9/2003 wrzesień 15 zł 50 gr (w tym 7% VAT)

Transkrypt

1 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA Miêdzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów NA CD KATALOGI FIRM: ADVANTECH, MOXA TECHNOLOGIES, INFINEON 9/2003 wrzesień 15 zł 50 gr (w tym 7% VAT) 9/2003 wrzesieñ

2 A U T O M A T Y K A Sterowniki programowalne SIMATIC S7-200, część 1 Firma Siemens jest znana na polskim rynku profesjonalnym g³ûwnie jako dostawca rozwi¹zaò dla automatyki, w tym sterownikûw programowalnych z rodzin SIMATIC. W miarí rozwoju technologii elektronicznych udoskonalano rûwnieø rozwi¹zania stosowane w sterownikach, co zaowocowa³o szeregiem interesuj¹cych moøliwoúci implementowanych w sterownikach. Najpopularniejsza obecnie rodzina sterownikûw - SIMATIC S7 - sk³ada sií z trzech grup urz¹dzeò: SIMATIC S7-200, SIMATIC S7-300 i SIMATIC S W kaødej z wymienionych grup znajduj¹ sií jednostki centralne, rûøni¹ce sií miídzy sob¹ wydajnoúci¹, moøliwoúciami adresowania, oraz moøliwoúciami komunikacyjnymi. Rodzina S7-400 jest przeznaczona do automatyzacji duøych obiektûw (na przyk³ad w przemyúle chemicznym, naftowym, w automatyzacji lotnisk, duøych oczyszczalni úciekûw, w przemyúle samochodowym). Rodzina S7-300 jest stosowana przede wszystkim w automatyzacji kompletnych linii produkcyjnych we wszystkich dzia³ach przemys³u. Rodzina S7-200 przewidziana jest do automatyzacji ma- szyn i urz¹dzeò oraz tworzenia zdecentralizowanych struktur sterowania dla ma³ych obiektûw typu przepompownie, oczyszczalnie úciekûw (automatyzacja poszczegûlnych procesûw i zdecentralizowane sterowanie i komunikacja z systemami nadrzídnymi). Sterowniki S7-200 moøna zastosowaê rûwnieø do automatyzacji w systemach inteligentnego budynku lub automatyzacji sterowania i kontroli dla budynkûw jednoi wielorodzinnych. DziÍki bardzo atrakcyjnemu stosunkowi moøliwoúci do ceny sterownik S7-200 sta³ sií dostípny praktycznie dla kaødego automatyka, elektryka i elektronika. Moøliwoúci komunikacyjne S7-200 SieÊ PPI Wszystkie sterowniki S7-200 (na fot. 1 pokazano jednostkí centraln¹ CPU222) wyposaøono w port komunikacyjny RS485. Do transmisji danych wykorzystano ìwbudowanyî protokû³ PPI, zapewniaj¹cy komunikacjí pomiídzy sterownikami i panelami operatorskimi OP w sieci PPI. Panele operatorskie s¹ masterami sieci, sterowniki mog¹ byê konfigurowane jako master lub slave. W zwi¹zku z tym, w sieci PPI s¹ moøliwe struktury wielomasterowe, w przeciwieòstwie do innych rodzajûw sieci. Medium transmisyjnym jest skrítka dwuøy³owa z ekranem o odpowiednio dobieranych - w zaleønoúci od zastosowania - parametrach mechanicznych i falowych. PrÍdkoúÊ przesy³u danych wynosi 9,6/19,2/187,5 kb/s. Maksymalnie w sieci PPI moøe pracowaê do 128 uczestnikûw, przy czym nie wiícej niø 31 w kaødym segmencie. Segmenty oddzielone s¹ miídzy sob¹ wzmacniaczami (repeater). Maksymalnie moøna uøyê do 9 wzmacniaczy. Maksymalna odleg³oúê pomiídzy skrajnymi sterownikami w sieci w jednym segmencie wynosi 1200 m, przy prídkoúci 9,6 kb/s. Waønym parametrem w komunikacji w sieci PPI jest czas wymiany danych miedzy uczestnikami sieci. Aby zapewniê optymalne czasy przesy³ania danych pomiídzy sterownikami a panelami operatorskimi OP, okreúlona zosta³a maksymalna liczba paneli operatorskich OP moøliwych do pod³¹czenia do jednego sterownika S7-200 oraz liczba sterownikûw, ktûre mog¹ komunikowaê sií z tym samym panelem (tab. 1). SieÊ PPI jest stosowana wszídzie tam, gdzie jest konieczne przekazywanie danych pomiídzy sterownikami S7-200 a wybranymi panelami OP oraz innymi sterownikami S Jest to najtaòsza sieê Fot. 1. Jednostka centralna CPU

3 A U T O M A T Y K A Fot. 2. Wygląd modułu EM277 przemys³owa, oferuj¹ca przekazywanie niewielkich iloúci danych (16 bajtûw w jednej paczce) na znaczne odleg³oúci. SieÊ MPI Port komunikacyjny RS485 wbudowany w S7-200 moøe byê wykorzystany do pracy w trybie MPI slave (Multi Point Interface). PrÍdkoúÊ wymiany danych w tym trybie z innymi uczestnikami sieci wynosi 19,2/187,5 kb/s. W trybie MPI slave S7-200 moøe komunikowaê sií ze sterownikami S7-300 oraz S Masterem sieci MPI jest sterownik S7-300 lub -400, ktûry moøe zapisywaê i odczytywaê dane z S Sterowniki S7-200 nie mog¹ w tym trybie pracy komunikowaê sií ze sob¹ bezpoúrednio, tylko poúrednio poprzez S7-300 lub Sterowniki S7-200 moøna pod³¹czyê do sieci MPI rûwnieø poprzez modu³ EM277 (fot. 2), ktûry posiada moøliwoúê komunikacji jako MPI slave. Do jednego modu³u EM277 moøna pod³¹czyê do 6 urz¹dzeò, przy czym 1 po³¹czenie jest zarezerwowane dla programatora PG, drugie zarezerwowano dla panela operatorskiego OP (fot. 3). Pozosta³e cztery po³¹czenia s¹ przeznaczone dla dowolnych urz¹dzeò komunikuj¹cych sií w protokole MPI i mog¹ to byê np. sterowniki swobodnie programowalne S7-300 lub -400 lub panele OP. Do jednego sterownika S7-200 moøna pod- ³¹czyÊ jeden lub dwa modu³y EM277. SieÊ Profibus DP Za pomoc¹ dodatkowego modu- ³u rozszerzenia EM277, sterownik S7-200 moøe pracowaê rûwnieø w sieci Profibus DP jako slave. Masterem sieci Profibus DP moøe byê sterownik S7-300 lub Maksymalna liczba uczestnikûw sieci Profibus DP, w zaleønoúci od uøytego CPU lub procesora komunikacyjnego (CP fot. 4), wynosi od 64 do 122. Uczestnikiem sieci jest naturalnie rûwnieø sterownik S7-200, a konkretnie modu³ EM277. PrÍdkoúci wymiany danych w sieci Profibus DP mog¹ byê zmieniane w szerokich granicach i wynosz¹ od 9,6 kb/s do 12 Mb/s. W zaleønoúci od zastosowanej prídkoúci rûøni¹ sií rûwnieø d³ugoúci dla segmentûw w sieci i wynosz¹ dla 9,6 kb/s m i 12 Mb/s m. Panele OP w sieci Profibus DP komunikuj¹ sií ze sterownikami za pomoc¹ standardowych funkcji S7, ktûre wprowadzaj¹ ograniczenia na liczbí aktywnych po³¹czeò, w zwi¹zku z tym naleøy liczbí projektowanych paneli OP dostosowaê do liczby dostípnych aktywnych po³¹czeò S7. Jest one uzaleøniona od zastosowanego sterownika S7-300 lub Dla nowych sterownikûw S7-300/ i -400 liczba aktywnych po³¹czeò wynosi 15, w przypadku starszych - 4. Sterowniki S7-200 wraz z EM277 w sieci Profibus s¹ wykorzystywane najczíúciej do lokalnego zbierania danych z obiektu, przetwarzania tych danych oraz przekazywania do jednostek nadrzídnych S Wykorzystywane s¹ rûwnieø wtedy, gdy istnieje potrzeba wykonywania lokalnych sterowaò z dodatkow¹ funkcja komunikacji ze sterownikiem nadrzídnym np. z wizualizacj¹ procesu przemys³owego. Fot. 3. Wygląd panela operators kiego OP7 SieÊ AS-Interface DziÍki modu³owi rozszerzeò CP243-2 (fot. 5) sterownik S7-200 moøe pracowaê w sieci AS-Interface jako master sieci. SieÊ AS-Interface jest sieci¹ znormalizowan¹. Wielu producentûw wytwarza uk³ady, urz¹dzenia i elementy pracuj¹ce jako slave sieci AS-Interface. Siemens posiada rûwnieø bogat¹ ofertí urz¹dzeò slave AS-Interface, s¹ to modu³y wejúê-wyjúê dwustanowych, analogowych, pneumatycznych, motostartery, lampy sygnalizacyjne, modu³y LOGO! ASi i inne. Maksymalna liczba uczestnikûw w sieci, jak¹ jest w stanie zaadresowaê CP243-2 wynosi 62. Do jednego sterownika S7-200 moøna do³¹czyê dwa modu³y CP Maksymalna odleg³oúê pomiídzy masterem a ostatnim uczestnikiem sieci, bez zastosowania wzmacniaczy, wynosi 100 m. Przy zastosowaniu dwûch Tab. 1. Zestawienie liczby paneli operatorskich możliwych do podłączenia do jednego sterownika oraz liczby sterowników mogących współpracować z jednym panelem Mo liwoœci pod³¹czeñ S7-200 Jeden OP3 z PPI z kilkoma S7-200 Mo liwe jest pod³¹czenie 2 - S7-200 do jednego OP3 Kilka OP3 z PPI do jednego S7-200 Mo liwe jest pod³¹czenie 3 - OP3 do jednego S7-200 Jeden OP7 lub OP17 z PPI do kilku S7-200 Mo liwe jest pod³¹czenie 4 - S7-200 do jednego OP7/OP17 Kilka OP17 z PPI do jednego S7-200 Mo liwe jest pod³¹czenie 3 - OP17 do jednego S7-200 Jeden TD200 do jednego S7-200 Jest to typowe po³¹czenie TD200 z S7-200 Jeden S7-200 z kilkoma TD200 Mo liwe jest pod³¹czenie 4 - TD200 do jednego S7-200 Fot. 4. Procesor komunikacyjny CP342 5 umożliwia pracę sterownika w sieci Profibus DP z maksymalnie innymi urządzeniami 127

