøej przenikalnoúci magnetycznej (nawet 6000!). Drug¹, rÛwnie waøn¹, rzecz¹ jest to, øe czÍstotliwoúÊ pracy uk³adu nie jest sta³a. Nie wdaj¹c siÍ w†szczegÛ³y dlaczego tak siÍ dzieje, moøna jedynie powiedzieÊ, øe czÍstotliwoúÊ pracy roúnie przy wzroúcie obci¹øenia (np. przy rezonansie w†momencie zapalania lampy). Na szczÍúcie w†przypadku opisywanego uk³adu jest to zjawisko korzystne i†pozwalaj¹ce z†wiÍkszym marginesem dobieraÊ elementy uk³adu wspÛ³pracuj¹cego ze úwietlÛwk¹. Po w³¹czeniu do sieci praca oscylatora wymaga zainicjowania za pomoc¹ specjalnego uk³adu startowego, gdyø zarÛwno tranzys- Rys. 6. Schemat elektryczny układu.

Elektronika Praktyczna 6/98

Elektroniczny układ zapłonowy świetlówki WYKAZ ELEMENTÓW Rezystory (o mocy 0,25W o ile nie podano inaczej) R1, R12: 1MΩ R2: 2,2Ω/5W R3: 330kΩ/0,5W R4: 270kΩ/0,5W R5: 22Ω R6: 1kΩ R7, R8: 5,6Ω R9, R10: 2,2Ω/0,5W R11: 10kΩ Kondensatory C1, C2: 220nF/250VAC (400VDC) —  KMP−10 C3: 33µF/350V (16 mm x 30 mm) C4: 100nF/63V C5, C8: 1nF/63V C6, C7: 2,2 nF/63V C9: 470nF/63V C10, C11: 470nF/250V — KMP−30 C12: 8,2 nF/1200V (najlepiej KFMP) dla 20W, lub 10nF/1000V Półprzewodniki M1: mostek okrągły 1A/250VAC, np. B250C1000 DZ1: BZY 79C33 (33V Zener) DZ2: BZY 79C8V2 (8,2V Zener) D1, D2, D3, D4: 1N4148

Elektronika Praktyczna 6/98

D5, D6, D7: BA159 T1, T2: MJE 13005 T3: BC547B DI1: diak lub dynistor na napięcie z zakresu 30..40V, np. KR106, DB3C548 (SGS) Różne Dł1: dławik przeciwzakłóceniowy Dps U21L21 (Polfer) TR1: oscylator − uzwojenia wg opisu w tekście (EP7/98), rdzeń pierścieniowy RP12.5x7.5x4.8 z materiału F2001 Dł2: dławik wg opisu w tekście (EP7/98), rdzeń E30/7 z materiału F807 i karkas E30/2010 PTC: termistor PTC o rezystancji ok. 150Ω w temperaturze 25oC, np. CERA−MITE nr 307C1306, Philips 2322−66193114 lub 2322−661−93102, SIEMENS B59150−J120−A20 lub B59200−J120−A20 Złącza ARK: jedno czterogniazdo− we o rastrze 5 mm i jedno dwugniazdowe o rastrze 7,5 mm. Radiatory dla T1 i T2: blaszka aluminiowa lub miedziana o grubości ok. 1 mm i o wymia− rach 40 x 28 mm: 2 sztuki, żarówka 220V/100W do uruchomienia

tor T1, jak i†T2 nie przewodz¹. Tworz¹ go rezystory R3 i†R5, kondensator C4 oraz diak i†dioda D5. W†momencie w³¹czenia uk³adu do sieci rozpoczyna siÍ ³adowanie kondensatora C4 poprzez rezystor R3. W†momencie, gdy napiÍcie na C4 przekroczy wartoúÊ progow¹, prze³¹czania diaka (30..40V w†zaleønoúci od typu), kondensator ten zostaje elektrycznie do³¹czony przez zwarty diak do bazy T2 wprowadzaj¹c go na krÛtk¹ chwilÍ w†stan przewodzenia i†falownik startuje. Rezystor R5 ogranicza impuls pr¹du startowego do wartoúci bezpiecznej dla z³¹cza BE T2. Aby impuls startowy by³ tylko jeden, konieczne jest uniemoøliwienie procesu ponownego ³adowania kondensatora C4. Realizuje to dioda D5. W†chwili, gdy napiÍcie na kolektorze spada do wartoúci bliskich zeru, D5 przewodzi i†C4 zostaje roz³adowany. Poniewaø sta³a czasowa R3, C4 jest wielokrotnie wiÍksza od okresu drgaÒ falownika, úrednie napiÍcie na C4 podczas pracy jest bliskie zera. Robert Magdziak, AVT

65

M I N I P R O J E K T Y Wspólną cechą układów opisywanych w dziale "Miniprojekty" jest łatwość ich praktycznej realizacji. Na zmontowanie i uruchomienie układu wystarcza zwykle kwadrans. Mogą to być układy stosunkowo skomplikowane funkcjonalnie, niemniej proste w montażu i uruchamianiu, gdyż ich złożoność i inteligencja jest zawarta w układach scalonych. Wszystkie projekty opisywane w tej rubryce są wykonywane i badane w laboratorium AVT. Większość z nich wchodzi do oferty kitów AVT jako wyodrębniona seria “Miniprojekty” o numeracji zaczynającej się od 1000.

Muzykalny gadżet Marzeniem wiÍkszoúci, zw³aszcza pocz¹tkuj¹cych, elektronikÛw jest samodzielne wykonanie urz¹dzenia ktÛre bÍdzie zarÛwno s³ychaÊ, jak i†widaÊ. Nowoczesne podzespo³y u³atwiaj¹ i†przyspieszaj¹ realizacjÍ takich ambitnych pomys³Ûw. W†artykule przedstawiamy projekt prostego urz¹dzenia, ktÛre potrafi odegraÊ aø 8†melodyjek, dodatkowo sygnalizuj¹c swoje dzia³anie przy pomocy 5†diod LED.

ìSercemî elektronicznego gadøetu jest uk³ad scalony HT2884 firmy Holtek. Jego schemat blokowy przedstawiono na rys. 1. Uk³ad jest bardzo rozbudowany - oprÛcz standardowego generatora tonÛw w jego wnÍtrzu znajduje siÍ takøe generator szumu, ktÛry jest wykorzystywany do wytwarzania düwiÍkÛw symuluj¹cych instrumenty perkusyjne. Schemat elektryczny kompletnego urz¹dzenia przedstawiono na rys. 2. Diody LED D1..5 sterowane s¹ bezpoúrednio z†wyjúÊ uk³adu HT2884. SposÛb ich úwiecenia jest zaleøny od wersji zastosowanego uk³adu US1 (w chwili pisania artyku³u dostÍpne by³y uk³ady w†dwÛch wersjach: HT2884A i†HT2884B). Rezys-

Rys. 1.

Rys. 2.

Elektronika Praktyczna 6/98

WYKAZ ELEMENTÓW

tor R1 ogranicza pr¹d p³yn¹cy przez diody LED, jego wartoúÊ naleøy dobraÊ indywidualnie, w†zaleønoúci od zastosowanych diod (moøliwe jest takøe zastosowanie zamiast R1 zwory). Rezystor R2 pozwala ustaliÊ tempo odtwarzania melodii. WartoúÊ podana na schemacie jest zalecana przez producenta. W†urz¹dzeniu modelowym zastosowano uk³ad w†wersji ìBî. W†tab. 1 zawarto tytu³y odtwarzanych melodii. Uk³ad HT2884 jest wyposaøony we wzmacniacz napiÍciowy, przystosowany do bezpoúredniego sterowania piezoceramicznym przetwornikiem elektroakustycznym. Wyjúcia tego wzmacniacza s¹ ozna-

Rezystory R1: 68Ω R2: 750kΩ R3: 150Ω Kondensatory C1: 100µF/10V C2: 100nF Półprzewodniki US1: HT2884 (w zestawie będą dostarczane układy w wersji “B” − wykaz melodii znajduje się w tab. 1) D1, D2, D3, D4, D5: LED prostokątne Różne przetwornik piezoceramiczny SW1, SW2: mikroprzełączniki

Kompletny uk³ad i p³ytki drukowane s¹ dostÍpne w†AVT pod oznaczeniem AVT-1184.

czone OUT i†!OUT (znak ì!î oznacza negacjÍ). Urz¹dzenie modelowe zosta³o przystosowane do sterowania g³oúni-

Rys. 3.

Rys. 4.

71

M I N I P R O J E K T Y ka elektromagnetycznego (dziÍki zastosowaniu wzmacniacza z†tranzystorem T1), ale moøliwe jest sterowanie przetwornika piezo - jego wyprowadzenia naleøy do³¹czyÊ pomiÍdzy wyjúcia wzmacniacza wbudowanego w†HT2884, lecz w†takim wypadku nie wolno montowaÊ rezystora R3 i†tranzystora T1. Niezaleønie od wersji wykonania, napiÍcie zasilania po-

72

winno siÍ mieúciÊ w†przedziale 2,4..3,3V (moøliwe jest zasilanie z†dwÛch szeregowo po³¹czonych baterii R3). Na rys. 3 przedstawiono rozmieszczenie elementÛw na p³ytce drukowanej, widok úcieøek znajduje siÍ na wk³adce wewn¹trz numeru. Sterowanie prac¹ uk³adu HT2884 jest moøliwe dziÍki

dwÛm przyciskom, oznaczonym SERIAL i†AUTO. Przy pomocy przycisku SERIAL moøliwe jest sekwencyjne uruchamianie odtwarzania kolejnych melodii, przycisk AUTO wyzwala odgrywanie wszystkich melodii kolejno. Na rys. 4 przedstawiono graficznie sposÛb sterowania uk³adu HT2884 przy pomocy tych wejúÊ. RW

Tabela 1. Tytuły melodii zapi− sanych w układzie HT2884B 1 2 3 4 5 6 7 8

London bridge is falling down It come upon a midnight clear Clementine Are you sleeping? The caissons go rolling on Bee Row, row, row your boat Mary had a little lamb

Elektronika Praktyczna 6/98

M I N I P R O J E K T Y

Mikroprocesorowy generator impulsów W†praktyce elektronika-praktyka czÍsto wystÍpuj¹ sytuacje, kiedy istnieje potrzeba zastosowania ürÛd³a impulsÛw prostok¹tnych, niekoniecznie o†wygÛrowanych parametrach. Nie kaødego jest staÊ na zbudowanie duøego, wielozakresowego generatora, a†praktyka dowodzi, øe do uruchomieÒ nieskomplikowanych, amatorskich uk³adÛw cyfrowych wystarczy prosty generatorek. Oto taka propozycja.

W†czasie projektowania przyjÍto za³oøenie, øe generator powinien byÊ prosty, bardzo ³atwy w†uruchomieniu, oraz mieÊ moøliwoúci odwrotnie proporcjonalne do wielkoúci zastosowanego uk³adu scalonego. Generator powinien spe³niaÊ nastÍpuj¹ce funkcje: - generacja przebiegu prostok¹tnego o†p³ynnie regulowanym wype³nieniu; - umoøliwiaÊ zmianÍ czÍstotliwoúci przebiegu w†moøliwie duøym zakresie. Po krÛtkiej analizie moøliwoúci uk³adÛw dostÍpnych na rynku, na ìserceî urz¹dzenia zosta³ wybrany 8nÛøkowy mikroprocesorek PIC12C508.

Schemat elektryczny generatora pokazano na rys. 1. Ca³e urz¹dzenie sk³ada siÍ z†jednego mikroprocesora PIC12C508, piÍciu przyciskÛw oraz stabilizatora zasilaj¹cego procesor. Wyjúcie

sygna³u stanowi linia GP0, pozosta³e piÍÊ linii obs³uguje klawiaturÍ. Wykorzystujemy tutaj tryb synchronizacji pracy mikrokontrolera z†kalibrowanym, wewnÍtrznym generatorem zegaro-

Rys. 1.

72

Elektronika Praktyczna 6/98

M I N I P R O J E K T Y

Rys. 2.

wym RC. CzÍstotliwoúÊ zegara jest sta³a i†wynosi 4MHz. Wybrany tryb pracy pozwala poprawiÊ moøliwoúci ìkomunikacyjneî procesora o†50%! Tyle bowiem zyskujemy przez dostÍp do kolejnych dwÛch linii portu: GP5/OSC1 i†GP4/OSC2, wobec czterech dotychczasowych. Jak juø widaÊ, ca³a idea sterowania zosta³a ìzaszytaî w†programie, ktÛrego fragmenty pokrÛtce omÛwimy. Mikrokontroler PIC12C508 nie posiada wbudowanego generatora PWM, naleøy wiÍc stworzyÊ go na drodze programowej. Øeby by³o jeszcze trudniej, nie ma on rÛwnieø systemu przerwaÒ, na szczÍúcie posiada timer. Algorytm dzia³ania generatora PWM (ang. P u l s e Width Modulation - modula-

Rys. 3.

