1999.04_Elektor.pdf

ELEKTOR w EdW

Elektor w EdW

nym posiadaczem

najnowszej, auto−

matycznej ładowarki akumulato−

rów NiCd, ciągle możesz mieć

kłopot z nietypową “niekompa−

tybilną” baterią, na przykład

o rzadko spotykanym napięciu

lub wymagającą dużo większe−

go prądu ładowania niż ten, ja−

kiego może dostarczyć twoja ła−

dowarka ze sklepowej półki.

W takich przypadkach uwaga

wielu osób zwraca się w stronę

regulowanych zasilaczy siecio−

wych (o prądzie, powiedzmy,

500mA), ponieważ jest to praw−

dopodobnie najtańszy sposób

zapewnienia napięcia i prądu

stałego wymaganego do łado−

wania baterii. Taki “przyzagro−

dowy” system ładowania, choć

szybki i niezbyt wydajny, jednak

działa. Trzeba jednak pamiętać,

że podlega następującym ogra−

niczeniom:

1. Powinieneś mieć jasny

pogląd odnośnie wartości prądu

ładowania. W przypadku stoso−

wania zasilacza regulowanego,

ale niestabilizowanego, możesz

regulować prąd regulując sko−

kowo napięcie wyjściowe.

2. Musisz wiedzieć, czy prąd

rzeczywiście płynie przez bate−

rię. Tym samym wskaźnik prze−

pływu prądu jest o wiele bar−

dziej przydatny, niż wskaźnik na−

pięcia.

3. Aby zabezpieczyć cię

przed zapomnieniem o cyklu ła−

dowania, wskaźnik powinien

być widoczny tam, gdzie często

przebywasz.

W przedstawionym tu ukła−

dzie dioda LED świeci, gdy na−

pięcie baza−emiter tranzystora

przekracza około 0,2V. Przy uży−

ciu rezystora szeregowego

o wartości 1

nie powinieneś wybrać pomię−

dzy rozsądnie szybkim ładowa−

niem, powiedzmy, przez 6−7 go−

dzin prądem C/5 lub wolniej−

szym, np. przez 14 godzin prą−

dem C/10. C jest pojemnością

baterii w (mili−)amperogodzi−

nach, zazwyczaj nadrukowaną

na baterii. Ogólnie, im mniejszy

prąd ładowania, tym mniejsze

ryzyko uszkodzenia baterii, jeśli

zapomnisz wyłączyć ładowarkę.

W pewnych przypadkach bę−

dzie możliwe wbudowanie ukła−

du do zasilacza sieciowego.

Może to być jednak niebez−

pieczne z powodu obecności

napięcia sieciowego wewnątrz

obudowy zasilacza. Innym roz−

wiązaniem jest umieszczenie

układu w obudowie pilota zdal−

nego sterowania.

Układ nie jest zabezpieczony

przed odwrotną polaryzacją ba−

terii. Jeśli takie zabezpieczenie

jest niezbędne, należy wprowa−

dzić bezpiecznik bądź inny prze−

rywacz obwodu.

Projjekt:: J.. Gonzallez

Rys.. 1..

, jak na schema−

cie, zaświeci się przy prądzie

około 200mA, a przy około

40mA, jeśli R1 zostanie zastą−

piony przez rezystor 4,7

stor BU406 w obudowie TO−

220 może pracować z prądem

bazy do 4A (można wykorzystać

jakikolwiek inny tranzystor dużej

mocy − przyp. red. EdW) .

Przy pomocy takiego wska−

źnika ładowania możesz prze−

zwyciężyć wymienione powyżej

ograniczenia 2 i 3.

