06_04.pdf

(758 KB) Pobierz
Klocki elektroniczne
W tym przeznaczonym do
przenośnego użytku liczniku
zdarzeń zastosowano wyświetlacz
ciekłokrystaliczny (LCD, liquid
crystal display), który pobiera
pomijalnie mały prąd. Projekt ten
ilustruje sposób, w jaki niektóre
moduły opisane w części 6
”Systemu projektowania
modułowego” można połączyć ze
sobą i jak łączy się LCD
z układem liczącym.
Licznik jest wyposażony w dwa
przyciski, jeden do zwiększania
stanu licznika, a drugi do jego
kasowania. Licznik może być
oczywiście połączony z dowolnym
innym urządzeniem zamiast
przycisku. Może on na przykład
odbierać sygnały z modułu czujnika
światła (opisanego w części 1)
i zliczać przedmioty na podajniku
taśmowym. Licznik nadaje się także
do automatycznego liczenia
punktów zdobywanych za pomocą
strzelnicy świetlnej, projektu
konstrukcyjnego towarzyszącego
części 5 ”Systemu projektowania
modułowego”.
eń
arz
zd
nik
icz
L
Schemat blokowy
Sposób łączenia ze sobą modułów
jest pokazany na schemacie blokowym
na
rysunku 1.
W układzie przewidzia−
no dwa wejścia. Jedno jest buforowane
przez przerzutnik monostabilny (wzięty
z części 2, rys. 2.8), który eliminuje
wszelkie efekty odbijania się styków
przycisku wewnętrznego albo wyłączni−
ka zewnętrznego. Problemy wywoływa−
ne przez odbijanie się styków zostały
omówione w części 6. Maksymalna
częstotliwość impulsów wejściowych
licznika zdarzeń wynosi około 14Hz.
Drugie wejście omija przerzutnik i po−
zwala zliczać impulsy o częstotliwości
do 2MHz.
Impulsy z przerzutnika lub z we−
jścia bezpośredniego są kierowane do
licznika jednostek, układu scalonego ty−
pu 4029B, który dostarcza informacji
dziesiętnej kodowanej cyfrowo (BCD) do
układu scalonego typu 4543B, sterowni−
ka 7−segmentowego LCD cyfry jednos−
tek.
W części 6 również omówiono spo−
sób zasilania LCD, który zasila się nie
napięciem stałym, tylko zmiennym, fali
prostokątnej o częstotliwości 30Hz do
100Hz. Napięcie to musi być doprowa−
dzone do końcówki BP (płyty tylnej) wy−
świetlacza. Jeżeli sygnał dochodzący do
danego segmentu jest w fazie (czyli jest
taki sam) z sygnałem dochodzącym do
BP, to segment ten jest niewidoczny. Je−
żeli fazy te są przeciwne, to segment ten
jest widoczny (czarny).
Wymagania te mogą się wydawać
skomplikowane, ale układ 4543B spełnia
je pod warunkiem, że tę samą falę pros−
tokątną otrzymuje jego wejście PH oraz
wejście BP wyświetlacza. Sygnał fali
prostokątnej jest generowany przez
przerzutnik astabilny, taki jak opisany
w części 4 (rys. 4.2 do rys. 4.6).
Schemat układu
Kompletny schemat układu licznika
zdarzeń jest przedstawiony na
rys. 2.
Pomimo skomplikowanego wyglądu po−
za układami scalonymi w skład licznika
Rys. 1. Schemat blokowy licznika zdarzeń.
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/96
27
Klocki elektroniczne
Rys. 2. Kompletny schemat licznika zdarzeń.
zdarzeń wchodzi bardzo mało elemen−
tów, a całość składa się z powtarzal−
nych obwodów, każda bowiem cyfra wy−
maga takiej samej pary układów, 4029B
i 4543B.
Licznik można uruchamiać ręcznie,
za pomocą przycisku S1. Niewielkie za−
kłócenia elektryczne są eliminowane
przez obwód C1 i R1, utrzymujący na−
pięcie wejścia 8 IC1 na poziomie 0V, je−
żeli nie został naciśnięty przycisk S1, ani
nie został odebrany impuls z zewnątrz.
Bramki NOR IC1c i IC1d tworzą
przerzutnik monostabilny. Oporność re−
zystora R4 i pojemność kondensatora
C4 zostały tak dobrane, aby czas prze−
rzutu wynosił około 0,07s. Drgania sty−
ków nie trwające dłużej od tego czasu
nie mogą więc wywoływać fałszywych
zliczeń.