Elektronika Praktyczna 6/98

cja szerokoúci impulsu) jest we wszystkich rozwi¹zaniach z†grubsza ten sam, ale istniej¹ dwie szko³y jego wykonania. Wed³ug pierwszej z†nich czas dla stanu wysokiego i†niskiego jest odliczany niezaleønie od siebie. Wed³ug drugiej szko³y niezaleønymi wielkoúciami jest okres i†jeden ze stanÛw przebiegu. W†naszym rozwi¹zaniu przyjmiemy wariant drugi, tzn. bÍdziemy zmieniaÊ okres i†czas trwania stanu wysokiego. Wprowadzamy zatem dwie zmienne, ktÛre bÍd¹ odliczaÊ umowny czas trwania okresu i†stanu wysokiego, nazywaj¹c je odpowiednio W00 i†cycle. Algorytm dzia³ania tak zaprojektowanego generatora PWM pokazano na rys. 2. Przed wejúciem w†nieskoÒczon¹ pÍtlÍ generacji ci¹gu zer i†jedynek ustawiane s¹ parametry pocz¹tkowe generatora, czyli zmienna cycle zostanie wyzerowana, a†W00 przyjmie wartoúÊ zmiennej W01, ktÛra okreúla wielkoúÊ wype³nienia przebiegu. Modyfikuj¹c zawartoúÊ zmiennej W01 okreúlamy czas trwania stanu wysokiego. Zmienna cycle, jako 8-bitowa i†nie modyfikowana, wyznacza sta³y okres trwania przebiegu. Jak wspomniano wczeúniej, uøytkownik generatora powinien mieÊ wp³yw na czÍstotliwoúÊ generowanego przebiegu. Wykorzystuj¹c wewnÍtrzny timer mikrokontrolera moøemy spowodowaÊ spowolnienie odliczania czasu przez W00 i†cycle. Czas odliczany przez timer TMR0 teø uzaleønimy od zmiennej, powiedzmy o†nazwie OpozTMR0. W†zmiennej OpozTMR0 jest przechowywana wartoúÊ, jaka bÍdzie zawsze wpisana do zmiennej TMR0 (adres fizyczny 01h) przed odliczeniem opÛünienia. Tak¹ modyfikacjÍ podstawowego algorytmu przedstawiono na rys. 3. Od tej pory mamy wiÍc moøliwoúÊ sterowania wype³nieniem przebiegu prostok¹tnego oraz jego czÍstotliwoúci¹. Na list. 1 przedstawiono program, jaki zosta³ uøyty do zaprogramowania mikrokontrolera PIC12C508. Podczas analizy programu moøna dojúÊ do wniosku, øe uøyto nieznanych rozkazÛw

Listing 1.

WYKAZ ELEMENTÓW

main: clrwdt movff

tmr0,OpozTmr0

main2: movf skpz goto decfsz goto bcf

tmr0,w

decfsz goto bsf movff btfss call btfss call btfss call btfss call btfss call goto

cycle,f main gp0 w00,w01 KlSzybciej Szybciej KlWolniej Wolniej KlMaleWypel MaleWypel KlDuzeWypel DuzeWypel KlPolWypel PolWypel main

main2 w00,f main1 gp0

main1:

mikrokontrolera: movlf, movff i†skpz. Movlf i†movff s¹ makrorozkazami przypisania zmiennej odpowiednio wartoúci litera³u i†wartoúci innej zmiennej, zaú skpz jest warunkowym makrorozkazem skoku ze wzglÍdu na ustawienie wskaünika Z. Rozkazy te zostan¹ omÛwione w†artykule, ktÛry opublikujemy w†EP7/98. Aby umoøliwiÊ zmiany wartoúci zmiennych OpozTmr0 i†W01, zastosowano piÍÊ przyciskÛw regulacyjnych, bezpoúrednio po³¹czonych z†wejúciami mikrokontrolera, a†w†programie do nich przypisano zmienne Klxxxxxx. Po zakoÒczeniu kaødego cyklu przebiegu badany jest stan przyciskÛw SW1..SW5. Jeúli ktÛrekolwiek z†wejúÊ wykaøe stan niski, a†to oznacza naciúniÍcie odpowiadaj¹cego mu przycisku SWx, zostanie wywo³any odpowiedni podprogram modyfikuj¹cy wartoúci w†zmiennych OpozTmr0 i†W01. PrzyjÍto nastÍpuj¹ce znaczenie poszczegÛlnych przyciskÛw: SW1 - ìSZYBCIEJî - wzrost czÍstotliwoúci generowanego przebiegu. SW2 - ìWOLNIEJî - czÍstotliwoúÊ generowanego przebiegu coraz mniejsza. SW3 - ìMA£E WYPE£NIENIEî - wype³nienie stanem wysokim maleje. SW4 - ìDUØE WYPE£NIENIEî - wype³nienie stanem wysokim roúnie. SW5 - ì50%î wype³nienie wynosi 50%. Na rys. 4†jest pokazana p³ytka Rys. 4.

Rezystory R1: 8x4,7kΩ Kondensatory C1, C3, C4: 100nF C2: 100µF/25V Półprzewodniki IC1: PIC12C508 − zaprogramowany IC2: LM78L05 lub podobny Różne JP1, JP2: złącza ARK2 SW1, SW2, SW3, SW4, SW5: mikrowłączniki

Kompletny uk³ad i p³ytki drukowane s¹ dostÍpne w†AVT pod oznaczeniem AVT-1185.

drukowana i†rozmieszczenie podzespo³Ûw. Montaø urz¹dzenia jest banalny, nie bÍdziemy go wiÍc szczegÛ³owo omawiaÊ. Uruchomienie uk³adu nie powinno nastrÍczaÊ wiekszych problemÛw. Potrzebny bÍdzie zasilacz 10..16V oraz oscyloskop albo jakikolwiek licznik impulsÛw. Najpierw sprawdzamy, czy lokalny zasilacz p³ytki pracuje poprawnie. Naleøy to zrobiÊ przed w³oøeniem procesora w†p³ytkÍ. Wystarczy pomiÍdzy nÛøkami 1†i†8†podstawki procesora zmierzyÊ napiÍcie, ktÛre musi wynosiÊ 5V ±0,2V. Po w³oøeniu mikrokontrolera i†w³¹czeniu zasilania, na ekranie oscyloskopu do³¹czonego do wyjúcia uk³adu powinien pojawiÊ siÍ obraz przebiegu prostok¹tnego. Reguluj¹c odpowiednimi przyciskami SWx moøemy dowiedzieÊ siÍ o†moøliwoúciach generatorka przebiegu prostok¹tnego. Za pomoc¹ licznika impulsÛw moøna sprawdziÊ jedynie czÍstotliwoúÊ generacji. Mirosław Lach, AVT [email protected] Plik PWM.ASM jest dostÍpny w†Internecie pod adresem: www.avt.com.pl/avt/ ep/ftp

73

NOWE

PODZESPOŁY

Nowości firmy 10-bitowy przetwornik A/C z†8-kana³owym multiplekserem analogowym, zegar czasu rzeczywistego, 3†timery-liczniki, UART i†timer-watchdog. Pierwsze uk³ady ATmega103 bÍd¹ montowane w†obudowach PQFP64. SzczegÛ³y konstrukcyjne uk³adÛw Atmega603 zostan¹ ujawnione na pocz¹tku maja '98. Kolejn¹, bardzo interesuj¹c¹ nowoúci¹ s¹ nowe, nieulotne pamiÍci szeregowe serii Da-

Pierwsz¹ z†nowoúci Atmela, ktÛr¹ chcemy przedstawiÊ, jest kolejny procesor rodziny AVR. Uk³ad ten, maj¹cy oznaczenie AT90S8515, jest wyposaøony w†8kB pamiÍci programu Flash, 512B pamiÍci danych RAM i†512B pamiÍci pomocniczej EEPROM. Standardowo (jak na†rodzinÍ AVR) jest wyposaøony w†port ISP, przy pomocy ktÛrego moøna programowaÊ procesor bezpoúrednio Tabela 1. Oznaczenie AT90S1200 AT90S2313 AT90S4414 AT90S8515

Pamięć Flash [kB] 1 2 4 8

SRAM [B] − 128 256 512

EEPROM [B] 64 128 256 512

UART

Liczniki/timery

Liczba wyprowadzeń

− + + +

1 2 3 3

20 20 40/44 40/44

w†urz¹dzeniu. Dodatkowym wyposaøeniem jest port szeregowy UART oraz 3†programowane timery-liczniki. W†tab. 1 znajduje siÍ zestawienie uk³adÛw serii AVR dostÍpnych w†chwili obecnej. Znacznemu rozszerzeniu ulegn¹ moøliwoúci procesorÛw AVR z†chwil¹ wprowadzenia na rynek nowej rodziny, ktÛr¹ nazwano MegaAVR. Do produkcji wprowadzane s¹ obecnie dwa uk³ady tej serii - ATmega103 Tabela 2. i†ATmega603. Pier- Oznaczenie Szybkość [MHz] wszy z†uk³adÛw jest Napięcie zasilania 2,7..3,6V w y p o s a ø o n y AT45DB021 5 5 w†ogromn¹ pamiÍÊ AT45DB041 10 p r o g r a m u F l a s h AT45DB081 10 o†pojemnoúci 128kB AT45DB161 oraz 4kB pamiÍci Napięcie zasilania 5V EEPROM programo- AT45D021 AT45D041 wanej w†systemie i AT45D081 4kB pamiÍci RAM, AT45D161

taFlash. Cech¹ charakterystyczn¹ nowych opracowaÒ jest bardzo szybki interfejs szeregowy, ktÛry moøna taktowaÊ z†maksymaln¹ czÍstotliwoúci¹ do 10MHz. Takøe pojemnoúÊ nowych pamiÍci przekracza dotychczasowe standardy - mieúci siÍ ona bowiem w†zakresie 2..16Mb. W†tab. 2 znajduje siÍ zestawienie podstawowych moøliwoúci nowych uk³adÛw.

Pojemność [Mb]

Opis

2 4 8 16

dwa bufory SRAM 264B, SPI dwa bufory SRAM 264B, SPI dwa bufory SRAM 264B, SPI dwa bufory SRAM 528B, SPI

2 4 8 16

dwa bufory SRAM 264B, SPI dwa bufory SRAM 264B, SPI dwa bufory SRAM 264B, SPI dwa bufory SRAM 528B, SPI

Przetwornica ładunkowa firmy Uk³ad LTC1515 jest prost¹ w†stosowaniu (rys. 1) przetwornic¹ ³adunkow¹, na wyjúciu ktÛrej otrzymujemy stabilizowane napiÍcie (3/3,3 lub 5V), niezaleønie od wartoúci napiÍcia wejúciowego, ktÛrego wartoúÊ powinna mieúciÊ siÍ w†zakresie 2..10V. WydajnoúÊ pr¹dowa tego uk³adu wynosi 50mA, napiÍcie wyjúciowe reguluje siÍ przy pomocy wejúcia cyfrowego (rys. 8), moøliwe jest takøe sprzÍtowe zablokowanie pracy, co wydatnie zmniejsza pobÛr pr¹du (poniøej 1µA w†trybie

Rys. 1.

Elektronika Praktyczna 6/98

shut-down oraz 60µA podczas normalnej pracy). Na rys. 2 przedstawiono wykres ilustruj¹cy jakoúÊ stabilizacji napiÍcia wyjúciowego w†funkcji zmian napiÍcia zasilaj¹cego. Uk³ady LTC1515 dostÍpne s¹ w†obudowach SO-8.

Rys. 2.

75

NOWE

PODZESPOŁY

Scalony konwerter RS232/OneWire

Rys. 4. Rys. 3. Uk³ady pamiÍciowe serii Touch Memory (teraz nazywane iButton) ciesz¹ siÍ wúrÛd uøytkownikÛw na ca³ym úwiecie nieustaj¹cym powodzeniem. NajwiÍkszym problemem, na jaki napotykaj¹ konstruktorzy chc¹cy je stosowaÊ w†swoich projektach, jest koniecznoúÊ samodzielnego budowania konwertera transmisyjnego, ktÛry zapewni poprawne przesy³anie informacji do i†z†uk³adÛw Touch Memory - a†s¹ one zasilane i†sterowane poprzez liniÍ jednoprzewodow¹. Dallas chc¹c u³atwiÊ rozwi¹zanie tego problemu opracowa³ scalony konwerter poúrednicz¹cy w†transmisji pomiÍdzy portem szeregowym zgodnym z†RS232, a†dowolnym uk³adem sterowanym przez szynÍ OneWire. Schemat blokowy uk³adu DS2480 przedstawiony zosta³ na rys. 3. Na rys. 4 znajduje siÍ najprostsza aplikacja tego uk³adu, w ktÛrej pracuje on jako prosty, dwukierunkowy konwerter danych. W†przypadku podania na wejúcie ozna-

czone Vpp napiÍcia 12V moøliwe jest programowanie pamiÍci EPROM, ktÛra wchodzi w†sk³ad niektÛrych uk³adÛw serii Touch Me-

mory. Na rys. 5 przedstawiono nieco bardziej rozbudowan¹ aplikacjÍ uk³adu DS2480, w†ktÛrej pracuje on jako konwerter danych do³¹czony bezpoúrednio do wyjúÊ buforÛw RS232 (zasilany napiÍciem ±12V).

