EdW 2003/02 – strona 22

Kurs Protela
Spotkania
z Protelem 99 SE
Spotkanie 11
Na kolejnych spotkaniach zaprojektujemy płytkę do przystawki uruchomieniowej i przy okazji znów się czegoś nauczymy. Omówimy
też sprawę wydruków. Komplet materiałów do opisanych ćwiczeń można znaleźć na naszej stronie internetowej w projekcie
Przystawka.ddb.
Schemat przystawki w wersji odręcznej pokazany jest na rysunku 57a. Na podstawie
tego szkicu narysowałem w Protelu schemat,
pokazany na rysunku 57b.
Ten prosty układ zostanie umieszczony
w niewielkiej obudowie z tworzywa sztucznego. Tylna ścianka obudowy zostanie wykorzystana jako radiator - zamiast plastikowej wkładki będzie tam umieszczony odpowiedniej wielkości kawałek blachy aluminiowej o grubości 1...1,5mm, więc trzeba
odpowiednio ustawić na płytce tranzystor
MOSFET.
Projektując płytkę trzeba też zadbać, by
obwody wiodące znaczne prądy zawierały
szerokie ścieżki lub pola miedzi.
Jeśli chodzi o diodę LED, zostanie ona
umieszczona na płycie czołowej i dołączona
za pomocą przewodów, więc na płytce wystarczyłyby jakkolwiek umieszczone dwa otwory. Ja od razu,
rysując schemat, przypisałem Rys. 57a
diodzie D1 obudowę oznaczoną
D4 (odstęp punktów 400mil),
by między nóżkami w razie potrzeby można było przeprowadzić ścieżki.
Dwa przełączniki też będą
dołączone przewodami, więc
też można przypisać im dowolne obudowy. Ja zdecydowałem
się na obudowę oznaczoną T2
w jednej z moich starszych bibliotek. Pierwotnie była to alternatywna obudowa dla zwykłego
tranzystora w obudowie TO-92.
Ponieważ nie miałem dotychczas w bibliotece „schematowej” symbolów przełączników, na poczekaniu wykonałem
dwa: przełącznik trzypozycyjny
(3POZ)
i
dwupozycyjny
(2POZ). Po skończeniu rysowania schematu „podłożyłem” pod
niego ramkę.
22
Płytka
Mając gotowy schemat, stworzyłem nowy
arkusz „płytkowy” – dokument PCB (F – N)
i najpierw w warstwie KeepOutLayer ręcznie
narysowałem na nim obrys płytki odpowiedni do obudowy. Będzie to, płytka jednostronna o wymiarach około 53x37mm
z dwoma otworami o średnicy 3,2mm w odstępie 41mm. Zaznaczyłem te otwory i obszary, gdzie nie powinno być elementów ani
ścieżek. „Surowa” płytka pokazana jest
na rysunku 58a. Rysując obrys, przełączałem jednostki klawiszem Q z calowych (milsów) na metryczne (milimetry), mając wcześniej ustawiony
skok kursora równy 25mil.
Po wykonaniu obrysu płytki przełączyłem się na schemat. Mając na ekranie
otwarty schemat, poleceniem D - P (De-
sign, Update PCB) wrzuciłem bez problemu
wszystkie elementy na płytkę (obok płytki).
Upewniłem się, że włączone jest sprawdzanie
bieżące - On-line DRC: T – D oraz D – O.
Potem patrząc na schemat i analizując obwody przepływu prądu, po kilku próbach
ręcznie ustawiłem elementy, by było jak najmniej skrzyżowanych „nitek” połączeń (Connections). Przewidziałem od razu przebieg
kluczowych szerokich ścieżek, gdzie będą
Rys. 57b
Rys. 58a
E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h
Kurs Protela
płynąć znaczne prądy i od razu zdecydowałem, że na płytce będzie jedna krótka zwora
ze źródła tranzystora do kondensatora C3.
Tranzystor mocy umieściłem przy tej krawędzi płytki, obok której umieszczony będzie
radiator. Wstępny układ elementów pokazany jest na rysunku 58b.
Rys. 58b
Przed poprowadzeniem ścieżek trzeba
wprowadzić szereg zmian. Przede wszystkim
trzeba powiększyć punkty lutownicze, do
których przewodami zostaną dołączone przełączniki J1 i J2.
Punkty i punkciki
Przy tego typu operacjach będziemy korzystać z selekcji, czyli wybiórczego zaznaczania niektórych elementów. W dalszej części
kursu będę wymiennie używał określeń zaznaczenie i selekcja. Elementy można zazna-
Rys. 59
Rys. 60
E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h
czyć (wybrać, podświetlić, wyselekcjonować), klikając na nie z wciśniętym klawiszem Shift (Shift + kliknięcie). Jeśli elementy
są rozmieszczone luźno, można też kliknąć
i trzymając klawisz myszy przeciągnąć kursor, zaznaczając prostokąt – objęte nim elementy zostaną wybrane i zaznaczone. Można
też zaznaczyć naciskając klawisze E – S lub
krócej po prostu S i wybrać opcję (np. Inside
Area). Polecam dwa pierwsze sposoby: Shift+kliknięcie oraz przeciąganie myszą.
Zaznacz więc przełączniki J1 i J2, jak pokazuje rysunek 59
i podwójnie kliknij na dowolnym
z zaznaczonych punktów, by otworzyć okno z właściwościami tego
punktu. Ponieważ chcemy zmienić
właściwości nie tylko tego punktu,
więc koniecznie kliknij przycisk
Global, by rozwinąć szersze okno.
Okno to wręcz przeraża wielu początkujących, ale Ty jak zwykle zachowaj
spokój.
Okno wcale nie jest straszne, a za to okazuje się niezmiernie pożyteczne, oferując niesamowite możliwości, z których zresztą będziesz wykorzystywać tylko malutką część.
Najpierw zastanów się, co chcemy zmienić: średnice i otwory we wszystkich punktach obu zaznaczonych elementów. Wpisz
(dwukrotnie) średnicę punktu np. 120mil
i (raz) średnicę otworu, np. 40mil w odpowiednie okienka. Na rysunku 60 odpowiednie
okienka zaznaczyłem kolorem niebieskim.
Zwróć uwagę, że automatycznie zostały zaznaczone odpowiednie okienka z prawej strony - co ja zaznaczyłem kolorem żółtym. Znaczy to, że do wszystkich zmienianych punktów skopiowane zostaną te zaznaczone atrybuty: zmienione zostaną rozmiary punktów
i średnice otworów.
Tym sposobem poznałeś przeznaczenie
okienek z prawej strony ramki – określasz tu,
co będzie zmieniane.
Na razie jeszcze nie ustaliłeś, jakich
obiektów (punktów lutowniczych) dotyczyć będą zmiany. Czy wszystkich punktów
na płytce? Nie, w tym przypadku tylko punktów dwóch
przełączników. Aby nie
zmienić wszystkich punktów
na płytce, celowo zaznaczyliśmy tylko te dwa elementy
(dokonaliśmy selekcji). I teraz dzięki temu zaznaczeniu
selektywnie
dokonamy
zmian. Pomoże nam w tym
środkowy rząd okienek.
Wcześniej zwróć uwagę, że
lewe okienko Selection jest
zaznaczone (dlatego, że kliknięty punkt należy do wybra-
nych elementów) - zaznaczyłem to na rysunku kolorem zielonym.
Skoncentruj się: chcemy zmienić wszystkie punkty obszaru selekcji. Informujemy
o tym program, klikając strzałkę przy środkowym okienku Selection i wybierając Same,
jak pokazuje rysunek 61. Masz do wyboru
trzy możliwości: albo zmieniasz obiekty mające takie same atrybuty (Same), albo dowolne, jakiekolwiek (Any), albo też różne (Different) od atrybutu klikniętego obiektu.
Rys. 61
My w środkowym oknie Selection wybieramy Same, żeby zmiany dotyczyły tylko
składników (punktów) zaznaczonych – o takim samym atrybucie, jak w lewym okienku.
Inaczej mówiąc - wszystkich zaznaczonych
punktów.
To naprawdę nie jest trudne. Przeanalizuj
to jeszcze raz: W lewym rządku okienek
wpiszesz, co chcesz zmienić. Jeśli zmiany
dotyczą jednego punktu, masz tylko ten jeden rządek okienek (bo nie klikniesz przycisku Global). Przy zmianach globalnych,
w prawym rządku okienek zostanie zaznaczone, które atrybuty zostaną zmienione
w innych elementach podlegających zmianie. Natomiast środkowy rząd okienek wykorzystasz, żeby określić, jakie składniki
(punkty) mają podlegać zmianie. Zwróć
uwagę, że na początku we wszystkich środkowych okienkach masz opcję Any, co oznacza, że domyślnie zmiany dotyczą wszystkich składników. W środkowych okienkach
możesz dowolnie wybierać opcje Any, Same,
Different, i właśnie w ten sposób określisz
precyzyjnie, które punkty zostaną zmienione.
Często wykorzystasz tu możliwość wcześniejszej selekcji, czyli wybrania jednego lub
kilku elementów bibliotecznych.
Jak widzisz, okno globalnych zmian daje
Ci mnóstwo możliwości. Ale to jeszcze nie
koniec. W prawym dolnym rogu masz bardzo ważne okienko Change Scope. My nie
chcemy zmieniać All FREE primitives wszystkich wolnych, czyli niezwiązanych
składników (punktów, które nie wchodzą
w skład elementów bibliotecznych, np. zostały umieszczone poleceniem P-P). My chcemy zmienić właściwości wszystkich składników, także tych związanych, wchodzących
w skład elementów bibliotecznych. Dlatego
koniecznie musimy zmienić opcję w okienku
Change Scope na All primitives.
Po kliknięciu OK pokaże się małe okienko z bardzo ważną informacją: ile dodatkowych elementów będzie zmienionych. Rysunek 62 pokazuje, że w tym przypadku będzie
to pięć dodatkowych elementów. Kliknij Yes
i ewentualnie rozsuń elementy, jeśli powstał
konflikt, jak na rysunku 63.
23
Kurs Protela
Okienko z rysunku 62 z liczbą zmienianych elementów jest naprawdę ważne, bo
od razu zorientujesz się, czy czegoś nie
przegapiłeś. Jeśli przykładowo wcześniej
nie zmieniłbyś zawartości okienka Change
Scope, w okienku z rysunku 62 otrzymałbyś informację, że zostanie zmienionych 0
dodatkowych elementów. Jeśli z kolei
w środkowym okienku Selection zamiast
Same, pozostawiłbyś Any, otrzymałbyś informację o zamianie 43 elementów i program zmieniłby właściwości wszystkich
punktów. Dzięki zaznaczeniu potrzebnych
elementów i wybraniu opcji Same zmieniłeś tylko to, co chciałeś.
Rys. 65
Rys. 62
A teraz dla wprawy pozmieniajmy właściwości jeszcze innych punktów. Przykładowo
większość punktów ma średnicę 80mil.
Zmieńmy ją na 90mil. Podwójne kliknięcie
na dowolny z takich
punktów otworzy
okno właściwości,
które poszerzysz,
klikając przycisk
Global.
Chcemy zmienić tylko rozmiary
wszystkich punktów okrągłych, mających wcześniej
średnicę
80mil.
Tym razem nie doRys. 63
konujemy więc zaRys. 64
24
znaczenia (selekcji) elementów podlegających zmianie. Tabelka po zmianach będzie
wyglądać, jak na rysunku 64. W środkowym okienku X-Size zaznaczyłem Same, żeby zmienione zostały elementy, które wcześniej miały wielkość 80mil. Wybrałem też
Same w środkowym okienku Shape (kształt), żeby program nie zmienił kwadratowych punktów tranzystora, które też mają
wielkość 80mil. Po dokonaniu zmian program zasygnalizuje naruszenie reguł w elemencie C3. Słusznie, odstęp wynosi teraz
tylko 10 milsów. Zmieńmy to.
Osoby przyzwyczajone do Autotraxa mają kłopoty ze zmianą punktów tylko jednego
elementu. Rzeczywiście Protel nie oferuje
specjalnej opcji zmiany punktów w obrębie
jednego elementu. Ale nie jest to żadna wada. Trzeba się tylko przyzwyczaić do innego
sposobu pracy. Po prostu najpierw trzeba zaznaczyć potrzebny element (np. Shift+kliknięcie), w tym przypadku kondensator C3.
Potem trzeba kliknąć podwójnie na jeden z
punktów i otworzyć tabelkę właściwości
(globalnych). Trzeba zmienić opcję Any na
Same w środkowym okienku Selection
i opcję w okienku Change Scope. Na pozór
odwrotne wartości wpisane w okienkach XSize oraz Y-Size wynikają z tego, że element
został wcześniej odwrócony o 90 stopni - zaznaczyłem to czerwoną linią (Rotation
Rys. 66
Rys. 67
E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h
Kurs Protela
90.000). Po zmianach tabelka będzie wyglądać jak na rysunku 65, a po zatwierdzeniu
i usunięciu zaznaczenia (odznaczenie) kondensatora, punkty będą wyglądać jak na
rysunku 66.
Zmieńmy jeszcze dla nabrania wprawy
punkty lutownicze tranzystora T1. Trzeba go
zaznaczyć (Shift+kliknięcie) i podwójnie
kliknąć na którymś punkcie. Wygląd tabelki
po zmianach pokazuje rysunek 67.
Zaznacz jeszcze punkty lutownicze oznaczone A, B, C, D. W tych obwodach będą
płynąć znaczne prądy, więc możemy powiększyć te punkty i ich otwory według rysunku 68.
A teraz zadanie domowe: koniecznie
poćwicz zmiany wielkości, kształtu i śre-
dnicy otworu punktów lutowniczych. Dobrze utrwal
sobie w pamięci sposób
zmiany punktów tylko
w jednym elemencie - będziesz często przeprowadzał takie zmiany.
Ja po wprowadzeniu opisanych zmian staranniej
ustawiłem elementy i zacząłem prowadzić te ścieżki,
które trzeba poprowadzić
ręcznie. Resztę zrobi potem
automat.
R y s. 6 8
Piotr Górecki
Ciąg dalszy ze strony 19.
Płytka klawiatury z diodami wymaga bardziej
skomplikowanego montażu. W pierwszej kolejności, po wlutowaniu mikrostyków, należy
tak wyprofilować kolorowe diody LED, by
znalazły się nad przyciskami, a ich naciśnięcie powodowało zadziałanie tychże przycisków. Po zmontowaniu płytek należy je złożyć w przysłowiową kanapkę. Po poprawnym
zmontowaniu układ powinien od razu poprawnie pracować. Układ modelowy został
zasilony napięciem 6V z 4 ogniw 1,5. Próby,
jakie przeprowadziłem, wykazały, że gra także działa poprawnie przy napięciu zasilającym 3V, ale dla większej jasności diod należy
zmniejszyć wartości rezystorów ograniczających R5-R7. Grę należy obowiązkowo wyposażyć w wyłącznik zasilania, ponieważ w stanie IDLE pobór prądu nie jest pomijalnie mały. Cały układ należy umieścić w jednej z dostępnych na rynku obudów. W przypadku
braku obudowy można wykonać ją z kawałków laminatu, przy czym przykładowy projekt laminatowej płyty czołowej znajduje się
na rysunku we wkładce. Wystarczy wtedy
wykonać boki oraz dno urządzenia. Należy
także schować baterie zasilające. Obsługa gry
jest bardzo prosta i sprowadza się tylko do naciskania przycisków na wyznaczonej tablicy.
Kolejka graczy jest pokazywana odpowiednim kolorem diody D10. Po naciśnięciu
przycisku na wyznaczonej tablicy, naciśnięty
przycisk przyjmuje kolor, na jaki wskazywała dioda D10. Naciśnięcie przycisku z diodą
S10 uruchamia nową grę oraz wychodzi ze
stanu IDLE, podczas gdy mikrokontroler się
w nim znalazł. W przypadku remisu grę należy rozpocząć po naciśnięciu wspomnianego
przycisku startu (S10). Kolorom diod mogą
być przypisane odpowiednio kółko lub krzyżyk, dlatego we własnym zakresie należy
podjąć decyzję, jaki kolor diody będzie uważany za kółko, a jaki za krzyżyk. Grę można,
po zmianie programu zawartego w mikrokontrolerze, wykorzystać także jako dwie kostki
sześciościenne. Wyświetlacz gry w sam raz
E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h
się nadaje do tego celu. Jedną kostką mogłyby być diody zielone, a drugą czerwone. Losowanie oraz wybranie kostek do pokazania
umożliwiałby przycisk startu S10. W wyniku
braku pamięci w mikrokontrolerze nie udało
mi się zaimplementować jako drugiej rozrywki kostki do gry, oczywiście w jednym mikrokontrolerze. Aby to dało się zrobić, trzeba by
wymienić mikrokontroler na mikrokontroler
o większej pamięci, którym może być znany
89C4051. Ma on 4k pamięci i z powodzeniem
Rys. 2 i 3 Schematy montażowe
do gry „kółko i krzyżyk” można dopisać implementację kostki sześciościennej. Przy zastosowaniu powyższego mikrokontrolera należy pamiętać o zmianie obwodu zerowania
na zalecany dla rodziny mikrokontrolerów
’51. Można by także wymyślić inne rodzaje
gier, które mogłyby być zaimplementowane
do opisywanego urządzenia, oczywiście przy
jego ograniczeniach wyświetlacza i klawiatury. Mogą to być wszelkiego rodzaju gry
zręcznościowe, logiczne czy innego rodzaju.
Pamięć zawarta w mikrokontrolerze AVR
może wystarczyć do realizacji różnych gier.
Ale jeżeli okaże się za mała, można zmienić
mikrokontroler na wspomniany 89C4051.
Mam nadzieję, że można wymyślić jeszcze
wiele innych implementacji gier dla tego
urządzenia.
Marcin Wiązania
Wykaz elementów
Rezystory
R1,R5,R6,R7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220Ω
R2,R3,R4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10kΩ
Kondensatory
C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,7µF
C2,C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33pF
C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47µF
C5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF
Półprzewodniki
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .AT90S2313
X1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Kwarc 8MHz
T1,T2,T3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC548
D1 – D10 . . . . . . . . . . . . .LED 5mm dwukolorowe
Inne
S1 – S10 . . . . . . . . . .Mikrostyk o niskim przycisku
S11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Przełącznik hebelkowy
Q1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Membrana piezo
Z1 . . . . . . .Goldpin 1x15 oraz odpowiednie gniazdo
BT1 . . . . . . . . . . . . . . . . .Koszyk na baterie 4x1,5V
Komplet podzespołów z płytką jest dostępny
w sieci handlowej AVT jako kit szkolny AVT-33021.
25