4 A U T O M A T Y K A A U T O M A T Y K A Fot. 5. Moduł rozszerzeń CP243 2 umożliwia m.in. współpracę jednostki centralnej z siecią AS i wzmacniaczy maksymalna odleg³oúê pomiídzy urz¹dzeniami wynosi 300 m. Czas odczytu i zapisu danych przez mastera CP243-2 dla 62 uczestnikûw sieci wynosi 10 ms. Kaødy z dwustanowych modu³ûw slave posiada 4 wejúcia i 4 wyjúcia binarne. Bior¹c pod uwagí, øe maksymalna liczba uczestnikûw sieci wynosi 124 (przy zastosowaniu dwûch modu³ûw CP243-2 wspû³pracuj¹cych z jednym CPU), maksymalna liczba adresowanych linii w sieci AS-Interface wynosi 496 wejúê i 496 wyjúê binarnych. Obecnie w sieci ASi dostípne s¹ rûwnieø modu³y analogowych wejúê/wyjúê. Jednoczeúnie moøna wykorzystaê do 31 modu³ûw analogowych 4-kana³owych. SieÊ ASi jest idealna dla producentûw maszyn. W oparciu o ni¹ moøna tworzyê nawet bardzo skomplikowane struktury sterowania, gdzie odleg³oúci pomiídzy elementami sterowanymi (silniki, klapy, zawory, czujniki) s¹ doúê znaczne dochodz¹ce nawet do 300 m. Po³¹czenie typu Free Port Zintegrowany z CPU port komunikacyjny RS485 moøe byê rûwnieø skonfigurowany do pracy w trybie swobodnym portu FreePort, tzn. komunikacja i wymiana danych z partnerem moøe dobywaê sií w kodach AS- CII za pomoc¹ protoko³u Modbus. Maksymalna prídkoúê przesy³ania danych wynosi 38,4 kb/s, przy czym dostípne s¹ rûwnieø inne prídkoúci 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19,200 kb/s. Przy zastosowaniu kabla PC/PPI istnieje moøliwoúê konwersji standardu RS485 na RS232 i dziíki temu - w trybie swobodnym portu - moøna komu- Fot. 6. Wygląd falownika Micromaster 420 nikowaê sií ze wszystkimi standardowymi urz¹dzeniami jak np.: drukarki, modemy analogowe i GSM M20 Terminal, liczniki energii elektrycznej (Modbus master lub slave), sterowanie do 31 napídûw Micromaster, Masterdrive (protokû³ USS), mierniki wagowe i czytniki kodûw paskowych. Poniewaø w trybie swobodnym portu nie ma ograniczeò co do protoko³u transmisji, uøytkownik moøe samodzielnie tworzyê w³asne protoko³y transmisji. Tryb swobodny portu wykorzystywany jest rûwnieø do bezpoúredniej komunikacji i sterowania przekszta³tnikiem Micromaster (na fot. 6 pokazano modu³ Micromaster 411). Sterownik ma wbudowan¹ obs³ugí szeregowego protoko³u USS, za pomoc¹ ktûrego w sposûb ci¹g³y moøemy zadawaê i obserwowaê parametry napídu. Tak wiíc moøemy zadawaê czístotliwoúê pracy przekszta³tnika oraz odczytywaê parametry aktualne i zadawaê parametry do napídu, takie jak: czasy hamowania i narastania prídkoúci napídu, pr¹d silnika itp. Aby korzystanie z protoko³u USS maksymalnie uproúciê, Siemens przygotowa³ gotowe biblioteki funkcji do bezpoúredniego sterowania przekszta³tnikûw. Biblioteki te instaluje sií jako dodatkowe w programie s³uø¹cym do programowania sterownika S7-200, czyli Step7 MicroWin. Z jednego sterownika S7-200 moøna sterowaê do 31 przekszta³tnikûw czístotliwoúci. Micha³ Bereza, Siemens 128

5 A U T O M A T Y K A Nowa generacja systemu sterowania W branøy automatyki przemys³owej panuje ogromna konkurencja. åwiatowi liderzy przeúcigaj¹ sií w konstruowaniu i wprowadzaniu do sprzedaøy coraz nowszych produktûw. Øeby zaistnieê i przetrwaê na rynku, trzeba oferowaê klientowi coú wiícej niø konkurencja. Czym prûbuje przekonaê do swoich produktûw Advantech i jego ADAM-8000? Niska cena to za ma³o. Obecnie klienci oczekuj¹ przede wszystkim produktu wysokiej jakoúci, o dob- rych parametrach technicznych i duøej niezawodnoúci. Liczy sií rûwnieø support techniczny oraz serwis oferowany klientom. System ADAM-8000 to uniwersalny, modu³owy sterownik przemys³owy, oferuj¹cy duøe moøliwoúci w rûønorodnych aplikacjach w scentralizowanych i rozproszonych systemach sterowania. W systemie jest dostípnych dziewiíê jednostek centralnych, niektûre z nich wyposaøono w wewnítrzne interfej- Firma Advantech wprowadzi³a do swojej oferty now¹ rodziní modu³ûw ADAM - urz¹dzenia z serii ADAM Jest to zestaw modu³owego sterownika programowalnego, czyli - zgodnie z oficjalnymi informacjami - odpowiedü koncernu na coraz wyøsze wymagania stawiane przez klientûw na ca³ym úwiecie odnoúnie systemûw sterowania i automatyki przemys³owej. Fot. 1 Fot. 2 sy sieciowe, np.: ProfibusDP (fot. 1), Ethernet (fot. 2). DostÍpna jest takøe jednostka centralna w postaci karty do PC z interfejsem PCI. Zbudowany na bazie PC system sterowania jest okreúlany mianem DCS (Distributed Control System). Oferowane s¹ oczywiúcie modu- ³y dodatkowych interfejsûw sieciowych, dziíki ktûrym sterownik moøe wspû³pracowaê ze sterownikami i urz¹dzeniami innych producentûw (m.in. z sieciami Fieldbus, Profibus DP - takøe z interfejsem optycznym - fot. 3, CANOpen, DeviceNet, czy Modbus). Takøe gama interfejsûw I/ 122

6 A U T O M A T Y K A O jest szeroka - s¹ dostípne zespo- ³y cyfrowych i analogowych wejúê i wyjúê (takøe przekaünikowych - fot. 4) oraz interfejsy z programowanymi licznikami (fot. 5). Istotnym atutem sterownika ADAM-8000 jest oprogramowanie narzídziowe sterownika: niezwykle prosty w obs³udze system WinPLC7, a takøe moøliwoúê programowania ADAM-a 8000 za pomoc¹ pakietu Simatic STEP 7. Bior¹c pod uwagí duø¹ popularnoúê w Polsce sterownikûw firmy Siemens - liczba osûb znaj¹cych i programuj¹cych w tym úrodowisku jest doúê duøa. Najbardziej popularne zastosowanie urz¹dzeò z rodziny ADAM to typowy sterownik PLC. Uøytkownik samodzielnie dobiera do wymagaò aplikacji jednostkí Fot. 3 Podstawowe cechy systemu ADAM 8000: Du a liczba dostêpnych interfejsów sieciowych - umo liwia ³atw¹ integracjê z istniej¹cymi systemami sterowania. U ytkownik ma do dyspozycji interfejsy najbardziej popularnych w przemyœle sieci: Profibus, CANopen, DeviceNet, Ethernet (Modbus/TCP). Budowa modu³owa - u ytkownik ma mo liwoœæ dobrania konfiguracji sterownika indywidualnie do swoich potrzeb. Na dzieñ dzisiejszy mo e on korzystaæ z ponad 20 modu³ów I/O o liczbie kana³ów od 4 do 32. Szyna monta owa (backplane) jest dostêpna w rozmiarach: 1, 2, 4 i 8 slotów - pozwala na prost¹ rozbudowê systemu i szybk¹ instalacjê modu³ów. Na uwagê zas³uguje równie mo liwoœæ montowania modu³ów na standardowej szynie DIN 35 mm. Rodzina szybkich jednostek centralnych - w ofercie znajduje siê 9 modeli CPU z interfejsem MPI (dodatkowo do wyboru z portem Profibus-DP Master lub Ethernet). Cech¹ wyró niaj¹c¹ jednostek centralnych jest krótki czas wykonywania instrukcji bitowej - wynosi on 0,18 µs. Pamiêæ robocza w zale noœci od modelu ma pojemnoœæ od 32 do 128 kb. Automatyka w oparciu o technologie IT - eautomation wprowadza nowoczesne rozwi¹zania do œwiata automatyki. Poprzez wspó³pracê z Advantech WebLink (serwery WWW) oraz Advantech Studio (oprogramowanie pozwalaj¹ce na sterowanie i wizualizacjê przez Internet), ADAM-8000 tworzy rozproszony sieciowy system sterowania, podstawowy element ca³ej architektury eautomation. centraln¹, zasilacz i niezbídne modu³y I/O. Kaøda jednostka centralna moøe obs³ugiwaê do 1024 linii I/O. W ramach systemu ADAM moøna tworzyê sieci Profibus DP Master, ktûre mog¹ nadzorowaê Fot. 4 Fot. 5 dodatkowe, rozproszone linie I/O (Slave). Podsumowanie ADAM-8000 kierowany jest przede wszystkim do obecnych uøytkownikûw sterownikûw firmy Siemens. Bior¹c pod uwagí moøliwoúê programowania przy uøyciu tego samego úrodowiska (STEP 7), system wykonany na bazie modu³ûw ADAM-8000 pozwala obniøyê koszty zakupu sprzítu o oko³o 30%. Przy ci¹g³ych redukcjach kosztûw zastosowanie sterownika spe³niaj¹cego te same wymagania, ale po duøo niøszej cenie, jest jedn¹ z najwaøniejszych korzyúci dla klientûw. Hubert Smolarczyk Elmark Automatyka hs@elmark.com.pl 124

7 A U T O M A T Y K A Regulatory procesowe firmy Omron W artykule skupimy sií na prezentacji nieco bardziej rozbudowanych funkcjonalnie urz¹dzeò, zwanych czísto regulatorami procesowymi. Zrezygnujemy natomiast z prezentacji prostych regulatorûw temperatury, ktûre opisywaliúmy juø na ³amach Elektroniki Praktycznej. W ofercie firmy Omron znajduje sií kilka rodzin regulatorûw temperatury, rûøni¹cych sií miídzy sob¹ moøliwoúciami (i w zwi¹zku z tym docelowymi aplikacjami), a takøe - co czasami ma duøe znaczenie praktyczne - obudowami. Zgodnie z ustalonymi w przemyúle standardami regulatory produkowane przez firmí Omron s¹ oferowane w obudowach o standardowych wymiarach, zgodnych z normami DIN. Urz¹dzenia z rodzin E5CK/EK/AK i E5ER/AR s¹ przystosowane do montaøu w p³ytach czo³owych, natomiast urz¹dzenia z rodziny E5ZN s¹ przystosowane do montaøu na typowej, 13-milimetrowej szynie DIN. Producent zadba³ o zapewnienie duøej uniwersalnoúci swoich regulatorûw, dziíki czemu ich obwody wejúciowe s¹ przystosowane do wspû³pracy z wieloma rodzajami czujnikûw temperatury. I tak, moøna stosowaê czujniki platynowe Pt100 i JPt100, czujniki termoparowe typûw: J, K, L, E, T, U, N, R, S i B, a takøe (w niektûrych wersjach) PLII. MoøliwoúÊ wybrania typu czujnika pozwala pokryê szeroki zakres temperatur (od -200 aø do o C). Alternatyw¹ dla standardowych czujnikûw temperatury, zw³aszcza w przypadku duøej odleg³oúci pomiídzy czujnikiem i regulatorem, mog¹ byê modu³y z konwerterami t/u lub t/i. WiÍkszoúÊ modeli regulatorûw prezentowanych w artykule ma wbudowany przetwornik A/C z wejúciami pr¹dowymi i napiíciowymi, w zwi¹zku z czym bez problemu wspû³pracuj¹ z takimi konwerterami. W niektûrych aplikacjach przydatna moøe sií okazaê takøe moøliwoúê wspû³pra- Jednym z najpopularniejszych zastosowaò systemûw automatyki jest regulacja temperatury. Rosn¹ce wymagania stawiane systemom regulacyjnym wymuszaj¹ na producentach stosowanie w produkowanych urz¹dzeniach coraz bardziej zaawansowanych rozwi¹zaò, ktûre juø dawno wykraczaj¹ poza proste w³¹czanie i wy³¹czanie urz¹dzeò wykonawczych. cy regulatorûw z bezstykowymi, podczerwonymi czujnikami temperatury (np. ES1A) - ta opcja jest dostípna tylko w niektûrych modelach regulatorûw. Takøe obwody wyjúciowe regulatorûw moøna ³atwo dobraê do wymagaò aplikacji. 119

