Pod lupÄ â€“ Transmitancja operatorowa - UlubionyKiosk

★★★Projekty AVT2999Minikombajn PomiarowyKażdy elektronik potrzebujeczasem dokonać pomiarów,w których nie wystarcza jużzwykły multimetr. Podczas uruchamianiaurządzeń, najczęściejanalogowych, niezbędny bywa oscyloskopi generator funkcyjny. Nie każdy elektronikmoże pozwolić sobie na zakup tychurządzeń. Jednak przy uruchamianiu prostychukładów rzadko potrzebne są dokładnepomiary i kilkudziesięciomegahercowyzakres częstotliwości. Często oscyloskop igenerator może zastąpić karta dźwiękowakomputera. Ale czy zakres 20Hz – 20kHzwystarczy? A co, jeśli potrzebujemy zmierzyćnp. przebieg 50kHz na tranzystorzekluczującym w przetwornicy impulsowej?Jak sprawdzić, czy nadajnik podczerwienigeneruje nośną 36kHz? Jak upewnić się, żenasz dopiero co uruchomiony wzmacniacznie wzbudza się na ultradźwiękach?A może przy uruchamianiu regulatoraobrotów silnika DC potrzebny będzie testowygenerator PWM? Do czego innego potrzebnybędzie inny generator, np. przebiegu sinusoidalnego.Pewnie dojdziemy do wniosku, iżtrzeba zrobić własne urządzenia pomiarowe.Budowa cyfrowego oscyloskopu i generatoraDDS o niewygórowanych parametrach wostatnich latach nie jest tak wielkim problemem,jak dawniej. Potrzebujemy tylkokilku wzmacniaczyoperacyjnych,Rys. 1Vbatmultiplekserów iL4P1drabinki rezystorów.Później filtr100n 100u1k10u2C3 C1AVCC1R27PowerGNDC20antyaliasingowy,100nno i wreszcieVSSVDDprzetwornik ana-U4AZ1R2 R33 8logowo-cyfro-wy w przypadku1820k 1% 150k R5BNC230k 1% 4Z2oscyloskopu bądźR8 R9U4BGND 5 87820k 1% 150k R10cyfrowo-analogowy,jeśli budu-BNC630k 1% 4GNDVSSjemy generator.Całością będziesterował jakiśpopularny mikrokontroler.VSSNaVDDC2C4 100u100n U2 1117 ADJOUTINGNDC7 C5 D1 C63.6V100n 100u100uVSSAD8532ARZR4 220R 1% L1 47uC16330pR7 220R 1% L2 47uC18330pP51 23 45 67 89 10Logic I/OR6 1.1k 1%C171.8nGND R11 1.1k 1%C191.8nGNDVSSR14-R211k8xD23.6VP3 RS232123VSS44123PE3 33PE2 32AVCC 39VCC 31VCC 19VCC 9PA4PA5PA6PA727PD72625 PD624 PD523 PD422 PD321 PD220 PD1PD0VSSAVCCVbatGNDGNDGNDGND81830381817 DK16 DA15 CS1RES1413 A012 WRRDR1330RLCD 132x64PE1 29PE0 28PA3 43PA2 42PA1 41PA0 40U3ATXmega32A4PR036C2722p1110 D09 D18 D27 D36 D45 D5PCO 10PC1 11PC2 12PC3 13PC4 14PC5 15PC6 16PC7 17X1PB3 7PB1 5RESET/PDI_CLK 35PDI_DATA 34PR1378MHzC2622pD74 D6PB2 6PB0 432 C86VSSkoniec jeszcze ładny wyświetlacz i panel zklawiaturą. No i gotowe!Z pozoru wszystko jest proste, ale jak siętak bliżej przyjrzeć, to jednak wychodzi sporoelementów. Już nie wspominając o fakcie, żeprzy uruchamianiu i kalibracji naszego dziełai tak będziemy potrzebowali, o zgrozo, oscyloskopui generatora. W przeciwnym razieurządzenie będzie działało „tak sobie” lub wnajgorszym wypadku wcale nie będzie miałona to ochoty.Przydałby się gotowy, skalibrowany modułzawierający w sobie wyżej wymienione elementy.Wprawdzie tzw. układy PSoC są temubliskie, jednak mnie bardziej zaciekawiłynajnowsze mikrokontrolery AVR – XMEGA.Może pomyślisz, drogi Czytelniku, że tojakaś pomyłka lub kpina. Przecież od dawnasą dostępne o wiele wydajniejsze i tańszemikrokontrolery ARM. Kto by się zachwycał„8-bitowcami”.A jednak! Te małe „stworki” mają coś,czego jeszcze w trakcie pisania tego tekstu nieposiadają żadne 32-bitowe mikrokontroleryARM ani żadne inne ogólnego zastosowania.Tym czymś jest wbudowany 12-bitowy przetwornikA/C o częstotliwości próbkowania2MS/s, który ma programowalne wzmocnienie1 – 64x. A to oznacza ni mniej, ni więcej, żemamy gotowe multipleksery, a tak w zasadzie –gotowy cały tor pomiarowy. Potrzebny będzietylko zwykły dzielnik rezystorowy na wejściu.No i warto zostawić filtr antyaliasingowy.Drugą ważną cechą, dość rzadko spotykaną wARM-ach, jest przetwornik C/A. W XMEGAjest, i to nie byle jaki, bo również 12-bitowy, oczęstotliwości próbkowania 1MS/s.Widząc to, postanowiłem wykonać prezentowanydalej Minikombajn Pomiarowy.To nie tylko oscyloskop i generator. Zawieraon zestaw narzędzi, przydatnych przy uruchamianiuwiększości prostych układów elektronicznych.Połączenie obu tych urządzeń dajetakie możliwości, jak pomiar charakterystykibadanego układu, filtrów oraz elementówRLC. Dodatkowo do dyspozycji jest analizatorwidma sygnału, multimetr oraz analizatorstanów logicznych. I to wszystko na jednymmałym mikrokontrolerze AVR XMEGA!VSS1 VDDU1LCD132x64VSSVDD330R 1%R12GNDGNDP41 23 45 6PDIP2KeysL3 100uC24330pP8GNDP9VbatVbatC21100nP10C22100nVDDVSSU5AAD8532ARZC23 3 8R22 R23122.2n449R9 1% 4k99 1%R253.3k 1%R13330R 1%D3R26 3.6V1.1k 1%VSSczęść 1VSSC8100nC9100nVDDC10100nVSSC11 C12100n 100nC13100nC14100nC15GND100nS11SW 3POZZ3BNCC25R24 4.7n49R9 1%GNDElektronika dla Wszystkich13

Projekty AVT★★Tablica świetlna 32 x 5Opisywana tablica świetlna jest rozwinięciemprojektu opublikowanego w EdW 8/2002.Prezentowana ulepszona wersja tablicy ma2-krotnie większą liczbę diod wyświetlającychnapis i korzysta z popularnych matrycLED 2,4 cala. Napisana została prosta aplikacjaPC służąca do przesyłania tekstu, któryma być wyświetlony.Jak to działa?Schemat urządzenia pokazany jest na rysunkach1 i 2. Jedna płytka drukowana zawiera uP sterującypracą urządzenia, pozostałe układy cyfroweoraz zasilacz. Na drugiej płytce są tylko matryceLED. W funkcji uP pracuje wiekowy 89C2051,który jednak w chwili rozpoczęcia prac nad tablicąbył najpopularniejszym uP. Wysoka częstotliwośćpracy, 22,1184MHz, została wybrana ze względuna pracę, którą musi wykonać uP. Interfejs RS232z kostką MAX232 służy do przesyłania tekstupomiędzy komputerem PC i tablicą. Przycisk S2pozwala na wprowadzenie tablicy w tryb programowania,a S1 na restart urządzenia. Trzeciprzycisk S3 to REZERWA; nie został on wykorzystany.Przyciski przyłączone są do linii przerwańINT0. Elementy R9 i C12 tworzą prostyfiltr przeciwdziałający drganiom styków. DiodyD2 i D3 zapobiegają przekłamywaniu stanów naporcie uP. Procesor 89C2051 nie ma wewnętrznejpamięci EEPROM, dlatego tekst przesłany zkomputera podczas programowania przechowywanyjest w zewnętrznej pamięciEEPROM U2 z interfejsem I2C. Jestto PCF8582, ale można wykorzystaćnp. AT2402, o niemniejszej pamięcii zbliżonymadresie (0d160).Rezystory R1 iR2 podciągająlinie transmisyjneI2C, najstarszepiny portu P1.Rezystory R4–R8ograniczają prąd diod LED. Zasilanie każdej z32 kolumn matrycy załączane jest z portu P3procesora. Sekwencyjnie wybierana jest jedna z32 kolumn matrycy diodowej, a na piny od P1.0do P1.4 wystawiana jest wartość związana z odpowiednimfragmentem tekstu. Ograniczona liczbawyprowadzeń wymusiła zastosowanie dekoderówadresu U5 i U6 (74HCT4514). T1 pełni rolę negatora.Wydajność prądowa dekoderów okazała sięzbyt mała, więc zwiększają ją bufory 74HCT541,stabilizator 7805 dostarcza napięcia 5V.W wyświetlaczu pracują cztery czerwonematryce 8x5 ze wspólna katodą KingbrightTC24-11SRWA, które po przekręceniu o 90stopni pracują ze wspólną anodą i tworzą pole32x5, niestety kosztem zmniejszenia pionowejrozdzielczości do 5 pikseli.Program dla 89C2051Napisany został w Bascomie. Po publikacjipierwszej wersji tablicy otrzymałem cenneporady – Koledze ZbeeGin dziękuję za pomoc!Każda z 32 kolumn tablicy otrzymała w pamięciswój odpowiednik w postaci zmiennej Rov.Program poprzez dekodery adresu cykliczniewybiera jedną, kolejną kolumnę i w tymsamym czasie wystawia na port P1 wartość zezmiennej Rov z numerem takim jak aktywnakolumna. Szybkość odświeżania określa przerwanieTIMER0: przerwanie wykonuje się ok.Rys. 129971200 razy na sekundę, co przy 32kolumnach daje odświeżanie około 40 razy nasek. Natomiast dla uzyskania efektu rolowania(przesuwania) tekstu co jakiś czas przesuwanesą wartości w zmiennych Rov . W zależności18Elektronika dla Wszystkich

Projekty AVT★UniSterownikczęść 3 – Czterokanałowe zdalne sterowaniePrezentowana seria projektów UniSterownik, rozpoczęta w EdW 11/2011, przeznaczona jest przede wszystkim dla tych, którzy do tej pory nieodważyli się na kontakt z mikroprocesorami. Nie trzeba tu pisać kodu – programu dla mikroprocesora. Można ściągnąć z Elportalu gotową,przykładową wersję kodu. Ale znacznie lepiej będzie samodzielnie wygenerować „własny” kod na komputerze PC – Autor udostępnił stosownyprogram. Zadaniem początkującego użytkownika jest tylko wpisanie kodu do mikroprocesora i... cieszenie się działaniem tak uzyskanegoukładu. W części pierwszej opisano jak zbudować i zaprogramować UniSterownik. W części drugiej opisaliśmy aplikację do zdalnegosterowania diody RGB..Jestem przekonany, że nie trzeba nikomutłumaczyć, jakie zalety mają układy zdalnegosterowania. Wystarczy wspomnieć takiewynalazki, jak pilot do telewizora czy zdalniesterowany centralny zamek. Dzisiaj jużtrudno sobie wyobrazić życie bez takich udogodnień.Myślę, że właśnie dlatego konstrukcjeukładów zdalnego sterowania cieszą sięnieustannym zainteresowaniem elektroników.Zdalne sterowanie jest też jednym z najbardziejoczywistych zastosowań platformyUniSterownika. Układ może bezpośredniosterować cztery obwody zasilane stałym napięciemo wartości do 30V i pobierające prąd do1A. Można więc bezpośrednio z wyjść układusterować małymi żaróweczkami, silniczkami,brzęczykami, diodami LED itp. Po podłączeniudo UniSterownika przekaźników, pracującychw funkcji elementów wykonawczych,układ może załączać dowolne urządzenia luboświetlenie. Łatwa konfiguracja przyciskówpilota, które będą sterować poszczególnymifunkcjami układu, jest dodatkowym atutemprezentowanego rozwiązania.Jak to działa?Działanie układu omawiałem już przy okazjiopisu konstrukcji UniSterownika w EdWnr 11/2011. Podstawowym zadaniem układuelektrycznego, przedstawionego na schemaciez rysunku 1, jest oczekiwanie na transmisjęz pilota RC5. Po odebraniu transmisji, dekodowanesą dane zawarte w kodzie Rys. 1RC5. Następnie, zgodnie z otrzymanympoleceniem, odpowiedniozostają wysterowane wyjścia.Układem steruje mikrokontrolerATTiny13.Wyjścia na złączu ZL sterowanesą z wyprowadzeń PB0,PB1, PB2 i PB3 poprzez wzmacniaczULN2803. Dzięki zamontowanymna płytce diodom LEDmożemy bezpośrednio obserwowaćjak są wysterowane wyjścia i czy danyprzekaźnik jest załączony. Napięcie zasilaniaukładu (U_ZAS) nie powinno przekraczać30V. Jak wspomniałem wcześniej, wprost zpłytki UniSterownika można sterować tylkoobwodami o niewielkim obciążeniu. Dlategoopracowałem dodatkowy obwód z przekaźnikamiumożliwiającymi sterowanie układówzewnętrznych o dużej mocy (lampy oświetleniowe,grzejniki, silniki, sygnalizatory i inneurządzenia, które wymagają do pracy dużegoprądu lub zasilania z sieci). Na schemacie zrysunku 2 rozrysowany jest sposób podłączeniaprzekaźników do układu UniSterownika.Diody antyprzepięciowe nie są tu konieczne,ponieważ są zawarte w kostce US3. Napięcieznamionowe cewek przekaźnikówpowinno być takie jak napięcie zasilaniaU_ZAS. Najodpowiedniejszebędą przekaźniki z cewką na 12V lub24V prądu stałego (DC).Montażi uruchomienieSposób montażu płytki głównejsterownika opisałem przy okazjiogólnej prezentacji konstrukcjiUniSterownika. Wspomnę tylko, żeukład można zmontować na płytcedrukowanej lub jak ktoś nie lubi Rys. 3lutować, to może uruchomić układsterownika na płytce stykowej. Więcejszczegółów w EdW nr 11/2011.2992Rys. 2DO_ZL1234562 12 12 12 1P4JQC-3FFP3JQC-3FFP2JQC-3FFP1JQC-3FFW celu rozbudowy UniSterownika o układ zprzekaźnikami, zaprojektowana została specjalnapłytka. Na rysunku 3 widzimy rysunekpłytki drukowanej, przystosowanej do monta-OSOSOSOSP4P3P2P1PPPPWY-P4-1WY-P4-2WY-P4-3WY-P3-1WY-P3-2WY-P3-3WY-P2-1WY-P2-2WY-P2-3WY-P1-1WY-P1-2WY-P1-320Elektronika dla Wszystkich

