6/2003 czerwiec 15 zł 50 gr

Komentarze

Transkrypt

6/2003 czerwiec 15 zł 50 gr
w w w. e p . c o m . p l
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA •
NA CD: RENESANS (ex-HITACHI), OPROGRAMOWANIE CIMPLICITY DLA PLC
Miêdzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów
6/2003
●
czerwiec
●
15 zł 50 gr
(w tym 7% VAT)
6/2003 • czerwiec
A U T O M A T Y K A
Nowoczesne sterowniki PLC
Urz¹dzeniom produkowanym
przez firmÍ GE Fanuc
poúwiÍcaliúmy dotychczas
niezbyt wiele miejsca w†EP,
ale teraz nadrabiamy to
zaniedbanie, zaczynaj¹c od
prezentacji rodziny
sterownikÛw PLC VersaMax.
VersaMax
System VersaMax jest systemem
modu³owym, w†sk³ad ktÛrego wchodzi
- oprÛcz jednostek centralnych - szereg dodatkowych modu³Ûw†funkcjonalnych (rozszerzenia I/O w†tym analogowe, interfejsy komunikacyjne - m.in.
DeviceNet, Genius, Profibus/Profibus
DP, ASi (Master), Ethernet, zasilacze
itp.).
na do³¹czyÊ j¹ do dowolnej sieci pracuj¹cej z†prÍdkoúci¹ 10 lub 100 Mb/s
z†zapewnion¹ obs³ug¹ protoko³u SRTP
lub EGD (Ethernet Global Data).
Jednostki centralne umoøliwiaj¹ wykonywanie operacji zmiennoprzecinkowych oraz wykorzystanie procedur i†regulatorÛw PID o†konfigurowanych parametrach w†programach steruj¹cych ich
prac¹. Zestawienie najwaøniejszych parametrÛw sterownikÛw VersaMax znajduje
siÍ w†tab. 1.
lub b³Ídne zakoÒczenie procedury autodiagnostycznej, pracÍ lub zatrzymanie sterownika.
Co nieco o†peryferiach
W†sk³ad systemu VersaMax wchodz¹ m.in. modu³y rozszerzaj¹ce, ktÛrych s¹ dwa rodzaje: nadawcze i†odbiorcze. Modu³ IC200ETM001 jest modu³em nadawczym pozwalaj¹cym na
do³¹czenie do jednostki centralnej
Jednostki centralne VersaMax
VersaMax do 7†kaset rozszerzaj¹cych.
Jednostki centralne VersaMax
Modu³ wyposaøony jest w†port
umoøliwiaj¹ obs³ugÍ do 8†modudo pod³¹czania kaset rozszerzaj¹³Ûw i†7†kaset rozszerzaj¹cych,
Co to jest VersaMax?
cych na odleg³oúÊ do 750 m.
z†kolei do kaødej z†kaset moøna
Sterowniki VersaMax to nowa rodzina
Maksymalna d³ugoúÊ kabla do
do³¹czyÊ rÛwnieø do 8†modu³Ûw
kaset rozszerzaj¹cych uzaleøniona
(maksymalna odleg³oúÊ, na jak¹ uniwersalnych, modułowych sterowników
PLC, które mogą pracować jako
jest od uøytego modu³u odbiormoøna oddaliÊ kasety rozszerzaj¹czego oraz wymaganej prÍdkoúci
ce od jednostki centralnej, wynosterowniki niezależne, a także jako
transmisji i†wynosi:
si 750 m). Kaøda jednostka CPU
część większego, rozproszonego
- do 15 m†- dla IC200ERM002,
jest standardowo wyposaøona
systemu sterowania.
- do 250 m†- dla IC200ERM001
w†zegar czasu rzeczywistego oraz
i†prÍdkoúci transmisji 1†Mb/s,
dwa porty komunikacyjne: RS232
- od 250...750 m†- 250 kb/s dla
i†RS485 (z zaimplementowan¹ obs³ug¹
Sterowniki VersaMax wyposaøono
IC200ERM001.
protoko³Ûw†SNP/SNP-X, Modbus RTU
w†moøliwoúÊ wymiany programu steruModu³ oznaczony symbolem
(Master/Slave) i†Custom ASCII Read/
j¹cego podczas pracy (np. za poprzez
IC200ERM001 jest z†kolei galwanicznie
Write). JednostkÍ centraln¹ CPUE05
interfejs sieciowy). Standardowo steizolowanym odbiornikiem dla kaset
(tab. 1) wyposaøono w†interfejs sieciorowniki VersaMax s¹ wyposaøone
rozszerzaj¹cych sterownika lub moduwy Ethernet, za pomoc¹ ktÛrego moøw†pamiÍÊ typu Flash, a opcjonalnie w
³Ûw wejúÊ/wyjúÊ. Moøna zastosowaÊ
podtrzymywan¹ bateryjnie pamiÍÊ
maksymalnie 7†kaset rozszerzaj¹cych,
RAM umoøliwiaj¹c¹ przechowanie prozawieraj¹cych po 8†modu³Ûw wejúÊ/
gramu steruj¹cego, danych oraz
wyjúÊ lub modu³Ûw specjalnych. Ostatpredefiniowanych stanÛw rejestrÛw.
nim modu³em rozszerzaj¹cym jest
OprÛcz typowych wejúÊ i†wyjúÊ (cyfroIC200ERM002, ktÛry zapewnia komuniwych i†analogowych), jednostki centralkacjÍ na odleg³oúÊ do 15 metrÛw. Moøne obs³uguj¹ liczniki impulsÛw wysona zastosowaÊ maksymalnie 7†kaset
kiej czÍstotliwoúci oraz wyjúcia impulrozszerzaj¹cych, zawieraj¹cych po
sowe PTO i†PWM.
8†modu³Ûw wejúÊ/wyjúÊ lub modu³Ûw
RolÍ interfejsu uøytkownika w†stespecjalnych. Modu³ ERM200 moøe byÊ
rownikach VersaMax spe³nia 7†diod
pod³¹czany bezpoúrednio do jednostki
LED, sygnalizuj¹cych m.in. obecnoúÊ
centralnej (interfejsu komunikacyjnego)
napiÍcia zasilaj¹cego 5†V, poprawne
Elektronika Praktyczna 6/2003
135
A U T O M A T Y K A
danych wejúciowych i†128 bajtÛw†danych wyjúciowych (w†tym maksymalnie 64 kana³y analogowe). Z†kolei
IC200BEM002 spe³nia rolÍ modu³u
komunikacyjnego do sieci Profibus
DP. Pozwala on na wys³anie 384 bajtÛw danych w†tym maksymalnie 244
bajtÛw danych wejúciowych i†tyleø
samo wyjúciowych. IC200BEM104 jest
to modu³ komunikacyjny AS-i Master.
Moøe on spe³niaÊ rolÍ interfejsu pomiÍdzy jednostk¹ centraln¹ VersaMax
lub modu³em NIU a†sieci¹ AS-i.
Umoøliwia wymianÍ danych dyskretnych (20 bajtÛw z†wejúÊ i†20 bajtÛw
z†wyjúÊ dyskretnych) z†31 urz¹dzeniami podrzÍdnymi (Slave). W†przypadku
Dodatkowe informacje
Zestaw uruchomieniowy VersaMax udostêpni³a redakcji firma Astor, tel. (12) 428-63-00,
fax: (12) 428-63-09, www.astor.com.pl.
Dodatkowe informacje i oprogramowanie dla
sterowników VersaMax s¹ dostêpne w Internecie pod adresami:
- http://www.astor.com.pl/Gefanuc/
VersaMax.htm.
- http://www.astor.com.pl/Gefanuc/Serwis/
software.asp.
w†wypadku, gdy do³¹czana jest tylko
jedna kaseta rozszerzaj¹ca i†jej odlegcowaÊ z†praktycznie dowolnymi inny³oúÊ od modu³u nie przekracza 1†m.
mi sterownikami w†ramach jednego
W†ramach systemu VersaMax oferosystemu sterowania.
wane s¹ rÛønorodne modu³y wejúciowowyjúciowe, ktÛrych nie bÍdziemy
Podsumowanie
Przemyślana konstrukcja
szczegÛ³owo omawiaÊ ze wzglÍZ†tej krÛtkiej prezentacji widaÊ,
du na ich duø¹ liczbÍ i†relatywøe VersaMax jest uniwersalnym
Moduły VersaMax montowane są
nie prost¹ funkcjÍ spe³nian¹
systemem steruj¹cym, w†ktÛrym
w podstawkach, spełniających rolę
w†systemie. Dla orientacji warto
sterownik PLC moøe spe³niaÊ rolÍ
części magistrali i wyposażonych
wiedzieÊ, øe dostÍpnych jest 22
lokalnej ìcentraliî zarz¹dzaj¹cej
w terminale przyłączeniowe. Podstawki
wersji wejúÊ-wyjúÊ dyskretnych
prac¹ wielu modu³Ûw†interfejsomontowane są na szynie DIN i łączone
oraz 18 wersji wejúÊ-wyjúÊ anawych. Modu³owoúÊ konstrukcji
ze sobą zatrzaskowo.
logowych i†mieszanych.
jest zalet¹ systemu VersaMax, poAtutem systemu VersaMax
niewaø dziÍki niej ³atwo jest dowspÛ³pracy z†sieci¹ DeviceNet niejest rÛønorodnoúÊ dostÍpnych w†nim
stosowaÊ budowÍ systemu steruj¹cego
zbÍdny bÍdzie modu³ IC200BEM103.
sieciowych interfejsÛw komunikacyjdo wymagaÒ aplikacji, co wi¹øe siÍ
Moøe on pracowaÊ w†sieci jako Masnych.
Na
przyk³ad
modu³
z†optymalizacj¹ kosztÛw†jego wykonater lub Slave, a†takøe spe³niaÊ obie te
IC200DBI001 jest interfejsem komuninia. MoøliwoúÊ zintegrowania w†rakacyjnym sieci DeviceNet, umoøliwiamach systemu praktycznie dowolnego
role jednoczeúnie. Za jego poúrednicj¹cym pod³¹czenie do systemu grupy
interfejsu sieciowego znakomicie u³attwem moøna nadawaÊ 512 bajtÛw dalokalnych modu³Ûw wejúÊ/wyjúÊ. Wywia wspÛ³pracÍ systemu VersaMax
nych (przesy³ane jako bity lub jako
miana danych z†jednostk¹ centraln¹
z†urz¹dzeniami dostarczanymi przez
s³owa) i†tyle samo odbieraÊ. W†sumie
moøe obejmowaÊ maksymalnie 128
innych producentÛw, znacznie
w†ramach systemu VersaMax oferowabajtÛw danych wejúciowych i†128 bajzwiÍksza to elastycznoúÊ budowanych
nych jest siedem rÛønych modu³Ûw
tÛw danych wyjúciowych oraz 2-bajtosystemÛw.
komunikacji sieciowej, dziÍki czemu
we s³owo stanu i†2-bajtowe s³owo steAndrzej Gawryluk, AVT
urz¹dzenia VersaMax mog¹ wspÛ³praruj¹ce. Takøe modu³ IC200PBI001 jest
Tab. 1. Zestawienie podstawowych parametrów modułów CPU VersaMax
interfejsem komunikacyjnym - tym raParametryjednostekcentralnych
CPU001
CPU002
CPU005
CPUE05
zem sieci Profibus-DP - umoøliwiaj¹cym pod³¹czenie lokalnych modu³Ûw
Prze³¹cznik trybu pracy Run/Stop
+
+
+
+
wejúÊ/wyjúÊ. Pracuje on jako urz¹dzePodtrzymywanie pamiêci RAM/pamiêæ Flash
+/+
+/+
+/+
+/+
nie podrzÍdne (Slave). Z†urz¹dzeniem
Diody statusowe LED
+
+
+
+
nadrzÍdnym (Master) moøe wymieniaÊ
Programowanie z u¿yciem listy instrukcji oraz
+
+
+
+
kaødorazowo 375 bajtÛw danych wejw logice drabinkowej
úciowych i†wyjúciowych. Interesuj¹Liczba procedur
64
64
64
64
cym modu³em komunikacyjnym jest
Instrukcje zmiennoprzecinkowe
+
+
+
+
IC200EBI001, spe³niaj¹cy rolÍ interfejZegar czasu rzeczywistego
+
+
+
+
su Ethernet. Umoøliwia on pod³¹czePrêdkoœæ wykonywania 1 kB prostego
1,8 ms
1,8 ms
0,5 ms
0,5 ms
nie modu³Ûw systemu VersaMax do
programu logicznego
sieci Ethernet i†wymianÍ 1024 bajtÛw
Wielkoœæ pamiêci przeznaczonej
konfiguro- konfiguro- konfiguro- konfigurodanych (na ktÛre sk³ada siÍ po 256
na program steruj¹cy
walna 34 kB walna 42 kB walna 64 kB walna 64 kB
bajtÛw na kaødy z†typÛw danych: wejPamiêæ rejestrowa (%R)
2048 s³ów 2048 s³ów 2048 s³ów 2048 s³ów
úciowych dyskretnych, wyjúciowych
konfiguro- konfiguro- konfiguro- konfigurodyskretnych, wejúciowych analogowalna
walna
walna
walna
wych, wyjúciowych analogowych).
Wejœcia dyskretne (%I)
2048
2048
2048
2048
Czwartym interfejsem komunikacyjWyjœcia dyskretne (%Q)
2048
2048
2048
2048
nym jest IC200GBI001, za pomoc¹
Wejœcia analogowe (%AI)
256 bajtów 256 bajtów 256 bajtów 256 bajtów
ktÛrego moøna pod³¹czyÊ do systemu
Wyjœcia analogowe (%AQ)
256 bajtów 256 bajtów 256 bajtów 256 bajtów
sieciowego Genius (natywny system
Wewnêtrzne zmienne dyskretne z pamiêci¹ (%M)
1024
1024
1024
1024
sterownikÛw VersaMax) grupÍ lokalWewnêtrzne zmienne dyskretne bez pamiêci (%T)
256
256
256
256
nych modu³Ûw wejúÊ/wyjúÊ. Wymiana
Wymiary
[mm]
66,8x128
66,8x128
106,7x128
126x128
danych z†jednostk¹ centraln¹ moøe
Pobór pr¹du
100 mA
100 mA
290 mA
650 mA
obejmowaÊ maksymalnie 128 bajtÛw
136
Elektronika Praktyczna 6/2003
A U T O M A T Y K A
Kameleon - to okreúlenie
najlepiej oddaje filozofiÍ karty
APCI-1710 produkowanej przez
niemieck¹ firmÍ Addi-Data.
Raz zainstalowana
w†komputerze, moøe zmieniaÊ
funkcjÍ zaleønie od bieø¹cych
potrzeb uøytkownika. Moøe
odczytywaÊ stany enkoderÛw,
zliczaÊ sygna³y impulsowe,
mierzyÊ czÍstotliwoúÊ impulsÛw
lub komunikowaÊ siÍ z†innym
komputerem. Funkcje karty nie
s¹ zdeterminowane sprzÍtowo,
lecz przez uøytkownika, ktÛry
decyduje o†tym, jak karta ma
pracowaÊ w†okreúlonej
aplikacji.
Wielofunkcyjna programowalna
karta licznikowa APCI-1710
Karta APCI-1710 sk³ada siÍ z†czterech programowalnych licznikowych
modu³Ûw funkcyjnych, ktÛrych prac¹ zarz¹dza program SET1710 (rys.
1). DziÍki temu oprogramowaniu
uøytkownik jednym poci¹gniÍciem
myszki moøe za³adowaÊ wybrane
przez siebie funkcje do modu³Ûw
karty. Kaødy z†4†modu³Ûw karty
moøna skonfigurowaÊ jako:
- licznik/uk³ad czasowy,
- 32- lub 2x 16-bitowy licznik enkodera przyrostowego,
- interfejsy enkoderÛw bezwzglÍdnych/SSI,
- miernik czÍstotliwoúci,
- generator sygna³Ûw PWM,
- miernik czasu trwania impulsu,
- 8†we/we cyfrowych, 24V, TTL,
RS422.
KartÍ moøna zaprogramowaÊ
jednoczeúnie dowoln¹ kombinacj¹
Rys. 1
132
czterech funkcji. Moøna teø jedn¹
funkcj¹ zaprogramowaÊ wszystkie
4†modu³y.
Jednym z†moøliwych zastosowaÒ karty APCI-1710 jest odczyt
enkoderÛw przyrostowych lub
bezwzglÍdnych (SSI). Enkodery
SSI zamieniaj¹ informacjÍ o†po³oøeniu na dane szeregowe i†przesy³aj¹ je za pomoc¹ interfejsu synchronicznego do odbiornika. Enkodery przyrostowe generuj¹ z†kolei pewn¹ liczbÍ impulsÛw na obrÛt. Dwa sygna³y wyjúciowe, przesuniÍte w†fazie o†90 stopni, daj¹
informacje o†szybkoúci i†kierunku
obrotÛw. Oba typy enkoderÛw mog¹ byÊ obs³ugiwane przez APCI1710, przy rÛønych pod³¹czeniach
sygna³Ûw, zaprogramowanych odpowiednio dla wybranej funkcji
modu³u. Kaødy z†4†modu³Ûw ma
12 izolowanych optycznie linii
sygna³owych, wyprowadzonych na
z³¹cze D-SUB50. Do obs³ugi enkodera przyrostowego w†trybie licznika 32-bitowego jest wykorzystywane 8†sygna³Ûw (w tym sygna³
indeksu i†b³Ídu). Alternatyw¹ jest
pod³¹czenie dwÛch enkoderÛw do
modu³u w†trybie dwÛch licznikÛw
16-bitowych, jednak bez sygna³u
indeksu i†b³Ídu. Dla enkodera SSI
potrzebne s¹ tylko 2†sygna³y. Do
jednego modu³u moøna wiÍc pod-
³¹czyÊ jednoczeúnie 3†takie enkodery. W†przypadku pracy z†dwoma enkoderami pod³¹czonymi do
modu³u w†trybie licznikÛw 16-bitowych, prowadzona jest analiza
zboczy dla sygna³Ûw A†i†B†oraz
C†i†D. Te cztery sygna³y s¹ odczytywane w†takt wspÛlnego zegara
CLKX i†buforowane. CzÍstotliwoúÊ
zegara musi byÊ co najmniej czterokrotnie wyøsza od czÍstotliwoúci sygna³Ûw A, B, C†i†D. Kierunek
obrotu poszczegÛlnych osi jest
okreúlany przez uk³ad analizy
zboczy na podstawie przesuniÍÊ
w†fazie sygna³Ûw A†i†B†oraz C†i†D.
Karta APCI-1710 jest dostarczana ze sterownikami czasu rzeczywistego dla Windows NT oraz
standardowymi dla Windows 95/
98 i†LabVIEW, a†takøe z†przyk³adami programowania w†C, C++,
Visual Basic, Delphi. Karta do-
Rys. 2
Elektronika Praktyczna 6/2003
A U T O M A T Y K A
Elektronika Praktyczna 6/2003
133
A U T O M A T Y K A
Rys. 3
Rys. 4
Rys. 5
stÍpna jest teø w†wersji dla magistrali CompactPCI - CPCI-1710.
tuje, licznik enkodera jest ustawiony na ì0î. WartoúÊ licznika
jest zapamiÍtywana, gdy uk³ad
czasowy zostaje wyzerowany.
PrÍdkoúÊ obrotow¹ otrzymuje siÍ
przez podzielenie wartoúci licznika przez czÍstotliwoúÊ. KartÍ moøna skonfigurowaÊ takøe do jednoczesnego zliczania i†rozpoznawania kierunku obrotÛw. Tak d³ugo,
jak enkoder obraca siÍ do przodu
(sygna³ A†ìwyprzedzaî sygna³ B),
licznik zlicza w†gÛrÍ. Gdy zmienia
kierunek obrotÛw, licznik zlicza
w†dÛ³. Takie automatyczne rozpoznawanie kierunku jest stosowane w†pozycjonowaniu, kiedy
trzeba okreúlaÊ zmiany kierunku np. przy uk³adaniu elementÛw
przez ramiÍ robota.
W†trybie bezpoúrednim licznik
moøna zaprogramowaÊ takøe do
pracy jako prze³¹cznik zegar/bramka do pomiarÛw czÍstotliwoúci lub
okresÛw (rys. 4). Sygna³ na wejúciu bramki uruchamia (zboczem
opadaj¹cym) i†zatrzymuje (zboczem
narastaj¹cym) zliczania impulsÛw
na wejúciu zegara - sygna³ bramki
decyduje o†czasie zliczania. Pomiar
d³ugoúci impulsu lub czÍstotliwoúci jest moøliwy tylko wtedy, gdy
na wejúcie bramki (pomiar d³ugoúci impulsu) lub zegara (pomiar
czÍstotliwoúci) podawany jest refe-
rencyjny sygna³ zegarowy ze zdefiniowan¹ i†stabiln¹ czÍstotliwoúci¹. Jeúli bramka otwarta jest przez
1†sekundÍ, liczba zliczonych impulsÛw odpowiada zmierzonej
czÍstotliwoúci. Przy pomiarze czasu trwania impulsu, bramka jest
otwierana i†zamykana przez mierzony sygna³, tak wiÍc okres moøna okreúliÊ przez zliczone na wejúciu zegarowym impulsy.
Za pomoc¹ prezentowanej karty
moøna mierzyÊ takøe d³ugoúÊ impulsÛw i†ich czÍstotliwoúÊ (rys. 5).
Przed rozpoczÍciem pomiarÛw kierunek zliczania (w gÛrÍ lub w†dÛ³)
moøna okreúliÊ programowo. Akwizycja i†analiza d³ugoúci impulsu jest
uøywana zw³aszcza do pomiarÛw
d³ugoúci elementÛw metalowych za
pomoc¹ indukcyjnych czujnikÛw
zbliøeniowych. Pomiar czÍstotliwoúci jest odpowiedni dla pomiarÛw
prÍdkoúci za pomoc¹ enkoderÛw,
poniewaø sygna³ indeksu generuje
typowo jeden impuls na obrÛt.
EG
APCI-1710 w†praktyce
Moøliwoúci karty zilustrujemy
kilkoma przyk³adami. Jako pierwszy omÛwimy pomiar d³ugoúci
drogi (rys. 2) i†wp³yw przyjÍtej zasady pomiaru na jego dok³adnoúÊ.
W†prostym trybie pomiarowym
moøna zmierzyÊ drogÍ czterokrotnie d³uøsz¹ niø w†trybie poczwÛrnym, przy takiej samej d³ugoúci
licznika. Dlatego tryb prosty jest
bardziej odpowiedni dla duøej
liczby obrotÛw lub szczegÛlnie
d³ugich drÛg. W†trybie poczwÛrnym pozycjÍ przy obrotach moøna
okreúliÊ z†czterokrotnie wyøsz¹ dok³adnoúci¹, dlatego ten tryb nadaje
siÍ bardziej do dok³adnych pomiarÛw. Tryb podwÛjny jest rozwi¹zaniem kompromisowym. W†ten sposÛb liczniki moøna dostosowaÊ do
rÛønych aplikacji w†zaleønoúci od
tego, czy wymagaj¹ one maksymalnej d³ugoúci drogi, czy maksymalnej dok³adnoúci odczytu.
Innym przyk³adem jest pomiar
prÍdkoúci (rys. 3). Programowalny
uk³ad czasowy (timer) z†okreúlon¹
czÍstotliwoúci¹ odniesienia wyznacza czas, podczas ktÛrego enkoder
przyrostowy musi okreúliÊ przebyt¹ drogÍ. Gdy uk³ad czasowy star-
134
Dodatkowe informacje
Opracowano na podstawie materia³ów firmy
Addi-Data. Dystybutorem tej firmy w Polsce jest
Egmont Instruments, tel. (22) 6686975,
8233017, fax: (22) 6592611, http://www.egmont.com.pl, [email protected]
Elektronika Praktyczna 6/2003
A U T O M A T Y K A
Czujniki zbli¿eniowe
firmy Omron
Typowym zadaniem
stawianym wielu systemom
W†takich w³aúnie aplikacjach
s¹ stosowane zbliøeniowe czujniki
indukcyjne, ktÛre doskonale nadaj¹ siÍ do wykrywania elementÛw
(np. fragmentÛw maszyn) wykonanych z†materia³Ûw ferromagnetycznych. Jednym z†producentÛw czujnikÛw tego typu jest japoÒska firma Omron, w†ofercie ktÛrej znajduje siÍ wiele ich wariantÛw
o†charakterystykach przystosowanych do aplikacji rÛønego typu.
Ze wzglÍdu na zasadÍ dzia³ania
czujniki indukcyjne charakteryzu-
j¹ siÍ rÛøn¹ czu³oúci¹ dla rÛønych
metali, czego przyk³ady pokazano
na rys. 1 i†2.
DoúÊ interesuj¹c¹ rodzin¹
czujnikÛw w†ofercie Omrona s¹
czujniki z†rodziny E2A, ktÛre dziÍki wykorzystaniu wieloletnich doúwiadczeÒ i†nowoczesnych technologii - maj¹ mniejsze
wymiary od wiÍkszoúci czujnikÛw produkowanych dotychczas,
charakteryzuj¹c siÍ przy tym
dwukrotnie wiÍkszym zasiÍgiem
nominalnym.
Rys. 1. Charakterystyka czułości
czujnika E2A o średnicy 8 mm
dla różnych metali
Rys. 2. Charakterystyka czułości
czujnika E2A o średnicy 30 mm
dla różnych metali
Elektronika Praktyczna 6/2003
automatyki jest nadzÛr pracy
maszyn i†urz¹dzeÒ,
w†ktÛrych z†natury rzeczy
jest wiele elementÛw
ruchomych, ktÛrych po³oøenie
trzeba kontrolowaÊ.
Czujniki E2A s¹ produkowane
w†szerokiej gamie obudÛw (o
standardowych úrednicach gwintu: M8, M12, M18 oraz M30),
w†wersjach z†wyprowadzonym
kablem lub ze specjalnym, 3- lub
4-stykowym z³¹czem. Przy wyprowadzeniu kabla (lub przy z³¹czu)
znajduje siÍ optyczny wskaünik
zadzia³ania czujnika wykonany
na diodzie LED (øÛ³tej). W†zaleønoúci od zastosowania, czujniki
mog¹ mieÊ ekranowane lub nieco
wysuniÍte z†metalowej obudowy
g³owice pomiarowe, co ma
wp³yw na zasiÍg ich dzia³ania
i†stromoúÊ charakterystyki czu³oúci (rys. 3 i†4).
129
A U T O M A T Y K A
a)
b)
Rys. 3. Charakterystyki czułości
czujników o różnych średnicach
z głowicą ekranowaną
Rys. 4. Charakterystyki czułości
czujników o różnych średnicach
z głowicą nieekranowaną
W†zaleønoúci od wymagaÒ docelowej aplikacji moøna stosowaÊ
czujniki z†wyjúciami typu NC
(Normal Close) lub NO (Normal
Open) z†tranzystorami NPN lub
PNP (rys. 5). Niezaleønie od typu
wyjúcia, czujnik jest do³¹czany do
systemu za pomoc¹ trzech przewodÛw, z†ktÛrych dwa s³uø¹ do
doprowadzenia zasilania (10...32
VDC/10 mA), natomiast trzeci
przekazuje sygna³ z†wyjúcia czujnika. Maksymalne natÍøenie pr¹du
wp³ywaj¹cego/wyp³ywaj¹cego
z†wyjúcia czujnika nie moøe przekraczaÊ 200 mA. Naleøy pamiÍtaÊ,
øe w†obwodach wyjúciowych czuj-
nikÛw znajduj¹ siÍ zabezpieczenia
antyprzepiÍciowe oraz diody zabezpieczaj¹ce przed odwrÛcon¹
polaryzacj¹ napiÍcia (za wyj¹tkiem
czujnikÛw o†úrednicy obudowy
8†mm), a rolÍ bezpiecznika
przetÍøeniowego spe³nia szeregowo po³¹czone: wyjúciowa rezystancja tranzystora oraz dioda zabezpieczaj¹ca. Przed nieprawid³ow¹ polaryzacj¹ napiÍcia zasilania
chroni wewnÍtrzne obwody czujnika specjalne zabezpieczenie,
dziÍki czemu zminimalizowano
ryzyko jego elektrycznego uszkodzenia.
Wszystkie czujniki z†rodziny
E2A spe³niaj¹ rozszerzone (zamiast 30-minutowego testu w†temperaturze 30oC†jest przeprowadza-
Rys. 5. Budowa obwodów
wyjściowych i zasilania czujni−
ków z wyjściem z tranzystorem
pnp (a) i npn (b)
ny test w†20 cyklach: 1†godzina
w†temperaturze 80 o C/1 godzina
w†temperaturze 0o C, przy czasie
zmiany cyklu zaledwie 2†minuty)
wymagania szczelnoúciowe IP67
(opisane w†EP12/2002). Dodatkowo producent przeprowadza szokowy test termiczny, ktÛrym poddawane s¹ wszystkie produkowane czujniki.
Andrzej Gawryluk, AVT
Dodatkowe informacje
Artyku³ powsta³ na podstawie materia³ów
udostêpnionych przez firmê Omron, tel. (22)
645-78-60, www.omron.com.pl.
130
130
Elektronika
Elektronika Praktyczna
Praktyczna 6/2003
6/2003
A U T O M A T Y K A
Kamera termograficzna
V-20
Jak wiadomo wszystkie cia³a o†temperaturze
powyøej 0†K†emituj¹ promieniowanie
podczerwone. Czy moøna ten fakt
wykorzystaÊ w†jakiú sposÛb? Odpowiedü
wydaje siÍ oczywista - do budowy
termometrÛw. Musimy tylko wymyúliÊ odpowiedni¹
metodÍ pomiaru temperatury. £atwo powiedzieÊ
ìtylkoî. Zagadnienie bynajmniej nie jest takie
trywialne.
Jeszcze w latach 70. niemal ca³y
úwiat naukowy twierdzi³, øe nie jest
moøliwy szybki pomiar d³ugofalowego
promieniowania podczerwonego bez
specjalnych detektorÛw ch³odzonych
kriogenicznie (ciek³ym azotem). Powyøsze stanowisko wp³ywa³o doúÊ istotnie na przebieg prac konstrukcyjnych
nad kamerami termograficznymi.
Kamery wyposaøone w†detektory ch³odzone kriogenicznie s¹ uci¹øliwe i drogie w†eksploatacji. Jednak cz³owiek wielokrotnie prze³amywa³ bariery, ktÛre
wydawa³y siÍ nie do pokonania. Tak
by³o i†tym razem, a†sprawa moøe byÊ
szczegÛlnie bliska nam Polakom, bo to
w³aúnie polscy inøynierowie og³osili, øe
wykonaj¹ detektor podczerwieni pracuj¹cy w†duøo mniej drastycznych warunkach, zdecydowanie bardziej zbliøonych
do ìpokojowychî. Oznacza to koniecznoúÊ sch³odzenia detektora do temperatury ok. minus trzydziestu kilku stopni
Celsjusza. Jest to niew¹tpliwie duøo ³atwiejsze do osi¹gniÍcia, niø utrzymywanie
detektora w†temperaturze minus stu kilkudziesiÍciu stopni, jak w†przypadku
detektorÛw ch³odzonych kriogenicznie.
Wystarcz¹ do tego choÊby doúÊ powszechnie juø stosowane ogniwa Peltiera.
Dziú kamera termowizyjna V-20
produkowana przez firmÍ VIGO System SA, pracuj¹ca na tej zasadzie, jest
juø normalnym produktem handlowym,
zdobywaj¹cym rynki nie tylko krajowe.
Doczeka³a siÍ nawet juø drugiej generacji. Jest przy tym tania (jak na aparaturÍ tego typu) i†niezawodna. Alternatywnymi przyrz¹dami dla kamer termowizyjnych s¹ pirometry. Ze wzglÍdu jednak na punktow¹ metodÍ pomiaru przegrywaj¹ z†kamerami wszÍdzie
tam, gdzie istotny jest pomiar rozk³adu temperatur. Znajduj¹ wiÍc zastoso-
126
wanie w†grupie pomiarÛw procesÛw technologicznych. Kamera termograficzna tymczasem moøe byÊ wykorzystywana w†diagnostyce przemys³owej, w†warunkach
utrudnionego dostÍpu do
obiektu lub w†miejscach nienadaj¹cych
siÍ do pod³¹czenia na sta³e detektorÛw
temperatury (wysokie napiÍcie, agresywne úrodowisko itp.). DziÍki niej
moøna prowadziÊ zarÛwno pomiary
jednorazowe, jak i†ci¹g³e. W†pierwszym
przypadku zainteresowana instytucja
nie musi nawet kupowaÊ kamery, moøe zleciÊ jedynie wykonanie odpowiednich pomiarÛw producentowi,
ktÛry prowadzi rÛwnieø takie us³ugi.
W†drugim przypadku uøytkownik uzyskuje bardzo atrakcyjn¹ formÍ monitorowania swoich obiektÛw. Kamera
V-20 po³¹czona z†Internetem umoøliwia ci¹g³y nadzÛr obiektÛw, prowadzony w†sposÛb ca³kowicie bezobs³ugowy.
Dodatkow¹ korzyúci¹ jest przy tym
rÛwnieø moøliwoúÊ jej zdalnego diagnozowania. Kamera oprÛcz danych ter-
Rys. 1. Główne okno programu Therm V−20
Elektronika Praktyczna 6/2003
A U T O M A T Y K A
a)
b)
c)
Rys. 2. Wykres liniowy rozkładu
temperatur wzdłuż prostej (a),
histogram rozkładu temperatur zdjęty
z całej powierzchni termogramu (b),
histogram rozkładu temperatur
wzdłuż wybranej prostej (c)
mometrycznych moøe bowiem wysy³aÊ
niezbÍdne informacje o†swoim stanie
(napiÍcie baterii, stan ³adowania, temperatura detektora, minimalna i†maksymalna temperatura pracy, liczba wykonanych skanÛw, numer seryjny itd.).
W†razie koniecznoúci moøna wykonaÊ
uaktualnienie oprogramowania wewnÍtrznego mikroprocesora, a†takøe
przeprowadziÊ autokalibracjÍ. Wszystkie dane konfiguracyjne s¹ przechowywane w†wewnÍtrznej pamiÍci Flash.
Kamera V-20 jest oryginalnym produktem firmy VIGO System SA, pocz¹wszy od opracowania konstrukcji
skoÒczywszy na jej produkcji (w³¹cznie
z†wytwarzaniem samego detektora). Zastosowano w†niej 16-bitowe przetwarzanie danych, zapewniaj¹ce tym samym
uzyskanie bardzo wysokich rozdzielczoúci pomiarÛw (8, 12 lub 16 bitÛw). Kamera moøe pracowaÊ w†trybie dok³adnym lub szybkim. Czas tworzenia
obrazu za pomoc¹ kamery V-20 typowo
wynosi 25s. Znajduje ona zastosowanie
we wszelk iego ro dzaju b adaniach
procesÛw wolnozmiennych. Uøycie
wbudowanego skanera liniowego (10Hz),
jak rÛwnieø zawÍøenie obszaru skanowania pozwala na badanie niektÛrych
procesÛw o wiÍkszej prÍdkoúci zmian.
W†doúÊ oryginalny sposÛb przewidziano wizualizacjÍ wynikÛw. Jedn¹
z†metod jest do³¹czenie komputera poprzez interfejs USB i†wyúwietlanie wynikÛw na jego monitorze, ale w†warunkach terenowych mog³oby to byʆniewygodne, nawet w†przypadku wykorzystania notebookÛw. Z†tego wzglÍdu
kamera moøe byÊ sprzedawana wraz
z†komputerem klasy palmtop. Ma nawet specjalnie przewidziany dla niego
a)
b)
c)
Tab. 1. Parametry techniczne kamery V−20 dostosowywane indywidualnie do potrzeb
i możliwości klienta
Seria V-20E
Typ kamery
obudowa standardowa
skaner dwuwymiarowy
Rozdzielczoœæ przestrzenna sygna³owa
Zakres mierzonych temperatur
5 lub 10 mrad
uzgodniony podzakres z przedzia³u: -10...1500oC
Zakres spektralny
Rozdzielczoœæ termiczna NETD w 30°C
Dok³adnoœæ pomiaru
3...5 µm lub 8...12 µm
0,05oC...10oC w zale¿noœci od modelu
5% (10% dla modelu E10)
K¹t skanowania w poziomie
K¹t skanowania w pionie
30 o
30 o
Zakres odleg³oœci dla pe³nej ostroœci
(opcja makro: pomiar z odleg³oœci 45 mm)
Liczba linii
0,3 m do ∝ regulowany elektronicznie
maks. 240
Liczba punktów w linii
Czas tworzenia obrazu
maks. 240
4...25 s
Opcja skanera liniowego - czas skanowania
wybranej linii
Czas miêdzy kolejnymi skanami
2,3...7,2 ms
33...104 ms
Detektor
Temperatura otoczenia
Wymiary
HgCdTe ch³odzony termoelektrycznie
-10...30oC (zale¿nie od zakresu)
280x112x162 mm
Waga
Zasilanie
4,5 kg
220 VAC lub 24/12 VDC lub akumulatorowe
Elektronika Praktyczna 6/2003
Rys. 3. Przykładowe palety barw
używane w termogramach
uchwyt. Na ekranie palmtopa jest
wyúwietlany obraz widziany przez kamerÍ, a†zainstalowane oprogramowanie
umoøliwia natychmiastow¹ obrÛbkÍ
wynikÛw. Trzeba pamiÍtaÊ, øe†obraz
z†kamery termograficznej nie powstaje
tak szybko, jak w†tradycyjnej kamerze
wideo. Nie zawsze ³atwe jest wiÍc wycelowanie obiektywu w†odpowiedni
punkt. Aby u³atwiÊ tÍ czynnoúÊ, zastosowano wbudowany na sta³e wskaünik
laserowy. Jego plamka wyznacza punkt
leø¹cy na osi optycznej kamery. DoúÊ
oczywista wydaje siÍ rÛwnieø koniecznoúÊ umieszczenia kamery na statywie
i†to doúÊ masywnym. Jeúli powierzch-
127
A U T O M A T Y K A
Rys. 4. Rozkład temperatury sporządzony w Excelu na podstawie danych
z programu Therm V−20
nia mierzona jest znacznie mniejsza od
ca³ego pola widzenia, moøna zaznaczyÊ myszk¹ interesuj¹cy nas obszar.
Podczas tworzenia obrazu skanowany
bÍdzie tylko zaznaczony fragment,
skracaj¹c†tym samym czas pomiaru.
Opracowane termogramy mog¹ byÊ
zapisywane na karcie pamiÍciowej
MMC o†pojemnoúci do 256†MB. Umoøliwia ona zachowanie ponad 3500 termogramÛw, a†zastosowanie portu USB
zapewnia w†razie koniecznoúci szybki
transfer danych. Powyøsze cechy kamery V-20 s¹ bardzo przydatne podczas prac w†warunkach terenowych.
Detektory podczerwieni stosowane
w†kamerach termograficznych moøna
podzieliÊ na jednoelementowe i†wieloelementowe. W†V-20 zastosowano detektor jednoelementowy. Rozwi¹zanie
takie przyczynia siÍ do obniøenia kosztu ca³ego urz¹dzenia i†jednoczeúnie zapewnia, øe kaødy z†57600 punktÛw
sk³adaj¹cych siÍ na obraz powstaje
w†identycznych warunkach. Zastosowanie pojedynczego detektora niesie ze
128
sob¹ zalety metrologiczne wynikaj¹ce
z†faktu, øe kaødy elementarny obszar
obiektu mierzony jest tym samym detektorem i dok³adnoúÊ pomiaru jest
duøo wiÍksza niø w przypadku detektorÛw wieloelementowych.
Kamera to nie wszystko
Moøna powiedzieÊ, øe bezpoúrednia
praca z†kamer¹ to tylko wstÍp do pÛüniejszego opracowania wynikÛw pomiarowych. Dalsze czynnoúci bÍd¹ prowadzone juø w†warunkach biurowych, przy
wykorzystaniu komputera i†programu
Therm V-20 (rys. 1). Program ten jest
dostarczany razem z†kamer¹. Uøytkownik nie ponosi dodatkowych kosztÛw
zwi¹zanych z†jego nabyciem. Za pomoc¹ programu Therm V-20 moøe byÊ
przygotowana niemal automatycznie dokumentacja prac pomiarowych, obejmuj¹ca opracowanie graficzne i†tabelaryczne wynikÛw. W†jej sk³ad wchodz¹: pliki
tekstowe z†opisami pomiarÛw, zdjÍcia
mierzonych obiektÛw (tradycyjne - wykonane np. aparatem cyfrowym), zestaw
termogramÛw, wykresy liniowe (rys. 2a)
i†histogramy rozk³adu temperatur (rys.
2b i†2c). Te ostatnie odnosz¹ si͆do ca³ej powierzchni obrazu lub tylko do
ustalonej krzywej ³amanej, przebiegaj¹cej
przez wybrane punkty mierzonego
obiektu. Gdyby proponowane w†programie typy wykresÛw nie odpowiada³y
wymaganiom uøytkownika, moøe on
skorzystaÊ np. z†programu Excel po
wczeúniejszym wyeksportowaniu do niego danych. Program Therm V-20 potrafi
teø eksportowaÊ dane w†formacie *.bmp.
Do tworzenia termogramÛw moøna wybraÊ najbardziej odpowiedni¹ paletÍ
barw, wspomagan¹ filtrem temperatur
i†filtrem wyúwietlania - przyk³ady przedstawiono na rys. 3a, 3b i†3c. Podczas
przesuwania kursora w†obrÍbie okna roboczego widaÊ natychmiastowe wyúwietlenie uaktualnionych wspÛ³rzÍdnych ekranowych, a†takøe temperatury wskazywanego punktu. RozdzielczoúÊ termiczna wynosi 0,05oC.
Moøna powiedzieÊ, øe kamera V-20
jest produktem unikatowym. SprzÍt tego typu jest produkowany przez niewielu wytwÛrcÛw úwiatowych. Cieszy
wiÍc fakt, øe wúrÛd nich jest nasza rodzima firma. Kamera V-20 zdoby³a
wiele nagrÛd na rÛønego rodzaju targach i wystawach. Kamera V-20 jest
jedn¹ z wielu aplikacji detektorÛw podczerwieni bÍd¹cych podstawowym elementem w ofercie firmy VIGO System.
WiÍcej informacji moøna znaleüÊ na
stronie internetowej www.vigo.com.pl.
Jaros³aw Doliñski
[email protected]
Dodatkowe informacje
Wiêcej informacji mo¿na uzyskaæ w firmie
VIGO System S.A., tel. (22) 666-01-45, http://
www.vigo.com.pl
Elektronika Praktyczna 6/2003
B I B L I O T E K A
E P
W „Bibliotece EP” prezentujemy książki dotyczące zagadnień związanych z różnymi dziedzinami techniki,
jednak zawsze przydatne w pracy elektronika lub pomocne w uprawianiu elektronicznego hobby. Nasza
opinia jest oczywiście subiektywna, ale wynika z wieloletniego doświadczenia zawodowego i chyba jest
zgodna z oczekiwaniami tych, którzy chcą z książek korzystać, a nie przyozdabiać nimi półki. Aby nie
marnować miejsca w EP, nie będziemy publikować recenzji książek ocenianych na jedną lub dwie
„lutownice”. Przyjęliśmy szeroką skalę ocen, aby ułatwić Czytelnikom orientację w potencjalnej
przydatności książki.
Uwaga! Większość prezentowanych książek można zamówić w Dziale Handlowym AVT (patrz str. 125).
Chcemy w ten sposób udostępnić je Czytelnikom EP.
Tomasz Starecki, „Mikrokontrolery 8051 w praktyce”, BTC 2002
Nazwisko autora ksi¹øki jest
z†pewnoúci¹ doskonale znane Czytelnikom EP, napisa³ on bowiem
promowan¹ przez nas kilka lat
temu ksi¹økÍ ìMikrokontrolery
jednouk³adowe rodziny 51î, ktÛra
z†rozrzewnieniem jest wspominana
do dziú. By³a to bowiem pierwsza na rynku wydawniczym ksi¹øka kompleksowo prezentuj¹ca ca³¹ Ûwczesn¹ rodzinÍ mikrokontrolerÛw '51, ze szczegÛ³owym opisem ich peryferii, rejestrÛw specjalnych i†wszelkich innych szczegÛlnych cech, ktÛre s¹ istotne dla
konstruktorÛw urz¹dzeÒ i†programistÛw.
Bior¹c pod uwagÍ dobr¹ opiniÍ
tamtej ksi¹øki, przed autorem stanͳo trudne zadanie przygotowania
publikacji o†rÛwnie wysokim poziomie, lecz inaczej traktuj¹cej tematykÍ '51. Powaøn¹ zmianÍ juø
na pierwszy rzut oka sugeruje tytu³ nowej ksi¹øki, a†bior¹c pod
uwagÍ dotychczasowe publikacje
Wydawnictwa BTC z†cyklu ìW
praktyceî, mog³em siÍ spodziewaÊ
sporych atrakcji. I†tak jest w†rzeczywistoúci: oprÛcz ìklasycznychnieúmiertelnychî informacji o†budowie rdzenia '51, organizacji pamiÍci danych i†programu, dzia³aniu uk³adu obs³ugi przerwaÒ czy
rejestrach SFR (bÍd¹cych zreszt¹
czÍúciowym powtÛrzeniem informacji z†poprzedniej ksi¹øki), autor
zawar³ w†prezentowanej ksi¹øce
takøe wiele zupe³nie nowych informacji. I†tak, szczegÛln¹ uwagÍ
praktykÛw przyci¹gnie z†pewnoúci¹
dziesi¹ty rozdzia³ ksi¹øki, w†ktÛrym znajduj¹ siÍ przyk³ady wyko-
Elektronika Praktyczna 6/2003
rzystania mikrokontrolera w†aplikacjach rÛønego typu. SzczegÛlnie
interesuj¹ce s¹: obs³uga klawiatur
rÛønego typu, sterowanie wielocyfrowych wyúwietlaczy LED oraz alfanumerycznych LCD, omÛwienie
sposobu korzystania z†interfejsu
UART oraz jego programowa implementacja, przyk³ady zastosowania interfejsÛw SPI, I2C oraz 1Wire, a†takøe sposoby sterowania
przez mikrokontroler obci¹øeÒ zasilanych napiÍciem sieciowym
220V. Wszystkie przyk³ady zilustrowano programami napisanymi
w†asemblerze '51 (s¹ one dostÍpne takøe na stronie Wydawnictwa). Ponadto autor pokaza³ sposoby do³¹czenia do mikrokontrolerÛw
'51 zewnÍtrznej pamiÍci danych
i†zewnÍtrznych peryferii (dziÍki
czemu pocz¹tkuj¹cy projektanci
mog¹ siÍ zorientowaÊ, jak siÍ buduje prawdziwe systemy mikroprocesorowe).
RÛwnie interesuj¹cy jest rozdzia³ 9, w†ktÛrym znajduj¹ siÍ
opisy (sprzÍtowych i†programowych) narzÍdzi uruchomieniowych, ze szczegÛlnym uwzglÍdnieniem tych, ktÛre s¹ dostÍpne
bezp³atnie (podano wiele adresÛw
internetowych).
Autor powaønie podszed³ do
projektÛw przyk³adowych, poniewaø specjalnie na potrzeby ksi¹øki przygotowa³ zestaw sprzÍtowy
z†mikrokontrolerem AT89S8252 (z
pamiÍci¹ programu typu Flash
ISP), ktÛry jest otoczony podstawowymi peryferiami. Na tym
w³aúnie zestawie by³y testowane
wszystkie programy, co dobrze
wrÛøy tym czytelnikom ksi¹øki,
ktÛrzy bÍd¹ chcieli z†nich skorzystaÊ. Jest to tym ³atwiejsze, øe
w†ksi¹øce opisano takøe bardzo
prosty programator ISP, za pomoc¹ ktÛrego moøna modyfikowaÊ
zawartoúÊ pamiÍci mirkokontrolera zastosowanego w†zestawie.
Uzupe³nieniem treúci ksi¹øki
jest indeks hase³ oraz 6 dodatkÛw, w†ktÛrych znajduj¹ siÍ informacje przydatne podczas poznawania i†- pÛüniej - pos³ugiwania siÍ mikrokontrolerami. SzczegÛlnie interesuj¹ce wydaj¹ mi siÍ
dodatki, w†ktÛrych znajduj¹ siÍ
tablice kodÛw ASCII oraz kodÛw
znakÛw wykorzystywanych przez
sterownik wyúwietlacza LCD,
schematy blokowe wielu nietypowych mikrokontrolerÛw '51, wyprowadzenia mikrokontrolerÛw
w†rÛønych obudowach, a†takøe
skrÛcony przegl¹d wybranych
wersji '51.