8 A U T O M A T Y K A W zaleønoúci od potrzeb moøna zastosowaê regulatory z wyjúciami przekaünikowymi, z wyjúciem SSR (przekaünik pû³przewodnikowy), wyjúciami tranzystorowymi, a takøe wyjúciami liniowymi (pr¹dowymi i napiíciowymi). Regulatory wyposaøono takøe w system kontroli poprawnoúci pracy urz¹dzenia wykonawczego (np. grza³ki) - HBA (Heater Burnout). Za pomoc¹ specjalnego transformatora jest monitorowane natíøenie pr¹du p³yn¹cego w obwodzie zasilania grza³ki i w przypadku jego zbyt duøej lub zbyt ma³ej wartoúci regulator sygnalizuje zaistnia³¹ nieprawid- ³owoúÊ. Tryby pracy wyjúê moøna programowaê, dziíki czemu zarûwno prûg ich zadzia³ania, jak i sposûb pracy (grzanie/ch³odzenie) uøytkownik ustala samodzielnie. Ogromne znaczenie producent po³oøy³ na unowoczeúnianie i automatyzacjí konfiguracji procesu regulacji. Spowodowa³o to wprowadzenie do sprzedaøy regulatorûw wyposaøonych w procesor logiki rozmytej (Fuzzy Logic), a takøe precyzyjne i bardzo odporne na zak³ûcenia, podwûjne regulatory PID. Wszystkie modele maj¹ takøe funkcjí samouczenia, dziíki ktûrej parametry PID mog¹ byê automatycznie dobierane przez regulator. W zaleønoúci od wersji, urz¹dzenia s¹ wyposaøone w rûøne panele uøytkownika. Zastosowano w nich jedno- lub dwukolorowe wyúwietlacze LED oraz klawiatury, za pomoc¹ ktûrych uøytkownicy mog¹ sterowaê prac¹ regulatorûw oraz programowaê je. DziÍki bogatym moøliwoúciom konfiguracyjnym, uøytkownik moøna m.in. skalowaê wyúwietlane wyniki pomiarûw, a takøe rícznie ustawiaê parametry pracy regulatora (np. parametry regulacji PID). Parametry te moøna zadawaê takøe zdalnie, za pomoc¹ interfejsu szeregowego (RS232 i/lub 485). Zdaln¹ konfiguracjí u³atwia oprogramowa- Przyk³adowe zastosowania regulatorów procesowych firmy Omron: Sterowanie pracą pieca lutowniczego do lutowania rozpływowego. Kontrola pracy zgrzewarki do opakowań foliowych. Nadzór pracy wtryskarki tworzyw sztucznych. Automatyzacja pieców piekarni czych. nie SysConfig, ktûre producent udostípnia bezp³atnie ( oeiweb.omron.com/techsupportdownloads2.shtm). Z tego krûtkiego przegl¹du wynika - mam nadziejí - jeden wniosek: moøliwoúci wspû³czesnych regulatorûw temperatury s¹ tak duøe, øe nazywanie ich ìregulatorami procesûwî jest jak najbardziej na miejscu i dobrze oddaje ogrom moøliwoúci oferowanych przez te urz¹dzenia uøytkownikom. RozwÛj technologii powoduje jednoczeúnie, øe wydatne zwiíkszenie moøliwoúci urz¹dzeò nie znajduje podobnego odbicia w cenie, co z pewnoúci¹ cieszy uøytkownikûw. Andrzej Gawryluk, AVT Dodatkowe informacje Artyku³ powsta³ na podstawie materia³ów udostêpnionych przez firmê Omron, tel. (22) , 120

9 B I B L I O T E K A E P W Bibliotece EP prezentujemy książki dotyczące zagadnień związanych z różnymi dziedzinami techniki, jednak zawsze przydatne w pracy elektronika lub pomocne w uprawianiu elektronicznego hobby. Nasza opinia jest oczywiście subiektywna, ale wynika z wieloletniego doświadczenia zawodowego i chyba jest zgodna z oczekiwaniami tych, którzy chcą z książek korzystać, a nie przyozdabiać nimi półki. Aby nie marnować miejsca w EP, nie będziemy publikować recenzji książek ocenianych na jedną lub dwie lutownice. Przyjęliśmy szeroką skalę ocen, aby ułatwić Czytelnikom orientację w potencjalnej przydatności książki. Uwaga! Większość prezentowanych książek można zamówić w Dziale Handlowym AVT (patrz str. 117). Chcemy w ten sposób udostępnić je Czytelnikom EP. Jarosław Doliński, Mikrokontrolery AVR w praktyce, BTC 2003 Mikrokontrolery AVR s¹ niew¹tpliwie rynkowym hitem firmy Atmel i to nie tylko w naszym kraju. W zwi¹zku z tym, z ca³¹ pewnoúci¹ prezentowana przez nas ksi¹øka bídzie cieszy³a sií duø¹ popularnoúci¹ wúrûd CzytelnikÛw zw³aszcza, øe jest to pierwsze na naszym rynku wydawniczym powaøne opracowanie poúwiícone tym mikrokontrolerom. Ksi¹øka sk³ada sií z dwûch zasadniczych (na ktûre sk³adaj¹ sií trzy czíúci ksi¹øki) czíúci, z ktûrych uciesz¹ sií zarûwno pocz¹tkuj¹cy, ktûrzy chc¹ dok³adnie poznaê rdzeò AVR (i oczywiúcie jego dzia³anie) jak i Ci, ktûrych szczegûlnie interesuj¹ aspekty praktyczne, czyli po prostu AVR-y w dzia- ³aniu. Istotne dla CzytelnikÛw ksi¹øki jest to, øe autor - pomimo tego, øe w czíúci ìteoretycznejî korzysta³ z oryginalnej dokumentacji Atmela - unikn¹³ powielania (przynajmniej niektûrych) zawartych w niej b³ídûw. Cenn¹ cech¹ ksi¹øki jest takøe to, øe czíúê przyk³adûw ilustruj¹cych m.in. dzia³anie rozkazûw asemblera zosta³a opracowana w taki sposûb, øe wyraünie na nich widaê dzia³anie omawianych poleceò. W czíúci ìteoretycznejî opisano zarûwno listí rozkazûw, jak i - bardzo szczegû³owo - budowí i zasady funkcjonowania najwaøniejszych blokûw peryferyjnych (uk³adu przerwaò, budowí i sposoby adresowania pamiíci, timerûw, watchodga, rejestrûw itp.) mikrokontrolera AT90S2313. Specjalnie na cele ksi¹øki autor opracowa³ zestaw ewaluacyjny z mikrokontrolerem AT90S2313, na bazie ktûrego opracowa³ 11 projektûw (w tym ca³kiem interesuj¹c¹ grí). Na ich przyk³adzie autor przedstawia szereg zagadnieò zwi¹zanych z programowaniem mikrokontrolerûw AVR, w tym m.in.: obs³ugí wyúwietlacza LCD, klawiatury, interfejsûw: 1-Wire, I2C, RS232 i USB (prawdziwe USB 2.0!), a takøe realizacjí sterowania PWM i przetwornika A/C na bazie komparatora analogowego wbudowanego w mikrokontroler. To oczywiúcie nie wszystkie przedstawione w ksi¹øce przyk³ady. Warto tu zwrûciê uwagí na to, øe autor udostípni³ kody ürûd³owe wszystkich programûw, ktûre zosta³y napisane w AVR-GCC (czyli jízyku C). Z jednej strony jest to doúê powaøne wyzwanie dla konstruktorûw mniej obeznanych z jezykami wysokiego poziomu, z drugiej strony kompilator jest dostípny bezp³atnie i nauka C - choêby ìprzymusowaî - z pewnoúci¹ nie zaszkodzi øadnemu elektronikowi. RozpoczÍcie pracy z kompilatorem AVR-GCC u³atwia przystípnie opisany sposûb instalacji tego narzídzia i jego integracji z AVR Studio. Moim zdaniem ksi¹øka jest prawdziwym kompendium wiedzy - nie tylko dla pocz¹tkuj¹cych - na temat budowy mikrokontrolerûw AVR. Naleøy j¹ tak traktowaê, pomimo skupienia sií autora na bardzo szczegû³owym omûwieniu jednego z najprostszych mikrokokontrolerûw z tej rodziny, ale taki wybûr uwaøam za trafny: AT90S2313 jest doúê tani, jego rdzeò jest praktycznie identyczny z nieco ìwiíkszymiî mikrokontrolerami z tej rodziny, a moøliwoúci w zupe³noúci wystarczaj¹ce do wiíkszoúci ca³kiem powaønych zastosowaò - czego dowodz¹ m.in. przyk³ady zamieszczone w ksi¹øce. Ca³oúÊ - tradycyjnie dla Wydawnictwa BTC - w twardej, szytej oprawie. Wydawnictwo pokusi³o sií o mi³y prezent dla CzytelnikÛw ksi¹øki: znajduje sií w niej bowiem wk³adka (rodzaj folderka) z list¹ rozkazûw AVR i szeregiem innych informacji, ktûre dobrze jest mieê ìpod rík¹î podczas pracy nad projektem. Na koniec: mi³ym dla EP akcentem jest fakt, øe autorem ksi¹øki jest wieloletni wspû³pracownik redakcji, a obecnie zastípca redaktora naczelnego EP, ale to nie jest przyczyna mojej pozytywnej oceny. Obiektywnie zas³uøone 5 lutownic! Andrzej Gawryluk 115