Pozostaje problem znajomo−

ści wymaganego prądu. Jak dłu−

go U BE pozostaje poniżej mniej

więcej 0,6V, napięcie na R1 jest

wiarygodnym wskaźnikiem prą−

du ładowania. Zamiennie mo−

żesz włączyć amperomierz, by

określić prąd ładowania przy

różnych ustawieniach napięcia

wyjściowego zasilacza. Następ−

Ubytek napięcia spowodo−

wany przez ten wskaźnik nie

może nigdy przekroczyć napię−

cia baza−emiter (U BE ) tranzysto−

ra, czyli około 0,7V. Nawet jeśli

prąd płynący przez R1 jeszcze

wzrośnie ponad poziom, przy

którym U BE = 0,7V, baza tranzy−

stora “wchłonie” nadmiar prą−

du. Proponowany tutaj tranzy−

Powielacz impedancji wejściowej

I mpedancja wejściowa

. Jeśli potrzebna jest

jeszcze większa wartość, można

skorzystać z układu “boot−

strap”, umożliwiającego pod−

wyższenie impedancji wejścio−

wej do bardzo wysokich warto−

ści. Na schemacie rezystory R1

plus R2 tworzą obwód określają−

cy stałoprądowy punkt pracy

układu wzmacniacza operacyj−

nego IC1. Bez dalszych działań,

impedancja wyjściowa wynio−

słaby około 20M

płynący przez R1 jest radykalnie

mniejszy. Impedancja wejścio−

wa Zin dla przebiegów zmien−

nych wyniesie:

Zin =[(R2+R3)/R3](R1+R2)]

Przy wartościach elementów,

jak na schemacie, Zin ma war−

tość około 1G

Układ pobiera prąd około 3mA.

Projjekt:: H.. Bonekamp

. Jednak sy−

gnał wyjściowy jest podany

zwrotnie (w fazie) na obwód

wejściowy tak, że prąd zmienny

Od Red.. EdW::

Układ tego typu może być

zrealizowany z użyciem dowol−

nego wzmacniacza operacyjne−

go o małym (stałym) prądzie

polaryzacji wejść np.: TL071

TL081.

Rys.. 1..

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/99

Wskaźnik ładowania baterii z zasilacza sieciowego

C hoćbyś był dum−

układów wzmacniacza

operacyjnego ze sprzęże−

niem dla prądów zmiennych nie−

mal całkowicie zależy od rezy−

stancji ustalającej stałoprądowy

punkt pracy. Jeśli stosowany

jest wzmacniacz CMOS lub FET,

impedancja wejściowa samego

układu scalonego jest bardzo

wysoka. Natomiast wypadkowa

rezystancja wejściowa układu

zależy właśnie od wartości opor−

ników zastosowanych w obwo−

dach wejściowych (lub obwo−

dach sprzężenia zwrotnego).

Ostatecznie oporność wejścio−

wa układu zbudowanego przy

użyciu współczesnego wzmac−

niacza operacyjnego może się−

gnąć 10M

Elektor w EdW

Przetwornik równolegle/szeregowo

Z ośmiu na jeden i na odwrót

dwa szerregowe (oznaczane częstto RS−

232)) ii jjeden rrównolległły.. Łącze szerregowe

RS−232 jjestt ciiąglle barrdzo popullarrne ii chęttniie wy−

korrzysttywane.. W wiiellu wypadkach zachodzii ko−

niieczność skorrzysttaniia z porrttu szerregowego kom−

putterra.. Dane z allbo do komputterra mogą być prrze−

słłane nawett kiillkanaściie mettrrów prrzez jjakąkollwiiek

dwużyłłową liiniię.. Zarrówno w komputterrach,, jak

ii w prroffesjjonallnych urrządzeniiach z niimii współłprra−

cujjących barrdzo częstto trrzeba zamiieniiać iinfforrma−

cjję rrównolległłą na szerregową.. Najjczęściiejj są do tte−

go wykorrzysttywane allbo miikrroprrocesorry,, allbo spe−

cjjalliizowane ukłłady scallone,, obecniie corraz częściiejj

dosttępne jjako ellementty SMD.. Prrzeciięttny hobbystta

ma corraz mniiejj szans,, by jje w prrostty sposób wyko−

rrzysttać..

Tymczasem także hobbyścii chciielliiby wykorrzystty−

wać porrtt szerregowy komputterra zarrówno do zbiierra−

niia danych (prrzesyłłaniie iinfforrmacjjii do komputterra)),,

jjak ii do stterrowaniia ((prrzesyłłaniie danych z komputte−

rra do urrządzeniia współłprracujjacego)).. Prrakttyka do−

wodzii,, że najjwiięcejj kłłopottów sprrawiia budowa blloku..

Rozwiiązaniie prrzedsttawiione w ttym arrttykulle dowo−

dzii,, że dobrrą alltterrnattywą może być oparrciie siię na

garrścii poczciiwych ellementtów dyskrrettnych.. Prroces

odwrrottny,, zamiiana forrmattu szerregowego na rów−

nolległły,, jjestt rrówniie prrostty..

Prezentowany układ nie

jest najnowocześniejszym su−

perszybkim przetwornikiem.

Jeśli szukasz jakiegoś rozwią−

zania superszybkiego i wyrafi−

nowanego, z czystym sumie−

niem pomiń ten artykuł. Jeśli

jednak czasem potrzebujesz

przetworzyć równoległe infor−

macje 8−bitowe na szeregowe

i przesłać je z prędkością nie

większą niż 9600 bodów, nie

przegap tego prostego układu.

Jeśli poszukujesz prostego

i niezbyt wyrafinowanego roz−

wiązania, właśnie ten układ

może się okazać najbardziej

odpowiednim blokiem.

Niniejszy artykuł pokazuje,

jak zatrudnić kilka najzwyklej−

szych układów scalonych TTL

do przetwarzania danych rów−

noległych na format szerego−

wy. Format transmisji jest

standardowy: 8 bitów danych,

jeden bit stopu i brak bitu pa−

rzystości − w praktyce usta−

wienie takie będzie odpowie−

dnie dla wszystkich, no może

z wyjątkiem najbardziej egzo−

tycznych przypadków.

Schemat elektryczny prze−

twornika równoległo−szerego−

wego można znaleźć na ry−

sunku 1. Sercem układu jest

układ scalony IC3, typu

74LS150. Jest on odpowie−

dzialny za właściwe przetwa−

rzanie równoległo−szeregowe.

Osiem z szesnastu wejść te−

go multipleksera jest połączo−

nych wejściem równoległym,

czyli złączem K2. Wejście 0

(nóżka 8) układu scalonego

IC3 reprezentuje bit startu,

a wejścia 1 do 8 (nóżki 1...7

i 23) − bity danych. Na koniec,

wejście (nóżka 22) służy do

generowania bitu stopu. Wej−

ścia multipleksera 74LS150 są

kolejno uaktywniane za pośre−

dnictwem licznika BCD IC2 ty−

pu 74LS160 (74HC160). Każ−

de wciśnięcie przycisku S1

powoduje, że licznik 74LS160

liczy w górę od 0 do 9 i w ten

sposób dostarcza odpowie−

dnich kodów BCD do wejść

A − D (nóżki 11, 13...15) multi−

pleksera IC3. W wyniku dzia−

łania kondensatora C2, to sa−

mo dzieje się po włączeniu za−

silania. W rezultacie jeden bajt

zostaje przetworzony i prze−

słany.

Jeśli układ jest wykorzysty−

wany jako podzespół większe−

go urządzenia, elementy R1,

R2, C1 i S2 można pominąć,

natomiast wejście IC1a połą−

czyć z odpowiednim układem

sterującym.

Rys.. 1..Schemat ellektryczny przetworniika równolległło−szeregowego.. Za pośredniictwem tyllko

czterech prostych ukłładów scallonych TTL,, dane równolległłe zostajją zamiieniione na format sze−

regowy o szybkościi transmiisjjii do 9600 biitów na sekundę..

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/99

K ażdy komputterr ma prrzynajjmniiejj ttrrzy porrtty::

Elektor w EdW

Rys.. 2.. Przetwarzaniie w odwrotnym kiierunku równiież niie jjest probllemem.. Ten prosty ukłład za−

miieniia iinformacjje szeregowe na równolległłe..

gowego. Proces odwrotny, od

formatu szeregowego do rów−

noległego również dokonuje

się w bardzo prosty sposób.

Odpowiedni układ przed−

stawia rysunek 2. Złącze K1

odbiera dane szeregowe, na

przykład z portu szeregowego

komputera PC. Również i tu

niektóre piny złącza są ze so−

bą zwarte, co zresztą w tym

wypadku nie ma znaczenia.

Sygnał szeregowy (TxD)

z nóżki 3 złącza K1 przez rezy−

stor ochronny R1 i inwerter

IC1a jest podawany na wej−

ście 1D (nóżka 2) rejestru IC4.

IC2a i IC2b tworzą przerzutnik

RS (Set−Reset) i w połączeniu

z oscylatorem zbudowanym

z wykorzystaniem IC2d i

IC2c oraz licznikiem typu

74HCT160 tworzą razem ser−

ce układu, jeśli chodzi o takto−

wanie.

Gdy dane (o poziomach

+5V i −5V) pojawią się na wej−

ściu szeregowym, zostaną

przetworzone do poziomu TTL

(R1, IC1a), a następnie dopro−

wadzone do wejścia przerzut−

nika bistabilnego RS. Przerzut−

nik ten uruchamia oscylator,

po czym impulsy zegarowe są

przesyłane do wejścia licznika

IC3 i rejestru przesuwnego

IC4. I właśnie ten rejestr prze−

suwa odebrane bity jeden za

drugim na odpowiednie pozy−

cje, skąd na koniec cyklu mo−

gą być odebrane przez złącze

K2.

