Page 1

cena: 16,00 zł (w tym 8% VAT) PRICE: 8 EUR Nakład 27000 egz.

2013-03-29 12:29:54

001.indd 1


002.indd 2

2013-03-29 12:30:09


Zasilanie Moc końcówek

• Szczegó³owe informacje w Internecie na stronie www.ndn.com.pl

Profesjonalny zestaw lutująco-rozlutowujący dużej mocy

• Szczegó³owe informacje w Internecie na stronie www.ndn.com.pl

JAKOŚĆ I PRECYZJA firmy

220~240 VAC/50Hz 210ESD 100W DIA 100W HAP 80 W TWZ 100 W

Zakres temperatury Groty (standard)

210ESD 150~480 oC DIA 300~450 oC 210ESD - 44-415404 DIA - 44-915412 TWZ - 46-060102

z³ 1000 t +va

• Szczegó³owe informacje w Internecie na stronie www.ndn.com.pl

LF-8000

Profesjonalny zestaw lutująco-rozlutowujący Zasilanie Moc końcówek

Zakres temperatury Groty (standard)

220~240 VAC/50Hz SIA 100KT 100 W DIA 80 W HAP 80 W TWZ 2 x 50 W SIA 250~500 oC DIA 300~450 oC SIA - XY 704 DIA 44-915412 TWZ 46-060102

z³ 1150 t +va

LF-853D

Profesjonalna stacja lutująco- rozlutowywująca Zasilanie Moc końcówek

Zakres temperatury

220~240 VAC/50Hz 210ESD 100W DIA 100W SMD wylutow. 600 W 210ESD 150~480 oC SMD wyl. 100~480 oC DIA 300~450 oC

LF-3500

LF-2000

Profesjonalna stacja lutownicza

Profesjonalna stacja lutownicza

Stacja lutownicza LF-3500 Zasilanie Moc końcówki Zakres temperatur Grot (standard)

220-280V AC 50Hz 150 W 100º- 480º C 44-413590

Stacja lutownicza LF-2000 Zasilanie 220-280V AC 50Hz Moc końcówki 100 W Temperatura Grot (std)

³ 450 z +vat

z³ 1300 t +va

200º- 450º C 44-415404

³ 220 z +vat

LF-1680

8066D2-7C Profesjonalna lampa warsztatowa

Profesjonalna stacja lutownicza Stacja Zasilanie

22W, 5 dioptri

³ 300 z +vat

LF-1680 220-280V AC 50Hz

Typ końcówki

SIA 108 ESD

Moc końcówki

80 W

80 W

200º- 480º C 44-510601

200º- 450º C 46-060102

Zakres temperatur Grot (standard)

TWZ 80

LF-389D

Profesjonalna stacja lutownicza

90 z³ +vat

Zakres temperatur

³ 120 z +vat

150°C ÷ 480°C

Moc grzałki

60W

Zasilanie stacji

230V / 50Hz

Grot (standard)

44-510601

®

02-784 Warszawa, ul. Janowskiego 15 tel./fax (22) 641-15-47, 644-42-50

• Szczegó³owe informacje w Internecie na stronie www.ndn.com.pl

LF-8800

• Szczegó³owe informacje w Internecie na stronie www.ndn.com.pl

• Szczegó³owe informacje w Internecie na stronie www.ndn.com.pl

• Szczegó³owe informacje w Internecie na stronie www.ndn.com.pl

http://www.ndn.com.pl e-mail: ndn@ndn.com.pl 003.indd 3

2013-03-29 12:30:20


OD WYDAWCY

Niezwykły egzamin

Prenumerata naprawdę warto

30 marca przypada 121 rocznica urodzin słynnego polskiego matematyka, Stefana Banacha, największego autorytetu w zakresie analizy funkcjonalnej. Myślę, że takie pojęcia, jak „Przestrzeń Banacha” są dobrze znane przynajmniej tej części Czytelników, którzy kończyli studia wyższe. Z osobą wielkiego uczonego jest związanych wiele anegdot, a jedna z nich opowiada o niesamowitym egzaminie doktorskim. Otóż wielki matematyk był znany ze swojej niechęci do formalnych procedur akademickich. Był już sławny, a jego prace znalazły uznanie na całym świecie, ale uczony nie miał doktoratu. Tak kiedyś, jak i  teraz, aby uzyskać doktorat należało złożyć pracę doktorską oraz zdać egzamin przed specjalną komisją. Z tym pierwszym nie było problemu – wystarczyło zebrać prace naukowe Stefana Banacha, co zrobili jego koledzy. Gorzej było z egzaminem, ponieważ Banachowi po prostu nie chciało się go zdawać. Wtedy władze Wydziału Matematycznego Uniwersytetu Jana Kazimierza we Lwowie wymyśliły fortel. Wiedząc, że Banach był entuzjastą dyskusji naukowych, koledzy poinformowali go, że w sekretariacie jest grupa matematyków z Warszawy, która chciałby przedyskutować z nim kilka problemów matematycznych i na pewno będzie w stanie im pomóc. Banach zapalił się, przybył na spotkanie i ochoczo odpowiadał na zadawane pytania. Następnego dnia ze zdziwieniem dowiedział się, że celująco zdał egzamin doktorski. W 1922 r. habilitował się na Uniwersytecie Jana Kazimierza, 22 lipca tego roku otrzymał nominację na profesora nadzwyczajnego, a w 1927 r. na profesora zwyczajnego. Był wykładowcą, autorem wielu podręczników, także podręczników matematycznych dla szkół średnich. Pierwsze jego prace dotyczyły szeregów Fouriera, funkcji i szeregów ortogonalnych, równań Maxwella, funkcji pochodnych funkcji mierzalnych, teorii miary. W pracy doktorskiej (opublikowanej w 1922 r.) i w monografii Théorie des opérations linéaires podał pierwszą aksjomatyczną definicję przestrzeni, nazwanych później jego imieniem – przestrzeń Banacha. Ugruntował ostatecznie podstawy niesłychanie ważnej w nowoczesnych zastosowaniach matematyki analizy funkcjonalnej. Podał jej fundamentalne twierdzenia, i wprowadził terminologię, którą zaakceptowali matematycy na całym świecie. Żył tylko 53 lata – zmarł tuż po zakończeniu II Wojny Światowej. A co w bieżącym numerze EP? Temat urządzeń przenośnych, zasilanych z baterii lub energią wolnodostępną, budzi ogromne zainteresowanie konstruktorów-elektroników. Istotnym komponentem większości takich urządzeń jest interfejs użytkownika z wyświetlaczem. Dlatego w tym wydaniu EP skupiliśmy się na zaprezentowaniu wyświetlaczy energooszczędnych, przeznaczonych do pracy w urządzeniach przenośnych. Wiele firm poleca do nich wyświetlacze OLED, których cena jest coraz bardziej atrakcyjna, a oferta poprawia się z dnia na dzień. Miniaturowe wyświetlacze raczej nie zainteresują automatyków, więc dla nich przygotowaliśmy przegląd technologii stosowanych w panelach HMI. Warto zapoznać się z nim zanim zdecydujemy się na wybór konkretnego rozwiązania. Dodatkowym tematem, który poruszamy jest „Inteligentny budynek” tj. wyposażony w taki rodzaj instalacji, który pozwala na bezpieczne, komfortowe i niedrogie (!) użytkowanie pomieszczeń. Wśród projektów warto zwrócić uwagę na interfejs przeznaczony do współpracy z modułem kamery. Jego płytka jest wyposażona w  32-bitowy mikrokontroler z  rdzeniem ARM, co pozwala nie tylko na testowanie modułów kamer, ale również na realizowanie algorytmów oceny obrazu. Płytka może być bazą do samodzielnego eksperymentowania dla wszystkich pasjonatów nowoczesnych technologii. Co ważne, w materiałach dodatkowych dołączonych do artykułu można znaleźć przykładowe oprogramowanie kamery, umożliwiające wykonania fotografii i jej przesłanie do komputera PC, a od tzw. akwizycji obrazu zaczynają swoją pracę wszystkie systemy wizyjne. Miło mi poinformować, że pojawił się pierwszy z cyklu artykułów, w których będziemy przyglądali się jak są projektowane i wykonywane urządzenia AGD, RTV i przyrządy pomiarowe. Rozpoczynamy od stacji dokującej dla smartfonów i tabletów pracujących pod kontrolą Androida – Philips Fidelio AS851. Warto podejrzeć jak jest montowana płytka, jakich podzespołów użyto w jej konstrukcji – warto uczyć się od najlepszych, a przecież Philips ma dziesiątki lat doświadczenia w  wytwarzaniu urządzeń powszechnego użytku. Doskonałym uzupełnieniem tego artykułu są poradniki na temat projektowania płytek drukowanych zgodnie z zaleceniami montażowymi, odpornych na zaburzenia EMC i ESD. Przykłady technik i technologii opisywanych w obu artykułach można znaleźć w Fidelio AS851. Zapraszam do lektury!

4

004_wstepniak.indd 4

Miesięcznik „Elektronika Praktyczna” (12 numerów w roku) jest wydawany przez AVT-Korporacja Sp. z o.o. we współpracy z wieloma redakcjami zagranicznymi. Wydawca: AVT-Korporacja Sp. z o.o. 03-197 Warszawa, ul. Leszczynowa 11 tel.: 22 257 84 99, faks: 22 257 84 00 Adres redakcji: 03-197 Warszawa, ul. Leszczynowa 11 tel.: 22 257 84 49, 22 257 84 60 tel.: 22 257 84 65, 22 257 84 48 faks: 22 257 84 67 e-mail: redakcja@ep.com.pl www.ep.com.pl Redaktor Naczelny: Wiesław Marciniak Redaktor Programowy, Przewodniczący Rady Programowej: Piotr Zbysiński Zastępca Redaktora Naczelnego, Redaktor Prowadzący: Jacek Bogusz, tel. 22 257 84 49 Redaktor Działu Projektów: Damian Sosnowski, tel. 22 257 84 58 Redaktor Działu Podzespołów i Sprzętu: Jerzy Pasierbiński Szef Pracowni Konstrukcyjnej: Grzegorz Becker, tel. 22 257 84 58 Menadżer magazynu Katarzyna Wiśniewska, tel. 22 257 84 65, 500 060 817 e-mail: k.wisniewska@ep.com.pl Marketing i Reklama: Bożena Krzykawska, tel. 22 257 84 42 Katarzyna Gugała, tel. 22 257 84 64 Grzegorz Krzykawski, tel. 22 257 84 60 Andrzej Tumański, tel. 22 257 84 63 Maja Gilewska, tel. 22 257 84 71 Sekretarz Redakcji: Grzegorz Krzykawski, tel. 22 257 84 60 DTP i okładka: Dariusz Welik Redaktor strony internetowej www.ep.com.pl Mateusz Woźniak Stali Współpracownicy: Arkadiusz Antoniak, Rafał Baranowski, Lucjan Bryndza, Marcin Chruściel, Jarosław Doliński, Andrzej Gawryluk, Krzysztof Górski, Tomasz Gumny, Tomasz Jabłoński, Michał Kurzela, Szymon Panecki, Krzysztof Paprocki, Krzysztof Pławsiuk, Sławomir Skrzyński, Jerzy Szczesiul, Ryszard Szymaniak, Adam Tatuś, Marcin Wiązania, Tomasz Włostowski, Robert Wołgajew Uwaga! Kontakt z wymienionymi osobami jest możliwy via e-mail, według schematu: imię.nazwisko@ep.com.pl Prenumerata w Wydawnictwie AVT www.avt.pl/prenumerata lub tel: 22257 84 22 e-mail: prenumerata@avt.pl www.sklep.avt.pl, tel: (22) 257 84 66 Prenumerata w RUCH S.A. www.prenumerata.ruch.com.pl lub tel: 801 800 803, 22 717 59 59 e-mail:prenumerata@ruch.com.pl Wydawnictwo AVT-Korporacja Sp. z o.o. należy do Izby Wydawców Prasy

Copyright AVT-Korporacja Sp. z o.o. 03-197 Warszawa, ul. Leszczynowa 11 Projekty publikowane w „Elektronice Praktycznej” mogą być wykorzystywane wyłącznie do własnych potrzeb. Korzystanie z tych projektów do innych celów, zwłaszcza do działalności zarobkowej, wymaga zgody redakcji „Elektroniki Praktycznej”. Przedruk oraz umieszczanie na stronach internetowych całości lub fragmentów publikacji zamieszczanych w „Elektronice Praktycznej” jest dozwolone wyłącznie po uzyskaniu zgody redakcji. Redakcja nie odpowiada za treść reklam i ogłoszeń zamieszczanych w „Elektronice Praktycznej”.

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 12:30:32


005.indd 5

2013-03-29 12:30:43


Lampowy wzmacniacz stereofoniczny o mocy 2×5 W Legendarne brzmienie wzmacniaczy z lampami 300B jest przedmiotem pożądania niejednego audiofila. Prezentujemy opis wzmacniacza z lampami 300B, bez globalnej pętli sprzężenia zwrotnego, z rozwiązaniami przypominającymi konstrukcje z lat 30 ubiegłego stulecia.

Zegar retro z lampami Nixie typu Z570M/Z573M

Nr 4 (244) Kwiecień 2013

Projekty Wzmacniacz lampowy 300B SET. Wzmacniacz o mocy 2×5 W z „legendarnymi” lampami 300B .. 18 Mikroprocesorowy interfejs modułu kamery .................................................................................. 25 Zegar w stylu retro z lampami Nixie typu Z570M/Z573M ............................................................... 30 ASO. Automatyczny system ostrzegania ......................................................................................... 34 Zegar trójtarczowy ......................................................................................................................... 38

Miniprojekty Termometr do wędzarni ................................................................................................................. 43 Dwukanałowy, optoizolowany moduł przekaźnikowy .................................................................... 44 LED7_Expander dla Arduino ........................................................................................................... 45 LCD_Expander dla Arduino ............................................................................................................. 47

Wybór konstruktora TEMAT NUMERU Wyświetlacze do urządzeń przenośnych ........................................................................................ 48

W czasach, gdy układy programowalne wypierają już na dobre elementy logiczne wykonanie zegara bez mikrokontrolera jest rzadkością. Nasz zegar jest „retro” w pełnym tego słowa znaczeniu.

Notatnik konstruktora

Zegar trójtarczowy

Podzespoły

Projekt zegara, który udowadnia, że można bez użycia mikrokontrolera zbudować pełnowartościowe urządzenie pełniące pożyteczną funkcję oraz wyglądające elegancko, jak pierwsze płyty główne komputerów PC.

Mikroprocesorowy interfejs modułu kamery Współcześnie „małe” mikrokontrolery mają sporą moc obliczeniową, a niektóre mają interfejs dla kamery. Opisujemy płytkę, do której można dołączyć większość modułów kamer. Może ona pracować jako tester, zestaw uruchomieniowy lub wykonywać zdjęcia.

ASO – Automatyczny System Ostrzegania W nowoczesnych samochodach jest montowane urządzenie, które automatycznie załącza światła awaryjne podczas gwałtownego hamowania. Prezentowane urządzenie umożliwia wyposażenie starszych pojazdów w tę funkcjonalność. 6

006_spis_tresci.indd 6

STM32L/STM8L Power Consumption Calculator. Kalkulator poboru mocy dla energooszczędnych mikrokontrolerów z oferty STMicroelectronics ... 66 Projektowanie płytek obwodów drukowanych zgodnie z wymaganiami EMC i ESD ...................... 71 Technologia montażu elektroniki .................................................................................................... 75

Test Stacja dokująca Philips Fidelio AS851 ........................................................................................... 104

Embedded World 2013: przegląd „gorących” nowości podzespołowych. Era Internet of Things nadeszła!..................................................................................................... 61 STM32L Value Line: nowe mikrokontrolery low-power w rodzinie STM32 ..................................... 68

Prezentacje TEMAT NUMERU Wyświetlacze do urządzeń przenośnych w ofercie firmy Gamma................................................... 52 TEMAT NUMERU Wyświetlacze do urządzeń mobilnych w ofercie Unisystemu ......................................................... 54 TEMAT NUMERU Najnowsze wyświetlacze z oferty firmy Artronic ............................................................................ 55 Zasilacze programowalne firmy Agilent ......................................................................................... 56 Generator funkcyjny FG-1............................................................................................................... 58 Bezpieczeństwo i komfort w jednym ............................................................................................ 112

Kursy STM32 dla użytkowników 8-bitowców (2). Obsługa przetwornika A/C .......................................... 79 C2000 Piccolo LaunchPad (3). Łatwe programowanie do pamięci Flash ......................................... 83 MSP430 w przykładach (8). Transmisja szeregowa UART, SPI ......................................................... 90 Podstawy programowania w LabView (1). Środowisko programistyczne i pierwszy program ........ 99

Automatyka i Mechatronika Praktyczna Inteligentny budynek ................................................................................................................... 109 System automatyki budynkowej by-Me ........................................................................................ 114 TEMAT NUMERU 116 Sterowanie dotykiem ................................................................................................................... TEMAT NUMERU 122 HMI z użyciem NI LabView Touch Panel Module ........................................................................... S7-1200 – podstawy PLC: teoria i praktyka................................................................................... 125 Miniaturowe przekaźniki bistabilne z serii RMB841 i RMB851 ...................................................... 128 Od wydawcy .................................................................................................................................... 4 Niezbędnik elektronika ..................................................................................................................... 8 Nie przeocz. Podzespoły ................................................................................................................. 10 Nie przeocz. Koktajl niusów ........................................................................................................... 14 Sprzężenie zwrotne. Forum ............................................................................................................ 17 Info .............................................................................................................................................. 129 Kramik i rynek .............................................................................................................................. 133 Księgarnia wysyłkowa .................................................................................................................. 137 Oferta........................................................................................................................................... 138 Prenumerata ................................................................................................................................ 139 Zapowiedź następnego numeru ................................................................................................... 140

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-04-02 00:19:44


007.indd 7

2013-03-29 12:30:58


DZIAŁ ZAWARTOŚĆ DODATKOWEJ PŁYTY DVD

niezbędnik

elektronika 1. Atmel Studio 6.1-2440

Kolejna wersja środowiska programistycznego firmy Atmel, w którym zintegrowano narzędzia dla wszystkich rodzin mikrokontrolerów produkowanych obecnie przez tę firmę.

2. AXsem AX8052 IDE

Środowisko projektowe z kompilatorem SDCC dla mikrokontrolerów 8052 szwajcarskiej firmy Axsem, która oferuje szybkie wersje tych mikrokontrolerów zintegrowane z transceiverem radiowym na pasma ISM. Na płycie publikujemy wersje: dla Windows, dla Linuksa oraz pliki źródłowe.

3. AXsem Microlab

Pakiet oprogramowania narzędziowego służącego do konfiguracji mikrokontrolerów (taktowanie, linie GPIO, timery, ADC, tor radiowy itp.) zintegrowanych z transceiverami RF-ISM oferowanych przez firmę Axsem.

4. AXsem ParamCalc

konfigurację toru radiowego dla parametrów zadanych przez użytkownika.

6. Cypress PSoC Creator 2.2

17. MicroXplorer PCC

7. Cypress PSoC Designer 5.3

12. Infineon DAvE 3.1.6

18. Texas Instruments Grace

Środowisko projektowe dla konstruktorów-programistów korzystających w swoich projektach z mikrokontrolerów PSoC pierwszej generacji (PSoC 1). Biblioteki pakietu zawierają nowe bloki funkcjonalne: VoltageSequencer, SMBusSlave, FanController, Thermistor, GasSensorAFE, SwitchCapConfig oraz EzADC.

8. Cypress PSoC Programer 3.17

5. AXsem Radiolab

Najnowsza wersja Eagle w wersjach dla Linuksa, Windows oraz Mac.

1. Altera Quartus II 12.1 Web Edition (wersja bezpłatna) Najnowsza wersja pakietu projektowego dla układów FPGA i CPLD firmy Altera. 2. Drivery do ARM-MDK dla interfejsu OSJTAG Pakiet najnowszych (1.10) driverów dla pakietu ARM. 3. Atmel Studio 6 SP2 Najnowsza wersja zintegrowanego pakietu programistycznego dla konstruktorów korzystających z mikrokontrolerów firmy Atmel. 4. Actel/Microsemi Libero SoC 10.1 Najnowsza wersja zintegrowanego środowiska projektowego dla inżynierów realizujących projekty w układach FPGA. 5. Actel/Microsemi Libero SoC 11 beta Testowa wersja (beta) pakietu Libero, który jest zintegrowanym środowiskiem projektowym dla inżynierów realizujących projekty w układach FPGA. 6. ON Semiconductor CAN calculator Prosty w obsłudze kalkulator magistrali CAN. 7. ON Semiconductor CompCalc 3.0 Program narzędziowy wspomagający projektowanie zasilaczy i przetwornic DC/DC. 8. ON Semiconductor Efficiency Calculator Program narzędziowy

8

008_niezbednik.indd 8

do szacowania strat mocy w tranzystorach MOSFET. 9. STMicroelectronics SPC5 Studio Zintegrowane środowisko programistyczne dla konstruktorów realizujących projekty na mikrokontrolery SPC56 z rdzeniami z serii PowerPC. 10. Texas Instruments CodeComposer 5.3.0 RC1 Najnowsza wersja zintegrowanego środowiska programistycznego Code Composer firmy Texas Instruments. EP2/2013 1. Arduino 1.0.3 Najnowsza wersja (1.0.3, grudzień 2012) kompletnego środowiska programistycznego Arduino. 2. Code Warrior 10.3 SE Specjalna, bezpłatna wersja środowiska programistycznego dla mikrokontrolerów produkowanych przez firmę Freescale. 3. LadderWork for ARM System umożliwiający przygotowywanie programów dla mikrokontrolerów LPC1769 w języku drabinkowym. 4. Lattice Diamond Win64 Najnowsza wersja pakietu Diamond firmy Lattice (2.0.0.155). 5. Lattice Mico 2.0.1 Najnowsza wersja plików źródłowych oraz skompilowanego środowiska programistycznego dla „miękkich” rdzeni

Off-line’owy, interaktywny selektor wyrobów firmy NXP.

Pakiet konfiguracyjny dla nowych układów z oferty FTDI - EVE. Są to sterowniki graficzne z systemem sprzętowego wspomagania budowy okienkowych menu i budowy efektownych interfejsów graficznych.

Najnowsza wersja programu obsługującego programatory ISP mikrokontrolerów PSoC firmy Cypress, obsługująca wszystkie rodziny mikrokontrolerów PSoC (od 1 do 5 LP).

EP3/2013

11. FTDI VisualTFT

16. NXP Product Selector 2013

Najnowsza wersja pakietu programistycznego dla użytkowników mikrokontrolerów PSoC firmy Cypress. Program obsługuje mikrokontrolery z rodzin PSoC 3, PSoC 5 oraz PSoC 5LP.

Pakiet oprogramowania konfigurującego tor radiowy w mikrokontrolerach AX8052 dla założonych parametrów transmisji. Program oblicza wartości, które należy wpisać do odpowiednich rejestrów transceivera. Program narzędziowy wspomagający oprogramowanie jednoukładowego transceivera radiowego AX5043 firmy Axsem, który jest przystosowany do pracy w zakresach ISM. Oprogramowanie generuje kod w ANSI C, który po implementacji w projektach na mikrokontrolery AX8052, odpowiada za

matów i prosty edytor PCB. Na płycie publikujemy wersje dla Linuksa i Windows.

9. Eagle 6.4.0

10. Fritzing 0.7.12b

Najnowsza wersja programu wspomagającego realizację prototypów prostych urządzeń elektronicznych, budowanych na bazie płytek breadboard, wyposażony w edytor sche-

32-bitowego procesora Mico. 6. SiLabs Precision 32 DevEnv Bezpłatne środowisko programistyczne dla 32-bitowych mikrokontrolerów z serii Precision 32 firmy SiliconLabs. 7. SiLabs QuickSense Studio Ostatnia z 2012 roku wersja pakietu testowo-analitycznego firmy SiliconLabs, wspomagającego uruchamianie klawiatur i nastawników bezstykowych. EP1/2013 1. Altium Designer Viewer Najnowsza dostępna wersja (9.3.0.19153) przeglądarki projektów przygotowywanych za pomocą Altium Designera (zgodna z AD10). 2. Digilent plug-in for Xilinx tools Wtyczki programowe umożliwiające obsługę programatorów układów CPLD i FPGA, produkowanych przez firmę Digilent. 3. Digilent Waveform Oprogramowanie zarządzające pracą oscyloskopu Analog Discovery i zestawu Electronics Explorer, służące do akwizycji i obróbki danych. 4. Eagle 6.3.0 Najnowsza rewizja znanego pakietu do projektowania PCB, w wersjach dla systemów Windows, Linuks oraz MacOS. 5. Eagle Hyperlinx ULP Skrypt do Eagle’a umożliwiający eksport

plików PCB w formacie akceptowanym przez pakiet Hyperlinx lub (bezpłatny!) openEMS, służące do realizacji analiz elektromagnetycznych kompletnych projektów płytek drukowanych. 6. Freescale CodeWarrior 10.3 Najnowsza – jeszcze beta! – wersja pakietu Code Warrior dla mikrokontrolerów Kinetis L z rdzeniem Cortex-M0+. 7. Freescale Pressusre Sensor Calculator Prosty program narzędziowy służący przeliczaniu wartości ciśnień podawanych w różnych jednostkach. 8. FTDI FT311 Configuration Tool Program narzędziowy do konfiguracji trybu pracy układów interfejsowych USB FT311 firmy FTDI. 9. FTDI FTprog Najnowsza wersja konfiguratora-programatora pamięci konfiguracji w układach interfejsowych USB z serii FT nowych i starszych generacji. 10. FTDI Vinculum Toolchain 2.0SP1 i Utilities 1.2.0 Najnowsze wersje programów narzędziowych do realizacji projektów na układach interfejsowych USB z serii Vinculum II firmy FTDI. 11. Microchip MPlabX 1.51 Najnowsza wersja środowiska programistycznego nowej generacji MPlabX firmy Microchip, w wer-

sjach dla Win i MacOS. 12. openEMS Bezpłatny pakiet do analiz EMC płytek drukowanych. 13. Rowley CrossWorks for ARM oraz Rowley CrossWorks for MSP430 Dwie ewaluacyjne wersje najnowszego pakietu programistycznego (IDE+kompilator) CrossWorks, dla mikrokontrolerów: MSP430 oraz wyposażonych w rdzenie ARM (2.3.0). 14. Texas Instruments CodeComposer 5.3.0 Kompletne środowisko projektowe dla mikrokontrolerów i procesorów DSP firmy Texas Instruments. 15. TI Control Suite 3.1.2 Zestaw pomocniczych programów narzędziowych wspomagających realizację projektów na mikrokontrolerach DSC TMS320F2000. 16. TI SmartRF Studio 7 v1.10.30 Pakiet narzędzi do konfiguracji transceiverów na pasma radiowe ISM radiowe produkowane przez firmę Texas Instruments. 17. Zuken CADstar 13.0 Najnowsza wersja ewaluacyjna pakietu projektowego PCB dla elektroników o nazwie CADstar firmy Zuken. EP 12/2012 1. Altera Quartus II v12.0 SP2.263 Najnowsza wersja popularnego pakietu do projektowania układów PLD firmy Altera.

Nowa wersja środowiska programistycznego firmy Infineon dla mikrokontrolerów XMC4000 (rdzeń Cortex-M4), obsługująca także najnowsze mikrokontrolery w ofercie producenta - XMC1000 (Cortex-M0).

13. Klipper 5.4.0 for Altium Designer

Najnowsza wersja programu umożliwiającego import grafik do edytora PCB w pakiecie Altium Designer. Narzędzie charakteryzuje się znacznie większą łatwością i wygodą obsługi niż standardowe rozwiązania firmy Altium.

14. Microchip MPlabX 1.70

Lutowa wersja doskonale znanego pakietu MPlabX z ewaulacyjnymi wersjami kompilatorów dla mikrokontrolerów PIC.

15. NXP emwin libraries

Zestaw nowych bibliotek oraz aktualizacje do środowiska emwin, pozwalające wygodnie korzystać ze wszystkich aktualnie oferowanych mikrokontrolerów firmy NXP. 2. emIDE Bezpłatne środowisko (IDE) dla programistów mikrokontrolerów ARM z kompilatorem ARM-GCC. 3. Freescale Freedom QSP Pakiet skompilowanych przykładów demonstracyjnych i podstawowej dokumentacji dla zestawu FREEDOM KL25Z firmy Freescale (z mikrokontrolerem Kinetis L, wyposażonym w rdzeń Cortex-M0+). 4. Fritzing Pakiet projektowy dla elektroników, umożliwiający realizację projektów bazujących na popularnych modułach mikrokontrolerowych. 5. Infineon DAvE 3.1.4 Nowa wersja pakietu narzędziowego bazującego na Eclipse i kompilatorze ARM GCC, opracowanego i udostępnianego bezpłatnie przez firmę Infineon. 6. MachXO2 Pakiet materiałów, not katalogowych, dokumentacji i projektów przykładowych (z kompletem źródeł w Verilogu) ilustrujących możliwości nowoczesnych układów CPLD firmy Lattice – MachXO2. 6. Microchip MPlab X v1.50 Najnowsza wersja IDE nowej generacji firmy Microchip, przeznaczona dla programistów piszących aplikacje dla wszystkich generacji mikrokontrolerów PIC. 7. ST MicroXplorer v2.2 Najnowsza wersja

program narzędziowego wspomagającego zagospodarowanie linii GPIO dostępnych w mikrokontrolerach STM32. 8. STM32F3 tools Zbiór bibliotek, przykładowych programów, przykładowych aplikacji dla mikrokontrolerów STM32F3, a także dokumentacja zestawu STM32F3Discovery oraz przykłady aplikacji demonstracyjnych. 9. TI Stellaris pin-mux-tool Program narzędziowy wspomagający prawidłowe dołączanie wewnętrznych bloków peryferyjnych w mikrokontrolerach Stellaris do wyprowadzeń mikrokontrolerów. EP11/2012 1. ARDUINO chipKIT32 Popularne środowisko Arduino dla płytki bazującej na mikrokontrolerze PIC32 firmy Microchip. 2. CooCox CoFlash Profesjonalne oprogramowanie dla procesorów CortexM3 i CortexM0 działające pod systemem Windows. 3. CooCox CoSmart CooCoxCoSmart jest inteligentnym konfiguratorem i narzędziem do generowania kodu w C. 4. CooCoxIDE 1.5.1 Bezpłatne środowisko programistyczne przeznaczone dla mikrokontrolerów z rdzeniem Cortex-M. 5. Digilent Waveforms Potężny pakiet wirtualnych narzędzi do przeno-

Nowa wersja graficznego konfiguratora mikrokontrolerów STM32, zintegrowana z kalkulatorem poboru mocy Power Consuption Calculator.

Graficzny pakiet do konfiguracji mikrokontrolerów MSP430 firmy Texas Instruments.

19. Tibbo TIDE 2.50.26

Ostatnia opublikowana wersja środowiska narzędziowego z prekompilatorem, do przygotowywania projektów na programowalne moduły sieciowe EM firmy Tibbo.

20. XMOS Time Composer 12.2.0

Środowisko programistyczne dla programistów piszących aplikacje dla wielordzeniowych mikrokontrolerów o małym poborze mocy, wyposażonych w rdzenie xCORE.

21. XMOS xSOFTip Explorer

Pakiet bibliotek programowych z funkcjami konfigurującymi oraz spełniającymi rolę parametryzowanych, programowych funkcji IP, przystosowanych do implementacji w systemach bazujących na wielordzeniowych mikrokontrolerach wyposażonych w rdzenie xCORE.

szenia analogowych jak i cyfrowych sygnałów na komputer PC. 6. Keil MDK 4.60 Kompletne środowisko programistyczne dla procesorów Cortex-M, Cortex-R4, ARM7 i ARM9. 7. Lattice Diamond 2.0.0.15 Kompletne środowisko projektowe dla układów FPGA Lattice Semiconductor. Program usprawnia pracę inżyniera systemów cyfrowych implementowanych w FPGA. 8. LatticeMico DT LatticeMico to środowisko projektowe dla 32i 8-bitowych układów FPGA firmy Lattice. 9. MaximIntegrated PatternGenerator PatternCreator Oprogramowanie ułatwiające tworzenie niestandardowych wzorów binarnych do testowania układów scalonych, modułów i systemów stosowanych w światłowodach i innych aplikacjach. 10. PowerIntegrated PIExpertSuite8.6 PI Xls Designer to arkusz kalkulacyjny wspomagający dobór elementów w systemach zasilania z użyciem układów firmy Power Integration. 11. ST STM32 embeddedGUIlib Biblioteki pozwalające projektantowi komfortowe wykorzystanie standardowych mikrokontrolerów do zamiany przycisków na przyciski

dotykowe.

EDWinXP.

12. ST STM32F4 DSP lib examples Kompletna paczka bibliotek dla 32-bitowych mikrokontrolerów STM32F4xx zawierająca dodatkowo sterowniki oraz przykłady.

5. EdWinXP1.90 Tworzenie schematów oraz symulacja pracy, projektowanie płytki, generowaniu jej dokumentacji technicznej.

13. TI Coefficient Calculator For Digital Biquad Filters Kalkulator do obliczania parametrów cyfrowych filtrów audio. 14. TI Pure Path Środowisko projektowe służące do tworzenia programów dla procesorów DSP firmy Texas Instruments. EP10/2012 1. Altera Quartus II 12.0 SP2 Profesjonalne oprogramowanie dla rozwoju urządzeń z układami firmy Altera. 2. AtmelStudio 6.0 Patch2 Uaktualnienia dla zintegrowanego środowiska programistyczne AtmelStudio przeznaczonego do tworzenia aplikacji i debugowania procesorów z rdzeniem ARM i CortexM. 3. EDComX EdcomX jest potężnym rozszerzeniem programu EDWinXP. Wspomaga modelowanie kodu oraz definiowanie węzłów. 4. EDdocOne Dodatek do programu EDWinXP wspomagający przygotowanie dokumentacji schematów oraz płytek PCB zaprojektowanych przy pomocy

6. Freescale CodeWarrior Development Studio for Microcontrollers Środowisko programistyczne dla mikrokontrolerów firmy Freescale. 7. LTspiceIV 8 2012 Rozbudowany symulator układów analogowych. 8. MPLabX 1.30 Program do tworzenia aplikacji dla mikrokontrolerów Microchip. 9. ST MicroXplorer 2.1 Narzędzie graficzne umożliwiające łatwe skonfigurowanie wyprowadzeń mikrokontrolerów STM32. 10. ST STM32 motor control lib Biblioteki wspomagające pisanie aplikacji do sterowania silnikami na mikrokontrolery STM32. 11. ST STM32 PMSM FOC SDK Oprogramowanie dla mikrokontrolerów STM32 serii STM32F100x pomocne przy projektowaniu aplikacji sterowania silnikami DC i AC. 12. TI SmartRF Packet Sniffer Oprogramowanie PC umożliwiające przechwytywanie, wyświetlanie i przechowywanie pakietów transmisji radiowej, ich filtrowanie i wyświetlanie.

ELEKTRONIKAPRAKTYCZNA PRAKTYCZNA10/2012 4/2013 ELEKTRONIKA

2013-03-29 15:12:43


009.indd 9

2013-03-29 12:34:53


NIE PRZEOCZ PRZEOCZ Podzespoły NIE

nowe

podzespoły Z kilkuset nowości wybraliśmy te, których nie wolno przeoczyć. Bieżące nowości można śledzić na www.elektronikaB2B.pl

Nowe układy PSoC z rdzeniem Cortex-M3 Cypress Semiconductor zaprezentował nową rodzinę układów programowalnych PSoC z  rozbudowanym zestawem bloków analogowych umożliwiających realizację złożonych obwodów. Nowością są precyzyjne przetworniki A/C. W najmocniejszej wersji CY8C58LP są to dwa przetworniki 12-bitowe z  sukcesywną aproksymacją i  20-bitowy delta-sigma z  wbudowanym źródłem napięcia referencyjnego 1,024  V o  dokładności ±0,1%. Zarówno te, jak i pozostałe bloki analogowe (przetworniki C/A, komparatory, wzmacniacze operacyjne programowalne i transimpedancyjne, mieszacze, multipleksery analogowe, sterowniki ekranów LCD, kontrolery interfejsów pojemnościowych itp.) mogą pracować w  zakresie napięcia zasilania 1,71…5,5  V. Bloki cyfrowe układu mogą być zasilane napięciem już od 0,5 V. Pobór prądu układów PSoC 5LP wynosi jedynie 2 mA w trybie uśpienia z aktywnym zegarem RTC i  300 nA w  trybie hibernacji. Po wybudzeniu np. za pomocą sygnału na jednej z linii I/O, jest przywracany wcześniejszy stan CPU, pamięci SRAM i konfiguracja bloków wewnętrznych. Do reREKLAMA

10

010-017_newsy.indd 10

alizacji projektów bazujących na nowych układach PSoC 5LP producent dostarcza środowisko PSoC Creator IDE z 80 predefiniowanymi, zweryfikowanymi i gotowymi do produkcji komponentami. Parametry PSoC 5LP: • rdzeń ARM Cortex-M3, • do 256 MB wbudowanej pamięci Flash o  20-letniej retencji danych i niezawodności 100 tys. cykli zapisu, • do 64 kB pamięci SRAM, • 2 kB pamięci EEPROM o 20-letniej retencji danych i niezawodności 1 miliona cykli zapisu, • 24-kanałowy, wielowarstwowy kontroler DMA, • 24-bitowy blok filtracji cyfrowej IIR/FIR, • do 24 bloków programowalnych PLD, • interfejsy USB 2.0 i CAN 2.0b, • 4 konfigurowalne, 16-bitowe timery/liczniki/modulatory PWM, • do 72 linii I/O (62×GPIO, 8×SIO, 2×USBIO), • wbudowany sterownik wyświetlaczy LCD do 46×16 segmentów, • zakres temperatury pracy -40…+85°C. http://www.cypress.com/?id=4562

Miniaturowa przetwornica o obciążalności 15 A Renesas Electronics oferuje serię miniaturowych przetwornic DC-DC o bardzo dużej gęstości mocy. Obecnie obejmuje ona 6 typów układów. Przetwornice RAA20770X pracują w  zakresie napięć wejściowych 3…16 V i umożliwiają stabilizowanie napięcia wyjściowego w  zakresie 0,8...5  V. Są produkowane w  wersjach o wydajności prądowej 5, 10 lub 15 A, w obudowach o wymiarach, odpowiednio: 2,7 mm×2,4 mm, 2,7 mm×3,4 mm i 2,7 mm×3,9 mm. Mogą być wyposażone w dodatkowy regulator LDO o napięciu wyjściowym 5 V (RAA207703GBM, RAA207704GBM, RAA207705GBM) pozwalający na zmniejszenie liczby elementów w  systemach z  podwójnym napięciem zasilania. Dzięki wbudowanym tranzystorom MOSFET przetwornice RAA20770X wymagają dołączenia tylko kilku elementów pasywnych. Zapewniają bardzo małą rezystancję termiczną pomiędzy wewnętrznymi połączeniami chipa i powierzchnią płytki drukowanej (1°C/W), co ułatwia odprowadzanie ciepła. Pracują w zakresie temperatury złącza od -40 do +125°C. Przetwornice mają sprawność sięgającą nawet 94% przy pełnym obciążeniu. Przy braku obciążenia mogą być przełączone w tryb standby, w którym pobór prądu zmniejsza się do 0,1 mA. Standardowym wyposażeniem jest zabezpieczenie przed zwarciem, przepięciem i przegrzaniem. http://am.renesas.com/press/news/2012/news20121129.jsp ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 12:36:13


Podzespoły generowania przerwań monitoruje moc sygnału odbieranego przez detektor i powoduje wybudzenie współpracującego mikroprocesora dopiero po odebraniu sygnału o ustawionej przez użytkownika wartości progowej. Eliminuje to konieczność ciągłej komunikacji z mikroprocesorem, ułatwia tworzenie oprogramowania i  zmniejsza pobór mocy. VCNL3020 pobiera około 1,5 mA prądu w trybie standby. Pracuje z napięciem zasilania 2,5…3,6 V oraz z napięciem linii I²C 1,7…5 V. Dopuszczalny zakres temperatury pracy wynosi -35…+85°C. http://www.vishay.com/ppg?84150

Kondensatory MLCC na płytce pośredniczącej

Czujnik zbliżeniowy o małych wymiarach i dużym zasięgu Najnowszy cyfrowy czujnik zbliżeniowy VCNL3020 firmy Vishay ma dwukrotnie większy zasięg od podobnych elementów: wynosi on 200  mm. Obudowa sensora o  wymiarach o  wymiarach 4,9  mm×2,4  mm×0,8  mm zawiera nadajnik i  detektor podczerwieni, 16-bitowy przetwornik A/C i układ przetwarzania sygnałów. Wbudowany sterownik zewnętrznego nadajnika IR pozwala zwiększyć zasięg pomiaru nawet do ponad 1 m. Prąd zasilania nadajnika może być regulowany w zakresie od 10 do 200 mA z  krokiem 10 mA. VCNL3020 komunikuje się z układami zewnętrznymi za pomocą interfejsu I²C. Dzięki odpowiedniemu modulowaniu generowanego sygnału zapewnia dużą odporność na zaburzenia generowane przez źródła zewnętrzne. Funkcja

Wielowarstwowe kondensatory ceramiczne nowej serii ZRA (Murata) są pierwszymi tego typu elementami produkowanymi na pośredniczącej płytce drukowanej. Jest ona stosowana w celu absorbowania wibracji mechanicznych generowanych przez kondensator po podłączeniu do jego zacisków napięcia, powodujących w konsekwencji słyszalny przydźwięk akustyczny. Wyniki badań wskazują na mniejsze o 20 dB natężenie przydźwięku o częstotliwości 3 kHz po zastosowaniu płytki pośredniczącej w porównaniu z  kondensatorami MLCC o  standardowej konstrukcji. W ramach serii ZRA jest obecnie dostępna pierwsza wersja 22  mF/6,3  V z  dielektrykiem X5R produkowana w  obudowach 0804 i  0906. W  najbliższym czasie

REKLAMA

EVATRONIX S.A. ul. Przybyły 2, 43-300 Bielsko-Biała, tel. 33 499 59 12 eda@evatronix.com.pl; www.evatronix.com.pl/eda

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

010-017_newsy.indd 11

11

2013-03-29 12:36:14


NIE PRZEOCZ jest planowane wprowadzenie na rynek kolejnych typów kondensatorów ZRA o pojemnościach od 1 do 22 mF. http://www.murata.eu/news/en/pr/murata-launches-worlds-firstmlcc-on-MUR218

Przetwornice DC-DC 3,5 A z precyzyjnym źródłem referencyjnym Układy TPS54360 i  TPS54340 to nowe przetwornice DC-DC typu Buck firmy Texas Instruments, których wyróżniają się dużą, 1-procentową dokładnością wewnętrznego źródła napięcia referencyjnego 0,8 V. Jest ona stała w całym zakresie dopuszczalnej temperatury pracy złącza tj. –40…+150°C. Inną zaletą jest szeroki zakres napięcia wejściowego wynoszący 4,5…60 lub 4,5…42  V. Struktura wewnętrzna obu regulatorów zawiera tranzystor MOSFET o rezystancji kanału 92 mV. W zakresie małych prądów wyjściowych zostaje aktywowany tryb pracy Pulse Skip obniżający pobór prądu przy braku obciążenia do 146  mA. Wydajność prądowa obu regulatorów wynosi 3,5  A  w  trybie ciągłym i  4,5  A  w  impulsie. Częstotliwość prze-

łączania może być ustalana w zakresie 0,1…2,5  MHz. Standardowym wyposażeniem jest układ miękkiego startu, ogranicznik prądowy oraz zabezpieczenia termiczne i nadnapięciowe. Projektowanie układów zasilania bazujących na TPS54360 i TPS54340 ułatwia udostępniane online przez Texas Instruments interaktywne narzędzie projektowe Webench. Obie przetwornice są oferowane w  8-wyprowadzeniowych obudowach SOIC PowerPAD. Ceny hurtowe TPS54360 i TPS54340 wynoszą, odpowiednio: 2,10 i 1,75 USD przy zamówieniu 1000 sztuk. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps54360.pdf

Chipset autoryzacyjny z SHA-256 Maxim rozpoczyna dystrybucję pierwszych wersji próbnych chipsetu szyfrującego do systemów wymagających autoryzacji urządzeń peryferyjnych, stanowiącego rozszerzenie linii produktów DeepCover. Obejmuje on dwa układy scalone: koprocesor szyfrujący DS2465 i  układ autoryzacyjny DS28E15, DS28E22 lub DS28E25 z interfejsem 1-Wire. Chipset pozwala na zagwarantowanie możliwości współpracy jednostki centralnej tylko z  urządzeniami peryferyjnymi zatwierdzonymi do użytku przez producentów OEM, zapewniającymi odpowiedni standard wykonania. Przykładem może tu być system monitorowania pacjenta, w którym wykorzystywane są wymienne czujniki i  urządzenia peryferyjne. Układy autoryzacyjne DS28E15/DS28E22/DS28E25 mogą komunikować się z procesorem za pomocą interfejsu 1-Wire lub pojedynczej linii GPIO. Zawierają rozbudowany system ochrony przed atakami prowadzonymi na poziomie struktury półprzewodnikowej. Są przewidziane do pracy w przemysłowym zakresie temperatur. http://www.maximintegrated.com/datasheet/index.mvp/id/7536

REKLAMA

12

010-017_newsy.indd 12

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 12:36:15


Podzespoły Diody Schottky’ego 45 V/5 A o grubości <1 mm Rodzina prostowniczych diod Schottky’ego TMBS firmy Vishay powiększyła się o dwa nowe modele o  napięciu znamionowym 45  V i  prądzie przewodzenia 3  A  i  5  A. Są to diody niskoprofilowe, produkowane w  technologii Trench MOS i  oferowane w  obudowach DO-221AC SlimSMA o grubości poniżej 1 mm. Mogą znaleźć zastosowanie w  niskonapięciowych przetwornicach DC-DC i  układach zabezpieczających przed odwróceniem polaryzacji, również w  aplikacjach pracujących w  podwyższonej temperaturze, ponieważ ich dopuszczalna temperatura pracy złącza wynosi +150°C. Diody VSSAF3L45 i  VSSAF5L45 mają mały spadek napięcia na złączu, który wynosi 0,37 V przy 3 A i 0,39 V przy 5 V. www.vishay.com/docs/89935/vssaf3l45.pdf

2-kanałowy przełącznik zasilania dla USB 3.0 Systemy komputerowe wyposażone w interfejs USB 3.0 zapewniają nie tylko szybszy transfer danych, ale też umożliwiają zasilanie dołączonych urządzeń zewnętrznych prądem o  większym natężeniu. Nowy przełącznik XRP2524 opracowany przez firmę Exar umożliwia zarządzanie przepływem prądu o maksymalnym natężeniu 1 A na liniach zasilających VBUS dwóch portów. Ma zabezpieczenie przed przeciążeniem, przegrzaniem i  odwróceniem polaryzacji. Dodatkowo, eliminuje przepięcia

występujące przy włączaniu/ wyłączaniu zasilania systemu i dołączaniu/rozłączaniu urządzeń zewnętrznych. Może współpracować za pośrednictwem linii Enable i Fault z dowolnym kontrolerem USB. Jest kompatybilny pod względem rozkładu wyprowadzeń z  poprzednią wersją o  symbolu SP2526. Może być zasilany napięciem z  zakresu 2,7...6,5 V. Cena hurtowa XRP2524 wynosi 0,75 USD przy zamówieniu 1000 sztuk. http://www.exar.com/power-management/system-controls/powerswitches/xrp2524

Subminiaturowy, 3-osiowy czujnik przyśpieszenia Czujnik przyspieszenia KXTJ2 firmy Kionix został zaprojektowany z myślą o zastosowaniach w  tabletach, telefonach komórkowych i  innych urządzeniach, w  których liczy się każdy milimetr kwadratowy powierzchni. Jest wytwarzany w  obudowie o  rekordowo małych wymiarach 2 mm×2 mm×0,9 mm. Czujnik ma mały pobór prądu wynoszącym 2  mA w  trybie standby oraz 10  mA  w  stanie aktywnym przy małej rozdzielczości pomiaru i  135  mA  przy dużej rozdzielczości pomiaru. Rozdzielczość (do 14 bitów), zakres pomiarowy (±2, ±4 i ±8 g) oraz szybkość transmisji danych przez interfejs I²C są programowane. Czujnik może być zasilany napięciem z zakresu 1,8…3,6 V. http://www.kionix.com/accelerometers/kxtj2

REKLAMA

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

010-017_newsy.indd 13

13

2013-03-29 12:36:15


NIE PRZEOCZ

koktajl

niusów Globalfoundries zbuduje centrum B+R w Nowym Jorku Globalfoundries, dostawca półprzewodników typu pure-play, ogłosił plany zbudowania ośrodka badań i  rozwoju w  swoim campusie Fab 8 w  Nowym Jorku. Pomieszczenia z  atmosferą bezpyłową (cleanroom) i  inne laboratoria w  Centrum Rozwoju Technologii (Technology Development Center) zajmą powierzchnię około 50 tys. m kw. Budowa centrum ma się rozpocząć na początku 2013 r., a jej zakończenie jest planowane na końcówkę 2014 r. Koszt budowy to 2 mld dol. Nowa inwestycja oznacza podwyższenie całkowitych nakładów kapitałowych na campus Fab 8 do ponad 8 mld dol., poinformowało Globalfoundries. W Fab 8 firma już zatrudnia 2 tysiące osób, a do końca przyszłego roku łączna liczba zatrudnionych wzrośnie o kolejny tysiąc pracowników. TDC ma się zajmować przejściem w  procesie produkcyjnym na nowe wymiary charakterystyczne oraz zapewni wsparcie dla innych technologii poza miniaturyzacją. Wśród nich najprawdopodobniej znajdą się rozwiązania w  zakresie łączenia i  pakowania układów w technologii spiętrzania, zaawansowane wytwarzanie masek i litografia w skrajnym ultrafiolecie. W oświadczeniu Globalfoundries nie wspomniało o przejściu na płytki o średnicy 450mm, ale jest prawdopodobne, że prace nad tym nowym standardem będą w TDC również prowadzone.

KE nałożyła rekordową karę 1,47 mld euro na producentów telewizorów Rekordową w historii karę wymierzyła Komisja Europejska kilku producentom telewizorów oraz monitorów komputerowych, którzy byli w  zmowie i  sztucznie kontrolowali przez wiele lat ceny. Największe kary dotknęły Philipsa - 313 mln euro i LG Electronics - 295 mln euro. Trzecie miejsce w tym niechlubnym zestawieniu przypadło REKLAMA

Samsungowi - 150 mln euro. Grzywną kilkudziesięciu mln euro KE ukarała też firmy Panasonic, Toshiba i Technicolor. Rekordowa kara została wymierzona przez Komisję Europejską po kilkuletnim śledztwie. Z ustaleń KE wynika, że wspomniani producenci byli w  zmowie i  sztucznie windowali ceny telewizorów oraz monitorów pomiędzy 1998, a  2006 rokiem. W  latach tych przedstawiciele firm dyskutowali zmiany cen, jak i również udziały na rynku.

Agencja IDC zapowiada poprawę sytuacji na rynku półprzewodników Na rok bieżący prognozowane są duże dostawy na rynkach urządzeń przenośnych oraz słabe w sektorze komputerów osobistych. Trendy te wpłyną na wzrost globalnego rynku półprzewodników w tym roku po stagnacji w  roku ubiegłym, poinformowała firma badania rynku International Data Corp. (IDC). Według niej w 2013 r. rynek globalny półprzewodników zwiększy się o 4,9%, do 319 mld dol. W 2012 r. obroty firm wzrosły o niecały 1% i wyniosły 304 mld dol. W perspektywie długookresowej, w latach 2011-2016 rynek półprzewodników na świecie będzie rósł w  średnim tempie rocznym o 4,1%, do osiągnięcia wartości 368 mld dol. w 2016 r., wynika z prognoz agencji. Słaby wzrost w  2012 r. także wynikał z  niewielkiego popytu na komputery PC, co przekładało się m.in. na nienajlepszą sytuację w sektorze pamięci DRAM. Niekorzystny wpływ na branżę miała też ogólna niepewność makroekonomiczna w skali gospodarki globalnej, oceniła agencja IDC. Jasne punkty sprzedaży półprzewodników uwidoczniły się w sektorach smartfonów, tabletów, dekoderów telewizyjnych oraz elektroniki motoryzacyjnej. IDC zapowiedział również, że podobne tendencje wystąpią w roku 2013 r. i w latach kolejnych. Tymczasem według organizacji Semiconductor Industry Association (SIA) globalną sprzedaż półprzewodników ostatnio winduje rynek amerykański. Światowa sprzedaż półprzewodników w listopadzie 2012 r. wzrosła o  2% w  skali miesięcznej i  rocznej, natomiast w regionie obu Ameryk sprzedaż w listopadzie zwiększyła się o 5,1% w  ujęciu miesięcznym, a  w  skali roku o  9,7%. Dobre wyniki w  obu Amerykach i Azji kompensowały w ten sposób spadki w Europie i Japonii.

Intel z lekkim spadkiem w ostatnim kwartale

pïytki jednostronne i dwustronne pïytki na podïoĝu aluminiowym testy elektryczne pïytek pokrycia pïytek: cyna lub cyna/oïów

Q&R_337

Przedstawiciele Intela zapowiedzieli na 2013 r. niewielką poprawę sprzedaży w skutek zacierania się granicy pomiędzy laptopami a tabletami, a także dzięki tworzeniu kolejnych projektów urządzeń konsumenckich przez klientów na bazie układów firmy. Sprzedaż Intela w  ostatnim kw. 2012 r. była zgodna z  prognozami analityków, choć zysk wypadł poniżej oczekiwań. Według prognoz Intela na I kw. br., sprzedaż będzie mniejsza o 7 do 9%, co ma być zgodne z ogólną tendencją dla tego okresu. Prezes Intela Paul Otellini stwierdził, że w 2012 r. dostawy procesorów do komputerów ucierpiały, gdy znacznie zmalała sprzedaż pecetów, ponieważ klienci częściej decydowali się na zakup tabletów. Intel ma jednak nadzieję w większym stopniu wejść na rynek table-

14 Untitled-1 1 Process CyanProcess MagentaProcess YellowProcess Black 010-017_newsy.indd 14

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013 3/18/13 3:25 PM 2013-03-29 12:36:16


Koktajl Podzespoły niusów „Producenci komputerów osobistych wprowadzają innowacje tak jak i my w sytuacji radykalnej zmiany w podejściu do komputerów, kiedy zacierają się tradycyjne kategorie tych urządzeń oraz stosowane są nowe interfejsy użytkownika. Obecnie nie trzeba już dłużej wybierać pomiędzy komputerem PC a tabletem”, powiedział Paul Otellini komentując technologie zaprezentowane podczas tegorocznych targów CES w Las Vegas. tów w roku obecnym. Firma stale promuje również swoją koncepcję ultrabooków, czyli bardzo cienkich laptopów o niskim poborze prądu. W  IV kw. 2012 r. Intel uzyskał sprzedaż za 13,5 mld dol., bez zmian w ujęciu kwartalnym oraz o 1% mniejszą w skali roku. Zysk firmy w  tym okresie wyniósł 2,5 mld dol., o  22% mniej kwartalnie i o 14% mniej w skali roku. W całym roku 2012 r. Intel sprzedał produkty za 53,3 mld dol. z  zyskiem 11 mld dol., mniej odpowiednio o 1% i 15% w porównaniu do roku 2011.

400 mln zł ekodotacji na współpracę biznesu i nauki z programu Gekon 23 stycznia został ogłoszony nabór do pierwszej edycji Gekonu - branżowego programu finansującego nowe rozwiązania technologiczne z pogranicza ekologii i m.in. elektroniki. Generator Koncepcji Ekologicznych (Gekon) ma pobudzić współpracę między światem biznesu i nauki, poinformował „Puls Biznesu”. Nagrodą za kooperację będą dotacje, a  do podziału jest niebagatelna kwota 400 mln zł. Złożyły się na nią po połowie Na-

rodowe Centrum Badań i Rozwoju oraz Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Budżet pierwszego konkursu w ramach programu to 280 mln zł. Pieniądze czekają na przedsięwzięcia dotyczące m.in. efektywności energetycznej i magazynowania energii oraz pozyskiwania jej z czystych źródeł, a także nowatorskich metod otrzymywania paliw, energii i materiałów z odpadów i recyklingu. Na jeden projekt można dostać od 500 tys. zł do nawet 10 mln zł.

Orbit One rozwija działalność w Prabutach Dostawca usług EMS kupił ostatnio halę tuż obok swojej istniejącej lokalizacji w  Prabutach, na południe od Gdańska. Dzięki temu firma powiększy całkowitą powierzchnię produkcyjną o kolejne 1000 m2. Obecnie trwa remont i adaptacja nabytych pomieszczeń do potrzeb działalności produkcyjnej. Cały proces integracji nowej powierzchni z obecnym zapleczem fabrycznym potrwa do wiosny br. Łączna powierzchnia produkcyjna wyniesie wówczas około 2000 m2. Orbit One intensywnie rozwija ostatnio produkcję kontraktową w Prabutach - poprzednia rozbudowa zakładów miała miejsce w jesieni ubiegłego roku.

Polska wyda na zbrojenia 130 mld zł Polska w ciągu dziesięciu lat wyda 130 mld zł na śmigłowce, systemy dowodzenia, drony, system obrony przeciwrakietowej i  przeciwlotniczej, a  nawet rakiety typu Cruise dla samolotów F-16. Jednym z ważniejszych programów strategicznych ma być system obrony przeciwlotniczej i przeciwrakietowej. Armia będzie też od przyszłego

REKLAMA

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

010-017_newsy.indd 15

15

2013-03-29 12:36:16


NIE PRZEOCZ roku kupować komputerowe systemy dowodzenia i łączności pola walki (w tym stanowiska dowodzenia w kontenerach). Najbardziej rozbudowany wydaje się program wyposażenia polskiej armii w samoloty bezpilotowe. Wojsko chce kupić cztery grupy dronów, od tzw. BSP mini - mikrodronów służących do bliskiego zwiadu - do BSP klasy operacyjnej - być może wyposażone w zmodernizowane rakiety Spike niszczące cele na odległość do 24 km. Właśnie konstrukcja bezpilotowców ma być najszerszym obszarem współpracy polskich uczonych i zachodnich koncernów. Nowy sprzęt wojskowy w większości ma być produkowany w polskich zakładach i  z  udziałem polskich naukowców, którzy zostaną dopuszczeni do badań rozwojowych. Warunkiem zakupu większości rodzajów uzbrojenia jest dostęp do kodów źródłowych, czyli pełne prawa do wykorzystania technologii.

Wabco zainwestuje pod Wrocławiem 70 mln zł Wabco, światowy dostawca elektronicznych układów hamulcowych, stabilizacji jazdy, zawieszenia, sterowania i automatycznych skrzyń biegów do samochodów użytkowych, zamierza rozwinąć działalność w  Specjalnej Strefie Ekonomicznej pod Wrocławiem. Firma chce wydać około 70 mln zł na nowe zaplecze produkcyjne, działalność badawczo-rozwojową i usługi. Nowe inwestycje mają zostać zakończone w  2017 r. i  dzięki nim powstanie 50 dodatkowych miejsc pracy. Dostawca układów bezpieczeństwa i sterowania do samochodów na całym świecie zatrudnia około 10 tysięcy osób. Firma prowadzi działalność produkcyjną we Wrocławiu od 1999 r.

TME dystrybutorem firmy APEC TME - łódzki dystrybutor katalogowy, podpisał umowę o współpracy w zakresie dystrybucji komponentów elektronicznych z firmą APEC - Advanced Power Electronics Corp – producentem tranzystorów MOSFET i IGBT, stabilizatorów i przetwornic scalonych. REKLAMA

Seen Distribution wyróżniony Diamentem Forbesa 2013 Firma Seen Distribution po raz kolejny została wyróżniona w rankingu Diamenty Forbesa 2013. Tytuł ten przyznawany jest przez magazyn Forbes firmom, które w  ostatnich latach dynamicznie zwiększyły swoją wartość.

Semicon dystrybutorem Brighteka Firma Semicon podpisała umowę dystrybucyjną z producentem diod LED - tajwańską firmą Brightek Optoelectronics. Firma Brightek jest obecna na rynku od 2001 roku i ma w swojej ofercie szeroką gamę diod: LED, SMD, diody LED dużej mocy, diody RGB, matryce LED.

Sonel organizuje konferencję Firma Sonel organizuje w dniach 8-10 maja 2013 roku w  Karpaczu płatną konferencję pt. „Pomiary ochronne oraz diagnostyka instalacji i  urządzeń elektrycznych”. Wydarzenie to organizowane jest już po raz dziesiąty i jego atutem jest to, że łączy fachową wiedzę wykładowców z Instytutu Energoelektryki Politechniki Wrocławskiej oraz Akademii Górniczo-Hutniczej z  wieloletnim doświadczeniem czołowego producenta przyrządów pomiarowych. Tematyka obejmuje m.in. aspekty prawne związane z pomiarami i oceną ochrony przed porażeniem w sieciach niskiego i średniego napięcia, analizę jakości zasilania, zagadnienia dotyczące pomiarów izolacji kabli, transformatorów i  silników, a  także wykorzystanie termowizji do monitorowania obiektów i urządzeń.

SOS electronic centralizuje logistykę dystrybucji i rozbudowuje magazyn SOS electronic – katalogowy dystrybutor elektroniki ze Słowacji działający także w Polsce zmienił swój model dystrybucyjny, centralizując swoją logistykę do jednego dużego magazynu zlokalizowanego w  Koszycach. Zamiast kilku mniejszych lokalnych magazynów zbudowane zostało centrum logistycznego SOS, wyposażone w automatyczne systemy transportowe. Składa się ono z pięciu działów zajmujących się przyjmowaniem towarów, ekspedycją, kontrolą. Jednocześnie firma rozpoczęła rozbudowę dotychczasowego magazynu o  kolejną halę, tak aby możliwe było przyjmowanie towaru o dużych gabarytach na paletach i dalsze poszerzenie oferty.

Radiotechnika – nowy adres Warszawski oddział Radiotechniki zmienił swoją siedzibę. Od 1 lutego 2013 roku firma działa przy ul. Łuckiej 15 w lok. 8.

Renex ma nową stronę internetową Firma Renex przebudowała swój serwis internetowy – www.renex. com.pl. Nowa wersja w porównaniu do poprzedniej charakteryzuje się lepszym rozplanowaniem i czytelnością oraz prostszą nawigacją, co przy szerokiej ofercie firmy jest bardzo ważnym czynnikiem dla odwiedzających. Przebudowano też wyszukiwarkę zapewniając możliwość dokładnego ustalenia zakresu wyszukiwania produktów.

16

010-017_newsy.indd 16

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 12:36:17


Podzespoły

 forum w Internecie 

forum.ep.com.pl

Uwaga: pełne kody źródłowe, rysunki i zdjęcia są dostępne na stronie internetowej forum.ep.com.pl

Schemat zwrotnicy do głośników ARZ6608 i GDWK 9/80 # Witam, jak w temacie. Posiadam kolumny z głośnikami Tesla ARZ6608, bez głośników wysokotonowych. Mam zamiar dołożyć do nich Tonsile GDWK 9/80 i skonstruować zwrotnicę, tylko nie mam jej schematu. Pozdrawiam. zefir83 # Połącz je przez kondensator bipolarny lub styroflex 2,2 mF w szereg i będzie grało z charakterystyką fizjologiczną. Starą praktyką było podłączenie przeciwnie biegunowości głośnika wysokotonowego względem niskotonowego, ze względu na inną prędkość rozchodzenia się dźwięku (współczynnik dyspersji dla pomieszczeń) i wstępne skręcenie fazy przez kondensator. magikjl # Moderator jest na sali, choć miał przerwę na wyjazd służbowy W sprawie zgłoszenia dotyczącego tego postu. Nie będę kasował postów nawet, jeżeli będą zawierały bzdury. Chyba że: a) są to bzdury niebezpieczne dla innych – tzn. ich zastosowanie w mojej ocenie może skutkować kalectwem/śmiercią. b) dyskusja o bzdurze przerodzi się w regularny spam. c) względnie jest totalnie nie na temat, ale to podchodzi pod punkt b W innym przypadku forum jest od tego, żeby osobę piszącą głupoty naprostować, i tu pole do popisu dla osoby, która zgłosiła ten post do moderacji: wykaż, że to są bzdury, ośmiesz post (nie osobę i bez przekraczania dobrego smaku), a na pewno wszyscy na tym skorzystają: twórca tematu, bo będzie miał pogląd na sytuację. Autor postu, bo może się poprawi i nie będzie powtarzał głupot, a inni... Też się czegoś nauczą. I prywatnie zgadzam się, większość z tego postu to bzdura. Pajączek # magikjl napisał(a): wstępne skręcenie fazy Żeby Ci kiszek nie skręciło. Co Ty Kolego piszesz? Czy w ogóle czytałeś to, co napisałeś? Zastanawiałeś się nad tym czy „samo przyszło”? MatyAS # No w tym przypadku, to sam się zastanawiam czy przeciwsobne podłączenie głośników da dużo lepszy rezultat... W końcu wartość częstotliwości dudnienia akustycznego przyjmuje znaczne wartości... Z drugiej strony połączony szeregowo z driverem kondensator powoduje przesunięcie w fazie o kąt 90°. Być może w tej starej praktyce jest jakaś prawda, którą jedynie mogą potwierdzić odpowiednie charakterystyki będące wynikiem specjalistycznych badań akustycznych... rafal.220 # Temat jest znany od wieków chyba, a żeby uzyskać odpowiedź (przynajmniej ogólny jej zarys) wystarczy wpisać w wyszukiwarce hasło: „przesunięcie fazowe w zwrotnicy głośnikowej” i czytać. Najlepiej ze zrozumieniem. Nie widzę sensu powtarzania po raz kolejny tych podstaw (bo są to podstawy w zagadnieniu budowy zwrotnic głośnikowych), więc proszę zainteresowanych, aby wykazali się własną inicjatywą (nie czekając na „gotowca”) i zagłębili się w temat. Pomysł z samodzielnym szukaniem odpowiedzi jest na tyle lepszy od prostowania bzdur zawartych powyżej (post Kol. magikjl), że pozwala na zapamiętanie raz na zawsze zasad budowania każdego rodzaju zwrotnic głośnikowych. Podanie odpowiedzi na tacy powoduje jedynie rozleniwienie i oczekiwania na dalsze wyręczanie się innymi. Pozdrawiam i miłej lektury. MatyAS

raźnia projektantów czasem tak dalece wybiega w stronę futurologii, że konstruktor odpowiedzialny za dźwięk ma niemałą „zagwozdkę”. Czasem odbywa się tak skomplikowany proces „ulepszania” sygnału, że niejeden procesor ma poważne trudności z przetwarzaniem tegoż. Rozmowa zaczęła się od najbardziej popularnego (ze względu na prostotę) układu dwu-drożnego – mid-woofer i głośnik wysokotonowy. Nawet w tak prostym układzie (nie wnikając w konkretne omawiane tu modele głośników) należy rozważyć wiele kwestii – od opracowania częstotliwości podziału aż do konsekwencji z tego płynących. Częstotliwość podziału – na pozór banał – wybieramy sobie jakąś częstotliwość i dla niej liczymy zwrotnice... Nic bardziej mylącego! Nie „jakąś”, ale taką, dla której podział jest najkorzystniejszy. A jaki jest korzystny? Ano taki, jaki wynika z charakterystyk częstotliwościowych OBU głośników. Może się okazać, że ta częstotliwość, która jest korzystna dla głośnika wysokotonowego nijak nie pasuje mid-wooferowi. I tu właśnie zaczyna się pole do popisu. Albo skomplikowana zwrotnica (ze wszelkimi niedoskonałościami, które się z nią wiążą), albo kompromis, albo inne głośniki. Czasem wychodzi po wstępnych pomiarach, że należy TYLKO przesunąć częstotliwość cięcia o „kawałek” (kHz), a w praktyce należy zaprojektować całą zwrotnicę od nowa, nawet zmieniając jej nachylenie. A dalej – wiadomo – zmiana nachylenia, inne przesunięcie fazowe, więc potrzebna korekta, korekta z kolei powoduje konieczność kolejnych zmian (nawet w rozmieszczeniu głośników!). Oczywiście, dotyczy to wyłącznie dopracowanych i dopieszczonych zestawów głośnikowych. Dla większości „młodych, zdolnych” konstruktorów wystarczy przypadkowy zestaw – głośników, obudowy i zwrotnicy (najczęściej „uniwersalnej”). Oczywiście, taki „młody, zdolny” pod niebiosa wychwalać będzie swoją konstrukcję, bo jest SWOJA, a więc powstała w pocie i znoju. Nic w tym dziwnego. Jednak dla kogoś, kogo wrażliwość muzyczna jest na nieco wyższym poziomie, słuchanie dźwięku z takiej „kolumny” będzie katorgą. Więc można upraszczać aż do granic absurdu, bo i tak będzie grała, można. Tylko, że następstwem takiego podejścia będzie kolejne pokolenie głuchych, uważających, że „muza” z telefonu słuchana na „korkach” (słuchawki dokanałowe) jest wzorcem doskonałości. Tylko po co ja to wszystko piszę, skoro i tak zaraz zostanę zakrzyczany i sponiewierany przez Was Koledzy (?). Przecież piszę o sprawach tak oczywistych, że poruszanie ich w tak szacownym gronie ubliża jego członkom. Więc wybaczcie mi – staremu: Moja wina, moja wina, moja bardzo wielka wina, że ośmieliłem się zwrócić Wam czcigodni, uwagę na takie duperele, jak nazewnictwo czy zasada działania zwrotnicy. (…) Wybaczcie wiec – raz jeszcze proszę – już wtrącać się nie będę w Wasze dyskusje. Możecie dalej kontynuować swoje dywagacje nad „skręceniem fazy” (przy okazji – w którą stronę?), czy dyspersji. O polaryzacji kondensatora już nawet nie wspominam. Powodzenia. MatyAS # Spróbujcie może wasze zasoby wiedzy skoncentrować na prośbie autora tematu. Wasza dyskusja nabiera tutaj kształtów wręcz filozoficznych, a schematu jak nie było tak nie ma. Nie odstraszajcie autora amatora. Ja zapodaję przykładowe schematy zwrotnicy, niech autor dokładnie opisze, jakimi głośnikami dysponuje i do jakiej obudowy, a nasi specjaliści mogliby nam wytłumaczyć, jak dostosować optymalnie układ zwrotnicy do głośników. ECC88

# Ten temat jest bardzo ciekawy. Szczerze powiedziawszy, to nigdy owej tematyki nie zgłębiałem od podstaw. (wykresy oraz wszystkie charakterystyki). Magikjl pisał o wstępnym skręceniu fazy. Oczywiście takie zjawisko może występować, bowiem wiąże się z ono ze zmianą polaryzacji biegunów kondensatora. Pytanie tylko czy ucho ludzkie dostrzeże owe zniekształcenia? Pewnego czasu miałem do czynienia z głośnikami samochodowymi, w których przystawka, czyli driver wysokotonowy, był połączony przeciwsobnie poprzez kondensator bipolarny do głośnika niskotonowego (prośba, by użytkownik magikjl podzielił się swoimi doświadczeniami praktycznymi). rafal.220 # Nie trzeba wyrywać armatą chwastów w ogródku. Po co budować wielką i skomplikowaną zwrotnicę do dwudrożnego zestawu? Jeśli nie budowaliście prostych zestawów audio, albo po prostu nie rozumiecie słów, których użyłem, to napiszcie, może się dyskusja rozszerzy. Jak widać koledze najbardziej zainteresowanemu – pomogło. Co do skrótów myślowych, to czasem można rzeczywiście przesadzić np. z tym „skręceniem fazy”, ale chyba to każdy wie, że chodziło o przesunięcie fazy o 90 stopni. Co do zamienionej polaryzacji, to sprawdźcie połączenia w zestawie kolumnowym np. Tonsil ZG 40. Co do dyspersji, to sami pewnie zauważyliście, że w nowych kinach domowych stosuje się przesunięcia w czasie dla bardzo niskich tonów w zależności od wielkości pomieszczenia. Samo pomieszczenie i jego wypełnienie też nie jest bez znaczenia. Więc, jeśli chcecie zgłaszać jak dzieciaki, że coś jest bzdurą, to najpierw poszukajcie wiedzy, zobaczcie czy coś nie jest skrótem, niektórzy mogliby też nie robić błędów ortograficznych, bo to wstyd, nie znać swojego ojczystego języka. Co do „dostrzeżenia” gołym uchem rafal.220, to dla trochę wtajemniczonego słuchacza, zmiana fazy jest słyszalna bez problemów. Im niższe tony, tym łatwiej i nawet niewtajemniczonym to mocno przeszkadza, szczególnie, kiedy im się można zademonstrować jak powinno grać prawidłowo. Zabawa jest bardzo prosta – zamiana biegunów i do dzieła. Męczycie się nad lampami do wzmacniaczy – z tego, co obserwowałem – a prostych odczuć audio nie na sobie wcześniej nie sprawdzaliście? Prawie nie do wiary... Pozdrawiam. Dodano po namyśle: rafal.220 napisał(a): magikjl pisał o wstępnym skręceniu fazy. Oczywiście, takie zjawisko może występować, bowiem wiąże się z ono ze zmianą polaryzacji biegunów kondensatora. Nie chodzi o zmianę polaryzacji kondensatora, tylko o to, że najpierw kondensator przesuwa fazę o 90 stopni, a potem cewka głośnikowa w drugą stronę – znów o 90 stopni, więc suma wynosi 0. Ale tylko w teorii, ponieważ mamy jeszcze rezystancję cewki głośnika, która nie jest obojętna dla układu i to przez nią dźwięk również jest przesunięty w fazie w porównaniu do źródła, ale o mały kąt. magikjl # Zgadza się, lecz problem w tym, że trudno jest doprowadzić do rezonansu, a sama energia oddawana przez różne typy driverów też jest różna. Akustyka jest naprawdę bardzo ciekawym tematem, dlatego jestem otwarty na wszelkie ciekawe teorie. magikjl napisał(a): Męczycie się nad lampami do wzmacniaczy, z tego co obserwowałem, a prostych odczuć audio nie na sobie wcześniej nie sprawdzaliście? Prawie nie do wiary... Pozdrawiam. Oj nie przesadzaj, lampy to dodatkowa ciekawostka. Osobiście to mam zestaw liniowy napędzany trzema wzmacniaczami analogowymi sterowanymi przez crossover. Może ktoś pomyśleć, iż jestem wariat, ale naprawdę mam to, czego oczekuję i w cale tu się nie rozchodzi o słuchanie muzyki przy maksymalnym wysterowaniu. rafal.220 # Przepraszam, jeśli kogoś uraziłem swoją bezpośredniością w ocenie terminologii i merytoryczności opisywanego zagadnienia. Jednak po tych kolejnych postach uznałem, że poziom (a raczej jego brak) wiedzy o elektroakustyce jest na tyle niski, że nie jestem w stanie schylić się do niego. Więc tylko powtarzam – na temat, o którym Koledzy tak ochoczo się wypowiadają powstało co najmniej kilkadziesiąt książek napisanych przez znacznie mądrzejszych od nas wszystkich tu razem wziętych. Tak się składa, ze większość z owych woluminów miałem okazję przeczytać od deski do deski. Kilkanaście mam nadal w swojej podręcznej biblioteczce. I – doprawdy – wstyd mi za was Koledzy. Wykazać się takim ignoranctwem i brakiem szerokiego spojrzenia na to (piekielnie skomplikowane, wbrew pozorom) zagadnienie może tylko ktoś pozbawiony jakiejkolwiek samokrytyki; uważający, że wystarczy „polizać opakowanie, aby poznać smak cukierka”. Żenada. Kina domowe są przykładem zupełnie pozbawionym sensu. Kolumny (a raczej – w większości wypadków powinno się pisać „kolumny”) głośnikowe są tam budowane pod kątem (WYŁĄCZNIE!) wyglądu, walory (znów – powinno być „walory”) akustyczne uzyskuje się poprzez kształtowanie sygnału na drodze elektronicznej. Stąd te wszystkie pogłosy, celowe przesunięcia (opóźnienia) i koloryzowanie oryginalnego sygnału. Wszystko po to, żeby z „popierdółek” uzyskać dźwięk jako-tako imitujący brzmienie PRAWDZIWEJ kolumny – a chyba o takich powinniśmy dyskutować? Miałem okazję posłuchać kilkunastu zestawów kin domowych różnych firm (w większości Sony). Wyob-

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

17


PROJEKTY

AVT 5392

Wzmacniacz lampowy 300B SET Wzmacniacz o mocy 2×5 W z „legendarnymi” lampami 300B Wzmacniacze lampowe ponownie cieszą się sporą popularnością, a  legenda brzmienia lamp 300B budzi niepohamowaną ciekawość niemal każdego zwolennika wzmacniaczy lampowych, wzbudzając pragnienie posiadania lub choćby przetestowania takiego urządzenia. We opisywanej konstrukcji zastosowano wyłącznie triody, wzmacniacz nie ma globalnej pętli sprzężenia zwrotnego, a  rozwiązania użyte w  torze audio przypominają konstrukcje z  lat 30-tych ubiegłego stulecia. Pomimo tego zastosowano również nowoczesne rozwiązania, takie jak stabilizacja zasilania żarzenia oraz aktywna filtracja zasilania. Rekomendacje: wzmacniacz lampowy wysokiej klasy, który jest w  stanie zadowolić niejednego miłośnika „lampowego” brzmienia. We wzmacniaczu zastosowano po dwie lampy na każdy kanał. W stopniu wzmocnienia napięciowego pracuje popularna, podwójna trioda małej mocy 6SN7, a w stopniu mocy żarzona bezpośrednio trioda 300B. Taka obsada lamp umożliwia wykonanie nieskomplikowanego elektrycznie wzmacniacza o mocy ok. 5 W pracującego w konfiguracji SE.

18

018-024_lampowy.indd 18

Konstrukcyjnie wzmacniacz podzielono na dwa bloki: wzmacniacza wstępnego, którego zadaniem jest wzmocnienie wejściowego sygnału audio do poziomu wystarczającego do wysterowania lamp 300B oraz zasilacza dostarczającego napięć koniecznych do pracy wzmacniacza. Całość uzupełniają dwie płytki z elementami polaryzującymi

W ofercie AVT* AVT-5392 A Podstawowe informacje: • Wzmacniacz stereofoniczny o mocy 2×5 W. • Zasilanie 230 V AC. • Bez globalnej pętli sprzężenia zwrotnego. • Po dwie lampy na kanał: 300B w końcówce mocy, 6SN7 w przedwzmacniaczu. • Konstrukcja hybrydowa – zasilacz z elementów półprzewodnikowych. • 4 płytki: przedwzmacniacz, wzmacniacz, 2×układ polaryzacji. Dodatkowe materiały na CD/FTP: ftp://ep.com.pl, user: 75282, pass: 852sjb64 • wzory płytek PCB • karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w Wykazie elementów kolorem czerwonym Projekty pokrewne na CD/FTP: (wymienione artykuły są w całości dostępne na CD) AVT-1719 Automatyka dla wzmacniacza lampowego (EP 1/2013) AVT-5365 Wzmacniacz lampowy 2×15 W z lampami 6C33C (EP 10/2012) * Uwaga: Zestawy AVT mogą występować w następujących wersjach: AVT xxxx UK to zaprogramowany układ. Tylko i wyłącznie. Bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli w opisie wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A+ płytka drukowana i zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A i wersji UK) bez elementów dodatkowych. AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów wymieniony w załączniku pdf AVT xxxx C to nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli elementy wlutowane w PCB. Należy mieć na uwadze, że o ile nie zaznaczono wyraźnie w opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które nie zostały wymienione w załączniku pdf AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz jeśli występuje, to niezbędne oprogramowanie można ściągnąć, klikając w link umieszczony w opisie kitu) Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+, B lub C). http://sklep.avt.pl

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:32:04


Wzmacniacz lampowy 300B SET lampy mocy oraz kilka elementów dodatkowych. Schemat blokowy wzmacniacza pokazano na rysunku 1. Elementy kanału lewego mają oznaczenia zakończone literą L, kanału prawego literą R, zaś elementy wspólne obu kanałów nie maja dodatkowych oznaczeń.

Sygnał wejściowy z gniazda L jest doprowadzany do potencjometru regulacji głośności RV1L/RV1R, a stąd do płytki złącza J1 wzmacniacza wstępnego, którego schemat przedstawia rysunek 2. Dalej, bez kondensatora separującego składową stałą (praktycznie wszystkie urządzenia mają separację, więc nie ma sensu jej powielać), na siatkę sterującą triody V1L poprzez rezystor R8L. Lampa V1L pracuje w  układzie polaryzacji automatycznej. Do wytworzenia ujemnego napięcia ustalającego punkt pracy na siatce sterującej jest wykorzystywany spadek napięcia, który wywołuje przepływ prądu anodowego przez rezystor katodowy R3L+RV1L. Aby uzyskać jak największe wzmocnienie stopnia dla składowej zmiennej, zestaw R3L+RV1L jest zbocznikowany kondensatorem elektrolitycznym CE2L. Powoduje to zmniejszenie lokalnego sprzężenia zwrotnego, jakie powstaje po zastosowaniu rezystora katodowego. Rezystor R6L z kondensatorem CE1L zapewniają dodatkową filtrację zasilania stopni wzmacniających. Wzmocniony w pierwszym stopniu sygnał steruje drugą triodę lampy V1L pracującej w  identycznym ukła-

Rysunek 1. Schemat blokowy wzmacniacza 300B SET ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

018-024_lampowy.indd 19

dzie jak pierwsza. Kondensator katodowy CE3L1/B został podzielony na dwie mniejsze pojemności ze względu na chęć zachowania najniższej możliwej wysokości zabudowy w porównaniu z  47  mF/250  V. Z  drugiego stopnia, poprzez kondensator separujący C1L, jest sterowana lampa końcowa V2L. Sygnał sterujący lampami mocy V2L/V2R jest doprowadzony do złącz J1L/J1R, a  stąd poprzez rezystor RGL/R do siatek lamp mocy. Zasilanie stopnia wstępnego jest doprowadzone do złącza J2 (filtrowane napięcie żarzenia lamp wstępnych), i J3 (napięcie anodowe wzmacniacza wstępnego). Lampy mocy V2L/V2R pracują z polaryzacją automatyczną. Za jej wytworzenie odpowiada płytka polaryzacji RK, której schemat przedstawia rysunek  3. Rezystor polaryzacyjny R3 jest bocznikowany kondensatorami CE1 i CE22 w identycznym celu, jak w wypadku przedwzmacniacza. Rezystor R3, ze względu na swoją nietypową rezystancję 880 V/20  W, złożono z  rezystorów R4…R7 (4 szt. po 220 V/7 W). Są to rezystory szkliwione typu GX7W. Rezystor R3 jest w bardzo ważnym elementem wzmacniacza. Jak pokazuje praktyka, musi być bardzo dobrej jakości, wytrzymywać spore obciążenie termiczne. Nie nadają się do tego zwykłe ceramiczne „kostki”, które stosunkowo łatwo uszkadzają się w  tych warunkach pracy, a  jakakolwiek awaria układu polaryzacji może doprowadzić do przykrych konsekwencji. Czasem za pomocą zagranicznych serwisów aukcyjnych można nabyć rezystory 880  V w  obudowach TO-220 typu MP930 Caddock. Płytka drukowana umożliwia ich użycie w miejsce R3. Jest możliwe również zastosowanie rezystora 1  kV/20  W  MP930 i nieco innego punktu pracy lampy V2L. Polecam ostrożne eksperymenty i  sprawdzenie w  karcie katalogowej 300B możliwego zakresu prądów anodowych, ponieważ w  ten sposób można zmienić parametry wzmacniacza i  jego brzmienie. Także kondensator CE1/2 powinien być sprawdzony i mieć odpowiednią jakość, ponieważ pracuje przy wysokim napięciu i  w  wysokiej temperaturze. Zwarcie kondensatora CE1/2 powoduje uszkodzenie przeciążonej, kosztownej lampy 300B. Polecam zastosowanie kondensatorów od renomowanych producentów przeznaczonych do pracy w  temperaturze co najmniej 85˚C, a najlepiej 105˚C. Można

19

2013-03-29 13:32:05


PROJEKTY też w ramach eksperymentu sprawdzić równoległe połączenie kondensatora CE1=100 mF/160  V oraz mniejszego, foliowego 0,1 mF/160 V wlutowanego w  miejscu CE2, jak to miało miejsce w  modelu. Bocznikowanie w  większości wypadków poprawia parametry dla wyższych częstotliwości, chociaż dla nowoczesnych kondensatorów przeznaczonych do zastosowania w sprzęcie audio nie jest konieczne. W obwód anody lampy V2L jest włączony transformator głośnikowy dopasowujący dużą impedancję obciążenia, którą ma lampa do małej impedancji głośników. W  modelu zastosowano transformator Ra=2,5 kV/ Robc=8 V, ale nic nie stoi na przeszkodzie, aby wykonać lub zamówić transformator na inną wartość, dopasowaną do obciążenia. Można też zastosować inny transformator o  Ra=2,5…3,5  kV oraz Ia=80  mA, odpowiednio korygując punkt pracy lampy rezystorem R3. Paradoksem układów lampowych bywa to, że sam wzmacniacz ma nieskomplikowaną topologię, w  przeciwieństwie do układu zasilania, który zwykle jest bardzo rozbudowany. Szczególnie jest to widoczne we wzmacniaczach SE, w  których jest konieczne dostarczenie napięcia anodowego o  minimalnym poziomie przydźwięku, a  przy braku sprzężenia zwrotnego zmniejszającego poziom zakłóceń wymagania postawione sekcji zasilania są spore. Drugim źródłem problemów w  lampach żarzonych bezpośrednio jest obwód zasilania żarzenia, ponieważ takie lampy wymagają dobrego, symetryzowanego, przemiennego źródła napięcia żarzenia, aby przydźwięk przenikający z  grzejnika nie stał się sygnałem „użytecznym”. Konieczne staje się stosowanie potencjometrów symetryzujących o  sporej mocy (dzisiaj trudnodostępne) i  jest wymagana każdorazowa regulacja poziomu przydźwięku po wymianie lamp mocy. Niestety, może to nie dać pożądanego efektu, jeżeli stosujemy wysokosprawne głośniki. Stosując lampę 300B wymagającą do żarzenia źródła 5  V/1,2  A, stosunkowo łatwo można wykonać zasilacz napięcia żarzenia stosując stabilizator LDO. Schemat zasilacza wzmacniacza z  lampami 300B pokazano na rysunku  4. Napięcia żarzenia 5  V  DC lamp 300B otrzymywane są w  typowym układzie, w  którym do zasilania każdej lampy zastosowano odrębny stabilizator. Napięcia przemienne 7  V  AC są prostowane przez diody Schotky D1x…D4x, filtrowane za pomocą kondensatorów CE1x. Duża pojemność CE1x oprócz poprawy filtracji zapewnia łagodne narastanie napięcia żarzenia eliminując rozbłyski grzejnika po załączaniu zasilania. Kondensatory CE2x/CE3x zapewniają przeciwdziałają niestabilnej pracy regulatora LDO U1x typu LT1084CT-5. Ze względu na wydzielane ciepło U1x montowane są na radiatorze.

20

018-024_lampowy.indd 20

Rysunek 2. Schemat ideowy wzmacniacza wstępnego R2 symetryzują i ustalają polaryzację grzejZasilacz napięcia anodowego jest wspólników lamp V1L, V1R. ny dla obu kanałów i  składa się z  mostka prostowniczego z  szybkich diod D1… D4 (UF4007), kondensatorów filtrujących Montaż wzmacniacza CE1 oraz obwodu filtracji aktywnej z  tranWzmacniacz składa się z czterech płytek zystorem Q1 (STW18NK80Z). Kondensadrukowanych, które nie zawierają jednak tory CE2…CE4 zapewniają „łagodny” start jego wszystkich elementów. Ze względów zasilacza napięcia anodowego eliminując komechanicznych i wysokiej temperatury lamp nieczność wykonania obwodu opóźnianego lub niektórych rezystorów, niektóre elemenzałączania. Ze względu na wydzielane ciepło tranzystor Q1 jest montowany na radiatorze. Układ zasilacza uzupełnia prostownik D6…D9 i filtr CE6 zapewniające filtrowane napięcie dla grzejników lamp wzmacniacza wstępnego. Rezystory R1, Rysunek 3. Schemat płytki polaryzacji RK ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:32:05


Wzmacniacz lampowy 300B SET

Rysunek 4. Schemat zasilacza

Rysunek 5. Rozmieszczenie elementรณw na pล‚ytce przedwzmacniacza ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

018-024_lampowy.indd 21

21

2013-03-29 13:32:05


PROJEKTY

Fotografia 6. Zmontowana płytka przedwzmacniacza

Rysunek 7. Rozmieszczenie elementów na płytce zasilacza

Fotografia 8. Wstępnie zmontowana płytka zasilacza

Rysunek 9. Rozmieszczenie elementów płytki RK

Fotografia 10. Zmontowana płytka RK tym takie jak: transformatory głośnikowe, transformator zasilający, podstawki lamp, lampy mocy i gniazda połączeniowe montowane są poza płytkami drukowanymi. Montaż jest podzielony na dwa etapy. W  pierwszej kolejności montujemy płytki drukowane. Kolejność montażu jest typowa. Najpierw montujemy zwory, małe rezystory, gniazda, kondensatory i  podstawki, zachowując rygorystycznie poziom, inaczej po włożeniu lamp może okazać się, że lampy są „krzywe”, co nie wygląda estetycznie. Wszystkie rezystory o  mocy większej niż 0,5  W  koniecznie należy oddalić od powierzchni płytki drukowanej, aby umożliwić odprowadzenie ciepła, w płytce przewidzia-

22

018-024_lampowy.indd 22

no kilkanaście otworów umożliwiających cyrkulację powietrza wokół lamp i rozgrzewających się elementów. Rozmieszczenie elementów na płytce przedwzmacniacza pokazano na rysunek  5, natomiast zmontowaną płytkę na fotografii  6. Przy montażu podstawek typu octal należy zwrócić uwagę na położenie nóżki 1, ponieważ niektóre typy podstawek ceramicznych mają błędnie oznaczone wyprowadzenie 1, niezgodnie ze standardem octal. Aby uniknąć błędów, najlepiej przylutować wstępnie tylko piny odpowiadające za żarzenie tj. 7 i 8, włożyć lampę 6SN7 w podstawkę i sprawdzić za pomocą miernika czy jest na złączu J2 występuje rezystnacja grzejnika

(jest „przejście”). Jeżeli tak, to można przylutować pozostałe wyprowadzenia podstawki. Po kontroli wizualnej montażu, upewnieniu się odnośnie do braku zwarć i prawidłowego rozmieszczenia elementów, można przejść do montażu płytki zasilacza. Tu podobnie montujemy wszystkie elementy niskie, później złącza i diody prostownicze. Do płytki na tym etapie nie montujemy tranzystora Q1 i  stabilizatorów U1x. Uważnie jeszcze raz sprawdzamy jakość montażu. W układach lampowych istnieje duże prawdopodobieństwo, że przy zwarciu lub innym błędzie montażowym, ze względu na wysokie napięcia i prądy, szkody będą spore. Rozmieszczenie elementów na płytce zasilacza przedstawia rysunek  7, natomiast zmontowaną płytkę pokazano na fotografii 8. Pozostają do zmontowania płytki RK. W  zależności od typu rezystora R3 montujemy albo MP930, albo zestaw R4…R7 pamiętając o  odpowiednim dystansie do płytki – rezystory w czasie pracy mocno się nagrzewają. Stosując rezystor typu MP930 koniecznie należy przykręcić go do radiatora. Ostateczna długość wyprowadzeń R3 zależy od sposobu montażu na radiatorze. ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:32:06


Wzmacniacz lampowy 300B SET

Rysunek 11. Otworowanie blachy montażowej Rozmieszczenie elementów przedstawia rysunek 9, a zmontowaną płytkę RK pokazano na fotografii 10. Drugim etapem montażu jest przygotowanie obudowy i  rozmieszczenie w  niej wszystkich elementów. Obudowa modelu składa się z  dwóch blach górnej płyty tj. montażowej, na której spoczywają wszystkie elementy wzmacniacza oraz dolnej, osłonowej, zakrywającej elektronikę wzmacniacza. Obie blachy wspierają się na ramce wykonanej z  płyty MDF/HDF oklejonej naturalnym fornirem. Na rysunku 11 pokazano propozycję wykonania płyty montażowej. Dodatkowo, jest konieczne wykonanie radiatora/wspornika, który w  modelu wykonano z  kątownika aluminiowego o  wymiarach 50  mm×20  mm×2  mm. Przymocowano do niego płytki RK, tranzystor Q1 i stabilizatory U1x. W  kątowniku wykonano przepusty z  gumowymi przelotkami dla okablowania wzmacniacza. Tranzystor Q1 i  układy U1x muszą być zamontowane do radiatora z  użyciem podkładek i  tulejek izolacyjnych, które muszą wytrzymywać pełne napięcie anodowe. Polecam zastosowanie podkładek wykonanych z  ceramiki o  odpowiedniej grubości. Kątownik najlepiej trasować po wstępnym rozmieszczeniu elementów. Jest on mocowany za pomocą śrub pokrywy transformatora sieciowego oraz transformatorów głośnikowych, co dodatkowo usztywnia obudowę. ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

018-024_lampowy.indd 23

Płytki drukowane mocowane są do obudowy za pomocą tulejek dystansowych M3. Po wstępnym zamontowaniu płytki zasilacza i zamontowaniu do radiatora na podkładkach izolacyjnych układów U1x i  tranzystora Q1, kształtujemy wyprowadzenia, tak aby możliwe było ich przylutowanie do płytki zasilacza. Po wstępnej przymiarce i  demontażu, lutujemy elementy i  trwale montujemy zasilacz. Płytki RK mocowane są do radiatora za pomocą tulejek. W  modelu zrezygnowałem z montażu złącza J1 lutując doprowadzone przewody bezpośrednio do płytki drukowanej. Okablowanie wewnętrzne wykonano za pomocą linki miedzianej o  przekroju 0,5  mm2. Przewody zasilania anodowego są dodatkowo odizolowane rurką termokurczliwą. Przewody żarzenia wykonane są ze skręconych linek o przekroju 1 mm2. Okablowanie wejść i potencjometru wykonano przewodem ekranowanym. Przewód ochronny jest dołączony jest do obudowy pod pokrywą transformatora. Do PE należy także dołączyć za pomocą odcinka linki 1,5  mm2 spodnią blachę obudowy. Należy sprawdzić skuteczność połączeń omomierzem – w  żadnym przypadku rezystancja połączeń nie powinna przekraczać 0,5  V. Pomiar należy wykonać pomiędzy bolcem ochronnym gniazda IEC, a  każdym dostępnym elementem metalowym (osłona, transformator, śruby, blachy itp.). Ma to szczególne znaczenie przy malowaniu

obudowy lakierem proszkowym, gdyż ma on własności izolacyjne. W takim wypadku należy oczyścić do „gołej blachy” okolice podłączeń mechanicznych, aby zapewnić bezpośredni kontakt, a  po sprawdzeniu zabezpieczyć miejsce przed korozją np. smarem silikonowym. Blacha osłonowa dolna jest identyczna. Pozostawione są w niej tylko otwory wentylacyjne w okolicy lamp i zasilacza. W zależności od posiadanych transformatorów, osłon i  gniazd może okazać się konieczne wykonanie korekt otworowania. Po wykonaniu otworów blachę należy zabezpieczyć antykorozyjnie przez malowanie proszkowe. Zmontowany wzmacniacz, przygotowany do uruchomienia, pokazano na fotografii 12. REKLAMA

23

2013-03-29 13:32:07


Na CD: karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w wykazie elementów kolorem czerwonym

PROJEKTY Wykaz elementów Płytka VacAmpSE_300B_PRE Rezystory: R1L, R1R, R7L, R7R: 470 kV R2L, R2R: 68 kV/1 W R3L, R3R: 390 V R4L, R4R, R5L, R5R: 27 kV/2 W R6L, R6R: 2,2 kV/1 W R8L, R8R: 1 kV RV1L, RV1R: 100 V (potencjometr montażowy leżący) Kondensatory: C1L,C1R: 180 nF/630 V (MKSE, MKP lub podobne) CE1L, CE1R: 10 mF/450 V CE2L, CE2R: 100 mF/25 V CE3LA, CE3LB, CE3RA, CE3RB: 22 mF/250 V Inne: J1: złącze ARK3/200 J2, J3, J1L, J1R: złącze ARK2/200 V1L, V1R: lampa 6SN7 z podstawką do druku Płytka VacAmpSE_300B_PSU Rezystory: R1, R3: 100 V R2: 1 MV/3 W R4: 10 kV R5: 27 kV/2 W

Kondensatory: CE1: 220 mF/500 V (elektrolit. SNAPIN 30 mm/105˚C) CE2…CE4: 10 mF/500 V (elektrolit. 105˚C) CE5: 10 mF/450 V (elektrolit. 105˚C) CE6: 1 mF/10 V (elektrolit. 105˚C) CE1L, CE1R: 10 mF/16 V (elektrolit. SNAPIN 30 mm/105˚C) CE2L, CE2R, CE3L, CE3R: 10 mF/16 V (tantalowy) Półprzewodniki: D1…D5: UF4007 D6…D9, D1R…D4R, D1L…D4L: 1N5820 DZ1: dioda Zenera 15 V/1,3W Q1: STW18NK80Z (TO-247) U1L, U1R: LT1084CT-5 (TO-220) Inne: J1, J2: złącze ARK3/200 J1H, J2H, J2L, J2R: złącze ARK2/200 J1L, J1R: złącze ARK3/200 Płytka VacAmpSE_300B_RK Rezystory: R1, R2: 22 V/1 W R3: 880 V/20 W (TO-220; rezystor MP930 Caddock lub zestaw R4/7; opis w tekście) R4…R7: 220 V/7 W (szkliwony GX7W)

Kondensatory: CE1, CE2: 47 mF/160 V (elektrolit. 105˚C) Inne: J1: złącze ARK3/200 Pozostałe elementy Rezystory: RGL, RGR: 1 kV/0,6 W (rezystor metalizowany) RV1L, RV1R: 2×50 kV (logarytmiczny, stereofoniczny) Rx: 150 V/1 W Kondensatory: Cx: 0,1 mF Inne: IEC: gniazdo IEC zespolone z wyłącznikiem i oprawą bezpiecznika V2L, V2R: lampy 300B z podstawkami UX4 CONL, CONR: gniazda RCA Gniazda głośnikowe (2 szt.) TGL, TGR: transformator głośnikowy (Ra=2,5/3 kV, Roc zależnie od wymagań, min Pwy 10 W, Ia=60 mA) TS: transformator sieciowy toroidalny 120 VA: 2×7 V/2 A; 6 V/2 A; 330 V/0,2 A (wersja audio)

Uruchomienie wzmacniacza Uwaga! We wzmacniaczu występują wysokie niebezpieczne dla życia napięcia (500 VDC) oraz wysoka temperatura, uruchamianie należy przeprowadzić z  zachowaniem szczególnej ostrożności, wszelkie manipulacje, zmiany wartości elementów wykonujemy po wyłaczeniu wzmacniacza i  odczekaniu do rozładowania kondensatorów elektrolitycznych. Wzmacniacz musi być podłączony do sprawnej instalacji zasilającej poprzez gniazdo sieciowe 230  V z bolcem ochronnym. Poprawnie zmontowany wzmacniacz w  zasadzie nie wymaga regulacji. Przed pierwszym włączeniem, potencjometry regulacji głośności ustawiamy w położeniu środkowym i  nie wkładamy lamp w  podstawki. Jeżeli dysponujemy autotransformatorem, warto wykorzystać go podczas uruchamiania stopniowo zwiększając napięcie zasilania do wartości znamionowej. We wzmacniaczu powinny wystąpić napięcia żarzenia 5 V DC mierzone bezpośrednio pomiędzy wyprowadzeniami 1 i 4 podstawek lamp mocy, około 6…7  V  DC na złączu żarzenia lamp przedwzmacniacza oraz 360…380  V  DC napięcia anodowego mierzone względem masy na wyprowadzeniach transformatorów głośnikowych. Jeżeli nic nie budzi naszych wątpliwości, możemy wzmacniacz wyłączyć i odczekać do zaniku napięć zasilających. Przed montażem lamp w  podstawkach warto sprawdzić ich sprawność i  dobrać je w  pary, aby nie powstały rozbieżności pomiędzy kanałami stereofonicznymi. Różni-

Fotografia 12. Zmontowany wzmacniacz, przygotowany do uruchomienia ce emisji i nachyleń nie powinny przekraczać 5%. Podłączamy sztuczne obciążenie 8 V/10 W do wyjść wzmacniacza, ustawiamy potencjometr głośności na minimum. Ponownie złączamy wzmacniacz już z zainstalowanymi lampami i sprawdzamy występujące napięcia. Prąd anodowy lamp mocy powinien zawierać się w zakresie 55…65 mA, w zależności od stanu lamp i zastosowanych elementów. Po około 30-minutowym rozgrzaniu wzmacniacza ponownie sprawdzamy napięcia. Jeżeli wszystko jest w  porządku, możemy wzmacniacz uznać za urucho-

miony. Jeżeli mamy analizator zniekształceń lub kartę muzyczną PC z oprogramowaniem, możemy potencjometrami w  RV1L i  RV1R ustawić najniższy poziom zniekształceń nieliniowych. Można także spróbować ocenić poziom oscyloskopem, chociaż jest to metoda szacunkowa. Teraz pozostaje tylko dołączyć wzmacniacz do zestawu audio i  cieszyć się muzyką.

Adam Tatuś, EP Tomasz Gumny, EP

http://sklep.avt.pl 24

018-024_lampowy.indd 24

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:32:07


Mikroprocesorowy interfejs modułu kamery PROJEKTY

Mikroprocesorowy interfejs modułu kamery Możliwość dołączenia modułu kamery do układu mikroprocesorowego otwiera nowe możliwości przed urządzeniem. W porównaniu z  kamerą użytą w  telefonie komórkowym czy laptopie, zyskuje się pełną kontrolę nad modułem i  możliwość dostępu do danych obrazu. Takie urządzenie daje możliwość automatycznego wykonywania zdjęć oraz przetwarzania danych obrazu, umożliwiając zastosowanie modułu jako czujnika optycznego o  rozszerzonych możliwościach. Rekomendacje: doskonały zestaw do samodzielnego eksperymentowania np. z  algorytmami przetwarzania i  oceny obrazu. Do niedawna użycie modułu kamery w  systemie mikroprocesorowym stanowiło niemałe wyzwanie. Trudności wynikają ze sporej objętości danych obrazu, które trzeba odebrać i zmagazynować w pamięci oraz znacznej szybkości ich transmisji. Jednak teraz nawet „małe” mikrokontrolery mają duże moce obliczeniowe, a niektóre z nich, jak te z rodziny STM32F2xx i STM32F4xx, wyposażono w  specjalny interfejs do współpracy z  kamerami przeznaczonymi do wbudowania we własne urządzenie. Ponieważ w dostępnych źródłach nie natknąłem się na wyczerpujący, praktyczny opis sposobu dołączenia modułu kamery, zrodził się pomysł wykonania prezentowanego urządzenia. Jest to płytka z mikrokontrolerem, do którego można dołączyć większość modułów kamer. Płytka może posłużyć do testowania tych modułów i oprogramowania do ich sterowania. Jednak można jej użyć nie tylko jako zestawu ewaluacyjnego, ale również może pełnić funkcje pełnosprawnego urządzenia do wykonywania pojedynczych zdjęć o  parametrach kontrolowanych przez użytkownika. Wystarczy skorzystać z przykładowego, dołączonego oprogramowania. Oprócz opisu interfejsu sprzętowego, w  kolejnych artykułach krok po kroku zostaną omówione najELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

025-029_modul-kamery.indd 25

AVT 5391

ważniejsze procedury obsługi modułu, które powinien zawierać program sterujący.

Ogólna budowa modułów kamer Ponieważ projekt opisuje praktyczny sposób użycia modułu kamery, należy podać niezbędne informacji o jego budowie, konieczne do zrozumienia zasady działania interfejsu. Głównym elementem każdego modułu kamery jest sensor obrazu. Angielskie określenie tego elementu spotykane to System-On-A-Chip (SOC) Digital Image Sensor. Sensory mogą być wytwarzane przez różnych producentów, najbardziej popularne są elementy takich firm, jak Micron i  Aptina. Producent modułu montuje sensor na płytce drukowanej, dodając do niego niezbędne elementy, takie jak stabilizatory zasilania, elementy bierne, czasami optykę w  postaci prostego obiektywu. Dostęp do sterowania modułem (a w gruncie rzeczy sensorem) zapewnia złącze z  wyprowadzonymi wszystkimi sygnałami, w tym także liniami zasilającymi. Na ogół różne moduły mają bardzo podobny zestaw sygnałów dostępnych na złączu i mogą być dołączane do opisywanego interfejsu. Największe różnice, nawet w obrębie sensorów tego samego producenta, dotyczą budowy wewnętrznej i adresów rejestrów sterujących, co jest istotne przy tworzeniu oprogramowania sterującego. Opisany w dalszej części artykułu mechanizm transmisji danych obrazka pomiędzy modułem a mikrokontrolerem pozostanie taki sam dla różnych typów modułów.

W ofercie AVT* AVT-5391 A Podstawowe informacje: • Za pomocą zewnętrznego zasilacza 5…9 V DC lub za pomocą napięcia stabilizowanego 3,3 V DC. • Możliwość dołączenia dowolnego, standardowego modułu kamery z interfejsem 8-bitowym. • Mikrokontroler STM32F217VGT ze sprzętowym interfejsem kamery. • Oprogramowanie, które umożliwia wykonanie i zapisanie zdjęcia. • Komunikacja z systemem nadrzędnym za pomocą interfejsu UART. Dodatkowe materiały na CD/FTP: ftp://ep.com.pl, user: 75282, pass: 852sjb64 • wzory płytek PCB • karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w Wykazie elementów kolorem czerwonym Projekty pokrewne na CD/FTP: (wymienione artykuły są w całości dostępne na CD) AVT-2950 Sterownik kamery „OKO” (EdW 8/2010) AVT-1467 Wideodetektor ruchu (EP 7/2008) AVT-2341 System nadzoru z kamerami przemysłowymi TV (EdW 1/1999) AVT-368 Automatyczny przełącznik kamer wideo (EP 12/1997) * Uwaga: Zestawy AVT mogą występować w następujących wersjach: AVT xxxx UK to zaprogramowany układ. Tylko i wyłącznie. Bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli w opisie wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A+ płytka drukowana i zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A i wersji UK) bez elementów dodatkowych. AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów wymieniony w załączniku pdf AVT xxxx C to nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli elementy wlutowane w PCB. Należy mieć na uwadze, że o ile nie zaznaczono wyraźnie w opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które nie zostały wymienione w załączniku pdf AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz jeśli występuje, to niezbędne oprogramowanie można ściągnąć, klikając w link umieszczony w opisie kitu) Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+, B lub C). http://sklep.avt.pl

REKLAMA

25

2013-03-29 13:38:18


PROJEKTY Przy opisie projektu interfejsu oparłem się na aktualnie dostępnych, typowych modułach kamer z sensorami obrazu typu MT9D111/MT9D131. Schemat blokowy sensora obrazu pokazano na rysunku 1. Sygnały pod względem pełnionej funkcji można podzielić na cztery grupy: magistralę danych obrazu Data Out, dwustronną magistralę do transmisji danych do rejestrów wewnętrznych Serial I/O, linie sterujące Sync Signals oraz zasilanie, sygnał zegarowy i pozostałe linie sterujące, które nie są tak istotnie dla standardowej aplikacji modułu. Magistralą danych jest przesyłany strumień odpowiadający kolejnym pikselom obrazu. W  niektórych modułach szerokość (liczba bitów) magistrali może być programowana. Prezentowany projekt urządzenia jest przystosowany do współpracy z  8-bitową magistralą równoległą. Dwukierunkowa, szeregowa magistrala I/O  daje dostęp do wewnętrznych rejestrów sensora. Za jej pośrednictwem przesyłane są nowe wartości konfigurujące parametry modułu, takie jak: wielkość obrazka, jaskrawość, nasycenie itp. Również poprzez ten interfejs przesyłane są rozkazy inicjujące wykonanie zdjęcia i jego transmisję. W modułach kamer MT9D111/MT9D131 tę rolę pełni są interfejs I2C. Linie sterujące dostarczają do mikrokontrolera sygnały synchronizujące transmisję danych obrazu. Bez względu na typ stosowanego modułu powinny być dostępne 4 sygnały sterujące: – PIXCLK, którego zbocze służy do odczytu przez mikrokontroler danych kolejnego piksela obrazu. – HSYNC, którego aktywny poziom oznacza, że trwa przesyłanie danych kolejnej linii obrazu. – VSYNC, którego aktywny poziom oznacza, że magistralą są przesyłane dane kolejnych linii ramki obrazu (określenie „ramka” oznacza zbiór kompletnych danych jednego obrazu). Do linii sterujących można także zaliczyć sygnał zegara taktującego podawanego z zewnątrz do modułu. Wszystkie wymienione sygnały są dostępne na złączu modułu. Dodatkowo, poprzez złącze jest podawane napięcie zasilające.

Wewnętrzny Interfejs DCMI mikrokontrolera Na płytce interfejsu modułu kamery jest zamontowany mikrokontroler STM32F217VGT. Ma on wewnętrzny, sprzętowy interfejs DCMI przeznaczony do dołączenia kamery. Składa się on z magistrali danych oraz linii sterujących. Może obsłużyć transfer danych obrazu o  szybkości 20  MB/s, a  jego działanie w  niewielkim stopniu obciąża oprogramowanie. Sposób tworzenia programu, w  tym inicjowanie i  użycie in-

26

025-029_modul-kamery.indd 26

Rysunek 1. Schemat blokowy czujnika obrazu

Tabela 1. Przejściówka 20-pin JTAG na 9-pin\ Wtyk miniaturowy 9-pin 1 2 3 4 5

1 3 5 7 9

6

11

7 8 9

13 15 20

Złącze IDC20

Opis sygnału JTAG +3,3 V (zasilanie JTAG) TRST TDI TMS TCK Można pozostawić niepodłączone TDO RESET mikrokontrolera GND

terfejsu, zostanie opisane w dalszej części artykułu.

Schemat ideowy płytki interfejsu Schemat ideowy interfejsu modułu kamery pokazano na rysunku 2. Elementy obrysowane linią przerywaną w  najprostszej wersji nie muszą być montowane. Mikrokontroler STM32F217VG działa z  zewnętrznym rezonatorem kwarcowym o  częstotliwości 25  MHz. Na 18-stykowym złączu JP9 wyprowadzono opisane wcześniej magistrale i  sygnały sterujące. Rezystory R7…R10 mają za zadanie tłumienie szkodliwych oscylacji na liniach sygnałów sterujących. Sygnały na złączu są tak rozmieszczone, aby można było bezpośrednio (jeden do jednego) połączyć płytkę z  modułem za pomocą 20-żyłowej taśmy ze złączami zaciśniętymi na obu końcach. Rozmieszczenie sygnałów na złączu modułu kamery pokazano na rysunku 3. Sygnały doprowadzone do styków 19 i 20 nie są wykorzystywane i nie muszą być dołączane do interfejsu. Główne napięcie zasilające układy interfejsu o  wartości +3,3  V jest dostarczane przez stabilizator U3. Do zasilania modułu kamery użyto napięcia stabilizowanego przez układ U1. Moduł kamery wymaga do zasilania napięcia +2,8  V. Ponieważ stabilizatory o takim napięciu wyjściowym są niepopularne, można zastosować stabilizator +2,5  V i  podnieść jego napięcie za pomocą diody lub rezystora. Na płytce dzięki rezy-

storowi R10 napięcie wyjściowe U1 zostało podwyższone do oczekiwanego poziomu. Stosując stabilizator +2,8 V, w  miejsce R10 należy wlutować zworę. Pamięć EEPROM (U6) może służyć do przechowywania parametrów konfiguracyjnych interfejsu. Złącze JP6 służy do dołączenia dwukolorowej diody sygnalizacyjnej. Kolor jej świecenia może sygnalizować tryb pracy interfejsu. Oprócz typowych elementów biernych, takich jak oporniki i kondensatory filtrujące, na płytce interfejsu powinny jeszcze zostać zamontowane dwa złącza JP2 i JP4.

Złącze komunikacyjne Złącze Z2 umożliwia współpracę płytki z dołączonymi urządzeniami zewnętrznymi. Jest to wtyk IDC10 wlutowany w płytkę, do którego łatwo dołączyć taśmę przewodów z gniazdem zaciśniętym na jej końcu. Do styków 1 i 3 złącza JP2 należy doprowadzić napięcie zasilania. Możliwe są dwie konfiguracje: – Płytka interfejsowa jest zasilana napięciem stałym z  zakresu +5…9  V. W  tym wypadku na płytce interfejsu powinny zostać zamontowane zwory Z3 i  Z4, zwora Z2 powinna być otwarta. – Płytka interfejsowa jest zasilana za pomocą zewnętrznego napięcia stabilizowanego +3,3 V. W tej sytuacji na płytce interfejsu powinna być zamontowana zwora Z2, a zwory Z3 i Z4 powinny być rozwarte. Wówczas stabilizator U3 nie pracuje i można go nie montować. Na stykach 7 i  8 złącza wyprowadzone są linie RxD i  TxD interfejsu szeregowego USART mikrokontrolera. Z jego użyciem jest możliwe komunikowanie się z  systemem nadrzędnym, a  więc sterowanie płytką interfejsową i  transmisja danych np. w  celu odczytania plików wykonanych zdjęć. Pozostałe wyprowadzenia złącza przewidziane są do wykorzystania w późniejszych rozszerzeniach interfejsu. Aby uzyskać połączenie pomiędzy płytką interfejsu a  komputerem jest potrzebny jeszcze układ dopasowujący poziomy napięć (konwerter USART/RS232 albo USART/ USB). Autor w  czasie prób używał opisanej ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:38:19


Mikroprocesorowy interfejs modułu kamery

Rysunek 2. Schemat ideowy płytki interfejsu modułu kamery ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

025-029_modul-kamery.indd 27

27

2013-03-29 13:38:19


Tabela 2. Warianty polecenia ATS400 Pytanie o zakres parametru +++ ATS400?(CR) ATO(CR) Przesłanie nowego parametru +++ ATS400=39(CR) ATO(CR) Odczyt ustawionej wartości +++ ATS400>(CR) ATO(CR)

Odpowiedź interfejsu OK(CR) AT$S400=0-100 jaskrawość OK(CR) Odpowiedź interfejsu OK(CR) OK(CR) OK(CR) Odpowiedź interfejsu OK(CR) ATS400<39(CR) OK(CR)

w EP 11/2012 „Płytki testowej dla radiowego modemu-sterownika” wyposażonej w  układy dopasowujące poziomy napięć, gniazda oraz zasilacz dostarczający napięcie +5 V. Do połączenia z „Płytką testową” służy 10-żyłowa taśma przewodów o długości do 1m. Do dołączenia płytki interfejsowej należy wykorzystać gniazdo oznaczone jako ARS3. Za pomocą zwory wybiera się zasilanie napięciem o wartości +5 V.

Interfejs JTAG Na złączu JP4 zostały wyprowadzone sygnały interfejsu JTAG mikrokontrolera STM32. Korzystając z programatora (np. ST-Link) zapisać pamięć Flash mikrokontrolera oraz uruchamiać program w  trybie debugera. Jako gniazdo JTAG użyto miniaturowego złącza o  rastrze 1,5  mm. Jeśli posiadany programator ma inne złącze, to należy za pomocą przewodów dołączyć odpowiednie

Rysunek 3. Złącze modułu kamery lub wykonać przejściówkę składającą się z 9 przewodów oraz złączy dopasowanych do programatora i gniazda na płytce interfejsowej. Autor z powodzeniem od kilku lat używa takiej łączówki, która okazała się trwała i  pewna, pomimo wielokrotnego dołączania i  odłączania programatora, a  miniaturowe, 9-stykowe złącze zajmuje na płytce drukowanej bardzo mało miejsca w porównaniu ze standardowym, 20-stykowym złączem JTAG. Jest to zresztą rozwiązanie stosowane przez wielu producentów sprzętu elektronicznego. Wszystkie elementy potrzebne do zmontowania miniaturowej łączówki portu JTAG można nabyć w  handlu. Poszczególne elementy mogą nosić następujące nazwy: – gniazdo męskie proste lub kątowe do wlutowania w  płytkę (JP4) może nazywać się Pico Blade 9 Pin lub WN09R. – wtyk przejściówki składa się z obudowy Pico Blade 9 Pin i  może również nosić nazwę „korpus złącza żeńskiego HN09”. – korpus uzupełniany jest kupowanymi oddzielnie stykami Pico Blade lub stykami żeńskimi do korpusu HN. Od strony programatora potrzebne będzie 20 stykowe złącze IDC. W  wersji zaciskanej o symbolu IDE20-LF lub IDM20-LF. Styki do korpusu żeńskiego przeznaczone są do zaciskania na przewodzie AWG28 o zewnętrznej średnicy izolacji 0,8…1,2 mm. Dla uniknięcia konieczności zakupu prasy do złącz można posłużyć się „domowym

Tabela 3. Sekwencja poleceń wyzwalająca wykonanie zdjęcia i jego przesłanie za pomocą UART Transmisja do interfejsu

Odpowiedź interfejsu

Opis

Polecenie: wykonaj zdjęcie formatu 2 Odpowiedź: wykonane zdjęcie zostanie umiesz$1P1(CR)2 $A1P/ozo.jpg(CR) czone w wirtualnym katalogu ‚/’ interfejsu pod tymczasową nazwą ‚ozo.jpg’ Polecenie: inicjacja odczytu pliku ‚/ozo.jpg’ $2D8(CR)/ozo.jpg $B24(CR)1000(CR) Odpowiedź: interfejs jest niegotowy i  prosi o  pauzę 1000 ms Polecenie: inicjacja odczytu pliku ‚/ozo.jpg’ Odpowiedź: rozmiar przesyłanego pliku 7543 $3D8(CR)/ozo.jpg $A3Ds:7543 p:512 d:0 t:0(CR) bajtów w  paczkach o  rozmiarze 512 bajtów (parametry data i  godzina utworzenia pliku zdjęcia nieużywane) Polecenie: odczyt pierwszej paczki pliku $4D0(CR) $A4dxxxxxxxxxxx... x Odpowiedź: przesłanie 512 bajtów danych xxxxxxxxxxx... x Polecenie: odczyt kolejnej paczki pliku $5D0(CR) $A5dxxxxxxxxxxx... x Odpowiedź: przesłanie 512 kolejnych bajtów danych xxxxxxxxxxx... x ... ... ... Polecenie: odczyt kolejnej paczki pliku $2D0(CR) $A2dxxx... x Odpowiedź: przesłanie ostatniej paczki bajtów danych xxx... x Polecenie: odczyt kolejnej paczki pliku $3D0(CR) $A3(CR) Odpowiedź: wszystkie dane zostały przesłane

28

025-029_modul-kamery.indd 28

Na CD: karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w wykazie elementów kolorem czerwonym

PROJEKTY Wykaz elementów Rezystory: (SMD 0805) R1, R3: 100 kV R2, R6: 10 kV R4, R5: 3 kV R7, R8, R90: 100 V R10: 30 V R15, R16: 1 kV Kondensatory: C2, C5: 10 mF (elektr. SMD) C3, C4: 2,2 mF (SMD 0805) C6: 1 mF (elektr. SMD) C8, C9: 15 pF (SMD 0805) C10, C12, C18, C19, C20…C28: 100 nF (SMD 0805) C31, C320: 27 pF (SMD 0805) Półprzewodniki: U1: LM1117-2,5 (SOT223) U3: LM1117-3,3 (TO-252) U4: STM32F217VGT (LQFP100) U6: AT24C256 (SO8) Inne: BT1: bateria CR2032 (3 V) JP2: IDC10 JP9: złącze Pico Blade 9-pin JP5: złącze DNF-15 JP6, JP9: goldpin SD1: gniazdo microSD SD2: gniazdo SD X1: kwarc 25 MHz X2: kwarc 32,768 kHz Z1…Z4: zwory (0 V/ SMD 0805)

sposobem montażu”. W środkowej części styku, która normalnie jest zaciskana, należy przylutować żyłę przewodu stosując jak najmniejszą ilość cyny. Natomiast małe „łapki” styku za pomocą pęsety należy możliwie najciaśniej zacisnąć na izolacji przewodu tuż powyżej miejsca lutowania. Tak przygotowane 9 przewodów należy wsunąć w  kolejne otwory korpusu wtyku, aby się zatrzasnęły. Z  drugiej strony przewody należy połączyć ze stykami gniazda IDC20, do którego będzie przyłączony programator. W  tabeli  1 umieszczono odpowiednie numery styków przejściówki. Schemat montażowy płytki interfejsowej pokazano na rysunku 4. Jej montaż jest typowy, chociaż może sprawić problem niewprawnym elektronikom ze względu np. na dużą gęstość wyprowadzeń mikrokontrolera STM32.

Możliwości przykładowego oprogramowania ARS3 sterującego interfejsem Po zmontowaniu interfejsu można zaprogramować mikrokontroler na płytce przykładowym oprogramowaniem sterującym o nazwie ARS3. Po dołączeniu modułu kamery zostanie utworzona aplikacji kamery-aparatu cyfrowego o następujących możliwościach: – wykonanie zdjęcia na żądanie użytkownika, – przesłanie pliku zdjęcia do komputera za pomocą UART, – wybór rozdzielczości obrazka i  jego formatu (BMP/JPG), ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:38:19


Mikroprocesorowy interfejs modułu kamery – zmiana takich parametrów, jak jaskrawość, kontrast, nasycenie, – zmiany szybkości transmisji interfejsu szeregowego. Płytka interfejsu modułu kamery zaprojektowano w taki sposób, aby wraz z  modułem można ją było zamontować w  obudowie G410 o  wymiarach 120 mm×60 mm×40 mm. Do sterowania interfejsem z  oprogramowaniem sterującym ARS3 można użyć programu narzędziowego miniARSET. Po zasileniu interfejsu i połączeniu z interfejsem RS232/USB komputera, na pierwszej zakładce programu miniARSET należy wybrać opcję automatycznego wykrywania dołączonego urządzenia. Gdy to się stanie i  zostaną wyświetlone informacje o  urządzeniu, będzie można przejść do zakładki „test Kamery”. Są w  niej dostępne opcje wyboru i  ustawienia nowych parametrów zdjęcia. Po ich zmianie można wykonać zdjęcie oraz wybrać katalog na dysku, w którym będzie ono zapisane. Po dokonaniu wyboru, plik zdjęcia zostanie automatycznie przesłany i  zapisany w  wybranym katalogu. Rysunek 4. Schemat montażowy płytki interfejsu modułu kamery

ARS3 rozkazy sterujące Do sterowania interfejsem z oprogramowaniem ARS3 nie jest konieczne użycie programu miniARSET. Wystarczy znajomość kliku rozkazów i komend, które można wysyłać za pomocą dowolnego programu typu terminal. Rozkazy serwisowe są używane do przesłania nowych ustawień, które zostają zapisane w pamięci EEPROM interfejsu. Takimi ustawieniami są np. poziomy jaskrawości, nasycenia, kontrastu czy wybór szybkości transmisji portu szeregowego interfejsu. Ich wartości są pamiętane nawet po wyłączeniu zasilania. Inicjacja trybu serwisowego następuje przez wysłanie do interfejsu trzech znaków „+++”. Przed i po transmisji na złączu szeregowym powinna panować przerwa o czasie odpowiadającym przesłaniu 2 znaków. Jeżeli interfejs odpowie komunikatem „OK” oznacza to, że w  ciągu najbliższych 10  s pozostanie w  trybie serwisowym i  będzie reagował na kolejne rozkazy. Czas automatycznie wydłuża się po każdej prawidłowej transmisji. Tryb serwisowy można zakończyć w dowolnym momencie wysyłając rozkaz „ATO”. Sekwencja rozkazu kończona jest kodem powrotu karetki CR (13 dziesiętnie). Po rozpoznaniu i wykonaniu rozkazu urządzenie wysyła potwierdzenie „OK”. W przypadku błędu odsyłany jest komunikat „ERROR” z numerem błędu. Prawie wszystkie rozkazy serwisowe występują w  trzech wariantach. Gdy do interfejsu jest przesyłana nowa wartość po kodzie rozkazu występuje znak „=”. Gdy ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

025-029_modul-kamery.indd 29

chcemy odczytać aktualną wartość parametru po kodzie rozkazu wystąpi znak „>”. W trzecim wariancie, gdy po kodzie rozkazu zostanie umieszczony znak „?”, urządzenie w  odpowiedzi powinno przesłać zwięzłą informację o  przeznaczeniu ustawianego parametru i  zakresie jego nastaw. W  ten sposób bez konieczności wertowania dokumentacji urządzenie samo się przedstawia użytkownikowi. Jako przykład umieszczono w tabeli 2 użycie trzech wariantów rozkazu ATS400 odpowiadającego za regulację jaskrawości kamery. Listę wszystkich obsługiwanych przez system ARS3 rozkazów serwisowych interfejsu można obejrzeć po uruchomieniu zakładki „Rejestry” programu miniARSET.

Polecenia sterujące Polecenia sterujące wymuszają na interfejsie wykonanie określonego działania np. wykonania zdjęcia, przesłania pliku. Interfejs reaguje na dwa polecenia: wykonanie zdjęcia „P” i przesłanie pliku zdjęcia „D”. W odpowiedzi przesyłane jest potwierdzenie wykonania rozkazu i  kolejne porcje danych pliku zdjęcia. Składnia każdego polecenia jest następująca: $iZxxrddd...d gdzie: $ – znak oznaczający początek polecenia i – znak ASCII z przedziału ‚1’ – ‚7’ identyfikatora kolejnej transmisji identyfikator kolejnej transmisji powinien być inny od identyfikatora poprzedniej transmisji

w przypadku powtórnego wysłania tej samej transmisji identyfikator powinien być taki sam Z – znak ASCII określający rodzaj polecenia xx – cyfry dziesiętne określające ilość przesyłanych danych (0 – brak danych) r – znak CR rozdzielający ostatnią cyfrę ilości danych od pierwszego bajtu danych ddd – bajty danych W  tabeli 3 umieszczono przykład sekwencji poleceń wykonania zdjęcia i  przesłania jego pliku z interfejsu do komputera. W kolejnej części artykułu zostanie omówione oprogramowanie mikrokontrolera sterującego dołączonym do interfejsu modułem kamery. Zostaną podane przykłady inicjacji interfejsu DCMI, DMA, modułu kamery.

Ryszard Szymaniak REKLAMA

29

2013-03-29 13:38:20


PROJEKTY

AVT 5390

Zegar w stylu retro Z lampami Nixie typu Z570M/Z573M Współcześnie układy programowalne wypierają dyskretne układy cyfrowe. Odnalezienie projektu zegara bez mikrokontrolera wydaje się być bardzo trudne, a  przecież jeszcze nie tak dawno temu tylko w  ten sposób budowało się zegarki elektroniczne. Owszem, tego typu urządzenia są skomplikowane i  mogą pobierać dużo prądu, ale jest trudno zaprzeczyć ich podstawowej zalecie – działają od razu po włączeniu zasilania. Nie wymagają przy tym znajomości żadnego języka programowania, a  jedynie nieco elementów kombinatoryki. Rekomendacje: polecamy głównie osobom, które chcą odetchnąć od wszędobylskiego programowania. Nazwa Nixie wywodzi się od słów Numerical Indicator eXperimental-1. W skrócie mówiono NIX-1, natomiast niewiele później lampa Nixie. Dziś nieodłącznie kojarzy się ona z  pomarańczowymi znakami jarzącymi w szklanej bańce. Zjawisko świecenia neonu pod wpływem prądu elektrycznego zostało odkryte w 1909 przez francuza Georges Claude, ale sam wyświetlacz Nixie skonstruowali w  1952 roku dwaj bracia, węgierscy emigranci zamieszkali w  Stanach Zjednoczonych: George i  Zoltan Haydn. Jeszcze w  latach siedemdziesiątych te wskaźniki były jedyną alternatywą dla wyświetlaczy cyfrowych. Wyświetlacze Nixie stosowano aż do momentu wynalezienia i upowszechnienia się wyświetlaczy LED i  LCD, co w  Polsce, ze względu na pewne opóźnienie technologii półprzewodnikowej w porównaniu do krajów zachodnich, nastąpiło z opóźnieniem. Dzięki temu, zachowało się u nas stosunkowo dużo przyrządów z wyświetlaczami Nixie i można je znaleźć na po-

30

030-033_nixie.indd 30

bliskim bazarze staroci, giełdzie elektronicznej lub w szufladzie dziadka lub starszego kolegi. Okazjonalnie, można też nabyć wyświetlacze Nixie na aukcjach internetowych. Lampy Nixie nie wymagają żarzenia, ponieważ taki wyświetlacz działa dokładnie tak samo, jak neonówka. W  bańce szklanej wypełnionej gazem szlachetnym najczęściej neonem (stąd nazwa neonówka) lub mieszaniną gazów, zatopione są dwie elektrody: anoda i  katoda. Gdy do elektrod neonówki zostanie przyłożone napięcie, wówczas jony obecne zawsze w gazie (m. in. dzięki promieniotwórczości naturalnej) są przyspieszane w  powstałym polu elektrycznym. Jeżeli średnia droga swobodna jest wystarczająco duża, jony mogą uzyskać dostatecznie dużą energię do jonizacji kolejnych atomów, które znów są przyspieszane. Powstająca w ten sposób lawina jonów (prąd elektryczny) powoduje efekt świetlny. Każda lampa neonowa ma ściśle określone napięcie zapłonu, dla którego lampa zaczyna świecić. Długość

W ofercie AVT* AVT-5390 A Podstawowe informacje: • Zasilanie z sieci energetycznej 230 V AC. • Odmierzanie czasu w systemie 12- lub 24-godzinnym. • Przystosowany do zasilania z sieci 50 lub 60 Hz. • Brak generatora kwarcowego – podstawą czasu jest częstotliwość sieciowa. • Bez mikrokontrolera i innych układów programowalnych. Dodatkowe materiały na CD/FTP: ftp://ep.com.pl, user: 75282, pass: 852sjb64 • wzory płytek PCB • karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w Wykazie elementów kolorem czerwonym Projekty pokrewne na CD/FTP: (wymienione artykuły są w całości dostępne na CD) Projekt208 Zegar Nixie z jedną lampą (EP 3/2013) AVT-5245 Zegar widmowy (EP 7/2010) AVT-5145 Zegar retro na lampach Nixie (EP 9/2008) AVT-521 Zegar Nixie dla oszczędnych (EP 8/2003) * Uwaga: Zestawy AVT mogą występować w następujących wersjach: AVT xxxx UK to zaprogramowany układ. Tylko i wyłącznie. Bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli w opisie wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A+ płytka drukowana i zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A i wersji UK) bez elementów dodatkowych. AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów wymieniony w załączniku PDF AVT xxxx C to nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli elementy wlutowane w PCB. Należy mieć na uwadze, że o ile nie zaznaczono wyraźnie w opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które nie zostały wymienione w załączniku PDF AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz jeśli występuje, to niezbędne oprogramowanie można ściągnąć, klikając w link umieszczony w opisie kitu) Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik PDF! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+, B lub C). http://sklep.avt.pl

drogi swobodnej zależy od składu i ciśnienia gazu w bańce. Od powierzchni, kształtu i odległości elektrod zależy natomiast natężenie pola elektrycznego w  lampie. Wszystkie te czynniki mają wpływ na wartość napięcia zapłonu, które może wahać się od około 60 V do kilku kilowoltów. Przekroczenie tego napięcia powoduje świecenie jonów gazu wokół tej z elektrod, która ma potencjał ujemny (katody), natomiast gaz wokół anody pozostaje ciemny1. Najczęściej lampy Nixie wyświetlają najczęściej cyfry od 0 do 9. Zdarzają się też takie, które wyświetlają jednostki np. Hz, ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:38:51


Zegar w stylu retro

Rysunek 1. Poglądowy rysunek złożeniowy lamy Nixie ze wszystkich stron. Znaki umieszczone są jeden za drugim i oddzielone są od siebie izolatorem. Elementy składowe lampy Nixie pokazano na rysunku 1.

Wybór lampy

Rysunek 2. Numeracja wyprowadzeń lampy Z570M. Widok od strony wyprowadzeń V, A, W, V, m, n, F, plus, minus, sinus itp. Kształt wyświetlanego symbolu jest taki sam, jak kształt katody, wokół której zjonizowane cząsteczki gazu jarzą się najczęściej pomarańczowym światłem. Kolor świecenia jest zależny od rodzaju gazu w bańce oraz odległości pomiędzy elektrodami. Anoda jest wspólna dla wszystkich znaków i ma postać siatki, która otacza równomiernie katody

Tabela 1. Wyprowadzenia lampy Z570M PIN 1 2 3 4 5 6

Anoda Katoda Katoda NC Katoda Katoda

Połączenie

7

Katoda 6

8 9 10 11

Katoda 5 Katoda 4 NC Katoda 3

12

Katoda 2

13

Katoda 1

0 9 8 7

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

030-033_nixie.indd 31

Płytkę zegara zaprojektowano dla lamp firmy WF o symbolu Z570M, jednak są zamienniki, które można zastosować bez wykonywania zmian w połączeniach: Z5730M, Z573M, Z5740M, Z574M, ZM1080. W zegarze można zastosować prawie wszystkie inne lampy, jednak niektóre z  nich mają inaczej rozmieszczone wyprowadzenia i  trzeba będzie połączyć je z  płytką za pomocą przewodów lub pozaginać wyprowadzenia lamp. W tabeli 1 umieszczono opis wyprowadzeń lampy Z570M natomiast na rysunku 2 pokazano ich rozmieszczenie.

Budowa zegara i zasada działania Schemat ideowy zegara pokazano na rysunku  3. Źródłem zasilania całego układu jest sieć energetyczna 230  V  AC/50  Hz dołączona przewodem sieciowym do złącza ARK2. Takie rozwiązanie pozwoliło na uprościło sposób zasilania lamp Nixie. Sygnał sieci energetycznej stanowi również podstawę czasu dla układów zliczających godziny, minuty i sekundy. Układy cyfrowe zasilane są napięciem stałym o  wartości ok. 4,5  V uzyskiwanym w nieskomplikowanym układzie stabilizatora z diodami Zenera DZ1 i DZ2. Układy zastosowane w zegarze są wykonane w technologii CMOS, więc wydajność prądowa takich dwóch stabilizatorów (jeden do zasilenia układów U1…U5 drugi do zasilania układów U6…U10) jest zupełnie wystarczająca. Jak wspomniano, źródłem podstawy czasu dla zegara jest częstotliwość sieci energetycznej 50  Hz. Współcześnie jest to wystarczająco dokładne źródło do zastosowań „domowych”, kontrolowane przez dostawców energii i regulowane odpowiednimi przepisami. W modelowym zegarze w ciągu miesiąca nie zaobserwowano odchyłki więk-

szej niż około 2 sekundy. Niestety, zegar jest wrażliwy na różne impulsy, które mogą występować w sieci energetycznej np. na skutek załączenia dużego obciążenia, więc jeśli zaobserwuje się niewłaściwe wskazania czasu, należy zastosować listwę zasilającą z filtrem. W celu uzyskania przebiegu o częstotliwości 1  Hz dla licznika sekund zastosowano dwa dzielniki z układami U2 i U3. Układ U2, w zależności od ustawienia zworki JP3, dzieli częstotliwość sieciową przez 5 lub 6, natomiast U3 dzieli ją przez 10. Na nóżce 12 (CO) układu U3 uzyskuje się przebieg o częstotliwości 1 Hz taktujący układ U4 będący licznikiem jednostek sekund. Zworką JP3 należy wybrać odpowiednią częstotliwość sieciową, oczywiście w Europie jest to 50 Hz. Katody lamp Nixie są sterowane wysokonapięciowymi tranzystorami T1…T47 typu MPSA42. Aby zaświecić segment należy połączyć daną katodę z  masą, więc do baz tranzystorów należy doprowadzić dziesięć poziomów logicznych, z  czego tylko jeden z nich może mieć wartość logicznej jedynki, natomiast pozostałe muszą być zerami. Opisywany efekt najłatwiej jest uzyskać za pomocą licznika pierścieniowego. Wykonano go w oparciu o układ scalony 4017. Na wejście zegarowe układu U4 (4017) jest doprowadzony sygnał zegarowy o  częstotliwości 1 Hz. Wyprowadzenia RES (nóżka 15) oraz ENA (14) podłączone są do masy, natomiast wyjście CO (12) jest połączone z  wejściem zegarowym kolejnego licznika pierścieniowego, sterującego załączaniem dziesiątek sekund. Impuls z jego wyjścia jest sygnałem taktującym układ U5 i będzie występował z  częstotliwością 0,1  Hz. Wyjście CO zostanie ustawione co 10  s lub wyzerowania układu. W  układzie sterującym cyframi dziesiątek sekund trzeba użyć wyprowadzenia RST, ponieważ ze względu na system odmierzania czasu (1 minuta = 60 sekund) ten układ zlicza tylko 6 impulsów, a po odebraniu 7 powinien wyzerować się. W tym celu najłatwiej wyjście Q6 (nóżka 5) połączyć z  wejściem RES (15). Przy takim rozwiązaniu sześćdziesiąty impuls wyzeruje licznik i rozpocznie nowy cykl zliczania. Układy U6 i U7 tworzące licznik minut pracują z wykorzystaniem tej samej zasady, co licznik sekund. Niestety, nie można jej użyć dla układów U8 i U9 tworzących licznik godzin. Licznik jednostek godzin dwukrotnie zlicza impulsy od od 0 do 9, a za trzecim razem tylko od 0 do 3 (lub 0…1 w wersji 12-godzinnej), natomiast dziesiątek godzin od 0 do

Tabela 2. Ustawienie zworek JP1 i JP2 dla trybu 24h oraz 12h Zworka

JP1

JP2

Tryb 24h

2-3

1-2

Tryb 12h

1-2

2-3

31

2013-03-29 13:38:52


PROJEKTY 2 (lub 0…1). Rozwiązanie zaproponowane w tym układzie pozwoliło na dwa tryby pracy zegarka 24-o  i  12-sto godzinny, przełączane jumperami JP1 i  JP2. Opis sposobu wyboru trybu odmierzania czasu za pomocą zworek umieszczono w tabeli 2. W trybie 24-godzinnym wyjścia Q4 układu U8 i Q2 układu U9 są doprowadzone do wejść bramki NAND układu U10. Gdy zegar wskaże czas 24:00, to wyjścia Q2 i  Q4 będą ustawione. Spowoduje to wyzerowanie wyjść U10D, jednak licznik jest zerowany za pomocą poziomu wysokiego – w  celu jego uzyskania dołączono inwerter wykonany z bramki U10C. Sygnał z wyjścia tej bramki zeruje zegar i  powoduje odmierzanie czasu od godziny 0:00. Licznik sekund jest zerowany po wciśnięciu przycisku S3, co pozwala on na precyzyjne zsynchronizowanie zegara z  wzorcem czasu. Rezystory R9 i  R10 polaryzują wejścia RES układów U4 i U5. Tryb „szybki” i  „wolny” ustawiania godzin polega na podaniu na wejście zegarowe układu U6 (nóżka 14) przebiegu o częstotliwości 1 Hz

z wyjścia układu U3 lub 50  Hz (60  Hz) z wyjścia układu U1.

Obsługa zegara Przed dołączeniem zegara do sieci należy ustawić jeszcze zworkę JP3 odpowiedzialną

za podział częstotliwości sieciowej. Dla częstotliwości 50 Hz zworka powinna być w pozycji 2-3. Za pomocą zworek JP1/JP2 należy wybrać odpowiedni tryb pracy zegara. Za pomocą przycisków S1, S2 i  S3 ustawia się godziny. Tryb szybki S1 (FAST) powoduje

Na CD: karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w wykazie elementów kolorem czerwonym

Uwaga! Przy uruchamianiu układu należy zachować szczególną ostrożność ze względu na występujące w nim napięcia groźne dla życia. Jeśli nie masz doświadczenia lub się boisz poproś kogoś, kto się na tym zna. Nigdy nie podnoś, nie przekręcaj, nie dotykaj płytki, jeśli jest dołączona do sieci! W razie wykonywania jakichkolwiek zmian w układzie wyjmij wtyczkę z gniazdka! Wykaz elementów Rezystory: R1: 1 kV R2: R3: 1 MV R4, R6: 51 kV/0,5W R5: zwora 10 mm R7, R10: 10 kV R8, R9: 100 kV R11…R16: 47 kV R17, R18: 680 kV R19…R65: 33 kV Kondensatory: C1, C2: 100 mF/16V C3, C4: 1 nF Półprzewodniki: U1: 4013 U2…U9: 4017 U10: SN74LS132N (UCY7400) T1-T47: MPSA42 DZ1, DZ2: dioda Zenera 4,7V/1W D1: 1N4148 B1: mostek prostowniczy 1A Inne: ARK2 (5 mm): 1 szt. Goldpin 1×3: 3 szt. Jumper: 3 szt. Podstawki pod układy scalone: DIL 16: 8 szt. DIL 14: 2 szt. Switch 3,5 mm: 3 szt. Neonówki: 2 szt. Płytka: 1 szt. Lampy Nixie Z570M lub Z573M: 6 szt.

32

030-033_nixie.indd 32

Rysunek 3. Schemat ideowy zegara na lampach Nixie ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:38:53


Zegar w stylu retro

Rysunek 4. Schemat montażowy zegara zmianę wskazań z częstotliwością 50 Hz natomiast wolny S2 (SLOW) z częstotliwością 1 Hz. Przycisk RESET zeruje licznik sekund.

Montaż i uruchomienie Na rysunku 4 pokazano schemat montażowy zegara. Płytkę zaprojektowano w  taki sposób, że można ją wykonać na laminacie jednostronnym, jednak wtedy w  miejscach ścieżek na górnej warstwie należy wlutować zworki. Montaż układu jest wykonywany typowo. Zaczynamy od elementów najmniejszych a kończymy na największych. Należy

przy tym zwrócić uwagę na odpowiednią polaryzację elementów półprzewodnikowych i kondensatorów elektrolitycznych. Lampy należy wlutować na samym końcu, zachowując przy tym szczególną ostrożność. Rezystory R19…R65 należy wlutować w  sposób pokazany na fotografii  5. Część z  nich jest montowano poziomo, a  część pionowo. Diodę D1 należy przylutować w taki sposób, aby nie przeszkadzała w zamontowaniu podstawki pod układ U5 (fotografia  6). Można również zamontować ją od spodu płytki drukowanej. Pod układy scalone warto zamontować podstawki. Tranzystory T1…T47 należy wlutować tak, aby ich górna krawędź była na tej samej wysokości, co płaszczyzna obudowy układów scalonych włożonych w podstawki. Warto też zwrócić uwagę na to czy elementy są równo – w końcu zegarek ma stać w widocznym miejscu na półce. Uruchomienie układu zaczynamy od kontroli wizualnej. Jeśli nie ma zwarć, a  montaż nie budzi naszych wątpliwości, to włączamy układ bez układów scalonych w podstawkach do gniazdka 230 V AC i mie-

rzymy napięcie w podstawkach układów scalonych pomiędzy nóżkami 8 i 16 układów U2…U9 i IC9 oraz 7 i 14 w U1 i U10. Powinno ono wynosić ok. 4,5…5  V. Jeśli ma inną wartość, należy wyjąć wtyczkę z  gniazdka i  odszukać przyczynę. Gdy wszystko jest w  porządku, należy odłączyć zegarek od sieci zasilającej i  rozładować kondensatory C1 i  C2. Następnie włożyć układy scalone w  podstawki pamiętając o  zachowaniu prawidłowej polaryzacji. Teraz można wlutować lampy NIXIE oraz ustawić jumpery wg wcześniejszego opisu. Widok zmontowanej płytki zegara pokazano na fotografii 8. Podczas prób i  testów zauważono, że układ U10 powinien być typu SN74LS132N, CD4017 lub też standardowy 74132. Stosując układ z  innej serii, np. z  układów tzw. szybkich, lampy godzinowe mogą czasami nie zerować się.

AW Bibliografia: (Endnotes) 1. http://pl.wikipedia.org/wiki/Lampa_neonowa

Fotografia 6. Sposób montażu rezystorów R19…R65

Fotografia 7. Sposób montażu diody D1 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

030-033_nixie.indd 33

Fotografia 8. Widok zmontowanej płytki zegara

33

2013-03-29 13:38:53


PROJEKTY

ASO

Automatyczny system ostrzegania AVT 5393

W nowoczesnych samochodach jest montowane urządzenie, które automatycznie załącza światła awaryjne podczas gwałtownego hamowania. Dodatkowo do świateł stop ostrzegają one kierowców pojazdów jadących za nami, że coś wydarzyło się na drodze i  że także oni powinni rozpocząć hamowanie. Opisywane urządzenie umożliwia wyposażenie w  tę funkcjonalność również starszych pojazdów. Rekomendacje: docelowo urządzenie jest przeznaczone do załączania świateł awaryjnych, ale może też służyć do załączania innych systemów zabezpieczających np. przed upadkiem.

Jednym z głównych a  zarazem pierwszych, popularnych zastosowań technologii MEMS jest pomiar przyśpieszenia oraz ciśnienia. Systemy oparte o  przetworniki MEMS są dla przykładu szeroko stosowane w  motoryzacji (w  układach detekcji kolizji), jak również w elektronice użytkowej (czujniki położenia i przyspieszenia stosowane w telefonach komórkowych czy konsolach gier). Nic nie stoi jednak na przeszkodzie by nowoczesny element MEMS zastosować w rozwiązaniu „domowym”, budując urządzenie, które swoją funkcjonalnością naśladuje rozwiązania profesjonalne. Mam tutaj na myśli system, który jest montowany w  niektórych samochodach mający na celu automatyczne włączenie świateł awaryjnych podczas awaryjnego hamowania pojazdu. Dzięki wykorzystaniu technologii MEMS oraz gotowych rozwiązań w  postaci scalonych czujników przyspieszenia (tzw. akcelerometrów), system taki możemy zbudować angażując minimum środków sprzętowych. Przykładem tego typu rozwiązania jest opisywany w artykule Automatyczny System Ostrzegania, którego schemat pokazano na rysunku 1. Jest to system mikroprocesorowy, złożony dosłownie z kilku elementów, którego sercem jest mikrokontroler ATtiny2313 taktowany wewnętrznym, wysokostabilnym oscylatorem RC o  częstotliwości 8  MHz. Mikrokontroler

34

034-037_aso.indd 34

jest odpowiedzialny za realizację całej założonej funkcjonalności. Elementem pomiarowym jest scalony, 3-osiowy akcelerometr z wyjściem cyfrowym ADXL343 produkowany przez firmę Analog Devices. Komunikacja z  nim jest możliwa poprzez jeden z  dwóch interfejsów: I2C lub SPI. Chociaż implementacja tego typu elementu w  docelowym systemie pomiarowym jest stosunkowo łatwa (nie zachodzi potrzeba stosowania wysokostabilnych przetworników pomiarowych A/C w  celu uzyskania wartości pomiarowych), a  możliwości konfiguracyjne ogromne, aby w pełni zrozumieć zasadę działania prezentowanego układu jest konieczne poznanie możliwości wspomnianego akcelerometru. Układ ADXL343 charakteryzuje się następującymi wybranymi cechami użytkowymi: • pomiar przyspieszenia statycznego/dynamicznego w  3 osiach z  maksymalną, konfigurowalną rozdzielczością 13-bitów (3.9 mg/LSB), • szeroki zakres napięcia zasilania: 2,0…3,6 V (interfejs I/O układu od 1,7 V), • konfigurowalny zakres pomiarowy: ±2,0 g/4,0 g/8,0 g/16,0 g, • szeroki zakres częstotliwości pomiarów (data rate): 0,10…3200 Hz, • mały pobór prądu w  trybach obniżonego poboru mocy oraz w trybie pomiaru: 0,04…0,15 mA,

W ofercie AVT* AVT-5393 A AVT-5393 B AVT-5393 UK Podstawowe informacje: • Napięcie zasilania: 10…14 V. • Maksymalny prąd obciążenia (przekaźnik wyłączony/ załączony): 7 mA/34 mA. • Zakres pomiarowy: ± 8 g. • Próg zadziałania układu: 0…7,5 g. • Rozdzielczość progu zadziałania: 0,5 g. • Rozdzielczość pomiaru przyspieszenia: 12 bitów (3,9 mg/LSB). • Błąd liniowości: 0,5%. • Dokładność pomiaru przyspieszenia: 1%. • Interwał pomiarowy: 40 ms. Dodatkowe materiały na CD/FTP: ftp://ep.com.pl, user: 75282, pass: 852sjb64 • wzory płytek PCB • karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w Wykazie elementów kolorem czerwonym Projekty pokrewne na CD/FTP: (wymienione artykuły są w całości dostępne na CD) AVT-5387 gLogger – 3-osiowy rejestrator przyśpieszenia (EP 3/2013) AVT-5223 Kieszonkowy akcelerometr (EP 2/2010) Projekt132 Miernik przyśpieszenia (EP 8/2005) --Elektroniczny miernik przyśpieszenia (EP 8/1998) * Uwaga: Zestawy AVT mogą występować w następujących wersjach: AVT xxxx UK to zaprogramowany układ. Tylko i wyłącznie. Bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli w opisie wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A+ płytka drukowana i zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A i wersji UK) bez elementów dodatkowych. AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów wymieniony w załączniku pdf AVT xxxx C to nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli elementy wlutowane w PCB. Należy mieć na uwadze, że o ile nie zaznaczono wyraźnie w opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które nie zostały wymienione w załączniku pdf AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz jeśli występuje, to niezbędne oprogramowanie można ściągnąć, klikając w link umieszczony w opisie kitu) Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+, B lub C). http://sklep.avt.pl

• rozbudowane mechanizmy kontroli poboru mocy i odpowiednie tryby pracy (w tym tryb Standby 0,1 <m>A), • wbudowane, konfigurowalne, przerwaniowe mechanizmy obsługi zdarzeń ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:42:13


Automatyczny system ostrzegania

Rysunek 1. Schemat ideowy układu ASO

Tabela 1. Opis wyprowadzeń akcelerometru ADXL343 Pin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Rysunek 2. Wygląd obudowy akcelerometru ADXL343 (widok z góry). typu: stuknięcie (tap), podwójne stuknięcie (double tap), bezruch, ruch (aktywność), swobodny spadek, • 2 niezależne i  w  pełni konfigurowalne wyprowadzenia przerwań sprzętowych aktywowane wystąpieniem różnych zdarzeń (w tym zdarzeń j.w.), • wbudowany bufor FIFO o pojemności 32 pomiary (pomiar to komplet 6 bajtów) z możliwością pracy w 4 trybach pracy, ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

034-037_aso.indd 35

13 14

Nazwa VDDI/O GND RESERVED GND GND VS

Opis Napięcie zasilania interfejsu I/O akcelerometru Masa Zarezerwowany (nie podłączać) Masa Masa Napięcie zasilania akcelerometru CS dla interfejsu SPI (podłączyć do VS dla interfejsu CS I2C) INT1 Wyjście przerwania INT1 (konfigurowalne) INT2 Wyjście przerwania INT2 (konfigurowalne) NC Niewykorzystane (nie podłączać) RESERVED Zarezerwowany (nie podłączać) SDO dla interfejsu SPI 4-przewodowego lub wybór SDO/ALT ADDRESS adresu dla interfejsu I2C SDI dla interfejsu SPI 4-przewodowego, SDIO dla interSDA/SDI/SDIO fejsu SPI 3-przewodowego lub SDA dla interfejsu I2C SCL/SCLK Sygnał zegarowy dla interfejsu SPI i  I2C

• wbudowany tryb samokontroli (selftest) pozwalający na sprawdzenie funkcjonalności struktury elektronicznej i mechanicznej akcelerometru, • możliwość automatycznej kompensacji offsetu pomiarowego. Wygląd obudowy układu pokazano na rysunku 2, natomiast w  tabeli tabeli 1 umieszczono opis wyprowadzeń akcelerometru ADXL343.

Już z pobieżnej analizy przedstawionych parametrów użytkowych wynika, że producent akcelerometru wyposażył go w  wiele przydatnych, przemyślanych rozwiązań sprzętowych i  funkcjonalnych, pozwalających z  jednej strony na prostą aplikację w  docelowym systemie mikroprocesorowym, a z drugiej strony zapewniając ogromną elastyczność. Jednym z takich rozwiązań sprzętowych jest możliwość generowania

35

2013-03-29 13:42:14


Na CD: karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w wykazie elementów kolorem czerwonym

PROJEKTY Wykaz elementów Rezystory: (SMD0603) R1, R2: 2.2 kV R3: 1 kV R4, R5: 4.7 kV Kondensatory: C3, C5, C6: ceramiczny 100 nF (SMD0603) C1, C2, C4: tantalowy 10 mF/10V (typ B, EIA 3528-21) Półprzewodniki: U1: NCP1117DT33G (obudowa TO252) U2: ATtiny2313 (obudowa SO-20) U3: ADXL343 (obudowa LGA-14) D1: dioda SMD S1A (obudowa DO214AC) D2: 1N4148 ALARM: czerwona dioda LED SMD1206 T1: BC817 lub podobny (obudowa SOT-23) Inne: RESET: microswitch SMD DTSM31 ACCEL: dipswitch 4-pozycyjny LIGHTS: gniazdo męskie 3pin (NSL25-3) POWER: gniazdo męskie 2pin (NSL25-2) REL1: przekaźnik JRC-27F/012 przez akcelerometr przerwań sprzętowych po wystąpieniu pewnych zdarzeń konfigurowalnych, przy czym istnieje możliwość wyboru zarówno wyprowadzenia akcelerometru, które ma być użyte do sygnalizacji wystąpienia zdarzenia (INT1 lub INT2), jak i definicji aktywnego poziomu dla wybranego wyprowadzenia sygnału przerwania (niski lub wysoki). Do zdarzeń, które mogą generować przerwania sprzętowe należą: • gotowość danych pomiarowych (DATA_ READY), • zdarzenie pojedynczego stuknięcia (TAP), przy czym odpowiednie rejestry przechowują informację na temat osi, dla której wykryto wystąpienie zdarzenia, • zdarzenie podwójnego stuknięcia (DOUBLE_TAP), przy czym odpowiednie rejestry przechowują informację na temat osi, dla której wykryto wystąpienie zdarzenia, • ruch urządzenia (ACTIVITY), • bezruch urządzenia (INACTIVITY), • swobodny upadek (FREE_FALL), • zajętość bufora FIFO (WATERMARK), które to zdarzenie zachodzi, gdy liczba danych pomiarowych w buforze danych FIFO jest równa wartości zdefiniowanej przez dedykowany rejestr. Dodatkowo, należy podkreślić, że wszystkie zdarzenia poza zdarzeniem DATA_READY mają dodatkowe rejestry konfiguracyjne, dzięki którym możemy określić parametry pracy charakterystyczne dla każdego z  nadzorowanych Ustawienia ważniejszych fusebits: - CKSEL3...0: 0100 - SUT1...0: 10 - CKDIV8: 1 - CKOPT: 1 - JTAGEN: 1 - BODEN: 1 - SPIEN: 0 - OCDEN: 1 - BOOTRST: 1

36

034-037_aso.indd 36

Rysunek 3. Kompletny diagram funkcjonalny programu obsługi układu ASO. zagadnień, aby sensor generował przerwania w ściśle określonych warunkach pracy. Ponadto, dzięki wbudowanemu buforowi danych FIFO, wyposażonemu w cztery tryby pracy (Bypass, FIFO, Stream i Trigger) oraz mechanizmowi zdarzenia WATERMARK staje się możliwe odciążenie procesora z  ciągłego nadzorowania stanu pracy układu ADXL343 i  ograniczenie niezbędnej transmisji danych wyłącznie po zajściu wspomnianego zdarzenia. To właśnie ten mechanizm został wykorzystany w  programie obsługi prezentowanego urządzenia. Algorytm działania układu ASO jest następujący: tuż po włączeniu zasilania akcelerometr konfigurowany jest do pracy z  częstotliwością wykonywania pomiarów równą 25 Hz, wybierany jest zakres pomiaru 8  g, pełna rozdzielczość pomiarowa (3,9  mg/LSB co daje w  tym wypadku 12-bitową wartość przyspieszenia), aktywowane jest przerwanie INT1 od zdarzenia DATA_READY (gotowość danych pomiarowych) z aktywnym poziomem niskim (co ozna-

cza, iż w stanie bezczynności wyjście INT1 akcelerometru jest na poziomie wysokim) oraz jest inicjowany proces pomiarowy. Następnie, akty-

Rysunek 4. Schemat montażowy układu ASO ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:42:14


Automatyczny system ostrzegania Listing 1. Procedura obsługi przerwania INT0 odpowiedzialna za odczyt danych przyspieszenia

/* Poniższa procedura wywoływana jest, gdy akcelerometr ma gotowy komplet danych do odczytania. Zeruje wtedy wyprowadzenie INT i utrzymuje je do czasu odczytania z niego wszystkich danych. Odczytanie danych z jego pamięci powoduje ustawienie tego wyprowadzenia (stan spoczynkowy). Nie używamy bufora FIFO akcelerometru. Zmienna AccelX -> S X10...X0 -> zakres +- 2047 -> 3.9g/LSB */ ISR(INT0_vect) { uint16_t AccelX; //Zmierzona wartosc przyspieszenia w osi X register uint8_t idx; i2cStart(); //Adres akcelerometru w trybie zapisu i2cWriteByte(ACCEL_WRITE_ADDR); //Startowy adres rejestru, z którego dane chcemy odczytać - X0 i2cWriteByte(DATA_X0_REG); i2cStart(); //Powtórzony Start //Adres akcelerometru w trybie odczytu i2cWriteByte(ACCEL_READ_ADDR); AccelX = i2cReadByte(ACK); //X0 AccelX |= ( (i2cReadByte(ACK) & 0x0F) << 8); //X1 //Odczyt 4-ech, pozostałych, nieistotnych bajtów osi Y i Z //ostatni odczyt bez potwierdzenia ACK - NACK for(idx=0; idx<4; idx++) i2cReadByte(3-idx); i2cStop(); //Odczyt DIPSWITCHa - zakres 0...15, //(idx << 7) -> zakres 0...1920 (0...7,48g) idx =(~PINB) & 0x0F; //Sprawdzamy bit znaku przyspieszenia (bit S) – czy //wyzerowany (przyspieszenie dodatnie) if(!(AccelX & 0x800)) { //Sprawdzamy przekroczenie progu przyspieszenia if(AccelX > (idx << 7)) RELAY_ON; } //Dla przyspieszeń < -0.3g (77x3.9mg) wyłączamy przekaźnik //(ruszenie pojazdu po nagłym hamowaniu) else if(AccelX < 4095-77) RELAY_OFF; }

wowane zostaje przerwanie INT0 mikrokontrolera (od poziomu niskiego), po czym program obsługi urządzenia przechodzi do pętli głównej, w której to sprawdza wyłącznie stan przycisku RESET. Dalsza obsługa transmisji pomiędzy mikrokontrolerem a  akcelerometrem (w  naszym wypadku dzięki programowej implementacji interfejsu I2C) jest wykonywana w  przerwaniu INT0 mikrokontrolera, które, jak łatwo się domyślić, jest zgłaszane po każdym cyklu pomiarowym układu ADXL343 zakończonym zgłoszeniem tego faktu poprzez sciągnięcie jego wyprowadzenia oznaczonego INT1 do logicznego „0”, czyli 25 razy na sekundę. Procedura obsługi przerwania INT0 mikrokontrolera odczytuje każdorazowo wszystkie dane pomiarowe (dla osi X, Y i Z) zarejestrowane przez akce-

lerometr i w wypadku, gdy przyspieszenie w osi X jest większe niż próg zadziałania ustawiony za pomocą przełącznika DIP, załącza przekaźnik sterujący REL1 oraz zapala diodę sygnalizacyjną ALARM. Jest możliwe ustawienie wartości przyspieszenia w zakresie 0…7,5 g z rozdzielczością 0,5 g, przy czym załączenie odpowiedniej sekcji przełącznika (pozycja ON) powoduje dodanie do wartości progowej odpowiedniej, wynikającej z  opisu, wartości przyspieszenia. Wyłączenie przekaźnika sterującego następuje po osiągnięciu przez pojazd przyspieszenia około 0,3 g z przeciwnym kierunkiem działania w osi X (czyli po ruszeniu pojazdu następującego po nagłym, awaryjnym hamowaniu) lub po wciśnięciu przycisku RESET. Wartość przyspieszenia, po jakim nastąpi zadziałanie układu

ASO, należy ustalić eksperymentalnie podczas awaryjnego hamowania pojazdu. Przy czym, co oczywiste, należy zachować wszystkie zasady bezpieczeństwa ruchu, a sam proces przeprowadzić na wyłączonym z ruchu odcinku drogi, aby nie stworzyć zagrożenia dla innych użytkowników. Procedurę obsługi przerwania od wejścia INT0 przedstawiono na listingu  1, zaś na rysunku  3 zaprezentowano kompletny diagram funkcjonalny obrazujący konstrukcję programu obsługi urządzenia oraz zastosowane mechanizmy programowe.

