Elektronika Praktyczna 2001-04

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

15 zł 50 gr (7% VAT) ●

kwiecień ● Miêdzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

4/2001

4/2001 • kwiecieñ

▲

Cyfrowa centrala alarmowa Na str. 41 przedstawiamy drugą część opisu nowoczesnej, cyfrowej centrali alarmowej.

Dwukierunkowy interfejs RS232/RS485

Jest to jeden z trzech Miniprojektów, których opisy publikujemy w tym miesiącu. Str. 81.

▲

Karta przekaźnikowa I 2C

Projekt, którego opis zaczyna się na str. 25 zainteresuje przede wszystkim fanów syste− mów przesyłania cyfrowych danych na większe odległości.

▲

Projekty Czytelników ▲ W tym miesiącu prezentujemy dwa opracowania naszych Czytelników, w tym dokończenie opisu przetwornicy 12/220VAC. Str. 95.

PIC Start Plus Na str. 47 przedstawiamy kolejne narzędzie dla miłośników mikrokontro− lerów PIC firmy Microchip.

Opracowanie godne miana prawdziwego Miniprojektu: niewielkie wymiary, łatwość wyko− nania i uruchomienia, niska cena i ogromne walory użytkowe. Str. 79.

Układ do automatycznego wzywania Pogotowia Ratunkowego Projekt opisany na str. 35 nie zagwarantuje nikomu ratunku w sytuacjach krytycznych, ale może go znacznie przyspieszyć.

▲

▲

Automatyczny włącznik oświetlenia garażu

Prezentowana na str. 19 konstrukcja wskaźnika poboru mocy wydawać się może nieco archaiczna, ale jest za to bardzo kształcąca.

▲

▲

Wskaźnik poboru mocy

Przenośny programator uniwersalny

▲

▲

Kolejną nowość z oferty firmy Elnec przedsta− wiamy na str. 54.

Tester refleksu Urządzenie opisane w artykule na str. 31 miało służyć głównie rozrywce, ale łatwo sobie wyobrazić szereg jego zastoso− wań profesjonalnych.

6

Elektronika Praktyczna 4/2001

Nr 4 (100) kwiecień 2001

Projekty Joystick komputerowy dla osób niepełnosprawnych ........ 14 Wskaźnik poboru mocy odbiorników 220VAC ..................... 19 Dwukierunkowy interfejs RS232/RS485 ................................... 25 Tester refleksu ............................................................................ 31

▲

ADuC824 QuickStart

Najnowsze narzędzia dla mikro− konwerterów firmy Analog Devices przedstawiamy w arty− kule na str. 70.

Układ do automatycznego wzywania Pogotowia Ratunkowego ....................................................... 35 Cyfrowa centrala alarmowa, część 2 .................................. 41

Miniprojekty Automatyczny włącznik oświetlenia garażu ........................ 79 Programator układów ISP ........................................................ 80 Karta przekaźnikowa I2C ......................................................... 81

Automatyka 1/32 − uniwersalny wskaźnik K3GN ....................................... 137

Sprzęt PICStart Plus ............................................................................... 47 Jeśli lubisz AVR−y ....................................................................... 50 PREPROM−02aLV − przenośny programator uniwersalny .... 54

Jeśli lubisz AVR−y...

▲

...to z pewnością zainteresuje Cię opis starter−kitu STK500 firmy Atmel. Str. 50.

BM859CF − multimetr nie byle jaki .......................................... 56 HS−801 − oscyloskop z dodatkami .......................................... 66 ADuC824 QuickStart − zestaw uruchomieniowy dla mikrokonwerterów ............................................................. 70

Programy IAR MakeApp ............................................................................ 73 Active−HDL − nowoczesne projektowanie układów FPGA/CPLD ............................................................... 76

Kurs ST6−Realizer − narysuj swój program! ...................................... 87

Projekty Czytelników Programator uniwersalny, część 1 ......................................... 91 Przetwornica napięcia 12/220V o mocy 150W, część 2 .... 95

Info Świat ......................................................................... 97 Info Kraj ............................................................................ 99

Uniwersalny wskaźnik ▲ K3GN... ...czyli kolejny moduł z serii 1 / 32 DIN. Kwintesencja miniatury− zacji w elektronice. Str. 137.

Elektronika Praktyczna 4/2001

Kramik+Rynek .............................................................. 109 Listy ................................................................................. 119 Ekspresowy Informator Elektroniczny ..................... 123 Wykaz reklamodawców ............................................ 134

7

Joystick P R O komputerowy J E K T Y dla osób niepełnosprawnych

Joystick komputerowy dla osób niepełnosprawnych, część 1 AVT−5007

Kontynuuj¹c podjÍty w†zesz³ym roku temat urz¹dzeÒ s³uø¹cych osobom niepe³nosprawnym, proponujÍ budowÍ joysticka do komputera PC. Wprawdzie projekt powsta³ z†myúl¹ o†osobach pokrzywdzonych przez los, ale i†dla osÛb sprawnych fizycznie uk³ad moøe byÊ interesuj¹cy, bo obs³ugiwany jest przez dmuchanie, a nie przez naciskanie przyciskÛw.

Tab.1. Podstawowe właściwości joysticka: ✓ dwuosiowy, sterowany przechylaniem, ✓ wyposażony w przełącznik pneumatyczny zastępujący: ✗ dmuchnięcie − pierwszy przycisk, ✗ zassanie − drugi przycisk, ✓ dwa dodatkowe wejścia dla standardowych włączników, ✓ zasilanie z game portu komputera, ✓ pobór prądu: około 10mA.

14

W†porÛwnaniu z†îMyszk¹ komputerow¹ dla osÛb niepe³nosprawnychî przedstawion¹ w†EP4/2000, joystick jest bardziej rozbudowany. OprÛcz nowoczesnego dwuosiowego akcelerometru i†czujnika ciúnienia z†precyzyjnym przetwornikiem analogowo-cyfrowym zawiera dwa potencjometry cyfrowe. Wszystkim steruje szybki procesor o†architekturze RISC. Przesada? Moøe i†tak, ale wystarczy zobaczyÊ rozradowanie gracza, ktÛry pierwszy raz od wielu lat nie musi tylko patrzeÊ jak graj¹ inni. Moøe zagraÊ samodzielnie!

Josystick jest widziany przez komputer jako standardowy, dwuosiowy joystick z†dwoma przyciskami. DziÍki temu poprawnie wspÛ³pracuje z†kaødym komputerem PC wyposaøonym w†game port i†moøe byÊ wykorzystywany w†wiÍkszoúci gier na komputery PC. Ca³a ìelektronikaî joysticka mieúci siÍ w†obudowie wielkoúci paczki papierosÛw. Do poprawnej pracy wystarcz¹ niewielkie przechy³y urz¹dzenia umieszczonego na g³owie lub w†rÍce osoby obs³uguj¹cej. Przechylanie g³owy (lub rÍki) do przodu lub do ty³u oraz w†lewo i†w†prawo powoduje tak¹ sam¹ reakcjÍ, jak wychylanie w†tych kierunkach dr¹øka w†standardowym joysticku. Przyj¹³em za³oøenie, øe joystick powinien umoøliwiaÊ zabawÍ osobie ca³kowicie sparaliøowanej, ktÛra moøe poruszaÊ jedynie g³ow¹. Dlatego joystick jest zaopatrzony w†czujnik pneumatyczny z†ustnikiem. DmuchniÍcie w†rurkÍ jest ìwidzianeî przez komputer

Elektronika Praktyczna 4/2001

Joystick komputerowy dla osób niepełnosprawnych +5V C5 100nF

U2 ADXL202

OUTX 10

12 CX

C7 100nF

U4 AD8402/100K/ 8 SDI B1 14 A1 13 9 CLK W1 12

13 14 VDD VDD OUTY 9

11 CY

C6 100nF

COM COM ST 7 4 3

T2 5 R4 1.3M

17 MOSI/PB5 PD1/TXD 3 16 PB4 XTAL2 4 15 OC1/PB3 XTAL1 5

+5V

11 ICP/PD6

U3 UTI

S1

-OUT 43 VCC +OUT 2 GND 1 MPX10DP

2 C 1 D 3 B 14 F

OUT 12 SEL1 4 SEL2 5 SEL3 6 SEL4 7 SLOW 10 PD 11 CML 13

+5V

B1 MF-R-010

C1 22pF

C2 22pF

C4 100nF

C8 100µF

PD5/T1 9

+5V R3 100k

Z1 DB15(1)

Z2

R1 10k

C3 100nF

Z6 DB15(6) +5V

Q1 5,579545MHz

14 PB2 PD2/INT0 6 13 AIN1/PB1 PD3/INT1 7 12 AINO/PB0 PD4/T0 8

W1

Z3 DB15(3)

7 CS 6 SHDN B2 2 A2 3 10 RS W2 4

U1 AT90S2313 19 SCK/PB7 RST 1 18 MISO/PB6 PD0/RXD 2

USTAW

15 E 9 A

+5V

+5V

DB15(2) T1 BC547

DUS_1 Z8

Z7

R2 10k

DB15(7) T2 BC547

DUS_2 Z9

Z45 DB15(4,5)

Rys. 1. Schemat elektryczny joysticka.

jak naciúniÍcie pierwszego klawisza. Zassanie powietrza odpowiada naciúniÍciu drugiego klawisza. Niezaleønie od tego, do joysticka moøna pod³¹czyÊ dwa dodatkowe wy³¹czniki. Joystick z†takimi przyciskami moøe z†powodzeniem s³uøyÊ osobie sprawniejszej fizycznie. Modelowy egzemplarz wyposaøy³em w†uchwyt z†wy³¹cznikami i†to wystarczy³o, aby joystick uzyska³ pochlebn¹ opiniÍ wytrawnego gracza, jakim jest niew¹tpliwie mÛj siedmioletni syn Micha³. Na stykach game portu jest dostÍpne napiÍcie +5V, zatem naturalne by³o wykorzystanie go do zasilania joysticka.

Opis uk³adu Schemat elektryczny joysticka przedstawiono na rys. 1. Moøna na nim wyrÛøniÊ cztery bloki: - czujnik przechy³u (U2), - czujnik ciúnienia (S1) z†przetwornikiem (U3), - procesor steruj¹cy (U1), - interfejs wyjúciowy (U4, T1, T2). Czujnik przechy³u zrealizowa³em na uk³adzie ADXL202 firmy Analog Devices. W†ceramicznej 14-nÛøkowej obudowie do montaøu powierzchniowego znajduj¹ siÍ dwa ustawione prostopadle czujniki przyspieszenia (akcelerometry). Do pracy uk³adu potrzebne jest niewiele elementÛw zewnÍtrznych, a†dziÍki wyjúciom PWM doskonale nadaje siÍ on do wspÛ³-

Elektronika Praktyczna 4/2001

pracy z†mikrokontrolerem. Ponadto, przy standardowym zasilaniu (4,75...5,25V) pobiera niewiele pr¹du (<1mA). Akcelerometry zawarte w†uk³adzie ADXL202 mog¹ mierzyÊ przyspieszenia w†zakresie ±2g. Czu³oúÊ przetwarzania jest sta³a i†wynosi 12,5%/g z†tolerancj¹ ±2,5%. Oznacza to, øe wspÛ³czynnik wype³nienia prostok¹tnego przebiegu wyjúciowego zmienia siÍ o†oko³o 12,5% przy zmianie przyspieszenia o†9,81m/s2. Przy idealnie poziomym ustawieniu akcelerometru, przyspieszenie ziemskie mierzone przez niego wynosi zero. WÛwczas wype³nienie przebiegu na wyjúciu akcelerometru moøe wynosiÊ 25..75%. Tak duøy rozrzut wartoúci spoczynkowej powoduje koniecznoúÊ przeprowadzenia wstÍpnej kalibracji. DziÍki procesorowi jest to czynnoúÊ bardzo prosta. Wystarczy nacisn¹Ê wy³¹cznik W1-USTAW. Wejúcie PB2(14-U1) jest wÛwczas zwierane do masy, co program w†mikrokontrolerze odczytuje jako ø¹danie przeprowadzenia pomiarÛw wzorcowych. Kiedy i w jakim celu naleøy nacisn¹Ê ten przycisk, dowiemy siÍ dok³adniej w†czÍúci poúwiÍconej uruchamianiu joysticka. Przy odchyleniu akcelerometru od poziomu o†okreúlony k¹t wartoúÊ sygna³u odpowiadaj¹cemu przyspieszeniu roúnie zgod-

nie z†wartoúci¹ sinusa k¹ta odchylenia. Dla 90 stopni sinus osi¹ga wartoúÊ jeden i w tym przypadku mierzone przyspieszenie wyniesie ±1g. Zak³adaj¹c, øe czujnik moøe odchylaÊ siÍ od poziomu maksymalnie o 30 o w†jedn¹ lub drug¹ stronÍ, zmiana mierzonego przyspieszenia wyniesie od -0,5g do +0,5g. Rezystor R4 ustala okres sygna³u wyjúciowego w†obu kana³ach. Przy wartoúci 1,3MΩ okres sygna³u wyjúciowego wynosi oko³o 10,4ms. Wyjúcia akcelerometrÛw (9, 10-U2) s¹ do³¹czone bezpoúrednio do wejúÊ procesora INT0 (6-U1) i INT1 (7-U1). Poza rezystorem ustalaj¹cym R4, uk³ad ADXL202 potrzebuje do poprawnej pracy tylko dwÛch elementÛw - kondensatorÛw filtruj¹cych C6 i†C7. Kondensatory te okreúlaj¹ czas odpowiedzi czujnikÛw przyspieszenia. Kondensator C6 filtruje sygna³ akcelerometru w†jednej osi, podczas gdy C7 robi to samo w†drugiej osi. PojemnoúÊ tych kondensatorÛw wynosi 100nF. Przy takiej wartoúci pojemnoúci szumy na wyjúciu akcelerometrÛw s¹ znaczne i†mog¹ wynosiÊ kilkanaúcie tysiÍcznych g (g - przyspieszenie ziemskie), ale za to sygna³ na wyjúciu ustali siÍ najpÛüniej po 20ms. Jak z†tego wynika, w†projekcie joysticka najwiÍkszy nacisk po³oøono na szybkoúÊ dzia³ania, a dok³adnoúÊ jest na drugim miejscu.

15

Joystick komputerowy dla osób niepełnosprawnych

Rys. 2. Schemat jednego kanału game portu.

Kolejny blok to czujnik ciúnienia S1 z†przetwornikiem analogowo-cyfrowym U3. Ze wzglÍdu na trudnoúci ze zdobyciem prze³¹cznikÛw ciúnieniowych o†czu³oúci rzÍdu 15mmHg (2kPa), reaguj¹cych na pod- i†nadciúnienie, zastosowa³em sprawdzone w†myszce rozwi¹zanie z†czujnikiem ciúnienia MPX10DP firmy Motorola i†przetwornikiem analogowo-cyfrowym typu UTI firmy Smartec. Konstrukcja sensora opiera siÍ na klasycznym mostku rezystancyjnym o†stopniu niezrÛwnowaøenia zaleønym od przy³oøonego ciúnienia. Czujnik jest wyposaøony w†dwa krÛÊce doprowadzaj¹ce powietrze do komor z†dwÛch stron membrany czujnikowej. Pod wp³ywem wystÍpuj¹cego ciúnienia membrana siÍ odkszta³ca, co powoduje zmiany rezystancji úcieøek napylonych na jej powierzchni. Czujnik S1 jest zasilany z†uk³adu UTI(U3) przebiegiem prostok¹tnym dostÍpnym na wyjúciach E-F. Rzeczywista wartoúÊ napiÍcia zasilaj¹cego mostek jest mierzona na wejúciach A-B. NapiÍcie niezrÛwnowaøenia wystÍpuje na wejúciach C-D. Wyjúcie przetwornika jest pod³¹czone do pinu PD6(11-U1). Uk³ad UTI pracuje w†trybie pomiaru mostka rezystancyjnego o†niezrÛwnowaøeniu mniejszym niø ±4%. Czas pomiaru wynosi oko³o 12ms. W†takim przypadku na wyjúciu pojawia siÍ trÛjfazowy przebieg, w†ktÛrym czas pierwszej fazy Toff umoøliwia pomiar offsetu toru pomiarowego, czas drugiej fazy Tab okreúla wartoúÊ napiÍcia zasilaj¹cego mostek pomiarowy, a†czas trzeciej fazy Tcd odpowiada

16

napiÍciu wyjúciowemu mostka. Znaj¹c te trzy czasy, moøna precyzyjnie obliczyÊ stopieÒ niezrÛwnowaøenia mostka. W†stanie spoczynkowym wyjúcia PB0 (12-U1) i†PD5 (9-U1) s¹ na poziomie niskim, co powoduje, øe tranzystory T1 i†T2 s¹ zatkane. Procesor, ustawiaj¹c poziom wysoki na wyjúciu PD5, wymusza przewodzenie tranzystora T1 i†zwarcie do masy wyjúcia Z2. Stan taki jest odczytywany przez komputer jako naciúniÍcie pierwszego przycisku joysticka. Analogicznie, wys³anie jedynki na wyjúcie PB0 powoduje przewodzenie tranzystora T2 i†zwarcie z†mas¹ wyjúcia Z7 zwi¹zanego z†drugim przyciskiem. Wyjúcie Z2 moøe byÊ zwierane z†mas¹ - niezaleønie od procesora - wy³¹cznikiem pod³¹czonym do z³¹cza DUS_1. Symulowanie drugiego przycisku jest moøliwe po pod³¹czeniu wy³¹cznika do z³¹cza DUS_2. Gdy nie jest mierzone ciúnienie, procesor ustawia na wyjúciu PB3 (15-U1) poziom niski napiÍcia. Taki stan na wejúciu /PD (11U3) powoduje uúpienie przetwornika i†wy³¹czenie zasilania sensora. DziÍki temu znacznie zmniejsza siÍ pr¹d pobierany przez ca³y uk³ad. Rezystor R3 wymusza niski poziom na tej linii natychmiast po pojawieniu siÍ napiÍcia zasilaj¹cego. Teraz przyjrzyjmy siÍ dok³adniej uk³adowi wyjúciowemu. W†zrozumieniu dzia³ania pomoøe nam znajomoúÊ budowy game portu w†komputerach PC. Schemat jednego z†czterech kana³Ûw portu pokazano na rys. 2. Podstawowym elementem jest timer 555. W†praktyce stosuje siÍ uk³ad 558 zawieraj¹cy cztery timery w†jednej obudowie. Rzeczywiste wartoúci elementÛw mog¹ nieco odbiegaÊ od pokazanych na schemacie. Prawda, øe zastosowane rozwi¹zanie poraøa swoj¹ prostot¹? Przeúledümy pokrÛtce dzia³anie tego uk³adu. Procesor komputera, chc¹c odczytaÊ po³oøenie joysticka, wysy³a impuls zeruj¹cy. Impuls ten powoduje roz³adowanie kondensatora Ct, po czym zaczyna siÍ on

³adowaÊ przez po³¹czone szeregowo elementy Rt i†Pt. Czas trwania impulsu wyjúciowego moøe byÊ obliczony ze wzoru: T†= 1,1*(Pt+Rt)*Ct Rezystor Rt ogranicza pr¹d tranzystora roz³adowuj¹cego w†przypadku, gdy Pt jest zwarty. Jedynie zmienn¹ wartoúÊ ma rezystancja potencjometru Pt, ktÛra moøe przybieraÊ wartoúci od bliskich zeru przy wychyleniu dr¹øka w†lewo (lub w†przÛd), do 100..150kΩ, gdy dr¹øek jest wychylony w†prawo (lub wstecz). Mierz¹c czas impulsu na wyjúciu timera 555 moøna okreúliÊ w†przybliøeniu rezystancjÍ potencjometru, a†co za tym idzie po³oøenie dr¹øka. Zwykle dr¹øek moøna odchyliÊ o†oko³o 30o..45o od pionu w†kaød¹ stronÍ, co powoduje obrÛt osi stowarzyszonego potencjometru o†60o..90o. Aby uzyskaÊ wymagany zakres zmian rezystancji, stosuje siÍ potencjometry o†charakterystyce liniowej i†wartoúci 470kΩ przy ca³kowitym k¹cie obrotu 270..300o. Na rys. 3 przedstawiono schemat kompletnego z³¹cza game portu. Warto zwrÛciÊ uwagÍ na niejednoznacznoúÊ w†opisie wyprowadzenia nr 8. NiektÛre ürÛd³a wskazuj¹ na ten pin jako nie pod³¹czony (N.C.), inne przypisuj¹ mu napiÍcie zasilania (+5V). Sytuacja jest podobna dla wyprowadzeÒ numer 12 i†15, jeúli port umieszczony na karcie I/O (pin 12) jest po³¹czony z†mas¹, a†15 pozostaje wolny. W†portach gier na kartach muzycznych styki te s¹ wykorzystywane do komunikacji z†urz¹dzeniami MIDI. Na wyprowadzeniu 12 jest sygna³ wyjúciowy MIDI TXD, a†na 15 MIDI RXD. Przyk³adowy schemat dwuosiowego joysticka z†dwoma przycis-

JOYSTICK A +5V PRZYCISK 1A POTENCJOMETR XA MASA MASA POTENCJOMETR YA PRZYCISK 2A +5V/N.C.

1 2 3 4 5 6 7 8

JOYSTICK B 9 10 11 12 13 14 15

+5V PRZYCISK 1B POTENCJOMETR XB MASA (MIDI TXD) POTENCJOMETR YB PRZYCISK 2B N.C. (MIDI RXD)

GNIAZDO DB15

Rys. 3. Złącze game portu.

Elektronika Praktyczna 4/2001

Joystick komputerowy dla osób niepełnosprawnych

9 10 11 12 13 14 15

1 2

SW1

3 4

0..100k

5 6 7

0..100k Px

Py SW2

8

WTYK DB15

Rys. 4. Schemat elektryczny standardowego joysticka.

kami pokazano na rys. 4. Ze wzglÍdu na tolerancjÍ elementÛw Rt i†Ct oraz rÛøne zakresy zmiennoúci Pt, nie moøna jednoznacznie stwierdziÊ, jaki czas impulsu odpowiada okreúlonemu po³oøeniu dr¹øka. Dlatego po pod³¹czeniu nowego joysticka do komputera konieczne jest przeprowadzenie kalibracji. Jak dokonaÊ takiej kalibracji w†systemie Windows 95/ 98, opiszemy w†czÍúci poúwiÍconej uruchamianiu joysticka. Teraz wrÛÊmy do naszego uk³adu. Zamiast tradycyjnych potenWYKAZ ELEMENTÓW Rezystory R1, R2: 10kΩ/0,25W R3: 100kΩ/0,25W R4: 1,3MΩ/0,25W Kondensatory C1, C2: 22pF C3..C7: 100nF/63V C8: 100µF/16V Półprzewodniki U1: AT90S2313−10PC (zaprogramo− wany) U2: ADXL202JQC U3: UTI U4: AD8402−AN100 S1: MPX10DP T1, T2: BC547 Różne Q1: rezonator kwarcowy 3,579545MHz B1: bezpiecznik MF−R−010 Z1..Z3, Z45, Z6, Z7: kołki lutownicze Z8, Z9: ARK2 do druku U1: podstawka DIL20 U3: podstawka DIL16 U4: podstawka DIL14 W1: mikroprzełącznik do druku Wtyk D−SUB 15pin z obudową Kabel 6−żyłowy o długości 3m

Elektronika Praktyczna 4/2001

cjometrÛw zastosowano ich elektroniczne odpowiedniki firmy Analog Devices o†symbolu AD8402-AN100. W†14-nÛøkowej obudowie znajduj¹ siÍ dwa 256pozycyjne potencjometry RDAC sterowane szeregow¹, trÛjprzewodow¹ magistral¹ SPI. Dwa dodatkowe wejúcia umoøliwiaj¹ asynchroniczne ustawienie potencjometrÛw w†po³owie zakresu (/RS) i†roz³¹czenie wyprowadzenia Ax z†rÛwnoczesnym po³¹czeniem ìsuwakaî Wx z†koÒcÛwk¹ Bx (\SHDN). Potencjometry s¹ produkowane w†wersji jedno- (AD8400), dwu- (AD8402) i†czterokana³owej (AD8403). DostÍpne wartoúci rezystancji úcieøki to 1kΩ (-AN1), 10kΩ (-AN10), 50kΩ (-AN50) i†100kΩ (-AN100). ByÊ moøe niektÛrzy z†Was zauwaø¹, øe do zmiany czasu impulsu wyjúciowego w†timerze 555 wystarczy proste ürÛd³o pr¹dowe i†wcale nie jest konieczne stosowanie takich - b¹dü co b¹dü z³oøonych elementÛw. Jeúli w†dodatku bÍdzie to ürÛd³o sterowane napiÍciowo z†wyjúcia akcelerometru, to okaøe siÍ, øe zbÍdny jest mikrokontroler! W†zasadzie zgadzam siÍ z†tym. Jest jednak pewne ìaleî. Nie moøemy mieÊ pewnoúci, czy w†jakiejú p³ycie g³Ûwnej lub karcie düwiÍkowej (zwykle tam znajduje siÍ game port), nie zastosowano innej metody pomiaru. W†dodatku, procesor i†tak juø mamy, bo jest konieczny do odczytywania czujnika ciúnienia. Sterowaniem zajmuje siÍ mikrokontroler AT90S2313 taktowany z czÍstotliwoúci¹ 3,58MHz. Przebiegu zegarowego dostarcza rezonator kwarcowy Q1 z†towarzysz¹cymi kondensatorami C1 i†C2. Ta odmiana AVR-ka posiada 2kB pamiÍci programu, 128 bajtÛw pamiÍci RAM i†tyle samo pamiÍci EEPROM. Jak wczeúniej wspomnia³em, napiÍcie zasilaj¹ce jest pobierane z†komputera. NapiÍcie to wystÍpuje na styku 1 z³¹cza DB15 game portu. Takie wyjúcia s¹ zazwyczaj zabezpieczane wewn¹trz komputera miniaturowymi bezpiecznikami topikowymi. Bezpieczniki te s¹ wlutowane w†obwÛd drukowany i†w†przypadku przepalenia, moøemy mieÊ powaøne problemy z†ich lokalizacj¹ i†wymian¹. Dlatego za-

stosowano dodatkowy bezpiecznik kasowalny B1 typu MultiFuse firmy Bourns. Jest to element, ktÛry juø przy niewielkim przekroczeniu pr¹du znamionowego (100mA dla MF-R-010) roz³¹cza zabezpieczany obwÛd. Po usuniÍciu przyczyny zwarcia bezpiecznik sam powraca do stanu pocz¹tkowego. Zasilanie uk³adÛw scalonych jest blokowane kondensatorami C3, C4, C5 o†pojemnoúci 100nF i†jednym kondensatorem elektrolitycznym C8 o†pojemnoúci 100µF. Tomasz Gumny, AVT [email protected] DziÍkujÍ firmie ALFINE z†Poznania za udostÍpnienie elementÛw firm Analog Devices i†Bourns. Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostÍpne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/kwiecien01.htm oraz na p³ycie CD-EP04/2001B w katalogu PCB.

17

Wskaźnik poboru mocyPodbiorników R O J E 220VAC K T Y

Wskaźnik poboru mocy odbiorników 220VAC AVT−5008

Opis dzia³ania Proponujemy Czytelnikom budowÍ prostego urz¹dzenia, ktÛre moøe spe³niaÊ przynajmniej dwie praktyczne funkcje. Po pierwsze, uk³ad umoøliwia w†miarÍ precyzyjne okreúlenie mocy pobieranej przez dowolne urz¹dzenie elektryczne zasilane z†sieci energetycznej 230VAC. Po drugie, instalacje elektryczne w†naszych mieszkaniach, szczegÛlnie budowanych przed wieloma laty, najczÍúciej nie s¹ przystosowane do wymogÛw wspÛ³czesnego gospodarstwa domowego, a†nawet uniemoøliwiaj¹ pod³¹czenie do nich wielu nowoczesnych, a†co najwaøniejsze bezpiecznych w†uøytkowaniu urz¹dzeÒ. Za pomoc¹ naszego miernika moøemy okreúliÊ sumaryczny pr¹d pobierany przez wszystkie urz¹dzenia aktualnie pracuj¹ce w†naszym mieszkaniu.

Elektronika Praktyczna 4/2001

Jak jest to waøne, mÛg³ siÍ przekonaÊ kaødy, komu podczas jednoczesnego korzystania z†piekarnika elektrycznego, piecyka, pralki i†jeszcze kilku innych ìpr¹doøernychî urz¹dzeÒ AGD nagle ìwysiad³yî bezpieczniki w†mieszkaniu. Sta³e monitorowanie poboru pr¹du w†mieszkaniu z pewnoúci¹ umoøliwi znaczne oszczÍdnoúci coraz droøszej energii elektrycznej. Proponowany uk³ad jest doúÊ prosty do wykonania i, co bardzo waøne, jest odizolowany galwanicznie od napiÍcia sieci za pomoc¹ dwÛch transformatorÛw. W³aúnie wykonanie transformatora pomiarowego moøe okazaÊ siÍ jedyn¹, nieco trudniejsz¹ czynnoúci¹, jak¹ bÍdzie trzeba wykonaÊ. Poniewaø jednak uzwojenie, ktÛre bÍdziemy musieli nawin¹Ê liczy zaledwie jeden zwÛj grubego drutu, s¹dzÍ, øe nawet ta czynnoúÊ nie okaøe siÍ zbyt k³opotliwa dla ìzaprawionych w†bojachî czytelnikÛw Elektroniki Praktycznej. Koszt wykonania uk³adu jest takøe umiarkowany i†sprowadza siÍ g³Ûwnie do zakupienia 32 diod LED i†dziewiÍciu uk³adÛw scalonych z†wzmacniaczami operacyjnymi.

Na rys. 1 pokazano schemat uk³adu pomiarowego wskaünika, a†na rys. 2 schemat modu³u wyúwietlacza s³upkowego wykonanego z 32 diod LED. OmÛwienie schematu rozpocznijmy od czÍúci pomiarowej. Czujnikiem pomiarowym uk³adu jest transformator TR2, przez ktÛrego pierwotne uzwojenie, wykonane z†jednego zwoju grubego drutu, p³ynie pr¹d pobierany przez monitorowane urz¹dzenia. Transformator TR2 jest przerobionym transformatorem sieciowym, ktÛrego uzwojenie wysokonapiÍciowe pe³ni obecnie rolÍ uzwojenia wtÛrnego. W†uzwojeniu tym indukuje siÍ s³abe napiÍcie, proporcjonalne do pr¹du p³yn¹cego w†uzwojeniu pierwotnym, wzmacniane nastÍpnie przez wzmacniacz-komparator zbudowany z†wykorzystaniem popularnego uk³adu LM358 - IC2A. Jego wzmocnienie moøemy regulowaÊ za pomoc¹ potencjometru montaøowego PR1. Wzmocniony sygna³ kierowany jest do wejúcia drugiego wzmacniacza operacyjnego IC2B, pe³ni¹cego rolÍ wtÛrnika napiÍciowego. NastÍpnie napiÍcie wystÍpuj¹ce na wyjúciu IC2B jest

19

Wskaźnik poboru mocy odbiorników 220VAC

Rys. 1. Schemat elektryczny układu pomiarowego.

uúredniane w†obwodzie ca³kuj¹cym R4, C2. Dioda D1 zapobiega roz³adowaniu kondensatora C2 przez obwÛd wyjúciowy wtÛrnika IC2B. DziÍki temu na kondensatorze C2 wystÍpuje napiÍcie proporcjonalne do pr¹du p³yn¹cego w†uzwojeniu pierwotnym transformatora T2. Fragment uk³adu z†diod¹ Zenera D2 i†kondensatorem C4 s³uøy wytwarzaniu napiÍcia odniesienia, niezbÍdnego do poprawnego dzia³ania bloku wyúwietlacza. Podczas projektowania modu³u wyúwietlacza przekornie nie uøy³em powszechnie stosowanych w†wyúwietlaczach ìlinijkowychî uk³adÛw typu LM3914, ale zrealizowa³em go tradycyjnie, buduj¹c przetwornik analogowo-cyfrowy z†wykorzystaniem 32 wzmacniaczy operacyjnych pracuj¹cych jako komparatory napiÍcia. Takie rozwi¹zanie jest nie tylko pewnym urozmaiceniem w†naszych konstrukcjach, przy tym w†najmniejszym nawet stopniu nie podnosi kosztÛw wykonania urz¹dzenia, ani nie zwiÍksza wymiarÛw p³ytki obwodu drukowanego, okreúlonych i†tak liczb¹ zastosowanych diod LED. Na schemacie, ze wzglÍdu na oszczÍdnoúÊ miejsca, nie zosta³y pokazane wszystkie komparatory i†diody LED, a†jedynie trzy ìgÛrneî i†dwa ìdolneî wzmacniacze operacyjne. Pozosta³e wzmacniacze po³¹czone s¹ identycznie. Wszystkie wejúcia nieodwracaj¹ce

20

wzmacniaczy zosta³y po³¹czone i†do nich jest doprowadzane mierzone napiÍcie. Wejúcia odwracaj¹ce do³¹czone s¹ do kolejnych segmentÛw dzielnika napiÍciowego, utworzonego z†32 rezystorÛw RA, o†identycznej wartoúci. A†zatem, nasz wskaünik bÍdzie posiada³ 31 progÛw prze³¹czania i†jego charakterystyka bÍdzie liniowa. W†miarÍ wzrostu napiÍcia dostarczanego na wejúcie IN, bÍd¹ zapalaÊ siÍ kolejne diody LED: przy napiÍciu 0,28V (zak³adaj¹c napiÍcie odniesienia rÛwne 9,1V) pierwsza, przy ok. 0,56V druga i†tak dalej. Przekroczenie napiÍcia ok. 8,8V spowoduje w³¹czenie ìnajwyøszejî diody i†pe³ne wysterowanie wskaünika.

