Praktyczny_kurs_elektroniki_cz_22.pdf

(4218 KB) Pobierz
Na warsztacie
PRAKTYCZNY
KURS
cz. 22
ELEKTRONIKI
Oto dwudziesta druga część PRAKTYCZNEGO KURSU ELEKTRONIKI, który zainaugurowaliśmy w MT 2/2013 i bę-
dziemy kontynuować w kolejnych wydaniach. Zainteresowanie kursem jest olbrzymie, dlatego zdecydowaliśmy się
umożliwić Czytelnikom dołączenie do niego w dowolnym momencie. Wszystkie poprzednie części są dla wszystkich
dostępne w formacie PDF na stronie www.mt.com.pl. Można z nich korzystać w komputerze lub sobie je wydrukować.
Można też kupić wszystkie archiwalne numery MT na www.ulubionykiosk.pl. Publikacja każdej kolejnej części jest
zawsze poprzedzona jedną stroną wstępnych informacji (jest to właśnie ta strona), żeby nowi Czytelnicy mogli zapo-
znać się z zasadami KURSU i dołączyć do kursantów. ZAPRASZAMY!
Jeśli nie masz bladego pojęcia o elektronice, ale chętnie
byś poznał jej podstawy, to nadarza Ci się niepowtarzalna
okazja. We współpracy z bratnią redakcją miesięcznika
„Elektronika dla Wszystkich” publikujemy w „Młodym
Techniku” cykl fascynujących lekcji dla zupełnie początku-
jących. Jest to Praktyczny
Kurs Elektroniki
(PKE) z akcen-
tem na Praktyczny, gdyż każda lekcja składa się z projektu
i wykładu
z ćwiczeniami,
przy czym
projekt
to konkretny
układ elektroniczny samodzielnie montowany i urucha-
miany przez „kursanta”. Pewnie myślisz sobie – pięknie,
ale jak ja mam montować układy, nie mając lutownicy
ani żadnych części elektronicznych. Otóż jest rozwiązanie!
Lutownicy nie będziesz w ogóle używać, gdyż wszystkie
układy będą montowane na płytce
stykowej,
do której
wkłada się „nóżki” elementów na wcisk.
I rzecz najważniejsza!
Wydawnictwo AVT przy-
gotowało zestaw
EdW09,
zawierający płytkę stykową
i wszystkie elementy, jakie będą potrzebne do wykonania
kilkunastu projektów zaplanowanych w PKE. Zestaw
EdW09
można kupić w sklepie internetowym
www.sklep.avt.pl
lub w sklepie firmowym AVT
(Warszawa, ul. Leszczynowa 11) – cena brutto 47 zł.
Ale Ty nie musisz kupować!
Dostaniesz ten zestaw
za darmo,
jeśli jesteś prenumeratorem MT lub wykupisz
wkrótce prenumeratę. Wystarczy wysłać na adres:
prenumerata@avt.pl
dwa zdania:
„Jestem prenumeratorem MT i zamawiam bezpłatny
zestaw EdW09. Mój numer prenumeraty: ......................”
Jeśli otrzymamy to zamówienie przed 28 listopada
2014 r., to zestaw
EdW09
wyślemy Ci w połowie grudnia
2014 r., wraz ze styczniowym numerem MT.
Szkoły prenumerujące MT otrzymują
Pakiety Szkolne
PS EdW09,
zawierające po 10
zestawów EdW09
(każdy
z nich zawiera komplet elementów z płytką stykową),
skalkulowane na zasadach non profit w promocyjnej
cenie 280 zł brutto za jeden pakiet PS EdW09 (tj. z ra-
batem 40% – 28 zł brutto za pojedynczy zestaw EdW09,
którego cena handlowa wynosi 47 zł). Upewnij się, czy
Twoja szkoła prenumeruje MT (niemal wszystkie szkoły
ponadpodstawowe i wiele podstawowych otrzymują
MT w prenumeracie sponsorowanej przez Ministerstwo
Nauki i Szkolnictwa Wyższego) i przekaż nauczycielom
informację o Praktycznym
Kursie Elektroniki
z promo-
cyjnymi dostawami
Pakietów Szkolnych PS EdW09
do ćwiczeń praktycznych.