Wejście SK1 dla sygnałów zewnętrz−
28
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/96
Klocki elektroniczne
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej licznika zdarzeń.
nych umożliwia czyste wyzwalanie licz−
nika impulsami o niskiej częstotliwości,
nawet jeżeli występują wśród nich wielo−
krotne impulsy wywołane odbijaniem się
styków, czy też inne zakłócenia. Jeżeli
sygnał wejściowy jest wolny od tych
wad, na przykład sygnał czujnika
z efektem Halla, to czas przerzutu prze−
rzutnika można skrócić. Można także ta−
ki sygnał doprowadzić bezpośrednio
przez SK2 do wejścia 15 IC5 (licznika
jednostek). Włożenie wtyczki do tego
gniazdka automatycznie odcina sygnał
z przerzutnika.
Źródło zewnętrznego sygnału we−
jściowego musi być zasilane z tego
samego zasilacza co licznik.
obwód R1−C1, dzięki któremu w trakcie
włączania na wejściu 2 IC1a powstaje
impuls dodatni. Sygnał z wyjścia 4 IC1b
jest doprowadzony do wejść 6 (PH)
wszystkich sterowników LCD i do BP
(płyty tylnej) samego wyświetlacza.
Układ ten ma dwa wyprowadzenia BP,
są one jednak połączone ze sobą, wy−
starczy więc użyć jednego.
Wyjścia od a do g są odpowiednio po−
łączone z wejściami siedmiu segmen−
tów LCD. (Niewłaściwie wykonane połą−
czenia liczników i LCD staną się przy−
czyną niekończącej się zabawy i frust−
racji z wyświetlaniem wszelkiego ro−
dzaju dziwnych “cyfr”. Jeżeli nabyty wy−
świetlacz będzie miał takie samo roz−
mieszczenie wyprowadzeń, jakie przed−
stawia rys. 2, to wszystko powinno być
dobrze.)
Zliczanie
Sygnał zegarowy z przerzutnika, lub
bezpośrednio z gniazdka SK2, docho−
dzi do wejścia 15 IC5. Wszystkie wejścia
programujące (JAM) są połączone
z 0V, więc wyświetlacz po skasowaniu
wyświetla 0. Wejścia programujące udo−
stępniają bardzo pożyteczną możliwość
liczników 4029B (IC2 do IC5). Została
ona omówiona w części 6, a jej zasto−
sowanie będzie zilustrowane w projek−
cie przykładowym przy części 7.
Wyjścia dwójkowe, oznaczone Q1,
Q2, Q3 i Q4, są połączone z IC9.
Układ ten dekoduje odpowiednio ich sta−
ny celem wysterowania wyświetlacza 7−
segmentowego i synchronizuje sygnały
wyjściowe z falą prostokątną z opisa−
nego wyżej generatora.
Łączenie kaskadowe
i kasowanie
Do końcówki 10 IC5 doprowadzono
napięcie zasilania, licznik więc liczy
w górę. Końcówka 9 IC5 jest połączo−
na z 0V, więc zliczanie odbywa się
w systemie BCD, czyli kasowanie na−
stępuje po 9, a nie po 15 impulsie. Istnie−
ją także inne sposoby kaskadowego łą−
czenia tych liczników, a do innych za−
stosowań niż niniejsze może posłużyć
wejście przeniesienia (carry in).
Do zerowania licznika służy wejście
ustawiające (preset enable), 1 IC5, nor−
malnie utrzymywane przez rezystor R5
pod napięciem 0V. Stan wszystkich licz−
ników kasuje się do zera (w tym wypad−
Przerzutnik astabilny
Przerzutnik astabilny, który generuje
sygnał fali prostokątnej dla LCD, jest ze−
stawiony z bramek NOR IC1a i IC1b.
Oporność rezystora R3 i kondensatora
C3 zostały tak dobrane, aby częstotli−
wość sygnału na wyjściu 4 IC1b wyno−
siła około 50Hz.