10 B I B L I O T E K A E P Stanis³aw Kruk, ìasembler w koprocesorzeî, Mikom 2003 Legenda: Do ksi¹øki do³¹czono dyskietkí 3,5" Ksi¹øka zawiera uproszczony kurs programowania w asemblerze zmiennoprzecinkowych koprocesorûw firmy Intel. Kurs przygotowany przez autora pozwala dog³íbnie poznaê sposûb sterowania prac¹ koprocesora, co u³atwiaj¹ trafnie dobrane przyk³ady. Podstawowym narzídziem wykorzystywanym do monitorowania pracy koprocesora jest DOS-owy TurboDebugger, co moøe nieco utrudniê prowadzenie samodzielnych ÊwiczeÒ uøytkownikom komputerûw wyposaøonych w nowsze systemy operacyjne. Ksi¹øka jest wartoúciow¹ pozycj¹ dla CzytelnikÛw chc¹cych dog³íbnie zrozumieê zasadí wykonywania obliczeò za pomoc¹ koprocesora, jedyne nasze zastrzeøenia budzi nomenklatura przyjíta przez autora. Elektronik nigdy nie uøy³by stwierdzenia øe ìprogramy s¹ przetwarzane przez kryszta³î (podobnych stwierdzeò jest w ksi¹øce wiícej), a bior¹c pod uwagí fakt, øe asembler jest jízykiem najbliøszym sprzítu, starannoúê o poprawnoúê nomenklatury powinna byê zachowana. Tomasz Jastrun Altium-Evatronix, ìpoznajemy Protel DXPî, Evatronix 2003 Gdyby prezentowan¹ ksi¹økí moøna by³o kupiê, z ca³¹ pewnoúci¹ by³aby hitem. Protel DXP cieszy sií wúrûd uøytkownikûw ogromn¹ popularnoúci¹, ktûrej - niestety, s¹dz¹c z listûw jakie otrzymujemy - nie dorûwnuje znajomoúê jízyka angielskiego. St¹d spore k³opoty, na jakie natrafiaj¹ i ktûrych czísto nie potrafi¹ rozwi¹zaê uøytkownicy tego systemu projektowego. Evatronix - dystybutor oprogramowania firmy Altium w naszym kraju - zapewne pod presj¹ uøytkownikûw maj¹cych k³opoty z okie³znaniem Protela DXP, wyda³ t³umaczenie najprostszego podrícznika wprowadzaj¹cego w tajniki tego systemu. Niestety, ze wzglídu na ìstartowyî charakter publikacji i jej niewielk¹ objítoúê, poøytek z niej bíd¹ mieli przede wszystkim pocz¹tkuj¹cy uøytkownicy Protela DXP (ktûrych jest bardzo wielu). Moje najpowaøniejsze zastrzeøenia budzi bezkrytyczne podejúcie t³umacza do oryginalnego tekstu (dostípnego w pliku PDF na internetowej stronie ktûry oprûcz funkcji informacyjnej spe³nia rolí reklamûwki produktu. Jest to nieco denerwuj¹ce, ale nie ma wp³ywu na jakoúê wyk³adu. Drug¹ niepomyúln¹ wiadomoúci¹ jest brak moøliwoúci zakupu tej ksi¹øki, co wynika z polityki dystrybutora: ksi¹øka jest przeznaczona wy³¹cznie dla uøytkownikûw systemu Protel DXP i nie bídzie wprowadzona do normalnej sprzedaøy. Mimo wszystko trzymamy kciuki z nadziejí, øe decydenci z firmy Evatronix zmieni¹ zdanie... Za dobrze wykonan¹ i bardzo potrzebn¹ robotí 5 lutownic! Piotr ZbysiÒski Scott Wainner, Robert Richmond, ìpodkrícanie procesorûwî, Helion 2003 ksi¹øka wybitna, polecamy! ksi¹øka o duøych walorach praktycznych, polecamy! moøe sií przydaê daleka od doskona³oúci nie warto kupowaê Interesuj¹ca publikacja zawieraj¹ca przegl¹d mniej i bardziej nowoczesnych mikroprocesorûw stosowanych w komputerach PC. Autorzy skupili sií na uk³adach produkowanych przez Intela i AMD i nieco ìz rozpíduî opisali takøe mikroprocesory firmy VIA/Cyrix/National Semiconductor (w takiej kolejnoúci firmy by³y przejmowane). Jakkolwiek g³ûwnym tematem ksi¹øki jest przetaktowywanie mikroprocesorûw, autorzy sporo miejsca poúwiícili w niej na pokazanie technologii ich produkcji (i problemy wynikaj¹ce z ograniczeò technologicznych), sposobûw odprowadzania ciep³a ze struktury uk³adu i wagi tego czísto lekcewaøonego problemu, a takøe metod pomiaru wydajnoúci. Informacje przedstawione w ksi¹øce nie zawsze s¹ ³atwe do zastosowania w naszym kraju, poniewaø autorzy odwo³uj¹ sií do produktûw (g³ûwnie wentylatorûw) u nas niedostípnych, niemniej jednak mog¹ one byê przydatne dla fanûw overclockingu. Andrzej Gawryluk 116

11 P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W Dział Projekty Czytelników zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierze odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż sprawdzamy poprawność konstrukcji. Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie, że artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie publikowany. Honorarium za publikację w tym dziale wynosi 250, zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo do dokonywania skrótów. Bascomowy amplituner Prezentowany w artykule amplituner zbudowa³em, poniewaø chcia³em mieê samodzielnie wykonany sprzít, ktûry bídzie odtwarzaê muzykí na wysokim poziomie. Z za³oøenia mia³ to byê sam wzmacniacz, tuner powsta³ jako uøyteczny ìdodatekî. Wzmacniacz zbudowa³em na najlepszych dostípnych uk³adach oraz elementach biernych. Przyk³adem mog¹ byê metalizowane rezystory lub kondensatory foliowe firmy WIMA. Wszystko po to, aby osi¹gn¹ê jak najlepszy düwiík i brzmienie. Wydaje mi sií, øe osi¹gn¹³em oczekiwany efekt. Wzmacniacz zasilany jest z dwûch zasilaczy (schemat elektryczny pokazano na rys. 1). Jeden, symetryczny, zbudowano na transformatorze toroidalnym TR2, mostku prostowniczym BR1 oraz kondensatorach wyg³adzaj¹cych C1...C6 o ³¹cznej pojemnoúci 40000µF. S³uøy on do zasilania koòcûwki mocy. Na jego wyjúciu otrzymujemy napiície symetryczne o wartoúci ok. ±35 V. Zasilacz ten jest za³¹czany do sieci poprzez triak Q1 oraz optotriak Projekt 112 U1. DziÍki temu, øe optotriak posiada obwûd w³¹czania przy zerze w sieci redukowany jest impuls pr¹dowy powodowany za- ³¹czeniem transformatora duøej mocy (150 W) i ³adowaniem ìpustychî kondensatorûw o duøej pojemnoúci. Drugi zasilacz jest na sta³e w³¹czony do sieci i zasila pozosta³e obwody wzmacniacza tzn. sterownik i przedwzmacniacz. Odpowiednie napiícia wytwarzane s¹ przez stabilizatory U2, U3 i U4. W³¹czenie koòcûwki mocy nastípuje poprzez za³¹czenie optotriaka U1. KoÒcÛwka mocy jest zbudowana na uk³adzie LM3886 (rys. 2). Jest to jeden z najlepszych scalonych wzmacniaczy audio. Uk³ad ten posiada obwûd wyciszania wejúcia. DziÍki niemu podczas w³¹czania Rys. 1. Schemat elektryczny zasilacza amplitunera 85

12 P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W Rys. 2. Schemat elektryczny końcówki mocy lub wy³¹czania nie wystípuj¹ øadne stuki w g³oúnikach. Elementy C1, R1 i R2 wyznaczaj¹ doln¹ czístotliwoúê graniczn¹ przenoszenia wzmacniacza. Elementy pracuj¹ce w pítli sprzíøenia zwrotnego: R3, R5 i C3 ustawiaj¹ odpowiednie wzmocnienie. Kondensator C2 eliminuje zak³ûcenia w sk³ad ktûrych wchodz¹ sygna³y zawierajace wyøsze sk³adowe, np. powstaj¹ce podczas w³¹czania úwietlûwek. Kondensator C4 wraz z R4 wspû³pracuj¹ z obwodem wyciszania wejúcia. Kondensatory C5...C8 filtruj¹ zasilanie. ObwÛd L1, R6 oddziela pojemnoúê kabla od wyjúcia wzmacniacza, przez co zabezpiecza go przed wzbudzeniem od strony wyjúcia. Cewka L1 zosta³a wykonana poprzez nawiniície kilku zwojûw drutu na rezystorze 10Ω/1W. Przedwzmacniacz zosta³ wykonany na uk³adzie TDA7318 (rys. 3). Uk³ad ten ma bardzo dobre parametry przenoszenia düwiíku. Uk³ad posiada 4 wejúcia z moøliwoúci¹ wzmocnienia, regulacjí wzmocnienia i barwy tonu. Wszystko to jest sterowane poprzez magistralí I 2 C. Kondensatory C7, C8, C15 s³uø¹ do filtrowania zasilania i wewnítrznych blokûw uk³adu. Kondensatory C1, C2 ustalaj¹ charakterystykí regulacji tonûw wysokich. Elementy R1, R2, C3, C4, C5 i C6 ustalaj¹ charakterystykí regulacji tonûw niskich. Kaøde wejúcie posiada na wejúciu kondensatory oddzielaj¹ce sk³adow¹ sta³¹ z sygna³u. S¹ to elementy C9, C10, C11, C12, C13, C14. Wejúcie 1 (CD) posiada t³umik ograniczaj¹cy nieco sygna³ wejúciowy z odtwarzacza CD. Jest to element opcjonalny, zaleøny od wielkoúci sygna³u z odtwarzacza CD. Wejúcie 2 (TUNER) jest wzmocnione o +12,5 db i po- ³¹czone bezpoúrednio z modu- ³em tunera. Rys. 3. Schemat elektryczny przedwzmacniacza Sterownik zosta³ oparty na mikrokontrolerze AT90S8535 firmy Atmel. Uk³ad zeruj¹cy U2 zapewnia poprawne zerowanie mikrokontrolera po w³¹czeniu zasilania. Jego dodatkow¹ rol¹ jest zabezpieczenie pamiíci EEPROM przed przypadkowym zapisem. Procesor jest ìnapídzanyî kwarcem 8 MHz. Uk³ad U1 s³uøy do odbierania sygna³ûw z pilota RC5. Przyciski SW1...SW7 typu NC (Normal Closed) tworz¹ klawiaturí. Elementy C8, C9, R8, R9 wraz z impulsatorem s³uø¹ do regulacji parametrûw pracy wzmacniacza. Elementy C8 i C9 s³uø¹ do eliminacji drgaò stykûw impulsatora, jednak w modelu zrezygnowa³em z tych elementûw. Na p³ytce jest miejsce na pod³¹czenie przycisku impulsatora, gdy ten takowy ma. Jednak program w udostípnionej wersji nie jest przystosowany do jego obs³ugi. Do wyúwietlania informacji o ustawieniach s³uøy wyúwietlacz LCD 16*1 z podúwietlaniem. Fakt istnienia sprzítowego PWM w mikrokontrolerze wykorzysta³em do regulacji podúwietlenia LCD. S³uø¹ do tego elementy R4, C7, T1. Do regulacji kontrastu wyúwietlacza s³uøy rezystor R5. Kwarc 32,768 khz wspû³pracuje z zegarem RTC zawartym w mikrokontrolerze. DziÍki niemu budowa zegara sprowadzi³a sií tylko do drobnych zabiegûw programowych. Dioda D2 s³uøy do sygnalizacji w³¹czenia amplitunera. Tuner wykona³em na bazie modu³u OM5610. DziÍki niemu wykonanie tunera sta³o sií bardzo proste. Pozosta³o jeszcze gniazdo DB9, do ktûrego pod- ³¹czone s¹ styki wykorzystywane do programowania mikrokontrolera oraz sygna³y RXD i TXD, ktûre po zmianie programu mog¹ s³uøyê do komu- 86 2/98

13 P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W Rys. 4. Schemat elektryczny sterownika 87

14 P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W nikacji z urz¹dzeniami zewnítrznymi. Amplituner po zmontowaniu praktycznie nie wymaga regulacji. Trzeba jedynie ustawiê jasnoúê úwiecenia diody LED D2 (za pomoc¹ potencjometrûw R2 i R3). Dioda ta úwieci na zielono, gdy wzmacniacz jest w³¹czony, na czerwono, gdy wzmacniacz jest wy³¹czony i na øû³topomaraòczowo, gdy jest aktywna funkcja Sleep. Oprogramowanie Ca³a ìm¹droúêî urz¹dzenia zawarta jest w programie steruj¹cym, ktûry zosta³ napisany w jízyku BASCOM-AVR. DziÍki temu powsta³ naprawdí bardzo szybko (2 dni!). Poniewaø program jest bardzo obszerny, nie opiszí tutaj jego dzia³ania. Jest on dostípny na stronie internetowej ep.com.pl w dziale Download oraz na stronie autora projektu: audiofilek.w.interia.pl. Procesor trzeba zaprogramowaê przed pod³¹czeniem przyciskûw lub na jakiejú oddzielnej p³ytce, poniewaø zastosowa³em przyciski typu NC i programator nie dzia³a³ poprawnie. Moøna oczywiúcie zastosowaê normalne przyciski (NO), ale trzeba w takim przypadku zmodyfikowaê program. Amplituner jest sterowany pilotem RC5. Zastosowa³em pilota, jakiego mia³em w danej chwili pod rík¹. Aby zastosowaê inny rodzaj pilota, trzeba zmieniê w programie jego adres i numery komend. Procesor programowa- ³em ìdonglemî STK200/300. WYKAZ ELEMENTÓW Wzmacniacz Rezystory R1, R3: 1kΩ R2, R5: 22kΩ R4: 47kΩ R6: 10Ω/1W bezindukcyjny Kondensatory C1: 2,2µF MKT C2: 220pF styrofleksowy C3: 22µF/50V C4: 100µF/50V C5, C6: 1000µF/50V C7, C8: 100nF/50V Półprzewodniki U1: LM3886 Różne L1: cewka wg opisu w tekście Przedwzmacniacz Rezystory R1, R2: 5,6kΩ R3, R5: 47kΩ R4, R6: 10kΩ Kondensatory C1, C2: 1nF MKT C3...C6: 100nF MKT C7: 100nF C8: 47µF/16V C9...C14: 2,2µF MKT C15: 22µF/16V Półprzewodniki U1: TDA7318 Obs³uga i funkcje wzmacniacza Tuner ma moøliwoúê zapamiítania 9 stacji. Krok syntezy podczas szukania stacji wynosi 12,5 khz. W wersji modelowej jest dostípne wy³¹cznie strojenie Sterownik Rezystory R1: 200Ω R2, R3, R5: potencjometr montażowy 4,7kΩ R4: 4,7kΩ R6, R7: 10kΩ R7, R8: 3,3kΩ Kondensatory C1, C2: 100µF/16V C3, C4: 100nF C5, C6: 27pF C7: 470µF/16V C8, C9: 1nF Półprzeowdniki D1: 1N4001 D2: LED 3mm, 2 kolorowa T1: BD243 U1: TFMS5360 U2: DS1813 U3: AT90S8535 U4: OM5610 Różne Y1: kwarc 8MHz Y2: kwarc 32,768kHz IMP1: Impulsator np. C1 11V153H05ABT SW1...SW7: przyciski typu NC (Normal Close) Gniazdo DB9 na obudowę Wyświetlacz alfanumeryczny LCD 16*1 z podświetlaniem Zasilacz Rezystory R1...R3: 220Ω Kondensatory C1, C2: 220nF/50V C3...C6: 10000µF/50V C7...C9: 1000µF/16V C10, C11, C13, C14, C16, C17: 100nF C12: 220µF/10V C15, C18: 100µF/16V Półprzewodniki BR1: mostek 10A BR2: mostek 1,5A Q1: TIC225D U1: MOC3041 U2: 7805 U3: 7809 U4: 7812 Różne TR1: TS5/6 TR2: TST150/2x24V F1: 63mA WTA F2: 2,5A WTA F3, F4: 3,15A ríczne. Kaøde wejúcie ma w³asn¹ pamiíê wzmocnienia i tonûw. Jeúli po w³¹czeniu lub wyciszeniu wzmocnienie jest za duøe, to nastípuje automatyczna redukcja wzmocnienia. OprÛcz klasycznych funkcji, jak regulacja g³oúnoúci, balansu i barwy düwiíku, moøliwa jest takøe trzystopniowa regulacja jasnoúci podúwietlenia, uøytkownik moøe korzystaê takøe z cyfrowego zegara z budzikiem. Bart³omiej Gross 88 2/98

15 K U R S Podstawy projektowania systemów mikroprocesorowych, część 7 W tym odcinku Kursu rozpoczniemy omawianie praktycznych uk³adûw steruj¹cych konkretnymi urz¹dzeniami wykorzystywanymi w systemach mikroprocesorowych. Zaczniemy od urz¹dzeò wejúciowych, za poúrednictwem ktûrych do mikrokontrolera docieraj¹ sygna³y z zewn¹trz i bíd¹c odpowiednio interpretowane, wp³ywaj¹ na sposûb wykonywania programu. Pod³¹czanie czujnikûw do mikrokontrolera W zaleønoúci od funkcji, jak¹ ma spe³niaê projektowany system, niejednokrotnie zachodzi potrzeba wykorzystania w nim rûønego rodzaju czujnikûw. Ze wzglídu na specyfikí dzia³ania uk³adûw cyfrowych, bez powaønych komplikacji uk³adowych (np. w postaci przetwornikûw analogowo/cyfrowych) moøna jedynie wykorzystaê czujniki daj¹ce na wyjúciu sygna³ cyfrowy. Mimo takiego ograniczenia, w wielu zastosowaniach takie proste rozwi¹zania w zupe³noúci wystarczaj¹. W praktyce najczíúciej korzysta sií z rûønego rodzaju czujnikûw stykowych. Zasada ich dzia³ania opiera sií na mechanicznym zwarciu stykûw ³¹cznika i zamkniíciu w ten sposûb obwodu elektrycznego. Do tej grupy czujnikûw zaliczamy rûønego rodzaju przyciski i prze³¹czniki, wy³¹czniki kraòcowe, czujniki kontaktronowe i styki przekaünikûw. W praktyce spotyka sií dwie wersje takich elementûw: normalnie rozwarte - wymuszenie dzia³aj¹ce na czujnik powoduje zwarcie jego stykûw oraz normalnie zwarte - wymuszenie powoduje rozwarcie stykûw, ktûre przez pozosta³y czas s¹ zwarte. Rys. 24 RÛwnie czísto wykorzystywanymi elementami s¹ rûønego rodzaju czujniki i podzespo³y elektroniczne, daj¹ce na wyjúciu bezpoúredni sygna³ cyfrowy zgodny ze standardem TTL, ktûrych obs³uga sprzítowa nie stwarza øadnego problemu (bezpoúrednie po³¹czenie z liniami portûw). CzÍsto stosuje sií takøe fotodetektory wykorzystywane jako czujniki úwiat³a (jasno/ciemno) lub - w po³¹czeniu z jakimú ürûd- ³em úwiat³a - mog¹ one tworzyê fotokomûrki zliczaj¹ce przedmioty, wykrywaj¹ce kierunek ruchu itp. Zwracaj¹c uwagí na zalety czujnikûw optoelektronicznych, naleøy powiedzieê, øe s¹ to elementy bardzo szybkie i praktycznie niezuøywaj¹ce sií (w odrûønieniu np. od czujnikûw stykowych). Zapewnienie odpowiedniego ürûd³a úwiat³a (najczíúciej w postaci podczerwonej diody LED) pozwala na wykorzystanie fotodetektorûw w wielu aplikacjach, w ktûrych z powodzeniem zastípuj¹ mniej trwa³e i bardziej zawodne elementy stykowe. Jako øe czujniki optoelektroniczne stanowi¹ ìkrok naprzûdî w stosunku do elementûw stykowych, to w³aúnie rozwi¹zania uk³adowe wykorzystuj¹ce fotodetektory jako ürûd³a sygna³u zostan¹ omûwione jako pierwsze. Na rys. 24 przedstawiono sposoby do³¹czenia do mikrokontrolera popularnych fotodetektorûw: fotodiody i fototranzystora. Na rys. 24a pokazano sposûb pod³¹czenia fotodiody. Ze wzglídu na niewielki pr¹d p³yn¹cy przez ni¹ w kierunku zaporowym, sygna³ generowany przez fotodiodí musi zostaê wzmocniony przez tranzystor. Jeøeli na fotodiodí zacznie padaê úwiat³o, to spowoduje to przep³yw pr¹du i od³oøenie sií napiícia na rezystorze R1. NapiÍcie to poprzez ograniczaj¹cy pr¹d rezystor R2 podawane jest na bazí tranzystora i jeøeli wystarcza ono, aby tranzystor zacz¹³ przewodziê, to wyprowadzenie mikrokontrolera zostaje zwarte do masy - na linii portu pojawia sií stan niski. Czu³oúÊ tego uk³adu moøna regulowaê w doúê szerokich granicach poprzez dobûr rezystora R1. ZwiÍkszaj¹c wartoúê tego rezystora, zwiíkszamy rûwnoczeúnie czu- ³oúÊ uk³adu. Nie naleøy jednak przesadzaê ze zbytnim zwiíkszaniem rezystancji, gdyø moøe zaistnieê sytuacja, øe uk³ad bídzie ca³y czas aktywny mimo ca³kowitej ciemnoúci (wskutek pr¹du up³ywu diody). Duø¹ rolí odgrywa tutaj takøe wzmocnienie zastosowanego tranzystora - im wiíksze wzmocnienie, tym oczywiúcie wiíksza czu³oúê. Jeøeli nie moøna w ten sposûb osi¹gn¹ê poø¹danej czu³oúci (przy detekcji bardzo niewielkich natíøeò oúwietlenia), moøna zamiast fotodiody zastosowaê fototranzystor (pod³¹czaj¹c kolektor w miejsce katody, a emiter w miejsce anody). Na rys. 24b przedstawiono uk³ad z fototranzystorem bíd¹cym jednoczeúnie elementem detekcyjnym, jak i steruj¹cym linií portu mikrokontrolera. Czu³oúÊ tego uk³adu moøe byê regulowana za pomoc¹ rezystora R1 (duøa rezystancja - duøa czu³oúê), maksymaln¹ czu³oúê moøna uzyskaê nie montuj¹c rezystora R1 (o ile wykorzystywana linia portu posiada wewnítrzny rezystor podci¹gaj¹cy - dla linii P3.0 wykorzystanej na zamieszczonym schemacie warunek ten jest spe³niony). W zaleønoúci od typu zastosowanego fototranzystora moøna osi¹gn¹ê czu³oúci lepsze niø w uk³adzie z fotodiod¹ i tranzystorem. Pod wzglídem logicznym uk³ad dzia³a tak samo jak poprzedni - oúwietlenie fototranzystora powoduje pojawienie sií stanu niskiego na wyprowadzeniu P