Poziom tekstu: średnio trudny
SZKOŁA
Zestaw EdW09 zawiera następujące
elementy (specyfikacja rodzajowa):
1. Diody prostownicze
4 szt.
2. Układy scalone
4 szt.
3. Tranzystory
8 szt.
4. Fotorezystor
1 szt.
5. Przekaźnik
1 szt.
6. Kondensatory
22 szt.
7. Mikrofon
1 szt.
8. Diody LED
11 szt.
9. Przewód
1m
10. Mikroswitch
2 szt.
11. Piezo z generatorem
1 szt.
12. Rezystory
64 szt.
13. Srebrzanka
1 odcinek
14. Zatrzask do baterii 9V
1 szt.
15. Płytka stykowa prototypowa
840 pól stykowych
1 szt.
Cena zestawu EdW09 – 47 zł brutto
(www.sklep.avt.pl)
Uwaga uczniowie!
Tylko dla szkół prenumerujących
„Młodego Technika”
przygotowano Pakiety
Szkolne
zawierające
10 zestawów EdW09
(PS
EdW09) w promocyjnej
cenie 280 zł brutto,
tj. z rabatem 40%.
Autorem
Praktycznego Kursu Elektroniki
jest
Piotr
Górecki,
redaktor naczelny kultowego w świecie
hobbystów – elektroników miesięcznika „Elektronika
dla Wszystkich”, autor legendarnych cykli artykułów
i książek uczących elektroniki od podstaw.
Uwaga Szkoły
98
m.technik
- www.mt.com.pl
PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI
Projekt 22
Elektroniczna świeczka
Fotografia tytułowa pokazuje dwa modele elektronicznej świeczki. W obu pracuje żółta dioda
LED, która naśladuje płomień klasycznej świeczki: w nieregularnym rytmie przygasa i rozświetla
się. Schematy dwóch wersji elektronicznej świeczki pokazane są na rysunku
A oraz rysunku B.
Pierwsza, prostsza, przeznaczona jest do zasilania napięciem 7...15 V, druga może też prawidłowo
pracować przy znacznie niższych napięciach, zależnie od wartości rezystora R10.
W Elportalu (www.elportal.pl/pke) dostępny jest filmik, pokazujący pracę obu wersji przy na-
pięciu zasilania 9 V (w układzie z rysunku B zwiększona jest wartość R10 do 220 Ω). Udowadniają
one, że za pomocą garstki elementów można zrealizować układ elektroniczny dający efekt podobny
do płomienia prawdziwej świecy.
C1
10µF
RC=4,7s
C2
10µF
V
DD
+
+
1
2
U1A
R5 10k
3
A
R1 470k
V
DD
+7
_
15V
U
ZAS
5
6
U1B
R6 10k
4
B
R2 220k
V
SS
C5
100nF
+
_
Opis układu dla
„zaawansowanych”
V
DD
RC=2,2s
C3
8
9
U1C
R7 10k
10
C
R3 1M
4093
E
R9
4,7k
1µF
RC=1s
V
DD
R10
1k
+
C4
12
13
U1D
R8 10k
11
D
R4 2,2M
100µF
C6
LED1
A
1µF
RC=2,2s
W wersji prostszej z rysunku A i z lewej strony foto-
grafii tytułowej dioda LED1 sterowana jest bezpo-
średnio sumą sygnałów prostokątnych z punktów A,
B, C, D. Te sygnały prostokątne są wytwarzane przez
cztery niezależne generatory na czterech bramkach
kostki U1. Kondensatory C3, C4 zostały dołączone
do plusa zasilania tylko po to, by uprościć montaż
modelu. Równie dobrze mogłyby być dołączone
do masy.
Wprawdzie nominalne stałe czasowe R2C2 oraz
R4C4 są jednakowe – 2,2 sekundy, jednak z uwagi
na rozrzut (tolerancję) elementów najprawdopo-
dobniej także te dwa generatory nie będą ze sobą
zsynchronizowane.
Wszystkie generatory pracują z małymi częstotli-
wościami, rzędu 1 Hz i mniej. Jednak z uwagi na to,
99
Na warsztacie
V
DD
DD
DD
R1 100k
że nie są one zsynchronizowane, w wypadko-
R7
wym przebiegu zmiany mogą występować i wy-
22k
U1F
C1
U1A
R4
stępują dużo częściej niż co sekundę.
Rysunek
2
1
12
C
pokazuje przebieg w punkcie E (skala czasu
13
R9
22k
wynosi 1 s/działkę), gdy odłączone są rezystor
10µF
4,7k
R2 220k
R9 i dioda LED1.
Rezystor R9 powoduje, że dioda rzadziej
U1E
C2
U1B
4
10 R5
3
zmniejsza swoją jasność do zera, co bardziej re-
LED1
11
alistycznie symuluje płomień świecy. W wersji
22k
10µF
podstawowej, bez elementów C6, R10, dioda
R3 470k
T2
LED1 zasilana jest przebiegiem „schodkowym”.
C5
U1D
C3
100µF
U1C
Można dodać kondensator C6 o pojemności
6
8 R6
A
5
100 mF i rezystor R10 = 1 kΩ, co „złagodzi
T1
9
schodki”. Na rysunku
D
pokazane są w powięk-
22k
10µF
40106
R10
szeniu (10 mV/dz) przebiegi na diodzie LED bez
R8
47Ω
1k
C6 i R10 oraz z C6 = 100 mF, R10 = 1 kΩ.
T1 = BC558 T2 = BC548
W układzie tym możesz śmiało zmieniać war-
tości elementów C1...C4 i rezystorów R1...R4.
Zachęcam do eksperymentów i zmiany. Najlepszą
symulację świeczki uzyskuje się wtedy, gdy stałe
czasowe RC generatorów wynoszą 1...5 sekund,
ale Ty z powodzeniem możesz wypróbować inne
wartości.
W układzie z rysunku A możesz też zmieniać
wartości rezystorów R5...R8 w zakresie 2,2 kΩ …
22 kΩ, przy czym nie muszą być one równe.
Gdybyś chciał praktycznie wykorzystać taką
elektroniczną świeczkę i gdyby miała ona świecić
jak najdłużej, należałoby ją zasilać nie z baterii 9 V,
tylko z trzech ogniw AA (R6), czyli napięciem około
4,5 V albo z trzech akumulatorków NiMH napię-
+
+
+
+
V
V
Poziom tekstu: średnio trudny
SZKOŁA
B
C
D
ciem 3,6 V lub z jednego akumulatora litowego
(3,7 V). Przy takich niskich napięciach zasilania
wydajność prądowa wyjść układów CMOS jest mała
i trudno z nich wysterować bezpośrednio diody
LED. Problem w tym, że przy niskim napięciu
zasilania trzeba zmniejszać wartość szeregowych
rezystorów, tymczasem przy niskim napięciu zasila-
nia rośnie rezystancja wyjściowa bramek.
Pojawia się ryzyko, że nadmiernie obciążona
bramka przestanie pracować jako generator. Aby po-
zbyć się problemu i zmniejszyć straty w rezystorach
„sumujących”, zrealizowaliśmy według rysunku
B drugą wersję świeczki, która będzie prawidłowo
E
100
m.technik
- www.mt.com.pl
PRAKTYCZNY KURS ELEKTRONIKI
pracować także przy niskich napięciach zasilania. Tutaj podobnie sumujemy sygnały z wyjść gene-
ratorów za pomocą rezystorów R4, R5, R6. Rezystor R7 zapobiega całkowitemu wygaszaniu diody
LED. Z kolei rezystor R8 o niewielkiej wartości 1 kΩ powoduje, że w punkcie A przebieg zmienny
ma niewielką wartość.
Rysunek E
pokazuje przebieg w punkcie A przy zasilaniu układu napięciem
4,0 V. Napięcie z rezystora R8 doprowadzone jest do bazy T1, czyli do wejścia sterowanego źródła
prądowego z tranzystorami T1, T2. Mój model, pokazany z prawej strony fotografii tytułowej, za-
czynał pracę (lekkie świecenie diody LED1) już przy napięciu zasilania 2,1 V.
Poznajemy elementy i układy elektroniczne
Rejestry
W poprzednim wykładzie poznaliśmy przerzutniki synchroniczne D, T oraz JK. Przerzutniki te po-
zwalają realizować kolejne nad wyraz pożyteczne układy.
Przerzutnik D jest bodaj najprostszą pamię-
cią: aktywne zbocze powoduje zapamiętanie
Q
N
w przerzutniku stanu wejścia D. Łącząc kilka
D
Q
przerzutników D, by miały wspólny syg-
nał zegarowy, można uzyskać tzw. rejestry.
CL Q
Rysunek 1a
pokazuje rejestr „równoległy”
(zwany PIPO – Parallel
Input Parallel Output),
który zapamiętuje na wyjściach stany wejść,
występujące tam w chwili wystąpienia aktyw-
Q
A
D
Q
nego zbocza impulsu zegarowego. Jest to swego
wyjście
rodzaju bufor pamiętający. W praktyce najpo-
szere-
CL Q
gowe
pularniejsze okazują się rejestry z ośmioma
przerzutnikami, czyli tzw. ośmiobitowe.
Rysunek 1b
pokazuje rejestr szeregowy (zwa-
ny SISO – Serial
Input Serial Output)
z jednym
Q
N
wejściem i jednym wyjściem. Na pierwszy rzut
D
Q
oka mogłoby wyglądać, że zawartość wejścia
A natychmiast „przeleci” przez cały rejestr. Tak
CL Q
byłoby z omawianymi wcześniej przerzutni-
kami D-latch, które są „przezroczyste”,
gdy na wejściu zegarowym jest poziom
aktywny (wysoki). Natomiast „prawdzi-
N
wy” przerzutnik D jest wyzwalany zbo-
czem i stan jego wyjść może zmienić
się tylko pod wpływem i tylko w chwili
występowania aktywnego zbocza, a po-
Q
D S Q
nadto w układach logicznych między
wyjście
wejściem a wyjściem zawsze występują
CL Q
niewielkie opóźnienia (rzędu nano-
R
sekund). I właśnie te opóźnienia oraz
fakt, że przerzutnik D reaguje tylko
na zbocze, powodują, że w rejestrze
SISO zawartość wejścia nie „przele-
ci” przez całą długość rejestru. Każde
aktywne zbocze sygnału zegarowego
niejako przesuwa zawartość rejestru
„w prawo” tylko o jeden stopień, przy
czym do pierwszego przerzutnika
wpisywana jest zawartość wejścia A,
a zawartość ostatniego przerzutnika jest
tracona.
Q
Przykład takiego rejestru szeregowe-
Q
D
Q
go podkreśla też konieczność stoso-
wyjście
wania sygnału zegarowego o ostrych
szere-
Q
CL Q
gowe
zboczach. W realnych układach
występują pewne rozrzuty parametrów
a)
PIPO
D
CL
Q
A
Q
Q
wyjścia równoległe
Q
B
D
CL
Q
Q
CL
A
b)
SISO
A
wejście
szere-
gowe
D
CL
Q
Q
wejścia równoległe
D
CL
Q
Q
D
CL
Q
Q
B
N
CL
c)
SIPO
A
wejście
szere-
gowe
D
CL
Q
A
Q
Q
wyjścia równoległe
Q
B
Q
Q
D
CL
D
CL
Q
C
Q
Q
CL
1
a)
PISO
Load
wejścia równoległe
A
B
C
D S Q
CL
Q
D S Q
CL
Q
D S Q
CL
Q
Reset
CL
R
R
R
b)
PISO
A
Ctrl
H-
Shift
wejścia równoległe
B
C
N
L-
Load
D
Q
D
Q
D
CL
2
CL
CL Q
CL Q
101
Na warsztacie
poszczególnych przerzutni-
odebrane dane
sygnał zegarowy
Q
A
Q
B
Q
C
Q
A
Q
B
Q
N
Q
G
Q
H
ków, między innymi progów
przełączania. Gdyby więc
dane
CL
PISO
wspólny sygnał zegarowy
A
CL
SIPO
miał łagodne zbocza, reakcje
CL
poszczególnych przerzutni-
masa
A B C D E F G H
ków mogłyby nastąpić nie
dane do przesłania
w jednej chwili, tylko z pew-
nym opóźnieniem, co spowo-
dowałoby błędną, nieprzewidywalną pracę rejestru. Dlatego w katalogach podany jest maksymalny
czas narastania aktywnego zbocza sygnału zegarowego.