Montaż Schemat montażowy układu ASO pokazano na rysunku 4. Jak widać zaprojektowano bardzo zwartą i niewielką konstrukcję z przewagą elementów SMD umieszczając, na co należy zwrócić szczególną uwagę, poszczególne elementy po obu stronach obwodu drukowanego. Z uwagi na dość kłopotliwą obudowę akcelerometru (typu LGA-14) przy montażu układu ASO najlepiej wyposażyć się w  stację lutowniczą typu Hot Air oraz odpowiednie, przeznaczone do tego celu, topniki lutownicze. Jak zwykle, rozpoczynamy od wlutowania wszystkich elementów biernych, następnie montujemy wszelkiego rodzaju półprzewodniki a  na końcu elementy mechaniczne oraz elementy do montażu przewlekanego. Każdorazowo należy uważać by nie uszkodzić termicznie poszczególnych elementów, zwłaszcza półprzewodników. Poprawnie zmontowany układ powinien działać bezpośrednio po włączeniu zasilania. Styki wykonawcze przekaźnika REL1 (złącze LIGHTS) należy, co oczywiste, podłączyć do odpowiednich styków wyłącznika świateł awaryjnych pojazdu. Aby zapewnić prawidłowy pomiar przyspieszeń obwód drukowany układu ASO powinien być solidnie zamontowany w  pozycji poziomej i  zgodnie z  kierunkiem jazdy (kierunek ten zaznaczono przy pomocy symbolu strzałki na warstwie opisowej płytki drukowanej układu). Na rysunku 5 przedstawiono wykres zależności przyspieszenia (w  osi X) w funkcji czasu zarejestrowany podczas hamowania na śliskiej nawierzchni.

Robert Wołgajew, EP REKLAMA

Rysunek 5. Wykres zależności przyspieszenia w funkcji czasu zarejestrowany podczas hamowania na śliskiej powierzchni ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

034-037_aso.indd 37

37

2013-03-29 13:42:15


PROJEKTY

Zegar trójtarczowy Współczesna elektronika nie może obyć się bez mikrokontrolerów i innych układów programowalnych. Wkroczyły one w  niemalże każdą dziedzinę naszego życia i  nie zanosi się na to, by ta tendencja uległa zmianie. Prezentowany układ pozwala oderwać się na chwilę od tej technologicznej gonitwy i  powrócić do czasów, kiedy królował UCY7400. Rekomendacje: nietuzinkowy, ciekawy zegar, który uatrakcyjni niejedno wnętrze. Zaczęło się całkiem niewinnie: budowano pierwsze systemy komputerowe zawierające elektroniczną pamięć nieulotną. Gdzieś na „dalekim zachodzie” powstawały układy FPGA zawierające tysiące bramek logicznych, które można było niemal dowolnie łączyć ze sobą. Z  biegiem czasu możliwości tych układów rosły, a  gabaryty malały. W  takiej sytuacji układy scalone zawierające w  swej strukturze kilka bramek lub pojedynczy licznik musiały odejść w  cień. W  epoce tanich, wydajnych i  niewielkich mikrokontrolerów ich stosowanie traci jakikolwiek sens. Artykuł ten ma na celu uświadomienie, że można bez ich pomocy zbudować pełnowartościowy układ cyfrowy, pełniący całkiem pożyteczną, a  jednocześnie skomplikowaną funkcję oraz jednocześnie wyglądający tak elegancko, jak pierwsze płyty główne komputerów klasy PC.

Opis działania Układ, który zostanie tu omówiony, jest sterownikiem zegara prezentującym aktualny czas za pomocą trzech silników krokowych wskazujących oddzielnie godziny, minuty i sekundy. Nie zawiera generatora kwarcowego, lecz jest taktowany częstotliwością sieci energetycznej. W  latach siedemdziesiątych i  osiemdziesiątych, kiedy popularne były elektromechaniczne zegary kartkowe lub czysto elektroniczne, synchronizowane siecią, niedokładność ich chodu mogła być rzędu nawet kilkudziesięciu sekund na dobę. Teraz, po połączeniu polskiej sieci energetycznej z resztą Europy, sytuacja ta uległa diametralnej poprawie. W  zegarze zrezygnowano również z  elementów SMD na rzecz tradycyjnych układów scalonych w obudowach DIP, by płytka wyglądała retro.

38

038-042_zegar.indd 38

Schemat zegara pokazano na rysunku 1. Można na nim wyodrębnić następujące bloki: • generator impulsów prostokątnych, • połączone kaskadowo liczniki Johnsona, • podwójne mostki H z przerzutnikami, • zasilacz ze stabilizatorem. Płytka sterownika jest zasilana napięciem przemiennym o  częstotliwości 50  Hz. Po wyprostowaniu przez mostek Graetza, jego częstotliwość wzrasta dwukrotnie. Sygnał ten jest wykorzystywany do wysterowania tranzystora T1: na jego kolektorze pojawiają się impulsy prostokątne o  dokładnie tej samej częstotliwości, co za mostkiem. Wprawdzie ich wypełnienie jest nieokreślone, ale nie ma to w tym układzie znaczenia, ponieważ układ reaguje na zbocze narastające. Chwilowe fluktuacje wypełnienia (i związane z nimi przesuwanie się zbocza narastającego) spowodowane np. nagrzewaniem się rezystorów również nie mają większego znaczenia - zmiana ta spowoduje jedynie przesunięcie całego odliczenia w  czasie o  kilka milisekund, a nie utratę dokładności chodu. Poglądowo przebiegi czasowe w  tym miejscu układu przedstawia rysunek 2. Należy nadmienić, że jest on nieco wyidealizowany: w rzeczywistości, tranzystor nie wchodzi od razu w stan nasycenia, jak też nie wychodzi z  niego natychmiastowo. Niemniej jednak, pomiar oscyloskopem wykazał bardzo dużą stromość zboczy, dlatego przebieg ten można aproksymować sygnałem prostokątnym. Kolejnym blokiem jest kaskada połączonych ze sobą liczników dziesiętnych. Układ przystosowano do silników, które można spotkać najczęściej, czyli 2-fazowych (bipolarnych), wykonujących 48 kroków na obrót. Wskazówka sekundowa wykonuje pełen ob-

Podstawowe informacje: • Zasilanie 12 V AC/120 mA. • Wskazanie czasu za pomocą 3 wskazówek. • Sterowanie silnikami krokowymi za pomocą L298. • Podstawa czasu zegara – sygnał sieci energetycznej. • Brak mikrokontrolera i układów programowalnych. Dodatkowe materiały na CD/FTP: ftp://ep.com.pl, user: 75282, pass: 852sjb64 • wzory płytek PCB • karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w Wykazie elementów kolorem czerwonym Projekty pokrewne na CD/FTP: (wymienione artykuły są w całości dostępne na CD) AVT-5377 Mega stoper – wielofunkcyjny licznik, nie tylko czasu (EP 12/2012) AVT-513 Zegar ze stuletnim kalendarzem i termometrem (EP 10-11/2011) AVT-5281 „Inteligentny” zegar z wyświetlaczem LED (EP 3/2011) AVT-5273 Zegar cyfrowy z analogowym sekundnikiem (EP 1/2011) AVT-2849 Tiny clock (EdW 1/2008) AVT-2721 Mikroprocesorowy zegar (EdW 4/2004) AVT-2632 Gigantyczny zegar (EdW 5/2002) AVT-5022 Programowany zegar z DCF77 (EP 6-7/2001) AVT-5002 Zegar cyfrowy z wyświetlaczem analogowym (EP 3/2001) AVT-447 Stoper na szkolną olimpiadę (EP 8-9/1998) * Uwaga: Zestawy AVT mogą występować w następujących wersjach: AVT xxxx UK to zaprogramowany układ. Tylko i wyłącznie. Bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli w opisie wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A+ płytka drukowana i zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A i wersji UK) bez elementów dodatkowych. AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów wymieniony w załączniku pdf AVT xxxx C to nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli elementy wlutowane w PCB. Należy mieć na uwadze, że o ile nie zaznaczono wyraźnie w opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które nie zostały wymienione w załączniku pdf AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz jeśli występuje, to niezbędne oprogramowanie można ściągnąć, klikając w link umieszczony w opisie kitu) Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+, B lub C). http://sklep.avt.pl

rót co minutę, minutowa co godzinę, a godzinowa co 12 godzin. Mając te dane, można przystąpić do kilku obliczeń, które umieszczono w tabeli 1. Na pierwszy rzut oka widać, że rozdzielczość wskazań będzie inna, niż w  tradycyjnych zegarach wskazówkowych. Na jeden obrót wskazówki przypada 48 skoków, nie 60, co jest efektem użycia znacznie łatwiej dostępnych silników. Na dokładności odczytu traci się jednak niewiele: każdą z tarcz ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:42:37


Zegar trójtarczowy nadal można podzielić na 12 segmentów, jak w typowych zegarach, tyle, że pomiędzy tymi segmentami mieszczą się 4 działki, a nie 5.

Ponieważ użyte w kaskadowym dzielniku liczniki są modulo 10, a  wymagane stopnie podziału są większe niż 10, konieczne było połączenie szeregowe kilku o zawę-

żonym zakresie liczenia. Owe zawężenie zostało uzyskane przez połączenia wyjścia Qn z wejściem zerującym, gdzie n to stopień podziału realizowany na zadanym układzie.

Rysunek 1. Schemat ideowy zegara 3-wskazówkowego ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

038-042_zegar.indd 39

39

2013-03-29 13:42:38


PROJEKTY Wówczas, po odliczeniu odpowiedniej liczby impulsów i wystąpieniu poziomu wysokiego na tym wyjściu, układ natychmiast przechodzi do stanu początkowego. Jedynie w wypadku US5 wyprowadzenie zerowania zostało trwale zwarte z masą, gdyż dzieli on częstotliwość przez 10. Sygnały z  dzielnika taktują przerzutniki typu D. Są one konieczne, by odpowiednio zasilać cewki silników krokowych. Jest to pewien minus silników bipolarnych (z  dwiema cewkami) w  stosunku do unipolarnych (z  czterema cewkami). Zadaniem tych dwóch przerzutników jest generowanie sygnałów sterujących dwa mostki H zawarte w  strukturze układu L293. Przykładowe przebiegi czasowe na wejściu zegarowym oraz zależne od niego stany wyjść widoczne są na rysunku 3. Pokazano na nim, że w rezultacie otrzymuje się dwie pary sygnałów prostokątnych o  częstotliwości dwukrotnie mniejszej od zegarowej i przesunięte względem siebie o  90°. Ponadto, w  parze jeden sygnał jest prosty, a  drugi zanegowany. To wystarczy, aby móc sprawnie sterować silnikiem krokowym. Zmiana stanu następuje na narastającym zboczu sygnału zegarowego. Jedynym obciążeniem, jakie znajduje się na osiach silników, są lekkie wskazówki, więc nie ma konieczności, aby ich cewki były przez cały czas pod napięciem. W  urządzeniu zasilanym przez całą dobę byłoby to zwykłym marnotrawstwem energii elektrycznej. Dlatego też zastosowano pewną sztuczkę: uzwojenia załączane są na krótki okres czasu po wystąpieniu opadającego zbocza sygnału taktującego przerzutniki. Służy temu prosty obwód, złożony z kondensatora C8, rezystorów R4 i R5, tranzystora T2. W czasie trwania poziomu wysokiego kondensator jest rozładowany, gdyż obie jego okładki są na tych samych potencjałach. Wystąpienie poziomu niskiego powoduje natychmiastowe spolaryzowanie bazy tranzystora potencjałem bliskim masy, gdyż rozładowany kondensator zachowuje się jak zwarcie. Następuje potem ekspotencjalne jego ładowanie i taki też przebieg ma napięcie na kolektorze tranzystora. Nie ma to jednak większego znaczenia, gdyż układ L293 zawiera w swojej strukturze odpowiednie klucze aktywujące wyjścia mostków H po podaniu na wejścia Enable poziomu wysokiego. Ma to dodatkową zaletę: na zboczu narastającym odbywa się zmiana sygnałów sterujących, w czasie trwania stanu wysokiego następuje ustabilizowanie się sygnałów, a na zboczu opadającym krótkotrwałe załączenie cewek silnika celem zmiany położenia wskazówki. Rysunek 4 ilustruje przebiegi napięć w tej części układu. Wszystkie układy logiczne znajdujące się na płytce zasilane są stabilizowanym napięciem 5 V, podczas gdy układy CMOS akceptują zasilanie aż do 15 V. Powód jest prosty:

40

038-042_zegar.indd 40

Tabela 1. Obliczenia do projektu układu zegara Liczba kroków na pełen obrót wału silnika Prędkość wskazówki sekundowej Prędkość wskazówki minutowej Prędkość wskazówki godzinowej Częstotliwość impulsów z T1 Okres impulsów z  T1 Stopień podziału dla wskazówki sekundowej Stopień podziału dla wskazówki minutowej Stopień podziału dla wskazówki godzinowej

48 60 s / 48 = krok co 1,25 s 60 min. / 48 = krok co 1,25 min (75 s) 12 godz. / 48 = krok co 15 min. (900 s) 100 Hz 1 / 100 Hz = 10 ms 1,25 s / 10 ms = 125 75 s / 1,25 s = 60 900 s / 75 s = 12

Rysunek 2. Przykładowe przebiegi czasowe napięcia: za mostkiem (niebieski) oraz na kolektorze T1 (czerwony). Czarną linią zaznaczono umowny poziom napięcia, przy którym przewodzi

Rysunek 3. Stany wyjść przerzutników w kolejnych taktach sygnału zegarowego

Rysunek 4. Od dołu: przebieg sygnału taktującego przerzutniki, napięcie na kolektorze tranzystora oraz przebieg napięcia aktywującego mostki H. Linią przerywaną zaznaczono umowny poziom napięcia interpretowanego jako logiczna „1” poziom wysoki na wejściu sterującym układu L293 nie może przekraczać napięcia 7 V,

a stosowanie odpowiednich dzielników napięcia na ich wejściach sterujących mijałoby ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:42:38


Rysunek 5. Schemat montażowy zegara 3-wskazówkowego się z celem. Stąd zdecydowano, by całość zasilać za pośrednictwem taniego i  popularnego stabilizatora 7805 rozwiązując tym samym problem dopasowania poziomów napięć. Na silniki krokowe trafia wyprostowane napięcie 12 V, co jest całkowicie wystarczające, by poruszyć ich osie – nawet, jeżeli będą to egzemplarze przystosowane do napięcia 30 V, wszak ich obciążenie jest niemal żadne. Zadaniem diody D1 jest odseparowanie kondensatora filtru od mostka tak, by móc sterować bazą tranzystora T1 przebiegiem o możliwie największej amplitudzie tętnień.

Montaż i uruchomienie Układ sterujący został zmontowany na dwustronnej płytce drukowanej o  wymiarach 122 mm×67 mm, której schemat montażowy pokazano na rysunku 5. Wszystkie kondensatory elektrolityczne oraz układ US1 powinny zostać przylutowane, tak aby możliwe było ich położenie na płytce. Zredukuje to wysokość płytki z  elektroniką. To samo dotyczy złączy J2…J4, które powinny być przystosowane do montażu poziomego. Pod układy scalone warto zastosować podstawki. Prawidłowo zmontowany układ nie wymaga

Fotografia 6. Silniki krokowe wymontowane z drukarek

Rysunek 6. Wzór płyty czołowej. Trójkątne znaczniki zostały wygrawerowane ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

038-042_zegar.indd 41

Wykaz elementów Rezystory: wszystkie o mocy 0,25 W R1, R2 10 kV R3, R5, R7, R9: 1 kV R4, R6, R8: 22 kV Kondensatory: C1, C2, C6, C7: 100 nF C3: 1000 mF/25 V C4, C5, C8…C10: 220 mF/16 V Półprzewodniki: B1 mostek Graetza 1,5A okrągły D1 np. 1N4004 T1 dowolny NPN małej mocy, np. BC546 T2 - T4 dowolny PNP małej mocy np. BC556 US1: 7805 US2…US8: CD4017 DIP16 US9…US11: CD4013 DIP14 US12…US14: L293D DIP16 Inne: F1: bezpiecznik 630 mA 5×20 mm, zwłoczny z gniazdem do druku J1: gniazdo DC2,1/5,5 mm do druku J2…J4: złącze męskie kątowe 4pin 2,54 mm np. 403-04 + żeńskie na przewody 3× podstawka DIP14 10× podstawka DIP16 Silniki krokowe (opis w tekście) Zasilacz 12 V AC (opis w tekście)

Na CD: karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w wykazie elementów kolorem czerwonym

Zegar trójtarczowy

żadnych czynności uruchomieniowych i jest natychmiast gotowy do pracy. W  układzie modelowym użyto trzech niewielkich silników krokowych MITSUMI M35SP-5. Zostały one wymontowane ze starych drukarek atramentowych (fotografia  6), a  następnie usunięto z  nich zbędne fragmenty (fotografia 7). Umożliwiają one pracę w trybie unipolarnym lub bipolarnym, gdyż mają 6 wyprowadzeń. Dlatego wybrano wariant najkorzystniejszy z punktu widzenia redukcji poboru prądu, czyli pracę w trybie bipolarnym, z  cewkami połączonymi szeregowo. Daje to wypadkową ich rezystancję na poziomie 100 V, a zatem prąd płynący przez taką cewkę wynosi ok. 120…140  mA, natomiast przez cały silnik dwukrotnie więcej. Jest to jednocześnie rada dla przyszłych konstruktorów: należy dobrać możliwie jednakowe silniki o  jak największej oporności uzwojeń. Jeżeli zachodzi obawa przekroczenia prądu 600  mA, czyli maksymalnego dopuszczalnego dla jednego kanału układu L293, warto w  szereg z  cewką wstawić odpowiedni rezystor. Zmniejszy to wprawdzie moment obrotowy, ale i tak nie jest on do niczego w  tym zastosowaniu potrzebny. Konieczne jest też dobranie odpowiedniego bezpiecznika. Prawidłowy układ połączeń między płytką a cewkami najprościej jest dobrać eksperymentalnie. Układ modelowy nie ma obudowy, a dokładniej – obudowa składa się z jednej ścianki, którą stanowi płyta sklejki o  wymiarach 250 mm×600 mm i grubości 3 mm z zaokrąglonymi rogami (rysunek 6). Została wycięta i  wygrawerowana laserowo, co daje bardzo dużą dokładność obróbki. Cena takiej usługi, nawet w wykonaniu jednostkowym, rów-

41

2013-03-29 13:42:38


PROJEKTY

Fotografia 8. Szczegóły mocowania obudowy silnika do płyty

Rysunek 7. Wzór wykonania wskazówek zegara nież jest dziś znacznie bardziej przystępna, niż jeszcze kilka lat temu. W ten sam sposób zostały wycięte wskazówki: 90 mm długości i 10 mm szerokości (rysunek 7). Aby nie szpecić płyty czołowej łbami śrub mocujących silniki i  płytkę, zastosowano następujący trick: od spodu zostały przyklejone drewniane słupki o  wymiarach 20 mm×20 mm×40 mm, które następnie zostały dwukrotnie przewiercone w  poprzek wiertłem o średnicy 1 mm o kilka milimetrów niżej, niż wskazywałaby na to grubość silniczków. Służą one do przewleczenia przez nie cienkiego drucika, który przytrzyma silnik. Pomiędzy płytę i silnik oraz silnik i dociskający go drut zostały włożone kawałki miękkiej gumy, która tłumi przenoszenie drgań na płytę czołową oraz zapobiega samoczynnemu obracaniu się silników pod wpływem ruchów skokowych. Szczegóły widoczne są na fotografii 8. Identyczne słupki przyklejono w rogach płyty, by nie miała ona tendencji do nieestetycznego odchylania się od ściany. Płytkę z elektroniką przymocowano za pośrednictwem czterech drewnianych, przewierconych na wylot klocków o  wymiarach 20  mm×20  mm×10  mm, z wklejoną na przestrzał śrubą M3. Ostatecznie przyklejono je do płyty, aby utworzyły gwintowane „szpilki”, na które została nasadzona i  przykręcona płytka. Bardzo dobrym klejem do łączeniu drewna z metalem oraz drewna ze sklejką jest żywica epoksydowa. Dwa słowa należy poświęcić również zamocowaniu wskazówek do osi silników. W urządzeniu modelowym zostało to zrobione w następujący sposób:

42

038-042_zegar.indd 42

• odcięto jedną sekcję zaciskowej złączki elektrycznej, • zdjęto z niej osłonę z  tworzywa sztucznego, odsłaniając mosiężną rurkę, • przecięto ją brzeszczotem na pół dla zmniejszenia długości, • przyklejono jedną połówkę żywicą epoksydową do wskazówki, wystawiając ciętą płaszczyznę (jako potencjalnie nierówną) na zewnątrz. Samą oś najlepiej jest zeszlifować do uzyskania przekroju półokrągłego. Dzięki temu, śrubka będzie mogła dobre docisnąć uzyskane „spłaszczenie”, co uchroni wskazówkę od spadania. Widok takiego mocowania prezentuje fotografia 9. Wszystkie elementy drewniane dobrze jest pokryć kilkoma warstwami lakieru. Po położeniu i wyschnięciu pierwszej warstwy, należy delikatnie przetrzeć je papierem ściernym o gramaturze ok. 180…200, aby usunąć podniesione włókna. Do powieszenia zegara na ścianie użyto grubego sznura konopnego, który dobrze komponuje się z drewnianymi elementami. Zasilanie zasilaczem 12 V prądu przemiennego o  odpowiedniej wydajności prądowej: układ modelowy pobiera śred-

Fotografia 9. Mocowanie wskazówki na osi silnika nio 120 mA. Nastawienie aktualnej godziny odbywa się poprzez przekręcanie palcem wskazówek. Zachęcam do własnych eksperymentów z obudową. Nic nie stoi na przeszkodzie, by tarczę wykonać z poliwęglanu, stali lub aluminium, zastosować bardziej niecodzienne wskazówki, czy też całkowicie inaczej ulokować silniki na płycie czołowej. Modelowy zegar pokazano na fotografii 10.

Michał Kurzela, EP

Fotografia 10. Zmontowany zegar zawieszony na ścianie ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:42:39


MINIPROJEKTY

Termometr do wędzarni

Schemat urządzenia pokazano na rysunku 1. Wynik pomiaru jest prezentowany za pomocą słupka diod LED, które sterowane są przez mikrokontroler ATtiny2313. Poziom

AVT 1734

niski na odpowiednim wyprowadzeniu powoduje zaświecenie się diody, natomiast wysoki – jej zgaszenie. Rezystor R1 z kondensatorem C3 mają za zadanie wygenerowanie sygnału zerowania układu US1 po włączeniu zasilania. Zmniejsza to prawdopodobieństwo błędnego zainicjowania programu. Rezystory R2 i  R3 utrzymują wyprowadzenia mikrokontrolera na poziomie logiczniej „1”, gdy zworki JP1 i JP2 są otwarte. Złącze J2 jest przeznaczone do dołączenia czujnika temperatury. W jego roli zastosowano popularny układ DS18B20. Był on

Rysunek 1. Schemat ideowy termometru do wędzarni

Tabela 1. Nastawy zworek JP1 i JP2 Numer zworki JP1 JP2

Stan zworki

Efekt

Zwarta Rozwarta Zwarta Rozwarta

Ciągłe świecenie diod Miganie diod: 0,25 s świeci – 1,5  s nie świeci Świecenie „linijki” diod Świecenie pojedynczej diody

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

043-047_mini.indd 43

już wielokrotnie prezentowany w konstrukcjach publikowanych na łamach EP, dlatego nie zostanie tu szczegółowo omówiony. W tej konstrukcji została wykorzystano jedną z jego podstawowych zalet – możliwość zasilania go za pomocą linii danych, tzw. Parasite Power. Dzięki temu, czujnik połączony jest z płytką tylko dwoma przewodami. W ofercie AVT* AVT-1734 A AVT-1734 B AVT-1734 UK Wykaz elementów: Rezystory: (wszystkie 0,25 W) R1: R3 3,3 kV R4: 1,3 kV R5: R18 220 V Kondensatory: C1: 100 mF/16 V C2: 100 nF C3: 22 mF Półprzewodniki: US1: ATtiny2313 (DIP20) LED1…LED14: np. L-53IT Kingbright (LED 5 mm) Czujnik temperatury: DS18B20 (TO-92) Inne: J1, J2: ARK2 3,5 mm JP1, JP2: goldpin 2pin + zworki S1: przełącznik hebelkowy, kątowy, pojedynczy np. HSS1260R Podstawka DIP20 Dodatkowe materiały na CD/FTP: ftp://ep.com.pl, user: 75282, pass: 852sjb64 • wzory płytek PCB • karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w Wykazie elementów kolorem czerwonym Projekty pokrewne na CD/FTP: (wymienione artykuły są w całości dostępne na CD) AVT-5373 Tlogger – rejestrator temperatury (EP 12/2012) AVT-1705 Moduł do pomiaru temperatury z interfejsem RS485 (EP 9/2012) AVT-1697 Wielogabarytowy termometr LED (EP 8/2012) AVT-5389 4-kanałowy termometr z wyświetlaczem LED (EP 5/1012) AVT-5330 Termometr PC (EP 2/2012) AVT-5301 Wskaźnik komfortu cieplnego z wbudowanym kalendarzem sezonowym (EP 7/2011) AVT-1582 Domowy termometr RGB (EP 8/2010) AVT-5230 Rejestrator temperatury z interfejsem USB (EP 4/2010) AVT-5205 System pomiaru temperatury z termoparą typu K (EP 10/2009) AVT-5117 Termometr USB (EP 11/2007) AVT-5108 2-kanałowy termometr z dwukolorowym wyświetlaczem LED (EP 8/2007) AVT-957 Moduł pomiaru temperatury (EP 11/2006) AVT-2787 PC – Termometr – termometr internetowy (EdW 5/2006) AVT-918 Termometr z termoparami J albo K (EP 2/2006) AVT-5041 Termometr MIN-MAX (EP 11/2001) AVT-1297 Termometr z linijką świetlną na diodach LED (EP 2/2001) AVT-2389 Czterokanałowy termometr cyfrowy (EdW 12/2000) AVT-460 Czterokanałowy termometr cyfrowy (EP 7/1998)

Na CD: karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w wykazie elementów kolorem czerwonym

Od kilku lat obserwuje się rosnącą popularność żywności „ekologicznej”, niezawierającej sztucznych barwników, konserwantów, polepszaczy smaku itp. Działkowicze próbują własnych sił w samodzielnym wytwarzaniu własnych wędlin w  oparciu o  „stare technologie”. Prezentowane urządzenie niedużym kosztem wspomaga jeden z  najważniejszych etapów produkcji pachnącej i  trwałej wędliny, którym jest wędzenie.

* Uwaga: Zestawy AVT mogą występować w następujących wersjach: AVT xxxx UK to zaprogramowany układ. Tylko i wyłącznie. Bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli w opisie wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A+ płytka drukowana i zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A i wersji UK) bez elementów dodatkowych. AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów wymieniony w załączniku pdf AVT xxxx C to nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli elementy wlutowane w PCB. Należy mieć na uwadze, że o ile nie zaznaczono wyraźnie w opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które nie zostały wymienione w załączniku pdf AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz jeśli występuje, to niezbędne oprogramowanie można ściągnąć, klikając w link umieszczony w opisie kitu) Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+, B lub C). http://sklep.avt.pl

43

2013-03-29 13:42:59


MINIPROJEKTY

Rysunek 2. Schemat montażowy termometru do wędzarni

Rysunek 3. Sposób połączenia czujnika z płytką Zwory JP1 i  JP2 umożliwiają wybór różnych trybów pracy termometru. Nastawy zworek i  odpowiadające im tryby pracy umieszczono w tabeli 1. Użytkownik może samodzielnie skonfigurować sposób wyświetlania, aby uzyskać wygodny dla siebie kompromis pomiędzy czytelnością, a  poborem energii ze źródła zasilania. Ten drugi aspekt ma szczególne znaczenie przy wielogodzinnej pracy z zasilaniem bateryjnym. Układ zmontowany został na jednostronnej płytce drukowanej o  wymiarach 32  mm×180  mm, której schemat montażowy pokazano na rysunku 2. Przystępując do montażu należy pamiętać o  wlutowaniu dwóch zworek z  drutu oraz podstawki pod mikrokontroler. Ten ostatni należy zaprogramować, nie zmieniając ustawień fusebitów

tj. pozostawić nastawy domyślne (fabryczne). Użyte w układzie modelowym diody LED zostały wyprodukowane przez firmę Kingbright i  noszą oznaczenie L-53IT. Charakteryzują się przejrzystą, kolorową obudową i  stosunkowo dużo światłością, przez co są dobrze widoczne nawet w  słoneczny dzień. Ponadto, niskie napięcie przewodzenia pozwala na eksploatowanie urządzenia z mocno rozładowanymi bateriami. Oczywiście, nic nie stoi na przeszkodzie, by zamontować jakiekolwiek inne diody o  średnicy 5 mm i prądzie znamionowym rzędu 20 mA. Mogą to być diody w różnych kolorach, wybrane według własnych doświadczeń, by móc nawet z daleka, po samym tylko kolorze świecenia określić, czy temperatura zawiera się w żądanym przedziale. Najlepszym wariantem dołączenia czujnika DS18B20 do płytki jest użycie pojedynczego przewodu w  oplocie. Zmniejszy to prawdopodobieństwo powstania błędów transmisji. Sam czujnik należy skonfigurować do pracy w  trybie zasilania z  linii danych. Wyprowadzenia VCC i  GND należy zlutować ze sobą i  połączyć z  masą układu (GND w złączu J2), natomiast wyprowadze-

nie DQ bezpośrednio z DATA, jak na rysunku 3. Połączenia należy zabezpieczyć przed wilgocią i zanieczyszczeniami, gdyż czujnik będzie pracował w  warunkach nieprzyjaznych dla elektroniki. W modelu zrobiono to poprzez zalanie klejem na gorąco. Prawidłowo zmontowany układ nie wymaga żadnych czynności uruchomieniowych i może od razu rozpocząć pracę. Przy zasilaniu napięciem 3,5…5V pobór prądu wynosi od kilku mA do 150  mA, zależnie od wybranego trybu pracy. Bardzo dobrym źródłem zasilania jest bateria „płaska” typu 3R12 o  napięciu 4,5  V. Obudowa układu powinna być przezroczysta, aby było widać było diody i umieszczone obok nich opisy. Jeżeli temperatura jest niższa niż 25°C, wówczas krótkimi impulsami błyska dioda oznaczona „25°C”, niezależnie od ustawień zworek. Jest to informacja dla użytkownika o  tym, że układ pracuje. W  miarę wzrostu temperatury załączają się coraz to wyżej położone diody lub rośnie wysokość słupka. Rozdzielczość odczytu na poziomie 5°C jest wystarczająca na potrzeby przydomowej wędzarni. Smacznego!

Michał Kurzela, EP

Dwukanałowy, optoizolowany ptoizolowany moduł przekaźnikowy Nieskomplikowany, podwójny moduł wykonawczego, którego niewątpliwą zaletą jest separacja galwaniczna gwarantująca bezpieczne użytkowanie. Rozwiązanie takie umożliwia bezpieczne przełączanie sygnałem z większości układów elektronicznych na przykład napięcia sieci energetycznej. Schemat ideowy modułu pokazano na rysunku 1. Elementami wykonawczymi są dwa przekaźniki sterowane tranzystorami T1 i T2 za pośrednictwem transoptorów OP1 i  OP2. Diody LED1 i  LED2 informują o  zadziałaniu transoptora, natomiast o  załączeniu przekaźnika decydują dodatnie sygnały

44

043-047_mini.indd 44

AVT 1733 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:43:00


Rysunek 1. Schemat ideowy modułu wykonawczego pojawiające się na wejściach IN1 i IN2 złącza CON1. Dioda LED PWR sygnalizuje obecność napięcia zasilania przekaźników. Moduł można zmontować na płytce drukowanej, której schemat montażowy pokazano na rysunku 2. W egzemplarzu modelowym zastosowano przekaźniki o dopuszczalnym prądzie obciążenia 10 A przy napięciu 230 V AC.

W ofercie AVT* AVT-1733 A AVT-1733 B Wykaz elementów: Rezystory: R1...R5: 2,2 kV Półprzewodniki: D1, D2: 1N4148 T1, T2: BC548 OP1, OP2: PC814 LED1, LED2, PWR: dioda LED Inne: PK1, PK2: JQC3FF/012-1ZS lub podobny OUT1, OUT2: Złącze ARK3/5 mm VCC: Złącze ARK2/3,5 mm CON1: Złącze ARK3/3,5 mm Dodatkowe materiały na CD/FTP: ftp://ep.com.pl, user: 75282, pass: 852sjb64 • wzory płytek PCB • karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w Wykazie elementów kolorem czerwonym Projekty pokrewne na CD/FTP: (wymienione artykuły są w całości dostępne na CD) AVT-5379 RadioRelay system sterowania bezprzewodowego (EP 2/2013) AVT-5368 Programowalny moduł przekaźników (EP 11/2012) AVT-5353 Moduł przekaźników z interfejsem USB (EP 7/2012) AVT-5350 Moduł wykonawczy z interfejsem Ethernet (EP 6/2012) AVT-1659 8-kanałowy, miniaturowy moduł przekaźników (EP 1/2012) AVT-1656 Uniwersalny moduł wykonawczy (EP 12/2011) AVT-5295 Moduł przekaźników sterowanych przez Bluetooth (EP 6/2011) AVT-925 Karta przekaźników na USB (EP 4/2006) AVT-531 Karta przekaźników (EP 7/2003)

Na CD: karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w wykazie elementów kolorem czerwonym

MINIPROJEKTY

* Uwaga: Zestawy AVT mogą występować w następujących wersjach: AVT xxxx UK to zaprogramowany układ. Tylko i wyłącznie. Bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli w opisie wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A+ płytka drukowana i zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A i wersji UK) bez elementów dodatkowych. AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów wymieniony w załączniku pdf AVT xxxx C to nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli elementy wlutowane w PCB. Należy mieć na uwadze, że o ile nie zaznaczono wyraźnie w opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które nie zostały wymienione w załączniku pdf AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz jeśli występuje, to niezbędne oprogramowanie można ściągnąć, klikając w link umieszczony w opisie kitu) Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+, B lub C). http://sklep.avt.pl

EB

Rysunek 2. Schemat montażowy modułu wykonawczego

LED7_Expander dla Arduino Moduł oparty jest o specjalizowany sterownik wyświetlacza SAA1064. W  użytej konfiguracji umożliwia sterowanie 4-cyfrowym, 7-segmentowym wyświetlaczem LED z  kontrolą jasności jego świecenia. Komunikacja odbywa się za pomocą interfejsu I2C. Moduł jest uniwersalny i umożliwia rozbudowę pola wyświetlania do 16 cyfr. Doskonale nadaje się do rozszerzania możliwości Arduino przy wykorzystaniu biblioteki I2C „Wire” środowiska Arduino oraz przykładów programów dostępnych w sieci. Schemat modułu pokazano na rysunku 1. Nie odbiega on od typowej aplikacji SAA1064. Układ U1 steruje segmentami poprzez porty P1…P16, które mają wbudowaELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

043-047_mini.indd 45

AVT 1736 ne, sterowane programowo źródła prądowe o wydajności 3, 6 lub 12 mA, co umożliwia regulowanie jasności wyświetlacza. Tranzystory Q1 i  Q2 są kluczami załączającymi wyświetlacze, częstotliwość wybierania jest określana ustalana za pomocą kondensatora C1 o pojemności 2,2…3,3 nF.

Aby można było zestawiać „dłuższe” układy wyświetlające wykorzystano możliwość adresacji układu U1. Zależnie od wartości napięcia doprowadzonego do wejścia ADR jest możliwy wybór adresu zgodnie z tabelą 1. Moduł jest zgodny ze standardem Arduino I2C. Sygnały interfejsowe i zasilanie są do-

45

2013-03-29 13:43:00


W ofercie AVT* AVT-1736 A Wykaz elementów: Rezystory: R1: 10 kV (SMD 0805, opis w tekście) R2: 16 kV (SMD 0805) Kondensatory: C1: 2,7 nF (SMD 0805) C2: 0,1 mF SMD 0805) CE1: 10 mF (SMB) Półprzewodniki: DISP1, DISP2: wyświetlacz TOD2281 Q1, Q2: BC817 (SOT23) U1: SAA1064 (DIP24) Inne: I2C: Złącze EH4 kątowe J1, J2: Złącze SIP (30…40 mm) Dodatkowe materiały na CD/FTP: ftp://ep.com.pl, user: 75282, pass: 852sjb64 • wzory płytek PCB • karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w Wykazie elementów kolorem czerwonym Projekty pokrewne na CD/FTP: (wymienione artykuły są w całości dostępne na CD) AVT-1672 Moduł do budowy wyświetlacza tekstowego LED (EP 4/2012) AVT-1616 AVTduino LED. Wyświetlacz LED dla Arduino (EP 5/2011) AVT-5285 Wyświetlacz LED z interfejsem 1-Wire (EP 4/2011) AVT-5226 Graficzny, modułowy wyświetlacz LED (EP 3/2010) AVT-5147 Moduł wyświetlacza LED sterowany magistrala I2C (EP 9/2008) AVT-934 8-cyfrowy wyświetlacz LED z interfejsem SPI (EP 6/2006) AVT-537 Moduł terminala z wyświetlaczem LED (EP 10/2003) AVT-859 Podwójny wyświetlacz siedmiosegmentowy sterowany I2C (EP 8/2000)

Rysunek 1. Schemat ideowy modułu LED7_Expander

Tabela 1. Adresacja układu SAA1064 ADR

Uadr

Z1

Z2

70

0

0

-

72

0,375 Vcc

12 kV

20 kV

74

0,625 Vcc

20 kV

12 kV

76

Vcc

-

0

prowadzone są do 4-pinowego złącza typu EH – I2C. Moduł jest zasilany napięciem 5 V, kondensatory C1 i  CE1 filtrują napięcie zasilania.

Złącza J1 i J2 wyprowadzają sygnały I/O  ekspandera oraz powielają magistralę I2C, aby można było ją prowadzić pomiędzy modułami typowym kablem SIP4 1:1. Uwaga: niektóre fabryczne kable maja przeplot 1-4,2-3, aby je wykorzystać należy zamienić kolejność wyprowadzeń w jednym złączu EH. LED7_Expander zmontowano na dwustronnej płytce drukowanej. Rozmieszczenie elementów przedstawia rysunek 2. Ze względu na upakowanie w  pierwszej kolejności należy zamontować tranzystory Q1 i Q2 oraz konden-

Listing 1. Program testowy dla środowiska Arduino

/********************************************************** * TEST SAA1064 LED7_Expander ADR=70(38) **********************************************************/ #include <Wire.h> void setup() { Wire.begin(); delay(100); }

// inicjacja I2C

void loop() { const int LED7[11] = { 0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66, 0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x00}; //kształty znaków {0,1..9, ,} int i, T, S, D, J; Wire.beginTransmission(0x38); //start transmisji Wire.send(0); Wire.send(B00010111); //konfiguracja SAA1064 Wire.endTransmission(); for (i=0;i<=9999;i++) { // konwersja BCD T = i/1000; S = (i-(T*1000))/100; D = (i-((T*1000)+(S*100)))/10; J = i-((T*1000)+(S*100)+(D*10)); // zapis SAA1064 Wire.beginTransmission(0x38); Wire.send(1); Wire.send(LED7[J]); Wire.send(LED7[D]); Wire.send(LED7[S]); Wire.send(LED7[T]); Wire.endTransmission(); delay(150); } }

46

043-047_mini.indd 46

Na CD: karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w wykazie elementów kolorem czerwonym

MINIPROJEKTY

* Uwaga: Zestawy AVT mogą występować w następujących wersjach: AVT xxxx UK to zaprogramowany układ. Tylko i wyłącznie. Bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli w opisie wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A+ płytka drukowana i zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A i wersji UK) bez elementów dodatkowych. AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów wymieniony w załączniku pdf AVT xxxx C to nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli elementy wlutowane w PCB. Należy mieć na uwadze, że o ile nie zaznaczono wyraźnie w opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które nie zostały wymienione w załączniku pdf AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz jeśli występuje, to niezbędne oprogramowanie można ściągnąć, klikając w link umieszczony w opisie kitu) Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+, B lub C). http://sklep.avt.pl

sator C2, w następnej kolejności wyświetlacze i złącza. Jako ostatnie montujemy rezystory R1 i  R2 (wybierając odpowiedni adres modułu), kondensatory C1 i CE1 oraz układ U1. Konstrukcja mechaniczna modułu umożliwia bezproblemową współpracę z  płytkami stykowymi lub prototypowymi. Zalecam stosowanie długich (30…40 mm) złącz SIP wlutowanych w taki sposób, aby wyprowadzenia wystawały po obu stronach płytki drukowanej. Ten sposób montażu umożliwia wygodne stosowanie modułu w płytkach stykowych oraz ułatwia wyprowadzenie sygnałów czy rozszerzanie magistrali I2C. Moduł nie ma rezystorowo podciągających linie interfejsu, należy je zamontować w razie potrzeby w układzie sterującym magistralą. Na listingu 1 zamieszczono krótki program testowy dla środowiska Arduino.

Adam Tatuś, EP

Rysunek 2. Schemat montażowy modułu LED7_Expander ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:43:01


MINIPROJEKTY

LCD_Expander dla Arduino

AVT 1737

Schemat modułu LCD_ Expander pokazano na rysunku 1. Zajmujący sporo wyprowadzeń mikrokontrolera wyświetlacz LCD jest dołączony za pomocą ekspandera I/O z interfejsem I2C – PCF8574 U1). Wyświetlacz pracuje w trybie 4-bitowym, dodatkowo jest możliwe sterowanie podświetleniem ekranu. Aplikacja układu U1 jest typowa, uzupełniają ją zwory ADR konfigurujące adres, co umożliwia współpracę kilku modułów wyświetlaczy na wspólnej magistrali. Zwory PU umożliwiają załączenie za- Rysunek 1. Schemat ideowy modułu LCD_Expander silania linii I2C. Potencjometr RV1 służy do ustawienia kontrastu LCD. LCD_Expander jest zmontowany na Moduł jest zgodny ze standardem ARDudwustronnej płytce drukowanej. Rozmieszino I2C. Sygnały magistrali i zasilanie doprowaczenie elementów pokazano na rysunku  2. Montaż jest typowy i nie wymaga opisu. Do dzone są do 4-pinowego złącza typu EH – I2C. połączenia z wyświetlaczem można użyć liModuł jest zasilany napięciem 5 V, kondensastwy i gniazda SIP. Wtedy staje się możliwe tory C2 i CE1 filtrują napięcie zasilające. Złąłatwe rozłączenie i  wymiana współpracującze J1 powiela magistralę I2C, by można było cego wyświetlacza. W  modelu zastosowano ją prowadzić pomiędzy modułami typowym typowy, najczęściej używany wyświetlacz kablem SIP4 1:1. Uwaga: niektóre fabryczne 2×16 (5 V) wlutowany za pomocą listwy SIP kable maja przeplot 1-4,2-3, aby je wykorzystać bezpośrednio do płytki ekspandera. Na linależy zamienić kolejność wyprowadzeń w jedstingu 1 zamieszczono program, który umożnym złączu EH. Stosując wyświetlacz LCD na liwia łatwe przetestowanie modułu. napięcie 3,3 V można układ zasilać z niższym napięciem. Adam Tatuś, EP Listing 1. Program testowy dla Arduino /***************************** * TEST LCD_Expander PCDF8574 ****************************/ #include <Wire.h> #include <LiquidCrystal_I2C.h>

LiquidCrystal_I2C lcd(0x38,16,2); // wyświetlacz 16 x 2 // ustawienie 0x38 dla PCF8574A wszystkie adresy 0=GND // ustawienie 0x20 dla PCF8574 wszystkie adresy 0=GND void setup() { lcd.init() lcd.backlight(); lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.setCursor(0, 1); }

* Uwaga: Zestawy AVT mogą występować w następujących wersjach: AVT xxxx UK to zaprogramowany układ. Tylko i wyłącznie. Bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli w opisie wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A+ płytka drukowana i zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A i wersji UK) bez elementów dodatkowych. AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów wymieniony w załączniku pdf AVT xxxx C to nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli elementy wlutowane w PCB. Należy mieć na uwadze, że o ile nie zaznaczono wyraźnie w opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które nie zostały wymienione w załączniku pdf AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz jeśli występuje, to niezbędne oprogramowanie można ściągnąć, klikając w link umieszczony w opisie kitu) Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+, B lub C). http://sklep.avt.pl

lcd.print(“LCD_Expander”); lcd.print(«AVTDuino»);

void loop() { }

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

043-047_mini.indd 47

W ofercie AVT* AVT-1737 A Wykaz elementów: Rezystory: R1…R3, R5…R7: 10 kV (SMD 0805) R8: 100 V (SMD 0805) RV1: 10 kV (pot. Montażowy) Kondensatory: C1, C2: 0,1 mF (SMD 0805) CE1: 10 mF (SMB) Półprzewodniki: Q1: BC807 (SOT-23) U1: PCF8574P Inne: ADR, PU: Złącze IDC10 DISP: Złącze SIP16 I2C: Złącze EH4 kątowe J1: Złącze SIP Dodatkowe materiały na CD/FTP: ftp://ep.com.pl, user: 75282, pass: 852sjb64 • wzory płytek PCB • karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w Wykazie elementów kolorem czerwonym Projekty pokrewne na CD/FTP: (wymienione artykuły są w całości dostępne na CD) AVT-1722 AVTduino miniLCD – miniaturowy panel operatora dla Arduino (EP 1/2013) AVT-1715 AVTduinoGraphLCD (EP 11/2012) AVT-1615 AVTduino LCD. Wyświetlacz LCD dla Arduino (EP 4/2011)

Na CD: karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w wykazie elementów kolorem czerwonym

Ekspander wyświetlacza LCD doskonale nadaje się do rozszerzania możliwości AVTDuino przy użyciu bogato wspieranej biblioteki I2C „Wire” środowiska Arduino oraz biblioteki LiquidCrystal_I2C V1.0, dostępnej na stronie projektu Arduino.

Rysunek 2. Schemat montażowy modułu LCD_Expander

47

2013-03-29 13:43:02


W YŚ W I E T L A C Z E E N E R G O O S Z C Z Ę D N E T E M AT N U M E R U

WYBÓR KONSTRUKTORA

Wyświetlacze do urządzeń przenośnych Postępująca elektronizacja społeczeństwa sprawia, że coraz trudniej jest się nam obyć bez urządzeń elektronicznych. Czy to ze względu na przyzwyczajenie, przydatność oferowanych funkcji, czy choćby pewnego rodzaju uzależnienie, stajemy się coraz bardziej skłonni do noszenia ze sobą kolejnych gadżetów elektronicznych. Te natomiast, jeśli są nowoczesne, praktycznie na pewno są wyposażone w wyświetlacz. Dlatego też rynek wyświetlaczy elektronicznych cały czas szybko się rozwija, a  dostępna oferta produktowa jest ogromna. W  niniejszym artykule opisujemy, jak wybierać wyświetlacze do urządzeń przenośnych oraz pokazujemy przykładowe, ciekawe i  popularne produkty. Projektowanie urządzenia przenośnego nakłada na elektronika dodatkowe ograniczenia, które nie pojawiają się w  przypadku sprzętu stacjonarnego. Wymiary, ciężar i  pobór mocy stają się kluczowe do osiągnięcia sukcesu rynkowego produktu. Jednocześnie klienci oczekują, że jakość i  parametry urządzeń przenośnych nie będą odbiegały zbytnio od tego, czego można doświadczyć w „dużym” sprzęcie. Najlepszym przykładem tej tendencji są nowoczesne smartfony, wyposażone w  kilkurdzeniowe mikroprocesory oraz wyświetlacze o rozdzielczości typowego, kilk udziesięciocalowego telewizora. Oczywiście, komponentów o takich parametrach nie stosuje się w  tańszym sprzęcie elektronicznym, ale wyznaczają one kierunek, w którym ewoluują produkty z „niższych półek”.

Wyświetlacz dla mobilnych Jaki więc powinien być dobry wyświetlacz do urządzenia przenośnego? Generalnie, powinien być nieduży z tym, że jego długość i  szerokość są dobierane w  zależności od konkretnej aplikacji i  nie da się powiedzieć, że najlepsza jest jakaś jedna wielkość. Ważniejsza jest natomiast grubość, przy czym trzeba pamiętać, że odchudzanie wierzchniej warstwy ekranu odbywa się kosztem jej wytrzymałości. Ponadto, ze względów

48

048-051_wyswietlacze.indd 48

konstrukcyjnych, im mniejszą przekątną ma wyświetlacz, tym może być cieńszy, choć nie zawsze tak jest. Warto też pamiętać, że do grubości wyświetlacza często jest doliczana grubość panelu dotykowego. Jeśli wyświetlacz nie jest w niego standardowo wyposażony, a chcemy w  projekcie zaimplementować obsługę dotyku, trzeba będzie doliczyć grubość i ciężar panelu. Oczywiście, jak w  przypadku każdego urządzenia przenośnego, istotny może też być ciężar wyświetlacza, jednak najczęściej nie jest on głównym kryterium jego wyboru. Bardzo duże znaczenie w  aplikacjach przenośnych będą miały: pobór mocy oraz napięcie zasilania. Ograniczona dostępność energii wymaga minimalizacji jej zużycia. Dobierając wyświetlacz warto też zwrócić uwagę na możliwość łatwego i szybkiego wygaszania lub wyłączania go, gdy nie jest akurat używany. Bardzo często prąd pobierany w czasie spoczynku ma kluczowe znaczenie dla czasu pracy urządzenia na baterii. Trzeba też pamiętać o napięciu zasilania dostępnym w urządzeniu. Nierzadko wyświetlacze wymagają wyższego napięcia, niż dostarczane przez akumulator i  w  efekcie staje się konieczne zastosowanie dodatkowej przetwornicy, która nie tylko zwiększa koszt i  ciężar urządzenia, ale również powoduje dodatkowe straty mocy. Dlate-

go do urządzeń mobilnych najkorzystniej jest stosować wyświetlacze wymagające niskiego napięcia zasilania, np. LCD z podświetleniem diodowym zamiast z lampą CCFL. Wydawałoby się, że pobór prądu przez układ podświetlający można ograniczyć wybierając model o  małej jasności, ale trzeba pamiętać, że urządzenia przenośne bardzo często są użytkowane na otwartym powietrzu, w  świetle słonecznym. Wtedy to, jeśli wyświetlacz nie ma wystarczająco dużej jasności, staje się zupełnie nieczytelny. Dlatego w  praktyce, w  przypadku urządzeń mobilnych, bardzo ważne jest stosowanie wyświetlaczy o dużej jasności, które w razie potrzeby można skutecznie przyciemniać. Alternatywą jest używanie wyświetlaczy w ogóle niemających aktywnego podświetlenia, tj. takich, które działają w oparciu o światło padające z otoczenia. Przykładem są wyświetlacze LCD z  warstwą refleksyjną lub tzw. elektroniczny papier. Niestety, w praktyce większość tego typu kon-

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:43:24


Wyświetlacze do urządzeń przenośnych strukcji staje się nieczytelna w przypadku, gdy w  otoczeniu jest mało światła.

Czytelność w otoczeniu o  zróżnicowanym oświetleniu ograniczają natomiast refleksy świetlne. Te zależą głównie od zastosowanych warstw antyrefleksyjnych. Jakiś czas temu pojawił się nawet wyraźny podział na wyświetlacze matowe i błyszczące, z czego te pierwsze były bardziej czytelne, bo mniej odbijały światło, ale te drugie pozwalały uzyskać znacznie bardziej nasycone kolory. Na szczęście prawdziwie błyszczące ekrany nie zyskały trwałej popularności w  urządzeniach mobilnych, a  producenci polepszyli parametry stosowanych warstw antyrefleksyjnych, jednocześnie zwiększając nasycenie uzyskiwanych kolorów. Obecnie, dla dobrych wyświetlaczy, współczynnik odbicia światła z otoczenia nie przekracza 2%, a bywają też sytuacje, gdy wynosi jedynie 0,5%. Przyjmując jako kryterium doboru wyświetlacza jakość powłoki antyrefleksyjnej trzeba jednak pamiętać, że ważna jest wierzchnia warstwa urządzenia. Jeśli na wyświetlacz będziemy nakładali samodzielnie panel dotykowy, ilość odbijanego światła znacznie się zmieni, a warstwa antyrefleksyjna na wyświetlaczu przestanie spełniać swoje zadanie. Dlatego najczęściej, gdy projekt zakłada zastosowanie ekranu dotykowego, warto jest kupować wyświetlacze zintegrowane z panelem dotykowym przez producenta komponentu. Niemałe znaczenie mogą mieć też kąty obserwacji ekranu. O ile zazwyczaj im są one większe, tym lepiej, to zdarzają się sytuacje, gdy producent celowo je ogranicza. W  przypadku większości urządzeń, korzystne jest, by ekran z danymi był widoczny nie tylko na wprost, ale również z szerokiego kąta. Bywa jednak i tak, gdy ważne jest, by osoby postronne, poza użytkownikiem sprzętu, nie były w stanie odczytać treści prezentowanych na wyświetlaczu. Wtedy warto poszukać ekranu o odpowiednio niskim kącie obserwacji. Sama rozdzielczość wyświetlacza powinna być oczywiście dobrana do wymagań projektu, ale warto mieć na uwadze fakt, jakie ma ona znaczenie dla użytkownika. Ze względu na ograniczoną rozdzielczość oka ludzkiego, ta sama rozdzielczość przy danej wielkości ekranu będzie różnie odbierana w  zależności od odległości, z  której widz patrzy na wyświetlacz. Na rynku pojawiły się już bardzo drogie, nowoczesne wyświetlacze o  gęstości upakowania pikseli przekraczającej 300 punktów na cal, przy której pojedyncze punkciki ekranu przestają być odróżnialne z odległości kilkudziesięciu centymetrów. Jeśli przewidywana odległość oka użytkownika od ekranu będzie większa, zastosowanie wyświetlacza o mniejszej gęstości rozmieszczenia pikseli będzie dawało takie samo wrażenie. W praktyce przyjmuje się, że im ekran większy, tym użytkownik będzie na niego patrzył z większej odległości, co pozwala zredukować wymaganie odnośnie współczynnika PPI (pixels per inch) wyświetlacza. Trzeba też pamiętać, że większa rozdzielczość ekranu wymaga obsłużenia większej liczby pikseli, a  więc i  większej mocy obliczeniowej, której uzyskanie powoduje zwiększenie poboru mocy.

REKLAMA

Czytelność, to nie tylko jasność

Wybrane modele Aktualne trendy na rynku w Polsce wskazują, że wyświetlacze OLED, pomimo że wciąż są mniej popularne niż LCD, stanowią coraz częstszy wybór w przypadku aplikacji mobilnych. W efekcie, to ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

048-051_wyswietlacze.indd 49

49

2013-03-29 13:43:25


W YŚ W I E T L A C Z E E N E R G O O S Z C Z Ę D N E T E M AT N U M E R U

WYBÓR KONSTRUKTORA wśród nich znajdziemy najwięcej modeli należących do grupy najchętniej kupowanych do urządzeń przenośnych. Dobrym przykładem jest model OLED-PM096MA z oferty firmy Maritex. Jest to wyświetlacz graficzny o przekątnej jedynie 0,96  cala i  rozdzielczości 128×64 piksele. Monochromatyczny – bursztynowy. Cechuje się dobrym kontrastem (2000:1), a  jego kąt obserwacji to 160°. Co więcej, może bezpiecznie pracować w  temperaturach od –40 do + 70°C. Jego wyprowadzenia znajdują się na taśmie FPC przeznaczonej do bezpośredniego lutowania na płytce drukowanej. Ma sterownik SSD1308Z. Drugim z  bardzo popularnych produktów u tego dystrybutora jest PM154MB-C o rozdzielczości 128×64 pikseli. Jest monochromatyczny – niebieski, i  ma takie same: kontrast, kąty obserwacji i  temperatury pracy jak PM096MA. Różni się sterownikiem (SSD1305) i sposobem montażu. Zastosowano w  nim tasiemkę do gniazda ZIF. Od lat, do najbardziej popularnych wyświetlaczy stosowanych w  urządzeniach elektronicznych należą alfanumeryczne LCD z dwiema liniami po 16 znaków. Są one też wykorzystywane w sprzęcie przenośnym, w związku z czym na rynku pojawiły się już nowsze alternatywy – wyświetlacze graficzne o  niskim poborze mocy i  wymiarach identycznych z  typowymi LCD 2×16. Dobrym przykładem jest LCD-AG-C128032FHW K/W E6 PBF o rozdzielczości 128×32

obwodów logicznych oraz 16 V dla diod LED podświetlenia. Zaletą jest także duża, 24-bitowa paleta kolorów. Warto dodać, że żywotność podświetlenia w  temperaturze 25°C wynosi 20 tysięcy godzin. Dużą ofertę monochromatycznych, energooszczędnych wyświetlaczy OLED, ma firma Winstar. Za przykład może posłużyć model WEX012864QLPP3N00000 o  rozdzielczości 128×64 piksele i  wymiarach 73×41,86 mm. Jego grubość to 3 mm, a  ciężar 20,5  g. Ma pasywną, monochromatyczną matrycę koloru żółtego. Wymaga jednak podwójnego zasilania: 3,3  V dla układów logicznych i  15  V dla diod świecących. Może pracować w  temperaturze od –30 do +70°C. Wyświetlacze OLED oferuje też Densitron, który jeszcze do niedawna produkował modele z  aktywną matrycą. Obecnie skoncentrował się na wersjach pasywnych, takich jak np. kolorowy DD-128128FC-6A. Charakteryzuje się on kwadratową matrycą o  rozdzielczości 128×128 pikseli i  wymiarach 26,855  mm×26,864  mm. Waży niecałe 4  gramy i  można się z nim komunikować za pomocą interfejsu równoległego lub szeregowego. Co ważne, jego napięcie zasilania wynosi tylko 2,8 V. Warto dodać, że stosując kwadratowy ekran uzyskujemy maksymalną powierzchnię wyświetlania, przy minimalizacji wymiarów zewnętrznych i choć format ten nie jest często stosowany, w  niektórych specyficznych urządzeniach może być bardzo korzystnym wyborem.

piksele. Może być zasilany napięciem 3,3 V, a  jego podświetlenie zbudowane jest w oparciu o jedną diodę LED, pobierającą jedynie 18 mA prądu. Korzysta ze sterownika UC1601, dzięki czemu może być obsługiwany poprzez interfejsy I2C i SPI. Bogatą ofertę wyświetlaczy do urządzeń przenośnych ma firma Ampire. Szczególnie interesujące wydają się być modele o  wymiarach 3,5” i  4,3”, które cechują się dużą jasnością i  mają specjalne powłoki antyrefleksyjne. Wynosi ona 500 cd/m2. Przykładem może być model AM-320240L8TNQW-C0H-F, którego

współczynnik odbicia wynosi od 0,5% do 2%. Alternatywą może być zastosowanie jaśniejszego wyświetlacza, takiego jak AM-480272H7TMQW-02H, którego jasność sięga 800 cd/m2, bez zastosowania panelu dotykowego. Jego rozdzielczość to 480×272 piksele, przy przekątnej 4,3 cala. Wymaga zasilania napięciem 3,3 V dla

OLED

przewymiary obudowy [mm] rozdzielkątna czość [”] długość szerokość grubość 0,96 26,7 19,26 1,3 128x64

Multi-Inno Technology MI12864LO-1

OLED

0,96

26,7

19,26

1,45

128x64

Winstar Display Elektronik Visionox Display Elektronik

WEX012864QLPP3N00000 DEP128128C-RGB PM154MB-C DEP128064J-Y

OLED OLED OLED OLED

1,5 1,5 1,54 1,6

33,8 33,5 42,04 41,9

34 71,5 27,22 28

1,6 1,625 1,33 1,6

128x64 128x128 128x64 128x64

bursztynowy żółto-niebieski żółty RGB niebieski żółty

A-Tops

200A68-C

LCD-TFT

2

36,3

48,25

2,3

176x220

262 tys.

Densitron

DD-12832YW-1A

OLED

2,23

62

24

2

128x32

żółty

A-Tops

AT240A67

LCD-TFT

2,4

42,72

60,26

2,2

240x320

262 tys.

AV Display

LCD-AG-C128032R=FHW K/W E6 PBF LCD-FSTN 2,6

74,5

25,2

2,95

128x32

szary

Raystar Optronics

REG010016ABPP5N00000

Producent Visionox

Model PM096MA

typ

kolory

jasność [cd/ m2]

100

120

OLED

2,67

80

36

10

100x16

niebieski

Multi-Inno Technology MI0283QT-10

LCD-TFT

2,83

50,2

69,3

2,9

240x320

262 tys.

Winstar

WEH002004ALPP5N00000

OLED

2,88

98

60

10

20x4 znaki żółty

Ampire

AM-320240L8TNQW-C0H-F

LCD

3,5

77,8

64,5

5,85

320x240

262 tys.

Winstar

WF35CTIBCDC#010

LCD-TFT

3,5

93,5

66,4

9,06

320x240

b.d.

250

NEC

NL2432HC22-41K

LCD-TFT

3,5

63,5

85

4,2

240x320

262 tys.

200

Ampire

AM-480272H7TMQW-02H

LCD-TFT

4,3

105,5

67,2

5,4

480x272

16,7 mln.

800

50

048-051_wyswietlacze.indd 50

270

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:43:26


WyĹ&#x203A;wietlacze 1LH]UyZQDQH do urzÄ&#x2026;dzeĹ&#x201E; przenoĹ&#x203A;nych

PRĹŽOLZRĹ&#x2019;FLL HODVW\F]QRĹ&#x2019;ĂźZ ]DXWRPDW\]RZDQ\FK WHVWDFK

Do dosyÄ&#x2021; popularnych w Polsce producentĂłw wyĹ&#x203A;wietlaczy zaliczyÄ&#x2021; naleĹźy takĹźe firmÄ&#x2122; Display Elektronik. InteresujÄ&#x2026;cym, choÄ&#x2021; niezbyt tanim modelem z  jej oferty jest DEP128064K-Y, şóĹ&#x201A;ty pasywny OLED. Jego rozdzielczoĹ&#x203A;Ä&#x2021; ot 128Ă&#x2014;64 piksele, a  wymiary zewnÄ&#x2122;trzne moduĹ&#x201A;u to 70,9  mmĂ&#x2014;41,86  mmĂ&#x2014;2,01  mm. Ramka naokoĹ&#x201A;o ekranu jest wÄ&#x2026;ska, a  czas Ĺźycia szacowany jest na 30 tysiÄ&#x2122;cy godzin przy jasnoĹ&#x203A;ci 80  cd/m2. Jak wiÄ&#x2122;kszoĹ&#x203A;Ä&#x2021; OLED-Ăłw, cechuje siÄ&#x2122; dobrym kontrastem, ktĂłry wynosi 2000:1. Jego kÄ&#x2026;t obserwacji to 160°. Niestety, wymaga dwĂłch napiÄ&#x2122;Ä&#x2021; zasilania: 2,7  V dla ukĹ&#x201A;adĂłw logicznych i  15  V dla diod Ĺ&#x203A;wiecÄ&#x2026;cych.

Podsumowanie DostÄ&#x2122;pna oferta wyĹ&#x203A;wietlaczy dosyÄ&#x2021; szybko siÄ&#x2122; zmienia, przy czym to wzglÄ&#x2122;dnie nowe modele sÄ&#x2026; czÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;ciej zastÄ&#x2122;powane jeszcze nowszymi wersjami, podczas gdy

niektĂłre stare, stanowiÄ&#x2026;ce pewnego rodzaju standard przemysĹ&#x201A;owy, produkowane sÄ&#x2026; od lat w praktycznie ten sam sposĂłb. NajwiÄ&#x2122;cej nowoĹ&#x203A;ci widaÄ&#x2021; teraz w  segmencie jasnych, ale energooszczÄ&#x2122;dnych wyĹ&#x203A;wietlaczy o duĹźym kontraĹ&#x203A;cie, czego efektem jest silny rozwĂłj OLEDĂłw. W  trakcie pisania tego artykuĹ&#x201A;u, kilku producentĂłw pytanych o  polecane lub popularne wyĹ&#x203A;wietlacze informowaĹ&#x201A;o, Ĺźe wĹ&#x201A;aĹ&#x203A;nie zamierzajÄ&#x2026; wprowadziÄ&#x2021; nowe rodziny produktĂłw, ale ich peĹ&#x201A;ne karty katalogowe nie sÄ&#x2026; jeszcze dostÄ&#x2122;pne. CzÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;Ä&#x2021; z  tych modeli zostaĹ&#x201A;o juĹź zaprezentowanych na niedawnych targach Embedded World w  Norymberdze, ale nie trafiĹ&#x201A;y one jeszcze do seryjnej produkcji. Niemniej, naleĹźy siÄ&#x2122; spodziewaÄ&#x2021;, Ĺźe za miesiÄ&#x2026;c lub dwa wiele z nich pojawi siÄ&#x2122; na rynku.

Marcin Karbowniczek, EP

8U]Ä&#x2030;G]HQLDRSDUWHQDSODWIRUPLH1,3;,RUD] kÄ&#x2026;ty obserwa- napiÄ&#x2122;cie zasicji [°] lania

2000:1

160

2000:1

160

100:1 2000:1 2000:1

170 160 160

300:1

70/80

2,8 V i  3,2  V

2000:1

160

2,8 V i  12,5

2,8 V i  9  V

2,4 V i  14  V

3,3Â V 2000:1

160

5Â V

500:1

140/127

2,8Â V

2000:1

160

5 V 3,3  V

120/105

150:1

3,3 V i  15  V 3  V

140/90 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

048-051_wyswietlacze.indd 51

do 13,5 mA (diody OLED)

2,7 V i  12  V 3,3  V i  16,5  V

2,8 V i  3,2  V

400:1

pobĂłr mocy/ prÄ&#x2026;du

18 mA 23 mA i 30 mA 28 mA 23 mA i  60 mA 18 mA (podĹ&#x203A;wietlenie) 30 mA 80 mA (podĹ&#x203A;wietlenie) 43 mA do 60 mA (podĹ&#x203A;wietlenie) 400 mW 50 mW i  384 W

Ĺ&#x2019;URGRZLVNR1,/DE9,(:SU]\F]\QLDMÄ&#x2030;VLÄ&#x2DC;GR sterownik

temp pracy

SSD1308Z

-40 á +70

SSD1306

-30 á +70

SSD1325 SSD1355 SSD1305 SSD1325

-40 -40 -40 -40

RM68130

-20 á +60

SSD1305

-30 á +70

ILI9341

-20 á +60

á á á á

UHGXNFMLNRV]WXEXGRZ\WHVWHUyZ]ZLÄ&#x2DC;NV]HQLD SU]HSXVWRZRĹ&#x2019;FLV\VWHPXRUD]VNUyFHQLDF]DVX SRWU]HEQHJRQDLPSOHPHQWDFMÄ&#x2DC; RSURJUDPRZDQLD3RQDGRIHURZDQ\FK

+80 +70 +70 +70

SU]\U]Ä&#x2030;GyZ3;,XPRĹŽOLZLDRSUDFRZDQLH NRPSOHNVRZ\FKUR]ZLÄ&#x2030;]DÄ˝GRQDZHWQDMEDUG]LHM Z\PDJDMÄ&#x2030;F\FK]DXWRPDW\]RZDQ\FKWHVWyZ

=ZLÄ&#x2DC;NV]VZRMÄ&#x2030;HIHNW\ZQRĹ&#x2019;Ăź 2GZLHGĹŹQLFRPpxi

UC1601 RS0010

-40 á +80

ILI9341

-20 á +70

2xWS0010

-40 á +80 -20 á +70

SSD1963

REKLAMA

kontrast

Â&#x2039;1DWLRQDO,QVWUXPHQWV&RUSRUDWLRQ:V]\VWNLHSUDZD]DVWU]HĹŽRQH /DE9,(:1DWLRQDO,QVWUXPHQWV1,QLFRPWR]DUHMHVWURZDQH]QDNLKDQGORZH 1DWLRQDO,QVWUXPHQWV,QQHZ\PLHQLRQHSURGXNW\LILUP\WR]DUHMHVWURZDQH ]QDNLKDQGORZHLQD]Z\ILUPRZHRGSRZLHGQLFKILUP

-20 á +70 -20 á +70

 1DWLRQDO,QVWUXPHQWV3RODQG6S]RRĎ&#x201A;6DO]EXUJ&HQWHUXO*UyMHFND :DUV]DZDĎ&#x201A;7HOĎ&#x201A;)D[ 6WURQDLQWHUQHWRZDKWWSSRODQGQLFRPĎ&#x201A;$GUHVHPDLOQLSRODQG#QLFRP .566Ä&#x2030;G5HMRQRZ\GODPVW:DUV]DZ\;,,,:\G]LDĂĄ*RVSRGDUF]\.UDMRZHJR 5HMHVWUX6Ä&#x2030;GRZHJRĎ&#x201A;.DSLWDĂĄ]DNĂĄDGRZ\3/1Ď&#x201A;1,3

51

2013-03-29 13:43:27


W YŚ W I E T L A C Z E E N E R G O O S Z C Z Ę D N E T E M AT N U M E R U

PREZENTACJE

Wyświetlacze do urządzeń przenośnych w ofercie firmy Gamma Nie każdy wyświetlacz elektroniczny nadaje się do zastosowania w  urządzeniu przenośnym. Wbrew pozorom, wielkość wyświetlacza nie jest jedynym czynnikiem, który decyduje o  tym czy dany produkt dobrze sprawdzi się w  rozwiązaniu mobilnym. Cech, które wpływają na użyteczność wyświetlacza w  takiej sytuacji jest wiele i  bardzo rzadko można je wszystkie przypisać do jednego, konkretnego modelu. Dlatego dobierając wyświetlacz warto skorzystać z  oferty dostawcy, który zapewnia bogaty wybór różnorodnych produktów dopasowanych do urządzeń mobilnych i  potrafi doradzić, który z  nich zastosować. Wyświetlacze elektroniczne stanowią w  firmie Gamma znaczącą grupę produktową. Wśród nich można znaleźć wiele modeli przeznaczonych przede wszystkim do zastosowań w  urządzeniach przenośnych. Cechują się one parametrami, które zwiększają czytelność informacji wyświetlanych na ekranie, gdy pada na niego intensywne światło słoneczne, nawet o  nieregularnym natężeniu. Ponieważ zachowanie niewielkiej masy i grubości oraz niedużego poboru prądu i  niewygórowanej ceny ogranicza jednoczesne zastosowanie wszystkich technologii korzystnych dla czytelności wyświetlacza, firma Gamma oferuje wyświetlacze w  ramach grup produktowych, przygotowanych pod kątem zoptymalizowania wybranych parametrów. Grupy te to: • wyświetlacze ze specjalnymi powłokami antyrefleksyjnymi, istotnie po-

lepszające czytelność ekranu w sytuacjach, gdy utrudniają ją refleksy świetlne. • wyświetlacze o podwyższonej jasności, które świetnie sprawdzają się na otwartym powietrzu, tam gdzie natężenie światła otoczenia jest na tyle duże, że w  przypadku mniej jasnych ekranów, trudno byłoby odczytać prezentowaną treść, a wyświetlane kolory byłyby wyblakłe. • wyświetlacze wykonane w  technologii MVA, cechujące się bardzo szerokimi kątami obserwacji, które świetnie sprawdzają się  w  sytuacjach, gdy przewiduje się, że użytkownik będzie korzystał z  urządzenia trzymając je w  bardzo różnej pozycji względem oczu. W ramach każdej z tych grup dostępne są praktycznie wszystkie popularne roz-

Dodatkowe informacje: Gamma Sp. z o.o. ul. Kacza 6 lok. A, 01-013 Warszawa tel. 22 862 75 00, faks 22 862 75 01 info@gamma.pl, www.gamma.pl

miary wyświetlaczy, szczególnie w zakresie od 3,5” do 12”.

Wyświetlacze z powłoką antyrefleksyjną W ramach tej grupy specjaliści z Gammy polecają przede wszystkim dwa wyświetlacze. 3,5-calowy model AM-320240L8TNQW-C0H-F firmy Ampire ma matryce LCD-TFT z podświetleniem białymi LEDami. Jego rozdzielczość to 320×240 piksele i  pozwala na wyświetlanie obrazu w  262 tysiącach kolorów. Ma 40-pinowy interfejs i  jest zasilany pojedynczym napięciem 3,3  V. Zawiera wbudowane obwody regulujące napięcie dla diod LED. Parametr, który czyni go szczególnie przydatnym w zastosowaniach przenośnych, to bardzo niski współczynnik odbicia światła, który dzięki zaawansowanym powłokom antyrefleksyjnym wynosi jedynie od 0,5% do 2%. Drugim z polecanych modeli jest 7-calowy AM-800480RFTMQW-T01H-L. Jest to nowy produkt, który pomimo dużego rozmiaru został zaprojektowany właśnie z myślą o zastosowaniach mobilnych. Jego ekran ma panoramiczny kształt i rozdzielczość 800×480 pikseli. Co ważne, bardzo niski współczynnik odbić uzyskano pomimo zastosowania pojemnościowego panelu dotykowego, który jest zintegrowany z wyświetlaczem.

Wyświetlacze o podwyższonej jasności W  ramach tej podgrupy produktowej firma Gamma również poleca dwa modele marki Ampire. Mniejszy z  nich to AM-480272H7TMQW-02H, którego przekątna wynosi 4,3”, a  rozdzielczość to 480×272 piksele. Wyświetla pełną, 24-bitową paletę barw, ale wymaga dwóch napięć zasilają-

52

052-053_gamma.indd 52

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:43:44


Wyświetlacze do urządzeń przenośnych w ofercie firmy Gamma 400:1. Ten wyświetlacz ma rozdzielczość 800×480 pikseli i jest polecany przede wszystkim do budowy przenośnych i  samochodowych odbiorników telewizyjnych lub odtwarzaczy multimedialnych.

Wyświetlacze o szerokich kątach obserwacji

cych: 3,3 V dla układów logicznych panelu TFT i  16  V dla LED-owego podświetlenia. Dużą jasność, dochodzącą do 800  cd/m2, uzyskano poprzez równoległe połączenie ze sobą trzech 5-diodowych łańcuchów LED. Warto zaznaczyć, że ich żywotność szacowana jest na 20 tysięcy godzin pracy. W  drugim z  rekomendowanych wyświetlaczy, 7-calowym modelu AM-800480RCTMQW-00H użyto tak samo ułożonych, ale mocniejszych diod, uzyskując jasność na poziomie 1000 cd/m2 i kontrast

Wśród wyświetlaczy z matrycą MVA w  urządzeniach przenośnych szczególnie dobrze sprawdzi się nowy, 3,5-calowy model AM-320480BTZQW-00H firmy Ampire, który ma rozdzielczość 320×480 pikseli i 18-bitową paletę barw. Oprócz 160-stopniowych kątów obserwacji w pionie i w poziomie, cechuje się też bardzo dobrym kontrastem równym 500:1 i jasnością 350 cd/m2. Jego podświetlenie zrealizowano za pomocą 7 szeregowo połączonych diod LED, które łącznie pobierają niecałe 340 mW mocy.

Pozostałe informacje W ofercie firmy Gamma znaleźć można łącznie kilkadziesiąt wyświetlaczy elek-

tronicznych marki Ampire, z czego bardzo wiele nadaje się do stosowania w urządzeniach mobilnych. Przy doborze produktu warto skorzystać z  fachowej pomocy pracowników Gammy, którzy potrafią nie tylko wskazać optymalny wyświetlacz z aktualnej oferty, ale też informują o nadchodzących nowościach, których zastosowanie może być korzystne w  tworzonym projekcie.

Marcin Karbowniczek, EP

REKLAMA

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

052-053_gamma.indd 53

53

2013-03-29 13:43:45


W YŚ W I E T L A C Z E E N E R G O O S Z C Z Ę D N E T E M AT N U M E R U

PREZENTACJE

Wyświetlacze do urządzeń mobilnych w ofercie Unisystemu Specyfika polskiego rynku sprawia, że w  urządzeniach przenośnych stosuje się nie tylko kolorowe, graficzne wyświetlacze LCD, ale bardzo często też różnorodne monochromatyczne, a  czasem nawet alfanumeryczne modele OLED-we. Odpowiedni dobór wyświetlacza może być kluczem do sukcesu opracowywanego projektu. Jedną z  firm, która specjalizuje się w  dostarczaniu nowoczesnych wyświetlaczy elektronicznych jest Unisystem. W  jej ofercie znajduje się wiele wyświetlaczy charakteryzujących się bardzo dobrymi parametrami użytkowymi. Korzystając ze swoich doświadczeń, pracownicy Unisystemu wytypowali najbardziej popularne wyświetlacze, które najlepiej sprawdzają się w zastosowaniach mobilnych.

Alfanumeryczne wyświetlacze OLED Wbrew pozorom, monochromatyczne wyświetlacze alfanumeryczne znajdują wiele zastosowań w urządzeniach przenośnych. Są szczególnie przydatne przy budowie terminali, w  których nie ma potrzeby wyświetlania informacji graficznych. W tych aplikacjach modele OLED-owe zastępują popularne dawniej alfanumeryczne wyświetlacze LCD STN i  FSTN lub VFD mające po 16 znaków w  dwóch liniach. Gdy taka powierzchnia

Fotografia 1. Porównanie wyświetlacza OLED z typowym LCD

Fotografia 2. Wyświetlacz OLED monochromatyczny, graficzny typu WEG012864

54

054_unisystem.indd 54

ekranu jest niewystarczająca, klienci chętnie sięgają po modele z 20 znakami ułożonymi w  4 liniach. Wyświetlacze OLED-owe mają lepszy kontrast niż LCD i  mniejsze wymiary niż VFD. Pobierają mniej prądu niż LCD z podświetleniem o podobnej jasności, a jednocześnie są bardziej czytelne – niezależnie od tego czy korzysta się z  nich w  ciemnych pomieszczeniach, czy na dworze, w  silnym świetle słonecznym. Dwa najbardziej popularne z  alfanumerycznych wyświetlaczy OLED to Winstar WEH001602AWPP5N00000 i  Winstar WEH002004ALPP5N00000. Oba mają kąty obserwacji równe 160 stopniom w  pionie i  w  poziomie oraz kontrast równy 2000:1. Porównanie wyświetlacza OLED z typowymi LCD pokazano na fotografii 1.

Graficzne wyświetlacze OLED W wielu aplikacjach jest konieczne prezentowanie grafiki, ale od możliwości wyświetlania wielu kolorów jest ważniejsze, aby ekran był czytelny i bardzo kontrastowy. Na rynku są dostępne niewielkie, graficzne, monochromatyczne wyświetlacze OLED, które dobrze zastępują w  takich sytuacjach stosowane dawniej wyświetlacze LCD. Podobnie, jak w wypadku modeli alfanumerycznych, OLED-y mają lepszy kontrast niż LCD i  lepiej sprawdzają się w  różnorodnych warunkach użytkowania. Ponadto, są bardzo lekkie i zużywają niewiele mocy, a ich kontrolery opracowano w taki sposób, aby osoby doświadczone w programowaniu typowych LCD nie miały problemu z rozpoczęciem prac z modelami OLED. Pracownicy Unisystemu polecają przede wszystkim 5 wyświetlaczy z tej grupy: • Winstar WEG010016ALPP5N00000 o rozdzielczości 100×16 pikseli, • Winstar WEG012864MLPP3N00000 o rozdzielczości 128×64 piksele, • Winstar WEX009664ALPP3N00000 (96×64 piksele, • Winstar WEX012864LLPP3N00002 (128×64 piksele) • Multi-Inno Technology MI12864LO-1. Charakteryzują się one kątami obserwacji równymi 160° w pionie i w poziomie oraz kontrastem 2000:1. Ich żywotność jest szacowana

Dodatkowe informacje: Unisystem ul. Aleja Grunwaldzka 212, 80-266 Gdańsk tel. 58 761 54 20, faks. 58 553 29 68 biuro@unisystem.pl, www.unisystem.pl

Fotografia 3. Wyświetlacz OLED monochromatyczny, graficzny typu WEX009664 – w zależności od modelu – na 10…100 tysięcy godzin pracy. Przykładowe monochromatyczne wyświetlacze graficzne OLED pokazano na fotografiach 2 i 3.

Wyświetlacze LCD W wypadku, gdy jest konieczne wyświetlanie palety barw, pracownicy Unisystemu polecają modele LCD-TFT z  podświetleniem LED. Dla zastosowań mobilnych najlepiej sprawdzą się wersje o  przekątnej od 2,83” do 4,3”. Najmniejszy z wymienianych to wyświetlacz Multi-Inno Technology MI0283QT-10 o rozdzielczości 240×320 pikseli i podświetleniu za pomocą 4 diod LED. Ma duży kontrast (500:1) i jasność 270 cd/m2. Drugim pod względem wielkości jest 3,5-calowy Winstar WF35CTIBCDC#010. Ma rozdzielczość 320×240 pikseli, kontrast równy 400:1 i  jasność 250  cd/m2. 4,2-calowy model Multi-Inno MI0420CT-5 o nietypowej rozdzielczości 240×432 piksele jest podświetlany 8 diodami LED, które pozwalają uzyskać jasność około 450 cd/m2. Kontrast tego wyświetlacza to prawie 500:1. Dwa największe z sugerowanych wyświetlaczy produkowane są przez Winstara. Są to modele: WF43CTIFEDA# i WF43CTIBEDA#000, przy czym oba mają rozdzielczość 480×272 piksele i są wyposażone w kontroler Solomon Systech SSD1963. Ich kontrast to 500:1, a jasność, odpowiednio, 500 i 400 cd/m2.

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:44:01


Najnowsze wyświetlacze z oferty firmy Artronic Firma Artronic od lat zajmuje się importem i  dystrybucją podzespołów elektronicznych, przy czym specjalizuje się w  dziedzinie wyświetlaczy i  optoelektroniki. Dzięki długotrwałej współpracy z  wybranymi producentami, udało się jej zgromadzić bardzo szeroki wybór komponentów optoelektronicznych. Jest też wyłącznym dystrybutorem firmy AV-Display, której trzy najnowsze produkty z  całą pewnością zasługują na uwagę czytelników zainteresowanych wyświetlaczami do urządzeń przenośnych. Kolorowe wyświetlacze COG Pierwsze dwa z polecanych produktów należą do nowej serii kolorowych wyświetlaczy z  nowoczesnymi kontrolerami firmy ILITEK. Poza pamięcią obrazu i  rozkazami pozycjonowania znanymi z innych konstrukcji, wyświetlacze te umożliwiają pracę parametryczną w ramach przestrzeni obrazu. Dzięki temu można definiować dowolne okienka, w których obowiązują dowolnie ustalane zasady automatycznego zwiększania adresu piksela przed przesłaniem kolejnej danej. Tworzy to nowe możliwości budowania procedur łatwego rysowania i  skalowania treści. Można skorzystać z  kilku opcji formatu danych, przy czym maksymalnie

kolor piksela może być zdefiniowanych przez 18 bitów. Interfejsem domyślnym jest 8-bitowa szyna danych w standardzie Intel (8080). Dzięki technologii COG cena wyświetlacza jest bardzo niska a niezbędne kondensatory zamontowano na tasiemce złącza. Pozwoliło to na udostępnienie użytkownikowi jedynie gotowego interfejsu do transmisji danych. Dzięki takiej konstrukcji wyświetlacze można używać nawet z  mikrokontrolerami klasy AVR ATmega. Obecnie dostępne są dwie wersje tych wyświetlaczy. Model o przekątnej 1,7” ma rozdzielczość 128×160 pikseli, a 2,4-calowy – 240×320.

Monochromatyczny LCD o dużym kontraście Trzeci ze szczególnie polecanych produktów został opracowany przez firmę Artronic na podstawie kilkuletniego doświadczenia w dziedzinie optoelektroniki. Jest to nowoczesny wyświetlacze o  energooszczędnej konstrukcji, oparty na najciekawszym w  swojej klasie sterowniku, dostępnym obecnie na rynku. Wszechstronność i  uniwersalność układu UC1601 pozwalają na zastosowanie go przez większość producentów stosujących starsze standardy rozwiązań. Innowacją jest udostępnienie aż czterech różnych sposobów komunikacji, z  których obsługę przynajmniej jednego można znaleźć w praktycznie każdej platformie mikroprocesorowej. Poza interfejsem równoległym i dwoma typami SPI wyróżnia go interfejs I2C, co będzie miłym zaskoczeniem dla wielu konstruktorów.

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

055_artronic.indd 55

Dodatkowe informacje: Artronic Miszewo 53, 80-297 (poczta) Banino tel.: 58 668 57 83, faks: 58  668 57 82

Podświetlenie wyświetlacza zrealizowano z użyciem zaledwie jednej diody LED, dzięki czemu produkt ten świetnie sprawdza się w zastosowaniach mobilnych. Dodatkowym atutem są właściwości technologii “Blackline”, której polaryzator doskonale sprawuje się nawet bez włączania podświetlania, tj. gdy do wyświetlenia obrazu używane jest światło padające z zewnątrz. Zaletą omawianego wyświetlacza jest też bardzo mały rozmiar, pomimo którego udało się zachować wymiary aktywnego okna odpowiadające najbardziej rozpowszechnionym wyświetlaczom alfanumerycznym w  układzie 2×16 znaków. Warto dodać, że zainteresowanie z  jakim konstrukcja ta spotkała się na tegorocznym Automaticonie wróży jej znaczący sukces na rynku.

W YŚ W I E T L A C Z E E N E R G O O S Z C Z Ę D N E T E M AT N U M E R U

PREZENTACJE

55

2013-03-29 13:44:16


PREZENTACJE

Zasilacze programowalne firmy Agilent Jedną z oferowanych przez TME grup produktów są tzw. zasilacze programowalne. Oprócz spełniania oczywistej dla zasilacza funkcji, czyli dostarczania określonych, zadanych wcześniej i  oczekiwanych napięcia i  prądu, urządzenia te umożliwiają również – przy użyciu specjalnych komend lub przycisków sterujących – sterowanie funkcjami zasilacza za ręcznie lub za pomocą interfejsu komputerowego. Dobrym reprezentantem przyrządów z tej grupy jest rodzina zasilaczy E364xA firmy Agilent Technologies. Urządzenia te charakteryzują się doskonałymi parametrami technicznymi i doskonałą funkcjonalnością. Co najważniejsze, realizują istotną dla wielu użytkowników komunikację z  komputerami klasy PC poprzez interfejsy RS232 i GPIB. Na panelu czołowym zasilaczy, oprócz czytelnego wyświetlacza, umiejscowione są niezbędne elementy regulacyjne. Są to m.in. przyciski służące do ustawiania wartości napięć lub progów zadziałania zabezpieczeń czy też do przywołania z pamięci nieulotnej 5 ustawionych wcześniej i  zapamiętanych parametrów pracy zasilacza. Maksymalna rozdzielczość ustawiania napięcia i  prądu z panelu to, odpowiednio, 10 mv oraz 1 mA. Dodatkowo, wygodne „analogowe” pokrętło pozwala na zgrubne, szybkie ustawienie wartości napięcia i prądu. Zasilacze mają moc wyjściową od 30 W do 100 W. Napięcie wyjściowe może być regulowane do 60 V a natężenie prądu obciążenia do 8 A. Znakomite parametry elektryczne osiągnięto dzięki zastosowaniu specyficznych rozwiązań regulacyjnych (rysunek 1). Przede wszystkim, w  obwodach regulacji napięcia i  prądu zastosowano nie tylko szeregowy tranzystor, ale również wstępną tzw. regulację fazową. Dzięki temu uzyskano szeroki zakres zmian napięcia wyjściowego przy znacznej redukcji mocy traconej w szeregowym elemencie regulacyjnym (tranzystorze). Natomiast połączenie szeregowego regulatora liniowego, charakteryzującego się precyzją i  dużą szybkością z  obwodami monitorowania rzeczywistych parametrów wyjściowych (blok kontroli pętli sprzężenia zwrotnego – feedback control) zapewnia bardzo dużą stałość napięcia wyjściowego, niezależnie od zmian obciążenia zasilacza. Rozwiązanie takie wpływa również bardzo dobrze na charakterystyki czasowe odpowiedzi zasilacza. Krótkotrwałe impulsowe zmiany obciążenia mogące mieć wpływ na

56

056-057_tme.indd 56

stabilność napięcia są bardzo szybko kompensowane. Deklarowany czas odpowiedzi układu to poniżej 50 ms. Zastosowano również zabezpieczenia napięciowe zapobiegające uszkodzeniu podłączonych urządzeń i chroniące przed nadmiernym wzrostem napięcia. Warto pamiętać, że zabezpieczenie jest realizowane poprzez zwieranie wyjścia zasilacza. Jeśli w zasilanym urządzeniu znajduje się inne źródło energii, może to skutkować znacznym wzrostem prądu płynącego przez zasilacz. Sterowanie za pomocą złącza GPIB lub RS-232 znacznie rozszerza funkcjonalność zasilacza, zmieniając go w  wielofunkcyjne urządzenie warsztatowe. Komunikacja poprzez interfejs odbywa się dwukierunkowo: możliwy jest odczyt napięcia i prądu i ustawienie tych parametrów. Można tego dokonać za pomocą prostego w użyciu standardu SCPI (Standard Commands for Programmable Instruments), pozwalającego na szybkie i skuteczne sterowanie. Możliwe zastosowania interfejsu to: • szybkie, predefiniowane ustawianie wartości parametrów zasilacza w zależności od potrzeb dołączonych urządzeń, • pomiary charakterystyk prądowo-napięciowych (bez dodatkowych urządzeń pomiarowych) elementów półprzewodnikowych (przy użyciu dodatkowego oprogramowania)

Dodatkowe informacje: Opisane elementy są dostępne w korzystnych cenach w  TME. Zapraszamy do zapoznania się z  naszą ofertą i  zakupów na stronie www.tme.eu

• badanie zachowania się układów na zmiany zasilania przy wcześniej zaprogramowanym scenariuszu zmian napięcia (podczas projektowania i uruchamiania prototypów układów). To tylko przykładowe zastosowania. W  przypadku wykorzystania dodatkowych sterowników VXI istnieje możliwość integracji zasilaczy z innym, bardziej złożonym oprogramowaniem, jak LabVIEW czy LabWindows firmy National Instruments. Wtedy mamy możliwość tworzenia już bardzo złożonych systemów związanych ze sterowaniem, pomiarami czy testowaniem projektowanych urządzeń. Zasilacze z  rodziny E364xA to solidne, nowoczesne zasilacze o  doskonałych parametrach elektrycznych, zarówno statycznych jak i  dynamicznych, mające stabilne napięcia wyjściowe przy niskich wartościach tętnień i  szumów. Podłączone urządzenia są zabezpieczone przed nadmiernym wzrostem napięcia, a interfejsy GPIB i RS232 umożliwiają odczyt i ustawianie parametrów zasilacza poprzez komputer PC.

Marcin Zając TME Sp. z o.o.

Rysunek 1. Rozwiązania układowe stosowane w zasilaczach firmy Agilent ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-04-02 00:05:48


Temat

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

056-057_tme.indd 57

57

2013-04-02 00:05:48


PREZENTACJE

Generator funkcyjny FG-1 Generator FG-1 to zestaw do samodzielnego montażu. Dostarcza sygnału sinusoidalnego, trójkątnego lub prostokątnego o częstotliwości od 1  Hz do 200  kHz. Oferowany zestaw zawiera obudowę i  kompletne, zmontowane płytki generatora, które należy jedynie zamocować i  połączyć pomiędzy sobą oraz ze złączami wejść – wyjść. Unikalny system cyfrowego strojenia generatora umożliwia precyzyjne ustalenie żądanej częstotliwości przebiegu wyjściowego, której wartość jest wyświetlana na 4-pozycyjnym wyświetlaczu cyfrowym. Cyfrowa kompensacja zmian termicznych zapewnia stabilną pracę generatora niezależnie od warunków otoczenia. Generator ma regulowane amplitudę przebiegu wyjściowego (w zakresie 0…5 Vp-p) i wartość jego składowej stałej (w zakresie -2,5…+2,5 V). Można również wyłączyć składową stałą uzyParametry generatora: • Sygnały wyjściowe: sinusoidalny, trójkątny, prostokątny. • Zakres częstotliwości sygnału wyjściowego: 1  Hz…200  kHz. • Impedancja wyjściowa: 600 V ±10%. • Amplituda sygnału wyjściowego: regulowana w zakresie 0…5V p-p. • Składowa stała: regulowana w zakresie od -2,5…+2,5  V. • Zniekształcenia nieliniowe sygnału sinusoidalnego: 3% (dla f=1  kHz, Vout=0,5  Vrms). • Nierównomierność poziomu sygnału wyjściowego: -1,0 dB w zakresie 1  Hz…100  kHz w odniesieniu do poziomu sygnału o częstotliwości 1  kHz. • Liniowość sygnału trójkątnego: nie gorsza niż 95% w zakresie 1 Hz…100kHz, od 10% do 90% sygnału wyjściowego. • Czas narastania i opadania zboczy sygnału prostokątnego: 500 ns. • Dzielnik wyjściowy: -20  dB. • Modulacja amplitudy: sygnałem zewnętrznym o napięciu od -5  V do +5  V. • Zasilanie : 9  V  AC / 1  A / 50  Hz. • Pobór mocy: ok. 8  VA

58

058-060_generator.indd 58

skując przebieg symetryczny. Ponadto, generator wyposażono w wejście umożliwiające modulowanie amplitudy generowanego sygnału sinusoidalnego i trójkątnego.

Budowa Generator funkcyjny FG-1 zbudowano w oparciu o układ scalony XR2206. Przestrajanie częstotliwości sygnału wyjściowego w zakresie od 1 Hz do 200 kHz jest realizowane w 5 podzakresach. Zmiana zakresów generatora odbywa się poprzez przełączanie kondensatorów dołączonych do układu XR2206 za pośrednictwem przekaźników. Płynne przestrajanie w obrębie zakresu jest zrealizowane przez zmianę natężenia prądu źródła prądowego sterującego układem. Jego liniową zmianę zapewnia 12-bitowy przetwornik PWM, którego sygnał wyjściowy jest zsumowany z sygnałem wyjściowym 3-poziomowego przetwornika C/A, dając w efekcie ponad 12000 poziomów przestrajania układu w każdym podzakresie. Część cyfrowa generatora składa się z  dwóch popularnych, 8-bitowych mikrokontrolerów PIC16F57 taktowanych sygnałem o  częstotliwości 4  MHz. Ich zastosowanie umożliwiło rozdział funkcjonalności co znakomicie uprościło oprogramowanie generatora. Jeden z mikrokontrolerów obsługuje klawiaturę, wyświetlacz LED i blok przekaźników ste-

Dodatkowe informacje: Sara Wernau Sp. z o.o. ul. Milionowa 21, 93-105 Łódź +48 42 645 54 75, www.multisort.pl

rujących przełączaniem podzakresów i funkcji generatora, a drugi jest przeznaczony wyłącznie do pomiaru częstotliwości generowanego przebiegu wyjściowego. Wyniki cyklicznie wykonywanych pomiarów wysyłane są do procesora głównego, który obsługuje wszystkie pozostałe funkcje generatora.Generator jest zasilany za pomocą typowego zasilacza dostarczającego stabilizowanych napięć +9 V, +5 V i -9 V. Schemat blokowy generatora pokazano na rysunku 1.

Zasilacz Jak wspomniano, generator wymaga trzech napięć zasilających: symetrycznego ±9 V oraz asymetrycznego +5  V. Napięcia +9 V i -9 V zasilają część analogową generatora, a napięcie +5 V zasila jego część cyfrową. Pierwotny schemat ideowy zasilacza przedstawiono na rysunku 2. Ponieważ ze względów bezpieczeństwa w wersji do samodzielnego montażu zrezygnowano z  wewnętrznego transformatora sieciowego i zastąpiono go zewnętrznym transformatorem wtyczkowym 9  V  AC, pojawił się problem wytworzenia napięcia dla stabilizatora +5 V (LDO). Jest on obciążony prądem rzędu 300 mA, więc zasilanie filtru wejściowego stabilizatora z  gałęzi 9  V  AC wiązałoby się z  dużymi stratami mocy na stabilizatorze. Problem rozwiązano poprzez zastosowanie dodatkowego obwodu stabilizującego w sposób bezstratny napięcie na filtrze wejściowym stabilizatora napięcia ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:45:02


Generator funkcyjny FG-1

Rysunek 1. Schemat blokowy generatora z wbudowanym transformatorem sieciowym +5 V. Schemat koncepcyjny układu zasilacza po zmodyfikowaniu pokazano na rysunku 3.

Obwód stabilizacji bezstratnej Stabilizator bezstratny wykorzystuje właściwość przebiegu sinusoidalnego (napięcie zmienne na wyjściu transformatora sieciowego), jaką jest skończona szybkość narastania napięcia takiego przebiegu. W klasycznym układzie zasilającym: prostownik – kondensator, napięcie, do którego ładuje się kondensator jest równe maksymalnemu napięciu przebiegu

sinusoidalnego (pomijamy straty napięcia na diodach prostowniczych). W układzie stabilizatora bezstratnego napięcie na kondensatorze wyjściowym osiąga stałą, ściśle określoną wartość, niezależnie od amplitudy sinusoidalnego sygnału wejściowego. Schemat stabilizatora bezstratnego wykorzystanego do zasilania generatora funkcyjnego przedstawia rysunek 4. Dioda D1 separuje układ od ujemnego napięcia wejściowego. Dzielnik zbudowany z rezystorów R2 i R1 ustala próg napięcia wejściowego, przy którym następuje załączenie tran-

zystora T1, odcięcie tranzystora T2 i wyłączenie klucza Q1. Dioda Zenera D2 chroni bramkę tranzystora Q1 przed przekroczeniem napięcia 10 V. Kondensator C1 wprowadza opóźnienie przy załączaniu klucza Q1, aby nie nastąpiło zbyt wczesne jego załączenie przy opadającym zboczu sygnału sinusoidalnego. Przy napięciu wejściowym poniżej wartości powodującej załączenie tranzystora T1, załączony jest klucz Q1, a napięcie na kondensatorze wyjściowym stabilizatora Cload narasta współbieżnie z narastaniem wartości napięcia wejściowego przebiegu sinusoidalnego. Po przekroczeniu progu załączania tranzystora T1 (dzielnik R2/R1), klucz Q1 zostaje odcięty, a kondensator wyjściowy Cload pozostaje naładowany do napięcia, przy którym nastąpiło odcięcie klucza. Szybkość narastania napięcia sinusoidalnego ma ściśle określoną, ograniczoną wartość, więc klucz Q1 przewodzi w czasie ładowania kondensatora wyjściowego prąd o  określonej, ograniczonej od góry wartości. Gdyby rezystancja kanału załączonego klucza Q1 była zerowa, w obwodzie ładowania kondensatora wyjściowego nie byłoby strat mocy. Pewnego wyjaśnienia wymaga moment odcięcia klucza Q1. Ponieważ w rzeczywistym transformatorze zasilającym cały układ występuje indukcja rozproszenia, to gwałtowne przerwanie przepływu prądu (poprzez zamknięcie klucza Q1) w  obwodzie wtórnym transformatora generuje przepięcie. To przepięcie może zniszczyć układ – wartość przepięcia będzie tym wyższa, im większy był prąd ładowania kondensatora i im większa jest wartość indukcji rozproszenia. Dlatego w  układzie stabilizatora bezstratnego należy stosować dodatkowe obwody tłumiące przepięcie do wartości niezagrażającej układowi. W prezentowanym układzie te obwody są zbędne, ponieważ przepięcie generowane przez obwód stabilizatora bezstratnego jest stłumione przez układ prostownika obwodu zasilacza +9 V. Innymi słowy, energia tego przepięcia zasila obwód prostownika +9 V, który jest połączony równolegle ze stabilizatorem bezstratnym. Szerszy opis obwodu stabilizatora bezstratnego wraz z obwodem tłumienia przepięć można znaleźć w Internecie. Przebiegi napięć w układzie zasilania z wykorzystaniem stabilizatora bezstratnego przedstawia rysunek 5. Ponieważ napięcie na wyjściu stabilizatora bezstratnego utrzymywane jest na stałym poziomie ok. 6,5 V, to straty mocy na 5-woltowym stabilizatorze LDO napięcia +5  V są niewielkie (poniżej 0,5 W dla prądu obciążenia rzędu 300 mA) i stabilizator w obudowie TO-220 nie wymaga radiatora. Stabilizatory +9 V i -9 V są stabilizatorami serii L (100 mA) w obudowach TO-92.

Przetwornik cyfrowo – analogowy Rysunek 2. Schemat zasilacza w wersji z wbudowanym transformatorem sieciowym 2×6 V ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

058-060_generator.indd 59

Płynne przestrajanie dla każdego podzakresu generatora jest zrealizowane poprzez zmianę natężenia prądu źródła prądowego sterowanego z przetwornika C/A  o  rozdzielczości 12288

59

2013-03-29 13:45:03


PREZENTACJE

Uwaga! Uwa ga!! Mamy do rozdania pomiędzy Czytelników, którzy do dnia 15 maja 2013 napiszą do nas do czego chcieliby użyć generatora, aż 3 opisywane zestawy do samodzielnego montażu. Prosimy o nadsyłanie listów za pomocą e-mail na adres konkurs@ep.com.pl. W  temacie wiadomości należy wpisać „Generator FG-1”. Listę osób obdarowanych opublikujemy na stronie internetowej Elektroniki Praktycznej.

poziomów (13,5 bitu). Przetwornik o takiej rozdzielczości skonstruowano w oparciu o 12-bitowy (4096 poziomów) przetwornik z  wejściem PWM i  3-poziomowy (1,5 bitu) przetwornik C/A  wykonany z  użyciem pojedynczego, wolnego wyprowadzenia mikrokontrolera. Wyjaśnienia wymaga sposób łączenia dwóch przetworników C/A, tak aby uzyskać wypadkowy przetwornik o  większej rozdzielczości. Wykorzystano tu specyficzną właściwość przetwornika C/A zbudowanego w oparciu o układ PWM. Otóż nieliniowość różniczkowa takiego przetwornika jest znacznie mniejsza niż dopuszczalne 1/2 najmniej znaczącego bitu (LSB). Wynika to z  faktu, że 12-bitowy przetwornik PWM taktowany zegarem stabilizowanym kwarcem daje przyrosty kolejnych bitów dokładnie równe 1/4096 zakresu przetwarzania. Te przedziały zostały podzielone na trzy poziomy za pomocą dodatkowego przetwornika C/A, utworzonego z  użyciem wyprowadzenia I/O mikrokontrolera (rysunek 6). W  ten sposób wykonano przetwornik C/A  o  rozdzielczości 4096×3=12288 poziomów. Przetwornik PWM o takiej rozdzielczości wymagałby dla częstotliwości sygnału PWM równej 1 kHz taktowania sygnałem zegarowym o częstotliwości 12,288 MHz. Realizacja takiego przetwornika na układach CMOS-TTL byłaby trudna ze względu na wymagany krótki czas propagacji (ok. 80 ns).

Rysunek 3. Schemat zasilacza w wersji z zewnętrznym transformatorem wtyczkowym 9 V AC

Rysunek 4. Schemat stabilizatora bezstratnego (bez obwodu tłumienia przepięć)

Zastosowanie Rozwiązania zastosowane w generatorze są gwarancją jego długiej, stabilnej pracy. Przyrząd jest przeznaczony dla szerokiej rzeszy elektroników i osób pracujących w dziedzinach pokrewnych. Nieskomplikowana i  intuicyjna obsługa predestynuje go do zastosowań edukacyjnych – w szkołach zawodowych, technikach i na uczelniach wyższych. Cyfrowy odczyt częstotliwości w połączeniu z wygodną i dokładną możliwością ustawienia żądanej częstotliwości umożliwia szybkie i  łatwe wykonanie pomiarów testowanych obwodów takich jak filtry, układy rezonansowe czy wzmacniacze. Zaoferowanie generatora w formie zestawu do samodzielnego montażu pozwoliło na uzyskanie konkurencyjnej ceny.

Mariusz Kulawiński

60

058-060_generator.indd 60

Rysunek 5. Przebiegi napięcia na wyjściu transformatora 9 V AC zasilającego generator i na kondensatorze wyjściowym stabilizatora bezstratnego

Rysunek 6. Sposób generowania trzech poziomów napięcia z wykorzystaniem jednego wyjścia mikrokontrolera ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:45:03


Embedded World 2013: przegląd „gorących” nowości podzespołowych PODZESPOŁY

Embedded World 2013: przegląd „gorących” nowości podzespołowych Era Internet of Things nadeszła! Odbywające się corocznie w Norymberdze targi Embedded World stały się wśród producentów podzespołów elektronicznych ulubionym miejscem ogłaszania i  promowania ważnych, często przełomowych, nowości. Tak też było w  tym roku... Zacznę od smutnego spostrzeżenia: targi odwiedziło bardzo wielu Polaków, ale wzięły w nich udział zaledwie dwie firmy z naszego kraju: Elproma promująca swoją ofertę handlową oraz Sidus z Zielonej Góry, której ambitna oferta inżynierska spotkała się z dużym zainteresowaniem wśród wystawców i odwiedzających targi. Pokonaliśmy – co prawda – Ukrainę, Rumunię, Słowację, a  nawet Australię, ale rozmach stoisk firm z  krajów znanych jako elektroniczne „potęgi”, m.in. Serbii, Tunezji i Szwajcarii, prowokował do smutnych przemyśleń nad kondycją i  pozycją w  Europie naszego przemysłu elektronicznego. Na tegorocznych targach wystawili się wszyscy liczący się na rynku producenci podzespołów półprzewodnikowych. Z  grona firm popularnych w naszym kraju zabrakło jedynie spadkobiercy półprzewodnikowej części Philipsa – firmy NXP. ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

061-065_targi.indd 61

Na targach widać było wyraźną dominację platform „Cortex”, przy czym wyraźnym trendem jest zastępowanie rodzin 8-bitowych przez 32-bitowe. Coraz chętniej producenci sięgają także po rdzenie Cortex-A, które coraz śmielszymi kroczkami, pomimo swojej „mikroprocesorowatości”, wchodzą w świat mikrokontrolerów. Przedstawimy kilka najważniejszych nowości – premier targowych, z których część bez wątpienia wpisuje się w rewolucyjne prądy rynkowe.

Premiery Nieobecna „ciałem” firma NXP była reprezentowana przez dystrybutora, firmę Future Electronics, na stoisku której prezentowane były mikrokontrolery z serii LPC800 oraz zestawy ewaluacyjne z tymi układami (fotografia 1). Producent plasuje rodzinę LPC800 jako alternatywę dla mikrokontrolerów 8-bitowych i to pomimo wyposażenia jej w rdzeń Cortex-M0+. Także firma Infineon postawiła na podbój rynku masowego, w czym pomocne mają być mikrokontrolery z serii XMC1000. Są one wyposażone w  rdzeń Cortex-M0, w  skład rodziny XMC1000 wchodzą trzy podrodziny mikrokontrolerów: XMC1100/1200 i XMC1300. Różnią się one między sobą wyposażeniem wewnętrznym, wszystkie

61

2013-03-29 13:45:22


PODZESPOŁY

Fotografia 1. Nieobecna „ciałem” firma NXP była reprezentowana przez dystrybutora, firmę Future Electronics, na stoisku której prezentowane były mikrokontrolery z serii LPC800 oraz zestawy ewaluacyjne z tymi układami

Fotografia 2. Mikrokontrolery Infineona są przystosowane do pracy w otoczeniu o temperaturze do +105oC, w obecnie dostępnych wariantach obudów: TSSOP16, TSSOP28 i TSSOP38

Fotografia 3. Zgodny mechanicznie z Arduino, tani zestaw narzędziowy XMC1100 Boot Kit

mają rdzenie taktowane sygnałem zegarowym o częstotliwości 32  MHz, zawartość pamięci Flash o  pojemności od 8 do 200  kB mają chronioną za pomocą modułu kryptograficznego AES128. Wszystkie dostępne obecnie modele mają wewnętrzną pamięć o  pojemności Rysunek 5. Nowe mikroprocesory 16  kB. Mikrokontro- wyposażone w rdzeń Cortex-A5 – seria lery XMC1000 speł- SAMA5D3x niają wymogi normy IEC60730 class B (ochrona przed nieprawidłowym działaniem sprzętu sterowanego przez mikrokontroler, które może zagrażać bezpieczeństwu jego obsługi), niektóre modele wyposażono także w zaawansowany sterownik matryc LED oraz koprocesor wspomagający obliczenia arytmetyczne wykorzystywane w  systemach sterowania i regulacji (CORDIC/DIVIDE). Prezentowane mikrokontrolery są przystosowane do pracy w otoczeniu o temperaturze do +105oC, w obecnie dostępnych wariantach obudów: TSSOP16, TSSOP28 i TSSOP38 (fotografia  2). Z  myślą o  konstruktorach zainteresowanych nowymi mikrokontrolerami producent przygotował tani zestaw narzędziowy XMC1100 Boot Kit (fotografia  3), który jest mechanicznie zgodny z systemem Arudino. Atmel – podobnie jak wielu innych producentów prezentujących swoje opracowania na targach – miał na swoim stoisku dział „Internet of things”, którym firma nawiązała do ogłoszenia roku 2013 rokiem IoT, prezentując własne propozycje rozwiązań bezprzewodowych dla aplikacji tego typu (fotografia  4). W  ramach systemów IoT producent przedstawił system lokalizacyjny krótkiego zasięgu działający w paśmie ISM (2,4 GHz, na bazie modułów ZigBee), duży nacisk położono także na pokazanie nowych mikroprocesorów wyposażonych w rdzenie Cortex-A5 (seria SAMA5D3x – rysunek 5), które charakteIoT Termin The Internet of Things (Internet przedmiotów lub Internet rzeczy) został po raz pierwszy użyty w  1999 r. przez Kevina Ashtona – brytyjskiego eksperta w  dziedzinie nowych technologii – do opisania systemu, w  którym Internet jest połączony ze światem fizycznym poprzez wszechobecne czujniki. Ashton zauważył, że większość informacji dostępnych w  Internecie (w  tamtym czasie ok. 50 petabajtów (PB), 1PB = 1 024 TB) jest tworzona i  zapisana przez ludzi w  postaci tekstu, zdjęć, plików wideo itp. Skłoniło go to do wysunięcia tezy, że w  niedalekiej przyszłości taka sytuacja może ulec zmianie i  komputery będą zdolne do wytwarzania danych oraz ich gromadzenia bez ludzkiego nadzoru. Technologia wymagana do tego jest relatywnie prosta - etykiety RFID (służące do przesłania danych za pomocą fal radiowych) do śledzenia obiektów, czujniki niskiej mocy zbierające dane na temat wszystkiego, od temperatury i  jakości powietrza, poprzez czujniki ruchu, do urządzeń, które mogą włączać i  wyłączać światło, ogrzewanie, systemy klimatyzacji, kamery wideo itp. Początkowo dość sceptycznie pochodzono do przedstawionej przez Asthona koncepcji. Konsumenci nieufnie podchodzili do idei zdalnego sterowania tosterem za pomocą Internetu, czy zamawiania przez lodówkę mleka, gdy jego zapasy będą się już kończyły. Dzisiaj to nastawienie się zmienia. Przyczynił się do tego gwałtowny rozwój technologii wspomagających procesy opisane przez Ashtona, co oznacza, że Internet przedmiotów przestał być ideą, a  zaczyna być rzeczywistością.

Fotografia 4. Propozycje rozwiązań bezprzewodowych dla aplikacji IoT prezentowane przez firmę Atmel

62

061-065_targi.indd 62

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:45:23


Embedded World 2013: przegląd „gorących” nowości podzespołowych ryzują się bardzo dużą mocą obliczeniową (850 DMIPS przy taktowaniu 536 MHz) i jednocześnie niewielkim poborem mocy (do 200 mW). Jest to nowa kategoria mikroprocesorów na rynku, wywodząca się z  „dużych” układów przeznaczonych do stosowania w  aplikacjach multimedialnych, zoptymalizowana konstrukcyjnie i  pod względem wyposażenia pod kątem wymogów typowych aplikacji embedded. Wadą nowych mikroprocesorów są ich obudowy: obecnie są one dostępne wyłącznie w  obudowach BGA, a  Atmel – na razie – nie za-

deklarował wprowadzenia do produkcji wersji bardziej sprzyjających ich popularyzacji. Trendu IoT nie pominęła na swoim stoisku także firma Texas Instruments, która sporo miejsca przeznaczyła na prezentację różnego rodzaju systemów komunikacji bezprzewodowej, bazujących przede wszystkim na mikrokontrolerach MSP430 oraz transceiverach radiowych na pasma ISM (rekordy popularności bije pasmo 2,4 GHz) z oferty TI (fotografia 6). Interesującą nowość, mającą potencjał rynkowej mini-rewolucji, przedstawiła także firma FTDI Chip, producent niezwykle popularnych konwerterów USB/UART i podobnych. Firma oderwała się od swoich korzeni i podjęła próbę wprowadzenia na rynek układu o nazwie kodowej EVE (od Embedded Video Engine – fotografia 7) i symbolu katalogo-

Fotografia 6. Trendu IoT nie pominęła na swoim stoisku także firma Texas Instruments, która sporo miejsca przeznaczyła na prezentację różnego rodzaju systemów komunikacji bezprzewodowej, bazujących przede wszystkim na mikrokontrolerach MSP430 oraz transceiverach radiowych na pasma ISM

Fotografia 9. Jednoukładowy system akwizycji danych – 8-kanałowy układ ADAS3022 na płytce zestawu ewaluacyjnego

Fotografia 7. Firma FTDI oderwała się od swoich korzeni i podjęła próbę wprowadzenia na rynek układu o nazwie kodowej EVE

Rysunek 10. Zasada działania technologii komunikacji krótkiego zasięgu o nazwie BodyCom

Fotografia 8. Gorąca nowością w gronie podzespołów DSP były dwurdzeniowe procesory Blackfin ADSP-BF609

Fotografia 11. Firma Microchip sporo miejsca poświęciła prezentacji jednej z najlepszych znanych nam na rynku embedded ofert podzespołów do interfejsów sieciowych

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

061-065_targi.indd 63

63

2013-03-29 13:45:25


PODZESPOŁY wym FT800. Jest to niewielki (QFN48) układ spełniający rolę prostego sterownika graficznego dla systemów embedded, który komunikując się z systemem sterującym za pomocą magistrali SPI lub I2C samodzielnie obsłuży kolorowy wyświetlacz LCD (QVGA lub WQVGA), rezystancyjny ekran dotykowy oraz głośnik. Wbudowany koprocesor graficzny obsługuje widżety, z których użytkownik może budować własne, także animowane, obiekty graficzne, a dzięki wbudowanej w układ pamięci obrazu (o pojemności 256 kB) budowanie efektownych, parametryzowanych, graficznych interfejsów użytkownika. Jedna z największych potęg elektroniki analogowej – firma Analog Devices – skupiła się w tym roku na rozwinięciu i zaprezentowaniu możliwości procesorów DSP oraz specyficznych układów do torów

analogowych, przede wszystkim wzmacniaczy operacyjnych z galwaniczną separacją wejść i  wyjść, a  także przetworników A/C. Gorąca nowością w gronie podzespołów DSP były dwurdzeniowe procesory Blackfin ADSP-BF609, w których – poza dwoma rdzeniami stałoprzecinkowymi – zastosowano także procesor wizyjny PVP (Pipeline Video Processor – fotografia 8) oraz jednoukładowe systemy akwizycji danych, jak na przykład 8-kanałowy układ ADAS3022 (widoczny na płytce zestawu ewaluacyjnego na fotografii 9), który dzięki specjalnej technologii wykonania struktury może pracować z napięciami różnicowymi na wejściu o wartości do ±24 V. Innowacyjny pomysły zaprezentowała na swoim stoisku firma Microchip. Była to technologia komunikacji krótkiego zasięgu o  na-

Fotografia 12. Także firma STMicroelectronics przedstawiła na swoim stoisku systemy do komunikacji bezprzewodowej oraz nowe modele mikrokontrolerów STM32

Fotografia 15. Projekt wykonany przez studentów Uniwersytetu w Manachium – eCARus – prezentowany na stoisku Freescale

Fotografia 13. Atrakcją przyciągającą na stoisko firmy STM dużą liczbę zainteresowanych były zawody sportowe polegające na przejechaniu toru przeszkód zdalnie sterowanym pojazdem

Fotografia 14. Platformy do nauki przez zabawę na stoisku firmy Freescale

64

061-065_targi.indd 64

Fotografia 16. Infineon zatrudnił mikrokontrolery do sterowania manipulatorów wykonanych z klocków LEGO

Fotografia 17. Firma dystrybucyjna Avnet Memec udostępniła odwiedzającym specjalny manipulator pozwalający wybrać sobie maskotkę ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:45:29


Embedded World 2013: przegląd „gorących” nowości podzespołowych zespołów do interfejsów sieciowych (przewodowych i bezprzewodowych – fotografia  11), a  także oprogramowania umożliwiającego szybkie i wygodne budowanie interfejsów graficznych dla wszelkiego rodzaju urządzeń mikrokontrolerowych. Także firma STMicroelectronics przedstawiła na swoim stoisku systemy komunikacji bezprzewodowej, przy czym najwiekszy nacisk promocyjny położyła na dwuportowe pamięci EEPROM (z dwoma interfejsami komunikacyjnymi: I2C i RF) z serii M24LR oraz – co oczywiste – mikrokontrolery z  rodziny STM32 (fotografia  12). Atrakcją przyciągającą na stoisko firmy dużą liczbę zainteresowanych były zawody sportowe polegające na przejechaniu toru przeszkód zdalnie sterowanym pojazdem (fotografia  13), podczas których można było wygrać wybrany zestaw startowy z serii Discovery. Na rozrywkową komunikację z  odwiedzającymi targi postawiło wiele firm: firma Freescale zwracała uwagę na swoje opracowania za pomocą różnego rodzaju platform chodzących i jeżdżących (fotografia 14 i 15), Infineon zatrudnił mikrokontrolery do sterowania manipulatorów wykonanych z  klocków LEGO (fotografia  16), firma dystrybucyjna Avnet Memec udostępniła odwiedzającym specjalny manipulator pozwalający wybrać sobie maskotkę (fotografia 17), a Texas Instruments ściągał uwagę za pomocą miniatury rakiety kosmicznej odpalanej bezprzewodowo (fotografia 18)...

Słowo na koniec

Fotografia 18. Texas Instruments ściągał uwagę odwiedzających za pomocą miniatury rakiety kosmicznej odpalanej bezprzewodowo zwie BodyCom. Zasadę jej działania pokazano na rysunku 10 – ciało użytkownika spełnia w  tym systemie rolę anteny, co pozwala na skuteczny przesył danych pomiędzy miniaturowym urządzeniem trzymanym w  kieszeni a  stacjonarnym systemem komunikacyjnym (czytnikiem). Transfer danych jest dwukierunkowy, przesyłane dane mogą być szyfrowane za pomocą algorytmu AES-128 z „mechaniką” kryptograficzną, jak w systemie KeeLoq. Przygotowując swoich klientów do rzeczywistości „Internet of Things” firma Microchip sporo miejsca poświęciła także prezentacji jednej z  najlepszych znanych nam na rynku embedded ofert pod-

Przedstawione w artykule targowe premiery to zaledwie niewielki fragment oferty pokazanej przez producentów i dystrybutorów na Embedded World 2013. Wśród producentów mikrokontrolerów królował „duch” ARM, zaledwie kilka liczących się firm (m.in. Microchip i Renesas) prezentowało wyroby bez wbudowanego któregoś z rdzeni opracowanych przez tę firmę, ale trudno było pozbyć się przekonania, że homogenizacja rynku embedded czeka za progiem. Po okresie cyfrowego „zaczarowania” wiele firm (m.in. Texas Instruments, Microchip, Analog Devices) wraca i  to z  dużą energią, na rynek podzespołów analogowych, w  związku z  czym możemy spodziewać się w najbliższym czasie interesujących ruchów na rynku oraz w ofertach konkurujących ze sobą firm. Podsumowując: interesujące miejsce do spotkania z  awangardą współczesnej elektroniki podzespołowej, szkoda tylko, że nas tak tam mało...

Piotr Zbysiński, EP

REKLAMA

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

061-065_targi.indd 65

65

2013-03-29 13:45:33


NOTATNIK KONSTRUKTORA

STM32L/STM8L Power Consumption Calculator Kalkulator poboru mocy dla energooszczędnych mikrokontrolerów z oferty STMicroelectronics Współczesne aplikacje zazwyczaj stawiają mikrokontrolerom sprzeczne wymagania: ich wydajność musi być bardzo duża, a  pobór mocy intensywnie podążać w  kierunku 0… Dlatego każdy szanujący się producent mikrokontrolerów ma swojej ofercie rozwiązania bazujące na 32-bitowych rdzeniach, wyposażone w  coraz bardziej skuteczne mechanizmy oszczędzania energii.

Firma STMicroelectronics – o czym doskonale wiedzą uważni Czytelnicy EP – także intensywnie rozwija energooszczędne linie swoich mikrokontrolerów, oferując konstruktorom dwie rodziny: 8-bitowych STM8L oraz 32-bitowych mikrokontrolerów z  rdzeniem Cortex-M3 (@32 MHz) – STM32L. Ta druga jest intensywnie rozwijana przez producenta, w  ostatnich dniach pojawiła się nowa podrodzina mikrokontrolerów STM32L nazwana Value Line (piszemy o  nich na stronie 68), która zgodnie z nazwą jest nie tylko energooszczędna, ale

Rysunek 1. Główne okno tego programu PCC

66

066-067_st2.indd 66

także zoptymalizowana konstrukcyjnie pod kątem zminimalizowania drugiego istotnego parametru – ceny zakupu. Jednym z rozwiązań technicznych, mających na celu obniżenie poboru mocy, jakie zaimplementowano w  mikrokontrolerach STM32, są peryferia włączane dynamicznie w  zależności od aktualnych wymogów aplikacji. Kolejnym rozwiązaniem jest możliwość zmiany wartości napięcia zasilającego mikrokontroler, a  także częstotliwość taktowania CPU i pozostałych bloków peryferyjnych.

Te rozwiązania – jakkolwiek skutecznie wspomagające ograniczanie poboru mocy - zaburzają łatwość oszacowania wynikowego poboru mocy przez działający mikrokontroler, a także jego realną moc obliczeniową, bo ta zależy od częstotliwości taktowania, prędkości „budzenia” bloków peryferyjnych oraz czasom wchodzenia i wybudzania z trybów obniżonego ponoru mocy CPU. Z  myślą o  konstruktorach chcących przybliżyć się do realnych liczb przed podjęciem prac konstrukcyjnych, firma

Rysunek 2. Wybór typu ogniwa zasilającego ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:45:55


Kalkulator poboru mocy dla energooszczędnych mikrokontrolerów

Rysunek 3. Okno konfigurowania cyklu pracy mikrokontrolera

Rysunek 4. Graf ilustrujący zmiany natężenia pobieranego prądu

mających wpływ na długość życia ogniwa ma przydatnych w definiowaniu dłużSTMicroelectronics przygotowała prozasilającego. Dzięki temu można z dobrym szych sekwencji narzędzi typu powtórz stą w  obsłudze aplikację o  nazwie Power przybliżeniem oszacować realne warunkrok, co zmusza użytkownika do defiConsumption Calculator (PCC), za pomocą ki funkcjonowania systemu, optymalizuniowania całego cyklu krok-po-kroku, której można uzyskać dokładne dane o najjąc zarówno sposób i  źródło zasilania, jak • po zdefiniowaniu wszystkich kroków ważniejszych parametrach działania eneri modyfikować oprogramowanie mikrokonopisujących realizacje zadanego przez gooszczędnej platformy sprzętowej bazujątrolera balansując pomiędzy wymaganą nas algorytmu, możemy wyświetlić graf cej na mikrokontrolerach z rodziny STM8L prędkością wykonywania programu i  poilustrujący zmiany natężenie prądu polub STM32L. borem energii. bieranego przez mikrokontroler podczas Działanie tego programu zostało poAlternatywnym do PCC narzędziem każdego kroku sekwencji (rysunek  4), dzielone na logicznie uzasadnione etapy: o  podobnej funkcjonalności (i  – co ważne program oblicza także średnią wartość • po uruchomieniu PCC wyświetla się – bogatszych bibliotekach!) jest planowanatężenia pobieranego prądu, średnią główne okno tego programu (rysuny do publicznego udostępnienia pakiet wydajność obliczeniową mikrokontrolenek 1), w którym należy wybrać rodziMicroXplorer nowej generacji (rysunek 5), ra w DMIPS oraz szacuje czas działania nę ewaluowanych mikrokontrolerów w  którym kalkulator PCC zostanie zintewybranego ogniwa zasilającego. (spośród STM8 i  STM32), następnie growany z  dotychczas stosowanym konfiPrezentowany kalkulator pozwala na podrodzinę (obecnie dostępne są wyguratorem linii GPIO. uwzględnienie w  obliczeniach dodatkołącznie STM8L i  STM32L), w  kolejwych, zewnętrznych obciążeń prądowych, nym kroku wybieramy typ docelowego Andrzej Gawryluk mikrokontrolera (w  przypadku STM32L dostępne są wszystkie typy STM32L15x), • następnie ustalamy typ ogniwa zasilającego (lista zawiera kilkanaście typów standardowych ogniw chemicznych różnego rodzaju), jak pokazano na rysunku  2. Szacowanie poboru energii w aktualnie dostępnej wersji PCC odbywa się dla temperatury otoczenia wynoszącej +25oC i  przy napięciu maksymalnym, dopuszczalnym dla danego typu mikrokontrolera, wartości tych parametrów nie dają się modyfikować, • po zatwierdzeniu konfiguracji sprzętowej przechodzimy do okna konfiguracji cyklu pracy mikrokontrolera (rysunek  3), w  którym zadajemy czas trwania danego kroku, definiujemy sposób i  częstotliwość taktowania CPU, aktywne peryferia, konfigurację pamięci programu itp. parametry mające wpływ na pobór prądu. Edytor jest dość wygodny w  obsłudze, ale nie Rysunek 5. Planowany do udostępnienia pakiet MicroXplorer ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

066-067_st2.indd 67

67

2013-03-29 13:45:55


PODZESPOŁY

STM32L Value Line: nowe mikrokontrolery low-power w rodzinie STM32 Ekspansja mikrokontrolerów STM32 nie ustaje, czego dajemy kolejny przykład: w  ostatnich dniach lutego firma STMicroelectronics wprowadziła na rynek nowe modele mikrokontrolerów, tym razem uzupełniające energooszczędną rodzinę STM32L. Mikrokontrolery STM32L1 są dostępne na rynku od dłuższego już czasu, w skład tej grupy wchodziły do niedawna trzy podrodziny, których najważniejsze elementy wyposażenia pokazano – w zestawieniu z pozostałymi rodzinami STM32 – na rysunku 1: • STM32L151 – mikrokontrolery wyposażone tak samo jak mikrokontrolery

z grupy STM32L152, bez wbudowanego wewnętrznego kontrolera LCD, • STM32L152 – odpowiedniki mikrokontrolerów STM32L151 z  wbudowanym kontrolerem segmentowych LCD, • STM32L162 – odpowiedniki mikrokontrolerów STM32L152 z  wbudowanym koprocesorem kryptograficznym.

Tak było dotychczas Już w założeniach koncepcyjnych mikrokontrolery STM32L optymalizowano konstrukcyjnie i  technologicznie pod kątem aplikacji wymagających minimalizacji poboru energii. Zastosowanie do produkcji mikrokontrolerów z  rodziny STM32L technologii o  wymiarze charakterystycznym 130 nm pozwoliło na obniżenie napięcia zasilającego do wartości 1,65 V, przy czym mikrokontrolery mogą pracować w urządzeniach zasilanych napięciem do 3,6 V – zakres dopuszczalnych napięć zasilających pozwala bardzo efektywnie wykorzystać dynamikę regenerowalnych ogniw zasilających.

Rysunek 1. Elementy wyposażenia STM32L

68

068-070_st1.indd 68

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:47:10


STM32L Value Line: nowe mikrokontrolery low-power w rodzinie STM32

Fotografia 2. Zestaw ewaluacyjny STM32L-Discovery Technologia półprzewodnikowa zastosowana do produkcji mikrokontrolerów STM32 zapewnia minimalizację prądów pasożytniczych, dzięki czemu pobór prądu przez mikrokontroler w stanie spoczynku (standby) nie przekracza 0,3  mA, a  w  stanie stop nie przekracza 0,57  mA  (obydwie wartości @3,6  V). Tak dobre wyniki osiągnięto m.in. dzięki zastosowaniu zaawansowanego systemu taktowania bloków peryferyjnych, co jest rozwiązaniem wprowadzonym na rynek wraz z mikrokontrolerami wyposażonymi w rdzenie z rodziny Cortex-M. Możliwość indywidualnego włączania i  wyłączania sygnałów taktujących bloki peryferyjne, a także możliwość doboru częstotliwości tych sygnałów powodują (w  technologii CMOS natężenie pobieranego prądu jest zależne od częstotliwości przełączania tranzystorów), że projektant ma duży wpływ na sposób wykorzystania w tworzonej aplikacji wewnętrznych bloków peryferyjnych i w wyniku tego na pobór mocy przez mikrokontroler podczas pracy. Ograniczenie poboru mocy w mikrokontrolerach STM32L uzyskano także dzięki możliwości różnicowania wartości napięcia zasilającego rdzeń w zależności od wykonywanego zadania, co wiąże się także z  maksymalną częstotliwością taktowania CPU. Pozwala to na przykład gromadzić dane za pomocą przetwornika A/C z rdzeniem zasilanym napięciem 1,2 V, taktowanym sygnałem ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

068-070_st1.indd 69

zegarowym o częstotliwości 1  MHz i  następnie – po przełączeniu napięcia zasilającego rdzeń na 1,8  V, zwiększeniu napięcia zasilającego rdzeń i  włączeniu taktowania interfejsu USB – wysłanie w krótkim czasie niezbędnych danych do współpracującego komputera. W  chwili wprowadzenia na rynek mikrokontrolery STM32L były wyposażane w pamięć Flash o pojemności 64 lub 128 kB, obecnie dostępne są wersje z  pamięciami Flash o pojemności od 32 kB do 384 kB (przy tej pojemności dual-bank) i  pamięcią RAM od 10  kB do 48  kB (zamiast 10/16  kB dostępnych w  pierwszych mikrokontrolerach STM32L). Zawartość pamięci programu jest z chroniona za pomocą bloków sprzętowych MPU (Memory Protection Unit – mechanizm przydatny przy współdzieleniu pamięci przez różne zadania realizowane przez CPU) oraz ECC (Error Correction Code – chroni mikrokontroler przed wykonywaniem błędnych kodów w  przypadku uszkodzenia Flash). Działanie mechanizmów ECC wspiera wysoką trwałość pamięci Flash, która według danych producenta może być kasowana aż 10000 razy. Standardowym wyposażeniem mikrokontrolerów STM32L jest także pamięć EEPROM o  pojemności 4  kB, której zawartość także chroniona za pomocą bloku ECC. Żywotność tej pamięci producent określa na 300000 cykli kasowanie/zapis każdego 128-bitowego bloku. Pomocne dla programistów piszących „energooszczędne” programy dla STM32L są specyficzne bloki peryferyjne, różniące się od stosowanych w klasycznych wersjach STM32: • 12-bitowy przetwornik A/C potrafiący funkcjonować bez konieczności interwencji CPU, samoczynnie obsługujący tryb pomiaru burst, • wybudzający rdzeń interfejs USART z  mechanizmem ochrony danych – bit wybudzający CPU nie jest tracony podczas transmisji, • komparatory analogowe, pozostające w stanie aktywności we wszystkich trybach oszczędzania energii – można je wykorzystać do „budzenia” mikrokontrolera w  chwili zmiany wartości monitorowanego napięcia, • samodzielny sterownik LCD (wyłącznie w  STM32L152) zintegrowany z  generatorem napięcia polaryzującego sterowaną matrycę LCD o  wymiarach do 8×40 segmentów, • zegar RTC zaprojektowany w  sposób sprzeczny ze współczesnymi teoriami obowiązującymi w  projektowaniu rozbudowanych systemów cyfrowych, dzięki czemu pobiera podczas pracy poniżej 1 mA. W  skład standardowego wyposażenia mikrokontrolerów STM32L wchodzi – w za-

leżności od typu – sześć lub osiem timerów, po dwa lub trzy interfejsy SPI i I2C, trzy lub pięć USART-ów, jeden kanał USB device, dwa komparatory analogowe, 12-bitowy przetwornik A/C (od 16 do 40 multipleksowanych kanałów wejściowych), dwa 12-bitowe przetworniki C/A  z  wyjściami napięciowymi, a  także interfejsy umożliwiające sterowanie segmentowymi LCD – te ostanie są dostępne wyłącznie w mikrokontrolerach STM32L152 oraz STM32L162. Mikrokontrolery STM32L162 wyposażono dodatkowo w  koprocesor kryptograficzny realizujący algorytm AES128 w trybach ECB (Electronic CodeBook), CBC (Cypher Block Chaining) oraz CTR (Counter Mode). Ważnym elementem wyposażenia prezentowanych mikrokontrolerów są wbudowane w  bloki GPIO komórki sensorów pojemnościowych, które można wykorzystać do budowy klawiatur i  nastawników bezstykowych. Ich implementację ułatwiają przykłady i biblioteka STM32 Touch Sensing Library udostępniona bezpłatnie przez firmę STMicroelectronics. W zależności od rodzaju obudowy, liczba dostępnych GPIO mieści się w przedziale od 36 do 114. Producent zadbał o  kompatybilność rozmieszczenia wyprowadzeń i  większości możliwości funkcjonalnych bloków peryferyjnych mikrokontrolerów STM32L z klasycznymi STM32, montowanymi w takich samych obudowach (STM32L są oferowane w: LQFP/VFQFN48, LQFP/BGA64 i  LQFP/BGA100, LQFP144 oraz BGA132), dzięki czemu konstruktorzy mogą dostosować wydajność obliczeniową i  pobór mocy przez mikrokontroler do wymogów aplikacji bez konieczności modyfikacji płytki drukowanej. Niebagatelną pomocą dla programistów tworzących aplikacje dla mikrokontrolerów STM32L jest duża liczba predefiniowanych trybów oszczędzania energii, które powodują pewne ograniczenia wydajności lub funkcjonalności mikrokontrolera, pozwalając w  zamian ograniczyć pobór energii. W  każdym z  wymienionych przypadków programista tworzący aplikację musi mieć świadomość możliwości tkwiących w  mechanizmach oszczędzania energii „zaszytych” w STM32L, ale – zapewne – w niedługim czasie pojawią się narzędzia programistyczne wspomagające pisanie aplikacji na platformy energooszczędne, które wskażą programiście sposoby zoptymalizowania energetycznego pisanego programu.

Nowość w STM32L: Value Line Nowością w  podrodzinie STM32L są mikrokontrolery tworzące Value Line, czyli energooszczędne układy o  uproszczonym wyposażeniu i obniżonej przez to cenie oraz dodatkowo zredukowanym poborem mocy. Nowe mikrokontrolery oznaczono symbo-

69

2013-03-29 13:47:10


PODZESPOŁY

Fotografia 3. Zestaw ewaluacyjny M24LRDiscovery lem STM32L100, są dostępne w obudowach QFN48 oraz LQFP64. Pojemność wbudowanej pamięci Flash wynosi 32/64/128  kB (w zależności od typu), a pamięci RAM (odpowiednio): 4/8/10 kB. Standardowym wyposażeniem nowych układów jest wbudowany blok MPU (Memory Protection Unit), 8 interfejsów komunikacyjnych: USB2.0, 3×USART, 2×SPI, 2×I2C, łącznie 10 timerów, 12-bitowe przetworniki

A/C i C/A, komparatory analogowe o zminimalizowanym poborze mocy, a także kontroler segmentowych wyświetlaczy LCD (o  organizacji 4×16, 4×32 lub 8×28). Zakres dopuszczalnych napięć zasilających mikrokontrolery Value Line jest nieco węższy niż dotychczas produkowanych STM32L i  wynosi 1,8…3,6  VDC (vs 1,65…3,6 VDC), podobnie jest zakresem dopuszczalnych temperatur otoczenia podczas pracy: –40…+85oC (vs –40…+105oC). Producent zrezygnował z wyposażania nowych mikrokontrolerów w  niektóre wyrafinowane bloki peryferyjne znane z „klasycznych” STM32L – jak choćby koprocesor kryptograficzny, czy wewnętrzny czujnik temperatury, a  linie GPIO pozbawiono interfejsów umożliwiających bezpośrednią implementację na nich nastawników pojemnościowych. Nowe mikrokontrolery nie mają ponadto indywidualnego znacznika ID, zmniejszono także pojemność zestawu rejestrów Backup-RAM z 80 do 20 bajtów. Uproszczenia nie odbijają się negatywnie na funkcjonalności mikrokontrolerów, których podstawowym obszarem aplikacyjnym są tanie urządzenia zasilane bateryjnie zwłaszcza, że obsługują one aż 7 trybów oszczędzania energii. Kolejnym uproszczeniem (wynikającym z prostszych – czyli tańszych – testów) zastosowanym w  STM32L Value Line jest mniejsza, niż miało to miejsce w przypadku „klasycznych” STM32L, dokładność i stabilność częstotliwości generatorów taktujące HSI i MSI (w Value Line ±10%). Producent prezentowanych mikrokontrolerów ograni-

czył także dopuszczalną katalogowo liczbę kasowań pamięci Flash (z 10000 razy do 1000 razy), a  także gwarantowana jej trwałość (z 30 lat @+85oC do 20 lat @+85oC). Podobne – katalogowe! – ograniczenie dotknęło pamięci EEPROM, której zawartość w  mikrokontrolerach STM32L Value Line może być modyfikowana do 100000 razy (zamiast 300000 dopuszczonych w STM32L). Poważną zaletą mikrokontrolerów STM32L Value Line jest ich fizyczna i logiczna zgodność z  mikrokontrolerami STM32L w  takich samych obudowach, co w  wielu przypadkach pozwala zmniejszyć koszt realizacji aplikacji bez konieczności przebudowy płytki drukowanej lub innych elementów sprzętowych urządzenia.

Koszt niskiej ceny Ze względu na chęć zminimalizowania cen mikrokontrolerów STM32L Value Line, producent zrezygnował z opracowywania dla nich zestawu typu DISCOVERY, nie będą także wdrażane inne zestawy uruchomieniowe dla tych mikrokontrolerów. Jest to działanie usprawiedliwione ze względu na ich kompatybilność ze standardowymi wersjami STM32L, dla których firma STMicroelectronics przygotowała dwa tanie zestawy: STM32L-Discovery (fotografia  2) oraz M24LR-Discovery (fotografia  3) – ten drugi służy także do pokazania możliwości dwuportowych (I2C i RF) pamięci EEPROM z serii M24LR.

Andrzej Gawryluk

REKLAMA

70

068-070_st1.indd 70

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:47:10


Projektowanie płytek obwodów drukowanych zgodnie z wymaganiami EMC i ESD NOTATNIK KONSTRUKTORA

Projektowanie płytek obwodów drukowanych zgodnie z wymaganiami EMC i ESD Rozwój systemów elektronicznych w  kierunku coraz większej skali integracji, szybkości, energooszczędności doprowadził do zwiększenia ich wrażliwości na zakłócenia elektromagnetyczne. Źródłem tych zakłóceń jest zarówno środowisko zewnętrzne, jak i  sam układ. Konstruktor może wyeliminować szum elektromagnetyczny pochodzący z  wnętrza systemu, który projektuje. Niestety, ale poza jego zasięgiem są fale elektromagnetyczne o  pochodzeniu zewnętrznym. W  tym przypadku należy się skupić na zwiększeniu odporności projektowanego systemu na ich wpływ. Szeroko rozpowszechniona i  coraz bardziej zaawansowana technologia CMOS i  TTL, która stanowi bazę dla produkcji nowoczesnych układów elektronicznych, jest bardzo wrażliwa na wyładowania elektrostatyczne, określane też mianem zdarzeń ESD. Powodem powstania wyładowania jest utworzenie się wysokiej różnicy potencjałów w wyniku nagromadzenia się ładunku elektrostatycznego (napięcie, przy którym dojdzie do wyładowania może nawet osiągnąć wartości kilkunastu kV). Oprócz uszkodzenia wrażliwego przyrządu, nastąpi przepływ prądu o  wysokim natężeniu i  częstotliwości. Zdarzenie ESD wygeneruje niechcianą falę elektromagnetyczną, która może być źródłem interferencji elektromagnetycznej (EMI).

Indukcja elektromagnetyczna – trochę teorii U podstaw problemów z  kompatybilnością elektromagnetyczną (EMC) stoi zjawisko zwane indukcją elektromagnetyczną. Polega ono na powstaniu siły elektromotorycznej SEM (i w konsekwencji przepływu ładunku) w przewodniku znajdującym się w zmiennym strumieniu indukcji pola elektromagnetycznego FB. Wielkość tej siły definiuje prawo indukcji elektromagnetycznej Faraday’a: (1), gdzie: SEM – wyindukowana w  przewodniku siła elektromagnetyczna. Jej jednostką jest wolt [V]; FB – strumień indukcji magnetycznej przepływający przez powierzchnię ograniczoną przewodnikiem; – ten człon oznacza szybkość zmian strumienia pola elektromagnetycznego. ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

071-074_poradnik-emc.indd 71

Wzór (1), nam elektronikom, może wydawać się nieco „mało atrakcyjny”. Jednakże przedstawienie prawa Faraday’a w  postaci całki (2), może już nam powiedzieć całkiem sporo. (2), gdzie: I – prąd który przepłynie przez przewodnik o długości l i oporze R; R – opór przewodnika; – ten człon oznacza szybkość zmian; B – indukcja pola magnetycznego; S – powierzchnia ograniczona przez przewodnik o długości l; dS – nieskończenie mały wycinek powierzchni S. Na podstawie wzoru (2) można zauważyć, że natężenie wyindukowanego prądu jest wprost proporcjonalne do: • indukcji pola magnetycznego oraz szybkości, z którą się ono zmienia, • powierzchni, jaką ogranicza przewodnik, a więc i długości przewodnika. Żeby zminimalizować natężenie wyindukowanego prądu, który mógłby negatywnie wpłynąć na funkcjonowanie projektowanego systemu, należałoby więc utrzymać na jak najniższym poziomie wartość indukcji pola magnetycznego i częstotliwość jego zmian oraz unikać tworzenia dużych pętli prądowych. Jednoczenie należy zwrócić uwagę na fakt, że pole magnetyczne nie tylko dociera ze świata zewnętrznego do projektowanego układu, ale jest również w nim wytwarzane. Zgodnie z  prawem Ampère’a, wokół przewodnika, w  którym płynie prąd o  stałym natężeniu  I, jest wytwarzane stałe pole magnetyczne o  wartości indukcji magnetycznej B (3). (3),

gdzie: B – indukcja magnetyczna wytworzonego pola magnetycznego; dl – nieskończenie mały odcinek linii całkowania C; m – przenikalność magnetyczna ośrodka, w którym rozchodzi się pole magnetyczne; I – natężenie prądu objętego linią całkowania C, który wytwarza pole magnetyczne. Jeżeli natężenie płynącego przez przewodnik prądu będzie ulegało zmianom, zmieniać się również będzie wartość indukcji pola magnetycznego B. Wynika z tego, że sposobem na uzyskanie pola magnetycznego o jak najmniejszej częstotliwości i indukcji magnetycznej, jest operowanie w zakresie jak najmniejszych natężeń prądów i jak najniższych częstotliwości. Optymalizacja oporu ścieżki  R pod kątem zmniejszenia natężenia wyindukowanego prądu jest nieuzasadniona. Poprzez zwiększenie rezystancji ścieżek pogorszymy również parametry propagacji sygnałów pożądanych.

Źródła niechcianego pola elektromagnetycznego Jak już wcześniej wspomniałem, źródła szumu elektromagnetycznego mogą znajdować się zarówno w projektowanym systemie, jak i poza jego granicami. Ogólna zasada mówi, że należy rozpocząć odszumianie jak najbliżej miejsca powstawania szumów i jak najdalej od wrażliwych części systemu. Aby tego dokonać, konstruktor musi wiedzieć gdzie należy rozpocząć poszukiwania owych źródeł. Zakłócenia są generowane w układzie zazwyczaj przez: • źródła sygnałów szybkozmiennych, np. mikrokontroler, oscylator, zasilacz impulsowe, zdarzenie ESD, • układy pobierające duże ilości prądu, np. wzmacniacz audio, silnik elektryczny, • przewody i  ścieżki, którymi prowadzony jest prąd o dużym natężeniu, i/albo o wysokiej częstotliwości, • przewody, ścieżki, pola, których wymiary odpowiadają całkowitym wielokrotnościom: l/20, l/4, l/2 prowadzonej fali, • ścieżki tworzące pętle (działają podobnie do anteny ramowej), • niepoprawnie umieszczone, długie przewody (zazwyczaj formują antenę dipolową), • miejsca przerwania powierzchni masy (działają podobnie do anten szczelinowych),

71

2013-03-29 13:47:28


NOTATNIK KONSTRUKTORA

Rysunek 1. Ścieżki prądów zwrotnych dla sygnałów o wysokich i niskich częstotliwościach • placki miedzi o  niezdefiniowanym potencjale (mają one skłonność do magazynowania i odbijania energii). W  przypadku wymienionych źródeł możliwe jest ich usunięcie bądź podjęcie działań mających na celu zmniejszenie ilości generowanych przez nie zaburzeń. Niestety, z szumami elektromagnetycznymi pochodzącymi spoza układu trzeba radzić sobie w odmienny sposób. Nie jest możliwe wyeliminowanie ich źródła ani też zmniejszenie jego emisyjności, zatem projektowany system musi być na nie odporny. Na początek należy zdefiniować środowisko elektromagnetyczne, w którym projektowany system będzie pracował i następnie dostosować go do niego. Redukcja zakłóceń powinna rozpocząć się już na etapie linii wejściowych/wyjściowych systemu oraz kabli zasilających. Jeżeli wraz z  systemem dostarczamy okablowanie (tj. z monitorem VGA) można już za ich pomocą rozpocząć proces odszumiania. Typowymi strategiami redukcji zakłóceń pochodzenia zewnętrznego są: • używanie jak najkrótszych kabli zasilających i sygnałowych, • stosowanie kabli ekranowanych lub skrętek, • umieszczanie na okablowaniu koralików ferrytowych, • użycie szczelnego ekranu w  celu zmniejszenia dochodzącego do systemu (bądź

tylko do wrażliwego podsystemu) promieniowania elektromagnetycznego.

Strategie eliminowania zaburzeń EMI Działania mające na celu redukcję kłopotów związanych z interferencją elektromagnetyczną powinno rozpocząć się na jak najwcześniejszym etapie projektu. W  późniejszych fazach rozwiązywanie pojawiających się problemów z EMC będzie trudniejsze, droższe albo często niemożliwe. Warto zainwestować już na samym początku wykonywania systemu elektronicznego nieco czasu i środków w stworzenie urządzenia, które będzie bezawaryjnie funkcjonowało w  określonym środowisku elektromagnetycznym, nie zakłócając jednocześnie pracy innych sprzętów w nim się znajdujących. Wykonanie i  umieszczenie masy na płytkach n-warstwowych. Bardzo istotne w walce z  szumami elektromagnetycznymi jest prawidłowe wykonanie płaszczyzny masy. W  wielu projektach płaszczyzna masy jest utworzona przez przypadkowo połączone placki miedzi, znajdujące się w miejscach, w których nie zostały poprowadzone żadne inne ścieżki. Tak wykonana masa nie spełnia swojej roli. Głównym zadaniem masy jest odprowadzanie prądów zwrotnych. Przepływ jakiegokolwiek rodzaju sygnału (nieważne, czy jest to zasilanie, szum, czy sygnał zegarowy) spowo-

Rysunek 2. Ułożenie warstw w płytkach 4-warstowych. Jest pożądane, aby warstwy sygnałowe były jak najbliżej płaszczyzny masy bądź zasilania

72

071-074_poradnik-emc.indd 72

duje powstanie prądu zwrotnego, płynącego w kierunku źródła sygnału. Takie zachowanie jest związane z tym, że prąd płynie w zamkniętych pętlach. Wymuszenie przepływu sygnału ze źródła do odbiornika spowoduje powstanie prądu płynącego w  odwrotnym kierunku (rysunek  1). Prąd zwrotny będzie zawsze biegł drogą o  najmniejszej impedancji. W  przypadku niskich częstotliwości (poniżej 1  MHz) część urojona impedancji (reaktancja) będzie miała niewielki wpływ na moduł impedancji. Można powiedzieć, że prąd zwrotny o  niskiej częstotliwości będzie biegł ścieżką o najmniejszej rezystancji. W przypadku sygnałów o wysokich częstotliwościach reaktancja będzie miała duży wpływ na moduł impedancji. Prąd zwrotny o wysokiej częstotliwości będzie biegł ścieżką o najmniejszej impedancji. Droga prądu powrotnego będzie biegła tuż pod ścieżka prowadzącą sygnał pierwotny. Złe zaprojektowanie ścieżki dla prądu zwrotnego może doprowadzić do utworzenia dużej pętli prądowej, mającej tendencje do zbierania szumu elektromagnetycznego oraz do jego generacji. Należy też zwrócić uwagę na fakt, że ścieżki dla wolnych przebiegów analogowych i szybkich cyfrowych będą wyglądały inaczej. Wniosek z tego jest prosty: skoro są inne, to nie będą się zakłócać. W  związku z  powyższym, przynajmniej jedna warstwa powinna zostać w  całości poświęcona na płaszczyznę masy. Wszelkie nieciągłości w  płaszczyźnie masy mogą spowodować zakłócenie ścieżek prądów zwrotnych. Z tego właśnie powodu niekorzystne jest dzielenie masy. Poprowadzenie sygnału o wysokiej częstotliwości nad granicą między powierzchniami masy może doprowadzić do powstania dużej pętli prądowej. Jeżeli podział mas jest niezbędny, to należy dokładnie zbadać czy nie zostaną zakłócone ścieżki prądów zwrotnych. W  wypadku prowadzenia linii sygnałowych między masami, muszą one przebiegać nad mostkiem łączącym obie masy. W płytkach wielowarstowych (gdzie liczba warstw jest większa od dwóch) przynajmniej jedna warstwa powinna być przeznaczona na płaszczyznę masy. Każda z  warstw sygnałowych musi znajdować się w sąsiedztwie płaszczyzny masy, ewentualnie płaszczyzny zasilania, w  celu zapewnienia niskoimpedancyjnej ścieżki prądu zwrotnego. W  przypadku płytek 4-warstowych najlepiej, aby płaszczyzna masy znajdowała się na jednej z  wewnętrznych warstw (rysunek  2). Drugą, wewnętrzną warstwę warto w  całości przeznaczyć na płaszczyznę zasilającą. Sprawi to, że pomiędzy nimi utworzony zostanie kondensator odsprzęgający warstwę zasilającą. Dodatkowo, w  celu zmniejszenia oddziaływania elektromagnetycznego między warstwami sygnałowymi warto, aby ścieżki na sąsiednich warstwach przebiegały względem siebie pod kątem prostym. Możliwym rozwiązaniem jest również utworzenie płaszczyzn masy na dwóch zewnętrznych warstwach, oraz rozprowadzenie ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:47:28


Projektowanie płytek obwodów drukowanych zgodnie z wymaganiami EMC i ESD ścieżek sygnałowych i zasilania na wewnętrznych. To rozwiązanie jest gorsze od poprzedniego, ponieważ sprawia, że wprowadzenie jakichkolwiek zmian w projekcie mozaiki połączeń jest trudniejsze. Dodatkowo, jeżeli na płytce mają się znaleźć elementy dyskretne, to muszą zostać umieszczone na zewnętrznej warstwie, więc ciągłość jednej z płaszczyzn zostanie naruszona. Wpłynie to niekorzystnie na jej właściwości. Podobnie należy postąpić przy wykonywaniu projektu płytki 6-warstwowej (rysunek  3). Jedyną różnicą jest niemożność umieszczenia w  bezpośrednim sąsiedztwie warstwy zasilającej i  masy, a  więc utrata niskoimpedancyjnego połączenia między nimi. Można to łatwo zrekompensować dodając pomiędzy nimi kondensatory ceramiczne o  niewielkiej pojemności. Tutaj dojdzie do sytuacji, w  której dwie warstwy sygnałowe będą ze sobą sąsiadowały. Należy tutaj bezwzględnie trzymać się zasady, aby ścieżki na danej warstwie były prowadzone prostopadle względem ścieżek biegnących na sąsiedniej warstwie sygnałowej. Płaszczyzny masy i zasilania powinny oddzielać od siebie warstwy, na których prowadzone są szybkie sygnały cyfrowe od warstw z wrażliwymi sygnałami analogowymi. Najtrudniejsze do zaprojektowania pod względem EMC są jednak systemy oparte na płytkach 1- i 2-warstwowych. O ile w pierwszym wypadku nie zawsze można sobie pozwolić na poświęcenie jednej warstwy na powierzchnie masy, to już w  drugim jest to w  ogóle niemożliwe. Projektując urządzenie elektroniczne na płytce 1-warstwowej można bardzo łatwo utworzyć dużą pętlę prądu zwrotnego. Ten problem może zostać rozwiązany poprzez użycie przelotek czy dodatkowych przewodów. Co prawda tak wykonany „pająk” nie będzie zbyt estetyczny, ale nie o to tutaj chodzi. Najlepszym rozwiązaniem jest przeniesienie tego projektu na płytkę 2-warstwową i  przeznaczenie jednej warstwy na masę. Wzrost kosztów produkcji będzie niewielki, a poprawa parametrów znaczna. Wróćmy do płytek 2-warstwowych. Nie zawsze można pozwolić sobie na poświęcenie całej powierzchni na masę, ale jest na to lekarstwo. Nazywa się ono: siatką masy. Nie jest ona tak dobra, jak ciągła płaszczyzna masy, ale zawsze jest dużo lepsza niż jej brak i  rozprowadzenie masy ścieżkami. Ważnym parametrem siatki masy jest wielkość oczek oraz szerokość ścieżek ją tworzących. Od nich zależy jej indukcyjność (im mniejsza, tym lepiej). Ścieżki powinny być jak najszersze, a oczka jak najmniejsze. Generalnie oczka nie powinny być większe niż 8  mm. Idealna siatka masy jest utworzono ze ścieżek ułożonych poziomo na jednej warstwie i  pionowo na drugiej (między nimi jest zachowany kąt prosty). W  obrębie warstwy, ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

071-074_poradnik-emc.indd 73

Rysunek 3. Ułożenie warstw na płytkach 6-warstowych ścieżki masy powinny być do siebie równoległe. W miejscach skrzyżowania ścieżek masy, będących na sąsiednich warstwach należy umieścić przelotki. W  celu obniżenia impedancji połączenia, można tam też umieścić kondensator odsprzęgający. Po przygotowaniu siatki można przystąpić do umieszczenia na płytce elementów oraz rozprowadzić ścieżki zasilania i sygnałowe. Nie można usuwać segmentów siatki masy. Jeżeli w  miejscu jego występowania chcielibyśmy umieścić ścieżkę albo element, musimy oczko przenieść na drugą stronę płytki. Przelotki można usunąć, jeżeli nie są potrzebne. W ten sam sposób można wykonać również siatkę zasilania. Należy wtedy ścieżki zasilania prowadzić równolegle do ścieżek masy, w  celu zapewnienia niskoimpedancyjnego połączenia między nimi(zwierającego sygnały szybkozmienne). Oprócz utworzenia płaszczyzny masy, konieczne jest również umieszczenie ścieżek oraz pól masy na warstwie/warstwach sygnałowych. Ich zadaniem jest zapobiegnięcie rozprzestrzeniania się szumu elektromagnetycznego o wysokiej częstotliwości na sąsiednie ścieżki i  elementy. Prowadząc ścieżkę masy warto trzymać się zasady, aby stosunek jej długości do szerokości był co najwyżej jak 10:1 (jeżeli będzie wyższy, należy dodać kolejne przelotki łączące ją z  płaszczyzną masy) oraz aby na obu jej końcach znajdowały się przelotki łączące ją z płaszczyzną masy. Ścieżki masy powinny: • być umieszczone pomiędzy ścieżkami prowadzącymi sygnały szybko zmienne, a pozostałymi ( w tym zasilania) w celu zapobiegnięcia wyindukowaniu niechcianego prądu na innych liniach; • warto umieszczać linie masy w sąsiedztwie linii prowadzących sygnały krytyczne (tj. mocno szumiące, bądź bardzo wrażliwe) i zasilanie; • w  przypadku tworzenia magistrali cyfrowej, w sąsiedztwie masy powinno się znajdować co najwyżej 8 linii, w bezpośrednim sąsiedztwie najlepiej aby znajdowała się linia odpowiedzialna za przesyłanie sygnału zegarowego, bądź stanu najmłodszego bitu adresu/danych. Powo-

dem tego jest to, że stan tej linii zmienia się z największą częstotliwością, a  więc generuje ona najwięcej szumu. W  celu zmniejszenia emisyjności układów wysokoszumnych (np. oscylatorów, układów cyfrowych) zaleca się umieszczanie pod nimi placków miedź połączonych jak największą liczbą przelotek z  płaszczyzną masy (rysunek 5). Poprawia to również odprowadzanie ciepła z  układu. Pola masy powinny być połączone z wyprowadzeniami masy z układu. Projekt zasilania układu. Z  punktu widzenia kompatybilności elektromagnetycznej bardzo istotne jest przyłożenie się do projektu zasilania. Nie należy lekceważyć tego zadania, ponieważ wszelkie zaniedbania na tym polu mogą wpłynąć niekorzystnie na stabilność napięcia zasilającego. Zmiany wartości napięcia zasilającego wpłyną szczególnie niekorzystnie na wrażliwe obwody analogowe oraz pracę przetworników A/C i C/A. Przy projektowaniu zasilania systemu, w  którym są wykorzystywane układy cyfrowe jest często popełniany dość poważny błąd. Pobór prądu podany w  nocie katalogowej tego rodzaju przyrządów jest w  istocie wartością skuteczną. Układy cyfrowe pobierają prąd podczas pojawienia się zbocza sygnału zegarowego, w  postaci wąskich i wysokich (czasami o wartości setek mA) pików. Jak już wcześniej wspomniałem prądy o dużym natężeniu i wysokiej częstotliwości (wąski pik w  dziedzinie częstotliwości jest widziany jako zbiór wysokoczęstotliwościowych sinusoid) wytwarza wokół przewodnika w którym płynie silne pole magnetyczne, które to z  kolei powoduje wyindukowanie niepożądanej siły elektromotorycznej na są-

Rysunek 4. Projekt masy oczkowej wykonany w programie Eagle

73

2013-03-29 13:47:28


NOTATNIK KONSTRUKTORA

Rysunek 5. Sposób podłączenia kondensatorów odsprzęgających oraz dodatkowa powierzchnia masy umieszczona bezpośrednio pod układem scalonym siednich ścieżkach. Ratunkiem jest jak najwcześniejsze zwarcie takiego piku do masy, przez użycie kondensatora odsprzęgającego (przynajmniej jednego), umieszczonego jak najbliżej doprowadzenia zasilania układu cyfrowego. Użycie większej ilości kondensatorów polepszy rezultaty odsprzęgania. Dobierając kondensator odsprzęgający należy kierować się częstotliwością samorezonansu (tabela 1). Im wyższa, tym szybsze sygnały może zewrzeć do masy. Jego pojemność ma drugorzędne znaczenie. Najlepszym wyborem będzie wielowarstwowy kondensator ceramiczny. Taki kondensator (przynajmniej jeden) powinien pojawić się przy wszystkich doprowadzeniach zasilających. Druga okładka kondensatora powinna być dołączona do najbliższego wyprowadzenia masy układu i zwarta przelotką do płaszczyzny masy. Aby dodatkowo zminimalizować propagację tętnień na linię zasilającą, można dołączyć do niej zasilanie układu cyfrowego za pośrednictwem dławika (rysunek 6). Przy wyborze cewki najważniejszym parametrem jest niska rezystancja. Najlepszym wyborem w  tej kwestii są cewki ferrytowe. Cechują się one bardzo niską rezystancją dla prądów stałych, natomiast dla sygnałów o  wysokiej częstotliwości ich impedancja jest bardzo wysoka. Oprócz wystąpienia EMI, taki sposób pobierania prądu może spowodować również obniżenie napięcia na szynie zasilającej. Jest to wynikiem ograniczonej wydolności prądowej rzeczywistych układów zasilających. W  celu uniknięcia takiej sytuacji należy na wyjściu podsystemu zasilającego umieścić duży kondensator elektrolityczny. Będzie spełniał on rolę rezerwuaru energii. Istotnym parametrem jest jego pojemność. Praktyczna zasada mówi, że jego pojemność powinna być przynajmniej 10 razy większa, niż suma pojemności kondensatorów odsprzęgających

podpiętych do linii zasilania. Jako, że elektrolity mają niską częstotliwość samorezonansu, a co za tym idzie kiepsko zwierają wąskie piki prądowe do masy, należy wpiąć równolegle kondensator odsprzęgający. Szyna zasilająca musi być bezwzględnie chroniona przed przepięciami. Źródłem skoku napięcia może być pobliskie wyładowanie elektrostatyczne, bądź interferencja elektromagnetyczna. Remedium na to zjawisko jest wpięcie w  kierunku zaporowym diody Zenera pomiędzy linie zasilającą, a masę (rysunek 7). Po przekroczeniu napięcia Zenera gwałtownie rośnie natężenie przewodzonego przez nią prądu. Napięcie Zenera w niewielkim stopniu zależy od natężenia przepływającego prądu. W  efekcie nadmiar ładunku zostaje błyskawicznie odprowadzony, a  napięcie zasilania systemu nie będzie wyższe niż napięcie Zenera. Trzeba dobrać diodę Zenera w  zależności od nominalnego napięcia zasilającego oraz zakresu napięcia, jakie może zostać doprowadzone do użytych układów. Generalnie, napięcie Zenera powinno być nieco wyższe od nominalnego napięcia zasilającego. Dlaczego nie powinno się użyć diody o wartości napięcia Zenera równemu napięciu nominalnemu zasilania? Otóż, diody Zenera nie są elementami idealnymi. Napięcie przebicia jest podawane z pewną tolerancja. Na domiar złego zależy ono od temperatury złącza p-n. Jeżeli napięcie Zenera spadłoby poniżej nominalnego napięcia zasilania, to okazałoby się, że napięcie zasilania również spadło (w  wyniku ograniczonej wydolności prądowej układu zasilania) oraz część energii zamiast trafić do układów, została by rozproszona w postaci promieniowania podczerwonego. Rozmieszczając elementy układu zasilającego na płytce PCB warto zadbać o to, aby zajmował on jak najmniejszą powierzchnię. Uniknie się w ten sposób utworzenia dużych pętli prądów zwrotnych, które będą emitowały i  odbierały zakłócenia elektromagnetyczne. Jeżeli system jest wykonywany na płytkach co najmniej 4-warstowych, należy przeznaczyć jedną warstwę w  całości na płaszczyznę zasilania. W  celu zapewnienia niskoimpedancyjnej ścieżki dla prądów zwrotnych płaszczyzna ta powinna znajdować się w  bezpośrednim sąsiedztwie płaszczyzny masy. Jeżeli jest to z jakiegoś powodu niekorzystne, należy wtedy zapewnić niskoimpedancyjne połączenie między nimi, przy pomocy równomiernie rozłożonych kondensatorów odsprzęgających.

W płytkach o  mniejszej liczbie warstw, gdzie nie ma możliwości przeznaczenia jednej warstwy na zasilanie, to do zadania rozprowadzenia ścieżek zasilających można podejść w dwojaki sposób. Pierwszym z nich jest stworzenie siatki zasilania na wzór siatki masy. W  celu zapewnienia jak najlepszego odprowadzania szumów wysokoczęstotliwościowych, ścieżki zasilania powinny biec równolegle do ścieżek masy. Drugim sposobem jest rozprowadzenie zasilania za pomocą ścieżek. Podobnie jak w  wypadku siatki zasilania: pod nimi, albo w  ich bezpośrednim sąsiedztwie powinny biec równolegle ścieżki masy. W pobliżu linii zasilających nie mogą znajdować się elementy i  ścieżki wysokoszumne (zwłaszcza, kiedy biegną one równolegle). Może to doprowadzić do zaburzenia napięcia zasilającego i w efekcie niepoprawnej pracy układu. Zasilanie należy prowadzić jak najkrótszymi (o długości mniejszej niż l/20 najkrótszej fali spodziewanego zakłócenia) i  najgrubszymi ścieżkami. Najlepiej, aby nie został przekroczony stosunek długości do szerokości 10:1. W celu zminimalizowania wpływu poszczególnych układów na siebie, linie zasilające dla każdego układ powinny zaczynać się w  jednym punkcie. Najlepiej w  miejscu podłączenia kondensatora magazynującego energię.

Podsumowanie Wykonanie systemu spełniającego założenia kompatybilności elektromagnetycznej nie musi być ani trudne, ani drogie. Wystarczy przyjrzeć się zjawisku interferencji elektromagnetycznej z bliska i  wyeliminować potencjalne źródła kłopotów.

Rafał Łaziński r@lazinski.pl

Rysunek 6. Podłączenie kondensatora odsprzęgającego C1 blisko pinu zasilającego w celu uzyskania małej pętli dla prądu zwrotnego. Układ podłączono z szyną zasilającą przez cewkę ferrytową L1 w celu zapobiegnięcia przeniesienia szumu wysokoczęstotliwościowego na szynę zasilania

Tabela 1. Orientacyjne wartości częstotliwości samorezonansu kilku typów kondensatorów Kondensator elektrolityczny 100 kHz

74

071-074_poradnik-emc.indd 74

Kondensator tantalowy 1 MHz

Kondensator papierowy 5 MHz

Kondensator mikowy 500MHz

Kondensator ceramiczny >1GHz

Rysunek 7. Zabezpieczenie szyny zasilającej przed przepięciami za pomocą diody Zenera ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:47:28


Technologia montażu elektroniki NOTATNIK KONSTRUKTORA

Technologia montażu elektroniki Pomysł na ten artykuł zrodził się w firmie zajmującej się montażem urządzeń elektronicznych. Niestety, bardzo często przysyłane są projekty, które są trudne do zmontowania ze względu na różne błędy projektowe. Powoduje to niepotrzebny wzrost ceny montażu, opóźnienia, a  także niepotrzebne konflikty. Ta garść porad jest przeznaczona dla elektroników, którzy dopiero rozpoczynają karierę i  nie mają doświadczenia w  projektowaniu płytek montowanych automatycznie. Montaż przewlekany THT Elementy przewlekane THT zna zapewne każdy czytający EP. W montażu na większą skalę (powyżej kilkunastu sztuk produktów) są one bardzo kłopotliwe. Większość z nich trzeba ręcznie rozmieszczać na płytce, co jest czasochłonne i  drogie. Lutowanie na szczęście odbywa się szybko za pomocą tzw. fali. Idea tego procesu jest bardzo prosta – płytki przemieszczają się nad strumieniem płynnej, falującej cyny, która zwilża je od dołu i lutuje wszystkie elementy w  tym samym czasie (rysunek 1). Pozostaje tylko obciąć końcówki elementów oraz skontrolować czy wszystko przylutowało się prawidłowo.

Montaż powierzchniowy SMD Elementy SMD są znacznie lepsze do montażu automatycznego. Jeżeli jest możliwość wyboru, to należy stosować elementy SMD, ale od tej reguły są wyjątki (patrz ramka).

Proces montażu elementów SMD dzieli się na cztery etapy: 1. Pastowanie. W pierwszej kolejności na pola lutownicze musi zostać nałożona pasta lutownicza. Jest to sproszkowana cyna wymieszana z topnikiem, która ma konsystencję gęstego smaru. Pastę nakłada się za pomocą specjalnych drukarek, w których jest założony odpowiedni szablon z  blachy stalowej. W  szablonie są wycięte otwory kształtem dokładnie odpowiadające polom lutowniczym SMD. Automat umieszcza płytkę pod szablonem, a następnie raklą rozsmarowuje na nim pastę, która przechodzi przez otwory i przykleja się do pól lutowniczych. Ta czynność bywa też wykonywana ręcznie przez pracowników. 2. Układanie elementów. Płytka trafia do automatu pick&place. Producenci pakują elementy elektroniczne do znor-

malizowanych taśm, rurek lub tacek, łatwych do zainstalowania w podajnikach maszyny. Z  podajników automat pobiera elementy za pomocą przyssawki i  umieszcza je na płytce we właściwym miejscu. Kluczem do sukcesu jest wielka prędkość i  precyzja automatów mogących układać kilka tysięcy elementów na godzinę, a  „demony prędkości” potrafią układać nawet kilkadziesiąt tysięcy elementów na godzinę! 3. Lutowanie. Po ułożeniu elementów płytki trafiają do pieca rozpływowego, w  którym pasta lutownicza roztapia się i  wszystkie komponenty są lutowane w tym samym czasie. 4. Kontrola. Ostatnim etapem jest kontrola w  automacie AOI (Automated Optical Inspection). W  wypadku mniejszych produkcji kontroli dokonują pracownicy oglądając płytki pod mikroskopem. Układy scalone mające wyprowadzenia pod obudową, takie jak BGA, kontroluje się z użyciem aparatów rentgenowskich. Montaż SMD można w  całości zautomatyzować. Wówczas pracownicy jedynie nadzorują maszyny i zakładają elementy na podajniki. Lutowanie na fali elementów SMD jest również możliwe. Wtedy elementy należy najpierw przykleić do płytki, jednak klejenie komponentów jest problematyczne i  ma duże ograniczenia. Trudno jest na

Rysunek 1. Lutowanie elementów THT na fali

Rysunek 2. Montaż mieszany – komponenty THT i SMD na warstwie górnej

Rysunek 3. Montaż mieszany – komponenty THT na warstwie górnej, SMD na dolnej

Rysunek 4. Montaż mieszany – komponenty THT na warstwie górnej, SMD na górnej i dolnej

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

075-078_poradnik-płytki.indd 75

75

2013-03-29 13:47:44


NOTATNIK KONSTRUKTORA Z jakimi elementami SMD ma problemy automat? Maszyna podnosi elementy za pomocą ssawki. Oznacza to, że każdy komponent musi mieć płaską, gładką powierzchnię, na co koniecznie trzeba zwrócić uwagę przy zamawianiu elementów! A co jeżeli element nie ma takiej powierzchni, jak np. złącze mini USB? Często, ale nie zawsze, producenci naklejają na takie elementy kawałek folii, aby dało się je podnieść przyssawką. Niektóre firmy montażowe mają automaty, które oprócz przyssawki mają także chwytak do elementów nietypowych, takich jak goldpiny czy inne złącza. Chwatak jest wyposażony w dwie „łapki”, które chwytają element za boki.

fali przylutować elementy małe, z drobnym rastrem wyprowadzeń, a  komponentów w obudowach QFN lub BGA w ogóle na fali lutować się nie da.

Rozmieszczenie elementów na płytce Od sposobu rozmieszczenia elementów zależy ich montaż. Jeżeli elementy rozmieścimy nieprawidłowo, wówczas płytka będzie trudna do zmontowania, niektóre czynności trzeba będzie wykonać ręcznie, co niepotrzebnie podniesie koszty produkcji. • SMD i THT na warstwie górnej (rysunek  2). Jest to najczęściej spotykany sposób rozmieszczania elementów, pozwalający na szybką i  łatwą produkcję. Wszystkie elementy SMD są w pierwszej kolejności lutowane w  piecu rozpływowym, a następnie elementy przewlekane są lutowane na fali. • THT na warstwie górnej, SMD na dolnej (rysunek  3). Elementy SMD należy najpierw przykleić do płytki przed lutowaniem na fali. Ponadto, nie ma możliwości lutowania BGA, a układy scalone o drobnym rastrze wyprowadzeń muszą mieć specjalne „łezki” do zbierania nadmiaru cyny. Zaletą natomiast jest to, że wystarczy płytka jednostronna. • SMD na obu stronach (rysunek 4). Jeśli elementy SMD są umieszczone na obu stronach płytki, to montuje się je dwuetapowo. Najpierw lutuje się jedną stronę płytki, a  potem wszystko jeszcze raz trafia na linię produkcyjną i lutuje się jej drugą stronę. Jeśli nie jest to niezbędne, nie należy umieszczać elementów SMD na obu stronach płytki. Problem pojawia się, jeżeli na płytce mają być również elementy THT. Niewielką liczbę elementów można przylutować ręcznie, natomiast większą można lutować na fali selektywnej, ale nie wszystkie zakłady montażowe mają taką maszynę.

76

075-078_poradnik-płytki.indd 76

• THT na obu stronach (rysunek 5). Jeżeli większość elementów jest na jednej stronie, a na drugiej tylko kilka, wówczas drugą stronę można przylutować ręcznie lub na fali selektywnej. Jeżeli na obu stronach ma być sporo komponentów, koniecznie trzeba rozważyć zmianę technologii montażu na SMD.

Laminaty

Jest ważne, aby wszystkie pola kończyły się w odległości co najmniej 0,5 mm od krawędzi płytki. Ten margines dotyczy także prowadzenia ścieżek. Jest to istotne, ponieważ podczas wyłamywania płytek ze składanki ich krawędzie ulegają postrzępieniu, co może spowodować zwarcia między warstwami, a  ścieżki przy krawędzi mogą się rozerwać. Zdarzyło mi się kiedyś zniszczyć jedną płytkę w taki sposób.

W zdecydowanej większości przypadków, płytki mają kształt prostokątny. Dzięki Złoto czy cyna? temu zamontowanie laminatów w  uchwyPodczas produkcji laminatów miedziatach szczękowych maszyn jest bardzo łatwe. ne pola lutownicze cynuje się lub pokrywa Musimy jednak zwrócić uwagę na to, aby złotem. Te pokrycia mają swoje wady i  zapodczas projektowania nie umieszczać żadlety: nych elementów SMD w  odległości kilku • Cynowanie chemiczne jest najtańsze, milimetrów od krawędzi płytki, ponieważ ale ma poważną wadę: płytki nadają się szczęki wystają nad płytką i uniemożliwiado lutowania w  ciągu 4 tygodni od wyją ułożenie elementu. Co robić, jeśli płytka produkowania laminatów. Po tym czasie, ma mieć nietypowy kształt? Wówczas trzeba warstwa cyny utlenia się i lutowanie będodać prostokątną ramkę, z której będziemy dzie trudne, ponieważ cyna nie będzie wyłamywać płytki po zakończeniu montażu. chciała „przykleić się” do pól lutowniPrzykład takiej płytki pokazano na rysunczych. • Cynowanie HAL jest współcześnie najku 6. częściej stosowane, dobre do większości Panel, albo inaczej: składanka, mozaizastosowań. Nie starzeje się i  nie traci ka lub arkusz, to duży laminat, na którym dobrych właściwości lutowniczych. umieszczono kopie płytki. Składanki znaj• Złocenie ma w szczególności dwie zalety: dują zastosowanie, kiedy mamy sporo płytek złoto słabo reaguje chemicznie z  innymi o  niewielkich wymiarach. W  przypadku substancjami, nie brudzi się i nie utlenia, pojedynczych laminatów mogłoby się okazać, że wkładanie i wyjmowanie płytek z automatu więc idealnie nadaje się na złącza krazajmuje więcej czasu niż układanie elementów. wędziowe. Poza tym, powłoka złota jest W  takiej sytuacji składanki poprawiają idealnie płaska, co ma znaczenie przy luwydajność pracy – pracownik umieszcza panel towaniu dużych układów BGA. składający się z kilkunastu płytek, uruchamia automat i idzie robić coś innego, np. kontroluje Fiduciale wyprodukowane płytki. Płytki w  panelu Fiducial to słowo z  języka angielskiego, rozdzielone są nacięciem po obu stronach które przyjęło się wśród producentów płytek laminatu, aby po zakończeniu produkcji drukowanych. Tym terminem określa się niemożna było je łatwo połamać i  uzyskać pojedyncze produkty. Koniecznie trzeba zwrócić uwagę na maksymalne wymiary płytki podawane przez zakłady montażowe. Jeżeli składanka będzie Rysunek 5. Montaż THT – komponenty na warstwie górnej za duża, to może i dolnej okazać się, że trzeba będzie ją pociąć ręcznie, ponieważ inaczej nie zmieści się w automacie. Często na płytkach stosuje się pola masy, a  w  wypadku laminatów wielowarstwowych nierzadko całe warstwy są przeznaczane na rozprowadzenie Rysunek 6. Margines przeznaczony dla chwytaków trzymających masy i  zasilania. płytkę o nietypowym kształcie ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:47:44


Technologia montażu elektroniki wielki znacznik na płytce, dzięki któremu maszyna montażowa może dokładnie określić położenie płytki, ustalić punkt odniesienia i precyzyjnie rozmieścić elementy. Znaczniki te są potrzebne, ponieważ zdarza się, że płytka w maszynie jest niedokładnie zamontowana lub podczas produkcji laminatu przycięto krawędzie o ułamek milimetra za daleko. Najczęściej fiducial ma kształt koła, bez otworu i z dużym odstępem od maski lutowniczej (rysunek  7). Średnica pola powinna być z zakresu 1…2 mm, a odstęp dla maski lutowniczej powinien wynosić co najmniej niż 1 mm (rysunek 8). Te wymiary nie są krytyczne. Najważniejsze, aby wszystkie fiduciale były takie same. Czasami są stosowane również fiduciale o kształcie kwadratu, krzyża i inne. Starym automatom wystarczył jeden fiducial na płytce. Postępująca miniaturyzacja spowodowała, że na współczesnych płytkach jest stosowane wiele tych znaczników. Zaleca się użycie co najmniej trzech fiduciali w narożnikach płytki, po jednym w narożniku. Jeżeli płytki ułożone są w arkusz (tzw. składanka lub panele), to w narożnikach na obramowaniu arkusza warto umieścić kolejne trzy fiduciale. Jeżeli stosujemy układ o dużej liczbie wyprowadzeń w obudowie TQFP240 albo BGA z dużą ilością kulek, warto zastosować fiduciale lokalne. Dwa dodatkowe znaczniki umieszczamy na przekątnej kłopotliwego układu – wtedy automat dokładnie sprawdzi pozycję płytki przed jego ułożeniem. Jeżeli nie mamy pewności, w  jakiej sytuacji użyć fiduciala – lepiej, aby było ich za dużo, niż za mało. W czasie projektowania płytki z  dwustronnie rozmieszczonymi elementami SMD nie wolno zapomnieć o umieszczeniu fiduciali na obu jej warstwach.

Dostarczanie elementów do montażu Ważny problem, którego często nie są świadomi początkujący projektanci, to ograniczona liczba podajników w maszynach montażowych. Może okazać się, że w  naszym projekcie mamy tak dużą liczbę elementów, że trzeba będzie wykorzystać dwa automaty. Zatem należy dążyć do tego, aby ograniczać różnorodność stosowanych komponentów. Przykład – w  urządzeniu zastosowano rezystory: 910  V, 1  kV, 1,1 kV, 1,2 kV. W tym celu są niezbędne aż cztery podajniki, ale czy rzeczywiście takie elementy są nam potrzebne? Czy układ nie będzie działał poprawnie, jeżeli zastąpimy wszystkie te wartości jedną, np. 1 kV? Na podstawie przytoczonego przykładu widać, że musimy przemyśleć montaż już na etapie koncepcji i rysowania schematu. Niektóre zakłady montażowe chcą, aby klient razem z laminatami przysłał tylko elementy nietypowe, a  typowe, drobne rezystory i kondensatory wykonawca zapewni we własnym zakresie. Dlaczego? W większości urządzeń wykorzystuje się np. kondensatory o pojemności 100 nF, 22 pF, rezystory o rezystancji 100 V, 1 kV, 10 kV itp. Te komponenty na ogół są kupowane przez zakłady w szpulach po 5 tys. lub 20 tys. sztuk i raz założonej szpuli nikt z automatu nie chce zdejmować jedynie po to, aby założyć krótki pasek ze 100 sztukami dokładnie takich samymi elementami, ale dostarczonymi przez klienta. Elementy dostarczane są w  szpulach, rurkach lub tackach. Nie wolno wysyłać producentowi elementów luzem np. wrzuconych do pudełka lub woreczka, gdyż żaden automat tego nie przyjmie.

Koszt uruchomienia produkcji Często klienci mówią – najpierw zrobimy 20 płytek, potem znowu 20, za tydzień kolejne 20, a potem pomyśli się, co dalej. Oczywiście, można to zrobić, ale w ten sposób narażamy się na niepotrzebne koszty związane z uruchomieniem produkcji. Zobaczmy, jakie czynności są wykonywane, aby rozpocząć produkcję nowego urządzenia: • Projektowanie i wykonanie szablonu do pasty lutowniczej (tzw. sita). Wystarczy wykonać je raz i jest to wystarczające dla kilku tysięcy montowanych płytek. Jeżeli zamierzamy wprowadzić jakieś zmiany w projekcie, to najlepiej, aby wszystkie elementy pozostały dokładnie w tym samym miejscu. W przeciwnym razie trzeba ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

075-078_poradnik-płytki.indd 77

77

2013-03-29 13:47:45


NOTATNIK KONSTRUKTORA

Rysunek 7. Przykłady fiduciali zaczerpnięte z dokumentacji produkcyjnej

Rysunek 8. Zalecenia odnośnie do maski lutowniczej będzie wykonać nowe sito i zostaniemy obciążeni jego kosztem. Wykonaniem sita najczęściej zajmuje się zakład montażowy. • Zaprogramowanie automatu to koszt jednorazowy, ponoszony tylko przed uruchomieniem produkcji. Zwykle programy do projektowania płytek mają możliwość wygenerowania plików do maszyn montażowych, co zdecydowanie przyśpiesza tworzenie programu. Jeżeli w przyszłości zmienimy coś w projekcie, należy poinformować o tym wykonawcę, aby nie musiał od nowa tworzyć całego programu.

• Przygotowanie drukarki pasty i zakładanie elementów, których koszt trzeba ponieść przed każdym uruchomieniem produkcji, obojętnie czy to pierwszy raz, czy kolejny. Czasami przezbrojenie automatów może zająć więcej czasu, niż właściwa produkcja. To nie żarty! Dlatego nie opłaca się produkować „na raty” małymi partiami. Zamiast zlecać kilkadziesiąt płytek miesięcznie może lepiej będzie zamówić co kwartał większą ich liczbę? Możliwe, że boisz się zlecić większą produkcję, nie mając pewności czy płytka jest zaprojektowana poprawnie. W  takiej sytuacji zwykle istnieje możliwość zmontowania jednego lub kilku prototypów. Przy odbiorze produktu warto zapytać wykonawcę, czy ma jakieś uwagi odnośnie do łatwości montażu płytki czy testowania płytki. Kto pyta nie błądzi i  nie powiela błędów w setkach czy tysiącach egzemplarzy.

Typowe błędy Często nie tylko początkujący projektanci nie mogą ustrzec się typowych błędów projektowych. Wymieńmy kilka z nich: • Umieszczanie przelotek na polach lutowniczych. Podczas wygrzewania w  piecu, pasta lutownicza wpływa do wnętrza przelotki, a  element pozostaje nieprzylutowany. Oznacza to, że po wyjęciu z  pieca, każdy element mający przelotkę w obszarze pola lutowniczego trzeba będzie poprawić i ręcznie uzupełnić cynę. Aby tego uniknąć, wystarczy przelotki umieszczać obok pól.

REKLAMA

• Nadmierna miniaturyzacja. Nie popadajmy w manię miniaturyzacji wszystkiego i za wszelką cenę. Chociaż mikroskopijne elementy w  sklepie mogą być tańsze od typowych, to w montażu mogą okazać się drogie i kłopotliwe. W większości projektów nie ma powodu, by stosować elementy mniejsze niż 0603, ewentualnie 0805. Większe elementy usprawniają proces kontroli oraz naprawy. • Za małe średnice otworów. Należy pamiętać, że metalizacja zmniejsza średnicę otworów o  około 0,1…0,2  mm. Ze względu np. na tolerancję wykonania, wyprowadzenia elementów bywają różne – czasami mają mniejszą średnicę, a  czasami większą. Jeśli elementu THT nie da się włożyć w otwory, to pojawi się poważny problem. Rozwiercenie otworu zniszczy metalizację, a zgniatanie nóżek jest bardzo pracochłonne. Dlatego jeśli nie mamy pewności, jaką średnicę powinien mieć otwór, to lepiej żeby była za duża, niż za mała. • Napisy na polach lutowniczych. Warstwa opisowa, tzn. numery elementów, wartości, rysunki, nie mogą nachodzić na pola lutownicze, ponieważ mogą uniemożliwić lub bardzo utrudnić montaż. Odrębną kategorię stanowią tzw. dziwadełka. W  pracowni konstrukcyjnej, budując prototyp lub wykonując jedynie kilka sztuk można zrobić niemal wszystko. Jeśli komponenty nie pasują, to można im w jakiś „fikuśny” sposób powyginać nóżki. Można komponent THT przylutować w  miejsce SMD, coś przykleić, przyciąć, a nawet BGA przylutować opalarką do drewna. W profesjonalnej elektronice takie praktyki są zupełnie nie na miejscu.

Podsumowanie Zaprojektowanie urządzenia w taki sposób, aby działało poprawnie, to dopiero połowa sukcesu. Trzeba je zaprojektować tak, aby dało się je zmontować za jak najniższą cenę. Trudności w  montażu są głównie skutkiem złego projektu płytki drukowanej lub nawet błędów na schemacie. Nie warto udawać, że nie ma problemu i że producent jakoś sobie poradzi. Jeśli projektant się pośpieszy, może skończyć swoją pracę po miesiącu czy nawet po tygodniu, ale błędy popełnione przez niego mogą przez wiele lat utrudniać montaż i podnosić cenę produktu. Reguły opisane w  tym artykule mają charakter ogólny, a  w  celu uzyskania konkretnych informacji należy skonsultować się z firmą – producentem. Najczęściej takie zakłady zamieszczają na swoich stronach internetowych szczegółowe wytyczne i  zalecenia.

Dominik Leon Bieczyński leon-instruments.blogspot.com

78

075-078_poradnik-płytki.indd 78

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:47:45


Krok po kroku Kursy EP

STM32 dla użytkowników 8-bitowców (2) Obsługa przetwornika A/C Przetwornik A/C jest jednym z najbardziej popularnych modułów peryferyjnych, w które są wyposażane mikrokontrolery. Zazwyczaj jest to jeden układ przetwornika z dołączonym do jego wejścia analogowym multiplekserem. Użytkownik może przełączać wejścia i mierzyć kilka wielkości analogowych – oczywiście nie w tym samym momencie. W artykule omówiono podstawy obsługi przetwornika A/C w STM32. Dobierając przetwornik A/C do swoich potrzeb zwracamy uwagę na kilka najważniejszych parametrów. Pierwszy z  nich to rozdzielczość bitowa – najbardziej eksponowana przez działy marketingu producenta. Obecnie nawet nieskomplikowane mikrokontrolery są wyposażane w  przetworniki o rozdzielczości 12-bitowej. Więcej bitów to większa elastyczność pomiaru. Jeżeli jest potrzebna mniejsza rozdzielczość, na przykład 10-bitowa, to można ją zrealizować programowo poprzez odrzucenie 2 najmłodszych bitów wyniku konwersji. Zdarza się tez, że przetwornik można skonfigurować do pracy z mniejszą rozdzielczością. Moduł przetwornika nie jest idealny i zależnie od technologii wykorzystywanej przez producenta i  jego doświadczenia charakteryzuje większymi lub mniejszymi się błędami konwersji. Pomijam tu naturalne błędy kwantyzacji. Nieliniowość przetwarzania, źle zaprojektowany tor analogowy czy konfiguracja niepozwalająca na dołączenie precyzyjnego zewnętrznego napięcia referencyjnego mogą spowodować, że z 12 bitów w rzeczywistości uzyskamy 9. Dobrze jest, jeżeli producent uczciwie podaje, z jakimi niedoskonałościami mamy do czynienia. Na przykład dla 12-bitowego przetwornika mikrokontrolerze PIC16F1782 jest podawanych kilka różnych błędów przetwarzania wyrażonych w jednostkach LSB. Kolejnym parametrem jest maksymalna częstotliwość, z  którą przetwornik może próbkować sygnał analogowy. W przypadku 8-bitowców nie jest on aż tak istotny. Próbkowanie sygnałów z określonymi częstotliwościami to domena technik przetwarzania sygnałów. Co by nie twierdzić o coraz lepszych mikrokontrolerach 8-bitowych, to do przetwarza-

nia sygnałów się nie nadają. Współcześnie są dostępne tanie, specjalizowane 16- i 32-bitowe mikrokontrolery zaprojektowane do tego celu. Żeby przyjrzeć się jak może wyglądać migracja z mikrokontrolera 8-bitowego na 32-bitowy załóżmy, że A/C będzie konwertował napięcia stałe lub wolnozmienne. Może to być pomiar napięcia stałego, prądu stałego (konwertera U/I) czy napięć wyjściowych konwerterów wielkości fizycznych na napięcie. Zobaczmy jak wygląda działanie i konfigurowanie przetwornika we wspomnianym 8-bitowym mikrokontrolerze PIC16F1782. Moduł jest taktowany sygnałem zegarowym o programowanej częstotliwości. Okres TAD tego zegara nie może być krótszy niż 1 ms. Na rysunku 1 pokazano zależności czasowe podczas konwersji, a na rysunku 2 schemat blokowy modułu przetwornika. Start konwersji jest wykonywany po ustawieniu bitu GO. W  kolejnych cyklach TAD jest wykonywane ładowanie kondensatora wejściowego, odłączenie kondensatora od analogowego wejścia mikrokontrolera, próbkowanie napięcia na kondensatorze i rozpoczęcie konwersji metodą sukcesywnej aproksymacji. Ta metoda charakteryzuje się wydłużeniem czasu konwersji i podwyższoną rozdzielczością bitową. Aby przetwornik mógł prawidłowo pracować, należy go skonfigurować. Proces konfigurowania będzie polegał na: • Włączeniu modułu przetwornika. • Ustawieniu linii portu jako wejścia analogowe. Mikrokontrolery firmy Microchip po restarcie dołączają wszystkie wejścia przetwornika. Dlatego trzeba pozostawić w tym trybie wejścia używane przez aplikację jako

Rysunek 1 Konwersja w przetworniku Microchipa

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

079-082_stm32-4-beginners.indd 79

79

2013-03-29 14:16:54


Listing 1. Przykładowa konfiguracja przetwornika A/C mikrokontrolera PIC16F1782 void ADC_Init(void){ TRISA0=1;//RA0 wejściowy ANSELA=0;//RA0 wejście analogowe //napięcie wejściowe single ended ADPREF0=0;//dodatnie +VREF=VDD ADPREF1=0; ADNREF=0;//ujemne -VREF=GND ADCS0=1; ADCS1=1; ADCS2=1;//taktowanie ADC wewnętrznym oscylatorem RC ADRMD=0;//przetwarzanie 12 bitowe ADFM=0;//format binarny ADON=1;//włączenie modułu ADC } Listing 2. Pętla pomiaru while(1) { ADIF=0; //zeruj znacznik przerwania GO=1; //start konwersji while(!ADIF); //czekaj na zakończenie konwersji adc=ADRESH; //zapisz wynik do zniennej adc. adc=(adc<<8); adc=adc||ADRESL; }

analogowe, a pozostałe przełączyć w  tryb wejść/wyjść cyfrowych za pomocą rejestrów TRIS i ANSEL • Wybraniu, które wejście analogowe jest dołączone do przetwornika. • Zdefiniowaniu rodzaju sygnału analogowego: single ended lub symetryczny. • Dołączeniu wybranego napięcia referencyjnego. • Zaprogramowaniu źródła i częstotliwości zegara taktującego moduł A/C. • Zaprogramowaniu układu przerwań (jeżeli będzie używany) . • Ustaleniu formatu danych wyjściowych. Jak widać to sporo czynności jak dla 8-bitowca, ale jak pokażę dalej – mniej niż dla mikrokontrolerów 32-bitowych. Trochę bardziej rozbudowana konfiguracja jest wynikiem wyposażania peryferii układów 8-bitowych (w tym wypadku

80

Krok po kroku Kursy EP

Rysunek 2. Schemat blokowy modułu ADC PIC16F1782

A/C) w coraz więcej funkcji. Przykładową konfigurację pokazano na listingu 1. Po skonfigurowaniu przetwornik jest gotowy do pracy. Konwersja rozpoczyna się po ustawieniu bitu GO/!DONE. Po jej zakończeniu konwersji bit GO/!DONE jest zerowany i jednocześnie jest ustawiany bit zgłoszenia przerwania ADIF. Jeżeli przerwanie jest odblokowane, to zostanie zgłoszone i trzeba je obsłużyć. Jednak nawet wtedy, gdy przerwanie jest zablokowane, to bit zostanie ustawiony i można go testować. Pętlę cyklicznego pomiaru napięcia pokazano na listingu 2. Implementacja modułu przetwornika A/C w mikrokontrolerze z  rdzeniem 32-bitowym ARM zależy od producenta mikrokontrolera i  nie jest związana ze standardem. Z  racji o  większych możliwości obliczeniowych rdzenia należy spodziewać się, że ten moduł będzie miał lepsze parametry i  większe możliwości, niż w  mikrokontrolerze 8-bitowym z rdzeniem PIC16F. Jednak załóżmy, że na tym etapie nie potrzebujemy lepszego przetwornika. Będzie nas interesowało tylko to, co trzeba zrobić, by po zamianie z jednostki 8-bitowej na 32-bitowy STM32 układ działał tak samo lub podobnie. Schemat blokowy przetwornika A/C mikrokontrolera STM32 pokazano na rysunku 3. Można tu znaleźć kilka podobieństw do układu z rysunku 2. Analogowy sygnał wejściowy jest podawany na wejście poprzez multiplekser analogowy, a przetwornik ma dodatkowe wyprowadzania dla napięcia referencyjnego. Konwersja analogowo-cyfrowa ma rozdzielczość 12-bitów, czyli jest taka sama, jak w PIC16F1782. Tu również wykorzystano metodę sukcesywnej aproksymacji. Jednak są też wyraźne różnice. Sygnały analogowe poddawane konwersji można przypisać do jednej z 2 grup: podstawowej (regular channel) i o nazwie injected channel. Grupa injected ma wysoki priorytet wyzwalania konwersji. Jeżeli pojawi się sygnał wyzwalania dla tej grupy kanałów, to zostanie zatrzymane przetwarzanie w grupie regular (po zakończeniu cyklu) i  przetwornik będzie przetwarzał sygnały z wejść grupy injected. Ten mechanizm został stworzony po to, aby zapewnić jak najszybszą konwersję dla sygnałów krytycznych z punktu widzenia algorytmów przetwarzania sygnałów. Oprócz priorytetu są też inne różnice. Grupa injected może przetwarzać sygnały z maksymalnie 4 wejść, ale do każdego kanału jest przypisany osobny rejestr wyniku. Do grupy regular można przypisać maksymalnie 16 wejść, a  rejestr wyniku jest wspólny. Z  punktu widzenia konstruktora chcącego zastosować STM32F100 zamiast mikrokontrolera 8-bitowego nie ma znaczenia, którą grupę wybierzemy. Chyba, że mamy mierzyć sygnały z więcej niż 4 wejść. Wtedy naturalnym wyborem będzie grupa regular channel. Jak można domyślić się, inicjalizowanie rozbudowanego modułu przetwornika nie jest banalne. Żeby sobie ułatwić pracę, skorzystamy z  gotowych funkcji biblioteki Standard

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

079-082_stm32-4-beginners.indd 80

2013-03-29 14:16:55


Krok po kroku Kursy EP

Rysunek 3. Schemat blokowy przetwornika A/C mikrokontrolera STM32 Peripherial Library. Na listingu 3 pokazano kompletną procedurę inicjalizacyjną dla jednego przetwornika pracującego w trybie niezależnym. Trzeba pamiętać, że mikrokontroler ma dwa przetworniki mogące pracować w różnych trybach. My założyliśmy, że konfigurujemy i będziemy używali jednego przetwornika w  tak prostej konfiguracji, jak to tylko możliwe. Przetwornik ma mierzyć napięcie tylko z jednego kanału pomiarowego. Każdy z  pomiarów musi być wyzwolony programowo. Dlatego blokowany jest pomiar ciągły i wyzwalanie zewnętrzne. Czas trwania jednaj konwersji zależy od częstotliwości taktowania modułu przetwornika: T= sampling time + 12,5 TADCCLK (TADCCLK – okres sygnału taktowania przetwornika) Czas 12,5TADCCLK wynika z  przetwarzania 12-bitowego za pomocą aproksymacji sukcesywnej. Czas próbkowania (sampling time) jest programowany i  może mieć jedną z wartości: 1,5; 7,5; 13,5; 28,5; 41,5; 55,5; 71,5 i 239,5 ×TADCCLK. Funkcja ADC_RegularChannelConfig ustala długość czasu próbkowania (tu 28,5 cyklu ADDCLK), ale oprócz tego konfiguruje przetwornik do pracy w grupie regular i określa kanał, na którym będzie mierzone napięcie (kanał zerowy). Maksymalna częstotliwość sygnału ADCCLK taktującego moduł przetwornika wynosi 14  MHz. Przetwornik A/C jest dołączony do APB2 taktowanej z  maksymalną częstotliwością 72 MHz. Ale wiemy, że rdzeń STM32F100

może być taktowany z częstotliwością nie większą niż 24 MHz i z taką maksymalną częstotliwością pracują obie magistrale APB1 i APB2. Sygnał taktujący przetwornikiem jest dzielony przez wstępny dzielnik – preskaler o programowanym podziale przez 2, 4, 6 i 8. Dla szyny APB2 taktowanej z częstotliwością 24 MHz wybieramy podział przez 2. Częstotliwość ADCCLK ma wartość 12 MHz. Dla STM32F100 jest to maksymalna prędkość pracy A/C. Aby przetwornik mógł pracować, trzeba mu najpierw włączyć taktowanie z magistrali APB2: Listing 3 Procedura inicjalizacyjna void ADCInit(void) { ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;//struktura konfiguracji ADC //tylko jeden przetwornik ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //Pomiar z jednego kanału, skanowanie wylaczaone ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; //Pomiar jednokrotny ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; //wyzwalanie zewnetrzne zablokowane ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ ExternalTrigConv_None; // dosuniecie wyniku do prawej - 12 mlodszych bitow znaczacych ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; //Liczba kanalow =1 ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure); //Incjalizacja przetwornika //kanal 0, time sampling = 28,5cykla ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_ SampleTime_28Cycles5); ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); włączenie modułu przetwornika }

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

079-082_stm32-4-beginners.indd 81

81

2013-03-29 14:16:55


Listing 5. Kalibrowanie przetwornika ADC_ResetCalibration(ADC1); //zerowanie rejestrów kalibracyjnych while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //czekaj na wykonanie zerowania ADC_StartCalibration(ADC1); //Kalibrowanie ADC1 while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) //czekaj na zakończenie kalibracji

ADC_FLAG_EOC, a wartość zmierzonego napięcia zwraca funkcja ADC_GetConversionValue(ADC1). Mikrokontroler zamontowany w  STM32 Value Line Discovery jest zasilany napięciem +3 V. Napięcie zasilania jest jednocześnie napięciem referencyjnym przetwornika. Przy pomiarze o  rozdzielczości 12-bitowej zmiana wartości najmniej znaczącego bitu odpowiada 0,0007324 V. Aby przekonwertować 12-bitową wartość odczytaną z  rejestru wyniku przetwornika na napięcie w  woltach, trzeba ją pomnożyć przez 0,0007324. Można do tego celu wykorzystać reprezentację zmiennoprzecinkową, ale lepiej jest operować na liczbach całkowitych. Wynik pomiaru przepisujemy do zmiennej o długości 32 bitów, a potem mnożymy przez 7324. Tak otrzymaną wartość dzielimy przez 10000 i wyniku otrzymujemy całkowitą liczbę reprezentująca mierzone napięcie z  dokładnością do 3 miejsc po przecinku. Żeby sprawdzić poprawność działania procedur konfiguracji i  pomiaru napięcia, można wynik pomiaru wyświetlić. Ja w  tym celu dołączyłem do modułu STM32 Value Line Discovery mały wyświetlacz od telefonu Nokia 3310 (fotografia 4). Wartość binarną wyniku – po konwersji na napięcie – zamieniłem na znaki ASCII w formacie dziesiętnym za pomocą funkcji sprintf. Kompletną pętlę pomiaru pokazano na listingu 6.

Krok po kroku Kursy EP

Listing 4. Konfigurowanie PA0 jako wejście analogowe RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);// włączenie taktowania portu A GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;// inicjalizacja PA0 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;//wejście analogowe GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//incjalizacja portu A

Podsumowanie

Fotografia 4. Układ testowy RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); //włącz taktowanie ADC1 A potem podzielić częstotliwość taktowania magistrali przez 2, tak by otrzymać częstotliwość 12 MHz: RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div2); //częstotliwość taktowania ADC = 24MHz/2=12MHz Według dokumentacji mikrokontrolera kanał zerowy multipleksera analogowego A/C jest połączony z wyprowadzeniem PA0. Musi ono być skonfigurowane jako wejście analogowe (listing 4). Przetworniki wbudowane w STM32 mają funkcję kalibracji pomiaru. Można ją uruchomić programowo, co zgodnie z dokumentacją producenta poprawia dokładność przetwarzania (listing 5): Jeżeli program zatrzymuje się na warunku zakończenia kalibracji i nie chce się dalej wykonywać to oznacza, że moduł przetwornika nie został prawidłowo skonfigurowany i trzeba zwrócić uwagę na ustawienia dotyczące taktowania (dołączenie do magistrali APB2 i dzielnik częstotliwości taktowania). Pojedynczy pomiar jest wyzwalany programowo za pomocą funkcji ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE). Po zakończenie konwersji moduł A/C ustawia znacznik Listing 6. Pętla pomiaru napięcia while (1) { //wyzwolenie pojedynczego pomiaru ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); //czekaj na zakonczenie konwersji while (!ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)); pomiar = ADC_GetConversionValue(ADC1); //pobierz zmierzona wartość pomiar = pomiar * 7324/10000; //przelicz wartość sprintf((char *)txt, „%d,%03d V\0”, pomiar / 1000, pomiar % 1000); Poz(4,2); //pozycja na wyświetlaczu for(i=0;i<7;i++) //wyświetlenie zawartości bufora WriteChar(txt[i]); }

82

Moduły cyfrowo analogowe (przetworniki A/C, C/A, komparatory) są z racji konieczności wykonania toru analogowego układami peryferyjnymi najtrudniejszymi do implementacji wewnątrz struktury mikrokontrolera. Z  tego powodu ich parametry mogą różnić się zależnie od determinacji i  doświadczenia producenta. Może się zdarzyć, że spotkamy bardzo dobry przetwornik w jednostce 8-bitowej i przeciętny w  32-bitowej. Samo użycie wydajnego rdzenia 32-bitowego nie gwarantuje dobrej jakości peryferii. Dlatego przed podjęciem decyzji o zmianie sprawdzonego mikrokontrolera 8-bitowego na nowy, 32-bitowy trzeba dokładnie przejrzeć dane katalogowe i ewentualnie wykonać potrzebne pomiary w rzeczywistym układzie. Jednak z drugiej strony, znani i doświadczeni producenci będą starali się, by układy peryferyjne dotrzymywały kroku możliwościom rdzenia. Należy spodziewać się, że przetworniki A/C w  „mocnych” mikrokontrolerach z  rdzeniem ARM będą miały wyższą maksymalną częstotliwość wykonywania pomiarów, możliwości wyzwalania czy konfigurowania różnych trybów pracy. Przedstawione tu porównanie modułów A/C 8-bitowego mikrokontrolera z rodziny PIC16 i 32-bitowego STM 32 pokazuje, że dla prostych aplikacji niewymagających specjalnego wyzwalania i  dużej prędkości wykonywania pomiarów, obie jednostki poradzą sobie równie dobrze. PIC16F ma z oczywistych względów prostszą budowę i co za tym idzie konfigurację. Microchip jest znany z układów peryferyjnych o bardzo dobrej jakości i należy spodziewać się, że praca przetwornika A/C nie będzie budziła podejrzeń. Przetwornik A/C z STM32F100 jest bardziej skomplikowany i trudniejszy w konfigurowaniu. Programistom znacząco pomagają w tym funkcje biblioteki Standard Peripherial Library, bo dla większości z nich „grzebanie” w  rejestrach konfigurujących peryferia, a  w  szczególności te skomplikowane, jest zajęciem niezbyt lubianym. Wbudowanie mechanizmów kalibracyjnych sugeruje, że STM również poważnie podchodzi do jakości konwersji użytego przetwornika. Rozbudowana topologia i  konfiguracja jest rekompensowana większymi możliwościami w  wypadku, kiedy w  przyszłości zechcemy wykonać bardziej zaawansowane pomiary.

Tomasz Jabłoński, EP

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

079-082_stm32-4-beginners.indd 82

2013-03-29 14:16:55


Krok po kroku Kursy EP

C2000 Piccolo LaunchPad (3) Łatwe programowanie do pamięci Flash Zestaw ewaluacyjny C2000 Piccolo LaunchPad (LANUCHXL-28027) jest dostarczany z wpisanym do pamięci Flash układu procesorowego programem przykładowego projektu Example_F2802xLaunchPadDemo. Przykład ten pozwala na łatwe zapoznanie się ze sposobem organizowania projektu do pracy z pamięci Flash. Inne projekty przykładowe pakietu programowego controlSUITE dla układów procesorowych serii Piccolo F2802x mają również tak samo zdefiniowane konfiguracje budowania pozwalające na pracę z pamięci Flash. W  artykule jest opisane ćwiczenie praktyczne z  zastosowaniem biblioteki driverlib pakietu programowego controlSUITE oraz środowiska Code Composer Studio v5 i zestawu ewaluacyjnego C2000 Piccolo LaunchPad. Zastosowano przykładowy projekt Example_F2802xLaunchPadDemo i  opisano jego działanie. Ćwiczenie jest zorganizowane tak, że działania są wykonywane w  kolejnych punktach i  krokach uzupełnionych o szczegółowe opisy. Instalowanie i użytkowanie środowiska CCSv5.3.0 [1] oraz pakietu programowego controlSUITEv3.1.2 [2] zostało opisane w  artykule [10]. Opis pakietu programowego controlSUITEv3.1.2 oraz zastosowanie biblioteki driverlib pakietu controlSUITE zostało opisane w artykule [11]. Dokładny opis zestawu ewaluacyjnego C2000 Piccolo LaunchPad został zamieszczony w  artykule [9]. Dokładny opis układów procesorowych serii Piccolo F2802x został zamieszczony w książce [12]. Ich dane techniczne i parametry elektryczne są zamieszczone w dokumentach [3, 4, 5]. Budowa pamięci Flash, procedura inicjalizacji pamięci i  rejestry konfiguracyjne jest omówiona w  książkach [12, 13].

Konfiguracja sprzętowa i programowa Do wykonania ćwiczenia potrzebny jest komputer z zainstalowanym oprogramowaniem: • Środowisko Code Composer Studio v5.3.0 firmy Texas Instruments [1, 11, 13]. Umożliwia tworzenie w  środowisku CCSv5 programów przeznaczonych dla procesorów serii Piccolo TMS320F2802x. • Pakiet programowy controlSUITE v3.1.2 firmy Texas Instruments [2, 6, 7, 11, 13]. Zawiera oprogramowanie „firmware”, biblioteki, opisy zestawów sprzętowych oraz projekty przykładowe dla wszystkich serii procesorów rodziny C2000. Platforma sprzętowa wymaga tylko jednego elementu: • Zestaw ewaluacyjny C2000 Piccolo LaunchPad firmy Texas Instruments z  układem procesorowym Piccolo TMS320F28027 firmy Texas Instruments (zawiera kabel USB-A USB-mini) [8, 9] W folderze C:\home_dir komputera zostanie utworzony nowy folder workEx3. Wymagane są prawa dostępu (zapisu i modyfikacji) dla tej ścieżki dyskowej. Możliwe jest umieszczenie foldera home_dir na innym wolumenie dyskowym z prawami dostępu.

Dodatkowe informacje: ftp://ep.com.pl, user: 75282, pass: 852sjb64 Dotychczas w EP na temat zestawu ewaluacyjnego C2000 Piccolo LaunchPad: • „Zestaw ewaluacyjny C2000 Piccolo LaunchPad”, EP 01/2013 • „C2000 Piccolo LanuchPad (1) – Pierwszy program w środowisku programowym CCS v5”, EP 02/2013 • „C2000 Piccolo LanuchPad (2) – Łatwe programowanie z pakietem controlSUITE”, EP 03/2013

Podłączenie i skonfigurowanie zestawu C2000 Piccolo LaunchPad Po zainstalowaniu środowiska CCSv5 [1, 10] można pierwszy raz dołączyć zestaw ewaluacyjny C2000 Piccolo LaunchPad [8, 9] kablem USB do wolnego portu USB komputera. System Windows automatycznie rozpoznaje układ. Zostaną zainstalowane sterowniki systemu Windows dla emulatora XDS100v2 [13]. Należy poczekać aż system potwierdzi, że sprzęt jest gotowy do pracy. Do poprawnej pracy programu przykładowego wymagana jest podstawowa (standardowa) konfiguracja przełączników płytki drukowanej zestawu [9]: • Zwory JP1, JP2 i JP3 konfigurowania zasilania układu procesorowego Piccolo F28027. Założone zwory JP1 („3V3”), JP2 („5V”) i JP3 („GND”). Oznacza to zasilanie układu procesorowego Piccolo F28027 z gniazdka USB. • Przełącznik S1 konfigurowania trybu bootowania układu procesorowego Piccolo F28027. Przełącznik S1 („Boot”) skonfigurowany następująco: S1.1 - do góry (ON), S1.2 - do góry, S1.3 - do góry. W praktyce oznacza to bootowanie układu procesorowego Piccolo F28027 z pamięci Flash. • Przełącznik S4 konfigurowania dołączenie portu UART układu procesorowego Piccolo F28027do układu emulatora XDS100v2, Przełącznik S4 („Serial”) skonfigurowany w pozycji do góry (ON). Oznacza to dołączenie portu UART układu procesorowego Piccolo F28027 do układu emulatora, a tym samym do wirtualnego portu COM na komputerze PC. Program przykładowy Example_F2802xLaunchPadDemo automatycznie zaczyna pracować po dołączeniu zestawu do portu USB [9] (patrz ramka).

Uruchomienie środowiska CCSv5 1. W oknie Workspace wpisz ścieżkę i  nazwę folderu roboczego. Powinna być ona krótka i musi być zlokalizowana w  miejscu, dla którego są uprawnienia

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

083-089_piccolo(3).indd 83

83

2013-04-01 23:18:04


dostępu (zapisu). Dla indywidualnej pracy proponowana jest ścieżka <C:/home_dir>. Dla tego ćwiczenia proponowana jest nazwa folderu workEx3. Można umieścić folder home_dir na innym wolumenie dyskowym z prawami dostępu. Po kliknięciu na przycisk OK okna Workspace Launcher otwierane jest okno startowe środowiska CCSv5 (i  ładowane są poszczególne elementy środowiska). Można to obserwować na pasku postępu. Może to trwać dosyć długo i należy koniecznie poczekać na zakończenie inicjalizacji środowiska przed rozpoczęciem dalszej pracy.

Zastosowanie projektu Example_ F2802xLaunchPadDemo 2. Dla pracy z przykładami dla zestawu ewaluacyjnego C2000 Piccolo LaunchPad rozwiń w  oknie TI Resource Explorer drugą pozycję controlSUITE. Następnie należy rozwinąć drzewo controlSUITE  development_kits  C2000_LaunchPad  f2802x_examples. Potem trzeba kliknąć na nazwę wybranego projektu Example_F2802xLaunchPadDemo. W prawym oknie zostanie wyświetlona instrukcja jak krok po kroku zbudować i uruchomić projekt.

Krok1: Importowanie projektu Example_F2802xLaunchPadDemo do CCS Krok1 umożliwia zaimportowanie wybranego projektu do CCSv5. 3. W oknie TI Resource Explorer kliknij na odnośnik kroku 1. Po poprawnym wykonaniu importowania Rysunek 2. Okno ustawień polecenia drzewo projektu pojaClean wia się w  oknie Project Explorer i  zielony znaczek  jest pokazywany na prawo od linii nazwy kroku. Projekt Example_ F2802xLaunchPadDemo został zaimportowany Rysunek 3. Okno informacyjne kasowania pamięci Flash z  kopiowaniem pliku Example_2802xLaunchPadDemo.c do foldera roboczego projektu.

Krok2: Budowanie projektu Example_F2802xLaunchPadDemo Krok2 umożliwia wykonanie budowania wybranego projektu. 4. W oknie TI Resource Explorer kliknij na odnośnik kroku 2. W oknie Console pokazywane są bieżące informacje o  postępie budowania. W  oknie Problems pokazywane są opisy błędów, ostrzeżeń i  informacji. Po poprawnym wykonaniu budowania pokazywany jest w oknie TI Reso-

84

urce Explorer zielony znaczek  na prawo od linii nazwy kroku. 5. W oknie Project Explorer rozwiń drzewo projektu i  kliknij na jego nazwę. Został zbudowany projekt w konfiguracji budowania o nazwie Flash. Budowanie projektu Example_F2802xLaunchPadDemo zostało zakończone (prawie) poprawnie. Został utworzony wynikowy plik binarny Example_F2802xLaunchPadDemo.out.

Błędy zgłaszane przez kompilator podczas pierwszego budowania projektu.

Krok po kroku Kursy EP

Rysunek 1. Opis błędu wykrytego w pliku konfiguracji pamięci

Po zakończaniu pierwszego budowania projektu Example_F2802xLaunchPadDemo zgłaszane są jednak cztery ostrzeżenia . Są one pokazane w oknie Problems. Jeśli okno jest puste, to należy kliknąć lewym klawiszem na linię nazwy projektu w oknie Project Explorer. Linia zostanie pogrubiona, co oznacza wybór projektu. Dokładny opis pierwszego błędu z listy w oknie Problems jest pokazany w oknie Console (rysunek 1). Przyczyną błędu jest wstawienie kropki zamiast przecinka na końcu listy bloków pamięci Flash w pliku konfiguracji pamięci F28027.cmd (patrz ramka). Plik znajduje się poza folderem roboczym projektu w standardowej ścieżce C:\TI\controlSUITE\development_ kits\C2000_LaunchPad\f2802x_common\cmd. 6. Otwórz plik F28027.cmd z menu File  Open File. 7. W linii 117 pliku zamień kropkę na przecinek. Zapisz zmiany do pliku. Kliknij na przycisk Save. 8. Ponownie wykonaj budowanie projektu. Kliknij na przycisk Build na pasku narzędzi perspektywy CCS Edit. Nie używaj przycisku Debug. 9. Zobacz rezultat budowania w oknie Console. Typowo jest tam pokazana informacja: gmake: Nothing to be done for `all’. Ponieważ zmiana dotyczyła zawartości pliku zewnętrznego to projekt nie ma o tym informacji. Próba wyboru innych opcji z  menu Project daje ten sam rezultat. Jest jednak inny sposób. 10. Wybierz z menu Project polecenie Clean (rysunek 2). Kliknij OK. Wykonanie polecenia Clean spowoduje usunięcie wszystkich plików pośrednich z poprzedniego budowania projektu i wykonanie nowego budowania od początku. Tym razem pozostały tylko trzy nieistotne (obecnie) ostrzeżenia.

Krok3: Definiowanie konfiguracji sprzętowego systemu docelowego Krok3 umożliwia zdefiniowanie konfiguracji sprzętowej systemu docelowego dla projektu. Pole Connection pokazuje typ „none”. 11. W oknie Project Explorer kliknij na odnośnik kroku 3. W oknie dialogowym Debugger Configuration rozwiń listę i  wybierz pozycję Texas Instruments XDS100v2 USB Emulator. Kliknij OK. Pole Connection pokazuje teraz typ Texas Instruments XDS100v2 USB Emulator. Zielony znaczek  jest pokazywany na prawo od linii nazwy kroku. Utworzony plik konfiguracji sprzętowej TMS320F28027.ccxml jest teraz pokazany w  gałęzi targetConfigs drzewa projektu w  oknie Project Explorer. Jest on ustawiony jako Active/Default (aktywny i domyślny).

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

083-089_piccolo(3).indd 84

2013-04-01 23:18:05


Krok po kroku Kursy EP

Rysunek 6. Informacja o błędzie spowodowanym brakiem wolnych pułapek sprzętowych układu procesorowego z rdzeniemC28x Rysunek 4. Okno informacyjne programowania pamięci Flash

Programowanie pamięci Flash Programowanie pamięci Flash jest wykonywane w dwóch krokach, W pierwszym kroku pamięć Flash jest kasowana (rysunek 3). W drugim kroku wpisywany jest do niej kod programu z pliku *.out (rysunek 4). UWAGA! Zatrzymanie programowania na kroku kasowania powoduje trwałe zablokowanie dostępu do układu procesorowego!

Krok4: Uruchamianie sesji debugowej dla projektu Example_ F2802xLaunchPadDemo Krok4 umożliwia uruchomienie sesji debugowej dla projektu. Dotychczas praca środowiska CCSv5 nie wymagała fizycznej obecności sprzętu docelowego. Wykonanie kroku 4 wymaga wcześniejszego dołączenia zestawu ewaluacyjnego C2000 Piccolo LaunchPad do komputera z zainstalowanym środowiskiem CCSv5 oraz wcześniejszego utworzenia sprzętowej konfiguracji docelowej. 12. W  oknie TI Resource Explorer kliknij na odnośnik kroku 4. Kliknięcie na odnośnik kroku 4 powoduje automatyczne rozpoczęcie sesji debuggowej – podobnie jak po przyciśnięciu przycisku Debug. Wykonanie w  perspektywie CCS Edit polecenia Debug powoduje wykonanie budowania inkrementacyjnego aktywnego projektu, uruchomienie debuggera, automatyczne dołączenie debuggera (connection) do docelowego układu procesorowego oraz załadowanie/zaprogramowanie kodu wynikowego (programu) do pamięci wewnętrznej RAM/Flash układu procesorowego. Otwierana jest również perspektywa CCS Debug. Postęp działania środowiska CCSv5 można obserwować na pasku stanu w prawym dolnym rogu okna. Może to trwać dosyć długo i należy koniecznie poczekać przed rozpoczęciem dalszej pracy na zakończenie ładowania kodu i pokazania się okna perspektywy CCS Debug. Załadowany programu jest uruchamiany i  jego wykonywanie jest zatrzymywane na pierwszej instrukcji funkcji main().

Rysunek 5. Projekt z ustawioną pułapką

Rysunek 7. Ustawienia projektu wymagające użycia pułapek sprzętowych układu procesorowego z rdzeniem C28x

Debugowanie programu wpisanego do pamięci Flash 13. Otwórz okno Disassembly z menu View  Disassembly. 14. Ustaw pułapkę w linii 289 z kodem myCpu = CPU_ init (); Dwukliknij na linię po lewej stronie od numeru linii kodu (rysunek 5). 15. Kliknij trzykrotnie na przycisk pracy krokowej Step Over na pasku narzędziowym okna Debug. Zobacz informację w oknie Console (rysunek 6). Wszystkie procesory rodziny TMS320C2000 zawierają dwa układy (unit) analizy AU1 i AU2. Układ analizy AU1 zlicza zdarzenia lub monitoruje szyny adresowe. Układ analizy AU2 monitoruje szyny adresowe i  szyny danych. Można skonfigurować te dwa układy jako pułapki sprzętowe lub punkty podglądu (watchpoint). Dodatkowo, układ AU1 może być skonfigurowany jako 40-bitowy licznik wydajności (benchmark). Zawartość licznika jest zwiększana o jeden dla każdego cyklu zegarowego CPU. Dokładny opis zagadnienia jest zamieszczony w książce [12]. Ustawienie pułapki w linii kodu źródłowego C w pliku Example_2802xLaunchPadDemo.c spowodowało automatyczne zastosowanie pułapki sprzętowej, ponieważ kod jest umieszczony w pamięci Flash. Wskazuje na to ikonka w oknie edycyjnym, z podłożonym pod koło krzyżykiem. Krokowe wykonanie kodu wymaga zastosowania pułapki sprzętowej. Jedna została wykorzystana przez aktywną pułapkę w linii kodu. Próba krokowego wykonania kodu przy aktywnej pułapce spowodowała zgłoszenie błędu w  oknie Console. Zgłaszany przez CCS błąd jest spowodowany wykorzystaniem obu dostępnych pułapek sprzętowych. W jaki spsób została użyta druga pułapka sprzętowa? 16. Wybierz z menu pozycję Tools->Debugger Options->Program/Memory Load Options (rysunek 7). Wybrana opcja obsługi CIO powoduje wykorzystanie pułapki sprzętowej (dla programu z kodem w pamięci Flash). 17. Odznacz opcję Enable CIO function use. Kliknij przycisk Remember My Settings. Zmiany ustawień dla tego projektu zostaną zapamiętane. 18. Kliknij trzy razy na przycisk pracy krokowej Step Over. Tym razem praca krokowa już działa.

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

083-089_piccolo(3).indd 85

85

2013-04-01 23:18:05


19. Zdejmij pułapkę w linii 289. Kliknij dwukrotnie na linię po lewej stronie od numeru linii kodu. 20. Kliknij na przycisk pracy krokowej Step Into na pasku narzędziowym okna Debug. Wyświetlany jest komunikat pokazany na rysunku 8. Problem jest spowodowany wygenerowaniem biblioteki driverlib w  lokalizacji innej niż standardowa ścieżka pakietu controlSUITE. Można doraźnie zaradzić problemom dostępu. Lepszym rozwiązaniem może być ponowne zbudowanie biblioteki z  poprawnymi ścieżkami, ale wkracza to trochę poza zakres tego artykułu. 21. Kliknij na przycisk Locate File. Wskaż ścieżkę C:\TI\ controlSUITE\development_kits\C2000_LaunchPad\ f2802x_common\source.

Dołączanie pliku do projektu Skorzystanie z podglądu stanu pól bitowych rejestrów sterowania modułu ADC wymaga dołączenia do projektu pliku definicyjnego struktur modelu bezpośredniego dostępu do rejestrów. Dla modułu ADC udostępniana jest struktura rejestrów sterowania AdcRegs i struktura rejestrów wyniku AdcResult. 22. Sprawdź rozmiar pliku wynikowego Example_ F2802xLaunchPad_demo.out dostępnego w  ścieżce C:\home_dir\work_Ex3\Example_F2802xLaunchPadDemo\Flash 23. Przełącz się do perspektywy CCS Edit. 24. Sprawdź w  pliku Example_F2802xLaunchPad_demo. map (ta sama ścieżka) wykorzystanie pamięci w  sektorach A  i  C pamięci Flash. W  oknie Project Explorer rozwiń gałąź Flash i dwukliknij na nazwę pliku. Jest to bardzo pożyteczny plik zawierający dokładne informacje o rozmieszczeniu sekcji wynikowych kodu i zmiennych w pamięci układu procesorowego. Zamknij podgląd pliku. 25. W oknie Project Explorer kliknij prawym klawiszem myszy na linię nazwy projektu Example_F2802xLaunchPadDemo. Z podręcznego menu wybierz Add Files oraz ścieżkę C:\TI\controlSUITE\development_kits\C2000_ LaunchPad\f2802x_headers\source. 26. Zaznacz plik F2802x_GlobalVariableDefs.c i  kliknij na Otwórz. W oknie File Operation zaznacz opcję Link to files. Kliknij OK. Plik zostanie dołączony (nie dodany) do projektu. 27. Wykonaj samo budowanie projektu (bez ponownego startowanie sesji debugowej). Kliknij na przycisk Build. Nie używaj przycisku Debug. Na pytanie czy załadować plik wynikowy kodu przyciśnij przycisk Yes. Poczekaj na zakończenie programowania kodu do pamięci Flash. 28. Ponownie sprawdź rozmiar pliku wynikowego Example_F2802xLaunchPad_demo.out. 29. Ponownie sprawdź w pliku Example_F2802xLaunchPad_demo.map wykorzystanie pamięci w  sektorach A i C pamięci Flash. Rozmiar kodu wynikowego po dołączeniu pliku F2802x_GlobalVariableDefs.c nie zwiększył się.

86

Wgląd w projekt Example_ F2802xLaunchPadDemo 30. Przełącz się do perspektywy CCS Debug. 31. Zapoznaj się z  komentarzem na początku pliku Example_2802xLaunchPadDemo.c. Krótki opis projektu przykładowego oraz założenia i  wymagania sprzętowe są zamieszczone na początku głównego pliku każdego projektu przykładowego z  pakietu programowego controlSUITE. 32. Dodaj zmienne referenceTemp i  currentTemp oraz struktury AdcRegs i  AdcResult do okna Expressions. Dwukliknij w oknie edytora na nazwę zmiennej (zaznacz). Kliknij prawym klawiszem myszy na zaznaczoną zmienną. Z  podręcznego menu wybierz Add Watch Expression i kliknij OK.

Krok po kroku Kursy EP

Rysunek 8. Informacja o błędnych ścieżkach dostępu do kodu źródłowego biblioteki driverlib.

FLASHC 003f2000 00002000 0000120c FLASHA 003f6000 00001f80 00001f80 Wykorzystanie pamięci w sektorach A i C przez sekcję kodu jest takie samo przed i po dołączeniu pliku. Za to rozmiar pliku wynikowego Example_ F2802xLaunchPad_demo.out zwiększył się ze 196KB do 241kB. Jest to spowodowane większą liczbą danych debugowych wstawionych do tego pliku.

Konfigurowanie do pracy z pamięcią Flash W  projekcie Example_F2802xLaunchPadDemo są dołączone dwa pliki definicyjne pamięci. Jeden to plik DSP2802x_Headers_nonBIOS.cmd. W perspektywie CCS Edit jest on widoczny w drzewie projektu w oknie Project Explorer. W  pliku są zdefiniowane struktury (rejestrów) modułów peryferyjnych układu procesorowego oraz modułu PIE. Jest on stosowany dla projektów bez użycia systemu czasu rzeczywistego (SYS/BIOS). Podstawowe zdefiniowanie użytych w projekcie obszarów pamięci układu procesorowego jest zamieszczone w drugim pliku. Lecz jego umiejscowienie w projekcie nie jest takie proste. Drugi plik F28027.cmd jest wskazany w opcjach wywołania linkera. 33. W oknie Project Explorer w perspektywie CCS Edit kliknij prawym klawiszem myszy na linię nazwy projektu i z podręcznego menu wybierz pozycję Properties. 34. W  oknie Properties for Example_F2802xLaunchPadDemo rozwiń gałąź Build->C200 Linker->File Search Path (rysunek 9). Pozwoli to na sprawdzenie ustawień linkera. W  polu opcji linkera “-l” jest wskazanie na plik „${INSTALLROOT_LAUNCHXL_F28027_V100}/f2802x_ common/cmd/F28027.cmd”. Podana jest ścieżka dostępu do pliku zdefiniowana pośrednio poprzez symbol ścieżki instalacji pakietu firmware dla zestawu ewaluacyjnego C2000 Piccolo LaunchPad. Jest to ścieżka inna niż dla standardowego pakietu firmware. W  pakiecie programowym controlSUITEv3.1.2 został dla zestawu ewalu-

Rysunek 9. Dołączenie drugiego pliku konfiguracyjnego pamięci do projektu

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

083-089_piccolo(3).indd 86

2013-04-01 23:18:05


Krok po kroku Kursy EP

acyjnego zastosowany skopiowany standardowy pakietu firmware F2802x w wersji V100 (starej). 35. W  oknie Properties for Example_F2802xLaunchPadDemo kliknij na gałąź Build oraz otwórz zakładkę Variables. Zdefiniowane są tam symbole ścieżek (rysunek 10). To nie są jedyne predefiniowane symbole w projekcie. 36. Rozwiń gałąź Build->C2000 Compiler->Advanced Options->Predefined Symbols. Są tam zdefiniowane inne ważne symbole np. _Flash” oraz „_DEBUG”. Następne ważne symbole są zdefiniowane w  pliku konfiguracji pamięci. 37. W  perspektywie CCS Edit zobacz zawartość pliku F28027.cmd (patrz ramka). Na początku pliku F28027.cmd zdefiniowane są dostępne obszary pamięci z  przypisaniem do przestrzeni adresowej programu – Page0 lub przestrzeni adresowej danych – Page1. Następnie w  pliku F28027.cmd wykonywane jest przypisanie sekcji do zdefiniowanych na początku obszarów pamięci. Każda sekcja inicjalizowana musi być przypisana do pamięci nieulotnej Flash. Sekcja kodu o  nazwie .text jest przypisana do pamięci Flash w  sektorach A, C i D. Sekcja ramfuncs jest zdefiniowana w specjalny sposób. Dla niej określony jest adres ładowania (LOAD) do pamięci Flash (adres FLASHA). Pod tym adresem będzie zaprogramowana zawartość sekcji w  trakcie ładowania kodu. Zdefiniowany jest również adres wykonania (RUN) w pamięci RAM (adres PRAML0). Jest to adres, pod który zostanie przepisana zawartość sekcji z pamięci Flash do pamięci RAM. Przepisywanie jest wykonywane w programie użytkownika. Następnie z sekcją ramfuncs związane są zmienne (symbole) języka C z dostępem na poziomie asemblerowym. Dlatego ich nazwy są na początku uzupełnione znakiem podkreślenia. Dokładne omówienie zagadnienia jest zamieszczone w książce [13]. W pliku Example_F2802xLaunchPad_demo.map jest pokazane rozmieszczenie sekcji w  pamięci po wykonaniu budowania projektu.

Rysunek 10. Zdefiniowane symboli ścieżek dla projektu

Przepisywanie kodu programu z pamięci Flash do pamięci RAM Inicjalizacja ustawień rejestrów konfiguracyjnych pamięci Flash układu procesorowego serii Piccolo F2802x musi być wykonywana przez kod umieszczony w pamięci RAM. Kod przeznaczony do wykonywania z pamięci RAM jest przypisywany przez linker do sekcji ramfuncs z użyciem dyrektywy #pragma CODE_SECTION. W  pliku flash.c (ścieżka f2802x_common/source/) zastosowana jest linia przypisania #pragma CODE_SECTION(FLASH_setup, “ramfuncs”); W  pliku flash.c wszystkie funkcje obsługi rejestrów konfiguracyjnych pamięci Flash są przypisane do sekcji ramfuncs. Do tej sekcji jest również przypisany kod z pliku F2802x_asmfuncs.asm projektu przykładowego. Dla sekcji ramfuncs linker definiuje trzy symbole: • RamfuncsLoadStart – adres ładowania (LOAD) do pamięci Flash (adres FLASHA). Pod tym adresem będzie zawartość sekcji zaprogramowana w  trakcie ładowania kodu. • RamfuncsRunStart – adres wykonania (RUN) w pamięci RAM (adres PRAML0). Jest to adres, pod który zostanie przepisana zawartość sekcji z pamięci Flash do pamięci RAM. • RamfuncsLoadSize – rozmiar obszaru do przepisania. Linker ustawia wartość tych symboli na podstawie pliku konfiguracji pamięci F28027.cmd. Symbole te są udostępniane jako zmienne w pliku F2802x_GlobalVariableDefs.c dołączonym do biblioteki driverlib. extern Uint16 RamfuncsLoadStart; extern Uint16 RamfuncsLoadSize; extern Uint16 RamfuncsRunStart;

Działanie programu przykładowego Example_F2802xLaunchPadDemo Zestaw ewaluacyjny C2000 Piccolo LaunchPad (LANUCHXL-28027) jest dostarczany z wpisanym do pamięci Flash układu procesorowego programem przykładowym Example_F2802xLaunchPadDemo. Program automatycznie zaczyna pracować po dołączeniu zestawu do portu USB. Świecą kolejno cztery diody LED wskazując na prawo – na przycisk S3. Po przyciśnięciu (i przytrzymaniu) na przycisk S3 (prawy) program przechodzi do pomiaru wewnętrznej temperatury układu procesorowego. Dodatkowo program przykładowy wysyła informacje poprzez port szeregowy układu procesorowego typu UART. Aby je wykorzystać należy najpierw zidentyfikować numer wirtualnego portu COM. W tym celu należy kliknąć prawym klawiszem myszy na Mój komputer (np. w menu Start). Wybrać Właściwości a następnie Sprzęt oraz Menedżer urządzeń. Na liście Porty (COM i LPT) należy znaleźć port o nazwie USB Serial Port (COMX), gdzie X jest numerem. Program przykładowy był uruchamiany z obsługą komunikacji na PC poprzez program PuTTY (do pobrania darmowo ze strony http://www.putty.org/). Próby zastosowania innych programów komunikacyjnych nie dały dobrych rezultatów. Poprawna praca wymaga ustawienia parametrów komunikacji 115200 8N1. Po uruchomieniu programu PuTTY wybierz typ połączenia Serial a następnie wpisz poprawny numer portu COM oraz szybkość transmisji i kliknij Open. Na razie w oknie programu PuTTY jest pusto. Należy teraz przycisnąć przycisk reset RST (S2, lewy). Zostanie wyświetlona spora plansza. Zgodnie z wyświetlanym napisem przyciśnij przycisk S3 (prawy). Po naciśnięciu przycisku mierzona jest aktualna temperatura wewnętrzna układu procesorowego i zapisywana jako temperatura odniesienia Tref (w stopniach Celsjusza). Program przechodzi do trybu cyklicznego pomiaru temperatury bieżącej Tcur. Program pokazuje różnicę temperatury bieżącej i odniesienia: Tcur-Tref. Świecąca lewa dioda LED (D2), o wadze w zapisie binarnym 1000b równej wartości dziesiętnej 8, oznacza zgodność temperatury bieżącej z temp. odniesienia (Tref+0°C). Dodatnia różnica temperatur zwiększa wyświetlaną binarnie wartość a ujemna różnica ją zmniejsza. Czyli pokazywany zakres jest niesymetryczny od Tref-7 (0000b) do Tref+8 (1111b). W prawym dolnym rogu planszy wyświetlanej na PC przez program PuTTY jest pokazywany rezultat aktualnego pomiaru. Oprócz aktualnej różnicy pokazywana jest tam też aktualna temperatura w stopniach Celsjusza. Ponowne przyciśnięcie przycisku S3 powoduje ustawienie temperatury odniesienia na wartość temperatury bieżącej.

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

083-089_piccolo(3).indd 87

87

2013-04-01 23:18:05


40. Dodaj zmienne RamfuncsRunStart, RamfuncsLoadStart oraz struktury RamfuncsLoadSize do okna Expressions. 41. Otwórz okno Memory Browser z menu View  Memory Browser. Wybierz przestrzeń adresową Program, wpisz adres 0x8000 (RamfuncsRunStart ) i kliknij Enter. Zawartość pamięci nie jest przypadkowa, ponieważ kod został już przepisany przez program uruchomiony po włączeniu zasilania zestawu uruchomieniowego. 42. Kliknij prawym klawiszem myszy w  oknie Memory Browser i wybierz Fill Memory. Wpisz adres startowy 0x8000, przestrzeń adresową Program, długość 0x20 oraz wartość wstawianą zero (rysunek 11). 43. Na pasku narzędziowym okna Memory Browser kliknij na przycisk Open New View. Przeciągnij nowe okno pamięci tak, aby było ułożone poniżej poprzedniego (rysunek 12).

Krok po kroku Kursy EP

Zawartość pamięci Flash od adresu początkowego wskazywanego przez RamfuncsLoadStart jest przepisywana do pamięci RAM, rozpoczynając od adresu wskazywanego przez RamfuncsRunStart. Używana jest funkcja memcpy z biblioteki czasu wykonania rts2800_ml.lib. Rysunek 11 Ustawienia 38. W  pliku Example_ parametrów wypełniania F2802xLaunchPadDemo.c kliknij obszaru pamięci RAM (zaznacz) na linię 316 z kodem memcpy(&RamfuncsRunStart, &RamfuncsLoadStart, (size_t)&RamfuncsLoadSize); 39. Kliknij prawym klawiszem (poza tekstem kodu) i wybierz pozycję Run to Line. Program zostanie uruchomiony i zatrzymany na zaznaczonej linii kodu

Plik definicji pamięci F28027.cmd MEMORY { PAGE 0: /* Program Memory */ /* Memory (RAM/FLASH/OTP) blocks can be moved to PAGE1 for data allocation */ PRAML0 : origin = 0x008000, length = 0x000800 /* on-chip RAM block L0 */ OTP : origin = 0x3D7800, length = 0x000400 /* on-chip OTP */ FLASHD : origin = 0x3F0000, length = 0x002000 /* on-chip FLASH */ FLASHC : origin = 0x3F2000, length = 0x002000 /* on-chip FLASH */ FLASHA : origin = 0x3F6000, length = 0x001F80 /* on-chip FLASH */ CSM_RSVD : origin = 0x3F7F80, length = 0x000076 /* Part of FLASHA. Program with */ /* all 0x0000 when CSM is in use. */ BEGIN : origin = 0x3F7FF6, length = 0x000002 /* Part of FLASHA. Used for “boot */ /* to Flash” bootloader mode. */ CSM_PWL_P0 : origin = 0x3F7FF8, length = 0x000008 /* Part of FLASHA. CSM password */ /* locations in FLASHA */ IQTABLES IQTABLES2 IQTABLES3

: origin = 0x3FE000, length = 0x000B50 /* IQ Math Tables in Boot ROM */ : origin = 0x3FEB50, length = 0x00008C /* IQ Math Tables in Boot ROM */ : origin = 0x3FEBDC, length = 0x0000AA /* IQ Math Tables in Boot ROM */

ROM RESET VECTORS

: origin = 0x3FF27C, length = 0x000D44 /* Boot ROM */ : origin = 0x3FFFC0, length = 0x000002 /* part of boot ROM : origin = 0x3FFFC2, length = 0x00003E /* part of boot ROM

*/ */

PAGE 1 : /* Data Memory */ /* Memory (RAM/FLASH/OTP) blocks can be moved to PAGE0 for program allocation */ /* Registers remain on PAGE1 */ BOOT_RSVD : origin = /* this for stack */ RAMM0 : origin = RAMM1 : origin = DRAML0 : origin = FLASHB : origin = }

0x000000, length = 0x000050 /* Part of M0, BOOT rom will use*/ 0x000050, 0x000400, 0x008800, 0x3F4000,

length length length length

= = = =

0x0003B0 0x000400 0x000800 0x002000

/* /* /* /*

on-chip on-chip on-chip on-chip

RAM block M0 */ RAM block M1 */ RAM block L0 */ FLASH */

/* Allocate sections to memory blocks. Note: codestart user defined section in DSP28_CodeStartBranch.asm used to redirect code execution when booting to flash ramfuncs user defined section to store functions that will be copied from Flash into RAM */ SECTIONS { /* Allocate .cinit : .pinit : .text : Codestart : ramfuncs :

csmpasswds csm_rsvd

program areas: */ > FLASHA | FLASHC | FLASHD, > FLASHA | FLASHC | FLASHD, >> FLASHA | FLASHC | FLASHD, > BEGIN PAGE = 0 LOAD = FLASHA, RUN = PRAML0, LOAD_START(_RamfuncsLoadStart), LOAD_SIZE(_RamfuncsLoadSize), RUN_START(_RamfuncsRunStart), PAGE = 0 : > CSM_PWL_P0 : > CSM_RSVD

PAGE = 0 PAGE = 0 PAGE = 0

PAGE = 0 PAGE = 0

/* Allocate uninitalized data sections: */ .stack : > RAMM0 PAGE = 1 .ebss : > DRAML0 PAGE = 1 .esysmem : > DRAML0 PAGE = 1 .sysmem : > DRAML0 PAGE = 1 .cio : >> RAMM0 | RAMM1 | DRAML0 PAGE = 1 /* Initalized sections go /* For SDFlash to program .econst : > FLASHA .switch : > FLASHA

in Flash */ these, they must be allocated to page 0 */ PAGE = 0 PAGE = 0

} Spory kawałek pliku to zakomentowane definicje potrzebne w przypadku używania biblioteki IQMath.lib. Zostały one pominięte.

88

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

083-089_piccolo(3).indd 88

2013-04-01 23:18:06


Krok po kroku Kursy EP

44. W nowym oknie wybierz przestrzeń adresową Program, wpisz adres 0x3F70C2 (RamfuncsLoadStart) i kliknij Enter. 45. Kliknij na przycisk pracy krokowej Step Over na pasku narzędziowym okna Debug. Zauważ zgodność zawartości obu obszarów adresowych pamięci.

Inicjalizowanie ustawień pamięci Flash Dostęp do różnych obszarów pamięci wewnętrznej układu procesorowego wymaga różnej liczby cykli opóźnienia. Dla pamięci RAM opóźnienia mają stałą wartość, a dla pamięci Flash i OTP opóźnienia są programowane przez użytkownika w rejestrach konfiguracyjnych. Przed rozpoczęciem konfigurowania pamięci Flash wszystkie dostępy do pamięci Flash lub OTP muszą być zakończone. Dotyczy to instrukcji znajdujących się w potoku CPU, odczytów danych, oraz operacji pobierania kodu z wyprzedzeniem. Budowa pamięci Flash, procedura inicjalizacji pamięci i rejestry konfiguracyjne jest dokładnie omówiona w książkach [12, 13]. Inicjalizowanie ustawień pamięci Flash jest wykonywane w  funkcji FLASH_setup(myFlash) z  biblioteki driverlib. 46. W  pliku Example_F2802xLaunchPadDemo.c kliknij (zaznacz) na linię 348 kodu FLASH_setup(myFlash); Zaznacz tą linię, kliknij prawym klawiszem (poza tekstem kodu) i wybierz pozycję Run to Line. 47. Kliknij na przycisk pracy krokowej Step Into na pasku narzędziowym okna Debug. 48. Dodaj zmienną strukturalną FlashRegs do okna Expressions. Wpisz jej nazwę w pole Add new expression. Rozwiń drzewo struktury FlashRegs oraz struktury bitowe rejestru FBANKWAIT (rysunek 13). Pole bitowe RANDWAIT określa czas oczekiwania dla swobodnego dostępu do pamięci Flash. Pole bitowe PAGEWAIT określa czas oczekiwania dla stronicowanego dostępu do pamięci Flash. Dokładne omówienie zagadnienia jest zamieszczone w książce [12]. 49. Stosując przycisk Step Over przejdź w pracy krokowej do końca kodu funkcji FLASH_setup (linia 336 kodu). Zobacz jak zmieniła się wartość liczby cykli opóźnienia dostępu do pamięci Flash. Okazuje się, że nadal opóźnienie jest ustawione na domyślną (maksymalną) liczbę 15 cykli zegara systemowego. Brak zmiany jest spowodowany błędnym brakiem aktywnego kodu w  funkcji FLASH_setup biblioteki driverlib dla symbolu definicji zegara CPU_FRQ_60MHZ, ustawionego w tym projekcie. Typowo w każdym projekcie włączony jest plik nagłówkowy DSP28x_Project.h znajdujący się na głównym poziomie

drzewa pakietu firmware. Z tego pliku inkludowane są następne dwa pliki: • F2802x_Device.h – umieszczony w tym samym miejscu. Zdefiniowane są w  nim symbole opisujące używany układ scalony. Domyślnie definiowane są symbole w tym: #define TARGET 1 #define DSP28_28027PT TARGET • F2802x_Examples.h (ścieżka / f2802x_common/include/) Zdefiniowane jest w nim makro DELAY_US wyskalowane w  mikrosekundach oraz symbole z wartościami domyślnymi ustawień dla F28027 Piccolo w tym: CPU_RATE 16.667L // for a 60MHz CPU clock speed (SYSCLKOUT) #define CPU_FRQ_60MHZ 1 // 60 Mhz CPU Freq (10 MHz input clock) Inne symbole definicji zegara to oraz CPU_FRQ_40MHZ.

Rysunek 12. Zmienne sterujące i obszary adresowe dla przepisywania kodu z pamięci Flash do RAM CPU_FRQ_50MHZ

Uruchamianie projektu Example_ F2802xLaunchPadDemo 50. Kliknij na przycisk Resume na pasku narzędziowym okna Debug. Opis działania programu i jego obsługi jest zamieszczony w  ramce „Działanie programu przykładowego Example_ F2802xLaunchPadDemo”. Zaprezentowane w  artykule Rysunek 13. Ustawienia zdefiniowania postępowanie poopóźnienia dostępu do pamięci Flash zwala na poznanie programowania pamięci Flash układów procesorowych Piccolo F2802x w  środowisku programowym CCSv5. Uruchamianie przykładowego projektu z pakietu programowego controlSUITEv3 umożliwia poznanie sposobów pracy programu z pamięci Flash układów procesorowych Piccolo F2802x.

Henryk A. Kowalski kowalski@ii.pw.edu.pl

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

083-089_piccolo(3).indd 89

89

2013-04-01 23:18:06


Transmisja szeregowa UART, SPI W artykule omówimy obsługę interfejsów komunikacyjnych UART oraz SPI w mikrokontrolerze MSP430f1232. Przy okazji podamy sporą porcję informacji teoretycznych. Omówimy również praktyczne przykłady obsługi interfejsów. Zainstalowany w  module „Komputerek” mikrokontroler MSP430f1232 ma wbudowany moduł transmisji szeregowej USART (rysunek 1). Korzystając z  modułu USART możemy zrealizować obsługę jednego z interfejsów komunikacyjnych: UART, albo SPI. Rodzaj obsługiwanego interfejsu konfiguruje bit SYNC z rejestru U0CTL (wartość 0 - interfejs UART, wartość 1 – interfejs SPI).

Moduł USART. Interfejs asynchroniczny UART Interfejs UART jest przeznaczony do asynchronicznej, szeregowej transmisji danych. Do jej realizacji są używane linie I/O mikrokontrolera: linia nadawcza UTXD oraz linia odbiorcza URXD. Dane transmitowane są w  „ramkach”. Prędkość transmisji danych ustala programista. Schemat blokowy modułu USART w  trybie obsługi interfejsu UART ( bit SYNC = 0) pokazano na rysunku 2. Podstawowe elementy modułu to: rejestry odbiornika (przesuwny i  odbiorczy), rejestry nadajnika (przesuwny i  nadawczy), linie transmisyjne (URXD – odbiorcza,

Rysunek 1. Schemat blokowy modułu USART. Obsługa interfejsów UART / SPI

Rysunek 2. Moduł USART. Interfejs UART. Szarym kolorem zaznaczono bloki funkcjonalne odpowiedzialne za obsługę interfejsu SPI

90

Krok po kroku Kursy EP

MSP430 w przykładach (8)

Dodatkowe materiały na CD/FTP: ftp://ep.com.pl, user: 75282, pass: 852sjb64

UTXD – nadawcza), oraz generator podstawy czasu transmisji. Ramka transmisyjna. Podstawowa ramka transmisyjna rozpoczyna się bitem startu, zawiera 7 bitów danych i kończy 1 bitem stopu. Dodatkowo, w ramce może być przesłany ósmy bit danych, bit adresu ramki, bit kontroli parzystości oraz drugi bit stopu. Wygląd ramki transmisyjnej pokazano na rysunku 3. Wysyłanie danych. Dane wysyłane są w  ramkach transmisyjnych. W pojedynczej ramce transmisyjnej bity wysyłane są w kolejności od najmniej do najbardziej znaczącego. Nadawanie inicjuje wpisanie danych (7 albo 8 bitów) do rejestru nadajnika U0TXBUF. Wówczas jest formowana ramka transmisyjna. Następnie kolejne bity danych poprzez przesuwny rejestr nadajnika „wypychane są” na linię nadawczą UTXD. Po wysłaniu danych jest ustawiana flaga przerwania UTXIFG0. Odbieranie danych. Mikrokontroler próbkuje linię odbiorczą URXD. W momencie wykrycia początku ramki transmisyjnej (bit startu), odczytywane są kolejne bity transmisji. Odebrane bity danych są wprowadzane do rejestru przesuwnego odbiornika, a gdy zostanie wykryty koniec ramki (bit stopu), to dane (7 albo 8 bitów) przepisywane są do rejestru odbiornika U0RXBUF. Wówczas jest ustawiana flaga przerwania URXIFG0. Generator taktujący. Moduł USART wyposażono w generator taktujący transmisję szeregową (Baud Rate Generator). Jego zadaniem jest wytworzenie sygnału zegarowego BITCLK używanego do taktowania transmisji UART lub SPI. Schemat blokowy układu pokazano na rysunku 4. Podstawowe elementy generatora taktującego to: 16-bitowy licznik, komparator, dwa rejestry dzielnika BRCLK, modulator oraz rejestr modulatora. Na wejście układu jest podawany sygnał BRCLK. Na wyjściu jest generowany sygnał BITCLK. Źródło sygnału BRCLK konfiguruje bit SSELx z rejestru U0TCTL. Sygnał wejściowy BRCLK może być taktowany jednym z sygnałów zegarowych ACLK, SMLCK, albo przez zewnętrzny sygnał UCLKI doprowadzony do wejścia UCLK mikrokontrolera. Częstotliwość sygnału wyjściowego BITCLK (bez modulacji) określa wzór 8.1. (8.1) fBITCLK = fBRCLK/N (8.2) N = fBRCLK/fBITCLK gdzie: fBITCLK – częstotliwość sygnału wyjściowego BITCLK [Hz] fBRCLK – częstotliwość sygnału wejściowego BRCLK [Hz] N – dzielnik częstotliwości BRCLK

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

090-098_msp430.indd 90

2013-03-29 13:50:39


Krok po kroku Kursy EP

Rysunek 3. Interfejs UART. Ramka transmisyjna. Podstawowe pola to: bit startu, 7 bitów danych, bit stopu Okres sygnału wyjściowego trwa N taktów sygnału wejściowego. Takty sygnału wejściowego zlicza 16-bitowy licznik wbudowany w układ generatora. Jeśli N jest liczbą parzystą, to dwukrotnie jest odliczane po N/2 tak-

tów sygnału. Jeśli N jest liczbą nieparzystą, to najpierw jest odliczane N/2 taktów sygnału, a następnie odliczane są pozostałe takty sygnału (N/2+1) wejściowego. Dodatkowo, za pomocą BITCLK jest możliwe modulowa-

Rysunek 4. Schemat blokowy generatora taktującego

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

090-098_msp430.indd 91

91

2013-03-29 13:50:39


Krok po kroku Kursy EP

Rysunek 5 Generator taktujący: przebiegi czasowe sygnałów BRCLK, BITCLK nie częstotliwości sygnału wyjściowego. Gdy generator taktujący wykryje ustawiony bit modulacji, to najpierw odlicza N/2+1, a następnie N/2 (N parzyste) albo N/2+1 (N nieparzyste) taktów sygnału wejściowego. Przebiegi czasowe sygnałów pokazano na rysunku 5. Prędkość transmisji. Transmisja danych taktowana jest sygnałem BITCLK wytwarzanym na wyjściu układu generatora taktującego (Baud Rate Generator). Prędkość transmisji danych wyrażona w  bitach na sekundę (b/s) jest równa częstotliwości sygnału BITCLK (wzór 8.1). Aby ustalić prędkość transmisji, konfigurujemy parametry pracy generatora. Ustawiamy źródło sygnału wejściowego BRCLK. Obliczamy wartość dzielnika częstotliwości BRCLK (wzór 8.2). Obliczoną wartość dzielnika sygnału wejściowego BRCLK wpisujemy do rejestrów U0BR1, U0BR0 (bardziej znaczący bajt do rejestru U0BR1, mniej znaczący do rejestru U0BR0 ). W  mikro-

kontrolerach MSP430 możemy konfigurować praktycznie dowolną prędkość transmisji danych UART. Jedyne ograniczenie jest takie, że maksymalna prędkość transmisji danych (częstotliwość sygnału wyjściowego) nie może być wyższa niż 1/3 częstotliwości sygnału wejściowego BRCLK (wartość N musi być większa bądź równa 3). Obliczona ze wzoru 8.2 wartość N może być liczbą zmiennoprzecinkową. Przykładowo, przy taktowaniu sygnału wejściowego BRCLK sygnałem o częstotliwości 32768  Hz (kwarc zegarkowy) i  prędkości transmisji 9600 b/s, wartość N wynosi 3,41. Ponieważ do rejestrów U0BR1 i  U0BR0 można wprowadzać tylko liczby stałoprzecinkowe, to w  tym konkretnym przypadku do rejestru U0BR1 należy wprowadzić wartość 0, a do rejestru U0BR0 wartość 3. Prędkość transmisji danych (częstotliwość sygnału wyjściowego BITCLK) wyniesie 10923 b/s (32768 Hz/3). Różnica pomiędzy prędkością, którą chce-

Rysunek 6. Transmisja UART (brak modulacji). Przykładowa ramka danych ( BRCLK = 32768 Hz, definiowana prędkość transmisji 9600 b/s). Każdy bit jest transmitowany z błędem 14%. Sumaryczny błąd (przesunięcie o 140%, czyli 1,4 bitu) uniemożliwia poprawną transmisję danych

Rysunek 7. Transmisja UART (modulacja 0x29). Przykładowa ramka transmisji danych ( BRCLK = 32768 Hz, prędkość transmisji 9600 b/s). Maksymalny błąd transmisji bitu to 17%. Sumaryczny błąd (przesunięcie o 0,039 bitu) nie wpływa na poprawność transmisji danych

92

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

090-098_msp430.indd 92

2013-03-29 13:50:39


Krok po kroku Kursy EP

Ramka 8.1 Konfiguracja kontrolera USART. Interfejs UART 1. Włącz tryb restartu kontrolera. (ustaw bit SWRST w rejestrze U0CTL). 2. Ustal rejestry konfiguracyjne. (U0CTL, U0TCTL, U0RCTL oraz U0BR1, U0BR0, U0MCTL). 3. Włącz moduł odbiorczy lub nadawczy, ewentualnie oba jednocześnie. (ustaw bit/bity UTXE0/URXE0 w rejestrze ME2). 4. Wyłącz tryb restartu kontrolera. (wyzeruj bit SWRST w rejestrze U0CTL). 5. Opcjonalnie włącz obsługę przerwań danych przychodzących/wychodzących (ustaw bit/bity URXIE0, UTXIE0 w rejestrze IE2). my uzyskać, a faktycznie uzyskaną wyniesie blisko 14%. Pierwszy bit w ramce transmisyjnej (bit startu) przesunie się o 14% swojego czasu trwania, kolejny o 28%, a ostatni, dziesiąty bit ramki transmisyjnej (ramka: 1 bit startu + 8 bitów danych + 1 bit stopu) aż o 140%. Przesunięcie bitów spowoduje, że dane będą wysyłane/odbierane niepoprawnie. Omówiony przypadek pokazano na rysunku 6. Aby rozwiązać „problem” liczb zmiennoprzecinkowych i  poprawić dokładność sygnału wyjściowego BITCLK, trzeba użyć zainstalowanego w  generatorze taktującym (Baud Rate Generator) modulatora sygnału BITCLK. Dopasowuje on częstotliwość sygnału wyjściowego BITCLK (prędkość transmisji) do wartości optymalnej. W momencie, gdy czas trwania bitu jest zbyt krótki, to modulator wydłuża sygnał wyjściowy BITCLK o jeden takt sygnału wejściowego BRCLK. Efekt pracy modulatora pokazano na rysunku 7. Żeby transmisja danych z włączonym modulatorem wykonywała się poprawnie należy obliczyć sekwencję modulującą, a  obliczoną wartość wpisać do rejestru U0MCTL. W  materiałach dodatkowych zamieszczamy program „Kalkulator”, który służy do obliczania parametrów transmisji UART. Konfigurowanie interfejsu UART i mikrokontrolera. Linie wejścia-wyjścia mikrokontrolera, do których dołączone są sygnały transmisyjne UTXD i URXD, ustawiamy w  tryb pracy funkcyjny oraz definiujemy kierunek linii (UTXD wyjście, URXD wejście). Następnie konfigurujemy rejestry sterujące pracą kontrolera USART. Szablon procedury konfiguracyjnej pokazano w  ramce  8.1. Dokumenty opisujące rejestry modułu zamieszczamy na płycie CD, oraz serwerze FTP. Przerwania. Obsługę przerwań od danych odebranych RX włącza/wyłącza bit URXIE z rejestru IE2. Flaga przerwania URXIFG0 (rejestr IFG2) informuje o odebraniu danych. Jest ona ustawiana w momencie przepisania danych z  rejestru przesuwnego do rejestru odbiornika U0RXBUF. Flaga jest zerowana w trakcie odczytu danych

Rysunek 8. Przykład podłączenia MSP430, do magistrali danych

z rejestru U0RXBUF oraz przy wejściu do procedury obsługi przerwania (za wyjątkiem trybu wykrywania początku transmisji danych). Obsługę przerwań danych wychodzących TX włącza/wyłącza bit UTXIE z  rejestru IE2. Flaga przerwania UTXIFG0 znajduje się w  rejestrze IFG2. Flaga przerwania jest ustawiana w momencie, gdy moduł transmisyjny jest gotowy do wysłania danych (pusty rejestr nadajnika U0TXBUF). Dodatkowo, w rejestrze U0TCTL umieszczono bit TXEPT, który jest ustawiany, gdy rejestr przesuwny nadajnika zostanie opróżniony. Tryb pracy wieloprocesorowej. Zazwyczaj interfejs UART jest używany do komunikacji pomiędzy dwoma urządzeniami. W  praktyce budowane są także systemy, w których jest łączona ze sobą większa liczba urządzeń. Przykładem takiego systemu może być sieć czujników pomiarowych prezentowana na rysunku 8. Aby urządzenia połączone w sieć mogły się ze sobą komunikować, każde z  nich musi mieć unikalny adres. Dane wysyłane do urządzenia (pakiet/blok danych) muszą być zaadresowane. W  mikrokontrolerach MSP430 interfejs UART wyposażono w  mechanizm adresowania bloków danych. Jest to tzw. wieloprocesorowy tryb pracy interfejsu UART. W  tym trybie dostępne są dwa protokoły komunikacji urządzeń: protokół idle-line oraz protokół z  bitem adresowym. Oba konfigurowane są za pomocą bitu MM z  rejestru U0CTL. (bit wyzerowany – idle-line, bit ustawiony – protokół z bitem adresowym). W obu protokołach minimalna wielkość bloku danych to dwie ramki transmisyjne UART. W pierwszej ramce jest umieszczany adres urządzenia, do którego kierowane są dane. W  kolejnej (bądź kolejnych) są transmitowane dane. W protokole idle-line kolejne bloki danych oddzielane są przerwami w  transmisji (trwającymi przez czas co najmniej 10 bitów) o  wysokim poziomie logicznym, nadanymi po pierwszym bicie stopu. W pierwszej ramce bloku jest przesyłany adres, w pozostałych dane. W protokole z bitem adresowym, do ramki transmisyjnej UART jest dodawany bit adresu ramki, którego wartość określa czy w  ramce jest wysyłany adres, czy też dane. Jeśli bit adresu jest ustawiony (pierwsza ramka w  bloku), to w  ramce UART jest przesyłany adres, gdy bit jest wyzerowany, to dane. Na rysunku 9 pokazano transmisję wieloprocesorową interfejsu UART w trybach obsługi protokołu idle-line oraz protokołu z bitem adresowym. Wysyłając blok danych musimy go zaadresować. W trybie protokołu idle-line adres jest ustalany w dwóch krokach. Najpierw w  rejestrze U0TCTL ustawiamy bit TXWAKE, a  do rejestru nadajnika U0TXBUF wpisujemy dowolną wartość. Następnie, do rejestru nadajnika wpisujemy adres wysyłanego bloku. Dane wpisane do rejestru nadajnika w pierwszym kroku, nie są wysyłane, jest jedynie generowana przerwa na linii transmisyjnej. Pierwszą wysłaną ramką transmisyjną jest ramka z adresem bloku danych – w kolejnych możemy wysyłać dane. W trybie protokołu z bitem adresowym do ramki transmisyjnej jest dodawany bit adresu, który definiuje czy w ramce transmisyjnej wysyłany jest adres, czy dane (1 – adres, 0 – dane). Bit adresu ustawiamy za pomocą bitu TXWAKE. W trakcie wysyłania ramki danych bit TXWAKE jest przepisywany w pole bitu adresu. Odbieranie bloków danych jest identyczne dla obu protokołów. Przed odebraniem bloku danych należy

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

090-098_msp430.indd 93

93

2013-03-29 13:50:39


ustawić bit URXWIE w rejestrze U0RCTL. Wówczas wszystkie ramki transmisyjne, które nie będą zawierały adresu zostaną odrzucane przez MSP430. Gdy zostanie odebrana ramka z  adresem (początek bloku danych), to w  rejestrze U0RCTL zostanie ustawiany bit RXWAKE. Wówczas odczytujemy adres bloku danych i jeśli dane są adresowane do nas, to zerujemy bit URXWIE i odbieramy dane. Po odebraniu całego bloku danych ponownie ustawiamy bit URXWIE. Wykrywanie początku transmisji. Moduł UART obsługuje mechanizm pozwalający na wykrycie początku

Krok po kroku Kursy EP

Rysunek 9. Transmisja wieloprocesorowa. Protokoły a) idle-line, b) z bitem adresowym transmisji danych przychodzących (bit URXSE w  rejestrze U0TCTL). Pojawienie się na linii odbiorczej RXD ramki transmisyjnej powoduje ustawienie wewnętrznego sygnał URXS oraz wywołanie procedury obsługi przerwania RX (flaga przerwania URXIFG0 nie jest ustawiana). W procedurze obsługi przerwania sprawdzamy stan flagi URXIFG0. Gdy flaga jest ustawiona to oznacza, że zostały odebrane dane (ewentualnie błąd BRK). W przeciwnym razie wejście do procedury obsługi przerwania zostało wymuszone wykryciem początku transmisji danych przychodzących. W  drugim wypadku zerujemy

Rysunek 10 Moduł USART. Interfejs SPI. Szarym kolorem zaznaczono bloki funkcjonalne odpowiedzialne za obsługę interfejsu UART

94

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

090-098_msp430.indd 94

2013-03-29 13:50:40


Krok po kroku Kursy EP

Tabela 8.1. Interfejs UART błędy danych przychodzących Typ błędu. FE (błąd ramki)

OE (błąd przepełnienia rejestru U0RXBUF) BRK (błąd przerwania odbioru danych)

PE (błąd parzystości)

Opis błędu. Błąd ramki jest wykrywany, gdy bit stopu jest zerem. Jeśli ramka ma dwa bity stopu, to jest sprawdzany tylko pierwszy z nich. Błąd przepełnienia rejestru U0RXBUF jest zgłaszany, gdy w  rejestrze odbiornika zostaną nadpisanie dane. Taka sytuacja ma miejsce, jeśli nie odczytamy z  rejestru odebranego znaku i  zostanie odebrany nowy znak. Błąd przerwania odbioru danych jest zgłaszany, gdy w  ramce nie zostanie odebrany bit stopu, a  następnie na linii URXD zostanie odebranych co najmniej 10 bitów o  niskim poziomie logicznym. Błąd parzystości. Przed wysłaniem ramki jest obliczana liczba 1 w  przesyłanej wiadomości (dane + ew. bit adresu). Jeśli wynik jest liczbą nieparzystą, to bit parzystości jest ustawiany 1. W  przeciwnym wypadku, bit parzystości jest zerowany. Ustawienie bitu kontrolnego powoduje, że liczba jedynek w  wiadomości (dane + ew. bit adresu + bit kontrolny) w  przypadku bitu parzystości jest parzysta, a  bitu nieparzystości nieparzysta. Po odebraniu ramki danych ponownie jest obliczana liczba 1 w  wiadomości. Jest obliczany bit kontrolny, a  jego wartość porównywana z  odebraną w  ramce danych. Brak zgodności oznacza, że podczas transmisji danych wystąpiło przekłamanie i  jest zgłaszany błąd parzystości.

oraz ponownie ustawiamy bit URXSE. Spowoduje to wyzerowanie wewnętrznego sygnału URXS oraz ponownie włączy mechanizm wykrywania początku transmisji danych odbieranych. Mechanizm wykrywania początku transmisji danych odbieranych znalazł zastosowanie w aplikacjach obsługujących tryby uśpienia mikrokontrolera. Możemy uśpić MSP430, oszczędzać energię i czekać transmisję danych. Po wykryciu jej początku mikrokontroler jest budzony i może zająć się dalszą obsługą UART. Sygnalizowanie błędu odbioru danych. Układ odbiornika UART potrafi wykryć błędy odbioru danych. Automatycznie wykrywane są: błąd w strukturze ramki (FE), przepełnienie rejestru odbiornika (OE), przerwanie odbioru danych (BRK). Dodatkowo, możemy włączyć mechanizm kontroli parzystości (PE). W rejestrze U0CTL ustawimy bit PENA. Wówczas do ramki transmisyjnej jest dodawany bit kontrolny. Za pomocą bitu PEV z rejestru U0CTL definiujemy czy będziemy sprawdzać parzystość, czy też nieparzystość bitów w ramce transmisyjne (0 – nieparzystość, 1 – parzystość). Wszystkie bity błędów ustawiane są w rejestrze U0RCTL, a ich znaczenie opisano w tabeli 8.1. W  momencie wykrycia błędu jest ustawiany odpowiedni bit (FE, OE, BRK, PE) oraz dodatkowo, jest usta-

Rysunek 11. Interfejs SPI. Ramka transmisyjna. Standardowa ramka zawiera 7 bitów danych

wiany bit RXERR. Podczas odczytu danych z odbiornika (rejestr U0RXBUF) wszystkie bity błędów są zerowane automatycznie i dlatego bity błędów powinny być sprawdzane zanim odczytamy rejestr odbiornika. Najpierw sprawdzamy wartość bitu RXERR. Gdy bit będzie wyzerowany, to odebrane dane są poprawne. Ustawiony bit informuje, że wystąpił błąd odbioru danych. Wówczas należy sprawdzić pozostałe bity błędów i  wykryć jego rodzaj.

Moduł USART: interfejs synchroniczny SPI Interfejs SPI zaprojektowano do realizacji synchronicznej transmisji szeregowej. W mikrokontrolerach MSP430 może on pracować w  trybie nadrzędnym (Master) lub podrzędnym (Slave). Tryb pracy interfejsu konfiguruje bit MM z rejestru U0CTL (1 – Master, 0 – Slave). Transmisja danych jest realizowana przy użyciu 3 linii: SIMO (Slave In Master Out – wejście Slave, wyjście Master), SOMI (Slave Out Master In – wyjście Slave, wejście Master), UCLK (USART SPI Clock). Linie SIMO i  SOMI to linie danych, linia UCLK to linia sygnału zegarowego taktującego transmisję danych. Transmisję danych zawsze inicjuje urządzenie Master, które generuje przebieg zegarowy UCLK taktujący transmisją danych. W mikrokontrolerach MSP430 możemy włączyć tryb pracy interfejsu SPI, w  którym będzie używana dodatkowa, czwarta linia sterująca. Linia STE (Slave Transmit Enable) służy do rozwiązywania konfliktów podczas transmisji danych. Obsługę linii STE (tryb pracy 4-pinowy) włączamy zerując bit STC w  rejestrze U0TCTL. Budowa. Schemat blokowy modułu USART w trybie obsługi interfejsu SPI (bit SYNC=1) pokazano na rysunku 10. Podstawowe elementy modułu to: rejestry odbiornika (przesuwny i  odbiorczy), rejestry nadajnika (przesuwny i  nadawczy), linie interfejsowe (SIMO, SOMI, UCLK, STE). Ramka transmisyjna. W  ramce może być przesłanych 7, albo 8 bitów danych. Dane przesyłane są w kierunku od najbardziej do najmniej znaczącego bitu. Wygląd ramki transmisyjnej pokazano na rysunku 11. Wysyłanie i odbieranie danych. Transmisja danych jest dwukierunkowa. Z każdym taktem sygnału taktującego transmisję (UCLK) jest wysyłany i odbierany jeden

Rysunek 12. Interfejs SPI. Transmisja danych. Z każdym taktem zegara UCLK (zbocze rosnące i opadające) wysyłany i odbierany jest jeden bit danych

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

090-098_msp430.indd 95

95

2013-03-29 13:50:40


Krok po kroku Kursy EP

Rysunek 13 Interfejs SPI. Polaryzacja i faza sygnału UCLK. Przebiegi czasowe sygnału bit danych. Sposób przesyłanie danych zależy od tego czy mikrokontroler pracuje w  trybie nadrzędnym (Master), czy podrzędnym (Slave). W sposób graficzny wysyłanie i odbieranie danych pokazano na rysunku 12. W  trybie Master transmisję bitów inicjuje wpisanie danych do rejestru nadajnik U0TXBUF. Po uzupełnieniu rejestru kontroler czeka, aż rejestr przesuwny nadajnika będzie pusty i gdy to nastąpi, kopiuje dane z rejestru nadajnika do rejestru przesuwnego. Wówczas jest ustawiana flaga przerwania UTXIFG0 informująca o tym, że rejestr nadajnika jest pusty i że można do niego zapisać kolejne dane do wysłania. Po załadowaniu rejestru przesuwnego na linii zegarowej mikrokontrolera pojawia się sygnał UCLK (wytwarzany przez generator taktujący), a narastające lub opadające zbocze sygnału (w zależności od wybranego trybu pracy interfejsu, o czym dalej) powoduje wysłanie bitu danych za pomocą linii wyjściowej SIMO. Przy zmianie zbocza sygnału zegarowego mikrokontroler próbkuje wejście danych odbieranych SOMI, a odczytany bit jest wpisywany do rejestru przesuwnego odbiornika. W momencie, gdy zostanie odebrana cała ramka danych (7 lub 8 bitów), to dane z rejestru przesuwnego odbiornika kopiowane są do rejestru odbiornika U0RXBUF. Wówczas jest ustawiana flaga przerwania URXIFG0 informująca o odebraniu danych. W  trybie Slave transmisję danych taktuje sygnał UCLK generowany przez dołączone urządzenie zewnętrzne. Dane po wpisaniu do rejestru nadajnika U0TXBUF przesyłane są do rejestru przesuwnego. W rejestrze przesuwnym czekają aż na linii zegarowej wystąpi sygnał UCLK. Z narastającym lub opadającym zboczem sygnału zegarowego (w  wybranego trybu) bit danych jest wysyłany na linię transmisyjną SOMI. Po zmianie zbocza sygnału zegarowego mikrokontroler próbkuje linię danych przychodzących SIMO, a  odczytany bit jest wpisywany do rejestru przesuwnego odbiornika. Gdy zostanie odebrana cała ramka danych (7 lub 8 bitów), to dane są kopiowane do rejestru odbiornika U0RXBUF i jest ustawiana flaga przerwania URXIFG0 informująca o odebraniu ramki danych. Jeśli nie odczytamy danych z rejestru odbiornika, to zostanie odebrana nowa ramka danych, a  stare dane zostaną nadpisane, co spowoduje ustawienie flagi błędu OE w rejestrze U0RCTL.

96

Polaryzacja i faza sygnału zegarowego. W  mikrokontrolerach MSP430 przyjęto inne niż w  standardzie nazewnictwo bitów konfigurujących tryb transmisji SPI. Są to bity: CKPL, CKPH. Dodatkowo, bit CKPH (faza sygnału) działa inaczej, niż standardowo (odwrócone znaczenie). Dlatego też definiując parametry pracy sygnału zegarowego UCLK dla MSP430 nie można kierować się rutyną i doświadczeniem nabytym podczas stosowania innych mikrokontrolerów. Bity CKPL i CKPH ustalające polaryzację i fazę sygnału UCLK umieszczono w  rejestrze U0TCTL. Bit polaryzacji sygnału zegarowego określa poziom linii zegarowej w stanie spoczynku (przed rozpoczęciem transmisji): • CKPL=0 – linia wyzerowana, • CKPL=1 – linia ustawiona. Bit fazy sygnału zegarowego definiuje zależność pomiędzy zboczem sygnału zegarowego, a momentem wysłania (transmisja bitu) i  odebrania (próbkowanie linii wejścia) bitu danych: • CKPH=0 – pierwsze zbocze sygnału zegarowego inicjuje wysłanie bitu danych, drugie zbocze wyznacza moment odbioru danych (próbkowanie wejścia), • CKPH = 1 – pierwsze zbocze sygnału zegarowego wyznacza moment odbioru danych (próbkowanie wejścia), drugie zbocze inicjuje wysłanie bitu danych. Modyfikując bity CKPL, CKPH uzyskujemy 4 tryby interfejsu SPI. Przebiegi czasowe sygnału UCLK pokazano na rysunku 13. Prędkość transmisji. Transmisja danych jest taktowana sygnałem zegarowym UCLK. Prędkość transmisji danych wyrażana w  bitach na sekundę (b/s) jest równa częstotliwości sygnału UCLK. W trybie Master sygnał zegarowy UCLK jest generowany na podstawie BITCLK. Aby ustalić prędkość transmisji danych, konfigurujemy parametry pracy generatora taktującego (Baud Rate Generator). Ustawiamy źródło sygnału wejściowego BRCLK. Obliczamy wartość dzielnika częstotliwości BRCLK (wzór 8.2). Obliczoną wartość dzielnika sygnału wejściowego BRCLK wpisujemy do rejestrów U0BR1, U0BR0. Maksymalna prędkość transmisji danych (częstotliwość BITCLK) nie może być większa niż 1/2 częstotliwości sygnału BRCLK (wartość dzielnika musi być większa bądź równa 2). Układ modulatora nie jest używany, a rejestr U0MCTL należy wyzerować.

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

090-098_msp430.indd 96

2013-03-29 13:50:40


Krok po kroku Kursy EP

Ramka 8.2 Konfigurowanie kontrolera USART. Interfejs SPI 1. Włącz tryb restartu kontrolera (ustaw bit SWRST w rejestrze U0CTL). 2. Ustaw rejestry konfiguracyjne U0CTL, U0TCTL, U0RCTL. W trybie Master definiuj prędkość transmisji danych ( rejestry U0BR1, U0BR0, U0MCTL = 0). 3. Włącz obsługę interfejsu SPI (ustaw bit USPIE0 w rejestrze ME2). 4. Wyłącz tryb restartu kontrolera (wyzeruj bit SWRST w rejestrze U0CTL). 5. Opcjonalnie włącz obsługę przerwań danych odbieranych/wysyłanych (ustaw bit/bity URXIE0, UTXIE0 w rejestrze IE2). W  trybie Slave sygnał zegarowy UCLK jest generowany przez urządzenie zewnętrzne i ono ustala również prędkość transmisji danych. Konfigurowanie interfejsu SPI i  mikrokontrolera. Linie I/O  mikrokontrolera, do których są dołączone sygnały transmisyjne SOMI, SIMO, UCLK, STE, należy ustawić w  tryb pracy funkcyjny. W  trybie Master linie SIMO i  UCLK konfigurujemy w  kierunku wyjścia, a  linię SOMI w kierunku wejścia. W trybie Slave linię SOMI przełączamy w  kierunku wyjścia, a  linie SIMO i  UCLK w kierunku wejścia. Linie STE (tryb pracy 4-pinowy) zawsze ustawiamy w  kierunku wejście. W  trybie Master, jeśli linia STE jest wyzerowana, mikrokontroler ma zablokowaną transmisję SPI. W trybie Slave transmisję SPI blokuje poziom wysoki na linii STE. Graficznie pokazano to na rysunku 14. Po zakończeniu konfiguracji linii transmisyjnych konfigurujemy rejestry sterujące pracą kontrolera USART. Szablon procedury konfiguracyjnej umieszczono w ramce 8.2. Budowa magistrali. Urządzenia komunikujące się przy pomocy interfejsu SPI można łączyć ze sobą tworząc magistrale komunikacyjne. Podstawowe konfiguracje to: magistrala z jednym urządzeniem Master, albo magistrala z  wieloma urządzeniami Master. Częściej stosowany i  prostszy w  obsłudze jest wariant magistrali z  jednym urządzeniem Master. Przykład takiego połączenia pokazano na rysunku 15. Ponieważ linie transmisyjne danych (SIMO, SOMI) są wspólne dla wszystkich urządzeń dołączonych do magistrali, to w jednej chwili mogą komunikować się tylko dwa urządzenia. (urządzenie Master i jedno z grupy urządzeń Slave). Aby zapobiec kolizjom na liniach transmisyjnych, Master wybiera urządzenie Slave, z którym chce „rozmawiać”, a pozostałe wyłącza (blokuje interfejs SPI). W MSP430 interfejs SPI włącza/wyłącza sygnał STE. W przypadku czujników sygnał sterujący pracą interfejsu SPI jest zazwyczaj w dokumentacji technicznej oznacza-

Rysunek 15. Interfejs SPI. Magistrala danych SPI (jeden Master)

Rysunek 14. Interfejs SPI. Kierunek linii transmisyjnych ny CS (Chip Select). Przyjęto, że poziom niski na linii CS włącza komunikację SPI. W przykładzie prezentowanym na rys.  15 magistralę danych tworzą cztery urządzenia (dwa mikrokontrolery MSP430 oraz dwa czujniki temperatury). Układem Master jest mikrokontroler MSP430 pracujący w  trybie 3-liniowym (w  magistrali jest jeden Master, nie ma potrzeby stosowanie trybu 4-pinowego i  użycia linii STE). Master korzysta z  linii we-wy P1.0, P1.1, P1.2. Sterując wyjściami Master wybiera, z którym z trzech urządzeń Slave chce komunikować się. Poziom niski na linii sterującej włącza komunikację z wybranym urządzeniem Slave, wysoki blokuje komunikację. Żeby uniknąć kolizji na liniach danych tylko jedna z linii jest zerowana. Przerwania. W module USART Interfejs SPI korzysta z  tych samych wektorów przerwań, co interfejs UART. Identycznie konfigurowana są źródła przerwań. Tak samo obsługiwane są flagi przerwań.

Przykłady Zaprezentujemy dwa przykłady ilustrujące działanie układu USART w MSP430f1232. W przykładzie „Komunikacja mikrokontrolera z  PC”, korzystając z  interfejsu UART, zrealizujemy wymianę danych pomiędzy MSP430 a  komputerem PC. Będziemy wysłać polecenia sterujące pracą diody LED zainstalowanej w  module „Komputerek”. W  przykładzie „Gra zręcznościowa” obsłużymy układ 3-osiowego akcelerometru LIS35DE. Z akcelerometrem będziemy komunikować się korzystając z interfejsu SPI. Dane odczytane z  czujnika posłużą do sterowania ruchem samolotu w  aplikacji gry zręcznościowej (akcelerometr pełni rolę joysticka – przechylenie czujnika w  „lewo” oznacza skręt samolotu w  lewo, przechylenie czujnika w  „prawo” – skręt samolotu w  prawo). Filmy ilustrujące działanie przykładów zostały zamieszczone w materiałach dodatkowych. Przykład 1: komunikacja mikrokontrolera z  PC. Program uruchamiamy korzystając z modułu „Komputerek”. Zworki JP7, JP8 dołączające rezonator kwarcowy do źródła zegarowego LFXT1 należy ustawić w  pozycji LF. Zworkę JP2 konfigurującą diodę należy ustawić w pozyListing 8.2. Konfiguracja kontrolera USART. Interfejs SPI U0CTL |= SWRST; // włącz tryb restartu kontrolera USART // konfiguracja ramki transmisyjnej U0CTL = CHAR + SYNC + MM; // 8 bitów w ramce // synchronizacja transmisji, tryb Master U0TCTL = CKPL + SSEL1 + SSEL0 + STC; // polaryzacja UCLK- stan wysoki // tryb pracy 3-liniowy // sygnał BRCLK taktowany zegarem SMCLK U0BR0 = 0x02; // ustaw prędkość transmisji 3 Mb/s U0BR1 = 0x00; // N = 6 MHz / 3Mb/s= 2 U0MCTL = 0x00; // brak modulacji ME2 |= USPIE0; // włącz moduł transmisji SPI U0CTL &=~ SWRST; // wyłącz tryb restartu kontrolera USART

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

090-098_msp430.indd 97

97

2013-03-29 13:50:40


Krok po kroku Kursy EP

Tabela 8.2. „Komunikacja mikrokontrolera z PC”. Instrukcje sterujące Instrukcja (PC)

Odpowiedź (MSP430)

linia=0<CR>

<CR><LF> ustawiono 0 <CR><LF>

linia=1<CR>

<CR><LF> ustawiono 1 <CR><LF>

linia=?<CR>

<CR><LF> stan 0 <CR><LF> albo <CR><LF> stan 1 <CR><LF>

Opis Ustaw poziom niski na linii P2.3 (wyłącz diodę LED) Ustaw poziom wysoki na linii P2.3 (włącz diodę LED) Odczytaj poziom linii P2.3 (niski / wysoki) (odczytaj status diody LED – wyłączona / włączona )

w przypadku niepoprawnej instrukcji zwracany jest komunikat: <CR><LF>błąd<CR><LF> Listing 8.1. Konfiguracja kontrolera USART. Interfejs UART U0CTL |= SWRST; // włącz tryb restartu kontrolera USART // konfiguracja ramki transmisyjnej U0CTL |= CHAR; // bit startu, 8 bitów danych, bit stopu U0TCTL = SSEL0; // sygnał BRCLK taktowany zegarem ACLK // ustaw prędkość transmisji 9600 b/s U0BR0 = 0x03; // (wzór: 8.2 | aplikacja kalkulator) U0BR1 = 0x00; // N = 32768 Hz/9600 b/s = 3.41 U0MCTL = 0x29; // modulacja = 0x29 ME2 |= (UTXE0 + URXE0); // włącz moduł nadawczy // włącz moduł odbiorczy U0CTL &=~ SWRST; // wyłącz tryb restartu kontrolera USART IE2 |= URXIE0; // włącz obsługę przerwań // danych przychodzących RX

cji LED. Zworkę JP12 dołączającą linię transmisji danych przychodzących interfejsu UART należy ustawić w pozycji RxD. Pozostałe zworki układu należy ustawić w pozycji IO/Off. Moduł „Komputerek” podłączamy do portu COM komputera PC. Pliki źródłowe programu zamieszczono w  materiałach dodatkowych. W programie głównym mikrokontroler oczekuje na polecenia wysyłane przez PC. Odbierane bajty danych wpisywane są do bufora cyklicznego. W momencie wykrycia znaku końca polecenia (znak CR) odebrane znaki odczytywane są z  bufora. Analizowana jest treść polecenia. Jeśli instrukcja nie zawiera błędów to polecenie jest wykonywane, a MSP430 odsyła informacje o statusie wykonania polecenia. Listę obsługiwanych poleceń zamieszczono w tabeli 8.2. Procedurę konfiguracji modułu USART w  tryb pracy interfejsu UART pokazano na listingu 8.1. Modulacja (rejestr U0MCTL) i  prędkość transmisji (rejestry U0BR1, U0BR0) zostały obliczone przy użyciu programu „Kalkulator”. Działanie programu prezentuje rysunek 16. Rysunek 16. Program „Kalkulator”. Obliczenie Prędkość parametrów modulacji i prędkość transmisji transmisji daUART

98

Fotografia 17. „Gra zręcznościowa”. nych wynosi 9600 b/s. Generator taktujący (Baud Rate Generator) jest taktowany sygnałem zegarowym ACLK o częstotliwości 32768 Hz. W  ramce transmisyjnej są przesyłane: 1 bit startu, 8 bitów danych oraz 1 bit stopu. Odbieranie danych jest obsługiwane z użyciem przerwań. Przykład 2: gra zręcznościowa. Program „Gra zręcznościowa” uruchamiamy korzystając z modułu „Komputerek”. Zworki JP7 i JP8 dołączające rezonator kwarcowy do źródła zegarowego LFXT1 należy ustawić w  pozycji HF. Pozostałe zworki układu należy ustawić w  pozycji IO/Off. W  złączu szpilkowym Dis1 należy zamontować wyświetlacz LCD, a  do złącza Con9 (SPI) podłączyć trzyosiowy akcelerometr LIS35DE (w  przykładzie użyto modułu startowego KaModMEMS2 firmy Kamami). Czytelnicy, którzy nie mają akcelerometru, a  chcą uruchomić grę, mogą zaprogramować moduł „Komputerek” programem w wersji ze sterowaniem ruchu samolotu za pomocą przycisków SW1 i  SW2 (procedura GraCzytajRuchSW). Pliki źródłowe programu zamieszczono na płycie CD i  serwerze FTP. W  programie głównym mikrokontroler cyklicznie odczytuje dane z akcelerometru. W zależności od położenie czujnika jest zmieniana pozycja samolotu na planszy gry. Celem gry jest omijanie przeszkód i unikanie kolizji. Przykład działania modułu „Komuterek” z uruchomioną aplikacją „Gra zręcznościowa” pokazano na fotografii 17. Procedurę konfiguracji modułu USART w tryb pracy interfejsu SPI zamieszczono na listingu 8.2. Mikrokontroler pracuje w  trybie Master (akcelerometr to urządzenie Slave). Włączono 3-pinowy tryb pracy mikrokontrolera. Linia CS urządzenia Slave sterowana jest przez MSP430 za pomocą wyjścia P3.0. W stanie bezczynności linia zegarowa UCLK pozostaje na poziomie wysokim. Prędkość transmisji danych wynosi 3 Mb/s.

Łukasz Krysiewicz, EP

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

090-098_msp430.indd 98

2013-03-29 13:50:40


Krok po kroku Kursy EP

Podstawy programowania w LabView (1) Środowisko programistyczne i pierwszy program Celem tego kursu jest przedstawienie podstaw nowoczesnego graficznego języka programowania zastosowanego w LabView. Środowisko to staje się coraz bardziej popularne, ponieważ pozwala szybko i łatwo przygotować aplikację pomiarową. Udostępnia bogaty zestaw bibliotek do komunikacji przez niemal wszystkie interfejsy. Do tej pory najczęściej stosowane w laboratoriach naukowych i studenckich uczelni technicznych, obecnie chętnie stosowane w wielu firmach. Kurs jest skierowany do osób, które po raz pierwszy spotykają się z tym środowiskiem. Prezentowane zagadnienia będą zilustrowane przykładami. LabView jest zintegrowanym środowiskiem programistycznym przeznaczonym głównie do sterowania systemami kontrolno – pomiarowymi oraz przetwarzania i  analizy danych. Ma biblioteki umożliwiające komunikację pomiędzy urządzeniami, komputerami, biblioteki realizujące zaawansowane obliczenia matematyczne statystyczne i wiele innych. Programowanie w  tym środowisku jest zupełnie odmienne od standardowego podejścia, w  którym linie kodu zapisane w  postaci tekstowej wykonywane są kolejno linia po linii. W  języku graficznym kod programu przedstawiony jest w postaci diagramu, procedury reprezentowane są przez ikony natomiast połączenia między nimi decydują o przepływie danych. Ten sposób programowania zwalnia nas z  konieczności poznania składni języka, troszczenia się o prawidłowe wstawienia przecinków czy średników. Kompilowanie programu przebiega automatycznie po wstawieniu funkcji czy wykonaniu połączenia pomiędzy elementami diagramu. Dzięki temu natychmiast wiemy czy wykonana operacja jest źródłem błędu. Informacje obłędach są jasne i czytelne oraz wskazują dokładnie miejsce ich wystąpienia. Nauka programowania polega na poznaniu kilku zasad i  struktur specyficznych dla tego języka, oraz dostępnych funkcji i umiejętności posługiwania się nimi. Na Potrzeby kursu wystarczy wersja ewaluacyjna można ją pobrać ze strony producenta (http://sine.ni.com/np/app/main/p/docid/nav-104/lang/pl/fmid/1765/), jest ona w  pełni funkcjonalna. Jej wadą jest krótki czas działania, bo tylko 7 dni, ale po zainstalowaniu istnieje możliwość przedłużenia go o kolejne 45 dni. Można również skorzystać ze starszych wersji LabView, które będą służyć przez 30 dni. Poza wyglądem okna dialogowego nie zauważymy istotnych zmian. Wadą w tym wypadku jest to, że nie można otworzyć plików z wyższych wersji oprogramowania. Pracując z  LabView będziemy posługiwali się pojęciem przyrządu wirtualnego (virtual instruments), które nie jest dokładnie zdefiniowane w rzeczywistości i może oznaczać wirtualny instrument znajdujący się tylko na ekranie komputera lub program służący do sterowania urządzeniami zewnętrznymi. Każdy program przygo-

Rysunek 1. Okno panelu czołowego towany w LabView jest nazywany instrumentem wirtualnym (virtual instruments - VI), ponieważ składa się z  dwóch elementów: panelu przedniego (front panel ) i diagramu (block diagram). Rozszerzenie Vi plików przygotowanych w  LabView pochodzi od nazwy virtual instruments.

Okna edycji Po uruchomieniu pakietu widoczne jest okno dialogowe, w którym z  menu File wybieramy New VI. Otworzą się dwa okna. To mające szare tło nosi nazwę Front panel (rysunek 1). W tym oknie będziemy umieszczać kontrolki (Controls) służące do sterowania programem i przekazywania wartości wejściowych oraz wskaźniki (Indicator), przez które program zwraca dane do nadrzędnych instrumentów wirtualnych lub na panel główny w celu wizualizacji wyników na monitorze. Na rysunku 2 pokazano okno diagramu. Będziemy w nim umieszczali ikony symbolizujące funkcje, instrukcje strukturalne sterujące wykonaniem programu i połączenia pomiędzy nimi decydujące o przepływie danych. Każdy z  programów ma podobną budowę: zawiera panel czołowy i  diagram, ale nie oznacza to, że wywołanie każdego z podprogramów spowoduje wyświetlenie panelu czołowego. Podczas edycji możemy zobaczyć pa-

Rysunek 2. Okno diagramu

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

099-103_labview.indd 99

99

2013-03-29 14:17:43


Palety narzędzi Tworząc programu korzystamy z palet narzędziowych. Do dyspozycji mamy trzy palety. Paletę narzędziową (Tools palette, rysunek 3) zawierająca narzęRysunek dzia do edycji diagramu i panelu czoło- 3. Paleta wego służące do: narzędzio- automatycznego doboru narzę- wa (Tools palette) dzi, - zmiany nastaw obiektów, - zmiany wymiarów, położenia i  zaznaczania obiektów, - wstawiania napisów, - narzędzie do łączenia obiektów, działające tylko na diagramie. - rozwijania menu, wskazywanych obiektów - przesuwania okna - do wstawiania punktów zatrzymania programu, działające tylko na diagramie. - wstawiania sond wyświetlających wartości wybranych sygnałów, działające tylko na diagramie. - pobierania koloru - zmiany koloru (za pomocą poprzedniego narzędzia możemy wskazać kolor, aby nie różnił się od wymaganego). Paleta jest dostępna w oknie panelu czołowego i diagramu. Jeśli jest nieaktywna, możemy ją włączyć wybierając z menu View -> Tools Palette. Przygotowując panel czołowy korzystamy z  palety kontrolek (Controls) rysunek 4. Wyświetlenie jej następuje po kliknięciu prawym przyciskiem myszy wewnątrz okna panelu czołowego. W lewym górnym rogu znajduje się symbol pineski, kliknięcie w niego powoduje pozostawienie palety aktywnej do czasu jej zamknięcia. Po wybraniu odpowiedniego elementu klikamy na niego i przeciągamy go myszką do okna panelu. W  ten sposób umieszczamy element na panelu czołowym i  jednocześnie ikonę z  nim związaną na diagramie. Wszystkie elementy są posegregowane według wyświetlanych typów i stylu. Jako pierwsza zwykle znajduje się kontrolka (Controls) przekazująca dane do programu a  obok niej taki sam wskaźnik (Indicator) wyświetlający wartości zwracane przez program. Elementy podzielone są ze względu na typ przekazywanych zmiennych oraz na styl (wygląd) kontrolki. Domyślną grupą są elementy dostępne w  zakładce Modern. Polecam stosowanie elementów z  grupy System. Funkcjonalnie są takie same, ale ich wygląd zmienia się w zależności od systemu, pod kontrolą którego jest uruchomiony program. Dzięki temu panel przedni jest zawsze aktualny. Najczęściej używane grupy kontrolek to: - numeryczne (Numeric ) – elementy pozwalające na przekazywanie zmiennych numerycznych np. za pomocą suwaków czy pokręteł. - logiczne (Boolean) – elementy przekazujące zmienne logiczne np. jako przełączniki czy wskaźniki w  postaci diody LED. - tekstowe (string & patch) – elementy przekazujące zmienne tekstowe oraz ścieżki dostępu do pliku.

100

- tablice i klastry danych (Array & Cluster) - elementy przekazujące tablice i klastry danych (odpowiednik struktury w języku C). - Graficzne (Graph) – elementy wyświetlające dane w postaci graficznej, wykresy. Przygotowując diagram będziemy się posługiwali paletą funkcji (Functions) pokazaną na rysunku 5. Wyświetlenie jej następuje również poprzez kliknięcie prawym klawiszem myszy, ale tym razem w  oknie Rysunek 4. Paleta kondiagramu. Paleta ta nie jest trolek (Controls). dostępna w  oknie panelu czołowego. Podobnie jak poprzednio, za pomocą pineski możemy pozostawić ją widoczną przez cały czas. Wybrane funkcje umieszczamy na diagramie przeciągając je myszką. Najczęściej będziemy posługiwali się funkcjami z zakładek: - struktury (structures) – zawiera funkcje strukturalne, zmienne globalne i lokalne. - tablice (Array) - zawiera funkcje do obsługi tablic. - klaster, klasa (Custer, Class & Variant) – zawiera funkcje do obsługi elementów typu klaster. - numeryczne (Numeric) – funkcje operujące na licz- Rysunek 5. Paleta funkcji (Function) bach. - logiczne (Boolean) – funkcje operujące na zmiennych logicznych. - łańcuch (String) – funkcje operujące na zmiennych tekstowych. - porównanie (Comparison) – operacje porównania. - (Timing) – zawiera funkcje związane z odmierzaniem czasu. - pliki (File I/O) – zawiera funkcje do obsługi plików.

Krok po kroku Kursy EP

nel każdego z podprogramów, ale podczas uruchamiania obserwujemy jedynie panel nadrzędnej aplikacji.

Reprezentacja zmiennych na diagramie W języku graficznym – podobnie jak w innych językach – zdefiniowano kilka typów danych. Określają one, jakiego rodzaju informacje mogą przechowywać zmienne i  jaki jest ich zakres. Postarano się, aby w łatwy sposób można było rozpoznać, jaki typ reprezentuje zmienna. Zrobiono to poprzez przypisanie zmiennym kolorów. Dzięki temu, patrząc na diagram, możemy od razu zauważyć, z  jaką zmienną mamy do czynienia. O jej rodzaju informuje nas również wygląd ikon na diagramie. Po wyglądzie zmiennej możemy również rozpoznać czy jest to kontrolka (źródło danych, jej obrys jest pogrubiony i terminal połączeniowy znajduje się z prawej strony), czy wskaźnik (element wyświetlający dane, obrys jest cieńszy a termi-

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

099-103_labview.indd 100

2013-03-29 14:17:44


Krok po kroku Kursy EP

Tabela 1. Ikony i podstawowe typy zmiennych Ikona

Terminal

Typ Typ numeryczny, liczby zmiennoprzecinkowe: - pojedynczej precyzji - podwójnej precyzji - rozszerzonej precyzji

Typ numeryczny, liczby całkowite ze znakiem - 8 bitowe - 16 bitowe - 32 bitowe - 64 bitowe Rysunek 6. Zmiana reprezentacji danych zmiennej numerycznej. nal znajduje się z lewej strony). Istnieją również stałe, które są pokazane tylko na diagramie. Wygląd zmiennej można ustalić na dwa sposoby: może ona być ikoną lub terminalem. W pierwszym wypadku ikona reprezentująca zmienną jest większa, ale niesie więcej informacji, ponieważ możemy rozpoznać związany z nią element na panelu czołowym. W drugim wypadku jest mniejsza i  nie zaciemnia nam diagramu. Zmianę wyglądu uzyskujemy klikając na niej prawym klawiszem myszy i zaznaczając lub odznaczając w menu lokalnym opcję View As Icon. W  tabeli 1 umieszczono ikony i typy kilku podstawowych zmiennych.

Typ numeryczny, liczby całkowite bez znaku - 8 bitowe - 16 bitowe - 32 bitowe - 64 bitowe

Definiowanie zmiennych Zmienną definiujemy poprzez wstawienie odpowiedniego elementu na panelu czołowym. Wybierające element reprezentujący dane logiczne, na przykład przycisk, tworzymy zmienną logiczną przekazującą jedną z dwóch wartości: 0 lub 1. Wybierając element zawierający dane numeryczne np. pokrętło czy suwak tworzymy zmienną numeryczną reprezentującą liczby zmiennoprzecinkowe, całkowite lub zespolone. W przypadku zmiennych numerycznych należy zdefiniować, które dane są reprezentowane. Możemy to zrobić na panelu czołowym lub na diagramie. W pierwszym wypadku, klikamy prawym przyciskiem myszy na wstawionym elemencie wybieramy opcję Representation i wskazujemy właściwy typ. To samo można zrobić na diagramie, klikając w tym wypadku na ikonie.

Linijka przycisków narzędziowych Zarówno na panelu czołowym oraz na diagramie u góry znajduje się linijka przycisków narzędziowych. Większość z nich jest taka sama, w oknie diagramu znajduje się kilka dodatkowych umożliwiających śledzenie wykonania programu: - (Run) przycisk rozpoczyna wykonywanie programu (biała strzałka sygnalizuje gotowość do uruchomienia, zaczerniona – wykonywanie programu, przełamana – błąd na diagramie, kliknięcie w tym momencie w strzałkę wyświetla listę błędów). - (Run Continuously) rozpoczyna wykonanie programu w trybie ciągłym. Program wykonuje się tak, jakby pracował w pętli.

Typ logiczny, przyjmuje wartości FALSE(0) lub TRUE (1) Typ znakowy

Tablica, która może zawierać elementy różnego typu Klaster danych – jest odpowiednikiem struktury w języku C, grupuje dane różnych typów

- (Abort Execution) zatrzymanie wykonywania programu. - (Pause) wstrzymanie/wznowienie wykonywania programu. - (Highlighting Execution) włącza/wyłącza animację danych na diagramie (można zaobserwować przepływ danych i kolejność wykonywania instrukcji; program wykonuje się znacznie wolniej i  można go obserwować nie używając pułapek; aktywna funkcja jest podświetlona, tak samo jak przekazywane dane).

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

099-103_labview.indd 101

101

2013-03-29 14:17:44


Pierwszy program: przygotowanie, uruchamianie, praca krokowa Przygotowując pierwszy program nie skupimy się na złożoności programu, tylko przećwiczymy umiejętność posługiwania się LabView. Dlatego będzie to nieskomplikowany program, pobierający wartość z kontrolki na panelu czołowym, zwiększający ją o 1 i zwracający wynik na kilku wskaźnikach. Po uruchomieniu LabView z menu File wybieramy New VI. Otworzą się dwa okna panelu czołowego i diagramu. W oknie panelu klikamy prawym przyciskiem myszy i wybieramy z palety Numeric na przykład knob (pokrętło) i przeciągamy je do panelu czołowego. Teraz możemy przejść do okna diagramu klikając w  białym oknie lub wybierając z menu Windows -> Show Block Diagram. Znajdziemy tam ikonę oznaczającą pokrętło. Nazwa ikony jest taka sama, jak elementu znajdującego się na panelu czołowym. Możemy wrócić do panelu czołowego klikając na nim myszką lub wybierając z  menu Windows opcję Show Front Panel. Umieśćmy jeszcze dwa elementy: z  palety Numeric – Numeric Indicator, który będzie wyświetlał wartości zwracane przez program oraz z palety Graph – Waveform Chart tj. wskaźnik gromadzący w tablicy przekazane mu wartości i wyświetlający je w postaci wykresu. Panel czołowy powinien wyglądać jak na rysunku 7. Możemy przejść teraz na diagram i  przygotować nasz program. Tutaj również klikamy prawym przyciskiem myszy i z palety Numeric wybieramy funkcję Increment, przeciągamy ją na diagram. Zwróćmy uwagę na przycisk Run – biała strzałka zmieniła się na przełamaną sygnalizując błąd na diagramie. Oczywiście, nie popełniliśmy żadnego błędu, ale program po każdej operacji dokonuje sprawdza czy wykonanie kodu jest możliwe. Ponieważ wejście funkcji nie zostało z niczym podłączone nie przekazujemy do niej żadnych parametrów. Musimy podłączyć je do źródła danych. W naszym wypadku będzie to kontrolka Knob. Jeśli mamy włączony automatyczny wybór narzędzi, wystarczy najechać na terminal funkcji lub kontrolki – kursor powinien zmienić wygląd na „szpulkę”. Wtedy klikamy i  ciągniemy połączenie do drugiego elementu, a po poprowadzeniu

102

Krok po kroku Kursy EP

- (Step Into) praca krokowa, po naciśnięciu przycisku wykonywana jest jedna instrukcja. Jeśli na diagramie znajdują się instrukcja zagnieżdżone, to program otwiera je i wykonuje również krok po kroku. - (Step Over) praca krokowa, po naciśnięciu przycisku jest wykonywany pojedynczy krok programu; podprogramy znajdujące się na diagramie nie są otwierane, a wykonywane jak jedna instrukcja. - (Step Out) zakończenie pracy krokowej, aktualny diagram jest wykonywany do końca. - (Text Settings) ustawienia czcionki. - (Align Objects) wyrównanie elementów. - (Distribute Object) wyrównanie odległości pomiędzy elementami. - (Resize Object) zmiana wymiarów zaznaczonych obiektów. - (Reorder) zmiana kolejności nakładających się na siebie obiektów. - (Show Context Help) włączenie/wyłączenie okienka pomocy kontekstowej.

Rysunek 7. Panel czołowy programu połączenia klikamy ponownie kończąc je. Jeśli wygląd kursora nie zmienił się, to musimy z menu View wybrać Tools Palette, a  następnie włączyć narzędzie Wiring Tool i  wykonać połączenie. Po tej operacji widok przycisku Run znów zmieni się na białą strzałkę, co oznacza, że program jest gotowy do wykonania. Spostrzegawczy Czytelnicy, że wskaźniki po prawej stronie nie są dołączone, a program nie sygnalizuje błędu. Otóż LabView tego nie wymaga – po prostu wyświetlą wartości domyślne lub ostatnie wskazywane. Pozostało podłączyć wyjście funkcji z naszymi wskaźnikami. Mamy już gotowy program. Ale aby program nie wykonywał się zbyt szybko proponuję dodać jeszcze opóźnienie czasowe. W  tym celu z  palety Timing wstawiamy funkcję Wait. Ustawiamy kursor na terminalu z  lewej strony funkcji, gdy jego wygląd zmieni się na „szpulkę” klikamy prawym przyciskiem myszy i wybieramy Create -> Constant. W ten sposób na diagramie pojawi się stała od razu podłączona do naszej funkcji, wpisujemy do niej wartość 100 wprowadzi to opóźnienie 100 ms. Oczywiście zamiast stałej można wybrać Control i wówczas pojawi się również element na panelu czołowym pozwalający na zmianę opóźnienia podczas

Rysunek 8. Diagram z ikonami elementów panelu czołowego.

Rysunek 9. Diagram z wykonanymi połączeniami

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

099-103_labview.indd 102

2013-03-29 14:17:44


Krok po kroku Kursy EP

wykonywania programu. Na rysunku 9 pokazano kompletny diagram. Sprawdzimy teraz, jak można go uruchomić i debugować. Proponuję na ekranie monitora umieścić okna w taki sposób, aby były widoczne jednocześnie. Najprostszym sposobem uruchomienia jest kliknięcie na przycisk Run powodujące natychmiastowe wykonanie programu, ponieważ program nie zawiera pętli głównej wykona się bardzo szybko i zobaczymy tylko efekt końcowy. Przed następnym uruchomieniem zmieńmy wartość w kontrolce Knob, pozwoli to na zaobserwowanie zmiany wartości wskaźników. Włączmy teraz animacje przepływu danych na diagramie przyciskiem Highlight Execution. I znów Run nas program wykonuje się znacznie wolniej a na diagramie widoczne są przepływające po połączeniach „kulki” symbolizujące przepływ danych pomiędzy elementami diagramu. Możemy również zaobserwować wartości, które są przekazywane. Dzięki temu w  łatwy sposób można prześledzić działanie nieznanych aplikacji, jak również znaleźć błędy logiczne w własnym programie. Wyłączmy teraz animację, i  uruchommy program przyciskiem Run Continuously. Zawartość diagramu wykonuje się z  pełną prędkością, ale po wykonaniu, program rozpoczyna się od nowa tak jak by znajdował się w pętli. Teraz przydatna jest funkcja Wait znajdująca się na diagramie. Dzięki niej program nie wykonuje się z zbyt durzą prędkością i zmianę wartości w kontrolce Knob obserwujemy w postaci wykresu na Waveform Chart. Używając tego trybu możemy przetestować fragmenty kodu, które później mogą być umieszczone w pętli. Oczywiście można również tutaj włączyć animację i śledzić przepływ danych tak jak poprzednio. Możliwe jest wstrzymanie i wznowienie wykonania kodu w dowolnym miejscu korzystając z przycisku Pause. Aby zakończyć, należy wcisnąć przycisk Abort Execution. LabView umożliwia również testowanie aplikacji krok po kroku. Do tego celu służą trzy przyciski. Proponuję uruchomić program korzystając z  przycisku Step Into. Po jego naciśnięciu zostanie wykonana jedna instrukcja, będzie to pobranie wartości z kontrolki Knob i przekazanie jej do funkcji inkrementacji. Migająca w  czarnym kwadracie funkcja będzie wykonana jako następna. Gdy miga cała ramka diagramu, możemy za pomocą przycisku Abort Execution lub Step Out zakończyć pracę krokową. Korzystając z funkcji Step Into możemy prześledzić nawet zagnieżdżone fragmenty kodu. Gdy dojdziemy

do funkcji zagnieżdżonej, LabView przełączy śledzenie na diagram tej funkcji. Aby powrócić na wyższy poziom, należy użyć przycisku Step Out. Jeśli zamierzamy debugować tylko aktualny diagram lub pominąć debugowanie zagnieżdżonej procedury, należy skorzystać z przycisku Step Over. Funkcje podrzędne wykonywane są w  całości, bez otwierania diagramu i  przechodzenia przez wszystkie jego funkcje. Podobnie jak inne środowiska programistyczne LabView pozwala na ustawianie w dowolnym miejscu programu pułapek i  podglądanie zmiennych. Podglądanie zmiennych jest możliwe z użyciem sondy (Probe). Sprawdźmy jak działają pułapki. Aby ustawić pułapkę, klikamy prawym przyciskiem myszy na funkcji inkrementacji i z menu wybieramy Breakpoints -> Set Breakpoints. Ustawienie pułapki jest sygnalizowane poprzez obrysowanie funkcji czerwoną ramką. Dodamy sobie jeszcze dwie sondy, aby podglądać wartości zmiennych. Pierwszą ustawimy na połączeniu pomiędzy kontrolką Knob a  funkcją inkrementacji. W  tym celu klikamy prawym przyciskiem myszy na połączeniu i  wybieramy Probe. Na połączeniu pojawi się numer sondy oraz otworzy się dodatkowe okienko, w którym będzie wyświetlana aktualna wartość zmiennej. Analogicznie wstawmy sondę na wyjściu funkcji. Wciskamy teraz przycisk Run – zostanie wykonana część diagramu – do funkcji, która ma ustawioną pułapkę (Breakpoint). W  okienku Probe Watch Windows można zobaczyć wartość pierwszej zmiennej, druga nie została jeszcze odświeżona, ponieważ program nie wykonał się do końca. Miejsce zatrzymania się programu jest sygnalizowane migającym czarnym prostokątem. Aby przejść dalej, należy wcisnąć przycisk Pause, co spowoduje wykonanie programu do końca. Jeśli mamy większą liczbę pułapek, program wykona się do następnej. Aby usunąć pułapkę, należy kliknąć na niej prawym przyciskiem myszy i wybierać Breakpoints -> Clear Breakpoints.

Podsumowanie W pierwszej części poznaliśmy podstawowe informacje na temat środowiska oraz sposoby uruchamiania i  śledzenia programu. W części drugiej przedstawię najważniejsze instrukcje strukturalne języka programowania graficznego G.

Wiesław Szaj wszaj@prz.edu.pl

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

099-103_labview.indd 103

103

2013-03-29 14:17:44


TEST

Stacja dokująca Philips Fidelio AS851 Niegdyś, w biurze konstrukcyjnym, uprawialiśmy dyscyplinę, którą jeden z  kolegów nazwał „rozbieractwem”. Polegała ona na rozkręcaniu przyrządów pomiarowych uznanych producentów, aby przyjrzeć się stosowanym przez nich rozwiązaniom technicznym. W  ten sposób uczyliśmy się od bogatszych firm, mających odpowiednie zaplecze i  mogących wydać więcej na badania, jak poprawnie budować obwody przeznaczone do pracy w  zakresie wielkich częstotliwości. Artykuł jest pierwszym, inaugurującym rubrykę, w  ramach której będziemy prezentowali urządzenia „od środka”. Celem artykułów nie jest przeprowadzenie testu funkcjonalnego, których można znaleźć wiele w  różnych publikatorach, ale pokazanie, w  jaki sposób projektują oraz wykonują swoje urządzenia (elektroniki konsumenckiej i  profesjonalnej) najwięksi, uznani producenci. Na początek kilka słów o głównym bohaterze tego artykułu. Jest nim stacja dokująca Fidelio A851, starszy i brat stacji AS351. Pierwsze wrażenie po otwarciu pudełka jest bardzo dobre. Stacja „ciągnie oko” swoją linią. Co ciekawe, na zewnątrz obudowy nie widać żadnych śrub, co nieco nas zaskoczyło. Bo jak otworzyć urządzenie, jeśli brak jakichkolwiek śrub do odkręcenia? Tę łamigłówkę rozwiążemy dalej. Obudowa urządzenia jest wykonana z  tworzywa sztucznego, natomiast przedni panel maskujący dwa głośniki jest wykonany z aluminium i ma wytłoczone tysiące maleńkich otworów. Aluminiowa nakładka jest usztywniona panelem z tworzywa sztucznego.

104

104-106_philips-fidelio.indd 104

Redakcja Elektroniki Praktycznej dziękuje firmie Philips za udostępnienie stacji dokującej Philips Fidelio AS851 do testu.

Panel czołowy jest przymocowany „na wcisk”. Specjalnie ukształtowane słupki wchodzą w otwory śrub mocujących, a  siła tarcia załatwia resztę. Mocowanie jest trwałe i pewne, a panel można zdemontować wsuwając np. śrubokręt w szczelinę pomiędzy nim a korpusem obudowy. Po zdjęciu panelu uzyskujemy dostęp do wkrętów mocujących go do korpusu obudowy oraz odbiornika podczerwieni (fotografia 1). Przed odkręceniem wkrętów warto zwrócić uwagę na złącze USB pokazane na fotografii  2. Producent zastosował tu bardzo ciekawe rozwiązanie umieszczając złącze na pasku gumowym przesuwanym na dwóch rolkach. Dodatkowo, złącze można w pewnym zakresie obracać. Zmiana jego pozycji pozwala na dopasowanie stacji do niemal dowolnego smartfonu czy tabletu. Warto przy tym zauważyć, że złącze USB służy jedynie do zasilania (ładowania) urządzenia, natomiast dźwięk jest przekazywany za pomocą Bluetooth. Smartfon umieszczony pomiędzy głośnikami tworzy coś w rodzaju odtwarzacza multimedialnego, ponieważ do dźwięku płynącego z głośników jest dodawany obraz z  ekranu smartfonu lub tabletu. Bardzo dobrze w  ten sposób ogląda się np. teledyski lub filmy (sprawdziliśmy), a  tę funkcjonalność podnosi nadajnik zdalnego sterowania (tzw. pilot) dostarczany wraz ze stacją dokującą. W redakcji próbowaliśmy również, jak stacja dokująca sprawdzi się w roli głośników do laptopa z interfejsem Bluetooth – nie ma z tym najmniejszego problemu. Parowanie jest wykonywane po naciśnięciu guzika i natychmiast zaczyna ona funkcjonować jako dołączane zdalnie urządzenie audio. Jeśli z jakiegoś powodu nie uda się nam umieścić naszego urządzenia na podstawce stacji dokującej, to na jej ściance tylnej znajdziemy standardowe gniazdo USB, do którego można wpiąć kabel. Oczywiście, w takim wypadku nieco tracimy na wyglądzie, ale urządzenie przenośne może mieć ładowane akumulatory w  trakcie słuchania muzyki czy oglądania filmów. Na ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:51:21


Stacja dokująca Philips Fidelio AS851

Fotografia 1. Po zdjęciu panelu uzyskujemy dostęp do wkrętów mocujących go do korpusu obudowy oraz odbiornika podczerwieni

Fotografia 2. Wtyk USB przeznaczony do „dokowania” urządzeń

wszelki wypadek na tylnej ściance umieszczono też wejście wzmacniacza audio, gdyby okazało się, że współpracujące urządzenie nie ma Bluetooth. Użyliśmy go do dołączenia komputera i odtwarzacza MP3. W obu tych zastosowaniach stacja dokująca sprawdziła się jako głośnik aktywny. Po odkręceniu śrub mocujących podstawę panelu czołowego uzyskujemy dostęp do głośników i płytki głównej stacji dokującej (fotografia 3). Głośniki są niewielkie, szerokopasmowe, o średnicy nieco ponad 7,5 cm (3 cale), mocy 15 W i rezystancji 8 V. Oba są dołączane do płytki za pomocą kabli zakończonych złączami i mocowane śrubami do podstawy panelu, dzięki czemu można je szybko zamontować w czasie produkcji i jako podzespół wykonać na sąsiedniej taśmie lub u podwykonawcy. Za głośnikami umieszczono gąbkę, która ma za zadanie tłumienie rezonansów oraz kanał bass reflex. Również złącza umieszczone z tyłu obudowy (USB, Aux Audio) są dołączane za pomocą kabli zakończonych gniazdami (wtyki są wlutowane w  płytkę główną). Na rysunku 4 pokazano płytę główną stacji dokującej. Na próżno spodziewać się, że całą funkcjonalność zamknięto w mikrokontrole- Fotografia 3. Po odkręceniu śrub mocujących podstawę panelu rze, no może co najwyżej dodając wzmacniacz audio. Przyjrzyjmy się czołowego uzyskujemy dostęp do głośników i płytki głównej głównym, zastosowanym podzespołom. stacji dokującej Po lewej stroni płytki zamontowano moduł Bluetooth v 2.0 typu BM-150. Jest on wyposażony w chipset CSR BCM05. Zgodnie z  kartą katalogową producenta, ten chipset jest przeznaczony głównie do zastosowania w  sprzęcie audio: bezprzewodowych głośnikach, słuchawkach itp. Antenę dla modułu wykonano w postaci ścieżki na płytce drukowanej – widać ją w lewej, górnej części fotografii, ma kształt zbliżony do małego „t”. Wygląda na to, że „mózgiem” stacji jest 8-bitowy mikrokontroler firmy Sanyo Semicon Device typu LC87F1HC, co jest dla mnie pewnym zaskoczeniem. Raczej spodziewałem się wewnątrz jakiejś jednostki wyprodukowanej przez NXP. Dźwięk jest „obrabiany” za pomocą układu DSP firmy Cirrus Logic typu CS48520CQZ. Umożliwia on uzyskanie 5-pasmowej regulacji dźwięku z efektami Jazz, Classic, Rock itd. Wzmacniacz audio – zapewne klasy D, na co wskazują zainstalowane obok dławiki – jest ukryty pod blaszką tworzącą radiator i  nie udało się nam dowiedzieć jakiego jest typu. Przetłoczenie na środku blaszki sugeruje, ze jest on umieszczony w  niewielkiej obudowie Rysunek 4. Płyta główna stacji dokującej ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

104-106_philips-fidelio.indd 105

105

2013-03-29 13:51:21


TEST BGA. Po prawej stronie płytki jest zamontowany układ scalony z nadrukowanym oznaczeniem 05B. Wydaje się, że to kolejny mikrokontroler, a obecność rezonatora kwarcowego „zegarkowego” sugeruje, że zawiera on zegar czasu rzeczywistego (stacja dokująca jest wyposażona w  funkcję budzika). Być może obsługuje on przy tym klawiaturę (o czym świadczy miejsce dołączenia tasiemki przewodów) oraz zdalne sterowanie za pomocą nadajnika podczerwieni. Płytkę wykonano z  komponentów mieszanych – SMD i  THT – przy czym większość stanowią elementy SMD. Komponenty są mocowane na warstwie „górnej”, wyjątek stanowią odbiornik podczerwieni i złącza rozszerzeń lub serwisowe. Opisy na płytce sugerują, że są na nich dostępne sygnały umożliwiające monitorowanie i/lub zaprogramowanie układów mikrokontrolera. W  obudowie nie ma zasilacza. Odpowiedni jest dołączany z zewnątrz z użyciem złącza jack z tyłu obudowy. Jest to trend, który daje się zaobserwować w sprzęcie domowym, między innymi w  miniwieżach produkowanych np. przez Philipsa. Być może nie tyle ma to jakieś tajemnicze znaczenie funkcjonalne, ile pozwala na nieponoszenie kosztów certyfikacji i uniknięcie części problemów związanych z kompatybilnością elektromagnetyczną oraz uzyskaniem atestów bezpieczeństwa. Warto zwrócić uwagę na zastosowane złącza zamontowane na płytce: jedynie dwa są odmienne, tzn. złącze klawiatury i gniazda USB (pomijając złącza rozszerzeń/ serwisowych na panelu czołowym). Widać, że płytkę wykonano z myślą o sprawnym, tanim montażu. Ma ona kształt prostokątny, ułatwiający mocowanie w uchwycie automatu montażowego. Większość elementów jest montowana automatycznie, być może elementy THT są montowane ręcznie, chociaż sposób ich zamontowania nie wyklucza lutowania na fali. W płytce wykonano wycięcia na słupki mocujące podstawę panelu czołowego do tylnej części obudowy, które pozycjonują ją w określony sposób. Samą płytkę zamocowano do podstawy panelu czołowego za pomocą wkrętów samogwintujących. Jak można zauważyć na fotografiach, przewody biegnące wewnątrz obudowy są przytwierdzane za pomocą kleju na gorąco lub podobnego. Unie-

Fotografia 5. Przewody biegnące wewnątrz obudowy są przytwierdzane za pomocą kleju na gorąco lub podobnego możliwia on wibrowanie kabli pod wpływem drgań głośnika i oddziaływania fali akustycznej – w ten sposób można uniknąć „stukania” kabli o obudowę podczas odtwarzania muzyki (fotografia 5). Rozwiązanie proste, na pewno tanie, chociaż może niezbyt eleganckie. Spójrzmy jednak na nie od strony klienta, dla którego nie ma wielkiego znaczenia sposób montażu kabli wewnątrz obudowy, a na pewno oczekuje jak najniższej ceny za gotowy produkt.