Mogłoby się zdarzyć, że przerzutnik
nie zostałby uruchomiony wraz z włą−
czeniem zasilania, zastosowano więc
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/96
29
Klocki elektroniczne
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
0,25W, węglowe warstwowe lub
lepsze
R1, R4: 10kW
R2, R3, R5: 100kW
Kondensatory
C1...C3, C6: 100nF, ceramiczny
dyskowy
C4: 10µF/25V, stojący
C5: 1µF/63V, stojący
C7: 1000µF/16V, stojący
Półprzewodniki
IC1: 4001B, poczwórna 2−
wejściowa bramka NOR
IC2...IC5: 4029B licznik dwójkowy−
dziesiętny
IC6...IC9: 4543B dekoder−sterownik
LCD
Różne
S1, S2: przycisk zwierny
S3: jednoobwodowy przełącznik
dwupozycyjny (zob, tekst)
SK1: gniazdko stereo
f
3,5mm
SK2: gniazdko mono
f
3,5mm
X1: 4−cyfrowy wyświetlacz
ciekłokrystaliczny
płytka drukowana kod 986
dwurzędowa podstawka 14−stykowa
8 dwurzędowych (DIL) podstawek
16−stykowych
4 jednorzędowe (SIL) podstawki
20−stykowe
uniwersalna płytka drukowana,
moduł 2,54mm, 31 pasków x 26
otworków
kabel taśmowy 20−przewodowy
(zob. tekst)
zaciskowe 40−stykowe gniazdko
i wtyk (zob. tekst)
obudowa−konsola o pochyłej płycie
czołowej (konsola ABS 2801)
190mm x 62mm x 100mm)
ku) naciśnięciem przycisku S2, dopro−
wadzając dodatnie napięcie do końców−
ki 1 wszystkich liczników. Kondensator
C5 wywołuje dodatni impuls kasujący
w momencie włączania napięcia zasila−
nia, dzięki czemu włączony licznik wy−
świetla zera zamiast przypadkowych
cyfr.
Pozostałe części układu są identycz−
ne z modułem jednostek. Kondensato−
ry C6 i C7 służą do blokowania obwodu
zasilającego, a S3 jest opcjonalnym
wyłącznikiem zasilania.
wych (DIL) podstawek układów scalo−
nych, dbając aby ich wycięcia zga−
dzały się z rys. 3. Takie ich ustawie−
nie nie jest niezbędne, ale potem
z pewnością ułatwi poprawne wsta−
wienie w nie układów scalonych. Nie
należy jednak teraz ich wstawiać!
Trzeba następnie wlutować zworki
z drutu. Zworki najlepiej i najpo−
rządniej wykonuje się z dłuższego
odcinka nieizolowanego drutu. Po
przylutowaniu drutu w jednym otwo−
rze przeciąga się go przez drugi ot−
wór, prostuje i naciąga, lutuje
w drugim otworze, a dopiero potem
odcina resztę drutu.
Przed przylutowaniem kondensa−
torów elektrolitycznych należy do−
kładnie sprawdzić ich właściwe ukie−
runkowanie. Na koniec trzeba wmon−
tować końcówki lutownicze dla połą−
czeń zewnętrznych.
cze ze starannie ułożonymi przewodami
taśmowymi. Taka metoda pozwala prze−
jrzyście uporządkować połączenia i po−
prawić jego niezawodność. Ma ona jesz−
cze tę zaletę, że ułatwia ewentualną wy−
mianę głównej płytki drukowanej w ra−
zie potrzeby jej modernizacji, lub zmiany
zastosowania.
Sposób ten może jednak wydać się
niewygodny, przewód taśmowy można
wtedy zastąpić oddzielnymi przewoda−
mi. Trzeba jednak zastosować kolorowe
przewody, inaczej pomyłki są pewne!
Trzeba też pamiętać, aby wszystkie
nie użyte wyprowadzenia LCD połączyć
z BP. Można je połączyć z końcówką
BP już na płytce wyświetlacza, oszczę−
dzając wielu przewodów, muszą jednak
zostać poprawnie zidentyfikowane.
Obudowa
Obudowa jest widoczne na fotografiI.
Najtrudniejszą czynnością jest wycięcie
w pokrywie prostokątnego okienka na
wyświetlacz. Trzeba także wykonać ot−
wory dla przycisków S1 zliczania i S2
kasowania. Jeżeli będzie potrzebny wy−
łącznik zasilania, można go wmontować
z boku, obok opcjonalnego gniazdka
zewnętrznego zasilania. Gniazdka SK1
i SK2 także można wmontować
w boczną ściankę obudowy. (W proto−
typie nie użyto gniazdka SK2.)