ProgramowanieKurs STM32 część 7Na początekPoprzednia część kursu była poświęconaobliczaniu dyskretnej transformaty Fourierai zakończyła się ona mało optymistycznympodsumowaniem – DFT nie jest obecnie stosowana.Okazuje się, że takie same wynikimożna uzyskać znacznie szybciej, wykorzystującspecjalny algorytm, czyli FFT. Warto tuz całą mocą podkreślić, że FFT (Fast Fourier Implementację FFT wykonamy stopniowo,czyli dokładając po kolei poszczególneTransform) nie jest gorszym czy uproszczonymodpowiednikiem DFT. FFT daje takie same mechanizmy, pozwalające przyspieszyć jegowyniki (wartości zespolone prążków widma, działanie. Jednocześnie wykorzystamy licznikTIM1 do pomiaru czasu, aby zaobserwo-moduły, kąt przesunięcia fazowego) jak DFT,nie ma tu mowy o żadnych przybliżeniach czy wać, jak skraca się czas obliczeń. Będzie onzaokrągleniach. Aktualne pozostają również każdorazowo kasowany przed wywołaniemwszystkie wiadomości z poprzedniej części procedury DFT/FFT i odczytywany zaraz pokursu związane z częstotliwością próbkowania, jej zakończeniu. Pozwoli to szybko zorientowaćsię, na ile skutecznie udało się ograniczyćliczbą próbek, oknami, aliasing, etc.Wprawdzie niniejszy odcinek będzie nieco złożoność obliczeniową algorytmu.trudniejszy niż poprzednie, gdyż wyjaśnienie Wyjaśnienie koncepcji FFT wymagaFFT wymaga pewnych przekształceń wzorów przedstawienia wzoru Eulera, aby uniknąći wspomnienia o rzeczach przekraczających karkołomnych operacji trygonometrycznych.zakres szkoły podstawowej czy nawet liceum. Wzór ten pozwala zapisać DFT w skróconejJednak niech nie zrazi to do dalszej lektury, postaci, o której wspominałem w poprzednimmiesiącu. Wzór Eulera ma następującągdyż oszczędności wnoszone przez FFT sąwarte wysiłku. Warto potraktować dzisiejszy postać:materiał jako intelektualne wyzwanie i przeanalizowaćgo dogłębnie, aby lepiej zrozu-Może on sprawiać wraże-e -jx =cosx – jsinxmieć istotę FFT. Najmłodszych Czytelników nie skomplikowanego, aleteż zachęcam do lektury i pominięcia zbyt taki nie jest – wystarczytrudnych dla nich zagadnień.spojrzeć na nową postaćKorzystanie z algorytmu FFT nie różni się DFT (rysunek 1). Zapis jest znacząco krótszy,a rozpisanie tego wzoru nie stanowi pro-niczym od korzystania z funkcji wyliczającejDFT, gdyż wystarczy podać blok próbek, jego blemu. Wystarczy podstawić pod x wartośćrozmiar i odebrać wyniki. Stąd nawet jeżeli 2πnm/N, aby otrzymać znaną nam postaćnie wszystko będzie zrozumiałe, nie przekreślito możliwości używania FFT do szybkwialnie,można rzec, że mając dane „e doDFT. Ujmując sprawę nieco bardziej kolokiegoanalizowania widma. Nieprzekonanych j cośtam”, owe „cośtam” wstawiamy jakomoże przekona argument, że pełne wyliczenie256-punktowej klasycznej DFT zajmuje normalnie.argument funkcji cos i jsin, i dalej wyliczamy7614ms, podczas gdy analogiczny, zoptymalizowanyalgorytm FFT zajmie raptem… 39ms! datna własność funkcji wykładniczej, mia-Z wzorem Eulera wiąże się bardzo przynowicie:a x+y =a x *a yFFT– spojrzenie teoretyczneAnalizując kod zaprezentowany w zeszłymmiesiącu, łatwo zauważyć, że coś jest nie takz optymalnością. Przykładowo dla 16-punktowegoDFT wyliczamy wartości funkcji cosinuspostaci: cos(2πnm/N)Można zauważyć, że dla n=2 i m=4 argumentubędzie miał postać 2*π*8/N, czylin*m=8. Okazuje się, że argument ten będzieidentyczny także dla innych par n i m: n=4,m=2, a nawet dla n=1, m=8 czy n=8, m=1.Oznacza to, że zamiast cztery razy wyliczaćcos(2*π*8/N), wystarczy to zrobić tylko raz.Podobnie zresztą jest z funkcją sinus. W tejwłaśnie nadmiarowości i powtarzaniu obliczeńznajduje się miejsce na oszczędnościjakie wnosi FFT.Matematyczne podstawyFFTNa początku należy wyraźnie zaznaczyć, żealgorytm FFT Radix-2, będący przedmiotemniniejszego artykułu, nakłada ograniczenie naliczbę próbek (czyli parametr N) – musi byćona wielokrotnością liczby 2 (2, 4, 8, 16, 32,itd.). Z czego to wynika, okaże się za chwilę.Dysponując wzorem z rysunku 1, możnazauważyć, że zamiast podstawiania kolejnychpróbek x(n) do wzoru i wyliczania kolejnychwartości, można ciąg próbek podzielić na dwieczęści: parzyste oraz nieparzyste. W takim układzienumeracja próbek będzie się odbywała wzakresie od 0 do N/2–1, ich indeksy będą miałypostać 2n (parzyste) oraz 2n+1 (nieparzyste).Przykładowo, jeżeli mamy N=16, to podstawiaćbędziemy próbki w pętli wykonującejsię od zera do N/2–1 czyli do 7. Otrzymamytym samym dwa podzbiory: 0, 2, 4, 6, 8, 10,12, 14 dla indeksów 2n oraz 1, 3,5, 7, 9, 11, 13, 15 dla indeksówRys. 2Rys. 32n+1. Czyniąc takie założenie,należy zmodyfikować wzór zrysunku 1 do postaci widocznejna rysunku 2, który możnanastępnie przekształcić do postaciz rysunku 3. Na podstawiewłasności funkcji wykładniczej przedstawionejpowyżej można rozdzielić wzór Eulerana dwie części i tę niezależną od n wyłączyćprzed znak sumy, w efekcie otrzymując ostatecznąpostać z rysunku 4. To co najważniejszezaznaczono kolorem czerwonym – wobu sumach mamy identyczny czynnik, przezktóry przemnażamy próbki. W efekcie nieliczymy wartości z wzoru Eulera N razy, ajedynie N/2 razy plus jeden dodatkowy razniezbędny do wymnożenia wartości „prawej”sumy. Zyskujemy w ten sposób prawie dwukrotneograniczenie czasochłonnych operacjimatematycznych. Ujmując rzecz jeszcze prościej,można rzec, że dzięki takiej organizacjiwzoru, każdej wartości wyliczonej z wzoruEulera używamy dwa razy, a nie raz.Przed poszukiwaniem dalszych oszczędnościwarto zaimplementować obliczenia zpodziałem na dwie sumy, abysamodzielnie przekonać się, żeRys. 1czas wyliczania DFT skraca sięblisko dwukrotnie. Zanim jednakto nastąpi, warto pomyśleć o ułatwieniu sobieprowadzenia operacji na liczbach zespolonych.Biblioteka complexSpodziewając się sporej liczby operacji zespolonych,takich jak mnożenie, dodawanie czywyliczanie wartości e -jx , przygotujmy sobiewczesniej stosowną bibliotekę, której napisanienie jest dużym wyzwaniem. Podstawętakiej biblioteki będzie stanowiła strukturacomplex (ang. zespolony) z dwoma elementami:imaginary oraz real reprezentującymiczęść urojoną i rzeczywistą. Na nasze potrzebywystarczy zdefiniować 6 funkcji zapewniającychpodstawowe operacje• complex_mul – mnożenie liczb zespolonych• complex_mul_d – mnożenie liczby zespolonejprzez zmienną typu double• complex_add – dodawanie liczb zespolonych• complex_ejx – wyznaczanie wartości funkcjiEulera• comlex_abs – zwracanie wartości bezwzględnej(moduł) liczby zespolonej• comples_angle – zwracanie argumentu liczbyzespolonej (czyli nasz kąt przesunięcia fazowego)Komentarza może wymagać mnożenieliczb zespolonych, które nieco różni się odzwykłego mnożenia liczb rzeczywistych.Weźmy na przykład takie wyrażenie:22 Elektronika dla Wszystkich

Pod lupąWzmacniaczeCzęść 35. Transmitancja operatorowaKrok 5Do zrozumienia informacji z tego odcinkakonieczne jest dobre przyswojenie wiadomościz odcinków poprzednich. Przypomnijmykróciutko: zaczęliśmy od tego, że sygnałytestowe wzmacniaczy to ciągłe sinusoidy.Natomiast rzeczywiste przebiegi audio bardziejprzypominają impulsy niż ciągłe sinusoidy.Niektóre właściwości wzmacniaczanie wychodzą na jaw przy testach z użyciemsygnałów sinusoidalnych. Poszukujemyodpowiedzi na pytanie, jak wyrazić właściwościwzmacniacza, które nie ujawniają siędobrze przy przebiegach sinusoidalnych?Doszliśmy do wniosku, że pomiary należałobyprzeprowadzić przy innych przebiegach,przy których ujawnią się te ukryte dotąd właściwości.Przy jakich „innych” przebiegach?Oto w poprzednim odcinku znaczniezbliżyliśmy się do odpowiedzi. Okazało siębowiem, że nie tylko sinusoidy są przebiegamielementarnymi. Podstawowymi „prostymi”sygnałami okazały się przebiegi wykładnicze,ściślej wszystkie przebiegi eksponencjalne,opisane funkcją eksponencjalną e x .Zobrazowaliśmy wszystkie te elementarneprzebiegi w funkcji czasu i co ważne,przyporządkowaliśmy im punkty płaszczyznyzespolonej, którą nazwaliśmy płaszczyznączęstotliwości zespolonej s, w skrócie płaszczyznąs.Wróćmy teraz na chwilę do spraw znanychi oczywistych. Dobrze rozumiemy sens„standardowej” charakterystyki częstotliwościowej,na przykład bardzo nierównej charakterystyki,pokazanej na rysunku 256a. Ośpozioma to oś częstotliwości f, czyli także ośpulsacji ω. Druga, pionowa oś przedstawiawartość wzmocnienia G. Nie mamy też problemuz przedstawieniem tejże charakterystykiw sposób pokazany na rysunku 256b.W poprzednim odcinku dowiedzieliśmysię, że nasza stara znajoma oś częstotliwości(pulsacji) weszła w skład płaszczyzny zespolonejs, i to na dodatek jako oś urojona –rysunek 257 (porównaj wcześniejsze rysunkiRys. 256Rys. 258250, 251). A jeśli weszła w składtej płaszczyzny, to „nie zginęła” inasuwa się logiczny wniosek, żemoglibyśmy naszą znajomą charakterystykęz rysunku 256 przedstawićna rysunku 257.Jak najbardziej! Tylko teraznasza oś częstotliwości (pulsacji)wchodzi w skład płaszczyznyzespolonej s i niewątpliwie niewystarczy tu rysunek dwuwymiarowy.Wartość wzmocnienia możemyjednak zaznaczyć na rysunku trójwymiarowym„nad” płaszczyzną,łącząc rysunki 257 i 256b. Mogłobyto wyglądać na przykład jak narysunku 258a. Jednak w świetle tego, cowcześniej mówiliśmy o płaszczyźnie zespolonej,ujemne wartości na osi częstotliwościsą po prostu lustrzanym odbiciem dodatnich.Dlatego ściślej biorąc, powinniśmynad płaszczyzną zespoloną przedstawić teżlustrzane odbicie naszej charakterystyki, jakna rysunku 258b.Wykres z rysunku 258b może się wydawaćdziwny, ale tylko dlatego, że na razie niejesteśmy jeszcze przyzwyczajeni do takiegosposobu przedstawiania wzmocnienia. Aleprzecież wszystko jest jak najbardziej logicznei naturalne. Przypominam, że taki wykresmożemy wyznaczyć eksperymentalnie, badającwzmocnienie przy różnych częstotliwościach(przy sygnałach sinusoidalnych).Podstawa idea jest prosta – podajemy nawejście wzmacniaczaprzebiegRys. 257Rys. 259wzorcowy i badamy, o ile większy jest przebiegna wyjściu wzmacniacza. W przypadkusinusoid wszystko jest oczywiste. Uzyskanąwartość wzmocnienia zaznaczamy nad punktempłaszczyzny, który reprezentuje „wzorcowąsinusoidę” o danej częstotliwości.Choć może się to wydać nieco dziwne, alerysunek 258 nasuwa pewne ważne pytanie:czy analogicznie można byłoby zbadać właściwościwzmacniacza dla wszystkich innychprzebiegów podstawowych?Okazuje się, że tak! Polegałoby to napodaniu na wejście wzmacniacza nie tylkoeksponencjalnych przebiegów rosnących imalejących, które są reprezentowane przezpunkty osi rzeczywistej σ, ale też eksponencjalnerosnących i eksponencjalne tłumionychprzebiegów sinusoidalnych o różnych częstotliwościach.Po podaniu na wejście dowolnego takiegoprzebiegu elementarnego, na wyjściupojawiłaby sięodpowiedź tegowzmacniacza–sygnał podobnydo wejściowego,biorąc rzecz wnajwiększymuproszczeniu,28 Elektronika dla Wszystkich

Elektronika dla informatykówElektronika(nie tylko) dla informatykówElementy i układy elektronicznewokół mikroprocesoraWykład 1 – Kondensatory elektrolityczneMikroprocesory są dziś powszechnie stosowane w najróżniejszych urządzeniach, nie tylko fabrycznych. Niska cena, łatwość programowaniai dostępność wszelkich niezbędnych narzędzi powoduje, że coraz młodsi realizują interesujące układy na bazie mikroprocesorów. Zdarzasię jednak, że twórcy takich konstrukcji, zafascynowani łatwością programowania, popełniają błędy układowe, wynikające z nieznajomościpodstaw elektroniki. Okazują się dobrymi informatykami, ale słabymi elektronikami. Niniejszy cykl, przedstawiający podstawowe elementyelektroniczne, opracowany został wprawdzie głównie dla miłośników mikroprocesorów, ale pożytek zeń odniosą wszyscy Czytelnicy.Kondensatory elektrolityczne są powszechniestosowane w sprzęcie elektronicznym,ponieważ przy małych wymiarach mają dużąpojemność. Najpopularniejsze są kondensatoryelektrolityczne aluminiowe. Trochę rzadziejstosuje się kondensatory elektrolitycznetantalowe. W ostatnich latach dostępne są teżkondensatory elektrolityczne niobowe, aleich popularność jest znikoma.Dla początkujących nieco mylący jest fakt,że kondensatory elektrolityczne aluminiowenazywane są powszechnie „elektrolitami”,natomiast kondensatory tantalowe, które teżsą kondensatorami elektrolitycznymi, nigdy„elektrolitami” nazywane nie są. Znane sąnatomiast jako „tantale”. Kondensatory niobowenadal są rzadkością i jak na razie, niemają żadnej potocznej nazwy.Pojawiły się natomiast kondensatory polimerowe,które też należy zaliczyć do elektrolitycznych.Ponadto niektóre kondensatoryaluminiowe i tantalowe noszą własne, specyficznenazwy firmowe (OS-COM, SP-Cap,Oxi-Cap, NeoCapacitor), przez co powstajeniejasność co do ich budowy i właściwości.Przedstawiony materiał pomoże rozwiać tegorodzaju wątpliwości.Kondensatoryelektrolityczne aluminioweNajpopularniejsze kondensatory o pojemnościachod 1uF do tysięcy mikrofaradów towłaśnie kondensatory elektrolityczne aluminiowe,zwane potocznie „elektrolitami”.Zostały wynalezione jeszcze w XIX wieku,więc są znane i wykorzystywane od ponad stulat. Fotografia 1 pokazuje współczesne wersjeprzewlekane, a fotografia 2 – popularnewersje SMD.Niektórzy początkujący mają fałszywewyobrażenie o tych kondensatorach.Fotografia 3 pokazuje wnętrze popularnegoFot. 1kondensatora elektrolitycznego. Warto teżwspomnieć, że niektóre współczesne kondensatoryelektrolityczne SMD nie są budowanew postaci zwijki w kształcie walca, tylko wpostaci harmonijki lub oddzielnych warstwrysunek4 (wg Kemet).Porównanie budowy kondensatorówfoliowych i papierowych z elektrolitycznymimoże nasunąć błędne wnioski. Mianowicieniektórzy początkujący, widząc podobieństwodo kondensatorów foliowych i papierowych,uważają, że dużoRys. 4większa pojemność„elektrolitów” wynika ztajemniczych właściwościelektrolitu – płynu,którym nasączony jestpapier i który wyglądana dielektryk.Fot. 2Fot. 3Tymczasem jest to zupełnie fałszywewyobrażenie. Klasyczny aluminiowy kondensatorelektrolityczny jest zbudowany,według rysunku 5, z dwóch pasków foliialuminiowej, przedzielonejpapierem (bibułą), przyczym papier nasączony jestpłynem. Ciekły elektrolitnie jest wcale izolatorem,a wprost przeciwnie, przewodnikiem.Powinien byćjak najlepszym przewodnikiem,ponieważ w istocieRys. 530Elektronika dla Wszystkich

PodstawySzkolne podstawy elektronikiPoziomy i pasma energetyczneczęść 2Zgodnie z prośbami wielu młodych Czytelników, w serii Szkolne podstawy elektroniki bliżej zapoznamy się zróżnymi elementami półprzewodnikowymi. Aby przynajmniej z grubsza zrozumieć zasady pracy elementówpółprzewodnikowych, potrzebna jest elementarna wiedza o domieszkowaniu, o pasmach energetycznych i owewnętrznej budowie złączy półprzewodnikowych. W tym celu trzeba się zapoznać z materiałami półprzewodnikowymi, półprzewodnikamisamoistnymi i domieszkowanymi. Taka podstawowa wiedza doprowadzi nas do elementarnej struktury półprzewodnikowej – złącza p-n,a potem do rozmaitych diod i tranzystorów.W poprzednim odcinku przypomnieliśmy bardzouproszczony, planetarny model budowyatomów. Wiemy, że na właściwości elektrycznemateriału wpływ mają elektrony znajdującesię na ostatniej, najwyższej orbicie. Jeślita orbita jest częściowo zapełniona, elektronymogą się swobodnie poruszać i materiał jestprzewodnikiem. Jeżeli ostatnia orbita jestcałkowicie zapełniona, mamy albo izolator,albo półprzewodnik, zależnie od „odległości”do następnej, pustej orbity. Jeżeli elektron„wyskoczy w górę” do tej następnej, wyższejorbity, tworzy parę nośników prądu: swobodnyelektron i dziurę. Mamy wtedy do czynieniaz półprzewodnikiem, tzw. samoistnym.Poziomy i pasmaenergetyczneDokładniejsze badania materii pokazały, żezagadnienie jest wielokrotnie bardziej skomplikowaneniż „planetarny” model atomu,wykorzystany przez nas do najprostszychrozważań. Te dokładniejsze badania jużdobre kilkadziesiąt lat temu doprowadziły dopowstania fizyki kwantowej. Fizyka kwantowaudowodniła, że cząstki elementarne, atomypierwiastków i molekuły różnych związkówto zupełnie inny, obcy świat, bardzo odległyod naszych życiowych doświadczeń i intuicji.Na pewno nadal wszystkiego o tym świecienie wiemy, niemniej sporo wiedzy już mamyi potrafimy opisać różne zjawiska kwantoweza pomocą zaawansowanej matematyki.Bo zarówno teoretyczne obliczenia, jak ibadania doświadczalne pokazują, że światna poziomie kwantowym jest niesamowicieskomplikowany i niewyobrażalnie dziwny.Szczerze mówiąc, tonawet nie wiemy dokładnie,czym tak naprawdęjest elektron. Na pewnoelektron nie jest ujemnienaładowaną kulką,mknącą po orbicie wokółjądra i „wyskakującą wgórę”. Fizyka kwantowapotrafi cząstki zwane fermionami,w tym elektron,a właściwie wiele aspektówelektronu, opisaćmatematycznie. Jednaknie można przedstawićdokładnych analogii procesówkwantowych zapomocą łatwych do intuicyjnegopojęcia obrazówz naszego makroskopowegoświata. Nie tylkonie ma dobrych analogii,ale w tym kwantowymświecie atomów icząstek, zwanych elementarnymi,powszechniewystępują zjawiska,które są sprzeczne, częstorażąco sprzeczne z intuicjąi naszym codziennym doświadczeniem.Na przykład elektron to bardzo dziwny twór,na pewno nie maleńka kulka, tylko cząstkaw pewnym sensie rozmyta i „niekonkretna”.Dlatego jeżeli już podpieramy się bardzouproszczonymi wyobrażeniami, to cały czaspowinniśmy mieć świadomość, że absolutnienie pokazują one wszystkich właściwościRys. 15Rys. 16świata półprzewodników,a jedynie zgrubny,mało dokładnyzarys zagadnienia.Aby nieco lepiejzrozumieć ten zarys,koniecznie trzebazwrócić uwagę naenergię elektronu. I tozagadnienie okazujesię dość skomplikowane,jednak nie maproblemu z powiązaniem„wyskakiwaniaw górę” z energią: abycoś podrzucić w górę,potrzebna jest energia.A z kolei coś spadającegoz góry oddajeenergię, o czym boleśnieprzekonujemy się,uderzeni przez spadającyz góry przedmiot.Czym większa różnicawysokości, tym większaróżnica energii.Takie proste wyobrażeniejest pożyteczne,ale czym jest góra i dółw atomach?W naszym „dużym” świecie, pojęcie górai dół kojarzą się z energią związaną z polemgrawitacyjnym. Jednak w atomach i w siecikrystalicznej nie chodzi o grawitację, tylkogłównie o pole elektryczne i związaną z nimenergię. W każdym razie kluczowe znaczeniema tu energia. Dlatego po pierwsze, nawetR E K L A M A32Elektronika dla Wszystkich