Montaø i†uruchomienie Na rys. 3 i†4 pokazano rozmieszczenie elementÛw na p³ytkach obwodÛw drukowanych wykonanych na laminacie jednostronnym. CzÍúÊ pomiarowa wskaünika zosta³a umieszczona na Rys. 2. Schemat elektryczny modułu jednej, mniejszej p³ytce, wyświetlacza słupkowego. a†wyúwietlacz na drugiej, o†znacznie wiÍkszych wymia- zasadami. Po wlutowaniu w†p³ytrach. Montaø moøemy rozpocz¹Ê kÍ rezystorÛw i†podstawki pod od mniejszej p³ytki, wykonuj¹c uk³ad scalony montujemy elego zgodnie z†ogÛlnie znanymi menty o†coraz wiÍkszych gabary-

Elektronika Praktyczna 4/2001

Wskaźnik poboru mocy odbiorników 220VAC tach, koÒcz¹c na wlutowaniu w†p³ytkÍ transformatora sieciowego TR1. P³ytkÍ wyúwietlacza montujemy podobnie, zwracaj¹c jedynie uwagÍ na nietypowe oznaczenie elementÛw na schemacie i†na p³ytce. Aby unikn¹Ê niepotrzebnego prze³adowania p³ytki napisami, wszystkie rezystory wchodz¹ce w†sk³ad dzielnika napiÍcia i†posiadaj¹ce jednakow¹ wartoúÊ, oznaczone zosta³y identycznymi symbolami: RA. Podobnie wszystkie rezystory ograniczaj¹ce pr¹d diod LED oznaczone zosta³y jako RB, a†diody LED po prostu jako D. Z†wlutowaniem diod LED musimy jednak trochÍ poczekaÊ,

WYKAZ ELEMENTÓW Część pomiarowa Rezystory PR1: miniaturowy potencjometr montażowy 100kΩ R1, R5: 10kΩ R2, R3, R6: 1kΩ R4: 100Ω Kondensatory C1: 470µF/25V C2: 100µF/10V C3, C6, C7: 100nF C4: 100µF/16V C5: 220µF/16V Półprzewodniki BR1: mostek prostowniczy 1A D1: 1N4148 D2: dioda Zenera 9,1V IC1: 7812 IC2: LM358 Różne L1: dławik 100µH CON1, CON2: ARK2 TR1, TR2: transformator typu TS6/ 46 2 złącza ARK2 (3,5mm) Wyświetlacz Rezystory RA: 32 rezystory 1kΩ RB: 32 rezystory 560Ω Kondensatory C1, C2: 220µF/16V C3: 100nF Półprzewodniki D: 32 diody LED φ 5mm IC1...IC8: LM324 Różne 2 złącza ARK2 (3,5mm)

Elektronika Praktyczna 4/2001

Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej układu pomiarowego.

najpierw musimy wyjaúniÊ sobie rolÍ, jak¹ pe³ni dodatkowa p³ytka, ktÛrej wzÛr zamieúciliúmy na wk³adce. P³ytka ta jest p³yt¹ czo³ow¹ uk³adu wyúwietlacza, wykonan¹ z†laminatu epoksydowo-szklanego, z†ìfabrycznieî wywierconymi otworami na diody LED i†z†bia³ymi polami, na ktÛrych moøemy umieúciÊ skalÍ przyrz¹du. Zanim jednak wykorzystamy tÍ p³ytkÍ zgodnie z†jej podstawowym przeznaczeniem, moøe pos³uøyÊ nam jako matryca umoøliwiaj¹ca idealnie rÛwne wlutowanie 32 diod w†p³ytkÍ wyúwietlacza. Wyprowadzenia wszystkich diod wk³adamy w†przeznaczone na nie otwory w†punktach lutowniczych, zwracaj¹c uwagÍ na polaryzacjÍ. NastÍpnie, zanim jeszcze w³oøymy uk³ady scalone w†podstawki i†wlutujemy kondensatory, sk³adamy obie p³ytki i†stosuj¹c tulejki dystansowe o†d³ugoúci ok. 20 mm lekko skrÍcamy úrubkami. Uk³adamy tak wykonan¹ ìkanapkÍî na stole diodami w†dÛ³ i wyrÛwnujemy je. Dopiero teraz, kiedy mamy pewnoúÊ, øe diody zostan¹ przylutowane rÛwno, lutujemy ich wyprowadzenia. Ostatni¹ czynnoúci¹ bÍdzie skrÛcenie tulejek dystansowych tak, aby koÒce diod LED wystawa³y parÍ milimetrÛw ponad powierzchniÍ p³yty czo³owej.

Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej modułu wyświetlacza.

21

Wskaźnik poboru mocy odbiorników 220VAC Pozosta³a nam jeszcze jedna, chyba najtrudniejsza czynnoúÊ do wykonania: przerÛbka transformatora sieciowego TR2. Usuwamy z†niego uzwojenie wtÛrne, ktÛr¹ to czynnoúÊ moøemy wykonaÊ bez rozbierania transformatora, wycinaj¹c po prostu przewÛd uzwojenia wtÛrnego koÒcem ostrego noøa i†wyci¹gaj¹c pociÍte kawa³ki drutu za pomoc¹ kombinerek. NastÍpnie nawijamy nowe uzwojenie sk³adaj¹ce siÍ z†jednego zwoju izolowanego drutu o†przekroju minimum 2,5mm 2 . Po zmontowaniu p³ytek ³¹czymy je za pomoc¹ przewodÛw i†przystÍpujemy do regulacji uk³adu. Do³¹czamy go do sieci i†do wyjúcia pod³¹czamy maksymalne

22

obci¹øenie, jakie moøe wyst¹piÊ w†nadzorowanym obwodzie. PokrÍcaj¹c potencjometrem montaøowym PR1 powodujemy w³¹czenie ostatniej lub przedostatniej diody LED i†na bia³ym polu obok tej diody zapisujemy wartoúÊ aktualnie pobieranej mocy. NastÍpnie do³¹czamy do obwodu obci¹øenia o mniejszej mocy i†zapisujemy ich wartoúci w†polach s¹siaduj¹cych z†ìnajwyøsz¹î aktualnie w³¹czon¹ diod¹. Andrzej Gawryluk, AVT Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostÍpne w Internecie pod adresem: http:// www.ep.com.pl/?pdf/kwiecien01.htm oraz na p³ycie CD-EP04/2001B w katalogu PCB.

Elektronika Praktyczna 4/2001

DwukierunkowyPinterfejs R O JRS232/RS485 E K T Y

Dwukierunkowy interfejs RS232/RS485 AVT−5006 Przedstawiamy opis prostego interfejsu, za pomoc¹ ktÛrego moøna m.in. po³¹czyÊ ze sob¹ dwa odleg³e komputery lub do³¹czyÊ dowolne urz¹dzenie wyposaøone w†interfejs szeregowy RS485.

Szeregowy interfejs RS232 s³uøy do przesy³ania danych pomiÍdzy dwoma urz¹dzeniami. W†taki uk³ad wejúcia/wyjúcia - port komunikacyjny - wyposaøone s¹ chyba wszystkie komputery (najczÍúciej w†dwa porty), komputerowe myszy, modemy, niektÛre drukarki i†pamiÍci masowe, a†takøe wiele urz¹dzeÒ przemys³owych. Zalet¹ interfejsu, szczegÛlnie w†uproszczonej wersji, jest jego powszechnoúÊ. Jeøeli jednak trzeba po³¹czyÊ urz¹dzenia znajduj¹ce siÍ w†odleg³oúci wiÍkszej niø kilka metrÛw, konieczne staje siÍ zastosowanie innego standardu przesy³ania sygna³Ûw, np. RS485. RÛønice pomiÍdzy obydwoma interfejsami polegaj¹ m.in. na przyjÍtym sposobie przesy³ania sygna³u. W†RS232 bity danych s¹ przesy³ane przez zmianÍ poziomÛw napiÍcia. Okreúlone s¹ dwa poziomy logiczne linii Tx (linia transmisji danych z†nadajnika) i†linii Rx (linia odbioru danych). Stanowi logicznemu ì0î odpowiada napiÍcie +6..+12V natomiast logicznej ì1î napiÍcie -12V..-6V. W†interfejsie RS485 do okreúlenia wartoúci logicznej transmitowanego bitu uøyto, zamiast poziomu napiÍcia linii, wartoúci napiÍcia rÛønicowego miÍdzy liniami, czyli napiÍcie na ich obci¹øeniu o†okreúlonej impedancji.

Elektronika Praktyczna 4/2001

O†ile w†interfejsie RS232, w†jego minimalnej konfiguracji, do transmisji sygna³Ûw wystarcz¹ trzy przewody (Tx, Rx i†masa), to w†RS485 niezbÍdne s¹ 4 przewody. Jedn¹ dwuprzewodow¹ pÍtl¹ przesy³ane s¹ sygna³y nadawane (Tx), a†drug¹ sygna³y odbierane (Rx). Poniewaø przesy³anie sygna³u za pomoc¹ pÍtli rÛønicowo-pr¹dowej jest bardziej odporne na zak³Ûcenia, d³ugoúÊ linii RS485 moøe siÍgaÊ setek, a†nawet tysiÍcy metrÛw. Dodatkowo, stosuj¹c odpowiedni protokÛ³ transmisji, czyli zbiÛr regu³, ktÛremu podporz¹dkuje siÍ zarÛwno urz¹dzenie nadawcze, jak i†odbiorcze, moøna za poúrednictwem jednej linii transmitowaÊ zarÛwno sygna³y Tx, jak i†Rx. Co wiÍcej, do jednej linii moøe byÊ pod³¹czonych nawet kilkadziesi¹t urz¹dzeÒ wyposaøonych w†interfejs RS485, co pozwala stworzyÊ sieÊ wymiany danych pomiÍdzy wieloma urz¹dzeniami. DosyÊ ³atwo moøna skonstruowaÊ najprostszy interfejs zamieniaj¹cy sygna³ standardu RS232 na RS485. Na rys. 1 pokazano uk³ad, dziÍki ktÛremu moøna np. po³¹czyÊ dwa odleg³e komputery wyposaøone w RS232 tak, aby syg-

25

Dwukierunkowy interfejs RS232/RS485 na³y by³y przesy³ane za pomoc¹ pÍtli pr¹dowej. Uk³ady scalone U3 i†U4 pe³ni¹ rolÍ poúrednika zamieniaj¹cego sygna³ o poziomach RS232 z†wyjúcia COM komputera na sygna³ o†poziomie TTL. Z†kolei sygna³ ten jest podawany na uk³ady bÍd¹ce interfejsami linii RS485. Droga sygna³Ûw jest nastÍpuj¹ca. 1. Sygna³ Tx z†gniazda komputera podawany jest na wejúcie U4-8. 2. Po konwersji na poziom TTL sygna³ z†wyjúcia U4-9 podawany jest na wejúcie U1-4 interfejsu RS485 skonfigurowanego jako nadajnik. 3. Z†kolei sygna³ Rx podawany jest na gniazdo COM komputera z†wyprowadzenia U4-7 i†U5-1 skonfigurowanego jako odbiornik RS485. Linia transmisyjna ³¹czy wyprowadzenia sygna³u Tx jednego komputera z†wejúciem Rx drugiego. Tak samo jest w†przypadku drugiej pary sygna³Ûw. Jak to widaÊ na rysunku, obie linie danych krzyøuj¹ siÍ. Jeøeli chcielibyúmy do portu RS232 do³¹czyÊ lini¹ dwuprzewodow¹ urz¹dzenie z portem RS485, to taki interfejs musi byÊ zbudowany inaczej i zawieraÊ nieco ìinteligencjiî.

Opis uk³adu Schemat takiego interfejsu pokazano na rys. 2. S³uøy on do dwustronnej transmisji pomiÍdzy portem RS232 a†dwuprzewodow¹ lini¹ RS485. Jest on wyposaøony w†bufory danych Rx i†Tx, sygnalizuje bieø¹cy kierunek transmisji, potrafi takøe jednoczeúnie pracowaÊ z†rÛønymi szybkoúciami transmisji po stronie RS232 i†RS485. Uk³ad oparto na dwÛch procesorach U2 i†U3 typu AT89C2051, ktÛre steruj¹ przep³ywem danych w†obydwie strony. Jeúli ktÛryú z†procesorÛw odbierze ze swojej linii danych kompletny bajt, przesy³a go s¹siadowi, korzystaj¹c z†poúrednictwa portu P1. Do zapewnienia bezkolizyjnej wymiany danych pomiÍdzy procesorami s³uø¹ dwie linie sygna³owe P3.5 ACKF i†P3.7 TRF. Wymiana danych przebiega nastÍpuj¹co: 1. Procesor chc¹cy przes³aÊ s¹siadowi bajt danych sprawdza najpierw stan linii TRF. Jeøeli jest na niej poziom wysoki, to oznacza, øe s¹siedni procesor jest gotÛw przyj¹Ê przesy³any bajt da-

26

nych (w przeciwnym wypadku procesor ponowi prÛbÍ transmisji po okresie wyczekiwania). 2. Wymiana nastÍpuje po ustawieniu linii TRF w†stan niski przez procesor przesy³aj¹cy, a†transmitowany bajt pojawia siÍ na porcie P1. 3. Procesor odbieraj¹cy bajt potwierdza ten fakt ustawieniem linii ACKF na poziomie niskim. 4. Nadawca, maj¹c pewnoúÊ, øe bajt zosta³ odebrany, zwalnia P1 i†ustawia na linii TRF z†powrotem poziom wysoki. 5. Z†kolei procesor odbieraj¹cy przywraca, po odebraniu bajtu, poziom wysoki na linii ACKF. Taki sposÛb wymiany danych nazywa siÍ przes³aniem z†potwierdzeniem i†zapewnia ich bezb³Ídn¹ wymianÍ. Uwaøny Czytelnik moøe zapytaÊ, po co dwa procesory i†komplikacje z†wymian¹ danych, skoro pokazany na rys. 1†uk³ad dobrze pracowa³ bez øadnego procesora? Bierze to siÍ z†koniecznoúci rozwi¹zania problemÛw, ktÛre powstaj¹, gdy chce siÍ przesy³aÊ dane pomiÍdzy dwiema jednokierunkowymi liniami Rx i†Tx portu RS232 i†jedn¹ dwukierunkow¹ lini¹ portu RS485. Dobrym przyk³adem podobnej sytuacji jest sytuacja w ruchu drogowym, gdy na skutek remontu pojazdy jad¹ce dwupasmow¹ drog¹ musz¹ przez pewien odcinek jechaÊ tylko jednym pasem. Øeby ca³kowicie nie zablokowaÊ takiego przejazdu, jedynym rozwi¹zaniem pozostaje ruch wahad³owy i†úwiat³a pe³ni¹ce z†obu stron przewÍøenia rolÍ semafora. RolÍ takiego semafora pe³ni w†tym przypadku kombinacja sygna³Ûw na liniach TRF i†ACKF. Rys. 1. Schemat elektryczny prostego interfejsu.

Elektronika Praktyczna 4/2001

Dwukierunkowy interfejs RS232/RS485 Zastosowanie dwÛch procesorÛw wynika takøe z†pewnych ograniczeÒ uk³adÛw AT89C2051. OtÛø posiadaj¹ one wsparcie tylko dla jednego portu transmisji szeregowej, z†ktÛrym wspÛ³pracuj¹ wyprowadzenia P3.0 i†P3.1. oznaczone dodatkowo symbolami RXD i†TXD. Poniewaø trzeba obs³uøyÊ dwa porty (RS232 i†RS485), potrzebne s¹ dwa procesory. OprÛcz niew¹tpliwego podniesienia kosztÛw, daje to takøe pewne korzyúci. Po pierwsze, obie linie RS232, jak i†RS485 mog¹ pracowaÊ z†rÛønymi szybkoúciami transmisji, a†uk³ad pe³ni wtedy rolÍ inteligentnego konwertera. SzybkoúÊ transmisji kaødego z†procesorÛw ustalana jest bezpoúrednio po w³¹czeniu napiÍcia zasilaj¹cego. Oba procesory badaj¹ wtedy stan swojego portu P1, do ktÛrego do³¹czonych jest szeúÊ prze³¹cznikÛw konfiguracyjnych S1. Prze³¹czniki te, poprzez diody D10...D15, po³¹czone s¹ z†wyjúciem portu P3.4 procesora U3, ktÛre bezpoúrednio po zerowaniu ma stan niski. Zwarcie ktÛregokolwiek z†prze³¹cznikÛw powoduje, øe odpowiadaj¹ca mu linia portÛw P1 obydwu procesorÛw znajdzie siÍ takøe na niskim poziomie. Kaødemu prze³¹cznikowi przypisana jest szybkoúÊ transmisji, z†jak¹ bÍdzie wspÛ³pracowa³ z†portem szeregowym procesor. I†tak: 19200 bd øaden prze³¹cznik nie jest zwarty 9600 bd 1 prze³¹cznik zwarty 4800 bd 2 prze³¹cznik zwarty 2400 bd 3 prze³¹cznik zwarty 1200 bd 4 prze³¹cznik zwarty 600 bd 5 prze³¹cznik zwarty Prze³¹cznik 6 zastosowano do ustawiania rÛønych prÍdkoúci transmisji dla RS232 i RS485. Jeøeli bezpoúrednio po w³¹czeniu zasilania prze³¹cznik ten pozostanie rozwarty, oba procesory ustawi¹ jednakowe szybkoúci transmisji wyznaczone ustawieniem prze³¹cznikÛw 1...5. W†takim przypadku diody LED D1 i†D2 mign¹ dwukrotnie, informuj¹c o†gotowoúci uk³adu do normalnej pracy. Jeøeli jednak prze³¹cznik 6†bÍdzie zwarty, po zerowaniu zaúwieci siÍ dioda D1, sygnalizuj¹c zaprogramowania prÍdkoúci transmisji procesora U2 obs³uguj¹cego liniÍ RS485. PrÍdkoúÊ ta bÍdzie zaleøna od ustawieÒ prze³¹cznikÛw 1...5. NastÍpnie naleøy ustawiÊ tymi prze³¹cznikami prÍdkoúÊ transmi-

Elektronika Praktyczna 4/2001

Rys. 2. Schemat elektryczny interfejsu „inteligentnego”.

27

Dwukierunkowy interfejs RS232/RS485 sji procesora U3 obs³uguj¹cego linie RS232. Po rozwarciu prze³¹cznika 6†procesor U3 zostanie zaprogramowany wybran¹ szybkoúci¹ i†na chwilÍ zaúwieci siÍ dioda LED D2. Potem obie diody dwukrotnie mign¹, co oznacza gotowoúÊ uk³adu do pracy. Drug¹ korzyúci¹ z zastosowania dwÛch procesorÛw jest moøliwoúÊ buforowania pewnej liczby danych w†przypadku, gdyby by³y one w†tej samej chwili transmitowane zarÛwno lini¹ RS232, jak i†RS485. DziÍki temu pomimo kolizji (lini¹ RS485 moøna w†danym momencie przes³aÊ dane tylko w†jedn¹ stronÍ) transmitowane dane nie zostan¹ stracone, poniewaø po zwolnieniu linii procesor je wyúle, korzystaj¹c z†zapisu w†buforze. Bufor ma rozmiar jedynie 16 bajtÛw, jednak z†pewnymi ograniczeniami moøliwa jest dziÍki temu symulacja transmisji dupleksowej. Uk³ad U4 jest standardowym interfejsem sygna³Ûw RS232. Kilka s³Ûw opisu poúwiÍcimy uk³adowi U5, umoøliwiaj¹cemu dwukierunkow¹ transmisjÍ lini¹ RS485. Uk³ad zawiera kompletne bloki nadawcze i†odbiorcze do³¹czone do wspÛlnych wyprowadzeÒ rÛønicowych A i†B. O†tym, ktÛry z†tych blokÛw do³¹czony jest do wyprowadzeÒ decyduje poziom sygna³Ûw steruj¹cych na wejúciach /RE i†DE. Niski poziom na wyprowadzeniu /RE oznacza przy³¹czenie do wyprowadzeÒ A i†B odbiornika, a†dane odebrane z†linii RS485 bÍd¹ dostÍpne na wyprowadzeniu RO. Wysoki poziom wy³¹cza odbiornik. Z†kolei wysoki poziom na

wyprowadzeniu DE spowoduje w³¹czenie nadajnika i†transmisjÍ danych, ktÛre s¹ podawane na wejúcie DI. Poziom niski wy³¹cza nadajnik. Naleøy dodaÊ, øe wyprowadzenia A i†B powinny siÍ ³¹czyÊ z†analogicznymi wyprowadzeniami po drugiej stronie linii, czyli A z†A i†B z†B (po³¹czenia nie mog¹ siÍ krzyøowaÊ). Dodatkowo, wejúcia A i†B moøna zabezpieczyÊ przed przepiÍciem szybk¹ dwustronn¹ diod¹ D3 oraz dopasowaÊ opornoúÊ wejúciow¹ do opornoúci falowej linii przesy³owej opornikiem R5 o†dobranej opornoúci. Oba procesory pracuj¹ z†takim samym programem i†s¹ taktowane takim samym sygna³em zegarowym stabilizowanym kwarcem X1. Zapewnia to odpowiedni¹ synchronizacjÍ konieczn¹ przy wymianie danych miÍdzy procesorami. Jednak synchronizacja ta w†pewnym przypadku mog³aby byÊ k³opotliwa. Moøe zaistnieÊ sytuacja, gdy oba procesory bÍd¹ chcia³y w†tym samym momencie przes³aÊ sobie dane. Gdyby dzia³a³y idealnie synchronicznie, mog³yby wpaúÊ w†niekoÒcz¹c¹ siÍ pÍtlÍ oczekiwania i†uk³ad po prostu przesta³by dzia³aÊ. Z†tego powodu kaødy z†procesorÛw ma inny czas oczekiwania na zwolnienie siÍ linii TRF. Jak jednak jest to moøliwe, skoro oba pracuj¹ z†takim samym programem? Jest to moøliwe dziÍki zwarciu do masy wyprowadzenia P3.4 procesora U2. To samo wyprowadzenie w†drugim procesorze po procedurze programowania szybkoúci transmisji pozostanie na poziomie wysokim, dziÍki czemu ten sam program jest w†stanie rozpoznaÊ, w†ktÛrym procesorze pracuje i†dostosowuje do tego swÛj czas oczekiwania na zwolnienie linii TRF.

Montaø i†uruchomienie

Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.

28

Montaø uk³adu i†uruchomienie s¹ bardzo proste. Elementy na p³ytce drukowanej (schemat montaøowy pokazano na rys. 3) moøna lutowaÊ w†dowolnej kolejnoúci, chociaø najlepiej na pocz¹tku zamontowaÊ te najmniejsze. Gniazdo P1 to gniazdo RS232 typu DB9 øeÒskie do druku. Pozosta³e gniazda s¹ typu ARK2 i†umoøliwiaj¹ przykrÍcenie przewodÛw zasilania

WYKAZ ELEMENTÓW Rezystory R1, R2, R6: 10kΩ R3, R4: 1kΩ R5: 120Ω Kondensatory C1, C2: 27pF C3, C9, C11, C12: 100nF C4..C8: 47µF/16V C10: 220µF/40V C13: 100µF/25V Półprzewodniki D1, D2, D5: LED np. czerwona, zielona, żółta D3: 1.5KE6 dwustronna szybka dioda zabezpieczająca D4: mostek prostowniczy D10..D15: dowolne diody U1: MCP101 lub DS1812 U2, U3: AT89C2051 zaprogramo− wane U4: MAX232 lub odpowiednik U5: MAX485, SN75176 lub odpowiednik U6: 7805 Różne JP2, JP1: ARK2 P1: złącze DB9 żeńskie do druku S1: SW DIP−6 X1: 11,059MHz

i†linii RS485. Przed zamontowaniem uk³adÛw scalonych warto sprawdziÊ, czy stabilizator dostarcza napiÍcia +5V. Uk³ad moøna zasilaÊ napiÍciem sta³ym lub zmiennym w†szerokim przedziale wartoúci, od 8 do 24V. Jest to moøliwe dziÍki temu, øe pobÛr pr¹du nie przekracza 50mA i†stabilizator zbytnio siÍ nie nagrzewa nawet przy wyøszym napiÍciu zasilaj¹cym. Po w³¹czeniu zasilania diody powinny mign¹Ê dwukrotnie. OznaczaÊ to bÍdzie gotowoúÊ uk³adu do pracy. W†uk³adzie bez zmiany úcieøek p³ytki drukowanej moøna zastosowaÊ procesory AT90S2313. Moøna wtedy osi¹gn¹Ê wiÍksze szybkoúci transmisji z†przedzia³u 2400...115200 bd. Oczywiúcie, naleøy wtedy napisaÊ odpowiedni dla tego procesora program. Ryszard Szymaniak, AVT [email protected] Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostÍpne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/kwiecien01.htm oraz na p³ycie CD-EP04/2001B w katalogu PCB.

Elektronika Praktyczna 4/2001

P

R

O Tester J E refleksu K T Y

Tester refleksu AVT−5009

Urz¹dzenia podobne do prezentowanego w†artykule doúÊ czÍsto s¹ nazywane refleksomierzami, poniewaø s³uø¹ do przybliøonego okreúlenia sprawnoúci psychomotorycznej osoby poddawanej testowi. Ocena sprawnoúci jest oparta na pomiarze czasu reakcji na sygna³ úwietlny, nie moøna jej wiÍc potraktowaÊ bez dodatkowych badaÒ jako w†100% pewnej, lecz w†wiÍkszoúci sprawdzonych przez nas przypadkÛw jej wiarygodnoúÊ jest wysoka.

Elektronika Praktyczna 4/2001

KonstrukcjÍ prezentowanego przez nas testera refleksu opracowa³ T. Hopkins z†firmy Harris Semiconductors w†roku 1989. Nie jest to wiÍc nowe opracowanie, ale w†najmniejszym stopniu nie wp³ywa to na jakoúÊ pracy i†dok³adnoúÊ testera. Schemat elektryczny urz¹dzenia pokazano na rys. 1. Wykonano je w†oparciu o†uk³ady CMOS z†serii 4000, ktÛre charakteryzuj¹ siÍ m.in. bardzo ma³ym poborem pr¹du podczas pracy statycznej lub z†sygna³ami o†niezbyt wysokich czÍstotliwoúciach. MiÍdzy innymi z†tego powodu jako wzorzec czÍstotliwoúci zastosowano w†testerze oscylator kwarcowy X1 o†czÍstotliwoúci rezonansowej 25,6kHz. Do³¹czono go do zlinearyzowanego za pomoc¹ R2 wzmacniacza, ktÛry znajduje siÍ w†uk³adzie U1. Zastosowanie jako wzorca czÍstotliwoúci oscylatora kwarcowego zapewnia duø¹ do-

k³adnoúÊ i†stabilnoúÊ pomiarÛw, ale ze wzglÍdu na jego nietypow¹ czÍstotliwoúÊ moøe okazaÊ siÍ, øe trzeba bÍdzie zast¹piÊ go elementami RC. Na rys. 2 pokazano sposÛb zast¹pienia oscylatora kwarcowego trzema rezystorami i†kondensatorem. Jeøeli zostanie wybrany taki w³aúnie wzorzec czÍstotliwoúci, nie naleøy montowaÊ elementÛw: X1, C1, C5 i†R1, a†takøe zmieniÊ wartoúÊ rezystancji R2 z†20MΩ na 10kΩ. RegulacjÍ czÍstotliwoúci pracy oscylatora umoøliwia potencjometr RN1. W†uk³adzie U1 oprÛcz generatora sygna³u wzorcowego znajduje siÍ 14-stopniowy dzielnik dwÛjkowy, ktÛry wykorzystano do generacji przebiegÛw referencyjnych. Sygna³ o†czÍstotliwoúci 64 razy mniejszej (wartoúÊ wspÛ³czynnika podzia³u 26 z†wyjúcia Q7) od referencyjnej jest podawany na wejúcie CLK dzielnika :10 U2A. Na wyjúciu Q3 tego uk³adu otrzy-

31

Tester refleksu

Rys. 1. Schemat elektryczny testera refleksu.

mujemy sygna³ o†okresie 0,025 sekundy, ktÛry z†kolei zasila wejúcie CLK licznika zintegrowanego z†dekoderem 1†z†10 U4. Do jego wyjúÊ do³¹czono diody úwiec¹ce D1..9, ktÛre sygnalizuj¹ czas jaki up³yn¹³ od pocz¹tku testu. Kaøda z†diod odpowiada 50ms, a†ca³kowity zakres pomiaru wynosi 450ms. Jeøeli czas reakcji jest d³uøszy niø 500ms jest to sygnalizowane zaúwieceniem siÍ diody D12, sterowanej z†wyjúcia Q0 licznika U3A. Katody wszystkich diod LED s¹ po³¹czone ze sob¹ i†do³¹czone do kolektora tranzystora Q1. Tranzystor ten spe³nia rolÍ klucza w³¹czaj¹cego zasilanie diod podczas pracy testera. BazÍ tranzystora steruje inwerter U6C na wejúcie ktÛrego podawany jest

32

stan logiczny z†wyjúcia Q3 U3B. W³¹czony w†szereg rezystor R3 o†doúÊ duøej wartoúci rezystancji jest niezbÍdny do wytworzenia krÛtkich impulsÛw zeruj¹cych liczniki U1, U2A i†U4 przed rozpoczÍciem kolejnego testu (inicjowany za pomoc¹ Sw2). Zastosowanie w†testerze uk³adÛw CMOS umoøliwia zasilanie go z†baterii. Aby uproúciÊ konstrukcjÍ elektryczn¹ tester wyposaøono w†automatyczny wy³¹cznik zasilania, ktÛry po ok. 5s samoczynnie odcina zasilanie diod úwiec¹cych i†zatrzymuje licznik U1, ktÛre to elementy pobieraj¹ stosunkowo najwiÍkszy pr¹d. Licznik U2B odpowiada z†kolei za odliczanie czasu do momentu inicjacji testu, co jest jednoznaczne

z†rozpoczÍciem odmierzania czasu. Najwaøniejszym elementem automatycznego w³¹cznika jest licznik U3B, ktÛry zlicza impulsy z†wyjúcia Q14 U1. Impulsy zegarowe s¹ podawane na wejúcie EN, ktÛre moøe spe³niaÊ rolÍ alternatywnego do CLK wejúcia zegaro-

Rys. 2. Sposób zastąpienia oscylatora kwarcowego elementami RC.

Elektronika Praktyczna 4/2001

Tester refleksu WYKAZ ELEMENTÓW

Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.

wego. Sygna³ z†wyjúcia Q3 jest z†kolei podawany na wejúcie CLK, ktÛre zamiennie do wejúcia EN wykorzystano jako wejúcie zezwalaj¹ce na zliczanie.

Montaø i†uruchomienie Tester zmontowano na jednostronnej p³ytce drukowanej, ktÛrej schemat montaøowy pokazano na rys. 3. Widok mozaiki úcieøek jest dostÍpny na wk³adce wewn¹trz numeru, na p³ycie CD-EP4/2001B (w postaci ürÛd³owej i†PDF), a†takøe na stronie internetowej EP. Przed rozpoczÍciem montaøu naleøy wybraÊ wariant generowania wzorcowego sygna³u zegarowego i†w†zaleønoúci od wersji naleøy dobraÊ odpowiedni zestaw elementÛw. W†wykazie elementÛw zaznaczono gwiazdk¹ te elementy, ktÛre s¹ niezbÍdne dla wersji z†oscylatorem RC. Montaø rozpoczynamy od poziomych elementÛw (przede wszystkim rezystory), nastÍpnie montujemy podstawki pod uk³ady scalone, tranzystory, kondensatory i†diody LED. Podczas ich montaøu naleøy zwrÛciÊ szczegÛln¹ uwagÍ na ich precyzyjne ustawienie na odpowiedniej wysokoúci, poniewaø od tego zaleøy estetyka urz¹dzenia. Do punktÛw na p³ytce drukowanej oznaczonych START

Elektronika Praktyczna 4/2001

i†STOP naleøy do³¹czyÊ dwa prze³¹czniki ze stykami zwiernymi. Mog¹ to byÊ dowolne prze³¹czniki chwilowe, ich jedynym - ale bardzo istotnym - parametrem jest odpornoúÊ na udary mechaniczne, ktÛrym z†pewnoúci¹ bÍd¹ one podlega³y podczas testÛw.

Obs³uga testera DziÍki zastosowaniu automatycznego wy³¹cznika zasilania kompletn¹ obs³ugÍ testera zapewniaj¹ dwa przyciski: START i†STOP. RozpoczÍcie testu wymaga naciúniÍcia przycisku START i†obserwacji diody Start testu (D11). Jeøeli przed wciúniÍciem tego przycisku nie úwieci siÍ dioda Tester w³¹czony (D10), to od razu po wciúniÍciu przycisku zaúwieca siÍ, sygnalizuj¹c uruchomienie testera. Po ok. 5s tester samoczynnie rozpoczyna odmierzanie czasu, ktÛrego wynik bÍdzie widoczny po wciúniÍciu przycisku STOP. Jak wczeúniej wspomniano, przekroczenie czasu reakcji o†wartoúci 450ms powoduje zapalenie diody D12 (najlepiej czerwonej), ktÛra sygnalizuje osobie poddawanej testom koniecznoúÊ zrelaksowania siÍ. Zastosowany w†testerze zakres pomiaru czasu odpowiada standardom medycznym, zgodnie

Rezystory R1: 470kΩ R2: 20MΩ/10kΩ* R3, R7: 100kΩ R4, R5, R9, R10: 10kΩ R6: 68kΩ* R8: 6,8kΩ RN1: 10kΩ* Kondensatory C1: 33pF C2: 1,2nF* C3: 47µF/16V C4, C6..C9: 10nF C5: 10pF* Półprzewodniki D1..D10: diody LED zielone D11: dioda LED żółta D12: dioda LED czerwona U1: 4060 U2, U3: 4518 U4: 4017 U5, U6: 4011 Różne Q1, Q2: BC548 X1: 25,6kHz Sw1, Sw2: włączniki ze stykami NO

z†ktÛrymi typowy czas reakcji osoby zdrowej na sygna³ úwietlny nie powinien przekraczaÊ w†typowych warunkach 150ms. Podczas testÛw úredni czas reakcji wynosi³ ok. 200ms, a†redakcyjny rekordzista osi¹gn¹³ 50ms. B³yskawica... Andrzej Gawryluk, AVT Uwaga! Elementy oznaczone ì*î naleøy montowaÊ tylko w†przypadku rezygnacji z†oscylatora kwarcowego. SzczegÛ³y w†tekúcie. Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostÍpne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/kwiecien01.htm oraz na p³ycie CD-EP04/2001B w katalogu PCB.

33

Układ do automatycznego wzywania Pogotowia P R O Ratunkowego J E K T Y

Układ do automatycznego wzywania Pogotowia Ratunkowego AVT−999

ØyczÍ wszystkim Czytelnikom, aby zbudowany przez nich uk³ad nigdy nie zosta³ wykorzystany i aby okaza³o siÍ, øe pieni¹dze wydane na jego budowÍ zosta³y wyrzucone w†b³oto.

Jakiekolwiek zajmowanie czy blokowanie linii telefonicznej Pogotowia Ratunkowego jest absolutnie niedopuszczalne! Wszystkie testy naleøy wykonywaÊ ìna suchoî, bez rzeczywistego ³¹czenia siÍ z†Pogotowiem. Dopiero ostatni¹ prÛbÍ przeprowadzamy z†uzyskaniem po³¹czenia z†numerem 999, ale tylko w†jednym celu: po us³yszeniu zg³oszenia Pogotowia powiemy tylko dwa s³owa: ìPrzepraszam, pomy³kaî i†natychmiast od³oøymy s³uchawkÍ. Test taki moøemy przeprowadziÊ tylko jeden raz!

Elektronika Praktyczna 4/2001

ByÊ moøe po raz pierwszy w†mojej dzia³alnoúci konstruktora prezentujÍ urz¹dzenie, ktÛre ma naprawdÍ bardzo, bardzo powaøne zastosowanie. Proponowany uk³ad s³uøy ratowaniu øycia ludziom chorym, cierpi¹cym na przewlek³e choroby groø¹ce nag³ym pogorszeniem siÍ stanu zdrowia. Takimi chorobami s¹ m.in. cukrzyca, nadciúnienie, padaczka, niektÛre choroby uk³adu nerwowego, a†przede wszystkim schorzenia serca. CÛø bowiem moøe siÍ zdarzyÊ, jeøeli w†krytycznym momencie, w†chwili, ktÛra decyduje o†naszym øyciu, zabraknie opiekuna? Chory cz³owiek jest sam w†domu, nikt nie moøe mu udzieliÊ pomocy, nikt nie wezwie Pogotowia Ratunkowego. Nie ma juø czasu na przypominanie sobie numeru pogotowia, podawania danych personalnych i†adresu, ale byÊ moøe znajd¹ siÍ jeszcze czas

i†si³y na naciúniÍcie jednego przycisku. Wystarczy tylko go nacisn¹Ê, uderzyÊ w†niego, a†automat dalej zrobi swoje. Wybierze numer Pogotowia Ratunkowego i†przekaøe s³owny meldunek o†zaistnia³ej sytuacji. Nie trzeba bÍdzie podawaÊ nazwiska i†adresu ani opisywaÊ symptomÛw choroby. Wystarczy nacisn¹Ê jeden przycisk.

Opis dzia³ania Zbudowanie urz¹dzenia, ktÛrego zadaniem by³oby wybranie okreúlonego numeru telefonu pocz¹tkowo wydawa³o mi siÍ zadaniem doúÊ prostym, takøe ze wzglÍdu na fakt, øe numer Pogotowia Ratunkowego sk³ada siÍ zawsze z†trzech identycznych cyfr: trzech dziewi¹tek. I†rzeczywiúcie, realizacja uk³adu wybieraj¹cego

35

Układ do automatycznego wzywania Pogotowia Ratunkowego

Rys. 1. Schemat elektryczny modułu automatycznego wybierania numeru.

zadany numer okaza³a siÍ banalnie prosta. Mia³em w†zasadzie tylko jeden problem do rozstrzygniÍcia: czy wybraÊ wybieranie impulsowe, czy tonowe w†systemie DTMF? Po namyúle, uwzglÍdniaj¹c fakt, øe obecnie praktycznie wszystkie centrale telefoniczne przystosowane s¹ do wybierania tonowego, wybra³em tÍ w³aúnie metodÍ, jako prostsz¹, szybsz¹ i†bardziej niezawodn¹. K³opoty zaczͳy siÍ na etapie projektowania czÍúci uk³adu odpowiedzialnej za odtworzenie zarejestrowanego komunikatu. Od pocz¹tku by³o dla

36

mnie oczywiste, øe odtwarzanie musi rozpocz¹Ê siÍ w†momencie odebrania przez rozmÛwcÍ (czyli Pogotowie Ratunkowe) telefonu. Jak jednak ustaliÊ ten moment? W†przypadku ìnormalnychî telefonÛw sprawa kiedyú by³a banalnie prosta: podniesienie przez rozmÛwcÍ s³uchawki sygnalizowane by³o zmian¹ biegunowoúci napiÍcia w†linii telefonicznej. Dla automatÛw telefonicznych starszej generacji by³o to sygna³em, øe naleøy juø ìpo³kn¹Êî monetÍ. Jednak w³aúnie z†tego wzglÍdu zmiana biegunowoúci w†przypadku po-

³¹czenia siÍ z†ktÛrymú z†telefonÛw alarmowych (pogotowie, policja czy straø poøarna) nie wystÍpuje, co umoøliwia przekazanie informacji alarmowej bez posiadania odpowiedniej monety czy teø waønej karty telefonicznej. Rozwaøy³em zatem kolejn¹ moøliwoúÊ: zbudowanie prostego uk³adu, ktÛry wykrywa³by g³os rozmÛwcy i†po jego detekcji w³¹cza³ uk³ad odtwarzania. Jednak i†to rozwi¹zanie okaza³o siÍ nie do przyjÍcia: w†przypadku duøego obci¹øenia linii telefonicznych Pogotowia w³¹cza siÍ automat wyg³aszaj¹cy

Elektronika Praktyczna 4/2001

Układ do automatycznego wzywania Pogotowia Ratunkowego

C1 100nF 1 2 S1

3 4 5 6

BT1 12V

7 8 9

1

GND

VCC

4

IC1 A0

UCC

A1

DOUT

A2

OSC1

A3

OSC2

A4

TE

A5

D4

A6

D3

A7

D2

GND

D1

18 17

2

16

R1

15

1,5M

14

INPUT

NC

3

Q1 RT1 R2 560

13 D1 LED

12 11 10

HT12E

Rys. 2. Schemat elektryczny układu pilota.

komunikat w†rodzaju: ìPogotowie Ratunkowe, proszÍ czekaÊ...î. Poniewaø budowa uk³adu analizuj¹cego us³yszany komunikat i†w³¹czaj¹cego odtwarzanie dopiero w†momencie us³yszenia w³aúciwej frazy by³a ze wzglÍdu na ogromny stopieÒ komplikacji i†koszty niemoøliwa, zdecydowa³em siÍ na rozwi¹zanie najprostsze, ale i†nie pozbawione wad. W†proponowanym uk³adzie komunikat odtwarzany jest w†pÍtli, natychmiast po wybraniu numeru pogotowia. Takie rozwi¹zanie, banalnie proste, powoduje jednak, øe rozmÛwca moøe rozpocz¹Ê s³uchanie nagranego komunikatu od jego úrodka, a†nawet od zakoÒczenia. Jednak odpowiednie zredagowanie komunikatu i†fakt, øe odtwarzany jest w†pÍtli pozwalaj¹ mieÊ nadziejÍ, øe zostanie on zrozumiany i†wywo³a w³aúciw¹ reakcje. Urz¹dzenie spe³nia nastÍpuj¹ce funkcje: 1. Umoøliwia nagranie komunikatu o czasie trwania do 16 sekund. 2. Odtworzenie nagranego komunikatu przez dodatkowy g³oúnik w†celu sprawdzenia poprawnoúci nagrania. 3. Po naciúniÍciu w³aúciwego przycisku uk³ad wybiera numer Pogotowia Ratunkowego i†piÍciokrotnie odtwarza nagrany komunikat. Poniewaø zawsze istnieje moøliwoúÊ pomy³ki w†wybieraniu numeru, cykl ³¹czenia siÍ z†Pogotowiem i†odtwarzania komunikatu jest powtarzany trzykrotnie. 4. Jeøeli juø decydujemy siÍ na budowÍ wyspecjalizowanego urz¹dzenia ìopiekuj¹cego siÍî chorym cz³owiekiem, to powinniúmy prze-

Elektronika Praktyczna 4/2001

widzieÊ wszystkie moøliwe sytuacje, w†tym niemoønoúÊ dotarcia do uk³adu i†naciúniÍcia przycisku. W†tym celu urz¹dzenie zosta³o wyposaøone w†zdalne w³¹czanie drog¹ radiow¹ za pomoc¹ niewielkiego pilota, ktÛry zawsze moøna nosiÊ przy sobie. 5. Uk³ad zosta³ takøe wyposaøony w†dodatkowe wyjúcie: tranzystor z†otwartym kolektorem, ktÛre moøe pos³uøyÊ do uruchamiania dodatkowych urz¹dzeÒ. Mam tu na myúli przede wszystkim automatyczne otwieranie drzwi wejúciowych do mieszkania. Tranzystor zaczyna przewodziÊ w†10 minut po zakoÒczeniu wysy³ania meldunku do pogotowia. Schemat elektryczny podstawowego bloku uk³adu - modu³u automatycznego wybierania numeru telefonu przedstawiono na rys. 1. ìSercemî uk³adu jest procesor typu AT90S2313. Co zadecydowa³o, øe do realizacji stosunkowo prostych funkcji nagrywania komunikatu, wybierania numeru telefonu i†odtwarzania nagranego meldunku wykorzysta³em ten bardzo nowoczesny uk³ad, ktÛrego ogromne moøliwoúci bÍd¹ wykorzystane zaledwie w†nik³ej czÍúci? PowÛd by³ prosty: jest to najprostszy procesor (nie licz¹c '2343, ktÛry jednak zosta³ zdyskwalifikowany ze wzglÍdu na zbyt ma³¹ liczbÍ wyprowadzeÒ) wyposaøony w†wewnÍtrzny uk³ad sprzÍtowego watchdoga. Zgodnie ze swoim przeznaczeniem, uk³ad automatycznego przyzywania Pogotowia Ratunkowego ma dzia³aÊ w†stanie czuwania ca³e miesi¹ce i†lata. W†ci¹gu tak d³ugiego czasu zawieszenie procesora na skutek cho-

ciaøby zak³ÛceÒ zewnÍtrznych jest wiÍcej niø prawdopodobne. Przed takim w³aúnie przypadkiem, w†ktÛrym uk³ad mÛg³by nie zadzia³aÊ w†momencie kiedy by³by najbardziej potrzebny, strzeøe nas sprzÍtowy watchdog. Drugim uk³adem istotnym dla pracy urz¹dzenia jest scalony uk³ad wybiorczy typu UM91531, przeznaczony do pracy w†systemach mikroprocesorowych. Z†uk³adem tym mieliúmy juø okazjÍ siÍ zapoznaÊ: obszerny artyku³ na jego temat zosta³ zamieszczony w†EP10/94, a†teraz przypomnimy sobie jedynie jego najwaøniejsze w³aúciwoúci. Uk³ad scalony UM91531 jest scalonym koderem przeznaczonym do pracy zarÛwno w†telefonicznych systemach impulsowych, jak i†tonowych. Cechuje go niska cena i†bardzo ma³a liczba elementÛw zewnÍtrznych potrzebnych do jego pracy. Trzecim ìwaønymî uk³adem jest procesor düwiÍku z pamiÍci¹ analogow¹ ISD1420. Czytelnicy daruj¹, ale nie bÍdÍ opisywa³ tego uk³adu, poniewaø by³ juø opisywany w†EP i†innych pismach dla elektronikÛw wiele razy. W†uk³adzie tym moøemy zapisaÊ s³owny komunikat o†czasie trwania 16 sekund, co w†zupe³noúci powinno wystarczyÊ do naszych celÛw. ISD1420 zosta³ wyposaøony w†kompletny uk³ad wejúciowy, umoøliwiaj¹cy nagrywanie komunikatÛw za poúrednictwem mikrofonu pojemnoúciowego M1. ZarÛwno nagrywanie, jak i†odtwarzanie komunikatu jest sterowane z†procesora, co zwalnia nas od koniecznoúci korzystania ze stopera podczas redagowania wiadomoúci. I†wreszcie fragment uk³adu odpowiedzialny za odebranie i†zdekodowanie sygna³Ûw radiowych nadawanych z†pilota, ktÛrego schemat pokazano na rys. 2. Tu takøe spotykamy samych ìstarych znajomychî, parÍ: koder - dekoder HT12E i†HT12D oraz miniaturowe modu³y nadajnika i†odbiornika produkcji firmy Telecontrolla. Sygna³ radiowy, odpowiednio zmodulowany przez koder HT12E, emitowany jest przez nadajnik Q1 w†pilocie i†odbierany przez odbiornik Q3 w†uk³adzie g³Ûwnym. Po stwierdzeniu zgodnoúci kodu

37

Układ do automatycznego wzywania Pogotowia Ratunkowego z†wzorcem, na wyjúciu dekodera IC4 wyst¹pi wysoki poziom napiÍcia. Po jego odwrÛceniu przez tranzystor T2 jest podawany na wejúcie przerwania INT0 procesora. Uk³ad obs³ugiwany jest za pomoc¹ trzech przyciskÛw: 1. NaciúniÍcie i†przytrzymanie przycisku S1 przez 250 ms powoduje rozpoczÍcie nagrywania komunikatu. Pocz¹tkowo przez 3†sekundy zostaje w³¹czona dioda D1, co daje nam jeszcze chwilÍ na przygotowane siÍ do nagrywania. Po zgaúniÍciu diody rozpoczyna siÍ nagrywanie, ktÛre trwa dok³adnie 16 sekund. Up³yw czasu sygnalizowany jest co jedn¹ sekundÍ krÛtkimi b³yskami diody D1. 2. NaciúniÍcie przycisku S2 spowoduje odtworzenie nagranego komunikatu, jednak bez wykonywania procedury ³¹czenia siÍ z†numerem Pogotowia Ratunkowego. Funkcja ta s³uøy jedynie kontroli poprawnoúci nagrania i†do jej wykorzystania niezbÍdne jest do³¹czenie dodatkowego g³oúniczka do z³¹cza CON1. 3. Przycisk S3 s³uøy do uaktywniania uk³adu w†sytuacji alarmowej, ale moøe zostaÊ wykorzystany takøe do testowania urz¹dzenia, co zostanie opisane w†czÍúci artyku³u poúwiÍconej montaøowi i†uruchamianiu uk³adu. Uwaga: przycisk S3 naleøy nacisn¹Ê i†przytrzymaÊ przez dwie sekundy! Jest to spowodowane zastoso-

waniem zabezpieczenia przed niekontrolowanym w³¹czeniem siÍ uk³adu, np. na skutek zak³ÛceÒ radioelektrycznych. Moim zamiarem by³o, aby zaprojektowany przeze mnie uk³ad by³ dostÍpny dla kaødego i†aby kaødy mÛg³ przeprowadziÊ w†steruj¹cym nim programie dowolne zmiany. Dlatego teø na p³ycie CDEP4/2001B znajduje siÍ kompletny listing programu steruj¹cego uk³adem do automatycznego wzywania Pogotowia.

Montaø i†uruchomienie

Na rys. 3 pokazano rozmieszczenie elementÛw uk³adu g³Ûwnego na p³ytce obwodu drukowanego, wykonanego na laminacie dwustronnym z†metalizacj¹. Natomiast na rys. 4 przedstawiono p³ytkÍ uk³adu nadajnika radiowego - pilota, wykonan¹ na laminacie jednostronnym. Montaø uk³adu wykonujemy w†typowy, wielokrotnie opisywany sposÛb, rozpoczynaj¹c od wlutowania w†p³ytkÍ rezystorÛw i†podstawek pod uk³ady scalone, a†koÒcz¹c na elementach o†najwiÍkszych gabarytach. Z†p³ytk¹ pilota, pomimo jej ma³ych wymiarÛw takøe nie powinno byÊ problemu, moøe z†jednym wyj¹tkiem: ustalenia w³aúciwego po³oøenia modu³u nadajnika radiowego. Producent nie zaznaczy³ w†øaden sposÛb pierwszej nÛøki tego elementu, i†musimy to uczyniÊ sami, najlepiej uwaønie ogl¹daj¹c modu³ pod lup¹. Naj³atwiej bÍdzie zlokalizowaÊ najpierw nÛøkÍ nie do³¹czon¹ do øadnego elementu wewn¹trz modu³u (punkt oznaczony ìNCî na p³ytce) i†kieruj¹c siÍ t¹ informacj¹ wlutowaÊ modu³ w†p³ytkÍ. Nie muszÍ chyba zaznaczaÊ, øe stosowanie podstawki pod uk³ad scalony w†pilocie jest absolutnie niedopuszczalne! Uk³ad zmontowany ze sprawdzonych elementÛw nie wymaga jakiegokolwiek uruchamiania i†po w³oøeniu w†podstawki uk³adÛw scalonych i†zaprogramowanego procesora moøemy od razu przyst¹piÊ do prÛb. Uk³ad powinien byÊ zasilany napiÍRys. 3. Rozmieszczenie elementów na ciem sta³ym stabilizowanym płytce drukowanej modułu o†wartoúci 5VDC, najlepiej automatycznego wybierania numeru.

38

WYKAZ ELEMENTÓW Moduł wybierający numer Rezystory R1, R5, R7, R11: 10kΩ R2: 10Ω R3, R6: 3kΩ R4: 100kΩ R8: 510kΩ R10, R9: 560Ω Kondensatory C1, C2: 33pF C3: 100nF C4, C6, C7: 470nF C5: 4,7µF/10V C8: 100µF/10V C9: 220µF/10V Półprzewodniki D1, D2: LED IC1: UM91531 IC2: AT90S2313 zaprogramowany IC3: ISD1420 IC4: HT12D IC5: DS1813 T1, T2, T3: BC548 Różne CON1..CON3: ARK2 (3,5mm) M1: mikrofon elektretowy Q1: rezonator kwarcowy 3,5795MHz Q2: rezonator kwarcowy 4MHz Q3: odbiornik radiowy 430MHz RL2, RL1: przekaźnik OMRON 5V S1, S2, S3: przycisk RESET TR1: transformator separujący Nadajnik radiowy Rezystory R1: 1,5MΩ R2: 560Ω Kondensatory C1: 100nF Półprzewodniki IC1: HT12E D1: dowolna dioda LED Różne S1: przycisk typu microswitch Q1: nadajnik radiowy 430MHz Obudowa typu KM−13

z†tzw. zasilacza wtyczkowego. Testowanie wykonanego uk³adu rozpoczniemy od nagrania stosownego komunikatu. Do dyspozycji mamy jedynie 16 sekund, tak wiÍc komunikat musi byÊ zredagowany zwiÍüle i†zawieraÊ tylko niezbÍdne informacje bez jakichkolwiek dodatkÛw. Naleøy szybko podaÊ nazwisku chorego, numer telefonu, adres i†symptomy

Elektronika Praktyczna 4/2001

Układ do automatycznego wzywania Pogotowia Ratunkowego

Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej pilota.

choroby, a†takøe informacjÍ o†tym, øe wiadomoúÊ przekazywana jest z†urz¹dzenia automatycznego. Najlepiej przygotowaÊ sobie tekst na papierze, aby unikn¹Ê straty czasu lub pomy³ek podczas jego rejestrowania. Po zarejestrowaniu komunikatu sprawdzamy poprawnoúÊ nagrania. W†tym celu do³¹czamy do wyjúcia CON1 jakikolwiek g³oúniczek o†opornoúci cewki wiÍkszej lub rÛwnej 8Ω i†naciskamy przycisk S2. DüwiÍk w†g³oúniku powinien byÊ wyraüny, bez zniekszta³ceÒ, ale o†jakoúci ìtelefonicznejî.

Elektronika Praktyczna 4/2001

Moøemy teraz sprawdziÊ dzia³anie wszystkich funkcji zbudowanego urz¹dzenia. G³oúniczek do³¹czamy tym razem do z³¹cza CON3 i†naciskamy S2. W†g³oúniku powinniúmy us³yszeÊ nagrany uprzednio komunikat, z†tym, øe si³a düwiÍku bÍdzie nieco mniejsza niø przy poprzedniej prÛbie. NastÍpnie naciskamy przycisk alarmowy S3. Po krÛtkiej chwili powinniúmy us³yszeÊ trzy krÛtkie tony DTMF (trzy ìdziewi¹tkiî), a†nastÍpnie piÍciokrotnie odtworzony tekst komunikatu. Nast¹pi potem krÛtka przerwa, podczas ktÛrej uk³ad roz³¹czy siÍ z†wybranym numerem, a†nastÍpnie ponownie zostanie do³¹czony do linii telefonicznej. Ponownie wybrany zostanie numer Pogotowia, piÍciokrotnie odtworzony zostanie komunikat alarmowy, po czym uk³ad przyst¹pi do trzeciego wybierania numeru i†nadawania wiadomoúci. Naleøy jeszcze sprawdziÊ wspÛ³pracÍ uk³adu z†nadajnikiem radiowym - pilotem. Reakcja urz¹dzenia na naciúniÍcie przycisku

pilota i†przytrzymanie go przez ok. dwie sekundy powinna byÊ identyczna, jak na wyzwolenie go za pomoc¹ przycisku S3. Jeøeli wszystkie opisane prÛby wypad³y pomyúlnie, to moøemy przyst¹piÊ do ostaniego testu, polegaj¹cego na rzeczywistym po³¹czeniu siÍ z†Pogotowiem Ratunkowym. LiniÍ telefoniczn¹ do³¹czamy do z³¹cza CON3 i†naciskamy przycisk S3 lub wyzwalamy uk³ad za pomoc¹ pilota. Najprawdopodobniej nawet niepokojenie pracownikÛw Pogotowia nie bÍdzie potrzebne, poniewaø w†wielu przypadkach po uzyskaniu po³¹czenia odezwie siÍ nie telefonistka, ale automat polecaj¹cy nam czekanie na zg³oszenie centrali Pogotowia. Zbigniew Raabe, AVT [email protected] Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostÍpne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/kwiecien01.htm oraz na p³ycie CD-EP04/2001B w katalogu PCB.

39

Cyfrowa P centrala R O J Ealarmowa K T Y

Cyfrowa centrala alarmowa, część 2 AVT−5005

W†drugiej czÍúci artyku³u prezentujemy moøliwoúÊ rozbudowania centrali o†nowe funkcje, omawiamy sposÛb montaøu i†uruchomienia, a†takøe najwaøniejsze zagadnienia zwi¹zane z†konfiguracj¹ centrali.

Elektronika Praktyczna 4/2001

Na p³ytce centrali alarmowej zainstalowano dwa z³¹cza, z†ktÛrych przynajmniej jedno ma kapitalne znaczenie dla pragn¹cych rozbudowaÊ uk³ad. Mam tu na myúli z³¹cze oznaczone jako CON14, do ktÛrego doprowadzone s¹ linie magistrali I2C. Z³¹cze to pozwala na rozbudowywanie systemu przez wyposaøanie go w†dodatkowe uk³ady wykonawcze i†czujniki. W†Elektronice Praktycznej opisano wiele modu³Ûw wyposaøonych w†magistralÍ I2C i†z†pewnoúci¹ kaødy znajdzie wúrÛd nich odpowiadaj¹cy jego potrzebom. Drugie z³¹cze - CON15 - jest opcjonalne, dodane ot tak, na wszelki wypadek. Naleøy s¹dziÊ, øe kaødy uøytkownik centrali umieúci j¹ w†stosownej, solidnej obudowie, zaopatrzonej w†rÛwnie solidny zamek. Jednak zamki mechaniczne bywaj¹ nie tylko zawodne, ale takøe bardzo ³atwe do otwarcia, nawet dla niezbyt dobrze ìwyszkolonychî w³amywaczy. Z³¹cze CON15 umoøliwia nam zaopatrzenie obudowy centrali w†zamek praktycznie nie do otwarcia, w†dodatku pracuj¹cy ca³-

kowicie automatycznie, zgodnie z†aktualnym stanem systemu alarmowego. Do z³¹cza tego moøemy do³¹czyÊ typowy serwomechanizm modelarski, ktÛrego wa³ napÍdowy bÍdzie odsuwa³ rygiel zamka obudowy po kaødym rozbrojeniu systemu, a†zasuwa³ po kaødym uzbrojeniu. Na wyprowadzeniu 3 z³¹cza CON15 pojawia siÍ bowiem, po kaødej zmianie stanu aktywnoúci systemu, ci¹g impulsÛw prostok¹tnych trwaj¹cy ok. 1†sekundy. Po uzbrojeniu alarmu szerokoúÊ impulsÛw wynosi 2ms, a†po rozbrojeniu 1ms. Powoduje to obracanie wa³u napÍdowego serwa o†180O i†przesuwanie rygla zamka. Naleøy jeszcze wspomnieÊ o†dodatkowym sygnalizatorze Q3 - generatorze (niezbyt donoúnego) sygna³u akustycznego. Jego zadaniem bÍdzie dyskretne powiadamianie uøytkownikÛw systemu o†pewnych, opisanych w†dalszej czÍúci artyku³u, sytuacjach. Jego rÛwnoleg³e w³¹czenia z†wejúciem LATCH IC4 nie moøe powodowaÊ øadnych nieprawid³owoúci w†dzia³aniu centrali. Podczas nadawania sygna³Ûw

41

Cyfrowa centrala alarmowa

Fot. 1. Widok wyświetlacza centrali w stanie czuwania.

akustycznych generator DTMF jest bowiem wy³¹czony, a†podczas wybierania numerÛw telefonÛw krÛtkie impulsy na wejúciu LATCH nie bÍd¹ powodowa³y wytwarzania s³yszalnego sygna³u. Dzia³anie centrali alarmowej omÛwimy tak, jakbyúmy dysponowali gotowym juø i†skonfigurowanym uk³adem. Samo sterowanie central¹ jest wyj¹tkowo proste: zarÛwno jej uzbrajanie, jak i†rozbrajanie odbywa siÍ przez przy³oøenie do czytnika TOUCH MEMORY jednej z†zarejestrowanych uprzednio tabletek DS1990. Pierwsze przy³oøenie tabletki do czytnika powoduje uzbrojenie systemu, nastÍpne rozbrojenie. Aktualny stan systemu sygnalizowany jest za pomoc¹ diod LED umieszczonych w†czytniku. Jeøeli system alarmowy jest rozbrojony, to w³¹czona jest dioda zielona, jeøeli uzbrojony - dioda czerwona migocze z†czÍstotliwoúci¹ ok. 1Hz. Podczas normalnej pracy centrali dostÍp do menu konfiguracyjnego jest blokowany has³em wprowadzonym podczas konfigurowania systemu. Jeøeli system jest aktywny (uzbrojony), to klawiatura jest zablokowana i†dokonywanie jakichkolwiek zmian w†systemie nie jest moøliwe, nawet dla osÛb znaj¹cych has³o. W†stanie nieaktywnym bez podania has³a moøemy jedynie sprawdziÊ stan linii dozorowych, co powinniúmy czyniÊ przed kaødym uzbrojeniem systemu. Sprawdzania linii sygnalizacyjnych dokonujemy za pomoc¹ przycisku TEST. Po jego naciúniÍciu na ekranie wyúwietlacza alfanumerycznego pojawiaj¹ siÍ informacje o†napiÍciu wystÍpuj¹cym na kaødej z†linii lub informacja o wy³¹czeniu linii, jeøeli zosta³a podczas konfiguracji systemu wy³¹czona. Jeøeli stwierdzamy, øe napiÍcia na kaødej linii s¹ prawid-

42

³owe, to potwierdzamy to za pomoc¹ przycisku SET. W†tym momencie wartoúci napiÍÊ zostaj¹ zapamiÍtane w†pamiÍci EEPROM i†po uzbrojeniu systemu zostan¹ uøyte do kontrolowania bieø¹cego stanu linii dozorowych. Co godzinÍ program dokonuje korekty zapisanych w†pamiÍci wartoúci. Jeøeli zmieni³y siÍ one nieznacznie, to program zastÍpuje stare wartoúci nowymi. Pozwala to na unikniÍcie fa³szywych alarmÛw zwi¹zany z†powoln¹ zmian¹ napiÍcia na liniach dozorowych, spowodowan¹ np. wzrostem wilgotnoúci w otoczeniu lub niestabiln¹ prac¹ zastosowanych czujnikÛw. Jeøeli system zosta³ juø uprzednio skonfigurowany, to po w³¹czeniu zasilania program automatycznie przechodzi w†stan czuwania, co sygnalizowane jest odpowiednim komunikatem na wyúwietlaczu (fot. 1). W†tym momencie mamy dostÍp do menu konfiguracyjnego, a†takøe moøemy wprowadziÊ system w†stan aktywny. Konfigurowaniem systemu zajmiemy siÍ w†dalszej czÍúci artyku³u, a†teraz przeanalizujmy zachowanie siÍ programu w†przypadku, gdy kryterium alarmu wyst¹pi na jednej z†dozorowych linii oraz w†razie stwierdzenia nieprawid³owoúci w funkcjonowaniu uk³adu zasilania. Uaktywniony system alarmowy nie moøe natychmiast reagowaÊ na sygna³y z†linii dozorowanych. Do jego pe³nego uzbrojenia musi bowiem up³yn¹Ê pewien czas, ustawiany podczas konfigurowania systemu. Jest to czas identyczny z†czasem opÛünienia w³¹czania alarmu po wyst¹pieniu kryterium alarmu na liniach dozorowych pracuj¹cych z†opÛünieniem. Uzbrajanie siÍ systemu, trwaj¹ce od 1†do 255 sekund, sygnalizowane jest szybkim migotaniem czerwonej diody LED.