Oddzielenie dolnej części sugerowa−
nej obudowy z pochyłą płytą czołową
ułatwia montaż płytki drukowanej, którą
mocuje się za pomocą samoprzylepnych
wsporników. Płytkę uniwersalną z wy−
świetlaczem mocuje się natomiast do
Połączenia LCD
Montaż
Wszystkie szczegóły płytki drukowa−
nej licznika zdarzeń pokazuje
rys. 3.
Montaż należy zacząć od dwurzędo−
W prototypie wyświetlacz został
zmontowany na uniwersalnej płytce
drukowanej (Veroboard), jak to poka−
zuje
rys. 4,
którą łączy się z płytką
główną za pośrednictwem przewodu
taśmowego. Do płytki głównej została
przylutowana 40−stykowa podstawka
dwurzędowa, z którą łączy się złą−
cze zaciskowe (IDC) przewodu. Takie
samo złącze zaciskowe z drugiego
końca przewodu wlutowuje się bezpo−
średnio do płytki wyświetlacza. Trze−
ba jednak pamiętać, aby zostało wlu−
towane od strony elementów a nie
ścieżek, czyli od tej samej co wy−
świetlacz, inaczej bo−
wiem układ połączeń
byłby lustrzany. Połą−
czenie należy wykonać
dwoma 20−przewodowy−
mi kablami taśmowymi
zamiast jednym 40−prze−
wodowym, aby od strony
wyświetlacza dało się je
właściwie ułożyć.
Lutowanie
końcówek
LCD trzeba wykonywać
bardzo uważnie, ponieważ
pomiędzy ich parami na
płytce przebiega szereg
ścieżek.
Dla wyświetlacza przylu−
towuje się następnie dwie
jednorzędowe (SIL) pod−
stawki 20−stykowe, do któ−
rych dla uzyskania odpo−
wiedniego prześwitu pod
wyświetlaczem należy po−
tem wstawić jeszcze po jed−
nej takiej samej podstawce.
Rys. 4. Rozmieszczenie punktów lutowniczych
Pod umieszczonym w pod−
i nacięć na uniwersalnej płytce drukowanej
stawkach wyświetlaczem
modułu wyświetlacza.
LCD pomieści się więc złą−
30
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/96
Klocki elektroniczne
nia odpowiedniej sekcji w części 1.
Po sprawdzeniu, że napięcie zasilają−
ce dochodzi do każdego układu scalone−
go, należy wprowadzić je krótkim impul−
sem do wejścia 15 każdego układu
4029B, co powinno zwiększać daną cyf−
rę o jeden.
Większość trudności jest zwykle spo−
wodowana pomyłkami lub wadami
w połączeniach pomiędzy główną płyt−
ką a wyświetlaczem, trzeba więc do−
kładnie sprawdzić cały wyświetlacz
i upewnić się, że wszystkie jego nie
użyte wyprowadzenia są połączone
z BP.
Za pomocą oscyloskopu można
sprawdzić, czy do końcówki BP docho−
dzi fala prostokątna. Segmenty, na któ−
rych faza fali prostokątnej jest zgodna
z fazą fali na BP, zostają wygaszone,
a te segmenty, na których fazy te są
przeciwne, pozostają czarne. W braku
oscyloskopu falę prostokątną daje się
wykryć woltomierzem (który wskazuje
wtedy około połowy napięcia zasilające−
go), jednak zależności fazowych nie da
się sprawdzić.
Rys. 5. Szczegóły połączeń pomiędzy licznikiem zdarzeń a strzelnicą świetlną.
metalowej płyty czołowej za pomocą dłu−
gich wsporników samoprzylepnych.
Sprawdzanie
Po włączeniu zasilania 6V do 9V na−
leży sprawdzić wyświetlacz, na którym
powinny pokazać się cztery zera. Każde
naciśnięcie przycisku zliczania S1 po−
winno zwiększyć wyświetlaną liczbę o 1.
Trzeba następnie naciśnięciem przycis−
ku S2 sprawdzić kasowanie. Kolejnym
testem jest sprawdzenia przenoszenia
po przekroczeniu stanu licznika 9. Spra−
wdzenie przenoszenia poza 999 byłoby
raczej nużące, trzeba więc albo przyjąć
poprawność na wiarę, albo użyć genera−
tora sygnału. (Do tego celu można zmon−
tować przerzutnik astabilny według jed−
nego ze schematów z części 4.)