MikrokontroleryJak szybko i łatwozacząć pracę z nowoczesnymimikrokontrolerami 32-bitowymi?Wyposażone w nowoczesny, 32-bitowy rdzeńCortex-M0, mikrokontrolery LPC1100 sąpoważnym konkurentem dla popularnychw naszym kraju mikrokontrolerów 8-bitowych.Ich konkurencyjność wynika zarównoz niskich cen układów, ich doskonałegowyposażenia, jak i prostoty stosowania.Nie tylko cena i możliwość programowegooperowania na 32-bitowych argumentachpowodują, że sens stosowania w aplikacjachmikrokontrolerów 8- i 16-bitowych zanika. Sątakże inne argumenty świadczące na korzyśćrodziny LPC1100 z rdzeniem Cortex-M0:• CPU w mikrokontrolerach LPC1100 i ichzoptymalizowanych pod względem poborumocy wersjach oznaczonych symbolemLPC1100L, mogą być taktowane sygnałemzegarowym o częstotliwości do 50MHz (uzyskiwana wartość DMIPS wynosi0,9/MHz),• wyposażenie peryferyjne tych mikrokontrolerówjest niezwykle bogate (m.in. UARTz obsługą RS485, interfejs I2C z obsługąFm+, wbudowane przetworniki A/C, 16- i32-bitowe timery itp.),• mikrokontrolery z rdzeniami Cortex-M0potrzebują do prawidłowego działania mniejenergii niż tradycyjne rozwiązania, takżedzięki natywnie wbudowanym mechanizmomsprzętowym, wspomagającymoszczędzanie energii,• migracja pomiędzy rodzinami mikrokontrolerówwyposażonych w rdzenie Cortex-Mpochodzących od jednego producentawymaga – od strony programowej -znacznie mniej zabiegów niż dotychczas,a od strony sprzętowej w wieluprzypadkach układy są wymienne pinto-pin.Bezprecedensowym atutem mikrokontrolerówz rodziny LPC1100 jest wprowadzeniedo sprzedaży przez firmę NXP wersjiw obudowach DIP28/SO20/TSSOP20(pisaliśmy o tym w EP12/2011), co jestw pewnym stopniu powrotem do trendówz przeszłości, ale jedynie tych, którepoprawiają komfort, przede wszystkimpoczątkujących konstruktorów. Nie majuż przeszkód, żeby zbudować 32-bitowy,szybki system mikroprocesorowy nataniej płytce uniwersalnej lub wręcz...breadboardzie, czyli płytce stykowej.Pod adresemhttp://www.mikrokontroler.pl/content/lpc1100są dostępne materiały o mikrokontrolerachLPC1100, dostępnych obecnie wersjach, wyposażeniu,programowaniu. Przygotowano takżeprojekty w języku C, ilustrujące w przykładachmożliwości tych układów.Nakładem Wydawnictwa BTC ukazała się książka o mikrokontrolerachprezentowanych w artykule pt. „MikrokontroleryLPC1100. Pierwsze kroki”, której autorami są doświadczenikonstruktorzy: Marek Sawicki i Paweł Wujek.W książce przedstawiono wiele przykładowych aplikacjimikrokontrolera LPC1114, we współpracy m.in. z czujnikiemprzyspieszenia MEMS, scalonym zegarem RTC, wyświetlaczemgraficznym z SPI, półprzewodnikowym czujnikiem temperaturyz I2C, autorzy przedstawili także komunkację mikrokontroleraz PC, a także układami wyposażonymi w interfejs1-Wire. Czytelników bardziej zaawansowanych zainteresujątakże przykłady zastosowania mikrokontrolera LPC1114w aplikacjach DSP (jak synteza i analiza sygnałów). Książkajest dostępna w sklepie AVT - numer katalogowy KS-111002.Elektronika dla Wszystkich35

SzkołaKonstruktorówSzkoła Konstruktorów ma trzy klasy (Zadanie główne, Co tu nie gra? i Policz). Każdy Czytelnik „Elektroniki dlaWszystkich” może nadesłać rozwiązane jednego, dwóch lub wszystkich trzech zadań Szkoły z danego numeru, zwykłąpocztą lub w postaci e-maila. Paczki z modelami i koperty zawsze adresujcie: AVT – EdW ul. Leszczynowa 1103-197 Warszawa i koniecznie podawajcie na kopercie czy paczce zawartość, np. Szko191, NieGra191, Policz191,(na innych analogicznie Jak1, #1, CoTo1, Projekt, itd).Rozwiązania nadsyłane e-mailem powinny być kierowane na adres: szkola@elportal.pl (szkola, a nie szkoła). Bardzoproszę: w tytule e-maila i w nazwie każdego złącznika, oprócz nazwy konkursu i numeru zadania, umieśćcie swojenazwisko (najlepiej bez typowo polskich liter), na przykład: Szko191Kowalski, Policz191Zielinski, NieGra191Malinowski, Jak1Krzyzanowski.Chodzi o to, żeby w tytule e-maila i w nazwach wszystkich załączników była zarówno informacja o zadaniu, jak i o Autorze. Bardzo też proszę,żeby jeden e-mail zawierał rozwiązanie tylko jednego konkursu, a nie kilku, co mi znacznie ułatwi segregowanie poczty.Regularnie potwierdzam otrzymanie rozwiązań, nadsyłanych e-mailem. Jeśli w terminie pięciu dni nie otrzymacie mojego potwierdzenia,prześlijcie pliki jeszcze raz (do skutku).Bardzo proszę, by każdy uczestnik zadania głównego podawał imię, nazwisko, adres zamieszkania oraz rok urodzenia, a w przypadkuuczniów także informacje o szkole i klasie, do której uczęszcza. Jest to pomocne przy opracowywaniu rozwiązań, ocenie prac oraz wysyłceupominków, nagród i dyplomów (dane osobowe będą wykorzystane wyłącznie w związku z oceną prac i nagrodami). Jeśli na łamach czasopismanie chcecie ujawniać swoich danych – napiszcie, a zachowam dyskrecję, podając albo pseudonim, albo imię i pierwszą literę nazwiska, ewentualniemiejscowość zamieszkania. Autorzy rozwiązań zadania głównego, jeśli chcą, mogą też przysyłać fotografie swej osoby (portret), które będązamieszczone przy rozwiązaniu zadania.Mam też prośbę dotyczącą kwestii technicznych. Nie umieszczajcie ilustracji w tekście! Wszystkie ilustracje (fotografie i rysunki) powinnybyć przesłane jako oddzielne pliki. Bardzo proszę też o przysyłanie schematów, projektów płytek i wszelkich innych rysunków w popularnychformatach, na przykład PDF, JPG, GIF czy PNG, i to także wtedy, gdy przysyłacie oryginalny, źródłowy plik z danego programu projektowego(sch, pcb, brd, ddb, itp.).Wystarczy przysłać e-mailem postać elektroniczną rozwiązania, nie jest konieczny papierowy wydruk ani płyta CD/DVD. Ale jeżeli ktoś piszetekst na komputerze i przysyła do mnie wydruk w kopercie, to niech także przyśle e-mail z plikiem tekstowym (.DOC, .TXT, .ODT), co znacznieułatwi zacytowanie całości lub fragmentu rozwiązania oraz przygotowanie do ewentualnej publikacji. Jeśli jednak nadsyłacie w paczce model lubpłytę z dokumentacją, zawsze dołączajcie papierowy wydruk własnoręcznie podpisanego i opatrzonego datą oświadczenia: Ja, niżej podpisany,oświadczam, że projekt/artykuł pt.:………………………………………………………………………………………………………………………………,który przesyłam do redakcji „Elektroniki dla Wszystkich”, jest moim osobistym opracowaniem i nie był wcześniej nigdzie publikowany.Jeśli natomiast przysyłacie fotografie modelu pocztą elektroniczną, takiej samej treści oświadczenie powinno się znaleźć w treści e-maila.Zadanie główne nr 191Pomysł zadania podał Piotr Patan zOpalenicy. Zaproponował, że zadanie mogłobybrzmieć następująco: Stworzyć urządzenieułatwiające posługiwanie się nowymitechnologiami dla osób starszych, którychprzeraża mnogość opcji i przycisków! Tematjak najbardziej aktualny i pożyteczny, więcniewątpliwie warto się nim zająć. Jednaktak postawione zadanie mogłoby niektórymuczestnikom Szkoły sprawić kłopoty, dlategoproponuję rozszerzyć zakres zadania. Otozadanie numer 191:Zaproponuj urządzenie elektroniczne,przydatne osobom starszym.Sponsorem nagród są firmy:Poruszony przez pomysłodawcę zadaniaproblem skomplikowanej obsługi wielu urządzeńjest naprawdę poważny. Okazuje się też,że nie tylko najstarsi mają kłopoty z „klawiszologią”.Tymczasem praktyka pokazuje, żezwykle wykorzystywana jest jedna, lub tylkokilka funkcji, spośród mnóstwa dostępnych.Od razu na myśl przychodzą rozmaite piloty zmnóstwem klawiszy. Czy rozwiązaniem byłabykonstrukcja prostszego pilota z dużymi,wyraźnymi klawiszami?36Elektronika dla Wszystkich

★Mój prościutki LineFollowerDo czego to służy?Od dłuższego czasu marzyłem o budowieprostego robocika. Nie mogłem się jednakzmobilizować. Motywacją było zadanie z informatyki,polegające na przygotowaniu prezentacji.Stwierdziłem, że prosty robot typuLinefollower (podążający wzdłuż linii) będzieciekawym tematem, a prezentacja połączona zpokazem działającego urządzenia ułatwi uzyskanielepszej oceny. Projekt okazał się prostszy,niż myślałem. Służy on jednak tylko jakowstęp do przygody z robotami, gdyż obecnezwycięskie konstrukcje jeżdżą kilkadziesiątrazy szybciej.Jak to działa?Układ składa się z dwóch części: płytki zmikrokontrolerem oraz czujników. Schematsterownika pokazany jest na rysunku 1. Natomiastrysunek 2 pokazuje schemat czujnikówz transoptorami odbiciowymi typuTCRT5000. Czujniki te składają się z diodyFot. 1nadawczej podczerwienioraz odbiornika. Gdyznajdują się nad białąpowierzchnią, następujeodbicie, które wykrywaczujnik. Natomiast czarnalinia pochłania światło.Napięcie na czujniku zależyod natężenia światła,które na niego pada. PotencjometrR13 umożliwiakalibrację czujników.Wzmaczniacz operacyjnyLM324 pracuje jakokomparator, porównującnapięcia z czujników zwartością zadaną potencjometrem.Złącze JP6służy do zasilania czujników.Natomiast złącze JP7 oraz 1 i 2 wyjściezłącza JP8 należy podłączyć do złącza JP3płytki mikrokontrolera. Schemat podłączeniaczujników pochodzi ze strony forbot.pl (kiedyśdioda.com.pl), a konkretnie:www.forbot.pl/forum/topics20/modul-czujnikow-odbicowych-na-lm324-vt1033.htmNa sterownik składa się mikrokonrolerATtiny2313, do którego zostały podłączonewyjścia komparatora z układu czujnikóworaz układ L293D – scalony mostekH, którego zadaniem jest sterowanie dwomasilnikami, podłączonymi do złączyX2 i X3, kupionymi w sklepie mobot.pl.Układ jest zasilany z czterech akumulatorkówo napięciu 1,2V każdy, podłączonychdo złącza X1. Program dla procesora znajdujesię w (dostępnym w Elportalu) plikuprogram.c. Jest to wersja, która obsługujetylko dwa skrajne czujniki, co pozwala naRys. 1zadowalającą jazdę. Kto chce, może we własnymzakresie napisać program do obsługiczterech czujników. Mnóstwo pożytecznychinformacji o tego typu robotach można znaleźćw Internecie, także w języku polskim.Fot. 2Zawsze znajdziesz, przejrzysz i kupisz aktualny numer „Elektroniki dla Wszystkich”(zarówno w wersji papierowej, jak i elektronicznej)na www.UlubionyKiosk.pl50 Elektronika dla Wszystkich

Forum CzytelnikówTermostatdo mojej trawiarkiRys. 1Urządzenie, którego opis i zdjęcia przesyłam,jest termostatem do mojej trawiarki doPCB. Ma również przełączniki umożliwiającewłączenia owego termostatu oraz pompki.Wykonałem je jeszcze w wakacje 2010 idoskonale służy do dziś. Nie przeszkadza mi,że obudowa była pochlapana i teraz (po wyparowaniu)jest cała w białe kropki ☺.Jak pokazuje schemat sterownika, pokazanyna rysunku 1, konstrukcja oparta jest namikrokontrolerze ATtiny2313 i termometrzeDS18B20. Wykorzystałem akwariowe grzałki100W oraz napowietrzacz wraz z zaworemprzeciwzwrotnym. Temperatura jest mierzonaco sekundę i prezentowana na dwóchwyświetlaczach siedmiosegmentowych LED.Jest jeszcze jedna zielona dioda informującao działaniu grzałek. Akwarium o wymiarach30x30x3cm zamówiłem w zakładzie szklarskimi kosztowało 30zł. Program regulacjitemperatury zawiera programową histerezę,Rys. 3Rys. 2aby nie „męczyć”przekaźnika za często. Umnie grzeje roztwór domomentu, aż temperaturaosiągnie 42 stopnie, potemwyłącza grzałki i czeka, ażopadnie do 39 stopni. I takw kółko. Nie przewidziałemmożliwości zmianytych temperatur, aby tegodokonać, należy przeprogramowaćprocesor – projektującurządzenie, uznałem,że niepotrzebna mi regulacja.Program dla procesora napisanyjest w Bascomie i jest bardzo prosty. Łatwodokonać zmian i dostosować układ do swoichpotrzeb.Całość zasilana jest przez mały transformatoro napięciach wyjściowych 11V (przekaźnik)i 6V (elektronika sterująca). Całośćwykonana została na dwóch płytkach drukowanych– jedna jest zasilaczem (rysunek 2)oraz zawiera przekaźnik, a druga to logikasterująca, zawierająca również wyświetlacze(rysunek 3). Jak pokazują fotografie, sterownikjest montowany nietypowo – wyświetla-52 Elektronika dla Wszystkich

Forum CzytelnikówDetektor polaelektromagnetycznegoNazywam się Adam Buczek i jestem pracownikiemWydziału Fizyki TechnicznejPolitechniki Poznańskiej. Wraz z moimdyplomantem – panem Dobromiłem Załogą– zainteresowaliśmy się tematem detektorapola elektromagnetycznego pomocnego weksperymentach i demonstracjach fizycznych.Ponieważ analogiczne zadanie pojawiło sięw Szkole Konstruktorów, postanowiliśmywysłać do Państwa opis naszych „przygód”z projektem.Projektując detektor oparliśmy się naschemacie z artykułu „Sonda w.cz.” z EdW3/96 str. 49, przedstawiający sobą prostystopień prostownika – powielacza napięcia,który w wersji symetrycznej pokazano narysunku 1. W roli diod (D1 i D2) zastosowaliśmyukład BAV99 – jest to system dwóchpołączonych szeregowo diod Schottky’egoz trzema wyprowadzeniami, w obudowieSOT23. Diody mają stosowną szybkość(czas regeneracji 6ns) i małą pojemność złącza(rzędu 1pF), co predestynuje je równieżdo detekcji sygnałów wysokich częstotliwości.Starając się zredukować do minimumewentualne pojemności i indukcyjności złączy,wykorzystaliśmy również ceramicznekondensatory C1 i C2 (0,1μF/50V) do montażupowierzchniowego.Po wyborze elementów przyszła porana płytkę drukowaną. Stwierdziliśmy, żenie będziemy projektować osobnej płytki,ale wykorzystamy fragment uniwersalnejpłytki typu UM17 Cyfroniki. Przyszła porana montaż. Z uwagi na małe wymiary elementówposiłkowaliśmy się mikroskopemstereoskopowym Bresser.Pierwsze, jako nieco mniej wrażliwe natemperaturę, były lutowane kondensatory,następnie BAV99. Do punktu oznaczonego1 (fotografia 2, rysunek 1) przylutowaliśmyantenę wykonaną ze srebrzanki 0,5 mm.W trakcie eksperymentów okazało się, żelepszy sygnał daje układ z drugą, takąsamą anteną, ale przylutowaną do ścieżki 3(lub 4). Sonda pokazana jest na fotografii2. Pozostał jeszcze przewód pomiarowy.Z uwagi na ochronę przed zakłóceniami,zastosowaliśmy dwużyłowy przewód wekranie, dołączony do punktów 3, 4. Zjednej strony przewodu zakończyliśmy żyływtykami bananowymi, a ekran połączyliśmyz jedną z żył. Druty – srebrzankiwygięliśmy tak, aby uzyskać antenę dipolowąo osi równoległej do płytki czujnika.Oba „ramiona” anteny mają długość około8cm – fotografia 3.Pierwsze eksperymenty wykonaliśmyz telefonem komórkowym Nokia 3110c,łącząc się na bezpłatną linię *111 (w sieciOrange). Czujnik umieściliśmy pod telefonemz anteną równoległądo jego dłuższego boku.Uzyskane sygnały obserwowaliśmyna multimetrzeSanwa PC5000. Byłyone bardzo niestabilne:oscylowały w okolicach2–3V, a bargraf przyrządupokazywał szybkiezmiany pomiędzyminimum a maksimumzakresu (co pokazujedostępny w Elportalufilm „Sanwa01.MOV”).Było to spowodowane pakietowym przesyłemdanych, który można usłyszeć wpostaci charakterystycznych „bipnięć” wsprzęcie radiowym, sprzęgającym się czasamiz telefonami. Aby dokładniej obejrzećprzebiegi, podłączyliśmy czujnik do oscyloskopuMetex DG Scope 20MHz ustawionegow trybie „ROLL”. Rysunek 4 pokazujeprzebiegi przy podstawie czasu 0,5s/dz. Maksymalne wartości sygnału sięgałyokoło 7V. Oczywiście sygnały są „sklejone”przez skończony czas ładowania, a zwłaszczarozładowania kondensatorów detektora.Analogiczne przebiegi obserwowaliśmy dlatelefonu Samsung C3050.W kolejnym eksperymencie sprawdziliśmyefektywność detekcji zapomocą anten w formie cewekindukcyjnych. Prowizoryczniezbudowaliśmy układ trzechdwuzwojowych pętli obejmującychwe wszystkich kierunkachprzestrzeni pudełko z tworzywasztucznego. Do końcówek pętliprzylutowaliśmy odpowiednioanteny trzech detektorów pola,których wyjścia połączyliśmyz multimetrami – fotografia 5.Rys. 1Fot. 2Rys. 4Fotografowaliśmy uzyskane wskazania, abyodczytywać je w tym samym momencie.Pojawiły się sygnały o wartościach sięgającychmaksymalnie około jednego wolta.Natomiast nie zaobserwowaliśmy jednoznacznychróżnic wskazań spowodowanychFot. 354 Elektronika dla Wszystkich

Forum CzytelnikówStereofonicznywzmacniacz mocyRys. 1Prezentowany projekt jest kompletnymwzmacniaczem mocy, sterowanym mikroprocesorem.Całość można obejrzeć na fotografiitytułowej. Najbardziej oryginalne i interesująceobwody to bufor lampowy, który „wzbogaca”dźwięk o dodatkowe harmoniczne,nadając mu przyjemne, miękkie brzmienie, atakże niecodzienny wskaźnik wysterowania zneonówkami.Rozszerzoną wersję artykułu, projekty płyteki oprogramowanie, można ściągnąć z Elportalu[przyp. red.: Całość nie trafiła do publikacjiponieważ, jak stwierdził Autor wzmacniaczzostał rozmontowany i będzie przerobiony nanowocześniejszy. Na pełną publikację, zapewnena okładce, może liczyć ta planowana wersja,jeśli spełni zakładane warunki].Opis układuSercem urządzenia jest mikrokontrolerATmega16. Steruje on wszystkimi funkcjamiwzmacniacza, w tym dekoderem PCF8574,procesorem audio TDA8425 oraz dekoderemHT12D. Panel przedni składa się z wyświetlaczaLCD 16*4, siedmiu przycisków sterującychoraz ośmiu sygnalizacyjnych diod LED.Schemat ideowy bufora lampowego przedstawiarysunek 1. Bufor-wtórnik został zbudowanyna niskonapięciowych lampach E88CC.Jako napięcia anodowego użyłem napięcia34V, „podkradniętego” z końcówki mocy, gdyżto było najwyższe napięcie (oprócz sieciowego),jakim dysponowałem. Czytelnicy mogąwe własnym zakresie sprawdzić, jak wpłyniena jakość dźwięku np. usunięcie rezystorów R3i R8 i zastąpienie ich zworą. Rezystory R2 i R6polaryzują siatkę ujemnie w stosunku do napięciakatody. Dodatkowoprzy katodach umieściłempotencjometry P1, P2, którymimożna łatwo regulowaćnapięcie katodowei tym samym parametrybufora. Ponieważ na rezystorzeodsprzęgającym R5(a także na R1) odkładasię pewne napięcie, wprostproporcjonalne do płynącegoprądu anodowego,wykorzystałem ten rezystordo pomiarów napięciai prądu anodowego.Dzielniki R9, P3, R10oraz R11, P4, R12 wytwarzająnapięcie około 5V,które podawane jest na wejścia A/Cmikrokontrolera. Dodatkowo para Rys. 2diod Zenera zabezpiecza wejściaprzed przepięciami, a para kondensatorówprzed ewentualnymi zakłóceniami,mogącymi zafałszowaćwyniki pomiarów. Rezystory R13i R14 zostały dodane na wszelkiwypadek i pomagają wyznaczyćrezystancję wyjściową bufora. Wmodelu nie zostały zastosowane,gdyż końcówka mocy ma już rezystoryna wejściu.Pomimo żekażda bańkazawiera dwietriody, w moim wzmacniaczuzastosowałem dwieoddzielne lampy. Decyzjabyła podyktowana tym,że obie i jedyne posiadaneprzeze mnie wówczaslampy E88CC miałyzwarcie między anodą asiatką jednej triody. Cociekawe, w obu lampachbyły uszkodzone te samejednostki. Wykonałemwięc płytkę z dwiemalampami i użyłem sprawnychtriod z obu lamp.Okazało się także, że lampy E88CC niemają wyprowadzonego wspólnego odczepużarzenia, które zwykle występuje na wyprowadzeniu9, zamiast tego jest tam podłączonyekran, który zazwyczaj łączy się z masą. Powymianie lamp na sprawne pozostawiłemkoncepcję dwóch baniek, a żeby zmniejszyćstraty mocy na stabilizatorze napięcia żarzenia,połączyłem włókna obu lamp szeregowoi zasiliłem napięciem 12,6V.Zastosowanie stosunkowo niskiego napięciaanodowego nie spowodowało znacznychsłyszalnych zniekształceń, a dźwięk stał siębardziej miękki i łagodniejszy, zwłaszczaprzy słuchaniu takiej muzyki jak techno czy56 Elektronika dla Wszystkich

Forum CzytelnikówLampka nocnadla dzieckaOpisywany układ jest modyfikacją kupionejw markecie lampki nocnej, ładnej, alebardzo szybko zużywającej baterie. Użytaw oryginale żarówka została zamienionana diodę LED RGB płynnie zmieniającąkolory, jednak takie rozwiązanie okazałosię niepraktyczne. Lampka miała być źródłemnikłego światła w pokoju podczasusypiania dzieci, tymczasem zmieniającesię kolory wzbudzały niepożądane w tymmomencie zainteresowanie. Dlatego zrezygnowałemze zmiany kolorów i zdecydowałemsię na stały kolor świecenia lampki.Aby jednak choć w części wykorzystać możliwościużytej diody RGB, kolor jest inny pokażdym włączeniu lampki, przy czym ograniczyłemsię tylko do siedmiu kombinacji: R,G, B, RG, RB, GB i RGB.Jak widać na rysunku 1, układ został uproszczonydo absolutnego minimum – poszczególnediody zostały podłączone do portów mikrokontroleraATTiny25 za pośrednictwem rezystorów470Ω. Źródłem światła może być dowolnadioda LED RGB ze wspólną anodą, ewentualnietrzy oddzielne diody w kolorach R, G, B (wostateczności nawet pojedyncze diody w trzechinnych kolorach). Źródłem zasilania są czteryakumulatorki NiMH, dołączane przez oryginalnywyłącznik lampki. Mikrokontroler taktowanyjest wewnętrznym oscylatorem i zaprogramowanyzostał na innej płytce, a w układziedocelowym umieściłem go w podstawce, coumożliwia jego wyjęcie i ewentualne przeprogramowanie.Należy zwrócić tylko uwagę, żemaksymalne dopuszczalne napięcie zasilaniadla zastosowanego mikrokontrolera to 6V,Rys. 1+NiMH 4,8VATTiny25RESETPB3PB4VCCPB2PB1więc ewentualna zamianaakumulatorów na baterieAA może spowodować jegoprzekroczenie.Dostępny w Elportalu,wśród materiałów dodatkowychdo tego numeru,program dla mikrokontroleranapisany został wwersji demonstracyjnejBASCOM-a. Program zliczaprzerwania generowane przezTIMER0 i po upływie okołogodziny wprowadza mikrokontrolerw tryb Power Downpo wcześniejszym wyłączeniuwszystkich diod – w tensposób lampka nie świeci dorana i czas życia kompletuakumulatorków zdecydowaniewzrasta. Montaż całościprzeprowadziłem bez użyciapłytki drukowanej.Marian Gabrowskimariangabrowski@poczta.onet.plGNDPB03x 470RR E K L A M AElektronika dla Wszystkich59

Forum CzytelnikówMojaprzygodaz przetwornicami (1)Temat kolejnego zadania SzkołyKonstruktorów sprowokował u mnie chwilęrefleksji. Elektroniką zainteresowałem sięw roku 2000, już mój drugi układ miałstabilizator LM7805. Minęły lata, a ja wciążużywam LM7805, np. diody w rowerzesą zasilane z akumulatora 12V poprzezLM7805. Czyli ponad połowa mocy jesttracona. Gdybym umiał wykorzystaćtraconą moc, diody działałyby 2 razy dłużej.Kilka kliknięć w Internecie i następnegodnia dostaję LM2575.Kosztuje 5zł i wymaga Rys. 1cewki, ale za to jegosprawność to 77%przy konwersji 12V na5V. Model pokazanyjest na fotografii 1.Proste i łatwe, alemnie nie do końca o tochodziło - uparłem sięi postanowiłem zbudowaćwłasną przetwornicę.Celem było zaprojektowaniezasilaczadającego napięcia od 0do 20V na bazie zasilaczakomputerowegoATX. Otóż zasilaczkomputerowy dysponujetylko kilkoma napięciami(3,3V, 5V, 12V,-12V, -5V). Natomiastw warsztacie elektronikapotrzebne są napięciazarówno niższe,jak i wyższe, niż te zzasilacza. Użycie stabilizatora(np. LM317)likwiduje problem niższychnapięć, jednakjest to rozwiązaniemało ekonomiczne. Zwyższymi napięciamijuż nie będzie tak łatwo.Dlatego powstała mojaprzetwornica, która korzystając jedynie znapięcia 5V, rozszerza zakres napięć wyjściowychdo 0...20V.Fot. 1Zainteresowany tematyką przetwornic,znalazłem schematy kilku kilkutypów (buck, boost). Oprócz tego niewielemówiące nazwy, trochę skomplikowanejteorii. Na pierwszy ogień poszłaprzetwornica boost, czyli podwyższająca.Do generowania impulsów i stabilizacjinapięcia użyłem... ATMEGA8 ijego ADC. Początkowo próby nie byłyudane, z 5V uzyskałem tylko 9V, a popodłączeniu obciążenia, rezystora 100Ω,napięcie spadło do 7V.Konieczny był powrótdo książek od fizyki.Szybko się okazało,że częstotliwość taktowaniajest za mała,a wypełnienie przebieguzbyt duże, przezco rdzeń się nasyca.Wynik krótkiego kontaktuz fizyką byłwyjątkowo obiecujący:przy 9V udało misię uzyskać moc 5W,jednak był to dopieropoczątek zmagań zprzetwornicą, ponieważz zastosowanejcewki powinno się daćwyciągnąć ok. 12W. Wkońcu udało się!Opis układuSchemat urządzeniapokazany jest na rysunku1. Składa się z dwóchczęści: z przetwornicyboost, która podwyższanapięcie, rozszerzajączakres na 4,5–20V oraz zobniżającej przetwornicybuck, która może pracowaćrównież jako stabilizatorLDO w zakresie0–4,5V.60 Elektronika dla Wszystkich

Warsztatowe patentyDrobne ulepszenia warsztatoweKażdy elektronik, modelarz, majsterkowicz,zarówno hobbysta, jak i profesjonalista, posiadapewne ulepszenia i stosuje różnego rodzajutriki w swoim warsztacie/laboratorium. Częstozresztą potrzeba jest matką wynalazków.Chciałbym opisać kilka swoich modyfikacji.Pierwsza z nich dotyczy popularnej trzeciejręki. W oryginalnym stanie nie mam jej nicdo zarzucenia, poza brakiem stabilności, cowynika z wielkości podstawy, na której jestzabudowane oprzyrządowanie. Na początkujako przeciwwagi używałem lupy, tzn. płytkęmocowałem w uchwytach (krokodylkach),a lupę odginałem w przeciwnym kierunku.Sprawdzało się to do momentu, gdy musiałemużyć lupy. Poirytowany takim stanem rzeczy,postanowiłem wykonać krążek z grubej plexi(6mm), a co za tym idzie – ciężkiej. Średnicakrążka w moim przypadku to 145mm. Wykonanajest specjalnie z przezroczystego plexi,aby można było bezproblemowo np. czytaćschemat, który leży pod nią. Trzecią rękęumieściłem centrycznie na mojej tuningowanejpodstawie za pomocą dwóch śrubekM3. Wprawdzie szykowałem się do 4sztuk, ale w wersji finalnej wystarczyłosztuk 2. W stalowej podstawie trzeciejręki dość łatwo wywiercić otwory inagwintować. Jeśli ktoś nie ma możliwościnagwintowania otworów, proponujęrozwiercić je do średnicy 3,5mm iprzekładając śrubki, przykręcić je albo odspodu nakrętkami samoblokującymi ,alboestetycznymi kołpakowymi od wierzchu.Dodatkowo dla polepszenia stabilności,a tym samym wygody pracy, proponujęprzykręcić gumowe nóżki do formatki zplexi. Można zrobić to w identyczny sposóbjak wcześniej, przykręcając trzeciąrękę do plexi. Dzięki temu zabiegowinasz modyfikowany sprzęt warsztatowynie będzie się przemieszczał po całymblacie roboczym naszego warsztatu/laboratorium. Modyfikacje sprawiły,że teraz mogę używać lupy dopowiększania, a nie w roli elementustabilizującego trzecią rękę.Druga modyfikacja, nawiązującądo pierwszej, to ulepszeniepodstawki pod lutowie, czyli podszpulki z cyną. Fabrycznie podstawkanie zawierała miejsca na gąbkędo czyszczenia grotu lutownicy. Japostanowiłem to uskutecznić na tyle,by oba te elementy wyposażeniabyły obecne w jednym module. Dziświem, że mogłem do tego zestawudołożyć jeszcze podstawkę podlutownicę. Ale mając podstawkę podlutownicę w stacji lutowniczej,nie pomyślałem o takiej dodatkowejmodyfikacji. Wracającdo tego, co jest, a nie do tego,co by mogło być, nie zaskoczępewnie informacją, że i tuzastosowałem plexi. Lecz tudla kontrastu z gąbką i końcówkącyny postanowiłem, żeformatka będzie koloru czarnego.Gdyby była przezroczysta,to na moim jasnym blacie bymjej nie zauważał i musiałbymjej szukać, zaczynając od szpulki. A poza tymw moim przypadku cyna stoi jakieś 30–40cmod miejsca, w którym najczęściej lutuję, więcchwilę by to zajmowało. Gdybym nie mógłspuścić z oka obszaru lutowanego, robiłbymto po omacku na wyczucie. A tak jeden rzutokiem i znajduję bez trudu koniec. Po prawejstronie od szpulek przykręcona jest gąbka,którą trzeba nawilżyć przed pracą, aby potemmożna ją spokojnie wykorzystać. Wykonałemto za pomocą nierdzewnej śrubki. Można takiekupić w marketach budowlanych na sztuki.Dobrą alternatywą jest szpikulec z pręta nierdzewnegonp. z elektrody spawalniczej, alewtedy musimy jeden koniec nagwintować, bymóc go przymocować do podstawki.Jakub Sobańskimavin@op.plElektronika dla Wszystkich63

ProjektowanieProjektowanie pod EAGLECzęść 1 – unikaj błędówCele artykułu to:- przypomnieć podstawowe zasady projektowaniapłytek drukowanych,- ostrzec przed powszechnie popełnianymibłędami i usterkami,- zachęcić do wykonywania dokumentacjido EdW w „standardowy” sposób.Przed laty wśród Czytelników EdW najpopularniejszym,wręcz standardowym programemdo projektowania płytek był Autotrax. Późniejpopularność zyskał obszerny pakiet projektowyProtel, zwłaszcza w wersji Protel 99+SP6, chętniewykorzystywanej do dziś. Jednak zmiany irozbudowa, a także polityka cenowo-licencyjnaproducenta spowodowały, że dziś początkującyrzadko sięgają po jego współczesną wersję, czylipo Altium Designer. Stosunkowo niedawnopojawił się i jest udoskonalany w pełni legalny idarmowy KiCad (licencja open source). Jednakostatnio dość popularny wśród CzytelnikówEdW stał się pakiet projektowy EAGLE (EasilyApplicable Graphical Layout Editor z firmyCadsoft), którego wersję Light można legalniewykorzystywać do niekomercyjnego projektowanianiewielkich płytek. Zaletą EAGLE sąm.in. biblioteki z bardzo ładnymi rysunkamiobudów. Dokumentacja projektów napływającychdo Redakcji często wykonana jest właśniepod EAGLE. Celem artykułu nie jest nauczenieobsługi EAGLE, tylko zwrócenie uwagi nakilka istotnych szczegółów. Zanim przejdziemydo wskazówek charakterystycznych tylko dlatego programu, przypomnijmy o najczęściejpopełnianych błędach, nie tylko w EAGLE.Typowe usterki naschematachWszystkie programy projektowe wręczzachęcają do rysowania rozwlekłych schematów,oferując standardowo arkusz A4(297 x 210mm). Natomiast przy publikacjiprojektu w EdW ilość miejsca jest ograniczona.Próba zmieszczenia rozwlekłegoschematu na małym obszarze spowoduje,że elementy i napisy staną się małe, a nawetnieczytelne. Problem będzie zdecydowaniemniejszy, jeżeli schemat będzie narysowanyzwięźle. Prosty przykład masz na rysunku1, gdzie na tej samej powierzchni zaprezentowanesą dwie wersje tego samegoschematu. Niestety, dość często zdarza się,że musimy przerysowywać rozwlekłe schematyw redakcji „od zera”, żeby uczynićje bardziej zwartymi i czytelniejszymi. Aprzy takim przerysowywaniu nietrudno opomyłki i błędy...Rys. 1Rys. 2Dlatego apelujemy:rysujciezwarte, „gęste”schematy z jaknajkrótszymipołączeniami.Czasem przeszkodąjest standardowyskok kursoraprzy poleceniuMove, wynoszący0,1 cala (2,54mm).Warto wiedzieć, żenaciśnięcie klawisza Alt chwilowo zmienia skokz 0,1 na 0,01 cala. Jednak to może być niewygodne,dlatego w niektórych wypadkach wartozmienić podstawowy skok kursowa na 0,05cala, wybierając z menu View – Grid – patrzrysunek 2. Korzyści z takiego przestawieniapodstawowego skokuna 0,05 cala pokazujerysunek 3. Jednak wwielu wypadkach jeszczelepsze będzie skorzystaniez szyn zbiorczych(Bus) i etykiet(Labels) – przykład narysunku 4.Rys. 3Rys. 4Wielu początkujących pozostawia nazwy(Name) i wartości (Value) elementów w miejscach,gdzie „wskoczyły” przy pobieraniu ichz biblioteki, bo wydaje im się, że ich położeniejest nierozłącznie związane z danym elementem.Nie wiedzą, że te napisy można bez64 Elektronika dla Wszystkich