System alarmowy moøe pozostawaÊ uzbrojony przez d³ugi okres, niekiedy nawet przez ca³e tygodnie lub miesi¹ce. Program steruj¹cy prac¹ centrali, jak kaødy inny program mikroprocesorowy czy komputerowy, nie zawsze jest stuprocentowo niezawodny i†jego zawieszenie siÍ, np. na skutek silnych zak³ÛceÒ radioelektrycznych, jest wprawdzie ma³o prawdopodobne, ale moøliwe. Przed takim przypadkiem chroni nas watchdog sprzÍtowy, w³¹czany natychmiast po uzbrojeniu systemu. Watchdog skonfigurowany zosta³ tak, øe po up³ywie 2048ms od chwili jego uruchomienia wyzeruje system, chyba øe wczeúniej sam zostanie programowo wyzerowany. Podprogram realizowany po uzbrojeniu systemu zosta³ napisany tak, øe mniej wiÍcej co sekundÍ nastÍpuje zerowanie watchdoga i†system moøe pracowaÊ bez zak³ÛceÒ. Jednak w†przypadku zawieszenia siÍ programu, po up³ywie maksimum 2048ms nast¹pi zerowanie sprzÍtowe procesora i†program rozpocznie pracÍ od pocz¹tku. Pozostaje jednak jeden problem do rozwi¹zania: przecieø uk³ad centrali po w³¹czeniu zasilania ìbudzi siÍî w†stanie rozbrojenia i†wykonanie przez watchdoga zerowania sprzÍtowego automatycznie rozbraja³oby system! Na szczÍúcie przewidzieliúmy tak¹ ewentualnoúÊ: po uzbrojeniu systemu program zapisuje w†jednej z†komÛrek pamiÍci EEPROM informacjÍ o†tym fakcie. Po rozbrojeniu systemu informacja ta jest automatycznie kasowana, ale pozostaje nienaruszona w†przypadku zawieszenia siÍ programu i†zerowania wykonanego przez watchdog. W†momencie startu program sprawdza zawartoúÊ pamiÍci EEPROM i†jeøeli znajdzie tam informacjÍ úwiadcz¹c¹ o†tym, øe przed zerowaniem system by³ uzbrojony, automatycznie powraca do tego stanu, a†dane o†konfiguracji systemu odczytywane s¹ z†pamiÍci EEPROM. Po uzbrojeniu systemu moøna liczyÊ siÍ z†trzema wydarzeniami, ktÛre powinny wywo³aÊ w³aúciw¹ reakcjÍ centrali. Wyst¹pienie stanu alarmu, czyli zmiana napiÍcia o†wiÍcej niø 10% poza przyjÍt¹ i†zarejestrowan¹ podczas uzbrajania sys-

Elektronika Praktyczna 4/2001

Cyfrowa centrala alarmowa zostaÊ ponownie w³¹czone po obtemu wartoúÊ powoduje prawie linii telefonicznej wysy³any jest niøeniu siÍ napiÍcia na akumunatychmiastowe w³¹czenie sygnakomunikat numer 1, informuj¹cy latorze poniøej wyznaczonej warlizacji alarmowej. Prawie natycho†wtargniÍciu intruzÛw na strzetoúci. Jednak w†pewnych przypadmiastowe, poniewaø program øony obszar. kach ³adowanie akumulatora moprzed jej uruchomieniem sprawW³¹czenie sygnalizacji alarmoøe okazaÊ siÍ nieskuteczne i†zadza jeszcze trzykrotnie, czy aby wej zostaje przez program zapadaniem programu jest rozwaøenie, nie mamy do czynienia z†impulmiÍtane i†informacja o†takim zdajakie kroki naleøy podj¹Ê w†zaissem zak³Ûcaj¹cym i†czy zmiana rzeniu zostanie wyúwietlona po tnia³ej sytuacji. Pocz¹tkowo jakanapiÍcia na linii dozorowej ma rozbrojeniu systemu. Do tego kokolwiek gwa³towna reakcja procharakter sta³y. Po wykonaniu munikatu zostanie do³¹czona ingramu nie jest potrzebna. Przecieø testu weryfikuj¹cego wiarygod- formacja, na ktÛrej linii dozorowy³¹czenia pr¹du zdarzaj¹ siÍ noúÊ otrzymanej z†linii dozorowej wej wyst¹pi³ stan alarmu i†ile w†niektÛrych regionach kraju doúÊ informacji, w³¹czana jest sygnarazy sygnalizacja by³a w³¹czana. czÍsto i†chwilowa przerwa w†dolizacja alarmowa oraz rozpoczyna Tyle o†dzia³aniu systemu w†roli stawie energii elektrycznej nie siÍ wybieranie zaprogramowanych strÛøa naszego mienia. Nie zapomusi jeszcze powodowaÊ alarmonumerÛw telefonicznych. Do dysminajmy, øe nasza centrala powania naszych przyjaciÛ³. Jednak pozycji mamy dwa przekaüniki siada jeszcze jedn¹, waøn¹ funfakt zaniku napiÍcia w†sieci lub duøej mocy, do ktÛrych moøemy kcjÍ: strzeøe sam¹ siebie przed uszkodzenia akumulatora zostaje do³¹czyÊ dowolne uk³ady wykoawari¹ powsta³¹ na skutek braku przez program zapamiÍtany. WÛwnawcze. Podczas uaktywnienia zasilania. czas monitorowanie napiÍcia odsygnalizacji alarmowej przekaüPrzez ca³y czas dzia³ania cenbywa siÍ czÍúciej, a†czas, jaki nik RL3 w³¹czany jest na sta³e, trali, obojÍtne, czy system jest min¹³ od momentu wyst¹pienia natomiast przekaünik RL4 pracuje uzbrojony, czy nie, stan napiÍcia problemÛw z†akumulatorem, jest impulsowo, z†czÍstotliwoúci¹ na akumulatorze zasilania awaryjskrupulatnie zliczany. Ponadto, 0,5Hz i†wype³nieniem 50%. nego jest ustawicznie monitorojeøeli system nie jest uzbrojony, Po up³ywie zaprogramowanego wany. Pomiary napiÍcia dokonyna wyúwietlaczu LCD ukazuje siÍ czasu trwania alarmu, sygnalizawane s¹ co 10 sekund, i†jeøeli odpowiedni komunikat, informucja zostaje wy³¹czona i†uk³ad poprogram stwierdza, øe obniøy³o j¹cy o†nieprawid³owoúciach w†syswraca do stanu oczekiwania na siÍ ono poniøej przyjÍtej wartoúci, temie zasilania i†okresowo jest ewentualne ponowne wyst¹pienie to w³¹czany zostaje uk³ad ³adow³¹czany generator piezo Q3. Ma stanu alarmu na ktÛrejú z†linii wania, a†w³aúciwie do³adowywato na celu natychmiastowe zawiadozorowych. nia akumulatora. Pr¹d do³adowadomienie mieszkaÒcÛw o†moøliStwierdzenie nieprawid³owego nia zaleøy od wartoúci rezystora woúci awarii systemu zasilania. napiÍcia na liniach dozorowych, R19, ktÛra powinna zostaÊ dobJeøeli problemy z†akumulatoskonfigurowanych do pracy rana odpowiednio do pojemnoúci rem nie znikn¹ w†ci¹gu pÛ³ goz†opÛünieniem powoduje krÛtkostosowanego akumulatora. Po nadziny od momentu spadku napiÍtrwa³e w³¹czenie prealarmu, czyli ³adowaniu akumulatora do wycia poniøej ustalonej wartoúci, to chwilowe zadzia³anie przekaünika znaczonego napiÍcia, do³adowydalsze dzia³anie programu zaleøne RL4. NastÍpnie program odlicza wanie zostaje przerwane i†moøe ustawiony podczas konfigurowania centrali czas. Jeøeli wÛwczas system nie zostanie rozbrojony, to centralka w³¹cza pe³n¹ sygnalizacjÍ alarmow¹ i†przystÍpuje do wysy³ania wiadomoúci pod zaprogramowane numery telefonÛw. Po up³ywie wyznaczonego okresu sygnalizacja zostaje wy³¹czona. Naleøy tu jednak zaznaczyÊ, øe zarÛwno w†przypadku alarmu z opÛünieniem, jak i†bez, wybieranie numerÛw telefonicznych zostanie doprowadzone do koÒca, nawet po wyznaczonym czasie w³¹czenia sygnalizacji alarmowej. Do Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej centrali.

Elektronika Praktyczna 4/2001

43

Cyfrowa centrala alarmowa

Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej klawiatury.

jest od aktualnego stanu systemu alarmowego. Jeøeli system nie jest uzbrojony, co sugeruje obecnoúÊ domownikÛw w†domu, to w³¹czony zostanie ci¹g³y sygna³ akustyczny generowany przez przetwornik Q3. No cÛø, w†takiej sytuacji program steruj¹cy prac¹ centrali niewiele wiÍcej moøe zdzia³aÊ! Jeøeli natomiast system alarmowy jest uzbrojony, to zadaniem programu bÍdzie natychmiastowe zawiadomienie wyznaczonych osÛb o†awarii zasilania i†moøliwej prÛbie sabotaøu. W³¹czone zostanie wybieranie numerÛw telefonicznych, lecz tym razem nadawany bÍdzie komunikat numer 2 nie zg³aszaj¹cy w³amania, ale jedynie nietypow¹ sytuacjÍ w†systemie zasilania i†zawieraj¹cy proúbÍ o†interwencjÍ.

Montaø i†uruchomienie Na rys. 4 i†5 pokazano rozmieszczenie elementÛw na dwÛch p³ytkach drukowanych wchodz¹cych w†sk³ad uk³adu centrali alarmowej. P³ytka g³Ûwna zaprojektowana zosta³a na laminacie dwustronnym z†metalizacj¹, a†p³ytka, na ktÛrej umieszczony zosta³ wyúwietlacz alfanumeryczny i†klawiatura na laminacie jednostronnym. Zanim jednak przejdziemy do opisu montaøu i†programowania centrali, musimy wyjaúniÊ

44

sprawÍ dodatkowego z³¹cza, umieszczonego na g³Ûwnej p³ytce, a†nie narysowanego na schemacie. Z³¹cze to, zlokalizowane wewn¹trz obrysu podstawki pod procesor, by³o stosowane podczas testowanie prototypu, a†na p³ytce finalnej mia³o byÊ usuniÍte. Jednak po namyúle postanowi³em je pozostawiÊ, poniewaø jego usuniÍcie mog³oby byÊ poczytane jako zwyk³a z³oúliwoúÊ. Z³¹cze to umoøliwia bowiem bezpoúrednie do³¹czenie do procesora programatora ISP AVT-871, opisanego w†EP6/2000 i†programowanie procesora bez koniecznoúci wyjmowania go z†uk³adu. W†przypadku pos³ugiwania siÍ pakietem BASCOM AVR, po napisaniu programu lub wprowadzeniu jakichkolwiek zmian w†jego treúci, naciskamy po prostu klawisz F7 i†po kilku sekundach nasz program znajduje siÍ juø w†pamiÍci EEPROM procesora. Jeøeli bÍdziemy chcieli korzystaÊ z†tego z³¹cza, to musimy pamiÍtaÊ øe musi ono zostaÊ wlutowane w†p³ytkÍ od strony úcieøek! Montaø obydwÛch p³ytek obwodÛw drukowanych uk³adÛw centrali nie rÛøni siÍ od montaøu innych urz¹dzeÒ elektronicznych. Rozpoczniemy go od wlutowania w†p³ytkÍ elementÛw o†najmniejszych gabarytach, czyli rezystorÛw i†diod. NastÍpnie wlutujemy

w†p³ytki podstawki pod uk³ady scalone i†kolejno coraz wiÍksze elementy. SzczegÛln¹ uwagÍ musimy zwrÛciÊ na montaø p³ytki z†wyúwietlaczem i†klawiatur¹: wszystkie przyciski oraz szereg goldpinÛw do zamocowania wyúwietlacza lutujemy w†p³ytkÍ od strony úcieøek! Po zmontowaniu obydwÛch p³ytek ³¹czymy je ze sob¹ za pomoc¹ odcinka przewodu taúmowego zaopatrzonego w†dwa zaciskane wtyki. Do dyspozycji mamy jeszcze trzeci¹ p³ytkÍ, na ktÛrej jednak nie bÍdziemy montowaÊ øadnych elementÛw elektronicznych. P³ytka ta pe³ni rolÍ p³yty czo³owej bloku wyúwietlaczy i†klawiatury, a†jej uøycie zaleøy wy³¹cznie od rodzaju obudowy, w†ktÛrej umieúcimy centralÍ. Na p³ytce tej umieszczony jest otwÛr na wyúwietlacz alfanumeryczny, otwory na przyciski klawiatury i†napisy informacyjne. P³yta czo³owa jest ³¹czona z†p³ytk¹ wyúwietlacza nieco nietypowo za pomoc¹ czterech úrubek o†úrednicy 3mm, ktÛrych ³ebki powinny byÊ przylutowane do duøych pÛl lutowniczych umieszczonych na spodniej stronie p³yty czo³owej. Taki sposÛb montaøu zapewnia estetyczny wygl¹d p³yty czo³owej centrali.

Konfigurowanie centrali Po zmontowaniu i†do³¹czeniu zasilania centrala alarmowa nie ma jeszcze øadnej wartoúci uøytkowej. Nie moøna jeszcze ani uzbroiÊ, ani rozbroiÊ systemu, stan linii dozorowych pozostaje dla uk³adu wielk¹ niewiadom¹, a†swobodny dostÍp do menu konfiguracyjnego nie jest jeszcze moøliwy. Po pierwszym w³¹czeniu zasilania program sprawdza, czy w†pamiÍci EEPROM zosta³y juø zapisane jakieú dane. Jeøeli nie, to automatycznie wywo³ywana jest procedura konfigurowania systemu. DziÍki zastosowaniu wygodnej w†obs³udze klawiatury i†wyúwietlacza alfanumerycznego, procedura konfigurowania centrali jest wyj¹tkowo ³atwa i sprowadza siÍ

Elektronika Praktyczna 4/2001

Cyfrowa centrala alarmowa

Fot. 2. Widok wyświetlacza podczas rejestrowania kluczy.

do odpowiadania na zadawane przez program pytania. Z†kaødej pozycji menu konfiguracyjnego moøemy wyjúÊ bez podawania nowych danych, naciskaj¹c klawisz ESC. W†takim przypadku program przyjmuje wartoúci poprzednio ustawione (np. numery seryjne kluczy DS1990) lub wartoúci domyúlne. Uwaga: wyjúcie z†podprogramÛw rejestracji kluczy i†has³a dostÍpu do menu konfiguracyjnego nie jest moøliwe przy pierwszym uruchomieniu centrali. Przyczyna takiego zachowania programu jest oczywista: do prawid³owego dzia³ania centrali niezbÍdne jest zarejestrowanie choÊby jednego klucza i†podanie jakiegokolwiek kodu dostÍpu. Konfigurowanie centrali przeprowadzamy w†nastÍpuj¹cej kolejnoúci: 1. Rejestracja kluczy DS1990 Program prosi o†kolejne przyk³adanie do czytnika tabletek DALLAS, ktÛre chcemy zarejestrowaÊ. Poprawne zarejestrowanie klucza kwitowane jest odpowiednim komunikatem (fot. 2) ukazuj¹cym siÍ na wyúwietlaczu alfanumerycznym LCD i†w³¹czeniem zielonej diody czytnika na 3†sekundy. Zawsze musimy zarejestrowaÊ 10 tabletek. Jeøeli potrzebujemy mniejsz¹ liczbÍ kluczy, to rejestrujemy niektÛre tabletki kilkakrotnie, tak aby program ìmyúla³î, øe zarejestrowa³ 10 rÛønych numerÛw seryjnych uk³adÛw DS1990. Po zarejestrowaniu ostatniej tabletki program automatycznie przechodzi do rejestracji kodu dostÍpu. 2. Rejestracja kodu dostÍpu do menu konfiguracyjnego Kod dostÍpu do menu konfiguracyjnego podajemy z†klawiatury numerycznej (fot. 3). Moøe on byÊ liczb¹ maksymalnie 16-cyfro-

Elektronika Praktyczna 4/2001

w¹. Podanie kodu potwierdzamy klawiszem ENTER, z†tym, øe przy wykorzystywaniu ca³kowitej d³ugoúci kodu program zakoÒczy jego rejestracjÍ automatycznie. 3. Programowanie czasu trwania w³¹czenia sygnalizacji alarmowej Kolejn¹ pozycj¹ menu konfiguracyjnego jest opcja ustawiania czasu trwania w³¹czenia sygnalizacji alarmowej (fot. 4). Dane podajemy z†klawiatury numerycznej, przy czym najd³uøszy wprowadzony czas nie moøe przekraczaÊ 255 minut. Moøemy takøe nacisn¹Ê klawisz ESC i†zrezygnowaÊ z†ustawiania tego czasu, a†program przyjmie wtedy wartoúÊ domyúln¹: 5†minut. 4. Programowanie czasu opÛünienia uzbrajania systemu i†zw³oki we w³¹czaniu sygnalizacji alarmowej TÍ opcjÍ ustawiamy tak, jak poprzedni¹, przy czym czas jest tym razem podawany w†sekundach. Rezygnacja z†wprowadzenia czasu opÛünienia powoduje przyjÍcie przez program wartoúci domyúlnej, czyli 30 sekund. 5. Ustawianie funkcji pe³nionych przez poszczegÛlne linie dozorowe Kaøda linia dozorowa centrali moøe znajdowaÊ siÍ w trzech trybach pracy: powodowaÊ w³¹-

czenie sygnalizacji alarmowej bez opÛünienia, z†opÛünieniem lub pozostawaÊ nieaktywna. Kolejna pozycja menu konfiguracyjnego pozwala na przypisanie kaødej z†linii okreúlonej funkcji (fot. 5). Wyboru dokonujemy za pomoc¹ trzech klawiszy klawiatury numerycznej, ktÛre tymczasowo zmieni³y swoj¹ funkcjÍ: klawisz ì7î wy³¹cza dan¹ liniÍ, klawisz ì8î ustawia j¹ w†tryb pracy z†opÛünieniem, a†klawisz ì9î bez opÛünienia. Na p³ycie czo³owej centrali klawisze te wyposaøono w†odpowiednie napisy. WybÛr trybu pracy kaødej z†linii dozorowych potwierdzamy klawiszem ENTER. 6. Programowanie numerÛw telefonu W†pamiÍci centrali moøemy zapisaÊ do 30 numerÛw telefonÛw, pod ktÛre bÍd¹ wysy³ane komunikaty o†prÛbie w³amania lub niesprawnoúci systemu zasilania. Oczywiúcie, powiadamianie telefoniczne jest opcjonalne i†nie zawsze musi byÊ wykorzystywane. Jeøeli jednak chcemy skorzystaÊ z†tego, moim zdaniem najskuteczniejszego systemu sygnalizacyjnego, to musimy w†pamiÍci danych EEPROM zapisaÊ numery telefonÛw osÛb, ktÛre zgodzi³y siÍ na ewentualne interweniowanie w†obronie naszego mienia. Za pomoc¹ klawiszy oznaczonych strza³kami wybieramy, ktÛry z†numerÛw mamy zamiar zaprogramowaÊ. Informacja o†kolejnym numerze wyúwietlana jest w†gÛrnym rzÍdzie wyúwietlacza alfanumerycznego, a†jednoczeúnie w†dolnym rzÍdzie wyúwietlany jest numer telefonu, jeøeli taki zosta³ juø zapisany na bieø¹cej pozycji. Jeøeli mamy zamiar zmieniÊ ten numer, to naciskamy klawisz ESC i†z†klawiatury numerycznej wprowadzamy nowe dane potwierdza-

Fot. 3. Widok wyświetlacza podczas rejestrowania kodu dostępowego.

45

Cyfrowa centrala alarmowa

Fot. 4. Widok wyświetlacza podczas ustawiania czasu trwania alarmu.

j¹c wprowadzenia ca³ego numeru klawiszem SET. Po zapisaniu wszystkich numerÛw wychodzimy z†podprogramu za pomoc¹ klawisza ENTER. 7. Nagrywanie komunikatÛw Jest to chyba najprostsza czynnoúÊ, jak¹ bÍdziemy musieli wykonaÊ podczas konfigurowania centrali. Klawiszami ì1î i†ì2î wybieramy numer komunikatu, ktÛry chcemy nagraÊ, pamiÍtaj¹c, øe komunikat numer 1†zawsze bÍdzie wykorzystywany do informowania o†prÛbie w³amania, a†komunikat numer 2†o†niesprawnoúci systemu zasilania. Czas trwania obydwÛch komunikatÛw jest jednakowy i†wynosi nieca³e 10 sekund. S¹dzÍ, øe jest to czas ca³kowicie wystarczaj¹cy do przekazania wiadomoúci osobie, ktÛra zosta³a uprzednio uprzedzona o†moøliwoúci otrzymania takiej informacji. Wystarczy tylko kilka s³Ûw, w†rodzaju: ìWpadnij do mnie Krzysiu, bo chyba ktoú usi³uje dostaÊ siÍ do mojego mieszkaniaî. Krzysio dobrze wie, od kogo moøe pochodziÊ taka wiadomoúÊ i†gdzie ma siÍ udaÊ. Poniewaø minͳy juø czasy, kiedy okradaniem mieszkaÒ zajmowali

46

siÍ z³odzieje, a†nie bandyci, radzi³bym Krzysiowi udaÊ siÍ do ìpodejrzanegoî mieszkania w†asyúcie policji lub dobrze wyszkolonych ochroniarzy. Oczywiúcie, w†przypadku otrzymania komunikatu o†awarii systemu zasilania ochrona nie bÍdzie potrzebna, ale wtedy poleca³bym Krzysiowi zabranie miernika uniwersalnego i†prostych narzÍdzi. KolejnoúÊ postÍpowania przy nagrywaniu komunikatÛw jest nastÍpuj¹ca: najpierw wybieramy z†klawiatury numer komunikatu, ktÛry chcemy nagraÊ. NastÍpnie naciskamy klawisz RECORD i†przez 10 sekund mÛwimy do mikrofonu, nagrywaj¹c krÛtk¹ i†zwiÍz³¹ informacjÍ o†zaistnia³ej sytuacji. Proces nagrywania jest sygnalizowany odpowiednim na-

pisem na wyúwietlaczu. Po zakoÒczeniu nagrywania moøemy, naciskaj¹c przycisk TEST, odtworzyÊ zarejestrowany komunikat i†jeøeli zajdzie taka potrzeba, powtarzaÊ nagrywanie wielokrotnie. Na zakoÒczenie tego opisu chcia³bym poruszyÊ jeszcze jedn¹ sprawÍ. Czy wiecie, co jest najtrudniejsze dla programisty? Moim zdaniem... zakoÒczenie pisania programu i†zaprzestanie jego ulepszania! Napisa³em program obs³uguj¹cy centralÍ alarmow¹, napisa³em teø ten artyku³, ale do momentu jego publikacji up³ynie jeszcze trochÍ czasu. Nie mogÍ wiÍc zarÍczyÊ, øe w†miÍdzyczasie nie przyjd¹ mi do g³owy pomys³y na jakieú ulepszenia czy modyfikacje programu centrali. Jeøeli jednak takie zmiany zostan¹ wprowadzone, to informacja o†nich zostanie do³¹czona do kitu i†do kodu ürÛd³owego programu. Zbigniew Raabe, AVT [email protected] Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostÍpne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/ ?pdf/kwiecien01.htm oraz na p³ycie CD-EP04/2001B w katalogu PCB.

Fot. 5. Widok wyświetlacza podczas konfigurowania linii alarmowych.

Elektronika Praktyczna 4/2001

S P R Z Ę T

Więcej niż starter−kit Przedstawiamy kolejne narzÍdzie przygotowane przez Microchipa dla konstruktorÛw chc¹cych niewielkim kosztem ìwkroczyÊî w†úwiat 8-bitowych mikrokontrolerÛw PIC. PICStart potrafi naprawdÍ wiele, znacznie wiÍcej od standardowych zestawÛw oferowanych przez innych producentÛw.

Zestaw narzÍdzi dystrybuowany pod nazw¹ PICStart Plus sk³ada siÍ z†kompletnego programatora wraz z†zasilaczem, zestawu doskonale opracowanej dokumentacji, zestawu narzÍdzi programowych na CD-ROM (w tym: kompilator C†dla PIC16F84, úrodowisko projektowe MPLab IDE, kompilator asemblera) oraz kompletnego katalogu produktÛw firmy Microchip na dwÛch p³ytach CD-ROM. Tak wiÍc, uøytkownik zestawu otrzymuje w†nim wszystkie elementy niezbÍdne do natychmiastowego rozpoczÍcia pracy, co wiÍkszoúÊ znanych mi elektronikÛw naprawdÍ docenia.

Dostarczany w†zestawie pakiet MPLab IDE jest uniwersalnym úrodowiskiem projektowym, obs³uguj¹cym praktycznie wszystkie programatory i†emulatory oferowane przez Microchipa (rys. 1). Z†tego powodu podczas instalacji tego programu warto zwrÛciÊ uwagÍ, aby nie instalowaÊ zbÍdnych plikÛw dla pozosta³ych urz¹dzeÒ, poniewaø zajmuj¹ one sporo miejsca na dysku twardym, do wspÛ³pracy z†programatorem PICStart nie s¹ potrzebne. InstalacjÍ programÛw i†dostÍp do materia³Ûw zamieszczonych na p³ycie z†MPLab IDE u³atwia interaktywna przegl¹darka (rys. 2), zapewniaj¹ca takøe dostÍp do

Rys. 1.

Elektronika Praktyczna 4/2001

47

S P R Z Ę T demonstracyjnych wersji kompilatorÛw C†dla mikrokontrolerÛw PICmicro oraz kilku programÛw przyk³adowych. Atrakcyjnym uzupe³nieniem moøliwoúci zestawu programÛw dostarczanych w†zestawie jest symulator MPLab SIM umoøliwiaj¹cy analizÍ funkcjonaln¹ dzia³ania programu. Symulator oczywiúcie nie pracuje w†czasie rzeczywistym, a†jego faktyczna wydajnoúÊ silnie zaleøy od konfiguracji komputera na ktÛrym jest uruchamiany. W†wielu przypadkach to ograniczenie nie jest szczegÛlnie

W skład zestawu PICStart Plus DK wchodzą: ✗ ✗ ✗ ✗ ✗ ✗ ✗ ✗

programator PICStart Plus, kabel RS232, zasilacz sieciowy z kablem, dokumentacja książkowa do pakietu MPLab, drukowany przewodnik po zestawie, płyta CD−ROM z programem MPLab 5.20, katalog firmy Microchip na dwóch płytach CD−ROM, próbka układu PIC16F84.

48

dotkliwe, w†zwi¹zku z†czym proponowane przez Microchipa rozwi¹zanie moøna uznaÊ za atrakcyjn¹ propozycjÍ dla wiÍkszoúci uøytkownikÛw. Programator sterowany przez MPLab IDE umoøliwia programowanie, odczyt, weryfikacjÍ i†modyfikacjÍ bitÛw konfiguracyjnych, pamiÍci programu i†danych we wszystkich 8-bitowych mikrokontrolerach oferowanych przez Microchipa. Jedynym ograniczeniem jest maksymalna liczba wyprowadzeÒ (40) i†koniecznoúÊ stosowania adapterÛw-przelotek dla mikrokontrolerÛw w†obudowach innych niø DIP. Prezentowany w†artykule zestaw jest - moim zdaniem obecnie bezkonkurencyjny wúrÛd cenowych odpowiednikÛw, przede wszystkim ze wzglÍdu na powaøne potraktowanie przez Microchipa niezbyt zasobnego odbiorcy. O†ile materia³y informacyjne dostarczone w†zestawie s¹ ogÛlnie dostÍpne, to estetycznie wykonany i†wyposaøony w†trwa³¹ podstawkÍ ZIF jest atrakcyjnym ich uzupe³nieniem. Polityka

Rys. 2. Microchipa polegaj¹ca na integracji obs³ugi wszystkich narzÍdzi w†úrodowisku MPLab IDE jest takøe warta pochwalenia. Jak wiadomo: czego siÍ Jaú nauczy, Jan bÍdzie potrafi³... Andrzej Gawryluk, AVT Prezentowany w†artykule zestaw udostÍpni³a redakcji firma Gamma, tel.(0-22) 663-83-76, www.gamma.pl.

Dodatkowe informacje o†zestawie PICStart Plus moøna znaleüÊ na p³ycie CD-EP4/ 2001B w†katalogu \Mchip, s¹ takøe dostÍpne w†Internecie pod adresami: - http://www.microchip.com/10/ tools/picmicro/program/picstart/index.htm, - http://www.microchip.com/ Download/tools/picmicro/program/picstart/ds51028d.pdf.

Elektronika Praktyczna 4/2001

S P R Z Ę T

RISC-owe mikrokontrolery AVR firmy Atmel przebojowo podbi³y rynek. Zadanie to wydawa³o siÍ trudne, wrÍcz niemoøliwe do wykonania, poniewaø wdroøenie uk³adÛw Atmel, chc¹c nad¹øyÊ za dynamicznym rozwojem rodziny mikrokontrolerÛw AVR, opracowa³ doskona³y zestaw narzÍdziowy umoøliwiaj¹cy uruchamianie prostych systemÛw z dowolnymi mikrokontrolerami tej rodziny. Tak wiÍc, oprÛcz standardowych uk³adÛw AT90S w†STK500, moøna stosowaÊ takøe mikrokontrolery ATtiny oraz ATmega.

SprzÍtowa ekstraklasa Sk³ad zestawu pozwala na stosowanie go jako uniwersalnego narzÍdzia projektowego, ktÛre umoøliwia testowanie stosunkowo prostych projektÛw. Do tego celu na p³ytce drukowanej zestawu przeznaczono: - dwa interfejsy RS232, z†ktÛrych jeden moøna zawsze wykorzystaÊ na potrzeby w³asnej aplikacji,

W skład zestawu STK500 wchodzą: ✗ ✗ ✗ ✗ ✗

płytka zestawu uruchomieniowego, mikrokontroler AT90S8515, drukowana dokumentacja zestawu, katalog firmy Atmel na płycie CD−ROM, zestaw kabli połączeniowych niezbędnych do konfiguracji zestawu, ✗ kabel RS232, ✗ niskonapięciowy kabel zasilający.

50

- 8†przyciskÛw i†diod LED sterowanych z†wyjúÊ wzmacniaczy pr¹dowych, ktÛre moøna wykorzystaÊ w†testowanych aplikacjach, - zestaw z³¹cz, na ktÛre wyprowadzono wszystkie sygna³y systemowe oraz wejúcie i†wyjúcie generatora wzorcowego, - 2Mb pamiÍÊ Flash z†szeregowym interfejsem SPI, ktÛr¹ moøna wykorzystaÊ do przechowywania danych aplikacji, - 8 podstawek (8-, 20-, 28- i†40-wyprowadzeniowych), ktÛre moøna wykorzystaÊ jako z³¹cza dla mikrokontrolera stosowanego w†aplikacji, a†takøe do programowania mikrokontrolerÛw. Dostosowanie konfiguracji zestawu do potrzeb testowanej aplikacji umoøliwia szereg z³¹cz szpilkowych oraz kilka kabli po³¹czeniowych dostarczanych w†zestawie, za pomoc¹ ktÛrych moøna do³¹czyÊ peryferie do mikrokontrolera. Konstruktorzy zestawu, aby zaoszczÍdziÊ k³opotÛw jego uøytkownikom, wydzielili za pomoc¹ wyraünego opisu na p³ytce pole podstawek oraz z³¹cz do programowania ISP (ang. In System Program-

o zupe³nie nowej architekturze na ustabilizowanym od lat rynku wymaga³o ogromnego zaangaøowania ze strony producenta. Zalety uk³adÛw AVR szybko docenili projektanci, ci¹gle wspierani przez Atmela nowymi narzÍdziami. Jedno z†nich - starter kit STK500 - przedstawiamy w†artykule.

Elektronika Praktyczna 4/2001

S P R Z Ę T ming). Kolorowymi prostok¹tami przyporz¹dkowano podstawki do odpowiednich z³¹cz, natomiast wspÛlne dla wszystkich podstawek fragmenty zestawu opisano tekstem odnosz¹cym siÍ do spe³nianych przez nie funkcji. Na p³ytce drukowanej zestawu producent umieúci³ takøe zasilacz stabilizowany z†mostkiem prostowniczym na wejúciu oraz stabilizatory podwyøszonego do 12V napiÍcia, ktÛre jest niezbÍdne dla jednego z†obs³ugiwanych przez zestaw trybÛw programowania pamiÍci programu mikrokontrolerÛw. Ze wzglÍdu na stosunkowo niewielk¹ pojemnoúÊ kondensatora filtruj¹cego na wyjúciu mostka (wejúciu stabilizatora) (zaledwie 100µF), nie jest zalecane zasilanie zestawu bezpoúrednio z†wyjúcia transformatora sieciowego, poniewaø tÍtnienia napiÍcia zasilaj¹cego mog¹ uniemoøliwiÊ poprawn¹ pracÍ mikrokontrolera. Niestety, odpowiedni zasilacz sieciowy nie wchodzi w†sk³ad zestawu. Producent przygotowa³ dla zestawu doskona³¹ dokumentacjÍ (drukowan¹!), w†ktÛrej krok po kroku opisano wszystkie moøliwe warianty konfiguracji zestawu. Opisy uzupe³niono zdjÍciami, na ktÛrych w†powiÍkszeniu pokazano pod³¹czenia wybranych modu³Ûw peryferyjnych. W†dokumentacji dok³adnie omÛwiono takøe dwa moøliwe sposoby programowania mikrokontrolerÛw: ISP i†rÛwnoleg³e (wysokonapiÍciowe).

årodowisko programowe Uzupe³nieniem drukowanej dokumentacji zestawu jest katalog podzespo³Ûw firmy Atmel dostarczany na p³ycie CD-ROM. Znajduje siÍ na niej m.in. pakiet narzÍdziowy IDE (ang. Integrated Development Environment) z AVR-Studio w†wersji 3.21 (rys. 1). Za pomoc¹ tego programu moøna programowaÊ i†odczytywaÊ zawartoúÊ pamiÍci wybranych

Elektronika Praktyczna 4/2001

Rys. 1. mikrokontrolerÛw poprzez z³¹cze szeregowe (STK500 pracuje jak standardowy programator), moøna takøe edytowaÊ i†modyfikowaÊ rejestr sygnatury, a†takøe zdalnie modyfikowaÊ parametry pracy: napiÍcie zasilania i†czÍstotliwoúÊ taktowania. W†AVRStudio zintegrowano takøe kompilator asemblera oraz prosty system usuwania b³ÍdÛw z programu. AVRStudio jest bezp³atnie udostÍpniane przez firmÍ Atmel i†doúÊ regularnie pojawiaj¹ siÍ w†Internecie jego nowe wersje.

Podsumowanie Po raz pierwszy na ³amach EP opisujemy zestaw narzÍdziowy produkowany przez firmÍ Atmel i†muszÍ przyznaÊ, øe testy potwierdzi³y pierwsze wraøenia. Doskonale przygotowana czÍúÊ ìelektronicznaî zestawu i†jej walory dydaktyczne mog¹ byÊ wzorem dla innych producentÛw. Takøe przejrzysta i†logicznie u³oøona dokumentacja (niestety tylko w†jÍzyku angielskim) zachÍca do zag³Íbienia siÍ w†tajniki AVR-Ûw.

Jedynym - za to moim zdaniem dokuczliwym - niedoci¹gniÍciem jest brak w†zestawie zasilacza sieciowego, przecieø niezbyt kosztownego. Tomasz Paszkiewicz, AVT Prezentowany w†artykule zestaw udostÍpni³a redakcji firma JMElektronik, tel. (0-32) 339-69-00, www.jm.pl. Dodatkowe informacje o†zestawie moøna znaleüÊ na p³ycie CD-EP04/ 2001B w†katalogu \STK500 oraz w†Internecie: - informacje o†procesorach AVR: http://www.atmel.com/atmel/products/prod23.htm, - wybÛr not katalogowych mikrokontrolerÛw: http://www.atmel.com/atmel/products/prod200.htm, - informacje o†zestawach narzÍdziowych: http://www.atmel.com/atmel/ products/prod202.htm. - program AVR Studio 3: ftp:// www.atmel.com/pub/atmel/astudio3.exe.

51

S P R Z Ę T

Oni naprawdê potrafi¹... W†artykule przedstawiamy kolejny programator produkowany przez s³owack¹ firmÍ Elnec: PREPROM-02aLV. Testy przeprowadzone w†redakcyjnym laboratorium dowiod³y, øe konstruktorzy tej firmy doskonale znaj¹ siÍ na rzeczy i†oferuj¹ urz¹dzenia charakteryzuj¹ce siÍ ogromnymi walorami uøytkowymi, przy umiarkowanej cenie.

PREPROM−02aLV

Przenośny programator uniwersalny Ze wzglÍdu na swoje wymiary programator PREPROM-02aLV doskonale nadaje siÍ zarÛwno do stosowania w†laboratorium, jak i†w†ìterenieî, np. podczas prac serwisowych. Urz¹dzenie umoøliwia: - programowanie 8-bitowych pamiÍci EPROM (nawet 2708!), NVRAM, EEPROM i†Flash, takøe z†interfejsem szeregowym, - testowanie pamiÍci SRAM, - po zastosowaniu dodatkowych adapterÛw programowanie mikrokontrolerÛw (m.in. MCS48, MCS51

Rys. 1.

54

i†pochodnych, AVR, PIC12/14/16, kilku mikrokontrolerÛw Hitachi, NEC-a i†Toshiby), pamiÍci EEPROM typu MDA2061/2062, 16-bitowych pamiÍci EPROM, a†takøe programowanie uk³adÛw GAL16/ 20/22V, GAL6001 i†GAL6002. Za pomoc¹ prezentowanego programatora moøna takøe programowaÊ niestandardowe pamiÍci szeregowe firmy Xicor (X84xxx), Pioneer oraz Rohm, programowany termostat DS1620 firmy Dallas, szeregowe konfiguratory dla uk³adÛw FPGA firmy

Atmel, a†takøe generatory ci¹gÛw liczbowych do cyfrowych kluczy HCS firmy Microchip. Tak wiÍc, wybÛr uk³adÛw jest bardzo duøy i†wyraünie zoptymalizowany pod k¹tem zastosowaÒ serwisowych. Wad¹ programatora jest koniecznoúÊ zakupienia wielu dodatkowych adapterÛw, ktÛre s¹ niezbÍdne do wykorzystania wszystkich jego moøliwoúci. Bior¹c jednak pod uwagÍ, øe w†wiÍkszoúci typowych przypadkÛw w†pracach laboratoryjnych wykorzystuje siÍ tylko kilka typÛw

Rys. 2.

Elektronika Praktyczna 4/2001

S P R Z Ę T

Rys. 3. uk³adÛw moøe siÍ okazaÊ, øe moøna siÍ obyÊ bez dodatkowych adapterÛw lub w†zupe³noúci wystarczy jeden. O†ile podobn¹ do PREPROMa02aLV listÍ obs³ugiwanych uk³adÛw moøna znaleüÊ w†wielu innych programatorach, to rzadko spotykan¹ moøliwoúci¹, zw³aszcza w†tej klasie urz¹dzeÒ, jest obs³uga uk³adÛw niskonapiÍciowych. W†odrÛønieniu od wiÍkszoúci dostÍpnych na rynku programatorÛw, takøe napiÍcie zasilaj¹ce porty I/O jest programowane, a†jego najmniejsza wartoúÊ wynosi 1,8V. DziÍki temu moøna programowaÊ i†testowaÊ uk³ady zasilane napiÍciem ok. 2V. Programator PREPROG-02aLV jest standardowo wyposaøony w†podstawkÍ ZIF32, ale producent oferuje szereg dodatkowych adapterÛw umoøliwiaj¹cych programowanie uk³adÛw montowanych w†praktycznie dowolnych obudowach (takøe SMD). W†klasyczny (dla Elneca) sposÛb podstawka ZIF jest chroniona przed zakurzeniem: w†sk³ad zestawu dostarczanego uøytkownikowi wchodzi niewielka metalowa przykrywka s³uø¹ca do zas³oniÍcia podstawki podczas przerw w†eksploatacji programatora. W†sk³ad zestawu wchodzi takøe specjalna podstawka s³uø¹ca do diagnostyki programatora. ProcedurÍ autokalibracji uruchamia siÍ za pomoc¹ programu steruj¹cego prac¹ programatora (rys. 1). W†razie wykrycia istotnych odchy³ek parametrÛw sygna³Ûw podawanych na wej-

W skład zestawu wchodzą: ✗ ✗ ✗ ✗ ✗ ✗ ✗

programator PREPROM−02aLV kabel połączeniowy, zasilacz sieciowy, podstawka do autokalibracji, instrukcja obsługi, dyskietki 3,5" z oprogramowaniem, karty zgłoszeniowe: do usługi AlgOR i reklamacyjna.

Elektronika Praktyczna 4/2001

Rys. 4. úcia programowanych uk³adÛw programator samoczynnie je koryguje, dziÍki czemu okres niezawodnej eksploatacji urz¹dzenia znacznie siÍ wyd³uøa (producent udziela 3-letniej gwarancji na programator). Prac¹ programatora steruje komputer PC poprzez standardowe z³¹cze Centronics. Do tego celu jest oczywiúcie niezbÍdne oprogramowanie, ktÛre Elnec przygotowa³ w†dwÛch wersjach: dla DOS i†wszystkich wersji 32-bitowych Windows (NT4/Me/ 95/98/2000). Program PG4UW jest uniwersalnym úrodowiskiem dla wszystkich programatorÛw Elneca, dziÍki czemu uøytkownik zaznajomiony z†jednym z†urz¹dzeÒ tej firmy nie musi siÍ oswajaÊ z†nowym oprogramowaniem. Program po uruchomieniu automatycznie wykrywa numer portu i†typ do³¹czonego do niego urz¹dzenia (rys. 2), dostosowuj¹c do niego opcje w†menu. Moøliwoúci programu PG4UW s¹ doúÊ duøe: oprÛcz automatycznej serializacji programowanych uk³adÛw (rys. 3), detekcji typu programowanej pamiÍci, konfigurowalnej statystyki programowania program wyposaøono w†edytor zawartoúci bufora (rys. 4). Przydatnymi funkcjami s¹ takøe: wype³nianie bufora liczbami losowymi oraz wyúwietlanie jego zawartoúci w†postaci 8†lub 16-bitowej. Niebagatelnym atutem oprogramowania dostarczanego przez firmÍ Elnec jest jego regularne ìodúwieøanieî, dziÍki czemu lista obs³ugiwanych przez programator uk³adÛw ci¹gle siÍ rozwija. Elnec jest jednym z†niewielu na úwiecie producentÛw programatorÛw, ktÛry przewiduje moøliwoúÊ opracowania ì³atyî z†al-

gorytmem dla nietypowych lub rzadko stosowanych uk³adÛw. Procedura ta nosi nazwÍ AlgOR, co oznacza Algorithms On Request. Us³uga AlgOR jest bezp³atna, ale objÍta drobnymi zastrzeøeniami ze strony producenta. Dotycz¹ one przede wszystkim fizycznej moøliwoúci implementacji algorytmu w†programatorze. Wyposaøenie zestawu jest bogate, poniewaø oprÛcz programatora, oprogramowania i†podstawowej dokumentacji producent dostarcza takøe zasilacz sieciowy, podstawkÍ kalibracyjn¹ oraz kabel po³¹czeniowy ze z³¹czami DB25. Dokumentacja jest przejrzysta i†zawiera wszystkie informacje u³atwiaj¹ce pos³ugiwanie siÍ programatorem. Jej jedyn¹ wad¹ (?) jest brak polskiej wersji jÍzykowej, co dotyczy rÛwnieø programu steruj¹cego. Andrzej Gawryluk, AVT Prezentowany w†artykule programator udostÍpni³a redakcji firma Eurodis, tel. (0-71) 367-57-41, www.eurodis.com.pl. Najnowsze wersje programÛw steruj¹cych do urz¹dzeÒ firmy Elnec opublikowaliúmy na p³ycie CD-EP3/ 2001B. Dodatkowe informacje o†wyrobach firmy Elnec s¹ dostÍpne w†Internecie, pod adresem: - http://www.elnec.com/pr02lvuk.htm (opis programatora), - http://www.elnec.com/algor_uk.htm (informacje o†procedurze AlgOR), - http://www.elnec.com/sw/ sw____uk.htm (informacje o†nowych wersjach oprogramowania).

55

S P R Z Ę T Przyzwyczailiúmy siÍ juø do bogatego asortymentu multimetrÛw wúrÛd ktÛrych moøna znaleüÊ zarÛwno mierniki za 20 z³otych, jak i†precyzyjne przyrz¹dy laboratoryjne za kilkanaúcie tysiÍcy z³otych. Mimo tego producenci ci¹gle wprowadzaj¹ na rynek coraz to nowsze urz¹dzenia, ktÛre zazwyczaj s¹ taÒsze i†do tego bardziej funkcjonalne od poprzednikÛw. Kolejn¹ nowoúÊ przedstawiamy w†artykule.

BM859CF Multimetr nie byle jaki BM859CF jest multimetrem o†klasycznym (dla wspÛ³czesnej klasy úredniej) zestawie funkcji pomiarowych. OprÛcz pomiaru napiÍcia i†pr¹du sta³ego i†zmiennego (oczywiúcie, takøe TrueRMS do 100kHz), pojemnoúci, rezystancji i†napiÍcia progowego z³¹cz pÛ³przewodnikowych (z akustycznym testerem zwarÊ) za pomoc¹ BM859CF moøna mierzyÊ takøe czÍstotliwoúÊ i†wype³nienie impulsÛw prostok¹tnych TTL, czÍstotliwoúÊ sygna³Ûw sinusoidalnych, a†takøe temperaturÍ za pomoc¹ zewnÍtrznych czujnikÛw termoz³¹czowych (w dwÛch niezaleønych miejscach). W†tym miejscu moøna zapytaÊ, cÛø interesuj¹cego jest w†mierniku BM859CF, ktÛry umoøliwia pomiary tych samych parametrÛw, co wiÍkszoúÊ innych przyrz¹dÛw dostÍpnych na rynku? Najwaøniejsz¹ przewag¹ tego multimetru nad konkurencj¹ jest bazowa dok³adnoúÊ na zakresie DCV wynosz¹ca 0,02% oraz duøa rozdzielczoúÊ odczytu: maksymalnie aø 5 4/ 5

Standardowe wyposażenie BM859CF: ✓ termoparowa sonda temperaturowa z wtykiem pomiarowym, ✓ antyudarowa obudowa (holster) z tworzywa sztucznego, ✓ kable pomiarowe, ✓ bateria, ✓ instrukcja.

Podstawowe zakresy pomiarowe BM859CF (zakresy: minimalny..maksymalny): ✗ ✗ ✗ ✗ ✗ ✗ ✗ ✗ ✗ ✗ ✗

pomiar napięcia DC: 500mV..1000V, pomiar napięcia AC/AC+DC: 500mV..1000V, pomiar prądu DC: 500µA..10A, pomiar prądu AC/AC+DC: 500µA..10A, pomiar rezystancji: 500Ω..50MΩ, pomiar pojemności: 50nF..9999µF, pomiar częstotliwości sygnału sinusoidalnego: 5Hz..200kHz, pomiar częstotliwości sygnału prostokątnego: 5Hz..2MHz, pomiar współczynnika wypełnienia: 0,1..99,99%, pomiar temperatury: −50..+1000oC/−58..+1832 oF, napięcie testowe dla złącz półprzewodnikowych: 3,5V.

56

cyfry, co pozwala podczas pomiaru napiÍcia lub pr¹du wyúwietliÊ liczbÍ 500000, a†podczas pomiaru czÍstotliwoúci nawet 999999! Pomimo tak wysokiej rozdzielczoúci czas konwersji A/C jest stosunkowo krÛtki i†nie przekracza 0,8 sekundy. W†przypadku, kiedy procedura pomiarowa wymaga zwiÍkszenia liczby odczytÛw w†jednostce czasu, multimetr moøna prze³¹czyÊ w†tryb obniøonej rozdzielczoúci (do 4 4/5 cyfry). W†tym trybie pracy stan wyúwietlacza jest uaktualniany 5 razy w†ci¹gu sekundy. Wskazania wyúwietlacza cyfrowego uzupe³nia szybki 42segmentowy bargraf, ktÛrego wskazania s¹ uaktualniane 60 razy na sekundÍ, niezaleønie od trybu pracy wyúwietlacza cyfrowego. Kolejn¹, niebanaln¹ w³aúciwoúci¹ prezentowanego miernika jest moøliwoúÊ monitorowania pÍtli pr¹dowej 4..20mA, podczas mierzenia ktÛrej wyúwietlana jest wartoúÊ pr¹du w†procentach ca³ego zakresu (czyli 16mA). Funkcja ta jest szczegÛlnie przydatna w†serwisie aparatury przemys³owej. Warto teø podkreúliÊ stopieÒ zabezpieczenia wejúÊ pomiarowych przed przepiÍciami i stanami nieustalonymi do 8kV (1,2/50µs) SURGE. Ponadto zakresy pr¹dowe s¹ chronione bezpiecznikami 1A/600V i 15A/1000V. Pozosta³e zakresy, ³¹cznie z pomiarem pojemnoúci i temperatury, s¹ zabezpieczone do 1050Vsk /1450Vp-p . Miernik wyposaøono takøe w†kilka funkcji pomocniczych, ktÛre znacznie zwiÍkszaj¹ walory uøytkowe multimetru. W†przypadku prowadzenia pomiarÛw wzglÍdnych (z okreúlon¹ przez uøytkownika wartoúci¹ referencyjn¹) moøna wykorzystaÊ przyrostowy tryb wyúwietlania. Wyniki prowadzonych pomiarÛw moøna w†trybie Record monitorowaÊ, dziÍki czemu przekroczenie przez zmierzon¹ wartoúÊ poprzednich progÛw: minimalnego lub maksymalnego jest sygnalizowane sygna³em akustycznym. Interesuj¹co prezen-

tuj¹ siÍ moøliwoúci ìzatrzymaniaî wynikÛw na wyúwietlaczu, dostÍpne s¹ dwa podstawowe tryby dzia³ania funkcji Hold: - standardowy, polegaj¹cy na rÍcznym zamroøeniu odczytu do czasu ponownego wciúniÍcia przycisku Hold, - inteligentny, polegaj¹cy na zamroøeniu odczytu tylko prÛbek o†najwiÍkszych lub najmniejszych wartoúciach (CrestHold). Wyúwietlacz jest podúwietlany za pomoc¹ diod LED. DziÍki rozbudowanym opisom umieszczonym na wyúwietlaczu wskazania przyrz¹du s¹ zawsze bardzo czytelne i†nie zmuszaj¹ uøytkownika do ich interpretowania. Multimetr BM859CF wyposaøono w†asynchroniczny interfejs szeregowy z†optoizolacj¹. Specjalny kabel z†konwerterem oraz oprogramowanie umoøliwiaj¹ przesy³anie wynikÛw pomiarÛw do PC i†ich rejestracjÍ lub wyúwietlanie w†postaci cyfrowej lub analogowej. Niestety, podczas testÛw multimetru oprogramowanie nie by³o jeszcze dostÍpne w†sprzedaøy. Pomimo bogatego wyposaøenia obs³uga przyrz¹du jest ma³o skomplikowana, a†to dziÍki dobrze przemyúlanej 8-przyciskowej klawiaturze i†prze³¹cznikowi obrotowemu, ktÛry s³uøy do wybrania funkcji. Podsumowuj¹c wraøenia z†3-tygodniowych testÛw w†redakcyjnym laboratorium, mogÍ stwierdziÊ, øe BM859CF doskonale spe³ni³ stawiane przed nim wymagania. Nie wyst¹pi³y øadne problemy zwi¹zane z†jakoúci¹ wykonania przyrz¹du, a†weryfikacja wynikÛw pomiarÛw w†odniesieniu do multimetru Agilent 974A wykaza³a, øe rÛønice nie s¹ zbyt wielkie. Miernik posiada zatwierdzenie typu wydane przez G³Ûwny Urz¹d Miar. Piotr Zbysiñski, AVT [email protected] Prezentowany w†artykule multimetr udostÍpni³a redakcji firma Biall, tel. (058) 322-11-91, www.biall.com.pl.

Elektronika Praktyczna 4/2001

S P R Z Ę T

Oscyloskop HS-801 holenderskiej firmy TiePie jest doskona³ym przyk³adem szybkiego postÍpu w†dziedzinie wirtualnych przyrz¹dÛw pomiarowych. Poniewaø nowoczesne przyrz¹dy pomiarowe ciesz¹ siÍ na naszym rynku coraz wiÍkszym zainteresowaniem, to chcemy go Czytelnikom EP nieco przybliøyÊ.

Oscyloskop z dodatkami

HS-801 firmy TiePie jest dwukana³owym przyrz¹dem pomiarowym, ktÛry wraz z†towarzysz¹cym, úwietnie dopracowanym oprogramowaniem moøe byÊ uøywany jako oscyloskop, analizator widma, woltomierz czy teø rejestrator sygna³Ûw. Urz¹dzenie oparte jest o†8-bitowy przetwornik ADC umoøliwiaj¹cy prÛbkowanie badanych sygna³Ûw z†maksymaln¹ czÍstotliwoúci¹ 100MHz dla jednego kana³u lub 50MHz dla dwÛch kana³Ûw pracuj¹cych jednoczeúnie. Pozosta³e parametry przyrz¹du powinny chyba zadowoliÊ rÛwnieø bardziej wymagaj¹cych uøytkownikÛw.

mi 1:1 i†1:10. Wbudowany zasilacz zapewnia prawid³ow¹ pracÍ w†zakresie nap i Í Ê 90..260VAC, a†takøe 12..24VDC. Odpowiednie gniazda przy³¹czeniowe wraz z†w³¹cznikiem zasilania znajduj¹ siÍ na tylnej úciance przyrz¹du. Z†ty³u znajduje siÍ takøe wejúcie wyzwalania zewnÍtrznego (BNC) oraz gniazdo kabla ³¹cz¹cego przyrz¹d z†portem drukarkowym komputera. Na úciance przedniej znajduj¹ siÍ jedynie trzy z³¹cza BNC stanowi¹ce wejúcia kana³Ûw CH1, CH2 i wyjúcie generatora arbitralnego oraz sygnalizuj¹ca w³¹czenie zasilania dioda LED.

Pierwsze wraøenia

Oprogramowanie

Wygl¹d zewnÍtrzny HS801 od razu sugeruje, øe przyrz¹d zaprojektowali profesjonaliúci. Jego funkcjonalnoúÊ zapewniaj¹ nie tylko niewielkie wymiary (65x275x170mm), ale takøe takie szczegÛ³y jak odpowiednia d³ugoúÊ kabla ³¹cz¹cego przyrz¹d z†komputerem czy porz¹dnie wykonane sondy pomiarowe z†wbudowanymi dzielnika-

Program steruj¹cy prac¹ przyrz¹du wyposaøono w†dobrze przemyúlany i†funkcjonalnie dopracowany interfejs uøytkownika. Wymagania jakie powinien spe³niaÊ komputer, aby poradziÊ sobie z†aplikacj¹ s¹ naprawdÍ niewielkie. Producent zapewnia, øe wystarcza komputer wyposaøony w†procesor 486 i†8MB pamiÍci RAM. årodowisko jest w³aúciwie obojÍtne, to znaczy moøe to byÊ jeden z†systemÛw Windows 3.xx/95/98/ NT, a†nawet DOS w†wersji

Rys. 1.

66

3.3 lub wyøszej. Po zainstalowaniu oprogramowania i†uruchomieniu aplikacji o†nazwie TiePieSCOPE HS801 jest wyúwietlane okno steruj¹ce (rys. 1), ktÛre zawiera menu, za pomoc¹ ktÛrego moøemy uaktywniÊ kaødy z†czterech dostÍpnych przyrz¹dÛw pomiarowych, ìdobraÊ siÍî do ogÛlnych ustawieÒ programu czy uruchomiÊ pomoc.

Oscyloskop Oscyloskop, ze wzglÍdu na szerokie zastosowanie do analizy rÛønego rodzaju sygna³Ûw, jest chyba najbardziej uniwersalnym przyrz¹dem pomiarowym. Jego podstawo-

we parametry w†systemie HS-801 s¹ nastÍpuj¹ce: - maksymalna czÍstotliwoúÊ prÛbkowania 100MHz, - minimalna czÍstotliwoúÊ prÛbkowania 0,002Hz, - podstawa czasu 1ms/ dz...600s/dz., - zakres napiÍÊ wejúciowych 0,1V...80V, - tryb wyzwalania: CH1, CH2, zewnÍtrzny, klawiatura, - tryby pracy: CH1, CH2, CH1+CH2, CH1-CH2, CH2CH1, tryb X-Y. Urz¹dzenie uruchamiamy z†poziomu g³Ûwnego okna programu za pomoc¹ ikony oznaczonej napisem SCOPE. Uaktywnione w†ten sposÛb

Rys. 2.

Elektronika Praktyczna 4/2001

S P R Z Ę T okno oscyloskopu zbudowane jest w†typowy dla Windows sposÛb (rys. 2). DostÍp do poszczegÛlnych opcji przyrz¹du odbywa siÍ wiÍc poprzez pasek MENU oraz znajduj¹ce siÍ w†gÛrnej czÍúci okna ikony. WiÍkszoúÊ parametrÛw ustawiaÊ moøemy rÛwnieø za pomoc¹ myszy. U³atwia to oczywiúcie pracÍ z†aplikacj¹, tym bardziej, øe w†dolnej czÍúci okna znajduje siÍ automatycznie aktualizowany pasek pomocy. Odpowiednie wskazÛwki dotycz¹ce wykorzystania prawego i†lewego przycisku myszy podawane s¹ tam na bieø¹co, w†zaleønoúci od obiektu wskazywanego przez kursor. DziÍki temu i†podobnym u³atwieniom, obs³uga oscyloskopu nie powinna sprawiÊ k³opotu nawet pocz¹tkuj¹cym uøytkownikom. Oprogramowanie HS-801 pozwala na wyúwietlenie w†oknie programu wybranej kombinacji sygna³Ûw. Opcja ta jest dostÍpna jedynie w†przypadku korzystania z†dwÛch kana³Ûw jednoczeúnie. DostÍpne kombinacje wyúwietlanych sygna³Ûw s¹ nastÍpuj¹ce: Ch1+Ch2, Ch1Ch2 i†Ch2-Ch1. Odpowiednie parametry pracy oscyloskopu moøemy oczywiúcie zadaÊ rÍcznie lub wykorzystaÊ automatyczne tryby konfiguracji torÛw wejúciowych. Oscyloskop moøna wyzwalaÊ osobno z†kana³Ûw Ch1, Ch2, ürÛd³a zewnÍtrznego oraz sygna³em otrzymanym na podstawie sygna³Ûw z kana³Ûw za pomoc¹ funkcji logicznych: Ch1&Ch2, Ch1#Ch2 lub Ch1@Ch2. Moøna takøe ustaliÊ, czy wyzwalanie ma nastÍpowaÊ zboczem narastaj¹cym, opadaj¹cym, TV Line, itd. Poziom sygna³u, przy ktÛrym ma nastÍpowaÊ wyzwolenie oscyloskopu, jest ustalany za pomoc¹ dwÛch parametrÛw.

Rys. 3.

Elektronika Praktyczna 4/2001

S¹ to: poziom sygna³u, przy ktÛrym ma nastÍpowaÊ wyzwalanie, oraz poziom zmian tego sygna³u (histereza). Okreúlenie odpowiedniej wartoúci histerezy dla sygna³u wejúciowego jest szczegÛlnie istotne przy badaniu sygna³Ûw z zak³Ûceniami. Jednym z†parametrÛw dotycz¹cych wyzwalania, ktÛre moøemy modyfikowaÊ jest tzw. pretrigger. Parametr ten pozwala na dowolne ustalenie punktu 0†na osi czasu, w†ktÛrym widoczny bÍdzie efekt wyzwalania. Ma to znaczenie, jeøeli chcemy np. zaobserwowaÊ fragment przebiegu przed momentem wyzwolenia. Dopuszczalne wartoúci parametru pretrigger mog¹ byÊ wyraøone w†procentach, liczbie prÛbek lub czasie opÛünienia (rys. 3). Jedn¹ z†mocnych stron oscyloskopu HS-801 s¹ rÛønorodne moøliwoúci wizualizacji badanych przebiegÛw. Obserwowany sygna³ moøemy bowiem ³atwo powiÍkszyÊ (ikona z†symbolem lupy) lub dowolnie przeskalowaÊ. Pozwala to oczywiúcie na dok³adniejsz¹ analizÍ przebiegu. DostÍp do p³ynnej zmiany (przeskalowania osi czasu) realizowany jest za pomoc¹ poziomego paska przewijania, zlokalizowanego w†dolnej czÍúci ekranu, bezpoúrednio pod siatk¹ oscyloskopu. Przeskalowania dokonujemy poprzez rozci¹ganie lub úciskanie znajduj¹cego siÍ na pasku suwaka. W†przypadku jednoczesnego wykorzystywania dwÛch kana³Ûw, uøytkownik ma moøliwoúÊ wyboru trybu, w†jakim zostan¹ wyúwietlone na monitorze sygna³y z tych kana³Ûw. Moøliwe jest mianowicie na³oøenie na siebie przebiegÛw z†obu kana³Ûw, np. celem porÛwnania lub wyúwietlenie ich jeden nad drugim w†dowolnej kolejnoúci. Jedn¹ z†bardzo uøytecznych funkcji dostÍpnych w†oscyloskopie HS-801 jest moøliwoúÊ dodania pionowych i†poziomych linii pomiarowych (znacznikÛw) w†obszarze siatki oscyloskopu. Program automatycznie podaje po³oøenia linii (ktÛre moøemy oczywiúcie dowol-

nie zmieniaÊ) oraz wystÍpuj¹c¹ pomiÍdzy nimi rÛønicÍ czasu lub napiÍcia w zaleønoúci od tego, do ktÛrej osi (poziomej czy pionowej) te linie siÍ odnosz¹. Kolejnym atutem oscyloskopu HS-801 jest moøliwoúÊ rejestracji sygna³u na dysku komputera. Bieø¹cy przebieg moøemy ponadto szybko skopiowaÊ, zachowuj¹c jego widok bezpoúrednio w†obszarze siatki oscyloskopu. Operacja ta, wykonywana w†trakcie pomiarÛw nie powoduje ich przerwania, a†jedynie zatrzymuje widok przebiegu jaki by³ w†momencie kopiowania. Funkcja ta znakomicie u³atwia np. porÛwnywanie zmian sygna³u podczas testowania rÛønego rodzaju uk³adÛw elektronicznych. Inn¹ istotn¹ z†punktu widzenia uøytkownika funkcj¹ oscyloskopu HS-801 jest moøliwoúÊ obserwowania wartoúci úredniej mierzonego przebiegu. Aby obserwowaÊ wartoúÊ úredni¹, wystarczy wcisn¹Ê ikonkÍ sygnalizowan¹ jako AVERAGING. Dodatkowo mamy tu wp³yw na sposÛb uúredniania, a†w³aúciwie liczbÍ pomiarÛw, na podstawie ktÛrych obliczana bÍdzie wartoúÊ úrednia.

malnej wartoúci kaødej prÛbki sygna³u dla okreúlonej przez uøytkownika liczby pomiarÛw. Taki sposÛb prezentacji przebiegu zapewnia wychwycenie czÍsto trudnych do zaobserwowania zak³ÛceÒ pojawiaj¹cych siÍ losowo. TwÛrcy oprogramowania przewidzieli rÛwnieø moøliwoúÊ wydruku obserwowanych przebiegÛw. Dodatkow¹ ciekawostk¹ jest tutaj moøliwoúÊ dodania komentarzy charakteryzuj¹cych szczegÛlnie interesuj¹ce uøytkownika fragmenty przebiegu.