Omawiany rejestr SISO jest rodzajem pamięci szeregowej i cyfrowym układem opóźniającym.
Wersja z rysunku
1c
to prosty rejestr zwany SIPO z pojedynczym wejściem i wieloma wyjściami.
Pozwala on w takt zegara zapamiętywać stan wejścia A, przy czym wcześniejsze stany są przesuwa-
ne w prawo i pojawiają się na kolejnych wyjściach.
Idąc krok dalej, moglibyśmy analogicznie narysować schemat rejestru PISO z równoległymi
wejściami i pojedynczym wyjściem. Tylko taki rejestr byłby mało użyteczny. Aby był użyteczny,
powinien to być rodzaj rejestru szeregowego, do którego wstępnie jednorazowo można byłoby
wpisać stan wejść równoległych, a w takt zegara przesunąć zawartość w prawo do wyjścia. Takie
wstępne wpisywanie można zrealizować na różne sposoby. Można byłoby wykorzystać rejestr SISO
i wstępnie wpisywać zawartość wejść równoległych asynchronicznie, czyli niezależnie od sygnału
zegarowego, wykorzystując asynchroniczne wejścia Set i Reset, jakie istnieją w wielu przerzutni-
kach. Prosty przykład masz na rysunku
2a.
Krótki impuls na wejściu Load powoduje załadowanie
do (wcześniej wyzerowanych) przerzutników stanów z równoległych wejść A, B, C,... Następnie
impulsy zegarowe CL powodują przesuwanie zawartości w prawo i na wyjściu Q kolejno pojawiają
się stany wejść.
Ładowanie zawartości wejść może się też odbywać synchronicznie.
Rysunek 2b
pokazuje przy-
kład takiego rozwiązania. Gdy na wejściu Ctrl panuje stan niski, wtedy każde aktywne zbocze
sygnału zegarowego synchronicznie wpisuje stany wejść A, B, C,... do przerzutników. Gdy na wej-
ściu Ctrl panuje stan wysoki, każdy impuls zegarowy powoduje przesunięcie zawartości rejestru
w prawo, do wyjścia (a do pierwszego przerzutnika wpisywany jest stan wejścia A, co nie ma
istotnego znaczenia).
Rejestry PISO i SIPO często współpracują ze sobą przy tzw. szeregowym przesyłaniu danych.
Mocno uproszczony
rysunek 3
pokazuje ideę systemu transmisji szeregowej, gdzie za pomocą
trzech przewodów można przesyłać dane w takt impulsów zegarowych. Na rysunku 3 pokazana jest
tylko podstawowa idea. Szeregowe przesyłanie danych jest ogromnie popularne (tak pracują popu-
larne łącza szeregowe, jak USB, RS-232 i inne), zaś w praktyce wykorzystuje się dodatkowo różne
sprytne pomysły, a obwody nadawczo-odbiorcze są znacznie bardziej rozbudowane.
wejścia równoległe
Mode
Control
Inputs
19
S0
20
S1
A
18
B
17
C
14
D
13
system szeregowej transmisji danych
SZKOŁA
3
Poziom tekstu: średnio trudny
1
SR
SER
10
SL
SER
‘194
11
CLK
12
CLR
1S
C1
1R
R
1S
C1
1R
R
1S
C1
1R
R
1S
C1
1R
R
QA
2
QB
3
QC
8
QD 9
wyjścia równoległe
4
102
m.technik
- www.mt.com.pl

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin