Wersja PDF instrukcji

1. Wstęp 

Akademia ETI 

Instrukcja laboratoryjna 

Elektronika: rezystory i kondensatory 

Rezystory (oporniki – rys.1 http://pl.wikipedia.org/wiki/Opornik) i kondensatory (rys. 2) 

(http://pl.wikipedia.org/wiki/Kondensator) są najpowszechniej uŜywanymi elementami elektronicznymi. 

W urządzeniach elektronicznych występują jako samodzielne elementy oraz jako części 

składowe układów scalonych. KaŜdy komputer zawiera kilkadziesiąt milionów rezystorów 

i kondensatorów. Głównym parametrem rezystora jest rezystancja R w omach [Ω]. 

Zgodnie z prawem Ohma wyraŜonym wzorem: 

Rys. 1. Rezystor Rys. 2. Kondensator 

= R[ 

Ω ] 

U R ⋅ I 

rezystancja jest współczynnikiem proporcjonalności między napięciem U [V] na zaciskach 

rezystora a prądem I [A] płynącym przez rezystor. Prąd płynący przez rezystor wydziela na nim 

energię: 

w postaci ciepła. 

© Jacek Cichosz WETI PG 1 

U 

= 

I 

[ W s] 

= P[ 

W] 

⋅t[ 

s] 

= U ⋅ I t 

W ⋅ 

Kondensator (jego pierwowzorem była butelka lejdejska http://pl.wikipedia.org/wiki/Butelka_lejdejska) 

posiada zdolność gromadzenia ładunku elektrycznego. 

Jego głównym parametrem jest pojemność C w faradach [F], która jest współczynnikiem 

proporcjonalności między ładunkiem Q [As] naładowanego kondensatora a napięciem U [V] na 

jego zaciskach: 

Q 

Q = C ⋅U 

[ ] 

[ As] 

C F = 

U V 

. 

Energia zmagazynowanego w kondensatorze ładunku Q jest równa 

2. Ładowanie kondensatora 

2 

1 Q 1 2 

W [ W s] 

= = U ⋅ C . 

2 C 2 

Uruchom program Micro-Cap Evaluation 9 i utwórz w nim układ ładowania kondensatora 

jak na rysunku 3. 

[ V] 

[ A] 

[ ]

Rys. 3. Układ ładowania kondensatora 

Zapisz (File/Save As…) układ na dyskietkę jako RC.CIR. 

Uruchom symulację ładowania kondensatora (Analysis/Transient), z parametrami jak na 

rysunku 4. 

Rys. 4. Parametry analizy Transient 

Jako wynik symulacji powinieneś otrzymać wykres, na którym będzie przebieg napięcia 

źródła V1 ładującego impulsami kondensator (linia niebieska) i przebieg napięcia na ładowanym 

kondensatorze (czerwona). Zmień wartości rezystancji rezystora (pojemności kondensatora) za 

kaŜdym razem obserwując wynik symulacji. Na karcie sprawozdania narysuj przebieg ładowania 

kondensatora dla C = 1 F, R = 1 Ω (czas obserwacji np. 4 sekundy). 

© Jacek Cichosz WETI PG 2

ZauwaŜ, Ŝe proces ładowania kondensatora odbywa się według zaleŜności ( ) ( ) ⎟ t ⎛ − ⎞ 

⎜ RC 

v 2 = v 1 ⋅ 

⎜ 

1− 

e , 

⎝ ⎠ 

RC 

a rozładowanie według zaleŜności ( ) = U ⋅ 

e − 

v 2 , gdzie U jest napięciem na końcówkach 

naładowanego kondensatora, a e = 2.7182818284… jest podstawą logarytmu naturalnego 

http://pl.wikipedia.org/wiki/Podstawa_logarytmu_naturalnego. Wartość czasu t = RC nazywana 

jest stałą czasową i oznaczana grecką literą τ . Dla t = τ napięcia: 

−1 

( 2) 

= v( 

1) 

⋅ ( 1− 

) 63% 

v( 

1) 

v ≈ 


t 

−1 

e v ( 2) 

= U ⋅ ≈ 37% 

U 

e . 

Ładowanie i rozładowanie kondensatora przez rezystor jest w układach elektronicznych 

bardzo często wykorzystywane do wytwarzania (generacji) przebiegów o czasie trwania zaleŜnym 

od wartości pojemności i rezystancji tych elementów. Przykład zastosowania takiego sposobu 

wytwarzania napięcia o kształcie prostokątnym przedstawiono w następnym punkcie. 

3. Generator przebiegu prostokątnego 

Do wytwarzania (generacji) napięcia o przebiegu prostokątnym zastosowano układ scalony 

NE555 (odpowiedniki innych producentów LM555, ULY7855, ICM7555) pokazany na rysunku 5. 

Rys. 5. Układ scalony NE555 

Uproszczony schemat układu ilustrujący działanie poszczególnych jego podzespołów 

przedstawiono na rysunku 6.

Rys. 6. Układ scalony 555 jako multiwibrator astabilny (generator przebiegu prostokątnego) 

Układ 555 w swoim wnętrzu zawiera dzielnik rezystorowy (rezystory R) dzielący napięcie 

zasilania UZ = +5 V na trzy równe części. Napięcia (1/3Uz i 2/3Uz) dołączone są do wejść 

komparatorów K1 i K2. Wyjścia komparatorów sterują wejściami R (reset-wyzeruj) i S (set-ustaw) 

przerzutnika RS. Do wyjścia przerzutnika dołączony jest tranzystor T oraz bufor wyjściowy G. 

W układzie jak na rysunku 6 układ 555 pracuje jako generator impulsów prostokątnych. 

Po włączeniu napięcia zasilania tranzystor T jest wyłączony, a przez rezystory R1 i R2 ładowany 

jest kondensator C1. Gdy napięcie ładowanego kondensatora osiągnie 2/3 napięcia zasilania układu 

(2/3Uz), komparator K1 wyzeruje przerzutnik RS. Dołączony do wyjścia przerzutnika tranzystor T 

włączy się dołączając punkt A (punkt połączenia rezystorów R1 i R2) do masy (GND) układu. Od 

tej chwili kondensator C1 zacznie się rozładowywać przez rezystor R2. Gdy napięcie 

rozładowywanego kondensatora obniŜy się do wartości 1/3 napięcia zasilania Uz, komparator K2 

przełączy przerzutnik RS, a zarazem wyłączy tranzystor T i kondensator C1 znów zacznie się 

ładować przez R1 i R2. 

Proces ładowania i rozładowania będzie się powtarzał cyklicznie, a na wyjściu bufora G 

(wyjście układu) będzie się zmieniało napięcie dając w wyniku przebieg prostokątny. 

3.1. Symulacja działania multiwibratora astabilnego 

Uruchom program Micro-Cap Evaluation 9 i wczytaj File/Open schemat układu 555 

(555ASTAB.CIR). Przez Analysis/Transient/Run uruchom symulację układu. Zmień wartości 

rezystorów 5K i 3K na 1000 Ω i ponownie uruchom symulację układu. Zmień (dla tych wartości 

rezystancji rezystorów) wartość pojemności kondensatora C1 tak, aby okres zmian napięcia na 

wyjściu multiwibratora wynosił 0.001 s (1 ms). Wówczas częstotliwość zmian napięcia na wyjściu 

multiwibratora będzie równa f = 1000 Hz. 

Zanotuj (w arkuszu sprawozdania) wartość pojemności kondensatora jako C11000 = ? F. 

Następnie zmień wartość pojemności kondensatora tak, aby okres drgań multiwibratora wynosił 1 s 

(f = 1 Hz). Zanotuj (w arkuszu sprawozdania) wartość pojemności kondensatora jako C11 = ? F. 

3.2. Układ multiwibratora astabilnego z układem scalonym ULY7855 

W tej części ćwiczenia sprawdzamy działanie multiwibratora zbudowanego z rzeczywistych 

elementów elektronicznych. Widok układu z zaznaczonymi elementami składowymi 

przedstawiony jest na rysunku 7. 


C1 


B 

GND 

555 

C 

R2 

Inne 

wartości 

C1 

+5 V 

R1 

LED 

+ 

Rys. 7. Układ multiwibratora 

Dołącz do układu (zamień istniejący) kondensator C1 o pojemności C11000 wyznaczonej 

(obliczonej) w punkcie 3.1. Włącz układ i przy pomocy oscyloskopu zaobserwuj jak wygląda 

przebieg ładowania i rozładowania kondensatora (punkt B). Podłącz oscyloskop do wyjścia układu 

(punkt C). Zmierz na ekranie oscyloskopu okres drgań multiwibratora. Porównaj z wartością 1 ms 

wyznaczoną w punkcie 3.1. Na karcie sprawozdania narysuj otrzymany na ekranie oscyloskopu 

przebieg. 

Do wyjścia multiwibratora dołączony jest głośnik i dioda LED (jak na rysunku 8). 

Rys. 8. Dołączenie głośnika i diody LED do wyjścia multiwibratora 

G

Zaobserwuj jak świeci dioda LED i co słychać w głośniku? Wymień kondensator 

C1 = C11000 na kondensator C11 o wartości pojemności znalezionej przy symulacji układu dla 

okresu drgań 1 s. Co teraz słychać w głośniku, a jak świeci dioda? 

Przy pomocy oscyloskopu obejrzyj przebiegi ładowania i rozładowania kondensatora oraz 

przebieg na wyjściu układu. Zanotuj wyniki obserwacji w arkuszu sprawozdania. Wyłącz zasilanie 

układu. 

4. Generowanie przebiegu prostokątnego przy pomocy mikrokontrolera ATMEL AT89C2051 

Funkcję analogowego odmierzania czasu (przez ładowanie i rozładowanie kondensatora) 

moŜna zrealizować w sposób cyfrowy wykorzystując w tym celu odpowiednio zaprogramowany 

mikrokontroler. W ćwiczeniu zaprogramujemy mikrokontroler AT89C2051 tak, aby na jego 

końcówce wyjściowej (P1.0) otrzymać impulsy o odpowiednio wybranym czasie trwania. Strukturę 

wewnętrzną oraz schemat z dołączonymi elementami zewnętrznymi mikrokontrolera pokazano na 

rysunku 9. 

a b 

c 

Rys. 9. Mikrokontroler AT89C2051 

a – wyprowadzenia, b – schemat funkcjonalny, c – układ aplikacyjny 


Praca mikrokontrolera (wykonywanie rozkazów) odbywa się w takt impulsów zegarowych 

wytwarzanych w generatorze (OSC) sterowanym drganiami rezonatora kwarcowego (Q1). We 

wnętrzu mikrokontrolera są liczniki (TIMER BLOCKS), które mogą po zaprogramowaniu słuŜyć 

do odmierzania czasu. Aby mikrokontroler działał (wysyłał impulsy o wymaganym czasie trwania) 

w jego pamięci (FLASH) naleŜy umieścić odpowiedni program. PoniewaŜ programowanie 

mikrokontrolera w jego języku wewnętrznym (asemblerze) jest trudne, wykorzystamy w tym celu 

środowisko programistyczne BASCOM-8051 DEMO. Środowisko to umoŜliwia napisanie 

programu w dialekcie języka programowania BASIC, który jest bardziej przystępny dla człowieka. 

BASCOM umoŜliwia przetłumaczenie go na język wewnętrzny mikrokontrolera AT89C2051 i przy 

pomocy odpowiedniego urządzenia (programatora) wpisanie go do jego pamięci flash. 

4.1. Pierwszy program 

Uruchamiamy program BASCOM-8051 DEMO (File/New) i w jego edytorze wpisujemy 

pierwszy program: 

'************************************************ 

'Pierwszy program - wysyłania bitu na port P1 

'************************************************ 

Dim Licznik As Byte 'deklaracja zmiennej Licznik 

Licznik = 0 'wyzerowanie licznika 

Do 'program w pętli Do ... Loop 

Incr Licznik 'zmniejszenie Licznik do 255,254,...,10 

Set P1.0 'ustawienie wysokiego poziomu na końcówce 0 portu P1 

Wait 1 'czekam sekundę 

Reset P1.0 'ustawienie niskiego poziomu na końcówce 0 portu P1 

Wait 1 'czekam sekundę 

Loop Until Licznik = 10 'wyjdź z pętli jeŜeli Licznik=0 

End 'zakończ 

Program naleŜy zapisać na dyskietkę (File/Save As…) pod nazwą pierwszy.bas. 

Przez Program/Syntax check naleŜy sprawdzić poprawność napisanego programu i jeŜeli nie ma 

błędów to przez Program/ Compile moŜna go przetłumaczyć na język rozkazów mikrokontrolera. 

Przetłumaczony program moŜna uruchomić na symulatorze mikrokontrolera 

(Program/Simulate – przycisk Run to current line. W czasie działania symulatora powinna się 

zmieniać wartość liczbowa najmłodszego bitu na wyjściu portu P1 (FFh = 11111111b, 

Feh = 11111110b). 

Włącz przez Show Hardware Simulator podgląd wyświetlacza siedmiosegmentowego 

LED. Po uruchomieniu symulacji krokowo przez naciskanie Step into code zaobserwuj zmianę 

stanu segmentu A wyświetlacza. 

Na stanowisku, na którym do komputera jest dołączony programator wczytaj program 

z dyskietki (File/Open). Zaprogramuj (przy pomocy prowadzącego zajęcia) mikrokontroler. 

Zaprogramowany mikrokontroler wstaw do podstawki w układzie – rysunek 10. 

Włącz zasilanie układu. Sprawdź działanie programu. 


4.2. Drugi program 


S1 

Q1 

WS 

R2 

R9 

AT89C2051 

CZ 

Rys. 10. Układ mikrokontrolera AT89C2051 

Samodzielnie napisz program i po zaprogramowaniu mikrokontrolera uruchom w układzie. 

Program powinien wyświetlać kolejno cyfry 0, 1, 2, …, 9 na dołączonym do układu mikrokontrolera 

wskaźniku siedmiosegmentowym LED. 

Przy pisaniu programu wykorzystaj arkusz kalkulacyjny Excel jak na rysunku 11. Przepisz 

wypełniony fragment arkusza kalkulacyjnego do arkusza sprawozdania. 

P1.7 

P1.6 

P1.5 

P1.4 

P1.3 

P1.2 

P1.1 

segment H G F E D C B A suma negacja 

waga 128 64 32 16 8 4 2 1 

cyfra A 

P1.0 

0 0 255 

1 0 255 

2 0 255 

3 0 255 

F B 

G 

E C 

4 0 255 D 

5 0 255 

6 0 255 H 

7 0 255 

8 0 255 

9 0 255 

Rys.11. Wskaźnik siedmiosegmentowy

Zapalenie odpowiedniego segmentu wskaźnika to „1” na odpowiednim wyjściu 

(wyprowadzeniu) portu P1 mikrokontrolera. Do portu P1 moŜna wysyłać całą ”liczbę” instrukcją: 

P1 = liczba 

gdzie liczba jest sumą (kolumna suma w arkuszu) iloczynu wag poszczególnych bitów i ich wag 

(wiersz waga) w postaci =SUMA(ODPOWIEDNI_BIT * WAGA). 

Segmenty zastosowanego w układzie wyświetlacza w rzeczywistości włączane są niskim 

poziomem napięcia( ”0” a nie ”1”) więc po przetestowaniu programu w symulatorze trzeba 

wszystkie wartości (bity w postaci dwójkowej) zanegować, czyli odjąć (w postaci dziesiętnej) od 

liczby 255 (kolumna negacja) lub zanegować je w programie instrukcją Not jak w przykładzie: 

P1 = 63 naleŜy zamienić na P1 = 192 lub P1 = Not 63 . 

Ciągłość (nieskończoność) wykonywania programu uzyskamy, jeŜeli instrukcje wysyłania 

liczb do portu P1 umieścimy w pętli: 

Do 

. 

. 

. 

Loop 

bez podanych parametrów zakończenia pętli Do … Loop. 

Sprawdzony w symulatorze i w układzie mikrokontrolera program wyświetlania cyfr 

przepisz do arkusza sprawozdania. 

Po zakończeniu ćwiczenia wyłącz zasilanie układu. 

Literatura: 

1. Górski K.: Timer 555 w przykładach. BTC, Warszawa 2004. 

2. Wiązania M.: Programowanie mikrokontrolerów AVR w języku BASCOM. BTC, Warszawa 

2004. 

3. http://www.edw.com.pl/ 

4. http://www.datasheetcatalog.com/ : karty katalogowe NE555, AT29C2051.

Wersja PDF instrukcji

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?