Analizator widma Analizator widma stanowi kolejny element systemu pomiarowego HS-801. Nie wszystkie bowiem wyniki badania uk³adu elektronicznego moøemy rozpatrywaÊ tak jak to robi oscyloskop tylko w†dziedzinie czasu. Uk³ady wszelkiego rodzaju filtrÛw, wzmacniaczy, modulatorÛw, oscylatorÛw, itp. wymagaj¹ nieco wiÍcej ìzachoduî i†najlepiej charakteryzowaÊ je w†dziedzinie czÍstotliwoúci. Analizator widma dostarczony z†systemem HS-801 do obrÛbki sygna³u stosuje szybk¹ transformatÍ Fouriera (FFT). Okno analizatora pokazano na

Rys. 4. Uøytkownicy, ktÛrzy chcieliby zaobserwowaÊ rÛønego rodzaju zak³Ûcenia pojawiaj¹ce siÍ w†badanym przebiegu powinni zwrÛciÊ uwagÍ na wyúwietlanie w†trybie envelope. Polega on na zapamiÍtaniu i†wyúwietlaniu na monitorze maksymalnej i†mini-

rys. 4. Jak widaÊ, przedstawia ono widmo sygna³u w†postaci wykresu amplitudy w†funkcji czÍstotliwoúci. Urz¹dzenie daje jednak wiele innych moøliwoúci, jeúli chodzi o†prezentacjÍ wynikÛw na monitorze. Oú napiÍcia moøemy wyúwietliÊ

67

S P R Z Ę T cie otrzymane przebiegi moøemy dowolnie powiÍkszaÊ, skalowaÊ i†przesuwaÊ juø po zakoÒczeniu pomiarÛw.

Multimetr

Rys. 5. w†skali logarytmicznej lub liniowej. To samo dotyczy poziomej osi czÍstotliwoúci, ktÛra moøe byÊ interpretowana jako liniowa, logarytmiczna lub oktawowa (zwyk³a lub tercjowa). Podobnie jak w†przypadku oscyloskopu, mamy tu do dyspozycji dwa niezaleøne kana³y, ktÛre mog¹ byÊ prezentowane jednoczeúnie b¹dü pojedynczo. Takøe wszystkie opcje zwi¹zane z†powiÍkszaniem i†skalowaniem okna analizatora s¹ takie same jak dla oscyloskopu.

czas rejestracji, jak ³atwo policzyÊ, moøe dojúÊ do kilkuset dni. Przyrz¹d nadaje siÍ wiÍc idealnie do akwizycji sygna³Ûw nie tylko krÛtkotrwa³ych, ale takøe wolnozmiennych, takich jak odpowiadaj¹cych temperaturze czy ciÍøarowi. W†systemie dostÍpnych jest bowiem

Multimetr jest kolejn¹ funkcj¹ udostÍpnion¹ przez oprogramowanie HS-801 (rys. 6). Moøe on byÊ uruchamiany w†dowolnym momencie pracy z†aplikacj¹ i†obs³ugiwaÊ jednoczeúnie dwa kana³y. W†zaleønoúci od ustawieÒ, o†ktÛrych decyduje uøytkownik, pozwala na wyúwietlenie jednego lub wiÍkszej liczby parametrÛw charakteryzuj¹cych mierzony sygna³. Do wyboru mamy np.: True RMS, Peak-Peak, Mean, Max, Min, Moment value, dB, Power - razem oko³o 12 rÛønych parametrÛw. Dodatkowo moøliwe jest wykonywanie pomiarÛw konfigurowanych, na przyk³ad rÛønicy pomiÍdzy wartoúciami úrednimi napiÍÊ w obu kana³ach itp.

Rejestrator danych Rejestrator danych jest kolejnym modu³em, jaki obok oscyloskopu i†analizatora widma mamy do dyspozycji w†systemie HS-801. Ten fragment oprogramowania pozwala na rejestracjÍ zmian napiÍcia wejúciowego w†funkcji czasu w†celu pÛüniejszej analizy wynikÛw. Oczywiúcie, tak jak w†poprzednich modu³ach mamy tu do dyspozycji dwa kana³y, ktÛre mog¹ byÊ rejestrowane i†prezentowane jednoczeúnie lub pojedynczo. Okno rejestratora pokazano na rys. 5. Podstawowymi parametrami, ktÛre bezpoúrednio wp³ywaj¹ na sposÛb pracy rejestratora s¹: czÍstotliwoúÊ prÛbkowania, liczba prÛbek, ktÛra zostanie zarejestrowana w†trakcie pomiarÛw oraz ca³kowity czas rejestracji. System zapewnia wykonanie do 32760 prÛbek z†odstÍpem czasowym w†granicach od 0,01s do 500s. Ca³kowity

68

Rys. 6. wiele jednostek, nie tylko elektrycznych, takich jak si³y, ciÍøaru, k¹ta itp., w†ktÛrych wyskalowaÊ moøemy pionow¹ oú napiÍcia. SzczegÛlnie uøyteczna, jeúli chodzi o†rejestracjÍ przebiegÛw wolnozmiennych, jest moøliwoúÊ wyskalowania osi poziomej w†jednostkach czasu rzeczywistego. Wykorzystanie tej opcji pozwala natychmiast okreúliÊ moment wyst¹pienia (dok³adn¹ datÍ i†czas) okreúlonych zmian sygna³u w†przebiegu rejestrowanym na przyk³ad przez dwa tygodnie. Pewn¹ wad¹ rejestratora jest to, øe podczas pracy nie da siÍ modyfikowaÊ jego ustawieÒ, poniewaø wiÍkszoúÊ elementÛw steruj¹cych jest nieaktywna. Na szczÍú-

Dok³adnoúÊ pomiarÛw multimetru zapewniaj¹ funkcje automatycznej zmiany zakresu pomiarowego oraz automatycznego dostosowania czÍstotliwoúci prÛbkowania przyrz¹du w†zaleønoúci od czÍstotliwoúci mierzonego sygna³u. Wyúwietlanie realizowane jest w†sposÛb cyfrowy, a†czytelnoúÊ otrzymywanych wynikÛw poprawiaj¹ bargrafy.

zaleønie od oscyloskopu, analizatora czy multimetru. Za pomoc¹ odpowiednich przyciskÛw i†suwakÛw programowych moøna ustaliÊ wszystkie parametry generowanego sygna³u, a†wiÍc: kszta³t, czÍstotliwoúÊ, amplitudÍ, symetriÍ i†offset. Do wyboru mamy nastÍpuj¹ce kszta³ty sygna³Ûw: sinus, pi³Í, prostok¹t, DC i†îbia³y szumî. CzÍstotliwoúÊ sygna³u generowanego moøemy natomiast p³ynnie regulowaÊ w†kaødym z†piÍciu podzakresÛw w†granicach od 0,2Hz do 2MHz. Okno generatora wyposaøone jest dodatkowo w†rodzaj podgl¹du, na ktÛrym graficznie odzwierciedlany jest kszta³t sygna³u wyjúciowego. Tutaj podawane s¹ rÛwnieø wszystkie parametry dotycz¹ce tego sygna³u, a†wiÍc czÍstotliwoúÊ, amplituda, symetria i†offset.

Podsumowanie System HS-801 jest doskona³ym przyk³adem wspÛ³czesnego, wirtualnego narzÍdzia, ktÛre moøe rozwi¹zaÊ prawie kaødy problem pomiarowy. Szereg u³atwiaj¹cych pracÍ funkcji, takich jak autosetup sprawia, øe uøytkownik nie musi w³aúciwie martwiÊ siÍ o†wybieranie zakresÛw pomiarowych i†moøe úledziÊ sygna³ w†sposÛb ci¹g³y. Szybki dostÍp do waøniejszych funkcji poszczegÛlnych modu³Ûw poprzez klawisze funkcyjne zdecydowanie poprawia komunikacjÍ z†aplikacj¹. Zintegrowany w†systemie generator dodatkowo podnosi walory funkcjonalne systemu. RK Prezentowane w†artykule urz¹dzenie udostÍpni³a redakcji firma RK-System, tel. (0-22) 724-30-39, www.rksystem.com.pl.

Generator Generator funkcyjny (rys. 7), w†ktÛry wyposaøony jest HS-801 zdecydowanie podnosi walory uøytkowe systemu, rozszerzaj¹c jednoczeúnie zakres jego zastosowaÒ. Generator moøe bowiem byÊ wykorzystywany jako zupe³nie odrÍbne urz¹dzenie, nie-

Rys. 7.

Elektronika Praktyczna 4/2001

S P R Z Ę T

Analog Devices rozwija rodzinÍ mikrokontrolerÛw zintegrowanych z†precyzyjnymi peryferiami analogowymi. Jako pierwszy pojawi³ siÍ na rynku uk³ad ADuC812, od niedawna dostÍpne s¹ dwa kolejne: ADuC816 i†ADuC824. W†ADuC824 projektanci Analog Devices wbudowali m.in. 24-bitowy przetwornik A/C - rzecz niespotykana w†uk³adach mog¹cych stanowiÊ konkurencjÍ. Do faktu, øe Analog Devices ìod zawszeî lideruje na rynku uk³adÛw analogowych zd¹øyliúmy siÍ przyzwyczaiÊ. Nieco zaskakuj¹ce s¹ postÍpy, jakie czyni ta firma na rynku mikrokontrolerÛw zintegrowanych z†precyzyjnymi peryferiami analogowymi (mikrokonwertery ). SzczegÛlnie duøy nacisk po³oøono na zintegrowanie z†rdzeniem klasycznego mikrokontrolera (bo mikrokonwertery to '52 z†pamiÍci¹ Flash!) przetwornikÛw A/ C i†C/A o†wysokiej jakoúci i†moøliwie duøej rozdzielczoúci. Ze wzglÍdu na specyfikÍ otoczenia w†jakim przetworniki maj¹ pracowaÊ Analog Devices nie po³oøy³ zbytniego nacisku na zwiÍkszanie szybkoúci ich pracy, skupiaj¹c siÍ na maksymalizacji dok³adnoúci przetwarzania. Wprowadzaj¹c na rynek mikrokonwertery Analog Devices stworzy³ nowy rodzaj mikrokontrolerÛw doskonale dopasowanych do wymagaÒ aplikacji pomiarowych, szczegÛlnie nowej klasy inteligentnych czujnikÛw pomiarowych (opisanych w†zaleceniach IEEE1451.2). Wyposaøenie mikrokontrolera w†reprogramowaln¹ pamiÍÊ programu i†danych typu Flash z†moøliwoúci¹ programowania jej w†systemie powoduje, øe dostosowanie parametrÛw, czy teø sposobu obrÛbki

Rys. 1.

70

wynikÛw prowadzonych pomiarÛw do wymagaÒ aplikacji moøna przeprowadzaÊ wielokrotnie i†do tego zdalnie.

Zestaw uruchomieniowy Kilka tygodni temu Analog Devices wprowadzi³ do produkcji dwa nowe mikrokonwertery - ADuC816 i†ADuC824 - jednoczeúnie udostÍpniaj¹c narzÍdzia uruchomieniowe w†postaci starter kitÛw. W†sk³ad zestawÛw, oprÛcz p³ytki z†mikrokontrolerem i†jego otoczenia (najwaøniejsze jego elementy to konwerter napiÍciowy RS232<->TTL, zasilacz ze stabilizatorem, zewnÍtrzna pamiÍÊ programu i†czujnik temperatury wykorzystywany do demonstracji dzia³ania zestawu), wchodzi zestaw programÛw narzÍdziowych, kabel RS232, zasilacz sieciowy i†dokumentacja. Budowa p³ytki drukowanej prezentowanego zestawu jest niemal identyczna z†p³ytk¹ ze starter kitu przygotowanego dla uk³adu ADuC812. W†sk³ad zestawu programÛw tworz¹cych zestaw wchodz¹: - kompilator asemblera (pracuje w†oknie DOS-owym), - debugger, za pomoc¹ ktÛrego moøna analizowaÊ przebieg dzia³ania tworzonego programu (rys. 1), - programowy symulator mikrokontrolera 8052 (rys. 2) z†obs³ug¹ wszystkich peryferiÛw charakterystycznych dla mikrokonwerterÛw, - programowy analizator WASP, s³uø¹cy do zmierzenia poziomu szumÛw wp³ywaj¹cych na jakoúÊ konwersji A/C (rys. 3). Po uruchomieniu program ten samoczynnie ³aduje odpowiedni program do pamiÍci mikrokonwertera, ktÛry definiuje sposÛb realizacji pomiarÛw testowych, - program WSD, umoøliwiaj¹cy ³adowanie programÛw w†postaci plikÛw binarnych do pamiÍci programu mikrokontrolera poprzez interfejs szeregowy (rys. 4). Tak wiÍc projektant zainteresowany poznaniem i†przetestowaniem moøliwoúci mikrokonwerterÛw dostaje w†zestawie

wszystko, co jest niezbÍdne do szybkiego rozpoczÍcia pracy. Przydatnym uzupe³nieniem zestawu by³by kompilator i†debugger C, ale stosunkowo niska cena ca³oúci usprawiedliwia brak tych narzÍdzi.

Mikrokonwertery Analog Devices rozpocz¹³ ìmikrokonwerterow¹î ekspansjÍ od uk³adÛw ADuC812, w†ktÛre wbudowano jeden 12-bitowy przetwornik A/C i†dwa 12-bitowe przetworniki C/A. NastÍpnie do produkcji wdroøono ADuC824, ktÛry jest wyposaøony w†24-bitowy i†16-bitowy przetworniki A/C, a†takøe 12-bitowy przetwornik C/A. Najnowszy cz³onek rodziny mikrokonwerterÛw ADuC816 - ma dwa 16-bitowe przetworniki A/C i†12-bitowy przetwornik C/A. Ze-

Rys. 2.

Rys. 3.

Elektronika Praktyczna 4/2001

S P R Z Ę T Tab. 1. Zestawienie podstawowych informacji o układach ADuC8xx. Parametr Liczba przetworników A/C Rozdzielczość przetworników A/C [b] Częstotliwość próbkowania [Hz] Liczba przetworników C/A Rozdzielczość przetworników C/A [b] Liczba kanałów A/C Pojemność pamięci programu Flash [kB] Pojemność pamięcią danych Flash [B] Pojemność pamięcią danych RAM [B] Liczba programowanych linii I/O Timery Watchdog Monitor napięcia zasilania Wewnętrzny czujnik temperatury UART/SPI/I2C stawienie najwaøniejszych parametrÛw i†w³aúciwoúci wszystkich mikrokonwerterÛw znajduje siÍ w†tab. 1. Na rys. 5 pokazano schemat blokowy ADuC824, ktÛry jest wewnÍtrznie niezwykle podobny do ADuC816. Nieco inn¹ budowÍ ma ADuC812, lecz obszar jego potencjalnych zastosowaÒ jest inny, przede wszystkim ze wzglÍdu na wiÍksz¹ liczbÍ wejúÊ analogowych (8) i†duø¹ szybkoúÊ pracy przetwornika A/C (czÍstotliwoúÊ prÛbkowania osi¹ga 200kHz). Uk³ady ADuC816/824 wyposaøono w†programowany generator sygna³u zegarowego z†syntezerem z†pÍtl¹ PLL, dziÍki ktÛremu wykorzystuj¹c oscylator o†czÍstotliwoúci rezonansowej 32kHz moøna uzyskaÊ wewnÍtrzn¹ czÍstotliwoúÊ taktowania do 12,58MHz (w ADuC812 taktowanie procesora jest standardowe). DziÍki takiemu rozwi¹zaniu poziom zak³ÛceÒ elektromagnetycznych generowanych przez uk³ad do otoczenia jest niewielki, co korzystnie wp³ywa m.in. na jakoúÊ przetwarzania A/C. Wszystkie uk³ady serii ADuC8xx s¹ przystosowane do zasilania napiÍciem mieszcz¹cym siÍ w†przedziale 2,7..5,5V. DziÍki wbudowanej w†uk³ad przetwornicy DC/DC zwiÍkszaj¹cej napiÍcie niezbÍdne do programowania matrycy pamiÍciowej Flash dla zapewnienia prawid³owej pracy uk³adu nie s¹ niezbÍdne øadne dodatkowe bloki zasilaj¹ce. Bior¹c do tego wszystkiego pod uwagÍ, øe ìmÛzgiemî mikrokonwerterÛw jest bogato wyposaøony w†peryferia mikrokontroler 8052 z†duø¹ pamiÍci¹ Flash, moøna wrÛøyÊ im úwietlan¹ przysz³oúÊ na wspÛ³czesnym rynku, ktÛry wymusza stosowanie rozwi¹zaÒ o†coraz bardziej eksponowanej ìinteligencjiî. Tomasz Paszkiewicz, AVT

Elektronika Praktyczna 4/2001

ADuC812 1 12 200k 2 12 8 8 640 256 32 3 + + − +/+/+

ADuC816 2 16/16 100 1 12 5 8 640 256 26 3 + + + +/+/+

ADuC824 2 24/16 100 1 12 5 8 8 640 26 3 + + + +/+/+

Prezentowany w†artykule zestaw udostÍpni³a redakcji firma Alfine, tel. (061) 820-58-11, www.alfine.com.pl. SzczegÛ³owe informacje o†uk³adach ADuC8xx i†oprogramowaniu narzÍdziowym dla nich moøna znaleüÊ na p³ycie CD-EP4/2001B oraz w†Internecie, pod adresami:

Rys. 4. - http://www.analog.com/industry/microconverter/, - http://www.analog.com/industry/microconverter/software.html. Informacje o†inteligentnych czujnikach moøna znaleüÊ w†Internecie pod adresami: - http://www.sscs.org/test/test/DATA/ S17_3.PDF, - http://grouper.ieee.org/groups/802/3/af/ public/may00/sitte_1_0500.pdf, - http://ewh.ieee.org/soc/im/report99/ tsld013.htm.

Rys. 5.

71

P R O G R A M Y

WiÍkszoúÊ elektronikÛw zaakceptowa³a fakt wykorzystywania jÍzykÛw wysokiego poziomu w†fazie tworzenia oprogramowania dla mikrokontrolerÛw stosowanych w†projektowanych urz¹dzeniach. Oczywiúcie, nie da siÍ dobrze oprogramowaÊ mikrokontrolera bez znajomoúci asemblera i†architektury stosowanego procesora, ale jÍzyki wysokiego poziomu umoøliwiaj¹ prze³amanie barier psychicznych, czÍsto wystÍpuj¹cych na pocz¹tkowym etapie przygody z†programowaniem uk³adÛw mikroprocesorowych. Poznanie asemblera i†dalsze poznawanie tajnikÛw dzia³ania procesorÛw przychodzi z†czasem, gdy wzrasta liczba projektÛw zrealizowanych z†wykorzystaniem mikroprocesorÛw. Zwykle po zrealizowaniu kilku, kilkunastu projektÛw z†poznanym procesorem projektant dochodzi do wniosku, øe w†niektÛrych sytuacjach zastosowanie innego typu procesora by³oby, delikatnie mÛwi¹c, zrÍczniejsze. DziÍki wykorzystaniu jÍzyka wysokiego poziomu moøliwe jest niemal bezbolesne przeniesienie programu do innego typu procesora. Niemal bezbolesne, gdyø kaødy program realizuje pewien algorytm w†oparciu o†dane lub sygna³y wejúciowe. NajczÍúciej zastosowany algorytm nie jest w†sposÛb krytyczny powi¹zany z†typem procesora (w projekcie zegara moøna wykorzystaÊ ten sam algorytm obliczania roku przestÍpnego niezaleønie od tego czy zastosujemy prosty procesor 8-bitowy, czy szybki, 32-bitowy procesor RISC). Natomiast zwykle okazuje siÍ, øe pewne k³opoty s¹ zwi¹zane z funkcjami wejúcia/wyjúcia oraz wykorzystaniem takich samych uk³adÛw peryferyjnych wbudowanych w†rÛøne typy mikrokontrolerÛw. Wyobraümy sobie nastÍpuj¹c¹ sytuacjÍ: na zlecenie piszemy program do czytnika kart magnetycznych, ktÛry po³¹czony z†komputerem pracuje w†ramach systemu kontroli czasu pracy. Zadanie moøna podzieliÊ na dwa etapy: odczytanie karty magnetycznej oraz przes³anie odczytanych i†zaszyfrowanych (dla bezpieczeÒstwa) danych do komputera. Realizacja zlecenia przebiega bez zak³ÛceÒ do momentu, gdy oba modu³y†testujemy oddzielnie. Niestety w†trakcie testÛw niemal gotowego urz¹dzenia okazuje siÍ, øe czas potrzebny na zaszyfrowanie danych jest tak d³ugi, øe odczytanie nastÍpnej karty jest moøliwe dopiero po 20 sekundach. Jest to sytuacja nie do przyjÍcia w†duøym zak³adzie pracy, a†algorytm szyfrowania zosta³ dostarczony przez zleceniodawcÍ, wiÍc nie moøna go zmieniÊ. W†grÍ nie wchodzi rozbudowa urz¹dzenia o†dodatkow¹ pamiÍÊ (do kolejkowania odczytanych danych) ani do³oøenie drugiego procesora, gdyø w†obudowie nie ma na to miejsca. Po rozpaczliwym poszukiwaniu wyjúcia z†tej sytuacji okazuje siÍ, øe najlepszym rozwi¹zaniem jest zastosowanie innego, silniejszego procesora, ale zbliøa siÍ termin oddania pracy, a†zastosowany w†projekcie procesor nie ma silniejszego (kompatybilnego) brata. WÛwczas, przy koniecznoúci zmiany

Rys. 1.

Elektronika Praktyczna 4/2001

Coraz wiÍksza skala integracji, coraz wiÍcej tranzystorÛw, coraz wiÍksza moc obliczeniowa, coraz wiÍcej wbudowanych w mikrokontrolery uk³adÛw - tak przez ostatnie lata wygl¹da rozwÛj mikrokomputerÛw jednouk³adowych. Z jednej strony umoøliwia to znaczne zmniejszenie wymiarÛw urz¹dzeÒ, gdyø pojedynczy uk³ad scalony moøe realizowaÊ bardzo rÛønorodne funkcje, z drugiej jednak projektant musi poúwiÍciÊ bardzo duøo czasu na poznanie moøliwoúci tak rozbudowanego uk³adu. CzÍsto dochodzi do dziwnych sytuacji, gdy obniøenie kosztÛw produkcji zwi¹zane z zastosowaniem nowoczesnego uk³adu nie powoduje obniøenia ceny koÒcowej urz¹dzenia, gdyø producent musi uwzglÍdniÊ w kalkulacji produktu koszt opracowania urz¹dzenia (a czas pracy konstruktora nie jest tani). W niektÛrych sytuacjach z pomoc¹ moøe przyjúÊ aplikacja MakeApp firmy IAR, znanej chyba kaødemu elektronikowi z produkcji wysokiej jakoúci kompilatorÛw jÍzyka C dla wielu rodzin mikroprocesorÛw. procesora (z innej rodziny), programista realizuj¹cy to zlecenie w†asemblerze pope³ni samobÛjstwo, w†lepszej sytuacji bÍdzie ten, kto program pisa³ w†jÍzyku wysokiego poziomu, a†we wzglÍdnie komfortowej sytuacji bÍdzie uøytkownik MakeApp.

Rys. 2.

Rys. 3.

Rys. 4.

MakeApp jest narzÍdziem programistycznym zdejmuj¹cym z†programisty koniecznoúÊ samodzielnego tworzenia funkcji obs³ugi uk³adÛw peryferyjnych wbudowanych w†mikrokomputery jednouk³adowe. Dodatkowo aplikacja kontroluje poprawnoúʆwybranych ustawieÒ dla tych uk³adÛw, dziÍki czemu programista uniknie sytuacji wykorzystania tych samych zasobÛw do obs³ugi rÛønych zadaÒ. MakeApp generuje kod ürÛd³owy w†jÍzyku C, przygotowany dla kompilatora IAR lub kompilatora GNU C. Aplikacja moøe wygenerowaÊ kod z†funkcjami bibliotecznymi dla najpopularniejszych procesorÛw firm: Atmel, Hitachi, Mitsubishi oraz Toshiba. Niestety, MakeApp jest†przygotowywany oddzielnie dla kaødej z†wymienionych rodzin procesorÛw. Oznacza to, øe chc¹c zapewniÊ przenoúnoúÊ programÛw miÍdzy rÛønymi rodzinami mikroprocesorÛw naleøy kupiÊ kilka licencji programu. Wersja demonstracyjna generuje kod

Rys. 5.

Rys. 6.

73

P R O G R A M Y

Rys. 8. ra) zajÍtych juø przez inny uk³ad peryferyjny bÍdzie uniemoøliwiona i†zasygnalizowana odpowiednim komunikatem (rys. 8). Po ustawieniu konfiguracji moøna wygenerowaÊ kod z†funkcjami bibliotecznymi dla wybranych uk³adÛw peryferyjnych (rys. 9). Kod ürÛd³owy wygenerowany dla procesora ìViking 1î zawiera³ oko³o 3000 linii programu. Korzystanie†z†MakeApp nie jest konieczne. Kaød¹ z†funkcji generowanych przez aplikacjÍ úrednio doúwiadczony programista moøe napisaÊ samodzielnie. Przy wiÍkszym doúwiadczeniu programista moøe rÛwnieø utworzyÊ odpowiednie biblioteki dla wielu rodzin procesorÛw. Niew¹tpliw¹ zalet¹ takiego rozwi¹zania jest doúwiadczenie zdobyte w†trakcie eksperymentÛw (bo przecieø wiÍkszoúÊ nowych funkcji bibliotecznych naleøy†sprawdziÊ w†dzia³aniu), ale kaødy powinien odpowiedzieÊ sobie na pytanie czy nie lepiej w†tym czasie realizowaÊ kolejny projekt, korzystaj¹c z†funkcji opracowanych i†przetestowanych przez profesjonalistÛw. Wbudowana w†MakeApp kontrola poprawnoúci zadanych ustawieÒ dla uk³adÛw peryferyjnych z†pewnoúci¹ zostanie doceniona w†trakcie realizacji bardziej†skomplikowanych projektÛw. Pawe³ Zbysiñski

Rys. 7. ürÛd³owy dla wirtualnego (nieistniej¹cego) procesora o†nazwie ìVikingî, ktÛrego uk³ady peryferyjne s¹ na tyle rozbudowane, øe z†³atwoúci¹ moøna oceniʆprzydatnoúÊ aplikacji. Po uruchomieniu MakeApp naleøy wybraÊ typ uk³adu docelowego (rys. 1). Okno aplikacji jest podzielone na dwie czÍúci (rys. 2). Z†lewej strony znajduj¹ siÍ cztery zak³adki: - w†zak³adce Mem (rys. 3) jest wyúwietlany aktualny stan pamiÍci mikroprocesora; - w†zak³adce Func (rys. 4) s¹ wyúwietlane nazwy funkcji, ktÛre zostan¹ wygenerowane dla aktualnie wybranych ustawieÒ uk³adÛw peryferyjnych mikroprocesora; - w†zak³adce Pins (rys. 5) s¹ wyúwietlane zadania przypisane pinom mikroprocesora dla wybranych ustawieÒ uk³adÛw peryferyjnych; - w†zak³adce Intr (rys. 6) s¹ pokazane uaktywnione ürÛd³a przerwaÒ. Prawa strona okna aplikacji zawiera graficzn¹ reprezentacjÍ mikroprocesora z†symbolami uk³adÛw peryferyjnych (rys. 2). Oczywiúcie liczba i†rodzaje dostÍpnych uk³adÛw peryferyjnych zaleø¹ od typu wy-

74

branego mikroprocesora. W†wersji demonstracyjnej ìprocesorî ìViking 1î udostÍpnia miÍdzy innymi uk³ad watchdoga, przetworniki A/C i†C/A, interfejs do komunikacji szeregowej, uk³ad PWM. Niewykorzystywane przez funkcje biblioteczne piny mikroprocesora s¹ wyúwietlane w†kolorze jasnoszarym, natomiast piny wykorzystywane przez jak¹kolwiek z†funkcji s¹ wyúwietlane w†kolorze ciemnoszarym. Przy kaødym wykorzystywanym pinie znajduje siÍ strza³ka pokazuj¹ca kierunek przep³ywu danych. Dodatkowo, po najechaniu mysz¹ na symbol uk³adu peryferyjnego, piny zwi¹zane z†tym uk³adem zmieniaj¹ kolor na czarny. KlikniÍcie na symbolu uk³adu peryferyjnego powoduje wyúwietlenie okna konfiguracyjnego danego uk³adu (rys. 7). Zmiana parametrÛw w†oknie konfiguracyjnym moøe powodowaÊ uaktywnianie poszczegÛlnych uk³adÛw oraz zmieniaÊ ich sposÛb†pracy. Dla kaødego uk³adu peryferyjnego moøna sprawdziÊ wykorzystywane zasoby, czyli pamiÍÊ, rejestry, przerwania itp. PrÛba wykorzystania zasobÛw (np. timera lub portu mikroproceso-

Wersja demonstracyjna IAR MakeApp jest dostÍpna w†Internecie pod adresem http:// www.iar.com/FTP/pub/MakeApp/maviking.zip. WiÍcej informacji o†programie moøna uzyskaÊ w†firmie RK-System, tel. (0-22) 755-69-83

Rys. 9.

Elektronika Praktyczna 4/2001

P R O G R A M Y

część 2 Tworzenie nowego projektu u³atwia w†Active-HDL kreator, za pomoc¹ ktÛrego moøna wybraÊ narzÍdzia do syntezy i†implementacji, domyúlny jÍzyk HDL i†rodzinÍ uk³adÛw docelowych (rys. 1). W†zaleønoúci od umiejÍtnoú-

ci projektanta i†przyjÍtej metodyki tworzenia projektu, do jego opisania moøna wykorzystaÊ jeden z†dwÛch najpopularniejszych jÍzykÛw HDL (VHDL i†Verilog), schemat logiczny lub efektywny w†przypadku automatÛw zapis grafowy. Doúwiadczeni projektanci uk³adÛw programowalnych mog¹ skorzystaÊ ze wzorcowych dokumentÛw udostÍpnianych przez Active-HDL (rys. 2), mniej doúwiadczonym pracÍ u³atwi¹ kreatory plikÛw (rys. 3). Na rys.

W†drugiej czÍúci artyku³u poúwiÍconego pakietowi Active-HDL przedstawimy moøliwe sposoby opisu projektu realizowanego w†uk³adzie programowalnym. Tematyka artyku³u obejmie wiÍc edytory: diagramÛw, tekstowy i†grafÛw, ktÛrych po³oøenie w†strukturze pakietu pokazano

Rys. 1.

76

Rys. 2.

na rys. 1†w†EP3/2001.

Elektronika Praktyczna 4/2001

P R O G R A M Y

Rys. 3. 4 pokazano przyk³adowy graf ilustruj¹cy pracÍ prostego automatu, ktÛry moøna skonfigurowaÊ do realizacji synchronicznej lub asynchronicznej. Edytor pozwala na definiowanie warunkÛw przejúÊ, okreúlanie zachowania automatu podczas zmiany stanÛw (przejúÊ) i†w†czasie trwania okreúlonego stanu, a†takøe jÍzyka do ktÛrego kompilowany jest opis graficzny. Dokumentowanie opisu za pomoc¹ tego edytora u³atwiaj¹ jego bogate moøliwoúci graficzne (moøna m.in. kreúliÊ za pomoc¹ krzywych Beziera). Nieco trudniejszym sposobem opisu realizowanego projektu jest wykorzystanie jÍzyka VHDL lub Verilog, przy czym kreowanie ìszkieletuî pliku ürÛd³owego u³atwia ìczarodziejî, pytaj¹c o†przewidywane w†definiowanym bloku wejúcia i†wyjúcia (rys. 5). Nie obÍdzie siÍ tutaj bez znajomoúci jednego z†jÍzykÛw HDL, co pocz¹tkuj¹cym fanom uk³adÛw PLD moøe sprawiÊ trudnoúÊ. Bez trudu natomiast moøna przekszta³ciÊ trudny w†analizowaniu zapis tekstowy do postaci graficznej, co umoøliwia wbudowany w†pakiet Active-HDL konwerter CODE2GRAPHICS. Z†pewnoúci¹ opis schematowy bÍdzie siÍ cieszy³ wúrÛd wiÍkszoúci uøytkownikÛw wiÍkszym powodzeniem, niø doúÊ zawi³y

Rys. 6 wyøej (takøe lokalnie) w†hierarchii. Bloki niøszych poziomÛw maj¹ w†wiÍkszoúci przypadkÛw na tyle prost¹ strukturÍ, øe moøna je opisaÊ za pomoc¹ jÍzyka HDL. Pliki graficzne (takøe wielopoziomowe) moøna konwertowaÊ do postaci jednego z†jÍzykÛw HDL lub formatu uniwersalnej listy po³¹czeÒ EDIF, co oczywiúcie nieco zmniejsza uniwersalnoúÊ opisu, optymalizuj¹c go wybranej na pocz¹tku rodziny uk³adÛw docelowych. Zarz¹dzanie projektem i†jego sk³adowymi u³atwia w†Active-HDL doskona³y manager programowy (rys. 7), za pomoc¹ ktÛrego moøna wykonywaÊ wszelkie operacje za-

Rys. 7. rÛwno na strukturze projektu jak i†bezpoúrednio na plikach. Jest to co prawda ma³o spektakularna funkcja, ale niewiele jest na rynku programÛw CAD/CAE, ktÛrych twÛrcy zwrÛcili uwagÍ na zapewnieni ³atwoúci utrzymania porz¹dku w†projekcie, ktÛrego rozmiary mog¹ byÊ nieraz bardzo duøe. Piotr Zbysiñski, AVT [email protected] Ewaluacyjna wersja programu ActiveHDL oraz skrÛcony kurs pos³ugiwania siÍ programem zamieúciliúmy na p³ycie CD-EP4/ 2001B w†katalogu \Aldec.

Rys. 4. i†bardzo sformalizowany opis tekstowy. TwÛrcy Active-HDL przewidzieli to i†wbudowali w†oprogramowanie edytor schematÛw (rys. 6), za pomoc¹ ktÛrego jest naj³atwiej po³¹czyÊ ze sob¹ wczeúniej przygotowane bloki. Zazwyczaj edytor schematÛw jest wykorzystywany do tworzenia plikÛw po³oøonych naj-

Rys. 5.

Elektronika Praktyczna 4/2001

77

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.

Automatyczny włącznik oświetlenia garażu Urz¹dzenie, z†ktÛrego budow¹ chcia³bym zapoznaÊ CzytelnikÛw Elektroniki Praktycznej jest banalnie proste, ale mimo tego moøe w†znacz¹cy sposÛb zwiÍkszyÊ komfort korzystania z†garaøu.

SzczÍúliwi posiadacze ìmieszkankaî dla swoich samochodÛw dobrze wiedz¹, jak k³opotliwe bywa poruszanie siÍ w†nocy po tym pomieszczeniu. Wjeødøamy do garaøu z†zapalonymi úwiat³ami, wy³¹czamy stacyjkÍ, úwiat³¹ samochodu gasn¹, a†my albo szukamy po omacku w³¹cznika oúwietlenia, albo wychodzimy z†garaøu, potykaj¹c siÍ o†jego wyposaøenie. Proponowany uk³ad rozwi¹zuje ten problem, w³¹czaj¹c oúwietlenie garaøu natychmiast po zgaszeniu úwiate³ samochodu i†pozostawiaj¹c je w³¹czone przez kilka minut. Po up³ywie tego czasu lampa oúwietlaj¹ca garaø zostaje samoczynnie wy³¹czona. Uk³ad w³¹cznika sk³ada siÍ zaledwie z†dwÛch tanich uk³adÛw scalonych z†rodziny CMOS4000 i†moøe byÊ wyko-

nany nawet przez zupe³nie pocz¹tkuj¹cego elektronika. Schemat elektryczny automatycznego w³¹cznika oúwietlenia garaøu pokazano na rys. 1. Przeúledzimy dzia-

³anie uk³adu, rozpoczynaj¹c od jego stanu spoczynkowego, w†ktÛrym przerzutnik R-S zbudowany z†bramek IC1B i†IC1C jest wyzerowany.

WYKAZ ELEMENTÓW Rezystory PR1: 100kΩ R1: fotorezystor R2..R5: 100kΩ R6: 1kΩ Kondensatory C1: 47nF(*) C2: 10nF C3: 220µF/16V C4: 100nF Półprzewodniki D1: 1N4001 D2: 1N4148 IC1: 4093 IC2: 4060 T1: BC548 Różne CON1: ARK2 (3,5mm) CON2: ARK3 RL1: RM96/12V

P³ytka drukowana wraz z kompletem elementÛw jest dostÍpna w AVT - oznaczenie AVT-1302. Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostÍpne w Internecie pod adresem: http:/ /www.ep.com.pl/?pdf/ k w i e cien01.htm oraz na p³ycie CDEP04/2001 w katalogu PCB. Rys. 1.

Elektronika Praktyczna 4/2001

79

M I N I P R O J E K T Y Oúwietlenie fotorezystora R1 przez úwiat³a samochodu spowoduje wzrost napiÍcia na wejúciach bramki Schmitta (z†histerez¹) IC1A i†wyst¹pienie poziomu niskiego na jej wyjúciu. KrÛtki impuls ujemny, przekazany za poúrednictwem kondensatora C2 na wejúcie ustawiaj¹ce przerzutnika R-S, spowoduje jego ustawienie, a†w†konsekwencji: - RozpoczÍcie zliczania impulsÛw przez licznik z†generatorem RC (IC2). Do momentu zmiany stanu przerzutnika R-S licznik ten by³ permanentnie zerowany poziomem wysokim na jego wejúciu RST. CzÍstotliwoúÊ zliczanych im-

80

pulsÛw okreúlona jest pojemnoúci¹ C1 i†rezystancjami R2 i†R3. - Poziom wysoki z†wyjúcia bramki IC1B (wyjúcia Q przerzutnika) spowoduje spolaryzowanie bazy tranzystora T1 i†w³¹czenie przekaünika RL1, zwieraj¹cego obwÛd zasilania oúwietlenia garaøu. Od tego momentu licznik IC2 rozpoczyna zliczanie impulsÛw, ktÛre koÒczy siÍ w†momencie wyst¹pienia stanu wysokiego na wyjúciu Q14 licznika. Stan ten, po zanegowaniu przez bramkÍ IC1D, zostaje doprowadzony do wejúcia zeruj¹cego przerzutnika R-S, powoduj¹c jego wy-

zerowanie i przejúcie uk³adu w†stan oczekiwania. RegulacjÍ czu³oúci uk³adu na padaj¹ce na fotorezystor úwiat³o moøemy dokonaÊ za pomoc¹ potencjometru montaøowego PR1. Z†wartoúciami elementÛw R2, R3, C1, podanymi na schemacie, czas w³¹czenia przekaünika wynosi ok. 2†minut. Moøemy go ³atwo zmieniÊ, dobieraj¹c wartoúÊ kondensatora C1. Na rys. 2 zosta³o pokazane rozmieszczenie elementÛw na powierzchni p³ytki obwodu drukowanego wykonanego na laminacie jednostronnym. Montaø w³¹cznika wykonujemy typowo, rozpoczy-

naj¹c od wlutowania w†p³ytkÍ rezystorÛw, a†koÒcz¹c na zamontowaniu kondensatorÛw elektrolitycznych i†przekaünika RL1. Uk³ad zmontowany ze sprawdzonych elementÛw nie wymaga jakiejkolwiek regulacji i†dzia³a natychmiast poprawnie. W³¹cznik powinien byÊ zasilany napiÍciem sta³ym stabilizowanym o†wartoúci +12VDC, najlepiej z†tzw. zasilacza ìwtyczkowegoî. Montuj¹c uk³ad w†garaøu, naleøy umieúciÊ go tak, aby úwiat³o reflektorÛw wjeødøaj¹cego do pomieszczenia samochodu pada³o na fotorezystor. AG

Elektronika Praktyczna 4/2001

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

Programator układów ISP Uk³ady PLD programowane i†konfigurowane w†systemie ciesz¹ siÍ ogromn¹ popularnoúci¹ wúrÛd projektantÛw urz¹dzeÒ elektronicznych. Prezentujemy opis budowy jednego z†najprostszych programatorÛw ISP, ktÛrego pierwowzorem jest programator DLC III firmy Xilinx.

Schemat elektryczny programatora pokazano na rys. 1. Jest to, jak widaÊ, niezbyt skomplikowany, dwukierunkowy bufor napiÍciowy wykonany na nieco archaicznych juø uk³adach 74HC125. Zasilanie dla programatora jest dostarczane z†urz¹dzenia, w†ktÛrym znajduje siÍ programowany uk³ad. Wyprowadzenia z†lewej strony schematu naleøy do³¹czyÊ do wtyku DB25 o†numerach takich, jak narysowano na schemacie. W†celu zminimalizowania zak³ÛceÒ generowanych przez programator

od siebie, na p³ytce przewidziano dwa z³¹cza: jedno dla uk³adÛw CPLD, drugie dla FPGA. DziÍki programowaniu (konfigurowaniu) uk³adÛw po zamontowaniu w†systemie (lewa czÍúÊ rys. 3), cykl programowania moøna przeprowadziÊ wielokrotnie bez koniecznoúci demontaøu uk³adu (prawa czÍúÊ rys. 3). Prezentowany w†artykule programator wspÛ³pracuje z†dowolnym komputerem PC poprzez z³¹cze rÛwnoleg³e Centronics i†jest obs³ugiwany przez specjalny program steruj¹cy (rys. 4), ktÛry moøna bezp³atnie úci¹gn¹Ê ze strony WWW firmy Xilinx (szczegÛ³owe informacje pod adresem http:// www.xilinx.com/products/ software/we_detail.htm). Projekty dla uk³adÛw CPLD firmy Xilinx moøna przygotowywaÊ takøe zdalnie, korzystaj¹c z†internetowego kompilatora znajduj¹cego siÍ pod adresem: http:// www.xilinx.com/sxpresso/ webfitter.htm. PZ

1

WYKAZ ELEMENTÓW Rezystory R1, R9..R12: 100Ω R2: 47Ω R3..R7: 300Ω R8: 5,1kΩ R13: 1kΩ Kondensatory C1..C4: 100pF C5: 10nF Półprzewodniki D1, D2: BAT84 U1, U2: 74HC125 Różne gold−piny 2x9 złącze D25M

P³ytka drukowana wraz z kompletem elementÛw jest dostÍpna w AVT - oznaczenie AVT-1303. Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostÍpne w Internecie pod adresem: http:/ /www.ep.com.pl/?pdf/k w i e cien01.htm oraz na p³ycie CDEP04/2001 w katalogu PCB.

2

Rys. 3.

Rys. 1.

Rys. 2.

80

i†ograniczenia wp³ywu zak³ÛceÒ zewnÍtrznych na pracÍ programatora, moøna go zaekranowaÊ, co u³atwia wydzielona úcieøka na obwodzie p³ytki drukowanej. Ze wzglÍdu na prostotÍ budowy, nie bÍdziemy szczegÛ³owo omawiaÊ sposobu wykonania programatora. Na rys. 2 znajduje siÍ jego schemat montaøowy. Za pomoc¹ przedstawionego programatora moøna programowaÊ i†konfigurowaÊ uk³ady z†interfejsem JTAG oraz standardowym interfejsem wykorzystywanym do konfiguracji uk³adÛw FPGA. Poniewaø styki tych interfejsÛw rÛøni¹ siÍ

Rys. 4.

Elektronika Praktyczna 4/2001

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

Karta przekaźnikowa I2C Czy wysterowanie z†dwÛch wyjúÊ procesora 128 odbiornikÛw energii elektrycznej moøe zainteresowaÊ konstruktora? CzytelnikÛw, ktÛrzy odpowiedz¹ twierdz¹co na to pytanie, proszÍ o†zapoznanie siÍ z†uk³adem opisanym w†tym artykule. Dla wielu projektantÛw systemÛw mikroprocesorowych problemy stwarza zbyt ma³a liczba wyprowadzeÒ jednostki centralnej, szcze-

Rys. 1.

Elektronika Praktyczna 4/2001

gÛlnie jeøeli w†uk³adzie uøyte zosta³y tanie i†popularne procesory 20-pinowe. Idealnym rozwi¹zaniem tego problemu jest zainstalowanie

w†systemie magistrali I 2 C, wykorzystuj¹cej tylko dwa wyprowadzenia procesora, do ktÛrej moøemy do³¹czyÊ praktycznie dowoln¹ liczbÍ uk³adÛw peryferyjnych. W†Elektronice Praktycznej opisano juø wiele takich uk³adÛw, rozszerzaj¹cych moøliwoúci systemÛw mikroprocesorowych. Mamy do dyspozycji klawiatury, wyúwietlacze, sterowniki silnikÛw krokowych i†DC oraz wiele innych uk³adÛw, do ktÛrych chcia³bym dzisiaj do³¹czyÊ kolejny. Proponowany uk³ad umoøliwia sterowanie oúmioma odbiornikami pr¹du elektrycznego duøej mocy. W†urz¹dzeniu zastosowano przekaüniki o†obci¹øalnoúci stykÛw do 8A, co przy napiÍciu 220VAC daje nam niebagateln¹ moc 1760 watÛw. Zastosowanie przekaünikÛw ma w†porÛwnaniu z†uk³adem wykorzystuj¹cym triaki dodatkow¹ zaletÍ: umoøliwia sterowanie takøe obwodami pr¹du sta³ego. Karta przekaünikowa jest urz¹dzeniem banalnie prostym i†³atwym do wykonania. Zawiera tylko jeden uk³ad scalony i†garstkÍ elementÛw dyskretnych, ktÛrych koszt jest niewielki.

81

M I N I P R O J E K T Y Tab. 1. Możliwe konfiguracje adresów układu US1.

Rys. 2.

Opis dzia³ania Na rys. 1 pokazano schemat elektryczny proponowanego uk³adu, ktÛrego sercem jest dobrze wszystkim znany scalony konwerter dwukierunkowy I2C - oúmiobitowa s zy na d a n y c h , t j . u k ³ a d PCF8574. Z†wyjúÊ tego uk³adu s¹ sterowane bazy tranzystorÛw T1...T8, zasilaj¹cych cewki przekaünikÛw. Diody LED wraz z†rezystorami ograniczaj¹cymi p³yn¹cy przez nie pr¹d w³¹czone rÛwnolegle do cewek przekaünikÛw umoøliwiaj¹ wizualn¹ kontrolÍ aktualnego stanu przekaünikÛw.

82

Waøn¹ rolÍ w†uk³adzie odgrywaj¹ trzy jumpery oznaczone jako JP1. Umoøliwiaj¹ one ustalenie jednego z†oúmiu adresÛw uk³adu PCF8574, zgodnie z†tab. 1. Poniewaø uk³ad PCF8574 wystÍpuje w†dwÛch odmianach, rÛøni¹cych siÍ adresem bazowym (PCF8574 i†PCF8574A), ³atwo obliczyÊ, øe do systemu mikroprocesorowego moøemy do³¹czyÊ 16 opisywanych kart przekaünikowych. A†zatem z†dwÛch wyjúÊ procesora moøemy sterowaÊ aø 128 rÛønych urz¹dzeÒ o†znacznym poborze pr¹du. W†uk³adzie zastosowano osiem przekaünikÛw typu RM-

A2 A1

A0

Adres PCF8574A

0 0 0 0 1 1 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1

112 114 116 118 120 122 124 126

0 0 1 1 0 0 1 1

96, sterowanych z†wyjúÊ uk³adu IC1 za poúrednictwem tranzystorÛw T1...T8. Uk³ad powinien byÊ zasilany napiÍciem sta³ym 12VDC, niekoniecznie stabilizowanym. NapiÍcie zasilania uk³adu PCF8574 pobierane jest ze stabilizatora napiÍcia typu 78L05 -†IC2. Istnieje takøe moøliwoúÊ alternatywnego zasilania tego uk³adu z†nadrzÍdnego systemu mikroprocesorowego, za poúrednictwem z³¹cza CON10. W†takim przypadku montowanie stabilizatora napiÍcia jest zbÍdne. Na rys. 2 pokazano rozmieszczenie elementÛw na p³ytce obwodu drukowanego wykonanego na laminacie jednowarstwowym. Montaø wykonujemy typowo, rozpoczynaj¹c od wlutowania w†p³ytkÍ rezystorÛw, a†koÒcz¹c na zamontowaniu przekaünikÛw. Oczywiúcie, jeøeli mamy zamiar sterowaÊ mniejsz¹ liczb¹ urz¹dzeÒ niø osiem, to montowanie wszystkich przekaünikÛw jest zbÍdne. Uk³ad zmontowany ze sprawdzonych elementÛw dzia³a natychmiast poprawnie. Warto jednak dodaÊ parÍ s³Ûw na temat programowego sterowania kart¹. Jak zwykle pos³uøÍ siÍ przyk³adami napisanymi w†jÍzyku MCS BASIC. Aby w³¹czyÊ lub wy³¹czyÊ okreúlone przekaüniki umieszczone na karcie, wystarczy po okreúleniu konfiguracji sprzÍtowej magistrali I2C: CONFIG SDA = [pin portu] CONFIG SCL = [pin portu]

WYKAZ ELEMENTÓW Rezystory R1..R11: 3kΩ R12..R19: 560Ω Kondensatory C1: 220µF/16V C2, C3: 100nF C4: 100µF/16V Półprzewodniki D1..D8: diody LED D9..D16: 1N4148 IC1: PCF8574 IC2: 78L05 T1..T8: BC548 lub podobne Różne CON1: ARK2 (3,5mm) CON2..CON9: ARK3 CON10: 4 x goldpin JP1: 3x2 goldpin + 3 jumpery RL1..RL8: RM96

P³ytka drukowana wraz z kompletem elementÛw jest dostÍpna w AVT - oznaczenie AVT-1301. Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostÍpne w Internecie pod adresem: http:/ /www.ep.com.pl/?pdf/k w i e cien01.htm oraz na p³ycie CDEP04/2001 w katalogu PCB.

wydaÊ tylko jedno polecenie: I2CSEND [adres układu PCF8574, bajt sterujący] np.: I2CSEND 112, &B10000001 (włączenie przekaźnika RL1 i RL8) Podczas pracy z†kart¹ przekaünikow¹, a†szczegÛlnie z†wieloma kartami dzia³aj¹cymi na jednej magistrali, moøemy niejednokrotnie zapomnieÊ, ktÛre w³aúciwie przekaüniki zosta³y w³¹czone, a†ktÛre nie. Sprawdzenia stanu przekaünikÛw karty moøna dokonaÊ za pomoc¹ kolejnego polecenia w jÍzyku MCS BASIC: I2CRECEIVE [adres układu, odczytany bajt sterujący] np.: I2CRECEIVE 112, value AG

Elektronika Praktyczna 4/2001

K U  R S

ST6−Realizer Narysuj swój program!

część 3 W†trzeciej czÍúci kursu poznamy program symulatora ST6-Simulator, wchodz¹cy

Program symulatora wywo³ujemy z†poziomu paska narzÍdziowego ST6Realizera, naciskaj¹c odpowiedni¹ ikonÍ,

i†polecenie Go. Po uruchomieniu symulatora otworzy siÍ okno, ktÛrego wygl¹d przedstawiono na rys. 1. NastÍpnie klikamy ikonÍ New,

w†sk³ad pakietu projektowego ST6-Realizer. Symulator umoøliwia sprawdzenie przygotowanego programu przed jego wpisaniem

klawisz funkcyjny F12 lub wybieraj¹c w†pasku menu opcjÍ Simulate

Rys. 1.

Rys. 2.

Rys. 3.

co powoduje otworzenie okna Select a†scheme (rys. 2). Wskazujemy w†nim plik ze schematem o†rozszerzeniu.sch, w†ktÛrym znajduje siÍ wczeúniej przygotowany i†skompilowany program, ktÛry poddamy symulacji. Po wybraniu pliku do symulacji i†potwierdzeniu wyboru przyciskiem OK otworzy siÍ kolejne okno - New simulation environment (rys. 3). Naciskamy OK i†w†tym momencie zostaje utworzony plik kurs.sef, ktÛry zawiera informacje niezbÍdne dla symulatora oraz ustalone przez uøytkownika parametry úrodowiska symulacyjnego. Symulator automatycznie przenosi schemat programu do pliku symulacyjnego. Widok okna symulatora ze schematem symulowanego programu jest przedstawiony na rys. 4. WidaÊ na nim dodatkowe symbole obrazuj¹ce modu³y programowe wspieraj¹ce testowanie projektu. Biblioteki programu ST6-Simulator s¹ bardzo bogate, zawarto w†nich wszystkie elementy niezbÍdne do przeprowadzenia symulacji programu. S¹ to: - wskaünik bieø¹cego stanu programu inicjowany ikon¹

do mikrokontrolera.

- wirtualny oscyloskop uruchamiany za pomoc¹ ikony

ktÛrego symbol graficzny pokazano na rys. 9, - generator sygna³Ûw o†programowanym kszta³cie, uruchamiany za pomoc¹ ikony

ktÛrego symbol pokazano na rys. 10,

Rys. 5.

ktÛrego symbol pokazano na rys. 5, - nastawnik wartoúci cyfrowej inicjowany ikon¹ Rys. 6. ktÛrego symbol pokazano na rys. 6, - generator sygna³u sinusoidalnego lub prostok¹tnego uruchamiany za pomoc¹ ikon

lub

Rys. 4.

Elektronika Praktyczna 4/2001

ktÛrych symbole pokazano na rys. 7 i†rys. 8,

Rys. 7.

87

K U  R S

testera State machine probe, nastÍpnie na wejúcia modu³Ûw narysowanych na schemacie do³¹czyÊ za pomoc¹ ikonki

Rys. 8. nastawnik cyfrowy (Numeric adjuster), a†na ich wyjúciach ikonami:

i

Rys. 9.

Rys. 10.

odpowiednio monitor linii (magistrali) cyfrowej (Numeric probe) i†oscyloskop. Do kaødego wejúcia moøna do³¹czyÊ tylko jedno ürÛd³o sygna³u, niezaleønie od jego charakteru. Kaødy modu³ jest po³¹czony z†przypisanym na schemacie miejscem przerywan¹ lini¹, ktÛra informuje o†tym, do ktÛrego miejsca jest przypisany dany przyrz¹d pomiarowy. Ma to duøe znaczenie w†przypadku analizy doúÊ obszernych programÛw opisanych duøymi schematami. Po umieszczeniu przyrz¹dÛw pomiarowych na planszy schematu moøemy przyst¹piÊ do przeprowadzenia symulacji. W†tym celu naleøy nacisn¹Ê ikonÍ Start

Rys. 12. NastÍpnie, zmieniaj¹c stany na wejúciach za pomoc¹ nastawnika cyfrowego, obserwujemy zmiany jakie zachodz¹ w†dzia³aniu programu. W†okienku testera State machine probe powinny byÊ widoczne przejúcia pomiÍdzy kolejnymi stanami programu wywo³ane zmianami na wejúciach. Aby zatrzymaÊ symulacje, na-

- monitor linii (magistrali) cyfrowej inicjowany ikon¹

ktÛrego symbol graficzny pokazano na rys. 11. Za pomoc¹ wymienionych narzÍdzi moøemy przeprowadziÊ dok³adn¹ symulacjÍ pracy programu. Program symulacyjny skonstruowano tak, øe interaktywnie podpowiada miejsca, w†ktÛrych moøna zastosowaÊ modu³y symulacyjne. Sugestie programu poznamy zaznaczaj¹c prawym przyciskiem myszy interesuj¹cy nas element lub po³¹czenie pomiÍdzy elementami, jak to pokazano na rys. 12. Po wskazaniu po³¹czenia pozostaj¹ aktywne tylko te ikony w†pasku narzÍdziowym, ktÛre s¹ przypisane do modu³Ûw testowych moøliwych do wykorzystania w†danym punkcie. Umieszczanie przyrz¹dÛw na schemacie najlepiej jest rozpocz¹Ê od wstawienia za pomoc¹ ikonki

Rys. 13.

Rys. 11.

88

Elektronika Praktyczna 4/2001

K U  R S

Rys. 14. leøy nacisn¹Ê STOP

ikonÍ

ze

znakiem

lub nacisn¹Ê klawisz F12. W†trakcie symulacji mamy moøliwoúÊ edycji parametrÛw przyrz¹dÛw pomiarowych. Na przyk³ad, klikaj¹c dwukrotnie na modu³ oscyloskopu moøna otworzyÊ okno edycji jego parametrÛw (rys. 13), w†ktÛrym dokonujemy zmian parametrÛw. Moøna ustaliÊ m.in. zakres wyúwietlanych wartoúci w†osi Y, ustaliÊ czas pocz¹tku rejestracji i†podstawÍ czasu. Moøna wybraÊ jeden z†trzech rodzajÛw pracy oscyloskopu: - Single scan - pojedynczy przebieg,

Rys. 15.

Elektronika Praktyczna 4/2001

Rys. 16. - Trigger - wyzwalanie narastaj¹cym lub opadaj¹cym zboczem sygna³u, - Wrap around - praca ci¹g³a. Po wybraniu trybu pracy naleøy ustaliÊ Rys. 17. zbocze wyzwalaj¹ce (narastaj¹ce lub opadaj¹ce) oraz wartoúÊ sygna³u wyzwalaj¹cego. Generowanie podczas symulacji sygna³Ûw testowych w†sposÛb ci¹g³y umoøliwiaj¹ modu³y wirtualnych generatorÛw przebiegÛw sinusoidalnych i†prostok¹tnych. Po dwukrotnym klikniÍciu w†ikonÍ generatora otwiera siÍ okno edycji jego parametrÛw. Moøna w†nim okreúliÊ gÛrn¹ i†doln¹ czÍstotliwoúÊ generowanego sygna³u oraz jego amplitudÍ (rys. 14). W†przypadku edycji parametrÛw generatora sygna³u prostok¹tnego moøna dodatkowo ustaliÊ jego wspÛ³czynnik wype³nienia. Sonda logiczna Numeric Probe umoøliwia monitorowanie linii (magistral) cyfrowych, stanowi¹cych np. po³¹czenia pomiÍdzy poszczegÛlnymi elementami schematu. Wynik monitoringu moøna wyúwietliÊ jako liczbÍ binarn¹, Ûsemkow¹, dziesiÍtn¹ lub szesnastkow¹ (rys. 15). Programowany generator przebiegÛw GenTime Table Adjuster jest generatorem sygna³u o†dowolnie regulowanym kszta³cie definiowanym przez uøytkownika programu w†funkcji czasu, co pokazano na rys. 16. Definiowanie kszta³tu przebiegu wymaga

Rys. 18. stworzenia w†notatniku pliku tekstowego, do ktÛrego naleøy wpisaÊ czas i†wartoúÊ wed³ug przyk³adu pokazanego na rys. 17. Utworzony plik naleøy zaimportowaÊ do tabeli edytora. PorÛwnuj¹c zawartoúÊ pliku tekstowego z†zawartoúci¹ tabeli widaÊ, øe 1†sekunda w tabeli odpowiada liczbie 10000 w pliku. Podczas symulacji istnieje moøliwoúÊ zarejestrowania jej przebiegu i†pÛüniejszego odtworzenia. Krzysztof Górski, AVT [email protected] Na p³ycie CD-EP2/2001B opublikowaliúmy ST6-Realizera w†pe³nej wersji funkcjonalnej. Jest on takøe dostÍpny (wraz z†katalogiem procesorÛw ST62) na p³ycie CD-EP2.

89

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.

Programator uniwersalny, część 1 Opisany w†artykule programator zosta³ zaprojektowany jako element wyposaøenia warsztatu elektronika hobbysty. Øyjemy w†czasach kiedy coraz wiÍcej urz¹dzeÒ jest wykonywanych w†oparciu o†rozmaite uk³ady programowalne, jednak ceny wiÍkszoúci profesjonalnych programatorÛw s¹ zaporowe dla amatorÛw samodzielnego konstruowania uk³adÛw z†mikrokontrolerami i†uk³adami programowalnymi.

Charakterystyka urz¹dzenia Programator jest urz¹dzeniem wykonanym z†popularnych i†tanich elementÛw elektronicznych. Sk³ada siÍ z†zaledwie 4†uk³adÛw scalonych (z czego dwa to stabilizatory, jeden szeúciokrotny inwerter i†jeden mikrokontroler), kilku tranzystorÛw oraz innych elementÛw dyskretnych. Jedynym utrudnieniem jest posiadanie zaprogramowanego uk³adu AT89C52 steruj¹cego prac¹ urz¹dzenia. Uk³ad jest ³atwy do wykonania i†uruchomienia przez úredniozaawansowanego elektronika amatora. Konstrukcja

uk³adu jest modu³owa. Sk³ada siÍ on z†p³ytki bazowej zawieraj¹cej czÍúÊ steruj¹c¹ programatora oraz z†odpowiednich adapterÛw. Urz¹dzenie zosta³o tak zaprojektowane aby wszystkie modu³y moøna by³o wykonaÊ na laminacie jednostronnym.

Funkcje urz¹dzenia Obs³uga uk³adÛw: - Szeregowe pamiÍci EEPROM z†magistral¹ I2C†typu 24C01A, 24C02, 24C04, 24C08, 24C16. - Szeregowe pamiÍci EEPROM z†magistral¹ Microwire typu 93C06, 93C46, 93C56, 93C57, 93C66.

Projekt

084 - Mikrokontrolery jednouk³adowe firmy ATMEL serii MCS51: AT89C1051, AT89C2051, AT89C4051, AT89C51, AT89C52, AT89C55. - Mikrokontrolery jednouk³adowe firmy ATMEL serii AVR: AT90S1200, AT90S2313, AT90S4414, AT90S8515. Uk³ady te s¹ programowane w†trybie rÛwnoleg³ym przez co mamy moøliwoúÊ progra-

Rys. 1.