16 K U R S List. 8. ;KIERUNEK - etykieta zmiennej bitowej, określającej kierunek: 1-lewo, 0-prawo ;OBIEKT - etykieta zmiennej bitowej określająca, czy obiekt znajduje się na czujniku ; 1 - jest na czujniku ;(program główny - blok inicjowania wartości zmiennych) INICJUJ: CLR KIERUNEK ;zerowanie CLR OBIEKT ;zmiennych ;(podprogram wyznaczający kierunek ruchu, wywołanie przez LCALL KIERUNEK) KIERUNEK: MOV C,P3.0 ANL C,P3.1 JC BRAK_OBIEKTU ;oba fototranzystory oświetlone ;(stan 1 na obu liniach), ;czyli brak obiektu na czujniku JB OBIEKT,CZEKAJ_NA_ZEJSCIE ;jeżeli obiekt na czujniku, to czekaj, aż ;opuści czujnik ;jeżeli nie było obiektu na czujniku ;to znaczy, że zarejestrowano nowy obiekt MOV C,P3.1 ;stan 1 na P3.1 oznacza, że jedzie w lewo MOV KIERUNEK,C ;wiec kopiujemy P3.1 do KIERUNEK SETB OBIEKT ;i ustawiamy zmienną OBIEKT, aby ;poczekać na zjechanie z czujnika RET ;(czekamy na stan wysoki na P3.0 i P3.1) BRAK_OBIEKTU: CLR OBIEKT CZEKAJ_NA_ZEJSCIE: RET Na rys. 14c przedstawiono typowy uk³ad wykorzystywany do wykrywania kierunku poruszania sií obiektûw. Wykorzystuje on podwûjny fototranzystor umieszczony w trûjkoòcûwkowej obudowie (po³¹czone kolektory). Oúwietlenie ktûregoú z fototranzystorûw powoduje przep³yw pr¹du poprzez odpowiedni rezystor i wzrost napiícia na wyprowadzeniu portu - oúwietleniu fototranzystora odpowiada stan wysoki linii. Jeúli fototranzystory nie przewodz¹, stan na liniach portu jest interpretowany jako niski, gdyø rezystory R1 i R2 maj¹ rezystancjí kilkadziesi¹t razy mniejsz¹ niø wbudowane rezystory podci¹gaj¹ce. Jeúli wymagane by³oby znaczne zwiíkszenie czu³oúci uk³adu, naleøy tutaj zastosowaê tranzystory poúrednicz¹ce tak jak pokazano na uk³adzie z rys. 14a - uk³ad taki wprowadzi negacjí konieczn¹ do uwzglídnienia przy pisaniu programu (oúwietlenie fototranzystora wywo³a stan niski na linii portu). ZwiÍkszanie wartoúci rezystancji R1 i R2 zwiíkszy nieco czu³oúê, jednak ³atwo jest osi¹gn¹ê stan, w ktûrym nie bídzie moøna rozpoznaê na liniach portu faktu zatkania ktûregoú z fototranzystorûw - wartoúê rezystancji R1 i R2 stanie sií porûwnywalna z wartoúci¹ rezystancji rezystorûw podci¹gaj¹cych i nie bídzie moøliwe uzyskanie na wyprowadzeniach napiícia odpowiadaj¹cego stanowi niskiemu. Naleøy rûwnieø pamiítaê, aby nigdy programowo nie zerowaê wyprowadzeò portu, gdyø moøe to doprowadziê do uszkodzenia fototranzystorûw lub mikrokontrolera. Rozwi¹zaniem problemu jest zastosowanie uk³adu z tranzystorem poúrednicz¹cym lub doprowadzenie sygna³u do wyprowadzeò mikrokontrolera przez rezystory o wartoúci oko³o 1 kω. W takim uk³adzie rozrûønianie kierunku ruchu jest moøliwe przez sprawdzanie stanûw obu linii i odpowiedni¹ ich interpretacjí. Wykrycie faktu zas³oniícia jednego z fototranzystorûw w sytuacji, gdy drugi pozostaje oúwietlony, informuje nas o kierunku ruchu - np. stan niski na linii P3.0 i wysoki na P3.1 informuje o ruchu w lewo, a sytuacja gdy P3.1=0 i P3.0=1 úwiadczy o ruchu w prawo. Moøna to zrealizowaê za pomoc¹ programu pokazanego na list. 8. Przedstawiony podprogram wykrywa ruch obiektu i przechowuje informacjí o kierunku w zmiennej KIERU- NEK do czasu pojawienia sií nastípnego obiektu. Naleøy zwrûciê uwagí na prídkoúê przemieszczaj¹cych sií przed czujnikiem obiektûw i odpowiednie czíste wywo³ywanie procedury, aby nie wyst¹pi³o zjawisko ìgubieniaî przejúê wskutek zbyt rzadkiego sprawdzania stanu czujnika. ZwrÛÊmy teraz uwagí na zasady postípowania przy projektowaniu urz¹dzeò z wykorzystaniem elementûw stykowych. Na rys. 25 przedstawiono kilka sposobûw pod³¹czenia elementûw stykowych do portûw mikrokontrolera. Na rys. 25a pokazano bardzo rzadko wykorzystywan¹ konfiguracjí po³¹czeò Rys. 25 elementu stykowego, czasami moøna spotkaê sií z opini¹, iø jest to po³¹czenie b³ídne. Uk³ad jest jednak jak najbardziej prawid³owy, choê posiada pewne cechy, ktûrych zlekcewaøenie moøe doprowadziê do b³ídnego dzia- ³ania mikrokontrolera. Element stykowy jest tutaj w³¹czony pomiídzy plus zasilania a wyprowadzenie portu. Jeúli styk jest rozwarty, to na wyprowadzeniu portu bídzie utrzymywa³ sií stan niski wymuszony przez rezystor R1 o wartoúci niewielkiej w porûwnaniu z wewnítrznym rezystorem podci¹gaj¹cym mikrokontrolera. Zwarcie styku spowoduje podanie na wyprowadzenie portu pe³nego napiícia zasilania, ktûre oczywiúcie bídzie zinterpretowane jako stan ì1î. Wad¹ tego uk³adu jest stosunkowo duøy pobûr pr¹du zwi¹zany z koniecznoúci¹ zapewnienia ma³ej wartoúci rezystancji R1 - jednak mimo wszystko przy podanych wartoúciach rezystancji nie przekroczy on 50 ma. O wiele groüniejszy w skutkach moøe byê b³¹d programisty polegaj¹cy na wyzerowaniu programowym linii portu - jeøeli nast¹pi to w momencie, gdy styk jest zwarty, to powstanie zwarcie napiícia zasilania do masy (przez linií portu) mog¹ce doprowadziê do uszkodzenia mikrokontrolera (sytuacja podobna jak na rys. 24c) - mog¹ca byê rûwnieø w taki sam sposûb rozwi¹zana). Kolejny uk³ad, bíd¹cy chyba najbardziej klasycznym, przedstawiono na rys. 25b. Tutaj element stykowy zwiera wyprowadzenie portu do masy zasilania - zwarcie styku oznacza stan ì0î, a rozwarcie stan ì1î. Dodatkowy rezystor podci¹gaj¹cy R1 nie jest konieczny (do poprawnej pracy wystarcza rezystor wbudowany w mikrokontroler), pozwala natomiast na ustawienie optymalnego pr¹du pracy dla elementu stykowego, gwarantuj¹cego jego samooczyszczanie (dotyczy zw³aszcza elementûw o niewielkiej sile nacisku stykûw, np. kontaktronûw lub ma³ych przekaünikûw). Niekiedy zachodzi koniecznoúê podania na element stykowy napiícia wyøszego niø napiície zasilaj¹ce mikrokontroler (np. gdy styk jest elementem wyjúciowym jakiegoú obwodu elektronicznego zasilanego z wyøszego napiícia i nie moøe byê od tego napiícia odseparowany). Z wiadomych nam powodûw (patrz po- 82