Na koniec Oczywiście, można mieć własne zdanie, oceniać montaż tak czy inaczej, zbyć rozwiązania grymasem. Z drugiej strony, umysł jest jak spadochron – nieotwarty nie zadziała. Dlatego spośród gamy prezentowanych rozwiązań warto wybrać pasujące do projektowanego urządzenia, podejrzeć jak można obniżyć koszt produkcji itp. Z całą pewnością firma Philips jest od wielu lat wiodącym producentem sprzętu powszechnego użytku, który przetestował i  sprawdził wiele rozwiązań. Warto uczyć się od najlepszych.

Jacek Bogusz, EP

REKLAMA

106

104-106_philips-fidelio.indd 106

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:51:23


Tytuล‚

4/2013

โ€ข

kwiecieล„ k i i ล„

โ€ข

Nr N 4 (87)

3U]HNDฤ’QLNLR2, R3, R4ZQRZHMZHUVML

]ZLฤŠNV]HQLHIXQNFMRQDOQRฤžFL ZVNDฤจQLNDPHFKDQLF]QHJR

]ZLฤŠNV]HQLHVSUDZQRฤžFL HOHNWURPDJQHVX

Z]PRFQLHQLHL]RODFML ZREV]DU]HSรก\WNLVW\NRZHM

]DVWRVRZDQLHHOHNWURQLNL Z\NRQDQHMZWHFKQRORJLL60'

']LDย‘6SU]HGDย\WHOVSU]HGD]#UHOSROFRPSOwww.relpol.com.pl ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2009

107_ap1.indd 107

107

2013-03-29 13:51:42


108_ap2.indd 108

2013-03-29 13:52:25


AUTOMATYKA I MECHATRONIKA

Inteligentny budynek

Inteligentny budynek Co ciekawe, inteligentny budynek nie jest został wynaleziony współcześnie, ale mówi się o tym, że ewoluował z  rozwiązań stosowanych w  rolnictwie i  przemyśle. Potrzeba wytworzenia mikroklimatu dla upraw roślin spowodowała rozwój systemów automatycznego nadzoru upraw, a  łatwo zauważyć, że my – podobnie jak rośliny – zadowalamy się pewnymi komfortowymi dla nas warunkami otoczenia. Oczywiście, rośliny nie potrzebują inteligentnych wind czy systemów „wędrującego dźwięku”, ale skonstruowanie takich rozwiązań stanowi swego rodzaju naturalną ewolucję systemów opracowanych wcześniej. Często pod nazwą „Inteligentny budynek” jest rozumiany system np. zdalnego sterowania otwieraniem i  zamykaniem żaluzji czy bramy wjazdowej. Nic bardzie mylącego. Wydaje mi się, że taka terminologia została nam w  pewnym stopniu wmówiona przez sprzedawców tanich systemów, którzy chcą abyśmy wierzyli, że jeśli zrobimy sobie w domu elektrycznie otwierane okna i drzwi, to mieszkamy w  „inteligentnym budynku”. Owszem, to może dobrze oddziaływać na samopoczucie właściciela (być może nieco nadwątlone przez fakturę za usługę), ale nie o to chodzi. Inteligentnym budynkiem nazywa się obiekt zapewniający wysoki komfort użytkowania, bezpieczeństwo oraz (co ostatELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

109-111_i-budynek.indd 109

nio jest szczególnie podkreślane) ograniczający wydatki ponoszone na jego utrzymanie, a więc koszt energii elektrycznej, ogrzewania itp. Taki budynek, poza estetycznym wyglądem i  nowoczesnym wystrojem, musi mieć zainstalowane odpowiednie systemy, które są automatycznie sterowane i  nadzorowane, a „inteligencja” budynku jest określana przez ogół możliwości, dzięki którym jest on w stanie samodzielnie reagować na różne sytuacje spowodowane przez czynniki występujące na zewnątrz i wewnątrz budynku. Dla realizacji tak rozumianej funkcjonalności musi on być opleciony siecią czujników i układów wykonawczych nadzorowanych przez scentralizowany system.

Wśród cech inteligentnego budynku najczęściej podaje się: • Estetykę wykonania na najwyższym poziomie. • Użycie zaawansowanych technik telekomunikacyjnych. • Automatyczne funkcjonowanie różnych systemów budynku. • Możliwość dokonywania szybkich zmian lokalizacyjnych wewnątrz budynku. • Bezpieczeństwo użytkowników. Uzyskanie takich cech jest możliwe jedynie za pomocą komponentów, które mogą realizować zaprogramowane funkcje: centralnej jednostki nadzorującej, rozproszonych, autonomicznych sterowników, odpowiednich sensorów i układów wykonawczych i przede wszystkim – o  czym często zapominamy – medium transmisyjnego, którym może być okablowanie strukturalne, fale radiowe, światło podczerwone itp. Można zaryzykować twierdzenie, że to medium jest nerwem budynku i bez niego nic nie zadziała. Nie wolno zapominać też o systemie dystrybucji zasilania. Zazwyczaj rolę jednostki centralnej, skupiającej w  sobie całą funkcjonalność systemu, pełni komputer stacjonarny. Zależnie od wielkości budynku, może to być albo wy-

109

2013-03-29 13:52:53


AUTOMATYKA I MECHATRONIKA specjalizowany, szybki komputer serwerowy z zestawem monitorów, albo mikrokomputer z wyświetlaczem umieszczony na stojaku czy w  szafie sterowniczej. Medium transmisyjne jest kluczowym, nieodzownym elementem zapewniającym sterownikowi możliwość komunikowania się z  elementami systemu. Główne systemy podlegające kontroli i sterowaniu są następujące: • Systemy telekomunikacyjne (wewnętrzne i zewnętrzne). • System grzewczy, wentylacyjny, klimatyzacyjny. • System przeciwpożarowy. • System antywłamaniowy i kontroli dostępu. • System sterowania oświetleniem. Wyżej wymienione systemy są wykonywane przez wiele firm, różne standardy sterowania i komunikacji rywalizują ze sobą. Jako wspomniano – transmisja danych ma newralgiczne, kluczowe znaczenie. Inteligentny budynek musi być dosłownie opleciony siecią czujników. Ich liczba jest związana z realizowaną funkcjonalnością oraz wielkością obiektu. Najczęściej informacje z czujników są przesyłane do centralnego systemu zarządzania wszystkimi instalacjami w  budynku. Dzięki gromadzonym informacjom, automatyka budynku może odpowiednio reagować na zmiany środowiska lub inne czynniki występujące wewnątrz i na zewnątrz budynku. Na przykład w celu zaoszczędzenia energii wydatkowanej na zasilanie klimatyzacji, może regulować natężenie światła słonecznego przepuszczanego przez żaluzje w oknach. W ciągu długich korytarzy światło może być zaświecane w miarę przemieszczania się osoby lub pojazdy, natomiast całkowicie wyłączane (lub ograniczane do półmroku) w wypadku ich nieobecności.

Telekomunikacja i transmisja danych Założona funkcjonalność systemu wymaga wykonania odpowiedniej warstwy sprzętowej. Pierwszym elementem jest warstwa fizyczna, a więc medium transmisyjne. Obojętnie, czy dla danych wybierzemy komunikację drogą radiową, czy poprzez kabel i tak konieczne będzie wykonanie okablowania strukturalnego do zasilania systemu i  jego elementów wykonawczych. Przyjrzyjmy się strukturze teleinformatycznej. Okablowanie najczęściej jest wykonywane w postaci specjalnego okablowania logicznego wykonanego ze skrętki wieloparowej. W  praktyce wymaga to ułożenia w  budynku dodatkowych przewodów, przeznaczonych wyłącznie do transmisji danych i  ewentualnie zasilania pomocniczego. Taka sieć nosi nazwę teleinformatycznej, ponieważ zwykle tymi samymi przewodami są rozprowadzane sygnały telefonów i  sieci LAN. Przy użyciu dodatkowych kabli danych, instalacja

110

109-111_i-budynek.indd 110

elektryczna może mieć strukturę gwiaździstą i jest przejrzysta. Innym sposobem jest wykorzystanie dodatkowego przewodu sieci elektrycznej i  przesyłanie sygnałów sterujących z jego użyciem. Pozawala to niejako na „upgrade” istniejącego już budynku bez konieczności ponoszenia kosztów dodatkowego okablowania strukturalnego. W  wielu sytuacjach, gdy dołączenie przewodów z  jakichś powodów niemożliwe (względy funkcjonalne, estetyczne, miejsce zainstalowania itp.) używa się transmisji bezprzewodowej. Furorę robią tu zwłaszcza sieci typu Mesh (np. ZigBee), dzięki którym sygnał może być propagowany w rozległej sieci pomimo stosunkowo niedużych zasięgów poszczególnych jej węzłów. Często sieć radiowa stanowi uzupełnienie sieci kablowej. Jak wspomniano, sieć teleinformatyczna powinna obejmować wszystkie elementy systemu: elementy wykonawcze, czujniki, punkty dostępowe sieci radiowej i jednostkę centralną. Najczęściej z  każdym elementem systemu jest związany mikrokontroler pełniący funkcję dekodera protokołu komunikacyjnego oraz interfejsu pomiędzy elementem wykonawczym lub sensorem a  jednostką centralną. W takiej sieci każde urządzenie ma swój unikatowy adres, który pozwala jednostce centralnej (lub innym elementom systemu) na komunikację punkt-punkt. W  wielu systemach nie ma potrzeby stosowania dwukierunkowej transmisji danych lub łączności wielostronnej, gdy żądane funkcje mogą być realizowane lokalnie.

Personalizacja funkcji Inteligentny budynek, aby w pełni zasłużyć na tę nazwę, powinien elastycznie dostosowywać się do preferencji każdego z mieszkańców. Taka personalizacja funkcji może być realizowana za pomocą systemu uczenia się lub być programowana przez użytkowników lub operatora. Na przykład, jeśli system stwierdzi, że użytkownik słuchający radia wyszedł do kuchni, aby przygotować sobie herbatę, to może przełączyć źródło audycji do zainstalowanego tam głośnika. Jeśli mieszkańcy domu śpią, to inteligentna instalacja może wyłączać światło, ale przyciemniać je – zależnie od preferencji mieszkańców. Gdy np. w pokoju dziecinnym zostanie wykryty ruch, to system może włączać przyciemnione światło i budzić rodziców. Jeśli np. któryś mieszkańców przewrócił się i  nie podnosi się, to jednostka centralna może zaalarmować rodzinę, policję lub wezwać inną pomoc. Preferencje mogą być rozpoznawane automatycznie za pomocą kamer wyposażonych w  funkcje rozpoznawania osób i ich ruchu. Przykłady można mnożyć, a  ich ograniczeniem jest jedynie wyobraźnia i zasobność portfela inwestora. Niestety, możliwość rozbudowanej personalizacji pociąga za sobą wzrost komplikacji systemu, wzrost wymagań

odnośnie do oprogramowania i jednostki centralnej, a także konieczność ułożenia dodatkowych kabli połączeniowych, a to kosztuje.

Kontrola dostępu System kontroli dostępu znajduje zastosowanie głównie w budynkach użyteczności publicznej. Najczęściej osoby są rozpoznawane za pomocą odpowiednich identyfikatorów (kart magnetycznych, RFID, stykowych), rzadziej za pomocą kamer lub systemów biometrycznych. W  drugim przypadku, system stwierdza na podstawie informacji zawartych na karcie kim jest dana osoba i jakie ma uprawnienia. Owszem, w budynku może być włączony system rejestracji obrazu, który pozwoli na zarejestrowanie, kto użył karty, ale niejako a priori uznaje się, że osoba mająca kartę-przepustkę jest tą uprawnioną do dostępu. W  drugim przypadku, osoby mogą być rozpoznawane np. z użyciem systemu wizyjnego. Wtedy sam system identyfikacji jest kosztowny i złożony, ale dalsze akcje podejmowane są automatycznie. Na przykład, jeśli do pomieszczenia mają dostęp osoby zarządzające budynkiem, system rozpoznawania osób informuje system kontroli dostępu, kim jest osoba chcąca otworzyć drzwi i jeśli nie jest to osoba z kręgu osób zarządzających budynkiem, to nie zostanie jej zwolniona blokada drzwi. Po zidentyfikowaniu osoby i mając w pamięci jej preferencje, inteligentny budynek może sterować urządzeniami, ogrzewaniem oraz oświetleniem zgodnie z  życzeniem rozpoznanej osoby.

System alarmowy i monitoring Jedną z  funkcji inteligentnego budynku jest zapewnienie bezpieczeństwa jego użytkownikom, co wiąże się również z zabezpieczeniem ich mienia. Jest to o  tyle łatwe, że jednostka centralna jest opleciona i przystosowana do dołączenia szerokiej gamy różnorodnych czujników, dzięki którym może identyfikować miejsca naruszenia stref bezpiecznych, identyfikować osoby itp. Przy próbach włamania, takich jak stłuczenie szyby w  oknie, otwarcie drzwi bez zidentyfikowania osoby je otwierającej, po przekroczeniu określonej granicy itp. system może w sposób automatyczny reagować na zaistniałe zdarzenie. Przykładem takiej reakcji może być powiadomienie służby ochrony, policji, uruchomienie sygnalizacji alarmowej mającej odstraszyć złodzieja i  poinformować otoczenie o  zaistniałym zdarzeniu. Dodatkowo może być załączany specjalny tryb rejestrowania zdarzeń np. kamery zaczynają rejestrować obraz na żywo, zostaje włączony zapis dźwięku i oświetlenie w całym budynku. Scenariusz reakcji na takie zdarzenie może być ustalony przez specjalistę i wspomagać pracę systemu alarmowego. W  inteligentny budynku każdy czujnik może być używany niejako wielokrotnie, ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:52:54


Inteligentny budynek z przeznaczeniem do różnych zadań. Na przykład czujnik oświetlenia może służyć zarówno do jego załączania, gdy zrobi się ciemno lub do wykrycia światła latarki włamywacza. Czujnik otwarcia okna może zadziałać jako alarmowy, gdy jest włączony tryb dozoru lub wyłączy ogrzewanie czy klimatyzację w trybie normalnego użytkowania. Podobnie detektor ruchu może sterować oświetleniem, ogrzewaniem czy przełączaniem sygnału audycji radiowej z  pokoju do kuchni lub załączać sygnalizację alarmową w trybie dozoru.

Symulowanie obecności mieszkańców Na pewno znane są nam chociażby z filmów sytuacje, w  których przed dokonaniem włamania złodzieje obserwują dany obiekt, notują jakie są przyzwyczajenia jego mieszkańców, aby wyczekać moment, w  którym ci opuszczają dom i wtedy dokonują włamania. Instalacje inteligentnego budynku mogą nieco utrudnić życie takim amatorom cudzej własności. Jednym z  popularnych sposobów wykorzystania inteligentnego budynku jest symulowanie obecności jego użytkowników, pracy ochrony i tym podobne. Najczęściej jest to realizowane poprzez zaświecanie i  gaszenie światła w pomieszczeniach, ciągach korytarzy, odtwarzanie muzyki, głosów itp. z użyciem systemu audio lub modułów inteligentnych, aktywnych głośników. Dzięki nim można np. odtwarzać dźwięki nagrane w  ciągu normalnego użytkowania budynku, dodawać inne za pomocą sieci LAN. Jeszcze inne systemy potrafią wykorzystywać do tego zintegrowane z nimi radio, odbiornik telewizyjny, odtwarzacz czy telefon lub np. podsystem pogodowy, który zamyka i otwiera okna. Niejako ze swojej natury, system inteligentnego budynku uczy się i  zapamiętuje przyzwyczajenia użytkowników, więc może też symulować obecność domowników na ich podstawie. Co ważne w takiej sytuacji może nie być jakiegoś ściśle ustalonego schematu, ale może on być zmieniany dynamicznie i  przez to wyglądać bardzo naturalnie, tak jakby ktoś był w domu. Owszem, włamywacz o mocnych nerwach da sobie z tym radę, ale jak mówi polskie przysłowie „na złodzieju czapka gore”, więc system ma szansę co najmniej utrudnić mu życie lub wręcz spłoszyć złodzieja.

urządzeń gaśniczych oraz – a może przedw wszystkim – system musi zapobiegać rozprzestrzenianiu się ognia. Oczywiście w  wypadku wybuchu i  uszkodzenia instalacji system przeciwpożarowy może nie być w stanie zapobiec rozprzestrzenianiu się ognia, ale pomimo tego powinien być skonstruowany w taki sposób, aby nadal poprawnie funkcjonował w  pomieszczeniach, w  których wybuch nie wyrządził szkód. W  obecnie projektowanych systemach część detekcyjną realizuje centrala pożarowa, natomiast część sterującą wyspecjalizowane systemy i  centrale zewnętrzne. Instalacje inteligentnego budynku powinny być wykonane w taki sposób, aby system mógł realizować swoje zdania. To znaczy – umożliwiać podniesienie rolet i żaluzji (tworząc w ten sposób drogi ewakuacji), otwarcie okien, automatyczne odcięcie gazu, odtworzenie sygnałów alarmowych i komunikatów słownych o zdarzeniu i  sposobie ewakuacji, zawiadomienie odpowiednich służb czy odpowiedzialnych użytkowników.

Reagowanie na pogodę Wbrew pozorom system, który umożliwi odpowiednią reakcję budynku na pogodę pełni bardzo ważną rolą, ponieważ pozwala między innymi na zaoszczędzenie energii zużytej na ogrzewanie lub oświetlenie budynku. Popularne jest sterowanie ogrzewaniem w oparciu o  krzywą grzewczą (pomiar temperatury zewnętrznej i regulowanie temperatury w pomieszczeniach na jej podstawie) oraz sterowanie oświetleniem na podstawie pomiaru natężenia światła dziennego w pomieszczeniach. Do większości popularnych systemów, poprzez moduły wejść analogowych lub podobne można dołączyć standardowe czujniki natężenia światła dostępne w handlu, których napięcia lub prądy wyjściowe są konwertowane na zmienne sieciowe zrozumiałem dla jednostki centralnej. Inteligentny budynek potrafi również prognozę z Internetu i na jej podstawie sterować ogrzewaniem i  klimatyzacją, podjąć decyzję o  zamknięciu okien

zanim wystąpią opady deszczu, włączyć rezerwę zasilania w razie burzy itp.

Sterowanie ogrzewaniem System sterowania ogrzewaniem może powinien być powiązany z preferencjami użytkownika, ponieważ temperatura szczególnie wpływa na nasze dobre samopoczucie. Ogrzewanie lub klimatyzacja mogą być załączane tylko o określonych godzinach i wtedy, gdy ktoś przebywa w  pomieszczeniach lub tylko konkretnym pomieszczeniu – ogrzewanie może dotyczyć nie całego budynku, a jedynie użytkowanych pomieszczeń. Temperatura może być też niższa w nocy niż w ciągu dnia, ponieważ wiele osób uważa, że lepiej wysypiają się przy niższej temperaturze. System może działać również odwrotnie, tzn. przy zbyt wysokiej temperaturze może załączyć klimatyzację. Reakcja systemu – w przeciwieństwie do tradycyjnych rozwiązań – nastąpi wtedy, gdy prowadzi do oszczędności energii.

Podsumowanie Pomimo wielu zalet, przeszkodą w upowszechnianiu się instalacji inteligentnych budynków jest stale wysoki koszt rozwiązania. Pomimo tego pomału inteligentne, pomagające nam w życiu systemy, przestają być fanaberią bogaczy i zaczynają trafiać pod przysłowiowe strzechy. Wielu moich znajomych na etapie budowy własnego domu wykonuje okablowanie strukturalne z tym zamysłem, ze kiedyś użyją go do rozprowadzenia sygnałów z  czujników, wykonania systemu monitorowania, sterowania urządzeniami w domu itp. Niektórzy producenci systemów automatyki oferują tanie rozwiązania, w  których moduły łączą się ze sobą drogą radiową. Oczywiście nadal będzie pewna grupa osób, która nie będzie widziała sensu stosowania takiej instalacji, ale jeśli pozwoli ona zaoszczędzić chociażby na kosztach ogrzewania, to takie systemy upowszechnią się, a  to spowoduje znaczne obniżenie ceny rynkowej.

Jacek Bogusz, EP

System przeciwpożarowy Zgodnie z założeniami, inteligentny budynek ma za zadanie zapewniać komfort i  bezpieczeństwo użytkownikom, więc niejako naturalnie musi aktywnie chronić użytkowników w  wypadku pożaru. Typowo taki podsystem składa się z dwóch sieci czujników dymu i  temperatury oraz instalacji przeciwpożarowej wyposażonej we wszelkiego rodzaju spryskiwacze (np. tryskacze lub zraszacze). Jego działanie opiera się na wczesnym wykryciu miejsca zarzewia ognia i  uruchomieniu ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

109-111_i-budynek.indd 111

111

2013-03-29 13:52:54


PREZENTACJE

Bezpieczeństwo i komfort w jednym Oferta firmy Reichelt Elektronik z dziedziny automatyki budynków Funkcje związane z  bezpieczeństwem i  komfortem użytkowania w  nowoczesnej infrastrukturze technicznej budynku najczęściej są realizowane za pomocą różnych systemów np. centralki alarmowej i  systemu automatycznego sterowania oświetleniem i  roletami. Firma Reichelt Elektronik oferuje urządzenie, które łączy w  sobie funkcje dozoru i  automatyki budynku. Jest to HIS20S holenderskiej firmy ELRO. Głównym elementem urządzenia jest centrala sterująca z ekranem LCD i podświetlanymi przyciskami soft touch. Współpracuje ona z  maksymalnie 32 urządzeniami, przykładowo: czujnikami, wyłącznikami lub detektorami. Za pomocą intuicyjnego interfejsu można programować poszczególne scenariusze, na przykład nieobecność w  nocy z  aktywnym alarmem, oświetlenie sterowane czasowo oraz automatyczne zamykanie i  otwieranie rolet. W  przeciwieństwie do sytuacji, w  której rolety są stale zamknięte i  niejako informują włamywaczy, że mieszkanie jest puste, teraz złodziejom będzie trudno rozpoznać, że mieszkańców nie ma w domu. Firma Reichelt Elektronik oferuje zestaw startowy HIS20S w wyjątkowo korzystnej cenie. Zawiera on centralę sterującą, moduł radiowy USB do bezprzewodowego zarządzania systemem za pomocą komputera PC, moduł radiowy odbiornika, wyłącznik ścienny

do załączania oświetlenia, nadajnik zdalnego sterowania, detektor magnetyczny do zabezpieczenia drzwi lub okna, pasywny czujnik ruchu (PIR) oraz przyjazne dla użytkownika oprogramowanie służące do ustawiania, konfigurowania i zarządzania systemem. System można rozbudować o  kolejne wyłączniki świetlne w  pomieszczeniach i  na zewnątrz budynku, czujniki ruchu i magnetyczne oraz bariery podczerwieni, czujniki dymu i wody, wyłączniki rolet oraz klawiaturę bezprzewodową. Wszystkie elementy systemu komunikują się z centralą drogą radiową, co uwalnia użytkownika od konieczności ułożenia kabli. Dla celu sygnalizowania alarmu np. na skutek włamania, pojawienia się dymu lub zalania, firma Reichelt Elektronik oferuje liczne czujniki ELRO. W  razie alarmu zdarzenia są sygnalizowane za pomocą syreny wewnętrznej lub zewnętrznej, sygnalizatora optycznego lub kombinacji syreny z  sygnalizacją optyczną. Alternatywnie lub dodat-

Głównym elementem systemu jest centrala sterująca z ekranem LCD i oświetlonymi przyciskami soft touch

112

112-113_reichelt1.indd 112

Liczba włamań do mieszkań nadal wzrasta Liczba włamań do mieszkań silnie wzrosła w roku 2010. W  roku 2011 odnotowano ponownie wyraźny wzrost aż o  9,3%, do 132 595 przypadków ogółem. Federalny Minister Spraw Wewnętrznych Niemiec dr Hans-Peter Friedrich uważa to za „niepokojące“ i  podkreśla „także psychologiczne konsekwencje dla ofiar, których prywatność została naruszona. Dlatego musimy krytycznie spojrzeć na tego rodzaju wzrost.“ Dodatkowo sytuację komplikuje fakt, że wskaźnik wykrywalności kradzieży w  2011 r. był szczególnie niski i  wynosił tylko 15  %. (ze statystyki niemieckiej policji kryminalnej (PKS) za rok 2011)

kowo można wybrać cichy alarm w postaci automatycznego wybrania numeru telefonu alarmowego, sygnalizowania za pomocą modułu GSM lub przesłania sygnału cyfrowego do biura agencji ochrony. Dzięki połączeniu w  jednym urządzeniu funkcji sygnalizowania alarmu oraz automatyki budynku, centralka HIS20S może sterować oświetleniem nie tylko zgodnie z  16 scenariuszami, lecz także automatycznie włączać światło w przypadku wystąpienia alarmu. „W  przeciwieństwie do urządzeń jedynie z funkcją alarmu, system HIS20S można zastosować także do automatyzacji domu. A  dodatkowo, otwieranie lub zamykanie rolet sterowane czasowo lub czujnikami wyjątkowo pożytecznie uzupełnia funkcje alarmu“, objaśnia Holger Engelbrecht, specjalista w zakresie infrastruktury technicznej

Za pomocą zewnętrznego wyłącznika ELRO mogą być sterowane odbiorniki energii elektrycznej o mocy całkowitej do 1000 W ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:53:42


Bezpieczeństwo i komfort w jednym

Wyłącznik napędu rolet firmy ELRO utrudnia złodziejom wykrycie czy mieszkańcy są poza domem budynków w firmie Reichelt Elektronik. „Za pomocą 16 scenariuszy, włączników czasowych oraz 32 ustawień sytuacyjnych można włączyć na pewien czas lub na stałe dowolny odbiornik prądu. Indywidualne możliwości konfiguracji niemal nie mają granic – czy dotyczy to sterowania grzejnikami elektrycznymi, pompami cyrkulacyjnymi, czy sprzętem gospodarstwa domowego”.

Ponad 40 000 produktów Holenderska firma ELRO jest dystrybutorem urządzeń elektrycznych z dziedziny zabezpieczenia, ochrony, ochrony przeciwpożarowej oraz automatyki budynku. W  firmie Reichelt Elektronik produkty ELRO uzu-

Zestaw startowy zawiera: centralę sterującą, radiowy moduł USB do współpracy z komputerem PC, moduł odbiornika radiowego, wyłącznik ścienny do załączania oświetlenia, nadajnik zdalnego sterowania, detektor magnetyczny, czujnik ruchu oraz oprogramowanie

pełniają obszerną ofertę towarową z branży elektronicznej. Firma Reichelt Elektronik, która jest jednym z  największych europejskich dystrybutorów on-line elektroniki i urządzeń IT, oferuje ponad 40000 produktów mających bardzo dobry stosunek jakości do ceny, dostarczanych w  krótkim terminie bezpośrednio z  magazynu. Dzięki szerokiemu asortymentowi dostępnych komponentów elektronicznych, firma Reichelt Elektronik jest idealnym partnerem w dziedzinie zaopatrzenia. W  sklepie on-line można nabyć różnorodne układy scalone (m.in. mikrokontrolery), diody LED i  tranzystory, rezystory, kondensatory, złącza i przekaźniki. Program produktów obejmuje także wysokiej jakości

narzędzia, m.in.: stacje lutownicze, multimetry, oscyloskopy. Korzystna cenowo oferta z zakresu podzespołów i  sieci komputerowych zawiera m.in.: wewnętrzne i zewnętrzne dyski twarde, mikroprocesory AMD oraz Intel, pamięci, rutery WLAN, listwy zasilające i  kable połączeniowe jest interesująca zarówno dla klientów indywidualnych, jak i  przedsiębiorstw czy instytucji. Ponadto, oferta produktów zawiera obszerny asortyment produktów elektroniki użytkowej: rzutniki, odbiorniki TV, anteny satelitarne, konwertery i odbiorniki oraz akcesoria, takie jak kable HDMI, baterie i akumulatory.

Reichelt Elektronik

REKLAMA

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

112-113_reichelt1.indd 113

113

2013-03-29 13:53:43


AUTOMATYKA I MECHATRONIKA

System automatyki budynkowej by-Me Jeszcze kilka lat temu nazwa „inteligentne” instalacje prawie nikomu nic nie mówiła. Obecnie, z dnia na dzień, staje się ona coraz bardziej popularna, a  automatyka domowa coraz odważniej wkracza do naszych domów i  w  ciągu kilkunastu najbliższych lat stanie się standardem w  każdym nowobudowanym domu.

Dodatkowe informacje: Astat Sp. z o.o. ul. Dąbrowskiego 441, 60-451 Poznań tel. (61) 848 88 71, faks (61) 848 82 76 e-mail: info@astat.com.pl, www.astat.com.pl

Włoska firma VIMAR, której wyłącznym przedstawicielem w Polsce jest firma Astat, oferuje system automatyki domowej by-Me, którego funkcjonalność spełni oczekiwania każdego użytkownika. Dodatkowo nowoczesny, a  jednocześnie ponadczasowy design, pozwala dobrać urządzenia i ramki ozdobne, będą nie tylko spełniać swoją podstawową rolę (np. sterowania), ale będą również ozdobą każdego pomieszczenia.

System by-My System automatyki budynkowej by-Me używa do komunikacji magistralę dwużyłową Bus by-Me. Za jej pomocą są łączone wszystkie urządzenia: przyciski programowalne, panele dotykowe, termostaty i inne. Topologia połączeń może być dowolna: liniowa, gwiazda, mieszana. Tylko komponenty systemu dźwiękowego by-Me należy połączyć jeden za drugim.

Funkcjonalność Rozwiązanie proponowane przez firmę VIMAR, pozwala na zintegrowanie wielu funkcji w jeden system, którym możemy zarządzać np. z użyciem jednego panelu dotykowego: • sterowanie oświetleniem – nie potrzeba wielu typów łączników (zwykłych, schodowych, krzyżowych), wystarczy jeden odpowiednio zaprogramowany przycisk lub czujnik ruchu, który umożliwia załączenie lampy bądź grupy lamp, • sterowanie żaluzjami/roletami – żaluzje i  rolety są coraz częściej stosowanym wyposażeniem domu, inteligentny dom pozwala nimi sterować w  zależności od oświetlenia czy pory dnia, możemy również za pomocą jednego przycisku zamknąć wszystkie rolety, • sterowanie napędami do bram, • integracja z systemem alarmowym – system alarmowy uzbrajany jest za pomocą 5-cio cyfrowego kodu, dodatkowo system może ostrzec przed zalaniem czy ulatnianiem się gazu, • integracja z  wideodomofonem – panel automatyki domowej full flat 4,3”, po-

114

114-115_Astat.indd 114

przez który sterujemy całym domem, może być jednocześnie panelem wewnętrznym wideodomofonu, • system dźwiękowy – może działać niezależnie lub może być zintegrowany z systemem automatyki, mamy możliwość podłączenia czterech niezależnych źródeł dźwięku – m in. tuner FM, RCA, stację dokującą, • sterowanie temperaturą – system ogrzewania jest zawsze integralną częścią instalacji, dzięki automatyce domowej możemy dowolnie sterować temperaturą w  każdym pomieszczeniu z  termostatem; system daje nam możliwość ustawienia niższej temperatury w  nocy lub w czasie, gdy nikogo nie ma w domu, • czujniki CO, LPG i  metanu – przy

wykryciu zwiększonego stężeniu gazów system nam alarmuje o niebezpieczeństwie, • sterowanie obwodami elektrycznymi – często wychodząc z  domu, nie pamiętamy czy wyłączyliśmy żelazko lub lokówkę, w systemie automatyki domowej

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:54:25


System automatyki budynkowej by-Me możemy zdefiniować dowolny obwód elektryczny, który zostanie wyłączony, gdy opuszczamy dom (np. wykorzystując scenę wyjścia).

Sceny Scenami są nazywane specjalne scenariusze funkcjonowania systemu, które umożliwiają połączenie kilku działań aktywowanych za pomocą jednego przycisku. Zintegrowanie wielu elementów i podsystemów umożliwia tworzenie rozbudowanych scen, które ułatwią życie użytkowników: • Scena Wyjścia – aktywowanie systemu alarmowego jednoczenie aktywuje scenę wyjścia (wszystkie światła zostają wyłączone, żaluzje/rolety opuszczone, odłączone zostają gniazda elektryczne, którymi można sterować z systemu). • Scena Kolacja – światło w jadalni zostaje przyciemnione, żaluzje opuszczone, załączona zostaje muzyka. • Scena Obecności Domowników – odpoczywamy, a nasz dom pracuje za nas na pełnych obrotach; zastosowanie symulacji obecności uruchamia wcześniej zdefiniowane sceny świetlne i  podnosi lub opuszcza żaluzje o  określonych porach dnia, • Scena pobudka – żaluzje w sypialni się podnoszą, światło zapala, z  głośników

słychać naszą ulubioną stację i od razu jest nam łatwiej wstać z łóżka. Które sceny będą utworzone i  użyte w  naszym domu, zależy wyłącznie od nas, ale przede wszystkim, gwarantują nam wygodę – teraz nasz dom „myśli” za nas. Na przykład, nie musimy już pamiętać o  odłączeniu żelazka, wyłączeniu światła w łazience czy opuszczeniu żaluzji – zastosowanie Sceny Wyjścia zrobi to za nas.

Oszczędność Jednak największą zaletą inteligentnych rozwiązań są oszczędności. Sterowanie ogrzewaniem pozwoli na obniżenie rachunków dzięki zmniejszeniu zużycia energii. Automatyczne wyłączenie oświetlenia w pomieszczeniu, w  którym nikogo nie ma lub wyłączenie całego oświetlania po wyjściu wszystkich domowników, zaowocuje również zmniejszeniem rachunku za energię elektryczną.

Możliwości sterowania W systemie automatyki domowej by-Me mamy wiele możliwości sterowania – w zależności od potrzeby, możemy dobrać odpowiednie elementy: • osoby ceniące sobie tradycjonalizm, mogą wybrać przyciski programowalne, które wizualnie nie wiele różnią się od tradycyjnych rozwiązań,

• osoby lubiące nowoczesność, mają możliwość wyboru z pośród kilku, różnych wielkości, kolorowych paneli dotykowych, • osoby ceniące wygodę, mogą sterować i zarządzań całym domem poprzez tablet, iPhone, iPad czy telefon komórkowy, • będąc na wakacjach mamy możliwość sprawdzenia czy sterowania systemem z  dowolnego miejsca na ziemi poprzez stronę www.

Nowoczesny design Włoska firma Vimar ceni sobie nie tylko nowoczesne technologie i funkcjonalność systemu, równie ważny jest dla niej nowoczesny wygląd i  szeroki wybór produktów, dzięki którym każdy użytkownik dobierze elementy pasujące do jego osobowości. Nasza automatyka domowa może być „ubrana” w  urządzenia z  pięciu różnych serii. Każda z  nich charakteryzuje się niepowtarzalnym wyglądem i bogatym wyborem ramek ozdobnych, które różnią się nie tylko kolorem, ale również materiałem, z którego są wykonane (technopolimer, imitacja szkła i drewna, metal lakierowany, metal galwanizowany, aluminium, drewno naturalne, kamień naturalny, skóra, szkło kryształowe).

Astat Sp. z o.o.

REKLAMA

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

114-115_Astat.indd 115

115

2013-03-29 13:54:26


T E M AT N U M E R U PA N E L E H M I

AUTOMATYKA I MECHATRONIKA

Sterowanie dotykiem Panele operatorskie, określane również jako HMI, oraz komputery znajdują obecnie zastosowanie nie tylko w przemyśle. Wygoda posługiwania się ekranem dotykowym przemawia za stosowaniem tego typu rozwiązań także w  elektronice konsumenckiej oraz w różnych terminalach dostępnych w  miejscach publicznych. W  artykule omówiono aktualnie oferowane panele, ich cechy, technologie, jakie zastosowano do ich wykonania oraz praktyczne aspekty implementacji panelu dotykowego. Na polskim rynku oferowane są HMI z ekranami o przekątnych od kilku do ponad 20 cali. Wraz ze spadkiem cen samych matryc, następuje też naturalna popularyzacja wersji większych. Naturalnie, istnieją również zastosowania, gdzie dominują panele małe, często nawet tekstowe monochromatyczne. Nabywcy paneli operatorskich kierują się całym szeregiem cech, które decydują o wyborze konkretnego rozwiązania. Wynika to nie tylko z mnogości możliwych zastosowań ekranów dotykowych, ale także dużych różnic pomiędzy nimi.

Ważne cechy paneli Trudno jednoznacznie wskazać, jakie parametry techniczne paneli są najważniejsze. Oprócz wielkości ekranu, na pewno ważnym elementem decydującym o użyciu danego wyświetlacza jest zakres temperatury pracy. Zasadnicze znaczenie ma temperatura dolna, która standardowo kończy się na zerze stopni – pracę w  warunkach poniżej zera umożliwiają dopiero wersje specjalne. Producenci paneli, oprócz urządzeń z ekranami dotykowymi, oferują też produkty z  tradycyjną klawiaturą, która może cechować się różnym stopniem złożoności. Panele operatorskie i  komputery panelowe są w  istocie, oprócz ich najprostszych wersji, mniej lub bardziej złożonymi komputerami przemysłowymi. Wydajność obliczeniowa tych urządzeń, a także ich możliwości komunikacyjne są coraz bardziej zbliżone do parametrów standardowych komputerów przemysłowych czy PC. Wynika to z rosnącej liczby funkcji, jakie obecnie pełnią te urządzenia. Współczesne panele operatorskie i komputery panelowe coraz częściej agregują dane i łączą różne systemy w całość. Z tego powodu wykorzystywane są w  nich wydajne jednostki centralne, np. Intel Core 2 Duo, a one same, oprócz dużego ekranu, często nie wiele różnią się od standardowych komputerów przemysłowych. Producenci HMI zwracają również uwagę, że ich klienci wymagają od tego typu urządzeń coraz większej liczby

116

116-121_hmi1.indd 116

funkcji multimedialnych – wyświetlania wideo, odtwarzania oraz rejestracji dźwięku itp. Z tych powodów niektóre panele wyposażane są w  wydajne karty graficzne pozwalające na wyświetlanie obrazów o dużej rozdzielczości i  głębi kolorów, karty dźwiękowe, a  ich obudowy zawierają głośniki, a  nieraz także mikrofon i  kamerę. Niektóre z  omawianych produktów mają także możliwość rozbudowy poprzez wykorzystanie karty rozszerzeń. Minimalizacja zużycia energii przez urządzenia elektryczne i  elektroniczne to już od kilku lat jeden z  najważniejszych trendów na rynku elektroniki i  automatyki. O ile w przypadku elektroniki powszechnego użytku, projektanci mają na celu zazwyczaj zapewnienie jak najdłuższego czasu pracy urządzeń zasilanych bateryjnie, ograniczenie zużycia energii przez panele operatorskie ma na celu wyeliminowanie z nich układów aktywnego chłodzenia. Brak konieczności wymuszania przepływu powietrza pozwala na zrezygnowanie z  wentylatora, który jest jednym najbardziej awaryjnych elementów wszelkich systemów komputerowych. Chłodzenie pasywne umożliwia także tworzenie rozwiązań o dużym stopniu ochrony IP, czyli w  praktyce urządzeń o  szczelnych obudowach. Jest to szczególnie istotne w  przypadku zastosowań w  środowisku o  dużym zapyleniu czy wilgotności, które są typowe dla aplikacji przemysłowych. Naturalnie rozwiązania bezwentylatorowe nie dotyczą wszystkich HMI i komputerów panelowych. W szczególności nie obejmują one urządzeń o dużej wydajności obliczeniowej, które bazują na układach takich jak wspomniane Intel Core Duo czy Core 2 Duo i  podobnych. Pomimo to, na rynku można znaleźć komputery z  procesorami Core 2 Duo w  wersjach bezwentylatorowych. Panele operatorskie i komputery przemysłowe tworzone są zazwyczaj z wykorzystaniem technologii, która już jakiś czas wcześniej pojawiła się w komputerach PC. Jeszcze niedawno bardzo popularne były procesory Pentium M, XScale oraz inne układy specja-

lizowane – np. firmy Via Technologies. Od jakiegoś czasu są one wypierane z rynku na rzecz układów Core Duo i Core 2 Duo, a także Atom. Układy te zapewniają wydajność obliczeniową wystarczającą do wielu typowych aplikacji wizualizacji, a  do tego charakteryzują się drastycznie małym zużyciem energii. Czynnikiem wspierającym trend tworzenia rozwiązań bezwentylatorowych jest szybka popularyzacja dysków i kart pamięci Flash, które obecnie dostępne są u większości głównych dostawców komputerów przemysłowych na rynku. Stanowić one mogą zamienniki tradycyjnych dysków twardych i  pozwalają na wyeliminowanie z  panelu HMI czy komputera panelowego wszystkich części ruchomych.

Komunikacja sieciowa Dostępne na rynku HMI oraz komputery panelowe różnicowane są jeszcze pod jednym względem – występujących w nich interfejsów sieciowych. Typowo zawierają porty do sieci szeregowych (RS232, RS485 i  inne), USB, a  także Ethernet. Dostępne są również wykonania z interfejsami sieci przemysłowych. W ostatnich latach, szczególnie szybko popularyzowały się USB i  Ethernet i  są one obecnie traktowane jako standard w  większości omawianych urządzeń. Ich użycie ułatwia konfigurację i  obsługę paneli, a  także umożliwia ich łatwą integrację w większych sieciach. Zmiany w technologii paneli operatorskich obejmują również popularyzację wykorzystania sieci bezprzewodowych. Obecnie niektóre z  takich urządzeń, w  szczególności komputery przemysłowe, zawierają wbudowany interfejs Wi-fi czy Bluetooth, a  wybrane umożliwiają nawet transmisję danych z  wykorzystaniem sieci komórkowych. Oczywiście taka funkcjonalność nie jest potrzebna wszystkim klientom – przykładowo komunikacja bezprzewodowa będzie zbędna w HMI, który wbudowany jest w maszynę przemysłową i służy do jej sterowania. Jednakże w  przypadku niewielkiego terminalu przenośnego lub instalacji HMI na pojeździe czy w oddalonym od centrali miejscu zakładu możliwość tego typu transmisji danych staje się zbawienna – zarówno dla instalatorów urządzeń, jak też jej obsługi.

Oprogramowanie Na nowoczesny panel operatorski składa się nie tylko wydajny i energooszczędny sprzęt, ale także specjalistyczne oprogramowanie, które nie jest dostępne w klasycznych ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:55:01


Sterowanie dotykiem i prostotę obsługi wyparły tradycyjną klawiaturę i myszkę z zastosowań tego typu. Ekrany dotykowe coraz częściej montowane są również w elektronice użytkowej, w której coraz większą popularnością cieszą się interfejsy typu Multi-Touch.

Czym jest panel dotykowy?

Rysunek 1. Zasada działania panelu rezystancyjnego komputerach PC. Producenci paneli wkładają bardzo dużo wysiłku w zapewnienie łatwej wymiany danych z tymi urządzenia mi, czemu służy np. obsługa standardów komunikacyjnych OPC (OLE for Process Control) – w  szczególności OPC A&E (Alarms and Events) czy metod bezpiecznego przesyłania danych do baz przemysłowych. Standardem jest coraz częściej wykorzystanie w panelach różnego rodzaju serwerów – WWW, FTP czy VNC. Umożliwiają one udostępnianie informacji w  sieciach lokalnych i  Internecie oraz zdalny dostęp do urządzenia w celu jego konfiguracji i  sterowania. Duże znaczenie mają narzędzia do kontroli stanu panelu, jego temperatury, wykorzystania zasobów i ewentualnie kalibracji interfejsu dotykowego. Naturalnym uzupełnieniem platformy sprzętowej jest system operacyjny i  oprogramowanie narzędziowe. W  bardzo wielu, jeżeli nie większości paneli, standardem jest jeden z systemów Microsoft Windows – najczęściej CE oraz XP Embedded. Windows Vista, pomimo długiej już obecności na rynku, nie przyjął się do zastosowań przemysłowych. Producenci oferują też własne systemy własnościowe, często zintegrowane z  oprogramowaniem dedykowanym do paneli. Nieraz wchodzi ono w  skład dostawy panelu, tj. oferowane jest jako preinstalowane i  prekonfigurowane przez dostawcę. Uzupełnieniem systemów operacyjnych są narzędzia software’owe, czego przykładem jest B&R Automation Studio, TwinCAT i inne – pozwalają one na programowanie różnych urządzeń, w  tym paneli, a  także często są kompletnym środowiskiem uruchomieniowym systemów automatyki. Oczywiście uzupełnieniem dla paneli jest też oprogramowanie SCADA, które pozwala nie tylko na bieżącą wizualizację procesu, ale zazwyczaj daje również dostęp do funkcji takich jak przedstawianie trendów, generowanie raportów, analiza danych procesowych i innych. Duże możliwości dają dostępne od jakiegoś czasu procesory dwurdzeniowe. PozwaELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

116-121_hmi1.indd 117

lają one na taki podział zasobów, aby jeden z rdzeni odpowiadał za interfejs wizualny, a  drugi za obsługę procesów technologicznych. Dzięki temu, w  przypadku wystąpienia błędu w  wątku związanym z  obsługą interfejsu użytkownika, kontrola procesu nie jest wstrzymywana, a  jedynie wyzwalany jest skonfigurowany alarm.

Nowoczesne technologie paneli dotykowych Najważniejszym elementem omawianych komputerów panelowych i paneli operatorskich są, wynalezione już ponad 30 lat temu, panele dotykowe. Przeżywają one ciągły rozwój i  zajmują coraz ważniejsze miejsce w  aplikacjach HMI. Obecnie trudno wyobrazić sobie już panele operatorskie, czy komputery panelowe bez ekranów dotykowych, które ze względu na intuicyjność

Panel dotykowy jest w istocie autonomicznym urządzeniem zamontowanym przed wyświetlaczem LCD (lub dowolnym innym), które umożliwia sterowanie poprzez dotknięcie go palcem lub wskaźnikiem. Wskazanie miejsca na ekranie za pomocą dotyku należy do najbardziej przyjaznych form kontaktu z  użytkownikiem – nawet takim, który nie radzi sobie z używaniem tradycyjnego komputera osobistego. Konstruktorzy paneli dotykowych dążą do stworzenia urządzenia, które będzie jak najbliższe pewnym założeniom. Nie powinny one zakłócać wyświetlania obrazu, muszą charakteryzować się wysoką rozdzielczością oraz być aktywowane dowolnym wskaźnikiem. Ważną ich cechą jest też odporność na kurz, wilgoć, środki chemiczne, oleje i zanieczyszczenia, które mogą występować w otoczeniu. Istotna jest wreszcie łatwość instalacji na panelu wyświetlacza – idealnie gdyby była ona tak prosta, jak montaż innych urządzeń peryferyjnych.

Panele rezystancyjne Ekrany dotykowe mogą być wykonane w różnych technologiach – do najpopularniejszych należą panele rezystancyjne (rysunek  1). Istnieją przy tym 4-, 5-, 6-, 7- oraz 8-przewodowe odmiany tej technologii. Nie-

Jak działa kontroler czteroprzewodowego ekranu dotykowego? Na przykładzie 12-bitowego kontrolera, pracującego z rozdzielczością 4096x4096 (np. TSC2046 firmy Texas Instruments) o  napięciu zasilania elektrod: 3 V. Dotknięcie ekranu w  1/3 współrzędnej x oraz 1/2 współrzędnej y powoduje następujące działanie kontrolera: 1. Pomiar współrzędnej x: • kontroler dostarcza napięcie pomiędzy elektrody dolnej płaszczyzny; • za pomocą elektrody górnej powierzchni odczytuje spadek napięcia (w  tym przypadku 1 V); • układ próbkuje wartość napięcia i  oblicza wartość współrzędnej x (1/3 • 4095 = 1365). 2. Pomiar współrzędnej y: • układ zmienia funkcjonowanie warstw przewodzących - odłącza zasilanie od warstwy x i  podłącza je między elektrody warstwy górnej; • następuje odczyt wartości spadku napięcia na powierzchni górnej za pomocą elektrody X+ (1,5 V); • kontroler oblicza wartość współrzędnej y (1,5/3 • 4095 = 2047). Obliczona współrzędna dotknięcia ekranu to (1365, 2047).

Rysunek 2. Zasada obliczania pozycji w systemie 4-przewodowym

117

2013-03-29 13:55:01


T E M AT N U M E R U PA N E L E H M I

AUTOMATYKA I MECHATRONIKA zależnie od liczby przewodów, panele tego typu zbudowane są z dwóch warstw odseparowanych za pomocą elementów dystansowych - warstwy podłoża (najczęściej szklanego) z  jednorodną powłoką rezystancyjną oraz warstwy górnej, która jest elastyczna i również przewodząca. Ta ostatnia musi być od zewnątrz twarda i wytrzymała, gdyż jest powierzchnią styku z  otoczeniem. Istnieją również wersje ekranów rezystancyjnych, w których obie warstwy są elastyczne. W chwili naciśnięcia na ekran, zewnętrzna warstwa ugina się w  kierunku podłoża i  następuje zwarcie w  punkcie styku. Wartość spadku napięcia w punkcie przyciśnięcia ekranu jest proporcjonalna do współrzędnych na jego powierzchni. Układ kontrolera obsługujący panel przetwarza napięcie analogowe na wartość cyfrową i  przesyła ją do układu sterującego (rysunek 2). Ze względu na zasadę działania paneli rezystancyjnych, istnieje możliwość wymuszenia akcji palcem, paznokciem, piórem czy też w palcem w rękawicy roboczej. Ekrany tego typu i ich sterowniki mogą być łatwo integrowane w systemach wbudowanych, przez co należą do najbardziej praktycznych i  ekonomicznych typów paneli dotykowych.

4W, czyli cztery przewody Czteroprzewodowe panele rezystancyjne należą do najłatwiejszych w produkcji. Łatwo również na ich przykładzie zrozumieć zasadę działania tego typu ekranów dotykowych. Do określenia współrzędnych punktu dotyku wykorzystywane są obydwie warstwy przewodzące. Pokryte są one zwykle od strony styku tlenkiem cynkowo-indowym – substancją, która przewodzi prąd i  jest zarazem przezroczysta. Na zewnętrznych krawędziach obu warstw umiejscowione są elektrody, do których podłączone są przewody kontrolera. W  pierwszym etapie detekcji, układ sterujący dostarcza napięcie stałe do dolnej warstwy przewodzącej. W  tym samym czasie górna warstwa pełni rolę próbnika napięcia i  podłączona jest do układu mierzącego napięcie w  kontrolerze modułu. Dzięki temu można określić jedną ze współrzędnych styku. Następnie wystarczy, że układ zamieni działanie obu warstw – dostarczy napięcie do górnej warstwy, podczas gdy dolna będzie służyła woltomierzowi – w ten prosty sposób uzyskuje się drugą ze współrzędnych. Podstawowa wada tego rozwiązania wynika z  faktu wykorzystania giętkiej warstwy do określania jednej ze współrzędnych. Częste wyginanie zewnętrznej powłoki powoduje powstawanie miniaturowych zadrapań na powierzchni pokrytej tlenkiem cynkowo-indowym. Zadrapania wpływają z kolei na zniekształcenie, początkowo stosunkowo liniowej charakterystyki warstwy rezystancyjnej, a  co za tym idzie

118

116-121_hmi1.indd 118

powstanie niedokładności określenia jednej ze współrzędnych punktu dotyku. Dlatego, jak łatwo się domyślić, czteroprzewodowe panele rezystancyjne nie należą do najbardziej wytrzymałych. Gwarantowana liczba dotknięć palcem wynosi około miliona lub znacznie mniej, w przypadku używania piór dotykowych i  innych twardych przedmiotów przyspieszających proces niszczenia matrycy. Wtedy wartość ta może spaść do poziomu około 100 tys., co w przypadku obszaru o  wymiarach 20x20 mm odpowiada zaledwie kilku miesiącom normalnego użytkowania panelu. Tym, co również nie służy panelom rezystancyjnym, są zmiany Rysunek 3. Schemat działania systemu parametrów otoczenia. Rozciąganie 5-przewodowego i  kurczenie się zewnętrznej powłoki poliestrowej pod wpływem zmian tempezadrapania górnej warstwy, ale ewentualne nieliniowości nie mają wpływu na dokładratury i wilgotności, z czasem zmniejsza jej ność pomiaru. wytrzymałość, jak również dokładność lokaBudowa ekranów pięcioprzewodowych lizacji punktu dotyku. W tej sytuacji można (rysunek 3) jest bardzo podobna do wczemówić o dryfcie charakterystyki napięciowej śniej wspomnianych technologii z  tym, że panelu, uzależnionym zarówno od zużycia jeden z  przewodów podłączony jest do zepowstałego na skutek normalnego użytkowawnętrznej warstwy pełniącej rolę próbnika nia, jak i zmian w środowisku pracy. napięcia a  pozostałe cztery przyłączone są Czteroprzewodowe panele rezystancyjne do narożników warstwy dolnej. Przed dosprawdzają się przede wszystkim w  ekratknięciem warstwa dolna spolaryzowana nach o  małych rozmiarach, tj. poniżej 10’’ jest jednakowym napięciem na całej po- wtedy niedostatki wynikające z  ich konwierzchni, a  górna – uziemiona. W  chwili strukcji nie są zbyt znaczące. Za ich stosostyku kontroler wykrywa wzrost potencjału waniem stoją przede wszystkim niski koszt, na warstwie zewnętrznej i  przeprowadza małe zużycie energii i  powszechna dostępprocedurę lokalizacji współrzędnych. Układ ność szerokiej gamy kontrolerów mogących sterujący pracą panelu najpierw podaje stałą je obsłużyć. Dzięki tym zaletom często znajwartość napięcia do narożników A  i  B oraz dują one zastosowanie w urządzeniach przenośnych, takich jak np. palmtopy. uziemia narożniki C i D. W ten sposób uzyDla większych ekranów - zazwyczaj poskiwany jest równomierny gradient napięcia wyżej 10’’, gdzie błędy pomiaru w  wersji od góry do dołu panelu. W momencie dotyku 4-przewodowej byłyby już bardzo duże, stokontroler za pomocą przewodu E odczytuje suje się technikę 8-przewodową. Ta modyfiwartość współrzędnej Y, a  następnie podaje kacja panelu 4-przewodowego polega na donapięcie na przewody A i C oraz uziemia B daniu czterech dodatkowych linii ulokowai D. Wtedy, za pomocą zewnętrznej warstwy nych na krawędziach każdej z  warstw. Słumożliwe jest określenie drugiej współrzędnej żą one do przeprowadzenia autokalibracji punktu styku. w  celu zmniejszenia błędów nieliniowości Oprócz paneli dotykowych pięcioprzei  wpływu rezystancji pasożytniczej. Dzięki wodowych istnieją również wersje sześciotemu uzyskuje się większą stabilność pracy i  siedmioprzewodowe, przy czym są one ekranu dotykowego w czasie. mniej popularne i  rzadko kiedy stosowane. Sześcioprzewodowy panel jest modyfikacją wersji pięcioprzewodowej i zawiera dodatkoPiąty przewód wo uziemioną warstwę na spodzie dolnej poOpisane powyżej technologie paneli 4wierzchni. Rozwiązanie siedmioprzewodoi  8-przewodowych mają, jak już wspomniawe, w  porównaniu z  pięcioprzewodowym, no, jedną podstawową wadę – górna, warma dwie dodatkowe linie na krawędziach stwa elastyczna jest stosunkowo mało wytrzymała i  powoduje powstawanie błędów ekranu, które służą do eliminacji dryftu ponieliniowości. W panelach pięcioprzewodowstałego na skutek wpływu zmian paramewych, przy określaniu obu współrzędnych trów otoczenia. dotyku, rolę powierzchni, na której powstaje spadek napięcia, pełni jedynie warstwa dolUśrednianie i kalibracja na. Zewnętrzna powłoka służy tylko jako Bardzo ważna, dla uzyskania dużej dopróbnik napięcia. Wtedy również w wyniku kładności lokalizacji miejsca dotyku, jest normalnego użytkowania powstają pewne praca samego kontrolera. W  celu wyelimiELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:55:02


Sterowanie dotykiem nej technologii jest niska przepuszczalność światła wynosząca zaledwie 75%, co w niektórych aplikacjach jest niewystarczające. Nie zmienia to faktu, że rozwiązania rezystancyjne są obecnie najczęściej stosowanymi typami paneli dotykowych.

Pojemnościowe i ultradźwiękowe

Rysunek 4. Zasada działania ekranu NFI nowania szumów powstałych w wyniku drżenia styków, stosowane są algorytmy uśredniające. Próbki współrzędnych X i Y są sprawdzane, czy nie wykraczają poza określoną dokładność. Jeśli zestaw próbek nie spełnia określonych norm, jest on odrzucany i  algorytm uruchamiany jest od nowa. Taki cykl trwa aż do chwili, gdy określona liczba próbek obu współrzędnych zmieści się w przyjętym przedziale dokładności. Wtedy średnia tych wartości traktowana jest przez kontroler jako współrzędne X i  Y, i  przesyłana do procesora sterującego pracą całego systemu. Współrzędne X i  Y rezystancyjnych ekranów dotykowych są wyznaczane w  układzie kartezjańskim - najczęściej wartość współrzędnej X rośnie z  lewej na prawo a współrzędnej Y z dołu do góry ekranu, choć bywa także inaczej. Podsumowując temat paneli rezystancyjnych, należy zaznaczyć że technologia pięcioprzewodowa charakteryzuje się dużo lepszymi parametrami użytkowymi od ekranów czteroprzewodowych (i  ich modyfikacji). W  tym przypadku żywotność ekranu sięga nawet 35 mln dotknięć. Warstwa zewnętrzna ma zwykle dużą wytrzymałość oraz jest odporna na środki chemiczne i wilgoć. Twardość większości paneli rezystancyjnych wynosi 2H (twardość ołówka 2H), lecz można spotkać także ekrany o  twardości 3H. Tego typu ekrany mogą być stosowane wszędzie tam, gdzie system jest narażony na działanie niesprzyjających czynników zewnętrznych, czyli w  aplikacjach przemysłowych, takich jak sterowanie procesami technologicznymi czy testowanie wyrobów, systemach medycznych, oraz POS i  POI. Wadą omawiaELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

116-121_hmi1.indd 119

Oprócz ekranów dotykowych typu rezystancyjnego, wykorzystywane są panele działające na zasadzie detekcji zmian pojemności, jasności promieniowania podczerwonego oraz innych parametrów fizycznych. Ekrany w technologii powierzchniowej stanowią jeden z  typów pojemnościowych paneli dotykowych. W odróżnieniu od rezystancyjnych ekranów dotykowych ich powierzchnia zewnętrzna nie jest giętka, lecz zbudowane wyłącznie z  nieruchomych elementów. Szklane podłoże pokryte jest jednorodną warstwą tlenku cynkowo-indowego, a całość przykryta szkłem zapewniającym dużą odporność na działanie czynników zewnętrznych. W  narożnikach ekranu umieszczone są elektrody wytwarzające zmienne pole elektryczne. Dotknięcie ekranu palcem lub przewodzącym rysikiem powoduje zamknięcie obwodu elektrycznego pomiędzy ciałem a powierzchnią, na której zgromadzone są ładunki. W momencie dotyku z każdej z elektrod do miejsca styku płynie minimalny prąd wynikający z  powstania zaburzenia pola na warstwie tlenku. Wartość prądu wypływającego z każdej z elektrod jest zależna od odle-

głości od punktu dotyku i na tej podstawie kontroler może wyliczyć jego współrzędne i  przesyłać je dalej do systemu. Wadą powierzchniowych ekranów pojemnościowych jest możliwość wskazania punktu wyłącznie poprzez kontakt elementem przewodzącym - w praktyce specjalnym piórem lub dłonią. Praca plastikowym wskaźnikiem lub w rękawicy roboczej nie jest możliwa. Odmianą paneli pojemnościowych są panele NFI (Near Field Imaging, rysunek 4), które pozwalają na lokalizację punktu dotyku przez dodatkową warstwę ochronną umieszczoną przed ekranem. Dzięki temu, panel może być zainstalowany za grubszym, nawet kilkunastomilimetrowym szkłem ochronnym. Określenie współrzędnych punktu dotyku sprowadza się do analizy pola elektrycznego zmieniającego się tuż przy powierzchni ekranu. Wykorzystując odpowiednią technikę akwizycji danych pomiarowych oraz operacje przetwarzania, możliwe jest dokładne obliczenie współrzędnych miejsca zmiany pola elektrycznego. Ekrany NFI są na tyle dokładne i  czułe, że możliwe jest również korzystanie z nich w rękawicy roboczej. Panele te znakomicie sprawują się w  trudnych warunkach – są odporne na wpływ zanieczyszczeń i mycie pod wysokim ciśnieniem, dzięki czemu są często stosowane zakładach przemysłowych. Ekrany NFI noszą również nazwę Projected Capacitive. Pojemnościowe panele dotykowe charakteryzują się wysokim współczynnikiem przepuszczania światła, który sięga 90% i dużą trwałością. Ich czas życia przekracza 200 milionów dotknięć. Błąd nieliniowości w  przypadku paneli pojemnościowych rzadko kiedy jest większy niż 1,5%. Ponadto stosowanie dodatkowej warstwy antyrefleksyjnej minimalizuje odbicia światła. Panele pojemnościowe, oprócz aplikacji przemysłowych, znajdują również zastosowanie w  urządzeniach użytku publicznego, aplikacjach medycznych, terminalach POS, POI i bankomatach.

Rysunek 5. Zasada działania ekranu na podczerwień

119

2013-03-29 13:55:02


T E M AT N U M E R U PA N E L E H M I

AUTOMATYKA I MECHATRONIKA A może podczerwień? Trzecią z  technik wykorzystywanych w  panelach dotykowych jest wytworzenie promieniowania podczerwonego za pomocą diod LED rozmieszczonych wzdłuż dwóch prostopadłych krawędzi, naprzeciw których znajdują się elementy światłoczułe (rysunek  5). Do działania tego typu paneli nie jest konieczna ochronna warstwa zewnętrzna - mogą one być zamontowane jedynie w formie ramki, bezpośrednio na wyświetlaczu, nie wprowadzając tym samym żadnych zniekształceń obrazu. Promieniowanie emitowane przez diody tuż nad powierzchnią panelu LCD tworzy gęstą siatkę promieni podczerwonych, które są detekowane przez elementy światłoczułe - dotknięcie ekranu dowolnym wskaźnikiem powoduje przerwanie drogi dla światła, co pozwala na łatwe określenie współrzędnych punktu dotyku. Działanie tego typu paneli nie zależy w  żaden sposób od stanu powierzchni ekranu, przez co niemożliwe jest fizyczne zużycie się materiału, a  wszelkie zadrapania powłoki szklanej nie mają wpływu na pracę systemu. Panel działa nawet wtedy, gdy zewnętrzna szklana powierzchnia jest stłuczona – w  tym przypadku wystarczy ją wymienić bez konieczności kupowania całego ekranu. W  pewnych zastosowaniach, jeżeli istnieją takie wymogi, warstwa ochronna może okazać się zbędna i można z niej nawet zrezygnować. Omawiane ekrany, w  odróżnieniu od rezystancyjnych i  pojemnościowych, nie wymagają okresowej kalibracji. Nie uszkadza ich kurz, wilgoć, woda czy nawet śnieg, a obecnie dostępne modele wyposażone są typowo w  układy, które umożliwiają praktycznie całkowite wyeliminowanie zakłóceń powodowanych przez światło zewnętrzne. W związku z tym, panele działające w  technologii podczerwonej spotkać można w  wielu aplikacjach – od kiosków multimedialnych i  bankomatów począwszy, poprzez wyposażenie medyczne, aż do systemów zarządzania produkcją i  sprzedaży. Maksymalny rozmiar paneli podczerwonych to nawet 150”, dzięki czemu mogą być one również stosowane w wielkich tablicach interaktywnych.

Rysunek 6. Zasada działania ekranu ultradźwiękowego lach SAW propagacja odbywa się na powierzchni ekranu, natomiast w GAW, dzięki właściwościom szkła, przez sam ekran (rysunek 6). Trzecią technologią należącej do omawianej grupy jest technika rozpoznawania impulsu dźwiękowego APR (Acoustic Pulse Recognition). To nowatorskie rozwiązanie bazuje na pomiarze dźwięku powstałego w momencie dotknięcia ekranu. Panel APR składa się jedynie z  szyby zamontowanej przed wyświetlaczem i  kilku mikrofonów piezoelektrycznych rozmieszczonych na jego krawędziach. Dotknięcie każdego miejsca panelu wiąże się z generacją nieco innego dźwięku, który, w  formie sygnału elektrycznego, cztery miniaturowe przetworniki przesyłają do kontrolera. Zarejestrowany sygnał jest następnie porównywany z wcześniej stworzoną tablicą dźwięków dla całego ekranu. Na skutek tego ignorowane są dźwięki otoczenia niezgodne z  zapisanymi próbkami.

Ekrany akustyczne charakteryzuje jedna, bardzo ważna zaleta – dzięki zastosowaniu wyłącznie płyty szklanej, która umieszczana jest przed wyświetlaczem LCD, zniekształcenia obrazu są znikome. Również przejrzystość paneli jest wysoka i sięga ponad 90%, a  nawet, w  przypadku GAW, praktycznie 100%. Ekrany GAW pozwalają, w odróżnieniu od SAW, na umieszczenie ich w szczelnych obudowach i  zapewnienie wysokiego stopnia ochrony urządzenia, w  którym są wykorzystywane. Panele akustyczne desygnowane są m.in. do terminali POS i POI, punktów sprzedaży biletów oraz systemów sterowania automatyką przemysłową.

Analiza z wykorzystaniem kamer Kolejną ze stosowanych technik jest metoda analizy obrazu tuż przy powierzchni ekranu. Dwie kamery umieszczone są w narożnikach ekranu, bądź tuż za nim, natomiast w przeciwległych rogach znajdują się aktywne (diody LED) lub pasywne (powierzchnie

Ultradźwięki w panelach dotykowych Być może jest to zaskakujące, ale również akustyka znalazła swoje miejsce wśród technologii ekranów dotykowych. Jest to jednocześnie miejsce całkiem znaczące – istnieją bowiem aż trzy typy ekranów wykorzystujących rozchodzenie się dźwięków. Pierwszymi dwoma są panele w  technologii SAW i  GAW – skróty te oznaczają odpowiednio Surface Acoustic Wave oraz Guided Acoustic Wave, przy czym pierwsze człony nazw określają charakter rozchodzenia się ultradźwięków. W  pane-

120

116-121_hmi1.indd 120

Rysunek 7. Zasada wyznaczania miejsca dotyku w ekranach dotykowych z kamerami ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:55:02


Sterowanie dotykiem i faktu, że wypustki linii papilarnych, stykając się z  powierzchnią, absorbują światło, natomiast wgłębienia je odbijają. Ta metoda, choć jest ciągle rozwijana i mało popularna, pozwala na sterowanie ekranem za pomocą kilku wskaźników (kilku palców) jednocześnie. Dzięki temu możliwe jest również sterowanie przez kilku użytkowników jednocześnie, co może być wykorzystane w  dużych aplikacjach interaktywRysunek 8. Dzięki użyci czujników wykorzystujących nych (rysunek 8). całkowite, wewnętrzne odbicie światła jest możliwe Istnieją także panele sterowanie aplikacją przez kilka osób jednocześnie działające w oparciu o pomiar siły dotyku. Czujniki odbijające) nadajniki podczerwieni. Dotyk tensometryczne, które rozmieszczone są na ekranu powoduje powstanie cienia, który krawędziach panelu, zmieniają rezystancję rejestrowany jest przez kamery (rysunek 7). Obraz z  kamer trafia następnie do kontrow zależności od siły nacisku na powierzchlera, który z  dużą dokładnością oblicza nię ekranu, co z  kolei jest przeliczane na współrzędne. W tym przypadku możliwy jest współrzędne punktu. Ze względu na sposób także pomiar trzeciej współrzędnej! Panele akwizycji, dotyk jest rzeczywiście rejestrotakie, mimo dużego współczynnika przeniwany tuż przed faktycznym zetknięciem się kalności, charakteryzują się gorszym czasem wskaźnika z  ekranem. W  tym rozwiązaniu reakcji i  niewielką dokładnością, przez co dodatkowa powierzchnia zewnętrzna nie nie są powszechnie wykorzystywane. jest potrzebna, dzięki czemu zredukowany jest wpływ uszkodzeń powierzchni wyświetlacza. Kalibracja tego typu paneli wymagana Jakość obrazu jest jedynie przy ich pierwszym uruchomieBardzo ważną cechą paneli operatorniu i  polega na dotknięciu ekranu w  kilku skich jest jakość wyświetlanego obrazu. określonych miejscach. Niemniej zastosowaNiemal wszystkie technologie ekranów donie kamer ma z pewnością wpływ na wysoką tykowych wymagają stosowania warstwy cenę tego typu rozwiązań. zewnętrznej, która, pomimo że pełni rolę ochronną, powoduje pogorszenie jakości wyświetlanego obrazu. W  szczególności tłumi Biometria i siła dotyku ona energię świetlną, wprowadzając dodatCiągły rozwój technologii ekranów dokowe odbicia i  zmniejszając kontrast oraz tykowych powoduje pojawianie się coraz jasność oglądanego obrazu. Zmianie ulegać to nowszych rozwiązań. Przykładem jest może także jego kolorystyka. wykorzystanie metody stosowanej od dawNajlepszym, jak do tej pory mana w  biometrii - FTIR (Frustrated Total Interiałem, z  którego wykonywane są ternal Reflection). Bazuje ona na zjawisku warstwy zewnętrzne, jest szkło, którego całkowitego wewnętrznego odbicia światła

przepuszczalność światła wynosić może ponad 90% (jest ona najwyższa spośród materiałów wykorzystywanych w tym celu). Powłoki stosowane w  ekranach rezystancyjnych i  pojemnościowych pokrywane mogą być również warstwą antyrefleksyjną. Dodatkową przewagą szkła nad innymi materiałami jest jego duża twardość, przez co panele szklane są stosunkowo odporne na zarysowania. Większość środków chemicznych i  zmiany temperatury otoczenia nie mają też wpływu na deformację ekranu szklanego. W  wymagających aplikacjach tradycyjne szkło może zostać zastąpione odpowiednikiem odpornym na wysokie temperatury lub żrące środki chemiczne.

Wskaźnik i interfejsy Wbrew pozorom, duże znaczenie przy wyborze rodzaju panelu, może mieć typ stosowanego wskaźnika. Ekrany rezystancyjne, akustyczne i podczerwone pozwalają na dotknięcia praktycznie każdym przedmiotem, począwszy od piór wskazujących, poprzez długopisy, karty identyfikacyjne aż do ubranej w  rękawicę roboczą dłoni. Ograniczone pod tym względem są ekrany pojemnościowe, które mogą być pobudzane jedynie wskaźnikami przewodzącymi – specjalnym piórem lub gołą dłonią. Technologia GAW, charakteryzująca się większą czułością od SAW, pozwala na sterowanie analogiczne jak w przypadku ekranów rezystancyjnych. Nie ma natomiast większych ograniczeń w  zakresie stosowanych interfejsów. Kontrolery ekranów dotykowych dostępne są najczęściej z  powszechnie stosowanymi interfejsami - USB, RS-232, RS-485 lub PS/2. Producenci dostarczają również szereg programów diagnostycznych, demonstracyjnych oraz sterowników dla systemów operacyjnych Windows, Linux, Unix, QNX czy też MAC OS. Typowe parametry paneli dotykowych zamieszczono w tabeli 1.

Łukasz Mazur Marcin Karbowniczek

REKLAMA

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

116-121_hmi1.indd 121

121

2013-03-29 13:55:02


T E M AT N U M E R U PA N E L E H M I

A AUTOMATYKA I MECHATRONIKA I MECHATRONIKA

Fotografia 1. Komputery Panelowe National Instruments

HMI z użyciem NI LabView Touch Panel Module W  artykule opisano budowę typowego interfejsu HMI oraz pokazano, jak zaimplementować tę architekturę za pomocą biblioteki LabView Touch Panel Module. W aplikacjach przemysłowych (i nie tylko), w  których operator ma obsługiwać maszyny, konieczne jest przygotowanie mechanizmu, który umożliwiałby użytkownikowi konfigurację i  monitorowanie stanu danej maszyny. Typowym rozwiązaniem spełniającym te wymagania i  powszechnie stosowanym obecnie w przemyśle są interfejsy HMI – Human Machine Interface. Do implementacji HMI świetnie nadają się komputery panelowe National Instruments, które zawierają niezawodny LCD z  interfejsem dotykowym, zestaw zintegrowanych wejść i wyjść oraz są przystosowane do obsługi LabVIEW (graficzne środowisko programowania) i  modułu LabVIEW Touch Panel. Niniejszy artykuł opisuje typową architekturę aplikacji HMI, stworzoną przy użyciu ww. oprogramowania. Aby skrócić czas projektowania przy tworzeniu HMI, warto użyć dostępnych architektur referencyjnych i bibliotek przykładów.

odnosi się do wejść lub wyjść, część do stanu urządzenia, a część z nich to parametry kalibracyjne lub dane konfiguracyjne. Dobrze wykonany interfejs HMI powinien uwzględniać podział zmiennych na grupy, w zależności od tego, z czym są powiązane. Poszczególne grupy powinny być prezentowane na oddzielnych stronach, a  poruszanie się pomiędzy stronami nimi powinno być zorganizowane za pomocą odpowiednich przycisków nawigacyjnych. Zmianę stron obsługuje w  tle odpowiedni mechanizm (Navigation Engine).

Dodatkowe informacje: National Instruments Poland Salzburg Center ul. Grójecka 5, 02-025 Warszawa Tel.: 22 328 90 10, Faks: 22 331 96 40 ni.poland@ni.com, www.ni.com Infolinia: 800 889 897 Wsparcie techniczne: techsupport@ni.com

Do wyświetlania zwykłych wartości, takich jak liczby całkowite, ułamkowe i ciągi znaków można wykorzystywać standardowe wskaźniki. Jednakże, prezentacja alarmu wymaga dodatkowej obsługi. Zazwyczaj realizowane jest to przez zaprezentowanie podsumowania alarmów oraz stopki. Podsumowanie najczęściej wyświetlane jest na oddzielnej stronie, na której znajduje się pełna lista alarmów zaś stopka jest często prezentowana w  postaci pojedynczej linij-

Typowa architektura HMI Na rysunku 2 widać diagram typowej architektury HMI. Pokazuje on zależności pomiędzy poszczególnymi komponentami programowymi. Ponieważ większość złożonych aplikacji posługuje się setkami zmiennych, trudno jest je wszystkie zaprezentować jednocześnie na jednym ekranie. Część zmiennych

122

122-124_ni.indd 122

Rysunek 2. Typowa architektura HMI ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-04-01 23:47:20


HMI z użyciem NI LabView Touch Panel Module

Rysunek 3. Typowa architektura HMI w LabVIEW

Rysunek 5. Przykładowa strona HMI (panel frontowy wirtualnego instrumentu LabView)

Rysunek 4. Przykład diagramu blokowego pętli nawigacyjnej ki na dole ekranu, na której sygnalizowane są najnowsze alarmy. Opisane powyżej funkcje realizowane są przez blok Alarm Displays Engine. Dostęp do danych, rejestru zdarzeń i alarmów może być również oferowany zdalnie za pomocą serwera WWW, poprzez przeglądarkę internetową.

Wprowadzanie danych Problem w korzystaniu z  wielu interfejsachów HMI stanowi często wprowadzanie danych. Ponieważ częstokroć są one pozbawionenie mamy do dyspozycji myszki ani klawiatury, wpisywanie liczb czy ciągów znaków dokonywane jest za pomocą ekranu dotykowego, a w przypadku gdy urządzenie znajduje się na hali fabrycznej – również w rękawicach roboczych. Dlatego konieczne jest odpowiednie powiększenie wszelkich pól do wprowadzania danych, a wyświetlane klawiatury muszą być dostosowane do rodzaju wpisywanych informacji. Przykładowo, jeśli wybrane pole przyjmuje jedynie liczby, warto wyświetlić jedynie odpowiednio dużą klawiaturę numeryczną. Warto Należy też zwrócić uwagę na to, jak zmienne są przechowywane i  udostępELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

122-124_ni.indd 123

niane. Obsługą tych zadań zajmuje się odpowiedni mechanizm (Tag Engine), którego algorytm działania wygląda następująco: • Mechanizm prezentacji stron odczytuje wartości zmiennych w celu ich wyświetlenia. • Operator korzysta z obiektów do wprowadzania danych, aby zmienić wartości zmiennych, które następnie są przekazywane do reszty systemu. • Mechanizm obsługi zdarzeń monitoruje wartości zmiennych sprawdzając, czy nie spełniają one określonych wcześniej warunków, które mogłyby wywołać alarm lub wymusić inne działanie. • Mechanizm obsługi danych przekazuje nowe wartości zmiennych do sterownika maszyny.

Mechanizm zdarzeń Mechanizm ten odpowiada za porównywanie wybranych grup zmiennych z wcześniej zdefiniowanymi warunkami. Te warunki mogą być określone jako przynależność do zbioru, równowartość itp. Jeśli których z  warunków zostanie spełniony, mechanizm rejestruje tę sytuację. Niektó-

re ze zdarzeń mogą wymagać interwencji i najczęściej wywołują alarmy. Dane związane z  konkretnym alarmem są przesyłane do mechanizmu wyświetlania alarmów, który określa sposób, w  jaki zostaną one zaprezentowane operatorowi. Jeśli wartość zmiennej wróci do dozwolonego zakresu, alarm jest anulowany. Mechanizm obsługi danych pozwala na wymianę wartości zmiennych z  kontrolerem za pomocą odpowiedniego, wybranego protokołu. W praktyce, sterowniki PLC najczęściej korzystają z  własnościowych, zamkniętych protokołów lub powszechnych w  przemyśle, takich jak np. Modbus. Coraz częściej stosuje się komunikację opartą o protokoły bazujące na Ethernecie. Narzędzie do edytowania zmiennych pozwala na tworzenie, konfigurowanie i zarządzanie listą tagów aplikacji. W  wyniku jego działania można wyeksportować plik konfiguracyjny, który pozwala interfejsowi HMI na zainicjalizowanie mechanizmu obsługi zmiennych.

Implementacja typowej architektury HMI Moduł LabVIEW Touch Panel pozwala na tworzenie aplikacji HMI w środowisku graficznym pracującym pod kontrolą sys-

123

2013-04-01 23:47:21


T E M AT N U M E R U PA N E L E H M I

AUTOMATYKA I MECHATRONIKA temu operacyjnego Windows. Gotowy projekt może być w łatwy sposób przeniesiony i uruchomiony na komputerze panelowym NI. Dla uproszczenia, typową strukturę aplikacji HMI można podzielić na trzy pętle programowe: nawigacji, skanowania i procesów tła. Zostały one przedstawione na rysunku 3. Pętla nawigacyjna zawiera obsługę stron interfejsu HMI i jest odpowiedzialna za ich organizację oraz nawigację pomiędzy nimi. Pętla skanowania zawiera mechanizmy danych, alarmów i  sprzętowe sterowniki interfejsów komunikacyjnych. Jest odpowiedzialna za wymianę danych pomiędzy HMI i kontrolerem maszyny oraz za sprawdzanie czy wystąpiły jakieś alarmy. Pętla procesów tła zawiera wszystkie pozostałe komponenty działające równolegle w tle, potrzebne do poprawnego działania aplikacji. Inne komponenty, które mogą być ewentualnie zastosowane w aplikacji HMI, nie współdziałają bezpośrednio z  aplikacją. Przykładowo, zarówno serwer WWW, jak i edytor konfiguracji zmiennych wymieniają dane z  aplikacją za pomocą systemu plików – odpowiednio stron internetowych oraz plików konfiguracyjnych.

Pętla nawigacyjna Mechanizm ten jest najczęściej implementowany za pomocą prostej maszyny stanów w zapętlonej procedurze z  szeregiem instrukcji warunkowych. Każda z  takich instrukcji obejmuje jedną stronę, wyświetlaną na ekranie HMI po jej wywołaniu. Przykład pętli nawigacyjnej widać na rysunku 4. Zastosowano w  nim bibliotekę referencyjną HNE (HMI Navigation Engine), zaprojektowaną specjalnie do zarządzania stronami interfejsów HMI i  nawigacją. Dokładna dokumentacja HNE znajduje się w internecie, pod adresem: http://zone. ni.com/devzone/cda/epd/p/id/5329 Każda ze stron HMI jest tworzona jako instrument wirtualny w  LabVIEW i  pozwala monitorować oraz kontrolować konkretny proces lub subproces zachodzący w maszynie. Najbardziej powszechnie stosowane elementy znajdujące się na takich stronach to przyciski nawigacyjne, wskaźniki numeryczne, wykresy, obrazki oraz kontrolki dwustanowe. Dobrym przykładem takiej strony jest rysunek 5. Na schemacie blokowym strony stosuje się mechanizmy bazujące na obsłudze zdarzeń, co jest możliwe dzięki użyciu referencyjnej biblioteki AMC (Asynchronous Message Communication). Pozwala ona uzyskać responsywny interfejs użytkownika. Przykładowy schemat blokowy opracowany z  użyciem metod bazujących na bibliotece AMC pokazano na rysunku 6.

124

122-124_ni.indd 124

Prezentacja alarmów Na rys. 3 obsługa wyświetlania alarmów została ujęta w  pętli nawigacyjnej. Zrobiono tak, ponieważ bardzo często alarmy prezentowane są po prostu w  postaci specjalnej strony interfejsu HMI, któ- Rysunek 6. Przykładowy diagram blokowy wykonany z użyciem rej działanie polega biblioteki AMC na wyświetlaniu informacji o  najnowszych wydarzeniach zachodzących w  maszynie. Innym popularnym sposobem prezentacji alarmów jest wyświetlanie jednoliniowej stopki, która w  razie potrzeby pojawia się na dowolnej ze stron interfejsu HMI. Firma National Instruments przygotowała Rysunek 7. Przykład diagramu blokowego pętli skanującej specjalną bibliotekę referencyjną do obsługi alarmów, która pozwala na ich wygodne monitorowanie, wyświetlanie i  rejestrowanie. Biblioteka ta to TAE (Touch Panel Alarm Engine) i  zawiera interfejs programistyczny pozwalający na dostęp do danych o alarmach, ich formatoRysunek 8. Przyrządy wirtualne CCC wanie i prezentację na stronach HMI. Szczew pętli skanującej aplikacji HMI gółowe informacje o  jej działaniu można znaleźć w  Internecie pod adresem: http:// zone.ni.com/devzone/cda/epd/p/id/5332

Pętla skanująca Ma ona postać sekwencji procesów, które wykonywane są w pętli z  określoną częstotliwością. Mogą do nich należeć także procesu obsługujące dane i alarmy. Przykładową pętlę skanującą zaprezentowano na rysunku  7. Została ona zbudowana z  użyciem biblioteki referencyjnej CCC (CVT Client Communication), która pozwala na uruchomienie mechanizmu obsługi danych i  zawiera odniesienia do biblioteki TAE w celu obsługi alarmów. Biblioteka CCC ułatwia wymianę zmiennych pomiędzy interfejsem HMI i sterownikiem maszyny. CCC pobiera dane z kontrolera i aktualizuje te w pamięci HMI, dzięki czemu są one zawsze aktualne i  dostępne lokalnie. Sposób zaimplementowania pętli CCC w pętli skanującej HMI został zilustrowany na rysunku 8. Mechanizm obsługi alarmów działa zgodnie z  opisanymi wcześniej zasadami. Zastosowanie biblioteki TAE pozwala łatwo

Rysunek 9. Miejsce implementacji mechanizmu alarmów w pętli skanującej prezentować nowe alarmy, klasyfikować je jako aktywne, a następnie zapisywać na dysku. Mechanizm ten powinien być uruchamiany po aktualizacji wartości wszystkich zmiennych. Zilustrowano to na rysunku 9.

Tablica aktualnych wartości Mechanizm wymiany zmiennych pomiędzy poszczególnymi elementami zaimplementowany jest za pomocą biblioteki referencyjnej CVT (Current Value Table). Tworzy ona centralne miejsce, w którym gromadzone są wszystkie zmienne i  zapewnia interfejs programistyczny, umożliwiający łatwy dostęp do nich. Sposób jej działania został opisany w  internecie pod adresem: http://zone.ni.com/devzone/cda/ epd/p/id/5326 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-04-01 23:47:21


S7-1200 – podstawy IPLC: teoria i praktyka AUTOMATYKA MECHATRONIKA

S7-1200 – podstawy PLC: teoria i praktyka Sterowniki są komputerami przemysłowymi, które muszą pracować w  czasie rzeczywistym i  być maksymalnie odporne na wszelkiego rodzaju zaburzenia. Zaczniemy od przybliżenia tych pojęć. Sterowanie, czyli świadome oddziaływanie na obiekt, realizuje określony cel według określonego algorytmu. Algorytm to opis, jak chcielibyśmy, aby działał nasz obiekt. Może on być w  postaci słownej, przebiegu czasowego lub wzoru, równania matematycznego. Program w  sterowniku jest zapisem tego algorytmu w postaci ciągu instrukcji. Sterowanie w układzie otwartym obiektami dwustanowymi (zaworami, oświetleniem itp.) zainicjowało powstanie przemysłowych sterowników logicznych (PLC). Słowo „logiczne” jest związane z algorytmami typu przełączającego, których realizacja opiera się na funkcjach logicznych AND (szeregowe połączenie styków), OR (równoległe połączenie styków) lub funkcjach pochodnych od nich. Układy te są typu kombinacyjnego (stan ich wyjścia zależy tylko od stanu wejścia) lub typu sekwencyjnego (stan ich wyjścia zależy od stanu wejścia i  stanu wejścia w  poprzednich chwilach czasowych), czyli układy z pamięcią. Układ otwarty sterowania dla obiektu ciągłego (np. płynne sterowanie obrotami silnika) składa się z  elementu sterującego i  obiektu sterowania (rysunek  1a). Element sterujący nie otrzymuje żadnych informacji o  sygnale wyjściowym y, natomiast ma określony cel sterowania – utrzymanie sygnału wyjściowego na poziomie określonym przez wartość zadaną y0. Niestety, ten cel ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

125-127_siemens.indd 125

w otwartym układzie sterowania jest trudny do zrealizowania i  sygnał wyjściowy ustala się na wartościach zależnych od wielkości zakłócenia (obciążenia). Zmiany sygnału wyjściowego y spowodowane zmianą zakłóceń z zilustrowano w przebiegu sygnału y na rysunku  1a. Ponadto jest możliwe wykorzystanie informacji od znanego zakłócenia z1 i  wykonanie odpowiedniej korekcji sygnału zadanego – jest to układ kompensacyjny. Układ zamknięty sterowania, nazywany również układem regulacji, otrzymujemy w  wyniku podania sygnału wyjściowego na wejście przy użyciu ujemnej pętli sprzężenia zwrotnego. Podczas eksploatacji na obiekt wpływają zakłócenia, z  których jedne mogą zmieniać nieznacznie parametry obiektu,

np. tłumienie, sprężystość, przewodność cieplna, co wynika ze starzenia się elementów lub oddziaływania zewnętrznych czynników atmosferycznych zwłaszcza zmian temperatury, natomiast drugie powodują zmianę wartości sygnałów w układzie, np. podstawowym zakłóceniem w napędach jest moment obciążenia, w komorze chłodniczej – moment wprowadzania wsadu. Dlatego głównym zadaniem układu regulacji jest osiągnięcie celu bez względu na oddziaływanie zakłóceń. Cele układu regulacji uzależnione są od ich typu. Podstawowym typem jest układ regulacji stałowartościowej, czyli utrzymanie sygnału wyjściowego na stałym poziomie niezależnym od oddziaływających zakłóceń. W układzie regulacji nadążnej (śledzącej) sygnał wyjściowy nadąża precyzyjnie za zadaną trajektorią. Z tym typem układów mamy do czynienia np. w lotnictwie do naprowadzania samolotów, podczas precyzyjnej regulacji kąta obrotu silnika

Rysunek 1. Otwarty układ sterowania dla obiektu ciągłego

125

2013-03-29 13:55:56


AUTOMATYKA I MECHATRONIKA w serwomechanizmach itp. Ostatnim typem są programowe układy regulacji, gdzie sygnał wyjściowy zmienia się według ściśle określonej zależności wynikającej z  technologii. Ten typ układów jest stosowany w  obrabiarkach sterowanych numerycznie, w  programowych systemach ziębniczych itp. Ten typ można również wykorzystywać do układów otwartych sterowania, np. programowe sterowanie po angielsku nosi nazwę sterowania z zadanym kształtem wejścia (preshaped input). W  układzie regulacji stałowartościowej (układzie stabilizacji) celem jest utrzymanie wartości wyjściowej y na stałym poziomie, zadanym na wejściu jako y0 bez względu na oddziaływające zakłócenia. Porównując wartość zadaną y0 z  aktualną wartością wielkości regulowanej y, za węzłem sumacyjnym, reprezentowanym na rysunku  1b w  postaci kółka, otrzymujemy uchyb regulacji e=y0–y. W  przypadku uchybu dodatniego e>0, tzn. y<y0, układ zmienia położenie elementu sterującego tak, aby wywołać zwiększenie wartości sygnału y. Natomiast w  przypadku wystąpienia uchybu ujemnego e<0, tzn. y>y0 układ zmienia położenie elementu sterującego tak, aby zmniejszyć wartość sygnału y. Zmiana położenia elementu sterującego polega np. w układach elektrycznych na zmianie kąta wysterowania napędu tyrystorowego zasilającego silnik, w  układzie hydraulicznym będzie to zmiana wychylenia wirnika w pompie, co spowoduje zmianę objętości przepływającej cieczy. Tym lepszy będzie to układ regulacji, im te zmiany (stany przejściowe) będą trwały krócej. Długość czasu trwania i  wielkość uchybu regulacji jest podstawową miarą jakości układu regulacji, a  głównym zadaniem w  układzie regulacji jest utrzymanie uchybu na poziomie bliskim zeru. Realizacja tego zadania umożliwia nam w układach regulacji: a) ograniczenie wpływu zakłóceń na obiekt, b) ograniczenie wpływu zmienności parametrów obiektu, c) poprawienie wskaźników jakości i charakterystyk dynamicznych obiektu, d) w  zależności od typu układu: utrzymywanie wielkości wyjściowej na zadanym poziomie (układy stałowartościowe), nadążanie wielkości wyjściowej za zadaną trajektorią (układy nadążne), dokładne naśladowanie sygnału wejściowego przez wyjściowy (układy programowe). Inny podział układów (systemów) ze względu na charakter sygnału (rysunek 2): • układy regulacji ciągłej, występujący w nich sygnał jest analogowy, ciągły, określony w każdej chwili czasowej; • układy regulacji cyfrowej, występujący w  nich sygnał jest dyskretny (cyfrowy), określony t y l k o w chwilach próbkowania; • układy regulacji impulsowej (przerywanej), występujący w  nich sygnał najczę-

126

125-127_siemens.indd 126

Rysunek 2. Podział systemów ze względu na charakter sygnału ściej jest poddawany modulacji szerokości impulsów. Układ regulacji impulsowej charakteryzuje się tym, że sygnał wyjściowy z regulatora lub elementu wykonawczego przyjmuje wartość maksymalną (pełna sprawność) lub wartość zerową. Układy te stosuje się często w  procesach wolnozmiennych, np. chemicznych, grzewczych, ziębniczych. Najważniejszym elementem w  układzie regulacji jest regulator (rysunek  1b). W  nim dokonuje się przetwarzanie sygnału, a od doboru jego struktury i parametrów zależy jakość sterowania. Struktura regulatora może zawierać człon proporcjonalny P i jego parametr kc, człon całkujący (opóźniający) i  jego parametr Ti oraz człon różniczkujący, (przyspieszający) D i jego parametr Td. Regulatory mogą być rzeczywiste, pasywne (zbudowane z  rezystorów, pojemności i indukcyjności) typu przyśpieszającego, opóźniającego i  przyśpieszająco-opóźniające lub idealne, aktywne (zrealizowane na wzmacniaczach operacyjnych lub wewnątrz mikroprocesora) typu PID. Regulatory specjalizowane często przyjmują nazwę od rodzaju regulowanej wielkości, zastosowanego czujnika lub charakterystycznych elementów kon-

strukcyjnych, np. termoregulator, regulator pływakowy. Zastosowanie tylko członu proporcjonalnego (regulatora P) powoduje, że w momencie, gdy wartość zadana y0 zrówna się z wartością mierzoną y, uchyb regulacji staje się równy zero i regulator nic by nie wysterował. Dlatego w  układzie regulacji z  regulatorem proporcjonalnym P mamy zawsze do czynienia z uchybem ustalonym es, którego wartość jest tym mniejsza, im większe jest wzmocnienie regulatora kc. Zastosowanie członu całkującego (regulator opóźniający, PI, PID) powoduje, że regulator dopóty zmienia swój sygnał wyjściowy y, dopóki nie zrówna się on z  wartością zadaną y0. Szybkość tych zmian jest określona przez czas zdwojenia Ti. W momencie zrównania sygnał uchybu e staje się równy zero i  napięcie wyjściowe z  regulatora przestaje się zmieniać, zachowując ostatnią wartość. Zastosowanie tego regulatora prowadzi często do powstania w sygnale wyjściowym przeregulowań (overshoots), tzn. sygnał wyjściowy przez krótki okres przewyższa wartość ustaloną. Program użytkownika korzysta przede wszystkim z systemu operacyjnego, który jest

Rysunek 3. Elementy systemu operacyjnego z punktu widzenia użytkownika ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:55:57


S7-1200 – podstawy PLC: teoria i praktyka

Rysunek 4. Podział programu na podprogramy funkcjonalne integralną częścią CPU i steruje wszystkimi procesami w CPU. Z punktu widzenia użytkownika w systemie operacyjnym można wyróżnić trzy istotne elementy: system wykonawczy, pamięć i  funkcje systemowe (rysunek  3). System operacyjny steruje przetwarzaniem programu użytkownika przy użyciu systemu wykonawczego. Interfejsem między nimi są bloki organizacyjne (OB). Wywoływane są one do

przetwarzania cyklicznie w sposób ciągły lub incydentalnie na zaistniałe zdarzenie. Te wywołania w  programie są traktowane jako zadania z  poziomu wykonawczego. Organizacyjne bloki zawierają program użytkownika w formie podprogramów nazywanych blokami (FC, FB). Pamięć CPU zawiera różne programy i obszary danych, które są zarządzane przez system operacyjny. Program użytkownika współpracuje z tymi obszarami pamięci, co szczegółowo opisano w dalszej części tego rozdziału. Przy użyciu zestawu rozszerzeń funkcji systemowych, które są zawsze zintegrowane z systemem operacyjnym, każdy program użytkownika można bezpośrednio rozszerzyć lub wpływać na system operacyjny. Blokowa architektura systemu SIMATIC S7-1200 umożliwia łatwą strukturyzację programu użytkownika. Jak już wcześniej wspomniano, bloki organizacyjne są interfejsami, które systemowi operacyjnemu w CPU umożliwiają zrealizować różne poziomy wykonania. To pozwala na dokładne podzielenie programu użytkownika na całościowo niezależne części programu. System wykonawczy dostar-

Rysunek 5. Typy bloków organizacyjnych oraz funkcje, z którymi są połączone

cza poprawne ciągi wywołań do po- szczególnych części programu. Ogólnie mówiąc, mamy możliwość rozdzielenia programu na następujące podprogramy funkcjonalne: przetwarzanie cykliczne w sposób ciągły, uruchomienie, zachowanie się przerwań i  błędów (rysunek 4). Te podprogramy funkcjonalne tworzą cały program składający się z bloków organizacyjnych. Na rysunku 5 zilustrowano typy bloków organizacyjnych oraz funkcje, z  którymi są połączone. Po włączeniu zasilania sterownika (CPU) lub wybraniu trybu praca, system operacyjny wywołuje blok organizacyjny do uruchomienia OB 100 (startup). To umożliwia dokładnie ustalić warunki wyjściowe obiektu sterowania, np. ustawienie wszystkich napędów w  pozycję wyjściową niezbędną do nowego cyklu produkcyjnego. Po zakończeniu uruchomienia CPU, startuje cyklicznie i  w  sposób ciągły główny program, który steruje obiektem. Program typowy dla PLC, umieszczony w bloku OB1, jest wywoływany przy użyciu systemu operacyjnego i  jest przetwarzany krok po kroku (instrukcja po instrukcji). To cykliczne przetwarzanie jest na tyle szybkie (np. w  1 ms), że robi wrażenie, jakby wszystkie instrukcje były przetwarzane równocześnie. Długość przetwarzanego programu w  bloku OB1 jest określona przez minimalny czas cyklu i stąd znamy szybkość reakcji systemu na zmianę sygnału wejściowego, jest to czas odpowiedzi. Ten czas jest zawsze dłuższy od czasu cyklu. Czasami proces wymaga natychmiastowej reakcji na określone zdarzenie, niezależnie od zachowań w  czasie cyklu. CPU zabezpiecza pracę poziomu wykonawczego i wywołuje odpowiednie bloki organizacyjne. Program do przerwań reaguje na zdarzenia zewnętrzne i  wewnętrzne. Przerwania mogą być inicjowane przez obiekt sterowania. Są to przerwania sprzętowe lub cały zestaw przerwań czasowych generowanych przez CPU. Po zakończeniu programu od przerwania CPU powraca do pracy z głównym programem.

Tomasz Starak

REKLAMA

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

125-127_siemens.indd 127

127

2013-03-29 13:55:57


AUTOMATYKA I MECHATRONIKA

Miniaturowe przekaźniki bistabilne z serii RMB841 i RMB851 Nowe przekaźniki zasilane są krótkim impulsem prądu stałego. Po zadziałaniu nie jest potrzebne podtrzymywanie napięcia na cewce, co wpływa na znaczne obniżenie zużycia energii oraz otwiera drogę do nowych zastosowań w  aplikacjach zasilanych bateryjnie oraz takich, w  których parametrem krytycznym jest pobór mocy. Przez ostatnie lata cel obniżania poboru energii realizowano głównie przez stopniowe obniżanie mocy pobieranej przez cewki przekaźników. Było to najprostsze i najmniej kosztowne rozwiązanie. Ograniczenia konstrukcyjne wynikające z  praw fizyki powodują jednak, że dalsze obniżanie poboru mocy przez element, którym jest cewka przekaźnika, w wielu wypadkach nie jest już dalej możliwe. Tymczasem stale rosnące ceny energii wymuszają stosowanie efektywnych rozwiązań gwarantujących jak najmniejszy pobór mocy i oszczędność energii. Dodatkowo, zmieniające się przepisy narzucają coraz mniejsze zużycie energii przez maszyny i urządzenia, zwiększają oczekiwania klientów względem rozwiązań produktowych gwarantujących oszczędność energii.

Fotografia 1. Przekaźnik RMB841

128

128_Relpol.indd 128

Nowe przekaźniki Relpol RMB841 oraz RMB851 mogą przełączać prądy do 8 A/ 250  VAC w  wykonaniu z  dwoma zestykami zwiernymi lub 16 A/250 VAC z jednym zestykiem zwiernym. Wykonano je w obudowach identycznych, jak najbardziej popularna na rynku seria przekaźników monostabilnych RM84 oraz RM85. Niewielkie wymiary, styki bez kadmu, napięcie probiercze 5000 V, odległość izolacyjna 10 mm i pojedyncza cewka, to podstawowe parametry nowych przekaźników bistabilnych. Przekaźniki należy zasilać impulsowo. Minimalny czas trwania impulsu to 15 ms, a maksymalny to 1 minuta. Przekaźniki po zmianie położenia zestyków pozostają załączone tak długo, aż na cewce wystąpi impuls o  odwrotnej polaryzacji niż pierwotna, który spowoduje

Dodatkowe informacje: Relpol S.A. ul. 11 Listopada 37, 68-200 Żary tel. 68 47 90 822, 850 www.relpol.com.pl, sprzedaż@relpol.com.pl

rozłączenie się zestyków. To niewątpliwy atut wszędzie tam, gdzie pobór energii przez cewkę nie jest pożądany lub zanik napięcia zasilania nie może spowodować zmiany stanu przekaźnika. RM841 oraz RM851 nadają się do wszelkich zastosowań, ale szczególnie do aplikacji, w których jest wymagane utrzymanie długiego stanu zadziałania przekaźnika bez potrzeby ciągłego zasilania cewki przekaźnika. Przyniosą oszczędności energii wszędzie tam, gdzie stosuje się dużą liczbę przekaźników, w różnego rodzaju modułach przekaźnikowych, centralkach, urządzeniach zasilanych bateryjnie itp. Przekaźniki nadają się do montażu na płytce drukowanej oraz do gniazd wtykowych. Standardowo dostępne są w wykonaniu szczelnym IP67 oraz w  wersji specjalnej w  przeźroczystej obudowie o klasie szczelności IP40.

Relpol S.A.

Fotografia 2. Przekaźnik RMB851 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 13:56:14


INFO Festiwal CybAiRBot 2013 już 18 maja w Poznaniu Organizatorzy jednego z  największych w  Polsce festiwali robotyki CybAiRBot zapraszają na imprezę, która w  tym roku odbędzie się w dniu 18 maja na terenie Centrum Wykładowego Politechniki Poznańskiej. W tym roku odwiedzający będą świadkami niezwykłego widowiska, w którym roboty z całej Polski będą rywalizowały w 7 konkurencjach: Sumo, Mini Sumo, Nano Sumo, Line Follower, Micro Mouse, Freestyle i Światłolub. Pula nagród dla zwycięzców wynosi aż 20 tysięcy złotych i obejmuje takie nagrody, jak tablety czy smartfony! Oprócz możliwości obserwowania zmagań zawodników, organizatorzy przygotowali dla odwiedzających szereg atrakcji. Na każdego, niezależnie od wieku, będą czekały warsztaty, w  trakcie których można nauczyć się nowych umiejętności, konkursy z nagrodami oraz interesujące pokazy.

Festiwal jest niepowtarzalną okazją, aby zobaczyć najbardziej profesjonalne z robotów i porozmawiać z ich twórcami. Może to stanowić inspirację do rozpoczęcia własnej przygody z  robotyką. Głównymi sponsorami Festiwalu Robotyki CybAiRBot 2013 są firmy Fibaro oraz Volkswagen Poznań. Patronat medialny sprawuje m.in. Elektronika Praktyczna. Więcej informacji: http://www.sumo.put.poznan.pl.

Międzynarodowe Zawody Pojazdów Pneumatycznych PNEUMOBIL 2013 Ruszyła kolejna edycja konkursu PNEUMOBIL, którego celem jest odkrywanie twórczych talentów wśród studentów uczelni technicznych oraz umożliwienie wykorzystania zdobytej wiedzy w praktyce. Już po raz drugi w konkursie biorą udział studenci z Polski. Do konkursu zgłosiło się 7 drużyn z 4 uczelni technicznych z Polski. Każdy zespół składa się z 4 studentów oraz opiekuna technicznego, który jest nauczycielem akademickim z danej uczelni. Uczestnicy konkursu mają za zadanie zaprojektowanie i zbudowanie pojazdu napędzanego pneumatycznie o możliwie najlepszych osiągach. Firma Bosch Rexroth zapewnia zespołom części niezbędne do zbudowania pojazdu. Finał tegorocznej edycji konkursu odbędzie się w dniach 10-11 maja 2013 w miejscowości Eger na Węgrzech. Pojazdy będą demonstrowały swoje możliwości w kilku konkurencjach

wyścigowych, takich jak: najdłuższa przejechana droga, przejazd slalomem po wyznaczonej trasie czy największe przyśpieszenie. Jury oceniać będzie również oryginalność konstrukcji. Główną nagrodę i tytuł „Najlepszego pojazdu pneumatycznego PNEUMOBIL 2013” zdobywa jeden zespół i  zostaje jego posiadaczem przez okres jednego roku. Na zwycięzców całego konkursu oraz zwycięzców poszczególnych kategorii czekają atrakcyjne nagrody. Konkurs PNEUMOBIL jest organizowany od 2008 roku przez Bosch Rexroth Kft na Węgrzech. Polska spółka Bosch Rexroth Sp. z o.o. w 2011 roku poparła inicjatywę konkursu umożliwiając tym samym uczestnictwo w konkursie również polskim studentom. Więcej informacji: http://en.pneumobil.hu/

Studia dualne – współpraca politechniki i przemysłu Politechnika Poznańska rozpoczyna od roku akademickiego 2012/2013 kształcenie w  ramach studiów dualnych. Zajęcia o  profilu praktycznym realizowane będą na pierwszym stopniu w ramach kierunku „Automatyka i  Robotyka”. Profil praktyczny oznacza, że w  procesie kształcenia będą uczestniczyli partnerzy przemysłowi – firmy Phoenix Contact Wielkopolska Sp. z  o.o. i  Volkswagen Motor Polska Sp. z  o. o. z siedzibą w Poznaniu. Dodatkowo, studenci oprócz okresu, który spędzą na uczelni, część czasu poświęcą na przygotowanie do egzaminu organizowanego przez Polsko-Niemiecką Izbę Przemysłowo-Handlową. Dzięki temu egzaminowi, student otrzyma certyfikat akceptowany na terenie Unii Europejskiej, który potwierdza zdobycie zawodu. W wyniku rekrutacji przeprowadzonej w semestrze letnim 2013 roku spośród studentów I roku, zostanie wyłoniona grupa 14 osób, która rozpocznie zajęcia praktyczne na terenie przedsiębiorstw. Pierwszy kontakt studentów z firmami

będzie miał miejsce w czasie wakacji letnich po II semestrze. W trakcie III i IV semestru studenci uczestniczyć będą w zajęciach praktycznych w wymiarze jednego dnia w tygodniu, w trakcie V i VI semestru w wymiarze dwóch dni i w trakcie semestru VII trzy dni w tygodniu. W tym czasie realizowany będzie m. in. program ćwiczeń laboratoryjnych i projektowych wybranych przedmiotów kierunkowych oraz czynności praktyczne związane z przygotowaniem pracy dyplomowej inżynierskiej. W okresie wakacji letnich studenci będą odbywać praktyki w wymiarze zbliżonym do czasu pracy pracowników etatowych przedsiębiorstw. W trakcie całego procesu kształcenia praktycznego, studenci otrzymywać będą wynagrodzenie, także za wakacje. Najlepszym studentom Phoenix Contact oraz Volkswagen Polska zaoferują zatrudnienie po zakończeniu studiów. Więcej informacji: http://www.studia-dualne.pl

REKLAMA

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

129-132_info.indd 129

129

2013-03-29 14:00:20


INFO Mija drugi rok działalności RS Components na polskim rynku Firma RS Components rozpoczęła działalność w Europie Wschodniej dwa lata temu. W tym czasie osiągnęła bardzo dobre wyniki sprzedaży w Czechach, Polsce i na Węgrzech. Średnia wartość zamówienia wynosi podobnie jak na innych rynkach około 200 euro. RS Components oferuje wysoki poziom usług oraz dostęp do najszerszej gamy produktów w Europie. Tak jak pierwszy rok działalności, również kolejny okazał się sukcesem. Aktualnie ponad 11 tys. aktywnych klientów ma dostęp do gamy 550 tys. najnowocześniejszych produktów od wiodących producentów. Doskonałe zaopatrzenie i funkcjonalność internetowego serwisu jest doceniana szczególnie. Firma umożliwia klientom zamówienie produktów online i otrzymanie ich nawet już następnego dnia. Ponadto RS udostępnia w Internecie narzędzie Designspark PCB,

które umożliwia inżynierom uproszczenie i przyspieszenie procesu projektowania. Od stycznia 2011 r. strona internetowa RS www. rspoland.com funkcjonuje w  Polsce, w  Czechach i na Węgrzech, w lokalnej walucie i miejscowym języku. Za jej pośrednictwem udostępniana jest pełna gama produktów z zakresu elektroniki i utrzymania ruchu. Zamówienia są przetwarzane i wysyłane z magazynu w Bad Hersfeld, w Niemczech. Europejska sieć centrów dystrybucji zapewnia dodatkowe wsparcie. Firma RS jest jednym z wiodących na świecie dystrybutorów dla firm małego i średniego zapotrzebowania w zakresie elektroniki i automatyki. Więcej informacji: http://www.rspoland.com

Transfer Multisort Elektronik wchodzi na rynek brytyjski Jeden z największych dystrybutorów komponentów elektronicznych w  Europie Centralnej będzie teraz poważnym branżowym konkurentem w  Wielkiej Brytanii. TME działa już od 23 lat. Magazyn Electronics Sourcing wymienia wśród głównych zalet polskiego dystrybutora duże centrum logistyczne zlokalizowane w  samym centrum Europy, które umożliwia firmie oferowanie wysokiej jakości usług z zachowaniem niskich marż. TME jest firmą zorientowaną na klienta, która ma długą historię i niezmiennie duże ambicje. Skupia się głównie na dostawach produktów dla elektroniki i elektrotechniki. Elementy oferowane przez TME używane są w różnych typach urządzeń elektronicznych, automatyki przemysłowej, przyrządach pomiarowych i badawczych oraz innych instrumentach wielofunkcyjnych. Spółka ma w  ofercie 100 tys. produktów, udostępnia wielojęzyczne katalogi oraz intuicyjną stronę internetową z  dużą ilością funkcji usprawniających składanie zamówień. TME obsługuje ponad 40 tys. firm z 90 krajów i wysyła niemal 2 tys. paczek dziennie. Według szacunków firma potroi w 2013 r. swoje obroty na brytyjskim rynku. Więcej informacji: http://www.tme.pl

Agilent Technologies prezentuje multimetr laboratoryjny o dużej szybkości pomiarów Firma Agilent Technologies zaprezentowała nowy cyfrowy multimetr laboratoryjny 34450A z  wyświetlaczem o  rozdzielczości 5½ cyfry, zaprojektowany do zastosowań przemysłowych i edukacyjnych wymagających dużej szybkości przeprowadzania pomiarów. Agilent 34450A jest najszybszym cyfrowym multimetrem laboratoryjnym w swojej klasie, umożliwiającym przeprowadzenie do 190 pomiarów na sekundę przy dokładności DCV równej 0,015%. Wbudowane interfejsy USB 2.0, RS-232 i GPIB zapewniają użytkownikowi elastyczność w wyborze metody transmisji danych do komputera PC w celu ich dalszej analizy. “Użytkownicy pracujący pod presją czasu szukają przyrządów zapewniających dużą szybkość przeprowadzania pomia-

130

129-132_info.indd 130

rów podczas codziennej pracy,” powiedział Ee Huei Sin, wiceprezes i dyrektor generalny oddziału Basic Instruments firmy Agilent. “Parametry modelu 34450A czynią go idealnym do tego typu zastosowań.” Multimetr Agilent 34450A zawiera wewnętrzną pamięć o pojemności wystarczającej do zapisu 50 tys. wyników pomiarów, co pozwala nawet na 14-godzinną rejestrację danych przy wykonywaniu jednego pomiaru na sekundę. Pracę z urządzeniem ułatwiają dodatkowo wbudowane funkcje histogramu, wyznaczania parametrów statystycznych i podstawowej analizy danych. Agilent 34450A to przyrząd wielozadaniowy z  podwójnym wyświetlaczem, mogący realizować 11 funkcji pomiarowych. Zawiera ekran OLED o  dużym kontraście i  zapewnia łatwą konfigurację za pomocą jednostronicowego menu. Kompatybilność programowa z innymi przyrządami pozwala na wykorzystanie w modelu 34450A wcześniej opracowanych procedur pomiarowych. Dodatkowe informacje: www.agilent.com/find/34450A-pr ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 14:00:22


INFO Nowe produkty w ofercie firmy Egmont Instruments Firma Egmont Instruments wprowadziła do oferty nowe produkty. Są to: – 8-osiowa karta sterowania silnikami krokowymi i Serwo, – 14-bitowy generator AWG o paśmie 600 MHz do montażu w slocie PCIe, – 2-kanałowe digitizery na szynę PCI/PCIe o szybkości próbkowania do 2 GSps. Karta APCI-8008 służy do kontroli pracy silników krokowych i  serwo z  wykorzystaniem komputera osobistego. Dzięki dużej mocy obliczeniowej zapewnianej przez 64-bitowy mikroprocesor RISC, realizuje zarówno proste, jak i  złożone funkcje sterowania. Zawiera trzy kanały wyjściowe kroku/kierunku (z 16-bitowymi przetwornikami C/A), odizolowane optycznie od systemu zasilania bloków cyfrowych, współpracujące z  zewnętrznymi komercyjnymi wzmacniaczami mocy podłączonymi jako regulatory natężenia prądu lub prędkości obrotowej. Każdy z  kanałów sterujących umożliwia podłączenie enkodera przyrostowego, SSI lub EnDat. Po podłączeniu dodatkowej karty slave, APCI-8008 pozwala na sterowanie systemami 8-osiowymi z jednoczesną obsługą silników serwo i  krokowych. Zawiera dwa interfejsy Ethernet, przy czym jeden z  nich może pracować jako EtherCAT. Do karty APCI-8008 dostępne są biblioteki dla języków programowania .NET, Pascal, C-Basic, Borland Delphi, Borland C++, Visual Basic, Visual C++ i LabVIEW oraz sterowniki dla systemów operacyjnych Windows i Linux. Karta może pracować pod kontrolą oprogramowania wykonywanego przez komputer PC lub pod kontrolą oprogramowania stand-alone, czyli wgranego na kartę i wykonywanego bezpośrednio przez jej procesor. Urządzenie jest wielozadaniowe i może jednocześnie przetwarzać do czterech takich programów użytkownika.

CompuGen CG4800 to karta generatora danych arbitralnych (AWG) o 14-bitowej rozdzielczości, przystosowana do montażu w slocie PCI Express. Zawiera 4 kanały wyjściowe z  przetwornikami C/A o maksymalnej szybkości próbkowania 1,2 GSps, zapewniającej szerokość pasma sięgającą 600 MHz. Karta udostępnia dwa tryby pracy: „single shot” do pojedynczej generacji przebiegu, którego wzorzec jest zapisany w wewnętrznej pamięci o pojemności 1 GS oraz „continuously looped” do generacji przebiegu w pętli. Producent dostarcza wraz z kartą darmowe oprogramowanie CGTest do importowania i generowania przebiegów oraz zestawy projektowe SDK dla środowisk C/ C++, LabView i Matlab. Karty digitizerów nowej rodziny Cobra CompuScope zawierają do 32  GB wbudowanej pamięci i  umożliwiają próbkowanie sygnałów w  jednym lub dwóch kanałach wejściowych z  maksymalną szybkością 2  GSps na kanał, co oznacza szerokość pasma sięgającą 1  GHz. Zapewniają 8-bitową rozdzielczość amplitudy. Są to karty pełnej długości, przystosowane do instalacji w  pojedynczym slocie PCI lub PCI Express ×8. Mogą korzystać z generowanego wewnętrznie lub zewnętrznego sygnału zegarowego oraz zawierają wejście i wyjście wyzwalania, co pozwala na łączenie kart w  systemach z  maksymalnie 16 kanałami wejściowymi. Wszystkie ustawienia kondycjonowania sygnału odbywają się programowo. Karty Cobra CompuScope mogą znaleźć zastosowanie w systemach komunikacji bezprzewodowej, nieniszczących testach produkcyjnych, spektrometrach masy i elektrooptyce. Producent oferuje do nich oprogramowanie oscyloskopowe GageScope i zestawy SDK dla środowisk m.in. LabView, Matlab i C/C#. Dodatkowe informacje: Egmont Instruments, tel. 22  850 62 05, www.egmont.com.pl, www.addi-data.com

Złącza wejść/wyjść Combicon CIOC W ofercie firmy Phoenix Contact można znaleźć wygodne w użyciu, 4-biegunowe złącza z serii CIOC, doskonale nadające się do przyłączy wejść-wyjść ze stopniem ochrony IP20. Złącza mogą być stosowane zarówno bezpośrednio w sterownikach, jak i w dołączanych urządzeniach. Wtyki mają nacinające izolację przyłącze typu IDC. Poszczególne przewody wystarczy wsunąć do komory przyłączeniowej i zacisnąć kombinerkami. Zespolony zatrzask zabezpiecza połączenie przed przypadkowym rozłączeniem. Gniazda dostępne są w wykonaniach pionowym i poziomym oraz jako zespolony blok 4-wejściowy. Za pomocą tego systemu można także zrealizować połączenie typu kabel-kabel. Parametry elektryczne to 3 A i 32 V, co w większości przypadków jest wystarczające, zwłaszcza dla sygnałów z czujników. Dodatkowe informacje: http://eshop.phoenixcontact.pl/phoenix/treeViewClick.do?UID=852634737&general=plpl REKLAMA

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

129-132_info.indd 131

131

2013-03-29 14:00:24


INFO RS Components prezentuje Raspberry Pi Model A RS Components (RS), marka handlowa Electrocomponents plc (LSE:ECM), czołowego na świecie dystrybutora produktów z zakresu elektroniki, automatyki i utrzymania ruchu, ogłosiła rozpoczęcie dostaw nowej wersji Raspberry Pi Model A, niskobudżetowego komputera wielkości karty kredytowej, który został zaprojektowany, aby spopularyzować programowanie wśród młodzieży i entuzjastów elektroniki na całym świecie. Firma RS zawarła również umowę o globalnej dystrybucji z Raspberry Pi Foundation w celu sprzedaży Raspberry Pi na całym świecie. Raspberry Pi Model A kosztuje około 80 zł, zawiera 256 MB RAM, pojedynczy port USB oraz, w przeciwieństwie do istniejącej wersji – Modelu B, nie posiada złącza Ethernet. Dzięki temu, poza niską ceną, nowy Model A ma niższy profil i zużywa znacznie mniej prądu niż Model B, co umożliwia zastosowanie go w  zdalnych urządzeniach zasilanych baterią, np. w robotyce lub rejestracji danych lub w celu stworzenia domowego, niskobudżetowego centrum multimedialnego. Komputer ten jest również przydatny w  zastosowaniach z  zakresu automatyki przemysłowej, co zwykle wymaga mniej wbudowanych funkcji. „Premiera Modelu A to świetna wiadomość dla tych, którzy chcą projektować aplikacje o niskim zużyciu prądu za pomocą Raspberry

Pi” – komentuje Glenn Jarrett, Global Head of Product Marketing w RS. „Niska cena czyni ten produkt szczególnie atrakcyjnym dla integratorów systemów i  ułatwia dostęp instytucjom o ograniczonym budżecie, na przykład w edukacji.” Eben Upton z Raspberry Pi Foundation dodaje: „Bardzo nas cieszy, że wreszcie możemy zaoferować wersję Model A. Niższe zużycie prądu i niższy profil umożliwiają zastosowanie produktu w wielu projektach budowanych za pomocą komputerów Pi; cieszymy się również, że możemy zaoferować tę wersję za tak niską cenę, co było naszym celem jako fundacji. Dystrybucja komputerów Model A  już się rozpoczęła, a do pierwszych klientów dotrą one już w lutym. Jest to realizacja naszych wieloletnich ambicji, aby udostępnić światu komputer za 80 zł.” Komputer Raspberry Pi Model A można zamawiać już teraz, wraz z akcesoriami i peryferiami, na stronie internetowej RS. Więcej informacji: www.rspoland.com.

Firma RK-SYSTEM wprowadziła do produkcji nowy przyrząd z rodziny DAQ ScopeLogicDAQ 2.0 jest systemem do akwizycji danych stanowiącym połączenie 2 kanałowego oscyloskopu cyfrowego oraz 16-kanałowego analizatora stanów logicznych. Zespolenie dwóch urządzeń w jednym daje możliwość jednoczesnego, synchronicznego obserwowania przebiegów analogowych i cyfrowych, co pozwala na analizowanie nawet najbardziej złożonych układów analogowo-cyfrowych. W wypadku ScopeLogicDAQ 2.0 użytkownik ma do dyspozycji 2 kanały analogowe i 16 kanałów cyfrowych. Maksymalna częstotliwość próbkowania części cyfrowej dochodzi do 400  MHz, natomiast dla sygnałów analogowych wynosi 200  MHz na kanał. Zakres napięcia wejściowego oscyloskopu zależy od typu dołączonych sond pomiarowych (±20 V dla sond 1:1). Dla części cyfrowej zakres maksymalnego napięcia wejściowego zawiera się w  granicach od -25 V/Imax=100 mA do +25 V/Imax=100 mA. Przyrząd ScopeLogicDAQ 2.0 jest wyposażony w bufor wewnętrzny o pojemności od 256 kS do 2 MS na kanał. W zależności od trybu pracy wielkość bufora może być podwajana programowo, co pozwala na rejestrowanie dłuższej sekwencji danych. Bardzo użyteczną funkcją dostępną w  ScopeLogicDAQ 2.0 jest funkcja generatora sygnałów cyfrowych. Generator sygnałów (Pattern Generator) zaimplementowany w  prezentowanym przyrządzie jest unikalnym rozwiązaniem, które pozwala na generowanie sygnałów na wyj./wej. cyfrowych z  ich jednoczesnym zapisem do pamięci wewnętrznej. Takie rozwiązanie daje użytkownikowi możliwość analizy w  czasie rzeczywistym sygnałów generowanych i sygnałów odbieranych przez urządzenie. Ponadto, ScopeLogicDAQ 2.0 ma wyprowadzenie AUX, które może pracować m.in. jako: wyjście generatora sygnału prostokątnego o regulowanych parametrach, wej./wyj. sygnału wyzwalania, wejście zewnętrznego sygnału zegara próbkującego. Inną bardzo przydatną funkcją dostępną w ScopeLogicDAQ 2.0 jest funkcja rejestratora (Loggera). Pozwala ona na ciągły zapis stanu wszystkich kanałów analogowych i cyfrowych bezpośrednio na dysku komputera z częstotliwością próbkowania dochodzącą do 5 MHz. Oprócz wspomnianych wyżej funkcji, ScopeLogicDAQ 2.0 ma wbudowany programowy moduł analizatora protokołów sygnałów cyfrowych (Interpreter), który powiązany z funkcją rejestratora umożliwia śledzenie rejestrowanych sekwencji sygnałów i wyświetlanie ich w określonym formacie transmisji.

132

129-132_info.indd 132

Przyrząd oferuje ma wiele możliwości konfiguracji wyzwalania za pomocą sygnału analogowego lub cyfrowego. Dodatkowo, system wyzwalania urządzenia jest 2-poziomowy. W części analogowej jest to typowe dla oscyloskopu wyzwalanie wartością napięcia, przy czym można warunkować wyzwolenie od wartości napięć na obu kanałach analogowych, a także definiować opóźnienie wyzwalania. W przypadku części cyfrowej każdy z poziomów wyzwalania daje możliwość ustawienia niezależnych od siebie warunków wyzwolenia. Dostępne warunki to: • „Edge” – wyzwolenie po detekcji zbocza: narastającego, opadającego, dowolnego. Możliwe jest również wyzwolenie po zarejestrowaniu określonej ilości zboczy na dowolnym z kanałów (Edge Skip). • „Pattern” – wyzwolenie po zarejestrowaniu określonej sekwencji stanu sygnałów (1, 0) z możliwością ustalenia jej długości. • „Edge AND Pattern” – wyzwolenie przy zgodności iloczynu warunków. • „Edge OR Pattern” – wyzwolenie przy zgodności sumy warunków. • „External” – wyzwolenie zboczem na dodatkowym we/wy (AUX). • „Force” – wyzwolenie ręczne, wymuszone przez użytkownika w dowolnej chwili czasowej. Oprogramowanie dostarczane wraz z  ScopeLogicDAQ 2.0 ma ergonomiczny i konfigurowalny interfejs, za pośrednictwem którego użytkownik ma możliwość jednoczesnej pracy z kilkoma przyrządami z rodziny DAQ. Ma to szczególne znaczenie, jeśli testowany system jest rozbudowany. Więcej informacji: RK-System, 05-825 Grodzisk Mazowiecki, ul. Chełmońskiego 30, tel.: (22) 724-30-39, (22) 792-05-18, fax: (22) 724-3037, e-mail: sprzedaz@rk-system.com.pl, http://www.rk-system.com.pl ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-03-29 14:00:25


Ogłoszenia i reklamy hurtowni, sklepów, importerów, producentów, dealerów, itp. są płatne. Cena podstawowego modułu (35 x 20 mm) wynosi 66 zł + VAT. Koszt minimalnej ramki dla ogłoszeń o wielkości 3 modułów wynosi 198 zł + VAT. Moduły można łączyć zarówno w pionie jak i w poziomie. Maksymalna szerokość ogłoszenia to 5 modułów, wysokość 12 modułów. Rabaty stosujemy wyłącznie dla reklam powyżej 8 modułów: 4-6 emisji 10%, 7-11 emisji 15% i od 12 emisji 25%. Oferta specjalna: • publikacja fragmentów cennika w ramce o wielkości: 8 modułów w pionie cena 264 zł + VAT, 9 modułów w poziomie 305 zł + VAT • rabat specjalny dla firm poszukujących pracowników wynosi 25% (wyłącznie dla dużych reklam). Wszelkich informacji udziela Grzegorz Krzykawski, tel. 22 257 84 60, e-mail: grzegorz.krzykawski@ep.com.pl. Reklamy do tej rubryki mogą być przygotowane przez Zamawiającego w postaci wydruku z drukarki laserowej lub pliku w formacie CDR, AI, EPS (tekst zmieniony na krzywe), PSD, PDF z próbnym wydrukiem albo pliku w dowolnym edytorze tekstu (także z wydrukiem), jeśli krój czcionek nie jest rzeczą dużej wagi. Małe reklamy mogą być przygotowane w redakcji (gratis) na podstawie odręcznego szkicu lub maszynopisu. Opracowania te nie będą jednak wówczas uzgadniane z Zamawiającym przed oddaniem do druku. Redakcja nie odpowiada za treść reklam i  ogłoszeń zamieszczonych w  Elektronice Praktycznej

Atrakcyjna propozycja dla reklamodawców cennik o wymiarach 111×66 mm

cena 305 zł

(netto)

Więcej informacji: Grzegorz Krzykawski tel. 22 257 84 60 e–mail: grzegorz.krzykawski@ep.com.pl Niniejsze ogłoszenia są informacją handlową i nie stanowią oferty w myśl art. 66, § 1 Kodeksu Cywilnego. Ceny mogą ulec zmianie. 133-136_kramik.indd 133

2013-03-29 14:02:29


Niniejsze ogłoszenia są informacją handlową i nie stanowią oferty w myśl art. 66, § 1 Kodeksu Cywilnego. Ceny mogą ulec zmianie. 133-136_kramik.indd 134

2013-03-29 14:02:30


Niniejsze ogłoszenia są informacją handlową i nie stanowią oferty w myśl art. 66, § 1 Kodeksu Cywilnego. Ceny mogą ulec zmianie. 133-136_kramik.indd 135

2013-03-29 14:02:32


Fragment cennika o wymiarach 73×89 mm

Nie przegap! interesujących materiałów w siostrzanym czasopiśmie

cena specjalna:

264 złote netto

Szczegółowych informacji udziela Grzegorz Krzykawski tel. 22 257 84 60 grzegorz.krzykawski@ep.com.pl

W kwietniowym wydaniu

Elektroniki dla Wszystkich między innymi: ŁAŁA – oldskulowy kalkulator przekaźnikowy Czegoś takiego jeszcze w EdW nie było! Niech i Ciebie do refleksji skłoni niezwykły projekt oraz opowieść o tym, jak i dlaczego współczesny elektronik mozolnie realizuje tego rodzaju konstrukcję. Ładowarka Li-Ion z pomiarem pojemności Bardzo interesujący i praktyczny projekt, który pozwoli wykorzystać popularne dziś akumulatory Li-Ion, zwłaszcza te używane, z odzysku. PKE – Tęczowa wstęga Zgodnie z hasłem: Bawić i uczyć, w bieżącym, trzecim już wykładzie, realizujemy imponujące efekty świetlne oraz zgłębiamy sekrety na pozór dobrze znanych obwodów czasowych. Naklejki na płyty czołowe Jeden z Czytelników dzieli się doświadczeniem, przedstawia szereg praktycznych wskazówek i pokazuje jak za pomocą prostych środków oraz powszechnie dostępnych materiałów można wykonać estetyczne płyty czołowe. Bezprzewodowy dostęp do Internetu 4G – prawda czy mit? Zapoznaj się z ostatnią częścią cyklu, która A może masz pomysł na ciekawy artykuł lub projekt? wyjaśnia sens określenia 4G, przedstawia skalę Skonstruowałeś urządzenie, dokonanego postępu, ale też wskazuje na niektóre jest godne zaprezentowania szerszej publiczności? uchronne ograniczenia. Możesz napisać artykuł edukacyjny? Ponadto w numerze: Chcesz podzielić się doświadczeniem?  Analogowy regulator obrotów wentylatora W takim razie zapraszamy do współpracy na łamach  Najprostszy sterownik silnika krokowego Elektroniki dla Wszystkich. Kontakt: edw@elportal.pl  Koleżeńskie porady – Lutowanie w praktyce  Warsztatowe patenty – Różne obudowy EdW możesz zamówić w sklepie internetowym AVT  Warsztatowe patenty – Naklejki na płyty http://www.sklep.avt.pl, telefonicznie 22 257 84 50, czołowe  MEU – Tajemnice kodu KeeLoq fax: 22 257 84 55, listownie lub za pomocą e-maila:  Szkoła Konstruktorów – Zaproponuj handlowy@avt.pl Do kupienia także w Empikach i wszystkich większych kioskach z prasą. „kosmiczny” układ elektroniczny  Szkoła Konstruktorów – Realizacja generaNa wszelkie pytania czeka także Dział Prenumeraty tora terapeutycznego – zappera tel. 22 257 84 22, prenumerata@avt.pl

www.elportal.pl

avt.pl/prenumerata

Niniejsze ogłoszenia są informacją handlową i nie stanowią oferty w myśl art. 66, § 1 Kodeksu Cywilnego. Ceny mogą ulec zmianie. 133-136_kramik.indd 136

2013-03-29 14:02:33


Tytuł

Bestsellery dla elektroników Programowalne moduły Ethernetowe w przykładach Książka jest kompendium poświęconym nowoczesnym, programowalnym i konfigurowalnym interfejsom sieciowym (ethernetowym), coraz powszechniej stosowanym w systemach telemetrycznych, monitoringu i alarmowych, systemach zdalnego sterowania i regulacji, automatyce i wielu innych aplikacjach. Ich liczba błyskawicznie rośnie wraz z rozpowszechnianiem się przewodowego i bezprzewodowego dostępu do Internetu, a także coraz tańszej i prostszej implementacji lokalnych sieci zastępujących inne media komunikacyjne. Autor przedstawia w książce - poza krótkim wprowadzeniem teoretycznym - przykłady aplikacji przygotowanych w języku Basic dla programowalnych modułów ethernetowych produkowanych przez firmę Tibbo. Przykłady bazują na uniwersalnym zestawie startowym, który umożliwia przetestowanie wszystkich aplikacji przedstawionych w książce i przygotowanie wielu własnych rozwiązań. kod zamówienia

KS–130100

Marcin Chruściel, stron: 106, cena: 43 zł

Elektronika. Leksykon kieszonkowy Elektronika jest wszędzie - dzięki niej każdego dnia robimy zakupy, bawimy się, komunikujemy i przemieszczamy. Mniej lub bardziej zaawansowane technicznie urządzenia elektroniczne otaczają nas ze wszystkich stron. Wkraczają również w te dziedziny życia, w których jeszcze niedawno nawet nie umieliśmy sobie ich wyobrazić. Telefony komórkowe, komputery, telewizory, sprzęt AGD, terminale płatnicze, bankomaty - wszystko to są urządzenia elektroniczne, a sterowane elektronicznie są już nawet tak proste z pozoru przedmioty codziennego użytku, jak żelazka, odkurzacze czy piekarniki. Tej wszechobecności elektroniki nie towarzyszy jednak nawet podstawowa znajomość zasad jej działania wśród użytkowników, ponieważ większości osób wiedza ta wydaje się zbędna, nudna i zbyt trudna do opanowania. Witold Wrotek, stron: 168, cena: 27 zł

kod zamówienia

KS–130200

Robotyka przemysłowa. Słownik polsko-angielski/angielsko-polski Niniejszy słownik zawiera ponad 2400 haseł-terminów ściśle związanych z robotyką przemysłową, w tym wybór ważniejszych definicji, łącznie z uzupełniającymi ilustracjami. Zestawienie aktualnych norm (PN-EN, ISO oraz IEC) - stanowi dodatkowy walor edukacyjny słownika. Słownik adresowany jest do osób związanych zawodowo z robotyką, może być przydatny dla studentów kierunków technicznych. kod zamówienia

M. Warszawski, stron: 166, cena: 35 zł

KS–130201

O sygnałach bez całek O sygnałach bez całek, ale z uśmiechem czyli praktycznie o teorii. Elektronika jest pasjonującą dziedziną, gdzie wszechwładnie panują jej niewidzialni twórcy – elektrony i sygnały. To dzisiaj niekwestionowana królowa techniki, którą niełatwo zrozumieć. Literatura na temat elektroniki jest bardzo bogata, ale powszechne jest naukowe podejście. Większość autorów wprowadzając skomplikowane narzędzia matematyczne – całki, szeregi, pochodne, macierze – nie wyjaśnia „zwykłym zjadaczom chleba” spotykanych w praktyce zjawisk czy działania rzeczywistych sygnałów elektrycznych. kod zamówienia

Frąc Czesław, stron: 320, cena: 57 zł

KS–121200

Dowolną książkę z kompletnej bibliotekii elektronika można znaleźć na www.sklep.avt.pl Niniejsze ogłoszenie jest informacją handlową i nie stanowi oferty w myśl art. 66, § 1 Kodeksu Cywilnego. Ceny mogą ulec zmianie.

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2009

137_ksiegarnia.indd 137

137

2013-03-29 14:11:59


Kity AVT

Najpopularniejsze Kity AVT dostępne w wersjach A, B, C A – płytka drukowana z dokumentacją B – kit, czyli zestaw elementów z płytką drukowaną i dokumentacją C – moduł (urządzenie) zmontowany i uruchomiony z instrukcją tylko w języku polskim

Cena PLN Kod

Nazwa

Publ.

Cena PLN Kod

z VAT (23%)

A

B

C

RTV/Audio/Video AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT

594 1023 1024 1492 2132 2153 2180 2392 2449 2477 2728 2864 MOD07 MOD11 MOD12

Zdalnie sterowany potencjometr Przedwzmacniacz gramofonowy RIAA Wzmacniacz słuchawkowy Wzmacniacz 2 x 100 W Przedwzmacniacz z regulacją barwy Wzmacniacz 100 W  z  TDA7294 Wzmacniacz mocy z  LM3886 Wzmacniacz mikrofonowy SMD Filtr do subwoofera Wzmacniacz mocy 70 W  na TDA 1562 Wzmacniacz mikrofonowy Analizator widma Wzmacniacz słuchawkowy Wzmacniacz mocy 2×12 W Wzmacniacz mocy 2×22 W

AVT 1615 AVT 1616 AVT 1618 AVT 1619 AVT 1620 AVT 1622 AVT 1625 AVT 1633 AVT 1646 AVT 1649 AVT 1665 AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT

1666 1668 3500 3505 5272 MOD03 MOD04 MOD05 MOD06 PROG1 PROG2

AVT AVT AVT AVT AVT

733 735 1066 1459 1572

Uniwersalny adapter dla AVR EP2/08 Minimoduł z ATtiny2313 EP2/11 AVTduino LCD - wyoewietlacz LCD dla EP4/11 Arduino AVTduino LED - wyoewietlacz LED dla EP5/11 Arduino AVTduino JOY – manipulator dla Arduino EP6/11 AVTduino Motor – driver silników dla EP9/11 Arduino Cortexino – kompatybilna z  Arduino płytka EP5/11 z  LPC1114 Minimoduł z  ATMEGA8 EP6/11 PICduino – kompatybilna z  Arduino płytka EP7/11 z  PIC18F2550 Uniwersalny moduł rozszerzeń dla Arduino EP8/11 AVTduino BT – moduł Bluetooth kompatyEP9/11 bilny z  Arduino Moduł karty pamięci kompatybilny EP11/11 z  Arduino Moduł wyświetlacza LCD z  mikrokontroleEP2/12 rem ATmega8 AVTduino RELAY moduł przekaźników EP3/12 AVTduino ETHERNET EP3/12 Płytka testowa do kursu BASCOM AVR EdW12/02 Płytka testowa do kursu C EdW1/06 AVTduino – sposób na AVR EP1/11 Konwerter USB<–>RS485 Moduł przekaźników na USB Ethernetowy moduł I/O Uniwersalny moduł portów I/O  na USB Programator USB – AVR (STK500 v2) Mini programator USB – AVR (STK500 v2)

38 5 5,5 15 4 7 8 6 6 7 4 36

90 19 26 67 24 57 88 19 22 85 20 74

110

130 30 38 100 35 137 74 38 42

18 8 14

75 29 40

125 37 52

10

43

53

10

29

38

11

33

44

11

67

90

EdW1/05 EdW3/05 EP8/95 EP12/07 EP6/10

AVT AVT AVT AVT AVT

390 513 924 925 950/1

8-kanałowy przełącznik RC5/SIRC EP4/05 Zegar z 2-kanałowym termometrem EP10/03 Programowany sterownik świateł EP4/06 Karta przekaźników na USB EP4/06 Termostat elektroniczny EP9/06 Automat do zapalania świateł w  samochoAVT 990 EP6/07 dzie AVT 1007 Regulator obrotów silnika elektrycznego EP8/94 AVT 1314 Najprostszy sterownik silnika krokowego EP8/01 AVT 1474 Generator fali prostokątnej EP8/08 AVT 1476 Włącznik zmierzchowy EP8/08 AVT 1510 Bariera laserowa EP1/09 AVT 1520 Zdalny włącznik radiowy EP4/09 AVT 1525 Sterownik unipolarnego silnika krokowego EP6/09 Regulator obrotów wentylatora 230 V AVT 1613 EP4/11 z  silnikiem indukcyjnym AVT 2210 Najprostszy regulator mocy 230 V EdW3/97 Ładowarka akumulatorów żelowych – AVT 2309 EdW10/98 zasilacz buforowy AVT 2715 Ładowarka akumulatorów ołowiowych EdW3/04 2-kanałowy termometr z  dwukolorowym AVT 5108 EP8/07 wyświetlaczem LED AVT 5250 Karta przekaźników z  interfejsem Ethernet EP8/10 AVT 5330 8-kanałowy termometr do PC EP2/12 Czterokanałowy termometr z  wyświetlaAVT 5389 EP5/12 czem LED AVT MOD01 Regulator impulsowy DC (15 A) AVT MOD08 Bezstykowa kontrola dostępu (RFID)

8

40

53

12

67

94

15

23

32

8

80

94

8

22

38

9

66

92

AVT 710

10 10 22 34 11

38 54 120 122 63

52 82 200 190 84 65 92 350 90 98 67

AVT 719

z VAT (23%)

A

B

C

6 6 4 5 7

30 25 18 20 36

701 702 703 704

AVT 705

36 88 38 67 94

50 140 55 80 143

5

26

40

6 6,5 5 4 6 36 22

30 38 28 24 50 69 38

48 45 50 32 90

6

34

52

5,1

25

33

6,3

24

39

6

36

59

29

78

106

52 22

190 64

280 95

27

65

110 64 140

Zestaw startowy: rezystory – 660 szt. Zestaw startowy: kondensatory – 265 szt. Zestaw startowy: elektrolity – 100 szt. Zestaw startowy: półprzewodniki – 76 szt. Zestaw startowy: elementy mechaniczne – 600 szt. Zestaw do wykonywania płytek drukowanych Zestaw startowy diody LED – 142 szt.

19 26 26 16 25 28 28

Nowości AVT AVT AVT AVT AVT AVT

5381 5382 5380 1728 1729 1730

AVT 1731

49 38 24 30 57

1732 5388 5387 5386 5385 5384 5393

MT3/97

6

32

52

AVT 5392

EdW3/98

6

37

58

AVT 5391

EdW3/08

31

76

98

AVT 5390

EdW1/12 EP10/02 EP3/12

60 40 23

170 56 49

260

AVT 1734

70 36 46

17 30 22 22 36

Zestawy startowe AVT AVT AVT AVT

AVT AVT AVT AVT AVT AVT AVT

Przyrządy warsztatowe Monitor i konserwator akumulatora Regulator impulsowy DC Miniaturowy zasilacz uniwersalny Uniwersalny układ czasowy Symetryczny zasilacz warsztatowy Najmniejszy moduł miniwoltomierza na AVT 2126 LCD AVT 2270 Moduł miliwoltomierza do zasilaczy Moduł woltomierza/amperomierza z  terAVT 2857 mostatem AVT 2999 Mini Kombajn Pomiarowy AVT 5083 Mikroprocesorowy zasilacz laboratoryjny AVT 5333 Multimetr panelowy AVT MOD09 Konwerter USB <–> RS232 AVT MOD10 Miernik częstotliwości 50 MHz

Publ.

Dla domu, samochodu, wypoczynku i zabawy EP10/04 EP11/94 EP10/94 EP11/08 EdW2/97 EdW8/97 EdW2/98 EdW2/00 EdW9/00 EdW3/01 EdW7/04 EdW5/08

Układy uP, uC i do PC AVT 1462 AVT 1610

Nazwa

AVT 1733 AVT 1736 AVT 1737

Energia – „Arduino” dla Launchpada PRE4562 – przedwzmacniacz liniowy audio Telefon GSM w wersji retro Generator HF z powielaniem częstotliwości Przedwzmacniacz sterowany napięciowo Włącznik zmierzchowy Regulowany zasilacz uniwersalny 1,5…32 V/3 A Ładowarka akumulatorów Li-Ion i Li-Poly Programator AVR-ISP MKII gLogger 3-osiowy rejestrator przyśpieszenia Podwójny woltomierz i amperomierz Przetwornik D/A z układem TDA1541 Zegar z termometrem ASO - Automatyczny system ostrzegania Wzmacniacz o mocy 2×5 W z lampami 300B Mikroprocesorowy interfejs modułu kamery Zegar w stylu retro Z lampami Nixie typu Z570M/Z573M Termometr do wędzarni Dwukanałowy, optoizolowany moduł przekaźnikowy LED7_Expander dla Arduino LCD_Expander dla Arduino

EP2/13 EP2/13 EP2/13 EP3/13 EP3/13 EP3/13

14 84 44 8 6 6

18 29

EP3/13

8

34

EP3/13 EP3/13 EP3/13 EP3/13 EP3/13 EP3/13 EP4/13

6 10 8 18 80 24 22

48

62

58

10

55 48

18

EP4/13

46

EP4/13

24

EP4/13

26

EP4/13

19

37

EP4/13

6

19

EP4/13 EP4/13

8 8

Pełna oferta oraz prezentacje techniczne kitów i modułów są dostępne na stronie: sklep.avt.pl 138

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013 Niniejsze ogłoszenie jest informacją handlową i nie stanowi oferty w myśl art. 66, § 1 Kodeksu Cywilnego. Ceny mogą ulec zmianie.

138_oferta.indd 138

2013-03-29 14:15:18


Prenumerata

za darmo lub półdarmo

Jeśli jeszcze nie prenumerujesz Elektroniki Praktycznej, to spróbuj za darmo! Warunkiem otrzymania 3-miesięcznej bezpłatnej prenumeraty próbnej od maja jest wniesienie, jako swego rodzaju „kaucji”, opłaty za następne 9 miesięcy (144,00 zł). Jeśli nie uda nam się przekonać Cię do prenumeraty i zrezygnujesz z niej przed 16 lipca 2013 – otrzymasz zwrot całej swojej wpłaty. Nie musisz próbować, bo jesteś zdecydowany na prenumeratę? Wybierz relatywnie najtańszą opcję startową, czyli prenumeratę 2-letnią, której cenę obniżyliśmy o wartość aż 8 numerów! Jeśli już prenumerujesz EP, nie zapomnij przedłużyć prenumeraty. W ten sposb uzyskasz prawo do jeszcze atrakcyjniejszych zniżek – nawet do 50% ceny czasopisma! Szczegóły na www.ep.com.pl/oferta-prenumeraty. Prenumerata Elektroniki Praktycznej to również: • 80% zniżki na równoległą prenumeratę e-wydań (co oznacza dostęp do najnowszych wydań jeszcze przed ukazaniem się pisma w kiosku!) • 50% zniżki na archiwum EP (na PenDrive’ie, karcie lub DVD) – Prenumeratorzy płacą tylko 48 zł • 50% zniżki na wydania specjalne „Elektronika Praktyczna Plus” – Prenumeratorzy płacą tylko 13 zł • co miesiąc CD „Niezbędnik Elektronika”, a na nim m.in. narzędzia programowe, karty katalogowe i noty aplikacyjne (tylko dla Prenumeratorów) • zniżki w sklepie www.sklep.avt.pl • zniżki w wielu innych sklepach elektronicznych i inne przywileje Klubu AVT-elektronika (www.avt.pl/klub-elektronika) Zaprenumeruj EP w kwietniu - i dodatkowo zgarnij koszulkę z logotypem Elektroniki Praktycznej lub płytę Bruno Marsa „Unorthodox Jukebox”

Wszystko na tacy?

Prenumerata to luksus, który nic nie kosztuje! A więc – zamów prenumeratę! Możesz to zrobić na kilka sposobów: • dokonując wpłaty na nasze konto: AVT-Korporacja Sp. z o.o., ul. Leszczynowa 11, 03-197 Warszawa, BNP Paribas Bank Polska SA, 97 1600 1068 0003 0103 0305 5153 • wypełniając formularz w Internecie (na stronie www.ep.com.pl/prenumerata.html) – tu można zapłacić kartą lub dokonać szybkiego przelewu • wysyłając na numer 663 889 884 SMS-a o treści PREN – oddzwonimy i przyjmiemy zamówienie (koszt SMS-a wg Twojej taryfy) • zamawiając za pomocą telefonu, e-maila, faksu lub listu. Informację, jaki prezent wybierasz, przekaż nam przed końcem kwietnia – mailem (prenumerata@avt.pl), faksem (22-257-84-00), telefonicznie (22-257-84-22) lub listownie (Wydawnictwo AVT, Dział Prenumeraty, ul. Leszczynowa 11, 03-197 Warszawa)

NIEZBĘDNIK ELEKTRONIKA

to płyta CD, którą co miesiąc dostają TYLKO PRENUMERATORZY EP. Niezbędnik elektronika to narzędzia programowe, karty katalogowe, noty aplikacyjne... Niezbędnik elektronika to krążek, który trzeba mieć. Nie pozwól, by taki rarytas przechodził Ci koło nosa: zaprenumeruj Elektronikę ę Praktyczną!

Tylko Prenumeratorzy mogą kupić pełne archiwum EP (lata 1993-2008) w formacie PDF ze zniżką 50%. Cena wynosi 96 zł, ale

dla Prenumeratorów tylko 48 zł!

Archiwum wydaliśmy na trzech nośnikach: DVD, karcie microSD i PenDrive’ie Zamówić je można na stronie sklep.avt.pl

Cena najnowszego wydania d i EP+ to 26 zł, ł ale... Prenumeratorzy płacą jedynie 13 zł!

Nie lubisz płacić wszystkiego na raz? Pomyśl o stałym zleceniu bankowym: www.avt.pl/szb Dział Prenumeraty Wydawnictwa AVT, ul. Leszczynowa 11, 03-197 Warszawa, tel.: 22 257 84 22, faks: 22 257 84 00, e-mail: prenumerata@avt.pl 139_prenumerata.indd 139

2013-03-29 15:03:17


WYKAZ FIRM DZIAŁ OGŁASZAJĄCYCH SIĘ W TYM NUMERZE ELEKTRONIKI PRAKTYCZNEJ AKSOTRONIK ............................... 134 ARMEL ......................................... 133 ARTRONIC ...................................... 55 ASTAT .......................................... 115

Elektronika Praktyczna 5/2013 Kolejne gigabajty narzędzi niezbędnych do pracy konstruktora, ktora, czyli NIEZBĘDNIK ELEKTRONIKA NIKA na DVD. Tylko dla prenumeratorów EP.

BORNICO ....................................... 10 CONRAD ELECTRONIC ..............INSERT CYFRONIKA .................................... 77 DELTA ......................................... 133 EGMONT INST. ............................... 65 ELFA DISTRELEC................................ 1 ELMARK AUTOMATYKA ................. 12 ELMAX......................................... 135 ELPIN ........................................... 135 EVATRONIX .................................... 11 FALDRUK........................................ 14 FARNELL....................................... 142 FERYSTER ....................................... 77 GAMMA ........................................ 77 GAMMA ........................................ 53 GTB SOLARIS ................................ 133

Tidex – komputer samochodowy do Opla

W 2008 r. na łamach EP prezentowaliśmy urządzenie TID – sterownik będący prostym systemem automatyki współpracującym z oryginalnymi wyświetlaczami pokładowymi typu TID montowanymi w pojazdach marki Opel. Za miesiąc opiszemy rozwinięcie tego sterownika – TIDex.

Komputer pokładowy z funkcją tempomatu

KRADEX ....................................... 133

Wielokrotnie były przedstawiane projekty komputerów pokładowych, ale wszystkie były przystosowane do pracy w samochodach z silnikiem benzynowym. Ten współpracuje z silnikiem wysokoprężnym i jest ciekawą modyfikacją, którą można wykonać we własnym zakresie.

KRISTECH ..................................... 134

Stereofoniczny wzmacniacz lampowy dla początkujących

HUMA ................................... 77, 135

MASZCZYK..................................... 77

ECL82SE jest prostym wzmacniaczem dla osób rozpoczynających przygodę z elektroniką lampową. Zastosowane w nim lampy ECL82 są niedrogie i można je łatwo kupić.

MISTER ........................................ 134

Przenośny miernik małych L, C oraz F.

LC ELEKTRONIK .............................. 12

NATIONAL INSTRUMENTS .............. 51 NDN ........................................ 3, 141

W związku brakiem taniego przyrządu pomiarowego umożliwiającego pomiar wspomnianych wielkości, powstała idea zaprojektowania taniego urządzenia pozwalającego na ich zmierzenie – przyrządu pomiarowego LCFM-1.

PIEKARZ ................................. 77, 135 PYFFEL ......................................... 133 QWERTY ........................................ 16 RELPOL ........................................ 107 RENEX ........................................... 77 RK-SYSTEM .................................. 129 SEMICON ....................................... 21 ST MICROELECTRONICS ...................... ............................ 5, 7, 23, 25, 29, 37 TELMATIK .................................... 133 TESPOL .......................................... 13 TME ............................................... 57 TRANSFER ELEKTRONIK ................ 133 UNISYSTEM.................................... 49 WG ELECTRONICS .......................... 15 WOBIT ......................... 121, 127, 135 Reklamy 140 stron internetowych na str. 77

140_zapowiedzi.indd 140

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2013

2013-04-01 23:29:34


000_wklejka_CD.indd 1

2013-03-29 12:29:33


13 Niezbędnik EP 4/20 a: więcej na str. 8 będnik elektronik Niezb

CDEP 4/2013 Dodatkowe materiały do artykułów: • Programowanie mikrokontrolerów MSP430 • STM32 dla początkujących • Programowanie w LabView • C2000 Piccolo LaunchPad Dodatkowe materiały do projektów: • Projekty pokrewne • Noty katalogowe • Programy • Źródła • PCB

, P T F R E W R E S Y N J Y C K A D E R : . N I . M M I N A NA Dodatkowe materiały oraz poprzednie części do artykułów: • Programowanie mikrokontrolerów MSP430 • STM32 dla początkujących • C2000 Piccolo LaunchPad

Dane wymagane do logowania na serwerze FTP Elektroniki Praktycznej: host: ftp://ep.com.pl • user: 75282 • pass: 852sjb64 Uwaga: na serwerze FTP są dostępne materiały od numeru 12/2009 do wydania bieżącego. Dostęp do poszczególnych materiałów dla Czytelników EP po podaniu unikatowego hasła opublikowanego w EP.

000_wklejka_CD.indd 2

2013-03-29 12:29:34


ANALIZATORY serii DSA800





Zakres częstotliwości od 9 kHz do 1,5 GHz • Wyświetlany średni poziom szumów (DANL) – -135 dBm • Szum fazowy -80 dBc/Hz przy 10 kHz, • Całkowita dokładność amplitudy <1,5 dB • Minimalne pasmo rozdzielczości (RBW) 100 Hz • Filtr EMI i quasi-szczytowy (opcjonalnie)• Pomiar VSWR (opcja) • Standard z przedwzmacniaczem i funkcjami demodulacji FM/AM • Wiele funkcji pomiarwych (opcja) • 1,5 GHz Generator śledzący (opcjonalnie) • 8-calowy (800 × 480 pikseli) z wysokiej rozdzielczości wyświetlacz z jasnym, żywym i łatwym w użyciu interfejsem graficznym • Pełna łączność ze standardowymi od... € interfejsami, takimi jak LAN, USB Host, USB Device i GPIB (opcja) 1058 t • Kompaktowe wymiary, mała masa (4 kg) +va

NOWOή

OSCYLOSKOPY serii DS2000 (2 kanałowe)

NOWOή

• Ekran 8 cali TFT (800X480) WXGA • Zakres wzmocnienia (500uV/dz-10V/dz), niski poziom szumów idealny do akwizycji małych sygnałów • Pasmo 70MHz,100MHz, 200MHz • Maksymalna częstotliwość próbkowania 2Gsa/s • Standardowa długość pamięci 14Mpkt, z możliwością rozszerzenia do 56Mpkt • Innowacyjna technologia „UltraVison” • Odświeżanie przebiegów do 50 000 ramek/s • Sprzętowe nagrywanie, odtwarzanie i analiza do 65000 ramek • Różnorodne funkcje analizy i wyzwalania magistral szeregowych (RS232,Iod... 2C,SPI) • Pełny zestaw portów komunikacyjnych : USB host, USB € 710 t device, LAN(LXI), AUX. va

OSCYLOSKOPY serii DS4000 (2 i 4 kanałowe)

+

Pasmo 100MHz, 200MHz, 350MHz, 500MHz • Max. próbkowanie 4G Sa/s • Długość pamięci 140Mpts (standard) • 2 lub 4 kanały • Częstotliwość odświeżania przebiegów do 110 000 wfms/s • Innowacyjna technologia "UltraVision" • Wspomagana sprzętowo analiza przebiegów w czasie rzeczywistym • 9 calowy wyświetlacz WVGA • Czułość 1mV/dz • Standardowe interfejsy: LAN, USB, VGA • Wyzwalanie i dekodowanie sygnałami szyn danych I2C, SPI, UART, CAN (opcjonalnie) Model

NOWOή

Pasmo Kanały Próbkowanie Pamięć

DS4054 DS4052 500 MHz 4 2

DS4034 DS4024 DS4032 DS4022 350 MHz 200 MHz 4 2 4 2 4 GSa/s (Max.) 140 Mpts (Standard)

DS4014 DS4012 100 MHz 4 2

od... € 1699 t +va

OSCYLOSKOPY serii DS6000 (2 i 4 kanałowe)

Pasmo 1GHz, 600MHz • Częstość próbkowania do 5GSa/s • 2 lub 4 kanały • Pamięć akwizycji do 140 Mpkt (standardowo) • Odświeżanie z częstotliwością do 120 000 przebiegów na sekundę, duża pojemność pamięci i krótki czas odpowiedzi • Nagrywanie przebiegów w plikach o zawartości do 180 000 klatek • Innowacyjna technologia „UltraVision” • Zaawansowane funkcje wyzwalania i pomiary automatyczne z analizą statystyczną • Wyzwalanie i dekood... € dowanie sygnałów magistral szeregowych • Dedykowany przycisk wyszukiwania przebiegów „WaveFinder” • Różnorodne interfejsy: USB, LAN(LXI-C), WVGA, GPIB 5181 t (opcja)... • Wbudowana 2GB pamięć flash • Opcjonalne zasilanie bateryjne +va

GENERATORY FUNKCYJNE / ARBITRALNE serii DG4000

Pasmo: 160 MHz, 100 MHz, 60 MHz • 2 kanały - standard • częstotliwość próbkowania 500 MSa/s • 14 bitów rozdzielczości pionowej • 2ppm - wysoka stabilność częstotliwości • Niski poziom hałasu -115dBc/Hz • Do 150 wbudowanych przebiegów • Uniwersalne analogowe i cyfrowe funkcje modulacji (AM, FM, PM, ASK, FSK, PSK, BPSK, QPSK, 3FSK, 4FSK, OSK, PWM) • Wbudowany wysokiej precyzji licznik od... € częstotliwości 200MHz • Do 16 niestandardowych funkcji • 7- calowy kolorowy 650 t a wyświetlacz LCD (800x480 pikseli) +v

Próbkowanie 1GSa/s, Pamiêæ 1Mpunkt a j c Przy zakupie o " n m efo DS1052E o r P tel w promocji PC5000a ® "na

02-784 Warszawa, ul. Janowskiego 15 tel./fax (22) 641-15-47, 644-42-50 http://www.ndn.com.pl e-mail: ndn@ndn.com.pl

141.indd 141

2013-03-29 14:16:11


OBSERWUJ JAK ROSNĄ TWOJE NAGRODY

PROGRAM LOJALNOSCIOWY

W ZESZŁYM ROKU NASI KLIENCI ZYSKALI PONAD 500 000 GBP NA ZAKUPACH W RAMACH PROGRAMU LOJALNOŚCIOWEGO. W TYM ROKU CHCIELIBYŚMY ZAOFEROWAĆ IM JESZCZE WIECEJ.

Dołącz do Power Circuit – programu lojalnościowego dla firm i zyskaj nawet 40 000 PLN na zakupach dokonanych do 31 lipca 2013 roku. Zarejestruj się BEZPŁATNIE już dzisiaj na www.thepowercircuit.com/pl

Obowiązują standardowe warunki i postanowienia.

142.indd 142

2013-03-29 14:15:55

Elektronika praktyczna 04 2013  
Elektronika praktyczna 04 2013  
Advertisement