Reasumuj¹c: kompetentna
ksi¹øka o†silnej orientacji na konstruktorÛw, ktÛrzy chc¹ szybko
i†bezboleúnie - od strony praktycznej - poznaÊ moøliwoúci i†tajniki mikrokontrolerÛw z†rodziny
'51, ktÛrej øywotnoúÊ dorÛwnuje
popularnoúci.
Miko³aj Andrus
123
B I B L I O T E K A
E P
Legenda:
ksi¹øka wybitna, polecamy!
ksi¹øka o†duøych walorach
praktycznych, polecamy!
moøe siÍ przydaÊ
daleka od doskona³oúci
Andrzej MaczyÒski, ìSterowniki
programowalne PLC. Budowa
systemu i†podstawy
programowaniaî, Astor 2002
Jest to specyficzna ksi¹øka, spe³niaj¹ca jednoczeúnie role: podrÍcznika
i†przewodnika dla pocz¹tkuj¹cych po
úwiecie: automatyki (od podstaw), sterownikÛw PLC, ich peryferii i†programowaniu (jÍzyk drabinkowy), a†takøe
oprogramowaniu wspomagaj¹cemu projektowanie kompletnych systemÛw regulacji, sterowania i†wizualizacji przebiegu nadzorowanych procesÛw. Autor
przygotowa³ bardzo przystÍpny kurs,
dziÍki ktÛremu moøna doúÊ szybko
poznaÊ podstawowe zagadnienia zwi¹zane z†automatyzacj¹ procesÛw sterowania i†to praktycznie z†kaødej ìstronyî.
Istotne dla uøytkownikÛw - choÊ
z†pewnoúci¹ czÍúÊ CzytelnikÛw uzna to
za wadÍ ksi¹øki - jest doúÊ szczegÛ³owe przywi¹zanie jej treúci do urz¹dzeÒ
firmy GE Fanuc, ktÛrej dystrybutorem
jest wydawca ksi¹øki - firma Astor.
Z†jednej strony doúÊ ³atwo moøna odnieúÊ swoje pomys³y do konkretnych
urz¹dzeÒ, zaú z†drugiej reklama wciska
siÍ drzwiami i†oknami. Takie czasy!
Andrzej Gawryluk
Janusz Biernat, ìMetody
i†uk³ady arytmetyki
komputerowejî, Oficyna
Wydawnicza Politechniki
Wroc³awskiej 2001
Ksi¹øka o†niezwyk³ej wartoúci uøytkowej, zw³aszcza dla bardziej ambitnych programistÛw. Autor zawar³
w†niej niemaløe kompletn¹ wiedzÍ
zwi¹zan¹ z†realizacj¹ obliczeÒ sta³o-
124
i†zmiennoprzecinkowych za pomoc¹
uk³adÛw cyfrowych, w†tym przede
wszystkim mikroprocesorÛw. Tak wiÍc,
czytelnik moøe dowiedzieÊ siÍ z†prezentowanej ksi¹øki, w†jaki sposÛb realizowane s¹ dzia³ania arytmetyczne
(dodawanie, odejmowanie oraz mnoøenie liczb kodowanych na rÛøne sposoby), jakich zabiegÛw naleøy dokonaÊ,
aby operacje trudne obliczeniowo
(przede wszystkim czasoch³onne) wykonywaÊ w†jak najkrÛtszym czasie,
a†takøe z†czego wynikaj¹ granice wydajnoúci cyfrowych systemÛw obliczeniowych. W†dodatku znalaz³y siÍ opisy standardÛw IEEE754/854, a†takøe
polsko-angielski s³ownik terminÛw.
Ksi¹øka zdecydowanie nie naleøy
do pozycji ³atwych, ale poruszana
w†niej tematyka nie jest zbyt wdziÍczna. Niestety, implementacja algorytmÛw
obliczeniowych wymaga odpowiedniego
przygotowania teoretycznego.
Andrzej Gawryluk
£ukasz Komsta, ìKrÛtkofalarstwo
i†radiokomunikacja - poradnikî,
WKi£ 2001
nie warto kupowaÊ
zdobywania uprawnieÒ radiooperatorskich, prezentuje stowarzyszenia i†organizacje dzia³aj¹ce ìwokÛ³î radiokomunikacji, omawia regu³y rz¹dz¹ce propagacj¹ fal radiowych, sporo miejsca
przeznaczy³ takøe na pokazanie moøliwoúci popularnych, fabrycznych urz¹dzeÒ radiowych. Przedstawione zosta³y
kody stosowane podczas ³¹cznoúci rÛønego typu (w tym profesjonalnych),
rÛønego typu anteny i†systemy antenowe, nieco miejsca poúwiÍcono takøe
przybliøeniu zagadnieÒ zwi¹zanych
z†radiow¹ sieci¹ pakietow¹. Przydatnym
dodatkiem do ksi¹øki jest mapa (w postaci wk³adki) ilustruj¹ca podzia³ úwiata na strefy WAZ z†zaznaczonymi prefiksami poszczegÛlnych krajÛw.
Ksi¹øka z†pewnoúci¹ zainteresuje
tych naszych CzytelnikÛw, ktÛrzy zajmuj¹ siÍ ³¹cznoúci¹ radiow¹.
W†ksi¹øce zawarto podstawowe wiadomoúci o†krÛtkofalarstwie i†radiokomunikacji, wúrÛd ktÛrych szczegÛlnie
przydatne jest przybliøenie funkcjonowania s³uøb radiokomunikacyjnych oraz
CB, a†takøe stosowane wspÛ³czeúnie rodzaje emisji radiowej. Czytelnicy nieznaj¹cy historii radiokomunikacji mog¹
siÍ - dziÍki tej ksi¹øce - z†ni¹ zapoznaÊ, z†kolei czytelnicy zainteresowani
podstawami prawnymi dzia³ania stacji
radiowych znajd¹ w†niej wykaz odpowiednich aktÛw prawnych. S³owo
ìporadnikî w†tytule sugeruje kompletnoúÊ zawartej w†ksi¹øce wiedzy elementarnej i†tak jest w†rzeczywistoúci autor przedstawia w†niej takøe zasady
Elektronika Praktyczna 6/2003
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.
Inteligentna ładowarka akumulatorów
NiCd/NiMH
Rosn¹ca liczba urz¹dzeÒ
przenoúnych stawia przed
elektronikami nowe
wyzwania. Jedno z†nich
podj¹³ Czytelnik, w†wyniku
czego powsta³ projekt
prezentowany w†artykule.
Rekomendacje: ³atwy
w†wykonaniu projekt
szybkiej ³adowarki do
popularnych akumulatorÛw
stosowanych m.in.
w†przenoúnym sprzÍcie
audio.
Rys. 1
Elektronika Praktyczna 6/2003
Z†pewnoúci¹ kaødy uøytkownik przenoúnych urz¹dzeÒ
zasilanych bateryjnie zosta³
kiedyú zaskoczony, gdy prÛbuj¹c w³¹czyÊ swoje elektroniczne cacko, dowiedzia³ siÍ,
øe... akumulatory siÍ wy³adowa³y. Nie ma z†tym wiÍkszego
problemu, gdy jest to telefon
komÛrkowy wyposaøony
w†specjaln¹ ³adowarkÍ. Po godzinie czy dwÛch moøemy na
nowo korzystaÊ z†urz¹dzenia.
W†duøo gorszej sytuacji s¹ ci,
ktÛrzy s³uchali muzyki z†kasety czy p³yty, lub w†úrodku
nocy odmÛwi³a pracy klasyczna latarka na dwa ìpaluszkiî.
Zaopatrzeni w†sklepow¹ ³adowarkÍ musz¹ oni odstawiÊ baterie na kilka godzin w†celach
regeneracyjnych. No i†niestety
walkman, ma³e rÍczne radio,
discman i†latarka sta³y siÍ bezuøyteczne. Ale - g³owa do gÛry - nadchodzi odsiecz...
Uk³ad, ktÛry chcia³bym
zaprezentowaÊ, nie jest øadn¹ rewelacj¹, aczkolwiek posiada kilka przydatnych funkcji, ktÛre w†kilku s³owach
postaram siÍ przybliøyÊ.
DostÍpne na rynku popularne akumulatorki NiCd charakteryzuj¹ siÍ znamionowym
napiÍciem rÛwnym 1,25 V.
Jest to teoretyczne napiÍcie
ogniwa roz³adowanego do po³owy pojemnoúci. Reakcje
elektrochemiczne zachodz¹ce
w†ogniwie podczas roz³adowywania s¹ odwracalne pod
warunkiem, øe nie nast¹pi
utrata gazu (tlenu w†ogniwach NiCd, wodoru w†NiMH). Przyczyn¹ ìwyciekuî
moøe byÊ nadmierne roz³ado-
wanie ogniwa (szeregowe po³¹czenie kilku ogniw w†bateriÍ) - gdy jego napiÍcie spadnie do zera, p³yn¹cy wÛwczas
wsteczny pr¹d powoduje nagrzewanie, ulatnianie siÍ gazu
i†w†efekcie zniszczenie lub nawet eksplozjÍ akumulatora.
RÛwnieø podczas ³adowania
duøym pr¹dem istnieje niebezpieczeÒstwo prze³adowania
ogniwa, co niesie podobne
skutki. Dla unikniÍcia tego typu sytuacji uniwersalne ³adowarki regeneruj¹ ogniwa pr¹dem niegroø¹cym prze³adowaniem, niestety jest on tak ma³y
(zwykle C/10 lub C/15, C†- pojemnoúÊ ogniwa), øe ³adowanie trwa nawet 12 godzin. Przy
tak odnawianych ogniwach istnieje niebezpieczeÒstwo do³adowywania ogniw nieroz³adowanych. WystÍpuj¹cy tzw.
efekt pamiÍciowy powoduje
redukcjÍ pojemnoúci w†kolejnych cyklach do³adowywania.
Szybka regeneracja polega
na przep³ywie duøego (rzÍdu
C) pr¹du przez ogniwa, dziÍki
czemu czas regeneracji skraca
siÍ radykalnie. Stosowane s¹
dwie metody szybkiego ³adowania: sta³ym pr¹dem lub sta³ym napiÍciem. Kilka s³Ûw na
temat tej pierwszej, ktÛr¹ zastosowa³em w†moim projekcie.
Dla na³adowania baterii
wymusza siÍ przep³yw sta³ego
pr¹du przez po³¹czone szeregowo ogniwa. W†miarÍ up³ywu
czasu napiÍcie na akumulatorach wzrasta. Moment pe³nego
na³adowania jest wykrywany
dziÍki ujemnemu przyrostowi
jego wartoúci. W†ostatniej fazie
procesu odnotowujemy takøe
Projekt
110
spadek temperatury ogniwa, co
rÛwnieø moøe zagwarantowaÊ
wykrycie chwili na³adowania.
Ta metoda jest jednak mniej
skuteczna ze wzglÍdu na trudnoúci zwi¹zane z†pomiarem
temperatury - wewnÍtrzny jest
niemoøliwy, a†zewnÍtrzny
ma³o dok³adny. ìKsi¹økowyî
przebieg napiÍcia ³adowanych
ogniw widaÊ na rys. 1. Z†kolei
na rys. 2 pokazano charakterystykÍ roz³adowywania ogniw
NiCd i†NiMH.
Opis projektu
Przejdümy teraz do omÛwienia dzia³ania prostego
uk³adu, ktÛry pozwoli w†stosunkowo krÛtkim czasie na
bezpieczne zregenerowanie
roz³adowanych akumulatorÛw.
Sk³ada siÍ on z†dwÛch uk³adÛw scalonych i†kilku elementÛw dyskretnych, a†koszt jego
budowy na pewno nie przekroczy ceny, za jak¹ s¹ oferowane zwyk³e 12-godzinne ³adowarki. ìMÛzgiemî uk³adu
jest popularny mikrokontroler
AT89C2051 wspÛ³pracuj¹cy
z†uk³adem firmy Philips PCF8591. Jest to poczwÛrny
przetwornik analogowo-cyfrowy sterowany interfejsem I2C.
Uk³ad ten w†swojej strukturze
zawiera rÛwnieø przetwornik
C/A. Dane wejúciowe mikroprocesora stanowi¹ trzy jednobajtowe liczby bÍd¹ce rezulta-
Rys. 2
89
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
Rys. 3
tem pomiarÛw wykonanych
przez uk³ad PCF8591. S¹ to
napiÍcia odpowiednio na jednym ogniwie, na ca³ej baterii
i†napiÍcie informuj¹ce o†pr¹dzie ³adowania, powstaj¹ce na
rezystorze w³¹czonym w†szereg z†ogniwami. Przetwornik
pracuje w†standardowej konfiguracji z†diodowym zabezpieczeniem wejúÊ analogowych.
Do sterowania czÍúci¹ mocy
uk³adu wykorzystano analogowe wyjúcie przetwornika C/A,
ktÛry okreúla wartoúÊ pr¹du ³adowania (schemat elektryczny
na rys. 3). Do komunikacji
z†uøytkownikiem s³uøy wyúwietlacz LCD pracuj¹cy
z†czterobitow¹ magistral¹ danych oraz dioda LED sygnalizuj¹ca stan ³adowarki. Wprowadzeniu nastaw s³uø¹ dwa
Rys. 4
90
przyciski chwilowe oznaczone
jako WYB”R (zmiana parametrÛw) i†OK (zatwierdzenie).
Bezpoúrednie pod³¹czenie wyprowadzenia 14 (Vref ) przetwornika PCF8591 wprost do
szyny zasilania nie jest dobrym rozwi¹zaniem ze wzglÍdu
na niewielk¹ stabilnoúÊ napiÍcia. Alternatywnie, do stabilizacji napiÍcia referencyjnego
moøna zastosowaÊ uk³ad
LM385. Tranzystor mocy
BD244 przy napiÍciu zasilania
5†V†i†pr¹dzie ³adowania 500
mA praktycznie nie wymaga
radiatora, ale naleøy pamiÍtaÊ,
øe przy wzroúcie wartoúci pr¹du czy napiÍcia niewielki kawa³ek aluminium zredukuje
jego temperaturÍ do bezpiecznego poziomu. Wartoúci
wszystkich elementÛw dyskretnych nie s¹ krytyczne
i†mog¹ byÊ dobierane indywidualnie przez kaødego uøytkownika-elektronika. Waøne
jest jedynie, aby tranzystory
dysponowa³y odpowiedni¹
moc¹ strat i†maksymalnymi
pr¹dami kolektorÛw przekraczaj¹cymi wartoúÊ przewidywanego pr¹du przy pracy uk³adu. Dla wykorzystania pe³nej
skali pr¹dowej ³adowarki, przy
wysterowaniu tranzystora
BC211 (ok. 5†V†na bazie) przez
tranzystor ³aduj¹cy BD244
przy potencjale jego kolektora
ok. 3†V†powinien p³yn¹Ê pr¹d
o†natÍøeniu ok. 1†A. ZespÛ³
roz³adowuj¹cy powinien
umoøliwiÊ przep³yw pr¹du
o†wartoúci ok. 150 mA przy
napiÍciu na ogniwach ok. 2†V.
To chyba wszystko, jeúli chodzi o†fizyczn¹ stronÍ uk³adu,
a†teraz jego dzia³anie.
Uproszczony diagram stanÛw uk³adu przedstawiono na
rys. 4. Zosta³ on zapisany
w†Basicu i†skompilowany za
pomoc¹ Bascoma (kody ürÛd³owe s¹ dostÍpne w†dziale
Download
na
stronie
www.ep.com.pl, znajd¹ siÍ
takøe na CD-EP7/2003B).
Po w³¹czeniu zasilania ³adowarka sprawdza obecnoúÊ
ogniw. W†przypadku ich nieznalezienia na wyúwietlaczu
pojawia siÍ komunikat: BRAK
OGNIW. Po w³oøeniu baterii
uk³ad przystÍpuje do sprawdzenia ich stanu. W†tym celu
na 3†minuty zostaje za³¹czony tranzystor roz³adowuj¹cy,
a†procesor mierzy w†tym czasie napiÍcie na obu ogniwach,
aby nie dopuúciÊ do nadmiernego roz³adowania ktÛregokolwiek z†nich. Moøliwe s¹
trzy przypadki:
1. Na obydwu ogniwach
napiÍcie spadnie poniøej ok.
0,8 V.
2. KtÛreú z†ogniw bÍdzie
nieroz³adowane.
3. Ogniwa nie wymagaj¹
³adowania.
W†drugiej sytuacji uk³ad poprosi o†wymianÍ zestawu,
w†trzecim poinformuje, øe ogniwa s¹ na³adowane. W†obu przy-
padkach moøliwe jest kontynuowanie ³adowania przez przytrzymanie klawisza OK na 2†sekundy, lecz jest to sytuacja niezbyt zdrowa dla baterii, co jest
sygnalizowane pojawieniem siÍ
symbolu wykrzyknika na wyúwietlaczu podczas ³adowania.
Pierwszy przypadek to sytuacja podrÍcznikowa - ogniwa wymagaj¹ ³adowania przechodzimy do menu, gdzie
moøemy wybraÊ pr¹d ³adowania w†zakresie 100...1000 mA
z†rozdzielczoúci¹ 100 mA.
Oczywiste jest, øe wiÍkszy
pr¹d to krÛtszy czas, jednak
nie wszystkie ogniwa znosz¹
trudne warunki narzucone
przez uøytkownika. Na uwadze naleøy mieÊ ich pojem-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory: 10Ω/5W;
3 x 3,3kΩ; 10kΩ; 1kΩ; 500Ω;
1Ω/5W; 3Ω/1W
Kondensatory: 2 x 33pF;
2 x 100nF; 220µF/16V; 470µF/
25V; 10µF/16V; 1µF/16V.
Półprzewodniki:
− układy scalone:
AT89C2051 (zaprogramo−
wany); PCF8591; LM7805,
− diody: 6 x 1N4148; LED
(np. zielona),
− tranzystory: 2 x BD244/
BC313, BC211(lub
podobne)
Różne: rezonator kwarcowy
4MHz; 2 x mikroprzełączniki;
LCD 16*1; goldpiny; ARK2
Elektronika
Elektronika
Praktyczna
Praktyczna
6/2003
2/98
PROJEKTY CZYTELNIKÓW
noúÊ i†zalecenia producenta co
do maksymalnego dopuszczalnego pr¹du ³adowania. Po wybraniu stosownej opcji potwierdzamy j¹ za pomoc¹ OK
i†uk³ad rozpoczyna ³adowanie.
Okazuje siÍ, øe ogniwa nie lubi¹ nag³ych zmian pr¹du jak
rÛwnieø temperatury, dlatego
³adowarka stopniowo przez
okres 3†minut zwiÍksza wartoúÊ pr¹du. Po osi¹gniÍciu zadanej wartoúci uk³ad - dziÍki
Elektronika Praktyczna 6/2003
sprzÍøeniu zwrotnemu - utrzymuje sta³¹ jego wartoúÊ, monitoruj¹c jednoczeúnie napiÍcie na ogniwach w†celu wykrycia stanu pe³nego na³adowania. W†przypadku wyjÍcia
ogniw podczas regeneracji
uk³ad informuje o†ich braku
i†przerwaniu ³adowania. Proces ³adowania moøna oczywiúcie zatrzymaÊ, choÊ nie jest to
wskazane, naciskaj¹c oba przyciski na 2†sekundy. Po wykry-
ciu stanu na³adowania uk³ad
stopniowo zmniejsza pr¹d do
zera, po czym informuje o†zatrzymaniu ³adowania zapalon¹ diod¹ i†informacj¹ na LCD.
Moøna teraz bezpiecznie wyj¹Ê jeszcze ciep³e nowe ogniwa, a†uk³ad bÍdzie gotÛw do
za³adowania nowego zestawu
do regeneracji.
Uk³ad by³ testowany na
ogniwach AA firmy Panasonic o†pojemnoúci 800 mAh.
Przy pr¹dzie regeneracji 1000
mA ³adowarka pracowa³a niewiele ponad godzinÍ.
Wszelkie uwagi, spostrzeøenia, wykryte b³Ídy w†programie i†sprzÍcie proszÍ kierowaÊ na adres: [email protected]
Mariusz ¯¹d³o
Uwaga! Program ürÛd³owy
do projektu opublikujemy na
CD-EP7/2003B.
91
K U R S
Pisz¹c program w†jÍzyku C,†czasami zadajemy sobie
część 13
pytanie: czy naprawdÍ muszÍ tworzyÊ funkcjÍ dokonuj¹c¹ konwersji wartoúci
dziesiÍtnej na szesnastkow¹? Przecieø chociaøby biblioteka o†nazwie STDIO
zawiera w†sobie moøliwoúÊ formatowania zarÛwno danych wejúciowych, jak
i†wyjúciowych. Czy nie ma moøliwoúci skorzystania z†czyjejú pracy
i†zaoszczÍdzenia w³asnego czasu?
printf() − jak korzystać z tej funkcji?
Kilka s³Ûw o†STDIO.H
Biblioteka o†nazwie STDIO.H (STanDard Input-Output) zawiera szereg funkcji
umoøliwiaj¹cych odczyt i†wyprowadzanie
znakÛw do (z) standardowego urz¹dzenia
wejúcia/wyjúcia. W†ìduøymî komputerze
role tych urz¹dzeÒ spe³niaj¹ klawiatura
i†monitor. W†przypadku mikrokontrolera
przyjÍto, øe funkcje STDIO wykorzystuj¹
interfejs szeregowy UART (po konwersji
poziomÛw napiÍÊ wyjúciowych - RS232),
traktuj¹c go jako standardowe urz¹dzenie
do komunikacji z†uøytkownikiem.
W†przypadku kompilatora RC-51
(www.raisonance.com) nastawy UART dokonywane s¹ tuø po uruchomieniu napisanej dla mikrokontrolera aplikacji. Zajmuje
siÍ tym funkcja _C_INIT_IO. Ustawia ona
TIMER1 w†mikrokontrolerze ë51 jako generator steruj¹cy transmisj¹, nadaj¹c jego
rejestrowi TH1 predefiniowan¹ wartoúÊ pocz¹tkow¹. Domyúlnie jest to 0xE8, co odpowiada prÍdkoúci transmisji 1200 bps
przy czÍstotliwoúci zegara 11,0592 MHz.
WartoúÊ tÍ moøna zmieniÊ, uøywaj¹c polecenia #pragma (na przyk³ad polecenie
#pragma DEFJ(TIM1_INIT=0xFD) przy tej
samej czÍstotliwoúci generatora zegarowego,
ustawi prÍdkoúÊ transmisji na wartoúÊ
19200 bps). Ale jeúli by³yby to tylko i†wy-
Funkcje STDIO.H predefiniowane przez Raisonance,
producenta pakietu RC-51
extern
extern
extern
extern
extern
extern
extern
extern
extern
extern
int _getkey(void);
int getchar (void);
char ungetchar (char c) reentrant;
char *gets (char *s) reentrant;
int putchar (const int c );
int puts (const char *s ) reentrant;
int printf(const char *format,...) reentrant;
int sprintf(char *buffer, const char *format,...) reentrant;
int scanf(const char *format,...) reentrant;
int sscanf(const char *buffer, const char *format,...) reentrant;
³¹cznie instrukcje wysy³ania oraz odbioru
znakÛw, nie warto by by³o poruszaÊ tego
tematu. Istnieje bowiem mnÛstwo dobrych
opracowaÒ na temat bibliotek wykorzystywanych przy programowaniu w†jÍzyku C.
printf() = formatowane wyjúcie
Kaødy, kto kiedykolwiek wykorzystywa³ funkcje predefiniowane w†STDIO.H
wie, øe umoøliwiaj¹ one formatowanie
danych. Zgodnie ze specyfikacj¹ standardu ANSI, szereg z†nich dokonuje przekszta³ceÒ wewnÍtrznych wartoúci na zna-
Tab. 1. Podstawowe przekształcenia funkcji printf()
Znak
formatuj¹cy
d lub i
o
x lub X
Typ
przekszta³canego
argumentu
int
int
int
u
c
s
int
int
char*
f
double
e lub E
double
g lub G
double
p
n
void*
int*
%
86
Opis przekszta³cenia
Przekszta³cenie do postaci:
liczba dziesiêtna ze znakiem
liczba ósemkowa bez znaku i bez wiod¹cego zera
liczba szesnastkowa bez znaku i bez wiod¹cego zera z u¿yciem
ma³ych liter dla wzorca 0x i du¿ych dla 0X
liczba dziesiêtna bez znaku
pojedynczy znak po przekszta³ceniu do typu unsigned char
tekst wypisywany do napotkania znaku koñca ³añcucha /0 lub
osi¹gniêcia zadanej precyzji
liczba dziesiêtna ze znakiem w postaci [-]xxx.yyy, gdzie liczba
cyfr po kropce (yyy) okreœlona jest przez precyzjê
liczba dziesiêtna ze znakiem w tzw. notacji in¿ynierskiej (na
przyk³ad 3.45234e-10); podobnie jak wy¿ej, liczba cyfr po
kropce okreœlana jest przez precyzjê
jeœli wyk³adnik potêgi jest mniejszy od -4 lub >= precyzji, to
przyjmuje siê specyfikacjê identyczn¹ z wzorcem e (E); inaczej
stosowana jest specyfikacja f
wskaŸnik – reprezentacja zale¿y od konkretnej implementacji
liczbê znaków wypisanych w TYM wywo³aniu printf zapisuje siê
do odpowiedniego argumentu; nie s¹ wykonywane ¿adne
przekszta³cenia
nie ma przekszta³cenia (%%); zostanie wypisany znak %
ki lub odwrotnie. W†tym odcinku kursu
szczegÛln¹ uwagÍ poúwiÍcimy funkcji
printf() daj¹cej programiúcie nie tylko
szereg moøliwoúci wykorzystania, lecz
rÛwnieø pozwalaj¹cej na redukcjÍ czasu
koniecznego do stworzenia aplikacji. Wyjúciowa funkcja printf() t³umaczy wewnÍtrzne wartoúci na znaki. Jednym s³owem
- bajty danych zamieniane s¹ na postaÊ
zrozumia³¹ przez cz³owieka:
int printf(char *wzorzec,
argument_1, argument_2... )
Przekszta³cenie odbywa siÍ wed³ug
i†pod nadzorem wzorca zapisanego we
ìwzorzecî. Funkcja przekszta³ca, formatuje i†wypisuje swoje argumenty do standardowego wyjúcia. Jak wspomnia³em
wczeúniej, w†przypadku mikrokontrolera
8051 jest to interfejs UART. Wzorzec zawiera obiekty dwojakiego rodzaju: zwyk³e znaki, ktÛre s¹ przesy³ane do wyjúcia
oraz specyfikacje przekszta³ceÒ. Kaøda
z†nich wskazuje na sposÛb, w†jaki zostanie przekszta³cony i†wypisany dany argument. SpecyfikacjÍ przekszta³cenia rozpoczyna znak %, a†koÒczy znak dla niego charakterystyczny. MiÍdzy znakiem %
i†znakiem przekszta³cenia mog¹ - wed³ug
nastÍpuj¹cej kolejnoúci - wyst¹piÊ:
- znak ì-î (minus) polecaj¹cy dosuniÍcie
przekszta³conego argumentu do lewego
kraÒca jego pola,
- liczba okreúlaj¹ca rozmiar pola (argument zostanie wypisany w†postaci
o†rozmiarze co najmniej pola, a†jeúli
bÍdzie taka potrzeba, zostanie uzupe³niony znakami odstÍpu z†prawej lub
lewej strony w†zaleønoúci od ø¹dania
dosuniÍcia znakÛw w†lewo),
- znak ì.î (kropka) oddzielaj¹cy rozmiar
pola argumentu od jego precyzji,
- liczba okreúlaj¹ca precyzjÍ, to jest
Elektronika Praktyczna 6/2003
K U R S
List. 1. Przykłady użycia funkcji printf()
const char* TEKST = „Tekst przykladowy”;
printf(“:%s:”,TEKST);
:Tekst przykladowy:
printf(“:%10s:”,TEKST);
:Tekst przykladowy:
printf(“:%.10s:”,TEKST);
:Tekst przy:
printf(“:%25.s:”,TEKST);
:
Tekst przykladowy:
printf(“:%-25.s:”,TEKST);
:Tekst przykladowy
:
printf(“:%025.10s:”,TEKST); :Tekst przy
:
int X = 123;
printf(“%s %04X %s”, “123 Dec. =”, X, “Hex”);
printf(“%s %o %s”, “123 Dec. =”, X, “Oct”);
maksymaln¹ liczbÍ znakÛw dla tekstu,
liczbÍ cyfr po kropce dziesiÍtnej dla
liczb zmiennopozycyjnych, minimaln¹
liczbÍ cyfr dla wartoúci ca³kowitych,
- litera ìhî, jeúli argument ca³kowity naleøy wyprowadziÊ w†postaci short, lub
ìlî (litera ìlî) jeúli argument naleøy
wyprowadziÊ jako long.
W†tab. 1 zestawiono podstawowe znaki przekszta³cenia dla funkcji printf().
SzerokoúÊ pola lub precyzjÍ moøna w†specyfikacji zast¹piÊ znakiem ì*î (gwiazdki),
co oznacza, øe ø¹dany argument naleøy
wyprowadziÊ i†przekszta³ciÊ, korzystaj¹c
z†kolejnego argumentu funkcji (uwaga musi on byÊ typu int!). Na przyk³ad, wypisanie co najwyøej max znakÛw z†S wygl¹da nastÍpuj¹co: printf(ì%.*sî, max, S);
Stosuj¹c funkcjÍ printf(), naleøy pamiÍtaÊ, øe wykorzystuje ona swÛj pierwszy
argument do okreúlenia typu, rozmiarÛw
i†liczby pozosta³ych argumentÛw. Jeúli programista poda z³y wzorzec przekszta³ceÒ,
to mimo opisywanej wczeúniej filozofii jÍzyka C (zaufaj programiúcie, on wie co
robi), funkcja bÍdzie ìzdezorientowanaî
i†na wyjúciu wyprowadzone zostan¹ b³Ídne rezultaty jej pracy. Programista powinien mieÊ úwiadomoúÊ, øe efekt wywo³aÒ
funkcji printf() w†postaci printf(s) oraz
printf(ì%sî,s) moøe byÊ zupe³nie odmienList. 2. Przykład programu
zmieniającego definicję funkcji
putchar()
//
//
//
//
//
//
//
//
zamiana funkcji putchar()
oryginalnie funkcja PUTCHAR
wykorzystuje tylko rejestr R7
i akumulator
jesli ponizsza uzywa czegos wiecej
- moze nie funkcjonowac
nalezy uwaznie przygladac sie
rejestrom
#include <reg51.h>
#include <stdio.h>
#include <lcd4b.h>
// zmiana definicji putchar(),
// metoda 1, mniej bezpieczna
int putchar (const int c)
{
LcdWrite(c);
return (0);
}
void main (void)
{
int x = 241;
// inicjalizacja LCD w trybie 4 bity
LcdInitialize();
LcdClrScr();
// zamiana liczby x na wartosc
// szesnastkowa
printf(„%d %s %02x %s”, x, „dec =”,
x, „hex”);
// koniec programu
while (1);
}
Elektronika Praktyczna 6/2003
123 Dec. = 007B Hex
123 Dec. = 173 Oct
ny, aczkolwiek kompilator jÍzyka C dopuszcza stosowanie jednej i†drugiej postaci. Jeúli jednak nie podamy wzorca wyprowadzanego ³aÒcucha, to moøe siÍ okazaÊ, øe gdy w†zmiennej s wyst¹pi¹ znaki
specjalne (%, *), ³aÒcuch, ktÛry zamierzamy wyprowadziÊ, zostanie potraktowany
jako wzorzec. Na koniec tej krÛtkiej prezentacji warto rÛwnieø wspomnieÊ o†funkcji sprintf(), bÍd¹cej odmian¹ printf(), lecz
z†t¹ rÛønic¹, øe nie wyprowadza ona danych, tylko zapisuje je w†pamiÍci.
Dla praktykÛw - obs³uga
wyúwietlacza LCD
z†wykorzystaniem funkcji
printf()
Teraz dotarliúmy wreszcie do meritum tego artyku³u. Oczywiúcie, chcia³em
w†krÛtki sposÛb zaprezentowaÊ funkcje
STDIO.H, jednak celem tego artyku³u jest
nie tyle ich prezentacja, ile wyt³umaczenie metody, dziÍki ktÛrej moøna zaprz¹c
je do pracy. Z†doúwiadczenia wiem, øe
80% tworzonych przeze mnie aplikacji
nie korzysta z†interfejsu UART i†nic nie
stoi na przeszkodzie w†wykorzystaniu
STDIO.H dla innych potrzeb.
Funkcja printf() jest zaimplementowana od szczegÛ³u do ogÛ³u. Co to oznacza? U†podstaw jej dzia³ania leøy funkcja putchar() wysy³aj¹ca pojedynczy znak
przez UART. Funkcja printf() nie wie,
gdzie i†za pomoc¹ jakiego interfejsu wyprowadzane s¹ dane. Zajmuje siÍ tym
putchar() i†to j¹ w³aúnie naleøy zmieniÊ,
aby znaki wysy³ane by³y nie przez
UART, ale na przyk³ad na wyúwietlacz
LCD. Oczywiúcie, o†ile UART i†jego obs³uga s¹ pewnym standardem w†obrÍbie
rodziny mikrokontrolerÛw 8051, o†tyle
implementacja obs³ugi wyúwietlacza zaleøy od konkretnego úrodowiska, w†ktÛrym
pracuje mikrokontroler.
W†przyk³adzie programu pokazanym
na list. 2 dokona³em zmiany definicji
putchar() w†taki sposÛb, øe znaki wysy³ane s¹ na wyúwietlacz LCD, a†nie przez
UART. Wykorzysta³em tu bibliotekÍ funkcji obs³ugi LCD z†jednego z†poprzednich
odcinkÛw kursu.
Jak widaÊ na podstawie przyk³adu
programu, redefinicja putchar() nie jest
zbyt trudna do wykonania. Nag³Ûwek funkcji musi byÊ zgodny ze zdefiniowanym
wczeúniej przez producenta pakietu. Moøna zobaczyÊ jego poø¹dany wygl¹d, otwieraj¹c w³aúciwy zbiÛr nag³Ûwkowy
o†rozszerzeniu ìHî (np. STDIO.H). Cia³o
moøe byÊ zestawem dowolnych instrukcji.
Tworz¹c redefinicje, naleøy zwrÛciÊ
szczegÛln¹ uwagÍ na to, jakie rejestry
bÍd¹ modyfikowane przez now¹ funkcjÍ.
Zgodnie z†dokumentacj¹ producenta (a do
niej naleøy kaødorazowo odwo³ywaÊ siÍ
tworz¹c redefinicjÍ) funkcja printf() spodziewa siÍ, øe putchar() modyfikuje wy³¹cznie zawartoúÊ rejestrÛw UART, R7
i†ACC mikrokontrolera oraz przydzielonego na zmienne obszaru pamiÍci. Jeúli
nowo napisana funkcja zmienia zawartoúÊ
rÛwnieø innych rejestrÛw, musi byÊ zastosowana inna metoda redefinicji, zaprezentowana w†przyk³adzie na list. 3.
Przed uøyciem putchar_c() wewn¹trz putchar(), wszystkie øywotne rejestry mikrokontrolera s¹ zapamiÍtywane na stosie
i†odtwarzane po powrocie z†wywo³ania
funkcji. Na listingu pokazano rÛwnieø
fragment kodu w†asemblerze 8051 wykonywany podczas wywo³ania putchar().
List. 3. Bezpieczna redefinicja
putchar() oraz odpowiadający jej
listing programu po kompilacji −
zauważyć można, że wszystkie ważne
rejestry zapamiętywane są na stosie
przed wywołaniem putchar (PUSH)
i odtwarzane po powrocie (POP)
#include <reg51.h>
#include <stdio.h>
#include <lcd4b.h>
// zamiana funkcji putchar(),
// metoda 2, bezpieczna
void putchar_c (const int c) reentrant
{
LcdWrite(c);
}
int putchar (const int c)
{
putchar_c(c);
return(0);
}
void main (void)
{
int x = 134;
// inicjalizacja LCD w trybie 4 bity
LcdInitialize();
LcdClrScr();
// zamiana liczby x na wartosc
// szesnastkowa
printf(„%d %s %02x %s”,x,”dec.to”,
x,”hex”);
//koniec programu
while (1);
}
; FUNCTION _putchar (BEGIN)
;
SOURCE LINE # 15
0000 C0F0
PUSH
B
0002 C083
PUSH
DPH
0004 C082
PUSH
DPL
0006 C0D0
PUSH
PSW
0008 C000
PUSH
AR0
000A C001
PUSH
AR1
000C C002
PUSH
AR2
000E C003
PUSH
AR3
0010 C004
PUSH
AR4
0012 C005
PUSH
AR5
0014 C006
PUSH
AR6
; Register R4R5 is
; assigned to parameter c
0016 120000 R LCALL ?putchar_c
0019 D006
POP
AR6
001B D005
POP
AR5
001D D004
POP
AR4
001F D003
POP
AR3
0021 D002
POP
AR2
0023 D001
POP
AR1
0025 D000
POP
AR0
0027 D0D0
POP
PSW
0029 D082
POP
DPL
002B D083
POP
DPH
002D D0F0
POP
B
002F 22
RET
87
K U R S
S³owo kluczowe reentrant jÍzyka RC-51
informuje kompilator o†tym, øe funkcja
moøe byÊ wywo³ywana przez wiele procesÛw jednoczeúnie.
Inny przyk³ad redefinicji putchar (tu
wykorzystano rÛwnieø metodÍ mniej bezpieczn¹) pokazano na list. 4. Oryginalnie
(i zgodnie ze specyfikacj¹ standardu ANSI C) putchar wysy³a po kaødym argumencie o†wartoúci 0x0A znak o†kodzie
0x0D. Tworz¹ one w†sumie sekwencjÍ
sk³adaj¹c¹ siÍ na znak nowej linii (powrÛt karetki - CR=0x0D oraz znak nowej
linii - LF=0x0A). W†niektÛrych aplikacjach
88
jest to jednak cecha niepoø¹dana, a†wrÍcz
przeszkadzaj¹ca. Nowa definicja funkcji
putchar nie posiada juø tej w³aúciwoúci.
Przedstawione tu przyk³ady tworzenia
w³asnych funkcji zamieniaj¹cych oryginalne definicje to wierzcho³ek gÛry. Istnieje
bowiem ca³y szereg rÛønych moøliwoúci pocz¹wszy od bibliotek obs³ugi standardowego wejúcia - wyjúcia aø po bibliotekÍ
MATH (operacje matematyczne na liczbach
zmiennopozycyjnych). Wszystko zaleøy od
inwencji programisty i†od faktycznych potrzeb aplikacji. Wykorzystuj¹c biblioteki,
naleøy jednak pamiÍtaÊ o†tym, øe oferuj¹
List. 4. Przykład własnej definicji
putchar()
//nowa definicja funkcji putchar
//wysylajaca dane przez UART
int putchar (const int c)
{
SBUF = c;
TI = 0;
while (!TI);
}
one szereg rÛønych moøliwoúci kosztem
zajÍtej pamiÍci programu mikrokontrolera.
Jacek Bogusz, AVT
[email protected]
Elektronika Praktyczna 6/2003
K U R S
Sterowanie graficznych wyświetlaczy
z telefonów komórkowych firmy Nokia, część 2
W†drugiej czÍúci artyku³u przedstawiamy protokÛ³
komunikacyjny sterownika PCD8544, polecenia nim steruj¹ce
oraz napisan¹ w†asemblerze procedurÍ inicjuj¹c¹ sterownik
po w³¹czeniu zasilania.
ProtokÛ³ transmisji
Komendy steruj¹ce
Kontroler moøe interpretowaÊ wysy³ane do niego informacje na dwa sposoby. Jeúli linia D/C jest w†stanie wysokim, to przyjmowane dane s¹ wpisywane do pamiÍci RAM kontrolera. Jeúli linia D/C jest w†stanie niskim, to wys³any bajt interpretowany jest jako komenda steruj¹ca. Kolejne bajty danych wysy³ane s¹ do wyúwietlacza poprzez liniÍ
SDIN w†takt sygna³u zegarowego podanego na liniÍ SCLK (rys. 8). PoszczegÛlne bity wysy³ane s¹ w†kolejnoúci od
najstarszego do najm³odszego. Stan linii
SDIN jest sprawdzany podczas narastaj¹cego zbocza sygna³u SCLK, a†stan linii
D/C jest sprawdzany podczas odbioru
ostatniego bitu naleø¹cego do jednego
bajtu danych. Jeúli linia SCE jest w†stanie wysokim, to wyúwietlacz ignoruje
wszelkie dane pojawiaj¹ce siÍ na wejúciu SDIN, a†interfejs szeregowy kontrolera pozostaje w†trybie obniøonego poboru mocy. Opadaj¹ce zbocze na linii
SCE inicjuje pracÍ interfejsu wejúciowego i†jest zarazem wyznacznikiem pocz¹tku transmisji bloku danych. W†jednym
bloku mog¹ byÊ transmitowane zarÛwno
komendy, jak i†dane, w†dowolnej kolejnoúci (rys. 9).
W†tab. 4 pokazano pe³ny zestaw komend steruj¹cych prac¹ wyúwietlacza
opartego na kontrolerze PCD8544. Istniej¹ dwa zestawy komend: standardowy
i†rozszerzony. Aby skorzystaÊ z†rozszerzonego zestawu komend, naleøy najpierw wys³aÊ do wyúwietlacza komendÍ
Function set z†ustawionym bitem H†czyli DB0, a†nastÍpnie wys³aÊ dowoln¹
iloúÊ komend trybu rozszerzonego. Øeby
powrÛciÊ do standardowego zestawu, naleøy wys³aÊ komendÍ Function set, lecz
z†wyzerowanym bitem H. Zapis danych
do pamiÍci RAM
wyúwietlacza (D/C
= 1) jest moøliwy
zawsze, niezaleønie
od wybranego zestawu komend.
NiektÛre wersje
wyúwietlaczy (np.
LPH-7779 ze stykami w†postaci z³oconych padÛw, a†nie
sprÍøystych blaszek) wykorzystuj¹
jako
kontroler
uk³ady firmy Seiko-Epson, ktÛre s¹
bardzo zbliøone do kontrolerÛw
Rys. 8. Sposób transmisji do wyświetlacza jednego bajtu danych
PCD8544. WiÍkszoúÊ komend steruj¹cych
jest identyczna, lecz niektÛre komendy
nie dzia³aj¹ na kontrolerach Epsona.
Przyk³adem jest tryb negatywowy lub
brak moøliwoúci regulacji kontrastu wyúwietlacze z†kontrolerami Epsona maj¹ optymalnie ustawiony kontrast w†fazie ich produkcji.
Ustawienie kontrastu
i†kompensacji temperaturowej
Aby treúÊ wyúwietlana na matrycy
LCD by³a widoczna, naleøy ustawiÊ odpowiedni¹ wartoúÊ napiÍcia zasilaj¹cego matrycÍ, co jest rÛwnoznaczne z†ustawieniem
optymalnego kontrastu wyúwietlacza. Prze-
widziano do tego komendÍ Set Vop dostÍpn¹ w†rozszerzonym zestawie komend.
Teoretycznie moøna wybraÊ jedn¹ ze 128
moøliwych wartoúci, lecz praktycznie uøyteczny zakres regulacji kontrastu wynosi
od 32 do 88, czyli heksadecymalnie od
0x20 do 0x58. Naleøy pamiÍtaÊ, øe komenda Set Vop ma ustawiony bit DB7,
wiÍc do podanych wartoúci naleøy przed
wys³aniem do wyúwietlacza dodaÊ 128
oraz wczeúniej prze³¹czyÊ siÍ na rozszerzony zestaw komend. Nie naleøy rÛwnieø przekraczaÊ podanego gÛrnego zakre-
Rys. 9. W ten sposób można wysłać do kontrolera wyświetlacza kilka bajtów danych
Elektronika Praktyczna 6/2003
83
K U R S
Tab. 4. Wykaz poleceń sterujących pracą kontrolera PCD8544
Instrukcja
D/C
Bajt komendy
Opis
DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
H = 0 lub 1 - oba zestawy komend
NOP
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Brak akcji
Function set
0
0
0
1
0
0
PD
V
H Kontrola trybu Power
Down
Tryb adresowania (V)
Rozszerzone komendy (H)
Write data
1
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Zapis danych do pamiêci
RAM
H = 0 - podstawowy zestaw komend
Zarezerwowana
0
0
0
0
0
0
1
X
X Nie u¿ywaæ
Display Control
0
0
0
0
0
1
D
0
E
Konfiguracja wyœwietlacza
Zarezerwowana
0
0
0
0
1
X
X
X
X Nie u¿ywaæ
Set Y address
0
0
1
0
0
0
Y2 Y1 Y0 Ustawienie licznika wierszy
(Y = 0...5)
Set X address
0
1
X6 X5 X4 X3 X2 X1 X0 Ustawienie licznika kolumn
(X = 0...83)
H = 1 - rozszerzony zestaw komend
Zarezerwowana
0
0
0
0
0
0
0
0
1
Nie u¿ywaæ
Zarezerwowana
0
0
0
0
0
0
0
1
X Nie u¿ywaæ
Temperature
0
0
0
0
0
0
1 TC1 TC0 Ustawienie wspó³czynnika
control
korekcji temperaturowej
(Tc = 0...3)
Zarezerwowana
0
0
0
0
0
1
X
X
X Nie u¿ywaæ
Bias system
0
0
0
0
1
0 BS2 BS1 BS0 Ustawienie trybu
multipleksowania
Zarezerwowana
0
0
1
X
X
X
X
X
X Nie u¿ywaæ
Set Vop
0
1 Vop6 Vop5 Vop4 Vop3 Vop2 Vop1 Vop0 Ustawienie napiêcia zasilania matrycy, czyli kontrastu
Legenda:
X - bit nieistotny
PD - 1 = tryb Power Down, 0 = kontroler aktywny
V - 1 = adresowanie w trybie pionowym, 0 = adresowanie w trybie poziomym
H - 1 = wybór rozszerzonego zestawu komend, 0 = wybór podstawowego zestawu komend
D, E - 00 = wyœwietlacz wygaszony, 10 = tryb standardowy, 01 = test za³¹czaj¹cy wszystkie piksele, 11 = tryb negatywowy
TC1, TC0 - Wartoœæ korekcji temperaturowej - standardowa wartoœæ 2 (ca³a komenda to 0x06)
BS2...BS0 - Dla opisywanych wyœwietlaczy powinno byæ 3 (ca³a komenda to 0x13)
Vop6...Vop0 - Standardowa wartoœæ to 0x48 (ca³a komenda to 0xC8)
su wartoúci, poniewaø przy niskich temperaturach otoczenia moøemy przekroczyÊ
maksymalne napiÍcie zasilania matrycy
i†uszkodziÊ matrycÍ lub kontroler - czyli
ca³y wyúwietlacz.
KoniecznoúÊ wprowadzenia dodatkowej automatycznej korekcji napiÍcia VLCD
w†funkcji temperatury podyktowana jest
zmienn¹ czu³oúci¹ ciek³ego kryszta³u
w†zaleønoúci od temperatury oraz niezerowym wspÛ³czynnikiem temperaturowym
samego uk³adu kontrolera. Uk³ad
PCD8544 posiada moøliwoúÊ wyboru jednej z†4†predefiniowanych charakterystyk
kompensacji o†nachyleniu charakterystyki
od 1†mV/K do 24 mV/K. W†wiÍkszoúci
zastosowaÒ wystarcza ustawienie trzeciej
charakterystyki (17 mV/K) poprzez ustawienie bitÛw TC1 i†TC0 na 1,0, co wymaga wys³ania w†trybie komend rozszerzonych bajtu o†wartoúci 0x06. Oczywiúcie jeúli siÍ zdarzy, øe nasz wyúwietlacz bÍdzie wykazywa³ tendencje do
zmiany kontrastu spowodowanej zmianami temperatury otoczenia, moøemy sprÛbowaÊ zminimalizowaÊ ten efekt poprzez
ustawienie jednej z†3†pozosta³ych charakterystyk kompensacji.
84
Procedura inicjalizacji
wyúwietlacza
Bezpoúrednio po za³¹czeniu zasilania
wyúwietlacza zawartoúÊ rejestrÛw wewnÍtrznych kontrolera oraz jego pamiÍci
graficznej RAM jest nieokreúlona. Dlatego teø bardzo waøn¹ czynnoúci¹ jest doprowadzenie do wyúwietlacza prawid³owego sygna³u RESET w†czasie maksimum 30 ms po za³¹czeniu zasilania,
o†poziomie niskim i†czasie jego trwania
minimum 100 ns. Wed³ug materia³Ûw
firmy Philips brak poprawnego zerowania moøe nawet doprowadziÊ do uszkodzenia wyúwietlacza. Po wyzerowaniu
kontrolera znajduje siÍ on w†trybie Power Down, ma ustawione adresowanie
poziome, wyúwietlacz jest wygaszony
(D=E = 0), a†przetwornica generuj¹ca
VLCD jest wy³¹czona. ZawartoúÊ pamiÍci
RAM nie jest zerowana.
Øeby poprawnie zainicjowaÊ wyúwietlacz, naleøy wykonaÊ nastÍpuj¹c¹ sekwencjÍ:
- ustawiÊ linie SCE oraz D/C w†stan
niski,
- wys³aÊ bajt 0x21 - prze³¹czenie na komendy rozszerzone,
- wys³aÊ bajt 0xC8 - ustawienie Vop,
czyli kontrastu (moøe wymagaÊ zmiany wartoúci kontrastu),
- wys³aÊ bajt 0x06 - ustawienie wspÛ³czynnika korekcji temperaturowej,
- wys³aÊ bajt 0x13 - ustawienie wspÛ³czynnika multipleksowania 1:48,
- wys³aÊ bajt 0x20 - prze³¹czenie na komendy standardowe, adresowanie poziome (0x22 dla adresowania pionowego),
- wys³aÊ bajt 0x0C - Display Control tryb standardowy,
- wys³aÊ bajt 0x40 - zerowanie licznika
wierszy,
- wys³aÊ bajt 0x80 - zerowanie licznika
kolumn,
- ustawiÊ linie D/C w†stan wysoki,
List. 1. Procedura inicjująca interfejs SPI mikrokontrolera AVR oraz podłączony do
niego wyświetlacz
lcd_init:
sbi
sbi
sbi
call
CS_PORT,CS_PIN
CS_PORT-1,CS_PIN
DC_PORT-1,DC_PIN
SPI_init
;CS = H
;CS port jako wyjście
;C/D jako wyjście
;inicjalizacja interfejsu SPI
cbi
ldi
rcall
ldi
rcall
ldi
rcall
ldi
rcall
ldi
rcall
ldi
rcall
DC_PORT,DC_PIN
r24,0x21
lcd_wr
r24,0xC8
lcd_wr
r24,0x06
lcd_wr
r24,0x13
lcd_wr
r24,0x20
lcd_wr
r24,0x0C
lcd_wr
;CD = L
;przełącz na rozszerzone komendy
lcd_clrscr: cbi
ldi
rcall
ldi
rcall
DC_PORT,DC_PIN
r24,0x40
lcd_wr
r24,0x80
lcd_wr
sbi
ldi
LCD_CLEAR_1: clr
rcall
clr
rcall
DC_PORT,DC_PIN
r21, 252
r24
lcd_wr
r24
lcd_wr
;ustaw Vop (kontrast)
;ustaw współczynnik temperaturowy
;ustaw multipleks na 1:48
;przełącz na standardowe komendy,
;oraz włącz adresowanie poziome
;włącz tryb standardowy
;zeruj licznik kolumn
;zeruj licznik wierszy
;504 bajty / 2 = 252 obroty pętli
;petla kasowania zawartości RAMu wyśw.
;wyślij bajt 0 do RAMu
;wyślij bajt 0 do RAMu
Elektronika Praktyczna 6/2003
K U R S
List. 1. − cd.
SPI_init:
lcd_wr:
dec
brne
ret
r21
LCD_CLEAR_1
sbi
sbi
cbi
sbi
ldi
out
in
ret
DDRB, PB5
;ustawienie MOSI jako wyjście
DDRB, PB4
;SS musi być wyjściem dla trybu master
PORTB, PB7
;ustawienie SCK na L
DDRB, PB7
;ustawienie SCK jako wyjście
r24,(1<<MSTR) | (1<<SPE);
;Tryb Master, fCPU/4
SPCR,r24
r24,SPSR
;czyść status SPI
;koniec inicjalizacji SPI
cbi
out
SPI_SEND_0: sbis
rjmp
in
sbi
ret
;zmniejsz licznik
;koniec inicjalizacji
CS_PORT,CS_PIN
SPDR,r24
SPSR,SPIF
SPI_SEND_0
r24,SPDR
CS_PORT,CS_PIN
Elektronika Praktyczna 6/2003
;SCE = L
;załaduj bajt do rejestru danych SPI
;zaczekaj na wysłanie bajtu
;porzuć odebrany bajt
;SCE = H
- wys³aÊ 504 bajty o†wartoúci 0x00, co
spowoduje wyzerowanie pamiÍci RAM
kontrolera,
- zakoÒczyÊ inicjalizacjÍ poprzez ustawienie linii SCE w†stan wysoki.
Oczywiúcie moøna rÛwnieø ustawiaÊ
linie SCE w†stan niski przed wys³aniem
kaødego jednego bajtu i†prze³¹czaÊ
w†stan wysoki po jego wys³aniu, co
zmniejsza moøliwoúÊ rozsynchronizowania siÍ transmisji, a†co za tym idzie zapisania b³Ídnych informacji do rejestrÛw
kontrolera. Na list. 1 przedstawiono
przyk³adow¹, napisan¹ w†asemblerze,
sekwencjÍ inicjuj¹c¹ interfejs SPI mikrokontrolera AVR oraz pod³¹czony do niego wyúwietlacz.
Romuald Bia³y
85
K U R S
Podstawy projektowania systemów
mikroprocesorowych, część 4
W†tej czÍúci kursu przedstawiamy sposoby statycznego
sterowania diodami i†wyúwietlaczami LED za pomoc¹
portÛw mikrokontrolera.
Zagadnienie niby doúÊ proste, ale - jak pokazuje praktyka
- nie do koÒca poznane.
Najbardziej rozpowszechnionym sposobem
obrazowania pracy niewielkich systemÛw z†mikrokontrolerami jednouk³adowymi
s¹ diody LED i†oparte na nich wyúwietlacze siedmiosegmentowe.
Umoøliwiaj¹ one szybki, bezpoúredni odczyt parametrÛw pracy urz¹dzenia, a†ich zalet¹ jest czytelnoúÊ,
nawet w†ca³kowitych ciemnoúciach.
Jednym z†podstawowych parametrÛw charakteryzuj¹cych wyúwiet-
st¹pienia emisji úwiat³a, dlatego
podczas projektowania zespo³u wyúwietlacza trzeba uwzglÍdniÊ ten
parametr i†porÛwnaÊ go z†maksymalnym pr¹dem obci¹øenia linii
portu mikrokontrolera. Jeøeli obci¹øalnoúÊ pr¹dowa portu bÍdzie niewystarczaj¹ca, to naleøy zastosowaÊ
uk³ady poúrednicz¹ce - tranzystory
Urz¹dzenia wyjúciowe lub uk³ady scalone (drivery) o†odstatyczne sterowanie
powiedniej wydajnoúci pr¹dowej.
wyúwietlaczy i†diod LED
Warto przypomnieÊ, øe w†wiÍkSystem mikroprocesorowy zaszoúci mikrokontrolerÛw bezpozwyczaj realizuje zadania,
úrednie do³¹czenie diody
w†wyniku ktÛrych otrzymyLED (wraz z†rezystorem
Parametry zawsze z noty katalogowej
wany jest jakiú wynik. Wyograniczaj¹cym pr¹d p³yn¹Podczas dobierania wartości rezystorów
nik ten jest bezuøyteczny
cy przez diodÍ) jest moøliograniczających prąd płynący przez
tak d³ugo, dopÛki nie znajwe tylko w†konfiguracji,
segment wyświetlacza lub diodę, należy
dziemy sposobu aby przew†ktÛrej pr¹d wp³ywa do
zawsze sprawdzać w notach katalogowych
s³aÊ go na zewn¹trz syste- wartości parametrów takich jak: maksymal−
portu mikrokontrolera (LED
mu. Do realizacji tego zadaw³¹czony miÍdzy ì+î zasiny prąd wyjściowy portu i napięcie
nia s³uø¹ w†systemach miklania a†liniÍ portu - rys.
przewodzenia diody LED. Dobieranie
roprocesorowych urz¹dzenia
15a). W†tym przypadku
wartości rezystora ograniczającego prąd
wyjúciowe. W†zaleønoúci od
ustawienie stanu niskiego
“na oko” nie jest zgodne ze sztuką
formy w†jakiej ma byÊ Ûw
na wyprowadzeniu powoduprojektowania i może doprowadzić do
wynik przekazany, mog¹ to
je zaúwiecenie siÍ diody.
uszkodzenia elementów.
byÊ rÛønego rodzaju wskaüRezystor ograniczaj¹cy pr¹d
niki i†wyúwietlacze, uk³ady
diody w†tym uk³adzie naletransmisji cyfrowej w†okreúlonym
lacze LED (zarÛwno wyúwietlacze
øy dobraÊ z†zaleønoúci:
protokole, czy inne systemy przesiedmiosegmentowe jak i†pojedyncze
Rogr = (5 - 0,5 - Uf)/If,
gdzie:
kazywania danych.
diody) jest pr¹d konieczny do wyUf - napiÍcie przewodzenia diody
(zaleøy od koloru úwiecenia),
If - pr¹d przewodzenia diody, jego wartoúÊ maksymalna nie moøe przekraczaÊ 20 mA.
Rys. 15. Różne sposoby sterowanie diod LED z wyjścia mikrokontrolera:
najczęściej stosowany w mikrokontrolerach z rodziny '51 (a), możliwy do
zastosowania w niektórych mikrokontrolerach '51 (b), niezalecany (c)
Elektronika Praktyczna 6/2003
Rys. 16. Budowa typowego portu
I/O w mikrokontrolerach '51
81
K U R S
Rys. 17. Tranzystor NPN jako
wzmacniacz prądowy do
sterowania diodą LED
Uk³ad w†ktÛrym dioda by³aby
w³¹czona miÍdzy liniÍ portu a†masÍ jest nieprawid³owy - dioda nie
bÍdzie siÍ úwieciÊ lub bÍdzie siÍ
úwieciÊ bardzo s³abo z†powodu
zbyt ma³ej obci¹øalnoúci portu
w†stanie ì1î (rys. 15b). Moøna co
prawda zrezygnowaÊ z†szeregowego rezystora ograniczaj¹cego wbudowanego wewn¹trz mikrokontrolera '51 (rys. 16) i†do³¹czyÊ do linii portu dodatkowy rezystor podci¹gaj¹cy o†podobnej rezystancji
(rys. 15b). Jednak uk³ad ten nie
jest stosowany ze wzglÍdu na duøy pobÛr pr¹du - w†chwili gdy
dioda nie úwieci jest on wiÍkszy
niø podczas jej úwiecenia!
W†sytuacji, gdy wykorzystujemy
liniÍ portu mikrokontrolera niezdoln¹ samodzielnie do prawid³owego
wysterowania diody LED, naleøy
zastosowaÊ uk³ad poúrednicz¹cy, zapewniaj¹cy odpowiedni¹ wydajnoúÊ
pr¹dow¹. W†zaleønoúci od liczby
do³¹czanych diod moøemy zastosowaÊ uk³ad z†tranzystorem (rys. 16)
82
lub wykorzystuj¹cy scalony driver,
np. ULN2803A w†uk³adzie przedstawionym na rys. 18. Ten drugi wariant nadaje siÍ szczegÛlnie dobrze
do sterowania diod o†duøej mocy
(kilku...kilkunastu W), poniewaø
wydajnoúÊ pr¹dowa driverÛw zintegrowanych w†uk³adzie ULN2803
jest wiÍksza niø wymagana przez
klasyczne LED-y.
OmÛwione powyøej sposoby
sterowania wyúwietlaczy i†diod
LED naleø¹ do grupy statycznych
- úwiecenie lub nie do³¹czonej do
uk³adu diody zaleøy tylko od stanu wyprowadzenia portu mikrokontrolera. Takie sterowanie powoduje, øe obs³uga programowa jest
bardzo prosta. Wystarczy tylko
wykorzystaÊ rozkazy ustawiania
lub zerowania linii mikrokontrolera (SETB Px.y, CLR Px.y),
a†w†przypadku wykorzystywania
ca³ego portu mikrokontrolera do
sterowania diodami LED do ich
obs³ugi moøna wykorzystaÊ takøe
rozkaz przes³ania bajtu danych do
portu (MOV Px,#{wartoúÊ}).
W†uk³adach mikroprocesorowych bardzo czÍsto zachodzi koniecznoúÊ pod³¹czenia wiÍkszej
liczby wyúwietlaczy 7-segmentowych czy diod LED, niø pozwala
na to liczba wyprowadzeÒ zastosowanego mikrokontrolera. Wyjúciem z†sytuacji s¹ uk³ady wyúwietlaczy dynamicznych (wyúwietlacze multipleksowane). Zasada ich dzia³ania polega na
wspÛ³dzieleniu wyprowadzeÒ mikrokontrolera przez po³¹czone
w†grupy diody LED (np. jedna
grupa - jeden wyúwietlacz siedmiosegmentowy) i†do³¹czeniu dodatkowych uk³adÛw steruj¹cych
zasilaniem poszczegÛlnych grup odpowiednio szybkie zapalanie
i†gaszenie poszczegÛlnych grup
(wraz z†wymuszeniem ø¹danych
stanÛw úwiecenia) oraz bezw³adnoúÊ ludzkiego wzroku daje
w†efekcie z³udzenie úwiecenia ca³ego wyúwietlacza.
SzczegÛ³y takich rozwi¹zaÒ
przedstawimy za miesi¹c.
Pawe³ Hadam
Rys. 18. Jeżeli mikrokontroler steruje większą ilością diod lub
segmentów wyświetlaczy można pokusić się o zastosowanie
scalonego drivera np. ULN2803
Elektronika Praktyczna 6/2003
P R O G R A M Y
ìWynalazkiî Dallasa czÍsto stawa³y siÍ przebojami w†úwiecie
elektroniki. Sw¹ popularnoúÊ zawdziÍczaj¹ niezwykle
oryginalnym konstrukcjom i†³atwoúci stosowania
w†najrozmaitszych aplikacjach. Jednym ze sztandarowych
produktÛw obecnego Maxima-Dallasa s¹ czujniki temperatury
DS1820, ktÛre - moøna powiedzieÊ - ustali³y standard pomiaru
tej wielkoúci fizycznej.
Od pewnego czasu zadziwia mnie
niezwyk³e wrÍcz zainteresowanie pomiarami temperatury przejawiaj¹ce
siÍ obfit¹ wymian¹ doúwiadczeÒ na
w†uk³adzie Master dba o†porz¹dek
dobrego programu nie jest sztuk¹ ³atinternetowych listach dyskusyjnych.
w†tak stworzonej sieci. A†porz¹dek
w¹, a†zrobienie tego za zupe³n¹
No tak, zbudowanie elektronicznego
jak wiadomo musi byÊ. Uk³ad nadìdarmochÍî w†dzisiejszym skomercjatermometru w†dzisiejszych czasach to
zorczy master po sprawdzeniu obeclizowanym úwiecie budzi w¹tpliwoúÊ:
tyle, co usi¹úÊ, otworzyÊ szufladÍ,
noúci w†sieci kolejno odpytuje
czy z†autorem na pewno wszystko
wyci¹gn¹Ê parÍ elementÛw, wykonaÊ
wszystkie uk³ady Slave (kaødy do³¹jest w†porz¹dku?
kilka po³¹czeÒ lutowanych i†w³aúciczony DS1820), wykorzystuj¹c
wie gotowe.
przydzielone im na etapie
Jeszcze kilka lat temu co
Interfejs do Lämpömittari
produkcyjnym niepowtarzalne
druga
praca
dyplomowa
Opis budowy interfejsu do układów
numery seryjne. DziÍki spew†szko³ach technicznych nosiDS18x20 przedstawiliśmy w kwietniowych
cjalnemu protoko³owi Master
³a tytu³ ìTermometr elektroMiniprojektach.
zawsze wie, ile uk³adÛw
niczny z†wyúwietlaczem cyfz†nim wspÛ³pracuje i†zna ich
rowymî. Wtedy jednak przedidentyfikatory. Uk³ady Slave odzywaOd czasu do czasu moøna na
siÍwziÍcie takie faktycznie zas³ugij¹ siÍ tylko na wyraüne ø¹danie nadszczÍúcie natrafiÊ na taki przypadek.
wa³o na tak powaøne traktowanie.
zorcy. JednoprzewodowoúÊ sieci naNiew¹tpliwie jest nim Timo Sara-aho
Naleøa³o przecieø zdobyÊ czujnik,
rzuca w†sposÛb naturalny zastosowaautor
úwietnego
programu
wykonaÊ wzmacniacz pomiarowy,
nie szeregowego rodzaju transmisji.
Lämpömittari, obs³uguj¹cego czujniki
w†jakiú sposÛb przekszta³ciÊ analogoRozpoznawanie uk³adÛw oraz wysytemperatury DS1820. Program znakowe wskazania na postaÊ cyfrow¹, no
³anie poszczegÛlnych bitÛw danych
micie wykorzystuje moøliwoúÊ ³¹czei†wreszcie wyúwietliÊ wyniki na wyodbywa siÍ poprzez tzw. szczeliny
nia tych uk³adÛw w†sieÊ opart¹ na
úwietlaczu cyfrowym. W†roli czujniczasowe (sloty). Bitowi o†wartoúci
jednoprzewodowej magistrali 1-Wire.
kÛw czÍsto wystÍpowa³y zwyk³e dioì0î odpowiada utrzymanie linii
dy pÛ³przewodnikowe, ktÛre zachow†stanie niskim przez czas trwania
wuj¹c doúÊ dobr¹ liniowoúÊ, by³y
KrÛtko o†sieci 1-Wire
slotu - 60 do 120 µs. Bit o†wartoúci
³atwo dostÍpne. Niestety taki uk³ad
i†uk³adach DS1820
ì1î to krÛtkie, 1†µs zwarcie linii, po
wymaga³ doúÊ k³opotliwej kalibracji,
SieÊ 1-Wire zosta³a opracowana
czym do koÒca slotu musi ona pozoa†z†zachowaniem dobrych parametprzez firmÍ Dallas Semiconductor
staÊ w†stanie wysokim (rys. 1). BezrÛw w†czasie bywa³o rÛønie. CzÍúÊ
w†czasach, gdy firma ta istnia³a jeszpieczeÒstwo wymiany danych jest zacyfrowa wykonywana w†technice
cze samodzielnie. To, øe magistrala
pewnione dziÍki kontroli CRC. ZastoTTL (nieúmiertelne 7490) powodojest jednoprzewodowa, nie oznacza
sowany tu wielomian generuj¹cy ma
wa³a, øe praktycznie odpada³a praca
oczywiúcie, øe do do³¹czenia uk³apostaÊ x8+x5+x4+1. Dwukierunkoz†zasilaniem bateryjnym.
dÛw do sieci, np. czujnikÛw DS1820,
woúÊ sieci jest moøliwa dziÍki wyjJak jest dzisiaj? Dzisiaj bez trudu
potrzebny bÍdzie tylko jeden przeúciom typu open-drain po obu stromoøna znaleüÊ na rynku gotowe
wÛd. Aø tak dobrze niestety jeszcze
nach po³¹czenia. Parametry interfejsu
uk³ady, ktÛre wystarczy tylko do³¹nie jest. Oznacza natomiast, øe do
1-Wire pozwalaj¹ na budowÍ po³¹czyÊ np. do komputera za pomoc¹
obs³ugi wielu uk³adÛw wystarczy zaczeÒ o†d³ugoúci dochodz¹cej do 300
prostego interfejsu. Ca³¹ resztÍ wykoledwie np. jeden port mikrokontrolem. Ze szczegÛ³ami dotycz¹cymi zasad
na odpowiedni program, a†te pisuj¹
ra albo komputera. Interfejs 1-Wire
budowy i†wykorzystywania sieci 1przecieø juø niemal przedszkolaki.
zapewnia przy tym dwukierunkow¹
Wire moøna zapoznaÊ siÍ w†nocie
No dobrze, moøe trochÍ przejaskratransmisjÍ danych, odpowiednie zaú
aplikacyjnej AN148, dostÍpnej pod
wiam sprawÍ. Napisanie naprawdÍ
oprogramowanie zaimplementowane
Elektronika Praktyczna 6/2003
77
P R O G R A M Y
chÍ w†Lämpömittari brakuje. Do dyspozycji mamy jedynie ikony. Na
szczÍúcie po przytrzymaniu kursora
na kaødej z†nich jest wyúwietlana
s³owna podpowiedü t³umacz¹ca akcjÍ, jaka bÍdzie wykonana po klikniÍciu myszk¹. Z†drugiej strony trzeba przyznaÊ, øe zastosowane symbole graficzne s¹ bardzo sugestywne
i†zrozumia³e.
Jedn¹ z†waøniejszych cech programu jest rÛønorodny i†ciekawy sposÛb
prezentowania wynikÛw. Skazani na
wszechobecne aktualnie wyúwietlacze
cyfrowe na pewno bÍdziemy zadowoleni z†moøliwoúci prezentowania wynikÛw na tradycyjnym wskaüniku
analogowym. Jego wygl¹d moøemy
ponadto zaprojektowaÊ w³asnorÍcznie. S³uøy do tego celu specjalny
program narzÍdziowy Analog Configurator (rys. 2). Za jego pomoc¹
moøna utworzyÊ ca³kowicie dowolny
wygl¹d tarczy miernika. PrzedstawioRys. 1. Zasada działania interfejsu 1−Wire
na na rys. 2 zosta³a wykonana w†Corelu i†przekonwertowana do formatu.bmp. W†konfiguratorze deklaruje
gl¹d okna g³Ûwnego, a†pracuj¹c
adresem:
http://pdfserv.maximz†nim d³uøej, moøna rÛwnieø doic.com/arpdf/AppNotes/app148.pdf.
siÍ dopuszczalny k¹t obrotu wskastrzec kilka niedoci¹gniÍÊ. MoøliUk³ad DS18B20 umoøliwia standarzÛwki, punkt zaczepienia jej osi, d³uwoúci, jakimi dysponuje, mog¹ byÊ
dowo dokonywanie pomiaru temperagoúÊ, gruboúÊ i†kolor. Podaje siÍ zajednak porÛwnywalne - jak mi siÍ
tury z†9-bitow¹ rozdzielczoúci¹ w†zakres pomiarowy termometru. Zadewydaje - z†niejednym produktem
kresie od -55 do +125oC, przy czym
klarowane ustawienia moøna - przyprofesjonalnym. W†sk³ad programu
dok³adnoúÊ ±0,5oC jest gwarantowana
najmniej teoretycznie - zapisaÊ na
wchodz¹ trzy modu³y:
dysku, do ewentualnego pÛüniejszego
dla zakresu -10 do +85oC. Wykorzys- edytor znakÛw wyúwietlanych na
tanie specjalnych procedur pozwala
wykorzystania. Niestety, podczas
wirtualnym, matrycowym wskaünizwiÍkszyÊ rozdzielczoúÊ odczytu naprÛb sztuka ta nie uda³a mi siÍ. Proku alfanumerycznym,
wet do 12 bitÛw (0,04oC - Uwaga!
gram jest zreszt¹ pod tym wzglÍdem
- Analog Configurator s³uø¹cy do
Dok³adnoúÊ pozostaje bez zmian:
trochÍ u³omny, gdyø operacje dyskoprojektowania w³asnych wskaüni±0,5oC), co moøe byÊ wykorzystywawe nie s¹ wspierane typowymi okkÛw analogowych,
nami dialogowymi, w†ktÛrych w†spone tam, gdzie istotne s¹ wyniki
- g³Ûwny modu³ akwizycji i†wizualisÛb przejrzysty i†wygodny moøna zowzglÍdne, np. przy pomiarach wilzacji danych pomiarowych.
baczyÊ zawartoúÊ katalogu, a†w†razie
gotnoúci metod¹ termometru suchego
potrzeby nawet go zmieniÊ. Tu
i†wilgotnego. Czas konwersji
przydaj¹ siÍ umiejÍtnoúci z†zauk³adu nie jest niestety zbyt
Jest taka strona...
pomnianego juø pewnie przez
krÛtki, wynosi ok. 750 ms.
Najnowsze wersje oprogramowania są
wiÍkszoúÊ uøytkownikÛw PCW†wewnÍtrznej pamiÍci niedostępne na stronie autora:
tÛw DOS-a, gdzie wpisywa³o
ulotnej moøna zachowywaÊ
http://www.sunpoint.net/~thermometer/
siÍ mozolnie ca³¹ úcieøkÍ doustawienia dotycz¹ce alarmÛw
stÍpu wraz z†nazw¹ pliku i†je(np. przekroczenie zadanej
Po uruchomieniu modu³u g³Ûwnego rozszerzeniem. Program jest jedtemperatury). Jedn¹ z†ciekawszych
go (pomiarowego) uwagÍ zwraca doúÊ
nak windowsowy i†naleøa³oby wymacech tego uk³adu jest to, øe do pranietypowy pasek narzÍdziowy bez
gaÊ od niego zachowania pewnych
cy nie wymaga dodatkowych linii zatradycyjnego menu. T³o okna stanostandardÛw. Na zakoÒczenie projektosilaj¹cych, moøe byÊ zasilany bezpowi delikatna faktura, a†nie jak to
wania wskaünika warto sprawdziÊ, jak
úrednio z†linii interfejsu 1-Wire.
zwykle bywa g³adka powierzchnia.
bÍdzie on dzia³a³. W†tym celu w†polu
Brak menu tekstowego jest doúÊ
Test value naleøy podaÊ dowoln¹
Lämpömittari znaczy
uci¹øliwy, gdyø wieloletnie doúwiadwartoúÊ temperatury, mieszcz¹c¹ siÍ
termometr
czenia z†rÛønymi programami spraw†zakresie pomiarowym i†po naciúniÍProgram Lämpömittari zbiera barwiaj¹, øe uøytkownik czuje siÍ bezciu klawisza o†takiej samej nazwie dzo pozytywne oceny od jego uøytpieczniej, gdy ma moøliwoúÊ wyboru
Test value - obejrzeÊ, jak ustawi siÍ
kownikÛw i†rzeczywiúcie, dysponuje
poleceÒ w†taki w³aúnie sposÛb. MewskazÛwka. Klawisz Range pozwala
sporymi moøliwoúciami i†bardzo atnu tekstowe pozwala ponadto na wyzaobserwowaÊ przemieszczenie wskarakcyjn¹ form¹ prezentacji wynikÛw.
bÛr opcji poprzez naciúniÍcie klawizÛwki w†sposÛb ci¹g³y w†ca³ym zaPo pierwszym uruchomieniu moøe
sza Alt z†wybran¹ liter¹, ktÛrego trokresie pomiarowym.
nieco raziÊ ma³o profesjonalny wy-
78
Elektronika Praktyczna 6/2003
P R O G R A M Y
pola powoduje utratÍ zdefiniowanych
wczeúniej punktÛw. FazÍ projektowania koÒczy, jak to zwykle bywa w†takich przypadkach, zapisanie zestawu
na dysku.
Pomiary
Rys. 2. Projektowanie własnego
wskaźnika analogowego za pomo−
cą programu Analog Configurator
Drugi modu³ pomocniczy - FontEd
- jak juø wiemy, s³uøy do projektowania w³asnych znakÛw wyúwietlanych pÛüniej na wirtualnym wyúwietlaczu LCD programu Lämpö−
mittari. Tym razem zosta³ napisany
przez Szweda o†czeskobrzmi¹cym nazwisku - Peter Czidlina. Nie jest to
pierwszy przypadek, w†ktÛrym mamy
do czynienia z†wielonarodowym zespo³em autorÛw. Jak dot¹d rezultaty
by³y zawsze zadawalaj¹ce. Okno programu FontEd wygl¹da podobnie jak
modu³u g³Ûwnego, przy czym dodano tradycyjne menu (rys. 3). PrzystÍpuj¹c do pracy, naleøy zadeklarowaÊ
wielkoúÊ matrycy. Maksymalny rozmiar to 50 x†50, ale najczÍúciej bÍdziemy zapewne korzystaÊ z†typowego 5†x†7, przybliøaj¹cego nas do
rzeczywistego wyúwietlacza. Wybieranie danego znaku do edycji polega
na przewijaniu zestawu za pomoc¹
ekranowych
klawiszy
strza³ek,
umieszczonych na pasku narzÍdziowym. Towarzyszy temu wyúwietlanie
kolejnych znakÛw ASCII wraz z†ich
kodami. Po wybraniu odpowiedniego
moøna przyst¹piÊ do edycji. Projektowanie prowadzi siÍ przy duøym
powiÍkszeniu. KlikniÍcie na wybrany
piksel powoduje zmianÍ jego stanu
(zapalenie lub zgaszenie). Efekt koÒcowy - w†naturalnych rozmiarach moøe byÊ natychmiast obserwowany
w†specjalnym oknie podgl¹du - Character Preview. Znak moøe byÊ teø
przesuwany zarÛwno w†pionie, jak
i†w†poziomie w†obrÍbie pola roboczego. Trzeba jednak przy tym uwaøaÊ,
gdyø wysuniÍcie go poza obrÍb tego
Elektronika Praktyczna 6/2003
Czas najwyøszy zapoznaÊ siÍ
z†podstawowym modu³em, za pomoc¹ ktÛrego bÍdziemy mierzyÊ temperaturÍ. W†trakcie instalacji, w†menu
startowym jest umieszczany odpowiedni skrÛt u³atwiaj¹cy uruchomienie programu. Przed przyst¹pieniem
do pomiarÛw naleøy prawid³owo
skonfigurowaÊ program. Wczeúniej do
portu szeregowego komputera powinny byÊ do³¹czone czujniki temperatury DS1820. Odpowiedni interfejs
by³ przedstawiony w†numerze EP4/
2003. Czujniki stanowi¹ sieÊ rozpoznawan¹ przez program jako DS9097E.
NaciúniÍcie na ikonÍ Ustawienia powoduje otwarcie okna, w†ktÛrym
wprowadza siÍ dane konfiguracyjne.
S¹ to m.in.: definicje pocz¹tku i†koÒca nocy, okreúlenie histerezy, odstÍpu czasu pomiÍdzy pomiarami, katalogu roboczego i†jÍzyka. Tu mi³a niespodzianka, bo wúrÛd dostÍpnych
wersji jÍzykowych jest teø polska. Po
prawid³owym wyborze sieci i†podaniu portu, do ktÛrego do³¹czono
czujniki, powinny byÊ one rozpoznane po numerach seryjnych. Ze wzglÍdÛw praktycznych warto nadaÊ im
nazwy najlepiej kojarz¹ce siÍ z†miejscem umieszczenia. Dla kaødego
czujnika indywidualnie moøna rÛwnieø podaÊ wartoúci temperatur alarmowych. Kaødorazowo po przekroczeniu zadanej wartoúci (z†uwzglÍdnieniem histerezy) wszczynany bÍdzie alarm, ktÛrym moøe byÊ dowolnie wybrany sygna³ düwiÍkowy
w†formacie.wav. Ale to nie koniec alarm moøe spowodowaÊ takøe uruchomienie wybranego programu. Podobne reakcje moøe wywo³aÊ rÛwnieø wykrycie zmiany trendu temperatury. Program Lämpömittari potrafi
wykorzystaÊ DS-y do granic moøliwoúci. W†zaleønoúci od potrzeb deklaruje siÍ ich rozdzielczoúÊ 9-, 10-,
11- lub 12-bitow¹. Zaskoczeniem, jak
na b¹dü co b¹dü amatorski program,
jest nawet uwzglÍdnienie parametrÛw
kompensuj¹cych nieliniowoúÊ czujnikÛw. ZaleønoúÊ b³Ídu pomiaru temperatury jest dla czujnikÛw DS1820
zaleønoúci¹ kwadratow¹ o†doúÊ ³atwych do obliczenia parametrach. Wyznaczaj¹ one po³oøenie minimum
funkcji b³Ídu oraz okreúlaj¹ kszta³t
krzywej. SzczegÛ³y s¹ zawarte w†nocie AN208, ktÛr¹ moøna znaleüÊ na
stronie internetowej Maxima-Dallasa.
Wprowadzenie parametrÛw koryguj¹cych moøe 10-krotnie zmniejszyÊ
b³¹d pomiarowy w†ca³ym zakresie.
WszÍdzie tam, gdzie moøe to mieÊ
znaczenie, warto je wiÍc wprowadziÊ. Jeúli natomiast nie zaleøy nam
na takiej dok³adnoúci, moøna pozostawiÊ wartoúci zerowe.
Musimy sobie zadaÊ pytanie, do
czego w³aúciwie ma s³uøyÊ program
Lämpömittari? Odpowiedü jest prosta:
do monitorowania temperatury
w†wielu punktach, nawet doúÊ znacznie oddalonych od siebie. W†rezultacie otrzymujemy wyniki podawane
na kilka sposobÛw. Wybieramy formÍ, ktÛra bÍdzie najodpowiedniejsza
w†konkretnym przypadku. Moøe to
byÊ analogowy miernik wskazÛwkowy, matrycowy wyúwietlacz alfanumeryczny, wykres trendu obejmuj¹cy
okreúlony okres pomiaru, wykres historii. Jedn¹ z†ciekawszych form wizualizacji pomiarÛw bÍdzie np. pod³oøenie fotografii monitorowanego pomieszczenia pod wirtualne wskaüniki umieszczone na ekranie w†odpowiednich miejscach. Taka metoda
bardzo sugestywnie pokazuje rozk³ad
temperatur w†obiekcie. PoszczegÛlne
czujniki sieci mog¹ byÊ przydzielone
do specjalnych grup. Dla nich definiuje siÍ np. grupowy wyúwietlacz
alfanumeryczny pokazuj¹cy temperatury na zespolonym polu odczytowym. Takøe zbiorczy wykres bÍdzie
úwietnie oddawa³ relacje pomiÍdzy
poszczegÛlnymi punktami pomiarowymi. Dla szybkiego okreúlenia, w†jakim przedziale temperatur pracuj¹
Rys. 3. Okno robocze programu
FontEd
79
P R O G R A M Y
Rys. 4. Przykładowa sesja pomiarowa
poszczegÛlne czujniki, ich wskazania
mog¹ byÊ wyúwietlane trzema kolorami oznaczaj¹cymi temperaturÍ
w†normie, temperaturÍ poniøej minimalnej lub powyøej maksymalnej. Ponadto na bieø¹co jest generowany raport, w†ktÛrym jest podawana informacja o†zmierzonych temperaturach
ze wszystkich czujnikÛw, ich wartoúciach úrednich, wykrytych maksimach i†minimach. Odpowiedni log
jest zapisywany w†formacie tekstowym na dysku. Dodatkow¹ atrakcj¹
mog¹ byÊ obrazki uøywanych wskaünikÛw, ktÛre s¹ rÛwnieø zapisywane
w†zadanych interwa³ach czasowych
na dysku. Przyk³adow¹ sesjÍ pomiarow¹ przedstawiono na rys. 4. Nie
trzeba dodawaÊ, øe wyniki rejestracji
jak w†wiÍkszoúci programÛw okienko-
80
wych s¹ ³atwe do bezpoúredniego
wydrukowania, a†zapisane na dysku
widoki poszczegÛlnych wskaünikÛw
w†prosty sposÛb mog¹ byÊ umieszczane w†dokumentacji technicznej.
Lepsze jest wrogiem dobrego
Po zapoznaniu siÍ z†moøliwoúciami programu Lämpömittari trzeba
wyraziÊ uznanie dla autora, ktÛry
musia³ w³oøyÊ sporo wysi³ku w†jego
przygotowanie. Na uwagÍ zas³uguje
ciekawy pomys³ wykorzystania popularnych czujnikÛw temperatury
i†bardzo atrakcyjna forma prezentacji
wynikÛw pomiarowych. Autor nie
spoczywa na laurach i†rozwija swoje dzie³o juø od trzech lat. Moøemy
wiÍc mieÊ nadziejÍ, øe zaskoczy nas
jeszcze niejednym. ChoÊ z†kaød¹ no-
w¹ wersj¹ programu rosn¹ jego walory uøytkowe, to niestety jak to
czÍsto w†takich przypadkach bywa,
poprawiaj¹c jeden element, ³atwo
zepsuÊ inny. Mam wraøenie, øe tak
by³o w†przypadku najnowszej wersji
1.12.7. NajwiÍksze w¹tpliwoúci
wzbudzaj¹ niemal wszystkie operacje
dyskowe. Przyk³adowo zapisywanie
zaprojektowanego wskaünika analogowego na dysku nie koÒczy siÍ bynajmniej utworzeniem jakiegokolwiek pliku. Nie jest przy tym wyúwietlany øaden komunikat. Najwyraüniej autor zapomnia³ wstawiÊ
w†programie stosown¹ instrukcjÍ albo, co bardziej prawdopodobne,
wstawi³ j¹, tylko pÛüniej usun¹³. Zauwaøy³em teø pewne problemy
w†rozpoznawaniu sieci w†wersji
1.12.7. Jeúli czynnoúÊ ta by³a wykonana we wczeúniejszej wersji programu, to pÛüniej wersja najnowsza
dzia³a³a juø bez zarzutu. Ponadto
program zupe³nie nie chcia³ dzia³aÊ
na komputerze z†systemem Windows
95, a†w†Windows Me zdarza³o siÍ,
øe siÍ zawiesza³. Pozostaje wiÍc
mieÊ tylko nadziejÍ, øe wszystkie
niedoci¹gniÍcia zostan¹ dopracowane, co z†duøym prawdopodobieÒstwem nast¹pi.
Przymykaj¹c oko na drobne niedoci¹gniÍcia Lämpömittari, naleøy
uznaÊ ten program za bardzo udany.
Po kilku godzinach testÛw zrozumia³em chyba, dlaczego ludzie siÍ tak
pasjonuj¹ pomiarami temperatury.
Trzeba jednak sprawiedliwie dodaÊ,
øe wspÛ³twÛrc¹ sukcesu jest firma
Dallas, ktÛra opracowa³a naprawdÍ
rewelacyjny do takich zastosowaÒ
uk³ad DS1820.
Jaros³aw Doliñski, AVT
[email protected]
Elektronika Praktyczna 6/2003
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 można go uruchomić w ciągu
kilkunastu minut. Układy z „Miniprojektów” mogą być skomplikowane funkcjonalnie, lecz łatwe w montażu
i uruchamianiu, gdyż ich złożoność i inteligencja jest zawarta w układach scalonych. Wszystkie układy
opisywane w tym dziale są wykonywane i badane w laboratorium AVT. Większość z nich znajduje się
w ofercie kitów AVT, w wyodrębnionej serii „Miniprojekty” o numeracji zaczynającej się od 1000.
Regulator temperatury w akwarium
Timer 555 ca³y czas
zadziwia swoimi
moøliwoúciami.
W†artykule
przedstawiono opis
prostego regulatora
temperatury,
sk³adaj¹cego siÍ z†kilku
³atwo dostÍpnych
i†tanich czÍúci. Moøe
on byÊ z†powodzeniem
stosowany np. do
regulacji temperatury
wody w†akwarium,
sterowania wentylatorem
czy nagrzewnic¹.
Rekomendacje: ze
wzglÍdu na prostotÍ
wykonania i†duøe
walory praktyczne
wykonanie tego uk³adu
polecamy szczegÛlnie
pocz¹tkuj¹cym
elektronikom, ktÛrzy
chc¹ sobie lub
znajomym nieco
zautomatyzowaÊ
akwarium.
Rys. 1
Elektronika Praktyczna 6/2003
Schemat elektryczny uk³adu znajduje siÍ na rys. 1.
Uk³ad NE555 pracuje jako
komparator z†histerez¹. Wejúcie THRESHOLD do³¹czono
do plusa zasilania poprzez rezystor R1. HisterezÍ uzyskujemy ³¹cz¹c rezystorem R2 wejúcie CONTROL VOLTAGE
z†wejúciem DISCHARGE. Dodatkowo, aby przeciwdzia³aÊ
wzbudzaniu siÍ uk³adu na
wielkich czÍstotliwoúciach, pomiÍdzy wyprowadzenia 5 i†7
w³¹czono rezystor R3 i†kondensator C1 spe³niaj¹ce rolÍ filtru.
Do wejúcia TRIGGER do³¹czono dzielnik napiÍcia z†termistorem pomiarowym. Cewka
przekaünika PK1 jest sterowana bezpoúrednio z†wyjúcia
uk³adu NE555. W†kierunku zaporowym rÛwnolegle z†przekaünikiem w³¹czono diodÍ zabezpieczaj¹c¹ wyjúcie przed
przepiÍciami indukuj¹cymi siÍ
w†cewce przekaünika. Potencjometr POT1 s³uøy do ustalenia zakresu regulacji, a†POT2
do ustawiania temperatury za³¹czenia. Termistor naleøy
umieúciÊ w†miedzianej rurce
o†przekroju zaleønym od úrednicy uøytego termistora i†d³ugoúci wed³ug w³asnego uznania. Jeden koniec rurki naleøy
zlutowaÊ bardzo dok³adnie, tak
aby nie przedostawa³a siÍ do
úrodka woda. Do koÒcÛwek termistora przylutowujemy przewody i†naci¹gamy koszulki izolacyjne. Tak przygotowany termistor smarujemy past¹ silikonow¹ i†umieszczamy we wczeúniej przygotowanej rurce. Na
koÒcÛwkÍ naci¹gamy koszulkÍ
termokurczliw¹, ktÛr¹ ostroønie
zgrzewamy palnikiem lub zapa³k¹. Tak przygotowany czujnik doúÊ dobrze zabezpiecza
przed wilgoci¹ umieszczony
w†úrodku termistor.
Uk³ad zmontowano na jednostronnej p³ytce drukowanej,
ktÛrej schemat montaøowy pokazano na rys. 2. Urz¹dzenie
wraz z†transformatorem sieciowym najlepiej umieúciÊ w†obudowie plastikowej. Naleøy pamiÍtaÊ o†tym, øe przekaünik
PK1 za³¹cza obwÛd bÍd¹cy pod
napiÍciem 220 V, w†zwi¹zku
z†tym zalecam zachowanie
szczegÛlnej ostroønoúci.
Zmontowany uk³ad po w³¹czeniu zasilania wymaga tylko
przeprowadzenia skalowania,
tak øeby by³a moøliwoúÊ regulacji w†zakresie od 20 do 30
stopni Celsjusza. årodek zakresu naleøy wyznaczyÊ doúwiadczalnie za pomoc¹ POT2.
Krzysztof Górski, AVT
[email protected]
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1: 4,7kΩ
R2: 390kΩ
R3: 2,2kΩ
R4: 20kΩ
POT1, POT2: 5kΩ
Termistor NTC: 10kΩ
Kondensatory
C1: 4,7nF
C2: 1000µF/16V
C3, C4: 100nF
C5: 220µF/16V
Półprzewodniki
US1: NE555
US2: 7805
D1: 1N4148
M1: 1,5A
Różne
PK1: MH4−5V
ARK 1x2 500V 2 szt.
Włącznik sieciowy 1 szt.
TR1 TS2/14
P³ytka drukowana jest dostÍpna
w AVT - oznaczenie AVT-1367.
Wzory p³ytek drukowanych
w formacie PDF s¹ dostÍpne
w Internecie pod adresem:
http://www.ep.com.pl/?pdf/
czerwiec03.htm oraz na p³ycie
CD-EP7/2003 w katalogu PCB.
Rys. 2
71
M I N I P R O J E K T Y
Krokowy sterownik silnika DC
Prezentowany uk³ad
s³uøy do sterowania
prÍdkoúci¹ obrotow¹
silnika pr¹du sta³ego.
Moc sterowanego silnika
zaleøy od uøytych
elementÛw
wykonawczych oraz
ürÛd³a zasilania. Uk³ad
modelowy zosta³
dostosowany do
sterowania silniczkami
ma³ej mocy.
Rekomendacje:
doskona³y regulator do
wszelkiego typu silnikÛw
sta³opr¹dowych, ktÛry
moøna wykorzystaÊ np.
do regulacji obrotÛw
wentylatora nagrzewnicy
w†samochodzie lub jako
regulator obrotÛw úmig³a
wentylatora.
Na rys. 1 przedstawiono schemat elektryczny regulatora. Urz¹dzenie sk³ada siÍ z†nastÍpuj¹cych blokÛw funkcjonalnych: generatora
monostabilnego (s³uøy
do likwidacji drgaÒ stykÛw P1), licznika dekadowego, generatora astabilnego oraz bloku wykonawczego. Dzia³anie uk³adu
jest bardzo proste: kaøde naciúniÍcie przycisku P1 powoduje zmianÍ stanu na wyjúciach licznika IC2 i†w†konsekewncji zmianÍ czÍstotliwoúci pracy multiwibratora
IC3, od ktÛrej zaleøy szybkoúÊ obrotowa do³¹czonego
silnika.
Licznik dekadowy IC2 zlicza impulsy pochodz¹ce z†timera IC1, ktÛre wystÍpuj¹
kaødorazowo po naciúniÍciu
przycisku P1. W†szereg z†kaødym wyjúciem licznika w³¹czono rezystor (o dobieranych rezystancjach) oraz diodÍ, ktÛrej zadaniem jest wzajemne odseparowanie rezystorÛw. Przy zmianach stanÛw
na wyjúciach licznika IC2,
w†zaleønoúci od wartoúci
ìaktywnegoî jednego z†rezystorÛw R9...R18, zmienia siÍ
napiÍcie podawane na wy-
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1: 220kΩ
R2, R3: 10kΩ
R4: 470kΩ
R5: 56kΩ
R6: 1kΩ
R7: 330Ω
R8: 120Ω
R9...R18: dobrać (4,7kΩ...1MΩ)
Kondensatory
C1: 4,7µF/16V
C2, C4: 10nF
C3: 22µF/16V
C5: 680nF
Półprzewodniki
IC1, IC3: NE555
IC2: CD4017
T1: BD136
T2: BD254 lub podobny
D1...D10: 1N4148
D11, D12: 1N4007
Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostÍpne w Internecie pod adresem: http://www.ep.com.pl/?pdf/czerwiec03.htm
oraz na p³ycie CD-EP7/2003 w katalogu PCB.
prowadzenie 7†uk³adu IC3.
Uk³ad ten pracuje jako generator astabilny, na wyjúciu
ktÛrego pojawia siÍ ci¹g impulsÛw steruj¹cych silnikiem.
Blok wykonawczy z³oøony
z†tranzystorÛw T1 i†T2 steruje prac¹ silnika. Uk³ad zasi-
lany jest z†zewnÍtrznego
ürÛd³a zasilania o†napiÍciu
12 VDC i†wydajnoúci pr¹dowej zaleønej od uøytego silnika.
Sterownik zosta³ wykonany na jednostronnej p³ytce
drukowanej, ktÛrej mozaikÍ
Rys. 1
Rys. 2
72
przedstawiono na rys. 2. Niewielka liczba zastosowanych
elementÛw powoduje, øe
uk³ad jest tani w†wykonaniu,
a†czas poúwiÍcony na montaø
nie przekracza kilkunastu minut. Stosownie do potrzeb naleøy dobraÊ wartoúci rezystorÛw R9...R18 lub zastosowaÊ
w†ich miejsce potencjometry
i†rÍcznie dokonaÊ regulacji.
Krzysztof Górski, AVT
[email protected]
Elektronika Praktyczna 6/2003
P R O G R A M Y
część 5
W†tym odcinku koÒczymy
prezentacjÍ zagadnieÒ
zwi¹zanych z†trybem
rozmieszczania elementÛw
PrezentacjÍ oprzemy na jednym
z†plikÛw przyk³adowych (rys. 7).
Przyjmuj¹c, øe dokonaliúmy ustawieÒ dotycz¹cych wymaganego rastra, jaki chcemy stosowaÊ w†naszym
projekcie oraz narzuciliúmy ø¹dane
regu³y projektowe zwi¹zane z†rozmieszczeniem elementÛw (patrz poprzedni odcinek), moøemy przyst¹piÊ do rozmieszczania z³¹cz i†innych
elementÛw, ktÛrych po³oøenie na
p³ytce musi byÊ z†takich czy innych
wzglÍdÛw úciúle okreúlone. Ten etap
projektowania najlepiej wykonaÊ
rÍcznie. Pozosta³e elementy moøemy
rÛwnieø uk³adaÊ manualnie (na rÛøne sposoby, o†ktÛrych powiemy za
chwilÍ), moøna takøe wykorzystaÊ
do tego celu funkcjÍ autoplace. Najprostsz¹ metod¹ rÍcznego rozmieszczania elementÛw jest rozmieszczanie za pomoc¹ myszki. Kaødy element po wskazaniu go kursorem
i†klikniÍciu lewym klawiszem myszy
moøe zostaÊ przeniesiony przez projektanta w†ø¹dane miejsce na projektowanym druku. Poniewaø widoki
obudÛw (footprints) mog¹ byÊ
wspÛlne dla rÛønych elementÛw,
warto w†tym wypadku w³¹czyÊ etykiety (labels), ktÛre pomog¹ nam
jednoznacznie zidentyfikowaÊ dany
komponent (wystarczy wybraÊ polecenie Labels z†menu View i†w†wywo³anym oknie View Labels zaznaczyÊ opcjÍ Ref Des). W†ten sposÛb
moøemy rÛwnieø wyúwietlaÊ zestawy
innych informacji zwi¹zanych z†kaødym z†elementÛw np.: nazwÍ obudowy, numeracjÍ wyprowadzeÒ itd.
CzÍsto zdarza siÍ, øe obrys niektÛrych elementÛw - np. z³¹cza krawÍdziowego - wykracza poza przyjÍty
obszar p³ytki, warto wiÍc przed
Rys. 7. Przykładowy projekt
wczytany do edytora Specctry
Elektronika Praktyczna 6/2003
przyst¹pieniem do rozmieszczania
specyficznych elementÛw wy³¹czyÊ
funkcjÍ Checking kontroluj¹c¹ nasze
posuniÍcia. Najdok³adniejsz¹ metod¹
rozmieszczania rÍcznego jest u³oøenie komponentu na podstawie zadanej lokalizacji X, Y. Funkcja ta jest
szczegÛlnie wygodna, jeúli druk
i†znajduj¹ce siÍ na nim specyficzne
elementy typu gniazda, z³¹cza itp.
musz¹ byÊ precyzyjnie dopasowane
do istniej¹cej juø obudowy lub innej p³ytki stanowi¹cej jeden z†elementÛw tworzonego czy teø modernizowanego urz¹dzenia. Po rozmieszczeniu elementÛw, ktÛrych lokalizacja jest krytyczna dla dzia³ania
uk³adu, warto je zablokowaÊ (lock),
czyli zabezpieczyÊ przed przypadkowym przemieszczeniem podczas dalszych prac projektowych. BlokowaÊ
w†ten sposÛb moøemy ca³e grupy
elementÛw. Zablokowane elementy
s¹ zaznaczane na rÛøowo (rys. 8).
Jeøeli w†trakcie prac projektowych
konieczne bÍdzie odblokowanie ktÛregoú z†komponentÛw, wystarczy
klikn¹Ê w†ikonÍ Lock Component,
a†nastÍpnie wskazaÊ ten element
kursorem.
Po rozmieszczeniu elementÛw krytycznych, edycji poddajemy zwykle
elementy o†duøych gabarytach. Przypominamy, øe Specctra dzieli elementy na duøe (4 lub wiÍcej koÒcÛwek) i†ma³e (3 lub mniej koÒcÛwek).
W†przypadku rozmieszczania rÍcznego procedura jest taka sama jak dla
elementÛw krytycznych. Na tym etapie moøemy juø jednak skorzystaÊ
z†funkcji autoplace. Dobieraj¹c odpowiednio ustawienia poszczegÛlnych parametrÛw tej funkcji, moøemy np.:
RozmieúciÊ w†sposÛb automatyczny wszystkie ìduøeî elementy projektu lub tylko te, ktÛre wczeúniej
zaznaczyliúmy (podúwietliliúmy).
Ewentualnie stawiaj¹c znacznik wyboru przy #Most Highly Connected,
moøemy ustaliÊ liczbÍ elementÛw,
ktÛre poddane zostan¹ edycji.
OkreúliÊ preferowane odstÍpy pomiÍdzy elementami (Placement Spacing), przy czym podane tu odstÍpy
bÍd¹ zastosowane podczas rozmieszczania jedynie wtedy, jeúli s¹ wiÍksze od tych, ktÛre ustawiliúmy z†poziomu Rules>Pcb>Spacing.
autoroutera Specctra.
Poniewaø nic tak nie
przemawia do wyobraüni
jak konkretny przyk³ad,
przedstawimy je na
przyk³adzie prostej p³ytki
drukowanej.
NakazaÊ automatyczne wyrÛwnywanie wzajemnego po³oøenia elementÛw (Align Components).
PozostawiÊ miejsce na tej stronie
p³ytki na ktÛrej uk³adane s¹ elementy duøe dla powi¹zanych z†nimi elementÛw ma³ych (Small Components
On Same Side).
KontrolowaÊ podczas rozmieszczania wtÛrne po³¹czenia sygna³owe
elementÛw (np. w†przypadku, jeúli
dwa elementy duøe powi¹zane s¹
poprzez inny ma³y element, autorouter bÍdzie prÛbowa³ rozmieúciÊ je
obok siebie nawet wtedy, gdy bezpoúrednio po³¹czone s¹ one tylko
jedn¹ úcieøk¹ sygna³ow¹).
UstaliÊ orientacjÍ elementÛw (poziom¹, pionow¹ lub specyfikowan¹
przez k¹t obrotu) osobno dla elementÛw przewlekanych oraz typu
SMD niezaleønie dla kaødej ze stron
p³ytki.
Zatwierdzenie ustawieÒ dokonanych w†oknie Initplace Large Components za pomoc¹ przycisku OK
skutkuje automatycznym rozmieszczeniem elementÛw duøych.
Rozmieszczanie elementÛw ma³ych
przy wykorzystaniu funkcji autoplace w†najprostszym przypadku odbywa siÍ na podobnej zasadzie. Jedn¹ z†funkcji przydatnych podczas
rozmieszczania kondensatorÛw odsprzÍgaj¹cych (naleø¹cych do grupy
elementÛw ma³ych) jest Small Comp
Pattern. Funkcja ta umoøliwia ìnauczenieî autoroutera, w†jaki sposÛb
Rys. 8. Po rozmieszczeniu
położenia wybranych elementów
można zablokować
69
P R O G R A M Y
P R O G R A M Y
Rys. 9. Wynikiem działania funkcji
Align Components jest regularne
rozmieszczenie elementów
ma automatycznie rozmieúciÊ kondensatory w†odniesieniu do powi¹zanych z†nimi elementÛw duøych.
Poniewaø zasada dzia³ania opisywanej funkcji polega na powieleniu regu³y/zasady rozmieszczania zastosowanej przez uøytkownika, pierwszym krokiem, jaki naleøy w†tym
przypadku wykonaÊ, jest rÍczne
umieszczenie jednego z†kondensatorÛw w†pobliøu powi¹zanego z†nim
elementu duøego.
Jeøeli automatyczna obrÛbka tworzonego druku pod k¹tem rozmieszczania elementÛw jest z†okreúlonych
powodÛw niezadowalaj¹ca, zawsze
moøemy dokonaÊ rÍcznych korekt.
W†trybie rozmieszczania rÍcznego
moøemy wesprzeÊ siÍ funkcj¹ Push
Component, ktÛrej dzia³anie polega
na odsuwaniu (przepychaniu) rozmieszczonych elementÛw, jeúli dla
aktualnie uk³adanego brakuje miejsca. Inn¹ funkcj¹ u³atwiaj¹c¹ øycie
projektantowi jest Align Components. Pozwala ona na automatyczne wyrÛwnywanie elementÛw wzglÍdem wybranego elementu odniesienia. Rezultat jej dzia³ania pokazano
na rys. 9.
Po rozmieszczeniu elementÛw warto dokonaÊ oceny gÍstoúci po³¹czeÒ
wystÍpuj¹cych przy przyjÍtym rozk³adzie elementÛw. Analiza gÍstoúci po-
70
³¹czeÒ dokonywana jest przez edytor
automatycznie, a†wynik analizy prezentowany (w postaci bargrafu, polecenie Autoplace>Crossing Histogram)
i/lub z†podzia³em p³ytki na cele (Autoplace>Density Analysis).
Opisane funkcje Specctry zwi¹zane z†rozmieszczaniem elementÛw to
tylko niektÛre z†funkcji dostÍpnych
na tym etapie projektowania. Aplikacja udostÍpnia bowiem kilka ìbardziej zaawansowanychî opcji pozwalaj¹cych m.in. na:
- okreúlenie priorytetÛw poszczegÛlnych úcieøek, a†w³aúciwie elementÛw, ktÛre s¹ z†nimi powi¹zane
tak, øe w†toku rozmieszczania
w†trybie auto elementy te traktowane bÍd¹ jako priorytetowe
i†poddawane
rozmieszczaniu
w†pierwszej kolejnoúci,
- okreúlenie powi¹zania elementu(-Ûw)
ma³ego z†elementem duøym. Podczas automatycznego rozmieszczania elementÛw ma³ych elementy
powi¹zane z†jednym z†duøych
komponentÛw zostan¹ usytuowane
w†jego najbliøszym otoczeniu,
- automatyczne dopasowanie po³oøenia elementÛw juø rozmieszczonych w†celu zoptymalizowania
projektowanego druku (Specctra
udostÍpnia kilka funkcji optymalizuj¹cych rozmieszczenie),
- okreúlenie w³aúciwoúci elementu
lub grup elementÛw np.: ich typu,
wymiarÛw (wysokoúci), parametrÛw termicznych. W³aúciwoúci te
mog¹ byÊ pÛüniej wykorzystywane
podczas autoplacementu tak, øe
komponenty o†okreúlonej wysokoúci mog¹ byÊ na przyk³ad lokalizowane tylko i†wy³¹cznie w†wybranym miejscu p³ytki czy na jej wybranej stronie.
RK
Dodatkowe informacje
Wiêcej informacji mo¿na uzyskaæ w firmie RKSystem, www.rk-system.com.pl.
Elektronika Praktyczna 6/2003
S P R Z Ę T
Sound Blaster Audigy 2 Platinum eX
Jeszcze piÍÊ lat temu
posiadanie w†domu
pe³nowartoúciowego studia
nagraniowego pozwalaj¹cego
nagrywaÊ i†odtwarzaÊ düwiÍk
dookÛlny pozostawa³o
w†sferze marzeÒ. DziÍki
najnowszej propozycji
potentata na rynku
muzycznych kart düwiÍkowych
Nieco historii
A†na pocz¹tku by³ Chaos. Zaraz po nim,
w†komputerowych kartach düwiÍkowych pojawi³ siÍ SoundBlaster. I†tak juø zosta³o: SoundBlaster = Standard DüwiÍku w†komputerach
PC. Istotnym zjawiskiem jest to, øe karty
Sound Blaster od czasu pojawienia siÍ modelu AWE32, s¹ rÛwnieø najpopularniejszymi
kartami düwiÍkowymi wúrÛd muzykÛw w†koÒcu osÛb o†znacznie wiÍkszych wymaganiach jakoúciowych, niø przeciÍtny uøytkownik PC.
Fundamentalna w†tym zas³uga specjalistÛw
z†firmy E-mu Systems -prekursorÛw nowoczesnych technologii düwiÍku cyfrowego, w†tym
zaawansowanego samplingu. Wystarczy powiedzieÊ, øe stworzony przez zespÛ³ Dave a Rossum a chipset düwiÍkowy EMU8000 jest powszechnie wykorzystywany od prawie 10 lat!
Stworzenie chipsetu EMU10K1 to kolejny
duøy krok technologiczny w†historii düwiÍkowych uk³adÛw do komputerÛw PC. Seria kart
Live! udostÍpniaj¹c jako pierwsza zaawansowane technologie tworzenia düwiÍku dookÛlnego oraz düwiÍku úrodowiskowego EAX
z†32-bitowym, 5-kana³owym, 5-torowym multiprocesorem efektÛw sta³a siÍ liderem rynku.
Jej nastÍpc¹ jest seria kart Audigy z†procesorem sygna³owym EMU10K2 o†dwukrotnie
wiÍkszej mocy obliczeniowej niø poprzedni.
Coraz wiÍkszego znaczenia nabieraj¹ standardy düwiÍku dookÛlnego, w†ktÛrym sygna³
jest rejestrowany i†replikowany z†rozdzielczoúci¹ 24-bitow¹ przy czÍstotliwoúci prÛbkowania 192 kHz. Producenci sprzÍtu audio wprowadzili normÍ techniczno-jakoúciow¹ THX
Lucas Film, ktÛrej spe³nienie gwarantuje najwyøszej klasy düwiÍk dookÛlny dla DVD Audio. Sound Blaster Audigy2 Platinum jest
pierwsz¹ kart¹, ktÛra spe³ni³a wysokie wymagania jakoúciowe i†otrzyma³a certyfikat THX.
System düwiÍkowy Audigy 2 Platinum eX
umoøliwia rÛwnieø nagrywanie düwiÍku w†6kana³owym (5.1) standardzie 24-bit/96 kHz.
Przetworniki A/C i C/A
Na kompletny system audio sk³ada siÍ karta PCI oraz zewnÍtrzny insterfejs audio/MIDI.
Dlaczego zewnÍtrzny? WnÍtrze komputera to
bardzo nieprzyjazne dla systemÛw düwiÍkowych úrodowisko - zak³Ûcenia powodowane
s¹ przez pracuj¹ce dyski, pola elektromagnetyczne, zasilacze i†wentylatory. Wyprowadzenie na zewn¹trz PC najbardziej wraøliwych
na zak³Ûcenia elementÛw - przetwornikÛw
analogowo-cyfrowych - owocuje znakomitymi
parametrami audio. SzczegÛlnie, øe w syste-
68
mie zastosowano najwyøszej klasy 24-bitowe
przetworniki analogowo-cyfrowe i†cyfrowoanalogowe z 8-krotnym nadprÛbkowaniem
(oversampling).
do komputerÛw - firmy
Creative Labs - problem ten
zosta³ rozwi¹zany.
Dekodery düwiÍku przestrzennego
Niezwykle istotn¹ zalet¹ systemu düwiÍkowego Audigy 2 Platinum eX jest wyposaøenie we wspomagane sprzÍtowo algorytmy dekodowania düwiÍku cyfrowego standardÛw
Dolby Digital (AC-3), Dolby Pro Logic i†Dolby Digital eX. Duøe moøliwoúci konfiguracji
karty umoøliwiaj¹ skierowanie drog¹ cyfrow¹
zakodowanego sygna³u z†noúnika ürÛd³owego
tak na z³¹cza optyczne, jak elektryczne.
Oprogramowanie steruj¹ce
Nawet najdoskonalszy technicznie düwiÍkowy system komputerowy jest tylko kawa³kiem
ìøelastwaî bez odpowiedniego oprogramowania steruj¹cego. Poziom komplikacji i†z³oøonoúÊ konstrukcji takiej konstrukcji, jak Audigy 2 Platinum eX sprawia, øe nie wystarcz¹
jedynie proste sterowniki, by system operacyjny mÛg³ ìwidzieÊî kartÍ. NiezbÍdne jest zaawansowane oprogramowanie kontroluj¹ce
pracÍ wszystkich podsystemÛw karty.
A†jest czym zarz¹dzaÊ! Sound Blaster Audigy 2 Platinum eX to z³oøony system sk³adaj¹ cysiÍ m.in. z:
- 24-bitowego, 6-kana³owego interfejsu wejúcia-wyjúcia z†przetwornikami analogowocyfrowymi i†cyfrowo-analogowymi o†duøej
rozdzielczoúci,
- procesor düwiÍku przestrzennego wraz
z†dekoderem Dolby Digital pracuj¹cy w†trybie 5.1 (w domenie cyfrowej i†analogowej)
oraz 6.1 (w domenie analogowej),
- sprzÍtowo realizowany system düwiÍku úrodowiskowego EAX i†EAX Advanced HD,
- modu³ zarz¹dzania wielokana³owym systemem g³oúnikowym CMSS 3D,
- zaawansowane algorytmy skalowania czasowego plikÛw düwiÍkowych i†zmiany wysokoúci düwiÍku,
- procesor renowacji düwiÍku z†takimi elementami, jak declicker (eliminator trzaskÛw
p³yt winylowych) czy denoiser (eliminator
szumu),
- profesjonalny 64-g³osowy sprzÍtowy sampler oparty na technologii E-mu System
z†moøliwoúci¹ wspÛ³pracy z†bogat¹ bibliotek¹ barw i†sampli standardu Sound-Font 2.1
z†opatentowan¹ przez Creative Labs technologi¹ 8-punktowej interpolacji düwiÍku,
- programowy syntezator o†nieograniczonej
polifonii.
Sercem systemu zarz¹dzania düwiÍkiem
úrodowiskowym jest konsola miksera, z†poziomu ktÛrego mamy dostÍp do wszelkich elementÛw konfiguracyjnych steruj¹cych systemem EAX Advanced HD i†konfiguracj¹ wielokana³owego systemu g³oúnikowego.
Pod³¹czamy
Cech¹ charakterystyczn¹ systemu düwiÍkowego kart Sound Blaster Audigy 2 Platinum
eX jest duøa liczba z³¹czy audio. Na karcie
PCI dostÍpne s¹ trzy z³¹cza stereofoniczne do
pod³¹czenia analogowych zestawÛw g³oúnikowych düwiÍku dookÛlnego 5.1 wyposaøony
w†24-bitowe przetworniki analogowo-cyfrowe.
DostÍpne s¹ w³aúciwie wszelkie typy przy³¹czeÒ zarÛwno cyfrowych jak i†analogowych. Cyfrowe s¹ reprezentowane przez
elektryczne wejúcie i†wyjúcie S/PDIF (cinch),
optyczne wejúcie i†wyjúcie (TOS-Link) oraz
wyjúciowe z³¹cze cyfrowe s³uø¹ce do pod³¹czenia cyfrowego zestawu g³oúnikowego
düwiÍku dookÛlnego 5.1. Z³¹cza cyfrowe pracuj¹ niezaleønie od siebie, czyli moøna jednoczeúnie uøywaÊ pod³¹czeÒ elektrycznych,
jak i†optycznych.
Zastosowania muzyczne
Potencja³ testowanej karty znacz¹co wykracza poza zastosowania domowe - producent
przygotowa³ Audigy 2 Platinum eX rÛwnieø
do tworzenia i†nagrywania muzyki. Wyposaøenie karty w†nowoczesne sterowniki ASIO
2†oferuj¹ce minimalne opÛünienie sygna³u na
poziomie 2†ms (!) czyni z†niej idealne narzÍdzie dla muzyka pracuj¹cego na komputerze.
Do karty jest do³¹czane bardzo wartoúciowe
oprogramowanie muzyczne obejmuj¹ce wielokana³owy system rejestracji i†miksowania muzyki audio/MIDI (Steinberg Cubasis VST 4.0)
z†do³¹czonymi wirtualnymi instrumentami
VSTi i†procesorami efektÛw VST, zaawansowany edytor plikÛw düwiÍkowych (Steinberg
WaveLab Lite), program miksuj¹cy dla DjÛw
(NI Tractor2) oraz zaawansowany multi instrument FruityLoops 3. Najistotniejsze jednak
w†tym wszystkim jest to, øe wszystkie te programy s¹ bardzo intuicyjne i†proste w†obs³udze. Z†takim ìuzbrojeniemî nietrudno pokusiÊ siÍ o†komponowanie.
CL
Elektronika Praktyczna 6/2003
R E K L A M A
Przetwornice DC/DC o mocy
20 W do monta¿u SMD
W ofercie firmy Traco Power pojawi³a siê nowa \
rodzina przetwornic DC/DC o mocy wyjœciowej
20 W - TES-20. Ich najwa¿niejsze cechy i w³aœciwoœci
przedstawiamy w artykule.
TES-20 to nowoczeœnie zaprojektowane i wykonane
przetwornice DC/DC przystosowane do monta¿u powierzchniowego. S¹ to przetwornice nale¿¹ce do rodziny TESxx, której cech¹ charakterystyczn¹ jest przysto-sowanie do
monta¿u powerzchniowego (fot. 1).
Przetwornice TES-20 s¹ dostarczane w obudowach o wymiarach zbli¿onych do DIP18 (fot. 2), przy czym koñcówki wyprowadzeñ s¹ podgiête w taki sposób, ¿e „k³ad¹” siê na punktach
lutowniczych. Na spodzie obudowy znajduj¹ siê dwa ko³eczki
pozycjonuj¹ce, dziêki którym przetwornica po umieszczeniu na
p³ytce (przed lutowaniem) nie zmienia swojego po³o¿enia. Ciê¿ar kompletnej przetwornicy wynosi 32 gramy.
Przetwornice TES-20 charakteryzuj¹ siê du¿¹ sprawnoœci¹
energetyczn¹ (81...87 %, w zale¿noœci od modelu), mog¹ pracowaæ w szerokim zakresie temperatur: -25...+71oC (zw³aszcza, ¿e nie wymagaj¹ zewnêtrznego radiatora), a gwarantowane przez producenta napiêcie przebicia izolacji pomiêdzy
wejœciem i wyjœciem wynosi 1,6 kV. Gwarantowany œredni
czas bezawaryjnej pracy prezentowanych przetwornic wynosi
340000 godzin (ponad 38 lat), który uwiarygadnia 2-letnia
gwarancja udzielana na wyrób przez producenta.
Wszystkie oferowane wersje przetwornic TES-20 s¹ przystosowane do zasilania napiêciem 48 VDC, ale jest dopuszczalne zasilanie napiêciem z przedzia³u 36...75 VDC. Dostêpnych jest piêæ wariantów przetwornic o napiêciach wyjœciowych: 2, 3,3, 5, 12 i 15 V (najwy¿sz¹ sprawnoœæ energetyczn¹ osi¹gaj¹ przetwornice o napiêciach wyjœciowych
5, 12 i 15 V). Obwody wyjœciowe zabezpieczono za pomoc¹ bezpiecznika przeciwzwarciowego, który zapewnia bezpieczeñstwo obwodom elektronicznym podczas zwarcia
trwaj¹cego nieskoñczenie d³ugo. Stabilnoœæ temperaturowa napiêcia wyjœciowego we wszystkich przetwornicach
wynosi ok. ±0,02%/K, a stabilnoœæ w funkcji obci¹¿enia nie
jest gorsza ni¿ ±1% przy zmianie pr¹du wyjœciowego od
0 do 100%. Wed³ug specyfikacji producenta, napiêcie têtnieñ wystêpuj¹cych na wyjœciu przetwornicy mo¿e osi¹gaæ
wartoœæ 50 mVpp w przypadku wersji o napiêciach wyjœciowych 2 i 3,3 V i ok. 75 mVpp w przypadku przetwornic o wy¿szych napiêciach wyjœciowych. Dziêki wyposa¿eniu przetwornic w wejœcie zdalnego sterowania, mo¿na je w³¹czaæ
i wy³¹czaæ przez podanie na nie napiêcia steruj¹cego o odpowiedniej wartoœci. W stanie „uœpienia” przetwornice pobieraj¹ pr¹d o maksymalnym natê¿eniu 16 mA (i ok. 35 mA
podczas pracy bez obci¹¿enia). Standardowym wyposa¿eniem przetwornic TES-20 jest tak¿e wejœcie s³u¿¹ce do korekcji wartoœci napiêcia wyjœciowego. W tym celu niezbêdne jest do³¹czenie do przetwornicy zewnêtrznego potencjometru lub dwóch rezystorów o du¿ej dok³adnoœci i stabilnoœci temperaturowej.
Fot. 2. Wygląd przetwornicy TES−20
Niezale¿nie od modelu, pracuj¹ one ze sta³¹ czêstotliwoœci¹ taktowania wynosz¹c¹ 300 kHz, a napiêcie wyjœciowe jest regulowane za pomoc¹ modulacji PWM. W przetwornice wbudowano filtry przeciwzak³óceniowe, dziêki którym spe³niaj¹ one ostre wymagania norm EN55022, Class
A oraz FCC, Class A. Producent zadba³ tak¿e o bezpieczeñstwo ich u¿ytkowania, co zosta³o potwierdzone certyfikatami UL1950 i EN60950/IEC60950.
Nowe przetwornice firmy Traco Power, ze wzglêdu na
„przemys³ow¹” wartoœæ napiêcia zasilaj¹cego, s¹ przeznaczone przede wszystkim dla aplikacji telekomunikacyjnych
i przemys³owych. Ich du¿a trwa³oœæ i niezawodnoœæ z pewnoœci¹ otworz¹ drogê tak¿e do szeregu innych wysublimowanych aplikacji.
Dystrybutorem firmy Traco jest Amtek spol. s r.o., tel. (22)
874-02-34, [email protected], www.amtek.cz.
Fot. 1. Wygląd przetwornic z rodziny TES−xx
66
Dodatkowe informacje techniczne s¹ dostêpne w Internecie
pod adresem http://www.tracopower.com/products/tes20.htm.
Elektronika Praktyczna 6/2003
P R O G R A M Y
Przełom na rynku narzędzi EDA
dla elektroników, część 4
W tej czÍúci artyku³u przedstawiamy zagadnienia dotycz¹ce
bibliotek elementÛw w DXP oraz mechanizmy wykorzystywane
przez Protela, ktÛre zapewniaj¹ synchronizacjÍ danych
wykorzystywanych w†projekcie. To w³aúnie te mechanizmy
dbaj¹ o†to, aby po³¹czenia na p³ytce drukowanej úciúle
odpowiada³y schematowi.
W†programach nVisage i†Protel DXP symbol schematowy jest ìcentrumî zawieraj¹cym kompletn¹ definicjÍ elementu. Podstawow¹ reprezentacj¹ elementu jest symbol
graficzny, wykorzystywany do umieszczania
na schemacie. Poza symbolem schematowym, uøytkownik moøe korzystaÊ takøe
z†do³¹czanych do niego modeli, ktÛre opisuj¹ m.in. obudowÍ elementu, jego parametry elektryczne (wykorzystywane podczas symulacji) itp. nVisage obs³uguje kilka rodzajÛw modeli, w³¹czaj¹c w†to: footprint (uøywany na PCB), symulacyjny (uøywany podczas symulacji obwodu), VHDL, EDIF oraz
model analizy sygna³owej. £¹cze do kaødego wymaganego pliku modelu jest dodane
do elementu, b¹dü na poziomie biblioteki
elementÛw lub bezpoúrednio na schemacie.
Tak samo, jak informacje wizualne
i†elektryczne s¹ reprezentowane przez
symbol schematowy i†zwi¹zane z†nim pliki modeli, rÛwnieø wiele innych atrybutÛw lub parametrÛw moøe byÊ zawartych
w†opisie elementu. Mog¹ to byÊ np. parametry elektryczne waøne dla projektu (jak
moc lub tolerancja parametrÛw elementu),
jak rÛwnieø informacje potrzebne przy
produkcji (takie jak numer magazynowy
lub numer referencyjny w†katalogu dostawcy). Do opisu elementu moøemy dodaÊ dowoln¹ liczbÍ parametrÛw, zarÛwno w†bibliotece, jak i bezpoúrednio na schemacie.
Parametry mog¹ byÊ rÛwnieø powi¹zane
z†baz¹ danych, obs³uguj¹c¹ przyk³adowo
firmowy system magazynowy.
W³aúciwoúci elementu, w³¹cznie z†modelami i†parametrami, dostÍpne s¹ z†poziomu
okienka dialogowego Component Properties (rys. 1).
Zintegrowane biblioteki
elementÛw
Zazwyczaj kaødy rodzaj modelu jest
zdefiniowany w†osobnym pliku zawieraj¹cym opis modelu lub bibliotece, z†ktÛrych
kaødy ma inny format. Potrzeba obs³ugi
wielu zrÛønicowanych formatÛw modeli
powoduje, øe nie s¹ one przechowywane
w†symbolu schematu, tylko po³¹czone
z†nim. DziÍki temu, jeden model moøe byÊ
powi¹zany z†wieloma elementami - np.
ten sam model symulacyjny wzmacniacza
operacyjnego moøe dotyczyÊ wielu elementÛw rÛønych producentÛw, podobnie jak
ten sam model obudowy (PCB footprint)
moøe byÊ identyczny dla wielu elementÛw
na schemacie. Takie podejúcie powoduje
niedogodnoúÊ, polegaj¹c¹ na tym, øe musimy zarz¹dzaÊ wieloma plikami. W†bibliotece zawieraj¹cej duøo elementÛw, z†ktÛrych kaødy wykorzystuje wiele modeli,
liczba plikÛw moøe byÊ ogromna.
Aby rozwi¹zaÊ ten problem, úrodowisko
DXP wspomaga tworzenie oraz obs³ugÍ
tzw. zintegrowanych bibliotek elementÛw.
Zintegrowana biblioteka elementÛw to
kompletny i†przenoúny pakiet symbolÛw
schematowych, obudÛw, modeli Spice,
VHDL, EDIF i†modeli analizy sygna³owej.
BibliotekÍ zintegrowan¹ budujemy, tworz¹c tzw. library package. Jest to specjalny
typ projektu, ktÛry okreúla, jakie elementy
wchodz¹ w†sk³ad biblioteki zintegrowanej.
Po skompilowaniu tworzy pojedynczy,
przenoúny plik biblioteki zintegrowanej
(*.IntLib). Taka skompilowana forma biblioteki nie moøe byÊ edytowana, ale moøe byÊ
dodana i†uøywana w†úrodowisku DXP podobnie jak inne rodzaje bibliotek.
szereg dodatkowych informacji, przydatnych podczas projektowania, zamawiania
elementÛw lub montaøu urz¹dzenia. Definiujemy je w†postaci parametrÛw, ktÛre
moøemy dodawaÊ do elementu na poziomie biblioteki lub wprost na schemacie.
Edytor schematÛw DXP zawiera potÍøny
edytor parametrÛw, u³atwiaj¹cy zarz¹dzanie parametrami elementÛw. DostÍpny jest
z†poziomu menu Tools>Parametr Manager.
Po uruchomieniu, w†pierwszej kolejnoúci
okreúlamy zakres obiektÛw, ktÛrych parametry chcemy przegl¹daÊ lub modyfikowaÊ. NastÍpnie pojawia siÍ tabela Parametr Table Editor (rys. 2), ktÛra pozwala
na dodawanie i†usuwanie parametrÛw oraz
edycjÍ jednego lub wielu parametrÛw jednoczeúnie.
£¹czenie elementÛw z†baz¹
danych
Projektowanie w†programie nVisage lub
Protel jest jednym z†etapÛw opracowania
produktu. Aby sprawnie zarz¹dzaÊ ca³ym
procesem projektowania (zw³aszcza w†warunkach firmowych), wskazane jest zapewnienie przep³ywu danych pomiÍdzy úrodowiskiem DXP oraz innymi systemami funkcjonuj¹cymi w†przedsiÍbiorstwie, jak np.
Rys. 2. Tabela Parametr Table Editor
pozwalająca na dodawanie, usuwanie
i edycję parametrów
Zarz¹dzanie parametrami
elementÛw
Rys. 1. Właściwości elementów są
dostępne z poziomu okienka dialogowe−
62
Jak
wielu
nych
wym,
wspomnieliúmy wczeúniej, oprÛcz
informacji elektrycznych i†graficzdostÍpnych w†symbolu schematoopis elementu moøe zawieraÊ ca³y
Rys. 3. Widok okna Database Link
Elektronika Praktyczna 6/2003
P R O G R A M Y
Rys. 4. Pierwszy krok działania kreatora
Update From Library pozwala m.in.
wybrać arkusze schematowe do zaktu−
baz¹ danych elementÛw. Moøemy to osi¹gn¹Ê tworz¹c ³¹cza pomiÍdzy elementami
na schemacie i†zewnÍtrzn¹ baz¹ danych.
£¹czenie elementu z†baz¹ danych pozwala
na wprowadzenie dowolnych danych z†bazy do elementu. Dane te mog¹ byÊ nastÍpnie wykorzystane podczas projektowania
lub w³¹czone do zestawieÒ elementÛw
tworzonych na zakoÒczenie projektu.
£¹cza s¹ tworzone pomiÍdzy parametrami elementÛw na schemacie i†zewnÍtrzn¹ baz¹ danych za poúrednictwem tzw.
Database Link (plik *.DBLink) dodanego
do projektu. Program do realizacji ³¹cza
z†baz¹ danych wykorzystuje standardowy
interfejs ODBC systemu Windows lub
wbudowany interfejs do obs³ugi baz MS
Access i†MS SQL Server. Oparcie na
standardzie ODBC daje w†praktyce moøliwoúÊ sprzÍgniÍcia z†dowoln¹ baz¹ danych.
Zestawiaj¹c po³¹czenie, w†pierwszej kolejnoúci wybieramy bazÍ danych, nastÍpnie
wskazujemy pola tabeli, ktÛre bÍd¹ odwzorowane w†postaci parametrÛw projektowych
oraz okreúlamy sposÛb aktualizowania
zmian. Wszystkie ustawienia moøemy
okreúliÊ za pomoc¹ narzÍdzia Database
Link (rys. 3).
Zarz¹dzanie aktualizacj¹
elementÛw
Istotny problem z†zakresu zarz¹dzania
elementami stanowi kontrola propagowania
zmian wprowadzonych w†elementach bib-
liotecznych do projektÛw, ktÛre ich uøywaj¹. Kreator Update From Library (rys. 4)
daje pe³n¹ kontrolÍ nad procesem aktualizacji elementÛw, pozwalaj¹c na aktualizacjÍ na jednym lub wiÍcej arkuszach schematÛw aktywnego projektu, z†wykorzystaniem wybranej biblioteki. Aktualizacja danego typu elementu moøe byÊ przeprowadzona dla jego wszystkich wyst¹pieÒ
w†projekcie lub indywidualnie dla pojedynczych instancji.
Kreatora aktualizacji uruchamiamy z†menu Tools>Update from Libraries. Jeúli jego
ustawienia nam odpowiadaj¹, wystarczy
klikn¹Ê przycisk Finish, øeby uruchomiÊ
aktualizacjÍ. Pojawi siÍ typowe okienko
funkcji ECO (Engineering Change Order),
widoczne na rys. 4, ktÛre pokazuje szczegÛ³owo wszystkie zmiany, jakie zostan¹
naniesione. Klikaj¹c przycisk Execute
Changes, ostatecznie uruchamiamy proces
aktualizacji.
Jeúli zaleøy nam na indywidualnej aktualizacji poszczegÛlnych wyst¹pieÒ tego samego elementu na schemacie, przechodzimy do drugiej strony kreatora, naciskaj¹c
przycisk Next. Na rys. 5 widaÊ, øe mamy
indywidualny dostÍp do kaødego elementu i†moøemy indywidualnie konfigurowaÊ
parametry aktualizacji. NastÍpnie przyciskiem Finish uruchamiamy nanoszenie
zmian, co powoduje start funkcji ECO
i†w†efekcie dokonanie odpowiednich
zmian w†projekcie.
Definiowanie regu³
projektowych PCB na
schemacie
Protel DXP pozwala na definiowanie,
juø na poziomie schematu, regu³ projektowych PCB, ktÛre okreúlaj¹ szczegÛ³owe parametry obwodu drukowanego, jak np. szerokoúÊ úcieøki lub wielkoúÊ odstÍpu pomiÍdzy elementami na p³ycie.
Regu³y te dodajemy na schemacie w†postaci parametrÛw, wykorzystuj¹c przycisk
Add as Rule. ZasiÍg dzia³ania regu³y jest
uzaleøniony od miejsca na schemacie,
w†ktÛrym umieúcimy okreúlaj¹cy j¹ parametr. Przyk³adowo, regu³a zdefiniowana
dla elementu na schemacie bÍdzie siÍ odnosiÊ do jego odpowiednika na PCB, regu³a okreúlona dla po³¹czenia na PCB ma
nVisage vs Protel DXP
nVisage DXP to nowy program firmy Altium, przeznaczony dla projektantów elektroników.
Wykorzystuje on œrodowisko DXP - to samo, co Protel DXP. nVisage jest kompatybilny
z programem Protel DXP – projekty stworzone w nVisage mog¹ byæ otwierane i przetwarzane w Protelu. nVisage jest okreœlany mianem multi-dimensional design capture tool,
poniewa¿ integruje kilka ró¿nych narzêdzi potrzebnych do tworzenia i analizy projektów na
wiele sposobów, zarówno pod k¹tem ich implementacji na p³ycie PCB, jak i w dowolnym
uk³adzie FPGA. Ca³oœæ jest doskonale zintegrowana za spraw¹ œrodowiska Design Explorer
(DXP). nVisage zawiera m.in. edytor schematów, wspomagaj¹cy tworzenie projektów
hierarchicznych i wielokana³owych, za pomoc¹ którego mo¿emy budowaæ projekty przeznaczone zarówno do implementacji w uk³adach programowalnych FPGA, jak i na p³ycie
drukowanej, np. z wykorzystaniem edytora PCB programu Protel. Wbudowany kompilator
kodu VHDL pozwala na projektowanie uk³adów logicznych w jêzyku VHDL, lub u¿ywaj¹c
obu technik jednoczeœnie – schematów i kodu VHDL. nVisage oferuje równie¿ kilka narzêdzi
do analizy i weryfikacji, m.in. analogowo-cyfrowy symulator obwodów klasy Spice 3f5/
XSpice, symulator VHDL oraz modu³ Signal Integrity, za pomoc¹ którego mo¿emy przeprowadziæ przybli¿on¹ analizê sygna³ow¹ obwodu na podstawie schematu.
64
Rys. 5. W drugim kroku działania kreato−
ra Update From Library mamy dostęp
do każdego elementu i możemy indywi−
zasiÍg sieci (net) zwi¹zanej z†danym po³¹czeniem.
MoøliwoúÊ definiowania regu³ PCB na
schemacie nie przeszkadza ani nie wyklucza moøliwoúci ich okreúlania wprost
w†edytorze PCB. Jednak w†pewnych warunkach jest to wygodniejsze, poniewaø
schemat ideowy pozwala proúciej wyodrÍbniÊ fragmenty, dla ktÛrych parametry
obwodu drukowanego powinny byÊ úciúle
okreúlone.
Interfejs do Systemu
Zarz¹dzania Wersjami
Kolejn¹ cech¹ Protela DXP, o†niebagatelnym znaczeniu dla wiÍkszych biur projektowych, jest moøliwoúÊ wspÛ³pracy z†systemem zarz¹dzania wersjami. Systemy takie pozwalaj¹ na synchronizacjÍ pracy kilkuosobowego zespo³u nad jednym projektem, u³atwiaj¹c utrzymanie spÛjnoúci projektu i†dostÍpnoúÊ najbardziej aktualnych
wersji dokumentÛw dla wszystkich cz³onkÛw zespo³u. Protel DXP posiada interfejs
kompatybilny ze standardem Visual SourceSafe. DostÍp do wszystkich funkcji systemu zarz¹dzania wersjami odbywa siÍ
wprost ze úrodowiska DXP.
Synchronizacja projektu
Jednym z†zasadniczych wyzwaÒ stoj¹cych podczas projektowania PCB jest
utrzymanie zgodnoúci pomiÍdzy schematem i†PCB. W†czasie pracy wprowadzamy
ci¹g³e zmiany - na schematach, na PCB
lub rÛwnoczeúnie w†kilku miejscach i†zmiany te musz¹ byÊ przenoszone do innych dokumentÛw projektowych. Tradycyjnie (m.in. w†Protelu 99SE) jest to robione
za pomoc¹ rÛønego rodzaju plikÛw, na
przyk³ad za pomoc¹ listy po³¹czeÒ (netlist)
lub pliku ECO. Inaczej jest w†úrodowisku
DXP, gdzie synchronizacja jest wykonywana bezpoúrednio pomiÍdzy schematem
Rys. 6. W tym oknie dialogowym jest
pokazywany stan wzajemnych powiązań
elementów
Elektronika Praktyczna 6/2003
P R O G R A M Y
i†PCB. Synchronizacja w†DXP jest rÛwnieø
dwukierunkowa, to znaczy, øe zmiany mog¹ byÊ przenoszone w†obu kierunkach
podczas jednego procesu synchronizacji.
U†podstaw synchronizacji projektu
w†programach nVisage i†Protel DXP leøy
potÍøny mechanizm porÛwnuj¹cy, tzw.
comparison engine. Mechanizm ten jest
wykorzystywana do porÛwnywania dokumentÛw ürÛd³owych (schematÛw) projektu
z†PCB. Mechanizm porÛwnuj¹cy dokonuje
kompletnego porÛwnania wszystkich istotnych aspektÛw kaødego projektu, w³¹czaj¹c w†to dane elementÛw, takie jak oznaczenie, wartoúÊ, model PCB i†zwi¹zane
z†nimi parametry, jak rÛwnieø informacje
o†po³¹czeniach, w³¹czaj¹c w†to nazwy sieci i†ich wÍz³y.
Kluczem do synchronizacji pomiÍdzy
schematem i†PCB jest powi¹zanie kaødego elementu na schemacie z†odpowiadaj¹cym mu elementem na PCB. W†programie Protel DXP moøe to byÊ zrobione na
dwa sposoby - poprzez oznaczenie elementu lub unikalny identyfikator. Stan
powi¹zaÒ elementÛw moøemy sprawdziÊ,
wybieraj¹c polecenie Component Links
z†menu Project w†edytorze PCB. W†oknie
dialogowym widocznym na rys. 6 jest widoczny stan powi¹zaÒ elementÛw. Elementy, ktÛre s¹ powi¹zane za pomoc¹
unikalnego ID, s¹ pokazane w†czÍúci Matched Components po prawej stronie okna, zaú elementy, ktÛre nie s¹ dopasowane przez unikalny ID, s¹ pokazane
w†dwÛch polach po lewej stronie. Pos³uguj¹c siÍ kontrolkami u†do³u okna dialogowego, moøemy szybko dopasowaÊ elementy wed³ug okreúlonych kryteriÛw, takich jak oznaczenie, komentarz czy footprint. Moøemy rÛwnieø wybraÊ z†listy
niedopasowane elementy schematu i†PCB
i†powi¹zaÊ je rÍcznie.
Wspomnieliúmy wczeúniej, øe podczas
synchronizacji program bazuje na powi¹zaniach elementÛw za pomoc¹ unikalnych ID lub oznaczeÒ, ale nie na podstawie innych parametrÛw jak np. footprint czy komentarz. Najlepiej jest dopasowywaÊ elementy, uøywaj¹c unikalnych
ID, poniewaø pozwala to na wiÍksz¹
swobodÍ przy zmianie oznaczeÒ na schemacie lub PCB, bez obawy o†utratÍ synchronizacji po renumeracji elementÛw.
Program automatycznie generuje unikalne identyfikatory podczas rozmieszczania
elementÛw na PCB. KoniecznoúÊ rÍcznego powi¹zania wystÍpuje rzadko, w†nietypowych sytuacjach, kiedy np. rÍcznie
umieúcimy jakiú element wprost z†biblioteki na PCB. Wtedy powi¹zania musimy
utworzyÊ rÍcznie, pos³uguj¹c siÍ opisanym wczeúniej narzÍdziem Component
Linking.
SynchronizacjÍ projektu, czyli przenoszenie zmian pomiÍdzy schematem i†PCB
uruchamiamy za pomoc¹ funkcji Update
z†menu Design. W†wyniku tego pojawia siÍ
okno dialogowe Engineering Change Order
widoczne na rys. 7, w†ktÛrym s¹ pokazywane wszystkie zmiany, jakie musz¹ byÊ
wprowadzone w†dokumentach docelowych,
aby je zsynchronizowaÊ.
Nie wszystkie rÛønice mog¹ byÊ automatycznie skorygowane - przyk³adowo zmiany po³¹czeÒ nie mog¹ zostaÊ przeniesione
wstecz z†PCB do schematu. W†takim przypadku pojawia siÍ szczegÛ³owa informacja
o†liczbie i†przyczynach niemoøliwoúci
przeniesienia pewnych zmian.
Wspomnieliúmy wczeúniej, øe podstaw¹
synchronizacji jest zaimplementowany
w†programie rozbudowany mechanizm porÛwnuj¹cy, ktÛry w†ogÛlnym przypadku
moøe s³uøyÊ do porÛwnywania dowolnych
dokumentÛw projektu np. PCB z†list¹ po³¹czeÒ, dwÛch list po³¹czeÒ pomiÍdzy sob¹, arkusza schematu lub ca³ego projektu
z†innym arkuszem schematu lub projektem
itp.
Warto przyjrzeÊ siÍ bliøej, jak pracuje
mechanizm porÛwnuj¹cy. Proces wykrywa-
a)
b)
Rys. 7. Widok okna dialogowego Engi−
neering Change Order
Rys. 8. W tym oknie jest wyświetlana
lista rozbieżności wygenerowana w efek−
Rys. 10. Widok okna dialogowego
Variant Management, w którym są
nia i†rozwi¹zywania rÛønic przebiega
w†kilku etapach:
- PorÛwnanie widokÛw projektu: typowo
jest to schemat i†PCB. Proces porÛwnywania uruchamiamy, wybieraj¹c Update
z†menu Design lub wybieraj¹c Show Differences z†menu Project.
- Generowanie listy rÛønic: jeúli wybraliúmy polecenie Update, to Protel DXP
wie, w†ktÛr¹ stronÍ chcemy przenieúÊ
zmiany, wiÍc okno dialogowe Differences siÍ nie pojawia. Jeúli wybraliúmy
Show Differences, to wszystkie rÛønice
pokazuj¹ siÍ w†okienku Differences.
- Ustawienie kierunku zmian: moøemy
ustaliÊ kierunek przenoszenia zmian np.
ze schematu do PCB lub odwrotnie,
identyczny dla wszystkich wykrytych
rÛønic lub dla kaødej indywidualnie.
- Generowanie listy rÛønic: po ustawieniu
kierunku zmian, generujemy tzw. ECO jest to lista czynnoúci, ktÛre zostan¹ wykonane, aby usun¹Ê rÛønice.
- Zastosowanie zmian: uruchamiamy ECO,
aby wprowadziÊ wszystkie zmiany.
Okno pokazane na rys. 8 pokazuje przyk³adow¹ listÍ rozbieønoúci wygenerowan¹
w†efekcie uruchomienia mechanizmu porÛwnuj¹cego z†poziomu menu Project>Show Differences.
Warianty z³oøeniowe
nVisage i†Protel DXP obs³uguj¹ warianty z³oøeniowe. Tworzymy je, kiedy chcemy zaprojektowaÊ jeden obwÛd PCB, ale
obsadzony elementami w†rÛønych konfiguracjach - kaøda konfiguracja to jeden wariant z³oøeniowy.
Warianty definiujemy po uprzednim zaprojektowaniu kompletnej p³yty PCB. Po
wybraniu z†menu Project>Variants, pojawia siÍ okno dialogowe Variant Management (rys. 10), ktÛre pokazuje zestaw elementÛw wystÍpuj¹cych w†ca³ym projekcie.
Moøemy usun¹Ê wybrane elementy z†danego wariantu, ustawiaj¹c opcj¹ Not Fitted
w†odpowiednim miejscu tabeli widocznej
na rys. 10. Dla kaødego wariantu moøemy
wygenerowaÊ w³aúciwe dla niego zestawienia elementÛw, pliki steruj¹ce do maszyny montuj¹cej elementy oraz rysunki montaøowe.
Grzegorz Witek, Evatronix
Dodatkowe informacje
Rys. 9. Przykładowe dwa warianty tej samej płyty drukowanej: pozbawiona części
Elektronika Praktyczna 6/2003
Dodatkowe informacje mo¿na uzyskaæ w firmie
Evatronix, www.evatronix.com.pl.
65
N O T A T N I K
P R A K T Y K A
Prototyp w godzinę
− precyzja niemal przemysłowa
Płytki drukowane w domu, część 1
WstÍp
Potrzeba ³atwego dostÍpu do
p³ytek drukowanych towarzyszy elektronikom niemal od
pocz¹tku obecnoúci technologii PCB na rynku. Jeszcze we
wczesnych latach 90. moøliwoúci wyboru zawiera³y†siÍ
pomiÍdzy ømudnym malowaniem úcieøek lakierem do paznokci b¹dü alchemi¹ ciemni
fotograficznej a wydaniem
okr¹g³ej sumki na p³ytkÍ wykonan¹ profesjonalnie lub poúwiÍceniem naleønej liczby
godzin na zabaw͆z†kynarem
i†p³ytk¹ uniwersaln¹. Na przestrzeni ostatnich kilku lat
problem amatorskich PCB zacz¹³ jednak nabieraÊ nowego
wymiaru. OtÛø coraz wiÍksza
liczba interesuj¹cych uk³adÛw
Elektronika Praktyczna 6/2003
scalonych opuszcza fabryki
wy³¹cznie w†obudowach SMD
o†gÍstoúci wyprowadzeÒ przekraczaj¹cej moøliwoúci jakichkolwiek p³ytek uniwersalnych.
Z†drugiej strony oferta zak³adÛw zajmuj¹cych siÍ profesjonaln¹ technologi¹ PCB
staje siÍ coraz ³atwiej dostÍpna (przede wszystkim finansowo) dla zwyk³ych úmiertelnikÛw. Do przesz³oúci naleø¹
k³opotliwe pytania o†listy
apertur oraz w³asnorÍczne
przygotowywanie plikÛw Gerbera i†listy wierceÒ. WiÍkszoúÊ zak³adÛw bez oporÛw
przyjmuje pliki zapisane
w†formacie popularnych narzÍdzi projektowych. W†zasadzie nie stanowi juø w†tej
chwili wiÍkszego problemu
W†artykule omÛwiono popularne, domowe
metody wykonywania p³ytek drukowanych,
ze szczegÛlnym uwzglÍdnieniem czynnikÛw
warunkuj¹cych powtarzalnoúÊ procesu
i†przyczyn najczÍúciej pope³nianych
b³ÍdÛw.
W†pierwszej czÍúci artyku³u
przedstawiamy przegl¹d najbardziej
popularnych metod wykonywania p³ytek
drukowanych, za miesi¹c opublikujemy
opis metody pozwalaj¹cej w†warunkach
domowych uzyskaÊ powtarzalne úcieøki
6-milsowe.
51
N O T A T N I K
P R A K T Y K A
z³oøenie zamÛwienia na wykonanie precyzyjnych, jednostkowych p³ytek przeznaczonych
do prototypu urz¹dzenia. Jednak wci¹ø pozostaje kilka istotnych ìaleî... Rozmiary jednostkowego zamÛwienia s¹ zazwyczaj znacznie mniejsze od
rozmiarÛw typowych formatek
stosowanych w†procesie technologicznym. Dlatego wykonawcy czekaj¹, aø zbierze siÍ
odpowiednia liczba ìdetalistÛwî potrzebna do wype³nienia formatki produkcyjnej lub
odpowiednio podnosz¹ ceny
obowi¹zuj¹ce przy ma³ych zamÛwieniach. RÛwnieø koszt
przygotowania dokumentacji
produkcyjnej wnosi swÛj niebagatelny udzia³ do finalnej
kwoty widniej¹cej na fakturze.
Oczywiúcie moøna powiedzieÊ, øe ìprototyp musi kosztowaÊî. Jednak niezaleønie od
posiadanego budøetu nie da
siÍ zniwelowaÊ czasu, jaki
musi up³yn¹Ê od zapisania na
dysku projektu PCB do chwili
wziÍcia do rÍki upragnionego
kawa³ka laminatu. Nawet zamawiaj¹c us³ugÍ 24-godzinn¹
wed³ug specjalnych superekspresowych stawek, nie uniknie siÍ koniecznoúci fizycznego dostarczenia p³ytki do zleceniodawcy. Dlatego amatorskie metody wytwarzania PCB
wci¹ø budz¹ øywe zainteresowanie. Uúciúlijmy przy tym,
øe pojÍcie ìamatorskieî nie
odnosi siÍ do rangi i†stopnia
komplikacji samych projektÛw,
a†raczej oznacza brak dostÍpu
do rozbudowanego zaplecza
technologicznego. Z†punktu
widzenia hobbysty, techniki te
stwarzaj¹ moøliwoúÊ ominiÍcia
kosztÛw stawiaj¹cych pod znakiem zapytania sens realizacji
wielu zamierzeÒ. Dla projektanta-profesjonalisty kryje siÍ
w†nich ³atwoúÊ szybkiego prototypowania i†wprowadzania
zmian do projektowanych
uk³adÛw. Dysponuj¹c technologi¹ amatorsk¹, nawet o†gorszej jakoúci niø technologie
profesjonalne, ale za to dostÍpn¹ na zawo³anie, moøna j¹
efektywnie wykorzystaÊ przy
uruchamianiu niekrytycznych
fragmentÛw uk³adu. Jak zreszt¹ zobaczymy w†drugiej czÍúci
artyku³u, rezultaty osi¹galne
po nabraniu pewnego doúwiadczenia s¹ co najmniej
godne uwagi.
Najefektowniejsza, a†zarazem
precyzyjna metoda szybkiego
wytwarzania jednostkowych
p³ytek prototypowych polega
na bezpoúrednim grawerowaniu mozaiki na powierzchni
laminatu. M.in. w†EP8/2001
52
opisywaliúmy marzenie projektanta - specjalizowane plottery graweruj¹ce firmy LPKF.
Niestety urz¹dzenia te, z†racji
ceny, leø¹ w†zasiÍgu moøliwoúci jedynie nielicznych zespo³Ûw projektowych, a†dla
wiÍkszoúci z†nas pozostan¹
w³aúnie marzeniem.
Tajniki technologii
Zdecydowana
wiÍkszoúÊ
wspÛ³czesnych technologii
PCB opiera siÍ na metodach
fotochemicznych, przy czym
rozrÛøniamy tu dwie zasadnicze grupy:
- metody subtraktywne polegaj¹ce na selektywnym usuwaniu zbÍdnych obszarÛw miedzi z†powierzchni laminatu,
- metody addytywne (lub pÛ³addytywne) wykorzystuj¹ce
selektywne osadzanie miedzi
tworz¹cej mozaikÍ úcieøek.
³oúci w¹skich úcieøek i†niepowodowanie zwarÊ blisko
po³oøonych elementÛw mozaiki. Od minimalnych osi¹galnych rozmiarÛw úcieøek
i†dziel¹cych je separacji zaleøy m.in. jakich typÛw
obudÛw elementÛw bÍdziemy mogli uøywaÊ w†swoich
projektach.
- dok³adne zachowanie rozmiarÛw ca³ego projektu, umoøliwiaj¹ce m.in. dopasowanie
precyzyjnych
elementÛw
o†duøych rozmiarach, takich
jak np. wielostykowe z³¹cza
lub gniazda pamiÍci DIMM.
- ze wzglÍdu na warunki warsztatowe dodajmy jeszcze
brak wymagaÒ dotycz¹cych
kosztownego wyposaøenia,
trudno dostÍpnych b¹dü toksycznych odczynnikÛw itp.
Obecnie moøemy w†zasadzie
mÛwiÊ o†trzech ìdomowychî
Termotransferową metodę wykonywania płytek
polecamy w szczególności:
Amatorom − jako tani sposób wytwarzania
jednostkowych płytek do własnych projektów
nie wymagający korzystania z ciemni
i czystego laboratorium.
Zawodowcom − jako sposób na szybkie
wykonywanie płytek prototypowych. W ramach
zachęty zasygnalizujemy, że wykonanie
jednostronnej płytki drukowanej dobrej
jakości zajmuje mniej niż 1 h i daje się
przeprowadzić niemalże na biurku obok
komputera.
Metody addytywne, a†do
nich naleø¹ niestety prawie
wszystkie sposoby metalizacji
otworÛw, do chwili obecnej
leø¹ poza zasiÍgiem dzia³aÒ
amatorskich. Wynika to zarÛwno z†koniecznoúci korzystania ze skomplikowanych procesÛw chemicznych (aktywacja
powierzchni nieprzewodz¹cych, chemiczne i†elektrochemiczne osadzanie miedzi), jak
rÛwnieø z†koniecznoúci uøycia
precyzyjnych wysokoobrotowych wiertarek niezbÍdnych
do wykonania otworÛw o†rÛwnych, g³adkich úciankach.
Tak wiÍc, w†domenie amatorÛw pozostaj¹ wy³¹cznie jedno- lub dwuwarstwowe p³ytki drukowane wykonywane
metod¹ subtraktywn¹, czyli
wykonywane przez selektywne
maskowanie i†trawienie nieos³oniÍtej miedzi.
Uúciúlijmy zatem, jakie wymagania powinna spe³niaÊ zadowalaj¹ca technologia wytwarzania PCB:
- wierne odwzorowanie szczegÛ³Ûw projektu, a†w†szczegÛlnoúci zachowanie ci¹g-
sposobach maskowania powierzchni miedzi:
- malowanie úcieøek pisakiem
odpornym na trawienie,
- zastosowanie emulsji úwiat³oczu³ej (fotolitografia),
- nanoszenie maski ochronnej
metod¹ termotransferu.
O†malowaniu pisakiem chemoodpornym wspominam jedynie z†kronikarskiego obowi¹zku, gdyø nadaje siÍ wy³¹cznie do bardzo prostych
urz¹dzeÒ. RÍczne naniesienie
punktÛw lutowniczych pod
uk³ad w†obudowie DIP wymaga pewnej rÍki i†nie zawsze
udaje siÍ bez b³ÍdÛw. Posiadanie odpornego na trawienie
pisaka z†bardzo cienk¹ koÒcÛwk¹ (np. 0,3 mm) moøe jednak okazaÊ siÍ przydatne do
ew. retuszu masek wykonanych innymi metodami.
Kolejne dwie techniki s¹
przedmiotem niekoÒcz¹cej siÍ
rywalizacji pomiÍdzy zwolennikami emulsji úwiat³oczu³ej
Positiv 20 a†uøytkownikami
folii TES-200 oraz - od niedawna - fanami obiecuj¹cej
metody termotransferowej wy-
korzystuj¹cej papier kredowy
w†roli noúnika. Pierwsze dwie
metody, tzn. Positiv i†TES-200
s¹ powszechnie znane, a†ich
opisy ³atwo dostÍpne w†Internecie. Artyku³ poúwiÍcony fotochemicznemu wytwarzaniu
p³ytek PCB znalaz³ siÍ teø kiedyú na ³amach EP (listopad
1994) i†jest rÛwnieø dostÍpny
na internetowej stronie EP
(http://www.ep.com.pl/?ftp/makepcb/index.html).
Jednak
urok kaødej technologii tkwi
w†szczegÛ³ach, a†posiadanie jej
opisu nie oznacza jeszcze
prostej drogi do sukcesu. Nieprzypadkowo najcenniejszym
tomem dokumentacji technologicznej w†wielu zak³adach jest
zeszyt z†odrÍcznymi notatkami
g³Ûwnego technologa. Dlatego,
zamiast powtarzaÊ ogÛlnie
znane wyjaúnienia, skoncentrujÍ siÍ przede wszystkim na
omÛwieniu czynnikÛw decyduj¹cych o†jakoúci wykonania
oraz na mechanizmach najczÍúciej pope³nianych b³ÍdÛw.
Pewn¹ nowoúci¹, znan¹ dotychczas g³Ûwnie uczestnikom
internetowych grup dyskusyjnych, jest zmodyfikowana metoda termotransferowa wykorzystuj¹ca papier kredowy.
Opieraj¹c siÍ na bardzo prostym pomyúle, pozwala ona na
osi¹gniÍcie zaskakuj¹co dobrych i†powtarzalnych wynikÛw. Nie bÍdÍ ukrywa³, øe
technika ta najbardziej przypad³a mi do gustu, dlatego
poúwiÍcÍ jej drug¹ czÍúÊ artyku³u, prÛbuj¹c zarazem okreúliÊ, gdzie leø¹ granice jej moøliwoúci.
Fotolitografia
z†wykorzystaniem
Positivu
Starsi staøem Czytelnicy pamiÍtaj¹ zapewne skomplikowane przepisy przygotowania
i†stosowania negatywowych
emulsji úwiat³oczu³ych sporz¹dzonych na bazie albuminy,
kleju stolarskiego lub szelaku
i†uczulanych dwuchromianem
potasu lub amonu. Moøna zaryzykowaÊ stwierdzenie, øe dopiero upowszechnienie preparatu Positiv 20 otworzy³o drogÍ do wytwarzania dobrych jakoúciowo p³ytek drukowanych
w†warunkach domowego warsztatu. £atwoúÊ nanoszenia
emulsji, doskona³a rozdzielczoúÊ, dobra úwiat³oczu³oúÊ
i†prosty sposÛb wywo³ywania
niezmiernie uproúci³y i†skrÛci³y†proces technologiczny. Fotolitografia oferuje rÛwnieø potencjalnie najwyøsz¹ precyzjÍ
odwzorowania. Jednak, z†drugiej strony, metoda fotoche-
Elektronika Praktyczna 6/2003
N O T A T N I K
miczna to wci¹ø czasoch³onny,
kilkuetapowy proces o†wielu
stopniach swobody, a†b³Ídy
pope³nione na ktÛrymkolwiek
z†etapÛw powoduj¹, øe pracÍ
trzeba zacz¹Ê od pocz¹tku.
Uzyskanie powtarzalnych wynikÛw wymaga úcis³ego przestrzegania reøimu technologicznego. WymieÒmy zatem najwaøniejsze etapy decyduj¹ce
o†jakoúci finalnego produktu:
- przygotowanie powierzchni
laminatu,
- nanoszenie warstwy úwiat³oczu³ej (fotorezystu),
- suszenie fotorezystu,
- naúwietlanie,
- wywo³ywanie,
- trawienie miedzi,
- usuwanie rezystu.
Przygotowanie
powierzchni p³ytki
W†odniesieniu do Positiv
20, producent (firma CRC
Kontakt
Chemie)
czÍsto
w†swoich materia³ach uøywa
okreúlenia ìlakierî. Faktycznie, opakowanie aerozolowe
i†stosowane rozpuszczalniki
(m.in. aceton, eter dwumetylowy) blisko kojarz¹ siÍ z†malowaniem, a†zamierzaj¹c uzyskaÊ
pow³okÍ o†dobrej przyczepnoúci, rÛwnieø powinniúmy stosowaÊ siÍ do zasad panuj¹cych
w†tej dziedzinie. Do wykonania p³ytek drukowanych naleøy wybieraÊ laminat pozbawiony wgnieceÒ, g³Íbokich rys
i†úladÛw korozji. Przygotowanie powierzchni polega na delikatnym, rÛwnomiernym zmatowieniu miedzi (rozwiniÍcie
powierzchni poprawia adhezjÍ
lakieru) oraz bardzo dok³adnym odt³uszczeniu. W†praktyce dosyÊ dobrze zdaj¹ egzamin detergentowe, ìnierysuj¹ceî mleczka do czyszczenia
urz¹dzeÒ sanitarnych (np. CIF,
Skrzat itp.) lub p³yny do mycia naczyÒ. Moøna rÛwnieø
pos³uøyÊ siÍ bardzo drobnym,
wodoodpornym
papierem
úciernym o†gradacji >1000,
szlifuj¹c p³ytkÍ na mokro najlepiej pod strumieniem bieø¹cej wody. O†dobrym odt³uszczeniu úwiadczy rÛwnomierne zwiløanie przez wodÍ
Tab. 1. Grubość powłoki
emulsji Positiv 20 można
ocenić po kolorze pokrycia
Barwa
Jasna szaroniebieska
Ciemna szaroniebieska
Niebieska
Ciemnoniebieska
GruboϾ
pow³oki
[µm]
1...3
3...6
6...8
>8
Elektronika Praktyczna 6/2003
P R A K T Y K A
N O T A T N I K
P R A K T Y K A
ca³ej powierzchni. Nie muszÍ
chyba dodawaÊ, øe od tego
momentu nie wolno juø dotykaÊ miedzi palcami. Poniewaø†czysta powierzchnia miedzi ulega stopniowemu utlenianiu i†zabrudzeniom, nie
naleøy teø niepotrzebnie zwlekaÊ z†lakierowaniem.
Nanoszenie fotorezystu
Podobnie jak w†przypadku
pow³ok lakierniczych, przy nak³adaniu fotorezystu zaleøy
nam na rÛwnomiernym, szczelnym pokryciu ca³ej powierzchni pod³oøa. Dodatkowo jednak,
szczegÛlnego znaczenia nabiera
gruboúÊ naniesionej warstwy
przek³adaj¹ca siÍ bezpoúrednio
na wartoúÊ energii promieniowania potrzebnej do jej prawid³owego naúwietlenia. NierÛwnomiernoúÊ warstwy moøe
spowodowaÊ problemy z†doborem
czasu
ekspozycji,
a†w†skrajnym przypadku uniemoøliwiÊ poprawne naúwietlenie ca³ego pola roboczego.
GruboúÊ warstwy úwiat³oczu³ej
decyduje rÛwnieø o†osi¹galnej
rozdzielczoúci odwzorowania aczkolwiek zalecana pow³oka
Positivu jest stosunkowo cienka (ok. 6...8 µm), dziÍki czemu w†zastosowaniach PCB jej
gruboúÊ nie wywiera znacz¹cego wp³ywu na rozdzielczoúÊ
metody.
Do
oszacowania
gruboúci moøna pos³uøyʆsiÍ
ocen¹ barwy - zgodnie z†tab.
1. Podane barwy odnosz¹ siÍ
do emulsji naniesionej na pod³oøe bezbarwne - np. aluminium. Na skutek mieszania
barw, lakier naniesiony na powierzchniÍ miedzi zyskuje odcieÒ fioletowy.
Nak³adanie pow³oki najlepiej
wykonywaÊ przy øÛ³tym úwietle, aczkolwiek w†stanie mokrym
emulsja jest s³abo wraøliwa i†toleruje krÛtkotrwa³e oúwietlenie
przyt³umionym úwiat³em dziennym. W†miarÍ schniÍcia jej
úwiat³oczu³oúÊ istotnie wzrasta,
dlatego suszenie powinno odbywaÊ siÍ juø w†ciemnoúci.
P³ytka przeznaczona do lakierowania musi byÊ dok³adnie wysuszona po myciu. Do
malowania natryskiem uk³adamy laminat poziomo lub nachylony pod niewielkim k¹tem. Malowanie prowadzi siÍ
jednym nieprzerwanym ruchem, rozpoczynaj¹c†natrysk
poza p³ytk¹, a†nastÍpnie wodz¹c dyszÍ wzd³uø linii zygzakowatej, pocz¹wszy od gÛrnego naroønika. Przed skierowaniem strumienia na p³ytkÍ
warto poúwiÍciÊ kilka kropel
preparatu na przedmuchanie
dyszy i†uwolnienie ewentual-
53
N O T A T N I K
P R A K T Y K A
nych skrzepniÍtych ìk³aczkÛwî. Przy malowaniu naleøy
uwaøaÊ, aby trzymaÊ opakowanie moøliwie blisko pionu.
Przechylenie do poziomu powoduje niepotrzebn¹ ucieczkÍ
gazu noúnego i†wystÍpowanie
przerw w†strumieniu, co odbija siÍ na jednorodnoúci pow³oki.
Nanoszony
lakier
w†pierwszym momencie osiada na p³ytce w†postaci ìpomaraÒczowej skÛrkiî, a†dopiero
po chwili rozp³ywa siÍ w†jednolit¹, g³adk¹ warstwÍ. Ponadto rozp³ywaj¹ca siÍ emulsja
wykazuje tendencjÍ do tworzenia zgrubieÒ na krawÍdziach
laminatu, dlatego naleøy pamiÍtaÊ o†zachowaniu odpowiednich marginesÛw wokÛ³
pola roboczego.
Nak³adaniu cienkich pow³ok
sprzyja bardzo niska lepkoúÊ
preparatu, jednak natryúniÍcie
pokrycia o†sta³ej, powtarzalnej
gruboúci wymaga sporej wprawy. Dlatego, szczegÛlnie przy
precyzyjnych projektach, rozprowadzanie lakieru powinno
byÊ wspomagane wirowaniem
p³ytki. DziÍki ma³ej lepkoúci
wystarczaj¹ stosunkowo niewielkie prÍdkoúci wirowania rzÍdu 100 obr./min. W†warunkach amatorskich moøna wykonaÊ prost¹ wirÛwkÍ, adaptuj¹c
np. typowy wentylator z†silnikiem sta³opr¹dowym 12 V zasilany obniøonym napiÍciem.
Emulsja Positiv 20 ma ograniczon¹ trwa³oúÊ (w temperaturze max. 25 o C†nominalnie
1,5 roku od daty konfekcjonowania), a†przekroczenie daty
waønoúci objawia siÍ np.
w†postaci nierÛwnomiernoúci
na³oøonej warstwy (powstawanie ìk³aczkÛwî). Znacznie
krÛtszy czas przydatnoúci charakteryzuje such¹ emulsjÍ naniesion¹ na powierzchniÍ laminatu. Wed³ug danych producenta, okres przechowywania w†temperaturze pokojowej
nie moøe przekraczaÊ 4†tygodni. ZwrÛÊmy uwagÍ, øe okres
ten dotyczy rÛwnieø gotowych
lakierowanych p³ytek oferowanych przez niektÛrych dystrybutorÛw. Przed³uøeniu trwa³oúci sprzyja sk³adowanie
w†temperaturze obniøonej do
+8...+12 oC. Trzeba jednak pamiÍtaÊ, øeby (z†uwagi na kondensacjÍ pary wodnej) przed
uøyciem ogrzaÊ p³ytki do temperatury pokojowej.
Suszenie
Naniesiona warstwa musi
byÊ dok³adnie wysuszona
przed naúwietlaniem. JakoúÊ
wysuszenia decyduje o†przyczepnoúci rezystu do pod³oøa,
54
a†takøe, o†czym juø wspomnia³em, o†jego efektywnej
czu³oúci na úwiat³o. Na ca³kowite wyschniÍcie lakieru
w†temperaturze pokojowej potrzeba co najmniej 24 h.
Z†jednej strony czas ten powinien byÊ jak najkrÛtszy,
gdyø lepka powierzchnia lakieru jest szczegÛlnie podatna na
chwytanie
zanieczyszczeÒ
z†powietrza. Z†drugiej - zbyt
intensywne suszenie moøe spowodowaÊ wytworzenie ìskÛrkiî i†pomarszczenie pow³oki.
t³o projektu staj¹ siÍ rozpuszczalne i†zostaj¹ usuniÍte podczas wywo³ywania ods³aniaj¹c
powierzchniÍ miedzi. Dla porÛwnania przypomnijmy, øe
tradycyjne, amatorskie emulsje
chromianowe naleøa³y do grupy negatywowej, tzn. pod
wp³ywem úwiat³a nastÍpowa³o
w†nich garbowanie bia³ek
i†utrata rozpuszczalnoúci. Dlatego teø wymaga³y naúwietlania rysunkiem w†negatywie w†miejscach przezroczystych
úcieøek nastÍpowa³o utrwalenie
Błędy, których przyczyn nie widać
Wydaje się, że 5 mils to niewiele, ale tylko
błąd naświetlania może udaremnić próbę
wykonania ścieżek o szerokości mniejszej od
10...12 mils.
UwzglÍdniaj¹c oba wymagania, producent zaleca suszenie
przyspieszone w†temperaturze
70 oC†w†suszarce z†promiennikiem IR lub obiegiem ciep³ego powietrza. Po umieszczeniu p³ytki w†komorze, naleøy†powoli podnosiÊ temperaturÍ, a†po osi¹gnieciu maksimum odczekaÊ jeszcze 15...20
minut do ca³kowitego wyschniÍcia. Przypomnijmy, øe
suszenie powinno odbywaÊ
siÍ w†ciemnoúci, w†otoczeniu
wolnym od kurzu. Przekroczenie temperatury 80oC†powoduje, øe fotorezyst ulega nieodwracalnym przemianom, stopniowo trac¹c rozpuszczalnoúÊ.
Naúwietlanie
Naúwietlanie emulsji jest
najbardziej krytycznym etapem
fotolitografii, a†ze wzglÍdu na
duø¹ liczbÍ parametrÛw rÛwnieø najtrudniejszym z†punktu
widzenia powtarzalnoúci procesu. WymieÒmy zasadnicze
czynniki decyduj¹ce o†powodzeniu procesu:
- dobÛr diapozytywu (rysunek
w†pozytywie, w³aúciwa gÍstoúÊ optyczna),
- dobÛr ürÛd³a úwiat³a (charakterystyka widmowa, gÍstoúÊ mocy, kolimacja),
- rÛwnomierny docisk kliszy
do laminatu,
- dobÛr czasu naúwietlania,
- zachowanie czystoúci.
Diapozytyw
Positiv 20 naleøy do grupy
emulsji pozytywowych, tzn.
uzyskuj¹cych rozpuszczalnoúÊ
w†wyniku naúwietlenia. Dlatego na diapozytywie uøytym do
naúwietlania musi siÍ znajdowaÊ pozytywowy rysunek mozaiki - tzn. czarne úcieøki na
przezroczystym tle. Naúwietlone obszary fotorezystu, czyli
emulsji chroni¹cej pÛüniej
miedü przed trawieniem.
Niedoúwietlenie skutkuje
s³ab¹ rozpuszczalnoúci¹ fotorezystu utrudniaj¹c¹ ods³oniÍcie
t³a i†powoduj¹c¹ powstawanie
zwarÊ pomiÍdzy úcieøkami.
Natomiast przeúwietlenie powoduje m.in. podmywanie
úcieøek, a†w†skrajnym przypadku sp³yniÍcie ca³ej emulsji
podczas wywo³ywania.
Zakres swobody w†doborze
czasu naúwietlania jest ograniczony przez kontrast posiadanego diapozytywu, a†w†praktyce
przede wszystkim przez jego
gÍstoúÊ optyczn¹ (D) w†obszarach zaczernionych (czyli logarytm dziesiÍtny ze stosunku
iloúci úwiat³a padaj¹cego do
przechodz¹cego). Zbyt ma³a gÍstoúÊ optyczna objawia siÍ naruszeniem powierzchni miedzi na
p³aszczyznach, ktÛre powinny
pozostaÊ nietkniÍte. Najlepsz¹
gÍstoúÊ optyczn¹ (D>3,5) maj¹
klisze wykonane na fotoploterze
lub naúwietlarce rastrowej. Natomiast gÍstoúÊ pokrycia uzyskanego na wydruku z†drukarki laserowej lub atramentowej czÍsto okazuje siÍ niewystarczaj¹ca.
Ponadto na wydrukach z†niektÛrych drukarek laserowych
wystÍpuje rÛwnieø tendencja do
niejednolitego krycia duøych obszarÛw. W†przypadku drukarki
laserowej lub ksero moøna uzyskaÊ znacz¹c¹ poprawÍ, umieszczaj¹c wydruk na kilkadziesi¹t†minut w†parach acetonu lub
rozpuszczalnika nitro, powoduj¹cych spÍcznienie tonera
i†w†efekcie
jego
optyczne
uszczelnienie.
èrÛd³o úwiat³a
Maksimum czu³oúci widmowej Positivu przypada w†zakresie bliskiego ultrafioletu
UVA - czyli w†przedziale
340...420 nm. GÍstoúÊ energii
wymagana do naúwietlenia
warstwy fotorezystu o†gruboúci
8†µm wynosi orientacyjnie 100
mJ/cm 2 . Najlepszym dostÍpnym ürÛd³em úwiat³a o†odpowiedniej charakterystyce widmowej s¹ wy³adowcze lampy
rtÍciowe (np. przezroczysta
úwietlÛwka UV lub jarznik pozyskany z†wysokoprÍønej lampy rtÍciowej). Aczkolwiek wystarczaj¹co dobre rezultaty daje rÛwnieø zastosowanie øarowej lampy halogenowej, a†nawet bezpoúredniego úwiat³a
s³onecznego. Ze wzglÍdu na
trudnoúÊ obiektywnego pomiaru natÍøenia ultrafioletu w†warunkach amatorskich, naj³atwiej ustaliÊ w³aúciwy czas
ekspozycji eksperymentalnie,
wykonuj¹c seriÍ prÛbek o†rÛønym stopniu naúwietlenia. Zamiast stosowanego profesjonalnie klina szaroúci, wystarczy
wielokrotne naúwietlanie prÛbki ze stopniowym ods³anianiem kolejnych partii fotorezystu. Spodziewane czasy naúwietlania przy uøyciu typowych ürÛde³ (lampa kwarcowa, halogen 500 W) i†odleg³oúci rzÍdu 0,3...0,5 m†plasuj¹
siÍ zazwyczaj w†przedziale
kilku...kilkunastu minut.
DobÛr ürÛd³a úwiat³a powinien uwzglÍdniaÊ jeszcze dwa
aspekty - jednorodnoúÊ oúwietlenia ca³ej powierzchni pola
roboczego oraz kolimacjÍ
úwiat³a.
RÛwnomiernoúÊ
oúwietlenia nie wymaga, jak
s¹dzÍ, szczegÛ³owego uzasadnienia. Moøna j¹ uzyskaÊ, stosuj¹c jednorodne ürÛd³o úwiat³a o†powierzchni porÛwnywalnej z†powierzchni¹ sto³u roboczego (np. zespÛ³ rÛwnoleg³ych
úwietlÛwek UV z†reflektorami
parabolicznymi) lub ürÛd³o
punktowe znacznie oddalone
od p³aszczyzny roboczej. Drugie zagadnienie wymaga jednak
kilku s³Ûw wyjaúnienia. OtÛø
rozmiary obiektu odwzorowanego w†fotorezyúcie nigdy nie
bÍd¹ identyczne z†rozmiarami
tego samego obiektu na kliszy.
Zjawisko to, zwane podciÍciem
krawÍdzi jest skutkiem podúwietlania fotorezystu po³oøonego pod zaczernionym fragmentem kliszy (rys. 1). Przyjmuj¹c, øe stosujemy fotorezyst
pozytywowy (czyli np. Positiv), ktÛrego naúwietlenie powoduje rozpuszczalnoúÊ emulsji, zaobserwujemy efekt polegaj¹cy na zwÍøeniu úcieøek
w†stosunku do wymiarÛw za³oøonych w†projekcie. ZwrÛÊmy
uwagÍ, øe skutki podciÍcia
krawÍdzi fotorezystu kumuluj¹
siÍ ze zwÍøeniem úcieøek po-
Elektronika Praktyczna 6/2003
N O T A T N I K
P R A K T Y K A
Rys. 1. Jedną z przyczyn podświetlania krawędzi podczas
naświetlania jest niedokładne dociśnięcie kliszy do
powierzchni fotorezystu
wstaj¹cym na skutek podtrawiania miedzi. Jednym ze sposobÛw kolimacji, przydatnym
szczegÛlnie
w†przypadku
naúwietlania za pomoc¹ p³askiego zespo³u úwietlÛwek UV,
moøe byÊ zastosowanie kolimatora kratownicowego, czyli
grubej przes³ony w†postaci kratownicy o†niewielkim przekroju otworÛw i†cienkich úciankach poch³aniaj¹cych úwiat³o.
W†warunkach amatorskich za
wystarczaj¹ce moøna jednak
uznaÊ zastosowanie ürÛd³a
punktowego (o niewielkich
rozmiarach) oddalonego od powierzchni p³ytki. W†swojej
praktyce uøywa³em, z†dobrym
skutkiem, archaicznej lampy
kwarcowej do opalania, z†krÛtkim jarznikiem rtÍciowym
o†mocy 125 W†umieszczonej
na wysokoúci ok. 50 cm nad
kopioramk¹.
Docisk kliszy
Niedok³adne przy³oøenie
i†docisk kliszy, w†po³¹czeniu
z†brakiem kolimacji oúwietlenia jest istotnym, chociaø
czÍsto niedocenianym ürÛd³em
b³ÍdÛw. Jestem sk³onny zaryzykowaÊ stwierdzenie, øe
w³aúnie w†tym miejscu kryje
siÍ praktyczne ograniczenie
rozdzielczoúci domowej fotolitografii. Jak juø wspomnia³em
oúwietlenie p³ytki pod k¹tem
rÛønym od 90 o (deklinacja)
w†po³¹czeniu z†nierÛwnoleg³oúci¹ wi¹zki úwiat³a (brak kolimacji) skutkuje podcinaniem
krawÍdzi i†zwÍøaniem úcieøek
(rys. 1) SprÛbujmy przeprowadziÊ szybkie oszacowanie. Za³Ûømy,
øe
dysponujemy
oúwietleniem o†maksymalnym
k¹cie deklinacji α=15 o, a†jednoczeúnie pomiÍdzy fotorezystem a†niedok³adnie dociúniÍt¹
klisz¹ powsta³a szczelina
56
∆Y=0,5 mm. PrzyjÍty maksymalny k¹t padania úwiat³a odpowiada mniej wiÍcej zastosowaniu typowej oprawy oúwietleniowej z†liniowym øarnikiem
halogenowym
500
W†umieszczonej na wysokoúci
40 cm nad p³ytk¹.
Z†prostego uk³adu geometrycznego moøemy wyliczyÊ,
øe krawÍdzie úcieøek na fotorezyúcie zostan¹ podúwietlone
na g³ÍbokoúÊ:
∆X†=†∆Y† .†tg(15 o)†≈†0,13†mm,
czyli ok. 5†mils (mils = 0,001
cala jest jednostk¹ powszechnie stosowan¹ w†projektowaniu PCB)
Oczywiúcie w†obliczeniu pominÍliúmy wszelkie subtelnoúci, takie jak: rÛøne wspÛ³czynniki za³amania úwiat³a w†materiale kliszy i†warstwie úwiat³oczu³ej, ugiÍcie úwiat³a na
krawÍdzi maski, wsteczne odbicie úwiat³a od miedzi, a†takøe charakterystykÍ czu³oúci fotorezystu.
Jakie to ma znaczenie praktyczne? Wydaje siÍ, øe 5†mils
to niewiele, ale tylko ten jeden b³¹d naúwietlania moøe
udaremniÊ prÛbÍ wykonania
úcieøek o†szerokoúci mniejszej
od 10...12 mils.
WystÍpowanie szczelin pomiÍdzy mask¹ optyczn¹ a†fotorezystem zaleøy przede
wszystkim od zastosowanej
metody docisku - ale nie tylko. Przede wszystkim klisza
musi leøeÊ na p³ytce emulsj¹
(lub tonerem) do do³u! GruboúÊ
kliszy
wynosz¹ca
0,1...0,2 mm jest juø wystarczaj¹ca aby, przy niew³aúciwym u³oøeniu, spowodowaÊ
zauwaøalne podúwietlenie krawÍdzi. CzÍsto stosowany docisk za pomoc¹ szyby (szklanej lub PMMA) niestety nie
zawsze zdaje egzamin. Nawet
niewielkie zwichrowanie p³ytki laminatu zazwyczaj uniemoøliwia rÛwnomierne przyciúniÍcie maski na ca³ej powierzchni. Ponadto szk³o poch³ania czÍúÊ ultrafioletu, natomiast miÍkkie plexi ³atwo
ulega zarysowaniom. Jedynym
skutecznym sposobem wydaje
siÍ zastosowanie kopioramy
z†dociskiem prÛøniowym. Mimo powaønie brzmi¹cej nazwy
jest to urz¹dzenie ³atwe do
wykonania, a†doraünie daj¹ce
siÍ zast¹piÊ nawet torebk¹
z†przezroczystej folii PE. Na
swoje potrzeby wykona³em
prost¹ kopioramkÍ z³oøon¹
z†kwadratowej, drewnianej
ramki z†zag³Íbion¹ p³yt¹
szklan¹ (rys. 2, fot. 3). Uøycie
szk³a wynika³o z†potrzeby zastosowania p³askiej g³adkiej
p³yty, ale przy okazji u³atwia
optyczne centrowanie masek
podczas wykonywania p³ytek
dwustronnych.
KrawÍdzie
ramki zosta³y pokryte warstw¹
silikonu sanitarnego i†wyg³adzone na mokro. Powierzchnia
gumy silikonowej przez d³uøszy czas zachowuje pewn¹
lepkoúÊ, dziÍki czemu doskonale zdaje egzamin jako
uszczelnienie. Zaznaczona na
rysunku i†widoczna na zdjÍciu
rurka z†otworami, biegn¹ca
wzd³uø krawÍdzi ramki s³uøy
jako doprowadzenie podciúnienia. Ze wzglÍdu na niewielkie
wymagania odnoúnie wydaj-
noúci i†ciúnienia koÒcowego,
w†roli pompy prÛøniowej moøe wyst¹piʆprosta, inøektorowa pompa wodna, a†nawet
agregat sprÍøarkowy wymontowany ze z³omowanej lodÛwki.
Naúwietlan¹ p³ytkÍ wraz
z†mask¹ naleøy po³oøyÊ na kopioramie, fotorezystem do gÛry, a†nastÍpnie ca³¹ ramkÍ nakryÊ cienk¹, przezroczyst¹ foli¹ polietylenow¹ (stretch) stosowan¹ do pakowania øywnoúci (fot. 4). Folia PE
o†gruboúci ok. 10 µm praktycznie nie poch³ania ultrafioletu a†wprowadzane przez ni¹
ewentualne za³amania úwiat³a
nie odwzorowuj¹ siÍ na fotorezyúcie. NaprÍøona, czysta
folia bardzo ³atwo przylega
szczelnie do powierzchni silikonu. Po w³¹czeniu podciúnienia, ulega ugiÍciu o†2...3
mm, praktycznie nie przemieszczaj¹c siÍ w†p³aszczyünie poziomej. DziÍki temu ca³a powierzchnia maski zostaje
rÛwnomiernie dociúniÍta do
laminatu, bez ryzyka przesuniÍcia wzglÍdem otworÛw
centruj¹cych.
WrÛg numer 1†- kurz
WymÛg sterylnej niemaløe
czystoúci - od pocz¹tku nanoszenia emulsji do chwili wyjÍcia p³ytki z†kopioramy, jest
wspÛln¹ cech¹ wszystkich fotolitografii. Jakkolwiek wymogi czystoúci niezbÍdnej przy
wykonywaniu PCB s¹ nieporÛwnywalne z†rygorami panuj¹cymi w†cleanroomach laboratoriÛw pÛ³przewodnikowych,
to jednak przyjmuje siÍ, øe
przy fotolitografii wysokoprecyzyjnych PCB pomieszczenia
laboratoryjne musz¹ byÊ utrzymywane w†klasie czystoúci
ì10000î, co znaczy, øe liczba
cz¹stek sta³ych o†úrednicy
>0,5 µm nie moøe przekraczaÊ
(po przeliczeniu na jednostki
metryczne) 350 szt./dm 3 powietrza, natomiast cz¹stek
o†úrednicy >5 µm juø tylko
2,3 szt./dm 3.
Rys. 2. Rysunek przekrojowy ilustrujący budowę kopioramy podciśnieniowej
Elektronika Praktyczna 6/2003
N O T A T N I K
P R A K T Y K A
Fot. 3. Podciśnienie dociskające folię można uzyskać dzięki
wprowadzeniu pod folię polietylenowej rurki z otworami
Drobiny kurzu przyklejone
w†czasie natryskiwania emulsji powoduj¹ powstawanie widocznych zgrubieÒ. Z†drugiej
strony, wysoka rozdzielczoúÊ
fotorezystu
paradoksalnie
skutkuje zwiÍkszon¹ wraøliwoúci¹ na zanieczyszczenia
obecne w†czasie naúwietlania.
Niewidoczne go³ym okiem
w³Ûkienko pomiÍdzy klisz¹
a†warstw¹ úwiat³oczu³¹ moøe
zostaÊ odwzorowane jako cieniutka ìszpilkaî zwieraj¹ca
dwie s¹siednie úcieøki.
W†moim odczuciu, k³opoty
z†utrzymaniem czystoúci stanowi¹ jedn¹ z†najwaøniejszych
przyczyn niepowodzeÒ domowej fotolitografii. Oczywiúcie
nie chcÍ nikogo przekonywaÊ
o†celowoúci budowy amatorskiego cleanroomu ze úluz¹ oddzielaj¹c¹ strefy: szar¹ i†bia³¹,
filtracj¹ powietrza i†przep³ywem laminarnym. Jednak warto zdawaÊ sobie sprawÍ z†obowi¹zuj¹cych zasad postÍpowania. Na laboratorium najlepiej
wybieraÊ pomieszczenia pozbawione ì³apaczy kurzuî
w†postaci zas³on, wyk³adzin
itp., wyposaøone w†wentylacjÍ, ale nie wywo³uj¹c¹ przeci¹gÛw. Uporawszy siÍ ze
sprz¹taniem, warto przed
przyst¹pieniem do pracy,
zwiløyÊ spryskiwaczem najbliøsze otoczenie, co skutecznie ograniczy iloúÊ kurzu unosz¹cego siÍ w†powietrzu. Najbardziej úmiec¹cym obiektem
w†laboratorium jest jednak
sam cz³owiek. Dlatego naleøy
zadbaÊ o†niepyl¹ce ubranie
obejmuj¹ce w†szczegÛlnoúci
czepek na w³osy (sic!) i†fartuch ze úci¹ganymi mankietami, nie nachylaÊ siÍ bezpoúrednio nad p³ytk¹, a†przede
wszystkim unikaÊ wykonywania gwa³townych ru-
58
chÛw. Opanowanie emocji
przydaje siÍ nie tylko ze
wzglÍdu na unosz¹cy siÍ kurz.
P³ytka laminatu od momentu naniesienia emulsji do
chwili wyjÍcia z†k¹pieli trawi¹cej podlega wielu operacjom, w†czasie ktÛrych bardzo
³atwo o†zarysowanie warstwy
fotorezystu. RÛwnie k³opotliwa moøe okazaÊ siÍ drobna,
s³abo widoczna rysa na kliszy
fotograficznej. DziÍki duøej
rozdzielczoúci zostanie odwzorowana np. jako s³abo widoczna, cienka przerwa naruszaj¹ca ci¹g³oúÊ úcieøki.
Wywo³ywanie
Pod wp³ywem úwiat³a fotorezyst staje siÍ rozpuszczalny
i†poddaje siÍ wymywaniu w†k¹pieli wywo³uj¹cej. Natomiast
obszary ciemne pozostaj¹ nienaruszone, chroni¹c†powierzchniÍ
miedzi w†czasie pÛüniejszego
trawienia. Wywo³ywacz zalecany przez producenta powinien
sk³adaÊ siÍ z†0,7% roztworu
wodorotlenku sodowego (7
g†NaOH w†1†dm3 wody) o†temperaturze
pokojowej.
W
warunkach domowych moøna
siÍgn¹Ê
po
preparat
do
udraøniania rur (np. "Kret"),
sk³adaj¹cy siÍ g³Ûwnie z NaOH.
Poprawnie naúwietlony rysunek
powinien ulec ca³kowitemu wywo³aniu w†czasie ok. 1†min.
Zbyt wysokie stÍøenie wywo³ywacza powoduje natychmiastowe sp³yniÍcie ca³ej warstwy
úwiat³oczu³ej. Z†drugiej strony
stÍøenie zbyt ma³e lub zuøycie
NaOH stwarza trudnoúci z†wymyciem naúwietlonej emulsji,
interpretowane jako niedoúwietlenie i†mylnie korygowane wyd³uøaniem czasu naúwietlania.
ZwrÛÊmy uwagÍ, øe†wodorotlenek sodowy, stoj¹c w†otwartym
naczyniu, zuøywa siÍ, wi¹ø¹c
Fot. 4. Niezbędnym elementem wyposażenia kopioramy jest
folia kuchenna stosowana do pakowania żywności
obecny w†powietrzu dwutlenek
wÍgla. Mimo øe wywo³ywanie
to czynnoúÊ stosunkowo prosta
do wykonania, to jednak wydaje siÍ, øe b³Ídy na tym etapie
s¹ pope³niane wyj¹tkowo czÍsto
i†niestety wymagaj¹ powtÛrzenia
ca³ego procesu od pocz¹tku.
Trawienie
Positiv wykazuje odpornoúÊ
wobec wiÍkszoúci k¹pieli trawi¹cych stosowanych w†technologii PCB pocz¹wszy od ³agodnie alkalicznych k¹pieli
amoniakalnych, przez roztwÛr†chlorku
øelazowego
(FeCl 3), roztwÛr nadsiarczanu
amonu ((NH 4)2S2O8), aø do k¹pieli kwaúnych (HCl lub
H2SO4) z†dodatkiem perhydrolu (H 2 O 2 ). Natomiast mniej
znany jest fakt, øe w†wyniku
utrwalania termicznego (przeciÍtnie 10...30 minut w†temperaturze 120oC, a†przy szczegÛlnych wymaganiach 160...190oC)
moøna uodporniÊ pow³okÍ rezystu na dzia³anie tak agresywnych czynnikÛw jak np.
stÍøony kwas azotowy (65%
HNO 3 ) lub fluorowodorowy
(40% HF). PodajÍ tÍ informacjÍ jako ciekawostkÍ, sygnalizuj¹c zarazem, øe potencjalny
zakres zastosowaÒ rozci¹ga siÍ
znacznie poza wytwarzanie
PCB, pozwalaj¹c rÛwnieø na
fotolitografiÍ np. stali, srebra,
szk³a, aluminium itp.
Usuwanie maski
ochronnej
Niewielkie powierzchnie
nienaúwietlonego
Positivu
moøna ³atwo usun¹Ê za pomoc¹ popularnych rozpuszczalnikÛw organicznych (aceton, estry - np. rozpuszczalnik ìnitroî). W†przypadku zmywania
duøych powierzchni lub usuwania emulsji poddanej ³agodnemu utrwalaniu termicznemu
wygodniej bÍdzie pos³uøyÊ siÍ
roztworem wodorotlenku sodowego (NaOH) o†stÍøeniu
5..30% (uwaga - ør¹ce!).
Emulsja poddana utrwalaniu
wysokotemperaturowemu jest
praktycznie nierozpuszczalna
i†nadaje siÍ wy³¹cznie do usuniÍcia mechanicznego.
Podsumowuj¹c wyniki amatorskiej fotolitografii, okreúli³bym je jako úwietny przyk³ad
niewykorzystanych moøliwoúci. Jedynie nielicznym osobom
uda³o siÍ uzyskaÊ wymiary
úcieøek/separacji rzÍdu 5/5
mils. WiÍkszoúʆuøytkownikÛw
uznaje za sukces powtarzalne
wykonywanie p³ytek ze úcieøkami o†szerokoúci 10...12 mils.
Fotolitografia z†natury rzeczy
wymaga duøej starannoúci
i†powtarzalnoúci parametrÛw,
trudnych do uzyskania ad hoc
poza laboratorium. Dodajmy
przy tym, øe ca³y proces zajmuje kilka godzin, a†b³¹d pope³niony nawet na koÒcowym
etapie wymaga powtÛrzenia
ca³ej úcieøki od pocz¹tku. Wysokie wymagania i†pracoch³onnoúÊ metody fotochemicznej
t³umacz¹ w†pewnym stopniu
zainteresowanie, jakim ciesz¹
siÍ inne, konkurencyjne i†jednoczeúnie mniej wymagaj¹ce
sposoby wytwarzania PCB.
Termotransfer - folia
TES-200
Ma³¹ rewolucjÍ w†dziedzinie
amatorskich PCB wywo³a³o
spostrzeøenie, øe polimerowy
toner stosowany w†wiÍkszoúci
drukarek laserowych wykazuje
zadowalaj¹c¹ odpornoúÊ na
dzia³anie popularnych k¹pieli
trawi¹cych. Wykonanie maski
ochronnej na laminacie polega
na wydrukowaniu mozaiki úcieøek na specjalnej folii transferowej, a†nastÍpnie przeniesieniu
na gor¹co (naprasowaniu - st¹d
Elektronika Praktyczna 6/2003
N O T A T N I K
P R A K T Y K A
teø†pochodzi øartobliwa nazwa
ìmetoda øelazkowaî) tonera
z†wydruku na powierzchniÍ laminatu. Prasowanie moøe odbywaÊ siÍ rÛønymi metodami: np.
przez przyk³adanie øelazka od
gÛry do folii albo potraktowanie øelazka jako stolika podgrzewaj¹cego laminat i†wprasowywanie tonera od strony folii
z†uøyciem tamponu lub gumowego wa³ka. Po ostudzeniu
i†oderwaniu folii warstwa tonera powinna pozostaÊ na laminacie. Stosowany noúnik transferowy musi jednak spe³niaÊ
dwa zasadnicze wymagania:
- Folia nie moøe ulegaÊ deformacji w†temperaturze miÍkniÍcia tonera tzn. w†podczas
utrwalania
termicznego
w†drukarce oraz przy przenoszeniu wydruku na p³ytkÍ.
60
- Toner musi wykazywaÊ
wiÍksz¹ adhezjÍ do miedzi
niø do folii, dziÍki czemu
przy zrywaniu noúnika polimerowy nadruk pozostaje
na powierzchni p³ytki.
Folia transferowa dostÍpna
w†Polsce nosi oznaczenie TES200. Uøytkownicy metody termotransferowej sugeruj¹ rÛwnieø wyprÛbowanie konkurencyjnych noúnikÛw - zwyk³ej
folii do wydrukÛw laserowych
oferowanej przez rÛønych producentÛw, a†takøe np. woskowanego papieru podk³adowego
z†etykiet samoprzylepnych.
Niestety w†praktyce, z†kilku
powodÛw, trudno o†uzyskanie
zadowalaj¹cych wynikÛw:
- JakoúÊ wydruku laserowego
na folii rÛøni siÍ niestety
od jakoúci wydruku moøli-
wego do uzyskania na papierze. W†niektÛrych typach
drukarek toner ma tendencjÍ do niedok³adnego krycia
p³aszczyzn i†gromadzenia
siÍ na krawÍdziach úcieøek.
- Punkt miÍkniÍcia folii leøy
niewiele powyøej temperatury transferu tonera (wynosz¹cej ok. 150..160 oC). Nawet niewielkie przegrzanie
moøe spowodowaÊ pop³yniÍcie folii i†zmianÍ wymiarÛw wydruku. Ponadto folia
wykazuje sk³onnoúÊ do úlizgania siÍ na wa³kach prowadz¹cych w†drukarce, co
moøe powodowaÊ skrÛcenie
wydruku wzd³uø osi rÛwnoleg³ej do kierunku ruchu arkusza.
- Krytycznym punktem tej
metody jest sposÛb odrywa-
nia folii. Wed³ug powszechnych zaleceÒ gor¹c¹ p³ytkÍ
naleøy - przed oderwaniem
folii - szybko sch³odziÊ
przez w³oøenie do zamraøalnika. Niestety, jak wynika
z†moich doúwiadczeÒ, na
powierzchni zerwanej folii
zawsze pozostaje czÍúÊ toneru - zazwyczaj w†postaci
obrysu úcieøek, ale czasem
takøe oddzielonych wiÍkszych fragmentÛw mozaiki.
- Cena folii, plasuj¹ca siÍ
w†okolicach 3†z³ za arkusz
A4, nie sprzyja eksperymentom. Zw³aszcza øe niedok³adne wykonanie transferu
oznacza zazwyczaj koniecznoúÊ siÍgniÍcia po nastÍpny
arkusz.
Marek Dzwonnik, AVT
[email protected]
Elektronika Praktyczna 6/2003
Girder − współpraca z nadajnikiem
P R O RC5
J EAVT−5104
K T Y
Girder − współpraca
z nadajnikiem RC5
AVT−5104
W†EP3/2003
przedstawiliúmy projekt
uniwersalnego nadajnika
zdalnego sterowania
pracuj¹cego w†systemach RC5
i†SIRC. O†tym, jak moøna
go ìsprz¹cî z†popularnym
Girderem, piszemy na ø¹danie
CzytelnikÛw, ktÛrzy dostrzegli
nowe pola aplikacyjne dla
AVT-5104.
Rekomendacje: artyku³
polecamy elektronikom-fanom
PC, ktÛrzy chc¹ zwiÍkszyÊ
moøliwoúci wspÛ³pracy
komputera z†domowymi
urz¹dzeniami multimedialnymi
i†sprzÍtem AV.
Elektronika Praktyczna 6/2003
Nadajnik AVT-5104 (fot. 1)
wspÛ³pracuje z†komputerem poprzez port szeregowy. Do sterowania nim moøna wykorzystaÊ
dowolny program terminalowy na przyk³ad HyperTerminal, bÍd¹cy standardowym wyposaøeniem
Windows. Sterowanie nadajnikiem
za pomoc¹ tego programu jest
utrudnione, gdyø w†celu wys³ania
jednego kodu naleøy wpisaÊ z†klawiatury w†zaleønoúci od systemu
od piÍciu do siedmiu znakÛw.
Dlatego taki sposÛb sterowania
ogranicza siÍ do testowania urz¹dzeÒ pracuj¹cych w†tych systemach niø sterowania nimi za
pomoc¹ klawiatury komputera.
Moøna wprawdzie stworzyÊ w³asn¹ aplikacjÍ steruj¹c¹ nadajnikiem, lecz wymaga to umiejÍtnoúci tworzenia oprogramowania. Na
szczÍúcie moøna znaleüÊ rozwi¹zanie tego problemu i†uzyskaÊ
swobodÍ sterowania bez umiejÍtnoúci programowania. Rozwi¹zaniem jest wykorzystanie gotowych
programÛw, g³Ûwnie umoøliwiaj¹cych zdaln¹ kontrolÍ nad komputerem. Przyk³adem takiego programu jest program Girder.
Program ten w†podstawowej
konfiguracji s³uøy do zdalnego
sterowania komputerem. Za pomoc¹ tego programu moøna, na
przyk³ad dowolnym pilotem, uruchomiÊ kaød¹ aplikacjÍ systemu
Windows. Dodatkowo po uruchomieniu danego programu moøna
zdalnie zmieniaÊ jego parametry.
Funkcje te s¹ przydatne szczegÛlnie przy sterowaniu programami
s³uø¹cymi do odtwarzania plikÛw
audio. Moøna wtedy uøywaÊ komputera jako odtwarzacza CD lub
MP3, kontroluj¹c si³Í g³osu czy
wybieraj¹c numer piosenki za pomoc¹ pilota.
Przedstawione powyøej funkcje
to tylko niewielka czÍúÊ moøliwoúci programu Girder. Moøliwoúci programu mog¹ byÊ zwiÍk-
szane poprzez instalowanie plikÛw plug-in, dziÍki ktÛrym moøliwe jest sterowanie programem
poprzez klawiaturÍ czy port szeregowy.
ChoÊ Girder s³uøy g³Ûwnie do
zdalnej obs³ugi komputera, to
dziÍki wspomnianym ìwtyczkomî
programowym moøliwe jest takøe
sterowanie komputerem do³¹czonych do niego urz¹dzeÒ. DziÍki
temu za jego pomoc¹ moøna
w†prosty sposÛb wysy³aÊ odpowiednie komendy do nadajnika
RC5/SIRC. Dodatkowo program
moøna tak skonfigurowaÊ, øe po
wys³aniu komendy na monitorze
pojawi siÍ wpisany wczeúniej komunikat, odpowiadaj¹cy wys³anej
komendzie.
Jak widaÊ, moøliwoúci tego
programu s¹ ogromne i†mog¹ byÊ
dowolnie powiÍkszane poprzez
stosowanie odpowiednich ìwtyczekî, a†liczba i†rodzaj pe³nionych funkcji zaleøy od stworzonych algorytmÛw. W†zaleønoúci
od wymaganego sposobu dzia³ania
wpisywanie w³asnych funkcji moøe byÊ czasoch³onne, gdyø kaøde
polecenie trzeba niezaleønie skonfigurowaÊ. To jednak jest zalet¹
tego programu, gdyø kaøde polecenie moøna dostosowaÊ do indywidualnych potrzeb. Najwaøniejsz¹ cech¹ Girdera jest fakt, øe jest
on udostÍpniany bezp³atnie.
Konfiguracja ìwtyczekî
Poniewaø sam program nie
umoøliwia wykonywania øadnych
funkcji steruj¹cych, dlatego
Fot. 1. Wygląd nadajnika AVT−5104
45
Girder − współpraca z nadajnikiem RC5 AVT−5104
Rys. 2. Wygląd okna Settings
wszystkich reakcji na naciskane
klawisze trzeba go nauczyÊ.
Wczeúniej jednak do katalogu,
w†ktÛrym znajduj¹ siÍ wszystkie
pluginy naleøy skopiowaÊ dodatkowe ìwtyczkiî potrzebne do sterowania nadajnikiem zdalnego sterowania. Domyúlnie katalog ten
znajduje siÍ na dysku - C:\Program files\girder32\plugins. NiezbÍdne ìwtyczkiî znajduj¹ siÍ na
stronie domowej Girdera: http://
www.girder.nl/plugins.php. Do
wspÛ³pracy z†nadajnikiem bÍd¹
potrzebne nastÍpuj¹ce ìwtyczkiî:
- XP_OSD - umoøliwia wyúwietlanie komunikatÛw tekstowych
na ekranie monitora,
- Serial port - odpowiada za
wysy³anie danych poprzez port
szeregowy, dodatkowo za jej
pomoc¹ moøna odczytywaÊ dane z†portu szeregowego, lecz
w†tym zastosowaniu funkcja ta
nie jest wykorzystywana,
- Keyboard Ex - s³uøy do odczytywania komend wydawanych
z†klawiatury komputera.
Tab. 1. Przyporządkowanie klawiszy
klawiatury do wykonywanych
poleceń
Klawisze
Kod
RC5
Kod
SIRC
Dzia³anie
Alt+1
Alt+2
Alt+3
Alt+4
Alt+5
Alt+6
Alt+7
Alt+8
Alt+9
Alt+0
Alt++
Alt+Alt+*
Alt+/
Alt+,
R1001
R1002
R1003
R1004
R1005
R1006
R1007
R1008
R1009
R1000
R1032
R1033
R1016
R1017
R1012
S01000
S01001
S01002
S01003
S01004
S01005
S01006
S01007
S01008
S01009
S01016
S01017
S01018
S01019
S01047
Kana³ 1
Kana³ 2
Kana³ 3
Kana³ 4
Kana³ 5
Kana³ 6
Kana³ 7
Kana³ 8
Kana³ 9
Kana³ 0
Program+
ProgramG³os+
G³osW³¹cz/Wy³¹cz
46
Po skopiowaniu potrzebnych
ìwtyczekî moøna przejúÊ do konfiguracji programu. W†tym celu
naleøy wybraÊ menu ustawienia:
File->Settings (wygl¹d okna przedstawiono na rys. 2), a†nastÍpnie
User interface. W†pozycji Language wybieramy jÍzyk polski i†zatwierdzamy Apply. Od tej chwili
wszystkie teksty bÍd¹ wyúwietlane po polsku, co u³atwi dalsz¹
zmianÍ parametrÛw.
Teraz przechodzimy do instalowania potrzebnych ìwtyczekî,
wybieraj¹c menu Wtyczki. Ze
wszystkich dostÍpnych wtyczek
naleøy wybraÊ trzy: XP_OSD, Keyboard driver oraz Generic Serial
Support i†zaznaczyÊ opcjÍ Automatycznie w³¹cz urz¹dzenie wejúciowe (rys. 3). Pierwsze dwie
ìwtyczkiî nie wymagaj¹ øadnych
dodatkowych ustawieÒ, dlatego
naleøy je tylko zaznaczyÊ. ìWtyczkaî obs³uguj¹ca port szeregowy
wymaga ustawienia dodatkowych
parametrÛw, dlatego po jej zaznaczeniu naleøy wybraÊ opcjÍ Ustawienia. W†nowo otwartym oknie
naleøy wybraÊ New i†wtedy zostanie otwarte okno s³uø¹ce do konfiguracji portu szeregowego.
Wszystkie parametry naleøy ustawiÊ tak, jak pokazano na rys. 4.
Po ustawieniu odpowiednich
wartoúci naleøy jeszcze wybraÊ
w†menu Message Definitions opcjÍ Transmitt. Wtedy zostanie otwarte kolejne okno umoøliwiaj¹ce
ustawienie dodatkowych parametrÛw transmisji szeregowej (rys. 5).
W†oknie tym trzeba wybraÊ tylko
opcjÍ Terminator, a†jako parametr
wpisaÊ wartoúÊ 0d. Wpis ten
spowoduje, øe na zakoÒczenie
kaødej transmisji poprzez port
szeregowy oprÛcz zadeklarowanych danych dodatkowo zostanie
wys³ana wartoúÊ 0x0D, co odpowiada naciúniÍciu klawisza Enter.
WartoúÊ ta jest interpretowana
przez nadajnik zdalnego sterowania jako zatwierdzenie wczeúniej
podanych wartoúci komendy, dlatego u³atwi to pÛüniejszy etap
programowania komend. Powyøsze
ustawienia moøna wyeksportowaÊ
do pliku, w†ktÛrym zostan¹ zapisane wszystkie parametry transmisji i†w†przypadku dokonania
zmian bÍdzie moøna przywrÛciÊ
ustawione parametry, wczytuj¹c
ten plik. Po ustawieniu parametrÛw naleøy zamkn¹Ê okna usta-
Rys. 3. Wygląd okna instalowania
wtyczek
Rys. 4. Okno konfiguracji
parametrów transmisji szeregowej
wieÒ poprzez zatwierdzanie
wszystkich ustawieÒ i†moøna
przejúÊ do trybu programowania
poleceÒ.
Programowanie w³asnych
poleceÒ
Jako przyk³ad zostanie przedstawiona budowa aplikacji umoøliwiaj¹cej sterowanie odbiornikiem
telewizyjnym firmy Sony, ktÛrego
adres w†systemie zdalnego sterowania SIRC jest rÛwny 01, oraz
tunerem satelitarnym pracuj¹cym
w†systemie RC5 o†adresie urz¹dzenia rÛwnym 10. Budowana
aplikacja bÍdzie umoøliwia³a wysy³anie kodÛw klawiszy numerycznych 0...9, Program+, Program-, G³os+, G³os- oraz w³¹czanie. W†tab. 1 przedstawiono spis
klawiszy klawiatury komputera
przyporz¹dkowanych pe³nionej
funkcji, kody wysy³ane do nadajnika zdalnego sterowania RC5/
SIRC oraz odpowiedü urz¹dzenia
na wys³any kod. Do realizacji
wszystkich funkcji zosta³a wykorzystana czÍúÊ numeryczna klawiatury komputera, jednak konfiguracja klawiszy moøe byÊ dowolnie zmieniana wed³ug w³asnych
potrzeb. Jako klawisze steruj¹ce
mog¹ byÊ rÛwnieø uøyte klawisze
Elektronika Praktyczna 6/2003
Girder − współpraca z nadajnikiem RC5 AVT−5104
Rys. 5. Wygląd okna dodatkowych
opcji transmisji szeregowej
funkcyjne F1...F12 oraz inne klawisze dostÍpne w†przypadku klawiatur multimedialnych.
Aby rozpocz¹Ê budowÍ oprogramowania, naleøy przejúÊ do
g³Ûwnego okienka programu
i†w†menu Plik wybraÊ opcjÍ Nowy, a†nastÍpnie Zapisz jako...,
podaj¹c nazwÍ pliku, w†ktÛrym
zostan¹ zapisane wszystkie parametry programowanych funkcji (na
przyk³ad Nadajnik RC5_SIRC)
i†moøna przejúÊ do sk³adania
ìklockÛwî.
Na rys. 6 przedstawiono przyporz¹dkowanie wszystkich poleceÒ. Menu dodawania funkcji otwiera siÍ po klikniÍciu prawym
klawiszem myszki na bia³ym polu. W†menu tym znajduje siÍ
kilkanaúcie dzia³aÒ do wykonania,
jednak na tym etapie tworzenia
wykorzystywana bÍdzie tylko druga grupa. Na pocz¹tku naleøy
utworzyÊ trzy nowe aplikacje funkcj¹ Dodaj aplikacjÍ i†odpowiednio je nazwaÊ (np. tak jak na
rysunku). W†kaødej aplikacji naleøy utworzyÊ makro poleceniem
Dodaj makro. Liczba makr jest
uzaleøniona od liczby wykonywanych funkcji przez nadajnik zdalnego sterowania. W†kaødym makro zawieraj¹ siÍ juø konkretne
dzia³ania, ktÛre bÍd¹ wykonane,
jeúli zostanie odebrany kod zdarzenia zgodny z†wczeúniej zaprogramowanym.
Proces ustawiania parametrÛw
rozpoczniemy od aplikacji
Tuner_RC5. W†aplikacji tej naleøy
utworzyÊ odpowiedni¹ liczbÍ
makr, nazywaj¹c je tak jak na rys.
6. W†pierwszym makro - Prog1 tworzymy dwa polecenia (Dodaj
polecenie) oraz jeden kod zdarzenia. NastÍpnie zaznaczamy kod
zdarzenia i†naciskamy polecenie
Elektronika Praktyczna 6/2003
Wczytaj kod. Po tym dzia³aniu
program oczekuje na naciúniÍcie
klawisza klawiatury, ktÛrego pÛüniejsze naciúniÍcie spowoduje wys³anie nadajnikiem zdalnego sterowania kodu o†wartoúci ì1î, zgodnie z†tab. 1. W†tym przyk³adzie
s¹ to klawisze Alt+1.
Teraz naleøy ustawiÊ parametry poleceÒ. Zaczynamy od polecenia o†nazwie ì1î, ktÛre s³uøy
do wys³ania poprzez port szeregowy odpowiedniej sekwencji danych, aby tuner odebra³ je jako
naciúniÍcie klawisza o†numerze
ì1î na klawiaturze standardowego
pilota. Po zaznaczeniu tego polecenia bÍdzie moøliwy wybÛr rodzaju dzia³ania. Dla tego polecenia wybieramy menu Wtyczki,
nastÍpnie zaznaczamy ìwtyczkÍî
Generic Serial Suport i†wybieramy opcje ustawieÒ. Wtedy zostanie otwarte okno przedstawione
na rys. 7, w†ktÛrym naleøy wybraÊ opcjÍ Send data, a†jako parametr wpisaÊ kod, jaki ma byÊ
wys³any do nadajnika RC5/SIRC
poprzez port szeregowy. Dla ustawienia kana³u numer 1, naleøy
wpisaÊ sekwencjÍ r1001 (zgodnie
z†tab. 1). Nadajnik zdalnego sterowania wymaga potwierdzenia
klawiszem Enter podanej sekwencji, ale potwierdzenie jest wykonywane automatycznie, gdyø zosta³o wczeúniej wpisane przy ustawianiu parametrÛw portu szeregowego. Teraz moøna zamkn¹Ê to
okno, zatwierdzaj¹c dane przyciskiem OK. Na tym etapie zosta³o
stworzone polecenie, ktÛre po
naciúniÍciu przyciskÛw Alt+1 wysy³a poprzez port szeregowy sekwencjÍ danych r1001+enter. Aby
wyúwietliÊ na ekranie komputera
informacjÍ o†wys³anej komendzie,
naleøy przejúÊ do w³aúciwoúci
polecenia Wyúwietl 1. Ustawianie
parametrÛw tego polecenia wykonuje siÍ w†analogiczny sposÛb,
wybieraj¹c w†opcjach ìwtyczkÍî
XP OSD i†wchodz¹c w†opcjÍ Ustawienia. Widok okna konfiguracyjnego wyúwietlanych komunikatÛw
przedstawiono na rys. 8. W†oknie
OSD Text naleøy wpisaÊ tekst,
ktÛry ma byÊ wyúwietlony po
wys³aniu komendy przez nadajnik
zdalnego sterowania, w†tym przypadku jest to cyfra ì1î. SposÛb
prezentowania komunikatÛw jest
ustalany indywidualnie i†moøna
ustawiÊ czas wyúwietlania komunikatu, rodzaj oraz wielkoúÊ
czcionki, napis moøe byÊ wyúwietlany na wybranym kolorze
t³a lub bez t³a. Dodatkowo moøna
ustawiÊ przezroczystoúÊ wyúwietlanego komunikatu. W†oknie Size&Position (rys. 9) moøna ustaliÊ
rozmiar okna wyúwietlanych komunikatÛw oraz ich pozycjÍ na
ekranie. PozycjÍ moøna ustaliÊ na
trzy sposoby:
- wybieraj¹c z†menu jedn¹ ze
skrajnych pozycji ekranu lub
úrodek,
- poprzez podanie wspÛ³rzÍdnych
na osi X†i†Y,
- poprzez przeci¹gniÍcie myszk¹
okna komunikatu w†ø¹dane
miejsce ekranu.
W†okienku Background Image
moøna wczytaÊ plik obrazu, ktÛry
bÍdzie t³em wyúwietlanych komunikatÛw. Okno Animation umoøliwia ustalenie efektÛw przy otwieraniu i†zamykaniu okna wyúwietlanych komunikatÛw.
Po ustawieniu wszystkich parametrÛw zosta³o stworzone makro, ktÛre w†wyniku naciúniÍcia
klawiszy Alt+1 spowoduje wys³anie danych przez port szeregowy
do nadajnika RC5/SIRC, ktÛry
z†kolei wyúle odpowiedni¹ komendÍ úwietln¹ do tunera, aby
Rys. 6. Struktura tworzonych
poleceń
Rys. 7. Okno wpisywania komendy
wysyłanej przez port szeregowy
47
Girder − współpraca z nadajnikiem RC5 AVT−5104
Rys. 8. Okno ustawiania
parametrów wyświetlanych
komunikatów
ten ustawi³ kana³ o†numerze ì1î.
RÛwnoczeúnie na ekranie monitora zostanie wyúwietlony komunikat w†postaci cyfry ì1î informuj¹cy o†tym fakcie (rys. 10).
Dla pozosta³ych programÛw
i†funkcji trzeba powtÛrzyÊ powyøsze kroki, wpisuj¹c dane odczytywane z†tab. 1. W†celu sterowania odbiornikiem telewizyjnym
w†systemie SIRC rÛwnieø naleøy
wprowadziÊ wszystkie komendy,
zmieniaj¹c parametry wysy³anych
danych przez port szeregowy,
zgodnie z†tab. 1. W†ten sposÛb
zastan¹ stworzone dwie grupy
s³uø¹ce do sterowania tunerem
w†systemie RC5 i†telewizorem
w†systemie SIRC. W†obu grupach
uøyto tych samych klawiszy klawiatury, przez co po naciúniÍciu
Rys. 9. Okno konfiguracji pozycji
wyświetlanych komunikatów
48
klawisza dane bÍd¹ wysy³ane najpierw w†systemie RC5, a†nastÍpnie SIRC. Aby zapobiec takiej
sytuacji, poszczegÛlne grupy moøna aktywowaÊ lub dezaktywowaÊ.
Aktywowanie grupy odbywa siÍ
poprzez jej zaznaczenie myszk¹
w†g³Ûwnym oknie programu (rys.
6) i†zaznaczenie opcji W³¹czony.
Wy³¹czanie danej grupy wykonuje
siÍ w†analogiczny sposÛb.
Prze³¹czaj¹c grupy, moøna wysy³aÊ dane niezaleønie do tunera
lub telewizora za pomoc¹ tych
samych klawiszy. Taki sposÛb
prze³¹czania jest niewygodny,
gdyø przy kaødej zmianie systemu
nadawania trzeba uruchamiaÊ okno programu Girder. Aby zautomatyzowaÊ prze³¹czanie pomiÍdzy
grupami, naleøy stworzyÊ dodatkow¹ aplikacjÍ zarz¹dzaj¹c¹ grupami.
Zarz¹dzanie grupami
Rys. 10. Przykład wyświetlania na
ekranie monitora tekstu
przypisanego poleceniu
Ostatni¹ komend¹ jest komenda wy³¹czaj¹ca obydwie grupy,
przez co niezaleønie od stanu
klawiatury komputera øadne dane
nie zostan¹ wys³ane do nadajnika
RC5/SIRC. W†sk³ad tej komendy
wchodz¹ polecenia: 3_Wyúwietl_OFF,
3_SIRC_OFF,
3_RC5_OFF.
PoszczegÛlne komendy s¹ konfigurowane w†analogiczny sposÛb,
jak to mia³o miejsce w†przypadku
komend dla grupy Tuner_RC5.
Odpowiednio dla komendy
1_Wyúwietl_RC5 naleøy wybraÊ
ìwtyczkÍî XP OSD i†wpisaÊ komunikat, jaki ma byÊ wyúwietlony. W†tym przypadku bÍdzie to
tekst RC5. Dla komendy 2_Wyswietl_SIRC tekst bÍdzie mia³ postaÊ SIRC, a†dla komendy 3_Wyúwietl_OFF - OFF.
Polecenie 1_SIRC_OFF s³uøy
do dezaktywacji grupy Telewizor_SIRC, dlatego po jego zaznaczeniu zamiast okna Wtyczki naleøy wybraÊ okno Girder (rys. 12).
Z†menu okna Girder naleøy wybraÊ opcjÍ Wy³¹cz grupÍ, a†nastÍpnie Przegl¹daj. Wtedy zostanie wyúwietlone nowe okno,
w†ktÛrym moøna wybraÊ grupÍ,
ktÛra bÍdzie wy³¹czana tym poleceniem - w†tym przypadku jest
to grupa Telewizor_SIRC. NastÍpnie naleøy zatwierdziÊ wybÛr poleceniem Zastosuj. Dla kolejnego
polecenia - 1_RC5_ON procedurÍ
naleøy wykonaÊ w†taki sam spo-
Do zarz¹dzanie grupami zosta³a stworzona aplikacja o†nazwie
Sterowanie_IR. Aplikacja ta umoøliwia za pomoc¹ jednego klawisza
wykonaÊ nastÍpuj¹ce dzia³ania:
uaktywniÊ nadawanie w†systemie
RC5 (Tuner_RC5), uaktywniÊ nadawanie w†systemie SIRC (Telewizor_SIRC) oraz ca³kowicie wy³¹czyÊ jakiekolwiek nadawanie. Komendy zawarte w†tej aplikacji
przedstawiono na rys. 11. Wszystkie polecenia podzielone s¹ na
trzy g³Ûwne komendy, w†kaødej
z†nich zgrupowane s¹ po trzy
podstawowe polecenia. Pierwsza
komenda g³Ûwna s³uøy do uaktywnienia grupy Tuner_RC5 umoøliwiaj¹cej sterowanie tunerem satelitarnym i†jednoczesn¹ dezaktywacjÍ grupy Telewizor_SIRC, aby
w†danym czasie by³a aktywna tylko jedna grupa. Dodatkowo
na ekranie zostanie wyúwietlony komunikat, øe system
pracuje jako nadajnik RC5.
W†sk³ad tej komendy wchodz¹ polecenia: 1_Wyúwietl_RC5, 1_SIRC_OFF ,
1_RC5_ON.
Druga g³Ûwna komenda
s³uøy do wy³¹czenia grupy
Tuner_RC5, w³¹czenia grupy
Telewizor_SIRC i†wyúwietlenia informacji o†nadawaniu
w†systemie SIRC. W†sk³ad
tej komendy wchodz¹ polecenia: 2_Wyswietl_SIRC , Rys. 11. Aplikacja służąca do zarządzania
2_RC5_OFF, 2_SIRC_ON.
grupami
Elektronika Praktyczna 6/2003
Girder − współpraca z nadajnikiem RC5 AVT−5104
Rys. 12. Wygląd głównego okna Girdera z przeglądarką poleceń
sÛb, z†t¹ rÛønic¹, øe w†oknie
Girder naleøy wybraÊ opcjÍ W³¹cz
grupÍ i†wskazaÊ grupÍ Tuner_RC5.
Dla pozosta³ych poleceÒ naleøy
wykonaÊ takie same operacje, w³¹czaj¹c lub wy³¹czaj¹c wskazan¹
w†nazwie polecenia grupÍ.
Po wskazaniu dzia³aÒ wykonywanych przez poszczegÛlne polecenia naleøy wczytaÊ kod zdarzenia. Kod ten jest taki sam dla
wszystkich poleceÒ ca³ej aplikacji,
dla tego przyk³adu jest to klawisz
klawiatury o†nazwie Pause/Break.
W†podstawowej konfiguracji naciúniÍcie tego klawisza spowoduje
wykonanie wszystkich poleceÒ zawartych w†makro ON_OFF, ale
w†przedstawionym przyk³adzie polecenia maj¹ byÊ wykonywane
kolejno, po kaødym naciúniÍciu
klawisza. Po pierwszym naciúniÍciu powinny byÊ wykonane pierwsze trzy polecenia (w³¹czenie
grupy Tuner_RC5), po drugim
naciúniÍciu nastÍpne trzy (w³¹czenie grupy Telewizor_SIRC), a†po
trzecim naciúniÍciu ostatnie trzy
(wy³¹czenie obydwu grup). Do
realizacji kilku rÛønych poleceÒ
za pomoc¹ jednego klawisza trzeba wykorzystaÊ funkcjÍ Ustawienia stanÛw. Funkcja ta umoøliwia
uruchomienie licznika, ktÛry bÍdzie zlicza³ iloúÊ naciúniÍÊ tego
klawisza i†w†zaleønoúci od jego
wartoúci bÍd¹ wykonywane odpowiednie polecenia. Ustawienia stanÛw trzeba wykonaÊ dla wszystkich poleceÒ tego makra. Menu
ustawiania stanÛw otwiera siÍ
poprzez klikniÍcie prawym klawiszem myszki na wybranym poleceniu, jest to to samo menu, ktÛre
by³o uøywane do tworzenia nowych poleceÒ, lecz tym razem
naleøy wybraÊ opcjÍ Ustawiania
stanÛw. Nowo otwarte okno pozwoli na ustalenie wartoúci licznika stanÛw odpowiednio dla kaødego polecenia, widok tego okienka przedstawiono na rys. 13. Dla
wszystkich poleceÒ licznik stanÛw naleøy ustawiÊ na wartoúÊ
rÛwn¹ trzy, poniewaø maj¹ byÊ
rozrÛøniane trzy stany w†zaleønoúci od liczby naciúniÍÊ klawisza Pause/Break. O†tym, ktÛre polecenie bÍdzie wykonane,
decyduje wartoúÊ stanu
pocz¹tkowego. Dla poleceÒ: 1_Wyúwietl_RC5,
1_SIRC_OFF i†1_RC5_ON
wartoúÊ pocz¹tkow¹ naleøy ustawiÊ na ì1î. Dla
poleceÒ: 2_Wyúwietl_SIRC,
2_RC5_OFF,
2_SIRC_ON stan pocz¹tkowy wynosi ì2î. Dla
poleceÒ: 3_Wyúwietl_OFF,
3_SIRC_OFF,
3_RC5_OFF stan ten naleøy ustawiÊ na ì3î.
Rys. 13. Okno konfiguracji licznika stanów
Elektronika Praktyczna 6/2003
W†ten sposÛb zosta³a stworzona
funkcja, ktÛra po pierwszym naciúniÍciu klawisza Pause/Break
uaktywni grupÍ Tuner_RC5 i†wyúwietli komunikat RC5, po drugim
naciúniÍciu klawisza zostanie uaktywniona grupa Telewizor_SIRC
i†wyúwietli komunikat SIRC. NaciúniÍcie klawisza po raz trzeci
spowoduje wy³¹czenie obydwu
grup i†nie bÍdzie moøna wys³aÊ
øadnego kodu. Ponowne naciúniÍcie klawisza rozpocznie procedurÍ
od pocz¹tku, aktywuj¹c grupÍ
Tuner_RC5.
Po zaprogramowaniu parametrÛw wszystkich komend naleøy
jeszcze przeprowadziÊ koÒcow¹
konfiguracjÍ programu, aby po
uruchomieniu systemu Windows
by³ gotowy do pracy. W†tym celu
naleøy otworzyÊ okno: Plik->Ustawienia->OgÛlny (rys. 14). W†okienku tym naleøy zaznaczyÊ opcjÍ
Wczytaj przy starcie i†podaÊ úcieøkÍ dostÍpu do stworzonego pliku
Nadajnik_RC5_SIRC.GML spowoduje to, øe podczas uruchamiania
program Girder bÍdzie automatycznie wczytywa³ plik z†zapisanymi parametrami umoøliwiaj¹cymi sterowanie nadajnikiem zdalnego sterowania. NastÍpnie naleøy
zaznaczyÊ opcjÍ Ukryj przy starcie. Powoduje to zamykanie okna
programu po jego starcie i†pojawienie siÍ ikony na pasku zadaÒ.
Dodatkowo moøna zaznaczyÊ opcjÍ Pokaø logo programu przy
starcie, co bÍdzie powodowa³o
wyúwietlenie okienka informacyjnego przy uruchamianiu systemu
Windows. Wprowadzenie tych
ustawieÒ koÒczy proces tworzenia
aplikacji steruj¹cej nadajnikiem
zdalnego sterowania.
Procedura tworzenia poleceÒ
na pierwszy rzut oka wydaje siÍ
Rys. 14. Okno konfiguracji
parametrów startowych Girdera
49
Girder − współpraca z nadajnikiem RC5 AVT−5104
Uwaga! Działanie programu
było testowane w systemie
operacyjnym Windows XP
i prawidłowa praca w innych
systemach nie jest
gwarantowana. Przystosowa−
nie programu do pracy
w innych wersjach systemu
Windows może wymagać
zastosowania innych plików−
wtyczek.
doúÊ skomplikowana, jednak po
stworzeniu kilku poleceÒ i†zapoznaniu siÍ z†moøliwoúciami programu okazuje siÍ, øe mozolne deklarowanie kaødego polecenia
moøna zautomatyzowaÊ, dziÍki
moøliwoúci swobodnego kopiowania i†przemieszczania poleceÒ.
W†przypadku stworzonej w†przyk³adzie aplikacji wszystkie makropolecenia i†polecenia moøna wykonaÊ tylko dla pierwszej grupy,
a†nastÍpnie skopiowaÊ je do dru-
50
giej i†zmieniÊ jedynie wysy³ane
komendy poprzez port szeregowy.
Dodatkowo dla kaødego polecenia
moøna ustawiÊ parametry wyúwietlania komunikatu, jego wielkoúci czy pozycji na ekranie.
Jak widaÊ, program daje niemal nieskoÒczone moøliwoúci tworzenia poleceÒ, ktÛrych dzia³anie
jest ograniczone jedynie wyobraüni¹ uøytkownika. Dodatkow¹ zalet¹ programu jest fakt, øe pracuje
ìw†tleî, przez co nie trzeba otwieraÊ okna w†celu wys³ania ø¹danej komendy, poniewaø jest ona
wysy³ana po wykryciu wczeúniej
zapisanej sekwencji klawiszy niezaleønie od aktualnie uruchomionej aplikacji systemu Windows.
Daje to moøliwoúÊ szybkiego wykonania ø¹danej komendy,
w†przedstawionym zastosowaniu
moøna bardzo sprawnie sterowaÊ
urz¹dzeniami, bez koniecznoúci
odrywania oczu od monitora, a†informacja tekstowa wyúwietlona na
ekranie monitora znacznie zwiÍksza komfort uøytkowania nadajnika RC/SIRC.
Krzysztof P³awsiuk
[email protected]
W†przedstawionym opisie zosta³y uøyte nastÍpuj¹ce aplikacje:
1. Program: Girder wersja 3.2.9
(http://www.girder.nl/downloadn.php)- autor Ron Bessems
2. Wtyczka: ìKeyboard_Exî
wersja 2.2 (http://www.girder.nl/
plugins.php) - autor Mario Ivankovits
3. Wtyczka ìXP_OSDî wersja
1.3 (http://www.girder.nl/plugins.php) - autor Steven Vibert
4. Wtyczka ìSerial portî wersja
3.0.10 (http://www.girder.nl/
plugins.php) - autor Mark Fiechtner
Pliki stworzone w†przyk³adzie
Nadajnik_RC5_SIRC.GML i†Nadajnik_RC5_SIRC.ini s¹ dostÍpne
na stronie internetowej EP.
Elektronika Praktyczna 6/2003
P
R
O„Klocki”
J E K RS485
T Y
„Klocki” RS485, część 1
Magistrala i†interfejs RS485
ciesz¹ siÍ nies³abn¹c¹
popularnoúci¹, a†jak wykazuj¹
czÍste pytania docieraj¹ce do
redakcji, jest ci¹gle zbyt ma³o
informacji na ich temat.
W†zwi¹zku z†tym
przedstawiamy ìklockiî RS485,
dziÍki ktÛrym - na
interesuj¹cych przyk³adach ³atwo bÍdzie poznaÊ
i†zrozumieÊ prawa rz¹dz¹ce
RS485.
Rekomendacje: zabawÍ
w†ìklockiî RS485 polecamy
szczegÛlnie tym Czytelnikom,
ktÛrzy zajmuj¹ siÍ
przesy³aniem danych na duøe
odleg³oúci z†relatywnie duø¹
prÍdkoúci¹.
„Klocki” RS485 to:
-
AVT-530 - konwerter RS232<->RS485,
AVT-531 - karta przekaŸników,
AVT-532 - karta triaków,
AVT-533 - karta wyjϾ cyfrowych
(aktywne GND),
AVT-534 - karta wyjϾ cyfrowych
(aktywne VCC),
AVT-535 - karta wejϾ cyfrowych,
AVT-536 - 8-wejœciowa karta wejœæ
analogowych,
AVT-537 - 4-cyfrowy wyœwietlacz LED,
AVT-538 - 32-znakowy wyœwietlacz LCD.
Tab. 1. Adresy przyjęte dla
modułów z interfejsem RS485
L.p. Rodzaj modu³u
wykonawczego
Przypisany adres
(znak ASCII)
1
2
3
1
2
3
4
5
6
7
8
Karta przekaŸników
Karta triaków
Karta wyjϾ cyfrowych - stan
aktywny GND(0,5A)
Karta wyjϾ cyfrowych - stan
aktywny VCC(0,5A)
Karta wejϾ
cyfrowych
Karta wejϾ
analogowych
Wyœwietlacz LED
(czterocyfrowy)
Wyœwietlacz LCD
(2x16 znaków)
4
5
6
7
8
Elektronika Praktyczna 6/2003
W†artykule przedstawiamy system wymiany danych pomiÍdzy
rÛønorodnymi urz¹dzeniami (m.in.
karta przekaünikÛw, modu³y wyúwietlaczy, karty wejúÊ analogowych i†cyfrowych itp.) wyposaøonymi w†interfejs RS485. Ca³y†system w†podstawowej wersji sk³ada
siÍ z†jednego modu³u steruj¹cego
i†oúmiu modu³Ûw wykonawczych
(schemat blokowy przedstawiono
na rys. 1). System przeznaczony
jest g³Ûwnie do sterowania za
pomoc¹ komputera wyposaøonego
w†port szeregowy, ale moøna rÛwnieø zastosowaÊ mikrokontroler.
Komunikacja pomiÍdzy modu³ami
odbywa siÍ w†systemie RS485, co
umoøliwia zbudowanie sieci
o†maksymalnej d³ugoúci do 1200
m. Zmiana systemu transmisji jest
konieczna, gdyø przesy³ danych
w†standardzie RS232 jest moøliwy
na odleg³oúÊ zaledwie kilkunastu
metrÛw, co ogranicza³oby rozmieszczenie modu³Ûw tylko do
jednego pomieszczenia.
Komunikacja pomiÍdzy komputerem nadrzÍdnym odbywa siÍ
z†prÍdkoúci¹ 1200 b†w†trybie halfduplex, co oznacza, øe w†tym
samym czasie komunikacja moøe
byÊ przeprowadzana tylko w†jedn¹ stronÍ. W†przestawionym systemie taki sposÛb komunikacji jest
zupe³nie wystarczaj¹cy, gdyø
wszystkie modu³y w†czasie spoczynku znajduj¹ siÍ w†trybie odbioru danych i†dopiero podanie
poprawnej komendy dla konkretnego modu³u wykonawczego przez
modu³ steruj¹cy moøe uaktywniÊ
wybrany modu³ do nadawania, co
eliminuje moøliwoúÊ powstania
konfliktÛw w†przypadku jednoczesnego wysy³ania danych przez
kilka modu³Ûw.
Wszystkie modu³y s¹ pod³¹czone do wspÛlnej magistrali dwuprzewodowej, a†sterowanie odbywa siÍ poprzez podanie przez
modu³ nadrzÍdny znaku pocz¹tku
transmisji oraz adresu modu³u, do
ktÛrego bÍd¹ wysy³ane dane. Kaødy
modu³ posiada inny adres i†jego
podanie powoduje, øe pozosta³e
modu³y ignoruj¹ pojawiaj¹ce siÍ
dane na linii transmisyjnej.
System zdalnego sterowania
w†podstawowej konfiguracji sk³ada
siÍ z oúmiu modu³Ûw wykonawczych: oúmiobitowej karty przekaünikÛw, oúmiobitowej karty triakÛw,
oúmiobitowej karty wyjúÊ cyfrowych (aktywne GND), oúmiobitowej karty wyjúÊ cyfrowych (aktywne VCC), oúmiobitowej karty wejúÊ
cyfrowych, oúmiowejúciowej karty
wejúÊ analogowych, czterocyfrowego wyúwietlacza LED, 32-znakowego wyúwietlacza LCD.
WybÛr konkretnego modu³u wykonawczego dokonuje siÍ przez
podanie jego adresu. W†zaprogramowanych modu³ach s¹ to adresy
odpowiadaj¹ce cyfrom 1...8. W†tab.
1 s¹ przedstawione numery przypisane do odpowiednich modu³Ûw.
System sterowania moøe zawieraÊ od jednego do 31 modu³Ûw wykonawczych. W†przypadku
do³¹czenia kilku takich samych
modu³Ûw powsta³by konflikt, gdyø
wszystkie reagowa³yby jednoczeúnie (maj¹ jednakowy adres). Aby
unikn¹Ê takiej sytuacji i†uzyskaÊ
41
„Klocki” RS485
Rys. 1. Schemat blokowy systemu zdalnego sterowania
moøliwoúÊ do³¹czenia dowolnej
liczby takich samych modu³Ûw,
wszystkie modu³y maj¹ moøliwoúÊ zmiany adresu. Zmiany adresu dokonuje siÍ poprzez komputer steruj¹cy, a†adres ten moøe
byÊ dowolnym znakiem ASCII.
TransmisjÍ danych oparto na
standardowych znakach ASCII,
przez co do obs³ugi systemu nie
trzeba stosowaÊ dodatkowego oprogramowania. Do komunikacji wystarczy dowolny komputer wyposaøony w†port szeregowy, jako aplikacjÍ steruj¹c¹ moøna zastosowaÊ
dowolny program terminalowy
(Terminal dla DOS, HyperTerminal pod Windows lub inny). Przedstawiony opis sposobu komunikacji moøe byÊ wykorzystany do
stworzenia w³asnej aplikacji steruj¹cej modu³ami. Transmisja nie
jest zabezpieczona przed b³Ídami,
gdyø iloúÊ transmitowanych danych nie jest wielka, co przy
wolnej transmisji dodatkowo ogranicza moøliwoúÊ powstania b³ÍdÛw. Aby mieÊ pewnoúÊ, øe
wys³ane dane dotar³y odpowiednio
do uk³adÛw wykonawczych, kaødy
z†nich umoøliwia odczyt wczeúniej
zapisanych danych, dziÍki czemu
jest moøliwa ich weryfikacja przez
komputer steruj¹cy. Ponadto
w†kaødej chwili moøna sprawdziÊ
stan wejúÊ lub wyjúÊ dowolnego
modu³u i†upewniÊ siÍ, øe wydana
komenda zosta³a wykonana.
Konwerter RS232<->RS485
AVT-530
Konwerter RS232<->RS485 s³uøy do zamiany poziomÛw napiÍÊ
odpowiadaj¹cych odpowiednim
standardom. W†konwerterze tym
napiÍcia charakterystyczne dla
RS232 (-3...-15V dla zera logicznego i†+3...+15V dla jedynki logicznej) s¹ zamieniane na poziomy
mieszcz¹ce siÍ w†standardzie TTL
(0...0,8V dla zera logicznego
i†2,4...5V dla jedynki logicznej).
NastÍpnie poziomy TTL s¹ zamieniane na poziomy akceptowane
przez RS485. W†systemie tym stan
logiczny jest okreúlany na podstawie napiÍcia rÛønicowego pomiÍdzy liniami A†i†B. Jeúli napiÍcie
na linii A†jest wiÍksze od napiÍcia
na linii B†o†co najmniej 0,2 V, to
jest to stan logicznej jedynki, jeúli
natomiast na linii B†jest napiÍcie
wiÍksze o†co najmniej 0,2 V†niø na
linii A, to jest to stan zera
logicznego. Konwerter dodatkowo
posiada automatyczny prze³¹cznik
pomiÍdzy nadawaniem i†odbiorem,
ktÛry prze³¹cza konwerter w†tryb
nadawania tylko na czas nadawania znaku przez komputer, a†nastÍpnie prze³¹cza go w†tryb odbioru, aby nie zajmowa³ niepotrzebnie linii komunikacyjnych.
Opis uk³adu
Schemat elektryczny konwertera RS232<->RS485 przedstawiono
na rys. 2. Ze wzglÍdu na sposÛb
transmisji zgodnej czasowo z†interfejsem RS232, przedstawiony
konwerter stanowi uk³ad dopasowuj¹cy poziomy napiÍÊ odpowiadaj¹ce odpowiednim rodzajom
transmisji. Do zamiany poziomÛw
Rys. 2. Schemat elektryczny
42
Elektronika Praktyczna 6/2003
„Klocki” RS485
Rys. 3. Budowa wewnętrzna układu
MAX485
napiÍÊ od strony portu szeregowego RS232 zastosowano uk³ad
US1. Zawiera on przetwornicÍ
napiÍcia, zamieniaj¹c¹ wejúciowe
poziomy napiÍcia w†standardzie
TTL (0...5 V) na napiÍcia wymagane przez port szeregowy: -10 V
i†+10 V. Dodatkowo sygna³y podawane ze z³¹cza komputera
(-15 V, +15 V†s¹ przetwarzane na
poziomy TTL (0/5 V). Po przetworzeniu napiÍÊ, na wyjúciu
uk³adu US1 otrzymuje siÍ poziomy TTL, ktÛre nastÍpnie naleøy
przetworzyÊ na poziomy standardu RS485 (UA+UB>0,2 V, UAUB>0,2 V). Do tego celu zastosowano specjalizowany uk³ad
MAX485. Jego budowÍ wewnÍtrzn¹ przedstawiono na rys. 3.
Uk³ad ten jest przystosowany do
pracy w†trybie half-duplex. Zawiera on w†swojej strukturze odbiornik i†nadajnik linii. Wyjúcie
nadajnika jest po³¹czone z†wypro-
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów
na płytce konwertera RS232<−>RS485
Elektronika Praktyczna 6/2003
wadzeniami uk³adu scalonego
i†jednoczeúnie z†wejúciem odbiornika linii, przez co kierunek
transmisji jest okreúlany przez
stan wejúÊ DE - dla nadajnika
i†!RE - dla odbiornika. W†przedstawionym uk³adzie wejúcia te s¹
po³¹czone ze sob¹, co powoduje,
øe†podanie stanu niskiego prze³¹cza uk³ad MAX485 w†tryb odbioru, a†podanie stanu wysokiego
umoøliwia nadawanie. Aby nie
ìblokowaÊî linii, w†czasie spoczynku, gdy wszystkie uk³ady
do³¹czone do linii s¹ w†trybie
odbioru - panuj¹ na niej stany
nieustalone, ktÛre mog¹ byÊ b³Ídnie interpretowane przez odbiorniki. Aby zapobiec takiej sytuacji,
linia przesy³owa jest wstÍpnie
ustawiana w†stan jedynki logicznej przez rezystory R2...R4.
Aby nie by³o potrzebne oprogramowanie steruj¹ce trybem pracy
uk³adu MAX485, zastosowano automatyczny prze³¹cznik trybu pracy. Prze³¹cznik ten zosta³ zrealizowany na uk³adzie NE555 (US4).
Pracuje on w†trybie przerzutnika
monostabilnego, wyzwalanego sygna³em danych odbieranych z†portu szeregowego. Pojawienie siÍ
stanu niskiego na wyjúciu R1OUT
uk³adu US1 (np. bit startu) powoduje wyzwolenie monowibratora. Dioda D2 powoduje szybsze
roz³adowanie pojemnoúci kondensatora C5 i†natychmiastow¹ reakcjÍ uk³adu NE555 na sygna³ wejúciowy. W†momencie wykrycia bitu startu, na wyjúciu OUT uk³adu
US4 pojawia siÍ stan wysoki,
ktÛry prze³¹cza uk³ad MAX485
w†tryb nadawania i†umoøliwia wys³anie danych. Po wys³aniu odpowiedniego bitu nastÍpuje automatyczne prze³¹czenie uk³adu
MAX485 w†tryb odbioru. Takie
sterowanie trybem pracy umoøliwia zwolnienie linii juø w†oko³o
40 µs po zakoÒczeniu wysy³ania
danych, co jest istotne w†przypadku odczytu danych z†do³¹czonych
modu³Ûw. Po wydaniu komendy
odczytu do modu³u wykonawczego odpowiedü jest wysy³ana przez
niego juø po oko³o 100 µs.
Do zasilania zastosowano monolityczny stabilizator typu
LM7805. Kondensatory C1...C4 filtruj¹ napiÍcie zasilania, a†dioda
D1 zapobiega uszkodzeniu US3
w†przypadku pod³¹czenia napiÍcia
o†odwrotnej polaryzacji.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1: 3,9kΩ
R2, R4: 510Ω
R3: 120Ω
Kondensatory
C1, C3: 100µF/16V
C2, C4, C12: 100nF
C5, C6: 10nF
C7...C10: 10mF/16V
C11: 47mF/16V
Półprzewodniki
D1: 1N4007
D2: BAT43
US1: MAX232
US2: MAX485
US3: LM7805
US4: NE555
Różne
CON1: ARK2(5mm)
CON2: DB9 żeńskie do druku
kątowe
CON3: ARK2(5mm)
Podstawki DIP8−2 szt., DIP16−1 szt.
Montaø
Montaø naleøy rozpocz¹Ê od
elementÛw o†najmniejszych gabarytach, czyli od rezystorÛw, nastÍpnie diod. W†kolejnej fazie naleøy wlutowaÊ podstawki pod
uk³ady scalone, nastÍpnie kondensatory, stabilizator napiÍcia
i†z³¹cza CON1...CON3. P³ytka konwertera nie wymaga uruchamiania, a†prawid³owoúÊ jej dzia³ania
bÍdzie moøna sprawdziÊ dopiero
po do³¹czeniu modu³u wykonawczego. Naleøy†jedynie przygotowaÊ zasilacz o†napiÍciu wyjúciowym rÛwnym oko³o 9†V†i†kabel
zakoÒczony z³¹czami typu DB9.
Kabel musi byÊ zakoÒczony z†jednej strony z³¹czem øeÒskim, ktÛre
naleøy po³¹czyÊ ze z³¹czem portu
szeregowego w†komputerze, drugi
koniec kabla ze z³¹czem typu
mÍskiego naleøy po³¹czyÊ ze z³¹czem CON2 na p³ytce konwertera.
Do z³¹cza CON1 moøna pod³¹czyÊ
napiÍcie zasilania lub wykonaÊ to
po po³¹czeniu konwertera z†modu³em wykonawczym.
Krzysztof P³awsiuk, AVT
[email protected]
Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostÍpne w Internecie
pod adresem: http://www.ep.com.pl/
?pdf/czerwiec03.htm oraz na p³ycie
CD-EP7/2003B w katalogu PCB.
43
„Przedłużacz” do Pcyfrowego
R O J toru
E K audio
T Y
„Przedłużacz”
do cyfrowego toru audio
AVT−514R
AVT−514OC
AVT−514CO
Do zalet transmisji sygna³u
audio w postaci cyfrowej nie
trzeba przekonywaÊ. W†ten
sposÛb moøna przesy³aÊ
sygna³ bez ryzyka zwiÍkszenia
poziomu szumÛw lub
wyst¹pienia przydüwiÍku, ale
zazwyczaj na niewielkie
odleg³oúci.
Rekomendacje: przystawka
dla wszystkich audiofilÛw
umoøliwiaj¹ca przesy³anie na
wiÍksze odleg³oúci sygna³Ûw
pomiÍdzy urz¹dzeniami
tworz¹cymi zestaw audio.
W†urz¹dzeniach audio do przesy³ania cyfrowych danych wykorzystywany jest przewÛd koncentryczny lub úwiat³owÛd, ktÛry zapewnia duø¹ odpornoúÊ sygna³u na
zak³Ûcenia zewnÍtrzne. Wiele dostÍpnych urz¹dzeÒ audio umoøliwia przes³anie danych úwiat³owodem na odleg³oúÊ nieprzekraczaj¹c¹
10 m. Niekiedy potrzebne jest
przes³anie sygna³u audio na wiÍksz¹ odleg³oúÊ, np. z†oddalonego
komputera do pomieszczenia,
w†ktÛrym znajduje siÍ zestaw audio. Po³¹czenie zwyk³ym przewodem ekranowanym na pewno nie
zapewni jakoúci düwiÍku, jak¹
otrzymuje siÍ przesy³aj¹c düwiÍk
cyfrowo. Dystans przesy³anego
úwiat³owodem sygna³u†moøna
w†prosty sposÛb zwiÍkszyÊ, stosuj¹c dodatkowy regenerator. Jego
dzia³anie polega na odbieraniu sygna³u ze úwiat³owodu, wzmacnianiu
go oraz przes³aniu dalej. Zastosowanie regeneratora powoduje radykalne zwiÍkszenie odleg³oúci, na
jak¹ mog¹ byÊ przesy³ane úwiat³owodem cyfrowe sygna³y audio.
Regenerator (AVT-514R)
Schemat elektryczny regeneratora przedstawiono na rys. 1.
Sygna³ ze úwiat³owodu odbierany
Elektronika Praktyczna 6/2003
jest przez odbiornik optyczny U2
i†przechodzi dalej przez inwertery
U3A, U3B. Dodatkowe inwertery
poprawiaj¹ zbocza odbieranego
sygna³u. Sygna³ po przejúciu przez
inwertery podawany jest do nadajnika optycznego U4. Rezystor
R1 ogranicza pr¹d p³yn¹cy przez
diodÍ zawart¹ w†nadajniku U4.
Elementy U2 oraz U4 zastosowane
w†regeneratorze umoøliwiaj¹ przes³anie sygna³u na odleg³oúÊ nieprzekraczaj¹c¹ 10 metrÛw. Prostownik B1 zapewnia odpowiedni¹ polaryzacjÍ napiÍcia zasilaj¹cego, natomiast stabilizator U1
zapewnia jego odpowiedni¹ wartoúÊ (5 V). Rezystor R2 ogranicza
pr¹d diody D1, ktÛra jest wskaünikiem napiÍcia zasilania. Pozosta³e elementy filtruj¹ napiÍcie
zasilaj¹ce regenerator.
Na rys. 2 przedstawiono schemat montaøowy p³ytki drukowanej. Z†montaøem regeneratora nie
powinno byÊ øadnych problemÛw.
Po zmontowaniu uk³ad jest od
razu gotowy do pracy. Do zasilania regeneratora moøna uøyÊ
dowolnego z†dostÍpnych na rynku
zasilaczy wtyczkowych o†napiÍciu
wyjúciowym 12...16 VDC lub 8...12
VAC oraz o†wydajnoúci pr¹dowej
nie mniejszej niø 100 mA. P³ytka
37
„Przedłużacz” do cyfrowego toru audio
Rys. 1. Schemat elektryczny regeneratora
regeneratora zosta³a zwymiarowana pod obudowÍ Z24A. Przed
umieszczeniem uk³adu w†obudowanie naleøy úci¹Ê rogi p³ytki
w†miejscach zaznaczonych kreskowan¹ lini¹. Po takim zabiegu
p³ytka powinna bez problemu
mieúciÊ siÍ w†obudowie (fot. 3),
w†ktÛrej naleøy jeszcze wyci¹Ê
otwory na z³¹cza oraz diodÍ LED.
ObudowÍ regeneratora moøna odpowiednio oznaczyÊ naklejkami
informuj¹cych o†wyjúciach oraz
wejúciach úwiat³owodu.
Konwerter S/PDIF
Optical->Coaxial
(AVT-514OC)
Wiele urz¹dzeÒ audio jest wyposaøonych w†cyfrowe wejúcia
oraz wyjúcia, przy czym wystÍpuj¹ zazwyczaj dwa rodzaje po³¹czeÒ: optyczne oraz koaksjalne,
przy ktÛrym wykorzystywany jest
przewÛd koncentryczny 75 Ω. NiektÛre urz¹dzenia audio umoøli-
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów
na płytce regeneratora
38
wiaj¹ stosowanie po³¹czenia zarÛwno poprzez przewÛd koncentryczny, jak i†úwiat³owÛd, ale istniej¹ teø takie, ktÛre pozwalaj¹
na stosowanie tylko jednego
z†nich. Problem powstaje, gdy
posiadamy jedno urz¹dzenie przystosowane do po³¹czeÒ koaksjalnych, a†drugie optycznych. Rozwi¹zaniem tego problemu bÍdzie
prosty konwerter Optical->Coaxial.
Prezentowany konwerter Optical>Coaxial wraz z†opisanym dalej
konwerterem Coaxial->Optical,
moøe s³uøyÊ do zamiany po³¹czeÒ
z†koncentrycznych na optyczne
oraz odwrotnie. Jeøeli urz¹dzenia
bÍd¹ oferowa³y po³¹czenie typu
coaxial, to bez problemu za pomoc¹ konwerterÛw bÍdzie moøna
zamieniÊ po³¹czenie na optyczne
i†odwrotnie. Gdy sygna³ bÍdzie
transmitowany úwiat³owodem na
Rys. 3. Widok zmontowanego
regeneratora
odleg³oúÊ wiÍksz¹ od 10 m, to
bÍdzie konieczne zastosowanie dodatkowego regeneratora.
Dzia³anie konwertera Optical>Coaxial jest bardzo proste i†polega jedynie na odbieraniu sygna³u, jego wzmacnianiu oraz konwertowaniu do postaci zgodnej
z†po³¹czeniem coaxial. W†po³¹czeniu coaxial ìzeroî jest reprezentowane przez napiÍcie -0,5 V,
a†ìjedynkaî przez +0,5 V. Zastosowanie konwertera radykalnie
zwiÍkszy funkcjonalnoúÊ domowych czy komputerowych urz¹dzeÒ audio.
Schemat ideowy konwertera
Optical->Coaxial pokazano na rys.
4. Sygna³ ze úwiat³owodu jest
odbierany przez odbiornik optyczny U2, z†wyjúcia ktÛrego przechoWYKAZ ELEMENTÓW
Regenerator
Rezystory
R1: 8,2kΩ
R2: 470Ω
Kondensatory
C1: 100µF/16V
C2, C3, C4: 100nF
C5: 47µF/16V
Półprzewodniki
U1: 78L05
U2: TORX173
U3: 74HC04
U4: TOTX173
D1: LED 3mm zielona
B1: mostek prostowniczy 1A
okrągły:
Różne
L1: dławik 47µH
Z1: złącze zasilające do druku
Obudowa Z24A
Elektronika Praktyczna 6/2003
„Przedłużacz” do cyfrowego toru audio
Rys. 4. Schemat elektryczny konwertera, kabel optyczny−koncentryczny
dzi przez inwertery U3A - U3F.
Poprawiaj¹ one ìkszta³tî odbieranego sygna³u. Po³¹czone rÛwnolegle inwertery U3B...F zwiÍkszaj¹
wydajnoúÊ pr¹dow¹ wyjúcia.
W†obwodzie z†elementami C6, R1,
R3 zamieniany jest poziom sygna³u do akceptowanego przez po³¹czenie typu coaxial. Mostek B1
prostuje napiÍcie zasilaj¹ce, natomiast stabilizator U1 utrzymuje je
na poziomie 5V. Rezystor R2
ogranicza pr¹d diody D1, ktÛra
jest wskaünikiem napiÍcia zasilania. Pozosta³e elementy s¹ filtrem
napiÍcia zasilaj¹cego konwerter.
Na rys. 5 przedstawiono schemat montaøowy p³ytki drukowanej. Po zmontowaniu uk³ad jest
gotowy do pracy. Do zasilania
konwertera moøna zastosowaÊ zasilacz wtyczkowy o†napiÍciu wyjúciowym 12...16 VDC lub 8...12
VAC oraz wydajnoúci pr¹dowej
nie mniejszej niø 100 mA. P³ytka
konwertera zosta³a zwymiarowana
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów
na płytce konwertera
Elektronika Praktyczna 6/2003
pod obudowÍ Z24A (fot. 6). Przed
umieszczeniem uk³adu w†obudowie naleøy úci¹Ê rogi p³ytki w†zaznaczonych miejscach. Po takim
zabiegu p³ytka powinna bez problemu mieúciÊ siÍ w†obudowie,
w†ktÛrej naleøy jeszcze wyci¹Ê
otwory na z³¹cza oraz diodÍ LED.
ObudowÍ konwertera moøna odpowiednio oznaczyÊ naklejkami informuj¹cych o†wyjúciach oraz wejúciach do³¹czanych przewodÛw.
Konwerter S/PDIF
Coaxial->Optical
(AVT-514CO)
Konwerter Coaxial->Optical nie
rÛøni siÍ wiele od przedstawionego wczeúniej konwertera Optical>Coaxial. Przeznaczenie tego konwertera jest takie samo, z†t¹ rÛønic¹, øe zamienia on sygna³ z†kabla koncentrycznego na optyczny.
Rys. 6. Widok zmontowanego
konwertera
Dzia³anie konwertera Coaxial
->Optical polega na przekszta³caniu sygna³Ûw zgodnych z†coaxial
na sygna³y akceptowane przez
nadajnik optyczny.
Schemat elektryczny konwertera Coaxial->Optical zamieszczono
na rys. 7. Poziomy sygna³u pochodz¹ce z†wejúcia coaxial (Z2)
zamieniane s¹ w†obwodzie z†elementami C4, R4, R5 oraz inwertery U3E i†U3D na akceptowane
przez nadajnik optyczny U2. Inwerter U3E wraz z†R3 jest wzmacniaczem, natomiast U3D poprawia
parametry wzmocnionego sygna³u
podawanego na nadajnik U2. Rezystor R1 ogranicza pr¹d p³yn¹cy
WYKAZ ELEMENTÓW
Konwerter S/PDIF
Optical−>Coaxial
Rezystory
R1: 360Ω
R2: 470Ω
R3: 91Ω
Kondensatory
C1: 100µF/16V
C2, C3, C4: 100nF
C5: 47µF/16V
C6: 150nF
Półprzewodniki
U1: 78L05
U2: TORX173
U3: 74HC04
D1: LED 3mm zielona
B1: mostek prostowniczy 1A
okrągły
Różne
L1: dławik 47µH
Z1: złącze zasilające do druku
Z2: gniazdo CINCH do druku
Obudowa Z24A
39
„Przedłużacz” do cyfrowego toru audio
Rys. 7. Schemat elektryczny konwertera kabel koncentryczny−optyczny
przez diodÍ zawart¹ w†nadajniku
U2. Mostek B1 prostuje napiÍcie
zasilaj¹ce, natomiast stabilizator
U1 utrzymuje je na poziomie 5†V.
Rezystor R2 ogranicza pr¹d diody
D1, ktÛra jest wskaünikiem napiÍcia zasilania. Pozosta³e†elementy
filtruj¹ napiÍcie zasilaj¹ce konwerter.
Na rys. 8 przedstawiono schemat montaøowy p³ytki drukowanej. Montaø bÍdzie przebiega³ podobnie jak konwertera Optical>Coaxial. Zalecany zasilacz oraz
Rys. 8. Rozmieszczenie elementów
na płytce konwertera
40
przebieg montaøu uk³adu w†obudowie Z24A (fot. 9) jest taki sam
jak zalecany dla poprzedniego
konwertera. Takøe dla tego konwertera obudowÍ proponujÍ oznaczyÊ naklejkami informuj¹cymi
o†wyjúciach oraz wejúciach do³¹czanych przewodÛw.
Marcin Wi¹zania
Rys. 9. Widok zmontowanego
konwertera
WYKAZ ELEMENTÓW
Konwerter S/PDIF
Coaxial−>Optical
Rezystory
R1: 8,2kΩ
R2: 470Ω
R3: 22kΩ
R4: 75Ω
R5: 100Ω
Kondensatory
C1: 100µF/16V
C2, C3: 100nF
C4: 10nF
C5: 47µF/16V
Półprzewodniki
U1: 78L05
U2: TOTX173
U3: 74HC04
D1: LED 3mm zielona
B1: mostek prostowniczy 1A
okrągły
Różne
Z1: złącze zasilające do druku
Z2: gniazdo CINCH do druku
Obudowa Z24A
Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostÍpne w Internecie
pod adresem: http://www.ep.com.pl/
?pdf/czerwiec03.htm oraz na p³ycie
CD-EP7/2003B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 6/2003
Dekoder−sterownik 7−segmentowego wyświetlacza
P R O J LCD
E w
K VHDL
T Y
Dekoder−sterownik
7−segmentowego
wyświetlacza LCD
w VHDL
Do podjÍcia tego tematu
zachÍci³ mnie post na
pl.misc.elektronika, w†ktÛrym
jeden z†grupowiczÛw zwrÛci³
uwagÍ na pewien problem
przy opisie uk³adu w†jÍzyku
VHDL - przypisanie
jednobitowego sygna³u do
wielobitowego wektora. Przy
okazji przedstawiamy
przydatny, aczkolwiek niezbyt
czÍsto stosowany
w†praktycznych aplikacjach
blok funkcjonalny, ktÛry dziÍki uniwersalnemu jÍzykowi
opisu - moøna traktowaÊ jak
klasyczny blok IP (Intellectual
Property core).
Rekomendacje: modu³ IP
przydatny we wszelkiego
rodzaju aplikacjach,
w†ktÛrych zastosowano
klasyczne, 7-segmentowe
wyúwietlacze LCD.
Dekoder-sterownik opisany
w†artykule by³ kilkakrotnie sygnalizowany przez CzytelnikÛw, ale
ze wzglÍdu na jego podobieÒstwo
do scalonego dekodera-sterownika
7-segmentowych wyúwietlaczy
LED typu 4543 (uk³ad z†serii
CMOS) nie zamierza³em siÍ nim
zajmowaÊ. Nies³usznie - w†budowie tego uk³adu tkwi ìkruczekî,
ktÛry sprawia sporo k³opotÛw pocz¹tkuj¹cym konstruktorom korzystaj¹cym z†VHDL.
Wyúwietlacze LCD-TN
LCD to akronim pochodz¹cy
od Liquid Crystal Display, co
oznacza wyúwietlacz ciek³okrystaliczny. Ciek³e kryszta³y posiadaj¹
Rys. 1. Przekrój ilustrujący budowę klasycznego wyświetlacza LCD
Elektronika Praktyczna 6/2003
fizyczne w³asnoúci zarÛwno cia³a
sta³ego, jak i†p³ynu. Jedn¹ z†ich
w³aúciwoúci jest to, øe zmieniaj¹
one swoje po³oøenie w†zaleønoúci
od przy³oøonego napiÍcia (w zasadzie od natÍøenia pola elektrycznego pomiÍdzy ok³adkami
ìkondensatoraî, w†ktÛrym dielektrykiem jest ciek³y kryszta³).
Ciek³e kryszta³y w†wyúwietalczach stosuje siÍ najczÍúciej w†postaci cienkiej warstwy umieszczonej miÍdzy dwiema szklanymi
p³aszczyznami, ktÛre spe³niaj¹ rolÍ elektrod (rys. 1). Oddzia³ywania powierzchniowe miÍdzy cz¹steczkami ciek³ego kryszta³u a†materia³em elektrod powoduj¹ powstanie okreúlonego u³oøenia (tekstury) cz¹steczek w†warstwie ciek³okrystalicznej. SpoúrÛd wielu
znanych tekstur molekularnych
ciek³ych kryszta³Ûw najwaøniejsze
s¹: tekstura planarna, charakteryzuj¹ca siÍ rÛwnoleg³ym u³oøeniem
cz¹stek ciek³ego kryszta³u w†stosunku do p³aszczyzny elektrod
i†tekstura homeotropowa - o†prostopad³ym uk³adzie cz¹steczek.
Bardzo waøn¹ odmian¹ tekstury
planarnej jest konfiguracja TN
(Twisted Nematics), czyli tzw.
skrÍconego nematyka, ktÛra charakteryzuje siÍ skrÍceniem osi
31
Dekoder−sterownik 7−segmentowego wyświetlacza LCD w VHDL
Rys. 2. Zasada działania wyświetlaczy LCD−TN
Rys. 3. Włączenie segmentu wyświetlacza LCD wymaga wysterowania
elektrody backplane sygnałem o przeciwnej fazie niż sygnału sterującego
segment
cz¹steczek rÛwnolegle u³oøonych
przy obu powierzchniach o†k¹t 90
lub 45o (rys. 2). StrukturÍ skrÍconego nematyka moøna uzyskaÊ
ze zwyczajnych prÍtopodobnych
cz¹steczek. Wymaga to jednak
specjalnej obrÛbki powierzchni
p³ytek szklanych. Ich powierzchniÍ pokrywa siÍ cienk¹, przezroczyst¹ warstewk¹ polimeru i†poleruje w†jednym kierunku. PrÍtopodobne cz¹steczki ustawiaj¹ siÍ
zgodnie z kierunkiem polerowania. Jeøeli drug¹ szklan¹ p³ytkÍ
wypolerowan¹ analogicznie przekrÍcimy o†90o i†miÍdzy te p³ytki
wprowadzimy ciek³y kryszta³ nematyczny, to przyjmie on strukturÍ skrÍcon¹ o†90o. Taka struktura skrÍca p³aszczyznÍ polaryzacji úwiat³a o 90o. Jeøeli powierzchnie p³ytek szklanych pokryjemy
cienk¹, przezroczyst¹ warstw¹
przewodz¹c¹, to mamy moøliwoúÊ
wytworzenia pola elektrycznego
pomiÍdzy ok³adzinami ìkondensatoraî. PrÍtopodobne cz¹steczki bÍd¹ siÍ ustawia³y zgodnie z†liniami
si³ pola elektrycznego, prostopadle do powierzchni szk³a.
Jeøeli przygotowane p³ytki
z†warstw¹ przewodz¹c¹ (rys. 1),
32
warstw¹ orientuj¹c¹ i†warstw¹
skrÍconego nematyka wstawimy
miÍdzy skrzyøowane polaryzatory
(rys. 2), to úwiat³o bia³e przejdzie
przez gÛrny polaryzator jako spolaryzowane, w†warstwie skrÍconego nematyka kierunek drgaÒ ulegnie skrÍceniu o†90o i†padaj¹c na
drugi skrzyøowany polaryzator, bÍdzie mia³o kierunek drgaÒ zgodny
z†dolnym polaryzatorem. Zostanie
wiÍc przepuszczone. Po przy³oøeniu napiÍcia, cz¹steczki bia³ego
kryszta³u ustawi¹ siÍ prostopadle
do powierzchni szk³a i†polaryzatorÛw. Nie bÍd¹ skrÍca³y p³aszczyzny polaryzacji úwiat³a. Zostanie wiÍc ono zatrzymane przez
drugi, dolny polaryzator.
W³aúciwoúci ciek³ych kryszta³Ûw pozostaj¹ w†úcis³ym zwi¹zku
z†ich budow¹ chemiczn¹. NajogÛlniej moøna powiedzieÊ, øe s¹ to
substancje, ktÛrych cz¹steczki
o†wyd³uøonych kszta³tach maj¹
charakter polarny, tzn. w†ich moleku³ach wystÍpuje nierÛwnomierny rozk³ad ³adunku elektrycznego.
Cz¹steczki o†takich w³aúciwoúciach bÍd¹ reagowa³y na pole
elektryczne.
WspÛ³czeúnie produkowane
wyúwietlacze LCD, ze wzglÍdu na
s³ab¹ odpornoúÊ stosowanych ciek³ych kryszta³Ûw na d³ugotrwa³¹
polaryzacjÍ napiÍciem sta³ym (polem elektrycznym o†sta³ym, doúÊ
duøym natÍøeniu i†kierunku), wymagaj¹ sterowania impulsowego.
Polega ono na przy³oøeniu do
wspÛlnej elektrody wszystkich
segmentÛw (backplane) sygna³u
prostok¹tnego o†czÍstotliwoúci
30...300 Hz i†napiÍciu o†wartoúci
2...5 V. Maksymalna wartoúÊ napiÍcia sta³ego polaryzuj¹cego segmenty zazwyczaj nie moøe byÊ
wiÍksza od 50 mV. Wyúwietlacze
LCD-TN s¹ stosunkowo wolne w†temperaturze 25 oC czas w³¹czania segmentu wynosi co najmniej 60 ms, natomiast czas
wy³¹czania zazwyczaj nie jest
krÛtszy niø 80 ms.
Dzieło przypadku
Ciekłe kryształy, podobnie do większości wynalazków, odkryto
przez przypadek. W 1888 roku austriacki botanik Friedrich
Reinitzer badał, jaką rolę odgrywa w roślinach cholesterol.
W jednym z eksperymentów wystawił on badany materiał na
działanie ciepła, przy czym odkrył, że kryształ w temperaturze
145oC staje się mętnym płynem, zaś przy 179oC przechodzi
całkowicie w stan płynny. W dwa lata później, w Karlsruhe,
niemiecki fizyk Otto Lehman wprowadza pojęcie: ciekły
kryształ, stwierdzając ich specyficzną strukturę fazową.
Ponownie do substancji o właściwościach ciekłych kryształów
wrócono w latach sześćdziesiątych XX wieku, kiedy Ameryka−
nin James L. Ferguson stwierdził, iż ciekłe kryształy można
zastosować jako wskaźniki temperatury, zaś George Heilmeier
z Princeton odkrył zjawisko tzw. zakłóceń dynamicznych
światła przechodzącego przez ciekły kryształ w polu
elektrycznym. Jego publikacje z roku 1968 można uznać za
początek technicznego zastosowania ciekłych kryształów.
Elektronika Praktyczna 6/2003
Dekoder−sterownik 7−segmentowego wyświetlacza LCD w VHDL
W†opisie architektury dekodera
znajduj¹cym siÍ po deklaracji jednostki entity zastosowano instrukcjÍ selekcjonuj¹c¹ przypisania
with...select, dla ktÛrej szablonem
wyraøeÒ selekcjonuj¹cych jest 4bitowy wektor din. Wektor segm
jest zadeklarowany jako pomocniczy sygna³ wewnÍtrzny (za pomoc¹ deklaracji signal segm: std_logic_vector(6 downto 0)) i†odpowiada on sygna³om a...g_stat, poRys. 4. Schemat blokowy dekodera
kazanym na rys. 4†i†5. WykorzysBCD−> 7 segmentów
tanie instrukcji with...select wyWidoczne (ìw³¹czoneî) segmaga zdefiniowania odpowiedzi
menty wyúwietlacza musz¹ byÊ
uk³adu na wszystkie moøliwe warsterowane napiÍciem o†takiej satoúci wyraøenia selekcjonuj¹cego,
mej wartoúci, lecz fazie odwrÛw†zwi¹zku z†czym jako ostatni¹
conej o†180 o. Do segmentÛw, ktÛtrzeba zastosowaÊ klauzulÍ
re maj¹ byÊ niewidoczne (ìwyì0000000î when others - bez niej
³¹czoneî), naleøy przy³oøyÊ nakompilacja siÍ nie uda. Za³oøono,
piÍcie o†takiej samej
øe wyúwietlacz bÍdzie wyamplitudzie i†fazie, jak
³¹czony (øaden segment nie
Narzędzia za darmo
przy³oøone do elektrobÍdzie widoczny) dla koWszyscy liczący się producenci układów
dy wspÛlnej. Na rys. 3
dÛw wejúciowych powyøej
programowalnych udostępniają do celów
pokazano przebiegi ste9 (1001), czyli dekoder jest
edukacyjnych bezpłatne narzędzia do
ruj¹ce dwoma segmenprzeznaczony
wy³¹cznie do
projektowania. Pomimo tego, że są
tami wyúwietlacza
wyúwietlania
cyfr z†zakreudostępniane za darmo, ich funkcjonalność
LCD: jeden z†nich jest
su
0...9.
Nic
nie stoi na
jest porównywalna z narzędziami komercyjny−
w³¹czony, drugi wy³¹przeszkodzie,
aby
w†razie
mi i bez trudu można za ich pomocą
czony.
takiej
potrzeby
samodzielwykonać także zaawansowane projekty.
nie zdefiniowaÊ znaki o†koOpis projektu
dach A...Fh (dziesiÍtnie
Bior¹c pod uwagÍ wymagania
Sterowane inwertery moøna zre10...15), czego przyk³ad pokazano
stawiane sterownikom przez wyalizowaÊ na wiele sposobÛw, spona list. 2. Naleøy zwrÛciÊ uwagÍ,
úwietlacze LCD-TN, musimy zaúrÛd ktÛrych najodpowiedniejszym
øe pomimo jawnego zadeklarowaprojektowaÊ dekoder, na wyjúciach
dla celÛw tego projektu s¹ bramki
nia wszystkich wartoúci wektora
ktÛrego bÍd¹ wystÍpowa³y sygna³y
Ex-OR po³¹czone w†sposÛb pokasteruj¹ce poszczegÛlnymi segmenzany na rys. 5. Wejúciowy sygna³
List. 1. Przykładowy opis w języku
tami wyúwietlacza i†- oczywiúcie
clk po³¹czony bezpoúrednio z†wyjVHDL dekodera−sterownika 7−
- elektrod¹ wspÛln¹ (backplane). úciem bp jest podawany na jedno
segmentowego wyświetlacza LCD
library IEEE;
Dla przyk³adu skupimy siÍ na
z†wejúÊ kaødej z†bramek Ex-OR,
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
zaprojektowaniu dekodera dla
natomiast na kaøde drugie wejúcie
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ciek³okrystalicznego wyúwietlacza
jest podawany sygna³ z†dekodera
entity lcd_dek is port (
din: in std_logic_vector(3 downto 0);
BCD->7 segmentÛw (a...g_stat).
clk: in std_logic;
bp: inout std_logic;
W†zaleønoúci od stanÛw na tych
segm_o: out std_logic_vector(6 downto 0)
);
wejúciach, na wyjúciach bramek
end lcd_dek;
wyst¹pi¹ przebiegi prostok¹tne bÍarchitecture ar_dyn of lcd_dek is
d¹ce w†fazie z†sygna³em clk (jeøeli
signal segm: std_logic_vector(6 downto 0);
na odpowiednim wejúciu a...g_stat
begin
with din select
jest logiczne ì0î) - wtedy tak
-gfedcba
segm <= "0111111" when "0000", -- 0
sterowany segment nie jest w³¹"0000110" when "0001", -- 1
"1011011" when "0010", -- 2
czony, lub w†przeciwfazie (jeøeli
"1001111" when "0011", -- 3
"1100110" when "0100", -- 4
na odpowiednim wejúciu a...g_stat
"1101101" when "0101", -- 5
jest logiczna ì1î), co powoduje
"1111101" when "0110", -- 6
"0000111" when "0111", -- 7
w³¹czenie segmentu.
"1111111" when "1000", -- 8
7-segmentowego. Jego
schemat blokowy pokazano na rys. 4. Jak
widaÊ, sk³ada siÍ on
z†dwÛch blokÛw:
- standardowego transkodera kodu BCD na kod
wskaünika 7-segmentowego (z wyjúciami aktywnymi w†stanie ì1î),
- zespo³u sterowanych
inwerterÛw, ktÛre odwracaj¹ fazÍ sygna³Ûw
steruj¹cych segmentami
o†180o w†stosunku do sygna³u
zasilaj¹cego backplane w†przypadku, gdy wybrane segmenty
maj¹ byÊ w³¹czone, lub
powtarzaj¹cych sygna³ backplane
- w†przypadku, gdy sterowane
segmenty maj¹ byÊ wy³¹czone.
Jak to zrobiÊ w†VHDL-u?
Rys. 5. Jednym z możliwych
rozwiązań sterowanego inwertera
jest zastosowanie bramek Ex−OR
Elektronika Praktyczna 6/2003
Przejdümy do pokazania sposobu zapisania w†jÍzyku VHDL
dekodera zbudowanego zgodnie
ze schematem blokowym z†rys. 4.
Jeden z†moøliwych wariantÛw opisu pokazano na list. 1.
"1101111" when "1001",
"0000000" when others;
segm_o(0)
segm_o(1)
segm_o(2)
segm_o(3)
segm_o(4)
segm_o(5)
segm_o(6)
<=
<=
<=
<=
<=
<=
<=
segm(0)
segm(1)
segm(2)
segm(3)
segm(4)
segm(5)
segm(6)
xor
xor
xor
xor
xor
xor
xor
-- 9
-- wygaszenie
bp;
bp;
bp;
bp;
bp;
bp;
bp;
bp <= clk;
end ar_dyn;
33
Dekoder−sterownik 7−segmentowego wyświetlacza LCD w VHDL
List. 2. Przykładowa modyfikacja
programu z list. 1, dzięki której
dekodowane są także wektory
wejściowe A...Fh
-gfedcba
-- ............................
"1111111" when "1000", -- 8
"1101111" when "1001", -- 9
"1110111" when "1010", -- kod
"1111100" when "1011", -- kod
"0111001" when "1100", -- kod
"1011110" when "1101", -- kod
"1111001" when "1110", -- kod
"1110001" when "1111", -- kod
"0000000" when others;
10
11
12
13
14
15
-
znak
znak
znak
znak
znak
znak
"A"
"b"
"C"
"d"
"E"
"F"
din nadal jest stosowana klauzula
when others. Wynika to z†faktu,
øe kompilatory rozpoznaj¹ takøe
inne stany niø ì0î i†ì1î (m.in.
s³abe zero i†s³ab¹ jedynkÍ, stan
wysokiej impedancji itp.) na wejúciach din, dla ktÛrych zadeklarowano typ std_logic_vector.
W†dalszej czÍúci list. 1†znajduje siÍ opis sterowanego inwertera, wykonanego na bramkach
Ex-OR. W†jego opisie pojawia siÍ
w³aúnie problem, o†ktÛrym wspomnia³em na wstÍpie - chodzi
o†zapisanie sumy Ex-OR pomiÍdzy 7-bitowym wektorem sk³adaj¹cym siÍ z†sygna³Ûw steruj¹cych
segmentami wyúwietlacza a†1-bitowym sygna³em clk. NiektÛre
syntezery VHDL (niezgodnie
z†obowi¹zuj¹cymi w†VHDL normami) pozwalaj¹ na przeci¹øanie
operatorÛw logicznych (w tym
xor) w†taki sposÛb, øe moøliwy
by³by zapis segm_o <= segm xor
bp - domyúlnie jest implementowane siedem sum logicznych dla
kaødego sygna³u z†wektora segm
z†sygna³em bp. Standardowo operatory logiczne s¹ przeznaczone
do wykonywania operacji na wektorach o†jednakowej d³ugoúci, ktÛra moøe byÊ wiÍksza od 1 bitu
- przyk³ad pokazano na list. 3.
Język VHDL uchodzi za jeden z bardziej skomplikowanych
języków opisu sprzętu (HDL − Hardware Description
Language). Pomimo dość rygorystycznych reguł formalnych
obowiązujących podczas pisania programu, język ten
charakteryzuje się znaczną uniwersalnością, co w praktyce
oznacza, że dobrze przygotowany opis bloku funkcjonalnego
będzie można “wbudować” zarówno w układy PLD, jak i ASIC
pochodzące od różnych producentów. Niebagatelne znaczenie
dla projektantów systemów cyfrowych ma fakt, że podzbiór
języka VHDL, który jest obsługiwany przez programy do
syntezy logicznej, jest niewielki i stosunkowo łatwy do
nauczenia się.
Istotną cechą VHDL−a jest możliwość opisywania projektowa−
nego układu na wiele sposobów m.in.: przepływowy (RTL −
do którego sprowadzane są inne), behawioralny (opis
zachowania się bloku w zależności od sygnałów zewnętrznych
i wewnętrznych) czy też strukturalny (zwykle hierarchiczny
opisujący budowę układu).
Niestety, taki zapis, podobnie do
pokazanego na list. 1, nie jest
zbyt wygodny, zw³aszcza gdy
d³ugoúÊ XOR-owanego wektora
jest duøa. Jakakolwiek zmiana
w†tej funkcji wymusza koniecz-
noúÊ modyfikowania wielu miejsc
programu, co jest czasoch³onne
i†moøe byÊ przyczyn¹ b³Ídu. Na
list. 4 pokazano uproszczony zapis wielobitowej funkcji Ex-OR,
w†ktÛrej d³ugoúÊ wektora moøna
List. 3. Alternatywny w stosunku
do pokazanego na list. 1 sposób
zapisu wielobitowej sumy Ex−OR
-- ................
bp_int(0) <= bp;
bp_int(1) <= bp;
bp_int(2) <= bp;
bp_int(3) <= bp;
bp_int(4) <= bp;
bp_int(5) <= bp;
bp_int(6) <= bp;
segm_o <= segm xor bp_int;
-- ................
List. 4. Alternatywny, najbardziej
elastyczny, zapis wielobitowej
sumy Ex−OR, ścisłego
odpowiednika zapisu z list. 1
-- ................
mb_xor: for i in 0 to 6 generate
segm_o(i) <= segm(i) xor bp;
end generate;
-- ................
34
Rys. 6. Jednym z mniej znanych narzędzi projektowych jest zdalny
kompilator WebFitter udostępniony bezpłatnie przez firmę Xilinx
Elektronika Praktyczna 6/2003
Dekoder−sterownik 7−segmentowego wyświetlacza LCD w VHDL
swobodnie regulowaÊ za pomoc¹
wartoúci parametru i. Utworzono
j¹ za pomoc¹ instrukcji powielania generate. Zapis pokazany na
list. 4†jest úcis³ym odpowiednikiem opisu zastosowanego na
list. 1.
Implementacja
DziÍki zastosowaniu jako jÍzyka opisu sprzÍtu VHDL-a,
z†prezentowanego projektu mog¹
skorzystaÊ uøytkownicy dowolnej rodziny uk³adÛw PLD.
Dekoder zajmuje 8†makrokomÛrek w†uk³adach SPLD/CPLD
(zmieúci siÍ wiÍc nawet w†uk³adzie GAL22V10 lub GAL16V8 po niewielkiej modyfikacji). Projekt by³ testowany na p³ytce
ewaluacyjnej opisanej w†EP9/
2002, na ktÛrej znajduje siÍ
Elektronika Praktyczna 6/2003
uk³ad XC95108 (programowany
w†systemie CPLD ze 108 makrokomÛrkami). Dla wszystkich sygna³Ûw jest niezbÍdne 13 wyprowadzeÒ (5 wejúÊ i†8†wyjúÊ).
Plik z†opisem projektu (list. 1)
skompilowano za pomoc¹ bezp³atnych pakietÛw narzÍdziowych:
Max+Plus II Student Edition (obs³uguje VHDL), Quartus II 2.2
Web Edition - obydwa firmy
Altera i†WebPack ISE 4.2 firmy
Xilinx.
Ma³o znanym, lecz rÛwnie
skutecznym jak narzÍdzia stacjonarne (instalowane na komputerze uøytkownika), jest zdalny
internetowy kompilator firmy Xilinx - WebFitter (dostÍpny po
zarejestrowaniu pod adresem:
http://www.xilinx.com/xlnx/
xil_prodcat_landingpage.jsp?tit-
le=WebFITTER). Za jego pomoc¹
moøna skompilowaÊ prezentowany projekt do postaci *.jed, czyli
wynikowej, przeznaczonej do
programowania uk³adu docelowego. WebFitter generuje wszystkie niezbÍdne raporty, pozwala
takøe kompilowaÊ projekty hierarchiczne. Widoki kilku okien
pracuj¹cego WebFittera pokazano
na rys. 6.
Piotr Zbysiñski, AVT
[email protected]
Projekty dla systemu WebPack ISE 4.2 wraz z†kodami
ürÛd³owym trzech wersji projektu
s¹ dostÍpne na stronie internetowej www.ep.com.pl w†dziale
Download>Dokumentacje. Publikujemy je takøe na p³ycie CDEP7/2003B.
35
PHANTOM
P −R dekoder
O J E surround
K T Y
PHANTOM
Dekoder surround,
część 1
DüwiÍk dookÛlny jest coraz
czÍúciej wykorzystywany
w†sprzÍcie audio
powszechnego uøytku. Nie
oznacza to jednak, øe
uøytkownicy wiedz¹, i†maj¹
gdzie siÍ dowiedzieÊ, na
czym polega dzia³anie
dekoderÛw surround i†jakie
posiadaj¹ one moøliwoúci.
Mamy nadziejÍ, øe
prezentowany projekt pomoøe
w†wyjaúnieniu najczÍstszych
w¹tpliwoúci.
Rekomendacje: projekt
polecamy wszystkim
audiofilom-mi³oúnikom
eksperymentÛw z†düwiÍkiem,
ktÛrych wymagaÒ nie
spe³niaj¹ standardowe
dekodery surround.
Elektronika Praktyczna 6/2003
Posiadaj¹c stacjonarny odtwarzacz DVD bez wbudowanego dekodera oraz amplituner stereo,
postanowi³em zbudowaÊ analogowy dekoder surround kompatybilny z†analogowym systemem kodowania düwiÍku Dolby Surround.
Jest to dekoder niepe³ny, poniewaø nie dekoduje kana³u centralnego. Dekoder surround odtwarzaj¹cy kana³ centralny przez dwa
g³oúniki jest nazywany Phantom.
Poniewaø zdobycie uk³adu scalonego bÍd¹cego dekoderem Dolby
Surround Pro Logic by³o niemoøliwe, do budowy mojego dekodera
uøy³em scalonego procesora audio
TDA7429S z†matryc¹ surround.
Krzemowa moc
Uk³ad TDA7429S jest zintegrowanym procesorem audio sterowanym cyfrowo za pomoc¹ magistrali I2C. Ma 3†wejúcia stereofoniczne, 3-pasmowy uk³ad regulacji barwy tonu, wbudowane
4†przesuwniki fazy oraz 2†wyjúcia
stereofoniczne (4 kana³y). Schemat blokowy tego uk³adu pokazano na rys. 1.
Sam uk³ad TDA7429S nie spe³nia w†pe³ni funkcji dekodera surround, poniewaø nie ma wbudowanej linii opÛüniaj¹cej, a†wbudowana matryca surround zapewnia separacjÍ kana³Ûw na poziomie jedynie 3†dB. Z†tego wzglÍdu
uk³ad ten wymaga³ wzbogacenia
o†kilka dodatkowych blokÛw:
- automatycznego balansu sygna³Ûw L†i†R†(zbudowany na uk³adzie scalonym NE570) - niezbÍdnego do zwiÍkszenia separacji kana³Ûw do†poziomu oko³o
20 dB,
- linii opÛüniaj¹cej (oko³o 12 ms)
- zbudowanej na uk³adzie
MN3207,
- bloku sterowania faz¹ sygna³u
zasilaj¹cego g³oúniki tylne,
- multipleksera dla kana³Ûw tylnych pozwalaj¹cego sterowaÊ kana³y tylne bezpoúrednio z†4†wejúÊ
(4 wejúcia -> 4†wyjúcia).
Ca³y modu³ spe³nia funkcjÍ
przedwzmacniacza z†dodatkow¹
funkcj¹ dekodera. Pod³¹czony do
stacjonarnego DVD bez wbudowanych dekoderÛw pozwala zdekodowaÊ düwiÍk na 4†g³oúniki: prawy przedni, lewy przedni, prawy
tylny, lewy tylny. W†celu uzyskania pe³nej, ìstacjonarnejî funkcjonalnoúci, modu³ powinien byÊ
wyposaøony we wbudowany mikrokontroler, np. AT90S2313 lub
podobny, ktÛry sterowa³by (magistral¹ I2C) wszystkimi funkcjami
Podstawowe dane układu TDA7429S:
✓ Stosunek sygna³ szum: 106 dB
✓ Separacja kana³ów: 90 dB
✓ Typowy poziom zniekszta³ceñ
dla napiêcia 1 VRMS: 0,01 %
✓ Napiêcie wyjœciowe (RMS): 2 V ✓ Napiêcie szumów na wyjœciu w trybie
Stereo: 5 µV
✓ Napiêcie szumów na wyjœciu w trybie
Movie...Music: 30 µV
25
PHANTOM − dekoder surround
oraz 4†koÒcÛwkami mocy. Moc
kana³Ûw wzmacniaczy przednich
powinna wynosiÊ 50...100 W,
a†kana³Ûw tylnych 25...50 W. Dekoder modelowy jest sterowany
z†komputera PC za pomoc¹ specjalnego programu. Komunikuje
siÍ on z†modu³em dekodera poprzez interfejs RS232.
Downmix
Wed³ug mojej wiedzy, ponad
90% odtwarzaczy DVD bez dekoderÛw dekoduje w†trybie normalnym úcieøki Dolby Digital 5.1
i†koduje je jako Dolby Surround
Compatibile Downmix. W†tym systemie kana³ LFE nie jest wykorzystywany (rys. 2). W†wiÍkszoúci
przypadkÛw inne tryby downmiksu podbijaj¹ sygna³y kana³Ûw
tylnych, zmniejszaj¹c jednoczeúnie poziom sygna³u w kanale
centralnym. Istnieje rÛwnieø system Stereo Compatibile Downmix,
ktÛry jest rzadko stosowany. Przy
pracy z†naszym dekoderem najlepiej wybraÊ Dolby Surround Compatibile Downmix.
W†analogowym dekoderze surround nie moøna uzyskaÊ düwiÍku w†pe³ni wielokana³owego. Dekoder analogowy potrafi natomiast
wytworzyÊ pole düwiÍkowe
o†okreúlonym w†danej chwili†kierunku dominuj¹cym. Jeúli np. sygna³y w†kana³ach wejúciowych L
i†P s¹ w†zgodnej fazie i†o†zbliøonej amplitudzie, to kierunkiem
dominuj¹cym bÍdzie przÛd (úrodek miÍdzy kana³ami przednimi).
Natomiast w†przypadku, gdy sygna³ wejúciowy pojawia siÍ tylko
w†jednym kanale (np. prawym), to
kierunkiem dominuj¹cym bÍdzie
prawy przedni g³oúnik (ze wzglÍdu na przes³uchy miÍdzy kana³ami st³umiony düwiÍk pojawi siÍ
rÛwnieø w†pozosta³ych g³oúnikach). Natomiast w†przypadku jeúli sygna³y w†kana³ach wejúciowych L†i†P†s¹ w†fazie przeciwnej
i†o†zbliøonej amplitudzie, to kierunkiem dominuj¹cym bÍdzie ty³
(g³oúniki surround). Do†prawid³owej lokalizacji pozornych ürÛde³
düwiÍku bardzo waøna jest faza
wszystkich czterech g³oúnikÛw.
Opis uk³adu
Schemat blokowy dekodera pokazano na rys. 3. Zastosowany
w†dekoderze uk³ad TDA7429S wykorzystano w†sposÛb niestandar-
26
Rys. 1. Schemat blokowy układu TDA7429S
Elektronika Praktyczna 6/2003
PHANTOM − dekoder surround
rzone sygna³y SURR_L
3. Zmieniono wartoúci kondeni†SURR_R lub sygna³ kana- satorÛw kszta³tuj¹cych charakterys³Ûw tylnych doprowadzony tykÍ regulacji barwy tonu dla
z†zewn¹trz.
basÛw. Dla C26=C27=C28=C29=100
2. MiÍdzy wyjúcia BASnF charakterystyka czÍstotliwoúSO a†wejúcia VAR w³¹czo- ciowa wykazuje maksimum dla
no zamiast kondensatorÛw czÍstotliwoúci 100 Hz. Po zastomultipleksery analogowe sowaniu nastÍpuj¹cych pojemnoú(oraz kondensatory). Wyj- c i : C 2 6 = C 2 7 = 2 2 0 n F o r a z
ú c i a m u l t i p l e k s e r Û w C28=C29=470 nF charakterystyka
M_V_L i†M_V_R zosta³y ta wykazuje maksimum dla czÍsp o ³ ¹ c z o n e z † w e j ú c i a m i totliwoúci oko³o 35 Hz (rys. 4).