Elektronika Praktyczna 4/2001

91

PROJEKTY CZYTELNIKÓW mowania ich konfiguracji (nie robi¹ tego proste programatory szeregowe SPI, ktÛrych wiele opisÛw moøna znaleüÊ w†sieci Internet). - Mikrokontrolery jednouk³adowe firmy MICROCHIP: PIC16F83, PIC16F84 W†przysz³oúci bÍd¹ obs³ugiwane: - RÛwnoleg³e pamiÍci EPROM typy od 2716 do 27080. - Uk³ady GAL typu 16V8, 20V8, 22V10 Nie s¹ to moøliwoúci imponuj¹ce (jak na programator uniwersalny) lecz w†zupe³noúci wystarczaj¹ce. Aby rozszerzyÊ zakres obs³ugiwanych uk³adÛw nie trzeba w†zasadzie zmieniaʆuk³adu - wystarczy dokonaÊ zmian w†programie (wielka zaleta uk³adÛw opartych o†mikrokontrolery).

Zasada dzia³ania Programator jest urz¹dzeniem mikroprocesorowym sterowanym z†komputera nadrzÍdnego (hosta) poprzez interfejs szeregowy RS-232. Komunikacja odbywa siÍ z†prÍdkoúci¹ 19200 bodÛw, ktÛra zosta³a†wybrana jako kompromis pomiÍdzy szybkoúci¹ komunikacji a†moøliw¹ liczb¹ b³ÍdÛw transmisji. Program pracuj¹cy na komputerze nadrzÍdnym wysy³a odpowiednie komendy i†dane oraz kontroluje ich poprawne przyjÍcie przez programator. Natomiast program ìzaszytyî w†uk³adzie AT89C52 steruj¹cy prac¹ programatora odpowiednio je interpretuje, steruje uk³adem programowanym dbaj¹c jednoczeúnie o†odpowiednie poziomy napiÍÊ i†zaleønoúci czasowe. DziÍki takiemu rozdzieleniu funkcji program steruj¹cy programatorem moøe byÊ napisany na dowoln¹ platformÍ sprzÍtow¹ (PC, Amiga, Atari ST itp.) jak i†programow¹ (DOS, Windows, UNIX, OS/2 itp. ) - program steruj¹cy musi jedynie wysy³aÊ odpowiednie komendy i†odpowiednio interpretowaÊ odpowiedzi z†programatora. W†chwili obecnej istnieje oprogramowanie steruj¹ce programatorem pracuj¹ce pod kontrol¹ systemu MS-Windows.

Zasilanie Modelowy programator jest zasilany napiÍciem sta³ym o†napiÍciu ok. 26V. Zasilacz

92

i†uk³ad prze³¹czaj¹cy napiÍcia programuj¹ce jest tak skonstruowany, øe moøna zastosowaÊ napiÍcie niøsze (min. 14V), lecz nie bÍdzie wtedy moøliwe programowanie elementÛw wymagaj¹cych napiÍÊ programuj¹cych wyøszych od 12V. NapiÍcie podane z†zasilacza podane jest na wejúcie stabilizatora trzykoÒcÛwkowego U1 (7812), ktÛry wstÍpnie obniøa napiÍcie i†dostarcza je do interfejsu RS-232. Z†ww. uk³adu zasilany jest stabilizator U2 (7805) zasilaj¹cy resztÍ urz¹dzenia. Kondensatory C1 do C5 filtruj¹ napiÍcie zasilaj¹ce i†zapobiegaj¹ wzbudzaniu siÍ stabilizatorÛw. Wyjaúnienia wymaga uk³ad z³oøony z†tranzystora T1, rezystora R1 oraz diod D1 i†D2. S³uøy on do podwyøszania napiÍcia zasilaj¹cego do 6V w†przypadku programowania uk³adÛw wymagaj¹cych takiego napiÍcia (np. pamiÍci EPROM). Jeøeli nie przewidujemy wykorzystywania programatora do programowania tego typu uk³adÛw moøna nie montowaÊ ww. elementÛw a†koÒcÛwkÍ 2†uk³adu U2 obowi¹zkowo zewrzeÊ z†mas¹ np. poprzez wlutowanie mostka w†miejsce kolektora i†emitera tranzystora T1. Dioda LED (D3) sygnalizuje za³¹czenie napiÍcia zasilaj¹cego.

Interfejs RS-232 Ze specyfikacji interfejsu RS232 wynika, ze powinien on wykorzystywaÊ poziomy napiÍÊ od -12V do +12V wzglÍdem masy a†uk³ad AT89C52 uøywa poziomÛw TTL. Wynika st¹d, øe†trzeba wykonaÊ konwersjÍ poziomÛw. Wykorzystano tu pewn¹ ìsztuczkÍî polegaj¹c¹ na wykorzystaniu charakterystyk wejúciowych uk³adÛw dopasowuj¹cych poziomy napiÍÊ znajduj¹cych siÍ w†praktycznie kaødym komputerze PC (s¹ to MC1489 lub MAX232) - nie reaguj¹ one na ujemny poziom napiÍcia. W†zwi¹zku z†tym interfejs w†programatorze zrealizowany za pomoc¹ inwertera U3A w†odpowiedzi na stan wysoki linii TXD uk³adu AT89C52 nie daje na wyjúciu napiÍcia ujemnego a†ìtylkoî 0V. Stan niski na ww. linii spowoduje pojawienie siÍ napiÍcia zbliøonego do +12V dziÍki ìpodci¹gniÍciuî wyjúcia bramki U3A do poziomu +12V za pomoc¹ rezystora R7. Interfejs linii RXD procesora takøe wykonano w†oparciu

o†inwerter (U3C). Jednak aby dopasowaÊ poziomy napiÍÊ interfejsu RS-232 do poziomÛw TTL wykorzystano uk³ad z³oøony z†diody zenera Z5 i†rezystora R8 ograniczaj¹cego pr¹d p³yn¹cy przez diodÍ. Dioda pe³ni podwÛjn¹ rolÍ w†przypadku pojawienia siÍ na wejúciu (koÒcÛwka 2†z³¹cza J3) napiÍcia dodatniego wiÍkszego od jej napiÍcia przebicia - ogranicza napiÍcie do ok. +5V, jeúli na ww. wejúciu wyst¹pi napiÍcie ujemne - dioda bÍdzie spolaryzowana w†kierunku przewodzenia i†ograniczy napiÍcie na wejúciu inwertera do ok. 0,6V co nie spowoduje zniszczenia uk³adu U3. Rezystor R9 zamyka obwÛd otwartego kolektora bramki U3C.

Uk³ad prze³¹czaj¹cy napiÍcia programuj¹ce Do prze³¹czania napiÍÊ wykorzystano wysokonapiÍciow¹ wersj¹ inwerterÛw†z†otwartym kolektorem 74LS06 (U3) wraz z†diodami zenera Z1 do Z4 i†Z6, rezystorami R3, R4, R5, kondensa-

torem C6 oraz tranzystorami T2 (BD139) i†T3 (BC237). DziÍki takiemu rozwi¹zaniu uda³o siÍ uzyskaÊ kompromis pomiÍdzy skomplikowaniem uk³adu a†kosztem (s¹ dostÍpne przetworniki CA z†interfejsem I 2C) oraz zlikwidowaÊ problem kalibracji napiÍÊ (pod warunkiem, øe elementy s¹ sprawne i†napiÍcia diod zenera mieszcz¹ siÍ w†klasie). Prze³¹czanie napiÍcia odbywa siÍ poprzez podanie stanu wysokiego na odpowiednie wejúcie inwertera (dopuszczalne, a†nawet poø¹dane jest wysterowanie wiÍcej niø jednego wejúcia inwertera prze³¹czaj¹cego - zyskujemy dodatkowe zabezpieczenie na wypadek uszkodzenia siÍ (przerwy w†obwodzie wyjúÊ ww. bramek) - jest to realizowane programowo. Tranzystor T2 z†rezystorem R3 w³¹cza/wy³¹cza ustalone wczeúniej napiÍcie. Tranzystor T3 pracuje jako wtÛrnik emiterowy, zwiÍkszaj¹c obci¹øalnoúÊ ürÛd³a napiÍcia programuj¹cego.

WYKAZ ELEMENTÓW Programator Rezystory R1, R3..R5, R10, R11: 10kΩ R2, R8, R9: 1kΩ R6: 8x1kΩ R7: 2,2kΩ Kondensatory C1, C4, C5, C11: 100nF C2: 100µF C3, C7, C10: 10µF C6: 33nF C8, C9: 27pF Półprzewodniki D1, D2: 1N4148 D3: dioda LED T1, T2: BC237 T3: BD139 T4: BD140 U1: 7812 U2: 7805 U3: 74LS06 U4: AT89C52 Z1, Z4: 5V6 Z2: 7V5 Z3: 3V3 Z5: 5V1 Z6: 3V9 Różne X1: 11,059MHz J1: złącze zasilające J2: złącze IDC40 J3: złącze DB9 męskie Adapter Atmel, PIC, EEPROM Rezystory R1: 1kΩ

Kondensatory C1: 100nF Półprzewodniki D1: dioda LED Różne U1: podstawka DIP−20 U2: podstawka DIP−18 U3: podstawka DIP−8 U4: podstawka DIP−8 J1: złącze IDC40 Adapter Atmel AVR Rezystory R1: 1kΩ Kondensatory C1: 100nF Półprzewodniki D1: dioda LED Różne U1: podstawka DIP−40 J1: złącze IDC40 Adapter MCS−51 Rezystory R1: 1kΩ Kondensatory C1, C2: 27pF C3, C4: 100nF Półprzewodniki D1: dioda LED U2, U4: 4040 Różne X1: 4MHz U1: podstawka DIP−40 J1: złącze IDC40

Elektronika Elektronika Praktyczna Praktyczna 4/2001 2/98

PROJEKTY CZYTELNIKÓW Za³¹czanie zasilania uk³adu programowanego Do za³¹czania napiÍcia zasilania uk³adu programowanego wykorzystano uk³ad z³oøony z†tranzystora T4 (BD140), rezystora R11 i†kondensatora C11. DziwiÊ moøe†umieszczenie w†kolektorze tranzystora samego kondensatora - jednak nie do koÒca jest to prawda - obwÛd kolektora jest zamkniÍty poprzez rezystor i†diodÍ LED znajduj¹ce siÍ na do³¹czanych

Elektronika Praktyczna 4/2001

do programatora p³ytek adapterÛw oraz oczywiúcie przez sam element programowany.

Uk³ady steruj¹ce prac¹ mikrokontrolera Do prawid³owego wykonywania programu znajduj¹cego siÍ w†uk³adzie U4 potrzebny jest zegar taktuj¹cy. Uk³ad generatora sygna³u zegarowego jest zawarty w†uk³adzie U4, jego czÍstotliwoúʆjest stabilizowana kwarcem X1 o†czÍstotliwoúci 11,059 MHz.

Taka czÍstotliwoúÊ zegara taktuj¹cego zosta³a wybrana ze wzglÍdu na ³atwoúÊ doboru standardowych prÍdkoúci transmisji na ³¹czu RS-232. Kondensatory C8 i†C9 uzupe³niaj¹ uk³ad generatora. Kondensator C10 i†rezystor R10 tworz¹ uk³ad generuj¹cy sygna³ restartu procesora po w³¹czeniu zasilania.

Adaptery Programowane uk³ady s¹ pod³¹czane do programatora za

pomoc¹ adapterÛw. S¹ to proste uk³ady zawieraj¹ce zazwyczaj podstawki pod uk³ady scalone i†kilka elementÛw dopasowuj¹cych. Takie rozwi¹zanie pozwoli³o zmniejszyÊ do minimum liczbÍ elementÛw prze³¹czaj¹cych przez co zwiÍkszono niezawodnoúÊ uk³adu - chodzi tu szczegÛlnie o†prze³¹czanie wzglÍdnie wysokiego napiÍcia programuj¹cego. Opisy adapterÛw przedstawimy za miesi¹c. Robert Krysztof

93

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.

Przetwornica napięcia 12/220V o mocy 150W, część 2 W drugiej czÍúci opisu konstrukcji przetwornicy 12/220V autor zdradza kilka "tajemnic" swojego opracowania i dzieli siÍ uwagami zwi¹zanymi z uruchomieniem i eksploatacj¹ urz¹dzenia.

Projekt

083 sprawi, øe impuls pr¹du ³adowania C13 powoduje wyst¹pienie stanu 1 na wejúciu zeruj¹cym przerzutnika D, a†tym samym jego wyzerowanie. DziÍki temu kaødorazowe przerwanie zasilania spowoduje, iø wyjúcie 1 bÍdzie na niskim poziomie, a†wyjúcie 2 na wysokim. Wtedy praca przetwornicy jest moøliwa, oczywiúcie pod warunkiem, øe nie ma przeci¹øenia czy zwarcia.

Uruchomienie przetwornicy Dlaczego przekaünik? Przekaünik PK stanowi zabezpieczenie przed odwrotnym pod³¹czeniem napiÍcia zasilania. W†sytuacji, gdyby dosz³o do zamiany przewodÛw zasilaj¹cych i†nie by³oby przekaünika, nietrudno zauwaøyÊ, iø przez diody D5 i†D6 oraz uzwojenie wtÛrne transformatora pop³yn¹³by pr¹d zwarcia. Dlatego obecnoúÊ PK, ktÛry zapobiega takiej sytuacji. Jednoczeúnie prosty uk³ad, z³oøony z†elementÛw D13, R34 oraz D8 informuje zapalon¹ diod¹ D13, øe zaciski zasilaj¹ce przetwornicÍ s¹ pod³¹czone odwrotnie. Przekaünik stanowi takøe element wykonawczy uk³adu zabezpieczenia przed przeci¹øeniem lub zwarciem. Zabezpieczenie to tworz¹ uk³ady US5 i†US6 wraz z†elementami towarzysz¹cymi. US5 to uk³ad kontroli pr¹du p³yn¹cego przez obci¹øenie. Oznacza to, øe napiÍcie na jego wyjúciu jest zaleøne od wartoúci pr¹du pobieranego przez uk³ad przetwornicy. Sygna³em wejúciowym dla wzmacniacza operacyjnego jest spadek napiÍcia na Rb, ktÛry jest

Elektronika Praktyczna 4/2001

proporcjonalny do p³yn¹cego przez Rb pr¹du. Rezystor Rb wykonano samodzielnie z†kawa³ka przewodu o†przekroju 4mm2 i d³ugoúci 10 cm. W†sytuacji, gdy dojdzie do zwarcia lub przeci¹øenia uk³adu przetwornicy, spadek napiÍcia na Rb wzmocniony przez US5 daje na jego wyjúciu 6†napiÍcie o wartoúci powyøej 5V. Z†wyjúcia wzmacniacza operacyjnego sygna³ trafia na wejúcie zegarowe przerzutnika D (US6), powoduj¹c zmianÍ stanu wyjúÊ Q†i†'Q na przeciwne. To w³aúnie napiÍcie powyøej 5V jest rozpoznawane jako logiczna jedynka przez przerzutnik D, powoduj¹c zmianÍ stanu na wyjúciach Q†i†'Q. Na wyjúciu 1 (US6) pojawia siÍ napiÍcie zasilania, powoduj¹c úwiecenie diody LED D12, ktÛra sygnalizuje przeci¹øenie przetwornicy. Natomiast na wyjúciu 2 pojawia siÍ stan zera logicznego (wartoúÊ napiÍcia bliska wartoúci masy) i tym samym przewodz¹cy tranzystor T8 blokuje pracÍ T7 oraz przekaünika. Dalsza praca uk³adu przetwornicy jest niemoøliwa. Dopiero wy³¹czenie uk³adu i†ponowne za³¹czenie

Naleøy pamiÍtaÊ, iø przetwornica wytwarza niebezpieczne dla øycia i†zdrowia napiÍcie 220VAC. Dlatego wszelkich regulacji w†uk³adzie naleøy dokonywaÊ z†zachowaniem szczegÛlnej ostroønoúci. Do prawid³owego uruchomienia przetwornicy niezbÍdne bÍd¹: oscyloskop, miernik uniwersalny oraz zasilacz regulowany. Oczywiúcie do pracy eksploatacyjnej przetwornicy niezbÍdny bÍdzie akumulator. Uruchomienie uk³adu rozpoczynamy od generatora 50Hz. Za pomoc¹ PR1 ustawiamy w³aúciw¹ czÍstotliwoúÊ przebiegu. Na kolektorze T1 powinniúmy uzyskaÊ ten sam przebieg, lecz obrÛcony o†180o. Podobnie w†przypadku tranzystora T2. NastÍpnie moøemy przyst¹piÊ do uruchomienia uk³adÛw rÛøniczkuj¹cych (US2 i US3) oraz stabilizatora 220V. Po od³¹czeniu T11 od uk³adÛw rÛøniczkuj¹cych, na bramki T9 i†T10 powinny trafiÊ impulsy o†pe³nej szerokoúci tzn. 10ms. Wtedy na uzwojeniu pierwotnym transformatora powinno byÊ napiÍcie ok. 300V. Teraz moøemy uruchomiÊ uk³ad sta-

95

PROJEKTY CZYTELNIKÓW bilizatora napiÍcia 220V, ktÛrego zadaniem jest utrzymanie na wyjúciu przetwornicy napiÍcia 220V niezaleønie od obci¹øenia. Potencjometrem montaøowym PR4 ustawiamy na wejúciu 3†US4 napiÍcie o†wartoúci 5,3V. Tak¹ sam¹ wartoúÊ napiÍcia ustawiamy na wejúciu 2 US4 za pomoc¹ PR5. Sprawdzamy pracÍ uk³adu stabilizatora, obci¹øaj¹c przetwornicÍ rÛønymi mocami. Jeúli stabilizator pracuje prawid³owo, to na wyjúciu przetwornicy zawsze bÍdzie 220V. Do uruchomienia uk³adu zabezpieczenia akumulatora przed roz³adowaniem niezbÍdny bÍdzie zasilacz z†moøliwoúci¹ regulacji napiÍcia. Jeúli obniøymy napiÍcie zasilania do wartoúci 11,1V, to poprawnie dzia³aj¹cy uk³ad zabezpieczaj¹cy akumulator powinien zablokowaÊ pracÍ przekaünika. Po zwiÍkszeniu wartoúci napiÍcia ponad 11,1V, przekaünik powinien za³¹czyÊ siÍ, umoøliwiaj¹c prace przetwornicy. Na koÒcu uruchamiamy uk³ad zabezpieczenia przetwornicy przed przeci¹øeniem czy zwarciem. Obci¹øaj¹c uk³ad moc¹ rzÍdu 180..200W, ustawiamy PR6 tak, aby wzmocniony przez US5 spadek napiÍcia na Rb da³ na wyjúciu 6†US5 napiÍcie powyøej 5V, powoduj¹c

96

prze³¹czenie stanu wyjúÊ Q i†'Q przerzutnika D.

Uwagi koÒcowe Na koniec kilka uwag dotycz¹cych uk³adu przetwornicy napiÍcia. Uk³ad stabilizatora charakteryzuje siÍ pewn¹ bezw³adnoúci¹. Oznacza to, øe jeúli przetwornica jest obci¹øona pewn¹, ustalon¹ moc¹ i†dojdzie do gwa³townej zmiany obci¹øenia, to odpowiedü uk³adu stabilizatora napiÍcia, aby utrzymaÊ na wyjúciu 220V bÍdzie wymaga³a pewnego czasu. Spowodowane to jest przez pojemnoúci C14 i†C15, Jednak obecnoúÊ C14 i†C15 jest niezbÍdna dla stabilnej pracy przetwornicy i†ich brak powoduje, iø wzbudzaj¹ siÍ uk³ady rÛøniczkuj¹ce. Poza tym napiÍcie na wyjúciu przetwornicy moøe nieznacznie rÛøniÊ siÍ od 220V, jednak zmiany w†zakresie 220V-/+5V nie powinny stanowiÊ problemu dla zasilanych urz¹dzeÒ. W†uk³adzie stabilizatora znajduj¹ siÍ potencjometry montaøowe PR2 i†PR3. S³uø¹ one do korekcji szerokoúci impulsÛw. Chodzi o†to, aby pracuj¹cy w†obwodach sprzÍøenia zwrotnego uk³adÛw rÛøniczkuj¹cych tranzystor T11 powodowa³ tak¹ sam¹ zmianÍ szerokoúci impulsu, zarÛwno w†jednym, jak i†w†drugim uk³adzie rÛøniczkuj¹cym.

Kolejna uwaga dotyczy uk³adu zabezpieczenia przed przeci¹øeniem czy zwarciem. NiektÛre urz¹dzenia, np. telewizory, w†momencie za³¹czania pobieraj¹ wiÍksz¹ moc niø 150W, powoduj¹c zadzia³anie uk³adu przeci¹øeniowego. ZwiÍkszony pobÛr pr¹du przez niektÛre urz¹dzenia w†momencie za³¹czania spowodowany jest przez wewnÍtrzn¹ pojemnoúÊ uk³adÛw zasilaj¹cych odbiornik. St¹d zwiÍkszony ìapetytî na pr¹d tego typu urz¹dzeÒ, pomimo iø ich moc znamionowa jest niøsza. Naleøy o†tym pamiÍtaÊ. Dlatego przy za³¹czaniu np. telewizora o†mocy 60W pierwsze prÛby uruchomienia odbiornika bÍd¹ powodowa³y zadzia³anie uk³adu przeci¹øeniowego. Jednak trzecia czy czwarta prÛba, kiedy to pojemnoúci wewnÍtrzne odbiornika bÍd¹ juø czÍúciowo na³adowane spowoduje, øe pobÛr pr¹du bÍdzie mniejszy i†uk³ad przeci¹øeniowy nie zadzia³a. Tak¹ niedogodnoúÊ moøna wyeliminowaÊ. Zmiana w uk³adzie moøe polegaÊ na tym, øe uk³ad przeci¹øeniowy i†ochronny przed zwarciem bÍd¹ oddzielone. Wtedy uk³ad przeci¹øeniowy bÍdzie dzia³a³ z†pewnym opÛünieniem, umoøliwiaj¹c bezproblemowy start urz¹dzeÒ pobieraj¹cych w†momencie za³¹czania wiÍkszy pr¹d.

Na koniec o†zastosowanym w†uk³adzie przetwornicy transformatorze. Jest to transformator toroidalny maj¹cy ma³e rozmiary i†wiÍksz¹ sprawnoúÊ niø transformator klasyczny. NapiÍcie uzwojenia wtÛrnego wynosi 2x12V, natomiast pierwotnego 300V, moc 150W. W†handlu takiego transformatora nie znajdziemy, dlatego musimy wykonaÊ go we w³asnym zakresie lub nieco zmodyfikowaÊ dostÍpne w†sprzedaøy. Autor projektu zastosowa³ to drugie rozwi¹zanie. Jeúli dla kogoú moc przetwornicy 150W jest niewystarczaj¹ca, istnieje oczywiúcie moøliwoúÊ zastosowania transformatora o†wyøszej mocy 200 czy 350W. Naleøy jednak pamiÍtaÊ, iø przetwornica przy takiej mocy bÍdzie pobiera³a wiÍkszy pr¹d z†akumulatora, oraz o†tym, aby inaczej ustawiÊ prÛg zadzia³ania uk³adu zabezpieczenia przed przeci¹øeniem (potencjometrem PR6). Ostatnia juø uwaga dotyczy przewodÛw zasilaj¹cych przetwornicÍ, ktÛre powinny byÊ jak najkrÛtsze ze wzglÍdu na to, iø przy duøym pr¹dzie na d³ugich przewodach powsta³by zbyt duøy spadek napiÍcia. Z akumulatora jest bowiem pobierane ponad 15A pr¹du. Micha³ Cembrzyñski

Elektronika Elektronika Praktyczna Praktyczna 4/2001 2/98

A U T O  M A  T Y K A

Uniwersalny wskaźnik K3GN Miesi¹c temu prezentowaliúmy w†EP pierwszy z†serii miniaturowych modu³Ûw wskaünikowych opracowanych przez firmÍ Omron, zamykanych w†obudowach o†wymiarach odpowiadaj¹cych 1/32 standardowej obudowy DIN. Teraz siÍgamy po niezwykle uniwersalny modu³ wskaünikowolicznikowy, za pomoc¹ ktÛrego moøna mierzyÊ parametry sygna³Ûw analogowych i†cyfrowych, moøna go takøe wykorzystaÊ jako prosty regulator. To wszystko w†pude³ku z†p³yt¹ czo³ow¹ o†wymiarach 48x24 mm.

Juø na pierwszy rzut oka modu³ K3GN robi wraøenie: e f e k t o w n y , OUT 1 dwukolorowy wyúwietlacz cyfrowy L C D z e z n a k a m i OUT 2 o†wysokoúci 7†mm w†po³¹czeniu z†4przyciskow¹, estetyczn¹ klawiatur¹ foliow¹ sprawiaj¹, Rys. 1. øe K3GN jest po prostu... ³adny! Ale to dopiero pocz¹tek jego zalet. W†tym niewielkim pude³ku zintegrowano wielofunkcyjny przyrz¹d pomiarowy, za pomoc¹ ktÛrego moøna mierzyÊ napiÍcie, pr¹d i†czÍstotliwoúÊ. Wejúciowe zakresy pomiarowe s¹ dostosowane do standardÛw przemys³owych (0..5V, 1..5V, -5..+5V, -10..+10V, 0..20/ 4..20mA), dziÍki czemu przyrz¹d

Czerwone podświetlenie

Zielone podświetlenie

Czerwone podświetlenie

moøe bezpoúrednio wspÛ³pracowaÊ z†wiÍkszoúci¹ standardowych czujnikÛw zbliøeniowych, czujnikÛw obrotÛw, ciúnienia, wilgotnoúci itp. Maksymalna czÍstotliwoúÊ zliczanych impulsÛw prostok¹tnych wynosi 5kHz, co w†zupe³noúci wystarcza w†wiÍkszoúci typowych aplikacji przemys³owych. Sygna³y podawane na wejúcie, niezaleønie od ich charakteru, moøna w†niemal dowolny sposÛb skalowaÊ, dodaj¹c lub odejmuj¹c sk³adow¹ sta³¹, moøna takøe w†pewnym stopniu modyfikowaÊ k¹t nachylenia prostej skalowania (tgα). Wyniki pomiarÛw s¹ prezentowane na 5-cyfrowym wyúwietlaczu z†regulowanym przez uøytkownika po³oøeniem przecinka. Kolor podúwietlenia moøna wybraÊ (czerwony lub zielony), moøe on takøe zmieniaÊ siÍ automatycznie, sygnalizuj¹c w†jakim przedziale mieúci siÍ aktualna wartoúÊ mierzonego sygna³u. ZasadÍ dzia³ania dwuWartość ustalona

Histereza

Wartość zmierzona ON Wyjście OFF

Rys. 2.

Elektronika Praktyczna 4/2001

137

A U T O  M A  T Y K A a) Próg OUT2

b) Górny próg OUT2

Wartość zmierzona

Próg OUT1

Górny próg OUT1

c) Wartość zmierzona

Dolny limit OUT1 Dolny limit OUT2

Górny limit OUT2 Wartość odn. Wartość OUT1 zmierzona Dolny limit OUT2

OUT2

ON OFF

OUT2

ON OFF

OUT2

ON OFF

OUT1

ON OFF

OUT1

ON OFF

OUT1

ON OFF

Rys. 3.

kolorowego podúwietlenia pokazano na rys. 1. Jeøeli zmierzona wartoúÊ mieúci siÍ w†przedziale okreúlonym przez operatora (w ìoknieî pomiÍdzy wartoúciami progowymi OUT1 i†OUT2), podúwietlacz úwieci na zielono. Stany alarmowe po przekroczeniu jednej z†wartoúci progowych s¹ sygnalizowane zmian¹ koloru podúwietlenia na czerwony i†- opcjonalnie - w³¹czeniem odpowiedniego przekaünika.

138

Stany na wyjúciach przekaünikowych moøna zabezpieczyÊ przed oscylacjami mog¹cymi powstaÊ na progach prze³¹czania za pomoc¹ opcjonalnej histerezy. Jak widaÊ na rys. 2 w³¹czenie przekaünika wyjúciowego nastÍpuje przy sygnale o†wartoúci wiÍkszej, niø jest wymagana do jego wy³¹czenia. Modu³ K3GN wyposaøono w†dwa wyjúcia przekaünikowe (lub - opcjonalnie - tranzystorowe), ktÛrych funkcje moøna dostosowaÊ do

wymagaÒ aplikacji. OprÛcz sygnalizacji przekroczenia progÛw (z histerez¹ lub bez), wyjúcia modu³u moøna skonfigurowaÊ w†taki sposÛb, aby sygnalizowaÊ przekroczenie dwÛch progÛw powyøej lub poniøej úredniej wartoúci sygna³u (rys. 3a), dwustopniowo sygnalizowaÊ wartoúÊ mierzonego sygna³u w†odniesieniu do progÛw dolnych i†gÛrnych obydwu nastaw progowych (rys. 3b) lub dwustopniowo sygnalizowaÊ przekroczenie gÛrnego lub

Elektronika Praktyczna 4/2001

A U T O  M A  T Y K A

Połączenie RS485

PLC

Czujnik X

Y

Tablica X−Y

Czujnik Y

X

Rys. 4.

dolnego progu odniesienia, drugi skrajny sygnalizuj¹c jednostopniowo (rys. 3c). Pomimo ogromnych moøliwoúci, konfiguracja modu³u K3GN jest ma³o skomplikowana, a†to dziÍki wielowarstwowemu menu, do ktÛrego dostÍp jest moøliwy za pomoc¹ klawiatury. KomunikacjÍ z†uøytkownikiem u³atwiaj¹ proste komunikaty tekstowe, wyúwietlane na wyúwietlaczu LCD. Stosowanie przyrz¹du u³atwiaj¹ dodatkowe funkcje, wúrÛd ktÛrych szczegÛlnie

Elektronika Praktyczna 4/2001

przydatne s¹: moøliwoúÊ uczenia przyrz¹du, uúrednianie zmierzonej wartoúci, a†takøe przesuwanie ì0î skali przetwarzania do aktualnie zmierzonej wartoúci. W†duøych systemach sterowania i†kontroli bardzo przydatnym wyposaøeniem modu³u K3GN moøe okazaÊ siÍ wbudowany interfejs RS485 z†moøliwoúci¹ pracy takøe w†systemach multimaster. Do jednej pary przewodÛw moøna do³¹czyÊ do 32 urz¹dzeÒ (w tym sterownik PLC lub inny modu³ master), ktÛre mog¹ byÊ adresowane niezaleønie (jak na przyk³adzie pokazanym na rys. 4), adresy modu³Ûw slave mog¹ siÍ takøe powtarzaÊ. Podczas transmisji danych jest stosowany protokÛ³ CompoWay/F, ktÛrego mechanizmy zapewniaj¹ podstawowy arbitraø pomiÍdzy modu³ami master, moøliwoúÊ zdalnej konfiguracji K3GN, a†takøe moøliwoúÊ bezpoúredniej transmisji do modu³u danych pobieranych z†pamiÍci DM sterownika.

Konstrukcja obudowy modu³u K3GN umoøliwia prosty montaø na tablicy (rozdzielczej, prognostycznej itp.), a sama obudowa spe³nia wymagania odpornoúciowe na wilgoÊ i†kurz zapisane w†normach NEMA4X oraz IP66. Moim zdaniem Omron odniÛs³ niewielki (wymiarami), lecz ogromny (inøyniersko i†marketingowo) sukces. Modu³ K3GN jest bowiem jednym z†pierwszych na rynku modu³Ûw o†naprawdÍ uniwersalnej budowie i†ogromnych, konfigurowalnych moøliwoúciach. Jedno niewielkie pude³ko potrafi zast¹piÊ co najmniej 3†standardowe modu³y pomiarowo-wskaünikowe. A†to dopiero pocz¹tek! Tomasz Paszkiewicz Artyku³ powsta³ w†oparciu o†materia³y firmy Omron, tel. (0-22) 645-78-60, www.omron.com.pl. Nota katalogowa dotycz¹ca K3GN jest dostÍpna w†Internecie: http://www.eu.omron.com.

139