17 K U R S przednie odcinki kursu) nie moøna takiego uk³adu pod³¹czyê bezpoúrednio - stosuje sií zatem pod³¹czenie za poúrednictwem diody, jak w uk³adzie z rys. 25c). ChoÊ po³¹czenie to by³o juø omûwione przy wspû³pracy z elementami elektronicznymi, warto pamiítaê, øe moøe byê wykorzystane rûwnieø tutaj. CzÍsto zachodzi potrzeba doprowadzenia sygna³u do mikrokontrolera z elementu oddalonego o kilka...kilkanaúcie czy nawet kilkadziesi¹t metrûw. Naleøy wûwczas zadbaê, aby dostarczony do mikrokontrolera sygna³ by³ odpowiedniej jakoúci i pozbawiony zak³ûceò. SytuacjÍ tak¹ pokazano na rys. 26a (jest to rozwiniície uk³adu z rys. 25b). Pokazano tutaj, jak zabezpieczyê sií przed zak³ûceniami w przypadku stosowania d³ugich przewodûw po³¹czeniowych. Zastosowane kondensatory C1 i C2 zwieraj¹ linií sygna³ow¹ dla przebiegûw o wysokich czístotliwoúciach, natomiast niewielka rezystancja rezystora podci¹gaj¹cego R1 wymusza przep³yw znacznego pr¹du w linii, co dodatkowo podnosi odpornoúê na zak³ûcenia. Trzecim elementem zabezpieczaj¹cym jest obwûd ca³kuj¹cy, przez ktûry sygna³ trafia na wyprowadzenie portu. ChoÊ takie rozwi¹zanie przypomina uk³ady stosowane w technice sygna³ûw analogowych, w przypadku sygna³ûw cyfrowych sprawuje sií rûwnieø bardzo dobrze. Dodatkowym elementem zabezpieczaj¹cym przed przepiíciami w linii s¹ diody D1 i D2 niepozwalaj¹ce na przekroczenie napiícia linii poza przedzia³ napiíê zasilania. W tym uk³adzie warto rozwaøyê jeszcze moøliwoúê pojawienia sií na wejúciu linii krûtkich impulsûw wysokonapiíciowych (zw³aszcza indukowanych od pobliskich wy³adowaò atmosferycznych, itp.). DoúÊ skutecznie przed uszkodzeniem uk³adu wskutek dzia³ania wysokiego napiícia moøna sií zabezpieczyê przez w³¹czenie rûwnolegle do C2 warystora metalowotlenkowego (elementy takie s¹ powszechnie stosowane w instalacjach telekomunikacyjnych i aparatach telefonicznych oraz w profesjonalnych sterownikach przemys³owych), ktûry zabezpiecza przed przekroczeniem okreúlonego napiícia na linii oraz jest elementem duøo szybszym i skuteczniejszym niø zastosowane diody. Wykorzystywany warystor powinien mieê nominalne napiície pracy nieco wiíksze od napiícia zasilania mikrokontrolera - zastosowanie elementu o zbyt wysokim napiíciu pracy spowoduje sytuacjí, øe warystor nie zadzia³a, mimo iø napiície na wejúciu uk³adu przekroczy wartoúê bezpieczn¹ dla mikrokontrolera. Ca³kowite rozwi¹zanie problemu przepiíê mog¹cych uszkodziê uk³ad sterownika mikroprocesorowego przedstawiono na rys. 26b. Wykorzystano tutaj oddzielne zasilanie obwodu czujnika wyøszym napiíciem (wiíksza odpornoúê na zak³ûcenia) wraz z separacj¹ galwaniczn¹ obwodûw czujnika i linii sygna³owej od obwodûw mikrokontrolera. Wykorzystanie transoptora zabezpiecza nas przed przepiíciami indukowanymi w linii oraz przed b³ídami instalatora (podanie zbyt wysokiego napiícia na wejúcie uk³adu co najwyøej uszkodzi tylko transoptor). Uk³ad zachowuje logikí zgodn¹ z uk³adem z rys. 26a (zwarcie styku oznacza stan ì0î). Rezystor R2 zmniejsza czu³oúê obwodu detekcyjnego transoptora (koniecznoúê silniejszego oúwietlenia fototranzystora w celu osi¹gniícia przep³ywu pr¹du wystarczaj¹cego do spadku napiícia do poziomu stanu ì0î), a co za tym idzie zwiíksza odpornoúê na zak³ûcenia. Uwaøny Czytelnik zapewne zauwaøy, øe przy przedstawianiu uk³adûw z elementami stykowymi ani razu nie zwrûcono uwagi na problem drgania stykûw, ani teø na problem wolnego narastania napiícia wskutek stosowania kondensatorûw filtruj¹cych. Powodem, dla ktûrego mûwimy o tym dopiero teraz, jest fakt, øe w systemach mikroprocesorowych problemy zwi¹zane z tymi zjawiskami za³atwia sií na drodze programowej, d¹ø¹c do jak najwiíkszej prostoty sprzítu. ZarÛwno zjawisko drgania stykûw, jak i zjawisko powolnego narastania napiícia jest wstípnie eliminowane juø wskutek sposobu stosowanego przez mikrokontroler do sprawdzania stanûw na liniach portûw. Stany te s¹ sprawdzane w kaødym cyklu maszynowym w okreúlonym takcie zegara, natomiast przez pozosta³y czas zmiana stanu na liniach portûw nie wp³ywa w øaden sposûb na stan mikrokontrolera. Pierwszym elementem filtruj¹cym jest zatem czístotliwoúê cykli maszynowych (1/12 czístotliwoúci zegarowej w przypadku omawianych mikrokontrolerûw rodziny 51), od ktûrej zaleøy eliminowanie stanûw przejúciowych krûtszych niø jeden cykl maszynowy. Zazwyczaj przy wspû³pracy z rûønego rodzaju elementami stykowymi ten podstawowy stopieò filtracji nie jest wystarczaj¹cy - stosuje sií wûwczas opûünienie programowe. Program, ktûrego dzia³anie zaleøy od stanu okreúlonej linii, sprawdza w tym przypadku wartoúê pomocniczego bitu, natomiast faktyczny stan linii odczytuje procedura wywo³ywana co okreúlony czas (np. wskutek wyst¹pienia przerwania z ktûregoú z licznikûw) zapisuj¹ca stan linii do tego pomocniczego bitu. Przyk³adowe rozwi¹zanie przedstawiono na list. 9. Stosuj¹c powyøsze rozwi¹zanie, naleøy pamiítaê o odpowiednim zaprogramowaniu (w³¹czeniu) uk³adu przerwaò oraz o dobraniu liczby cykli zliczanych przez licznik w celu uzyskania poø¹danego opûünienia. Jak juø wspomniano wczeúniej, uk³ady stykowe mog¹ pracowaê w dwûch konfiguracjach - jako styki normalnie zwarte lub normalnie rozwarte. Z punktu widzenia sprzítowego rozwi¹zania pod³¹czenia do systemu mikroprocesorowego rodzaj stykûw nie ma øadnego znaczenia, jedynie podczas pisania programu naleøy uwzglídniaê negacjí powstaj¹c¹ pomiídzy oboma rodzajami stykûw (okreúlenie stanu aktywnego linii). Konfiguracja stykûw jest natomiast bardzo waøna z uwagi na bezpieczeòstwo i pewnoúê dzia³ania urz¹dzenia. Naleøy pamiítaê, øe stosowanie stykûw normalnie zwartych umoøliwia wykrycie przerwy w linii ³¹cz¹cej taki styk z systemem mikroprocesorowym. atwo sobie wyobraziê co mog³oby sií staê w przypadku awarii linii ³¹cz¹cej uk³ad z wy³¹cznikiem bezpieczeòstwa lub innym elementem odpowiadaj¹cym za awaryjne wy³¹czenie uk³adu. Przy zastosowaniu stykûw w konfiguracji normalnie otwartej urz¹dzenie nie zadzia³a w przypadku Rys

18 K U R S List. 9. ;STAN - pomocnicza zmienna bitowa przechowująca stan linii portu ;(program główny) JB STAN, ETYKIETA ETYKIETA:... ;(koniec programu) PRZERWANIE_T0: uszkodzenia przewodu ³¹cz¹cego. Jeúli natomiast zastosujemy styki normalnie zwarte, to uszkodzenie przewodu (najczíúciej jest to przerwanie ci¹g³oúci obwodu) spowoduje reakcjí uk³adu tak¹ sam¹ jak w przypadku zadzia³ania danego urz¹dzenia (np. wciúniícia przycisku) i praca systemu zostanie wstrzymana. Podobne zalety moøna przedstawiê w stosunku do stykûw normalnie rozwartych - stosuje sií je w uk³adach, w ktûrych przerwa w po³¹czeniu nie ;reakcja programu na stan linii portu (tutaj skok) ;procedura obsługi przerwania od odpowiednio ;zaprogramowanego licznika T0... ;(inne rozkazy, np. przeładowanie licznika)... MOV C,P3.0 ;sprawdzamy stan linii P3.0 MOV STAN,C ;i kopiujemy go do pomocniczej zmiennej RETI ;koniec obsługi przerwania wywo³a øadnych groünych nastípstw, a zastosowanie stykûw normalnie zwartych mog³oby wywo³aê niekontrolowane dzia³anie urz¹dzenia w razie awarii okablowania (np. w³¹czanie jakiegoú urz¹dzenia w chwili wciúniícia przycisku). NajogÛlniej mûwi¹c, naleøy przestrzegaê zasady, øe elementy (przyciski, przekaüniki, kraòcûwki i inne) ze stykami normalnie rozwartymi stosujemy w obwodach odpowiadaj¹cych za uruchamianie i sterowanie jakimiú urz¹- dzeniami wspû³pracuj¹cymi z systemem mikroprocesorowym, natomiast elementy ze stykami normalnie zwartymi stosujemy w obwodach wy³¹czaj¹cych i obwodach bezpieczeòstwa. Powyøsze rozwaøania dotycz¹ zastosowania dwûch przyk³adowych grup urz¹dzeò jako ürûd³a sygna³ûw w systemie mikroprocesorowym. Chociaø zapewne najczíúciej stosowane s¹ uk³ady z elementami stykowymi, to w takim systemie mog¹ byê zastosowane rûwnieø innego rodzaju elementy czujnikowe czy inne ürûd³a sygna³ûw, zasadniczo nie zmieni sií jednak sposûb ich sprzígniícia z mikrokontrolerem. Naleøy pamiítaê tylko o parametrach uøywanych elementûw i w razie potrzeby zadbaê o dopasowanie poziomûw elektrycznych, na co zwrûcono uwagí przy omawianiu ogûlnych zasad wykorzystywania portûw jako wejúcia. Bardzo waøn¹ spraw¹ jest takøe zadbanie o minimalizacjí zak³ûceò przy zastosowaniu d³ugich przewodûw po- ³¹czeniowych oraz zwrûcenie uwagi na ewentualne niebezpieczeòstwa zwi¹zane z rûønego rodzaju przepiíciami mog¹cymi zak³ûcaê prací uk³adu lub nawet doprowadziê do jego uszkodzenia. Pawe³ Hadam, AVT pawel.hadam@ep.com.pl 84