Rys. 5.

“Mała” logika z firmy WiÍkszoúÊ konstruktorÛw urz¹dzeÒ cyfrowych spotka³a siÍ podczas projektowania z†problemem braku jednej lub dwÛch prostych bramek, ktÛre wymusza³y przeprojektowanie p³ytki drukowanej lub wrÍcz zmianÍ koncepcji projektu. Podobne trudnoúci napotykali projektanci urz¹dzeÒ wymagaj¹cych prostych elementÛw logicznych, gdy nieop³acalne by³o stosowanie standardowych uk³adÛw serii CMOS lub TTL. Lekarstwem na tego typu problemy moøe byÊ najnowsze opracowanie firmy Fairchild

Rys. 6.

76

- uk³ady serii TinyLogic. Stanowi¹ one kontynuacjÍ popularyzowanej przez firmÍ National Semiconductor rodziny uk³adÛw analogowych serii Tiny, ktÛre s¹ coraz czÍúciej stosowane w†sprzÍcie przenoúnym. Wszystkie uk³ady serii Tiny montowane s¹ w†miniaturowych obudowach SOT23-5. W†ramach serii TinyLogic dostÍpnych jest 39 uk³adÛw, podzielonych na trzy rodziny (rys. 6): ✓ HS - stosunkowo wolne uk³ady o†ma³ym poborze mocy. Mog¹ one pracowaÊ w†szerokim zakresie napiÍÊ zasilaj¹cych 2..6V. ✓ HST - seria u k ³ a d Û w o†parametrach czasowych zbliøonych do serii HS, przystosowanych do pracy z†napiÍciem zasilania 5V. Rys. 7.

✓ HSZ - ultraszybkie uk³ady o†duøej wydajnoúci pr¹dowej na wyjúciu. Mog¹ one byÊ zasilane napiÍciem z†zakresu 1,8..5,5V. Niezaleønie od serii, wszystkie uk³ady TinyLogic s¹ energooszczÍdne - pojedynczy uk³ad nie pobiera zazwyczaj wiÍcej niø 10µA (serie HS/HST) lub 20µA (seria HSZ). Na rys. 7 przedstawiono kilka struktur dostÍpnych w†ramach serii TinyLogic.

Elektronika Praktyczna 6/98

NOWE

PODZESPOŁY

Układ nadzorujący dla zaawansowanych systemów komputerowych Szybki rozwÛj komputerÛw i†zwi¹zany z†tym wzrost wymagaÒ jednostek centralnych w†stosunku do elementÛw peryferyjnych zachÍca producentÛw uk³adÛw scalonych do wdraøania coraz doskonalszych, zintegrowanych systemÛw nadzoruj¹cych. Przy pomocy tych uk³adÛw moøliwa jest kontrola napiÍÊ zasilaj¹cych, wykrywanie zbytniego nagrzewania siÍ wybranych elementÛw systemu, a†takøe weryfikacja poprawnoúci pracy wentylatorÛw ch³odz¹cych procesor i†zasilacz. NajwiÍksz¹ dotychczas popularnoúÊ zdoby³ uk³ad opracowany przez National Semiconductor, ktÛry nosi oznaczenie LM75. RozwiniÍciem tej konstrukcji jest najnowszy produkt Dallasa - uk³ad DS1780 (schemat blokowy przedstawiono na rys. 8).

Programowanie nastaw progowych oraz konfiguracja uk³adu odbywa siÍ poprzez szynÍ szeregow¹ I 2C (podobnie jak LM75). Przetwornik A/C, ktÛry umoøliwia mierzenie wszystkich wielkoúci analogowych, jest wyposaøony na wejúciu w†7-kana³owy multiplekser analogowy. SzeúÊ wejúÊ wykorzystano do pomiaru napiÍÊ zasilaj¹cych wystÍpuj¹cych w†systemie (zarÛwno dodatnich, jak i†ujemnych), jedno wejúcie analogowe wykorzystano do pomiaru temperatury. Czujnik temperatury wbudowano w†strukturÍ uk³adu. Cyfrowy komparator nadzoruje aktualne wartoúci poszczegÛlnych nastaw i†w†przypadku przekroczenia ktÛrejú z†nich generuje przerwanie dla procesora. Dopuszczalny zakres napiÍcia zasilaj¹cego dla uk³adu DS1780 wynosi 2,8..5,5V.

Rys. 8.

Procesor do telewizorów cyfrowych firmy RozwÛj technologii pÛ³przewodnikowej jest jednym z†najwaøniejszych stymulatorÛw szybkiego wdraøania telewizji cyfrowej. Philips jest jednym z†producentÛw specjalizowanych procesorÛw do obrÛbki sygna³Ûw wizyjnych, audio oraz transmisji danych. Chyba w³aúnie ze wzglÍdu na tak ogromn¹ uniwersalnoúÊ nosz¹ one nazwÍ TriMedia. W†odrÛønieniu od dotychczas produkowanych uk³adÛw tego typu, procesory TriMedia charakteryzuje znacznie wiÍksza uniwersalnoúÊ - moøliwe jest na przyk³ad przesy³anie

Elektronika Praktyczna 6/98

obrazu w†jednym spoúrÛd 18 formatÛw (wybieranych w†zaleønoúci od rodzaju przekazywanej informacji). WybÛr formatu i†sposobu dekompresji obrazu moøna wybraÊ przy pomocy odpowiedniego oprogramowania procesora. DziÍki wbudowaniu w†procesor úcieøki logicznej dla obrÛbki danych procesor TriMedia moøe zast¹piÊ takøe modem, a†od tego juø niedaleka droga do wbudowania kompletnej przegl¹darki sieciowej w†telewizor...

77

NOWE

PODZESPOŁY

NOWE PODZESPOŁY

Nowe mikrokontrolery firmy Zilog rozszerzy w†najbliøszym czasie rodzinÍ popularnych mikrokontrolerÛw serii Z8 o†uk³ady oparte na nowym rdzeniu, nosz¹cym nazwÍ Z8Plus Core. NajczÍúciej podkreúlan¹ przez producenta zalet¹ nowych uk³adÛw jest zwiÍkszenie szybkoúci pracy jednostki centralnej - wszystkie instrukcje wykonywane s¹ w † c i ¹ g u 1 µs ( z e g a r 10MHz). Nowe uk³ady s¹ kompatybilne programowo z†dotychczas produkowanymi. W†odrÛønieniu od dotychczas produkowanych mikrokontrolerÛw, wejúcie zeruj¹ce wyprowadzono na zewn¹trz (nie ma wbudowanego modu³u Power On Reset). Na rys. 10 przedstawiono schemat blokowy pierwszego uk³adu no- Rys. 10. wej serii, ktÛry nosi oznaczenie Z8E001. Jest on wyposaøony w†1kB pamiÍci OTPPROM i†64B RAM. Rozbudowany uk³ad przerwaÒ, wbudowany komparator analogowy, 13 konfigurowalnych pinÛw I/O oraz trzy progra-

mowalne timery dope³niaj¹ atrakcyjny obraz nowych procesorÛw. Dopuszczalny zakres napiÍcia zasilaj¹cego wynosi 3..5,5V. DostÍpne bÍd¹ uk³ady w†obudowach DIP i†SOIC18 oraz SSOP20.

Miniaturowa przetwornica napięcia firmy Najnowsz¹ scalon¹ przetwornic¹ ³adunkow¹ ma³ej mocy opracowano z†myúl¹ o†stosowaniu we wszelkiego rodzaju sprzÍcie przenoúnym. Jest to uk³ad LM3550 firmy National Semiconductor. Moøliwe jest skonfigurowanie do pracy w†trybie podwyøszania (rys. 11) lub obniøania (rys. 12) napiÍcia. Duøa czÍstotliwoúÊ kluczowania (800kHz)

Rys. 12.

oraz ma³a impedancja wyjúciowa pozwalaj¹ osi¹gn¹Ê wydajnoúÊ pr¹dow¹ rzÍdu 50mA. Typowo uk³ad stosuje siÍ do konwersji napiÍcia zasilaj¹cego z†3,3/5V oraz 5/3,3V. Uk³ad LM3350 dostÍpny jest w†obudowach SO8.

Rys. 11.

78

Elektronika Praktyczna 6/98

Biblioteki procedur standardowych K U R S

Biblioteki mikroprocesorowych procedur standardowych Kolejkowana transmisja przez port szeregowy Przedstawiamy kolejn¹ procedurÍ, ktÛra moøe byÊ przydatna w†samodzielnie tworzonych opracowaniach. Zapewnia ona programow¹ emulacjÍ kolejki FIFO dla szeregowej transmisji danych przez port szeregowy UART procesorÛw pochodnych '51.

Elektronika Praktyczna 6/98

Wielu CzytelnikÛw stosuj¹cych w†swoich opracowaniach mikrokontrolery podchodzi z†rezerw¹ do zagadnienia obs³ugi portu szeregowego w†procesorze rodziny '51. Poniøej sprÛbujemy, przynajmniej czÍúciowo, rozwiaÊ ich obawy. Niew¹tpliw¹ zalet¹ komunikacji szeregowej jest ma³a liczba wykorzystywanych linii sygna³owych, zaú jej wad¹ stosunkowo niska prÍdkoúÊ transmisji. Taki interfejs moøe wiÍc byÊ idealnym rozwi¹zaniem we wspÛ³pracy z†powolnymi urz¹dzeniami mechanicznymi (np. drukarki termiczne), czy urz¹dzeniami odleg³ymi, relatywnie rzadko wymagaj¹cymi obs³ugi, np. czujnikami inteligentnymi, ktÛre samodzielnie gromadz¹ i†wstÍpnie obrabiaj¹ dane pomiarowe. Port szeregowy jest w†procesorach '51 traktowany jako urz¹dzenie zewnÍtrzne, czyli podobnie jak timer albo przerwania zewnÍtrzne. Wszystkie te urz¹dzenia komunikuj¹ siÍ z†jednostk¹ centraln¹ przy pomocy procedury obs³ugi przerwaÒ. Interfejs szeregowy zapewnia transmisjÍ dupleksow¹, czyli odbiÛr oraz nadawanie mog¹ byÊ w†pe³ni niezaleøe od siebie. Transmisja nie jest kolejkowana, co oznacza, øe po odbiorze danej powinna ona byÊ odebrana z†interfejsu przed nadejúciem kolejnej. Do komunikacji z†interfejsem szeregowym s³uøy rejestr specjalny oznaczony symbolicznie SBUF. W†przypadku nadawania, transmisja jest inicjowana za pomoc¹ dowolnej instrukcji adresuj¹cej ten rejestr jako docelowy, natomiast odbiÛr rozpoczyna siÍ po zajúciu okreúlonych warunkÛw zewnÍtrznych.

Jako linie komunikacyjne ze úwiatem zewnÍtrznym wykorzystywane s¹ dwie linie portu P3, oznaczone jako RxD (P3.0 - linia przeznaczona do odbioru) oraz TxD (P3.1 - linia przeznaczona do nadawania). Pierwszym bitem przesy³anych danych jest najm³odszy (LSB), ostatnim zaú najstarszy (MSB). Drugim rejestrem specjalnym skojarzonym z†interfejsem szeregowym jest rejestr SCON, ktÛry steruje procesem transmisji. Mamy do wyboru cztery tryby pracy interfejsu, oznaczone cyframi od 0†do 3. Oto ich skrÛcony opis dzia³ania: - Tryb 0 - dane s¹ odbierane i†nadawane poprzez RxD, a†na TxD panuje sygna³ synchronizuj¹cy o†czÍstotliwoúci wynosz¹cej 1/12 czÍstotliwoúci zegara procesora - transmisja jest synchroniczna. D³ugoúÊ s³owa danych wynosi 8†bitÛw. - Tryb 1 - dane s¹ odbierane na linii RxD, nadawane poprzez liniÍ TxD. Transmisja jest asynchroniczna, wiÍc dodatkowo pojawiaj¹ siÍ: synchronizuj¹cy bit startu (zawsze 0) na pocz¹tku transmisji i†na jej koÒcu bit stopu (zawsze 1). PomiÍdzy tymi elementami synchronizuj¹cymi wystÍpuje 8†bitÛw danych. PrÍdkoúÊ transmisji jest zaleøna od ustawienia timera T1, ktÛrego sygna³y przepe³nienia licznikÛw wyznaczaj¹ impulsy synchronizuj¹ce ca³¹ transmisjÍ. Dodatkowo, prÍdkoúÊ transmisji moøna spowolniÊ dwukrotnie, zeruj¹c bit SMOD, ktÛry jest najstarszym bitem w†rejestrze specjalnym PCON (uwaga! rejestr PCON nie jest adresowany bitowo).

79

Biblioteki procedur standardowych - Tryb 2 - dane s¹ odbierane na linii RxD, nadawane przez liniÍ TxD. Transmisja jest asynchroniczna, ale pomiÍdzy bitami startu i†stopu znajduje siÍ 9†bitÛw, z†czego 8†m³odszych bitÛw to bity danych, bit ostatni jest pobierany z†rejestru SCON (bit RB8). Bit RB8 moøe byÊ bitem kontrolnym, np. wczeúniej obliczonym bitem parzystoúci. PrÍdkoúÊ transmisji jest sztywna: 1/ 32 (SMOD=0) albo 1/64 (SMOD=1) czÍstotliwoúci zegara. - Tryb 3 - ten tryb rÛøni siÍ od trybu 2†tylko prÍdkoúci¹ transmisji, ktÛra jest zaleøna od ustawienia timera T1. Jego sygna³y przepe³nienia synchronizuj¹ transmisjÍ. Informacje zawarte w†rejestrze SCON rozk³adaj¹ siÍ na jego poszczegÛlne bity w†sposÛb nastÍpuj¹cy, poczynaj¹c od bitu najstarszego. - SM0, SM1 - dwa bity koduj¹ce numer jednego z†trybÛw pracy opisanych wyøej. - SM2 - zapewnia komunikacjÍ wieloprocesorow¹ w†systemie. - REN - programowa blokada odbioru. - TB8 - dziewi¹ty bit nadawanego s³owa w†trybie 2†albo 3. - RB8 - dziewi¹ty bit odebranego s³owa w†trybie 2†albo 3. - TI - flaga przerwania ustawiana sprzÍtowo po zakoÒczeniu nadawania, powinna byÊ zerowana w†procedurze obs³ugi przerwania interfejsu szeregowego. - RI - flaga przerwania ustawiana sprzÍtowo po odebraniu pe³nego s³owa, powinna byÊ zerowana w†procedurze obs³ugi przerwania interfejsu szeregowego. TwÛrcy rodziny '51 uznali, øe nie ma istotnej potrzeby oddzielania obs³ugi przerwania dla danych przychodz¹cych i†nadawanych. Uk³ad interfejsu szeregowego ma jedno przerwanie wspÛlne dla obu kierunkÛw przesy³ania danych i†tylko na drodze programowej moøna rozrÛøniÊ, co jest przyczyn¹ wywo³ania przerwania. SpoúrÛd czterech trybÛw pracy uk³adu transmisji szeregowej wybierzemy do naszych eksperymentÛw tryb 1. £atwo to uzasadniÊ. Po pierwsze, interesuje nas osiem bitÛw danych i†nie mamy istotnej potrzeby dok³adania dziewi¹tego bitu jako bitu parzystoúci. Po

80

drugie - chcemy uzyskaÊ jedn¹ z†przyjmowanych najczÍúciej prÍdkoúci transmisji, np. 1200 bitÛw na sekundÍ. Po trzecie - dobrze by by³o, øeby oprÛcz moøliwoúci poprawnej transmisji szeregowej, nasz system mia³ jeszcze zdolnoúÊ pomiaru czasu w†jednostkach u†nas przyjÍtych. Zapewni nam to w†niezaleøny sposÛb kszta³towan¹ czÍstotliwoúÊ synchronizacji portu szeregowego (timer T1) i†jednoczeúnie odliczanie czasu (timer T0). Argument trzeci doprowadza nas do powaønej decyzji: wyboru czÍstotliwoúci zegara. Dobrym wyborem dla odliczania czasu jest typowa czÍstotliwoúÊ 12MHz. Cykl maszynowy wynosi dok³adnie 1µs, wiÍc nie ma problemu z przeliczaniem. Gorzej sprawa ma siÍ z†doborem parametrÛw timera T1. Weümy dla przyk³adu prÍdkoúÊ 1200 bodÛw. Przyjmijmy, øe timer T1 bÍdzie pracowa³ w†trybie 2, czyli z†automatycznym prze³adowaniem. Wtedy wzÛr na obliczenie zawartoúci TH1 jest nastÍpuj¹cy: TH1=256-(2SMOD * f/(32*12*BR)), gdzie: SMOD - stan bitu SMOD, f†- czÍstotliwoúÊ zegara w†hercach, BR - prÍdkoúÊ transmisji w†bodach. Dla 1200 bodÛw i†SMOD=1, TH1 wynosi w†przybliøeniu 203,92. Z†koniecznoúci musimy przyj¹Ê wartoúÊ ca³kowit¹, czyli 204. Jeúli SMOD=0, TH1=229,96, to daje w†efekcie TH1=230. Obie wartoúci TH1 mog¹ nie zapewniÊ poprawnego odbioru i naleøy to sprawdziÊ. Po przekszta³ceniu powyøszego wzoru wartoúci prÍdkoúci transmisji dla SMOD=1 i†SMOD=0 wynosz¹ 1201,92. W†porÛwnaniu z†prÍdkoúci¹ dok³adn¹ wartoúÊ ta rÛøni siÍ o†mniej niø 0,2%. Musimy zwrÛciÊ uwagÍ na charakter transmisji w†trybie 1: jest to transmisja asynchroniczna, czyli proces synchronizacji zachodzi dla pojedynczego s³owa. Poniewaø uk³ad w†procesorze '51 prÛbkuje stan bitÛw w†domniemanym úrodku impulsu, a†bitÛw mamy 10, dopuszczalna niedok³adnoúÊ odbioru wynosi 5%. Moøemy byÊ wiÍc spokojni o†poprawnoúÊ odbioru. Dla wiÍkszych prÍdkoúci transmisji problem doboru wartoúci

w†TH1 zaczyna byÊ coraz bardziej uci¹øliwy. Oczywiúcie nic nie stoi na przeszkodzie w†doborze takiej czÍstotliwoúci, ktÛra zapewni dok³adn¹ prÍdkoúÊ transmisji szeregowej i†jednoczeúnie bÍd¹ spe³nione dogodne warunki do odliczania czasu. Bardzo dogodna z†punktu widzenia uk³adu transmisji szeregowej, proponowana przez producenta procesora, czÍstotliwoúÊ 11,05962MHz tylko z†pozoru wydaje siÍ niewdziÍczn¹ do pomiaru czasu. Rzeczywiúcie, czas cyklu nie jest liczb¹ ca³kowit¹ i†wynosi oko³o 1,085µs. Tak naprawdÍ, w†procesie odliczania czasu zliczamy cykle procesora. Dla tej czÍstotliwoúci w†ci¹gu sekundy zostanie zliczonych dok³adnie 11059620/12 = 921635 impulsÛw. Rozk³adaj¹c tÍ liczbÍ na czynniki dostajemy: 921635 = 5*11*13*1289 = 143*6445 Wpisuj¹c do TH0=256-143=113, w†kaødej procedurze obs³ugi przerwania zwiÍkszamy parÍ komÛrek pamiÍci modulo 6445 i†po kaødym przejúciu z†6444 na 0 odliczyliúmy 1 sekundÍ. Jeúli uøywamy timera T1, nie moøemy zapomnieÊ o†zablokowaniu przerwania od niego. Dobr¹ zasad¹ jest zdefiniowanie wektora przerwania, a†w†procedurze obs³ugi przerwania powinien byÊ tylko rozkaz powrotu z†tej obs³ugi RETI. Tak oto dobrnÍliúmy do zasadniczej czÍúci artyku³u, po drodze rozwi¹zuj¹c problem doboru parametrÛw interfejsu szeregowego i†zegara, ktÛry go synchronizuje. Kiedy uwaøniej przyjrzymy siÍ specjalizowanym uk³adom transmisji szeregowej, szybko zauwaøymy, øe wspÛln¹ ich cech¹ jest posiadanie systemu kolejkowania odbieranych i†nadawanych znakÛw. Wprawdzie nie s¹ to stosunkowo d³ugie kolejki (kilka..kilkanaúcie bajtÛw), jednak transmisja staje siÍ duøo bardziej wygodna: procesor nie musi intensywnie sprawdzaÊ stanu jednobajtowego bufora komunikacyjnego, a†wystarczy, øe bÍdzie czyni³ to rzadziej i†z†rÛwn¹ skutecznoúci¹, bowiem przes³anie ich z/do pamiÍci operacyjnej moøe trwaÊ krÛcej niø transmisja jednego bitu w†interfejsie szeregowym. Trzeba bowiem wiedzieÊ, øe nie zabrane z†bufora w†porÍ dane ulegn¹ zatarciu przez

Elektronika Praktyczna 6/98

Biblioteki procedur standardowych kolejne przysy³ane bajty. Doceniaj¹c dobrodziejstwa p³yn¹ce z†faktu kolejkowania danych w†transmisji szeregowej, udostÍpnimy procedury tworz¹ce i†wykorzystuj¹ce tak¹ kolejkÍ. Rozwaømy kolejkÍ dla nadawania, przez analogiÍ moøna zbudowaÊ kolejkÍ dla danych odbieranych. Procesor nie posiada wbudowanych sprzÍtowo mechanizmÛw kolejkowania, zatem takie musimy stworzyÊ programowo. PrzyjÍta tu idea kolejkowania jest bardzo prosta: 1.Wydzielamy obszar pamiÍci danych, ktÛry bÍdzie adresowany tylko poúrednio, przeznaczony na bufor kolejki i†niezbÍdne wskaüniki. 2.Budujemy procedurÍ zapisu danej do kolejki w†oparciu o†wskaünik pocz¹tku kolejki i†liczbÍ zapisanych tam znakÛw. 3.Budujemy procedurÍ odczytu z†kolejki w†oparciu o†wskaünik pocz¹tku kolejki i†liczbÍ zapisanych tam znakÛw. 4.W†obs³udze przerwania portu szeregowego, w†czÍúci dotycz¹cej nadawania, umieszczamy procedurÍ odczytu z†kolejki zdefiniowan¹ w†p. 3, z†jednoczesnym zapisem do SBUF. 5.Za pomoc¹ procedury z†p. 2†zapisujemy dane do wys³ania. 6.Po zape³nieniu kolejki lub wyczerpaniu wszystkich znakÛw przeznaczonych do wys³ania, uruchamiamy tylko jedn¹ procedurÍ odczytu z†kolejki i†te dane wysy³amy do rejestru SBUF. 7.Jeúli tylko w†kolejce bÍdzie co najmniej jeden znak do wys³ania, sprzÍøenie zwrotne utworzone w p. 4 zapewni ci¹g³¹ transmisjÍ, aø do ich wyczerpania. Przyk³ad takiego rozwi¹zania przedstawiony zosta³ na list. 1. Mamy dwie podstawowe procedury: DoKolejki i†Zkolejki. Rejestrem poúrednicz¹cym z†kolejk¹ jest rejestr R3. OprÛcz tego s¹ dwie zmienne reprezentuj¹ce adres komÛrki zawieraj¹cej pierwszy, najwczeúniej wprowadzony do kolejki znak (PoczatekKolejki) oraz liczbÍ znakÛw Kolejki (LZnakowKolejki). Te dwie zmienne musz¹ byÊ wstÍpnie ustawione przed pierwszym uøyciem kolejki. W†obie procedury wbudowano prosty mechanizm ochrony kolejki

Elektronika Praktyczna 6/98

Listing 1. r0reg equ 0 r1reg equ 1 r2reg equ 2 r3reg equ 3 ; czesc bitowa (20H-2fH) : : PoczNadawania equ 13h; ustawiana podczas przeslania pierwszego ; bajtu do kolejki portu szeregowego, zerowana podczas zapisu ; pierwszego bajtu ; czesc bajtowa adresowana posrednio (80H-FFH) WielkoscKolejki equ 40h PoczatekKolejki equ 80h; adres pierwszego znaku w KolejkaSzer, tuz ; przed wyslaniem LZnakowKolejki equ PoczatekKolejki+1; wskazuje ostatni znak w ; KolejkaSzer KolejkaSzer equ LZnakowKolejki+1; wektor kolejki portu ; szeregowego ORG 0000H SJMP RESTART ORG 000BH JMP T0SERVIS ORG 23H JMP SerialServis RESTART: : : : ; ustawienie parametrow systemu, w tym parametrow dla ; portu szeregowego : : : mov r0,#PoczatekKolejki mov @r0,#KolejkaSzer mov r0,#LZnakowKolejki mov @r0,#0 : : ;przyklad wyslania do kolejki mov r3,’A’ call DoKolejki jc $-5 mov r3,’l’ call DoKolejki jc $-5 mov r3,’a’ call DoKolejki jc $-5 mov r3,’ ‘ call DoKolejki jc $-5 mov r3,’m’ call DoKolejki jc $-5 mov r3,’a’ call DoKolejki jc $-5 mov r3,’ ‘ call DoKolejki jc $-5 mov r3,’k’ call DoKolejki jc $-5 mov r3,’o’ call DoKolejki jc $-5 mov r3,’t’ call DoKolejki jc $-5 mov r3,’a’ call DoKolejki jc $-5 mov r3,’.’ call DoKolejki jc $-5 : : DoKolejki: ; podprogram zapisu bajtu do kolejki portu szeregowego ; wejscie: ; r3 - bajt do zapisu w kolejce ; wyjscie: ; flaga CY ; CY=1 - blad, wektor kolejki zapelniony, zapis nie zostal dokonany, ; r3 nie ulegl zmianie ; CY=0 - zapis jest poprawny ; na czas zapisu do wektora KolejkaSzer jest blokowany dostep ; do procedury obslugi przerwania od T0 i portu szeregowego ; modyfikacja wektora KolejkaSzer, ; modyfikacja zmiennej LZnakowKolejki ; ewentualna modyfikacja flagi PoczNadawania, jesli jest to pierwszy ; znak w kolejce ; poza tym uzywa zasobow: ; ACC, r0, r1 clr ES clr ET0 mov r0,#PoczatekKolejki mov r1,#LZnakowKolejki mov a,@r1 jnz DoKol3 setb PoczNadawania DoKol3: cjne a,#WielkoscKolejki,DoKol1 DoKol2: setb c

sjmp DoKol6 DoKol4: jnc DoKol5 sjmp DoKol7 DoKol1: jnc DoKol2 mov a,@r0 add a,@r1 cjne a,#KolejkaSzer+WielkoscKolejki,DoKol4 DoKol5: subb a,#WielkoscKolejki DoKol7: mov r0,a mov @r0,r3reg inc @r1 clr c DoKol6: setb ES setb ET0 ret SerialServis: ; procedura obslugi przerwania od portu szeregowego ; zablokowana obsluga odbioru z portu szeregowego clr RI jbc TI,SS1 reti SS1: push acc push psw push r0reg push r1reg push r3reg call ZKolejki jc SS2 mov SBUF,r3 SS2: pop r3reg pop r1reg pop r0reg pop psw pop acc reti T0Servis: ; OBSLUGA PRZERWANIA T0 ; CHRONI UZYWANE REJESTRY ; PRZERWANIE CO 0.25ms PUSH ACC PUSH PSW push r0reg push dpl push dph : : : ; odliczono czas 50ms jnb PoczNadawania,T0S16 push r3reg call ZKolejki mov SBUF,r3 pop r3reg clr PoczNadawania T0S16: : : : : pop dph pop dpl pop r0reg POP PSW POP ACC RETI ZKolejki: ; podprogram odczytania pierwszego bajtu z wektora KolejkaSzer ; wejscie: nic ; wyjscie: ; r3 - odczytany znak ; flaga CY: ; CY=1 - blad,zerowa liczba znakow w kolejce, wartosc r3 nieokreslona ; CY=0 - znak odczytany poprawnie ; modyfikacja wektora KolejkaSzer, ; modyfikacja zmiennej PoczatekKolejki zwiekszenie o 1 ; modyfikacja zmiennej LZnakowKolejki zmniejszenie o 1 ; poza tym uzywa zasobow: ; acc, r0, r1 mov r0,#PoczatekKolejki mov r1,#LZnakowKolejki mov a,@r1 jnz ZKol3 setb c ret ZKol3: mov r0reg,@r0 mov r3reg,@r0 dec @r1 mov r0,#PoczatekKolejki inc @r0 mov a,@r0 cjne a,#(KolejkaSzer+WielkoscKolejki),ZKol1 ZKol4: mov @r0,#KolejkaSzer ret ZKol1: jnc ZKol4 clr c ret

81

Biblioteki procedur standardowych przed wykonaniem operacji b³Ídnych, jakimi niew¹tpliwie jest zapis do kolejki zape³nionej i†odczyt z†kolejki pustej. W†obydwu przypadkach operacje te nie dochodz¹ do skutku i†jest to sygnalizowane ustawieniem flagi przepe³nienia CY. W†tym rozwi¹zaniu zaproponowano zainicjowanie nadawania z†kolejki poprzez przerwanie od T0. Co 50ms jest sprawdzany stan flagi PoczNadawania i†w†razie jej ustawienia zostanie wys³any pierwszy znak, uruchamiaj¹c proces wysy³ania pozosta³ych znakÛw. Flaga PoczNadawania jest ustawiana przed zapisem do kolejki pustej. Waønym jest, aby po wys³aniu pierwszego znaku z†kolejki zerowaÊ tÍ flagÍ. Dla programisty powyøsze rozwi¹zanie jest wygodne: wystarczy wys³aÊ dan¹ do kolejki za pomoc¹ procedury DoKolejki, a†reszta bÍdzie wykonana ìw tleî programu. Poniewaø bufor kolejki ma skoÒczon¹ d³ugoúÊ (w naszym przyk³adzie przesadnie duø¹, wystarczy 8..16bajtÛw), dobrze jest po wywo³aniu procedury DoKolejki sprawdziÊ stan flagi CY.

82

Moøna oczywiúcie zrezygnowaÊ z†przerwania od T0, przesuwaj¹c obowi¹zek inicjacji transmisji na program g³Ûwny, co moøe wygl¹daÊ nastÍpuj¹co (wysy³amy ci¹g znakÛw 'Ala ma kota.'): mov call jc mov call jc mov call jc mov call jc mov call jc mov call jc mov call jc mov call jc mov

r3,'A' DoKolejki $-5 r3,'l' DoKolejki $-5 r3,'a' DoKolejki $-5 r3,' ' DoKolejki $-5 r3,'m' DoKolejki $-5 r3,'a' DoKolejki $-5 r3,' ' DoKolejki $-5 r3,'k' DoKolejki $-5 r3,'o'

call jc mov call jc mov call jc mov call jc jnb call clr mov ET1:

DoKolejki $-5 r3,'t' DoKolejki $-5 r3,'a' DoKolejki $-5 r3,'.' DoKolejki $-5 PoczNadawania,ET1 Zkolejki PoczNadawania SBUF,r3

Sprawdzenie flagi PoczNadawania ma na celu wyeliminowanie zbÍdnej inicjalizacji nadawania w†czasie, kiedy trwa³ zapis do kolejki ze znakami, czyli nie zosta³o rozerwane sprzÍøenie zwrotne poprzez obs³ugÍ przerwania od portu szeregowego. Mirosław Lach, AVT [email protected] Kod ürÛd³owy z†list. 1†jest dostÍpny na internetowej stronie EP, pod adresem: www.avt.com.pl/ avt/ep/ftp.

Elektronika Praktyczna 6/98

PROJEKTY CZYTELNIKÓW 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 200,− zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo do dokonywania skrótów.

Sterownik nagrzewnicy elektrycznej Temat na czasie. U progu lata przedstawiamy artyku³ na temat grzania. Mamy nadziejÍ, øe daliúmy Czytelnikom dostatecznie duøo czasu na przygotowanie siÍ do zimy. A moøe przy okazji sprowokujemy lato. Urz¹dzenie przedstawione w†artykule jest doúÊ ciekawe, ale znacznie bardziej zaskakuj¹ce jest zastosowanie przewidywane przez autora.

Projekt

046

Prezentowane w†artykule urz¹dzenie ma ogrzewaÊ zgrabia³e palce operatora podczas pracy z†klawiatur¹ komputera. DziÍki zastosowaniu komputerowego sterowania nagrzewnic¹ dmuchaw¹ elektryczn¹, jest moøliwe ustalenie jak¹ moc zamierzamy do niej dostarczaÊ, co oczywiúcie znajdzie odbicie w†temperaturze wydmuchiwanego powietrza. Urz¹dzenie wykonawcze sk³ada siÍ z†dwÛch modu³Ûw: - sterownika mikroprocesorowego (schemat na rys. 1); - p³ytki prze³¹czaj¹cej, wmontowanej w†obudowÍ nagrzewnicy (schemat na rys. 2). RolÍ urz¹dzenia wykonawczego spe³nia nagrzewnica FAREL OW-3, ktÛra jest wyposaøona grza³kÍ oporow¹ o†mocy 1kW. Ten model nagrzewnicy nie jest wyposaøony w†termostat. Podczas opracowywania projektu przyjÍto nastÍpuj¹ce za³oøenia realizacji sterowania: - moøliwoúÊ w³¹czenia i†wy³¹czenia dmuchawy z†poziomu Windows 95, - moøliwoúÊ regulacji temperatury powietrza (takøe z†wykorzystaniem Windows 95),

Elektronika Praktyczna 6/98

- samoczynne wy³¹czenie w†momencie wy³¹czenia komputera. W³¹czanie i†wy³¹czanie nagrzewnicy nie wymaga komentarza. Regulacja temperatury odbywa siÍ poprzez zmianÍ úredniej mocy dostarczanej do nagrzewnicy, ze skokiem co 100 W. Zrezygnowa³em z†pomiaru temperatury i†uk³adu automatyki, po pierwsze dlatego, øe chcia³em uproúciÊ konstrukcjÍ urz¹dzenia, a po drugie - ze wzglÍdu na subiektywne i†zmienne potrzeby podgrzania powietrza. Tak wykonane urz¹dzenie dzia³a - jak dla mnie wystarczaj¹co dobrze. Regulacja mocy jest zrealizowana metod¹ sterowania grupowego: w†okresach 1-sekundowych zmieniany jest czas wype³nienia, czyli w³¹czenia spirali grzejnej. Samoczynne wy³¹czenie jest uzyskane dziÍki zasilaniu sterownika z†gniazda wyjúciowego 220V komputera, ktÛre akurat mia³em wolne (nie moøna st¹d zasiliÊ ca³ej dmuchawy ze wzglÍdu na zbyt duøy pobÛr mocy). W†tym miejscu warto wtr¹ciÊ kilka uwag ìelektroenergetycznychî: ✓ Moc chwilowa nagrzewnicy zawsze wynosi ok. 1kW, co odpowiada pr¹dowi skutecznemu prawie

5A, a†w†przypadku ch³odniejszej spirali prawdopodobnie wiÍcej (nie mierzy³em jak zmienia siÍ z†temperatur¹ rezystancja zastosowanej spirali). W†zwi¹zku z†tym elementy wykonawcze (przekaünik i†triak) musz¹ mieÊ odpowiedni zapas mocy (zastosowa³em elementy o†wartoúciach nadmiarowych parametrÛw granicznych, co przy stosunkowo niewielkiej cenie za³atwia problem). ✓ Nie wolno zasilaÊ nagrzewnicy z†obwodÛw zasilania komputera (UPS, filtry). Najlepiej jest j¹ zasiliÊ z†oddzielnego punktu instalacji elektrycznej (wp³yw cyklicznego w³¹czania mocy na pracÍ instalacji zaleøy od jej stanu technicznego - moøe byÊ np. widoczne przygasanie lamp, natomiast nie ma problemu zak³ÛceÒ ze wzglÍdu na zastosowane w³¹czanie w†îzerzeî). ✓ Naleøy zdawaÊ sobie sprawÍ, øe przerÛbka nagrzewnicy nie tylko powoduje utratÍ wszelkich uprawnieÒ gwarancyjnych, ale takøe uniewaønia atesty bezpieczeÒstwa urz¹dzenia. Jego dalsze bezpieczne uøytkowanie zaleøy od starannoúci wykonania modyfikacji (cho-

83

PROJEKTY CZYTELNIKÓW

Rys. 1.

ciaø zastosowane elementy oraz druk spe³niaj¹ wymogi bezpieczeÒstwa, to jakoúÊ montaøu zaleøy juø tylko od wykonawcy). Uwaga! W zwi¹zku z powyøszym montaø p³ytki prze³¹czaj¹cej w nagrzewnicy powinien byÊ wykonany, lub chociaøby nadzorowany, przez elektryka o odpowiednich kwalifikacjach. Opis dzia³ania OgÛlny schemat dzia³ania jest nastÍpuj¹cy: ✓ Sterownik przyjmuje z†komputera komendy wysy³ane portem szeregowym (jak to wygl¹da od strony komputera podajÍ w†opisie oprogramowania), sprawdza ich poprawnoúÊ i†dekoduje, a†nastÍpnie formuje sygna³y elektryczne kontroluj¹ce pracÍ uk³adu wykonawczego nagrzewnicy. Linia transmisji szeregowej jest

84

optoizolowana, co stanowi pierwszy stopieÒ bariery bezpieczeÒstwa. ✓ Uk³ad wykonawczy odbiera sygna³y steruj¹ce i†poprzez elementy separuj¹ce (drugi stopieÒ bariery bezpieczeÒstwa) kontroluje obwody sieciowe nagrzewnicy. Opis uk³adu Jako element steruj¹cy zastosowa³em ìma³yî procesor AT89C2051 ze sprzÍtowym portem szeregowym. Zegar jest typowy dla aplikacji wykorzystuj¹cych transmisjÍ szeregow¹: 11,059MHz. Zasilanie jest dwustopniowe: 12 V†dla potrzeb przekaünika i†5V dla zasilania czÍúci cyfrowej uk³adu. NapiÍcie sieciowe 220V jest pobierane z†gniazda wyjúciowego zasilacza komputera, co rzecz jasna nie jest warunkiem koniecznym.

W†szereg z†tym obwodem zasilania w³¹czony zosta³ bezpiecznik 100mA. W†prototypie wstawi³em bezpiecznik multifuse o†pr¹dzie zadzia³ania 145mA. Poniewaø z†dostÍpnoúci¹ tych elementÛw bywa rÛønie, lepiej jest zastosowaÊ zwyk³y bezpiecznik topikowy, zamontowany w†dowolnej oprawie mocowanej do obudowy. ObwÛd odbiornika transmisji szeregowej obejmuje transoptor separuj¹cy i†przerzutnik Schmitta, ktÛre regeneruj¹ sygna³ i†ustawiaj¹ jego w³aúciw¹ fazÍ. Dioda LED transoptora jest zasilana bezpoúrednio z†linii TxD portu szeregowego komputera. Przy niewielkim pr¹dzie tranzystora wyjúciowego dla wysterowania transoptora wystarcza kilka mA. Wyjúcia steruj¹ce to: zasilanie przekaünika 12V podawane przez Q4 i†pÍtla

pr¹dowa dla triaka przez U4e. Bramki U4b i†U4f zasilaj¹ LED-y sygnalizuj¹ce stan pracy sterownika. Dioda czerwona oznacza pracÍ bez odbioru komend, dioda zielona oznacza pracÍ z†odbiorem. Wszystkie wyjúcia procesora ìna úwiatî s¹ buforowane. Praktyka pokazuje, øe tak jest bezpieczniej dla stabilnoúci jego pracy, chociaø z†parametrÛw elektrycznych wyjúÊ wynika³aby moøliwoúÊ bezpoúredniego sterowania elementÛw zewnÍtrznych. Ostatnim elementem peryferyjnym jest watchdog z†uk³adem U1, R6 i†Q2. Tu nasuwa mi siÍ kilka ogÛlnych uwag. Mianowicie, w†prezentowanych w†literaturze rozwi¹zaniach rzadko stosuje siÍ watchdogi. Wydaje siÍ to nieco dziwne, poniewaø mikrokontrolery s¹ z†za³oøenia przewidziane do realizacji samodzielnych zadaÒ i†kaødy, nawet najprostszy uk³ad powinien umieÊ - przynajmniej w†podstawowym zakresie poradziÊ sobie z†îwypadniÍciemî z†programu lub jego zawieszeniem. Wydaje mi siÍ, øe takøe opisywanym ostatnio zestawom edukacyjnym przyda³yby siÍ watchdogi, co pozwoli-

Elektronika Praktyczna 6/98 2/98

PROJEKTY CZYTELNIKÓW wsz¹ sekcjÍ spirali. P³ytkÍ umieszczamy triakiem w†stronÍ wentylatora (zapewnia to znakomite wymuszone ch³odzenie, niemniej dla pewnoúci wyposaøy³em triak w†niewielki radiatorek) i przykrÍcamy, a†linki po³¹czeniowe lutujemy od strony druku. Przy montaøu gniazda steruj¹cego oraz przewodÛw steruj¹cych naleøy zapewniÊ ich bezpieczny odstÍp od elementÛw sieciowych.

Rys. 2.

³oby wytworzyÊ poøyteczne przyzwyczajenia programistyczne i†konstruktorskie. Wracaj¹c do sterownika zastosowa³em tutaj moj¹ ulubion¹, 8-pinow¹ kostkÍ - ADM699, ktÛra zapewnia prawid³owe zerowanie przy w³¹czeniu zasilania oraz generuje, co oko³o 1†s, impulsy zeruj¹ce w†wypadku ustalenia siÍ poziomu na wejúciu WDI (program powinien odpowiednio czÍsto ten poziom zmieniaÊ). Niedogodnoúci¹ uk³adu ADM699 w†mariaøu z†MCS51 jest fakt zerowania niskim poziomem. Dlatego niezbÍdny jest klucz odwracaj¹cy Q2. Zestaw ten takøe ma swoje mankamenty, z†ktÛrych dosyÊ istotnym jest brak rozrÛønienia pomiÍdzy zerowaniem przypadkowym, a†prawid³owym w³¹czeniem zasilania (niektÛre odmiany procesorÛw maj¹ wspomaganie sprzÍtowe tej funkcji). Powstaje tutaj sprzecznoúÊ pomiÍdzy w³aúciw¹ inicjalizacj¹ po w³¹czeniu, a†podtrzymaniem ustawieÒ po przypadkowym zerowaniu na drodze czysto programowej nie da siÍ jej usun¹Ê. W†tym przypadku rozwi¹zanie jest kompromisowe: watchdog eliminuje koniecznoúÊ rÍcznego zerowania w†razie zatrzymania programu, natomiast sygna³ zerowania wy³¹cza dmuchawÍ i†wymaga ponownego przes³ania komendy ustawiaj¹cej wyjúcia (jeøeli nie wykorzystujemy portu dla innej aplikacji i†pozostawiamy

Elektronika Praktyczna 6/98

w³¹czony serwer, to komenda jest ponawiana co 250ms i†zerowania prawie nie zauwaøymy). Jak zaznacza³em, elementy wykonawcze maj¹ zapas mocy. Triak SGSThomson moøe przewodziÊ pr¹d do 24A, natomiast styki przekaünika RM-81P do 16A. Naleøy mieÊ to na wzglÍdzie przy dobieraniu ewentualnych zamiennikÛw. Wejúcie przekaünika jest wyposaøone w†gasik przepiÍÊ (D1, C2) i†kontroler polaryzacji (D3). Wejúcie optotriaka jest dodatkowo odfiltrowane i†takøe zabezpieczone przed odwrotnym zasileniem. Naleøy przy prÛbach uwaøaÊ, aby nie zamieniÊ wejúÊ - optotriak nie ma ogranicznika pr¹du wejúciowego i†napiÍcie 12V, przeznaczone dla przekaünika, moøe go uszkodziÊ (moøna teø zwiÍkszyÊ wartoúÊ rezystancji R3 zmniejszaj¹c R7 w†sterowniku tak, aby utrzymaÊ pr¹d sterowania na poziomie ok. 15mA). Triak jest zabezpieczony transilem Z1 przed impulsowymi zak³Ûceniami sieciowymi. Od strony obci¹øenia przepiÍcia nie groø¹, gdyø ma ono charakter rezystancyjny. Opis montaøu i†pod³¹czenia Sterownik zamontowa³em w†popularne, tanie pude³ko typu Z5. ZewnÍtrzne gniazda s¹ dowolnego typu, zaleønie od stanu zapasÛw szufladowych (w prototypie do po³¹czenia po-

miÍdzy sterownikiem a†nagrzewnic¹ zastosowa³em DB-9, a†jako wejúcie transmisji Jack-mono 3,5). Jedynym warunkiem jest lokacja gniazd zapewniaj¹ca bezpieczne odstÍpy (w praktyce 10..15mm) od elementÛw sieciowych. Przy sk³adaniu wskazane jest najpierw wlutowanie zasilania i†sprawdzenie napiÍÊ. Uk³ad wykonawczy jest umieszczony na p³ytce dopasowanej do fabrycznego uchwytu wewn¹trz obudowy, ktÛry w†tym modelu nagrzewnicy jest wolny. Przy sk³adaniu p³ytki naleøy pamiÍtaÊ o†wzmocnieniu wysokopr¹dowych odcinkÛw úcieøek cyn¹ lub srebrzank¹. Po³¹czenia silnopr¹dowe wewn¹trz nagrzewnicy naleøy takøe wykonaÊ odpowiednim przewodem - link¹ o†przekroju min. 1mm2. Fabryczne pod³¹czenia s¹ nastÍpuj¹ce: przewÛd sieciowy dochodzi do kostki, do zacisku neutralnego pod³¹czony jest silnik oraz obie sekcje spirali, natomiast faza wchodzi na silnik i†sekcje spirali poprzez czteropo³oøeniowy prze³¹cznik mechaniczny (stop, nadmuch, nadmuch + 1†sekcja, nadmuch + 2†sekcje). Faza i†punkt neutralny s¹ zaznaczone umownie, bo przy pod³¹czeniu wtyczkowym mog¹ byÊ zamienione, ale zasada dzia³ania pozostaje taka sama. Przekaünik w³¹czamy pomiÍdzy kostkÍ a†prze³¹cznik mechaniczny, natomiast triak pomiÍdzy prze³¹cznik a†pier-

Opis wstÍpnego uruchomienia Uk³ad wykonawczy sprawdzamy podaj¹c na wejúcia steruj¹ce odpowiednio: 12 V†dla przekaünika i†15mA dla triaka. Zmontowany sterownik ze sprawdzonym zasilaniem i†bez w³oøonego procesora dobrze jest wstÍpnie przetestowaÊ, pod³¹czaj¹c do wyjúÊ albo docelowy uk³ad albo kontrolne LED-y (ten drugi sposÛb szczegÛlnie polecam). Podaj¹c niskie poziomy napiÍcia na wejúcia bufora '07 sprawdzamy sprawnoúÊ elektryczn¹ wyjúÊ. Podaj¹c sta³y poziom

WYKAZ ELEMENTÓW Rezystory R1, R2: 180Ω/0,5W R3: 22Ω R4: 100kΩ R5, R9: 47kΩ R6, R8: 10kΩ R7: 750Ω R10, R11: 1kΩ Kondensatory C1, C2, C4, C5, C6, C7, C9, C10, C11: 100nF C3: 470µF/25V C8, C12: 33pF Półprzewodniki MP1: AT89C2051 (zaprogramowany) U1: ADM699 U2: 4093 U3: CNY17 U4 7407 ST1: 7812 ST2: 7805 Q1: MOC3043 Q2, Q4: BC327 D1, D2, D3, D5: 1N4148 D4: mostek 300mA/50V Z1: transil 1,5kW/440V TH1: BTA24/600 Różne K1: RM−81P/12V T1: TS2/15 X1: 11,059MHz Złącze DB−9

85

PROJEKTY CZYTELNIKÓW niski lub wysoki na wejúcie WDI watchdoga sprawdzamy obecnoúÊ impulsÛw zeruj¹cych (WDI ìp³ywaj¹ceî nie generuje sygna³u zeruj¹cego). Wprowadzaj¹c na wejúcie transmisyjne dowoln¹ transmisjÍ o†zbliøonej prÍdkoúci, sprawdzamy poprawnoúÊ formowania sygna³u. OgÛlny opis programu steruj¹cego Program nie realizuje wielu funkcji, wiÍc nie jest zbyt z³oøony. Przyj¹³em technologiÍ programowania zbliøon¹ do programowania obs³ugi zdarzeÒ, tzn. warunki i†rozga³Ízienia nie s¹ sprawdzane w†pÍtli g³Ûwnej, ale zosta³y ulokowane w†procedurach tematycznych, ktÛrych reakcja zaleøy od flag bÍd¹cych rezultatem dzia³ania przerwaÒ oraz innych procedur (dlatego g³Ûwna pÍtla programu

86

wygl¹da nieprzyzwoicie skromnie). Drugim podstawowym za³oøeniem jest maksymalne skrÛcenie obs³ugi przerwaÒ - w†ich ramach s¹ wykonywane tylko podstawowe dzia³ania. Dwie sprawy zas³uguj¹ na wiÍcej uwagi. Pierwsza to obs³uga watchdoga. Musi byÊ ona zlokalizowana tak, aby watchdog wy³apa³ moøliwie wiele odstÍpstw od prawid³owego dzia³ania programu. Nie naleøy wiÍc umieszczaÊ jej w†przerwaniach, ktÛre mog¹ byÊ wywo³ywane, chociaø g³Ûwna pÍtla "posz³a w†maliny". Dobrze teø jest (i tak teø to napisa³em) sprawdzaÊ, czy podstawowe ustawienia konfiguracyjne procesora przypadkiem siÍ nie zmieni³y. Drug¹ spraw¹ jest organizacja odbioru danych przez port szeregowy. Musi ona - zw³aszcza przy wyko-

rzystaniu przesy³anych danych do sterowania procesem fizycznym - zapewniÊ bezb³ÍdnoúÊ i†skuteczn¹ eliminacjÍ zak³ÛceÒ. W†tym przypadku dane s¹ przesy³ane jako 9-bajtowy blok, w†ktÛrym bajty s¹ traktowane binarnie, tzn. mog¹ mieÊ dowoln¹ zawartoúÊ. Nie ma wiÍc jak stosowaÊ nag³Ûwka rozpoznawczego czy teø znakÛw steruj¹cych popularnych w†transmisjach znakowych. W†zamian odbiornik rozpoznaje d³ugoúÊ bloku, wykorzystuj¹c jednoczeúnie timeout dla przywrÛcenia stanu oczekiwania w†przypadku zgubienia synchronizacji. Jak zaznaczono wyøej, obs³uga przerwania portu jest zminimalizowana ogranicza siÍ do ustawienia flagi o†nowej komendzie i†³adowania znaku do bufora (moøna tu rozpoznaÊ asemblerow¹ implementacjÍ

znanego z†jÍzykÛw wyøszego poziomu wskaünika na bufor). Kontrola poprawnoúci jest realizowana z†uøyciem sumy kontrolnej mod. 256, co przy takich niewielkich i†krÛtkozasiÍgowych transmisjach znakomicie siÍ sprawdza. DobÛr elementÛw jest w†znacznej mierze dowolny. Wartoúci rezystorÛw ustawiaj¹cych pr¹d diod LED mog¹ byÊ zmieniane w†szerokich granicach praktycznie nie ma rÛønicy, czy LED pracuje z†pr¹dem 8, czy 12mA. Podobnie tranzystory, mostek itd. Jerzy Szczesiul Oprogramowanie (takøe kody ürÛd³owe) do opisanego w†artykule urz¹dzenia jest dostÍpne do koÒca czerwca '98 na internetowej stronie EP, pod adresem: www.avt.com.pl/avt/ ep/ftp.

Elektronika Praktyczna 6/98 2/98

PROJEKTY CZYTELNIKÓW

Interfejs MIDI do komputerów Atari XE/XL Prezentowany w†artykule interfejs umoøliwia rejestracjÍ i†odtwarzanie informacji w†standardzie MIDI przez komputer typu Atari XE/ XL. Urz¹dzenie to stanowi zewnÍtrzn¹ przystawkÍ pozwalaj¹c¹, bez ingerencji do wnÍtrza komputera, pod³¹czyÊ dowolne urz¹dzenie MIDI (syntezator, keyboard lub modu³ brzmieniowy).

Rys. 1.

86

DziÍki wyposaøeniu przystawki w†dwa wyjúcia i†jedno wejúcie, istnieje moøliwoúÊ ³¹czenia rozbudowanych zestawÛw MIDI (patrz przyk³ady na rys. 1). Urz¹dzenie przetestowano z†keyboardem firmy YAMAHA typu PSR-220, posiadaj¹cym 16-kana³owy modu³ brzmieniowy. Schemat elektryczny przystawki przedstawiono na rys. 2. Jak widaÊ, jest on bardzo prosty i†oparty na powszechnie dostÍpnych elementach. Spe³nia wszys-

tkie wymagania dla standardu MIDI w†zakresie poziomÛw sygna³Ûw i†galwanicznej izolacji urz¹dzeÒ wchodz¹cych w†sk³ad systemu. Transoptor IC2 izoluje galwanicznie urz¹dzenie MIDI od komputera. Tranzystory T1 i†T2 zapewniaj¹ dopasowanie sygna³u do szyny szeregowej komputera. CzÍúÊ nadawcz¹ stanowi uk³ad IC1. Bramka IC1c pracuje jako inwerter sygna³u wysy³anego. Bramka IC1d pracuje jako prze³¹cznik wyjúÊ kluczuj¹c bramki IC1a i†IC1b, ktÛre spe³niaj¹ rolÍ nadajnikÛw pr¹dowych o†wydajnoúci 5mA. Dioda D2 sygnalizuje w³¹czenie zasilania interfejsu napiÍciem przeznaczonym normalnie do sterowania silnikiem magnetofonu. Przed pod³¹czeniem uk³adu do komputera naleøy bezwzglÍdnie sprawdziÊ prawid³owoúÊ po³¹czeÒ, a†takøe pobÛr pr¹du, ktÛry powinien wynosiÊ ok. 15mA. Niekiedy, przy pojawieniu siÍ k³opotÛw w†odbiorze danych, trzeba bÍdzie doboraÊ rezystor R2 (w zakresie od 1†do 2kΩ). Do sterowania interfejsem przez komputer ATARI wykorzystano jego wewnÍtrzny uk³ad POKEY, bÍd¹cy nadajnikiem i†odbiornikiem

Projekt

047 szeregowym z†programowan¹ szybkoúci¹ transmisji. Uk³ad ten wyposaøony jest w†4†generatory bazowe umoøliwiaj¹ce nastawienie jednej z†nastÍpuj¹cych czÍstotliwoúci: 15kHz, 64kHz (dok³adnie 63920Hz) lub 1,79MHz (1789760Hz) oraz jednobajtowe dzielniki czÍstotliwoúci (z moøliwoúci¹ ³¹czenia w†dwubajtowe). Z†uwagi na wymagan¹ przez standard MIDI prÍdkoúÊ transmisji 31250 bitÛw/s, wykorzystaÊ moøna tylko dwie wyøsze szybkoúci. Do wyboru czÍstotliwoúci bazowej i†³¹czenia dzielnikÛw jednobajtowych w†podwÛjne s³uøy rejestr AUDCtl (o adresie D208h). Jego bity posiadaj¹ nastÍpuj¹ce znaczenie: bit 0 - wybÛr generatora bazowego (0=64 kHz, 1=15 kHz); bit 1 - w³¹cza filtr w†generatorze 2 sterowany generatorem 4 (1=w³¹czony); bit 2 - w³¹cza filtr w†generatorze 1 sterowany generatorem 3 (1=w³¹czony);

Elektronika Praktyczna 6/98 2/98

PROJEKTY CZYTELNIKÓW Listing 1. STA IRQEnS STA IRQEn RTS

************************* * TESTMID1.ASM * * * * Odczyt danych MIDI * * * * QuickAssembler 1.0 * ************************* OptDOS EQU %100101 OptRAM EQU %010111 OPT OptRAM Ekran ClrScr AUDF1 AUDF2 AUDF3 AUDF4 AUDCtl KBCode SKSRes SerIn IRQEn IRQSt SKCtl SKStat PACtl NMIEn IRQEnS RTClok SKCtlS

EQU EQU EQU EQU EQU EQU EQU EQU EQU EQU EQU EQU EQU EQU EQU EQU EQU EQU EQU

$58 $F420 $D200 $D202 $D204 $D206 $D208 $D209 $D20A $D20D $D20E $D20E $D20F $D20F $D302 $D40E $10 $14 $232

;lub OptDOS dla kompilacji na dysk

;Wektor z adresem ekranu ;Adres procedury czyszczenia ekranu ;Cztery rejestry generatorow ;dla ukladu POKEY ; ; ;Rejestr kontroli generatorow POKEY ;Rejestr ostatnia nacisnietego klawisza ;Reset statusu zlacza szeregowego ;Rejestr wejsciowy szeregowy ;Zezwolenia przerwan IRQ ;Status przerwan IRQ ;Rejestr kontroli zlacza szeregowego ;Rejestr statusu zlacza szeregowego ;Rejestr kontroli portu A ;Rejestr zezwolen przerwan NMI ;cien IRQEn ;zegar ;rejestr cien SKCtl

MIDIOf LDA STA LDA STA STA LDA STA JSR RTS

#60 PACtl #%11000000 IRQEnS IRQEn #%01000000 NMIEn Stara

;wylaczenie zasilania interfejsu ;blokada przerwan ze zlacza szeregowego

;Wlaczenie przerwan NMI ;przywrucenie starego adresu procedury ;odczytu ze zlacza szeregowego

* Ustaw nowa obsluge przerwania Nowa LDA $020A ;$20A -wektor z adresem procedury odczytu STA OldADR ;ze zlacza szeregowego LDA $020A+1 STA OldADR+1 LDA Odczyt STA $020A+1 LDA #0 STA Pozyc RTS * Przywroc Stara LDA STA LDA STA RTS

stara obsluge przerwania OldADR $020A OldADR+1 $020A+1

ORG $9000 Start

Wait

Quit

JSR LDA CMP BEQ

ClrScr RTClok RTClok ;Czekaj na NMI *-2 ;dla wyczyszczenia ekranu

JSR LDA CMP BEQ JSR

MIDIOn KBCode KBCode ;czekaj na dowolny klawisz Wait MIDIOf

EQU * RTS RTS RTS RTS

OldADR DTA a(0) Pozyc DTA b(0) TabHex DTA d’0123456789ABCDEF’

;Program dla DOS’u konczyc JMP($A) ;a w QuickAssemblerze RTS

* Procedura MIDIOn zaprogramowanie * interfejsu MidiON LDA #%00000000 STA NMIEn ;blokada przerwan NMI LDA #52 STA PACtl ;wlaczenie zasilania interfejsu LDA #%01111000 ;programowanie generatorow POKEY * 6b-zeg. baz. gen.1 =2.217MHz * 5b-zeg. baz. gen.3 =2.217MHz * 4b-lacz. dz. gen.1+2 * 3b-lacz. dz. gen.3+4 STA LDA STA STA LDA STA sta LDA STA STA STA

AUDCtl #21 ;31250 bitow/sek AUDF3 AUDF1 #0 AUDF4 AUDF2 #%01110011 ;odczyt wg gen.4, zapis wg. gen.2 SKCtlS SKCtl SKSRes ;reset statusu zlacza szeregowego

JSR Nowa * *

;ustawienie adresu nowej procedury odczytu ;ze zlacza szeregowego

LDA #%11100000 ;zezw. na przerwania BREAK,klawiatury, ;i odczytu ze zlacza szeregowego

bit 3 - ³¹czenie dzielnik Û w 3 i†4 w†16-bitowy (1=w³¹czone); bit 4 - ³¹czenie dzielnikÛw 1†i†2†w†16-bitowy (1=w³¹czone); bit 5 - wybÛr zegara bazowego dla generatora 3 (0=wg bitu 0, 1=1,79 MHz); bit 6 - wybÛr zegara bazowego dla generatora 1 (0=wg bitu 0, 1=1,79 MHz); bit 7 - prze³¹czanie rejestru przesuwaj¹cego. Bity 1, 2, 7 w†niniejszym zastosowaniu naleøy wyzerowaÊ. Rejestry dzielnikÛw czÍstotliwoúci znajduj¹ siÍ pod nastÍpuj¹cymi adresami: AUDF1=D200h - dzielnik generatora 1; AUDF2=D202h - dzielnik generatora 2; AUDF3=D204h - dzielnik generatora 3; AUDF4=D206h - dzielnik generatora 4. Wymagan¹ prÍdkoúÊ transmisji uzyskuje siÍ wpi-

Elektronika Praktyczna 6/98

Odczyt LDA STA TYA PHA LDA STA LDA CMP BEQ PHA AND LSR LSR LSR LSR TAY LDA LDY STA INC PLA AND TAY LDA LDY STA INC LDA INY STA *

#%11100000 IRQEn ;zezwol na dalsze przerwania SKStat SKSRes SerIn #$FE EndOdc #%11110000 @ @ @ @ TabHex,Y Pozyc (Ekran),Y Pozyc

ORG JMP ORG DTA END

;wyswietlenie starszego polbajtu

#%00001111 TabHex,Y Pozyc (Ekran),Y Pozyc #128 (Ekran),Y

EndOdc PLA TAY PLA RTI END

;wlasciwy odzyt danej ;Ignoruj Active Sensing ;Konwersja na liczbe HEX

;wyswietlenie mlodszego polbajtu

;znak ‘ ’ wskaze pozycje dla nowej ;danej ;zakonczenie procedury obslugi ;przerwania dla odczytu

;usunac te linie przy kompilacji na dysk Quit ;zakonczenie dla wersji pod DOS ($A) $2E0 a(Start)

suj¹c do tych dzielnikÛw wartoúci okreúlone z†zaleønoúci - w†przypadku dzielnikÛw po³¹czonych w†16-bitowy: PrÍdkoúÊ = czÍstoúÊ_bazowa/2/ (AUDF2*256+AUDF1+7); - w†przypadku dzielnikÛw pojedynczych dla zegara 64kHz i†15 kHz: PrÍdkoúÊ = czÍstoúÊ_bazowa/2/(AUDF2+1); - w†przypadku dzielnikÛw pojedynczych dla zegara 1,79 MHz: PrÍdkoúÊ = czÍstoúÊ_bazowa/2/(AUDF2+4). Identyczne wzory stosuje siÍ dla dzielnikÛw AUDF3 i†AUDF4. W†przygotowanych programach testowych wykorzystano dzielniki po³¹czone. Wpisuj¹c do AUDF1 i†AUDF3 liczbÍ 21 oraz do AUDF2 i†AUDF4 liczbÍ 0,†uzyskano prÍdkoúÊ transmisji 31960 bitÛw/s. Jest to

wartoúÊ nieco inna od wymaganej standardem, jednak jak stwierdzono w†praktycznych testach, b³¹d poniøej 2% nie wp³ywa na jakoúÊ transmisji. Poprawne dzia³anie uzyskano takøe wpisuj¹c liczbÍ 22 do AUDF1 i†AUDF3 (30858 bitÛw/s). NastÍpnym waønym rejestrem jest SKCtl (o adresie D20Fh). Jego bity maj¹ nastÍpuj¹ce znaczenie: bit 0†i†1 - resetuj¹ POKEY;

bit 2†- obs³uga klawiatury; bit 3 - obs³uga przetwornikÛw A/C; bity 4†do 6 steruj¹ szybkoúci¹ transmisji: 000 - zewnÍtrznie; 001 - odczyt: wg generatora 4, zapis: zewnÍtrznie; 010 - wg generatora 4; 011 - kombinacja zabroniona; 100 - odczyt: zewnÍtrznie, zapis: wg generatora 4; 101 - kombinacja zabroniona; 110 - odczyt: wg generatora 4, zapis: wg generatora 2; 111 - jw., zablokowane wejúcie i†wyjúcie taktuj¹ce; bit 7 - nadanie sygna³u SPACE. Podczas prÛb okaza³o siÍ, øe poprawny odbiÛr uzyskuje siÍ jedynie stosuj¹c blokadÍ wejúcia i†wyjúcia taktuj¹cego (bity 4..6: 111). W†czasie nadawania blokada ta nie ma znaczenia. W³¹czenie i†wy³¹czenie urz¹dzenia nastÍpuje przez zmianÍ bitu 3†rejestru PACtl (adres D302h). Bit ten steruje napiÍciem na koÒcÛwce 8†szeregowego gniazda we/wy komputera (1=wy³¹czone, 0=w³¹czone). W†przypadku obs³ugi dwÛch urz¹dzeÒ MIDI istnieje moøliwoúÊ prze³¹czania wyjúÊ A†i†B. Steruje tym bit 3†rejestru PBCtl (D303h). Normalnie jest on ustawiony, w†wyniku czego na koÒcÛwce 7†napiÍcie wynosi 5V i†dane przekazywane