VAR_L i†VAR_R. Po†wpro- Daje to lepsze przetwarzanie najRys. 2. Schemat blokowy układu downmix
wadzeniu tych zmian moø- niøszych czÍstotliwoúci. Fragment
dowy. Do†jego schematu aplikana uzyskaÊ rÛøne sygna³y wyjschematu z elementami kszta³tucyjnego wprowadzono bowiem naúciowe zgodnie z†tab. 1.
j¹cymi charakterystykÍ czÍstotlistÍpuj¹ce zmiany:
1. Wykorzystano sygna³y wyjTab. 1. Tryby pracy dekodera i uzyskiwane efekty
úciowe pomocnicze (AUXOUT_L,
Kana³y przednie
Kana³y tylne
AUXOUT_R) do sterowania
Nazwa
Opis
Nazwa
Opis
wzmacniaczami mocy g³oúnikÛw
3BAND
Sygna³ kana³ów przednich
SURR
Sygna³ kana³ów tylnych po
przednich, a†sygna³y ìg³Ûwneî
z regulatorów barwy tonu
przejœciu przez uk³ady: DELAY,
(L_OUT, R_OUT) do sterowania
barwy tonu i korektora fazy
wzmacniaczami mocy g³oúnikÛw
Surround Sygna³ kana³ów przednich
Direct
Sygna³ kana³ów tylnych wprost
z matrycy surround
z wejœcia
tylnych. Zamiana miejscami sygRear
Sygna³ kana³ów tylnych (mono)
Direct BT Sygna³ kana³ów tylnych z wejœcia
na³Ûw wyjúciowych zwi¹zana jest
po przejœciu przez uk³ad barwy
z†tym, øe na g³oúniki tylne nie
tonu
podaje siÍ sygna³u REAR wystÍFIX
Sygna³ kana³ów przednich
3BAND
Sygna³ kana³ów przednich
puj¹cego wewn¹trz uk³adu scalobezpoœrednio z wejœcia
z regulatorów barwy tonu
nego TDA7429S, lecz przez mulFIX
Sygna³ kana³ów przednich
tipleksery zewnÍtrzne (M_V_L
bezpoœrednio z wejœcia
i†M_V_R) odpowiednio przetwo-
Rys. 3. Schemat blokowy dekodera Phantom
Elektronika Praktyczna 6/2003
27
PHANTOM − dekoder surround
Rys. 5. Fragment wewnętrznej
struktury układu TDA7429S
Rys. 4. Zmodyfikowana charakterystyka częstotliwościowa regulatora
tonów niskich
woúciow¹ dla basÛw i†przebieg tej
charakterystyki przedstawiono na
rys. 4.
4. Zmieniono wartoúÊ kondensatora w†4†przesuwniku fazy z†22
nF na 10 nF. Uzyskano w†ten
sposÛb inny zakres czÍstotliwoúci,
dla ktÛrych przesuniÍcie fazy wynosi 90o. Oryginalnie by³y to
czÍstotliwoúci 185...600 Hz, po
zmianie s¹ to czÍstotliwoúci
400...1300 Hz. Standardowo prze-
suwniki 3†i†4†powinny przesun¹Ê
fazÍ o†90o dla czÍstotliwoúci 400
Hz. PrzesuniÍcie takie moøna programowo uzyskaÊ nawet po wprowadzonych zmianach - wpisuj¹c
do†drugiego rejestru w†TDA7429S
EAH (zamiast AAH).
5. W†nietypowy sposÛb wykorzystano wyprowadzenie LP (nÛøka
5†uk³adu TDA7429S). Normalnie
powinien byÊ tam pod³¹czony kondensator filtru dolnoprzepustowego
o†wartoúci 1,2 nF (miÍdzy nÛøkÍ
5†a†masÍ). Analizuj¹c schemat wewnÍtrznej struktury uk³adu
TDA7429S (rys. 5), postanowi³em
jednak pod³¹czyÊ w†to miejsce wyjúcie z†multipleksera M_AUTO (rys.
6). Wyjúcie wzmacniacza operacyjnego W1 (wewn¹trz uk³adu
TDA7429S) jest po³¹czone przez
rezystor o†wartoúci oko³o 10†kΩ z
nÛøk¹ 5 tego uk³adu i†jednoczeúnie
po³¹czone z wejúciem wzmacniacza
operacyjnego W2. Poniewaø impedancja multipleksera (i wyjúcia
wzmacniacza operacyjnego LM833)
jest duøo mniejsza od 10 kΩ
(wynosi oko³o 200 Ω), potraktowa³em nÛøkÍ 5 uk³adu TDA7429S
WYKAZ ELEMENTÓW
Kondensatory
C1: 1,2nF MKT
C2, C6...C9, C54...C64: 100nF SMD
C3...C5, C48...C51: 100nF MKT
C10...C17, C38: 680nF MKT
C18...C20: 1µF MKT
C21...C24: 22nF MKT
C25, C42: 10nF MKT
C26, C27, C40, C41: 220nF MKT
C28...C31: 470nF MKT
C32, C33: 18nF MKT
C34...C37: 4,7nF MKT
C39, C52, C53: 6,8nF MKT
C43: 270pF monolityczne
C44: 680pF monolityczne
C45, C47: 180pF monolityczne
C46: 160pF monolityczne
CE1, CE19: 470µF/16V
CE2, CE8, CE17: 47u/10V
CE3, CE4, CE9...CE12: 47µF/16V
CE5, CE25: 10µF /16V
CE6, CE7: 22µF/10V
CE13, CE15, CE18: 4,7µF/16V
CE14, CE16: 1,0µF/16V
CE20...CE24: 100µF/16V
CE23: 100µF/6V
Półprzewodniki
U1, U2: CD4053N
U3: TDA7429S
U4, U5: TL072
28
U6: NE570
U8: MN3207
U9: TL074
U10: LM78L08 lub LM7808T
U11: MN3102
U12: LM7908T lub LM79L08
U13: DG409 opcjonalnie
U14: LM833
U15: PCF8574A
U16: 74HC05
E3: CD4052N
T1, T2: BC557
T3, T4: BC237
D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8,
D9, D10, D11, D12: BAVP18
D13, D14: 1N4004
DZ1: Dioda Zenera C5V6
DZ2, DZ3: Dioda Zenera C9V1
DX1: DA4148A drabinka diod
DX2: DA4148K drabinka diod
Rezystory
R1, R3, R5: 100Ω SMD1206
R2, R4, R56...R58: 220Ω SMD1206
R6...R18, R22: 1kΩ SMD1206
R19...R21: 1kΩ/0,125W 1%
R23, R24, R27, R29: 4,7kΩ SMD1206
R25, R26, R28, R30, R85: 10kΩ
SMD1206
R31...R33, R82...R84: 4,99kΩ/0,125W 1%
R34, R44: 24,9kΩ/0,125W 1%
R35...R40: 100kΩ/0,125W 1%
R41, R42: 22kΩ SMD1206
R43, R60, R70'2: 47kΩ SMD1206
R45...R50: 120kΩ SMD1206
R51, R52: 2,74kΩ/0,125W 1%
R53, R68, R70, R71, R86, R87,
R71'2: 51,1kΩ/0,125W 1%
R54, R88, R89: 2,15kΩ/0,125W 1%
R55, R90, R91: 121kΩ/0,125W 1%
R59: 10Ω SMD1206
R62, R63: 33,2kΩ/0,125W 1%
R64, R65: 10kΩ/0,125W 1%
R66, R67, R73: 27,4kΩ/0,125W 1%
R69, R69'2: 100kΩ/0,125W 1%
R72, R76, R77: 5,6kΩ/0,125W 1%
R74: 20,5kΩ/0,125W 1%
R75: 21,5kΩ/0,125W 1%
R78...R81: 200kΩ SMD1206
R91: 10Ω 0,125W 1%
RX1: 8x10kΩ drabinka
PR1: 50kΩ montażowy
Różne
Z1: gold pin 3x1
JP1 JP2: gold pin 4x1
J_IN_1 J_IN_23 J_OUT: gold pin
6x1
J_CTRL J_IN_1F J_IN_1R J_IN_2
J_IN_3 J_OUT_1 J_OUT_2 J_OUT_F
J_OUT_M: SIP4
LZ1: 2x3,81 mm
LZZ: 3x3,81 mm
Elektronika Praktyczna 6/2003
PHANTOM − dekoder surround
Rys. 6. Schemat elektryczny dekodera, układ barwy tonu i przesuwnika fazy
Elektronika Praktyczna 6/2003
29
PHANTOM − dekoder surround
Rys. 7. Schemat elektryczny obwodu
zabezpieczenia antyprzepięciowego
zastosowanego na wejściach
dekodera
jako wejúcie sygna³u surround na
wewnÍtrzn¹ matrycÍ surround.
Multiplekser M_AUTO za³¹cza albo
kondensator 1,2 nF, albo wyjúcie
z†zewnÍtrznego wzmacniacza operacyjnego - sygna³ rÛønicy kana³Ûw
prawego i†lewego (R-L) z†uk³adu
autobalansu.
Dekoder posiada jedno wejúcie
czterokana³owe, ktÛre moøna wykorzystaÊ rÛwnieø jako stereo:
- wejúcie 1: sygna³y IN1L, IN1R,
LR_Direct, RR_Direct
oraz dwa wejúcia stereo:
- wejúcie 2: sygna³y IN2L, IN2R,
- wejúcie 3: sygna³y IN3L, IN3R.
Wejúcie 1†moøe pracowaÊ jako
stereo (sygna³y IN1L, IN1R) lub
czterokana³owe (kana³y przednie
IN1L i†IN1R oraz kana³y tylne
LR_Direct i†RR_Direct). èrÛd³em
czterech sygna³Ûw wejúciowych
moøe byÊ karta düwiÍkowa komputera PC lub odtwarzacz DVD
wyposaøony w†dekodery.
Wejúcia s¹ prze³¹czane przez
multipleksery M_IN_L, M_IN_R
oraz M_V_L i†M_V_R. Wyjúcia
multiplekserÛw M_IN_L i†M_IN_R
daj¹ dwa sygna³y wyjúciowe
Rec_L_Out i†Rec_R_Out, ktÛre
moøna doprowadziÊ na gniazda
cinch i†wykorzystaÊ do nagrywa-
30
nia przez magnetofon, rekorder
minidyskÛw lub kartÍ düwiÍkow¹
komputera PC. Sygna³y z†multiplekserÛw M_IN_L i†M_IN_R podawane s¹ na regulatory wzmocnienia ATT_L i†ATT_R. Uk³ad
TDA7429S pozwala sterowaÊ ich
wzmocnieniem (jednoczeúnie
w†kanale lewym i†prawym) w†zakresie 32 dB (0...-31,5dB). RegulacjÍ wzmocnienia naleøy traktowaÊ
jako korektÍ wzmocnienia dla rÛønych ürÛde³ - po w³¹czeniu autobalansu naleøy ustawiÊ to
wzmocnienie na oko³o 3†dB. Dalej
sygna³y kana³u lewego i†prawego
trafiaj¹ na sumator i†wzmacniacz
rÛønicowy. Wyjúcie sumatora jest
wyprowadzone na zewn¹trz i†moøna je wykorzystaÊ (Out_MONO)
jako ürÛd³o sygna³u fonii dla
telewizora mono. W†zaleønoúci od
tego, w†jakim trybie pracuje uk³ad
TDA7429S, s¹ aktywne lub nie
przesuwniki fazowe FS1...FS4. Kana³y przednie mog¹ mieÊ regulowan¹ barwÍ tonu w†trzech pasmach: bas, úrednie i†wysokie.
Wszystkie wejúcia uk³adu scalonego zosta³y zabezpieczone przed
zniszczeniem od napiÍÊ przekraczaj¹cych napiÍcie zasilania (rys.
7). Takie napiÍcia mog¹ siÍ pojawiÊ w†chwili ³¹czenia ze sob¹
dwÛch urz¹dzeÒ (np. wzmacniacza
z†komputerem). Dzia³anie zabezpieczenia jest nastÍpuj¹ce: jeúli na
wejúciu w†punkcie A†pojawi siÍ
krÛtkotrwa³e napiÍcie nawet o†wartoúci kilkudziesiÍciu V, to pop³ynie
pr¹d o†wartoúci kilkudziesiÍciu miliamperÛw przez rezystor R13 i†jedn¹ z†diod (DX1 lub†DX2). W†punkcie B†napiÍcie zawsze bÍdzie mieúci³o siÍ w†przedziale -0,7...+8,7V.
Rezystor R18 ogranicza pr¹d wp³ywaj¹cy/wyp³ywaj¹cy do/z chronionego uk³adu scalonego do†wartoúci
kilku miliamperÛw.
Zbyszko Przyby³
Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostÍpne w Internecie
pod adresem: http://www.ep.com.pl/
?pdf/czerwiec03.htm oraz na p³ycie
CD-EP7/2003B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 6/2003
Korektor
P R Osygnału
J E Kwideo
T Y
Korektor sygnału wideo
Velleman
K8036
Prawdopodobnie niskie ceny
magnetowidÛw powoduj¹, øe
s¹ one nadal popularne, i†to
pomimo anachronicznego (jak
na pocz¹tek XXI wieku)
sposobu rejestracji sygna³u
wideo. Dostrzegaj¹c to,
Velleman przygotowa³ ³atwy
w†wykonaniu korektor sygna³u
wideo, za pomoc¹ ktÛrego
moøna przywrÛciÊ pierwotny
ìblaskî wielokrotnie
kopiowanym filmom.
Rekomendacje: uk³ad
polecamy kaødemu
uøytkownikowi magnetowidu,
ktÛry jest przywi¹zany do
swojej kolekcji filmÛw
i†chcia³by poprawiÊ jakoúÊ
ogl¹danych obrazÛw.
Zestaw Vellemana K8036 przeznaczony jest do poprawiania jakoúci sygna³u wideo. Uk³ad naleøy w³¹czyÊ w†torze wizji miÍdzy
wyjúciem magnetowidu a†odbiornikiem telewizyjnym lub wejúciem
innego magnetowidu. Korektor jest
zbudowany w†oparciu o†cztery
uk³ady scalone. Jego schemat elektryczny przedstawiono na rys. 1.
Uk³ad w†zasadzie nie zmienia
sygna³u luminancji i†chrominancji, a jego dzia³anie dotyczy tej
czÍúci sygna³u wizyjnego, ktÛra
jest zwi¹zana z†impulsami wygaszania linii i†ramki.
Zapewne wszyscy Czytelnicy
wiedz¹, øe w³aúnie w†tym mo-
Elektronika Praktyczna 6/2003
mencie do sygna³u
wizji nios¹cego informacje o†obrazie s¹
ìwmontowywaneî impulsy synchronizacji pozwalaj¹ce na prawid³owe odtwarzanie obrazu na ekranie telewizora. Pozornie te sygna³y nie
maj¹ wp³ywu na to, co widaÊ na
ekranie gdyø - jak sama nazwa
wskazuje - sygna³ wizji jest wtedy
wygaszany. Tym niemniej zachodzi wtedy kilka procesÛw istotnych z†punktu widzenia jakoúci
obrazu. Jeøeli w†trakcie trwania
wygaszania, oprÛcz impulsÛw synchronizacji pojawi¹ siÍ jeszcze
impulsy zak³Ûcaj¹ce o†odpowiedPodstawowe parametry układu:
✓ gniazda wejœciowe typu S-Video i Composite,
✓ gniazda wyjœciowe typu S-Video i Composite,
✓ przeznaczenie do pracy z sygna³em PAL
i NTSC,
✓ zasilanie +9V/100mA,
✓ wymiary p³ytki 100 x 84mm,
✓ maksymalna wysokoœæ zamontowanych
elementów 25mm.
21
Korektor sygnału wideo
nio duøej amplitudzie i†czasie
trwania, moøe dojúÊ do zaburzenia synchronizacji lub jej utraty,
co uniemoøliwi zobaczenie czegokolwiek na ekranie telewizora.
OprÛcz tego, w†czasie wygaszania
ma miejsce proces odtwarzania
poziomu czerni, czyli ustalenie
poziomu odniesienia dla najciemniejszych i†najjaúniejszych fragmentÛw sygna³u wizji. Poziom ten
powinien byÊ sta³y i†nie moøe na
niego wp³ywaÊ uúredniona wartoúÊ sygna³u w†momencie, gdy
ekran úwieci jasno lub jest ciemny. Jeøeli odtwarzanie poziomu
czerni dzia³a wadliwie, ekran telewizora bÍdzie pulsowa³. Mog¹
teø pojawiaÊ siÍ na nim ciemne
i†jasne pasy, co bardzo przeszkadza w†ogl¹daniu.
Na zaburzenie procesu odtwarzania poziomu czerni mog¹ mieÊ
wp³yw przypadkowe zak³Ûcenia,
odtwarzanie przez magnetowid zuWYKAZ ELEMENTÓW
Rys. 1. Schemat elektryczny korektora
22
Rezystory
R1: 12kΩ
R2, R6: 470Ω
R3, R4: 220Ω
R5: 430kΩ
R7, R14: 560Ω
R8, R12: 270Ω
R9: 820Ω
R10: 100Ω
R11: 1,5kΩ
R13: 10Ω
Kondensatory
C1, C2: 560pF
C3...C9: 100nF
C10: 10µF/6,3V
C11...C13: 220µF/25V
Półprzewodniki
D1: BAT95
D2, D3: 1N4148
D4: 1N4007
LD1: LED czerwony
LD2: LED zielony
IC1: PIC12C506A
IC2: CD4066B
IC3: LM1881N
IC4: TL072
T1: BC557
T2: BC547
VR1: µA7805
Różne
SK1: gniazdo zasilania DC
SK2: podwójne gniazdo Chinch
do druku
SK3: gniazdo miniDIN
Elektronika Praktyczna 6/2003
Korektor sygnału wideo
øytej kasety lub úwiadomie wprowadzane do sygna³u impulsy zak³Ûcaj¹ce, co jest stosowane
w†prostszych systemach zabezpieczaj¹cych przed kopiowaniem.
W†korektorze wykorzystano
uk³ad LM1881, ktÛry z†ca³kowitego sygna³u wizji odfiltrowuje impulsy synchronizacji linii i†ramki
oraz tzw. ìburstî koloru, ktÛrego
po³oøenie w†sygnale systemu PAL
okreúla koniec wygaszania i†pocz¹tek nowej linii wizji. Te impulsy podawane s¹ na porty
wejúciowe QP3 i†QP4 procesora
IC1, ktÛry ìwyg³adzaî sygna³
wizji w†czasie trwania okresu
wygaszania tak, aby oprÛcz impulsÛw synchronizacji nie pojawia³y siÍ inne impulsy zak³Ûcaj¹ce. W†tym celu procesor
wykorzystuje cztery klucze elektroniczne uk³adu IC2 oraz dwa
wtÛrniki zbudowane na wzmacniaczach operacyjnych uk³adu IC4,
a†takøe napiÍcie odniesienia VREF
wytwarzane z†napiÍcia zasilania
dzielnikiem rezystancyjnym R3
Elektronika Praktyczna 6/2003
i†R4. Gdy w†linii obrazu transmitowany jest sygna³ luminancji
i†chrominancji, uk³ad nie ingeruje
w†treúÊ sygna³u. Sygna³ z†wejúcia
VIDEO IN jest podawany, poprzez
kondensator C11, rezystor R9
i†stopieÒ wyjúciowy zbudowany z
tranzystorÛw T1 i†T2, na wyjúcie
VIDEO OUT. W†odpowiednich
momentach wygaszania, dziÍki za³¹czeniu odpowiednich kluczy,
poziom sygna³u ustalany jest na
wartoúÊ odpowiadaj¹c¹ poziomowi VREF.
OprÛcz sterowania ca³ym procesem, mikrokontroler PIC12C508
sygnalizuje obecnoúÊ lub brak sygna³u wizji poprzez zapalenie lub
zgaszenie diody LED D2. Dioda
D1 úwieci siÍ, gdy do uk³adu
do³¹czone jest zasilanie.
Ryszard Szymaniak, AVT
[email protected]
Zestawy firmy Velleman s¹ dostÍpne w†sieci handlowej AVT, moøna je zamawiaÊ takøe poprzez sklep
internetowy www.sklep.avt.com.pl.
23
Akwizycja
P
R O J danych
E K T przez
Y
Ethernet − zdalny moduł pomiarowy
Akwizycja danych
przez Ethernet
Zdalny moduł pomiarowy,
część 1
Jako przyk³ad zastosowania
opisywanego niedawno
modemu ST7537 wykonano
eksperymentalny tor
pomiarowy. Wielkoúci¹
mierzon¹ jest temperatura
zewnÍtrzna. Moøe byÊ
odczytywana na intranetowej
(dzia³aj¹cej w†obrÍbie firmy)
witrynie WWW, dziÍki czemu
jest na bieø¹co dostÍpna
w†przegl¹darce kaødego
komputera maj¹cego dostÍp
do sieci Ethernet.
Rekomendacje:
prezentujemy urz¹dzenie
o†ogromnych walorach
poznawczych - autor
zintegrowa³ w†nim bowiem
zaawansowany system pomiaru
temperatury i†jednoczeúnie
pokaza³ w†jaki sposÛb wyniki
pomiarÛw udostÍpniÊ za
pomoc¹ Ethernetu.
14
Schemat blokowy
ca³ego toru pomiarowego
przedstawiono na rys. 1.
Jednym z†elementÛw toru transmisji danych jest para modemÛw
wykonanych na uk³adach ST7537
(opis w†EP11/2002), za pomoc¹
ktÛrych moøna przesy³aÊ dane po
przewodach domowej instalacji
elektrycznej. Opis urz¹dzenia rozpoczniemy od prezentacji jego
poszczegÛlnych blokÛw.
Termometr Pt1000:
czujnik platynowy
i†wzmacniacz pomiarowy
Czujniki platynowe - pomimo
wielkiego postÍpu w†konstrukcji
sensorÛw pÛ³przewodnikowych s¹ nadal stosowane w†technicznych pomiarach temperatury.
Sk³ada siÍ na to ich niezawodnoúÊ, duøa dok³adnoúÊ, szeroki
zakres pomiarowy, a†takøe powtarzalnoúÊ parametrÛw uzyskiwana
dziÍki znormalizowanemu wykonaniu. RÛønorodny asortyment
obudÛw, wielkoúci, sposÛb montowania (fot. 2) - przy identycz-
nych technicznych parametrach
pomiarowych (z wyj¹tkiem czasu
reakcji wynikaj¹cego z†budowy),
pozwala na uøycie takiego czujnika praktycznie w†kaødych warunkach. Czujnik stawia jednakøe
pewne wymagania:
- konieczna jest dobra kompensacja rezystancji (i jej zmian) linii
pod³¹czeniowej, wi¹øe siÍ teø
z†tym zalecenie stosowania okablowania o†duøych przekrojach,
- potrzebny jest dok³adny, stabilny i†odpowiednio skalibrowany
wzmacniacz wejúciowy dla przetworzenia niewielkich zmian rezystancji (dla Pt100 3 o C†to
w†przybliøeniu 1†Ω) na sygna³
napiÍciowy lub pr¹dowy ìzrozumia³yî dla urz¹dzeÒ w†dalszej
czÍúci toru pomiarowego.
Czynniki te - w†po³¹czeniu ze
spor¹ cen¹ i†ma³¹ dostÍpnoúci¹
w†handlu detalicznym - wyjaúniaj¹ niewielk¹ popularnoúÊ czujnikÛw platynowych w†konstrukcjach
amatorskich. Tym razem jednak
zastosowaliúmy do pomiaru temperatury typowe komponenty
Elektronika Praktyczna 6/2003
Akwizycja danych przez Ethernet − zdalny moduł pomiarowy
Fot. 2. Czujniki platynowe są
oferowane w różnych obudowach
Rys. 1. Schemat blokowy przykładowego toru pomiarowego z użyciem
modemów ST7537 (na szaro zaznaczono bloki opisane już w EP)
przemys³owe. Jako sensor pos³uøy³ czujnik temperatury zewnÍtrznej Pt1000 firmy Danfoss (typ
ESMP stosowany w†pogodowych
regulatorach obiegu centralnego
ogrzewania w†wÍz³ach cieplnych).
WspÛ³pracuj¹cy z†czujnikiem przetwornik zosta³ zbudowany na bazie specjalizowanego uk³adu
ADT70 firmy Analog Devices.
Schemat blokowy tego uk³adu
pokazano na rys. 3. Znajdziemy
na nim wszystkie elementy stosowane zazwyczaj w†uk³adach
z†elementÛw dyskretnych:
- dwa zrÛwnowaøone ürÛd³a pr¹dowe (o pr¹dzie nominalnym
ok. 1†mA) do zasilenia rezystora
wzorcowego oraz czujnika Pt,
- wzmacniacz pomiarowy o†regulowanym wzmocnieniu i†moøliwoúci wprowadzenia sta³ego offsetu dla sygna³u,
- ürÛd³o napiÍcia odniesienia
2,5†V.
Scalenie tych zespo³Ûw pozwala na dokonanie w†procesie produkcyjnym dok³adnej kalibracji toru pomiarowego oraz umoøliwia
prawid³ow¹ pracÍ w†szerokim zakresie warunkÛw zewnÍtrznych.
Uk³ad jest wyposaøony w†tryb
obniøonego poboru mocy (shutdown) oraz wzmacniacz operacyjny ogÛlnego stosowania. Wszystko
to pozwala na szybkie i†niek³opotliwe zbudowanie precyzyjnego
przetwornika dla sensora Pt, czyli
eliminuje jedn¹ z†g³Ûwnych przeszkÛd zastosowania tego czujnika
w†amatorskiej konstrukcji.
Elektronika Praktyczna 6/2003
Zasada dzia³ania nie jest skomplikowana: ürÛd³a pr¹dowe zasilaj¹ jednakowym pr¹dem rezystor
wzorcowy 1†kΩ oraz czujnik
Pt1000. Rezystancja czujnika przy
zmianach temperatury zmienia siÍ
zgodnie z†jego charakterystyk¹.
OgÛlnie bior¹c, nie jest ona idealnie liniowa w†szerokim zakresie
temperatury, co wymaga odpowiedniej uk³adowej albo programowej kompensacji. Przy ograniczeniu zakresu do typowych wartoúci klimatycznych moøna jednak
z†powodzeniem przyj¹Ê zaleønoúÊ
liniow¹ 3,85 Ω/oC. NapiÍcia z†rezystora wzorcowego oraz czujnika
s¹ podane na wejúcia wzmacniacza pomiarowego. Zastosowanie
zewnÍtrznego rezystora odniesienia (zamiast wbudowania go
w†strukturÍ) umoøliwia uøycie
rÛønych odmian czujnika: Pt100,
Pt500 albo Pt1000.
Wzmocnienie napiÍcia rÛønicowego jest regulowane pojedynczym rezystorem RX - dziÍki temu
moøemy dopasowaÊ zakres napiÍcia wyjúciowego uk³adu do rodzaju czujnika oraz do zakresu mierzonej temperatury. W†zaleønoúci
od potrzeb moøemy teø ustaliÊ
sposÛb pomiaru temperatury ujemnej. Zasilenie wejúcia V- napiÍciem ujemnym pozwala na uzyskanie skali ìnaturalnejî: 0†V na
wyjúciu przy 0oC i†ujemne napiÍcie
wyjúciowe przy temperaturach poniøej zera. Jeúli chcemy pozostaÊ
przy pojedynczym zasilaniu - przesuwamy poziom napiÍcia wyjúciowego dla 0oC za pomoc¹ wejúcia
Offset. Takie rozwi¹zanie zastosowano w†modelu termometru, zarÛwno ze wzglÍdu na uproszczenie
zasilania, jak i†na zastosowany
przetwornik AC o†zakresie wejúciowym 0...2,5 V. RÛøne moøliwoúci wykorzystania uk³adu znajdziemy w†notach katalogowych dostÍpnych na stronie producenta http://www.analog.com/.
Rys. 3. Schemat blokowy układu ADT70
15
Akwizycja danych przez Ethernet − zdalny moduł pomiarowy
Rys. 4. Schemat elektryczny termometru z czujnikiem Pt1000
16
Elektronika Praktyczna 6/2003
Akwizycja danych przez Ethernet − zdalny moduł pomiarowy
Praktyczny uk³ad
termometru
Schemat elektryczny termometru pokazano na rys. 4. Jego uk³ad
by³ w†znacznej mierze zaleøny od
posiadanych ìpod rÍk¹î zapasÛw
i†jest oczywiúcie jednym z†wielu
moøliwych:
- jako przetwornik AC pos³uøy³
uk³ad AD7893-2 z†pojedynczym
zasilaniem, zakresem wejúciowym 0...2,5 V, odczytem szeregowym kompatybilnym z†SPI
oraz wymaganym zewnÍtrznym
napiÍciem odniesienia 2,5 V†(co
nie jest øadn¹ komplikacj¹, bo
w³aúnie takie napiÍcie referencyjne zapewnia ADT70).
- ìsilnikiemî termometru zosta³
mikrokontroler AT89S8252 ze
wzglÍdu na dobr¹ wspÛ³pracÍ
z†p³ytk¹ modemu, wbudowanym
interfejsem SPI, a†takøe moøliwoúci¹ programowania w†uk³adzie - co stworzy³o okazjÍ do
wyprÛbowania modu³u ISP dopisanego do úrodowiska SDCC
(z wykorzystaniem opisanego juø
w†EP optoizolowanego adaptera
do portu szeregowego po³¹czonego z†niewielk¹ przystawk¹).
Jak widaÊ, wykorzystano wszystkie pomocnicze sygna³y z†p³ytki
ST7537 (do³¹czonej za poúrednictwem 10-stykowego z³¹cza H1), tzn.
sygna³ zegarowy 11,059 MHz, power-on-reset oraz watchdog. 6-stykowe z³¹cze P3-P8 s³uøy do pod³¹czania programatora ISP (jego
konstrukcja pozwala podczas uruchamiania na do³¹czenie na sta³e
bez zak³Ûcania pracy uk³adu).
ZwrÛÊmy uwagÍ na diody D1 i†D2
- s³uø¹ one do eliminacji konfliktu
poziomÛw na wyjúciu zerowania
programatora oraz ST7537.
Punkty lutownicze P13...P16
s³uø¹ do wyprowadzenia zrealizowanej programowo magistrali I2C.
Za jej pomoc¹ jest sterowany
modu³ typowego wyúwietlacza
LCD 3,5 cyfry (opisywany w†EP4/
99). Dodatkowy uk³ad komutacyjny zbudowany z†popularnych
uk³adÛw 4093 i†4066 (U4 i†U5)
pozwala na:
- pomiar dodatkowego sygna³u napiÍciowego (podawanego na wejúcie P9),
- pod³¹czenie dodatkowego zewnÍtrznego przycisku steruj¹cego (wejúcie P12),
- odseparowanie ADC od magistrali SPI w†czasie programowa-
Elektronika Praktyczna 6/2003
nia (AD7893 nie posiada øadnego wejúcia zezwalaj¹cego,
wiÍc konieczne by³o wykonanie
dodatkowego uk³adu).
Wbudowane w†p³ytkÍ przyciski
P1 i†P2 s³uø¹ do programowej
regulacji offsetu sygna³Ûw wejúciowych. Dodatkowe poprawki
offsetu (zapamiÍtane w†wewnÍtrznej pamiÍci EEPROM mikrokontrolera) upraszczaj¹ kalibracjÍ
obwodÛw wejúciowych oraz umoøliwiaj¹ ³atw¹ kompensacjÍ rezystancji linii przy³¹czeniowej czujnika Pt.
Dioda úwiec¹ca D3 ma charakter jedynie kontrolny - wspomaga
uruchamianie, a†pÛüniej sygnalizuje poprawn¹ pracÍ uk³adu.
DobÛr elementÛw
i†kalibracja toru
pomiarowego
CzÍúÊ cyfrowa nie wymaga komentarzy - wystÍpuj¹ tu tylko
rezystory podci¹gaj¹ce niewymagaj¹ce specjalnej precyzji w†doborze. WiÍcej uwagi musimy natomiast poúwiÍciÊ otoczeniu ADT70.
Jako R6 naleøy zastosowaÊ dok³adny rezystor o†dobrej stabilnoúci temperaturowej (w prototypie
uøyto 0,1%/25 ppm obecnie ³atwo
dostÍpny oraz w†stosunkowo niskiej cenie) - od niego zaleøy
dok³adnoúÊ prowadzonych pomiarÛw.
Zakres pomiarowy przyjmiemy
jako -50...+50oC, co wystarczy nawet w†przypadku ekstremalnych
ìwybrykÛwî klimatu. Ten zakres
temperatury ma odpowiadaÊ zmianie napiÍcia wyjúciowego od 0†do
+2,5 V (zgodnie z†napiÍciem wejúciowym uøytego przetwornika A/
C). Jak wynika z†powyøszego,
wzmocnienie uk³adu powinno wynosiÊ:
k†=†2500†mV/100oC†=†25†mV/oC
Z†noty aplikacyjnej ADT70 wiemy, øe dla Pt1000 wartoúÊ RX
wynosi 49,9 kΩ przy wzmocnieniu 5†mV/oC oraz øe wzmocnienie
jest odwrotnie proporcjonalne do
RX. St¹d znajdujemy potrzebn¹
wartoúÊ jako:
RX†=†49,9kΩ†*†(5/25)†=†9,98†kΩ
W†prototypie przewidziano
moøliwoúÊ dok³adnego ustawienia
RX poprzez z³oøenie go z†szeregowo po³¹czonych R4 i†R5 oraz
precyzyjnego potencjometru montaøowego. W†ten sposÛb moøna
wykorzystaÊ posiadane w szufla-
dzie zapasy elementÛw. Przy
wiÍkszej serii uk³adÛw warto zamÛwiÊ docelow¹ wartoúÊ (jest to
obecnie moøliwe w†iloúciach detalicznych). Jeszcze inna droga to
uøycie typowej wartoúci 10 kΩ
i†poprawkowe przeliczanie w†programie mikrokontrolera.
PrzesuniÍcie 0oC uzyskujemy
poprzez podanie na wejúcie OFFSET napiÍcia 1,25 V. Uzyskujemy
je z†Vref za pomoc¹ dzielnika R2,
R3. Obci¹øenie dzielnika minimalizujemy, wykorzystuj¹c dodatkowy wbudowany wzmacniacz operacyjny jako wtÛrnik. Dok³adna
regulacja dzielnika nie jest wymagana - ustawienie napiÍcia offsetu
jest realizowane na drodze programowej. ZarÛwno obwÛd RX, jak
i†dzielnik musz¹ byÊ wykonane
z†rezystorÛw metalizowanych
o†duøej stabilnoúci temperaturowej.
Bardzo waøna jest teø rola filtra
wejúciowego R7, C4, C6. D³ugi
przewÛd pod³¹czeniowy czujnika
dzia³a jak antena zbieraj¹ca wszelkie zak³Ûcenia i†przydüwiÍki. Do³¹czenie go bezpoúrednio do wejúcia wzmacniacza pomiarowego
wp³ynͳoby znacz¹co na stabilnoúÊ
i†dok³adnoúÊ pomiaru.
Potencjometr montaøowy R8
s³uøy do precyzyjnego zsynchronizowania ürÛde³ pr¹dowych.
Praktyka pokaza³a, øe nie ma on
zbyt wielkiego wp³ywu - w†ostatecznoúci moøna go pomin¹Ê.
Kalibracja sprowadza siÍ do
ustawienia potencjometrem R9
wyznaczonej wartoúci RX (pomiÍdzy wyprowadzeniami RGA i†RGB
uk³adu ADT70) - co wykonujemy
przy wy³¹czonym zasilaniu. NastÍpnie zamiast czujnika do³¹czamy precyzyjny rezystor 1†kΩ i†potencjometrem R8 wyrÛwnujemy
napiÍcia na wejúciach -IN/+IN.
Montaø i†uruchomienie
Poniewaø uk³ad mia³ w†znacznej mierze charakter testowy, zosta³ zmontowany (kosztem zwiÍkszonej liczby zworek) na taniej
p³ytce jednowarstwowej. Jej schemat montaøowy pokazano na rys.
5. Przy okazji informacja praktyczna dla CzytelnikÛw zajmuj¹cych siÍ samodzielnym projektowaniem druku. OtÛø oszczÍdnoúÊ
zosta³a w†prototypie p³ytki zrealizowana w†zbyt prosty sposÛb usun¹³em z†projektu gÛrn¹ warstwÍ druku (sk³adaj¹c¹ siÍ tylko
17
Akwizycja danych przez Ethernet − zdalny moduł pomiarowy
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów
na płytce termometru
z†prostych odcinkÛw úcieøek), aby
przy montaøu zast¹piÊ j¹ zworkami. Przy samodzielnym wytrawieniu i†owierceniu p³ytki da³o to
spodziewany efekt.
Montaø jest typowy i†nie wymaga specjalnego komentarza, naleøy jedynie uwaøaÊ, aby nie
zapomnieÊ o†zworach pod uk³adami scalonymi. Wszystkie z³¹czki
(2x5 do p³yty modemu, 1x6 do
programatora, 1x4 do modu³u
LCD) w†prototypie wykonano z†listew goldpin, ale moøna je oczywiúcie skompletowaÊ w†dowolny
sposÛb, korzystaj¹c z†posiadanych
zapasÛw.
Po zweryfikowaniu poprawnoúci lutowania i†sprawdzeniu, czy
nie ma zwarÊ, ³¹czymy p³ytkÍ
z†modu³em modemu ST7537
(EP11/2002) 10-øy³ow¹ taúm¹ z†zaciskanymi wtykami (poniewaø
gniazda s¹ zrobione ze zwyk³ych
listew podwÛjnych i†nie maj¹ øadnych kluczy, zwrÛÊmy uwagÍ na
zgodnoúÊ mas i†zasilaÒ). Po w³¹czeniu zasilania modemu sprawdzamy najwaøniejsze napiÍcia
(+5†V, +2,5 V referencja, +1,25†V
offset) i†jeúli wszystko dzia³a prawid³owo, moøemy przyst¹piÊ do
zaprogramowania mikrokontrolera.
Program (dostÍpny rÛwnieø
w†postaci ürÛd³owej w†materia³ach
pomocniczych, ktÛre opublikujemy na CD-EP7/2003) jest napisany
w†C i†skompilowany za pomoc¹
bezp³atnego SDCC (opisywanego
juø na ³amach EP). Nie jest
specjalnie rozbudowany - jego
funkcje s¹ nastÍpuj¹ce:
- cykliczne odczytywanie wartoúci mierzonej poprzez SPI i†³adowanie do bufora,
- uúrednianie wyniku z†4†ostatnich pomiarÛw,
- obs³uga modu³u wyúwietlacza
LCD 3,5 cyfry poprzez programowy interfejs I2C,
- wysy³anie wartoúci temperatury
w†odpowiedzi na komendÍ oddalonego terminala,
- obs³uga przyciskÛw korekty offsetu i†zapis poprawek do wewnÍtrznej EEPROM,
- realizacja 0,5 s†opÛünienia dostÍpu do SPI po zerowaniu
(zalecenie Atmela dla unikniÍcia blokady ISP).
Wszelkie szczegÛ³y dotycz¹ce
konkretnych rozwi¹zaÒ programowych zainteresowani znajd¹ w†kodzie ürÛd³owym. Program moøemy
wpisaÊ do pamiÍci Flash za pomoc¹ dowolnego programatora, korzystaj¹c z†pliku wynikowego
*.ihx kompilatora SDCC. Jest to
zwyk³y format Intel Hex tylko
Rys. 6. Schemat przystawki do programowania ISP
18
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1, R11: 3,3kΩ
R2, R3: 10kΩ 1% metalizowane
R4: dobierany 1% metalizowany −
w prototypie 8,66kΩ
R5: dobierany 1% metalizowany −
w prototypie 1,30kΩ
R6: precyzyjny 0,1% 25 ppm
R7: 4,7kΩ 1% metalizowany
R8: potencjometr montażowy
wieloobrotowy 47kΩ
R9: potencjometr montażowy
wieloobrotowy 100Ω
R10: 4,7kΩ
R12: 1kΩ
Kondensatory
C1...C3, C6, C7: monolityczne
100nF/50V
C4: tantalowy 33µF/10V
C5: elektrolityczny 10µF/16V
Półprzewodniki
U1: AT89S8252 (zaprogramowany)
U2: AD7893−2
U3: ADT70
U4: 4066
U5: 4093
D1, D2: 1N4148
D3: LED
Różne
Podstawka PLCC44
Z1: zacisk śrubowy podwójny
listwy goldpin podwójne
i pojedyncze
Taśma 10x i wtyki zaciskane
Moduł wyświetlacza LCD 31/2
cyfry (EP4/99, AVT−809)
Przystawka programująca
Rezystory
R1...R3: 330Ω
R4: 10kΩ
Kondensatory
C1: 100nF
C2: 10nF
Półprzewodniki
D1: uniwersalna dioda
Schottky'ego np. BAT 85
U1: 74HC640
Różne
Listwa goldpin kątowa
z†innym rozszerzeniem (zwrÛÊmy
jednak uwagÍ, aby nasz programator umia³ szeregowaÊ rekordy wed³ug rosn¹cych adresÛw - plik
*.ihx nie zawsze jest uporz¹dkowany). Jeúli natomiast decydujemy siÍ na uøycie opisywanego
w†EP wspomagaj¹cego úrodowiska
dla SDCC, warto wyposaøyÊ siÍ
Elektronika Praktyczna 6/2003
Akwizycja danych przez EthernetAkwizycja
− zdalny moduł
danych
pomiarowy
przez Ethernet − zdalny moduł pomiarowy
Rys. 7. Okno programatora ISP
w środowisku SDCC
w†dedykowany specjalnie dla niego programatorek.
Po wprowadzeniu programu
i†zerowaniu powinna powoli migotaÊ dioda kontrolna D3. Wyúwietlacz pozostaje wygaszony do
chwili wype³nienia bufora uúredniania (4 pomiary). Gdy do³¹czymy do zaciskÛw Z1 rezystor wzorcowy 1†kΩ, wyúwietlacz powinien
pokazaÊ temperaturÍ oko³o zera sprowadzamy j¹ do wartoúci zerowej przyciskami korekty offsetu P1
i†P2. Dla sprawdzenia zdalnego
odczytu musimy mieÊ przygotowany zestaw modemÛw opisanych
w†EP11/2002. P³ytki modemÛw ³¹czymy prowizorycznie odcinkiem
przewodu i†prÛbujemy po³¹czyÊ siÍ
z†termometrem za pomoc¹ programu testowego. Jeúli wszystko dzia³a, moøna zmontowaÊ uk³ad w†konfiguracji docelowej.
Pozostaje nam sprawdzenie,
czy transmisja w sieci dzia³a oraz
korekta offsetu dla wyeliminowania wp³ywu rezystancji linii pod³¹czeniowej czujnika Pt1000 (przy
jej wiÍkszej d³ugoúci). Moøliwe
k³opoty z†transmisj¹ by³y opisane
w†artykule o†modemie - w†razie
potrzeby naleøy tam siÍgn¹Ê po
dodatkowe informacje.
Programator ISP8252 dla
IDE SDCC
Programator korzysta z†portu
szeregowego komputera z†pod³¹czonym adapterem optoizolacyjnym opisanym w†miniprojektach
w†EP11/2002. Jedn¹ z†g³Ûwnych
Elektronika Praktyczna 6/2003
zalet tego rozwi¹zania jest ca³kowita separacja galwaniczna portu
od uruchamianego uk³adu. PomiÍdzy optoizolatorem a†mikrokontrolerem jest do³oøona ma³a
przystawka, ktÛrej schemat pokazano na rys. 6. Uwaga! Opisy
stykÛw RS232 s³uø¹ wy³¹cznie do
ich identyfikacji - przystawki
absolutnie nie naleøy do³¹czaÊ
bezpoúrednio do portu COM komputera!
Za pomoc¹ przystawki moøna:
- uzgadniaÊ poziomy na liniach
steruj¹cych,
- wykonywaÊ zalecan¹ przez producenta sekwencjÍ prze³¹czenia
w†tryb programowania (obwÛd
opÛüniaj¹cy R4, C2 w³¹cza zerowanie dopiero po ustabilizowaniu na SCK ìsilnejî masy),
- ustawiaÊ linie steruj¹ce w†stan
wysokiej impedancji po zakoÒczeniu programowania, co pozwala na normaln¹ pracÍ uruchamianego uk³adu bez od³¹czania programatora.
Przy uøyciu tego interfejsu moøemy ³adowaÊ kod bezpoúrednio
ze úrodowiska SDCC (F12 albo
automatycznie po poprawnej kompilacji). Programowanie obserwujemy w†okienku wskaünika postÍpu - rys. 7. Najnowsza wersja
úrodowiska SDCC z†obs³ug¹ opisywanego programatora jest dostÍpna pod adresem http://www.easy-soft.tsnet.pl/.
Jerzy Szczesiul, AVT
[email protected]
Wzory p³ytek drukowanych w formacie PDF s¹ dostÍpne w Internecie
pod adresem: http://www.ep.com.pl/
?pdf/czerwiec03.htm oraz na p³ycie
CD-EP7/2003B w katalogu PCB.
19
PHANTOM − dekoder surround ▲
Korektor sygnału wideo
▲
Dekodery dźwięku dookólnego cieszą się sporym zainteresowaniem
wśród naszych Czytelników. Jeden z możliwych do wykonania wa−
riantów przedstawiamy na str. 25.
▲
Projekt z cyklu „jak to robią inni” −
proste w wykonaniu, lecz skuteczne
opracowanie przedstawiamy na str. 21.
„Klocki” RS485
▲
Interfejs RS485 cieszy się uzasadnio−
nym zainteresowaniem wśród
elektroników, którym potrzebne jest
medium pozwalające przesyłać
dane na duże odległości. Str. 41.
Krokowy sterownik silnika DC
Proste urządzenie, którego opis
przedstawiamy na str. 72 pozwala
ekonomicznie regulować obroty
silnika DC.
▲
Sterowanie graficznych wyświetlaczy
z telefonów komórkowych firmy Nokia
Druga część artykułu, w którym autor
zdradza tajniki sterowania najtańszych
wyświetlaczy graficznych. Str. 83.
▲
Dekoder−sterownik 7−segmento−
wego wyświetlacza LCD w VHDL
Kolejny IP−projekt ilustrujący możliwości
jednego z języków HDL i współczesnych
układów programowalnych. Str. 31.
▲
„Przedłużacz” do cyfrowego toru audio
Projekt prezentowany na str. 37 przyda się użyt−
kownikom nowoczesnego sprzętu audio, w którym
w nie zawsze ustalonym porządku występują
wejścia/wyjścia optyczne i koaksjalne.
Kamera termograficzna V−20
▲
6
Czujniki zbliżeniowe firmy Omron
Omron dla automatyki robi niemal wszystko − str. 129.
▲
Polacy nie gęsi... Sprawdźcie to
stwierdzenie na str. 126.
Elektronika
Elektronika Praktyczna
Praktyczna 6/2003
Nr 6 (126)
czerwiec 2003
Projekty
Akwizycja danych przez Ethernet − zdalny moduł
pomiarowy, część 1 ................................................................. 14
Korektor sygnału wideo ........................................................... 21
PHANTOM − dekoder surround, część 1 ................................ 25
Dekoder−sterownik 7−segmentowego wyświetlacza LCD
w VHDL ....................................................................................... 31
Zimno, zimno, ciepło, ▲
czyli Lämpömittari
„Przedłużacz” do cyfrowego toru audio ............................... 37
Dotrzymujemy słowa i na str. 77
przedstawiamy opis programu
na PC, spełniającego rolę
termometru współpracującego
z czujnikami DS18x20.
Girder − współpraca z nadajnikiem RC5 AVT−5104 .............. 45
„Klocki” RS485, część 1 ............................................................ 41
Miniprojekty
Regulator temperatury w akwarium ..................................... 71
Krokowy sterownik silnika DC .................................................. 72
Notatnik Praktyka
Płytki drukowane w domu, część 1 ....................................... 51
Programy
Protel DXP − przełom na rynku narzędzi EDA
dla elektroników, część 4 ........................................................ 62
Autorouter Specctra, część 5 ................................................. 69
Zimno, zimno, ciepło, czyli Lämpömittari .............................. 77
Sprzęt
Sound Blaster Audigy 2 Platinum eX ...................................... 68
Kurs
Płytki drukowane ▲
w domu
Podstawy projektowania systemów
mikroprocesorowych, część 4 ................................................ 81
Domowe sposoby wykonywania
płytek drukowanych „pachną”
wiedzą tajemną. Ich tajniki
przedstawiamy w pierwszej
części artykułu na str. 51.
Sterowanie graficznych wyświetlaczy z telefonów
komórkowych firmy Nokia, część 2 ....................................... 83
Język C dla mikrokontrolerów 8051, część 13 ...................... 86
Automatyka
Kamera termograficzna V−20 ............................................... 126
Czujniki zbliżeniowe firmy Omron ......................................... 129
Wielofunkcyjna programowalna karta
licznikowa APCI−1710 ............................................................. 132
VersaMax − nowoczesne
sterowniki PLC
GE Fanuc jest producentem
sporej rodziny interesujących
sterowników PLC. Garść podsta−
wowych informacji na ich temat
przedstawiamy na str. 135.
VersaMax − nowoczesne sterowniki PLC ............................. 135
Projekty Czytelników
Inteligentna ładowarka akumulatorów NiCd/NiMH ........... 89
Z kraju i ze świata ........................................................ 115
Biblioteka EP ................................................................. 123
▲
Kramik+Rynek ................................................................ 93
Listy ................................................................................... 99
Ekspresowy Informator Elektroniczny ..................... 111
Wykaz reklamodawców ............................................ 114
Elektronika Praktyczna 6/2003
7

Podobne dokumenty