19 Opisane w artykule funkcje wykona- ³em jako demonstracjí sposobu implementacji menu. Nie s¹ one zwi¹zane z øadnym konkretnym urz¹dzeniem. Do ich uruchomienia uøy³em p³ytki eksperymentalnej w³asnej konstrukcji, zbliøonej funkcjonalnie do AVR Starter Kit i zawieraj¹cej mikrokontroler AT89S8252, programator oraz z³¹cza doprowadzaj¹ce sygna³ do wyprowadzeò mikrokontrolera. Do p³ytki pod³¹czy³em wyúwietlacz LCD (pracuje z interfejsem 4-bitowym) oraz klawiaturí wykonan¹ jako matrycí 3 wierszy i 4 kolumn (w sumie 12 klawiszy). Port P2, do ktûrego pod³¹czy- ³em klawiaturí, dodatkowo wyposaøy³em w rezystory pull-up o wartoúci 47 kω. Uøy³em ich ze wzglídu na d³ugie kable ³¹cz¹ce klawiaturí z portem mikrokontrolera. W tab. 1 i na rys. 1 zawarto opis po³¹czeò elektrycznych. Odczyt klawiatury Funkcje odczytuj¹ce klawiaturí zadeklarowa³em jako zewnítrzne funkcje biblioteczne i umieúci³em w module o nazwie KBD3X4. Pierwsza z nich char KBD_Read(char column) s³uøy do obs³ugi klawiatury na poziomie sprzítu, operuj¹c na portach mikrokontrolera. Druga - char Key_Number(void) - przydziela klawiszom odpowiednie kody. Funkcja KBD_Read w wyniku dzia- ³ania zwraca unikatow¹ dla kaødego z wciúniítych klawiszy, odpowiadaj¹c¹ mu wartoúê lub 0 - jeúli øaden z klawiszy nie jest wciúniíty. Nie pracuje ona poprawnie, jeúli wciúniíto wiícej niø jeden klawisz. Zawsze zwracana jest jako pierwsza kombinacja klawiszy z kolumny bíd¹cej pierwsz¹ odczytan¹. Jako argument wywo³ania spodziewane jest wyzerowanie bitu odpowiadaj¹cego odczytywanej kolumnie. W zwi¹zku z tym, øe kolumna pierwsza klawiatury pod³¹czona jest do P2.0, druga do P2.1 a trzecia do P2.2, odczytowi pierwszej kolumny odpowiada wyzerowanie bitu numer 0 argumentu (argument wywo³ania np. 0xFE), drugiej bitu numer 1 itd. W pliku nag³ûwkowym KBD3X4.H za pomoc¹ dyrektywy #define zdefiniowano w³aúciwe wartoúci argumentu wywo³ania funkcji KBD_ Read (Column_1...3), ktûre pûüniej uøywane s¹ przez funkcjí Key_Number. SposÛb funkcjonowania KBD_Read jest nastípuj¹cy: argument column jest zapisywany do portu klawiatury i tym samym linia ktûrejú z kolumn przyjmuje stan niski. Na skutek przyciúniícia (zwarcia) klawisza linia wiersza - bíd¹ca normalnie w stanie wysokim - przejdzie w wymuszony stan niski. Stan ten jest dwukrotnie odczytywany przez mikrokontroler: za drugim razem po 50 milisekundach. Zrobi³em tak, aby upewniê sií, øe klawisz zosta³ naciúniíty celowo i by³o to zamiarem uøytkownika. Jest to rûwnieø bardzo prosty filtr zak³ûceò mog¹cych pojawiê sií na doprowadzeniu portu. Aby zapobiec wp³ywowi na wynik dzia³ania funkcji bitûw innych niø przyporz¹dkowane wierszom klawiatury, s¹ one maskowane (ustawiane w stan nis- K U R S Wielopoziomowe menu w C Tab. 1. Przypisanie funkcji wyprowadzeniom mikrokontrolera Nazwa portu Oznaczenie Funkcja P2.0 PC0 Doprowadzenie pierwszej kolumny matrycy klawiszy P2.1 PC1 Doprowadzenie drugiej kolumny matrycy klawiszy P2.2 PC2 Doprowadzenie trzeciej kolumny matrycy klawiszy P2.3 PC3 Doprowadzenie drugiego wiersza matrycy klawiszy P2.4 PC4 Doprowadzenie trzeciego wiersza matrycy klawiszy P2.5 PC5 Doprowadzenie czwartego wiersza matrycy klawiszy P2.6PC6Doprowadzenie pierwszego wiersza matrycy klawiszy P3.4 PD4 Sygna³ RS wyœwietlacza LCD P3.5 PD5 Sygna³ READ wyœwietlacza LCD P3.6PD6Sygna³ ENABLE wyœwietlacza LCD P1.4 PB4 Bit 5 szyny danych wyœwietlacza LCD P1.5 PB5 Bit 6 szyny danych wyœwietlacza LCD P1.6PB6Bit 7 szyny danych wyœwietlacza LCD P1.7 PB7 Bit 8 szyny danych wyœwietlacza LCD Jednym z najwiíkszych ìpoøeraczyî czasu i energii programisty, obok uruchomienia programu, jest tak zwany interfejs uøytkownika. Mikrokontroler nie potrzebuje do pracy wyúwietlacza, klawiatury, diod úwiec¹cych LED i temu podobnych elementûw, o ile nie jest to úciúle zwi¹zane z operacjami zapisu lub odczytu danych. Wszystkie te drobiazgi s¹ potrzebne nam, ludziom, abyúmy mogli wprowadzaê parametry i poznaê rezultat wykonania przez mikrokontroler okreúlonego programu. W artykule przedstawií sposoby tworzenia jednoi dwupoziomowych menu, wyúwietlanych na typowym wyúwietlaczu LCD 4 linie po 20 znakûw. ki) poleceniem curr &= Row_mask (iloczyn bitowy). WartoúÊ maski rûwnieø zdefiniowana zosta³a w pliku nag³ûwkowym. Bit aktywny przyjmuje stan niski. W zwi¹zku z tym, øe ³atwiej jest porûwnywaê bity znajduj¹ce sií w stanie wysokim, wartoúê zwracanej zmiennej jest negowana (polecenie return(~curr), ì~î to operator dope³nienia jedynkowego). Funkcja Key_Number przyporz¹dkowuje kombinacjom bitûw odczytanych z portu mikrokontrolera okreúlone kody. Konstrukcja programu zbliøona jest do budowy klawiatury. Warunki if tworz¹ rodzaj matrycy, na ktûrej przeciíciach znajduj¹ sií kody klawiszy. Wartoúci Row_1...4 rûwnieø predefiniowane s¹ w pliku nag³ûwkowym. Jedynka na pozycji bitu wiersza odpowiada wciúniíciu klawisza. W przypadku, gdy øaden z klawiszy nie jest naciúniíty, funkcja zwraca wartoúê 0. Menu jednopoziomowe Najprostszym rodzajem menu jest menu jednopoziomowe. Charakteryzuje sií ono tym, øe po wybraniu opcji nastípuje bezpoúrednie wywo³anie akcji. Menu takie jest ³atwe do wykonania, jeúli w ca³oúci mieúci sií na ekranie LCD. Znacznie gorzej jest, gdy ma ono na przyk³ad 8 pozycji, a na ekranie mamy do dyspozycji 2 czy 4 linie. WÛwczas musimy nie tylko okreúliê nazwy poszczegûlnych opcji, ale rûwnieø sposûb wyúwietlania menu po przekroczeniu rozmiaru ekranu. Wyliczenie tych wszystkich zmiennych zajmuje duøo pamiíci programu oraz czasu mikrokontrolera. Pocz¹tek programu (czíúê deklaracyjna zmiennych) zawiera definicjí typu o nazwie menuitem. Jest to struktura pojedynczego rekordu opisuj¹cego linií menu. Rekordy te s¹ nastípnie zgrupowane w tabeli menus, tam teø nadawana jest im wartoúê. Kilku s³ûw omûwienia wymaga rola poszczegûlnych pûl rekordu. 77

20 K U R S Rys. 1. Schemat klawiatury matrycowej 3 (kolumny) x 4 (wiersze) wykorzystywanej w modelu Pole o nazwie name to ³aÒcuch znakûw wyúwietlany na ekranie i stanowi¹cy nazwí (etykietí) danej pozycji menu. Jest on widziany przez uøytkownika dokonuj¹cego wyboru opcji. Pole ptr to offset dodawany do adresu pocz¹tku tablicy - wykazu menu. Jego rola polega na wskazaniu miejsca, od ktûrego maj¹ byê wyúwietlane etykiety menu. I tak dla przyk³adu ptr=4 spowoduje, øe w linii numer 1 wyúwietlacza LCD znajdzie sií etykieta menu spod adresu menus+4. Kolejne pole - y0 - to numer linii, w ktûrej ma sií znajdowaê znak wyboru w momencie, gdy wskaünik aktualnej pozycji w tabeli-wykazie wskazuje na rekord zwi¹zany z tym parametrem. Kombinacja dwûch ostatnich parametrûw umoøliwia efektywne i czytelne wyúwietlanie zawartoúci menu. SpÛjrzmy dla przyk³adu na deklaracjí menu pochodz¹c¹ z prezentowanego programu: //deklaracja tablicy-wykazu //opcji menu code menuitem menus[maxoptions] = {{ opcja 1., 0, 0}, { opcja 2., 0, 1}, { opcja 3., 0, 2}, { opcja 4., 0, 3}, { opcja 5., 1, 3}, { opcja 6., 2, 3}, { opcja 7., 3, 3}, { opcja 8., 4, 3}} //deklaracja wskaźnika do pozycji //w tablicy-wykazie menu code menuitem *ptrmenus = &menus; Wskaünik ptrmenus jest tego samego typu, co element tablicy - wykazu. W zwi¹zku z tym operacje arytmetyczne wykonywane na wskaüniku dodaj¹ (lub odejmuj¹) do (od) jego wartoúci liczbí bajtûw identyczn¹ z rozmiarem pojedynczego elementu tablicy. Na przyk³ad wykonanie poleceò: ptrmenus = &menus ptrmenus = ptrmenus+3 //równoważne //polecenie to ptrmenus += 3 spowoduje przesuniície wskazaò na pozycjí 4 w tablicy (pozycje numerowane s¹ od 0), a nie na literí ìcî w napisie ìopcja 1.î, co odpowiada³oby dodaniu do wartoúci wskaünika 3 bajtûw. Tyle s³owem przypomnienia o arytmetyce wskaünikûw. WrÛÊmy do sposobu definiowania menu. Po uruchomieniu funkcji wyúwietlaj¹cej, wskaünik do wykazu ustawiany jest na jego pocz¹tek (pozycja 0). NastÍpnie pobierane s¹ wartoúci menus[0].y0 oraz menus[0].ptr. WartoúÊ ptr dodawana jest do adresu pocz¹tku tablicy (w tym przypadku ptr=0) i od wyliczonego w ten sposûb adresu wyúwietlane s¹ na ekranie LCD 4 etykiety menu. Parametr pobrany z tablicy y0 to argument funkcji wyúwietlaj¹cej znaczniki wyboru. W tym przypadku, poniewaø y0=0, znaczniki bíd¹ wyúwietlone na wspû³rzídnych (0,0) oraz (19,0). Podobnie bídzie, gdy wskaünik pokaøe pozycjí 2, 3 i dalsze. Za kaødym razem wartoúci y0 i ptr okreúlaj¹ pozycjí znaku wyboru oraz tí etykietí menu, ktûra znajdzie sií w pierwszej linii wyúwietlacza. Do wyliczenia wartoúci wskaünika do aktualnej pozycji w tabeli-wykazie List. 1. Sposób budowania definicji menu menu pos³ugují sií zmienn¹ globaln¹ o nazwie actpos. Jest to zmienna typu signed char (z zakresu od ). Jej wartoúê ulega zmianie po naciúniíciu klawiszy umownie przyjítych jako kierunek dû³ (8) lub gûra (2). Dodatkowo wartoúê tej zmiennej porûwnywana jest z liczbami okreúlaj¹cymi jej maksimum i minimum. W przypadku przekroczenia maksimum, zmiennej actpos nadawana jest wartoúê minimum i vice versa: gdy jej wartoúê jest mniejsza niø wartoúê minimalna, zmiennej nadawana jest wartoúê maksimum. Tu jedna uwaga: wartoúê maksymaln¹ stanowi liczba elementûw tablicy menus. Jej elementy numerowane s¹ od 0. W zwi¹zku z tym numer ostatniego elementy tablicy to rozmiar-1, a pierwszego to 0. Na skutek tak przyjítej konwencji rûwnieø i zmiennej actpos naleøy w przypadku dolnej granicy zakresu nadaê wartoúê maksymalnej liczby opcji pomniejszon¹ o 1. Odpowiada za to polecenie if (-- actpos < 0) actpos=maxoptions-1. Podobnie jest w przypadku gûrnej granicy. Wskaünik adresuje obszar leø¹cy poza tablic¹ juø wûwczas, gdy przyjmuje wartoúê jej rozmiaru. Z mojej praktyki wynika, øe mimo faktycznie zachodz¹cej rûwnoúci, w takiej sytuacji bezpieczniej jest uøyê znaku ìwiíksze lub rûwneî. W zwi¹zku z tym linia programu przyjmuje postaê if (++actpos >= maxoptions) actpos=0. Program g³ûwny wykonuje czynnoúci zwi¹zane z obs³ug¹ wyúwietlacza (inicjalizacja trybu 4-bitowego oraz definicja znakûw uøytkownika), a nastípnie wywo³uje funkcjí obs³ugi menu. Zwracana przez tí funkcjí wartoúê rozpatrywana jest nastípnie przez wyraøenie switch - case. Oczywiúcie moøna uøyê instrukcji if lub chociaøby zbudowaê tablicí z wykazem wywo³ywanych funkcji, a zwrûcon¹ w wyniku dzia³ania wartoúê potraktowaê jako offset lub wskaünik do tejøe tablicy. Menu dwupoziomowe Rozbudowuj¹c menu o dodatkowy poziom, zawsze naleøy liczyê sií z tym, øe zajmie ono duøo miejsca code menuitem mainmenus[6] = {{name = opcja menu głównego 1, --> code submenu submenu1[3] = ptr = 0, {{ podmenu 1.1,0,0,11}, y0 = 0, { podmenu 1.2,0,1,12}, nextmenu = &submenu1, {0,0,0,0}} retval = 0}, {name = opcja menu głównego 2, --> code submenu submenu2[7] = { ptr = 0, {{ podmenu 2.1,0,0,21}, y0 = 1, { podmenu 2.2,0,1,22}, nextmenu = &submenu2, { podmenu 2.3,0,2,23}, retval = 0}, { podmenu 2.4,0,3,24}, { podmenu 2.5,1,3,25}, { podmenu 2.6,2,3,26}, {0,0,0,0}} {name = opcja menu głównego 3, ptr = 0, y0 = 2, nextmenu = 0, retval = 3},... 78