87

PROJEKTY CZYTELNIKÓW WYKAZ ELEMENTÓW

Rys. 2. Listing 2. ******************************* * TESTMID2.ASM * * * * Wysylanie danych MIDI * * rownolegle na wyjscia A i B * * * * QuickAssembler 1.0 * ******************************* OptDOS EQU %100101 OptRAM EQU %010111 OPT OptRAM ;lub OptDOS przy kompilacji na dysk Adres EQU $60 ;Wskaznik dla danych MIDI AUDF1 EQU $D200 ;Cztery rejestry generatorow AUDF2 EQU $D202 ;dla ukladu POKEY AUDF3 EQU $D204 ; AUDF4 EQU $D206 ; AUDCtl EQU $D208 ;Rejestr kontroli generatorow POKEY SKSRes EQU $D20A ;Reset statusu zlacza szeregowego SerOut EQU $D20D ;Rejestr wyjsciowy szeregowy SKCtl EQU $D20F ;Rejestr kontroli zlacza szeregowego SKStat EQU $D20F ;Rejestr statusu zlacza szeregowego PACtl EQU $D302 ;Rejestr kontroli portu A PBCtl EQU $D303 ;Rejestr kontroli portu B RTClok EQU $14 ;Zegar 1/50 sek. SKCtlS EQU $232 ;Cien SKCtl WSync EQU $D40A ;Rejest oczekiwania na synchronizacje pozioma Tempo EQU 10 ORG $9000 Start JSR MIDIOn LDA Dane STA Adres+1 Play

LDY LDA CMP BEQ CMP BNE

#0 (Adres),Y #$F1 EndDta #$F8 OutDat

;Czy to F8-odczekanie ;Jesli NIE wyslij dana

Wait Nastep #$3C

;Jesli TAK czekaj ;Odczyt nastepnej danej ;Wlacz wyscie A

PBCtl SerOut WSync

;Wyslij dana na wyscie A ;Czekaj min. 5 linii

WSync

;tzn. na wyslanie 10

WSync

;z predkoscia 31250

;Wczytaj dana MIDI ;Czy to koniec danych

MIDI JSR JMP OutDat LDX interfejsu STX STA STA ekranu STA bitow STA bitow/sek STA STA STA LDX interfejsu STX STA STA ekranu STA STA STA STA STA Nastep INC dana BNE INC JMP EndDta LDX wartosci STX JSR interfejsu

WSync WSync WSync #$34

;Wlacz wyjscie B

PBCtl SerOut WSync

;Wyslij dana na wyjscie B ;i poczekaj min. 5 linii

WSync WSync WSync WSync WSync Adres *+4 Adres+1 Play #$3C PBCtl MIDIOf MIDI

Quit EQU * JMP($A) RTS RTS RTS RTS

;Ustaw wskaznik na nowa

;Odtworzenie typowej ;dla PBCtl ;Wylacz zasilanie

MidiON LDA #52 STA PACtl ;wlaczenie zasilania interfejsu LDA #%01111000 ;programowanie generatorow POKEY STA AUDCtl LDA #21 ;31250 bitow/sek STA AUDF3 STA AUDF1 LDA #0 STA AUDF4 sta AUDF2 LDA #%01110011 ;odczyt wg gen.4, zapis wg. gen.2 STA SKCtlS STA SKCtl STA SKSRes ;reset statusu zlacza szeregowego RTS MIDIOf LDA #60 interfejsu STA PACtl RTS

;wylaczenie zasilania

************************* * Dane MIDI * * F8h - czekaj * * F1h - koniec danych * * inne dane sa wysylane * ************************* Dane DTA b($F0),b($7E),b($7F),b(9),b(1),b($F7) ;GM Sys On DTA b($F8) ;Odstep DTA b($90),b(59),b(53),b($F8) ;NoteOn,odstep DTA b($80),b(59),b(0) ;NoteOf DTA b($90),b(54),b(53),b($F8) ;itd. DTA b($80),b(54),b(0) DTA b($90),b(59),b(53),b($F8) DTA b($80),b(59),b(0) DTA b($90),b(62),b(53),b($F8) DTA b($80),b(62),b(0) DTA b($90),b(61),b(53),b($F8) DTA b($80),b(61),b(0) DTA b($90),b(54),b(53),b($F8) DTA b($80),b(54),b(0) DTA b($90),b(61),b(53),b($F8) DTA b($80),b(61),b(0) DTA b($90),b(64),b(53),b($F8) DTA b($80),b(64),b(0) DTA b($90),b(62),b(53),a($F8F8) DTA b($80),b(62),b(0) DTA b($90),b(66),b(53),a($F8F8) DTA b($80),b(66),b(0) DTA b($90),b(58),b(53),a($F8F8) DTA b($80),b(58),b(0) DTA b($90),b(66),b(53),a($F8F8) DTA b($80),b(66),b(0) DTA b($90),b(59),b(53),b($F8) DTA b($80),b(59),b(0) DTA b($90),b(54),b(53),b($F8) DTA b($80),b(54),b(0) DTA b($90),b(59),b(53),b($F8) DTA b($80),b(59),b(0) DTA b($90),b(62),b(53),b($F8) DTA b($80),b(62),b(0) DTA b($90),b(61),b(53),b($F8) DTA b($80),b(61),b(0) DTA b($90),b(54),b(53),b($F8) DTA b($80),b(54),b(0) DTA b($90),b(61),b(53),b($F8) DTA b($80),b(61),b(0) DTA b($90),b(64),b(53),b($F8) DTA b($80),b(64),b(0) DTA b($90),b(62),b(53),a($F8F8) DTA b($80),b(62),b(0) DTA b($90),b(59),b(53),a($F8F8),a($F8F8),a($F8F8) DTA b($80),b(59),b(0) DTA b($F1) ;Koniec danych

;Program dla DOS’u konczyc ;a w QuickAssemblerze RTS

Wait LDY #Tempo ;Odczekanie Tempo*1/50 sec Wait1 LDA RTClok CMP RTClok ;Czekaj 1/50 sec

88

BEQ *-2 DEY BNE Wait1 RTS

END ;usunac te linie przy kompilacji do pliku ORG Quit ;zakonczenie dla wersji plikowej pod DOS JMP ($A) ORG $2E0 DTA a(Start) END

s¹ na wyjúcie A. WyjúÊ A†i†B†nie naleøy prze³¹czaÊ podczas wysy³ania danej. Program obs³uguj¹cy interfejs powinien zapewniÊ odbiÛr danych MIDI za poúrednictwem przerwaÒ maskowalnych IRQ. Zapewnia to optymalne wykorzystanie niewielkiej mocy obliczeniowej mikroprocesora 6502. Waøne jest, by na czas odbioru komunikatÛw MIDI wy³¹czyÊ obs³ugÍ przerwaÒ niemaskowalnych NMI (wpisuj¹c zero do rejestru NMIEn o†adresie D40Eh). W†przeciwnym razie nast¹pi¹ opÛünienia w†obs³udze przerwaÒ objawiaj¹ce siÍ gubieniem pojedynczych bajtÛw w†czasie odbioru danych. Wysy³anie sekwencji MIDI jest znacznie prostsze, nie wymaga bowiem ingerencji w†przerwania IRQ i†NMI. Po zaprogramowaniu prÍdkoúci transmisji wpis dowolnej danej do rejestru SerOut (adres D20Dh) powoduje wys³anie jej przez z³¹cze szeregowe. Przed wpisem kolejnej danej naleøy odczekaÊ min. 1/3125 sekundy, tj. czas potrzebny na wys³anie 10 bitÛw (bit startu, 8†bitÛw danych i†bit stopu). Najproúciej uzyskaÊ to przez 5-krotne wpisanie pod adres D40Ah (rejestr oczekiwania na synchronizacjÍ poziom¹ WSync) dowolnej danej. Spowoduje to odczekanie przez mikroprocesor wymaganego czasu. Efektywniejsz¹ metod¹ by³oby wykorzystanie przerwaÒ IRQ do poinformowania procesora o†zakoÒczeniu wysy³ania danej. Z†uwagi na obszernoúÊ problemu zainteresowanych odsy³am do literatury. Dla ilustracji przedstawionych zasad programowania uk³adu POKEY przedstawiono dwa listingi

Rezystory R1..R5: 220Ω R6: 470Ω R7: 1kΩ R8: 6,5kΩ R9: 68kΩ Kondensatory C1: 100nF Półprzewodniki T1, T2: BC547, BC237, BC238 (lub BF241, BF240 − zastosowano je w modelowym urządzeniu) D1: BAVP17 lub podobna D2: LED dowolna np. CQP441A IC1: UCY74LS00 IC2: CNY17−2, CNY17−3 Różne K1, K2, K3: gniazda DIN 5− stykowe K4: 13−stykowy wtyk złącza szeregowego dla komputera ATARI XL/XE

programÛw w†asemblerze mikroprocesora 6502. Pierwszy program TESTMID1.ASM (list. 1) pozwala na odbiÛr danych MIDI i†wyúwietlenie ich na ekranie monitora. Drugi TESTMID2.ASM (list. 2) odtwarza przyk³adow¹ sekwencjÍ MIDI jednoczeúnie na dwÛch urz¹dzeniach pod³¹czonych do wyjúÊ A†i†B†w†tempie okreúlonym znacznikami F8h. Do obs³ugi przedstawionego interfejsu zosta³y opracowane rÛwnieø bardziej zaawansowane programy umoøliwiaj¹ce rejestracjÍ i†odtwarzanie sekwencji MIDI z†moøliwoúci¹ zapisu na dyskietce lub kasecie a†takøe odtwarzanie sekwencji z†plikÛw SMF (ang. Standard Midi Files). ProgramÛw tych nie zamieszczono z†uwagi na ich obszernoúÊ. Dla zainteresowanych problemem s³uøÍ w†miarÍ moøliwoúci pomoc¹ pod adresem e-mail: [email protected] Ireneusz Kuczek, [email protected] Literatura: [1] - W. Zientara, Mapa pamiÍci ATARI XL/XE procedury wejúcia/wyjúcia. SOETO W-wa 1988. [2] - J. Ruszczyc, Asembler 6502. SOETO W-wa 1987. [3] - Radioelektronik 12/88, Interfejs MIDI do komputera ZX Spectrum.

Elektronika Praktyczna 6/98 2/98

F O R U M

"Forum" jest rubryką otwartą na pytania i uwagi Czytelników EP, w której chcemy pomagać w rozwiązywaniu problemów powstałych podczas uruchamiania oferowanych przez nas kitów, a także innych urządzeń elektronicznych. Drugim celem "Forum" jest korekta błędów, które pojawiły się w publikowanych przez nas artykułach. Pytania do "Forum" można zgłaszać listownie na adres redakcji lub poprzez internetową listę dyskusyjną Elektroniki Praktycznej. Szczegółowe informacje na temat tej listy można znaleźć pod adresem:

http://www.jm.com.pl/klub−ep Adaptery do programowania procesorów ST62T/E60 i ST62T/E65 kit AVT−363A Na rysunku prezentuj¹cym rozmieszczenie wyprowadzeÒ procesorÛw ST62T/E65 (rys. 3, str. 51, EP4/98) by³ drobny b³¹d: wszystkie wyprowadzenia portu PC (z wyj¹tkiem PC0) oznaczone zosta³y jako PC1. Na rys. 1 (w ciemnym prosto-

4/98

k¹cie) przedstawiamy w³aúciwe oznaczenia tych wyprowadzeÒ. B³¹d w†artykule powsta³ z†powodu b³Ídnych informacji opublikowanych w†katalogu firmy SGS-Thomson. Rys. 1.

Przetwornik A/C i C/A kit AVT−444 Na schemacie elektrycznym przetwornika A/C i†C/A, ktÛrego opis zamieúciliúmy w†EP5/98 wyst¹pi³ b³¹d - anoda diody D2, zabezpieczaj¹cej wejúcie wzmacniacza programowanego US5, zosta³a na nim do³¹czona do masy zasilania. Poprawiony fragment schematu elektrycznego

przedstawiamy na rys. 2. Poprawne po³¹czenie zaznaczono pogrubion¹ lini¹, skreúlony zosta³ takøe symbol masy zasilania. B³¹d ten nie wystÍpuje na p³ytce drukowanej, ktÛrej widok przedstawiliúmy na wk³adce i†udostÍpniliúmy na stronie www.avt.com.pl/avt/ep/pcb.

Immobilizer samochodowy Projekty Zagraniczne

5/98

Rys. 2.

4/98

W†EP4/98 na str. 14 (rys. 3) wydrukowaliúmy b³Ídny wzÛr p³ytki drukowanej immobilizera samochodowego. Poprawny widok úcieøek oraz rozmieszczenie elementÛw przedstawiono na rys. 3.

Rys. 3.

90

Elektronika Praktyczna 6/98