Połączenie ze strzelnicą
świetlną
Jeżeli licznik ma być połączony ze
strzelnicą świetlną, to można do tego
użyć jako SK1 złącza stereo, przez które
doprowadza się do licznika sygnał zli−
czania oraz zasilanie. Na
rysunku 5
po−
kazano szczegóły wykonania tego połą−
czenia za pomocą złącza stereo
f3,5mm.
Złącze to może służyć do zasilania licz−
nika ze strzelnicy świetlnej, albo strzelni−
cy świetlnej z licznika.
Uwaga: przypadkowe włożenie wty−
czki mono do gniazdka spowoduje zwar−
cie. Połączenia tego nie należy używać,
jeżeli oba urządzenia mają własne zasi−
lacze.
Część 7
W następnej części zostanie opisa−
ny odliczający układ czasowy.
Max Horsey
Projekt płytki drukowanej
Christopher Caulkin
Odszukiwanie błędów
Jeżeli odszukanie błędu okazało się
konieczne, należy zacząć od przeczyta−
Cd. ze str. 20
W chwili, gdy przepłynie graniczna
(4A) lub większa wartość prądu, powsta−
nie 2V lub więcej na RS1, RS2, dioda TP
oświetli złącze, kolektor, emiter i trans−
optor zacznie przewodzić. Na kolektorze
TP pojawi się stan niski, który zmieni
stan przerzutnika US1 B3, B4.
Na wejściu 6 B3 pojawi się stan nis−
ki, a na wyjściu 4 stan wysoki, który
zablokuje B4 US2. Na wyjściu tej bramki
pojawi się stan niski, który zablokuje im−
puls wyzwalający TY. Na odbiorniku na−
pięcie zaniknie. Po usunięciu przyczyny
zwarcia lub przeciążenia naciskamy
przycisk K i zmieniamy stan na wy−
jściu B3 na niski. Dioda sygnalizuje za−
działanie bezpiecznika.
Aby wymusić początkowy stan zero
na wyjściu B3, w chwili załączenia wy−
łącznika sieciowego WŁ, wejście
8 bramki B4 jest połączone z układem
R10C9
.
Długa stała czasowa pokrywa
stany nieustalone i zakłócenia, usta−
wiając zawsze w stan początkowy
przerzutnik na zero.
Kondensator C8 filtruje wszelkie krót−
kie zakłócenia, jak również zapobiega
zadziałaniu bezpiecznika w czasie
szybkich regulacji potencjometrem P.
Andrzej Adamczyk
Od Redakcji:
W zamieszczonym dziś
projekcie podobało nam się przejrzyste,
jasne przedstawienie zagadnienia oraz
starannie i pracochłonnie wykonany
model. Część końcowa listu, którą nie−
stety musieliśmy pominąć, zawiera kilka
praktycznych szczegółów świadczą−
cych, że Autor naprawdę dotykał się do
tego tematu.
Choć do rozwiązania układowego
można mieć pewne zastrzeżenia − moż−
na bowiem zaproponować znacznie
prostszą realizację z triakiem i diakiem
lub optotriakiem, spełniającą swe zada−
nie w większości zastosowań − jednak
godne uwagi i pochwały jest zastoso−
wanie rozbudowanego układu synchro−
nizacji. Od takiego układu już tylko krok
do sterowania urządzeniami trójfazowy−
mi.
Regulator na pewno dobrze będzie
pracował przy obciążeniu rezystancyj−
nym (żarówki, lutownica), ale jego przy−
datność do obciążeń indukcyjnych
(transformator, lutownica transformato−
rowa, wiertarka, inne silniki) jest proble−
matyczna, ze względu na krótkie impulsy
wyzwalające, podawane na bramkę ty−
rystora. Przy obciążeniu indukcyjnym,
przez krótki czas trwania impulsu wy−
zwalającego, prąd obciążenia może nie
wzrosnąć powyżej granicznej wartości
prądu podtrzymywania tyrystora I
H
.
Układ przeciążeniowego bezpieczni−
ka elektronicznego jest interesujący,
trzeba jednak mieć świadomość, że jest
on zbyt wolny, żeby zabezpieczyć układ
w przypadku zwarcia − dlatego dobrze
byłoby jeszcze zastosować szybki bez−
piecznik WTAFG (z piaskiem).
Zgodnie z zapowiedzią ze wstępu,
rozpoczynamy dwumiesięczny etap “Do−
grywki”. Listy na ten temat kierowane do
Redakcji opatrzcie dopiskiem: “EdW −
Forum Czytelników − Dogrywka”.
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/96
31

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin