Elektronika Praktyczna 2001-01

w w w. e p . c o m . p l ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA •

15 zł 50 gr ●

styczeń ● Miêdzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

1/2001

1/2001 • styczeñ

Transformator elektroniczny z regulacj¹ mocy ▲

Na str. 27, przy okazji opisu konstrukcji elektronicznego transformatora, poznacie tajniki nowoczesnych sposobów regulacji mocy dostarczanej do obci¹¿enia.

Przestrój siê! Warszawska firma MJM opracowa³a niezwykle tani¹ cyfrow¹ syntezê czêstotliwoœci, przeznaczon¹ do zast¹pienia starych g³owic strojonych analogowo. Tajniki rozwi¹zania przedstawiamy na str. 62.

▲

▲ Projekty Czytelników Interesuj¹ce urz¹dzenie zwiêkszaj¹ce mo¿liwoœci standardowej aparatury do zdalnego sterowania przedstawiamy w artykule na str. 91.

Dekoder RDS

▲ Wzmacniacz do aktywnej kolumny

Na str. 43 znajdziecie drug¹ czêœæ opisu konstrukcji uniwersalnego dekodera RDS.

Nieco “przeroœniêty”, lecz ³atwy w wykonaniu miniprojekt przedstawiamy na str. 75.

▲

▲

Zestaw uruchomieniowy dla procesorów rodzin AVR i ’51 Kolejne narzêdzie dla “bascomowców” i fanów eksperymentów z mikrokontrolerami. Str. 37.

▲

Scalone mostki PCI Na str. 51 znajdziecie artyku³ prezentuj¹cy nowoczesne uk³ady scalone spe³niaj¹ce rolê mostków pomiêdzy interfejsem PCI i standardow¹ magistral¹ równoleg³¹.

Miniaturowa iluminofonia Pomys³owo wykorzystane diody LED mog¹, dziêki urz¹dzeniu opisanemu na str. 76, spe³niaæ rolê domowej iluminofonii.

▲

▲

Monitor magistrali szeregowych

Je¿eli w swoich opracowaniach czêsto korzystasz z ró¿nego typu magistrali szeregowych, na str. 33 znajdziesz dla siebie opis niezwykle przydatnego urz¹dzenia, za pomoc¹ którego bez trudu zdiagnozujesz b³êdy zak³ócaj¹ce transmisjê danych.

Multiprogramator mikrokontrolerów ST62 ▲

$

Na str. 55 przedstawiamy nowoczesny, uniwersalny programator firmy Leap Electronic.

▲

Zamiast kupowaæ drogi programator uniwersalny lub kilka zestawów uruchomieniowych konstruktorom korzystaj¹cym z ST62 wystarczy jedno, ³atwe w wykonaniu urz¹dzenie. Str. 17.

ChipStation CS-84\48

Elektronika Praktyczna 1/2001

Nr 1 (97) styczeñ 2001

Projekty AKT - akustyczny teatr, czêœæ 1 .............................................. 10 Multiprogramator mikrokontrolerów ST62 ............................. 17 Szybkoœciomierz modelarski .................................................... 23

▲ Elektroniczne rozpoznawanie obrazów Na str. 147 przedstawiamy nowoczesne czujniki firmy Omron, za pomoc¹ których mo¿na rozró¿niaæ obrazy. Prawdziwy majstersztyk!

Transformator elektroniczny z regulacj¹ mocy .................... 27 Monitor magistrali szeregowych, czêœæ 1 ............................. 33 Zestaw uruchomieniowy dla procesorów rodzin AVR i '51, czêœæ 1 .......................................................... 37 Dekoder RDS, czêœæ 2 .............................................................. 43

Miniprojekty Wzmacniacz do aktywnej kolumny ....................................... 75 Mini iluminofonia na diodach LED ......................................... 76

Automatyka Elektroniczne rozpoznawanie obrazów czujniki firmy Omron ............................................................... 131 Sieæ ProfiBus, czêœæ 2 ............................................................. 137

Sprzêt ChipStation CS-84\48 - programator nowej generacji ...... 55 G³owice UKF z cyfrow¹ syntez¹ czêstotliwoœci .................... 62 51LPC - nowa rodzina mikrokontrolerów firmy Philips ......... 65 Elektroniczny czytnik odcisków palców ................................ 68 Kompatybilnoœæ elektromagnetyczna w zakresie niskich czêstotliwoœci .......................................................................... 140

Podzespo³y Uk³ady PSoC .............................................................................. 47 Elektroniczny czytnik ▲ odcisków palców Po raz kolejny w EP wracamy do prezentacji pó³przewodnikowych czytników odcisków palców. Jak przekonuje autor artyku³u znajduj¹cego siê na str. 68, dobry czytnik to po³owa sukcesu. O drugiej po³owie dowiecie siê po przeczytaniu artyku³u.

Scalone mostki PCI ................................................................... 51 Wielka “electronica 2000” ...................................................... 71 Nowe podzespo³y .................................................................... 83 SIDACtor - pó³przewodnikowy “ochroniarz” ......................... 87 Scalone interfejsy czujników pomiarowych, czêœæ 1 .......... 89

Projekty Czytelników Dwukierunkowy regulator prêdkoœci obrotowej silników modelarskich sterowany aparatur¹ radiow¹ ...................... 91

Info Œwiat ......................................................................... 95 Info Kraj ............................................................................ 97 Kramik+Rynek .............................................................. 105 Listy ................................................................................. 115 Ekspresowy Informator Elektroniczny ..................... 119 Wykaz reklamodawców ............................................ 130

Wielka Electronica 2000 ▲

Spis treœci rocznika 2000 ........................................... 122

O najwiêkszych w Europie targach elektronicznych mo¿ecie poczytaæ na str. 71.

Elektronika Praktyczna 1/2001

%

AKTR − akustyczny P O J E K teatr T Y

AKT − akustyczny teatr, część 1 Zestaw głośnikowy do kina domowego AVT−994 Jeøeli marzysz o†kinie domowym, nie musisz od razu kupowaÊ drogiego zestawu g³oúnikÛw. Proponujemy Ci konstrukcjÍ, ktÛr¹ znacznie taniej moøesz wykonaÊ samodzielnie. DziÍki doskona³ym g³oúnikom i†przemyúlanym rozwi¹zaniom konstrukcyjnym, zestaw AKT spe³ni wymagania takøe ortodoksyjnych audiofilÛw. Zaczynamy od krÛtkiego wstÍpu i†opisu zestawu centralnego.

10

Coraz wiÍksz¹ popularnoúÊ zdobywa kino domowe - zestaw audiowizualny, wymagaj¹cy wielokana³owej instalacji g³oúnikowej. W†jej ramach dzia³aj¹ wiÍcej niø dwa ìtradycyjneî zespo³y g³oúnikowe do ods³uchu stereofonicznego - potrzebny jest jeszcze g³oúnik centralny, a†takøe co najmniej dwa g³oúniki tylne (najbardziej rozwiniÍte systemy wymagaj¹ trzech, a†nawet czterech). Zalecane jest takøe uøycie subwoofera - specjalnej konstrukcji wyspecjalizowanej w†przetwarzaniu sygna³Ûw tylko o†najniøszych czÍstotliwoúciach (rys. 1). Systemy g³oúnikowe do kina domowego stawiaj¹ przed uøytkownikiem naj-

czÍúciej smutny wybÛr - jeúli wysokiej klasy, to bardzo kosztowne, a†jeúli przystÍpne cenowo, to z†powaønymi kompromisami parametrykoszty. Wynika to z†koniecznoúci rozdysponowania úrodkÛw miÍdzy znacznie wiÍksz¹ liczbÍ zespo³Ûw g³oúnikowych, niø w†systemie stereofonicznym. Jednak samodzielne konstruowanie zawsze pozwala³o sporo zaoszczÍdziÊ.

Elektronika Elektronika Praktyczna Praktyczna 1/2001

AKT − akustyczny teatr mnieÊ, øe obowi¹zuj¹cy dzisiaj standard DolbyDigital wymaga, aby w†kaødym kanale dzia³a³y zespo³y o†zbliøonej mocy i†podobnym, szerokim pasmie. Wyeksponowanie roli g³oúnikÛw przednich - lewego i†prawego - moøe byÊ uzasadnione ich znaczeniem przy stereofonicznym ods³uchu, jednak jeúli system dzia³aÊ ma dobrze rÛwnieø w†ramach kina domowego, dodatkowe g³oúniki nie mog¹ byÊ potraktowane po macoszemu.

THX

Rys. 1. Sposób nagłośnienia pomieszczenia w systemie dźwięku dookólnego.

W†dwÛch kolejnych artyku³ach przedstawimy 5 g³Ûwnych projektÛw (niektÛre w†rÛønych wersjach) zespo³Ûw g³oúnikowych, opracowanych tak, aby tworzy³y dobrze zharmonizowane systemy wielokana³owe. Szereg wskazÛwek pozwoli nie tylko zbudowaÊ poszczegÛlne zestawy g³oúnikowe, ale rÛwnieø dokonaÊ miÍdzy nimi wyboru, dobrze je do siebie dopasowaÊ - w†miarÍ potrzeb i†moøliwoúci lokalowych oraz finansowych. Artyku³ moøe byÊ interesuj¹cy nie tylko dla konstruktorÛw, ale i†samych uøytkownikÛw systemÛw wielokana³owych - zawiera bowiem wiele ogÛlnych uwag dotycz¹cych ich funkcjonowania. 14−cm głośnik nisko−średniotono− wy serii TC występuje nie tylko w wer− sjach ekranowanej lub nie, ale także w różnych wariantach impedancji znamionowej. Po lewej stronie stan− dardowy głośnik 8Ω, po prawej ekra− nowany 4Ω.

Elektronika Praktyczna 1/2001

Wszystkie przedstawione modele powsta³y przy uøyciu kompletu zaawansowanych narzÍdzi, jakimi powinien pos³ugiwaÊ siÍ konstruktor zespo³Ûw g³oúnikowych - programÛw symulacyjnych, pomiarÛw, a†takøe prÛb ods³uchowych. Wszystkie modele mog¹ pracowaÊ zarÛwno w†systemach wielokana³owych, jak i†z†duø¹ wiernoúci¹ odtwarzaÊ muzykÍ w†tradycyjnych systemach stereofonicznych. PrezentacjÍ zestawÛw rozpoczniemy od krÛtkiego wprowadzenia w†úwiat düwiÍku dookÛlnego.

Dolby Digital PrzystÍpne cenowo g³oúnikowe systemy wielokana³owe adresowane s¹ do uøytkownikÛw nie znaj¹cych warunkÛw, jakie powinny spe³niaÊ nowoczesne instalacje tego typu. W†zwi¹zku z†tym, wiele cech konstrukcyjnych, podawanych przez producentÛw nie odpowiada tym warunkom, ale popularnym wyobraøeniom o†parametrach kolumn wysokiej klasy. NajczÍúciej wiÍc zespo³y przednie (lewy i†prawy) s¹ efektowne, duøe, wielodroøne, natomiast zespo³y tylne znacznie mniejsze, zbudowane z†najtaÒszych przetwornikÛw, odpowiadaj¹ce niewygÛrowanym wymaganiom starego systemu DolbyProLogic, a†nie cyfrowego DolbyDigital czy DTS. Wypada przypo-

Obok wymagaÒ DolbyDigital, znawcom kina domowego znany jest certyfikat THX. Okreúla on pewne cechy konstrukcyjne urz¹dzeÒ, a†przede wszystkim w³aúnie zespo³Ûw g³oúnikowych, ktÛre s³uøyÊ maj¹ wytworzeniu doúÊ specyficznego pola düwiÍkowego. Cechy te jednak w†pewnym stopniu stoj¹ w†sprzecznoúci wobec wymagaÒ, jakie stawia siÍ zespo³om g³oúnikowym odtwarzaj¹cym muzykÍ g³oúniki przednie powinny mieÊ (wed³ug zaleceÒ THX) w¹skie charakterystyki kierunkowe w†p³aszczyünie pionowej, aby zminimalizowaÊ odbicia i†zapewniÊ ìprecyzyjn¹î przedni¹ scenÍ düwiÍkow¹ kosztem naturalnej swobody, co wynika z†pewnego udzia³u fal odbitych. Natomiast g³oúniki tylne w†przypadku THX ustawione po bokach - wrÍcz przeciwnie, nie powinny byÊ przez s³uchacza lokalizowane, lecz pracowaÊ nad wytworzeniem jak najwiÍkszej liczby odbiÊ. Bardzo w¹skie charakterystyki kierunkowe (polecane przez THX g³oúnikom przednim) s¹ wiÍc najlepsze w†dzia³aniu tylko systemu stereofonicznego, natomiast charakterystyki wymagane przez THX od g³oúnikÛw bocznych prowadz¹ do skonstruowania dipoli - wyspecjalizowanych uk³adÛw o†bardzo nietypowym uk³adzie g³oúnikÛw, ktÛre zupe³nie nie nadaj¹ siÍ do odtwarzania muzyki w†tradycyjnych parach stereofonicznych. Dlatego przy opracowywaniu naszych konstrukcji, maj¹cych charakteryzowaÊ siÍ duø¹ uniwersalnoúci¹, nie braliúmy pod uwagÍ norm THX.

SpÛjnoúÊ brzmienia Zespo³y g³oúnikowe wysokiej klasy systemÛw wielokana³owych powinny byÊ dopasowane nie tylko parametrami, ale rÛwnieø

11

AKT − akustyczny teatr brzmieniem. Brzmienie zespo³u g³oúnikowego wynika oczywiúcie w†wielkiej mierze z†rodzaju zastosowanych w†nim g³oúnikÛw. Najlepiej wiÍc, gdy we wszystkich wspÛ³pracuj¹cych ze sob¹ konstrukcjach zastosowane s¹ g³oúniki tego samego typu lub przynajmniej bardzo podobne - pochodz¹ce z†jednej serii wybranego producenta. Maj¹ wÛwczas membrany wykonane z†tego samego materia³u (dodatkowym atutem jest rÛwnieø estetyczny, ujednolicony wygl¹d). Rol¹ konstruktora zespo³Ûw g³oúnikowych do kina domowego jest zarÛwno prawid³owy dobÛr g³oúnikÛw, jak i†w³aúciwe ich wykorzystanie, konsekwentnie utrzymuj¹ce okreúlony rodzaj charakterystyk brzmieniowych. Ma na to bowiem wp³yw rÛwnieø uk³ad elektryczny - rodzaj stosowanych filtrÛw, wybrane czÍstotliwoúci podzia³u, jak i†obudowa - szerokoúÊ przedniej úcianki w†wielkiej mierze decyduje choÊby o†charakterystykach kierunkowych.

Charakterystyki kierunkowe Wspomnieliúmy juø o†charakterystykach kierunkowych - chodzi³o o†charakterystyki w†p³aszczyünie pionowej, czyli stopieÒ rozpraszania düwiÍku poniøej i†powyøej osi g³Ûwnej (znajduj¹cej siÍ zwykle na osi g³oúnika wysokotonowego). W†ramach rÛønych koncepcji akustycznych kina domowego korzystne jest jednak (i nie przeszkadza w ods³uchu

muzyki), aby charakterystyki kierunkowe w†p³aszczyünie poziomej by³y jak najszersze - aby zespo³y g³oúnikowe brzmia³y podobnie, ods³uchiwane ìna wprostî, jak i†pod duøym k¹tem z†boku. Jest to cecha maj¹ca w†kinie domowym znacznie wiÍksze znaczenie, niø przy stereofonicznym ods³uchu muzyki. Po pierwsze, muzyki zwykle s³ucha siÍ indywidualnie, zasiadaj¹c w†wygodnym fotelu, w†dobrze wybranym miejscu, z†g³oúnikami skierowanymi tak, aby w³aúnie w†nim brzmienie by³o najlepsze. Z†kina domowego znacznie czÍúciej korzysta siÍ rodzinnie i†z†przyjaciÛ³mi, wiÍc trzeba zapewniÊ znacznie szersze pole dobrych efektÛw brzmieniowych. Po drugie, zespo³Ûw g³oúnikowych wykorzystywanych w†kinie domowym najczÍúciej - z†powodÛw ograniczeÒ miejsca nie ustawia siÍ tak, aby osie g³Ûwne bieg³y w†stronÍ miejsca ods³uchowego, lecz ustawia ìnormalnieî, z†osiami g³Ûwnymi biegn¹cymi rÛwnolegle do bocznych úcian, a†wiÍc wyraünie z†boku s³uchacza znajduj¹cego siÍ w†centrum.

W¹skie obudowy Szerokim charakterystykom kierunkowym dobrze s³uø¹ zarÛwno ma³e úrednice g³oúnikÛw, jak i†ma³e szerokoúci obudÛw. Gdy obudowa staje siÍ bardzo w¹ska - tak w³aúnie jak w†naszych projektach (13cm), podobn¹ charakterystykÍ przetwarzania, jak na osi g³Ûwnej (z†wyraünym spadkiem tylko na samym gÛrnym skraju pasma akus-

12

tycznego) moøna uzyskaÊ nawet pod k¹tem 45o, a†w†zakresie do 30o (w†jakim standardowo bada siÍ charakterystyki) ich zbieønoúÊ jest doskona³a. Oznacza to w†praktyce, øe z†kolumn takich s³yszymy niezniekszta³cone brzmienie nawet wÛwczas, gdy pozornie promieniuj¹ w†zupe³nie innym kierunku. RÛwnoczeúnie w¹skie obudowy staj¹ siÍ mniej k³opotliwe wizualnie i†tym ³atwiej je optymalnie ustawiÊ. Bardzo w¹skie obudowy wygl¹daj¹ dobrze rÛwnieø w†bezpoúrednim s¹siedztwie duøego telewizora i†s¹ odpowiednie w wolnostoj¹cych zespo³ach efektowych. Natomiast w†przypadku centralnego zespo³u g³oúnikowego, najczÍúciej ustawianego w†pozycji poziomej, w¹ska przednia úcianka oznacza niewielk¹ wysokoúÊ obudowy, ³atwej dziÍki temu do zainstalowania na telewizorze lub w†szafce ze sprzÍtem.

Ekranowanie magnetyczne

Parametry stosowanych głośników

Impedancja znamionowa [Ω] Rezystacja cewki drgającej [Ω] Moc znamionowa (IEC 268−5) [W] Moc impulsowa (IEC 268−5) [W] Efektywność (2,83V/1m) [dB] Częstotliwość rezonansowa fs [Hz] Objętość ekwiwalentna Vas [dm3] Dobroć mechaniczna Qms Dobroć elektryczna Qes Dobroć całkowita Qts Współczynnik siły Bl [Tm] Indukcyjność cewki drgającej [mH] Średnica cewki drgającej [mm] Wysokość cewki drgającej [mm] Wysokość szczeliny [mm] Powierzchnia membrany [cm2] Masa drgająca [g]

20−mm tekstylna kopułka wysokoto− nowa serii TC występuje w dwóch wersjach − TC20TD05 i TC20SD05 − z ekranowaniem magnetycznym dla tej drugiej.

TC14WG (SG)69−08

TC14WG (SG)69−04

TC20TD (SD)05−06

8 5,6 40 110 86 53 10,5 2,73 0,53 0,45 5,2 0,68 25 10 4 80 7,8

4 3,1 40 110 87 52 10,5 2,79 0,44 0,38 4,3 0,45 25 10 4 80 8,1

6 4,2 90 800 90 1400 − 3,1 1,76 1,12 2,0 b.d. 20 1,3 2 4,4 0,2

NiektÛre zespo³y g³oúnikowe na pewno zespÛ³ centralny, ewentualnie zespo³y g³Ûwne - jeúli maj¹ staÊ blisko ekranu telewizora, musz¹ byÊ ekranowane magnetycznie. Ekranowanie zespo³Ûw g³oúnikowych uzyskuje siÍ poprzez ekranowanie samych g³oúnikÛw, z†ktÛrych s¹ zbudowane. Ekranowanie moøe byÊ lepsze lub gorsze w†zaleønoúci od stopnia, w†jakim zredukowane zostaje pole rozpraszane. Od strony konstrukcyjnej ekranowanie moøe byÊ tzw. czÍúciowe lub pe³ne. Pierwsze polega na przyklejeniu do ty³u uk³adu magnetycznego pierúcienia ferrytowego (zwykle mniejszego), swoimi biegunami odwrotnie skierowanym, drugie na dodatkowym za³oøeniu

Elektronika Praktyczna 1/2001

AKT − akustyczny teatr stalowej puszki. Doklejenie pierúcienia, a†takøe za³oøenie puszki, to modyfikacje, ktÛre moøna przeprowadziÊ samodzielnie (o ile zdobÍdzie siÍ potrzebne elementy), uzyskuj¹c byÊ moøe wystarczaj¹ce w†danych warunkach rezultaty, ale najskuteczniejsze ekranowanie jest spotykane tylko w†produktach firmowych, gdyø wymaga jeszcze powiÍkszenia úrednicy gÛrnej p³yty uk³adu magnetycznego, tak aby jej obwÛd by³ rÛwny obwodowi puszki.

Ω Tylko 8Ω Chociaø wiÍkszoúÊ nowoczesnych wzmacniaczy stereofonicznych bez problemu daje sobie radÍ z†obci¹øeniem 4Ω, to wúrÛd wzmacniaczy i†amplitunerÛw wielokana³owych zespo³y g³oúnikowe 4Ω czÍsto wywo³uj¹ panikÍ. WiÍkszoúÊ producentÛw tego typu sprzÍtu zaleca, aby impedancja obci¹øenia by³a nie mniejsza niø 6†omÛw. Jednoczeúnie, wspÛ³czesne amplitunery wielokana³owe, choÊ ograniczone pod tym wzglÍdem, dysponuj¹ jednak - nawet w†najtaÒszych modelach - moc¹ znamionow¹ co najmniej 50 watÛw (przy 8Ω) w†kaødym kanale. Jeúli projektujemy zespo³y g³oúnikowe o†podobnej mocy, nie ma øadnego powodu, aby 4Ω impedancj¹ zmusza³y one zasilaj¹ce je wzmacniacze do oddawania wiÍkszego pr¹du. Specyfika konstrukcji firmowych wzmacniaczy wielokana³owych stwarza pewien problem przy wyborze na rynku odpowiednich zespo³Ûw g³oúnikowych, gdyø obecnie dominuj¹ na nim, zw³aszcza wúrÛd modeli wyøszej klasy, konstrukcje 4Ω. Projektuj¹c system g³oúnikowy od Klasyczny układ głośnika centralne− go − głośnik wysokotonowy między parą nisko−średniotonowych. AKT Center charakteryzuje się wyjątkowo niską obudową (13−cm), która powin− na zmieścić się na każdej półce pod lub nad telewizorem.

Elektronika Praktyczna 1/2001

podstaw, moøemy wymaganie wyøszej impedancji ³atwo uwzglÍdniÊ.

Vifa TC DuÒska firma Vifa jest producentem wysokiej jakoúci g³oúnikÛw (tylko g³oúnikÛw, a†nie zespo³Ûw g³oúnikowych). Bardzo blisko kooperuj¹c z†inn¹ duÒsk¹ firm¹, Scan-Speakiem, znan¹ z†ekskluzywnych, hi-endowych g³oúnikÛw, Vifa jest zdolna do tworzenia bardzo innowacyjnych projektÛw (hitami ostatniego sezonu jest pierúcieniowy g³oúnik wysokotonowy, zdolny do pracy od 2†do 50kHz, a†takøe 18cm g³oúnik nisko-úredniotonowy z†membran¹ z†w³Ûkien drzewnych), jak rÛwnieø, dziÍki swojemu potencja³owi, do produkowania nowoczesnych g³oúnikÛw przy niskich kosztach, a†wiÍc dostarczania ich po atrakcyjnych cenach. W†serii g³oúnikÛw TC znajduje siÍ kilka modeli g³oúnikÛw niskoúredniotonowych i†wysokotonowych, ktÛre mog¹ znaleüÊ zastosowanie w†konstrukcjach spe³niaj¹cych przedstawione wczeúniej za³oøenia. G³oúniki serii TC maj¹ kosze polimerowe, wzmacniane w³Ûknem szklanym. Jest to technologia taÒsza niø w†przypadku koszy odlewanych, ale teø nowoczeúniejsza niø w†przypadku koszy wyt³aczanych z†blachy - kosze polimerowe maj¹ wysokie t³umienie drgaÒ wewnÍtrznych, nie ko-

roduj¹, nie úci¹gaj¹ strumienia magnetycznego. Metoda wtryskowa pozwala uzyskiwaÊ dowolne kszta³ty i†projektowaÊ drobne detale, podnosz¹ce estetykÍ. Kosze g³oúnikÛw TC maj¹ w¹skie, op³ywowe øebra, nie zak³Ûcaj¹ce przep³ywu powietrza od tylnej strony membrany, a†wykonanie zewnÍtrznego pierúcienia g³oúnikÛw nisko-úredniotonowych nie wymaga podfrezowaÒ w†przedniej úciance zespo³u g³oúnikowego (pozwala to uproúciÊ wykonanie obudÛw). G³oúniki maj¹ ujednolicone wzornictwo, co podnosi estetykÍ kaødej konstrukcji na nich opartej, jak i†ca³ego systemu. DostÍpne s¹ wersje g³oúnikÛw nisko-úredniotonowych z†poúcinanymi koszami, co pozwala minimalizowaÊ szerokoúÊ obudÛw. Wszystkie g³oúniki nisko-úredniotonowe maj¹ membrany celulozowe powlekane, z†naciÍciami NRSC redukuj¹cymi rezonanse powstaj¹ce miÍdzy cewk¹ a†gÛrnym zawieszeniem. Zawieszenia s¹ z†gumy o†niskiej stratnoúci, aby nie t³umi³y mikroimpulsÛw. Uk³ady magnetyczne s¹ wentylowane. Kaødy g³oúnik nisko-úredniotonowy wystÍpuje w†wariantach 4†i†8Ω, co pozwala projektowaÊ konstrukcje z†jednym lub dwoma g³oúnikami nisko-úredniotonowymi, zachowuj¹c impedancjÍ znamionow¹ 8Ω. Kaødy model dostÍpny jest rÛwnieø w wersji ekranowanej magnetycznie (ekranowanie pe³ne, z†dodatkowym pierúcieniem i†puszk¹). Z†g³oúnikami TC moøna wiÍc tworzyÊ wiele rÛønych, ale dobrze uzupe³niaj¹cych siÍ konstrukcji.

14 i 20 Zaprojektowaliúmy piÍÊ podstawowych modeli (wystÍpuj¹cych w†rÛønych wariantach), uøywaj¹c g³Ûwnie dwÛch typÛw g³oúnikÛw (14cm nisko-úredniotonowy i†20mm kopu³ka tekstylna) w†rÛønych wariantach impedancji i†ekranowania. G³oúnik kalibru 14cm, dziÍki umiarkowanej úrednicy membrany, cechuje siÍ nie tylko dobr¹ liniowoúci¹ charakterystyki przetwarzania na osi g³Ûwnej, ale takøe dobrymi charakterystykami kierunkowymi w†ca³ym zakresie úrednich czÍs-

13

AKT − akustyczny teatr mog¹ úwietnie zgrany system, ewentualnie z†ty³u moøna uøyÊ mniejszych AKT 1†lub AKT Monitor. Najbardziej rozwiniÍty konstrukcyjnie jest trÛjdroøny AKT 3. Dla niego partnerami z†ty³u rÛwnieø mog¹ byÊ AKT 1, AKT 2†lub AKT Monitor 1.

AKT Center

Rys. 4. Projekt obudowy AKT Center.

totliwoúci. Pozwala to okreúliÊ wyøsze czÍstotliwoúci podzia³u, i†zastosowaÊ kopu³kÍ wysokotonow¹ mniejsz¹ od standardowych 25mm, dziÍki czemu uzyskujemy rÛwnieø lepsze charakterystyki kierunkowe w†zakresie wysokich czÍstotliwoúci. Same obudowy zosta³y zunifikowane w†wielu wymiarach - wszystkie maj¹ szerokoúÊ 13cm.

Kino domowe w†piÍciu aktach WúrÛd piÍciu modeli jest jedna klasyczna konstrukcja g³oúnika centralnego - AKT Center, ktÛry moøe byÊ stosowany rÛwnieø na wszystkich innych pozycjach systemu, tworz¹c doskonale zharmonizowany zestaw. Jednak na pozycji innej niø centralna nie musi byÊ ekranowany magnetycznie zbudowany jest wÛwczas z†tych samych nieekranowanych g³oúnikÛw i†nosi symbol AKT Center M. Najmniejszy model w†rodzinie to AKT Monitor - przeznaczony przede wszystkim do roli zespo³u tylnego, ale mog¹cy rÛwnieø samodzielnie tworzyÊ kompletny, kompaktowy w†wymiarach system, wystÍpuj¹c w†roli centralnego w†wersji ekranowanej, jako AKT Monitor E.

14

AKT 1†to uk³ad g³oúnikÛw z†AKT Monitor, ale w†wiÍkszej obudowie wolnostoj¹cej, proponowany jako zestaw g³Ûwny i†tylny, podczas gdy w†centrum wyst¹pi AKT Monitor E, ewentualnie tylko jako zestaw g³Ûwny z†Monitorem z†ty³u i†w†centrum, albo tylko jako zestaw tylny, podczas gdy jako centralny stosowany bÍdzie AKT Center, a†jako zespo³y g³Ûwne - AKT 2 lub AKT 3. AKT 2†to z†kolei zespÛ³ wolnostoj¹cy o†podobnym potencjale, jak AKT Center - cztery AKT 2†i†jeden AKT Center stworzyÊ

Zespo³y g³oúnikowe przeznaczone do roli centralnych maj¹ najczÍúciej konfiguracje g³oúnikÛw zbliøone do symetrycznych - tzn. z†g³oúnikiem wysokotonowym pomiÍdzy dwoma g³oúnikami niskoúredniotonowymi, w†ustawieniu poziomym. Ustawienie poziome nie jest dyktowane walorami akustycznymi, a†tylko wygod¹ ulokowania zespo³u na telewizorze lub na pÛ³ce szafki. Ustawienie g³oúnikÛw w†osi poziomej daje w†rezultacie gorsze charakterystyki kierunkowe w†p³aszczyünie poziomej niø w†p³aszczyünie pionowej, odwrotnie niø w†przypadku typowych zespo³Ûw g³oúnikowych z†pionow¹ konfiguracj¹ g³oúnikÛw. Aby uzyskaÊ najlepsze moøliwe charakterystyki kierunkowe przy konfiguracji symetrycznej, naleøy g³oúniki nisko-úredniotonowe jak najbardziej zbliøyÊ do siebie. DziÍki nasuniÍciu koszy g³oúnikÛw nisko-úredniotonowych na zag³Íbion¹ w†wyfrezowaniu obudowÍ kopu³ki wysokotonowej, moøliwe by³o zbliøenie ich do siebie na odleg³oúÊ 21cm. Obudowa (rys. 2) zosta³a wewn¹trz podzielona na dwie czÍúci ukoún¹ przegrod¹. Usztywnia ona konstrukcjÍ i†redukuje zjawisko

Rys. 2. AKT Center − charakterystyka przetwarzania.

Elektronika Praktyczna 1/2001

AKT − akustyczny teatr 85

Clio

dB spl

180 Deg L1

80

C2

108

C1

75

NS1

R1 L2

36

NS2

70

R2

W

−36

Rys. 5. Schemat zwrotnicy AKT Center. 65

60 200

−108

Hz

500

1K

2K

5K

10K

−180 20K

Rys. 3. AKT Center − charakterystyki przetwarzania w zakresie średnio− wysokotonowym zmierzone pod różnymi kątami.

powstawania fal stoj¹cych miÍdzy rÛwnoleg³ymi úciankami. Kaøda 3,5-litrowa komora zamyka jeden 14-cm g³oúnik, ktÛry w†wersji 4Ω osi¹ga w†tej objÍtoúci dobroÊ Qtc na poziomie 0,7. Charakterystyka przetwarzania wykazuje spadek -6dB przy ok. 75Hz (rys. 3). Nie jest to wiÍc obudowa zdolna do odtwarzania niskiego basu, jednak w†ramach systemÛw przekierowuj¹cych najniøsze czÍstotliwoúci do subwoofera (poniøej 80Hz wed³ug DolbyDigital) moøliwoúci AKT Center s¹ wystarczaj¹ce. Podobne wnioski wyci¹gn¹Ê moøna analizuj¹c charakterystykÍ wytrzyma³oúci (symulacja w†programie Boxcalc, tutaj nie pokazana) - bez przeci¹øenia moøna do AKT Cen-

Elektronika Praktyczna 1/2001

ter dostarczyÊ w†pe³nym pasmie moc do 60W, a†w†pasmie powyøej 80Hz - do 80W. W†ca³ym pasmie przetwarzanym przez Center rÛwnomiernoúÊ charakterystyki przetwarzania utrzymuje siÍ granicach ±3dB, a†gdyby nie lokalne obniøenie przy ok. 500Hz, uzyskalibyúmy nawet ±2dB (rys. 2). Rodzina charakterystyk w†zakresie úredniowysokotonowym pokazuje dzia³anie Center na osi g³Ûwnej (najwyøsza) oraz pod k¹tami 15o, 22o i†30o w†p³aszczyünie poziomej (odpowiednie charakterystyki na lewo i†prawo s¹ bliüniacze, ze wzglÍdu na symetriÍ uk³adu). DziÍki pierwotnemu (na osi g³Ûwnej) lekkiemu wyeksponowaniu

charakterystyki w†zakresie 2..5kHz, wystÍpuj¹ce pod k¹tem 15o os³abienie tego zakresu nie powoduje wyjúcia charakterystyki poza granice ±3dB. Pod k¹tem 22o os³abienie siÍ powiÍksza, ale jeszcze nie tworzy ìdziuryî na charakterystyce. NastÍpuje to dopiero pod k¹tem 30o - naleøy przyj¹Ê, øe uczestnicz¹ce w†seansach VIPy nie powinny znajdowaÊ siÍ poza obszarem wyznaczonym przez k¹t ±22o wzglÍdem osi g³Ûwnej. Andrzej Kisiel, Audio

WYKAZ ELEMENTÓW Zestaw centralny Rezystory R1: 3,3Ω R2: 6,8Ω Kondensatory C1, C2: 4,7µF Różne L1: 1,5mH L2: 0,33mH

15

Multiprogramator mikrokontrolerów P R O J E K ST62 T Y

Multiprogramator mikrokontrolerów ST62 AVT-993

Je¿eli mia³eœ dotychczas problemy z programowaniem mikrokontrolerów ST62, to w³aœnie siê skoñczy³y! Specjalnie dla rosn¹cego grona fanów tych interesuj¹cych mikrokontrolerów opracowaliœmy wyj¹tkowy programator, za pomoc¹ którego mo¿na programowaæ wszystkie popularne uk³ady z tej serii.

Do skonstruowania tego uk³adu sk³onili mnie koledzy ST62maniacy, którzy urzeczeni Realizerem zapragnêli posiadaæ programator, który by umo¿liwi³ zaprogramowanie wielu typów mikrokontrolerów oœmiobitowych rodziny ST62 bez potrzeby nabywania drogich programatorów. Mikrokontrolery te s¹ dostêpne od wielu lat na naszym rynku i nic nie zapowiada, ¿eby bezpowrotnie zaginê³y. Przyczyni³ siê do tego m.in. program ST6-Realizer, który otworzy³ drogê ku technice mikroprocesorowej wszystkim tym, którzy nie maj¹ czasu lub chêci zg³êbiania tajemnic skomplikowanych jêzyków programowania. Program ST6-Realizer dostêpny jest na p³ycie CD-EP2.

Opis uk³adu

Przedstawiony uk³ad programatora jest doœæ tani. Koszty obni¿ono do minimum poprzez zastosowanie zwyk³ych podstawek zamiast drogich typu textool. Ma to oczywiœcie swoje wady, gdy¿ musimy bardziej uwa¿aæ przy wk³adaniu mikrokontrolera w podstawkê, lecz przy niewielkiej liczbie programowanych uk³adów nie ma to wiêkszego znaczenia. Oczywiœcie nic nie stoi na przeszkodzie, aby zastosowaæ podstawki profesjonalne. Jakie mo¿liwoœci ma programator? Umo¿liwia on zaprogramowanie nastêpuj¹cych typów mikrokontrolerów: ST62T00/01/03,

Elektronika Praktyczna 1/2001

ST62T08/09/10/18/20, ST62T15/ 25/30, ST62T55/65, ST62T53/60/ 63, ST62T52/62. Jak widzimy, du¿y wybór mikrokontrolerów daje nam olbrzymie mo¿liwoœci przy projektowaniu urz¹dzeñ w oparciu o ST62xx. Konstrukcja programatora zosta³a pomyœlana tak, aby móg³ on wspó³pracowaæ ze standardowym programem Windows Epromer do obs³ugi programatorów produkowanych przez STM. Mo¿na go zdobyæ m.in. na stronie internetowej producenta pod adresem http://eu.st.com/stonline/ products/support/mcu8/common/ softools.htm. Jest to dosyæ ciekawe narzêdzie sprowadzaj¹ce proces programowania do kilku przyjemnych chwil przy komputerze. Program ten, wraz z opracowanym przez nas programatorem, eliminuje mêcz¹ce przechodzenie do sesji DOS, co by³o niezbêdne w starszych wersjach programów. Nasz programator równie¿ wspó³pracuje w³aœnie z tak¹ wersj¹, któr¹ znajdziemy na p³ycie CDEP2. Przy zastosowaniu tego programu liczba mikrokontrolerów jakie mo¿emy zaprogramowaæ jest du¿o mniejsza, ale nie jest wymagana uci¹¿liwa zmiana pliku DEV. Na rys. 1 przedstawiono schemat blokowy programatora. Mo¿na go podzieliæ na nastêpuj¹ce bloki: - zasilacz programatora, - uk³ady separuj¹ce (bufory), - pole programowania.

%

Z³¹cze komputera

Bufor

Multiprogramator mikrokontrolerów ST62

Zasilacz

Pole programowania

Rys. 1. Schemat blokowy programatora.

W programatorze najbardziej skomplikowane jest zasilanie mikrokontrolerów. Program komputerowy steruj¹cy prac¹ programatora wysy³a sygna³y za³¹czaj¹ce odpowiednie napiêcia dla programowanego mikrokontrolera. Uk³ad separuj¹cy (bufor) stanowi barierê pomiêdzy komputerem a programowanym procesorem. Zabezpiecza to komputer przed ewentualnym uszkodzeniem portu drukarkowego. Pole programuj¹ce jest to szeœæ odpowiednio po³¹czonych podstawek, ka¿da dla okreœlonego typu mikrokontrolerów: - podstawka 1 ST62T00/01/03, - podstawka 2 ST62T08/09/10/18/ 20, - podstawka 3 ST62T15/25/30, - podstawka 4 ST62T55/65, - podstawka 5 St62T53/60/63, - podstawka 6 ST62T52/62.

Rys. 2. Schemat elektryczny programatora.

&

Elektronika Praktyczna 1/2001

Multiprogramator mikrokontrolerów ST62 styku 9 wystêpuje poziom L lub urz¹dzenie nie jest pod³¹czone do komputera, na wyjœciu bramki U1F Do programatora pojawia siê poziom wyso5 ki H, który wprowadza 9 4 tranzystor T2 w stan prze8 wodzenia, co z kolei po3 7 woduje spolaryzowanie 2 6 bazy tranzystora pnp (T1) 1 i wprowadzenie go w stan DB9 przewodzenia. W³¹czony tranzystor T1 podaje napiêcie na uk³ady stabilizacyjne US4 i US5 (78L05). Ze stabilizatora US5 DB25 pobierane jest napiêcie Rys. 3. Schemat po³¹czeñ w kablu +5V VDD zasilaj¹ce mikprzejœciowym. rokontrolery. Napiêcie Na rys. 2 znajduje siê sche- VDD podawane jest w trakcie odmat ideowy programatora. Spraczytu, jak i programowania procewia on wra¿enie doœæ skomplisora. Obecnoœæ napiêcia sygnalikowanego, co jest jednak tylko zowana jest zapaleniem siê diody z³udzeniem. Komunikacja z komD3 (kolor ¿ó³ty). Uk³ad ze stabiputerem odbywa siê poprzez drulizatorem US4, oprócz dostarczekarkowe z³¹cze Centronics DB25. nia napiêcia TEST +5V potrzebNatomiast na p³ycie drukowanej nego do odczytu zawartoœci paprogramatora znajduje siê gniazmiêci mikrokontrolera, dodatkowo do ¿eñskie DB9. W zwi¹zku generuje napiêcie programuj¹ce z tym musimy dodatkowo do VPP +12,5V. programatora wykonaæ kabel Styk 5 z³¹cza DB9 po³¹czony przejœciowy DB9/DB25 wed³ug jest z wejœciem bramki U1E poschematu zamieszczonego na ryprzez rezystor ograniczaj¹cy R4. sunku rys. 3. Wyjœcie tej bramki po³¹czone Uk³ad scalony US2 jest oœmiojest z wejœciem nastêpnej bramki bitowym buforem z trójstanowymi U1E. Wyjœcie tej bramki jest z wyjœciami nieodwracaj¹cymi. kolei po³¹czone z baz¹ tranzysUk³ad wewnêtrznie podzielony tora npn (T3) poprzez rezystor jest na dwie czêœci po cztery R4. bufory. Ka¿da czwórka ma jedno Pomiêdzy kolektor a emiter dodatkowe wejœcie steruj¹ce. Pow³¹czona jest dioda Zenera D4 danie niskiego poziomu napiêcia o wartoœci napiêcia 7,5V. Tranna to wejœcie powoduje wyprowazystor i dioda w³¹czone s¹ podzenie buforu ze stanu blokady. miêdzy wyprowadzenie GND staWyprowadzeniami steruj¹cymi bilizatora US4 a masê ca³ego prac¹ buforów s¹ piny 1 i 19 uk³adu. W przypadku, kiedy na uk³adu 74HC244. Do nich jest styku 5 DB9 jest poziom niski L, pod³¹czona zworka ZW1 oraz retranzystor T3 nie przewodzi i na zystor podci¹gaj¹cy R17. W celu wyjœciu uk³adu US4 pojawia siê wprowadzenia w stan blokady nanapiêcie +5V plus napiêcie diody le¿y zworkê ZW1 wyj¹æ. W stanie Zenera 7,5V. Wtedy wartoœæ nablokady nie jest mo¿liwe zapropiêcia programuj¹cego VPP wygramowanie lub odczytanie zaniesie +12,5V. W chwili pojawiewartoœci mikrokontrolera. Styk nia siê poziomu wysokiego na 9 gniazda po³¹czony jest z wejstyku 5 DB9, na bazie tranzystora œciem bramki NOT U1F (74HC04) T3 pojawia siê napiêcie wprowapoprzez rezystor R2 ograniczaj¹cy dzaj¹ce tranzystor w stan przepr¹d wejœciowy. Dodatkowo, miewodzenia. Dioda Zenera zostaje dzy wejœciem a masê w³¹czony zbocznikowana i na wyjœciu uk³ajest rezystor R3 o wartoœci 300kΩ. du US4 pojawi siê napiêcie TEST Z wyjœcia bramki jest sterowany +5V. tranzystor npn T2 poprzez rezysObydwa napiêcia +5V lub tor R11. W przypadku, kiedy na +12,5V podawane s¹ na wyproDo LPT

1 14 2 15 3 16 4 17 5 18 6 19 7 20 8 21 9 22 10 23 11 24 12 25 13

Elektronika Praktyczna 1/2001

wadzenia TEST/VPP mikrokontrolerów. Pojawienie siê napiêcia +5V i +12,5V sygnalizowane jest œwieceniem diody LED D2 (czerwona - w przypadku, kiedy napiêcie jest wy¿sze, dioda œwieci jaœniej, ni¿ kiedy napiêcie wynosi +5V). Czwarty styk gniazda DB9 po³¹czony jest z wejœciem bramki U1A. Poprzez ni¹ podawany jest sygna³ RESET do programowanych mikrokontrolerów. Pozosta³e sygna³y SDOP, TORMIN, TM2, OSC1 steruj¹ce procesem progra-

Rys. 4. Schemat monta¿owy p³ytki drukowanej.

'

Multiprogramator mikrokontrolerów ST62

Rys. 5. Okno programu Windows Epromer.

mowania mikrokontrolera podane s¹ poprzez bufor US2 do programowanych uk³adów.

Monta¿ i uruchomienie

Programator umieszczony jest na dwustronnej p³ytce drukowanej o wymiarach 18x6cm. Na rys. 4 przedstawiono jej schemat monta¿owy. Ze wzglêdu na prostotê budowy monta¿ nie powinien zaj¹æ du¿o czasu. Wiêcej uwagi powinniœmy jednak poœwiêciæ przygotowaniu kabla przejœciowego DB9/ DB25, tak aby nie pope³niæ jakiejœ pomy³ki, która mo¿e spowodowaæ uszkodzenie portu naszego komputera. Gdy zmontujemy nasz¹ przejœciówkê, musimy jeszcze przed pod³¹czeniem koniecznie sprawdziæ poprawnoœæ po³¹czeñ miernikiem. Po zmontowaniu programatora mo¿emy przyst¹piæ do jego uruchamiania. Poprawnie wykonany uk³ad mo¿emy pobie¿nie sprawdziæ bez oprogramowania obs³uguj¹cego, obserwuj¹c diody LED: D1, D2 i D3: - po w³¹czeniu zasilania do uk³adu wszystkie diody powinny siê œwieciæ (komputer nie pod³¹czony), - po pod³¹czeniu komputera i jego uruchomieniu diody D2 i D3 na chwilê gasn¹, po czym przez czas uruchamiania systemu Windows œwiec¹ siê i po uruchomieniu systemu ponownie gasn¹. Ca³y czas œwieci tylko dioda D1 informuj¹ca o obecnoœci napiêcia zasilaj¹cego programator.



Rys. 6. Okno konfiguracyjne programu.

Je¿eli bêdziecie mieli takie objawy dzia³ania programatora, to z du¿¹ doz¹ prawdopodobieñstwa z³o¿ony przez Was uk³ad jest sprawny. Jednak najpewniejsze jest praktyczne sprawdzenie z programem Windows Epromer obs³uguj¹cym programator.

Po zakoñczeniu programowania mikrokontrolera mo¿emy sobie pogratulowaæ i przyst¹piæ do realizacji nowych aplikacji z u¿yciem procesorów rodziny ST62xx. Powodzenia! Krzysztof Górski, AVT [email protected]

Oprogramowanie i obs³uga programatora

Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostêpne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ pcb.html oraz na p³ycie CD-EP01/ 2001 w katalogu PCB.

Po œci¹gniêciu oprogramowania obs³uguj¹cego ze strony internetowej mo¿emy przyst¹piæ do jego zainstalowania. Plik, który musimy œci¹gn¹æ ma oko³o 1,4MB, wiêc jego œci¹ganie nie powinno trwaæ d³ugo. Standardowy proces instalacji przebiega bez ¿adnych problemów i trwa krótko. Na rys. 5 widzimy okno uruchomionego programu. Jego obs³uga nie jest skomplikowana i ju¿ po kilku minutach jesteœmy w stanie opanowaæ go tak, aby móc bez wiêkszych problemów zaprogramowaæ mikrokontroler. Przed przyst¹pieniem do programowania musimy odpowiednio skonfigurowaæ program. W menu wybieramy Configure a nastêpnie Configure Epromer. Otworzy siê okno jak na rys. 6. Z listy wybieramy mikrokontroler, który chcemy zaprogramowaæ oraz port LPT. Zosta³o nam tylko za³adowaæ plik hex i umieœciæ w odpowiedniej podstawce mikrokontroler do zaprogramowania. Proces programowania mo¿emy obserwowaæ na pasku stanu. Wszelkie dodatkowe informacje o przebiegu programowania wyœwietlane s¹ w oknie dialogowym.

WYKAZ ELEMENTÓW Rezystory R1, R11, R12, R17: 3,9kΩ R2, R4, R6..R9: 22kΩ R3, R5, R15, R18: 300kΩ R10: 5,6kΩ R13: 1,1kΩ R14, R16: 820Ω Kondensatory C1: 1000µF/25V C2..C10: 100nF Pó³przewodniki D1..D3: LED prostok¹tne w trzech kolorach D4: 7V5 M1: mostek 1A T1: BC307 T2, T3: BC237 US1: 74HCT04, 4069 US2: 74HCT244 US3..US5: 78L05 Ró¿ne DB9: gniazdo mêskie do druku Podstawki pod mikrokontrolery Dip16: 2 szt. Dip20: 2 szt. Dip28: 2 szt. ARK2/500 2 goldpiny + jumper

Elektronika Praktyczna 1/2001

Szybkoœciomierz modelarski Niezawodny szybkoœciomierz jest niew¹tpliwie bardzo przydatny w wyœcigowym modelu samochodu, zw³aszcza ¿e niewiele kosztuje. W artykule opisano, jak zwyk³y komputerek rowerowy mo¿na zastosowaæ jako dok³adny i tani szybkoœciomierz modelarski.

Zapaleni fani modeli samochodowych s¹ oczywiœcie zawsze zainteresowani sprawnoœci¹ i osi¹gami swoich minipojazdów. W celu dobrania optymalnej przek³adni chcieliby tak dok³adnie, jak to tylko mo¿liwe, wiedzieæ, z jak¹ szybkoœci¹ ich modele siê poruszaj¹. U¿yteczna jest tak¿e znajomoœæ innych parametrów jazdy, na przyk³ad czasu przejazdu czy przejechanej przez model drogi, po ca³kowitym na³adowaniu baterii lub nape³nieniu zbiornika paliwem. W sklepach modelarskich mo¿na nabyæ instrumenty do wykonywania takich pomiarów, a nawet do kompletnej telemetrii, ale ich ceny rozci¹gaj¹ siê od wysokich po przera¿aj¹ce. Dlatego dla modelarzy o ograniczonym bud¿ecie s¹ interesuj¹ce alternatywne rozwi¹zania. Projektant szybkoœciomierza prezentowanego w artykule opracowa³ tak¹ alternatywn¹ konstrukcjê, która jest nie tylko prosta w wykonaniu, ale i tania. Jest to uk³ad dostosowuj¹cy zwyczajny komputerek rowerowy do u¿ycia w roli modelarskiego szybkoœciomierza. Komputerek kosztuje mniej wiêcej od 50 do 100 z³, a mo¿e wyœwietlaæ nie tylko szybkoœæ chwilow¹, ale tak¿e szybkoœæ œredni¹, przebyt¹ drogê i czas przejazdu.

Inny czujnik Artyku³ publikujemy na podstawie umowy z wydawc¹ miesiêcznika "Elektor Electronics". Editorial items appearing on pages 23..25 are the copyright property of (C) Segment B.V., the Netherlands, 1998 which reserves all rights.

Elektronika Praktyczna 1/2001

Ka¿dy prawdopodobnie wie, w jaki sposób komputerek rowerowy otrzymuje impulsy steruj¹ce. S¹ one generowane przez czujnik rejestruj¹cy obroty przedniego ko³a roweru. Czujnik ten sk³ada siê z dwóch elementów. Jednym z nich jest magnes przytwierdzony do szprychy ko³a, a drugim kontaktron, umocowany do przedniego widelca roweru. Kontaktron

jest po³¹czony cienkimi przewodami z komputerkiem, umieszczonym na kierownicy roweru. Przy ka¿dym przejœciu magnesu w pobli¿u kontaktronu, zwiera on na krótko swoje styki, a komputer zlicza impuls. Taki czujnik nie mo¿e byæ u¿yty w modelu. Nawet gdyby uda³o siê umocowaæ magnes do jego ko³a, ca³kowicie utraci³oby ono wywa¿enie i ruch pojazdu nie by³by mo¿liwy. Potrzebny jest wiêc inny rodzaj czujnika. Nasuwaj¹cym siê rozwi¹zaniem jest zastosowanie czujnika optycznego. Jest on czujnikiem bezkontaktowym i beztarciowym, tak jak magnes z kontaktronem, ale bez jakiejkolwiek ruchomej masy. Magnes jest zast¹piony dobrze odbijaj¹cym œwiat³o paskiem na oponie ko³a, a kontaktron czujnikiem odbitego promieniowania. Do odbijania œwiat³a podczerwieni najlepiej pos³u¿y pasek bia³ej lub srebrnej farby. Z doœwiadczeñ wynika, ¿e powinien byæ on szeroki na oko³o 1cm, ale nie powinien byæ szerszy od 1/10 obwodu ko³a. Detektor odbitego promienia powinien byæ oczywiœcie umieszczony w modelu tak, aby móg³ niezawodnie rozró¿niaæ pomalowan¹ powierzchniê opony od niepomalowanej.

Uk³ad dopasowuj¹cy

Jedynym uzupe³nieniem nowego czujnika jest uk³ad dostosowuj¹cy jego sygna³y do wymagañ

 !

Rys. 1. Czujnik OPTO1 zamienia zmiany natê¿enia odbitego œwiat³a na impulsy elektryczne. S¹ one nastêpnie wzmacniane i zliczane, a ich czêstotliwoœæ jest dzielona przez 10.

komputerka. Ma on dwa zadania: musi zamieniaæ impulsy œwietlne w dostatecznie silne impulsy elektryczne oraz musi odpowiednio modyfikowaæ ich czêstotliwoœæ. Pierwsze zadanie nie wymaga dalszych objaœnieñ. Drugie jest zwi¹zane z ró¿nic¹ œrednicy ko³a rowerowego i ko³a modelu samochodu. Mniejsze ko³a przy tej samej szybkoœci pojazdu obracaj¹ siê szybciej, generuj¹ wiêc wy¿sz¹ czêstotliwoœæ impulsów. Œrednicê ko³a daje siê co prawda wprowadziæ do komputerka, ale tylko w zakresie istniej¹cych rozmiarów kó³ rowerowych. Czêstotliwoœæ impulsów czujnika trzeba wiêc odpowiednio obni¿yæ.

Opis uk³adu

Jak widaæ ze schematu na rys. 1, powy¿sze wymagania daje siê spe³niæ stosunkowo prostymi œrodkami. Sercem uk³adu jest transoptor odbiciowy OPTO1, produkowany przez firmê Siemens. W pierwszej wersji uk³adu dioda LED, bêd¹ca Ÿród³em podczerwieni, by³a zasilana napiêciem sta³ym. Rozwi¹zanie to okaza³o siê wadliwe z powodu czu³oœci detektora równie¿ na œwiat³o dzienne. Generowa³ on znaczn¹ liczbê dodatkowych impulsów, bardzo zak³ócaj¹cych pomiar szybkoœci. Do zasilania LED zastosowano wiêc pr¹d zmienny o czêstotliwoœci 10kHz, co pozwoli³o na u¿ycie w obwodzie detektora

"

wzmacniacza napiêæ zmiennych, eliminuj¹cego w znacznym stopniu wp³yw zmian natê¿enia œwiat³a zewnêtrznego. Sygna³ o czêstotliwoœci 10kHz dla LED jest wytwarzany przez oscylator U1a. Bramka U1b jest buforem steruj¹cym tranzystor T1. Gdy bia³y pasek przejdzie przed czujnikiem, jego fototranzystor przez krótki czas przewodzi z czêstotliwoœci¹ 10kHz, a na rezystorze R4 pojawi siê krótki ci¹g impulsów o tej czêstotliwoœci. Sygna³ ten zostaje skierowany przez kondensator C6 do wzmacniacza tranzystorowego (T3 i T4), a po wzmocnieniu na rezystor R15. St¹d, przez bufor U1c, podawany jest na detektor, sk³adaj¹cy siê z diody D2 i rezystorów R6 i R7. Zadaniem detektora jest przetworzenie krótkiej serii impulsów w stan logiczny “1”. Wartoœci elementów s¹ krytyczne, poniewa¿ kondensator C7 powinien zostaæ na³adowany zanim bia³y pasek odsunie siê sprzed czujnika, ale te¿ musi ca³kowicie roz³adowaæ siê przez rezystor R7, zanim pasek ponownie znajdzie siê przed czujnikiem, i nadejdzie nowy ci¹g impulsów. Sygna³ wyjœciowy detektora, za poœrednictwem bufora U1d, przechodzi do ostatniej czêœci uk³adu, licznika U2, dziel¹cego czêstotliwoœæ impulsów przez 10. Tylko wiêc co dziesi¹ty impuls dociera do wyjœciowego tranzystora T2,

którego obwód kolektorowy wchodzi w sk³ad obwodu wejœciowego komputerka rowerowego. Do zasilania uk³adu potrzebne jest napiêcie stabilizowane o wartoœci 5V. Napiêcie to mo¿na zwykle otrzymaæ z modu³u odbiornika WYKAZ ELEMENTÓW Rezystory R1: 220kΩ R2: 120kΩ R3, R9: 10kΩ R4, R14..R16: 1kΩ R5: 33kΩ R6: 3,9kΩ R7: 270kΩ R8: 100Ω R10: 470Ω R11: 8,2kΩ R12: 180Ω R13: 1,8kΩ Kondensatory C1: 100µF/16V C2: 100µF/10V C3, C4: 100nF C5: 1nF C6: 10nF C7: 22nF C8: 1µF/10V Pó³przewodniki D1: dioda Zenera 5,6V, 1,3W D2: 1N4148 T1..T3: BC547B T4: BC557B U1: 74HC132SO U2: 4017SO OPTO1: SFH9201 (Siemens)

Elektronika Praktyczna 1/2001

w modelu. Prototyp by³ zasilany napiêciem 6V, którego dodatkowe filtrowanie zapewnia kondensator C1. Napiêcie to pos³u¿y³o do zasilania diody LED transoptora OPTO1. Pozosta³e obwody s¹ zasilane napiêciem 5,6V poprzez rezystor R1 i diodê Zenera D1. Kondensator C2 s³u¿y do magazynowania ³adunku, a kondensatory C3 i C4 odsprzêgaj¹ U1 i U2.

Monta¿

Uk³ad jest stosunkowo prosty i ze wzglêdu na niewielk¹ liczbê elementów ³atwy w budowie. Sposób jego monta¿u zale¿y od modelu. Musi zostaæ tak umieszczony, aby uk³ad OPTO1 móg³ bezpoœrednio widzieæ bia³y pasek na oponie. Podzespo³y modelu musz¹ oczywiœcie zajmowaæ mo¿liwie ma³o miejsca, dlatego u¿yto elementów do monta¿u powierzchniowego (SMD). Na rys. 2 pokazano obraz œcie¿ek p³ytki drukowanej i rozmieszczenia elementów. Zmontowana p³ytka zosta³a

Elektronika Praktyczna 1/2001

sprawdzona w prototypie szybkoœciomierza w modelu samochodu, trzeba j¹ jednak traktowaæ jako propozycjê jednego z mo¿liwych rozwi¹zañ. W monta¿u szybkoœciomierza w modelu istotn¹ rolê, oprócz uk³adu dopasowuj¹cego, odgrywa umieszczenie samego komputerka rowerowego. Zale¿y ono w du¿ym stopniu od samego modelu. Pozostawiamy to pomys³owoœci konstruktora. Przy³¹czenie szybkoœciomierza jest bardzo proste. Napiêcie zasilaj¹ce 6V nale¿y do³¹czyæ do kondensatora C1 (nie zapominaj¹c o polaryzacji!), a przewody wejœciowe komputerka do rezystora R10. Jak mo¿na zobaczyæ na rys. 2, s¹ do tego przeznaczone koñcówki odpowiednio TP1 i TP2 oraz TP3 i TP4. Wreszcie ostatnia uwaga dotyczy ustalania w komputerku œrednicy ko³a. Nie mo¿na zapomnieæ o wspó³czynniku podzia³u przez 10. Jeœli na przyk³ad œrednica

Rys. 2. Proponowana p³ytka drukowana uk³adu przystosowuj¹cego. Dziêki zastosowaniu elementów SMD jej rozmiary nie przekraczaj¹ rozmiarów pude³ka zapa³ek.

ko³a modelu wynosi 2 cale, to w komputerku nale¿y wybraæ œrednicê 20 cali. --

 #

Transformator elektroniczny P R z regulacją O J E K mocy T Y

Transformator elektroniczny z regulacją mocy AVT−898

W†artykule przedstawiamy konstrukcjÍ nowoczesnego transformatora elektronicznego z†regulacj¹ oddawanej mocy, ktÛrego parametry zoptymalizowano pod k¹tem regulacji jasnoúci úwiecenia øarÛwek halogenowych.

NiskonapiÍciowe øarÛwki halogenowe s¹ coraz powszechniej wykorzystywanym ürÛd³em úwiat³a. Do ich zasilania pocz¹tkowo wykorzystywano klasyczne transformatory sieciowe, a†obecnie przede wszystkim zasilacze impulsowe. Klasyczny impulsowy zasilacz do øarÛwki halogenowej, zwany popularnie îtransformatorem elektronicznymî, jest uk³adem genialnie prostym, choÊ nie wolnym od ograniczeÒ. Jednym z†nich jest brak moøliwoúci regulacji jasnoúci úwiecenia øarÛwki.

Dlaczego nie da siÍ regulowaÊ jasnoúci? Uproszczony schemat elektryczny typowego zasilacza øarÛwek halogenowych (bez uk³adÛw zabezpieczeÒ i†filtru przeciwzak³Ûceniowego) przedstawiony jest na rys. 1. Niezwyk³a prostota struktury uk³adu sprawia, iø jest

Elektronika Praktyczna 1/2001

on wykorzystywany praktycznie w†identycznej postaci prawie we wszystkich zasilaczach o†tym przeznaczeniu. NapiÍcie sieci po odfiltrowaniu przez klasyczny uk³ad filtru przeciwzak³Ûceniowego jest prostowane w†mostku M1. Zasila ono (bez odfiltrowania) uk³ad samowzbudnego falownika pÛ³mostkowego, ktÛry tworz¹ bipolarne tranzystory T1 i†T2 sterowane za pomoc¹ transformatora TR1 po stronie aktywnej oraz kondensatory C4 i†C5 po stronie pasywnej. Na wyjúciu uk³adu mostkowego w³¹czony zosta³ transformator impulsowy obniøaj¹cy wyjúciowe napiÍcie mostka do wartoúci nominalnej dla øarÛwki. Dodatnie sprzÍøenie zwrotne zapewniaj¹ce oscylacje jest realizowane za pomoc¹ w³¹czonego szeregowo z†wyjúciem mostka uzwojenia pierwotnego steruj¹cego transformatora Tr1. Uk³ad jest zasilany wyprostowanym i†nieodfiltrowanym napiÍciem sieci,

27

Transformator elektroniczny z regulacją mocy nym obniøeniu wartoúci pojemnoúci C7, dla zachowania duøej wartoúci wspÛ³czynnika mocy uk³adu, regulator w†dzia³aniu powinien bowiem przypominaÊ autotransformator.

Opis dzia³ania regulatora

Rys. 1. Klasyczny transformator elektroniczny.

przede wszystkim dla zachowania duøej wartoúci wspÛ³czynnika mocy. CzÍstotliwoúÊ pracy jest rzÍdu 30..40kHz. Po w³¹czeniu zasilania uk³ad niestety nie wzbudza siÍ automatycznie i†drgania oscylatora musz¹ zostaÊ zainicjowane w†sposÛb wymuszony. Uk³ad startowy sk³ada siÍ z†dwÛjnika R1, C1 oraz diaka. W†miarÍ jak roúnie napiÍcie zasilaj¹ce falownik, roúnie teø napiÍcie na pojemnoúci C1. W†chwili, gdy osi¹gnie ono prÛg prze³¹czania diaka, kondensator C1 roz³adowuje siÍ poprzez z³¹cze B-E tranzystora T2 zak³Ûcaj¹c na chwilÍ symetriÍ mostka i†rozpoczynaj¹c generacjÍ drgaÒ. Po starcie falownika dioda D2 nie pozwala na na³adowanie pojemnoúci C1, co skutecznie blokuje uk³ad startowy. Naleøy zauwaøyÊ, iø proces uruchamiania powtarza siÍ w kaødym pÛ³okresie napiÍcia sieci, a†wiÍc 100 razy na sekundÍ. Poniewaø falownik jest zasilany napiÍciem nieodfiltrowanym, co 10ms jego chwilowe napiÍcie zasilania osi¹ga wartoúÊ zero, co powoduje zerwanie drgaÒ i†koniecznoúÊ ponownego startowania. NapiÍcie progowe diaka (w 95% konstrukcji jest to DB3 STMicroelectronics) wynosi 32V. UwzglÍdniaj¹c opÛünienie wnoszone przez obwÛd R1 i†C1, prÛg napiÍcia zasilania, przy ktÛrym uk³ad uruchamia siÍ wynosi oko³o 40V. Teraz jest oczywiste, øe to w³aúnie prostota tej konstrukcji

28

nie pozwala na poprawn¹ i†wygodn¹ regulacjÍ jasnoúci úwiecenia øarÛwki, gdyø prÛby manipulacji sta³¹ czasu obwodu startowego R1, C1 pogarszaj¹ wspÛ³czynnik mocy zasilacza i†nigdy nie doprowadz¹ do regulacji w†wystarczaj¹co szerokim zakresie, a†rozwi¹zanie polegaj¹ce np. na wykonaniu odczepÛw na uzwojeniu pierwotnym Tr2 trudno obecnie uznaÊ za eleganckie i†wygodne.

Jak zatem wykonaÊ regulacjÍ? RegulacjÍ jasnoúci úwiecenia øarÛwki moøna przeprowadziÊ za pomoc¹ uk³adu o†schemacie przedstawionym na rys. 2. Nietrudno zauwaøyÊ, iø jest to nieco zmodyfikowany uk³ad stabilizatora obniøaj¹cego napiÍcie (ang. buck regulator), sterowany za pomoc¹ popularnego uk³adu modulatora szerokoúci impulsÛw. Modyfikacja uk³adu polega na znacz-

W†zamyúle autora regulator powinien byÊ urz¹dzeniem autonomicznym, to znaczy takim, do ktÛrego moøna do³¹czyÊ jeden lub kilka fabrycznych zasilaczy impulsowych o†sta³ym napiÍciu wyjúciowym. Zadaniem tego uk³adu by³aby p³ynna regulacja napiÍcia wyjúciowego zasilacza, w†szerokich granicach i†bez pogarszania wspÛ³czynnika mocy. Moøna oczywiúcie wbudowaÊ regulator do wnÍtrza zasilacza impulsowego. Czytelnik, ktÛry zdecyduje siÍ na takie rozwi¹zanie bÍdzie musia³ jedynie uporaÊ siÍ z problemem zasilania uk³adu regulatora. Praca autonomiczna regulatora wymaga zdublowania na wejúciu uk³adu filtru przeciwzak³Ûceniowego oraz prostownika. Na szczÍúcie fakt, iø elementy te istniej¹ juø w†gotowych transformatorach nie ma wp³ywu na pracÍ regulatora. Jak wspomnia³em, uk³ad jest zasilany wyprostowanym i†nieodfiltrowanym napiÍciem sieci, a†na jego wyjúciu wystÍpuje napiÍcie o†takim samym kszta³cie, ale o†mniejszej i†regulowanej amplitudzie. Regulator jest uk³adem poúrednim miÍdzy zasilaczem obniøaj¹cym napiÍcie a†uk³adem ürÛd³a pr¹dowego zasilaj¹cego falownik pÛ³mostkowy. Uk³ad ürÛd³a pr¹dowego w†tym zastosowaniu, a†wiÍc przy uk³adzie samowzbud-

Rys. 2. Regulator mocy w transformatorze elektronicznym.

Elektronika Praktyczna 1/2001

Transformator elektroniczny z regulacją mocy

Rys. 3. Zasada działania układu regulatora mocy.

nym falownika pÛ³mostkowego, stosowanym w†zasilaczu øarÛwkowym, by³by k³opotliwy w†wykonaniu, dlatego taka koncepcja regulatora wydaje siÍ autorowi optymalna. NapiÍcie wyjúciowe z†mostka D1..D4 jest ìsiekaneî z†czÍstotliwoúci¹ oko³o 40kHz na szereg impulsÛw o†amplitudzie rÛwnej chwilowej wartoúci napiÍcia sieci i†wspÛ³czynniku wype³nienia regulowanym p³ynnie za pomoc¹ potencjometru w†zakresie od oko³o 25% do blisko 97% (rys. 3). Tak ukszta³towane impulsy podawane s¹ na wyjúciowy filtr dolnoprzepustowy LC (DL2, C7 - rys. 4), ktÛry usuwa sk³adowe wysokoczÍstotliwoúciowe z†sygna³u wyjúciowego. Charakterystyczn¹ cech¹ uk³adu, odrÛøniaj¹c¹ go od typowego regulatora obniøaj¹cego, jest ma³a wartoúÊ pojemnoúci C7. Nie moøe ona byÊ duøa, gdyø wtedy napiÍcie wyjúciowe zosta³oby odfiltrowane i†wypadkowy wspÛ³czynnik mocy uk³adu uleg³by znacznemu pogorszeniu. Z†kolei za ma³a wartoúÊ tej pojemnoúci powodowa³aby z³e odfiltrowanie wysokoczÍstotliwoúciowych sk³adowych sygna³u wyjúciowego. Sterowanie jasnoúci¹ odbywa siÍ poprzez zmianÍ wspÛ³czynnika wype³nienia impulsu steruj¹cego tranzystorem kluczuj¹cym T1. Do sterowania tranzystora moøna wykorzystaÊ jeden z†wielu dostÍpnych na rynkÛw scalonych sterownikÛw PWM. Waøne jest jedynie, aby charakteryzowa³ siÍ on duø¹ wartoúci¹ maksymalnego wspÛ³czynnika wype³nienia impulsu, co jest

Elektronika Praktyczna 1/2001

istotne z†uwagi na moøliwoúÊ uzyskania maksymalnej jasnoúci úwiecenia øarÛwki. W†uk³adzie modelowym zastosowany zosta³ tani i†popularny sterownik UC3842, w†ktÛrym dokonano prze³¹czenia trybu pracy na napiÍciowy za pomoc¹ dzielnika R7, R6 (chip ten nie jest ìtypowymî uk³adem PWM). Zalet¹ wybranego sterownika jest wysoka wydajnoúÊ pr¹dowa zawartego w†strukturze drivera (rzÍdu 1A), co pozwala na uøycie w†charakterze klucza praktycznie wiÍkszoúci popularnych MOSFET-Ûw mocy na napiÍcie 500V. Elementy R5 i†C5 ustalaj¹ czÍstotliwoúÊ pracy uk³adu, a†R4 ogranicza dolny zakres regulacji wspÛ³czynnika wype³nienia. Do pracy kontrolera PWM potrzebne jest zasilanie. W†opisywanym uk³adzie dodany zosta³

popularny dwuwatowy transformator sieciowy, co jest z†pewnoúci¹ rozwi¹zaniem prostym, ale moøe nie najelegantszym. Z†zasilaniem, szczegÛlnie w†przypadku urz¹dzenia autonomicznego, jest pewien k³opot, gdyø niestety nie moøna zrealizowaÊ go dok³adaj¹c do d³awika DL2 dodatkowe uzwojenie. Przy wspÛ³czynniku wype³nienia impulsu bardzo bliskim jednoúci (jasnoúÊ maksymalna) nie bÍdzie ono w†stanie dostarczyÊ dostatecznej energii kontrolerowi.

Montaø i†uruchomienie Uk³ad regulatora jest prosty, montaø typowy i†z†pewnoúci¹ nie sprawi k³opotÛw. Schemat montaøowy p³ytki drukowanej jest widoczny na rys. 5. Jedynym problemem jest, jak zwykle, d³awik. Jeúli uda siÍ go kupiÊ (nawet o†zbliøonej wartoúci indukcyjnoúci) moøna uøyÊ go w†uk³adzie regulatora. Jeúli nie -†d³awik trzeba wykonaÊ samodzielnie. Do wykonania d³awika potrzebny bÍdzie rdzeÒ typu ETD34 z†materia³u 3C8 lub 3F3 ze szczelin¹ powietrzn¹ 0,5mm (Al=260), drut nawojowy o†úrednicy 1mm i†nieco folii poliestrowej do izolowania nawiniÍtych warstw. Poniewaø d³awik ma jedno uzwojenie (40 zwojÛw), nie ma problemu z†pocz¹tkami i†koÒcami, a†koÒce drutu wystarczy przylutowaÊ do karkasu zgodnie z†rys. 6. Istotne jest, aby

Rys. 4. Schemat elektryczny regulatora.

29

Transformator elektroniczny z regulacją mocy WYKAZ ELEMENTÓW

Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.

uzwojenie nawijaÊ starannie, zwÛj przy zwoju, izoluj¹c starannie kaød¹ warstwÍ foli¹. Dobre rezultaty daje teø lakierowanie kaødej z†warstw lakierem uretanowym w†aerozolu (oczywiúcie plus do tego folia!). NiestarannoúÊ pracy moøe objawiÊ siÍ przebiciami miÍdzywarstwowymi, co z†pewnoúci¹ nie wniesie nic dobrego do pracy uk³adu. Po nawiniÍciu naleøy prowizorycznie w³oøyÊ do karkasu po³Ûwki rdzenia i†skontrolowaÊ indukcyjnoúÊ. Gdy zmierzona wartoúÊ bÍdzie siÍ zawiera³a pomiÍdzy 350 a†500 mikrohenrÛw, nawijanie moøna uznaÊ za zakoÒczone i†rdzeÒ trzeba skleiÊ (øywica epoksydowa itp. klej). Poniewaø handlowcy zajmuj¹cy siÍ magnetykami wyj¹tkowo rzadko wpadaj¹ na pomys³, aby mieÊ w†ofercie magnetyki ze

Rys. 6. Podłączenie wyprowadzeń dławika

30

szczelin¹ powietrzn¹, istnieje prawdopodobieÒstwo, øe poza pewn¹ znan¹ firm¹ wysy³kow¹ (znan¹ m.in. z†opas³ego katalogu), trudno bÍdzie nabyÊ kszta³tkÍ ETD34 ze szczelin¹. W†takiej sytuacji d³awik DL2 naleøy wykonaÊ na rdzeniu kubkowym. Potrzebny bÍdzie rdzeÒ M30/ 19 z†materia³u F2001 (lub 3C8 w†przypadku zagranicznego) i†sta³ej Al=630. Na karkasie nawijamy wtedy 25 zwojÛw drutu o†úrednicy 1mm. Po za³oøeniu koszulek izoluj¹cych na koÒce uzwojenia d³awik bÍdzie moøna uznaÊ za gotowy do sprawdzenia. Zmontowany uk³ad obci¹øamy transformatorem do øarÛwek halogenowych (z øarÛwk¹ - maksymalne dopuszczalne obci¹øenie regulatora wynosi 200W) lub w†przypadku braku tego elementu zwyk³¹ øarÛwk¹ 220V/100W i†w³¹czamy do sieci. åwiecenie øarÛwki powinno byÊ bez drøenia i†migotania, a†prÛby manipulacji potencjometrem powinny skutkowaÊ zmianami jasnoúci. Przy braku úwiecenia trzeba sprawdziÊ wartoúÊ napiÍcia zasilania kontrolera (16..24V), obecnoúÊ impulsÛw steruj¹cych na bramce T1, aø wreszcie sam klucz i†napiÍcie na C6. Na zakoÒczenie moøna dobraÊ wartoúÊ rezystancji R4 tak, aby uzyskaÊ poø¹dan¹ minimaln¹ jasnoúÊ úwiecenia (przy finalnym obci¹øeniu). Na koniec drobna uwaga. Z†powodu specyficznej konstrukcji ìtransformatora elektronicznegoî moøna go tylko obci¹øaÊ

wersja 200W Rezystory R1: 1MΩ R2, R6: 10kΩ R3: 33Ω/0,5W R4: 3,9kΩ R5: 15kΩ R7: 27kΩ Kondensatory C1, C2: 100nF/250VAC (400VDC) C3: 47nF/63V C4: 4,7nF/63V C5: 2,2nF/63V poliestrowy C6: 220µF/25V C7: 220nF/400V Półprzewodniki U1: UC3842 T1: STP8N50 D1..D4: 1N5406 D5: BYT 13−600 D6..D9: 1N4148 Różne DL1: DpsU21L21/3 (ZEI Polfer) lub podobny DL2: rdzeń ETD34 3C8, szczelina 0,5mm plus karkas, uzwojenia wg opisu w tekście lub M30/19 F2001/ Al=630 Tr: TS2/56 radiator dla T1 złączki ARK oprawka bezpiecznika bezpiecznik zwłoczny 2A potencjometr liniowy 4,7kΩ

czyst¹ rezystancj¹. Prostowanie napiÍcia wyjúciowego, a†w†szczegÛlnoúci prÛba jego odfiltrowania jest w†zasadzie rÛwnoznaczna ze spaleniem zasilacza. Ta sama uwaga dotyczy duetu regulator-transformator. Uprzedzaj¹c pytania czytelnikÛw odpowiadam, øe nie da siÍ zrobiÊ w†ten sposÛb zasilacza napiÍcia sta³ego. Poniewaø regulator jest po³¹czony galwanicznie z†sieci¹ energetyczn¹, przy wszelkich prÛbach i†uruchamianiu naleøy zachowaÊ wyj¹tkow¹ ostroønoúÊ. Oú potencjometru reguluj¹cego rÛwnieø musi zostaÊ wyposaøona w†pokrÍt³o z†tworzywa sztucznego. Robert Magdziak, AVT Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostÍpne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ pcb.html oraz na p³ycie CD-EP01/ 2001 w katalogu PCB.

Elektronika Praktyczna 1/2001

Monitor magistrali P R O szeregowych J E K T Y

Monitor magistrali szeregowych, czêœæ 1 AVT-991

Przedstawiamy projekt urz¹dzenia o tzw. “w¹skiej specjalizacji”. Mo¿liwoœæ “podgl¹dania” przesy³anych danych mo¿e siê przydaæ osobom zajmuj¹cym siê konstruowaniem, napraw¹ i konserwacj¹ urz¹dzeñ wspó³pracuj¹cych z szeregowymi magistralami transmisyjnymi. Artyku³ mo¿e te¿ zainteresuje tych dociekliwych Czytelników, którzy patrz¹c na pl¹cz¹ce siê zwoje kabli, chc¹ wiedzieæ “jak to dzia³a i do czego s³u¿y”.

Elektronika Praktyczna 1/2001

Do czego przyda siê ten przyrz¹d

Pomys³ monitora powsta³ w czasie pracy nad pewnym uk³adem, w którym nieustannie pojawia³y siê k³opoty z transmisj¹ magistrali I2C. Marzy³em, by mieæ mo¿liwoœæ podejrzenia danych, które s¹ poprzez tê magistralê w rzeczywistoœci przesy³ane, gdy¿ w ten sposób ³atwo móg³bym znaleŸæ dokuczliwy b³¹d. A kiedy przypomina³em sobie wczeœniejsze podobne sytuacje, doszed³em do wniosku, ¿e tego typu monitor bardzo by mi siê przyda³. Gdyby jeszcze mieæ do dyspozycji uk³ad, który nie tylko œledzi przesy³ane informacje, ale mo¿e tak¿e udawaæ nadawcê i pod³¹czony do linii bêdzie wysy³a³ ustalone wczeœniej sekwencje danych. I oczywiœcie dobrze by by³o wyposa¿yæ monitor w interfejsy innych linii, nie tylko I2C. Proste z pozoru zadanie okaza³o siê nieco trudniejsze ni¿ na pocz¹tku s¹dzi³em, jednak w koñcu powsta³ dzia³aj¹cy prototyp monitora magistrali szeregowych (i rzeczywiœcie pomóg³ rozwi¹zaæ moje problemy). Jego mo¿liwoœci s¹ nastêpuj¹ce: - wspó³pracuje z interfejsami RS232, RS485, I2 C, 1-Wire,

- ma mo¿liwoœæ odczytu danych (praca w trybie monitora), zapisu (praca jako nadajnik) oraz edycji danych odczytanych lub przeznaczonych do wys³ania, - ma mo¿liwoœæ zapamiêtania do 250 plików w pamiêci nieulotnej RAM, - ma opcjê transmisji wybranego pliku jeden raz lub wielokrotnie oraz mo¿liwoœæ okreœlenia liczby danych, które maj¹ byæ odczytane z monitorowanej linii, - ma opcjê tropu, tzn. okreœlenie sekwencji danych, po identyfikacji której uk³ad rozpocznie rejestracjê strumienia danych, - ma mo¿liwoœæ pracy autonomicznej dziêki wykorzystaniu do wyœwietlania danych 2-liniowego wyœwietlacza LCD oraz zasilania zarówno napiêciem sta³ym, jak i zmiennym.

Schemat elektryczny uk³adu

Schemat elektryczny monitora przedstawiono na rys. 1. Prac¹ urz¹dzenia steruje oczywiœcie procesor jednouk³adowy z nieœmiertelnej rodziny '51. W monitorze zastosowany zosta³ procesor AT89C55 z wewnêtrzn¹ pamiêci¹ programu o pojemnoœci 20kB. Jednak równie dobrze mo¿na zastosowaæ AT89C51 lub AT89C52. Zale¿y to od liczby funkcji, w ja-

!!

Monitor magistrali szeregowych kie zostanie wyposa¿ony monitor, a wiêc i od objêtoœci kodu steruj¹cego. W przedstawianej wersji uk³adu objêtoœæ kodu steruj¹cego znacznie przekroczy³a 8kB, co spowodowa³o koniecznoœæ u¿ycia w³aœnie procesora AT89C55. Do procesora pod³¹czona jest pamiêæ RAM (U3) o pojemnoœci

Rys. 1. Schemat elektryczny monitora linii szeregowych.

!"

32kB, któr¹ procesor adresuje za pomoc¹ rejestru równoleg³ego U5. Zastosowanie pamiêci podyktowane zosta³o wzglêdami praktycznymi. Otó¿ czêsto najwiêcej po¿ytecznych informacji mo¿na uzyskaæ analizuj¹c dane z kilku kolejnych transmisji. Po odczycie powinny wiêc zostaæ one zachowane jako oddzielne pliki, aby póŸniej móc je ze sob¹ porównaæ w trybie edycji danych. Pamiêæ RAM przechowuje nie tylko odczytane dane, ale i pewne informacje konfiguracyjne systemu, a jej zawartoœæ nie ulega wymazaniu nawet po od³¹czeniu zasilania dziêki podtrzymaniu bateryjnemu. Litowa bateria (o napiêciu 3V) za poœrednictwem uk³adu U11 zasila jedynie pamiêæ RAM, gdy od³¹czone zostanie napiêcie zasilaj¹ce. Poniewa¿ w tym stanie pamiêæ nie jest ani zapisywana, ani odczytywana, pobierany przez ni¹ pr¹d jest minimalny i pojemnoœæ baterii wystarczy na bardzo d³ugi okres pracy. ¯eby jeszcze dodatkowo przed³u¿yæ jej czas “¿ycia”, mo¿na w czasie gdy przyrz¹d jest nie u¿ywany roz³¹czyæ zworê JP8, odcinaj¹c tym samym awaryjne zasilanie pamiêci RAM. Poniewa¿ urz¹dzenie pomyœlane zosta³o jako przenoœne, do komunikacji z u¿ytkownikiem wykorzystany zosta³ wyœwietlacz LCD. Okaza³o siê, ¿e wystarczaj¹cy komfort obs³ugi zapewnia wyœwietlacz z dwiema 16-znakowymi liniami. Dziêki temu górna linia mo¿e pe³niæ rolê pola edycji, a dolna pola statusu, w którym wyœwietlane s¹ podstawowe informacje o aktualnym stanie urz¹dzenia. Zarówno pamiêæ RAM, wyœwiet-

Elektronika Praktyczna 1/2001

Monitor magistrali szeregowych lacz, jak i uk³ad U16 traktowane s¹ przez procesor jako czêœæ zewnêtrznej przestrzeni adresowej, z której mo¿na zarówno odczytywaæ, jak i zapisywaæ dane poprzez port P0. Poniewa¿ przestrzeñ ta jest wspólna, to mo¿e zainteresowaæ dociekliwych gdzie w przedstawionym na rys. 1 uk³adzie znajduje siê dekoder adresów, za pomoc¹ którego procesor wybiera uk³ad, do którego chce siê odwo³aæ. Rolê takiego dekodera pe³ni¹ bramki U14C i D, linia / WR procesora oraz port P1.4. Przyjêto, ¿e procesor chc¹c wypisaæ do wyœwietlacza nowe dane odwo³uje siê do adresu FFFFh. Poniewa¿ pamiêæ RAM u¿ywa tylko 15 linii adresowych (od A0 do A14), wpisuj¹c jakiekolwiek dane do wyœwietlacza pod adres FFFFh, jednoczeœnie wpisujemy je do pamiêci RAM pod adres 7FFFh. Oznacza to, ¿e komórka pamiêci o tym adresie nie powinna byæ u¿ywana do przechowywania informacji, gdy¿ adres ten jako jedyny jest wspó³dzielony przez oba uk³ady. Natomiast adresy od 0000h do 7FFEh s³u¿¹ wy³¹cznie do zapisu i odczytu danych do/z pamiêci RAM. W ten sposób uk³ad dekodera adresów zosta³ znacznie uproszczony. Nale¿y jeszcze wyjaœniæ, co bêdzie siê dzia³o z uk³adem U16, gdy po³¹czony jedynie z lini¹ adresow¹ A0 bêdzie reagowa³ na zapis i odczyt danych spod dowolnego adresu, co mog³oby zak³óciæ pracê uk³adu monitora. Problem ten rozwi¹zano przez u¿ycie portu P1.4. Wysoki poziom na tej linii powoduje ustawienie wyprowadzeñ DB0..7 uk³adu U16 w stan wysokiej impedancji. Jednoczeœnie sygna³ ten, po zanegowaniu przez bramkê U14B, poprzez uk³ad U11 podawany jest na wejœcie /CS pamiêci, powoduj¹c jej uaktywnienie. Zmiana poziomu portu P1.4 powoduje z kolei zablokowanie pamiêci i odblokowanie uk³adu U16. W efekcie kilka uk³adów mo¿e korzystaæ ze wspólnej magistrali portu P0 procesora i byæ bezkolizyjnie obs³ugiwanych. Oprócz uk³adów niezbêdnych do gromadzenia i wyœwietlania danych, w sk³ad monitora wchodz¹ uk³ady scalone interfejsów, przekszta³caj¹ce sygna³y z podgl¹danych linii na sygna³y o poziomie

Elektronika Praktyczna 1/2001

akceptowanym przez procesor. W przypadku linii RS232 s³u¿y do tego uk³ad U6, którego po³¹czenia z gniazdem P1 konfiguruj¹ zwory ustawiane w gnieŸdzie JP10. Sposób u¿ycia tych zwór zostanie opisany dalej, w czêœci poœwiêconej obs³udze linii ³¹cza RS232. Z kolei, jako interfejs 2przewodowej linii RS485 zastosowano uk³ad U1. Zarówno U1, jak i U16 do³¹czone s¹ do tych samych linii Tx i Rx procesora. O tym, który z nich aktualnie ³¹czy siê z lini¹ Rx decyduje poziom sygna³u na wyprowadzeniu P1.5 procesora. Do komunikacji z magistral¹ I2 C s³u¿y wspomniany ju¿ wczeœniej uk³ad U16. Jedynie 1-przewodow¹ magistralê 1-Wire uk³adów DALLAS-a obs³uguje bezpoœrednio procesor za pomoc¹ portu P1.2. Do sterowania prac¹ monitora s³u¿¹ 4 mikroprzyciski oraz obrotowy impulsator, który w skrócie bêdzie nazywany “klikerem”. Funkcja poszczególnych przycisków zale¿y oczywiœcie od programu steruj¹cego. W opracowanej wersji urz¹dzenia przyciski START i STOP s³u¿¹ zazwyczaj do inicjacji i zakoñczenia procesu (np. monitorowania linii), przycisk SHT wybiera poszczególne opcje pracy, a naciœniêcie YES powoduje akceptacjê wyboru. Za pomoc¹ klikera dokonuje siê ustawienia wartoœci parametru. Poniewa¿ w uk³adzie monitora brak jest klawiatury cyfrowej, u¿ycie pokrêcanego klikera u³atwia wybranie wartoœci z obszernego przedzia³u liczb od 0 do 255. W celu zapewnienia prawid³owego startu uk³adu po w³¹czeniu zasilania uk³ad U10 generuje kilkumilisekundowy impuls RESET, podawany do niektórych z pozosta³ych uk³adów scalonych. Dioda LED D2 s³u¿y do sygnalizacji faktu odczytu danych z wybranej linii, natomiast stabilizator U12 dostarcza napiêcia zasilaj¹cego +5V.

Oprogramowanie procesora steruj¹cego

Przedstawiony uk³ad elektryczny mo¿na traktowaæ jako ramê, w której mo¿na umieœciæ niemal dowolny program steruj¹cy. W programie tym mo¿na zrezygnowaæ z czêœci mo¿liwoœci monitora, np. z obs³ugi niektórych linii, albo dodaæ nowe,

specyficzne funkcje, w zale¿noœci od potrzeb konstruktora. Ja chcia³bym teraz przedstawiæ swoj¹ wersjê oprogramowania uk³adu, któr¹ dostosowa³em do w³asnych potrzeb, zwi¹zanych z prac¹. Oprogramowanie monitora w tej wersji umo¿liwia pracê uk³adu w trzech trybach: Edycji, Odczytu i Zapisu. Informacje prezentowane przez wyœwietlacz zmieniaj¹ siê w zale¿noœci od wybranego trybu. Przyk³adowy wygl¹d wyœwietlacza (i znaczenie wyœwietlanych informacji) mo¿e byæ nastêpuj¹cy: ******************* * Monitor linii * -1 *RS232 0000 E &00 * -2 ******************* -3 -4 -5 -6 -7 - 1 pole edycji, - 2 pole statusu, - 3 wskaŸnik aktywnej linii (RS232, RS485, I2C, 1-Wire), - 4 licznik odczytanych bajtów lub pozycja kursora w edytowanym pliku, - 5 wskaŸnik aktywnego trybu, - 6 symbol wyboru opcji, - 7 numer aktywnego pliku. Tryb Edycji Tryb ten stanie siê aktywny po wyœwietleniu na pozycji 5 litery “E”. Korzystaj¹c z klikera nale¿y przesun¹æ migoc¹cy kursor na pozycjê 5, nacisn¹æ klawisz SHT, nastêpnie klikerem wybraæ nazwê trybu pojawiaj¹c¹ siê w polu edycji i potwierdziæ wybór klawiszem YES. Po naciœniêciu klawisza START w polu edycji wyœwietlona zostanie zawartoœæ pliku, którego numer widoczny jest na pozycji 7. Je¿eli plik jest pusty, wyœwietlona zostanie wartoœæ 00h i mo¿na przyst¹piæ do samodzielnego wpisywania pliku. Zmiany wartoœci wpisywanych bajtów w zakresie 0..FFh dokonuje siê za pomoc¹ klikera. Po naciœniêciu SHT pojawia siê migocz¹cy kursor i znowu korzystaj¹c z pomocy klikera mo¿na go przesun¹æ nad dowolnie wybrany bajt, którego zawartoœæ mo¿na zmieniaæ w opisany przed chwil¹ sposób. Oprócz zmiany wartoœci bajtu mo¿liwe s¹ jeszcze dwie operacje w trybie edycji. Krêc¹c klikerem w lewo doprowadzimy do pojawienia siê symbolu “in”, co oznacza, ¿e w miejscu wskazywanym przez kursor plik zostanie

!#

Monitor magistrali szeregowych rozsuniêty i zostanie wstawiony dodatkowy bajt. Z kolei symbol “cl” oznacza, ¿e bajt wskazywany przez kursor zostanie skasowany, a rozmiar pliku zmniejszony o 1. Oprócz tego, w zale¿noœci od rodzaju interfejsu, w edytowanym pliku mog¹ pojawiæ siê dodatkowe symbole oznaczaj¹ce operacje zwi¹zane z danym typem linii. Przy ka¿dym, opisanym trochê dalej typie linii zamieszczony zostanie wykaz dodatkowych symboli i funkcji. Zamykanie trybu edycji, tak jak i zamykanie pozosta³ych trybów nastêpuje po naciœniêciu klawisza STOP. Tryb Odczytu Tryb ten stanie siê aktywny po wyœwietleniu na pozycji 5 litery “R. W tym trybie, w zale¿noœci od wybranego typu linii (co wyœwietlane jest na pozycji 3) aktywny jest jeden z interfejsów. Uk³ad pracuje wtedy jako monitor odczytuje dane pojawiaj¹ce siê na linii i zapisuje je do pamiêci

RAM. Dzia³anie uk³adu w tym trybie mo¿e byæ modyfikowane poprzez zmianê jego parametrów. Do opcji zmiany parametrów wchodzi siê po ustawieniu kursora w pozycji 6 i naciœniêciu SHT. Wtedy mamy mo¿liwoœæ zaprogramowania: - Szybkoœci transmisji, co jest niezbêdne w przypadku wspó³pracy z liniami RS232 i RS485. Ustawiane szybkoœci transmisji to: 600, 1200, 2400, 4800, 9600 i 19200 bodów. - Liczby bajtów, które w trybie odczytu zostan¹ zapisane w pamiêci RAM. Istnieje mo¿liwoœæ zaprogramowania zapisu od 1 do 255 bajtów lub iloœci ograniczanej jedynie dostêpn¹ pamiêci¹ RAM, co oznacza symbol “xx”. - Wyœwietlania znaków w formacie heksadecymalnym lub alfanumerycznym. To ustawienie dotyczy wszystkich trybów pracy. - Wybrania opcji tropu. Ta mo¿liwoœæ wymaga trochê dok³adniejszego opisu. Czêsto siê zda-

rza, ¿e podczas podgl¹dania danych interesuj¹ca jest tylko pewna ich czêœæ, która powinna zostaæ zapamiêtana do póŸniejszej, dok³adnej analizy. Je¿eli taki istotny fragment poprzedzony bywa zawsze tak¹ sam¹ znan¹ sekwencj¹ znaków, np. “abcd”, to w³¹czenie opcji tropu spowoduje, ¿e monitor rozpocznie rejestracjê danych dopiero po zidentyfikowaniu wspomnianej wczeœniej sekwencji. Tropem bêdzie w³aœnie przyk³adowa sekwencja “abcd”. Oprogramowanie monitora pozwala rêcznie zapisaæ sekwencjê znaków tropu (do 60 znaków) oraz w³¹czyæ lub wy³¹czyæ opcjê tropu. Ka¿dorazowy zapis danych do pamiêci RAM powoduje œwiecenie diody LED. Tryb Zapisu Tryb ten stanie siê aktywny po wyœwietleniu na pozycji 5 litery “W”. W trybie zapisu uk³ad symuluje nadajnik, wysy³aj¹c wybranym wczeœniej typem linii zawartoœæ pliku, który ustawiony jest jako aktywny. Jako parametry tego trybu mo¿na ustawiæ szybkoœæ transmisji i liczbê powtórzeñ: transmisjê jednokrotn¹ lub ci¹g³e wysy³anie zawartoœci pliku do momentu naciœniêcia klawisza STOP. W trybie zapisu istnieje mo¿liwoœæ natychmiastowego przejœcia do trybu odczytu. Przydaje siê to w sytuacjach, gdy nadajnik i odbiornik pracuj¹ w trybie przesy³ania z potwierdzeniem i zale¿y nam na zarejestrowaniu odpowiedzi odbiornika. Je¿eli na koñcu wysy³anej sekwencji w trybie zapisu umieszczony zostanie symbol “/i”, monitor natychmiast przejdzie do trybu odbioru i zgodnie z ustawionymi wczeœniej warunkami (liczb¹ znaków do odczytu i poszukiwaniem tropu, o ile taka opcja jest w³¹czona) utworzy i zapisze nowy plik o numerze starszym od dotychczas istniej¹cych. Ryszard Szymaniak, AVT [email protected] Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostêpne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ pcb.html oraz na p³ycie CD-EP01/ 2001 w katalogu PCB.

!$

Elektronika Praktyczna 1/2001

Zestaw uruchomieniowy dla procesorów P R O rodzin J E AVR K iT ‘51 Y

Zestaw uruchomieniowy dla procesorów rodzin AVR i ‘51, część 1 AVT−992

W†numerze 3/2000 Elektroniki Praktycznej pozwoli³em sobie zaprezentowaÊ Czytelnikom projekt zestawu uruchomieniowego dla procesorÛw 89CX051. By³em zaskoczony ogromnym zainteresowaniem, jakie wzbudzi³ ten uk³ad, spowodowanym zapewne niemalej¹c¹ atrakcyjnoúci¹ ìma³ychî procesorÛw z†rodziny '51. NastÍpstwem tego rezonansu cztelniczego jest kolejny projekt doskonalszego zestawu uruchomieniowego.

Elektronika Praktyczna 1/2001

Procesory z†rodziny '51 s¹ wieczne: by³y ìzawszeî, s¹ nadal chÍtnie stosowane i†nic nie wskazuje, aby w†najbliøszym czasie ich popularnoúÊ zaczͳa maleÊ. Nie oznacza to bynajmniej, abyúmy nie interesowali siÍ innymi rodzinami procesorÛw, szczegÛlnie tymi, ktÛre s¹ pewnego rodzaju ìnastÍpcamiî rodziny '51. Mam tu na myúli nowoczesne procesory AVR produkowane przez firmÍ Atmel i†zdobywaj¹ce sobie coraz wiÍksz¹ popularnoúÊ zarÛwno na úwiecie, jak i†w†naszym kraju.

Dlaczego napisa³em prowokacyjnie, øe procesory AVR s¹ nastÍpcami rodziny '51? Przecieø s¹ to jednostki o†zupe³nie odmiennej architekturze i†z†pozoru nie maj¹ nic wspÛlnego z†popularnymi '51. Mia³em na myúli inn¹, wspÛln¹ cechÍ tych uk³adÛw: identyczne rozmieszczenie wyprowadzeÒ wiÍkszoúci procesorÛw AVR i†'51, od ktÛrej to regu³y wyj¹tkami s¹ jedynie procesory AVR w†obudowach 8-nÛøkowych. Procesory AVR posiadaj¹ liczne cechy, ktÛre predestynuj¹ je do zastosowania nie tylko w†profes-

37

Zestaw uruchomieniowy dla procesorów rodzin AVR i ‘51 jonalnych konstrukcjach. Ze wzglÍdu na ³atwoúÊ programowania, duø¹ uniwersalnoúÊ i†relatywnie nisk¹ cenÍ s¹ takøe idealnymi elementami konstrukcyjnymi dla zaawansowanych amatorÛw. A†oto cechy tych procesorÛw, ktÛre uwaøam za szczegÛlnie istotne: - Wszystkie bez wyj¹tku procesory AVR mog¹ byÊ programowane w†systemie poprzez z³¹cze SPI. Jakie to daje korzyúci, nie trzeba chyba nikomu t³umaczyÊ. Budowa programatorÛw tych procesorÛw jest banalnie prosta. Programowanie ISP daje ogromne oszczÍdnoúci czasu, szczegÛlnie kiedy uøywamy tak popularnego ostatnio pakietu BASCOM AVR. Po napisaniu programu, w†momencie kiedy chcemy sprawdziÊ jego dzia³anie, wystarczy tylko naciúniÍcie jednego klawisza, aby po kilku kilkunastu sekundach mÛc przyst¹piÊ do jego testowania w†uruchamianym uk³adzie. - Wszystkie procesory AVR wyposaøone s¹ w†wewnÍtrzn¹ nieulotn¹ pamiÍÊ danych typu EEPROM. A†zatem, w†wiÍkszoúci przypadkÛw zbÍdne jest do³¹czanie do nich zewnÍtrznej sta³ej pamiÍci danych. - Ogromne znaczenia ma ich kompatybilnoúÊ ìpinowaî z†procesorami '51. AVR-y s¹ bez porÛwnania szybsze od procesorÛw '51 i†kiedy np. procesor z†rodziny '51 ìnie wyrabia siÍî w†jakimú uk³adzie, to moøemy bez wiÍkszych przerÛbek zast¹piÊ go nowoczeúniejsz¹ i†szybsz¹ jednostk¹ AVR. PrzerÛbki bÍd¹ polegaÊ jedynie na zmianie uk³adu zerowania procesora i†ewentualnej wyminie rezonatora kwarcowego, a†niekiedy takøe na usuniÍciu zbÍdnej juø zewnÍtrznej pamiÍci EEPROM. - Wielu CzytelnikÛw z†pewnoúci¹ zauwaøy, øe sama kompatybilnoúÊ ìwyprowadzeniowaî procesorÛw niewiele nam daje. Przecieø s¹ to procesory o†zupe³nie innej architekturze, programowane za pomoc¹ zupe³nie innych jÍzykÛw. Jest to prawda, ale nie zawsze prawda. Jeøeli program na ìstar¹î '51 by³ napisany w†jÍzyku MCS BASIC, to moøemy go bez wiÍkszych przerÛbek zastosowaÊ do zaprogramowania procesora AVR! JÍ-

38

zyki stosowane w†pakietach BASCOM8051 i†BASCOM AVR praktycznie nie rÛøni¹ siÍ od siebie, a†rÛønice polegaj¹ g³Ûwnie na odmiennym nazwaniu pinÛw poszczegÛlnych portÛw i†dodatkowych funkcjach wystÍpuj¹cych w†procesorach AVR (np. obs³uga wewnÍtrznej pamiÍci danych EEPROM, watchdoga czy teø przetwornikÛw analogowo-cyfrowych). RÛønice w†kodzie maszynowym procesorÛw s¹ juø wy³¹cznie ìzmartwieniemî kompilatora! PrzerÛbka programu napisanego w†MCS BASIC z†procesora '51 na AVR bÍdzie najczÍúciej polega³a na wykonaniu kilku ca³kowicie automatycznych czynnoúci, wykorzystuj¹cych polecenia find i†replace. Wszystko to, co napisa³em sprawi³o, øe postanowi³em zaprojektowaÊ dla Was kolejny zestaw uruchomieniowy - uniwersaln¹ p³ytkÍ testow¹ przeznaczon¹ tym razem dla wiÍkszoúci procesorÛw AVR. Podczas projektowania uk³adu pomin¹³em tylko jeden typ procesora AVR: AT90S2333 (AT90S4433). Rozbudowywanie p³ytki o†jeszcze jedn¹, tym razem 28-pinow¹ podstawkÍ nie wydawa³o mi siÍ celowe, tym bardziej, øe podstawek pod procesory mamy na niej juø aø 5! Aby jednak umoøliwiÊ korzystanie takøe i†z†tego typu procesora, zaprojektowa³em dodatkow¹ p³ytkÍ - reduktor umoøliwiaj¹cy umieszczenie procesora AT90S2333 w†podstawce przeznaczonej dla AT90S8535 i†jego odpowiednikÛw. Problem powsta³ takøe z†procesorami typu AVR ATMEGA 103/603. S¹ to potÍøne maszyny, dysponuj¹ce aø szeúcioioma portami wejúciowowyjúciowymi, pamiÍci¹ programu o†pojemnoúci 128kB i†kilkoma innymi ìsympatycznymiî cechami. Na p³ytce testowej znajduje siÍ wiele elementÛw umoøliwiaj¹cych przeprowadzenie interesuj¹cych eksperymentÛw z†procesorami AVR, a†takøe przetestowanie programÛw przed zaprojektowaniem docelowej p³ytki obwodu drukowanego. Nie umieúci³em jednak na niej podzespo³Ûw, ktÛre uøywane s¹ doúÊ powszechnie w†uk³adach procesorowych: wyúwietlaczy siedmiosegmentowych LED.

Uk³ad jest przeznaczony przede wszystkim do stosowania procesorÛw AVR. Nie oznacza to, øe nie moøemy na naszej p³ytce uruchomieniowej testowaÊ uk³adÛw z†procesorami na '51. Wspomniana juø kompatybilnoúÊ wyprowadzeniowa umoøliwia umieszczenie na p³ytce prawie wszystkich procesorÛw '51. Jednak tryb programowania w†systemie bÍdzie dostÍpny tylko w†przypadku niektÛrych procesorÛw (np. '8252). Oczywiúcie, bez najmniejszych problemÛw moøemy stosowaÊ programator ìQuasi ISPî AVT-887.

Opis uk³adu Schemat elektryczny zestawu uruchomieniowego pokazano na rys. 1. Sk³ada siÍ on z†nastÍpuj¹cych elementÛw: 1. Podstawka pod procesory w†obudowach 20-pinowych. Moøna w†niej umieúciÊ uk³ad typu AT90S2313, AT90S1200 oraz procesory z†rodziny '51 - 'X051. Podstawka ta oznaczona jest na p³ytce jako IC1. 2. Podstawka pod procesory w†obudowach 40-pinowych z†zasilaniem doprowadzonym do koÒcÛwek 10 i†11 (czyli IC2). W†podstawce tej doskonale czuje siÍ procesor AT90S8535, a†takøe jego kuzyni o†takiej samej liczbie wyprowadzeÒ i†identycznie do³¹czonym zasilaniu. 3. Bardzo interesuj¹cymi uk³adami s¹ ìma³eî AVR, czyli np. AT90S2323. Ten malutki procesorek znajdzie dla siebie miejsce w†podstawce oznaczonej jako IC3. 4. Pora na mojego faworyta, czyli ìmaleÒkiegoî AT TINY22 i†jego odpowiednika AT90S2343. Przeznaczona dla niego podstawka jest jedyn¹, do ktÛrej nie zosta³ do³¹czony rezonator kwarcowy. PowÛd tej decyzji jest prosty: te malutkie procesorki doskonale obywaj¹ siÍ bez zewnÍtrznych rezonatorÛw, pracuj¹c z†kompletnym oscylatorem wewnÍtrznym o†czÍstotliwoúci 1MHz. Moøna je umieúciÊ w†podstawce oznaczonej jako IC4. 5. I†wreszcie kolej na uk³ady 40-nÛøkowe, z†zasilaniem do³¹czonym ìpo przek¹tnejî, czyli do nÛøek 20 i†40. Przedstawicielem tej grupy moøe byÊ procesor AT90S8515, a†takøe jego ìpino-

Elektronika Praktyczna 1/2001

Zestaw uruchomieniowy dla procesorów rodzin AVR i ‘51

Rys. 1. Schemat elektryczny zestawu uruchomieniowego.

Elektronika Praktyczna 1/2001

39

Zestaw uruchomieniowy dla procesorów rodzin AVR i ‘51 wyî odpowiednik z†rodziny '51 - AT89S8252. Procesor ten moøe byÊ takøe programowany poprzez magistralÍ SPI i†znajdzie dla siebie miejsce w†podstawce IC5. 6. Jednym z†najwaøniejszych elementÛw naszego uk³adu jest z³¹cze do programowania procesorÛw w†systemie, czyli I(n) S(ystem) P(rogramming). Jednak z†tym w³aúnie z³¹czem pojawi³ siÍ ma³y problem. OtÛø, w†procesorach 40i†20-koÒcÛwkowych wszystkie aktywne koÒcÛwki ³¹cza SPI doprowadzone s¹ do tych samych wyprowadzeÒ tego samego portu: MOSI do PB5, MISO do PB6, SCK do PB7, no i†oczywiúcie RST do wejúcia zeruj¹cego procesorÛw. Niestety, inaczej jest w†przypadku procesorkÛw w†obudowach 8-koÒcÛwkowych. Pocz¹tkowo myúla³em o†zastosowaniu elektronicznego prze³¹cznika, ale w†koÒcu postawi³em nadmiernie nie komplikowaÊ uk³adu i†poszed³em na ³atwiznÍ, umieszczaj¹c na p³ytce dwa z³¹cza ISP: jedno dla procesorÛw 8-koÒcÛwkowych, a†drugie dla pozosta³ych. S¹ to z³¹cza CON7 i†CON7A, w†ktÛrych rozk³ad wyprowadzeÒ odpowiada rozk³adowi sugerowanemu przez firmÍ ATMEL. Tak wiÍc wystarczy jedynie po³¹czyÊ p³ytkÍ testow¹ z†programatorem AVR AVT871 i†w†BASCOM-ie AVR nacisn¹Ê klawisz F7, aby po paru sekundach mieÊ zaprogramowany w†systemie procesor! 7. Wszechobecnym elementem kaødego systemu mikroprocesorowego jest rezonator kwarcowy. Nie inaczej jest na naszej p³ytce, gdzie zosta³ umieszczony rezonator Q1, o†czÍstotliwoúci podstawowej 8MHz, akceptowanej przez wszystkie typy procesorÛw AVR i†oczywiúcie takøe przez '51. 8. Jednym z†najwaøniejszych elementÛw na naszej p³ytce uruchomieniowej jest magistrala I2C. Zainstalowanie tego ìuk³adu krwionoúnegoî systemÛw mikroprocesorowych i†doprowadzenie go nie tylko do elementÛw, ktÛre moøemy umieúciÊ na p³ytce, ale takøe do dostÍpnego z†zewn¹trz z³¹cza CON14, otwiera przed nami ogromne moøliwoúci. Mam tu na myúli moøliwoúÊ wykorzysta-

40

nie ogromnej liczby uk³adÛw peryferyjnych sterowanych ìi kwadratemî. Trudno mi nawet policzyÊ, ile opisÛw takich uk³adÛw zamieúciliúmy juø w†Elektronice Praktycznej, ale wiem, øe sam mam na sumieniu kilka takich modu³Ûw. Magistrala I2C do³¹czona jest do pinÛw PB6 i†PB7 procesorÛw w†obudowach 20i†40-koÒcÛwkowych. Do³¹czanie I2C do najmniejszych procesorkÛw nie wydawa³o mi siÍ celowe, ale zawsze moøemy to uczyniÊ, wykorzystuj¹c P1...P4. Do z³¹cz P1, P2, P3 i†P4 doprowadzone zosta³y wyprowadzenia wszystkich portÛw procesorÛw. Kaøde z³¹cze sk³ada siÍ z†podwÛjnego szeregu goldpinÛw, co umoøliwia wygodne do³¹czanie do nich nawet dwÛch przewodÛw montaøowych jednoczeúnie. 10. Do zainstalowanej w†systemie magistrali I 2C do³¹czone s¹ dwa ekspandery typu PCF8574 IC6 i†IC8. W†taki to prosty sposÛb uzyskujemy dwa dodatkowe, oúmiobitowe porty wejúciowowyjúciowe, ktÛre mog¹ okazaÊ siÍ wrÍcz bezcenne przy pracy z†procesorami o†mniejszej liczbie dostÍpnych wyprowadzeÒ. Wyjúcia ekspanderÛw do³¹czone s¹ do z³¹cz CON2 i†CON4. Wysy³anie danych do uk³adÛw PCF8574 jest z†poziomu jÍzyka MCS BASIC wyj¹tkowo proste i†sprowadza siÍ do wydanie polecenia: I2CSEND [adres do zapisu], [dane]

Adres do zapisu uk³adu IC8 zosta³ sprzÍtowo ustawiony na 114, a†uk³adu IC6 na 112. Odczytu danych z†dodatkowych portÛw dokonujemy (po uprzednim ustawieniu ì1î na wejúciach, ktÛrych stany mamy odczytaÊ) za pomoc¹ polecenia: I2CRECEIVE [adres do odczytu], [dane].

Adresami do odczytu uk³adÛw IC6 i†IC6 s¹ odpowiednio 113 i†115. 11. Do z³¹cz CON2 i†CON4 moøemy za pomoc¹ jumperÛw do³¹czyÊ wejúcia uk³adÛw IC7 drivera mocy zasilaj¹cego do³¹czone do jego wyjúÊ odbiorniki od strony masy i†IC9 - drivera zasilaj¹cego uk³ady o†duøym poborze pr¹du od strony plusa zasilania. Oczywiúcie, do³¹czanie wejúÊ tych driverÛw do uk³adÛw

PCF8574 nie jest jedynym rozwi¹zaniem. RÛwnie dobrze moøemy po³¹czyÊ je za poúrednictwem wyprowadzeÒ z³¹cz CON2 i†CON4 bezpoúrednio z†wyjúciami procesora, a†ekspandery PCF8574 wykorzystaÊ do innych celÛw lub w†ogÛle zrezygnowaÊ z†ich stosowania. Warto jeszcze zauwaøyÊ, øe zasilanie uk³adu TD62786 zosta³o do³¹czone nie do ìcyfrowegoî napiÍcia zasilania wynosz¹cego +5VDC, ale do z³¹cza CON10, na ktÛrym wystÍpuje napiÍcie +12VDC. Daje to nam moøliwoúÊ zasilania urz¹dzeÒ wymagaj¹cych w³aúnie takiego napiÍcia, w†tym przekaünikÛw, silnikÛw krokowych, silnikÛw pr¹du sta³ego i†innych. Poniewaø dysponujemy moøliwoúci¹ zasilania tych uk³adÛw zarÛwno od strony masy, jak i†od strony napiÍcia +12V, uzyskujemy moøliwoúÊ sterowania silnikami krokowymi dwufazowymi, ktÛre wymagaj¹ zmiany biegunowoúci napiÍcia na ich cewkach. Zmiana biegunowoúci zasilania odbiornikÛw pr¹du sta³ego, uzyskana przez zastosowanie komplementarnych driverÛw, moøe byÊ takøe wykorzystana do sterowania silnikÛw pr¹du sta³ego z†moøliwoúci¹ nie tylko regulacji prÍdkoúci obrotÛw, ale takøe zmiany ich kierunku. 12. Magistrale I 2C i†SPI nie s¹ jedynymi kana³ami komunikacyjnymi, za pomoc¹ ktÛrych procesor umieszczony na naszej p³ytce moøe komunikowaÊ siÍ ze úwiatem zewnÍtrznym. Mamy jeszcze do dyspozycji wbudowany w†wiÍkszoúÊ procesorÛw AVR i† 51 port RS232. Po³¹czenie procesora z†komputerem, wykorzystuj¹ce transmisjÍ po z³¹czu szeregowym zrealizowane jest za pomoc¹ znanego kaødemu elektronikowi uk³adu scalonego typu MAX232 - IC10. Wyprowadzenie T1IN i R1OUT tego uk³adu zosta³y do³¹czone odpowiednio do wyprowadzeÒ TXD i†RXD procesorÛw, oczywiúcie z†wyj¹tkiem ìma³ychî, 8-nÛøkowych procesorÛw AVR. 13. Kolejnym kana³em informacyjnym umoøliwiaj¹cym komunikacjÍ procesorÛw z†uk³adami peryferyjnymi jest magistrala 1WIRE, szeroko stosowana w†popularnych uk³adach firmy DAL-

Elektronika Praktyczna 1/2001

Zestaw uruchomieniowy dla procesorów rodzin AVR i ‘51 LAS. Z³¹czem, do ktÛrego moøemy do³¹czyÊ ìmagiczneî tabletki DALLAS-a, termometry cyfrowe, prze³¹czniki i†inne uk³ady akceptuj¹ce transmisjÍ 1WIRE jest CON15, ktÛre przekazuje przesy³ane informacje do pinu 0†portu B†procesorÛw. Warto podkreúliÊ, øe transmisja z†protoko³em 1WIRE jest obs³ugiwana z†poziomu jÍzyka MCS BASIC rÛwnie prosto jak magistrali I 2 C. S³uøy do tego zestaw poleceÒ: 1WRESET, 1WREAD i†1WWRITE. Poniewaø jestem zagorza³ym fanem pakietÛw BASCOM, podam Wam prosty przyk³ad obs³ugi transmisji 1WIRE. Te kilka linijek pozwala na odczytanie np. numeru seryjnego ìtabletkiî DS1990: Config 1wire = Portb.0 Dim Dane(8) As Byte, I As Byte 1wreset 1wwrite &H33 For I = 1 To 8 Dane(I) = 1wread() Next

14. Pora pomyúleÊ o†jakimú systemie transmisji danych niewymagaj¹cym po³¹czenia przewodowego. Wyj¹tkowa ³atwoúÊ dekodowania sygna³Ûw kodu RC5 sk³oni³a mnie do zastosowania w³aúnie tego medium i†wyposaøenia naszej p³ytki testowej w†scalony odbiornik kodu RC5 typu TFMS5360 - IC13. Uk³ad ten, odbieraj¹cy sygna³y nadawane z†czÍstotliwoúci¹ noún¹ 36kHz moøe byÊ do³¹czony do dowolnego z†wyprowadzeÒ procesorÛw, z†tym øe wybÛr wejúcia bÍd¹cego jednoczeúnie ürÛd³em przerwania zewnÍtrznego moøe znacznie u³atwiÊ programowanie. Na poniøszym listingu znajduje siÍ procedura odbioru danych przesy³anych torem podczerwieni. Lcd “Waiting for RC-5” Cursor Off Do If Kod = 1 Then Disable Int0 Cls Lcd “Rc5 received!” Lowerline Lcd “Com: “; Command; “,Adr: “; Subaddress Kod = 0 Enable Int0

Elektronika Praktyczna 1/2001

End If Loop

WYKAZ ELEMENTÓW Rezystory

Receiverc5: Getrc5(subaddress, Command) Kod = 1 Return

PR1: potencjometr montażowy miniaturowy 1kΩ

15. Prawie kaødy system mikroprocesorowy powinien byÊ wyposaøony w†urz¹dzenie umoøliwiaj¹ce prezentacjÍ danych w†ìludzkimî jÍzyku. Na p³ytce zestawu uruchomieniowego zamontowany zosta³ wyúwietlacz alfanumeryczny LCD, sterowany w†trybie czterobitowym. Moøemy wykorzystywaÊ dwa rodzaje wyúwietlaczy: 16*1 i†16*2, z†tym øe zalecanym typem jest wyúwietlacz dwuliniowy. Obecnie rÛønica w†cenie tych dwÛch typÛw wyúwietlaczy jest minimalna, a†moøliwoúci dok³adnie dwukrotnie wiÍksze. Wyprowadzenia wyúwietlacza mog¹ byÊ, za poúrednictwem jumperÛw za³oøonych na z³¹cze CON5, do³¹czone do portu B procesorÛw lub za pomoc¹ przewodÛw po³¹czone z†dowolnymi innymi wyprowadzeniami procesorÛw. Kontrast wyúwietlacza moøemy regulowaÊ za pomoc¹ potencjometru montaøowego PR1. Sterowanie wyúwietlaczami alfanumerycznymi LCD jest w†jÍzyku MCS BASIC wyj¹tkowo proste. Do obs³ugi takiego wyúwietlacza przeznaczony jest specjalny pakiet poleceÒ umoøliwiaj¹cy nie tylko umieszczenie napisu na ekranie, ale takøe lokalizowanie kursora na dowolnej pozycji dowolnego rzÍdu, przewijanie tekstu i†realizacjÍ wielu innych funkcji. Kiedy pos³ugujemy siÍ pakietem BASCOM, przestaj¹ istnieÊ jakikolwiek problemy z†polskimi znakami diakrytycznymi, poniewaø za pomoc¹ specjalnego edytora graficznego moøemy zdefiniowaÊ dowolny znak mieszcz¹cy siÍ w†matrycy wyúwietlacza LCD. 16. Drugim sposobem przekazywania informacji z†procesora do otaczaj¹cego go úwiata jest sygnalizacja za pomoc¹ diod LED. Takich diod umieszczono na p³ytce osiem i†mog¹ one byÊ do³¹czone do dowolnych wyprowadzeÒ procesorÛw, a†takøe do wyjúÊ ekspanderÛw PCF8574. Diody w³¹-

R..R9: 4,7kΩ

RP1: R−PACK SIL 1kΩ R1: 220Ω Kondensatory C1, C2: 27pF C3: 33pF C4: 470µF/10V C5, C11, C12: 100nF C6: 100µF/10V C7..C10: 4,7µF/16V C13: 1000µF/16V Półprzewodniki D1..D8: LED IC6, IC8: PCF8574A IC7: ULN2803B IC9: TD62786 IC10: MAX232 IC11: PCF8583 IC12: PCF8591 IC13: SFH505 IC14: 7805 IC15: DS1813 Różne Q1: rezonator kwarcowy 8MHz Q2: rezonator kwarcowy 32768Hz Q3: przetwornik piezo S1..S4: przycisk microswitch DP1: wyświetlacz alfanumeryczny 16*1 lub 16*2 IC1: podstawka precyzyjna DIL20 IC2, IC5, IC16: podstawka precyzyjna DIL40 IC3, IC4: podstawka precyzyjna DIL8 IC17: podstawka precyzyjna DIL20S P1, P2, P3, P4, CON2, CON4, CON5: 8x2 goldpin CON7, CON7A: 3x2 goldpin CON8: złącze DB9F kątowe, do druku CON1, CON3, CON6, CON9: 10 goldpin CON11...CON15: 3 goldpin CON10: ARK2 (3,5mm) 15x goldpin + złącze szufladkowe do montażu wyświetlacza Podstawka precyzyjna DIL 40 (do montażu przejściówki) 2 szeregi po 20 goldpinów (jw.)

41

Zestaw uruchomieniowy dla procesorów rodzin AVR i ‘51 czane s¹ po do³¹czeniu ich wolnych wyprowadzeÒ do minusa zasilania. 17. Niestety, choÊbyúmy nie wiem jak bardzo nie lubili techniki analogowej, to nie uciekniemy przed pomiarami wartoúci elektrycznych, a†poúrednio takøe nieelektrycznych. Jeøeli na naszej p³ytce uruchomieniowej umieszczony jest np. procesor typu AT90S8535, to problem mamy z†g³owy: 8-wejúciowy dziesiÍciobitowy przetwornik ADC z†pewnoúci¹ wystarczy nawet w†bardzo skomplikowanych uk³adach analogowo-cyfrowych. Gorzej, jeøeli zastosujemy procesor niewyposaøony w†jakiekolwiek wejúcia analogowe lub jedynie w†prosty komparator napiÍcia. Jedynym ratunkiem moøe byÊ wtedy zastosowanie zewnÍtrznego przetwornika ADC, np. czterokana³owego PCF8591. Posiada on wprawdzie tylko oúmiobitow¹ rozdzielczoúÊ, ale za to dodatkowo takøe oúmiobitowy przetwornik DAC. W†trafnoúci decyzji o†zastosowaniu tego elementu utwierdzi³a mnie moøliwoúÊ sterowania go z†magistrali I2C. Podam tutaj przyk³ad prostego programu, za pomoc¹ ktÛrego moøemy mierzyÊ napiÍcie kolejno we wszystkich czterech kana³ach PC8591: Config Sda = Pinb.6 Config Scl = Pinb.7 Dim Factor As Single Dim Volt As Single Dim Temp1 As Word Dim Temp2 As Byte Const Pcf8591_write = &B10010000 Const Pcf8591_read = &B10010001 Dim R As Byte Dim Channel(4) As Byte Channel(0) = &B01000000 Channel(1) = &B01000001 Channel(2) = &B01000010 Channel(3) = &B01000011 Dim Voltage As Word Declare Sub Conversion Factor = 5000/255 Do For R = 0 To 3 Temp1 = Channel(r) Call Conversion Volt = Temp2 Volt = Volt * Factor Voltage = Volt Lcd “Kan.”; R; “ “; Voltage; “ mV” Wait 1 Next R

42

Print Loop End Sub Conversion I2Cstart I2Cwbyte Pcf8591_read I2Crbyte Temp2, Ack I2Crbyte Temp2, Nack I2Cstop End Sub

18. Znaczna liczba systemÛw mikroprocesorowych wymaga do swojego dzia³ania pomiaru czasu rzeczywistego. NajczÍúciej wykorzystujemy w†tym celu wbudowane w†procesory timery, za pomoc¹ ktÛrych tworzymy programowe zegary czasu rzeczywistego. Zegary takie maj¹ jedn¹ wadÍ: wymagaj¹ do prawid³owego dzia³ania sta³ego zasilania procesora. Ponadto, ich realizacja zajmuje stosunkowo duøo pamiÍci RAM i†programu, co w†przypadku procesorÛw o†mniejszej pojemnoúci tych pamiÍci moøe nastrÍczaÊ programiúcie wiele problemÛw. Dlatego teø doúÊ powszechnie stosowane s¹ sprzÍtowe zegary RTC, z†ktÛrych chyba najpopularniejszym jest PCF8583, umieszczony na naszej p³ytce jako IC11. Zegar PCF8583 komunikuje siÍ z†procesorem za pomoc¹ magistrali I2C i†dlatego do jego obs³ugi potrzebne bÍd¹ tylko dwa wyprowadzenia procesora. RTC naszej p³ytki testowej wyposaøony zosta³ w†podtrzymuj¹ce ürÛd³o zasilania (BT1), ktÛrym moøe byÊ dowolna bateryjka 1,5..3V, nawet typu ìzegarkowegoî. Godne polecenia s¹ teø cieniutkie bateryjki litowe 3V, ktÛre bez najmniejszych problemÛw moøna umieúciÊ pod wyúwietlaczem alfanumerycznym. Odczytywanie i†zapisywanie danych do uk³adu RTC jest takøe proste, podobnie jak kaøda operacja na magistrali I 2 C, programowana w†MCS BASIC. Oto prosty przyk³ad odczytu czasu i†daty z†uk³adu PCF8583: Sub Gettime I2Cstart I2Cwbyte &HA0 I2Cwbyte 2 I2Cstart I2Cwbyte &HA1 I2Crbyte S , Ack I2Crbyte M , Ack I2Crbyte H , Ack I2Crbyte Yd, Ack I2Crbyte Wm, Nack

I2Cstop End Sub

19. Uk³ad zerowania mikrokontrolera po w³¹czeniu zasilania jest niezbÍdny w†kaødym systemie mikroprocesorowym. Na naszej p³ytce umieszczony zosta³ wyspecjalizowany uk³ad scalony typu DS1813 (IC15), zeruj¹cy procesor takøe w†przypadku spadku napiÍcia poniøej okreúlonego (4,75V) poziomu. Problem powsta³ jedynie z†zerowaniem procesorÛw '51, ktÛre wymagaj¹ wysokiego poziomu napiÍcia. Dlatego teø na p³ytce zosta³ dodany prze³¹cznik jumper JP1 i†kondensator C14 umoøliwiaj¹ce prze³¹czanie rodzaju zerowania sprzÍtowego. Na p³ytce umieszczone zosta³y takøe dwa przyciski umoøliwiaj¹ce rÍczne wyzerowanie procesorÛw. Przyciski te usytuowane zosta³y pod wyúwietlaczem alfanumerycznym i†dostÍpne s¹ tylko od spodniej strony p³ytki. 20. Nasz system uruchomieniowy wyposaøony zosta³ w†bardzo cichutki element generacji düwiÍku - przetwornik piezoceramiczny Q3. Jednak nawet tak prosty przetwornik powinien umoøliwiÊ nam dokonywanie ciekawych eksperymentÛw z†generacj¹ sygna³Ûw akustycznych i†sprawdzenie dzia³ania polecenia SOUND [czas trwania, częstotliwość].

Bardziej wymagaj¹cym ìmelomanomî polecam ìgadaj¹cyî modu³ z†uk³adem ISD2560, sterowany poprzez magistralÍ I2C. 21. Uk³ad zasilania zestawu uruchomieniowego sk³ada siÍ ze scalonego stabilizatora napiÍcia 7805 (IC14), wraz z†niezbÍdnymi do jego pracy kondensatorami blokuj¹cymi zasilanie. Do z³¹cza CON10 powinno zostaÊ doprowadzone napiÍcie o†wartoúci bliskiej 12VDC, niekoniecznie stabilizowane. PobÛr pr¹du przez uk³ad jest tak ma³y, øe stosowanie jakiegokolwiek radiatora wspomagaj¹cego ch³odzenie stabilizatora napiÍcia jest ca³kowicie zbÍdne. Zbigniew Raabe, AVT [email protected] Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostÍpne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ pcb.html oraz na p³ycie CD-EP01/ 2001 w katalogu PCB.

Elektronika Praktyczna 1/2001

P

R

O JDekoder E K TRDS Y

Dekoder RDS, czêœæ 2 AVT-998 W drugiej czêœci artyku³u przedstawiamy tajniki obs³ugi scalonego dekodera RDS firmy Philips oraz sposób monta¿u, uruchomienia i obs³ugi urz¹dzenia. Informacje zawarte w tej czêœci artyku³u s¹ szczególnie istotne dla tych Czytelników, którzy zamierzaj¹ samodzielnie udoskonaliæ nasz dekoder.

Aby preprocesor SAA6588 móg³ spe³niaæ wymagania stawiane przez projektanta, nale¿y go po w³¹czeniu zasilania odpowiednio skonfigurowaæ. Do tego celu s³u¿¹ trzy bajty: 0W, 1W i 2W wpisywane do uk³adu poprzez magistralê I2C. Bajt 0W (rys. 9) s³u¿y do ustawiania sposobu pomiaru jakoœci sygna³u MPX, restartowania uk³adu synchronizacji i trybu jego pracy, sposobu korekcji b³êdów oraz do wyboru standardu RDS/ RBDS. Jak ju¿ wspomniano, preprocesor ma mo¿liwoœæ pomiaru jakoœci sygna³u MPX. Wyniki pomiaru mog¹ byæ wykorzystane w procedurze korygowania charakterystyki toru wejœciowego sygna³u MPX. Korekcja taka jest mo¿liwa poprzez odpowiednie

Elektronika Praktyczna 1/2001

zaprogramowanie bajtu 2W. Pomiar jakoœci sygna³u mo¿e byæ przeprowadzony na ¿¹danie (SQCM=0 i TSQD z 0 na 1) lub ci¹gle (SQCM=1 i TSQD=1). Wynik pomiaru wpisywany jest do bajtu 6R (opisywanego póŸniej). Bit NWSY ustawia siê na 1 po w³¹czeniu zasilania (lub restarcie uk³adu) i utracie synchronizacji (bit SYNC w bajcie 0R). Bity DAC1 i DAC0 okreœlaj¹ sposób synchronizacji i aktywacji wyjœcia DAVN. Wyjœcie DAVN przechodzi w stan 0 w momencie, kiedy preprocesor sygnalizuje gotowoœæ przes³ania danych do sterownika. Sygnalizacja taka mo¿e byæ aktywna po prawid³owym odebraniu jednego dowolnego bloku (16+10 bitów), odebraniu bloku A (czyli s³owa PI) lub ode-

"!

Dekoder RDS

Rys. 9. Znaczenie poszczególnych bitów bajtu 0W.

braniu dwu kolejnych bloków. Sygna³ DAVN mo¿e byæ do³¹czany do wejœcia przerwania mikrokontrolera lub do dowolnej linii portu i sprawdzany metod¹ przepytywania. Na rys. 10 przedstawione jest drugie s³owo konfiguracyjne 1W. Bity PL1 i PL2 s³u¿¹ do ustawiania progu zadzia³ania uk³adu detekcji pauzy sygna³u m.cz. Uk³ad ten nie jest wykorzystywany w torze dekodera RDS, wiêc nie bêdziemy siê nim tutaj zajmowaæ. Bity FEB5..FEB0 okreœlaj¹ zawartoœæ licznika “trzymania synchronizacji”. Odebranie b³êdnego bloku powoduje inkrementacjê licznika, natomiast ka¿dy prawid³owo odebrany blok dekrementuje licznik. Przekroczenie wartoœci okreœlonej przez FEB5..FEB0 oznacza utratê synchronizacji - sygnalizowane jest to za pomoc¹ bitu SYNC (0R). Je¿eli do licznika wpisana jest wartoœæ 0, to uk³ad trzymania synchronizacji nie jest aktywny. Wpisanie wartoœci 63 powoduje automatyczn¹ synchronizacjê. Po przepe³nieniu licznika nastêpuje automatyczne wyzwolenie synchronizacji. Bity PTF1 i PTF0 ostatniego, trzeciego bajtu 2W (rys. 11) ustawiaj¹ czêstotliwoœæ rezonatora preprocesora (kiedy bit SOSC=1) lub okreœlaj¹ czas pauzy detektora pauzy (kiedy SOSC=0). Czêstotliwoœæ oscylatora mo¿e byæ ustawiana jako wielokrotnoœæ podstawowej czêstotliwoœci 4,332MHz. Bity SQS4..SQS0 okreœlaj¹ wartoœæ korekcji sygna³u MPX. Dla wartoœci 0Fhex tor przenosi sygna³ bez zmian. W trakcie pracy

""

uk³adu mo¿na w dowolnym momencie wys³aæ do niego bajty konfiguracyjne, np. w celu restartu synchronizacji lub dokonania korekcji sygna³u MPX. Prawid³owo skonfigurowany i oczywiœcie pod³¹czony do sygna³u MPX preprocesor powinien siê zsynchronizowaæ i za pomoc¹ sygna³u DAVN sygnalizowaæ obecnoœæ danych gotowych do odebrania przez sterownik. Dane te mo¿na odczytywaæ za pomoc¹ magistrali I2 C z bufora uk³adu. Bufor ten zawiera siedem bajtów oznaczonych od 0R do 6R. Bitami BL2..BL0 (bajt 0R) zakodowany jest numer ostatnio odebranego bloku. Informacja ta jest potrzebna do prawid³owego skompletowania ca³ej grupy. SYNC to opisywany ju¿ bit sygnalizacji prawid³owej synchronizacji odbieranych bloków. Bit DOFL sygnalizuje, ¿e odebrany blok nie by³ przez sterownik odczytany i nastêpny blok zosta³ wpisany na jego miejsce w buforze danych (dane utracone). Do bitu RSTD wpisywana jest informacja o wyst¹pieniu wewnêtrznego zerowania preprocesora. Sytuacja taka wystêpuje w momencie w³¹czenia zasilania, spadku napiêcia zasilania lub kiedy czêstotliwoœæ oscylatora spada poni¿ej 400Hz. Po odczytaniu bajtu 0R bit RSTD jest zerowany. Bity ELB1 i ELB0 pokazuj¹ status ostatnio odebranego bloku.

Znaczenie poszczególnych bitów bajtu 0R pokazano na rys. 12. Odbierane bloki s¹ wpisywane do bajtów 1R..4R (rys. 13), przy czym dostêpny jest blok œwie¿o skompletowany oraz blok poprzedni. Takie buforowanie informacji jest niezbêdne w momencie ustawienia bitów DAC1=1 i DAC0=0 w bajcie 0W. W bajcie 5R (rys. 14) bity BEC5..BEC0 okreœlaj¹ bie¿¹c¹ wartoœæ licznika b³êdnych pakietów, opisywanego ju¿ uk³adu synchronizacji, natomiast bity PM0, PM1 status poprzednio odebranego bloku. Na rys. 15 przedstawiono ostatni bajt (6R) bufora danych preprocesora. Bity BP2..BP0 okreœlaj¹ numer poprzednio odebranego bloku, natomiast bity SOI3..SOI0 zawieraj¹ zakodowany wynik pomiaru jakoœci sygna³u MPX. Najlepszy sygna³ jest dla wartoœci zerowej, natomiast najgorszy dla wartoœci 15. Dekoder systemu RDS najczêœciej stanowi jedn¹ ca³oœæ ze sterownikiem programatora odbiornika. Mo¿liwe jest wtedy wykorzystanie informacji niesionej przez RDS do wykonania wielu funkcji automatycznego wyszukiwania, œledzenia stacji itp. W naszym przypadku ma to byæ (z za³o¿enia) dekoder uniwersalny, a wiêc wspó³pracuj¹cy z dowolnym odbiornikiem. Oczywiœcie jakoœæ toru FM i poziom sygna³u musi spe³niaæ wymagania stawiane przez RDS. Przy takim za³o¿eniu informacje z dekodera mog¹ byæ tylko wyœwietlane. Trudno sobie bowiem wyobraziæ jak¹kolwiek wymianê informacji z uk³adem programatora mechanicznego lub odbiornikiem przestrajanym agregatem kondensatorów. W projekcie nie wykorzystano bloku detektora pauzy oraz uk³adu detekcji nak³adania siê stacji silnej na s³absz¹ (ang. multi path detector). Zespolony sygna³ MPX wprowadzany jest poprzez C1 na nó¿kê 16 uk³adu U1. Kondensator C2 podaje odfiltrowany sygna³ podnoœnej 57kHz na uk³ad komparatora. Kondensator C11 pracuje

BAJT 1W

Pl1

Pl0

FEB5

FEB4

FEB3

FEB2

FEB1

FEB0

Pl1, Pl0 bity używane w układach detekcji pauzy (tutaj nie wykorzystywane) FEB5 − FEB0 wartości licznika błędnych bloków układu synchronizacji

Rys. 10. Znaczenie poszczególnych bitów bajtu 1W.

Elektronika Praktyczna 1/2001

Dekoder RDS

Rys. 11. Znaczenie poszczególnych bitów bajtu 2W.

w obwodzie detekcji obni¿enia napiêcia zasilania i generowania sygna³u restartu U1. Jak ju¿ wspomniano, SAA6588 ma szereg funkcji o charakterze programowym (np. sprawdzanie wielomianu kontrolnego i korekcja b³êdów), a wiêc zagadnienie odpowiedniego restartu ma tutaj du¿e znaczenie. W standardowym obwodzie rezonatora pracuje kwarc o czêstotliwoœci 8,664MHz. £atwo zauwa¿yæ (rys. 8, EP12/ 2000), ¿e producent preprocesora rozdzieli³ uk³ady zasilania czêœci analogowej i cyfrowej. Oddzielne wyprowadzenia masy i plusa zasilania umo¿liwiaj¹ zredukowanie przenoszenia siê zak³óceñ o charakterze cyfrowym do czêœci analogowej uk³adu. Elementy R2 i C3 filtruj¹ zak³ócenia mog¹ce siê pojawiæ na nó¿ce VddA. Cewka L1 oraz rezystor R3 i kondensator C4 maj¹ za zadanie t³umiæ zak³ócenia generowane przez czêœæ cyfrow¹ U1. Oddzielnym problemem jest po³¹czenie mas uk³adu. Nale¿y tu przestrzegaæ podstawowych zasad: po³¹czenia masy analogowej i cyfrowej w jednym punkcie oraz unikanie tworzenia zamkniêtych pêtli. Nie trzeba nikogo przekonywaæ, ¿e ograniczenie do minimum zak³óceñ generowanych przez dekoder jest niezbêdne.

Po zmontowaniu urz¹dzenia mo¿na przyst¹piæ do jego uruchomienia. Najpierw oczywiœcie sprawdzamy wartoœæ napiêcia zasilaj¹cego. Uk³ady U1 i U2 nie s¹ w³o¿one wtedy w podstawki. Nastêpnie nale¿y odnaleŸæ Ÿród³o sygna³u MPX w odbiorniku radiowym. Najlepiej jest pos³ugiwaæ siê wtedy schematem. Sygna³ ten

Monta¿ i uruchomienie

B7

Monta¿ dekodera jest stosunkowo prosty. Trzeba pamiêtaæ o naklejeniu paska taœmy izolacyjnej w miejscu, gdzie radiator stabilizatora U3 (po³o¿onego) mo¿e siê stykaæ z p³ytk¹. Oczywiœcie ta uwaga nie dotyczy stabilizatorów z obudow¹ izolowan¹. Po³¹czenie p³ytki z wyœwietlaczem nale¿y wykonaæ za pomoc¹ wi¹zki przewodów.

Elektronika Praktyczna 1/2001

wchodzi na wejœcie dekodera stereo (po³¹czenie pomiêdzy wyjœciem uk³adu detektora a dekoderem stereo). Po³¹czenie masy dla tego sygna³u nale¿y wykonaæ jak najbli¿ej tych uk³adów. Po wykonaniu tego po³¹czenia wk³adamy uk³ady do podstawek i w³¹czamy zasilanie. Prawid³owo zaprogramowany mikrokontroler wykona teraz sekwencjê programowania preprocesora i je¿eli sygna³ MPX bêdzie mia³ odpowiedni¹ jakoœæ, to ca³oœæ powinna zacz¹æ poprawnie dzia³aæ. W razie problemów nale¿y sprawdziæ sond¹ TTL sygna³ DAVN preprocesora. Powinna tam byæ fala prostok¹tna. Podobnie na nó¿kach SDA i SCL. Brak tych sygna³ów lub czêœciowe zanikanie mo¿e oznaczaæ z³¹ jakoœæ sygna³u MPX lub uszkodzenie jakiegoœ elementu. Prawid³owo dzia³aj¹cy dekoder zaczyna wy-

Rys. 12. Znaczenie poszczególnych bitów bajtu 0R. BAJT 1R

B7

B6

B5

B4

B3

B2

B1

B0

B3

B2

B1

B0

B3

B2

B1

B0

B3

B2

B1

B0

Starszy bajt ostatnio prawidłowo odebranego bloku

BAJT 2R

B6

B5

B4

Młodszy bajt ostatnio prawidłowo odebranego bloku

BAJT 3R

B7

B6

B5

B4

Starszy bajt poprzednio prawidłowo odebranego bloku

BAJT 4R

B7

B6

B5

B4

Młodszy bajt poprzednio prawidłowo odebranego bloku

Rys. 13. Znaczenie poszczególnych bitów bajtu 1R..4R.

"#

Dekoder RDS

Rys. 14. Znaczenie poszczególnych bitów bajtu 5R.

œwietlaæ w górnym wierszu informacjê PS name. Przyciskamy teraz kolejno klawisze SW1, SW2 i SW3 i sprawdzamy wyœwietlanie poszczególnych informacji. Na p³ytce drukowanej jest element oznaczony jako L1. Nale¿y wlutowaæ tam zworkê. W przypadku problemów z zak³óceniami mo¿na tam wlutowaæ d³awik o indukcyjnoœci kilku mH. Podczas prób by³ wykorzystywany stary tuner FM typu FAUST produkcji DIORY. Tuner ten jest przestrajany agregatem kondensatorów i w trakcie przestrajania nie zauwa¿ono problemów z synchronizacj¹. Nie zauwa¿ono te¿ jakiegoœ wp³ywu dekodera RDS na jakoœæ audycji. Je¿eli sygna³ antenowy FM jest dobrej jakoœci, to urz¹dzenie pracuje prawid³owo.

Obs³uga dekodera

Po w³¹czeniu zasilania wyœwietlacz jest wygaszony. Je¿eli odbiornik jest dostrojony do stacji nadaj¹cej audycjê z RDS-em, to w górnym wierszu wyœwietlacza bêdzie wyœwietlana 8-znakowa informacja PS name. Je¿eli w sygnale MPX jest zakodowany sygna³ RDS, to na wyjœciu DAVN preprocesora powinna siê pojawiæ fala prostok¹tna. Przebiegi pojawiaj¹ siê równie¿ na liniach SDA i SCL. Przy prawid³owym, silnym sygnale PS name powinna byæ wyœwietlana bez przek³amañ. Wciœniêcie klawisza SW1 powoduje wejœcie dekodera w tryb odbioru i wyœwietlania drugiej informacji alfanumerycznej, a mianowicie radiotekstu. Radiotekst

mo¿e mieæ maksymaln¹ d³ugoœæ 64 znaków alfanumerycznych. Wyœwietlenie takiej informacji na wyœwietlaczu o d³ugoœci 16 znaków wymaga przewijania tekstu i wyœwietlania go w okienku 16znakowym. Tutaj jedna zasadnicza uwaga: znaki przesy³ane s¹ doœæ szybko jak na zastosowany tutaj popularny alfanumeryczny wyœwietlacz. Wyœwietlacz powinien byæ dobrej jakoœci, a kontrast musi byæ odpowiednio ustawiony. Podczas prób okaza³o siê, ¿e najlepsze rezultaty zosta³y osi¹gniête ze starym, zu¿ytym ju¿ trochê wyœwietlaczem firmy Toshiba. Te nowe, szczególnie przy wiêkszym kontraœcie, pozostawiaj¹ poœwiatê zamazuj¹c¹ wyœwietlan¹ informacjê. Po wejœciu dekodera w tryb odbioru radiotekstu pocz¹tkowo zape³niany jest bufor o d³ugoœci 64 znaków. W dolnym wierszu wyœwietlacza skrolowany jest napis *RADIO TXT*. Dopiero po zape³nieniu zawartoœæ bufora zaczyna byæ wyœwietlana. Przychodz¹ce znaki s¹ wpisywane na miejsce ju¿ wyœwietlonych - adresowanie znaków opisane by³o przy omawianiu grupy 2. Wszystko jest dobrze do momentu zmiany stacji. W sterowniku dekodera, zintegrowanym ze sterownikiem tunera, w momencie zmiany stacji przesy³any jest sygna³ informuj¹cy dekoder o zmianie. Mo¿na wtedy zatrzymaæ odbieranie, wygasiæ wyœwietlacz i uruchomiæ procedurê synchronizacji. W naszym przypadku jest to niemo¿liwe. Dekoder musi sobie radziæ inaczej. Wykorzystano tutaj fakt, ¿e ka¿da

BAJT 6R

BP2

BP1

BP0

−−−−−−−−−

SOI3

SOI2

BP2 − BP0 numer poprzednio odebranego bloku BP2 BP1 BP0 0 0 0 blok A 0 0 1 blok B 0 1 0 blok C 0 1 1 blok D 1 0 0 blok C’ 1 0 1 blok E (tylko RBDS) 1 1 0 blok E (błąd w trybie RDS) 1 1 1 błędny blok SOI3 − SOI0 jakość sygnału MPX

Rys. 15. Znaczenie poszczególnych bitów bajtu 6R.

"$

SOI1

SOI0

stacja ma swój unikalny numer zakodowany w s³owie PI. Je¿eli nast¹pi zmiana tego numeru, to jest to sygna³ do wygaszenia wyœwietlacza i rozpoczêcia odbierania oraz wyœwietlania radiotekstu od nowa. Przy konstruowaniu urz¹dzenia, w pewnym momencie ten mechanizm nie by³ wykorzystywany. Prowadzi³o to do sytuacji, w której po przestrojeniu na now¹ stacjê wyœwietlany by³ ju¿ jej PS w górnym wierszu wyœwietlacza, natomiast w dolnym wierszu skrolowany by³ radiotekst starej stacji do momentu ca³kowitego zape³nienia bufora now¹ informacj¹. Przy uruchamianiu funkcji odbioru radiotekstu nale¿y pamiêtaæ, ¿e nie wszystkie stacje nadaj¹ce sygna³ RDS nadaj¹ radiotekst. Ponowne przyciœniêcie SW1 powoduje wygaszenie wyœwietlacza i zatrzymanie tej funkcji (cykliczne w³¹czanie i wy³¹czanie). Naciœniêcie klawisza SW2 powoduje przesuniêcie wyœwietlanego PS w lew¹ stronê. Z prawej strony górnego wiersza wyœwietlacza wyœwietlana jest wtedy informacja o typie programu PTY (tab. 1, EP12/2000). Cykliczne przyciskanie tego klawisza powoduje w³¹czanie/wy³¹czanie tej funkcji. Po wy³¹czeniu wyœwietlania PTY, wyœwietlanie PS powraca na œrodek górnego wiersza wyœwietlacza. Naciœniêcie klawisza SW3 powoduje wejœcie w tryb wyœwietlania czêstotliwoœci alternatywnych odbieranej stacji radiowej. Na wyœwietlaczu wyœwietlane s¹ jednoczeœnie cztery czêstotliwoœci dwie w górnym wierszu i dwie w dolnym. Je¿eli stacja nadaje wiêcej ni¿ na czterech czêstotliwoœciach, to po ponownym przyciœniêciu klawisza SW3 s¹ one wyœwietlane na wyœwietlaczu. Poprzez cykliczne przyciskanie SW3 mo¿na wyœwietliæ ca³¹ listê przesy³an¹ przez stacjê. Po ostatnim przyciœniêciu znikaj¹ wyœwietlane czêstotliwoœci i dekoder powraca do stanu pocz¹tkowego. Tomasz Jab³oñski, AVT [email protected] Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostêpne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ pcb.html oraz na p³ycie CD-EP01/ 2001 w katalogu PCB.

Elektronika Praktyczna 1/2001

P O  D Z  E S P O  Ł Y

Jesteúmy úwiadkami kolejnego prze³omu w†elektronice, ktÛry z pewnoúci¹ zdeterminuje dalszy rozwÛj technik projektowania nowoczesnych urz¹dzeÒ elektronicznych. W†ostatnich tygodniach roku 2000 firma Cypress Semiconductor wprowadzi³a bowiem na rynek prawdziwe, programowane ìkombajnyî analogowo-cyfrowe, w†pe³ni zas³uguj¹ce na miano programowanych systemÛw analogowo-cyfrowych. Nowe uk³ady to znacznie wiÍcej niø mikrokontrolery z†wbudowanym przetwornikiem!

Pierwszym prze³omem, istotnym dla dalszego rozwoju systemÛw cyfrowych bez w¹tpienia najwiÍkszym - by³o opracowanie i†wdroøenie do produkcji mikroprocesorÛw, drugim uk³adÛw PLD, trzecim - najmniej spektakularnym wprowadzenie na rynek programowanych uk³adÛw analogowych. Od wielu lat firmy pÛ³przewodnikowe stara³y siÍ wdroøyÊ do produkcji uk³ady ³¹cz¹ce

w†jednej strukturze modu³y analogowe i†cyfrowe, czego przyk³adami mog¹ byÊ m.in. uk³ady ASIC firm Epson i†Philips (VLSI). Ze wzglÍdu na zaawansowan¹ technologiÍ przygotowywania projektÛw dla tego typu struktur, uøytkownik nie mÛg³ doceniÊ elastycznoúci i†wynikaj¹cych z†niej ogromnych moøliwoúci struktur SoC. Sytuacja uleg³a jednak radykalnej zmianie.

Rys. 1.

Elektronika Praktyczna 1/2001

47

P O  D Z  E S P O  Ł Y

Rys. 2.

Propozycja Cypressa czÍúÊ analogowa Uk³ady PSoC firmy Cypress przypominaj¹ swoj¹ budow¹ bogato wyposaøony w†peryferie mikrokontroler z†dodatkowym zestawem modu³Ûw PSoC (rys. 1). To w³aúnie w†tych modu³ach tkwi tajemnica potencjalnego sukcesu uk³adÛw rodziny 8C25/26K. Zaczniemy od omÛwienia analogowych blokÛw PSoC. Uk³ady 8C25/26K wyposaøono w†trzy grupy modu³Ûw analogowych, kaøda sk³adaj¹ca siÍ z†12 analogowych blokÛw PSoC, ktÛre mog¹ spe³niaÊ nastÍpuj¹ce funkcje (programowane przez uøytkownika): przetwornika A/C lub C/A, wzmacniacza o†programowanym wzmocnieniu, analogowego komparatora, filtru z†kluczowanymi pojemnoúciami. Struktura blokÛw PSoC przypomina matrycÍ sk³adaj¹c¹ siÍ z†trzech wierszy i†czterech kolumn, do

Rys. 3.

48

ktÛrych dostÍp jest moøliwy poprzez 2, 3†lub 4†rejestry ulokowane w†przestrzeni adresowej mikrokontrolera. Na rys. 2 przedstawiono schemat analogowego bloku PSoC, ktÛry sk³ada siÍ wy³¹cznie ze standardowych elementÛw liniowych, tzn. multiplekserÛw analogowych, programowalnej matrycy rezystorÛw i†wzmacniacza rÛønicowego z†moøliwoúci¹ wykorzystania go jako komparatora. Uk³ady 8C25/26K wyposaøono w†jedn¹ grupÍ, sk³adaj¹c¹ siÍ z†12 takich modu³Ûw. Dwie kolejne grupy analogowych blokÛw PSoC wykonano w†postaci modu³Ûw z†kluczowanymi pojemnoúciami. Modu³y jednej z†îkluczowanychî grup (A) zbudowano w†sposÛb pokazany na rys. 3. Na wejúciach tych modu³Ûw znajduj¹ siÍ kondensatory

o†programowalnych wartoúciach pojemnoúci (CA, CB i†CC), a takøe pojemnoúÊ opcjonalnie do³¹czanego kondensatora integruj¹cego (CF) moøna programowaÊ w†szerokim zakresie wartoúci. Symbolami F1 i†F2 oznaczono sygna³y zegarowe, steruj¹ce kluczowaniem analogowych prze³¹cznikÛw. Nieco odmienn¹ budowÍ maj¹ modu³y wchodz¹ce w†sk³ad grupy B. Schemat przedstawiaj¹cy budowÍ modu³Ûw B†znajduje siÍ na rys. 4. Konstrukcja analogowej czÍúci uk³adÛw PSoC jest skomplikowana i†dla wielu konstruktorÛw ma³o czytelna. Nie naleøy siÍ tym przeraøaÊ, poniewaø Cypress przygotowa³ narzÍdzie umoøliwiaj¹ce m.in. odpowiedni¹ ich konfiguracjÍ

Propozycja Cypressa czÍúÊ cyfrowa Ze wzglÍdu na charakter potencjalnych aplikacji uk³adu PSoC, rdzeÒ mikrokontrolera wyposaøono w†proste mechanizmy u³atwiaj¹ce i†przyspieszaj¹ce cyfrow¹ obrÛbkÍ sygna³Ûw. Najwaøniejszym elementem tego typu jest uk³ad mnoø¹cy MAC, wspÛ³pracuj¹cy z†akumulatorem (rys. 5). Zgodnie z†opisem zawartym w†dostÍpnej dokumentacji (Release 1.09), modu³ MAC jest asynchroniczny i†generuje wynik

Możliwe konfiguracje modułów analogowych: ✦ przetworniki A/C Σ-∆ o rozdzielczości do 12 bitów, ✦ przetworniki A/C z sukcesywną aproksymacją o rozdzielczości do 10 bitów, ✦ przetworniki A/C inkrementalne o rozdzielczości do 14 bitów, ✦ przetworniki C/A o rozdzielczości do 10 bitów, ✦ wzmacniacze o programowa− nym wzmocnieniu, ✦ układy próbkująco−pamiętające, ✦ programowane filtry, ✦ komparatory analogowe, ✦ możliwość pomiaru temperatury (czujnik wbudowany w strukturę układu).

operacji po ok. 7..10ns od wpisu danej do dowolnego rejestru wejúciowego MUL_X lub MUL_Y. Kolejnym interesuj¹cym modu³em zintegrowanym w†strukturze oferowanego przez Cypressa uk³adu PSoC jest decymator, ktÛry odpowiada za konwersjÍ 1bitowego sygna³u z†wyjúcia przetwornika Σ-∆. WspÛ³czynnik decymacji moøe zostaÊ okreúlony przez projektanta za pomoc¹ liczby 8bitowej. Prezentowane uk³ady wyposaøono w†bardzo elastyczne, programowane porty I/O z†moøliwoúci¹ ich wspÛ³pracy z†systemem przerwaÒ. Modu³ zarz¹dzaj¹cy obs³ug¹ przerwaÒ (przychodz¹cych takøe z†torÛw analogowych) moøna wykorzystaÊ do ìbudzeniaî procesora ze stanÛw uúpienia, dziÍki ktÛrym moøna zmniejszyÊ iloúÊ pobieranej przez uk³ad energii.

Rys. 4.

Elektronika Praktyczna 1/2001

P O  D Z  E S P O  Ł Y Tab. 1. Dostępne wersje układów PSoC i ich wyposażenie. Oznaczenie

Liczba pinów I/O

Pojemn. Pojemn. Liczba Liczba Wbudowany pamięci pamięci analogo− cyfro− sterownik Flash SRAM wych wych przetwor− [kB] [B] bloków bloków nicy PSoC PSoC napięcia

Inne

Częstotliwość pracy [MHz]

Napięcie zasilania [V]

Typ obudowy

Temperatura pracy [oC]

CY8C25122−24PI

6

4

128

12

8

Nie

POR,Vref,Temp,LVD,IntC,WDT

94kHz..24MHz

2,7V..5,5V

8 PDIP

Ind. −40..+85

CY8C26233−24PI

16

8

256

12

8

Tak

POR,Vref,Temp,LVD,IntC,WDT

94kHz..24MHz

2,7V..5,5V

20 PDIP

Ind. −40..+85

CY8C26233−24SI

16

8

256

12

8

Tak

POR,Vref,Temp,LVD,IntC,WDT

94kHz..24MHz

2,7V..5,5V

20 SOIC

Ind. −40..+85

CY8C26233−24OI

16

8

256

12

8

Tak

POR,Vref,Temp,LVD,IntC,WDT

94kHz..24MHz

2,7V..5,5V

20 SSOP

Ind. −40..+85

CY8C26443−24PI

24

16

256

12

8

Tak

POR,Vref,Temp,LVD,IntC,WDT

94kHz..24MHz

2,7V..5,5V

28 PDIP

Ind. −40..+85

CY8C26443−24SI

24

16

256

12

8

Tak

POR,Vref,Temp,LVD,IntC,WDT

94kHz..24MHz

2,7V..5,5V

28 SOIC

Ind. −40..+85

CY8C26443−24OI

24

16

256

12

8

Tak

POR,Vref,Temp,LVD,IntC,WDT

94kHz..24MHz

2,7V..5,5V

28 SSOP

Ind. −40..+85

CY8C26643−24PI

44

16

256

12

8

Tak

POR,Vref,Temp,LVD,IntC,WDT

94kHz..24MHz

2,7V..5,5V

48 PDIP

Ind. −40..+85

CY8C26643−24OI

44

16

256

12

8

Tak

POR,Vref,Temp,LVD,IntC,WDT

94kHz..24MHz

2,7V..5,5V

48 SSOP

Ind. −40..+85

CY8C26643−24AI

40

16

256

12

8

Tak

POR,Vref,Temp,LVD,IntC,WDT

94kHz..24MHz

2,7V..5,5V

44 TQFP

Ind. −40..+85

tylko β-wersja pakietu narzÍdziowego PSoCDesigner. Jest szansa, øe w†chwili ukazania siÍ tego wydania EP w†kioskach, producent udostÍpni pierwsz¹ wersjÍ rynkow¹, przy czym warto zwrÛciÊ uwagÍ na to, øe program jest udostÍpniany bezp³atnie!

Podsumowanie Rys. 5. Uk³ady 8C25/26K wyposaøono w†wewnÍtrzn¹ pamiÍÊ programu typu Flash, ktÛrej pojemnoúÊ jest zaleøna od typu uk³adu. W†tab. 1 zestawiono najwaøniejsze parametry pierwszych dostÍpnych uk³adÛw PSoC.

NarzÍdzie projektowe Dla konstruktorÛw chc¹cych stosowaÊ w†swoich opracowaniach uk³ady PSoC Cypress przygotowa³ zintegrowane narzÍdzie PSoCDesigner, ktÛre sk³ada siÍ z†trzech podstawowych modu³Ûw:

Rys. 6.

Elektronika Praktyczna 1/2001

- edytora uk³adu (rys. 6), za pomoc¹ ktÛrego uøytkownik ma dostÍp do wszystkich wewnÍtrznych modu³Ûw, ktÛre moøe konfigurowaÊ w†dowolny sposÛb (rys. 7), - edytora aplikacji, ktÛry odpowiada za przygotowanie programu (assembler lub C) dla wbudowanego w†PSoC mikrokontrolera, - debuggera, ktÛry moøe wspÛ³pracowaÊ z†emulatorem sprzÍtowym. W†chwili przygotowywania artyku³u dostÍpna by³a

Moim zdaniem nowe uk³ady firmy Cypress maj¹ szansÍ szybko zadomowiÊ siÍ na rynku, poniewaø jako jedyne daj¹ moøliwoúÊ zintegrowania kompletnych systemÛw akwizycji i†obrÛbki danych w†jednej strukturze. Pewnym niedopatrzeniem jest zastosowanie w†uk³adach PSoC mikrokontrolera z†nowym rdzeniem, co niestety zmusza konstruktorÛw do znacznego wysi³ku i†nauki, a†to kosztuje. Pewn¹ rekompensat¹ tych niedoci¹gniÍÊ moøe byÊ rÛønorodnoúÊ dostÍp-

nych wersji uk³adÛw PSoC - najmniejszy z†nich ma zaledwie 8†wyprowadzeÒ! Piotr Zbysiñski, AVT [email protected] Informacje na temat uk³adÛw PSoC firmy Cypress s¹ dostÍpne w†Internecie pod adresem: http:// www.cypressmicro.com oraz na p³ycie CD-EP01/2001B w†katalogu \PSOC. Artyku³ powsta³ dziÍki uprzejmoúci firmy Future (tel. (0-22) 618-92-02, www.future.com.pl), dystrybutora Cypressa w†Polsce.

Możliwe konfiguracje modułów cyfrowych: ✓ wielozadaniowe, uniwersalne timery, ✓ generatory CRC, ✓ dwukierunkowe UART−y, ✓ interfejs SPI, ✓ programowane generatory zegarowe.

Rys. 7.

49

S P R Z Ę T Karty z†interfejsem PCI ca³kowicie zadomowi³y siÍ we wspÛ³czesnych komputerach, praktycznie eliminuj¹c karty z wczeúniejszymi interfejsami. Skomplikowane mechanizmy wymiany danych w†PCI spowodowa³y doúÊ szybkie wyeliminowanie z†rynku tych producentÛw kart, ktÛrzy nie poradzili sobie z†opracowaniem uk³adÛw potrafi¹cych ìdogadaÊ siÍî w†systemie PCI. SytuacjÍ uratowali producenci specjalizowanych, scalonych mostkÛw PCI, ktÛre przejmuj¹ na siebie wszystkie k³opoty zwi¹zane z†obs³ug¹ transmisji, zapewniaj¹c uøytkownikowi ìprzezroczystyî dostÍp do PCI. Przyk³adowe rozwi¹zanie, wykorzystuj¹ce uk³ad PCI9050 firmy PLX, przedstawiamy w†artykule.

Zestaw ewaluacyjny PCI9050SDK Rosn¹ce wymagania w†stosunku do wydajnoúci wspÛ³czesnych komputerÛw nieustannie stymuluj¹ badania nad nowymi standardami interfejsÛw, ktÛre mog¹ im sprostaÊ. Jednym z†nowszych opracowaÒ, dobrze juø ulokowanych na rynku, jest interfejs PCI, a†w³aúciwie jego podstawowa 32-bitowa wersja, powszechnie stosowana w†komputerach PC. PopularnoúÊ tego standardu moøna ³atwo wyt³umaczyÊ jego duø¹ przepustowoúci¹ (do 132MB/ s), moøliwoúci¹ samoczynnego konfigurowania modu³Ûw peryferyjnych wchodz¹cych w†sk³ad systemu komputerowego (plug & play) i†³atwoúci¹ dynamicznego dostosowania przepustowoúci wirtualnego kana³u komunikacyjnego do chwilowych wymagaÒ peryferiÛw do³¹czonych do magistrali. Nie bez znaczenia s¹ takøe: moøliwoúÊ wspÛ³pracy w†jednym systemie wielu sterownikÛw typu Master, moøliwoúÊ przesy³ania danych paczkami o†ìszerokoúciî dostosowanej do wymagaÒ aplikacji, a†takøe wbudowane mechanizmy arbitraøu, ktÛre optymalizuj¹ procesy wymiany danych poprzez magistralÍ.

Elektronika Praktyczna 1/2001

Kolejnym atutem interfejsu PCI jest jego dostÍpnoúÊ i†niska cena rÛønego rodzaju kart komputerowych, spowodowana ich masow¹ produkcj¹. Wykorzystanie interfejsu PCI w†jednostkowych lub niskonak³adowych urz¹dzeniach wi¹øe siÍ z†szeregiem k³opotÛw, wúrÛd ktÛrych najpowaøniejszymi s¹: koniecznoúÊ stosowania buforÛw I/O o†specyficznych charakterystykach, a†takøe skomplikowany przebieg uzgodnieÒ komunikacyjnych.

OminiÍcie tych problemÛw jest moøliwe przez zastosowanie mostkÛw PCI wykonanych w†technologii FPGA/ CPLD lub w†masowo produkowanych, specjalizowanych uk³adach interfejsowych. Ze wzglÍdÛw ekonomicznych drugie z†wymienionych rozwi¹zaÒ wydaje siÍ byÊ lepszym do stosowania w†urz¹dzeniach prototypowych i†niskonak³adowych.

Rola mostka PCI w kanale wymiany danych Na rys. 1 przedstawiono strukturÍ typowego kana³u przekazywania danych miÍdzy aplikacj¹ uøytkownika a†modu³ami peryferyjnymi zamontowanymi na karcie PCI. Po³oøenie mostka PCI jednoznacznie okreúla jego rolÍ - odpowiada on za obs³ugÍ sygna³Ûw magistrali PCI i†dwukierunkowe

51

S P R Z Ę T s¹ masterami magistrali lokalnej. Z†tego powodu mostki ìzawiaduj¹î wszystkimi lokalnymi sygna³ami steruj¹cymi, odpowiadaj¹ takøe za przekazywanie i†potwierdzanie obs³ugi lokalnych przerwaÒ do interfejsu PCI. Ze wzglÍdu na zastosowane w†PCI rozwi¹zania, transmisja danych pomiÍdzy modu³em master szyny a†szyn¹ lokaln¹ jest asynchroniczna. Poniewaø lokalne procesy transmisyjne s¹ synchronizowane sygna³ami zegarowymi, w†úcieøce wymiany danych s¹ stosowane poúrednicz¹ce pamiÍci typu FIFO o†pojemnoúci 64B i†32B, odpowiednio dla zapisu i†odczytu danych. Do osobnej, 4-liniowej magistrali danych jest do³¹czona szeregowa pamiÍÊ nieulotna EEPROM, w†ktÛrej przechowywane s¹ informacje o†wynegocjowanej w†arbitraøu PCI bieø¹cej konfiguracji mostka. Konfiguracja uk³adu jest zapisana w 100 bajtach, tworz¹cych 16-bitowe s³owa. DostÍp do tej pamiÍci ma we-

Rys. 1.

wnÍtrzny kontroler szeregowy. Zapisy w†rejestrach konfiguracyjnych mostka moøe takøe modyfikowaÊ procesor (master) szyny PCI. Uk³ady PCI9050/52 mog¹ pracowaÊ takøe bez pamiÍci EEPROM, co powoduje automatyczne zapisanie do rejestrÛw konfiguracji wartoúci domyúlnych. SprzÍtowe mostki PCI s¹ ulokowane stosunkowo nisko w†warstwowej hierarchii wymiany danych we wspÛ³czesnych systemach operacyjnych (rys. 1). Z†tego powodu zapewnienie dostÍpu aplikacji uøytkownika do sprzÍtu wymaga przygotowania odpowiednich sterownikÛw programowych SYS/VXD, ktÛre obs³uguj¹ warstwy: sprzÍtow¹ (kernel) i†API (user).

Duøa rzecz: sterownik Przygotowanie sterownikÛw za pomoc¹ klasycznych narzÍdzi wymaga niezwykle szczegÛ³owej wiedzy na temat mechanizmÛw wspÛ³pracy poszczegÛlnych warstw systemu operacyjnego. Znacznie prostszymi w†stosowaniu narzÍdziami s¹ programowe pakiety kreatorÛw sterownikÛw, jak na przyk³ad DriverWizard firmy Jungo (kiedyú KRF Tech.). Jest to bardzo proste w†obs³udze narzÍdzie, za pomoc¹ ktÛrego moøna przygotowaÊ wydajne sterowniki dla wszelkiego typu urz¹dzeÒ z†interfejsem PCI, USB, itp. Program DriverWizard samoczynnie wykrywa zainstalowane w†systemie karty PCI (rys. 3) i†umoøliwia wstÍpn¹ edycjÍ ich zasobÛw (rys. 4).

Rys. 2. przesy³anie danych pomiÍdzy modu³ami peryferyjnymi karty i†innymi elementami wchodz¹cymi w†sk³ad systemu, np. g³Ûwnym procesorem wykonuj¹cym program aplikacyjny uøytkownika. Zadaniem mostka jest takøe generacja i†obs³uga sygna³Ûw steruj¹cych zarÛwno od strony magistrali PCI, jak i†magistrali lokalnej. Na rys. 2 przedstawiono grupy najwaøniejszych sygna³Ûw steruj¹cych oraz magistral adreso-

52

wych i†danych, ktÛre s¹ niezbÍdne do prawid³owej wymiany danych miÍdzy interfejsem PCI i†modu³ami do³¹czonymi do lokalnej magistrali danych. Wszystkie elementy peryferyjne wchodz¹ce w†sk³ad typowej karty PCI s¹ do³¹czone do lokalnej magistrali danych, ktÛr¹ moøna skonfigurowaÊ jako 8-, 16- lub 32-bitow¹. Uk³ady PCI9050 pracuj¹ w†trybie slave PCI i†jednoczeúnie

Rys. 3.

Elektronika Praktyczna 1/2001

S P R Z Ę T s³uøyÊ do przeprowadzania testÛw pracy konwertera. Atutem rozwi¹zania zaproponowanego przez PLX jest bogate wyposaøenie karty w†peryferia, w†tym szybk¹ pamiÍÊ RAM oraz bufory separuj¹ce interfejs ISA od magistrali lokalnej mostka PCI9050. Zestaw PCI9050SDK zawiera takøe zestaw uproszczonej dokumentacji drukowanej oraz szczegÛ³ow¹ dokumentacjÍ w†postaci cyfrowej, dostarczan¹ na p³ycie CD-ROM. Piotr Zbysiñski, AVT

SzczegÛ³owe informacje o†mostkach PCI firmy PLX s¹ dostÍpne w†Internecie pod adresem: http://www.plxtech.com/ home/frameset.htm. Dodatkowe informacje o†WinDriverze moøna znaleüÊ pod adresem: http://www.jungo.com/windriver.html. Prezentowany w†artykule zestaw oraz prÛbki uk³adÛw PCI9050 udostÍpni³a redakcji firma ELFA Polska, tel. (0-22) 652-38-80, www.elfa.se.

Rys. 4. Po okreúleniu wszystkich nastaw interfejsu, DriveWizard generuje projekt sterownika w postaci ürÛd³owej w†jÍzyku C + + lub Pascal (D e l phi ) . W†zaleønoúci od wymagaÒ uøytkownika, przygotowywany jest plik g³Ûwny projektu dla wybranego úrodowiska programistycznego (np. MS Developer Studio, Linux/Solaris Make, Borland C++ Builder). Z†poziomu DriverWizarda moøna takøe przeprowadziÊ prosty debugging przygotowywanego drivera.

PLX Monitor 2000 Producent uk³adÛw PCI9050 przygotowa³ do monitorowania swoich uk³adÛw specjalny program narzÍdziowy Monitor 2000, za pomoc¹ ktÛrego moøna odczytaÊ oraz modyfikowaÊ zawartoúci wewnÍtrznych rejestrÛw. Program ten automatycznie opisuje edytowane rejestry nazwami okreúlaj¹cymi spe³niane przez nich funkcje, dziÍki czemu korzystanie z†tego narzÍdzia jest bardzo ³atwe.

Elektronika Praktyczna 1/2001

Na rys. 5 przedstawiono okno konfiguracji rejestrÛw steruj¹cych kana³ami DMA, a†na rys. 6 okno, w ktÛrym moøna modyfikowaÊ nastawy przechowywane w†pamiÍci konfiguracji EEPROM.

Zestaw uruchomieniowy Firma PLX opracowa³a prosty zestaw uruchomieniowy PCI9050SDK (fot. 1), za pomoc¹ ktÛrego moøna poznaÊ sposÛb obs³ugi i†programowania mostkÛw PCI9050 oraz przetestowaÊ dzia³anie samodzielnie wykonanego urz¹dzenia (na uniwersalnej czÍúci p³ytki drukowanej). Poniewaø uk³ad PCI9050 opracowano z†myúl¹ o†wykorzystaniu go jako mostka poúrednicz¹cego miÍdzy magistral¹ PCI a†kartami ISA, modu³ dostarczony w†zestawie moøna wykorzystaÊ takøe jako konwerter PCI<->ISA. Otrzymany przez nas zestaw zawiera ponadto kartÍ modemow¹ z interfejsem ISA, ktÛra moøe

Rys. 5.

Rys. 6.

53

S P R Z Ę T Nowy programator firmy LEAP ELECTRONIC ChipStation CS-84\48 wyrÛønia siÍ pod wieloma wzglÍdami wúrÛd urz¹dzeÒ s³uø¹cych do programowania uk³adÛw elektronicznych. UniwersalnoúÊ tego programatora powinna bowiem zadowoliÊ nawet najbardziej wymagaj¹cych projektantÛw, dla ktÛrych jest on podstawowym narzÍdziem pracy.

W†artykule

przedstawiamy opis tego programatora oraz charakterystykÍ zwi¹zanego z†nim oprogramowania.

Dlaczego ChipStation? Programator ChipStation CS84\48, wyposaøony w†podstawkÍ DIL 48 oraz modu³ PLCC84, pozwala na ìobs³ugÍî szerokiej gamy uk³adÛw programowalnych w†obudowach DIL do 48 wyprowadzeÒ oraz w†obudowach PLCC do 84 wyprowadzeÒ. Inne dostÍpne adaptery, o†ktÛre moøna uzupe³niÊ zestaw, to SOP-44, TSOP-48, TSOP56, SSOP, SDIP itd. Programator (co prawda opcjonalnie) umoøliwia takøe programowanie uk³adÛw z†interfejsem JTAG/ISP. Elastyczny sterownik, odpowiadaj¹cy za sterowanie wyprowadzeÒ wymiennych podstawek, daje moøliwoúÊ pod³¹czenia kaødego wyprowadzenia uk³adu do napiÍcia zasilaj¹cego, masy, napiÍcia programuj¹cego lub sygna³u†zegarowego. Moøliwe jest wiÍc programowanie uk³adÛw o†dowolnym rozk³adzie wyprowadzeÒ zasilania i†danych. Za pomoc¹ tego programatora bÍdzie moøna programowaÊ takie

Elektronika Praktyczna 1/2001

uk³ady, ktÛre jeszcze nie zosta³y opracowane! ChipStation CS-84\48 prezentuje siÍ okazale. Przy wymiarach 27,1x22,7x6,1mm i†wadze 3,5kg programator nie naleøy do kieszonko-

wych, ale celem konstruktorÛw by³o raczej maksymalne zwiÍkszenie jego moøliwoúci, a†nie miniaturyzacja. Zasilacz wbudowany w†doln¹ czÍúÊ obudowy dodatkowo zwiÍksza wymiary programatora, ale w†sumie jest

Rys. 1.

55

S P R Z Ę T

Rys. 2. to rozwi¹zanie bardzo praktyczne. Zasilacz jest ma³o wymagaj¹cy - bowiem zadowala go dowolne napiÍcie z†przedzia³u 100..240V, co jest jego niew¹tpliw¹ zalet¹. Solidna, metalowa obudowa zapewnia ochronÍ przed ewentualnymi ³adunkami elektrostatycznymi i ma jednoczeúnie wp³yw na trwa³oúÊ konstrukcji. P³yta czo³owa, oprÛcz gniazda, w†ktÛrym umieszczane s¹ wymienne podstawki, jest wyposaøona w†cztery diody LED. Po pod³¹czeniu do portu rÛwnoleg³ego komputera i†podaniu zasilania sygnalizuj¹ one aktualny stan programatora, a†wiÍc zasilanie, pracÍ, oczekiwanie i†b³¹d. KomunikacjÍ z†uøytkownikiem wspomaga wbudowany w†programator sygnalizator akustyczny. Z³¹cze portu s³uø¹cego do komunikacji z†komputerem (poprzez do³¹czony do kompletu kabel) znajduje siÍ na tylnej úciance programatora. Z†ty³u znajduje siÍ rÛwnieø z³¹cze portu szeregowego do programowania uk³adÛw w†systemie oraz w³¹cznik zasilania.

Oprogramowanie Obs³ugÍ programatora zapewnia wchodz¹cy w†sk³ad zestawu program o†nazwie ìChipStationî, ktÛ-

Rys. 3.

56

ry wraz z†zawartymi na p³ycie CDROM sterownikami naleøy zainstalowaÊ w†katalogu g³Ûwnym komputera. Jak zapewnia producent, aplikacja wspÛ³pracuje z†Windows 95/ 98/NT, pozwalaj¹c na kontrolÍ i†sterowanie poprzez sieÊ lokaln¹. Po uruchomieniu programu widzimy ³adnie zaprojektowany interfejs graficzny (rys. 1). TwÛrcy programu przygotowali szereg funkcji pozwalaj¹cych na znaczne u³atwienie obs³ugi programatora. Komunikaty pojawiaj¹ce siÍ podczas procesu programowania ìwpadaj¹ w†okoî zaraz po uruchomieniu aplikacji. DostÍp do grup ikon zaprojektowano w†postaci zak³adek. Jak widaÊ na rysunku, w g³Ûwnym oknie programu znajduje siÍ: standardowy w†Windows pasek MENU, grupa ikon umieszczonych poniøej, okna RUN-TIME MESSAGE WINDOW i†DUMP EDIT, okna komunikatÛw (lewa dolna strona ekranu) oraz grupa dodatkowych ikon (analogicznie strona prawa).

Programowanie Programowanie rozpoczynamy od wybrania typu uk³adu, z†ktÛrym aktualnie pracujemy. Wyboru tego dokonujemy za pomoc¹ polecenia SELECT IC dostÍpnego w†MENU>DEVICE lub bezpoúrednio, korzystaj¹c z†ikony umieszczonej w†dolnej prawej czÍúci g³Ûwnego okna programu. Polecenie to uaktywnia okno SELECT IC DIALOG przedstawiaj¹ce listÍ dostÍpnych uk³adÛw (rys. 2). WystÍpuje tutaj kilka ciekawych dodatkÛw. Mianowicie w†rozpoznaniu producenta uk³adu pomaga pojawiaj¹ce siÍ obok logo, a†jego stronÍ WWW moøemy odwiedziÊ klikaj¹c umieszczony poniøej przycisk (np. w†celu uzyskania dodatkowych informacji o†interesuj¹cym nas uk³adzie). Biblioteka obs³ugiwanych ìkoúciî jest bardzo bogata. Zawiera d³ug¹ listÍ elementÛw oferowanych przez rÛønych producentÛw i†zapewnia wspÛ³pracÍ z†uk³adami: EPROM, EEPROM, FLASH EPROM, PLD wliczaj¹c uk³ady typu PAL, GAL, EPLD, CPLD, a†takøe mikrokontrolery, DSP i†inne. Po wybraniu interesuj¹cego nas elementu (w naszym przypadku ATMEL AT89C52) ìChipStationî wyúwietla okno in-

Rys. 4. formuj¹ce uøytkownika o†podstawowych jego parametrach, takich jak typ, rozmiar pamiÍci, napiÍcia zasilania, napiÍcie programowania itp. (rys. 3). PoprawnoúÊ obsadzenia uk³adu w†podstawce warto sprawdziÊ klikaj¹c ikonÍ SCAN dostÍpn¹ w†gÛrnej czÍúci okna programu. W†przypadku stwierdzenia nieprawid³owoúci np. braku styku pomiÍdzy nÛøkami a†podstawk¹ sygnalizowany jest b³¹d oraz automatycznie wyúwietlany komunikat wskazuj¹cy graficznie wyprowadzenia, w ktÛrych brak kontaktu (rys. 4). Innowacj¹ w†tym programie jest funkcja autodetekcji pozwalaj¹ca automatycznie rozpoznaÊ posiadany uk³ad. Po wykonaniu powyøszych czynnoúci uk³ad jest gotowy do zaprogramowania. W†zaleønoúci od tego co chcemy zrobiÊ, producent przewidzia³ kilka algorytmÛw procesu programowania. Wyboru operacji jak¹ zamierzamy przeprowadziÊ dokonujemy poprzez uaktywnienie interesuj¹cej nas zak³adki z†ikonami. Jak widaʆna rys. 1 znajduj¹ siÍ one w†gÛrnej czÍúci okna g³Ûwnego. Do wyboru mamy zak³adki z†modyfikowalnymi algorytmami procesu programowania, odczytu i†kasowania pamiÍci uk³adu oraz zak³adkÍ SINGLE, na ktÛrej znajduj¹ siÍ iko-

Rys. 5.

Elektronika Praktyczna 1/2001

S P R Z Ę T

Rys. 6.

Rys. 7. ny pozwalaj¹ce na pojedyncze wykonanie poszczegÛlnych operacji. Zak³adki PROGRAM, READ, ERASE umoøliwiaj¹ wykonanie serii operacji wchodz¹cych w†sk³ad procesu zaprogramowania, wczytania do bufora lub skasowania zawartoúci pamiÍci. Dodatkowo moøliwe jest pominiÍcie wybranej (lub wybranych) przez uøytkownika operacji wchodz¹cych w†sk³ad poszczegÛlnych procesÛw. Na przyk³ad pominiÍcie operacji BLANK CHECK podczas procesu programowania wymaga jedynie klikniÍcia myszk¹ na ikonie o†nazwie BLANK. Program natychmiast zmienia interesuj¹c¹ nas ikonÍ na napis SKIP. Pozosta³e operacje wykonywane s¹ automatycznie po naciúniÍciu znajduj¹cego siÍ pod zak³adkami przycisku RUN (pojedyncze wykonanie wybranego procesu) lub AUTORUN (powtarzanie wy-

Rys. 8.

58

branego procesu - w†przypadku programowania serii takich samych uk³adÛw - aø do momentu przerwania go przez uøytkownika). Podczas wykonywania wybranego procesu jego postÍp pokazywany jest w†postaci graficznej z†podanym czasem trwania poszczegÛlnych operacji. Okno DUMP EDIT (rys. 1) zapewnia dostÍp do zawartoúci bufora pamiÍci. Zak³adki z†napisami 8BITS i†16BITS zawieraj¹ informacje dotycz¹ce odpowiednio 8- i†16bitowego adresu komÛrek bufora oraz kodu programu w†postaciach: binarnej i†ASCII. Zak³adka BUFFER INFORMATION pokazuje nazwÍ programu ostatnio ³adowanego do bufora wraz z†jego úcieøk¹ dostÍpu oraz podstawowymi parametrami typu format, rozmiar pliku itp. Wybieraj¹c ostatni¹ z†zak³adek, opisan¹ jako BUFFER MAP, moøemy zobaczyÊ mapÍ bufora pamiÍci zorganizowan¹ w†bloki. Adres interesuj¹cego nas bloku wyúwietlany jest automatycznie w†prawym dolnym rogu okna, zaraz po najechaniu na niego kursorem. Okno DUMP EDIT umoøliwia ponadto wykonanie szeregu operacji na zawartoúci bufora pamiÍci. S³uøy do tego celu pionowy rz¹d ikon znajduj¹cych siÍ po lewej stronie okna (rys. 1). OgÛlne informacje dotycz¹ce przeznaczenia kolejnych ikon uzyskujemy poprzez najechanie na nie kursorem. Aplikacja umoøliwia zapis zawartoúci bufora w†wybranym formacie oraz pozwala na zapisanie wybranego fragmentu bufora. Fragment ten wybieramy, podaj¹c jego zakres pocz¹tkowy i†koÒcowy ìrÍcznieî w†postaci HEX lub korzystaj¹c z†przyciskÛw FILE, MAX, IC (rys. 5). Moøliwe jest takøe wype³nienie bufora wartoúciami wybranymi przez uøytkownika. Zadany obszar zape³niamy, w†zaleønoúci od potrzeb, danymi zaproponowanymi przez twÛrcÛw aplikacji (do wyboru) lub danymi zdefiniowanymi przez siebie. Opcja rÍcznego okreúlenia interesuj¹cego nas fragmentu bufora, na ktÛrym chcemy przeprowadziÊ operacje, polega na podaniu jego adresu pocz¹tkowego i†koÒcowego (rys. 6). Zaawansowane moøliwoúci oferuje takøe edytor zawartoúci bufora: dostÍpne jest

Rys. 9. kopiowanie, przesuwanie i†zamienianie miejscami wybranych przez uøytkownika fragmentÛw pamiÍci. Mamy tu moøliwoúÊ samodzielnego okreúlenia fragmentu ürÛd³owego pamiÍci, ktÛry chcemy skopiowaÊ, przesun¹Ê czy zamieniÊ. Ponadto, dostÍpne s¹ narzÍdzia do wyszukiwania interesuj¹cego nas ci¹gu kodu programu w†buforze. W†oknie uruchomionym ikon¹ SEARCH DATA podajemy interesuj¹cy nas ci¹g†(w kodzie binarnym lub ASCII) oraz kierunek przeszukiwania (rys. 7).

Dodatkowe funkcje programu W†g³Ûwnym oknie programu znajduje siÍ takøe okno o†nazwie RUNTIME MESSAGE WINDOW, widoczne w†postaci przewijanego paska na rys. 1. Pokazuje ono przebieg pracy programatora, sygnalizuj¹c†jednoczeúnie aktualny stan urz¹dzenia oraz wykonanie poszczegÛlnych operacji. ZarÛwno w†tym oknie, jak i†w†oknie komunikatÛw sygnalizowane s¹ natychmiast wszystkie b³Ídy oraz inne informacje dodatkowe. Okno RUNTIME MESSAGE WINDOW moøemy zmaksymalizowaÊ klikaj¹c na odpowiedni¹ ikonÍ znajduj¹c¹ siÍ w†dolnej czÍúci ekranu lub korzystaj¹c†z†prawego przycisku myszki. Ciekaw¹ funkcj¹ jak¹ udostÍpnia program ìChipStationî jest funkcja REPORT (ikona w†dolnej czÍúci g³Ûwnego okna programu). Pomoøe ona szczegÛlnie tym uøytkownikom, ktÛrzy programuj¹ ìmasowoî i†potrzebuj¹ informacji na temat skutecznoúci swoich ìdzia³aÒî. REPORT bowiem to przedstawiona

Elektronika Praktyczna 1/2001

S P R Z Ę T

Rys. 10. w†pigu³ce historia wykonanych przy uøyciu programatora operacji i ich skutecznoúci (procentowo). TwÛrcy programu zadbali takøe o†graficzne przedstawienie stosunku ìsukces - poraøkaî w†postaci wykresu, daj¹c jednoczeúnie moøliwoúÊ zapisu na dysk danych z†wybranego przez nas okresu pracy. Z†opcji tych korzystamy wybieraj¹c odpowiednie zak³adki w†oknie REPORT (rys. 9). Kolejn¹ nowink¹ jaka wyrÛønia opisywany program od innych o†podobnym przeznaczeniu jest EXTEND PARAMETER SETUP (rys. 10). Opcja dostÍpna jest z†poziomu menu lub poprzez ikonÍ o†nazwie MATH i†pozwala na zmianÍ (w okreúlonym zakresie) podstawowych parametrÛw programowania jak: napiÍcie zasilania uk³adu, poziomy napiÍÊ wyjúciowych i†wejúciowych, poziomy napiÍÊ i†czÍstotliwoúci programowania, kasowania itp. Uk³ady ìz odzyskuî, ktÛre chcemy ponownie wykorzystaÊ, moøemy sprÛbowaÊ ìzmusiÊî do pracy, w†przypadku pojawienia siÍ problemÛw, poprzez odpowiednie dobranie parametrÛw programowania (zak³adaj¹c, øe ìreanimowanyî element jest sprawny). Naleøy dodaÊ, øe funkcja ta jest przeznaczona dla bardziej doúwiadczonych uøytkownikÛw. NieumiejÍtne obchodzenie siÍ z†EXTEND PARAMETER SETUP moøe spowodowaÊ nieodwracalne uszkodzenie uk³adu. Do ustawienia parametrÛw pracy programu s³uøy dostÍpna w†ME-

60

NU>DEVICE (lub za pomoc¹ ikony SET) funkcja COMMON SETUP. Uøytkownik moøe zmieniÊ automatycznie przyjmowane przez program, dla rÛønych elementÛw, wartoúci dotycz¹ce np. zakresu uøywanej w†uk³adzie pamiÍci, adresu pocz¹tkowego, od ktÛrego rozpocznie siÍ zapis w†îkoúciî, adresu pocz¹tkowego bufora itp. W†COMMON SETUP ustawiamy takøe format numeru seryjnego zapisywanego w†uk³adzie, parametry weryfikacji oraz zabezpieczenia blokÛw. Warto zwrÛciÊ uwagÍ na fakt, øe poszczegÛlne opcje ustawiane przez uøytkownika uaktywniane s¹ dynamicznie w†zaleønoúci od typu wybranego uk³adu. Dotyczy to nie tylko COMMON SETUP czy CONFIGURATION SETUP, ale prawie wszystkich okien programu. Nieaktywne aktualnie opcje wyúwietlane s¹ w†standardowy dla Windows sposÛb, czyli w†kolorze szarym. W†îChipStationî mamy rÛwnieø czÍúciowy wp³yw na szatÍ graficzn¹ samej aplikacji. Pewnych modyfikacji moøemy dokonaÊ bowiem w†wygl¹dzie okna przedstawiaj¹cego postÍp wykonywania programowania, odczytu czy kasowania. Jeøeli komputer wyposaøony jest w†kartÍ düwiÍkow¹, dostÍpna jest takøe opcja wyboru ìwydawanychî przez program düwiÍkÛw. Waøn¹ funkcj¹ dostÍpn¹†z†tego samego poziomu jest ADDITION NEW IC NUMBER. W†pojawiaj¹cym siÍ tu oknie (rys. 11) definiujemy nowe uk³ady, ktÛre s¹ automatycznie dodawane do listy obs³ugiwanych elementÛw. Oczywiúcie operacja taka wymaga zdobycia odpowiednich plikÛw z†algorytmami. Na szczÍúcie udostÍpniane s¹ one w†miarÍ rozwoju oprogramowania na stronie producenta.

Rys. 11.

Decyzja naleøy do Was Mamy nadziejÍ, øe po przeczytaniu tego artyku³u Czytelnik wyrobi³ sobie ogÛlny pogl¹d na temat ChipStation CS-84/48. Naszym zdaniem firma LEAP ELECTRONIC daje konstruktorom silne narzÍdzie. SzczegÛlnie duøo zyskuj¹ ci konstruktorzy, ktÛrzy korzystaj¹ z†szerokiego wachlarza dostÍpnych na rynku uk³adÛw programowalnych. Urz¹dzenie jest wiÍc idealnym narzÍdziem w laboratoriach badawczych, zak³adach†produkcyjnych, zajmuj¹cych siÍ tworzeniem i†testowaniem nowych projektÛw. Znika koniecznoúÊ korzystania z†kilku rÛønych programatorÛw, a†wiÍc uzyskuje siÍ oszczÍdnoúÊ czasu i†cennego miejsca na biurku. Niew¹tpliw¹ zalet¹ oprogramowania jest jego prostota i†- jak obiecuj¹ twÛrcy - ci¹g³y rozwÛj. MoøliwoúÊ úci¹gniÍcia ze strony producenta bezp³atnej aktualizacji oprogramowania, w†po³¹czeniu z†zaawansowanym sposobem sterowania wyprowadzeniami programatora, pozwoli na utrzymanie przewagi ChipStation nad podobnymi urz¹dzeniami. RK Urz¹dzenie przedstawione w†artykule udostÍpni³a redakcji firma RK-System, tel. (0-22) 724-30-39, www.rk-system.com.pl.

Elektronika Praktyczna 1/2001

S P R Z Ę T Warszawska firma MJM produkuje pomys³owy zestaw modu³Ûw, pozwalaj¹cy zast¹piÊ w†odbiorniku radiowym star¹ g³owicÍ nowoczesn¹ g³owic¹ z cyfrow¹ syntez¹ czÍstotliwoúci. OprÛcz moøliwoúci odbioru w nowym pasmie UKF, nasze radio uzyska 30-kana³ow¹ pamiÍÊ programÛw oraz nowoczeúniejszy wygl¹d.

Głowice UKF z cyfrową syntezą częstotliwości Kompletny zestaw g³owicy z syntez¹ czÍstotliwoúci sk³ada siÍ z†g³owicy FM oznaczonej symbolem T10h, p³ytki z†uk³adem cyfrowej syntezy TS10 oraz programatora, ktÛry jest dostÍpny w†trzech wersjach: TP31, TP41 lub TP42. RÛøni¹ siÍ one miÍdzy sob¹ szczegÛ³ami konstrukcyjnymi, ale ich w³aúciwoúci uøytkowe s¹ jednakowe. PoszczegÛlne programatory maj¹ nastÍpuj¹ce cechy konstrukcyjne: - TP31 - programator wyposaøony we wbudowane przyciski do programowania (moøna rÛwnieø wykorzystaÊ zewnÍtrzne przyciski dodatkowe). Jego rozmiary pozwalaj¹ na stosowanie go jako urz¹dzenia zewnÍtrznego, bez koniecznoú-

ci wykonywania zaawansowanych przerÛbek mechanicznych obudowy radioodbiornika. WysokoúÊ cyfr wyúwietlacza wynosi 10mm, a†wymiary programatora bez przyciskÛw wynosz¹ 78x21,5x47mm. - TP41 - programator bez wbudowanych przyciskÛw programuj¹cych. DziÍki takiemu rozwi¹zaniu moøna wykorzystaÊ dowolne przyciski, np. znajduj¹ce siÍ w†odbiorniku. WysokoúÊ cyfr wyúwietlacza wynosi 10mm. Wymiary programatora wynosz¹ 41,5x18x63mm. - TP42 - jest to najmniejszy spoúrÛd oferowanych przez MJM programatorÛw. Podobnie jak TP41 nie ma wbudowanych przyciskÛw programuj¹cych. WysokoúÊ cyfr wyúwietlacza wynosi 8mm, a†wymiary programatora wynosz¹ 36x17,2x60mm. Skonfigurowany do indywidualnych potrzeb zestaw umoøliwia dostosowanie kaødego radioodbiornika (lub tunera) do pracy w†gÛrnym pasmie UKF, pozwalaj¹c na zaprogramowanie do 30 stacji i†odczyt ustawionego numeru kana³u lub czÍstotliwoúci odbieranego sygna³u.

Nieprawdopodobnie proste Do przestrojenia dosta³em amplituner typu Radmor. Odbiornik ten, choÊ trochÍ sÍdziwy, ci¹gle wyrÛønia siÍ oryginalnym wygl¹dem, ktÛry nadaj¹ mu przede wszystkim sensorowe prze³¹czniki programÛw. Montaø rozpocz¹³em (zgodnie z†za-

62

leceniami zawartymi w†instrukcji montaøu) od znalezienia napiÍcia zasilaj¹cego o†wartoúci 10..15V. Okaza³o siÍ, øe niezbÍdny bÍdzie dodatkowy stabilizator 7812, poniewaø w†odbiorniku by³o dostÍpne napiÍcie o†wartoúci aø 19V. Star¹ g³owicÍ UKF postanowi³em zdemontowaÊ, co ze wzglÍdu na modu³ow¹ konstrukcjÍ odbiornika nie by³o trudne. Ca³a operacja sprowadzi³a siÍ do wysuniÍcia g³owicy ze z³¹cza i†odlutowania przewodÛw od p³ytki z†filtrem RLC. W†odbiornikach w†innej wersji trzeba odci¹Ê istniej¹ce po³¹czenie starej g³owicy z†filtrem ceramicznym 10,7MHz i†do³¹czyÊ do filtru wyjúcie p.cz. nowej g³owicy. P³ytkÍ uk³adu syntezy i†p³ytkÍ programatora ³¹czymy ze sob¹ (zgodnie z†opisem w†instrukcji), przy czym naleøy zwrÛciÊ uwagÍ, aby przewody po³¹czeniowe miÍdzy programatorem a†p³ytk¹ syntezy by³ moøliwie krÛtkie. Jeøeli wykorzystujemy w†odbiorniku dodatkowe przyciski lub oryginalne klawisze odbiornika zamiast przyciskÛw programatora, rÛwnieø naleøy

Dane techniczne zestawu syntezy (głowica + płytka syntezy + programator) ✓ Napięcie zasilania: 10..15V ✓ Pobór prądu: 70..120mA (zależy od jasności i wskazań wyświetlaczy) ✓ Zakres przestrajania: 87,5..108MHz ✓ Maksymalny zakres przestrajania: 86..108MHz ✓ Krok przestrajania: 100/50kHz ✓ Pojemność pamięci programów: 30 ✓ Wyświetlacz LED: 4 cyfry ✓ Wymiary głowicy T10 z płytką syntezy TS10: 48mm x 37mm x 32mm

Elektronika Praktyczna 1/2001

S P R Z Ę T Dane techniczne głowicy T10h ✓ Nominalny zakres częstotliwości: 87,5..108MHz ✓ Maksymalny zakres częstotliwości: 86..108,5MHz ✓ Napięcie zasilania: 8..15V ✓ Pobór prądu: ok. 12mA ✓ Impedancja wejściowa: 75Ω ✓ Impedancja wyjściowa: 300Ω ✓ Napięcie strojenia: 1..6V (pobierane z płytki syntezy) ✓ Wzmocnienie: ok. 24dB ✓ Zakres wzmocnienia wewnętrznej pętli ARW: ok. −30dB ✓ Wymiary: 41,5mm x 32,5mm x 13,5mm

merze programu wczeúniej zapamiÍtano jak¹ú stacjÍ. Wyjúcie z†trybu programowania i†zapamiÍtanie ustawieÒ wymaga ponownego naciúniÍcia przycisku PROG. Przyciski uk³adu syntezy mog¹ pracowaÊ takøe w†trybie serwisowym, w†ktÛrym moøna m.in. zmieniaÊ jasnoúÊ úwiecenia wyúwietlaczy LED. Regulacja jest 4-stopniowa. pod³¹czyÊ je moøliwie krÛtkimi przewodami. Po przebrniÍciu przez ten etap moøemy rozpocz¹Ê prÛby. W†moim przypadku, po w³¹czeniu zasilania stwierdzi³em, øe radio dzia³a bez zarzutu. Jeøeli jednak podczas odbioru s³abych stacji wystÍpuj¹ trzaski, wÛwczas naleøy dodatkowym przewodem po³¹czyÊ masÍ programatora z†mas¹ odbiornika radiowego. Po wstÍpnym uruchomieniu moøna rozpocz¹Ê najbardziej pracoch³onny etap prac - mechaniczny montaø wyúwietlacza w†p³ycie czo³owej. Aby zminimalizowaÊ nak³ad pracy, podj¹³em decyzjÍ o†usuniÍciu starego wskaünika czÍstotliwoúci i†dostrojenia, nastÍpnie obydwa otwory po³¹czy³em, usuwaj¹c dziel¹c¹ je czÍúÊ (za pomoc¹ pi³ki do metalu). W†powsta³y otwÛr wpasowa³em zielony filtr z†barwionej pleksi, w†ktÛrym uprzednio wykona³em otwory na klawisze steruj¹ce uk³adem syntezy.

Dla opornych.. Obs³uga uk³adu syntezy jest intuicyjna, dziÍki czemu nie wymaga praktycznie nauki. Obs³ugÍ programatora umoøliwiaj¹ trzy przyciski oznaczone jako PROG, UP i†DOWN. Wejúcie w†tryb programowania wymaga przytrzymania przycisku PROG do zapalenia siÍ diody LED znajduj¹cej siÍ na panelu wyúwietlaczy. Na wyúwietlaczu pojawia siÍ aktualna wartoúÊ czÍstotliwoúci, do ktÛrej jest dostrojona g³owica. CzÍstotliwoúÊ moøna zmieniaÊ przyciskami UP lub DOWN, a†po ponownym naciúniÍciu przycisku PROG na wyúwietlaczu pojawi siÍ odpowiadaj¹cy tej czÍstotliwoúci numer programu. Numer ten moøna oczywiúcie dowolnie wybraÊ za pomoc¹ przyciskÛw UP lub DOWN. Migotanie diody LED ostrzega uøytkownika, øe na wybranym nu-

Cena Jestem pewien, øe ten krÛtki opis zainteresuje, ale i†wystraszy CzytelnikÛw zainteresowanych doprowadzeniem do stanu niemal ìwspÛ³czesnegoî swojego ulubionego Radmora. NiepokÛj moøe wywo³aÊ potencjalnie wysoki koszt takiej przerÛbki. Jak siÍ jednak okazuje, producent opracowa³ urz¹dzenie dostÍpne takøe dla aplikacji niskobudøetowych. Cena typowego zestawu (pocz¹tek grudnia 2000) wynosi³a zaledwie 74 z³! Jakikolwiek niepokÛj nie by³ wiÍc potrzebny. Piotr Staszewski, AVT Urz¹dzenia do testÛw udostÍpni³a redakcji firma MJM, tel. (0-22) 834-0024, http://www.mjm.waw.pl/.

Skrócona instrukcja montażu: 1. Znajdź w odbiorniku napięcie zasilające 10..15V, z którego można pobrać prąd o natężeniu ok. 120mA i podłączyć do niego odpowiednie punkty płytki syntezy TS10. 2. Znajdź ceramiczny filtr 10,7MHz na wejściu wzmacniacza pośredniej częstotliwości odbiornika i odłącz istniejące połączenie między tym filtrem a wyjściem starej głowicy. Następnie połącz odpowiednie punkty płytki syntezy z wejściem filtru 10,7MHz. 3. Za pomocą czterożyłowego przewodu połącz płytkę syntezy z płytką programatora zwracając uwagę, aby zachować zgodność z oznaczeniami na obu płytkach. 4. Przewód z gniazda antenowego doprowadź do wejścia antenowego głowicy T10.

Elektronika Praktyczna 1/2001

63

S P R Z Ę T

Philips jest niew¹tpliwie producentem najszerszej gamy kontrolerÛw rodziny '51, wci¹ø chyba najpopularniejszych wúrÛd konstruktorÛw. Lista rÛønych wersji tych mikrokontrolerÛw ci¹gle siÍ wyd³uøa, a†prowadzone prace rozwojowe owocuj¹ nowoúciami.

Co prawda dla wielu konstruktorÛw nie jest zrozumia³e, dlaczego Philips tak niechÍtnie stosuje technologiÍ FLASH w mikrokontrolerach, lecz ma to swoje logiczne uzasadnienie. OtÛø g³Ûwnym rynkiem dla Philipsa jest elektronika samochodowa, multimedia (TV, PC, settop box, AGD) itp., czyli grupa z†tzw. wyrobÛw rynku masowego (ìmass marketî). A†na takim rynku podstawowym kryterium doboru elementÛw (i sukcesu koÒcowego wyrobu) s¹ oczywiúcie koszty. ZaryzykujÍ twierdzenie, øe producentÛw wielu wyrobÛw po prostu nie staÊ na kontroler z†pamiÍci¹ FLASH. Oczywiúcie w†tych konkretnych aplikacjach i†zastosowaniach. Postaram siÍ jednak wykazaÊ, øe kr¹g odbiorcÛw rozwi¹zaÒ firmy Philips jest znacznie szerszy.

Poznajemy bohatera Rozszyfrujmy tytu³owy akronim: 51LPC - to po prostu Low Pin Count czyli procesor '51 o†ma³ej liczbie ìnÛøekî. Wszystkie kontrolery tej rodziny zamykane s¹ bowiem w†20-nÛøkowych obudowach DIP i†SO. Podajmy teraz wspÛlne cechy i†wyposaøenie kontrolerÛw tej rodziny: - rdzeÒ typu ìaccelerated C51+î, - lista rozkazÛw zgodna w†100% ze standardem '51, - duøa liczba wewnÍtrznych, specjalizowanych modu³Ûw peryferyjnych (I2C, A/C i†C/A, PWM), - pe³na kontrola programisty nad rozmieszczeniem i†charakterem wyprowadzeÒ, - moøliwoúÊ programowania ìw systemieî (ISP), - napiÍcie zasilania od 2,7V do 6V (dwa tryby oszczÍdzania energii - do 1µA),

Fot. 1. - standardowo dwa komparatory analogowe, - sprzÍtowy UART, - wysokopr¹dowe wyjúcia, - WDT (ang. WatchDogTimer), - BOD (ang. Brown-Out Detector - kontroler napiÍcia zasilania o†dwÛch konfigurowalnych progach zadzia³ania generatora sygna³u zeruj¹cego),

- POR (Power-On Reset), umoøliwiaj¹cy ìzaoszczÍdzenieî jednego wyprowadzenia - 8†przerwaÒ ìklawiaturowychî + 2†niezaleøne (zewnÍtrzne), - cztery poziomy przerwaÒ, - konfigurowalny ìon-chip oscillatorî, z†wewnÍtrznym generatorem RC (o sta³ej czÍstotliwoúci ok. 6MHz),

Mniejszy nie oznacza gorszy! Elektronika Praktyczna 1/2001

65

S P R Z Ę T - 32-bajtowy, dedykowany obszar EPROM (np. do serializacji), - pamiÍÊ programu typu OTP (jednokrotnego zapisu) o†pojemnoúci 2..4kB. - pamiÍÊ RAM o†pojemnoúci 128 bajtÛw. Czym jest ìaccelerated C51+ coreî? Jest to po prostu stary, dobrze znany rdzeÒ w†nowym opracowaniu, gdzie jeden cykl maszynowy sk³ada siÍ z†6 taktÛw zegarowych zamiast standardowych 12. Zatem aby LPC wykonywa³ program w†takim samym tempie jak ìstaryî '51, musi mieÊ od niego dwukrotnie d³uøszy okres zegara! Oznacza to, øe z†kwarcem 20MHz LPC osi¹gnie wydajnoúÊ tradycyjnego '51 z†kwarcem 40MHz! Jakie to daje korzyúci? Odpowiedü jest stosunkowo prosta: - znaczne zmniejszenie poboru mocy (przypomnÍ: w†uk³adach CMOS pobÛr pr¹du roúnie proporcjonalnie do czÍstotliwoúci pracy), - wyraüne obniøenie emitowanych zak³ÛceÒ (znÛw zwi¹zek z†czÍstotliwoúci¹ taktowania). TwÛrcy nowych mikrokontrolerÛw przewidzieli moøliwoúÊ rezygnacji ze skrÛconego cyklu maszynowego, poprzez ustawienie bitu konfiguracyjnego CLKR kontrolera. Moøna teø ustawiÊ nietypow¹ wewnÍtrzn¹ czÍstotliwoúÊ zegara poprzez wpis do rejestru DIVM# wspÛ³czynnika podzia³u czÍstotliwoúci (1 do 255). OperacjÍ tÍ moøna przeprowadziÊ ìw locieî, co umoøliwia np. znaczne przyspieszanie pracy rdzenia w†obs³udze przerwania i†jego spowolnienie poza nim. Wpis do DIVM# nie przerywa pracy programu. Na rys. 1 widoczny jest schemat blokowy mikrokontrolerÛw LPC, a†w†tab. 1 zestawiono obecnie dostÍpne ich konfiguracje.

SzczegÛ³y Jakkolwiek artyku³ ten nie jest not¹ katalogow¹ (do ktÛrej przestudiowania gor¹co zachÍcam - CD-EP z†listopada 2000), pozwolÍ sobie zwrÛciÊ uwagÍ na kilka istotnych szczegÛ³Ûw: - LPC pracuj¹ poprawnie z†kwarcem 10MHz (czyli do 20MHz jak klasyczne '51) w†przedziale napiÍÊ 2,7..6V, natomiast zastosowanie kwarcu o†czÍstotliwoúci rezonansowej ok. 20MHz wymaga zasilania procesora napiÍciem o†wartoúci 4,5..6V.

Tab. 1. Dostępne konfiguracje mikrokontrolerów LPC. Typ 87LPC762 87LPC764 87LPC767 87LPC768 87LPC769

EPROM−OTP [kB]

RAM [B]

UART/I2C/BOD

PWM

ADC/DAC

2 4 4 4 4

128 128 128 128 128

+/+/+ +/+/+ +/+/+ +/+/+ +/+/+

− − − + −

− − +/− +/− +/+ (2)

- Linie we/wy pogrupowano w†trzy porty. Port 0†powi¹zany jest bezpoúrednio z†uk³adem przerwaÒ klawiaturowych. - Kaøde z†powyøszych przerwaÒ moøe obudziÊ LPC z†uúpienia. - Kaøda linia we/wy moøe pracowaÊ z†pr¹dem I OL=20mA (jednak najwyøej cztery jednoczeúnie). - Wejúcia moøna skonfigurowaÊ jako TTL lub Schmitta (domyúlnie TTL), dodatkowo porty moøna tak zaprogramowaÊ, aby podczas zerowania by³y w†stanie wysokim. - Wszystkie (oprÛcz trzech: SCL, SDA, Reset) linie mog¹ byÊ skonfigurowane do pracy w†jednym z†nastÍpuj¹cych trybÛw: - Quasi-dwukierunkowy (z trybem redukcji EMI), - Push-Pull, - Tylko wejúcie, - Otwarty dren. - Istniej¹ DWA wskaüniki danych (Dual Data Pointer). - Czasomierze 0†i†1†s¹ identyczne jak w†'51. - Blok I 2 C†jest typu ìbitwiseî (jak w†P87C751), sygna³ SCL ma standardowo czÍstotliwoúÊ 100kHz. - Komparatory mog¹ mieÊ ustalone, wewnÍtrzne napiÍcie odniesienia (1,23V ±5%) lub korzystaÊ z†sygna³u zewnÍtrznego, zaú wyjúcia moøna skierowaÊ na zewn¹trz uk³adu lub uøyÊ jako wyjúcia sygna³u przerwania. - UART jest typowym rozwi¹zaniem, stosowanym przez Philipsa, w†ktÛrym sprzÍtowo realizuje siÍ rozpoznawanie adresu i†test ramki. - NapiÍcia wyzwalaj¹ce uk³ad BOD to 2,5V lub 3,8V (moøna je wybraÊ tylko raz, podczas programowania mikrokontrolera). - Jeøeli wymagany jest sygna³ zewnÍtrznego zerowania, moøna ten sygna³ wyprowadziÊ na jedno z†wyprowadzeÒ. - WatchDog ma niezaleøny (wewnÍtrzny), konfigurowalny generator RC, o†czasach wyzwolenia od ~10ms..3s. Uk³ad moøna w³¹czyÊ na sta³e po ustawieniu odpowiedniego bitu konfiguruj¹cego podczas programowania,

PobÛr mocy i†tryby oszczÍdzania energii PobÛr mocy, jak juø wspomnia³em, zaleøny jest od†czÍstotliwoúci pracy LPC. PobÛr pr¹du, w†przedzia³ach czÍstotliwoúci zegara, jest nastÍpuj¹cy (dla Ucc=3,3V):

66

- 4MHz do 20MHz => 1,7 do 10mA, - 100kHz do 4MHz => 44µA do 1,7mA, - 20kHz do 100kHz => 9†do 44µA. Przedzia³y wybiera siÍ podczas programowania mikrokontrolera. Dodatkowe oszczÍdnoúci w†poborze pr¹du uzyskuje siÍ wprowadzaj¹c LPC w†jeden z†dwÛch trybÛw oszczÍdzania energii: - Idle - standardowy tryb '51, z†ktÛrego moøna wyjúÊ np. przez zerowanie albo przerwanie, - Power Down wzbogacony o†przyspieszone wybudzanie. Tryb ten moøna opuúciÊ uøywaj¹c przerwaÒ klawiaturowych oraz przerwaÒ 0†i†1, zaledwie po 256 cyklach sygna³u zegarowego (z†oscylatora RC). Oczywiúcie WatchDog, Reset lub uk³ad BOD spowoduj¹ restart mikrokontrolera, zostawiaj¹c ìúladî w†odpowiednim rejestrze.

Tworzenie w³asnego projektu - narzÍdzia Nawet najlepszy mikrokontroler niewiele jest wart, jeúli konstruktor nie ma odpowiednich narzÍdzi do pracy. A†s¹ to zazwyczaj: oprogramowanie CAD, emulator i/lub programator. DziÍki dobrze zadomowionej architekturze i†zestawowi instrukcji, nikt kto juø uøywa kontrolerÛw rodziny '51 nie powinien naraziÊ siÍ na dodatkowe koszty. Wystarczy zadaÊ sobie trud stworzenia w³asnego pliku nag³Ûwka z†definicjami rejestrÛw i†ich adresÛw (lub po prostu odwiedziÊ witrynÍ producenta oprogramowania) i†moøna zacz¹Ê pisaÊ program. Philips opracowa³ emulator sprzetowy (opisany w†EP11/2000) o†nazwie PDS76XSD (fot. 1). Jest to urz¹dzenie opracowane specjalnie dla mikrokontrolerÛw rodziny LPC, pozwalaj¹ce na maksymaln¹ kontrolÍ nad uruchamianym uk³adem. Do programowania mikrokontrolerÛw LPC niezbÍdny jest programator lub interfejs ISP, poniewaø uk³ady te moøna programowaÊ po zamontowaniu w†systemie. Pawe³ Polowczyk, Eurodis-Microdis Philips FAE Artyku³ powsta³ w†oparciu o†materia³y firmy Eurodis-Microdis, tel. (0-71) 367-57-41, www.eurodis.com.pl. Dodatkowe materia³y o†mikrokontrolerach LPC s¹ dostÍpne w†Internecie pod adresem: http://www.semiconductors.philips.com/mcu/products/51lpc/ index.html oraz na p³ycie CD-EP01/ 2001B w†katalogu \LPC.

Elektronika Praktyczna 1/2001

S P R Z Ę T

Elektroniczna identyfikacja osÛb poprzez odciski palcÛw jest metod¹ stosowan¹ od wielu lat w†systemach kontroli dostÍpu, a†ostatnio rÛwnieø w†profesjonalnych systemach policyjnych i†wojskowych. NajwiÍcej urz¹dzeÒ pracuje w†Stanach Zjednoczonych, na tamtym rynku istnieje takøe najszersza ich oferta. Ceny kszta³tuj¹ siÍ od kilku do kilkunastu tysiÍcy USD za kompletne, samodzielne urz¹dzenie klasy standardowej. Systemy profesjonalne osi¹gaj¹ ceny wielokrotnie wyøsze, natomiast wspÛ³pracuj¹ce z†komputerem (np. zwyk³ym PC) wielokrotnie niøsze. Nawet pobieøny przegl¹d rynku amerykaÒskiego (rÛwnieø ìinternetowyî) zdumiewa mnogoúci¹ ofert i†rÛønorodnoúci¹ oferowanych rozwi¹zaÒ. Zastosowane w†nich czytniki linii papilarnych to najczÍúciej urz¹dzenia z†miniaturow¹ kamer¹, uk³adem optycznym i†podúwietlaj¹cym. WúrÛd wielu rozwi¹zaÒ optycznych zwracaj¹ na siebie uwagÍ bardzo nowoczesne czytniki produkcji Sony. Ostatnio na rynku zaczͳy siÍ pojawiaÊ pÛ³przewodnikowe czytniki jednochipowe. Pocz¹tkowo by³y to produkty ma³ych wyspecjalizowanych firm (np. Veridicom). W†latach 1996..1999 tematem tym zajmowali siÍ juø najwiÍksi potentaci mikroelektroniki. Prace zakoÒczy³a sukcesem m.in. francuska firma Thomson-CSF (obecnie przejÍta przez Atmela Grenoble) znana jako najwiÍkszy i†najbardziej zaawansowany technologicznie europejski producent elektroniki profesjonalnej. Firma ta realizuj¹ca dotychczas projekty na potrzeby wojska, lotnictwa, kosmosu i†badaÒ naukowych przedstawi³a w†po³owie 1998 roku element o†nazwie FingerChip, ktÛry jest pÛ³przewodnikowym skanuj¹cym czytnikiem linii papilarnych.

Fot. 1.

68

Jak dzia³a FingerChip? Element w†obudowie standardowego uk³adu scalonego DIL20 (fot. 1) prowadzi akwizycjÍ obrazÛw linii papilarnych podczas przesuwania po nim palcem. Odczyt realizowany jest metod¹ termiczn¹. Ciep³o przekazywane lub odbierane przez palec umoøliwia rejestracjÍ obrazu przez czujniki o†duøej gÍstoúci ulokowane w†strukturze pÛ³przewodnikowej. Obrazy s¹ bardzo dobrej jakoúci (fot. 2, fot. 3), a†ich rozdzielczoúÊ wynosi 500dpi. SzybkoúÊ skanowania moøe dochodz¹c do 0,5m/s, jednak w†praktyce jest ona ograniczana parametrami stosowanych przetwornikÛw lub systemÛw akwizycji danych. W†listopadzie 1998 na targach Electronica w†Monachium, kilku producentÛw mikroelektroniki zapowiada³o szybkie wprowadzenie swoich konkurencyjnych wyrobÛw. Deklaracje takie dotyczy³y np. produktÛw TouchChip firmy SGSThomson i†FingerTIP Siemensa. Nie uporali siÍ oni jednak ze swoimi konstrukcjami w†zadowalaj¹cym stopniu podobnie jak Harris czy Philips. Na rynku moøna jednak spotkaÊ niewielkie iloúci czytnikÛw pÛ³przewodnikowych pochodz¹-

cych ze specjalnych serii prÛbnych. Wydaje siÍ øe metoda odczytu pojemnoúciowego, ktÛr¹ szereg producentÛw stara siÍ zastosowaÊ jest trudna we wdroøeniu. WilgoÊ, brud i†t³uszcz s¹ sk³adnikami potu nie sprzyjaj¹cymi tego rodzaju odczytowi. Dodatkowo istnieje problem elektrycznoúci statycznej, ktÛra ³atwo niszczy niedostatecznie zabezpieczone (izolowane) struktury wystÍpuj¹ce w†roli ok³adki kondensatora. Sam element czujnikowy nie jest wystarczaj¹cy do zrewolucjonizowania systemÛw kontroli dostÍpu. Aby powsta³o ma³e i†tanie kompletne urz¹dzenie daktyloskopijne, potrzebne jest bardzo sprawne oprogramowanie identyfikuj¹ce. Oprogramowanie spe³niaj¹ce oczekiwania, musi byÊ wielokrotnie bardziej wydajne od programÛw stosowanych powszechnie dotychczas. Nie ma tutaj miejsca dla z³oøonych metod filtracji obrazu czy innych zmiennoprzecinkowych operacji. Potrzebne jest rozwi¹zanie oparte o†niekonwencjonalny, b³yskotliwy pomys³, na ktÛry niekoniecznie musi wpaúÊ specjalista od daktyloskopii, programista, czy specjalista od obrÛbki obrazu. Takie - inne niø klasyczne rozwi¹zanie problemu jest moø-

liwe. Istniej¹ juø tego typu programy i†s¹ stosowane w†profesjonalnych systemach. Nieliczne firmy software owe, ktÛre nimi dysponuj¹, zachowuj¹ algorytmy obrÛbki danych dla siebie oferuj¹c programy uruchomieniowe w†bardzo wysokich cenach. Nie pozwala to producentom sprzÍtu (czytnikÛw) zaoferowaÊ tanich systemÛw na rynku.

Metody weryfikacji Obrazy uzyskane nowoczesnymi metodami s¹ najczÍúciej wysokiej rozdzielczoúci (powy-

Fot. 2.

Elektronika Praktyczna 1/2001

S P R Z Ę T

Fot. 3. øej 300 dpi) i†posiadaj¹ g³ÍbiÍ obrazu tzw. trzeci wymiar w†odrÛønieniu od powszechnie stosowanych w†technice kryminalistycznej obrazÛw tuszowych. Identyfikacja poprzez ìporÛwnanieî odpowiednio obrobionych obrazÛw lub ich fragmentÛw wydaje siÍ nie mieÊ przysz³oúci. Jeden obraz ma wielkoúÊ 100..200kB, jego wstÍpna obrÛbka, pozycjonowanie, wyeliminowanie ew. nieczytelnych obszarÛw i†porÛwnanie ze wskazanym wzorcem z†bazy zajmuje duøo czasu nawet dla komputera z†szybkim procesorem Pentium III. Metoda ta jest stosowana czasami do weryfikacji tj. porÛwnania 1†z†1, gdzie wskazanie wzorca z†bazy odbywa siÍ poprzez wybranie odpowiedniego kodu klawiatur¹, kart¹ magnetyczn¹, itp. Trudno sobie wyobraziÊ przeprowadzenie t¹ metod¹ identyfikacji, czyli przeszukania duøej bazy wzorcÛw w†rozs¹dnym czasie. Dodatkowo pojawia siÍ problem prawny ograniczaj¹cy rozwÛj tego typu aplikacji. Przepisy Unii Europejskiej nie zezwalaj¹ na gromadzenie powi¹zanych personalnie obrazÛw linii papilarnych w†bazach komputerowych. Metoda identyfikacji oparta o†daktyloskopiÍ daje wiÍksze nadzieje. Daktyloskopia jest nauk¹ stosowan¹ od ponad stu lat. Istnieje wiele prac naukowych jej dotycz¹cych. Daktyloskopia wprowadza pojÍcie ìminucjiî czyli cechy charakterystycznej (fot. 4). Takimi minucjami s¹ zakoÒczenia linii papilarnych, rozwidlenia, oczka, mostki, skrzyøowania linii, itp. Uk³ad minucji jest ukszta³towany juø w†6 miesi¹cu øycia p³odu i†towarzyszy cz³owiekowi aø do poúmiertnego rozk³adu cia³a. Oparzenia 1 i†2 stopnia oraz skaleczenia, rÛwnieø mechaniczne usuniÍcie naskÛrka na g³ÍbokoúÊ poniøej 1mm nie zmieniaj¹ tego uk³adu.

70

Na czÍúci opuszkowej palca znajduje siÍ typowo 100 do 250 minucji. W†czÍúci centralnej (jak pokazano na fot. 4) jest ich zwykle ponad 30. Zdumiewaj¹ce jest to, øe dwanaúcie (12) pokrywaj¹cych siÍ minucji punktÛw wystarcza aby zidentyfikowaÊ cz³owieka i†skazaÊ podejrzanego w†s¹dzie. Warto zwrÛciÊ uwagÍ, øe w†przypadku prezentowanym powyøej, nawet powaøne skaleczenie po linii najwiÍkszego wystÍpowania minucji nadal umoøliwia identyfikacjÍ. Metoda ta nie wymaga gromadzenia obrazÛw linii papilarnych. W†bazach wzorcÛw wystarczy zapisaÊ mapy minucji o†wielkoúci niespe³na 200 bajtÛw! Maj¹c mapÍ minucji badanego palca moøna bezproblemowo przeprowadziÊ identyfikacjÍ w†dowolnie duøych bazach zawieraj¹cych podobne mapy wzorcÛw. Problemem jest w³aúnie sprawne tworzenie mapy minucji palca. Metody klasyczne jak np. szkieletyzacja linii papilarnych i†znajdowanie punktÛw nieci¹g³oúci lub rozga³ÍzieÒ wymaga zbyt duøych mocy obliczeniowych i†nie daje poø¹danych efektÛw. Trzeba pamiÍtaÊ, øe obrazy wprowadzane s¹ w†rÛønych warunkach - czÍsto pewne ich obszary s¹ nieczytelne, zmianie moøe ulegaÊ klasa i†jakoúÊ obrazu. Juø wstÍpna obrÛbka doprowadzaj¹ca obraz do w³aúciwego standardu wymaga zbyt d³ugiego czasu. Oczywiúcie istnieje wiele innych moøliwoúci wskazania minucji. Rzecz w†tym, aby metoda by³a moøliwie prosta, szybka oraz najwaøniejsze - aby wskazywa³a minucje prawid³owo. Wiele powszechnie spotykanych programÛw weryfikuj¹cych lub identyfikuj¹cych opiera siÍ o†porÛwnywanie map punktÛw charakterystycznych. Trudno jednak znaleüÊ wúrÛd nich takie, ktÛre robi¹ to prawid³owo. NajczÍúciej do minucji zaliczane s¹ rÛøne uszkodzenia obrazu i†mechaniczne uszkodzenia palca (skaleczenia). Skutkiem jest wyznaczenie kilkakrotnie wiÍkszej liczby punktÛw niø faktyczna iloúÊ minucji. Najciekawsze jest to, øe nawet te programy zwykle identyfikuj¹ prawid³owo w†niewielkich bazach np. kilkuset wzorcÛw. Statystyczne metody porÛwnywania map takich punktÛw charakterystycznych s¹ wystarczaj¹ce aby uøytkownik by³ zadowolony. Jeøeli dzia³anie urz¹dzenia ograniczymy do weryfikacji †trudno o†ìwpadkÍî dla takiego programu. Brak zaufania do

prawid³owoúci dzia³ania tych rozwi¹zaÒ nie pozwala jednak na zastosowania odpowiedzialne i†w†pe³ni profesjonalne. Jeszcze mniejsze zaufanie budz¹ systemy pracuj¹ce na tzw. oprogramowaniu utajnionym †gdzie uøytkownik w†ogÛle nie zna zasady jego dzia³ania wierz¹c jedynie, øe jest to oprogramowanie dobre, bo firmowe. PorÛwnanie gÍstoúci linii papilarnych i†ich kierunku w†kilku rejonach obrazu teø moøe daÊ pozory prawid³owej weryfikacji. Z†punktu widzenia poziomu zabezpieczenia, taki system biometryczny bÍdzie jednak bardzo kosztownym i†ma³o istotnym dodatkiem do zwyk³ego czytnika kart lub klawiatury cyfrowej.

Aplikacja SpoúrÛd pojawiaj¹cych siÍ na rynku rozwi¹zaÒ profesjonalnych zwracaj¹ na siebie uwagÍ produkty niemieckiej firmy Bergdata. Pocz¹tkowo program i†czytniki ich produkcji by³y przystosowane do wspÛ³pracy z†klasycznym sprzÍtem komputerowym. WyrÛønia³o je to, øe umoøliwia³y szybkie przeprowadzanie identyfikacji w†dowolnie duøych bazach wzorcÛw, co jest jednym z†podstawowych dowodÛw na profesjonalizm oprogramowania. W†paüdzierniku 2000 roku pojawi³ siÍ najnowszy produkt tej firmy zapowiadany od ponad dwÛch lat na wszystkich najwaøniejszych úwiatowych imprezach targowych zwi¹zanych z†biometri¹. Jest to urz¹dzenie wielkoúci myszki komputerowej (fot. 5) nie musi jednak w†odrÛønieniu do niej wspÛ³pracowaÊ z†komputerem. Urz¹dzenie EACM (ang. Embedded Access Control Module) po wpisaniu do niego ok. 600 wzorcÛw i†pod³¹czeniu jedynie zasilania wystawia sygna³ steruj¹cy np. ryglem elektromagnetycznym - jeøeli wprowadzany palec jest jednym z†wystÍpuj¹cych w†bazie. Ten

biometryczny zamek elektroniczny ma dwa porty RS232 o†standardzie przemys³owym pozwalaj¹ce na wspÛ³pracÍ z†wiÍkszymi systemami rejestracji danych np. kontroli wejúÊ i†wyjúÊ, itp. W†urz¹dzeniu zastosowano wspomniany wczeúniej skanuj¹cy termicznie czytnik pÛ³przewodnikowy FingerChip, ktÛrego produkcjÍ przej¹³ na pocz¹tku 2000 roku Atmel-Grenoble. Procesor RISC/DSP 64MHz Hyperstone E1-16X pozwala uzyskaÊ czas identyfikacji 1 z†ìnî -†ok. 1 sekundy. PamiÍÊ DRAM i†FLASH mog¹ byÊ zwiÍkszone co pozwala rozbudowaÊ bazÍ wzorcÛw. NastÍpnym krokiem w†planach producenta jest dalsza miniaturyzacja urz¹dzenia umoøliwiaj¹ca zastosowania w†telefonach komÛrkowych. Pawe³ Owczarek Artyku³ powsta³ w†oparciu o†materia³y firmy Silcomp, tel. (0-22) 863-72-39, www.silcomp.com.pl. Dodatkowe materia³y moøna znaleüÊ w†Internecie pod adresami: - http://www.bergdata.com/english/aboutus.php3, - http://www.atmel-grenoble.com/ fingerchip/FC_home.htm.

Fot. 4.

Elektronika Praktyczna 1/2001

P O  D Z  E S P O  Ł Y

Wielka Jednym z†bardzo nag³oúnionych wydarzeÒ by³a premierowa prezentacja oferty nowej na rynku podzespo³Ûw pasywnych firmy Phycomp, ktÛra jest czÍúci¹ úwiatowego potentata - firmy Yageo - a†zosta³a utworzona z†dzia³u

W†grudniowym numerze opublikowaliúmy (we wstÍpniaku) skrÛtowe sprawozdanie z†najwiÍkszych w†Europie targÛw elektronicznych monachijskich targÛw Electronica 2000, ktÛre odby³y siÍ w†dniach 21..24 listopada. Poniewaø producenci podzespo³Ûw pokazali tam wiele bardzo interesuj¹cych nowoúci, postanowiliúmy je skrÛtowo omÛwiÊ. Dzia³y siÍ tam czasami rzeczy wielkie i†zazwyczaj bardzo interesuj¹ce. Niezwykle efektowne prezentacje przygotowali takøe producenci elementÛw aktywnych. Przedstawiciele Fujitsu przygotowali bogat¹ ofertÍ kolorowych wyúwietlaczy plazmowych i†ciek³okrystalicznych oraz specjalizowanych sterownikÛw do nich. Nowe scalone sterowniki wyúwietlaczy graficznych opracowane przez Fujitsu - uk³ady rodziny Lavender (fot. 5) - maj¹ tak uniwersaln¹ budowÍ, øe mog¹ wspÛ³pracowaÊ

1 elementÛw pasywnych firmy Philips. Przedstawiciele firmy Phycomp prezentowali nowe rodziny podzespo³Ûw, ze szczegÛlnym uwzglÍdnieniem rezystorÛw SMD dla aplikacji wysokotemperaturowych, z†wyprowadzeniami wykonanymi ze stopu niklu i†z³ota (fot. 1). Silnym konkurentem Phycompa jest doskonale znana wúrÛd elektronikÛw na ca³ym úwiecie firma BCcomponents, ktÛra takøe prezentowa³a szereg nowych podzespo³Ûw dla elektroniki i†elektrotechniki. Przedstawiciele BCc uznali za szczegÛlnie interesuj¹ce zintegrowane gasiki do domowego sprzÍtu elektrycznego (fot. 2), ultraprecyzyjne rezystory do montaøu SMD (miniMELF - fot. 3) oraz rodzinÍ rezystorÛw wytrzymuj¹cych krÛtkotrwa³e

z†wiÍkszoúci¹ wyúwietlaczy dostÍpnych na rynku. DziÍki wbudowanej pamiÍci RAM o†pojemnoúci 8MB, uk³ad MB87J2120 moøe sterowaÊ takøe wyúwietlaczami warstwowymi (do 16 warstw logicznych).

Popularnoúci¹ cieszy³o siÍ stoisko firmy National Semiconductor, na ktÛrym prezentowano m.in. uk³ady do dwukierunkowych interfejsÛw USB-Bluetooth (fot. 6), nowe mikrokontrolery z†rodzin y COP8 z†wbudowan¹ pamiÍci¹

2 obci¹øenia wysokopr¹dowe (fot. 4), szczegÛlnie nadaj¹cych siÍ do ograniczania pr¹du roz³adowania lamp wy³adowczych. Niezwykle reklamowano takøe kondensatory elektrolityczne SMD serii HiTMP175 przystosowane do pracy w†temperaturze otoczenia do 150o C, czyli o ok. 30 o C † w i Í c e j n i ø najlepsze dotychczas oferowane. 3

Elektronika Praktyczna 1/2001

71

P O  D Z  E S P O  Ł Y Infineon skupi³ siÍ na prezentacji uk³adÛw przeznaczonych dla telekomunikacji, a†szczegÛlnie telefonii komÛrkowej (fot. 11) oraz nowych, znacznie udoskonalonych 16-bitowych mikroprocesorach C166 (fot. 12), ktÛrych

Targow¹ okazjÍ do przedstawienia swoich nowych pomys³Ûw wykorzysta³ Microchip, na stoisku ktÛrego krÛlowa³y 16-bitowe procesory sygna³owe dsPIC oraz - druga nowoúÊ - cyfrowe potencjometry.

4

8

konstrukcjÍ zoptymalizowano pod k¹tem aplikacji samochodowych.

5 programu typu Flash (fot. 7), ultraminiaturowe scalone wzmacniacze audio (LM7372 - fot. 8) oraz nowe, subminiaturowe obudowy dla uk³adÛw scalonych, ktÛre wymownie nazwano SiliconDust (fot. 9). Dynamiczny rozwÛj uk³adÛw programowalnych widoczny by³ podczas prezentacji organizowanych przez AlterÍ, Atmela, Xilinxa, Lattice'a, Philipsa oraz firmÍ Cypress. Altera pokaza³a m.in. nowe uk³ady programowalne Excalibur (fot. 10), niemiecki SciWorx swoje najnowsze osi¹gniÍcia w†technologii IP, Philips prÛbowa³ zaszokowaÊ obserwatorÛw prezentacjami nowych opracowaÒ dla telekomunikacji bezprzewodowej oraz multimedialnymi, opartymi przede wszystkim na ich multimedial-

Tradycyjnie, na stoisku firmy Agilent silnie zaakcentowano prezentacjÍ nowoczesnych diod LED i†laserowych, úwiat³owodowe interfejsy optyczne oraz szybkie transoptory, oferowane takøe dla systemÛw zasilanych napiÍciem 3,3V (fot. 13). Motorola oraz ON Semiconductor przygotowa³y bardzo sugestywne ekspozycje, na ktÛrych prezentowano podzespo³y wchodz¹ce w†sk³ad linii DigitalDNA (mikrokontrolery i†procesory Motoroli - fot.

6 nej platformie Nexperia. Lattice ci¹gle promuje swoje ìszerokieî uk³ady CPLD, ktÛre mog¹ byÊ zasilane (takøe podczas programowania w†systemie) napiÍciem o†wartoúci 3,3V. Za istotny prze³om naleøy uznaÊ takøe wprowadzone do produkcji przez Cypressa pierwszych uk³adÛw programowalnych System-on-Chip (szczegÛ³y na str. 47). 9

72

Elektronika Praktyczna 1/2001

P O  D Z  E S P O  Ł Y rycznych (fot. 16) oraz nowe øywice klej¹ce do mocowania elementÛw

dis, ktÛry reprezentowali takøe pracownicy polskich biur tej firmy (fot. 18).

10

13

elektronicznych do niemal dowolnego materia³u (fot. 17). OprÛcz producentÛw, na Electronice 2000 wystawiali takøe dystrybutorzy podzespo³Ûw, wúrÛd nich Future, Spoerle, Avnet, Rutronik oraz Euro11 14), nowe czujniki w†obudowach MiniPAK oraz nowe podzespo³y z†linii przejÍtych od Motoroli przez ON Semiconductor, m.in. przetwornice DC-DC, uk³ady sterownikÛw do ³adowarek akumulatorÛw rÛønego typu oraz nowe uk³ady steruj¹ce do wysokoczÍstotliwoúciowych przetwornic AC/DC. Sporo nowego moøna by³o zauwaøyÊ takøe wúrÛd uk³adÛw do sprzÍtu audio. Jednym z†najbardziej interesuj¹cych by³y cyfrowe wzmacniacze audio opracowane (i opatentowane) przez firmÍ Cirrus Logic. Tym wzmacniaczom poúwiÍcimy nieco wiÍcej miejsca w†jednym z†najbliøszych numerÛw. Na Electronice 2000 pojawi³o siÍ takøe bardzo

12

Electronica 2000 w†liczbach W†roku 2000 targi Electronica odby³y siÍ po raz 18. Liczba wystawcÛw bior¹cych udzia³ w†Targach przekroczy³a 3000, przy czym blisko po³owa z†nich (1408) pochodzi³a z†Niemiec. Siln¹ reprezentacjÍ wystawi³y Tajwan (289 wystawcÛw) i†Stany Zjednoczone, sk¹d przyjecha³o 260 wystawcÛw. Kolejne miejsca zajͳy: Wielka Brytania (204 wystawcÛw), W³ochy i†Francja (po 104 wystawcÛw), Chiny (92 wystawcÛw) i†Szwajcaria (91 wystawcÛw). Polska na tym tle wypad³a bardzo blado ze swoimi szeúcioma firmami, zw³aszcza øe nie

wiele firm oferuj¹cych artyku³y pomocnicze dla elektroniki, jak np. s³ynny producent tworzyw sztucznych 3M. Bardzo interesuj¹c¹ nowoúci¹ w†ofercie tej firmy by³o m.in. przewodz¹ce ciep³o tworzywo zastÍpuj¹ce pasty silikonowe pod radiatorami (fot. 15), ìsterowanyî promieniowaniem ultrafioletowym klej do mocowania przewodÛw elekt14

Elektronika Praktyczna 1/2001

73

P O  D Z  E S P O  Ł Y wszystkie mia³y w³asne stoiska. W†1998 roku Targi odwiedzi³o 85000 goúci, wúrÛd ktÛrych aø 62900 pochodzi³o z†Niemiec. W†roku 2000 spodziewano siÍ aø 90000 goúci, wúrÛd ktÛrych Niemcy mieli nadal stanowiÊ

sza o†ok. 20000m 2 o d powierzchni na poprzednich Targach. NajwiÍcej miejsca zajÍli producenci i†dystrybutorzy podzespo³Ûw elektromechanicznych, ktÛrych by³o 769. Producenci podzespo³Ûw pÛ³przewodnikowych byli re-

17

uczestniczy³y teø firmy ì³owcÛw g³Ûwî (m.in. TMP Worldwide), ktÛrzy poszukiwali pracownikÛw. Przewidziano takøe miejsce dla publicznych dyskusji panelowych na ìgor¹ceî tematy.

15

Podsumowanie W†tej, z†koniecznoúci krÛtkiej prezentacji nie uda³o siÍ nam przedstawiÊ najciekawszych propozycji wystÍpuj¹cych w†ofertach wszystkich

firm. Kaødego dnia dzia³o siÍ tam mnÛstwo interesuj¹cych rzeczy, a†liczba codziennych premier uniemoøliwia³a zapoznanie siÍ ze wszystkimi. Z†tego powodu prosimy traktowaÊ to sprawozdanie jako wynik subiektywnych zapatrywaÒ autora na to, co moøe byÊ dla CzytelnikÛw EP interesuj¹ce. Wszystkie firmy, ktÛrych oferta zosta³a pominiÍta prosimy o†wyrozumia³oúÊ. Andrzej Gawryluk, AVT

16 wiÍkszoúÊ - 66000. Firmy prezentowa³y swoj¹ ofertÍ w†15 duøych halach, gdzie zgromadzono 11 podstawowych grup produktÛw. £¹czna powierzchnia wystawowa wynosi³a 160000m2 i†by³a wiÍk-

74

prezentowani nieco mniej licznie - by³o ich 417, co wydaje siÍ niewielk¹ liczb¹, wzi¹wszy pod uwagÍ, øe producentÛw podzespo³Ûw pasywnych by³o aø 481. Po raz pierwszy w†tym roku w Electronice

18

Elektronika Praktyczna 1/2001

M I N I P R O J E K T Y Wspólną cechą układów opisywanych w dziale "Miniprojekty" jest łatwość ich praktycznej realizacji. Zmontowanie układu nie zabiera zwykle więcej niż dwa, trzy kwadranse, a z jego uruchomieniem można poradzić sobie w ciągu kilkunastu minut. "Miniprojekty" mogą być układami stosunkowo skomplikowanymi funkcjonalnie, lecz prostymi 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.

Wzmacniacz do aktywnej kolumny Rozmiary tego projektu nie kwalifikuj¹ go wprost do MiniprojektÛw, ale ze wzglÍdu na ³atwoúÊ wykonania (montaø zabiera ok. 20 minut) i†uruchomienia postanowiliúmy tematu nie rozwijaÊ do rozmiarÛw ìprawdziwegoî projektu. Wykonane przez nas urz¹dzenie doskonale nadaje siÍ do stosowania w†multimedialnych zestawach g³oúnikowych.

Schemat elektryczny wzmacniacza przedstawiono na rys. 1. RolÍ wzmacniacza mocy spe³nia uk³ad U3 w†klasycznej aplikacji. Uk³ad ten integruje dwa kana³y wzmocnienia z†wyjúciami mostkowymi i†dostarcza po ok. 20W w†kaødym kanale. Sygna³ wejúciowy audio poddawany jest filtracji polegaj¹cej na wydzieleniu sk³adowych o†czÍstotliwoúci poniøej i†powyøej 5kHz i†zasilaniu tak podzielonym sygna³em wejúÊ wzmacniacza. Aktywny filtr dolno-

s¹ zasilane napiÍciem asymetrycznym niezbÍdne by³o wykonanie generatora napiÍcia referencyjnego

Rys. 1.

przepustowy wykonano na uk³adzie U1C, filtr gÛrnoprzepustowy na uk³adzie U1D. Poziomy filtrowanych sygna³Ûw podawane na wejúcia koÒcÛwek mocy moøna ustaliÊ za pomoc¹ potencjometrÛw RN1 i†RN3. Na wejúciu wzmacniacza znajduje siÍ wtÛrnik napiÍciowy wykonany na uk³adzie U1A, ktÛry dziÍki niskiej impedancji wyjúciowej stwarza dogodne warunki pracy dla filtrÛw. Poniewaø filtry

Elektronika Praktyczna 1/2001

Rys. 2.

75

M I N I P R O J E K T Y (sztuczn¹ masÍ) z†uk³adem U1B. NapiÍcie na wyjúciu tego uk³adu jest rÛwne ok. 0,5 napiÍcia zasilania (typowo ok. 6V). Filtr jest zasilany napiÍciem stabilizowanym z†wyjúcia U2, a†koÒcÛwka mocy napiÍciem niestabilizowanym z†kondensatora C17. Zmienne napiÍcie z†transformatora jest prostowane przez mostek Graetz a zbudowany z†diod D5..8. Transformator zasilaj¹cy powinien mieÊ moc ok. 50W i†napiÍcie na uzwojeniu wtÛrnym pod obci¹øeniem ok. 12..14V. Maksymalne napiÍcie zasilania uk³adu U3 nie powinno mieÊ wartoúci wiÍkszej niø 18V. Dla wzmacniacza zaprojektowano p³ytkÍ drukowan¹, ktÛrej schemat montaøowy jest widoczny na rys. 2.

76

Do uk³adu U3 naleøy przykrÍciÊ radiator (najlepiej z†walcowanego aluminium). Regulacja uk³adu sprowadza siÍ do ustawienia takiego po³oøenia suwaka RN2, øeby wzmacniacz pracowa³ w†obszarze liniowym (bez zniekszta³ceÒ) i†takiemu dobraniu po³oøenia suwakÛw RN1 i†RN3, aby barwa odtwarzanego düwiÍku by³a adekwatna do wymagaÒ uøytkownika. Zamiast potencjometrÛw RN1..3 lutowanych w†p³ytkÍ moøna zastosowaÊ standardowe potencjometry z†oúk¹ wyprowadzone na obudowÍ wzmacniacza. Wtedy RN2 bÍdzie spe³nia³ rolÍ regulatora g³oúnoúci, RN1 regulator natÍøenia tonÛw wysokich, a†RN3 niskich. AG

WYKAZ ELEMENTÓW Rezystory R1, R7..R9, R11..R13: 1kΩ R2: 1MΩ R3, R14: 3kΩ R4, R15: 4,3kΩ R5, R6: 3,6kΩ R10: 15kΩ R16: 1,5kΩ R17: 7,5kΩ R18, R19: 10kΩ R20, R21: 0,12Ω RN1..RN3: 10kΩ − PR leżące miniaturowe Kondensatory C1, C7: 4,7µF unipolarne C2: 680pF C3: 18nF C4: 33nF C5: 12nF C6: 6,8nF

P³ytka drukowana wraz z kompletem elementÛw jest dostÍpna w AVT - oznaczenie AVT-1296.

C8: 3,3nF C9: 1µF unipolarny C10: 2,2µF unipolarny C11: 1nF C12: 470nF C13..C16: 15nF C17, C19, C20: 4700µF/25V C18: 100nF C21, C23: 10µF/25V C22: 220µF/25V Półprzewodniki U1: LM324 U2: 7812 U3: TDA1552 D1, D2: 1N4148 D3: 1N4001 D5, D6, D7, D8: 1N5403 Różne ARK2 3 szt.

Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostÍpne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/pcb.html oraz na p³ycie CD-EP01/2001 w katalogu PCB.

Elektronika Praktyczna 1/2001

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

Mini iluminofonia na diodach LED Do zaprojektowania ìkieszonkowejî iluminofonii zosta³em zainspirowany w†momencie przegl¹dania najnowszego katalogu firmy KINGBRIGHT. Znalaz³em tam bardzo ciekawe i†interesuj¹co wygl¹daj¹ce elementy: ma³e reflektorki zbudowane z†diod LED ó†BLO-104. W†kaødym takim reflektorku, elegancko obudowanym i†wyposaøonym w†uchwyty przeznaczone do zamontowania go na jakiejú p³askiej powierzchni, producent umieúci³ zestaw diod LED z³oøony z†diod o†trzech barwach podstawowych RGB.

76

Mamy tam zatem cztery diody czerwone, osiem diod zielnych i†aø dziewiÍÊ diod niebieskich. Takie zrÛønicowanie iloúci zastosowanych elementÛw úwiec¹cych spowodowane jest rÛøn¹ intensywnoúci¹ emisji diod w†kaødym z†kolorÛw, a†takøe nierÛwnomiern¹ charakterystyk¹ oka ludzkiego, reaguj¹cego z†rÛøn¹ czu³oúci¹ na rÛøne barwy. Reflektorek wygl¹da³ wyj¹tkowo efektownie, szczegÛlnie po w³¹czeniu wszystkich diod, ale pocz¹tkowo nie bardzo wiedzia³em jakie znaleüÊ dla niego zastosowanie. Dopiero po pewnym czasie wpad³em na pomys³ zbudowania interesuj¹cej zabaweczki: subminiaturowego urz¹dzenia iluminofonicznego, mog¹cego byÊ np. ciekawym dodatkiem do komputerowego systemu g³oúnikÛw.

Opis dzia³ania uk³adu Schemat elektryczny iluminofonii pokazano na rys. 1. Aby zrÛwnowaøyÊ relatywnie wysoki koszt zakupu ìledowegoî reflektorka, uk³ad steruj¹cej nim elektroniki zosta³ zaprojektowany wyj¹tkowo oszczÍdnie, z†wykorzystaniem zaledwie jednego uk³adu scalonego: po-

czwÛrnego wzmacniacza operacyjnego typu LM324. Urz¹dzenie jest uk³adem ca³kowicie autonomicznym, posiada bowiem wbudowany mikrofon i†nie wymaga do³¹czania jakichkolwiek przewodÛw do instalacji nag³aúniaj¹cej. Pierwszy z†czterech wzmacniaczy operacyjnych zawartych w†strukturze uk³adu LM324 pracuje jako wstÍpny wzmacniacz mikrofonowy. Z†elementami, ktÛrych wartoúÊ zosta³a podana na schemacie czu³oúÊ tego wzmacniacza jest rewelacyjnie wysoka. Uk³ad reaguje nawet na bardzo s³abe düwiÍki, a†nawet w†tej chwili, kiedy piszÍ te s³owa, diody LED migaj¹ w†takt uderzeÒ w†klawisze.

Sygna³ akustyczny wzmocniony w†uk³adzie IC1B zostaje nastÍpnie skierowany do trzech filtrÛw zbudowanych w†oparciu o†wzmacniacze IC1A, IC1C i†IC1D. W†filtrach tych sygna³ zostaje rozdzielony na czÍstotliwoúci niskie (filtr z†IC1D), wysokie (filtr z†IC1C) i†úrednie. Do wyjúÊ filtrÛw do³¹czone s¹ proste uk³ady detekcyjne, kaødy zbudowany na dwÛch diodach i†kondensatorze. Elementami wykonawczymi uk³adu s¹ trzy tranzystory typu BC548, steruj¹ce bezpoúrednio diodami LED do³¹czonymi do z³¹cza CON2.

Montaø i†uruchomienie Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementÛw na p³ytce drukowanej, wykonanej na laminacie jednostron-

Elektronika Praktyczna 1/2001

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

Jest oczywiste, øe opisany uk³ad moøe takøe wspÛ³pracowaÊ z†dowolnym zestawem diod LED, a†nie tylko ze stosunkowo kosztownym modu³em BLO104. Andrzej Gawryluk, AVT

WYKAZ ELEMENTÓW

Rys. 1.

nym. Montaø wykonujemy typowo, rozpoczynaj¹c od wlutowania w†p³ytkÍ rezystorÛw i†podstawki pod uk³ad scalony, a†koÒcz¹c na tranzystorach i†kondensatorach elektrolitycznych. Mikrofon pojemnoúciowy moøemy przylutowaÊ bezpoúrednio do p³ytki, wykorzystuj¹c w†tym celu odcinki srebrzanki, lub zamocowaÊ w†pewnej odleg³oúci od reszty uk³adu, ³¹cz¹c go za pomoc¹ odcinka ekranowanego przewodu. Jako ³¹cze CON2 najlepiej zastosowaÊ szereg 4†goldpinÛw, idealnie pasuj¹cy do wtyku w†jaki jest wyposaøony reflektorek z†diod LED. Uk³ad zmontowany ze sprawdzonych elementÛw nie wymaga jakiejkolwiek regula-

Elektronika Praktyczna 1/2001

cji i†powinien dzia³aÊ od razu poprawnie. Jak juø wspomnia³em, uk³ad charakteryzuje siÍ bardzo wysok¹ czu³oúci¹, ktÛra podczas s³uchania g³oúnej muzyki czasami przestaje byÊ

zalet¹. Czu³oúÊ uk³adu moøemy zmniejszyÊ na rozmaite sposoby, zmieniaj¹c wartoúÊ sprzÍøenia zwrotnego wzmacniacza IC1B lub wstawiaj¹c potencjometry przed kaødym z†filtrÛw.

Rezystory R1: 220kΩ R2, R4, R7, R10, R12, R15, R16, R18, R19, R21, R22: 10kΩ R3, R9, R11, R24: 1kΩ R5, R6, R8: 100kΩ R13: 22kΩ R17, R20, R23: 220Ω Kondensatory C1..C3: 220nF C4, C9..C11: 470nF C5, C7: 100µF/16V C6, C8: 100nF C12, C15: 3,3nF C13: 330pF C14: 1µF/16V C16, C17: 33nF C18: 330nF Półprzewodniki D1..D6: 1N4148 IC1: LM324 T1..T3: BC548 Różne CON1: ARK2 (3,5mm) CON2: 4 x goldpin M1: mikrofon elektretowy Moduł BLO−104 nie wchodzi w skład kitu i należy nabyć go osobno.

P³ytka drukowana wraz z kompletem elementÛw jest dostÍpna w AVT - oznaczenie AVT-1294.

Rys. 2.

Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostÍpne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/pcb.html oraz na p³ycie CD-EP01/2001 w katalogu PCB.

77

N O W E

P O D Z E S P O Ł Y

Cyfrowe termometry DS1820 - uk³ad firmy Dallas Semiconductor przeznaczony do zdalnych pomiarÛw temperatury za poúrednictwem zredukowanej, 1-przewodowej magistrali szeregowej doczeka³ siÍ wreszcie swych nastÍpcÛw. Zakres napięć

Obudowy

DS1820

5V

SSOP−16, PR−35

DS18S20

3..5,5V

TO−92, SOIC−8

DS18B20

3..5,5V

DS1822

3..5,5V

Zgodność programowa

Rozdzielczość

EEPROM

> 9 bitów

*

z DS1820

> 9 bitów

*

TO−92, SOIC−8, CSP

z DS1822

9..12 bitów

*

TO−92, SOIC−8, CSP

z DS18B20

9..12 bitów

Tak jak ich pierwowzÛr, trzy nowe uk³ady: DS18S20, DS18B20 i†DS1822 s¹ termometrami cyfrowymi komunikuj¹cymi siÍ poprzez magistralÍ 1-Wire. Poniewaø kaødy egzemplarz zawiera unikalny numer seryjny, wiele takich uk³adÛw moøe byÊ do³¹czonych do tej samej, 1-przewodowej magistrali. Umoøliwia to umieszczanie czujnikÛw temperatury w†wielu rÛønych miejscach i†ich ³atw¹, niezawodn¹ obs³ugÍ. EnergiÍ zasilania, potrzebn¹ do odczytÛw, zapisÛw i†przetwarzania temperatury, uk³ady te mog¹ pobieraÊ z†linii danych, bez potrzeby uøycia zewnÍtrznego ürÛd³a zasilania. Moøliwy jest pomiar temperatury z†zakresu -55..125oC, z dok³adnoúci¹ ±0,5oC (tylko w†zakresie -10..85oC), z wyj¹tkiem DS1822, ktÛry ma dok³adnoúÊ ±2oC. Nowe uk³ady odrÛøniaj¹ siÍ jednak od DS1820 szerszym zakresem napiÍÊ zasilania (3..5,5V). S¹ montowane w†nowych, mniej-

szych obudowach: zredukowanej TO-92, 8koÒcÛwkowej SOIC i†ultraminiaturowej obudowie CSP (DS18B20 i†DS1822). DS18S20, poza szerszym zakresem napiÍÊ i†mniejszymi obudowami, jest zgodny funkcjonalnie i†programowo z†DS1820. DS18B20 ma now¹ w³asnoúÊ: rozdzielczoúÊ ustalan¹ przez uøytkownika w†zakresie 9..12 bitÛw. Nie jest zgodny programowo z†DS1820. DS1822 jest uproszczon¹, taÒsz¹ wersj¹ DS18B20, o†mniejszej dok³adnoúci i†bez pamiÍci EEPROM do nieulotnego przechowywania nastaw progÛw alarmowych wysokiej i†niskiej temperatury. www.dalsemi.com/datasheets/pdfs/18s20.pdf www.dalsemi.com/datasheets/pdfs/18b20.pdf www.dalsemi.com/datasheets/pdfs/1822.pdf Przedstawicielami Dallasa w†Polsce s¹ firmy: Soyter (tel. (0-22) 685-30-04) oraz WGElectronics (tel. (0-22) 621-77-04).

Rys. 1.

Scalona przetwornica W†laboratoriach International Rectifier powsta³ scalony uk³ad steruj¹co-wykonawczy IR4007 do przetwornic impulsowych, przystosowany do bezpoúredniego zasilania z†sieci energetycznej. W†obudowie TO220/262 (z†piÍcioma wyprowadzeniami) zintegrowano wszys-

Elektronika Praktyczna 1/2001

tkie elementy przetwornicy wraz z†wysokonapiÍciowym tranzystorem wykonawczym o†bardzo ma³ej rezystancji kana³u. W†zaleønoúci od wersji uk³adu, maksymalna moc przetwornicy mieúci siÍ w†granicach 15..100W, przy zasilaniu napiÍciem do 200V. WkrÛtce powinny pojawiÊ siÍ uk³ady przystosowane do zasilania napiÍciami o†wartoúci do 800V. http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir4007.pdf Przedstawicielami IRF w†Polsce s¹ firmy: Dacpol (tel. (0-22) 757-07-13), Future (tel. (022) 618-92-02) i†Spoerle (tel. (0-71) 646-52-27).

83

N O W E

P O D Z E S P O Ł Y

Poczwórny klucz prądowy USB W†uk³adach MIC2027/2077 zintegrowano po cztery klucze pr¹dowe wykonane na tranzystorach MOSFET o†rezystancji w³¹-

czonego kana³u wynosz¹cej 140mΩ. Uk³ady wyposaøono w†uk³ad miÍkkiego startu oraz szereg zabezpieczeÒ, ktÛre zapobiegaj¹ uszkodzeniu struktury w†wyniku przetÍøenia, wzrostu temperatury oraz obniøenia siÍ lub wzrostu napiÍcia zasilaj¹cego poza dopuszczalny przedzia³ wartoúci. Zadzia³anie ktÛregoú z†systemÛw zabezpieczaj¹cych jest sygnalizowane zmian¹ stanu logicznego na odpowiednim wyjúciu, ktÛre s¹ niezaleøne dla kaødego z†kana³Ûw. Bezpiecznik termiczny wbudowany we uk³ad MIC2077 wyposaøono w†przerzutnik, ktÛry podtrzymuje dzia³anie bez-

piecznika do momentu od³¹czenia obci¹øenia lub skasowania stanu alarmowego poprzez zmianÍ poziomu logicznego na wejúciu ENAx uruchamiaj¹cym klucz pr¹dowy. Uk³ady MIC2027/2077 s¹ dostÍpne w†obudowach SOP/SSOP16. Obydwa uk³ady s¹ kompatybilne z†dotychczas czÍsto stosowanymi uk³adami MIC2524 oraz MIC2527, ktÛre wykreowa³y standard przemys³owy. Standardowy zakres temperatur pracy mieúcie siÍ w†przedziale -40..+85oC. http://www.micrel.com/_PDF/mic2027.pdf Przedstawicielem Micrela w†Polsce jest firma Future (tel. (0-22) 618-92-02).

Potencjometry cyfrowe Microchip wykona³ kolejny krok w†stronÍ rozszerzenia oferty produkowanych uk³adÛw analogowych. Najnowszymi uk³adami tej firmy s¹ cyfrowo sterowane

Rys. 2.

potencjometry rodziny MCP4xxxx. W†jej sk³ad wchodz¹ potencjometry pojedyncze i†podwÛjne. W†obydwu wersjach uk³adÛw rozdzielczoúÊ nastaw jest 8-bitowa, rezystancje potencjometrÛw wynosz¹ 25/50 lub 100kΩ, a†charakterystyki s¹ liniowe. Charakterystyka czÍstotliwoúciowa wszystkich potencjometrÛw jest p³aska, a†spadek 3dB wystÍpuje przy czÍstotliwoúci ok. 1MHz. Wbudowany w†podwÛjne potencjometry MCP42xxx interfejs SPI (do 10MHz) pozwala ³¹czyÊ potencjometry szeregowo w†³aÒcuch, a†dziÍki dodatkowemu wyprowadzeniu SHDN moøna te uk³ady ìwy³¹czyÊî, co pozwala ograniczyÊ pobÛr pobieranego pr¹du. Uk³ady MPC4xxxx w†statycznym trybie pracy pobieraj¹ zaledwie 1µA pr¹du, a†podczas pracy ok. 340..500µA. Dopuszczalny zakres napiÍcia zasilania

wynosi 2,7..5,5V. Zakres temperatury pracy mieúci siÍ w†przedziale -40..+85 oC. Pojedyncze potencjometry MCP41xxx s¹ dostÍpne w†obudowach DIP/SOIC8, a podwÛjne MCP42xxx w†obudowach DIP/SOIC/ TSSOP14. http://www.microchip.com/download/lit/ pline/analog/anicateg/digipot/mcp4xxxx/ 11195a.pdf Przedstawicielami Microchipa w†Polsce s¹ firmy: Elbatex (tel. (0-22) 868-22-78), Future (tel. (0-22) 618-92-02) i†Gamma (tel. (0-22) 663-83-76).

Ultraszybkie wzmacniacze operacyjne Micrel rozszerzy³ swoj¹ ofertÍ o†dwa szybkie, miniaturowe wzmacniacze operacyjne

84

MIC915 (pojedynczy) i†MIC916 (podwÛjny). Obydwa uk³ady s¹ dostÍpne w†obudowach SOT23 z†piÍcioma wyprowadzeniami. Dopuszczalny zakres napiÍÊ zasilania to ±2,5..±9V, maksymalny pobierany przez uk³ady pr¹d nie przekracza 2,4mA, pole wzmocnienia wynosi 135MHz, a†szybkoúÊ narastania sygna³u na wyjúciu siÍga 270V/µs . C h a -

rakterystykÍ fazowo-czÍstotliwoúciow¹ wzmacniacza zaprojektowano w†taki sposÛb, øe moøliwe jest sterowanie obci¹øeÒ pojemnoúciowych, a†przy wzmocnieniu jednostkowym wzmacniacz pracuje stabilnie. Uk³ady MIC915 s¹ oferowane w†obudowach MSOP10, a†MIC916 w†obudowach QSOP16. http://www.micrel.com/_PDF/mic915.pdf http://www.micrel.com/_PDF/mic916.pdf Przedstawicielem Micrela w†Polsce jest firma Future (tel. (0-22) 618-92-02).

Elektronika Praktyczna 1/2001

N O W E

P O D Z E S P O Ł Y

Ultraszybki procesor '51 Dallas jest jedn¹ z†firm, ktÛra intensywnie inwestuje w†rozwÛj mikrokontrolerÛw '51. Najnowszym opracowaniem tej firmy jest mikrokontroler DS89C420, ktÛry jest w†pe³ni kompatybilny ze standardowymi mikrokontrolerami 8052 innych producentÛw. W†stosunku do opracowaÒ konkurencyjnych, nowy procesor Dallasa ma kilka istotnych zalet: - wbudowan¹ pamiÍÊ programu typu Flash o†pojemnoúci 16kB z†dynamicznym jej przydzielaniem i†moøliwoúci¹ programowania w†systemie, - wydajny rdzeÒ, ktÛry moøna taktowaÊ z czÍstotliwoúci¹ do 50MHz, przy ktÛrej czas trwania pojedynczego cyklu maszynowego wynosi 20ns, - podwÛjny wskaünik danych z†automatyczn¹ inkrementacj¹ lub dekrementacj¹. Wbudowane w†procesor pozosta³e modu³y peryferyjne odpowiadaj¹ standardowemu wyposaøeniu procesorÛw '52, w†zwi¹zku z†czym nie bÍdziemy ich szczegÛ³owo omawiaÊ. Producent po³oøy³ duøy nacisk na umoøliwienie zarz¹dzania poborem energii, w†zwi¹zku z†czym w†mikrokontroler wbudowano w modu³ Power Management Module, ktÛry wspiera dzia³ania programisty. Podczas pracy z†pe³n¹ prÍdkoúci¹ (50MHz)

procesor pobiera ok. 100mA. Uk³ady DS89C420 s¹ dostÍpne w†szeúciu wersjach, rÛøni¹cych siÍ typami obudowy (DIP40/PLCC44/TQFP44), kaøda w†dwÛch wariantach temperaturowych (0..+70 oC†lub -40..+85 oC). http://www.dalsemi.com/datasheets/pdfs/ 89c420.pdf Przedstawicielami Dallasa w†Polsce s¹ firmy: Soyter (tel. (0-22) 685-30-04) oraz WGElectronics (tel. (0-22) 621-77-04).

Transkoder RGB−>PAL Opracowany przez Analog Devices uk³ad AD723 jest scalonym konwerterem sygna³u obrazu zapisanego z†postaci RGB z†wydzielonymi liniami synchronizacji do sygna³u CV w†standardzie PAL/NTSC. Na wyjúciu uk³adu dostÍpne s¹ sygna³y C†(kolor),

Rys. 3.

Elektronika Praktyczna 1/2001

Y†(luminancja) oraz CV (kompozyt), dziÍki czemu moøna zapisywaÊ obraz z†wyjúcia transkodera na sprzÍcie SVHS. W†strukturze uk³adu AD723 zintegrowano wszystkie elementy niezbÍdne do poprawnej pracy transkodera, w†tym takøe liniÍ opÛüniaj¹c¹ oraz pu³apkÍ luminancji wykonan¹ na zespole øyratorÛw analogowych. Obwody wyjúciowe wyposaøono w†detektor do³¹czenia obci¹øenia, co pozwala ograniczyÊ pobÛr energii przez uk³ad. Dodatkowe oszczÍdnoúci energetyczne uzyskano takøe dziÍki zastosowaniu aktywnych obci¹øeÒ wyjúÊ. Uk³ad AD723 jest dostÍpny w†obudowie TSSOP28 i†moøe byÊ zasilany napiÍciem o†wartoúci 2,7..5,5V. Zakres temperatury pracy mieúci siÍ w†przedziale -40..+85 o C. http://www.analog.com/pdf/ AD723_0.pdf Przedstawicielami Analog Devices w†Polsce s¹ firmy: Alfine (tel. (0-61) 82058-11) i†Atest (tel. (0-32) 238-03-60).

85

N O W E

P O D Z E S P O Ł Y

N O W E

P O D Z E S P O Ł Y

Precyzyjny potencjometr cyfrowy WiÍkszoúÊ dotychczas dostÍpnych protencjometrÛw cyfrowych mia³o stosunkowo niewielkie rozdzielczoúci, siÍgaj¹ce 256 lub w†niewielu przypadkach - 512 pozycji. Analog Devices opracowa³ uk³ad scalony AD5235, w†ktÛrym zintegrowano dwa niezaleøne potencjometry o†rozdzielczoúci aø 1024 pozycji, kaødy z†w³asn¹ nieulotn¹ pamiÍci¹ EEPROM, w†ktÛrej przechowywane s¹ bieø¹ce nastawy ìsuwakÛwî. Uøytkownik ma ponadto do dyspozycji 30B pamiÍci EEPROM do dowolnego wykorzystania, ktÛra jest dostÍpna - podobnie jak rejestry nastaw suwakÛw potencjometrÛw - poprzez interfejs szeregowy SPI. Sterowanie po³oøeniem suwakÛw potencjometrÛw u³atwia bogaty zestaw poleceÒ, wúrÛd ktÛrych s¹ dostÍpne m.in. INC/DEC 6dB, INC/DEC, takøe z†moøliwoúci¹ wyboru zachowania siÍ suwaka w†skrajnych po³oøeniach. NapiÍcie zasilania powinno mieúciÊ siÍ w†przedziale 3..5V lub w†przypadku zasilania symetrycznego 2,5/+2,5V. Uk³ady AD5235 s¹ dostÍpne w†obudowach TSSOP16, w†dwÛch wersjach rezystancyjnych: 25 i†250kΩ. Zakres temperatury pracy mieúci siÍ Rys. 4. w†przedziale -40..+85oC.

http://www.analog.com/pdf/ AD5235_prd.pdf Przedstawicielami Analog Devices w†Polsce s¹ firmy: Alfine (tel. (0-61) 820-58-11) i†Atest (tel. (0-32) 238-03-60).

Uniwersalne transceivery szeregowe Maxim wprowadzi³ do produkcji uniwersalne, wieloprotoko³owe, programowane scalone transceivery szeregowe, ktÛre moøna konfigurowaÊ do pracy w†trybach RS232 lub RS485/422. Uk³ady te charakteryzuj¹ siÍ duø¹ szybkoúci¹ pracy (1Mbd dla RS232

Rys. 5.

86

i†10Mbd dla RS485), efektywn¹ pomp¹ ³adunkow¹, ktÛra wspÛ³pracuje z†kondensatorami o†pojemnoúci 100nF oraz moøliwoúci¹ pracy w†szerokim zakresie napiÍÊ zasilaj¹cych (3..5,5V). Prze³¹czenie wewnÍtrznej konfiguracji transceiverÛw jest moøliwe poprzez zmianÍ stanu logicznego na jednym z†wejúÊ. Uk³ady MAX3160 i†MAX3161 mog¹ pracowaÊ jako 2TX/2RX w†RS232 lub 1RX/ 1TX w†RS485/422, przy czym istnieje moøliwoúÊ sprzÍtowego okreúlenia czy transmisja poprzez RS485/422 ma byÊ dupleksowa, czy teø pÛ³dupleksowa. Uproszczony schemat aplikacyjny uniwersalnego interfejsu z†zastosowaniem prezentowanych uk³adÛw przedstawiono na rys. 5. http://pdfserv.maxim-ic.com/ arpdf/2318.pdf Przedstawicielem Maxima w†Polsce jest firma SE Spezial Electronic (tel. (0-95) 758-0572).

Elektronika Praktyczna 1/2001

P O  D Z  E S P O  £ Y

Zabezpieczanie sprzêtu elektronicznego przed przepiêciami i przetê¿eniami jest jednym z problemów, jaki musz¹ rozwi¹zywaæ konstruktorzy urz¹dzeñ elektronicznych. Szczególnie du¿¹ wagê przywi¹zuj¹ do zabezpieczeñ tego typu projektanci i wytwórcy sprzêtu telekomunikacyjnego, których na naszym rynku jest co prawda niezbyt wielu, ale poniewa¿ stosuj¹ zazwyczaj najnowsze technologie, to czêsto kreuj¹ nowe rozwi¹zania, które szybko staj¹ siê kanonami sztuki wspó³czesnego projektowania.

Rys. 1. Pierwszymi elementami zabezpieczaj¹cymi urz¹dzenia elektroniczne przed przepiêciami by³y transile i trisile, których produkcjê rozpoczê³a ok. 1990 roku firma (wtedy) SGSThomson. Wkrótce na rynku pojawi³y siê elementy innych producentów, którzy opracowuj¹c w³asne pó³przewodnikowe elementy zabezpieczaj¹ce nadawali im oryginalne nazwy, podkreœlaj¹ce indywidualnoœæ opracowañ. Jedn¹ z takich firm jest amerykañska firma Teccor, która specjalizuje siê w produkcji ró¿nego typu diod, tyrystorów i elementów zabezpieczaj¹cych, które nosz¹ firmow¹, bardzo efektown¹ nazwê SIDACtor.

Co potrafi SIDACtor?

Statyczn¹ charakterystykê pr¹dowo-napiêciow¹ SIDACtora przedstawiono na rys. 1. Jak mo¿na zauwa-

Rys. 2.

Elektronika Praktyczna 1/2001

¿yæ, do wartoœci napiêcia progoweg o VDRM p r z e z S I D A C t o r p ³ y n i e pr¹d up³ywnoœci, którego natê¿enie jest stosunkowo ma³e (nie przekracza bowiem zazwyczaj wartoœci 5µA). Gdy wartoœæ przy³o¿onego napiêcia przekracza V S , wartoœæ pr¹du przep³ywaj¹cego przez element gwa³townie roœnie, osi¹gaj¹c ok. 300..800mA (w zale¿noœci od typu SIDACtora), a spadek napiêcia na elemencie maleje skokowo do wartoœci V T . Dalszy wzrost napiêcia powoduje szybkie zwiêkszanie siê wartoœci pr¹du przep³ywaj¹cego przez strukturê - charakterystyka SIDACtora jest podobna do charakterystyki diody Zenera. Maksymalna wartoœæ natê¿enia pr¹du przep³ywaj¹cego przez strukturê w tej czêœci charakterystyki wynosi ok. 0,8..1,2A. Prze³¹czenie S I D A C t o r a ponownie do stanu wysokiej impedancji wymaga zmniejszenia pr¹du

do wartoœci IH , który jest mniejszy od minimalnego pr¹du za³¹czenia I T , dziêki czemu podczas pracy SIDACtora przy wartoœciach pr¹du bliskich progowemu nie wystêpuje naprzemienne w³¹czanie i wy³¹czanie elementu. Nale¿y zwróciæ uwagê na fakt, ¿e charakterystyka pr¹dowo-napiêciowa SIDACtora jest symetryczna dla obydwu polaryzacji przy³o¿onego napiêcia. Podana wy¿ej wartoœæ pr¹du maksymalnego nie jest zbyt du¿a, zw³aszcza w przypadku “powa¿niejszych” zastosowañ, np. w telekomunikacji. Przecie¿ linie telefoniczne s¹ nara¿one na udary napiêciowe od piorunów, które wytwarzaj¹ pr¹dy o natê¿eniach dziesi¹tek, a nawet setek MA! Jak zatem zabezpieczyæ obwody wejœciowe centrali przed takim przepiêciem, je¿eli SIDACtor mo¿e przewodziæ pr¹d o natê¿eniu do 1,2A?

Rys. 3.

87

P O  D Z  E S P O  £ Y

Rys. 4. Tajemnica rozwi¹zania tego problemu kryje siê w charakterystyce dynamicznej SIDACtora, która okreœla mo¿liwoœæ “gaszenia” stosunkowo krótkich impulsów pr¹du o natê¿eniu przekraczaj¹cym nawet 3000 razy wartoœæ maksymalnego pr¹du ci¹g³ego. Typowy impuls gaszonego pr¹du ma przebieg jak na rys. 2, przy czym maksymalna wartoœæ pr¹du szczytowego IS mo¿e wynosiæ do 3kA (P1900/2300ME). Bior¹c pod uwagê, ¿e impedancja linii telefonicznej ma stosunkowo du¿¹ wartoœæ (nie jest mo¿liwe przep³yniêcie przez ni¹ pr¹du o tak du¿ym natê-

Rys. 5.

Rys. 6.

88

¿eniu), SIDACtor zamontowany blisko zabezpieczanego urz¹dzenia mo¿e bez trudu ograniczyæ napiêcie podawane na jego wejœcie.

Jak zabezpieczaæ?

SIDACtory s¹ elementami stosunkowo ³atwymi w stosowaniu. Na rys. 3 przedstawiono przyk³ad zastosowania SIDACtora P3100EB jako elementu zabezpieczaj¹cego wejœcie wspó³pracuj¹cego z lini¹ telefoniczn¹ transceivera DTMF. Dodatkowym zabezpieczeniem jest tutaj bezpiecznik topikowy (w³¹czony szeregowo z SIDACtorem), który ulega przepaleniu w przypadku, gdy przetê¿enie trwa zbyt d³ugo. Podobn¹ aplikacjê przedstawiono na rys. 4. W tym uk³adzie SIDACtor zabezpiecza przed przepiêciami klucz tranzystorowy odpowiadaj¹cy za do³¹czenie do linii telefonicznej modu³u rozmównego. W przedstawionych dotychczas aplikacjach zastosowano pojedyncze SIDACtory. W praktycznych aplikacjach s¹ doœæ czêsto stosowane tak¿e nieco bardziej skomplikowane uk³ady zabezpieczaj¹ce, w sk³ad

których mog¹ wchodziæ dwa (rys. 5) lub trzy (rys. 6) SIDACtory. Firma Teccor ma w swojej ofercie takie elementy w postaci scalonej. S¹ one dostarczane jako nieobudowane struktury lub kompletnie obudowane elementy, tak¿e w obudowach SMD. Oprócz elementów o symetrycznej charakterystyce pr¹dowo-napiêciowej Teccor produkuje tak¿e elementy o charakterystykach asymetrycznych. Mo¿na je zastosowaæ do zabezpieczania obwodów zasilania standardowych uk³adów cyfrowych. Na rys. 7 pokazano symbol oraz widok obudowy jednokierunkowego SIDACtora, który wykonano ³¹cz¹c równolegle diodê prostownicz¹ z elementem zabezpieczaj¹cym.

Inne aplikacje

Ze wzglêdu na to, ¿e produkowane SIDACtory maj¹ stosunkowo szeroki przedzia³ napiêæ progowych oraz pr¹dów szczytowych, mo¿na je stosowaæ tak¿e w aplikacjach innych ni¿ telekomunikacyjne. Doskonale nadaj¹ siê m.in. do zabezpieczania linii transmisyjnych RS232/422/485, sieci informatycznych oraz kablowych linii przesy³owych telewizji. Coraz czêœciej pó³przewodnikowe elementy zabezpieczaj¹ce s¹ wykorzystywane tak¿e w systemach alarmowych, do zabezpieczania analogowych linii parametryzowanych. Andrzej Gawryluk, AVT Artyku³ powsta³ w oparciu o materia³y udostêpnione przez firmê Acte, tel. (0-22) 631-46-53, www.acte.com.pl.

Rys. 7.

Elektronika Praktyczna 1/2001

P O  D Z  E S P O  Ł Y

Scalone interfejsy czujników pomiarowych, część 1 W†zaleønoúci od zjawiska fizycznego úledzonego przez projektowany system pomiarowy rolÍ czujnikÛw spe³niaj¹ elementy rÛønego typu, pocz¹wszy od standardowych termistorÛw, przez ogniwa termoparowe i†czujniki piezoelektryczne, aø po czujniki pojemnoúciowe.

CzÍsto w†listach pytacie o†to w†jaki sposÛb do³¹czyÊ do systemÛw pomiarowych rÛønego typu czujniki. Postanowiliúmy bliøej przyjrzeÊ siÍ moøliwoúciom oferowanym przez producentÛw uk³adÛw scalonych, przy czym najwiÍkszy nacisk po³oøyliúmy na uk³ady kompleksowo rozwi¹zuj¹ce najczÍúciej spotykane przez konstruktorÛw problemy.

W†jaki sposÛb mierzyÊ? Jest to podstawowe pytanie, na jakie powinniúmy sobie odpowiedzieÊ aby unikn¹Ê powstawania b³ÍdÛw podczas realizacji pomiarÛw. Odpowiedü jest oczywista: najlepszym uk³adem pomiarowym, stosowanym juø od 1883 roku jest mostek, poniewaø taki uk³ad pomiarowy zapewnia duøy poziom sygna³u b³Ídu, stosunkowo ³atwe jest jego zrÛwnowaøenie i†uniezaleønienie od zmian parametrÛw otoczenia (np. temperatury, wilgotnoúci, itp.). OczywistoúÊ tej odpowiedzi zaburzaj¹ nieco rÛønorodne moøliwe konfiguracje mostkÛw, co zachÍci³o nas do rozpoczÍcia cyklu prezentacji uk³adÛw interfejsowych od omÛwienia najczÍúciej spotykanych konfiguracji mostkÛw pomiarowych. NajczÍúciej spotykan¹ konfiguracjÍ mostka pomiarowego przedstawiono na rys. 1. Wzmacniacz rÛønicowy do³¹czony do przek¹tnych wÍz³Ûw mostka spe³nia rolÍ wzmacniacza napiÍcia b³Ídu. Zalet¹ prezentowanej konfiguracji mostka jest niewielki dryft temperaturowy i†wysoki wspÛ³czynnik t³umienia zak³Ûcaj¹cych sygna³Ûw wspÛ³bieønych CMRR, stosunkowo trudne jest natomiast precyzyjne ustalenie wzmocnienia toru pomiarowego, w†zwi¹zku z†czym czÍsto jest niezbÍdne zastosowanie dodatkowego wzmacniacza o†regulowanym wzmocnieniu.

Rys. 1.

Elektronika Praktyczna 1/2001

W†grudniowym numerze z†zesz³ego roku pokazaliúmy grupÍ specjalizowanych uk³adÛw spe³niaj¹cych rolÍ interfejsÛwczujnikÛw do pomiaru pr¹du. Teraz zajmiemy siÍ interfejsami czujnikÛw piezoelektrycznych, pojemnoúciowych i†termoparowych. Zaczynamy od krÛtkiego wstÍpu, wbrew pozorom o†duøych walorach praktycznych. ○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

K³opoty z†regulacj¹ wzmocnienia moøna omin¹Ê wykorzystuj¹c inny sposÛb do³¹czenia wzmacniacza pomiarowego do mostka, oparty na kluczowanej pojemnoúci. KonfiguracjÍ takiego mostka przedstawiono na rys. 2. Z†pewnym uproszczeniem moøna przyj¹Ê, øe zasada dzia³ania tego uk³adu jest zbliøona do standardowego wzmacniacza operacyjnego z†uk³adem prÛbkuj¹co-pamiÍtaj¹cym na wejúciu, dziÍki czemu wspÛ³czynnik CMRR osi¹ga wartoúÊ blisk¹ 120dB, a†dok³adnoúÊ regulacji wzmocnienia siÍga 0,001%. Najpowaøniejsz¹ wad¹ tej konfiguracji interfejsu pomiarowego jest ograniczone pasmo przenoszenia wynikaj¹ce z†charakterystyki dzia³ania elementÛw wykorzystuj¹cych kluczowane pojemnoúci, co w†przypadku niektÛrych aplikacji (np. podczas pomiaru drgaÒ maszyn) moøe mieÊ duøe znaczenie. W†przypadku koniecznoúci zwiÍkszenia odpornoúci toru pomiarowego na zak³Ûcenia pochodz¹ce od zasilania moøna zastosowaÊ mostek zasilany napiÍciem izolowanym od reszty uk³adu (rys. 3) lub zastosowaÊ dodatkow¹ stabilizacjÍ napiÍcia zasilaj¹cego mostek (rys. 4). WspÛ³czynnik CMRR osi¹ga w†tych uk³adach wartoúci (odpowiednio): 160 i†140dB. Uk³ady te nie s¹ pozbawione wad sygna³ otrzymywany na ich wyjúciach nie jest ratiometryczny, w†zwi¹zku z†czym konieczne jest zastosowanie dodatkowych uk³adÛw konwertuj¹cych napiÍcia, stosunkowo

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

trudne jest takøe wykonanie ürÛde³ zasilaj¹cych mostek o†odpowiednich parametrach. Zazwyczaj takie konfiguracje s¹ stosowane w†aplikacjach nie wymagaj¹cych zbyt duøej dok³adnoúci. Alternatyw¹ dla rozwi¹zaÒ z†rys. 3 i†4 jest mostek z†dodatkowym wzmacniaczem kompensacyjnym (rys. 5), dziÍki ktÛremu impedancja ürÛd³a zasilaj¹cego mostek jest niewielka, nie jest wymagane stosowanie separowanego ürÛd³a zasilaj¹cego, a†wspÛ³czynnik CMRR osi¹ga wartoúÊ 160dB. Niezaleønie od wybranego wariantu mostka pomiarowego, w†kaødej jego ga³Ízi moøna zastosowaÊ element o†innym charakterze niø rezystancyjny. Mog¹ to byÊ np. elementy pojemnoúciowe, indukcyjne lub piezoimpedancyjne. W†takich przypadkach mostek powinien byÊ

Rys. 2.

89

○

P O  D Z  E S P O  Ł Y Czym mierzyÊ?

Rys. 3. zasilany sinusoidalnym napiÍciem zmiennym, ktÛrego parametry maj¹ duøy wp³yw na jakoúÊ dokonywanego pomiaru.

Rys. 4.

90

Oferta uk³adÛw u³atwiaj¹cych pomiary mostkowe jest doúÊ bogata, przy czym grono producentÛw jest ograniczone. W†produkcji uk³adÛw tego typu specjalizuj¹ siÍ przede wszystkim: Maxim, Analog Devices, Burr-Brown (TI), Cirrus Logic i†Linear Technology. WúrÛd oferowanych uk³adÛw dostÍpne s¹ zarÛwno wzmacniacze pomiarowe (czÍsto takøe z†automatycznym zerowaniem), wzmacniacze nieliniowe przystosowane do linearyzacji charakterystyk czujnikÛw (np. Pt100), konwertery napiÍcie-pr¹d poúrednicz¹ce pomiÍdzy czujnikiem i†lini¹ pr¹dow¹ np. 4..20mA, a†takøe szereg zaawansowanych uk³adÛw integruj¹cych w†swojej strukturze rozbudowane podsystemy akwizycyjne. SzczegÛ³owe omÛwienie najciekawszych spoúrÛd obecnie dostÍpnych uk³adÛw przedstawimy w†kolejnym numerze EP. Andrzej Gawryluk, AVT WiÍcej informacji podstawowych, zwi¹zanych z†tematyk¹ artyku³u

Rys. 5. moøna znaleüÊ w†Internecie pod adresami: - http://www.maxim-ic.com/DesignApps/EndEquipment/Sensors/StartPage.htm, - http://sensorsmag.com/articles/0799/ 12/index.htm, - http://www.cirrus.com/design/products/application/index.cfm?ApplicationID=6, - http://www.cirrus.com/design/products/application/index.cfm?ApplicationID=7, - http://products.analog.com/ products_html/list_gen_167_2_1.html.

Elektronika Praktyczna 1/2001

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

Dwukierunkowy regulator prędkości obrotowej silników modelarskich sterowany aparaturą radiową Jeøeli szukasz przystawki do zdalnego sterowania prÍdkoúci obrotowej silnikÛw elektrycznych, ten projekt powinien CiÍ zainteresowaÊ. Dwaj nasi Czytelnicy opracowali prost¹, oczywiúcie mikroprocesorow¹, przystawkÍ do standardowej aparatury radiowej zwiÍkszaj¹cej jej moøliwoúci, a jej opis prezentujemy w artykule.

Zalet¹ wszystkich urz¹dzeÒ opartych na mikroprocesorach jednouk³adowych jest prostota ich wykonania, oraz bardzo ma³a liczba elementÛw dyskretnych potrzebnych w†konstrukcji. Prezentowany uk³ad jest dwukierunkowym regulatorem prÍdkoúci obrotowej silnika elektrycznego przeznaczonym do zastosowania w†modelu sterowanym aparatur¹ radiow¹. Modelarze amatorzy, ktÛrzy choÊ raz prÛbowali zbudowaÊ analogowy regulator prÍdkoúci wiedz¹ ile czasu zabiera regulacja takiego regulatora, tak aby wspÛ³pracowa³ poprawnie z†odbiornikiem radiowym. W†proponowanej konstrukcji zosta³ wykorzystany popularny i†tani mikrokontroler firmy Atmel-AT89C2051 posiadaj¹cy 2kB wielokrotnie programowalnej pamiÍci ìflashî i†taktowany zegarem 12MHz. Urz¹dzenie wspÛ³pracuje ze wszystkimi aparaturami dostÍpnymi na rynku z†wyj¹tkiem aparatur firmy HI-TEC.

Projekt

081

Opis uk³adu Uk³ad regulacji sk³ada siÍ z†trzech blokÛw (rys. 1): 1) odbiornika radiowego (standardowa aparatura radiowa). 2) bloku wejúciowego, ktÛry odbiera i†przetwarza sygna³ z†aparatury, 3) bloku wykonawczego, ktÛry steruje silnikiem elektrycznym. Odbiornik radiowy przetwarza sygna³ z†nadajnika i†na jego wyjúciu sygna³ wygl¹da w†sposÛb pokazany na rys. 2. Czas trwania impulsu wynosi od 1†do 2ms i†dla 1,5ms silnik znajduje siÍ w†spoczynku. Wyd³uøenie lub skrÛcenie tego impulsu jest informacj¹ dla regulatora aby krÍciÊ silnikiem w†ty³ lub do przodu, przy czym skrajne

Elektronika Praktyczna 1/2001

wartoúci czasu impulsu odpowiadaj¹ maksymalnym prÍdkoúciom silnika. Natomiast czas trwania czÍúci zerowej sygna³u licz¹c od zbocz naras-

taj¹cych kolejnych sygna³Ûw dodatnich jest sta³y i†wynosi 20ms. Jak widaÊ na schemacie elektrycznym uk³adu (rys. 3)

Rys. 1.

91

PROJEKTY CZYTELNIKÓW WYKAZ ELEMENTÓW

Rys. 2.

sygna³ z†odbiornika zostaje podany na dwa wejúcia trzeciego portu mikrokontrolera. Po zinterpretowaniu sygna³u przez kontroler generowane s¹ dwa prostok¹tne sygna³y wyjúciowe na wyjúciach P1.0 i†P1.1, o†czÍstotliwoúci ok. 13,3kHz i†wspÛ³czynniku wype³nienia od 0% do 100%. Nie wystÍpuj¹ one jednak nigdy rÛwnoczeúnie na obu koÒcÛwkach mikrokontrolera, poniewaø jeden steruje silnikiem do przodu, a†drugi do ty³u. Dodatkowo istnieje koniecznoúÊ zanegowania obu tych sygna³Ûw, co wynika z†ograniczeÒ sprzÍtowych samego mikrokontrolera - jego wyjúcia podci¹gniÍte przez zewnÍtr-

zne rezystory do napiÍcia zasilania. W†koÒcÛwce mocy wykorzystano osiem tranzystorÛw typu MOSFET IRF530, ktÛre pracuj¹ w†uk³adzie typu H†po 4†na kaødy kierunek. Uk³ad ten stosowany jest w†urz¹dzeniach, gdzie przy pojedynczym napiÍciu zasilania istnieje potrzeba dwukierunkowego sterowania silnika. DoúÊ niska rezystancja tranzystorÛw w†stanie przewodzenia (R dson=0,14Ω), oraz wysoka wydajnoúÊ pr¹dowa (Id=14A), jak i†szeroki zakres moøliwych napiÍÊ zasilania (Udsmax=100V), umoøliwia zastosowanie praktycznie do kaødego silnika modelarskiego.

Opis dzia³ania programu Program steruj¹cy mikrokontrolerem zosta³ napisany za pomoc¹ demonstracyjnej wersji pakietu Bascom 8051 firmy MCS Electronics (list. 1). W†programie wykorzystano dwa liczniki/timery. Jeden i†drugi pracuj¹ w†trybie timera, jednak realizuj¹ inne funkcje. Pierwszy z†nich zlicza d³ugoúÊ impulsÛw z†aparatury (1..2ms), a†drugi w†trybie samo prze³adowuj¹cym uruchamia przerwanie s³uø¹ce do generowania przebiegu wyjúciowego PWM. Wykorzystanie dwÛch wejúÊ mikrokontrolera wyni-

Rezystory R1: 10kΩ R6, R7, R9, R10: 4,7kΩ R8, R11:33kΩ Kondensatory C1: 10µF/16V C2, C3: 33pF C4: 100nF Półprzewodniki T1..T8: IRF530 T10, T11:BC547B U1: AT89C2051 zaprogramowany Różne JP1: złącze ARK3 JP2, JP3: ARK2 Y1: kwarc 12MHz

ka z†tego, iø zbocze opadaj¹ce sygna³u z†aparatury jest wykorzystane rÛwnieø do wygenerowania sprzÍtowego przerwania uruchamiaj¹cego podprogram wpisuj¹cy wartoúÊ licznika TH0 do zmiennej. Gdy na wejúciu mikro-

Rys. 3.

92

Elektronika Elektronika Praktyczna Praktyczna 1/2001 2/98

PROJEKTY CZYTELNIKÓW gulatory firm.

List. 1. Dim Pwmcount As Byte , Count As Config Timer0 = Timer , Gate = Config Timer1 = Timer , Gate = On Int1 Readint On Timer1 Pwm Load Timer1 , 75 Set Tcon.2 P1 = 3 Enable Interrupts Enable Timer1 Enable Int1 Start Timer0 Start Timer1 Goto Main Main: If Count < 0 Then Count = 14 If Count > 28 Then Count = 14 If Count = 14 Then P1 = 3 Goto Main Readint: Count = Th0 - 30 Th0 = 0 Return Pwm: Incr Pwmcount If Pwmcount > 9 Then Pwmcount Vals = Count * 10 Vals = Vals + Pwmcount P1 = Lookup(vals , Pwm_table) Return

Byte , Vals As Word External , Mode = 0 Internal , Mode = 2

= 0

kontrolera pojawi siÍ sygna³ dodatni timer0 zaczyna zliczaÊ wewnÍtrzne impulsy zegarowe mikrokontrolera. Poniewaø czÍstotliwoúÊ ich jest znana i†ma wartoúÊ dwanaúcie razy mniejsz¹ od czÍstotliwoúci taktowania znamy czas trwania jednego

Elektronika Praktyczna 1/2001

Pwm_table: Data 1 , 1 Data 1 , 1 Data 3 , 1 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 3 Data 3 , 2 Data 2 , 2 Data 2 , 2 Data 2 , 2 Data 2 , 2 Data 2 , 2 Data 2 , 2 Data 2 , 2 Data 2 , 2

, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

impulsu. Moøemy zatem dowiedzieÊ siÍ ile trwa³ sygna³ dodatni. Przepe³nienie timera1 powoduje uruchomienie podprogramu generuj¹cego sygna³ wyjúciowy. Do ustawienia czasu wype³nienia sygna³u wyjúciowego mikrokontroler korzysta z†tablicy

, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

danych zawartej w†pamiÍci ìflashî, co w†przeciwieÒstwie do matematycznej metody interpretacji daje wiÍksz¹ szybkoúÊ dzia³ania jak i†moøliwoúÊ stworzenia nieliniowych charakterystyk regulatora. Tak¹ funkcje posiadaj¹ tylko dobrej jakoúci re-

renomowanych

Montaø i†uruchomienie W†pierwszej kolejnoúci montujemy zworki i†elementy pasywne zaczynaj¹c od najniøszych. NastÍpnie przystÍpujemy do wlutowania podstawki pod uk³ad U1, oraz rezonatora kwarcowego Y1. Na koÒcu montujemy tranzystory oraz przewody ³¹cz¹ce urz¹dzenie z†silnikiem, ürÛd³em jego zasilania, oraz sygna³em z†odbiornika. Uk³ad mikrokontrolera zasilany jest z†odbiornika radiowego(4..6V). Poprawnie zmontowany uk³ad powinien dzia³aÊ od razu po pod³¹czeniu napiÍcia zasilania. W†przypadku zastosowania silnika o†poborze pr¹du wyøszym od 1A naleøy zastosowaÊ radiatory ch³odz¹ce tranzystory mocy (T1..T8).PamiÍtaÊ naleøy o†zastosowaniu podk³adek mikowych lub silikonowych, aby elektrycznie odizolowaÊ tranzystory od radiatora. Bart³omiej Gajewski Marek Miryn Program w†wersji ürÛd³owej i†wynikowej, a†takøe wzÛr p³ytki drukowanej s¹ dostÍpne na stronie WWW EP w†dziale Download/Dokumentacje.

93

A U T O  M A  T Y K A Elektroniczne czujniki umoøliwiaj¹ce rozpoznawanie obrazÛw naleø¹ do jednych z†najbardziej zaawansowanych technologicznie elementÛw stosowanych we wspÛ³czesnych systemach sterowania i†automatyki. Zastosowane w†nich rozwi¹zania mog¹ fascynowaÊ wane s¹ w†trzech wersjach o†rÛønych wymiarach pola pomiarowego oraz rÛønych kolorach úwiat³a emitowanego przez oúwietlacze LED. Kolor oúwietlacza zaleøy od przeznaczenia czujnika, np. do rozpoznawania czarnych lub bia³ych nadrukÛw na czerwonych opakowaniach doskonale nadaje siÍ oúwietlacz z†zielonymi diodami LED, a†do analizy obrazÛw czarno- lub czerwono-bia³ych lepiej nadaje siÍ oúwietlacz z†czerwonymi diodami LED. W†zaleønoúci od typu g³owicy optycznej rÛøne s¹ wymiary analizo-

moc¹ moøna rozpoznawaÊ kszta³ty lub fakt zadrukowania powierzchni jakimkolwiek wzorem, ³¹cznie z†kolorami (rys. 2). DziÍki tak duøej uniwersalnoúci, czujniki moøna wykorzystaÊ m.in. do pozycjonowania obiektÛw, badania poprawnoúci nadrukÛw i†oznaczeÒ na opakowaniach, selekcji produktÛw poruszaj¹cych siÍ na taúmie produkcyjnej, automatycznego sortowania itp.

£atwoúÊ obs³ugi Czujniki optyczne rodziny F10-Sxx wspÛ³pracuj¹ z†modu³ami inteligentnych, programowanych wzmacniaczy, ktÛre odpowiadaj¹ za rozpoznawanie obra-

elektronikÛw, poniewaø w†niepozornej obudowie czujnika kryje siÍ niezwykle zaawansowany system mikroprocesorowy. zÛw i†porÛwnywanie ich z†zadanym wzorcem. Najprostszy ze wzmacniaczy F10-C10/15 wyposaøono tylko w†jedn¹ pamiÍÊ obrazu, ktÛry stanowi odniesienie dla wszystkich prowadzonych pomiarÛw. Wzmacniacz F10-C20/25, takøe z†jedn¹ pamiÍci¹ obrazu, pozwala dodatkowo badaÊ kolor powierzchni

Fot. 1. Czujniki umoøliwiaj¹ce rozpoznawanie obrazÛw naleø¹ do grupy czujnikÛw specjalnych, w†ktÛrej bez w¹tpienia (ze wzglÍdu na techniczne i†technologiczne zaawansowanie) wiod¹ prym. Omron jest jednym z†pierwszych na úwiecie producentÛw, ktÛry wprowadzi³ na rynek samoucz¹ce siÍ czujniki umoøliwiaj¹ce rozpoznawanie obrazÛw. Ze wzglÍdu na charakteryzuj¹ce je niezwyk³e moøliwoúci poúwiÍcamy im osobny artyku³.

Jak dzia³a i†co moøe? Jednym z czujnikÛw znajduj¹cych siÍ w†ofercie Omrona, umoøliwiaj¹cych rozpoznawanie obrazÛw. Sk³ada siÍ on z†g³owicy optycznej (fot. 1), w†ktÛr¹ wbudowano kamerÍ z†czujnikiem CCD oraz modu³u wzmacniacza (fot. 2), ktÛry jednoczeúnie spe³nia rolÍ inteligentnego detektora obrazu. G³owice optyczne ofero-

Elektronika Praktyczna 1/2001

Rys. 1. wanych obszarÛw. Na rys. 1 pokazano kszta³t pola widzenia i†jego przybliøone wymiary dla g³owicy czujnikowej F10-S15R. Jest to ìúrodkowyî pod wzglÍdem rozmiarÛw pola widzenia model wúrÛd trzech oferowanych przez Omrona g³owic. Niezaleønie od rozmiaru pola widzenia i†koloru zastosowanego podúwietlacza, zasada dzia³ania czujnikÛw z†rodziny F10 jest taka sama. Za ich po-

Fot. 2.

131

A U T O  M A  T Y K A

Rys. 2.

132

analizowanego obiektu. Modele F10-C30/35 wyposaøono aø w†osiem pamiÍci obrazu, potrafi¹ one takøe analizowaÊ kolor powierzchni. Najbardziej zaawansowany model, oznaczony symbolem F10-C50/55, dodatkowo wyposaøono w†port szeregowy RS232. Wszystkie wymienione wzmacniacze wyposaøono w†zbliøone wygl¹dem panele operatorskie, ktÛre s¹ jednakowo obs³ugiwane. Klawiatura operatorska sk³ada siÍ z†trzech przyciskÛw, spoúrÛd ktÛrych jeden umoøliwia wyzwolenie trybu uczenia i†wyúwietlanie ustalonych wartoúci parametrÛw, dwa pozosta³e pozwalaj¹ zadaÊ wartoúci poszczegÛlnych parametrÛw rozpoznawania. Wzmacniacze wyposaøono w†dwa liniowe wskaüniki wykonane z†diod LED, na ktÛrych wskazywane s¹: zadany przez operatora poziom dok³adnoúci porÛwnywania wzorca z†widocznym obiektem oraz aktualna wartoúÊ wspÛ³czynnika korelacji. Prze³¹cza-

nie pomiÍdzy normaln¹ prac¹, monitorowaniem i†uczeniem umoøliwia trzypozycyjny prze³¹cznik przesuwny. Panel operatorski wzmacniaczy, z†wbudowanym detektorem koloru, wyposaøono ponadto w†jednocyfrowy wyúwietlacz LED, ktÛry s³uøy jako wskaünik parametrÛw pomiaru tego typu, ale jest takøe wykorzystywany do wskazywania numeru aktywnej pamiÍci obrazu referencyjnego. Poniewaø panel operatorski czujnikÛw jest stosunkowo prosty i†dobrze opisany w†instrukcji, obs³uga czujnika jest nad wyraz ³atwa. Oúwietlacz pola pomiarowego u³atwia kalibracjÍ przyrz¹du na linii produkcyjnej, a†przedstawione dalej dodatkowe moøliwoúci zestawu powoduj¹, øe opracowane przez firmÍ Omron czujniki moøna stosowaÊ w†niezwykle szerokiej gamie aplikacji.

Inne moøliwoúci WydawaÊ by siÍ mog³o, øe konstruktorzy czujnikÛw F10 wyczerpali moøliwoúci u³atwie-

Elektronika Praktyczna 1/2001

A U T O  M A  T Y K A

Rys. 3. nia øycia ich uøytkownikom. Okazuje siÍ jednak, øe kolejne interesuj¹ce moøliwoúci ukryto na panelu operatora pod niepozornym DIP-switchem, ktÛry pozwala operatorowi na: - samoczynne wybieranie fragmentu wzorca o†najlepszej jakoúci obrazu, - poszerzenie pola detekcyjnego, dziÍki czemu czujniki moøna dostosowaÊ do analizy kodÛw paskowych, - wykorzystanie wewnÍtrznego timera do opÛünienia wy³¹czenia sygna³u wyjúciowego czujnika, - ustalenie ø¹danej polaryzacji

Elektronika Praktyczna 1/2001

wyjúcia czujnika (emulacja NO/NC), - wykorzystanie wejúcia RS232/422 do sterowania prac¹ czujnika. Wzmacniacze F10 mog¹ ponadto uczyÊ siÍ wzorcÛw obrazu na obiektach znajduj¹cych siÍ w†ruchu. Do tego celu niezbÍdne jest kilkukrotne powtÛrzenie procesu uczenia czujnika, za pomoc¹ sygna³u wyzwalaj¹cego TRIG, jak to pokazano na rys. 3. Zalecana przez producenta liczba powtÛrzeÒ impulsÛw ucz¹cych wynosi 6, a†poprawne zakoÒczenie konfiguracji jest sygnalizowane przez czujnik zmian¹ poziomu logicz-

nego sygna³u na ì1î na wyjúciu OUTPUT. Cyfry przy fragmentach przebiegÛw z†rys. 3†oznaczaj¹ kolejnoúÊ ich wystÍpowania. Nieco prostsze przebiegi charakteryzuj¹ proces uczenia czujnika obrazu wzorcowego na obiekcie statycznym, co ilustruje rys. 4. Projektanci czujnika F10 zatroszczyli siÍ takøe o†rozbudowan¹ procedurÍ diagnostyki b³ÍdÛw, ktÛre mog¹ wyst¹piÊ podczas pracy urz¹dzenia. Wyst¹pienie b³Ídu jest sygnalizowane akustycznie, a†jego ürÛd³o wskazuje wyúwietlacz LED, standardowo wykorzystywany do wyúwietlania zadanego przez uøytkownika poziomu od-

niesienia dla uk³adu porÛwnuj¹cego obrazy.

Podsumowanie Konstrukcja czujnikÛw F10 ilustruje wzajemne ìwspieranie siÍî rÛønych dziedzin techniki traktowanych do niedawna bardzo rozdzielnie. Tylko dziÍki niezwykle zaawansowanej elektronice by³o moøliwe stworzenie urz¹dzenia tak prostego w†obs³udze, niewielkich rozmiarÛw, a†przy tym bardzo efektywnego w†praktycznych aplikacjach. Tomasz Paszkiewicz Artyku³ powsta³ w†oparciu o†materia³y firmy Omron, tel. (022) 645-78-60, www.omron.com.pl.

Rys. 4.

133

A U T O  M A  T Y K A W†drugiej czÍúci artyku³u skupimy siÍ na omÛwieniu profili komunikacyjnych i†aplikacyjnych ProfiBusa, a†takøe architektury i protoko³Ûw transmisyjnych. Prezentowany system komunikacyjny, ze wzglÍdu na swoj¹ otwartoúÊ i†³atwoúÊ stosowania, ma przed sob¹ ogromn¹ przysz³oúÊ,

część 2

Komunikacja w aplikacjach przemysłowych Profile komunikacyjne Profile komunikacyjne w†nomenklaturze opisowej ProfiBusa okreúlaj¹ typ protoko³u wykorzystywanego do transmisji danych w†danej ga³Ízi sieci. W†obecnie obowi¹zuj¹cym standardzie opisano dwa profile komunikacyjne, nazwane DP i†FMS. Ich po³oøenie w†strukturze OSI/ISO pokazano na rys. 4. Profil DP jest najczÍúciej stosowany w†aplikacjach wymagaj¹cych duøej szybkoúci transmisji danych, gdzie moøe zast¹piÊ bardzo popularne ³¹cza oparte na pÍtlach pr¹dowych 4..20mA oraz rÛwnoleg³e ³¹cza transmisyjne, wykorzystuj¹ce napiÍcie 24VDC. Jak wynika z†rys. 4†rolÍ medium transmisyjnego w†profilu DP moøe spe³niaÊ zarÛwno kabel skrÍtkowy, úwiat³owÛd, jak i†specjalny kabel opisany w†zaleceniach

IEC1158-2. Bardzo waøn¹ cech¹ profilu DP jest moøliwoúÊ stosowania go w†systemach dynamicznie konfigurowanych, a†to dziÍki wbudowaniu funkcji Plug&Play. Komunikacja w†tym profilu odbywa siÍ pomiÍdzy dwoma wybranymi urz¹dzeniami, ale jest takøe moøliwe rozsiewanie komunikatÛw (poleceÒ). W†przypadku ustalania dostÍpu pomiÍdzy masterami wykorzystywany jest token, natomiast w†przypadku transmisji pomiÍdzy masterem i†slave'ami uzgodnianie dostÍpu do linii transmisyjnej, czyli wykonanie procedury dostÍpowej (rys. 5). Transmisja danych jest cykliczna, dziÍki czemu czas oczekiwania na dane pobierane z†poszczegÛlnych czujnikÛw jest sta³y. Na rys. 6 pokazano system sieciowy ProfiBus - DP z†jednym masterem.

oczywiúcie pod warunkiem spopularyzowania go wúrÛd uøytkownikÛw. ○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

Profil FMS (ang. FieldBus Message Specification) daje nieco wiÍksze moøliwoúci komunikacyjne zapewniaj¹c m.in. wymianÍ danych pomiÍdzy inteligentnymi wÍz³ami sieci. Z†tego powodu warstwÍ fizyczn¹ tego profilu mog¹ stanowiÊ tylko szybkie ³¹cza oparte na RS485 lub úwiat³owodach. W†opisie profilu FMS zastrzeøono, øe moøliwa jest komunikacja tylko z†urz¹dzeniami opisanymi w†katalogu obiektÛw OD, w†ktÛrym dok³adnie s¹ opisane

Rys. 4.

Elektronika Praktyczna 1/2001

137

A U T O  M A  T Y K A W†aplikacjach opartych na profilu PA najczÍúciej jest stosowany profil komunikacyjny DP. Takie zestawienie zapewnia ³atwe zast¹pienie popularnych ³¹czy analogowych (przede wszystkim pr¹dowych) przez bardziej niezawodne ³¹cza cyfrowe. Ogromn¹ korzyúci¹ wynikaj¹c¹ z†zast¹pienia analogowych linii przesy³owych przez ProfiBus jest m.in. uproszczenie okablowania, poniewaø wszystkie wspÛ³pracuj¹ce urz¹dzenia mog¹ byÊ do³¹czone do zaledwie jednej pary kabli! Piotr Zbysiñski, AVT [email protected]

Rys. 5.

Rys. 6. ich w³aúciwoúci i†struktura logiczna, a†takøe adres logiczny i†fizyczny. W†ramach profilu FMS opisano szereg us³ug sieciowych u³atwiaj¹cych zarz¹dzenie komunikacj¹ danych. SzczegÛlnie istotna jest moøliwoúÊ obs³ugi zdarzeÒ, ktÛrych funkcja jest zbliøona do przerwaÒ mikroprocesorowych. Rola profilu FMS bÍdzie najprawdopodobniej mala³a, poniewaø coraz czÍúciej jego miejsce zajmuje TCP/IP.

Profile aplikacyjne Mianem profilu komunikacyjnego w†nomenklaturze ProfiBus okreúlono mechanizmy wspÛ³pracy protoko³u komunikacyjnego z†medium transmisyjnym, dziÍki czemu zapewnia siÍ niezaleønoúÊ pracy aplikacji od sprzÍtu stosowanego w†systemie, a pochodz¹cego od rÛønych producentÛw. Zapewnienie pe³nej kompatybilnoúci urz¹dzeÒ pochodz¹cych od rÛønych producentÛw wymaga³o okreúlenia w†kaødym profilu aplikacyjnym ich struktury. Dlatego w³aúnie we wszystkich profilach szczegÛ³owo s¹ opisywane bloki funkcjonalne poszczegÛlnych urz¹dzeÒ i†ich podstawowe w³aúciwoúci. NajczÍúciej stosowanym profilem aplikacyjnym jest profil okreúlany mianem PA (ang. Process Automation) - rys. 7. Czasami s¹ stosowane takøe

138

specjalne profile aplikacyjne dla urz¹dzeÒ specjalnych: BA (ang. Building Automation), NC/RC (sterowanie robotami przemys³owymi), ECD (od ang. Encoders) umoøliwiaj¹ce wspÛ³pracÍ enkoderÛw rÛønego typu z†urz¹dzeniami DP, HMI (ang. Human Machine Interface) i pozwalaj¹ce na do³¹czanie do systemÛw sterowania interfejsÛw uøytkownika oraz VSD (ang. Variable Speed Drives), za pomoc¹ ktÛrego moøna sterowaÊ prac¹ falownikÛw zasilaj¹cych silniki elektryczne, itp.

Dodatkowe informacje o†ProfiBus moøna znaleüÊ w†Internecie pod adresami: informacje techniczne: - http://www.profibus.com/downloads/ 4002_v99.pdf, - http://www.profibus.com/data/technic/index.html, - http://www.itma.pwr.wroc.pl/profibus/, - http://www.access-profibus.com/, wykaz produktÛw zgodnych z†Profibus: - http://www.profibus.com/cgi-bin/profibus/epg.pl, - http://www.ictglobal.com/profibus_products.htm, - http://www.access-profibus.com/#Datasheet, programy: - http://www.tiac.net/users/ictded/ProfiConfig.exe - http://www.profibus.com/downloads/ gsdedit.exe organizacje wspieraj¹ce ProfiBus: - http://www.mimosa.org/, - http://www.opcfoundation.org/, - http://www.fieldcomms.com/ oraz na p³ycie CD-EP01/2001B w†katalogu \Profibus.

Rys. 7.

Elektronika Praktyczna 1/2001

S P R Z Ę T

W†artykule przedstawiamy coraz bardziej istotne dla elektronikÛw zagadnienia zwi¹zane z†kompatybilnoúci¹ elektromagnetyczn¹ (EMC) w zakresie niskich czÍstotliwoúci. Autor pokrÛtce omawia najwaøniejsze normy okreúlaj¹ce zarÛwno regu³y pomiaru zak³ÛceÒ niskoczÍstotliwoúciowych emitowanych przez urz¹dzenia elektryczne, jak i sposoby testowania odpornoúci tychøe urz¹dzeÒ na zak³Ûcenia. W dalszej czÍúci autor prezentuje zintegrowane urz¹dzenia pomiarowe s³uø¹ce do testowania odbiornikÛw energii elektrycznej w zakresie okreúlonym

przez omÛwione normy EMC.

Normy i przyrządy pomiarowe Obserwowany w†ostatnich latach wzrost zainteresowania zagadnieniami kompatybilnoúci elektromagnetycznej urz¹dzeÒ jest stymulowany zarÛwno wzrastaj¹cymi ci¹gle wymaganiami rynku, jak i†ustaleniami instytucji standaryzacyjnych. Do tej pory szczegÛlny nacisk k³adziono na emisyjnoúÊ urz¹dzeÒ w†zakresie czÍstotliwoúci radiowych oraz na ich odpornoúÊ na zak³Ûcenia w†zakresie tych czÍstotliwoúci. EmisyjnoúÊ i†odpornoúÊ urz¹dzeÒ elektrycznych w†zakresie niskich czÍstotliwoúci pozostawa³a w†cieniu. Rozprzestrzenianie siÍ zarÛwno w†przemyúle, jak i†w†gospodarstwach domowych odbiornikÛw energii elektrycznej wyposaøonych w†zasilacze impulsowe oraz coraz powszechniejsze stosowanie regulatorÛw oúwietlenia, ktÛrych dzia³anie opiera siÍ na sterowaniu k¹tem przep³ywu pr¹du sprawia, øe z†jednej strony energia elektryczna jest efektywniej wykorzystywana, zaú z†drugiej jej ìjakoúÊî, w†sensie zachowania wartoúci nominalnych napiÍcia i†czÍstotliwoúci, znacznie siÍ pogarsza. Istnieje zatem potrzeba unormowania rodzajÛw i†dopuszczalnych poziomÛw zak³ÛceÒ emitowanych przez urz¹dzenia elektryczne pod³¹czane do sieci publicznej oraz rodzajÛw i†poziomÛw zak³ÛceÒ, na jakie urz¹dzenia te musz¹ byÊ odpor-

140

ne. Specyfikacja wymagaÒ dotycz¹cych odbiornikÛw energii elektrycznej poci¹ga za sob¹ koniecznoúÊ okreúlenia metod ich weryfikacji oraz konfiguracji systemÛw pomiarowych, ktÛre tÍ weryfikacjÍ umoøliwi¹. Odpowiednie normy zawieraj¹ opisy metod pomiarowych, specyfikacjÍ wymagaÒ odnoúnie przyrz¹dÛw pomiarowych, a†nawet sposoby ich implementacji. Konstruktorom systemÛw pomiarowych pozostaje jedynie tworzenie oprzyrz¹dowania pomiarowego, ktÛre pozwoli przeprowadziÊ okreúlone w standardach testy w†sposÛb moøliwie ³atwy do szybkiego wykonania w†rÛønych fazach projektowania i†produkcji urz¹dzeÒ elektrycznych. W†artykule przedstawiono normy dotycz¹ce kompatybilnoúci elektromagnetycznej w†zakresie niskich czÍstotliwoúci oraz przyrz¹dy serii 6800 AC Power Source/Analyzers (Agilent Technologies), pozwalaj¹ce na w†pe³ni zautomatyzowane wykonywanie testÛw zgodnoúci z tymi standardami.

IEC1000-3-3. Pierwsza z†nich okreúla dopuszczalne poziomy emisji harmonicznych pr¹du przez odbiorniki pod³¹czane

EmisyjnoúÊ urz¹dzeÒ elektrycznych w†zakresie niskich czÍstotliwoúci EmisyjnoúÊ urz¹dzeÒ elektrycznych w†zakresie niskich czÍstotliwoúci reguluj¹ dwie normy: IEC1000-3-2 oraz

Rys. 1.

Elektronika Praktyczna 1/2001

S P R Z Ę T

Rys. 2.

Rys. 3. do sieci publicznej, ktÛrych pr¹d fazowy jest mniejszy od 16A -granice zdefiniowane s¹ dla 40 harmonicznych. W†normie tej podano klasy odbiornikÛw energii i†indywidualnie dla kaødej z†nich podano limity emisji harmonicznych pr¹du. Specyfikuje siÍ w†nim rÛwnieø wymagania dotycz¹ce przyrz¹dÛw pomiarowych uøywanych do testÛw zgodnoúci, tzn. ürÛd³a AC oraz analizatora harmonicznych. Harmoniczne pr¹du s¹ emitowane do sieci zasilaj¹cej przez urz¹dzenia elektryczne wyposaøone w†zasilacze impulsowe lub regulatory z†kontrol¹ k¹ta przep³ywu pr¹du. Kszta³t przebiegu pr¹du przep³ywaj¹cego przez tego typu odbiorniki odbiega mocno od sinusoidalnego. Ograniczenia zawartoúci harmonicznych okreúlone w†normie IEC1000-3-2 definiuj¹ dopuszczalny poziom takiego odkszta³cenia. ObecnoúÊ harmonicznych pr¹du wp³ywa niekorzystnie na ìjakoúÊî dostarczanej do urz¹dzeÒ mocy elektrycznej, co objawia siÍ nastÍpuj¹co: - do odbiornikÛw w³¹czonych do sieci nie jest dostarczana moc czynna przy znacznej wartoúci skutecznej przep³ywaj¹cego pr¹du, - wzrasta pr¹d zerowy odbiornikÛw trÛjfazowych, - urz¹dzenia pod³¹czone do tej samej ga³Ízi sieci co odbiornik emituj¹cy harmoniczne naraøone s¹ na zak³Ûcenia napiÍcia wynikaj¹ce z†interakcji harmonicznych z†impedancjami w†systemie dystrybucyjnym. W†normie IEC1000-3-2 wyrÛønione s¹ dwie klasy zniekszta³ceÒ powodowanych przez odbiorniki emituj¹ce harmoniczne pr¹du do sieci zasilaj¹cej: quasistacjonarne oraz zmienne (niestacjonar-

Elektronika Praktyczna 1/2001

ne) zniekszta³cenia harmoniczne. Pierwsze s¹ wytwarzane przez urz¹dzenia elektryczne, ktÛre stanowi¹ sta³e obci¹øenie sieci - amplitudy poszczegÛlnych harmonicznych nie zmieniaj¹ siÍ w†czasie. Takie zniekszta³cenia powoduj¹ miÍdzy innymi monitory komputerowe. Z†kolei ürÛd³em niestacjonarnych zniekszta³ceÒ harmonicznych s¹ urz¹dzenia stanowi¹ce zmienne obci¹øenie sieci zasilaj¹cej, np.: kuchenki mikrofalowe, zmywarki, drukarki i†fotokopiarki. Norma IEC1000-3-2 okreúla dwie oddzielne metodologie pomiaru emisji harmonicznych pr¹du dla obydwu klas. Przyk³ady przebiegÛw pr¹du z†quasi-stacjonarnymi i†niestacjonarnymi harmonicznymi pokazano na rys. 1. OprÛcz odbiornikÛw, ktÛre wp³ywaj¹ nieliniowo na przep³yw pr¹du, niekorzystnie na parametry napiÍcia w†sieci zasilaj¹cej oddzia³uj¹ urz¹dzenia z†automatycznym w³¹czaniem i†wy³¹czaniem zasilania, takie jak termostaty i†timery. CzÍste zmiany obci¹øenia w†ga³Íziach powoduj¹ wahania napiÍcia skutecznego, co z†kolei prowadzi do migotania oúwietlenia. Znacz¹ce zmiany intensywnoúci oúwietlenia wystÍpuj¹ nawet przy ma³ych zmianach napiÍcia zasilaj¹cego, poniewaø intensywnoúÊ jest proporcjonalna do kwadratu wartoúci napiÍcia skutecznego. Migotanie jest irytuj¹ce dla cz³owieka, a†w†skrajnych przypadkach (np. chorzy na epilepsjÍ) moøe prowadziÊ do zagroøenia zdrowia. St¹d teø pojawi³a siÍ koniecznoúÊ okreúlenia dopuszczalnych poziomÛw wahaÒ napiÍcia i†migotania oúwietlenia, jakie mog¹ byÊ wprowadzane przez odbiorniki energii elektrycznej. Ograniczenia te zosta³y zawarte w†normie IEC1000-3-3. Norma ta definiuje rÛwnieø wymagania dotycz¹ce samego pomiaru migotania oraz przyrz¹dÛw pomiarowych uøywanych do tego pomiaru, czyli ürÛd³a AC i†impedancji referencyjnej. ZgodnoúÊ z norm¹ IEC1000-3-3 gwarantuje, øe wahania napiÍcia powodowane przez testowane urz¹dzenie nie wp³ywaj¹ na pracÍ innych odbiornikÛw pod³¹czonych do sieci oraz nie powoduj¹ migotania úwiat³a, ktÛre mog³oby byÊ irytuj¹ce dla cz³owieka. Typowym modelem wahaÒ napiÍcia w†sieci zasilaj¹cej jest przebieg sinusoidalny o†czÍstotliwoúci 50Hz zmodulowany amplitudowo sygna³em o†pasmie czÍstotliwoúci w†zakresie od u³amkÛw Hz do oko³o 25Hz. Przyk³adowy przebieg wahaÒ napiÍcia pokazano na rys. 2. Pasmo sygna³u moduluj¹cego wynika ze zdolnoúci percepcyjnych cz³owieka.

Fluktuacje o†czÍstotliwoúci powyøej 25Hz s¹ dla ludzi niezauwaøalne. Najsilniej odbierane jest natomiast migotanie o†czÍstotliwoúci 8,8Hz. Krzyw¹ ludzkiej percepcji migotania przedstawia rys. 3. W†odniesieniu do ludzkiego postrzegania migotania, definiowane s¹ w†normie IEC1000-3-3 parametry, ktÛre s¹ mierzone i†poddawane ocenie. Pierwszy z†nich to krÛtkookresowe migotanie (ang. shortterm flicker) -†Pst. Jeúli odwo³amy siÍ do przedstawionego powyøej prostego modelu wahaÒ napiÍcia, to powiemy, øe parametr Pst zaleøy od czÍstotliwoúci przebiegu moduluj¹cego, g³Íbokoúci modulacji oraz czasu trwania fluktuacji napiÍcia. Typowy czas pomiaru krÛtkookresowego migotania wynosi 10 minut. Dopuszczalna przez normÍ wartoúÊ parametru Pst wynosi 1. Jest to jednoczeúnie úredni prÛg dokuczliwoúci migotania. Drugi parametr - d³ugookresowe migotanie (ang. long-term flicker) Plt -†obliczany jest na podstawie 2-godzinnego monitorowania parametru Pst. Dopuszczalny poziom definiowany przez normÍ wynosi 0,65. Jest intuicyjnie wyczuwalne, øe coú bardziej uci¹øliwego moøemy znosiÊ w†krÛtszym czasie, dlatego wymaganie na wartoúÊ d³ugookresowego migotania jest ostrzejsze. Odbiorniki energii elektrycznej, ktÛre powoduj¹ wahania napiÍcia z†powodu w³¹czania b¹dü wy³¹czania, nie mog¹ byÊ ocenione za pomoc¹ parametrÛw Pst i†Plt, gdy proces ten zachodzi rzadziej niø raz na godzinÍ. Dlatego definiuje siÍ dodatkowe parametry. WzglÍdna zmiana napiÍcia stanÛw ustalonych (ang. relative steady-state voltage change) Dc definiowana jest jako rÛønica miÍdzy dwoma s¹siednimi stanami ustalonymi napiÍcia w†odniesieniu do jego wartoúci nominalnej. Dopuszczalny przez normÍ limit wynosi 3%. W normie okreúlona jest charakterystyka wzglÍdnych zmian napiÍcia D(t). Jest ona definiowana jako zmiana napiÍcia skutecznego wzglÍdem wartoúci nominalnej w†funkcji czasu, a†pomiary s¹ wykonywane pomiÍdzy okresami, kiedy napiÍcie jest w†stanie ustalonym przez co najmniej 1†sekundÍ. WzglÍdne zmiany wartoúci napiÍcia trwaj¹ce w soposÛb ci¹g³y przez 200ms nie mog¹ przekroczyÊ 3%. Kolejny parametr z†tzw. klasy ìDî, to maksymalna wzglÍdna zmiana napiÍcia Dmax. Stanowi on rÛønicÍ miÍdzy maksymaln¹ i†minimaln¹ wartoúci¹ skuteczn¹ napiÍcia w†okresach czasu zdefiniowanych dla charakterystyki D(t) odniesion¹ do wartoúci nominalnej. Dmax nie moøe przekroczyÊ 4%. IlustracjÍ definicji parametrÛw D przedstawiono na rys.

Rys. 4.

141

S P R Z Ę T

Rys. 5. 4. Wszystkie wymienione tu parametry kontroluje siÍ za pomoc¹ miernika migotania, ktÛrego implementacja jest dok³adnie opisana w†normie IEC868, zaú krÛtko zostanie przedstawiona w†dalszej czÍúci artyku³u.

OdpornoúÊ urz¹dzeÒ elektrycznych w zakresie niskich czÍstotliwoúci Sposoby testowania odpornoúci urz¹dzeÒ na zak³Ûcenia w†zakresie niskich czÍstotliwoúci opisane s¹ w†nastÍpuj¹cych normach: - IEC1000-4-11 -†odpornoúÊ urz¹dzeÒ na zapady, krÛtkie przerwy i†zmiany napiÍcia, - IEC1000-4-14 -†odpornoúÊ urz¹dzeÒ na okresowe fluktuacje napiÍcia, - IEC1000-4-28 -†odpornoúÊ urz¹dzeÒ na zmiany czÍstotliwoúci napiÍcia zasilaj¹cego, - IEC1000-4-13 -†odpornoúÊ urz¹dzeÒ na obecnoúÊ harmonicznych oraz interharmonicznych w†przebiegu napiÍcia sieci zasilaj¹cej. Wyøej wymienione normy definiuj¹ sekwencje zak³ÛceÒ napiÍcia zasilaj¹cego, ktÛre naleøy podaÊ na zaciski badanego urz¹dzenia. Przyk³adowe przebiegi zak³ÛceÒ pokazano na rys. 5. Test zgodnoúci odbiornika energii z†odpowiedni¹ norm¹ polega na zasilaniu go przez pewien okres napiÍciem zawieraj¹cym sekwencjÍ zak³ÛceÒ zdefiniowan¹ w†normie, a†nastÍpnie na sprawdzeniu, czy dzia³a on w†dalszym ci¹gu poprawnie, czy teø jego funkcjonalnoúÊ uleg³a degradacji w†wyniku uszkodzenia komponentÛw lub oprogramowania. Poniewaø badaniom poddawane s¹ rÛønorodne urz¹dzenia, ocena czy urz¹dzenie przesz³o test pomyúlnie, czy teø nie, moøe byÊ dokonana dwoma sposobami. Pierwszy z†nich, to ocena operatora wykonuj¹cego badania. Po przeprowadzeniu

142

testu odpornoúci stwierdza on, czy urz¹dzenie jest dalej sprawne, czy nie nadaje siÍ do dalszej eksploatacji i†swoj¹ ocenÍ wpisuje w†odpowiedni¹ rubrykÍ raportu. Drugi sposÛb jest w†pe³ni automatyczny. Konfiguruje siÍ i†oprogramowuje system pomiarowy, ktÛrego zadaniem jest jednoczesne wygenerowanie wymuszenia (odpowiedniego przebiegu zaburzonego napiÍcia zasilaj¹cego) dla badanego odbiornika i†pomiar jego odpowiedzi. Analiza odpowiedzi odbiornika na sekwencjÍ zak³ÛceÒ stanowi podstawÍ do zakwalifikowania urz¹dzenia jako zgodnego z†danym standardem lub niespe³niaj¹cego jego wymagaÒ. Wykonanie badaÒ zgodnoúci z†normami dotycz¹cymi odpornoúci na zak³Ûcenia w†zakresie niskich czÍstotliwoúci wymaga dysponowania co najmniej ürÛd³em napiÍcia zmiennego, ktÛre ma moøliwoúÊ generowania definiowanych przez uøytkownika przebiegÛw odkszta³conych. Wykonanie testu w†sposÛb automatyczny wymaga dodatkowo posiadania oprzyrz¹dowania do pomiarÛw odpowiedzi urz¹dzenia, np. oscyloskopu o†dobrych parametrach.

System do pomiarÛw kompatybilnoúciowych w zakresie niskich czÍstotliwoúci firmy Agilent Technologies -†6800 AC Power Source/Analyzers Systemy Agilent 6800 AC Power Source/Analyzers stanowi¹ kompleksowe rozwi¹zanie umoøliwiaj¹ce pomiary zarÛwno emisyjnoúci, jak i†odpornoúci urz¹dzeÒ w†zakresie niskich czÍstotliwoúci. PrezentacjÍ przyrz¹dÛw serii 6800 rozpoczniemy od przedstawienia schematÛw blokowych systemÛw pomiarowych przeznaczonych do przeprowadzanie testÛw zgodnoúci z normami IEC1000-3-2 i†IEC1000-3-3 (rys. 6 i†rys. 7). W†obydwu przypadkach testowany odbiornik zasilany jest z†precyzyjnego ürÛd³a napiÍcia zmiennego. W†przypadku pomiaru zawartoúci harmonicznych, w†obwÛd pr¹dowy w³¹czony jest bocznik. CzÍúÊ p³yn¹cego przez odbiornik pr¹du odk³ada na rezystorze bocznika napiÍcie o†kszta³cie takim, jaki jest kszta³t p³yn¹cego w†obwodzie pr¹du. NapiÍcie to podawane jest na wejúcie analizatora harmonicznych, ktÛry mierzy amplitudy kolejnych harmonicznych w†jego przebiegu. Gdy testujemy odbiornik energii elektrycznej pod wzglÍdem zgodnoúci z†norm¹ IEC1000-3-3, w†obwÛd pr¹dowy w³¹czana jest impedancja referencyjna, ktÛrej zadaniem jest symulowanie linii przesy³owej. Impedancja ta jest okreúlona w†normie IEC725 i†ma charakter rezystancyjno-pojemnoúciowy. Do zaciskÛw ürÛd³a pod³¹czony jest miernik migotania, ktÛrego zadaniem jest pomiar parametrÛw Pst, Plt oraz parametrÛw typu D. W†urz¹dzeniach 6812B, 6813B, 6843A firmy Agilent Technologies precyzyjne

Tab. 1. Norma IEC 1000−3−2 1000−3−3 1000−4−11 1000−4−14 1000−4−28 1000−4−13

Oprogramowanie 14761A: Harmonic and Flicker Emission Tests 14762A: Voltage and Frequency Disturbances Immunity Tests 14763A: Interharmonics Immunity Test

ürÛd³o AC, bocznik pr¹dowy, impedancja referencyjna, analizator harmonicznych oraz miernik migotania zintegrowane s¹ w†jednym przyrz¹dzie pomiarowym (por. rys. 6 i†7). èrÛd³o AC posiada moøliwoúÊ generowania przebiegÛw zdefiniowanych przez uøytkownika, co pozwala na wykonywanie testÛw odpornoúciowych. Przyrz¹dy serii 6800 posiadaj¹ rÛwnieø moøliwoúci pomiarowe (funkcja oscyloskopu cyfrowego), umoøliwiaj¹ce ocenÍ odpowiedzi odbiornika energii poddawanego testowi odpornoúciowemu. Integracja wszystkich potrzebnych funkcji pomiarowych w†jednym urz¹dzeniu nie tylko zwiÍksza jego walory uøytkowe, ale umoøliwia rÛwnieø uzyskanie duøych dok³adnoúci pomiaru. Jako przyk³ad moøna podaÊ synchronizacjÍ okna pomiarowego z†pocz¹tkiem przebiegu pr¹du (przeciÍcie zera) w†przypadku pomiaru zawartoúci harmonicznych. Analizator harmonicznych w†przyrz¹dach serii 6800 wykorzystuje algorytm FFT z†oknem prostok¹tnym lub oknem Hanninga. Przetwarzane s¹ bloki o†d³ugoúci 4096 prÛbek. Dok³adnoúÊ pomiaru harmonicznych w†przypadku zastosowania okna prostok¹tnego bÍdzie bardzo dobra, jeúli zostan¹ spe³nione dwa warunki: (1) wewn¹trz okna pomiarowego znajdzie siÍ ca³kowita liczba okresÛw podstawowej harmonicznej oraz (2) zostanie zapewniona precyzyjna synchronizacja pocz¹tku cyklu przebiegu z†pocz¹tkiem okna. Spe³nienie tych dwÛch warunkÛw zniweluje wp³yw relatywnie wysokich listkÛw bocznych okna prostok¹tnego na wynik pomiaru zawartoúci harmonicznych w†przebiegu pr¹du. Norma IEC1000-3-2 okreúla dok³adnoúci synchronizacji co najmniej na poziomie

Rys. 6.

Elektronika Praktyczna 1/2001

S P R Z Ę T 0,03%. Przyrz¹dy 6800 AC Power Source/Analyzers zapewniaj¹ tÍ synchronizacjÍ na poziomie 0,25ppm. Tak dobra dok³adnoúÊ jest moøliwa dziÍki doprowadzeniu do ürÛd³a AC i†pozosta³ej czÍúci systemu pomiarowego tego samego sygna³u zegarowego. Miernik migotania w†przyrz¹dach 6800 zaimplementowano zgodnie z†opisem w†normie IEC868. Generalnie rzecz ujmuj¹c, miernik ten jest specjalizowanym demodulatorem i†analizatorem AM, ktÛry pracuje z†noún¹ o†czÍstotliwoúci

sieci zasilaj¹cej. Uproszczony schemat blokowy tego przyrz¹du przedstawia rys. 8. Po unormowaniu i†demodulacji sygna³ trafia do systemu symulacji úcieøki lampa-oko-mÛzg, ktÛrego zadaniem jest wyznaczenie chwilowego poziomu migotania IFL (ang. instantaneous flicker level) na podstawie sygna³u zmian napiÍcia otrzymanego na wyjúciu demodulatora. System symulacji sk³ada siÍ z†pasmowo-przepustowego filtru wejúciowego -†przepuszcza tylko napiÍcia o zauwaøalnej przez cz³owieka czÍstotliwoúci wahaÒ, filtru o†kszta³cie charakterystyki zgodnym z†krzyw¹ ludzkiej percepcji migotania oraz bloku podnoszenia wartoúci napiÍcia sygna³u do kwadratu. ObecnoúÊ ostatniego bloku w†rozwaøanym systemie wynika z†kwadratowej zaleønoúci intensywnoúci úwiecenia lampy w†zaleønoúci od wartoúci skutecznej napiÍcia. Zadaniem bloku analizy statystycznej jest wytworzenie histogramu wartoúci parametru IFL podczas trwaj¹cego 10 minut okresu monitorowania i†wyliczenie na jego podstawie krÛtkookresowego migotania Pst. Ostatni blok ma oczywiste zadanie wyúwietlenia lub/i rejestracji wyniku pomiaru. Przyrz¹dy Agilent 6800 Power Source/ Analyzers pozwalaj¹ na pe³n¹ automatyzacjÍ badaÒ kompatybilnoúciowych w†zakresie niskich czÍstotliwoúci. Uzyskuje siÍ j¹ przez po³¹czenie przyrz¹du 6800 magistral¹ HP-IB z†komputerem, na ktÛrym instaluje siÍ odpowiednie oprogramowanie. Firma Agilent oferuje trzy modu³y oprogramowania s³uø¹cego do automatycznego testowania odbiornikÛw energii elektrycznej w†omawianym tutaj zakresie. Modu³ Agilent 14761A Harmonic and Flicker Tests umoøliwia wykonywanie testÛw zgodnoúci urz¹dzeÒ z normami IEC1000-3-2 i†IEC1000-3-3. Oprogramowanie to jest standardowo dostarczane z†najsilniejszym przyrz¹dem se-

Rys. 7. rii 6800 -†Agilent 6843A (4800VA). Do wykonania pe³nych zautomatyzowanych badaÒ odpornoúci urz¹dzeÒ na zak³Ûcenia niskoczÍstotliowoúciowe uøytkownik potrzebuje dwÛch dodatkowych modu³Ûw oprogramowania. Ich symbole i†nazwy podano w†tab. 1. Przyrz¹dy 6812B, 6813B oraz 6843A, z†odpowiednimi modu³ami oprogramowania, stanowi¹ kompletne systemy do badaÒ kompatybilnoúciowych w†zakresie niskich czÍstotliwoúci. Duøe moøliwoúci ürÛd³a AC (moøliwoúÊ generacji zak³ÛceÒ, ktÛre nie s¹ specyfikowane w†omawianych tu standardach, takie jak szumy czy obciÍty sygna³ sinusoidalny) oraz moøliwoúci ³atwego i†szybkiego wykonywania testÛw sprawiaj¹, øe urz¹dzenia te s¹ atrakcyjnym narzÍdziem zarÛwno dla inøynierÛw opracowuj¹cych nowe urz¹dzenia, jak i†dla ekip pracuj¹cych na liniach technologicznych fabryk produkuj¹cych masowo urz¹dzenia elektryczne. Jacek Falkiewicz, AM Technologies Polska [email protected]

Rys. 8.

144

Elektronika Praktyczna 1/2001