Gdy oscylator IC2c wytwo−

rzy dziewięć impulsów zega−

rowych, przerzutnik RS jest

ponownie zerowany za pośre−

dnictwem sygnału na wyjściu

3CT=9 układu IC3 (nóżka 15),

po zanegowaniu przez

IC1c.Obwód RC złożony z R2

i C1 wydłuża ostatni impuls.

Gdyby to nie zostało zapew−

nione, istniałaby poważna

obawa, że rejestr przesuwny

zgubi ostatni impuls, głównie

dlatego, że IC4 (jako układ

CMOS) jest nie tak szybki, jak

IC3 (układ HCT). Obwód RC,

złożony z C3 i R4, dostarcza

impulsów strobujących,

umożliwiających wczytanie

danych do rejestru wyjścio−

wego IC4. Sygnał ten pocho−

dzi z tego samego wyjścia

układu IC3. Odebrane dane

pozostaną na wyjściu (złączu

Działanie reszty układu po−

winno być zrozumiałe, ponie−

waż zastosowano naprawdę

prosty układ licznika. Przerzut−

nik zbudowany wokół

IC1a i IC1b może być ustawia−

ny za pośrednictwem S1 i re−

setowany przez licznik BCD za

pośrednictwem tranzystora

T1 na końcu transmisji kodu

szeregowego. Gdy przerzut−

nik jest ustawiony, licznik zli−

cza i każdy kolejny impuls ze−

garowy powoduje umieszcze−

nie następnego bitu na linii

wyjścia szeregowego. Prosty

generator RC sygnału zegaro−

wego jest zbudowany z bufo−

rami IC1c i IC1d. Został on do−

brany tak, że osiągnięto szyb−

kość transmisji 9600 bitów na

sekundę. Dokładną szybkość

ustawia się za pośrednictwem

potencjometru montażowego

P1. Przy mniejszych szybko−

ściach transmisji należy odpo−

wiednio zwiększyć kondensa−

tor C3. Na przykład, dla pręd−

kości 2400 dobrym wyborem

jest kondensator 1µF (stały,

foliowy). W ten sposób układ

może być dopasowany do nie−

mal każdej szybkości transmi−

sji, jaką zechcesz zastosować

− wszystko co musisz zrobić,

to modyfikacja oscylatora od−

powiednio do potrzeb.

jest tylko jedna linia interfejsu

szeregowego: TxD (nadawa−

nych danych). Na złączu K1

zostały połączone ze sobą li−

nie uzgodnienia RTS (Request

To Send − żądania nadawania)

z CTS (Clear To Send − goto−

wości do nadawania), podob−

nie jak trójka DSR (Data Set

Ready − gotowości zestawu

danych), DCD (Data Carrier

Detected − wykrycia nośnej

danych) i DTR (Data Terminal

Ready − gotowości terminala

danych). W ten typowy spo−

sób port RS232 jest “uaktyw−

niony” i gotowy do komunika−

cji szeregowej. Choć w zasa−

dzie zgodnie ze standardem

poziomy napięć na linii powin−

ny być wyższe, jednak w prak−

tyce prosty zasilacz o napię−

ciach wyjściowych +5V i

−5V jest wystarczający dla te−

go projektu.

RS232, krok po kroku

Zrozumiałeś, że informacje

szeregowe pojawiają się na

wyjściu W multipleksera (nóż−

ka 10). Jedynym pominiętym

dotychczas elementem jest

interfejs dopasowujący do li−

nii. Do tego celu wezwaliśmy

na pomoc zasilany symetrycz−

nie wzmacniacz operacyjny

CA3130. Wzmacniacz ten,

skonfigurowany jako kompa−

rator, zamienia sygnały o po−

ziomach TTL odbierane z mul−

tipleksera na szeregowe sy−

gnały o poziomach +5V oraz

−5V. W ten sposób staraliśmy

się spełnić wymagania elek−

tryczne określone dla interfej−

su RS232. W tym prostym

rozwiązaniu wykorzystywana

W drugą stronę

Do tej pory omawialiśmy

jedynie przetwarzanie z for−

matu równoległego do szere−

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/99

Elektor w EdW

Programy

Zazwyczaj adresem portu COM2 jest właśnie liczba szes−

nastkowa 2F8, a adres 2FD wskazuje rejestru stanu, który

będzie odczytywany dla sprawdzenia, czy są tam nowe da−

ne. Jeśli wykorzystujesz inny port COM, należy odpowiednio

zmienić adresy.

Przetwornik szeregowo−równoległy jest również łatwy do

testowania. Program zamieszczony poniżej w sposób ciągły

przesyła sekwencje liczb od 0 do 255 do portu równoległego

i dalej do układu z rysunku 2:

Port szeregowy RS232 w komputerze PC musi być usta−

wiony (lub “skonfigurowany”) dla zapewnienia, że znajduje

się w odpowiednim trybie (a nie nastroju) do odbioru danych.

W tym celu należy użyć DOS−owej komendy

mode com2:9600,n,8,1

przez co konfigurujemy port COM2 (zakładając, że COM1

obsługuje myszkę).

Aby przetestować przetwornik równoległo−szeregowy,

trzeba dołączyć do portu COM2 komputera układ z rysunku

FOR X = 0 TO 255

OUT &H2F8,X

FOR Y = 1 TO 1000: NEXT Y

NEXT X

Wiersz

Następnie do odczytu danych przychodzących do kompu−

tera można zatrudnić prosty program. Poniższy program, na−

pisany w QBASIC−u daje taką mozliwość.

Po podaniu danych równoległych (liczby 8−bitowej) na

układ z rysunku 1 i naciśnięciu przycisku S1, na ekranie kom−

putera powinna się pojawić nowa wartość, odpowiadająca

tej liczbie.

start:

FOR Y = 1 TO 1000: NEXT Y

został wprowadzony dla zmniejszenia częstotliwości wpi−

sywania do bufora portu komputera nowych danych, co jest

wręcz konieczne, gdy korzystasz z szybkiego komputera.

Dzięki temu ustawieniu (i opóźnieniu) możesz nawet zoba−

czyć, że nowa wartość jest przesyłana za każdym powtórze−

niem tej pętli programowej.

Obydwa programy wykorzystują port COM2 o adresie

2F8. Jeśli masz zamiar korzystać z innego portu COM, nale−

ży odpowiednio zmodyfikować adres.

IF INP(&H2FD)>96 THEN PRINT INP(&H2F8)

GOTO start:

K2) tak długo, aż pojawi się

następny impuls strobujący,

czyli do skompletowania

następnego bajtu danych.

Jest to możliwe dzięki

podwójnemu buforowaniu

w kostce IC4. Urządzenie pe−

ryferyjne, odbierające dane

z portu K2, otrzymuje impuls

informujący o odebraniu

i skompletowaniu następnego

bajtu danych za pośrednic−

twem R3, C4 i negatora IC1e.

Wartości elementów ukła−

du (głównie oscylatora) są od−

powiednie dla sygnałów sze−

regowych przesyłanych z czę−

stotliwością 9600 bitów na

sekundę. Poprzez zwiększe−

nie C2 do 470nF można obni−

żyć częstotliwość bitów do

2400. Potencjometr montażo−

wy umożliwia dokładną regu−

lację częstotliwości. Niestety,

regulacja oscylatora zegara

nie jest tak łatwa, jak byśmy

sobie życzyli. Problem polega

na tym, że oscylator jest ak−

tywny tylko wtedy, gdy są

odbierane dane szeregowe.

W celu dostrojenia układu,

można rozwiązać ten “pro−

blem” poprzez wymuszenie

ciągłej pracy oscylatora, na

przykład przez chwilowe połą−

czenie wyprowadzenia

8 IC2c z linią +5V (tj. chwilo−

we przecięcie połączenia po−

między wyprowadzeniami

3 IC2a i 8 IC2c). Następnie

można zmierzyć częstotli−

wość zegara na wyprowadze−

niu 8 IC1d (2400Hz dla 2400

bitów/s lub 9600Hz dla 9600

bitów/s).

Od Redakcjjii EdW :

Układy rodzin 74LS, 74HC

i 74HCT w opisanych ukła−

dach mogą być stosowane

wymiennie. Wzmacniacz ope−

racyjny CA3130 można

spróbować zastąpić innym,

nawet popularnym uA741.

Aby zapewnić dostateczną

stabilność częstotliwości, na−

pięcie zasilające 5V powinno

być stabilizowane, a w oscyla−

torach (z bramkami odpowie−

dnio IC1C, IC2c) należy stoso−

wać kondensatory foliowe,

nie ceramiczne, przy czym po−

tencjometry P1 powinny być

typu helitrim.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 4/99

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: