No title

Dìjiny pøenosu Z dìjin vìdyzpráv dálku ana techniky ROÈNÍK XII/2007. ÈÍSLO 4

Historie elektøiny a magnetizmu Lev Davidoviè Landau

ROÈNÍK LVI/2007. ÈÍSLO 4

V TOMTO SEŠITÌ Z dìjin vìdy a techniky ...................... 1 MODERNÍ MIKROKONTROLÉRY Pøehled mikrokontrolérù .................... 3

Atmel AT89S2051, AT89S4051 ............. 4 Atmel AT89LP2052, AT89LP4052 ......... 5 Atmel ATtiny2313 .................................. 6 Atmel ATtiny24 až ATtiny84 ................ 10 Atmel ATtiny25 až ATtiny85 ................ 16 Atmel ATmega48 až ATmega168 ........ 18 Atmel ATmega640 až ATmega2560 .... 22 Atmel AT91SAM7S64 ......................... 24 Co bude dál? ....................................... 28

Trocha praxe .................................. 29

Ladicí rozhraní pro MC68HC908QY ..... 29 Interfejs pro digitální posuvné mìøítko .. 32

Závìr .............................................. 34 ZAJÍMAVÁ A PRAKTICKÁ ZAPOJENÍ Technika v domácnosti ................... 35 Mìøicí technika ................................ 38 KONSTRUKÈNÍ ELEKTRONIKA A RADIO Vydavatel: AMARO spol. s r. o. Redakce: Zborovská 27, 150 00 Praha 5, tel.: 2 57 31 73 11, tel./fax: 2 57 31 73 10. Šéfredaktor ing. Josef Kellner, sekretáøka redakce Eva Marková, tel. 2 57 31 73 14. Roènì vychází 6 èísel. Cena výtisku 36 Kè. Rozšiøuje PNS a. s., Transpress spol. s r. o., Mediaprint & Kapa a soukromí distributoøi. Pøedplatné v ÈR zajišuje Amaro spol. s r. o. - Michaela Hrdlièková, Hana Merglová (Zborovská 27, 150 00 Praha 5, tel./fax: 2 57 31 73 13, 2 57 31 73 12. Distribuci pro pøedplatitele také provádí v zastoupení vydavatele spoleènost Mediaservis s. r. o., Zákaznické Centrum, Moravské námìstí 12D, P. O. BOX 351, 659 51 Brno; objednávky tel: 541 233 232; fax: 541 616 160; e-mail: [email protected]; reklamace - tel.: 800 800 890. Objednávky a predplatné v Slovenskej republike vybavuje MAGNET-PRESS Slovakia s. r. o., Šustekova 8, 851 04 Bratislava, tel.: 00421 2 / 6720 1931 - 33 email: [email protected] ; www.press.sk Podávání novinových zásilek povoleno Èeskou poštou - øeditelstvím OZ Praha (è.j. nov 6005/96 ze dne 9. 1. 1996). Inzerci v ÈR pøijímá redakce, Zborovská 27, 150 00 Praha 5, tel.: 2 57 31 73 11, tel./fax: 2 57 31 73 10. Inzerci v SR vyøizuje MAGNET-PRESS Slovakia s. r. o., Šustekova 8, 851 04 Bratislava, tel.: 00421 2 / 6720 1931 - 33 ; www.press.sk Za pùvodnost a správnost pøíspìvkù odpovídá autor (platí i pro inzerci). Nevyžádané rukopisy nevracíme.

http://www.aradio.cz; E-mail: [email protected] ISSN 1211-3557, MK ÈR E 7443

© AMARO spol. s r. o.

Narodil se v Baku dne 22. ledna 1908 v rodinì naftaøského inženýra; matka byla lékaøem-fyziologem. Od ranného mládí jej zajímala hlavnì matematika a velmi snadno se uèil - støední školu napø. ukonèil již ve tøinácti letech a složil zkoušky na univerzitu. Rodièe však takovýto rychlý postup pøíliš nepodporovali, a tak Lev napøed zaèal navštìvovat ekonomicko-technickou školu. Na univerzitu se zapsal o rok pozdìji a hned zaèal studovat nìkolik oborù, mimo své oblíbené matematiky také fyziku a chemii. Po dvou letech odešel studovat do Leningradu a tam v roce 1927 promoval. Ve stejném roce pak uveøejnil svou první vìdeckou práci z oboru kvantové fyziky. Pracoval pak na leningradském fyzikálnì-technickém institutu. V roce 1929 se vydal díky Rockefellerovì nadaci na delší cestu po Evropì, procestoval Nìmecko (Göttingen, Lipsko), Švýcarsko (u V. Pauliho v Curichu), Anglii (Cambridge), Holandsko, Dánsko, Holandsko, Belgii a všude tam sbíral cenné vìdecké poznatky na špièkových pracovištích. Napø. v Kodani nìjakou dobu pracoval v Institutu pro teoretickou fyziku Nielse Bohra. Ve svých 21 letech se s ním setkal poprvé a dostal jeho pøièinìním hlavní impuls ke svému dalšímu profesnímu zamìøení. Již tehdy ovšem spoleènost èasto šokoval svou zvláštní povahou - rád provokoval napø. jen tím, že nosil rudou košili; byl totiž v té dobì pøesvìdèeným komunistou a obhajoval sovìtský systém pøesto, že za jeho zahranièního pobytu byl jeho otec zatèen, obvinìn ze sabotáže a odsouzen na 10 let do vìzení. V roce 1932 se Landau vrátil do Lenigradu a zaèal spolupracovat s Ukrajinským fyzikálnì-technickým institutem v Charkovì. Tam mu nakonec nabídli místo v oboru teoretické fyziky na Institutu mechanického inženýrství. Pøestìhoval se tam v roce 1934 a získal záhy doktorát fyzikálních a matematických vìd. V roce 1935 se stal profesorem fyziky na Charkovské univerzitì Gorkého a vedl katedru obecné fyziky. Landau postupnì tento ústav promìnil na centrum teoretické fyziky v celém tehdejším SSSR. Jedním z jeho prvních poèinù v Charkovì bylo zorganizování mezinárodního vìdeckého sympozia o teoretické fyzice, jehož se také zúèastnil Bohr. Landau sympoziu pøedsedal a Bohr vedl diskuse o projednávaných vìdeckých problémech. Landau sám

o Bohrovi prohlásil, že to byl jeho první a jediný uèitel teoretické fyziky a stali se velkými pøáteli. Landau byl v této dobì nesmírnì produktivní, prùmìrnì každých šest týdnù zveøejnil nìjakou svou vìdeckou práci; každá byla zamìøena k jinému tématu, každá pøinesla nové otázky a pøíslušnou èást vìdeckého svìta šokovala zcela originálními úvahami a pojetím. Seznámil se také s Kapicou (viz KE 5/06) a ten jej pøemluvil, aby pøijal místo v Moskvì. V roce 1937 se oženil a stal se vedoucím teoretického oddìlení fyzikálního institutu Akademie vìd SSSR. Tam se vìnoval teorii kolize atomù, atomové a nukleární fyzice všeobecnì, kvantové elektrodynamice, kinetické energii plynù, astrofyzice, teorii polí, plazmové fyzice atd. Po roce 1935 ale Landau pod vlivem stalinských politických procesù postupnì zmìnil své smýšlení a po sepsání protistalinského letáku byl 28. dubna 1938 zatèen. V letáku, který mìl být rozšiøován na oslavách 1. kvìtna, napsal, že stalinisté v Rusku uskuteènili fašistický pøevrat, Stalina pøirovnával k Hitlerovi a Mussolinimu, NKVD prohlásil za tyranskou organizaci. Nakonec byl obvinìn, že je nìmecký špion. Postavil se za nìj tehdy neohroženì Kapica, který napsal Stalinovi osobní dopis, a také Bohr žádal pro velkého vìdce svobodu, aby mohl pokraèovat ve své teoretické práci. Landau byl po další intervenci Kapici v roce 1939 propuštìn a znovu zaèal pracovat v Institutu fyzikálních problémù. Je s podivem, že i jeho spoleèníci, se kterými byl zatèen, unikli popravì, i když byli vìznìni déle - pøitom tehdy byli lidé v Rusku popravováni za daleko menší prohøešky. Za práce z té doby vìnované supratekutosti u tekutého helia byl odmìnìn v roce 1962 Nobelovou cenou za fyziku. Když se tekuté helium naleje do sklenice, která bude ponoøena do vìtší nádoby také naplnìné tekutým heliem, helium se po vnìjší èi vnitøní stranì sklenice „vyšplhᓠsmìrem vzhùru a „pøetékᓠtak dlouho, až se hladiny vnì i uvnitø sklenice vyrovnají! Teorii tohoto jevu publikoval v roce 1941 a pozdìji se skuteènì potvrdila. Za války se vìnoval teoretickým pracem, které mìly souvislost s vojenskou technikou, a po válce z obav pøed dalšími represáliemi proti své osobì pracoval spolu s dalšími vìdci na vývoji vodíkové pumy. Po Stalinovì smrti však svùj výzkum v této oblasti ukonèil a prohlásil - „teï už mohu skonèit, už se nebojím“.

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

1

Landau mìl 7. 1. 1962 tìžkou autohavárii a v prùbìhu následujících šesti týdnù u nìj lékaøi nìkolikrát diagnostikovali klinickou smrt. Mìl na jedenácti místech zlomené kosti a naštípnutou lebeèní kost. Mnoho specialistù z ciziny se snažilo zachránit mu život, což se nakonec podaøilo. Zotavoval se však velmi pomalu a již nikdy se jeho stav nevrátil k normálu. Po šesti letech, 1. 4. 1968 v Moskvì zemøel. Jeho syn Igor, který se narodil v roce 1946, šel v jeho šlépìjích a vìnoval se experimentální fyzice. V pováleèné dobì Landau získal mimo již zmínìné Nobelovy ceny i mnohá ocenìní od rùzných vìdeckých institucí, mj. i od americké Akademie vìd. Od roku 1946 byl èlenem Akademie vìd SSSR, pozdìji se stal èlenem Královské spoleènosti v Londýnì, získal medaili Maxe Plancka atd. Jeho nezapomenutelným dílem je desetidílný „Kurs teoretické fyziky“, na kterém pracoval spolu se svým pøítelem a žákem E. M. Liftshitsem, který jej dokonèil. Ten byl pøeložen do všech svìtových jazykù. Žel, jeho další zámìry (mìli v plánu napsat ještì „Kurs obecné fyziky“ a sérii pojednání „Fyzika pro každého“) se po jeho havárii již neuskuteènily. Jak se o nìm vyjádøili uèenci, byl to poslední „univerzální fyzik“ - všichni následovníci se již vìnovali jen urèitému výseku z fyzikální teorie. Mimo vìdeckých prací také pøednášel - jako pedagog byl výborný, ale u studentù byl postrachem, ponìvadž znal jen dvojí ocenìní: umíš - neumíš (a uspìl jen málokdo). Vyžadoval, aby jeho studenti ovládli dokonale matematiku døíve, než šli studovat k nìmu. Mìl zálibu v aforismech, jeho oblíbeným byl „fyzik musí složité vìci uèinit jednoduchými, zatím co básník je povolán k tomu, aby z jednoduchých vymýšlel složité“. Práce ostatních vìdcù neèetl celé - vždy jen tak, aby zjistil, zda dokázali správnì popsat problém, a byl-li zajímavý, jakým zpùsobem se jej pokoušeli vyøešit. Jako správný vìdec byl myšlenkami èasto vzdálen od reality. Jeho žena vzpomínala na zážitek z doby jejich zaèínající známosti. Když k ní jednou pøišel deštìm úplnì promoèený, zeptala se jej zda venku prší. Odpovìdìl: „Ale ne - je tam nádhernì“. Když pøevleèený a zutý poodešel od dveøí a uvidìl louži, která tam po nìm zbyla, prohlásil: „Venku asi skuteènì prší“. Dokázal však pøemýšlet i o vìcech s vìdou pøíliš nesouvisejících - unikátní jsou napø. jeho úvahy zveøejnìné pod názvy „Jak žít“ a „Teorie štìstí“, ve kterých uplatnil svou schopnost logického uvažování a pøesné kategorizace.

Karl Guthe Jansky a radioastronomie Jansky se narodil 22. 10. 1905 ve státì Oklahoma - USA. Jeho otec Cyril Janský byl dìkanem na univerzitì v Oklahomì a byl potomkem èeských pøistìhovalcù. Od svých šestnácti let (!)

2

byl Cyril uèitelem na základní škole v Michiganu. Jeho manželka byla potomkem francouzsko-anglického páru. Cyril Jansky jako uèitel cítil, že „má na víc“ a vstoupil na Michiganskou univerzitu, kde graduoval z fyziky a elektrotechniky a zaèal pracovat pod vedením Dr. Karla Gutheho. Byl to známý fyzik nìmeckého pùvodu a Cyril Jansky jej nesmírnì obdivoval. Když se zakládal Americký úøad pro normalizaci ve Washingtonu, oba se stali jeho èleny. V roce 1905 se rodina, která v té dobì již mìla dva syny, pøestìhovala do Normanu v Oklahomì, kde otec získal místo na univerzitì a pøednášel tam elektrotechniku. Zakrátko se jim narodil tøetí syn, který dostal jméno po Dr. Guthovi. Karl Jansky se pozdìji s rodinou stìhoval dále, do Madisonu ve Wisconsinu, kde navštìvoval základní školu a pozdìji také univerzitu, kde byl jeho otec èlenem jedné fakulty. Vystudoval tam v roce 1927 s vyznamenáním fyziku a pozdìji získal i doktorát. Ale nebyl to žádný knihomol, byl vynikajícím hráèem tenisu a hokeje v univerzitním týmu. Také jeho starší bratr se zabýval radiotechnikou, stal se profesorem radiotechniky na univerzitì v Minnesotì a úèastnil se na stavbì prvního rozhlasového vysílaèe v Minnesotì. V roce 1928 se Karl pøihlásil a získal místo v Bellových laboratoøích. Jeho úkolem bylo zkoumat rušivé jevy, které se vyskytovaly na dlouhých radiotelefonních trasách. Aby se zhostil svého úkolu, postavil velký smìrový anténní systém, ladìný na vlnovou délku 14,6 m (asi 20,5 MHz), který bylo možné otáèet kolem dokola. Soustava mìla délku 30 m a otáèet s ní bylo možné díky kruhové dráze, po které pojíždìly ètyøi kola z tehdy populárního automobilu Ford T propojená døevìnou konstrukcí. Jeho replika je nyní postavena v Green Bank. Záhy zjistil, že existují prakticky tøi zdroje rušivých signálù. Nejsilnìjším byla bouøková èinnost - pøi každém blesku zaznamenal silné prasknutí. Dále to byly odrazy silných rušivých signálù od ionosféry a pak se rušivì projevoval ještì šum. Ponìvadž jeho anténa se trvale pomalu otáèela, zjistil, že šum, o kterém se domníval, že vzniká v pøijímaèi, periodicky vzroste vždy, když je anténa otoèená pøibližnì jižním smìrem, a tento šum že má zvláštní charakter. To bylo první zjištìní, které nasvìdèovalo, že nìkde v tom smìru existuje zdroj rádiového šumu. Zprvu se domníval, že tímto zdrojem je slunce. Dalším poznatkem bylo, že když anténu ponechá otoèenou k jihu, periodicky se intenzita pøijímaných signálù mìní, ale nikoliv po 24 hodinách, ale s periodou o 4 min kratší, èili za tzv. hvìzdný den. Z toho usoudil, že se jedná o šumový signál pøicházející z vesmíru (je to mj. také další dùkaz, že naše zemì se otáèí kolem slunce). Nakonec zjistil, že maximum tohoto šumu pøichází ze souhvìzdí Luèištníka (Støelce) a vyslovil domnìnku, že pùvod tohoto šumu je v mezihvìzdných ionizovaných plynech.

Svá pozorování sepsal s názvem „Directional Studies of Atmospherics at High Frequencies“ již ve svých 26 letech a pøednesl na zasedání Mezinárodní vìdecké unie pro rádio v dubnu 1932 ve Washingtonu. Posléze svá pozorování veøejnì publikoval v New York Times ze dne 5. 5. 1933. Bohužel, konstatování, která zformuloval, prakticky nikoho nezaujala, nebo astronomové se pøíliš o objevy v oblasti radiotechniky nezajímali. Sám mìl zájem svùj výzkum prohloubit a dal návrh Bellovým laboratoøím na zhotovení solidního anténního systému - radioteleskopu o prùmìru 30 m. Jenže takový výzkum nepatøil do jejich komerèních zájmù vyplývajících ze zakázek, takže neuspìl. Byl pak pøeøazen na výzkum v jiné oblasti. Významné ocenìní jeho práce se mu dostalo na jednom z astronomických kongresù až posmrtnì - zemøel 14. února 1950 v Red Bank, ve státì New Jersey. Na jeho poèest byla pojmenována jednotka rádiového záøení jansky (1 Jy = 10-26 W/m2·Hz), která se používá k mìøení intenzity rádiových signálù pøicházejících z vesmíru. V jeho díle pak pokraèoval další americký vìdec Rote Reber, který se radioastronomií zabýval víceménì jako svým koníèkem. Sestrojil si již v roce 1937 radioteleskop o prùmìru cca 9 m a zkoumal spíše šumy na kratších vlnových délkách, mezi 9 a 33 cm. Když však pøešel na vlnovou délku cca 1,5 m potvrdil to, na co pøišel již Jansky. Mìl v té dobì již velmi citlivý pøijímaè a v jeho výzkumech jej rušily signály, které vysílaly okolojedoucí motory automobilù (jejich neodrušené zapalovací systémy), a proto svá pozorování provádìl pøevážnì v noci. Zjistil, že hlavní zdroj šumu leží v oblasti hvìzdy Cassiopea. Od 40. let se astronomové již zaèali zabývat i signály, které pøicházely z mezihvìzdného prostoru. V pováleèné dobì získali ke svým pozorováním øadu pøístrojù, které døíve sloužily ve válce - vyøazené radary apod. Jednou z prvních byla laboratoø Jodrel Bank. V roce 1955 pak již bylo zjištìno a popsáno 23 rùzných zdrojù rádiového záøení ve vesmíru i mimo naši galaxii, byly zjištìny odrazy rádiových signálù od meteorických stop, na zajímavé poznatky pøišli vìdci zkoumáním spektrálních èar v oblasti rádiového spektra pøi akceptování Dopplerova efektu. Byla objevena spektrální èára vodíkového atomu na délce asi 21 cm, jak bylo pøedtím pøedpovìzeno teoreticky. Ale to jsme již prakticky v souèasné dobì.... QX

Literatura [1] Sbornik „Nauènoe tvorèestvo L. D. Landau“, Znanie, Moskva 1963. [2] Abrikosov, A. A.: Akademik L. D. Landau. Nauka, Moskva 1965. [3] Bessarab, M.: Landau - stranicy žizni. Moskovskij raboèij, Moskva 1971.

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

MODERNÍ MIKROKONTROLÉRY Ing. Jiøí Kopelent Když jsem pøed zhruba ètyømi lety psal pro tento èasopis pojednání týkající se stavu mikroprocesorové techniky se zamìøením na oblast osmibitových mikrokontrolérù dostupných na trhu v ÈR, snažil jsem se naznaèit i možné trendy. Vývoj v této oblasti jde však neuvìøitelnì rychle, a tak už zde máme nepøeberné množství nových a ještì výkonìjších mikroprocesorù a mikrokontrolérù. Obsah tohoto èísla èasopisu bude více ménì stejný, ale na základì ohlasù na minulé pojednání, které bylo spíše teoretické, bude obsah tohoto èísla èasopisu rozšíøen o praktické aspekty a jedna èást bude vìnována praktickým konstrukcím èi øešením nìkterých situací, se kterými se mùže konstruktér v praxi setkat. Doufám tedy, že pro vìtšinu ètenáøu bude obsah ještì zajímavìjší než bylo minulé èíslo o osmibitových mikrokontrolérech. Protože však se u jednotlivých typù mikrokontrolérù objevují zajímavé periferie èi nové myšlenky, bude na to pøi popisu upozornìno tím, že popis vlastnosti èi periferie bude podrobnìjší. Poslední èást bude vìnována praktickým návrhùm zaøízení od úplného zaèátku až po vlastní realizaci. Výsledkem tìchto návrhù budou pøístroje èi zaøízení, která mohou najít uplatnìní v leckteré dílnì elektronika, èi je možné je použít jako èást dalších konstrukcí. V pøípadì, že nìkdo ze ètenáøù bude mít konstruktivní pøipomínku, budu rád, když mi ji pošle na emailovou adresu [email protected]. Díky této zpìtné vazbì od ètenáøù bude zajisté možné napsat další a ještì lepší èíslo tohoto èasopisu.

Pøehled mikrokontrolérù V prvním pøehledu mikrokontrolérù v KE 1/2003 a KE 3/2003 byly popsány zástupci ètyø výrobcù, kteøí mìli nejvìtší zastoupení (èi byli nejznámìjší) na tehdejším trhu. Jak již bylo øeèeno, vývoj v této oblasti mikroelektroniky jde neuvìøitelnì rychle kupøedu a tak se z ètveøice stala pìtice: 1 - ATMEL, 2 - FreeScale, 3 - Microchip, 4 - Texas Instruments, 5 - STMicroelectronics. Vzhledem k prostoru v èasopisu si v tomto èísle KE popišme pouze nejzajímavìjší mikrokontroléry ATMEL.

ATMEL O této firmì a jejích mikrokontrolérech se v podstatì nedá øíci nic jiného, než že úspìšnì pokraèují v rozšiøování úspìšných typù. Aby sortiment mikrokontrolérù nebyl pøíliš široký, firma postupnì pøestává vyrábìt staré typy. Pøíkladem mohou sloužit mikrokontroléry øadyAT89Cxx, které byly nahrazeny mikrokontroléry øady AT89Sxx. Takže napø. velmi populární AT89C2051 byl nahrazen typem AT89S2051, AT89C51 byl nahrazen

AT89S51, AT89C52 má svého následníka AT89S52. I nìkteøí starší zástupci øady AT89S pomalu mizí, takže už tìžko seženeme AT89S8252, který se pøestal vyrábìt. Místo tohoto typu však mùžeme použít bez problému AT89S8253, který má vìtší pamì programu. Takto bychom mohli pokraèovat dále. Nìkteré typy mají dokonce i více „následníkù”. Pøíkladem nech je AT89C2051 se svými dvìma následníky, a to výše již zmínìným AT89S2051 a typem AT89LP2052, který má „jednocyklové” jádro. Oznaèení „jednocyklové” jádro znaèí, že základní instrukce typu akumulátor-registr je vykonána bìhem jednoho cyklu systémových hodin (více viz popis AT89LP2052/4052). V tab. 1 jsou uvedeny zastaralé mikrokontroléry rodiny AT89C s jejich doporuèenými náhradami. Jak je vidìt, vìtšina mikrokontrolérù má svoji pøímou náhradu, pouze u málo používaných typù byla ukonèena produkce bez pøímé náhrady. Za poznámku stojí ještì typy z rodiny T89C. Znaèení T89C bylo pøevzato od firmy TEMIC, kterou firma ATMEL koupila. V rámci jednotného znaèení byly typy pøejmenovány tak, aby „zapadly” do standardního znaèení firmy ATMEL.

Podobnì, jako zástupci pùvodní øady AT89C, dopadli i zástupci rodiny AT90Sm, a dokonce už i nìkteøí starší zástupci rodin ATtiny a ATmega. Tato Tab. 1. Zastaralé mikrokontroléry rodiny AT89C a jejich doporuèené náhrady

1) Není náhrada

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

3

Tab. 2. Zastaralé mikrokontroléry rodiny AT90S a jejich doporuèené náhrady

2) Pin to pin náhrada 3) AT90S4414 = AT90S8515 s menší pamìtí 4) AT90S4434 = AT90S8535 s menší pamìtí øada stála u poèátku veleúspìšného „tažení” rodiny mikrokontrolérù s jádrem RISC oznaèované jako AVR mikrokontroléry. S rozvojem technologií a kvùli nároènosti udržovat široký sortiment typù byla tato øada postupnì utlumena. Jednotlivé mikrokontroléry mají vìtšinou vhodné nástupce v perspektivních øadách ATtiny a ATmega. Pro lepší pøedstavu jsou v tab. 2 uvedeny staré typy spolu s náhradami nebo typy, které jsou jim nejblíže. Podívejme se na nejmenší zástupce rodiny AT89, tedy na AT89S2051/ /AT89S4051 a AT89LP2052/AT89 LP4052 trochu dùkladnìji. Vzhledem k faktu, že se jedná o vylepšené notoricky známé mikrokontroléry AT89C2051/ /AT89C4051, bude popis zamìøen na rozdíly.

AT89S2051/AT89S4051 Když firma ATMEL uvádìla na trh mikrokontroléry AT89C1051/AT89 C2051/AT89C4051, zøejmì netušila, jak budou úspìšné. Vždy jejich vzor 83C751/87C751 byl zamìøen na aplikaci ve spotøební elektronice a mimo ní nebyl šíøeji používán. Tento osud však mikrokontroléry AT89Cx051 firmy ATMEL nepostihl. Díky technologii Flash, která umožòovala pøepis programového vybavení mikrokontroléru, a lacinému plastovému pouzdru získala rodina AT89Cx051 velkou popularitu. A to takovou, že i když jsou k dispozici jiné výkonnìjší mikrokontroléry, øada uživatelù je stále ráda používá. To donutilo firmu ATMEL, aby se zamyslela, a pokud možno uvedla pokraèovatele této rodiny. Podíváme-li se na blokové schéma mikrokontrolérù, které je na obr. 1, neobjevíme oproti AT89Cx051 nic nového. Pøesto zmìn je více než dost.

4

Obr. 1. Blokové schéma mikrokontrolérù AT89S2051/AT89S4051 První zmìnou je vlastní návrh CPU, který je udìlán jako šesticyklový, tj. základní instrukce akumulátor-registr je vykonána bìhem šesti taktù. Aby se mikrokontrolér choval stejnì jako jeho vzory, které mají 12 taktù na instrukci, je systémový kmitoèet dìlen dvìma a teprve pak distribuován. Pokud je však potøeba, dá se tato dìlièka vypnout. Vlastní pøepínání je vyøešeno velmi elegantnì. Pøi programování mikrokontroléru je možné urèit stav, ve kterém se má nacházet mikrokontrolér po nábìhu napájecího napìtí. Toto se dìje naprogramováním bitu X2 clock ve stavovém slovì (zde jsou napø. známé bity chránící pamì programu pøed neoprávnìným vyètením uloženého programu). Tento zpùsob však není jediný, nebo bit X2 clock neovládá interní dìlièku pøímo, ale pøi power-up mikrokontroléru se obsah tohoto bitu zkopíruje do bitu 0 stavového slova CLKREG na adrese 8FHEX. Z toho plyne, že programátor má možnost tento bit jednoduše ovládat i programovì, tj. mùže ho mìnit bìhem bìhu programu podle potøeby, a tím mìnit výkon i spotøebu mikrokontroléru! Další dvì zmìny se týkají možnosti programování vnitøní pamìti programu. Tu je možné programovat jednak klasicky v klasickém programátoru, jako pùvodní AT89Cx051 (paralelní mód), ale novì též i sériovì pøes piny P1.5 (serial data in - MOSI), P1.6 (serial data out - MISO) a P1.7 (serial clock - SCK). Pokud tedy návrháø pamatuje pøi návrhu na to, aby bylo možné tyto piny

použít též pro programování, bude možné jednoduše nahrávat nové programové vybavení bez toho, aby bylo nutné mikrokontrolér vyjímat z aplikace. Zmiòovanou další zmìnou, pojící se k pamìti Flash, je vyšší poèet garantovaných pøepisù této pamìti, který se zvìtšil z 1000 na 10 000 pøepisù. Zmìna nastala i u velikosti vnitøní pamìti dat. U obou mikrokontrolérù je 256 bytù. To je jistì chvályhodné, nebo se jednak algoritmy stávají složitìjšími, jednak mnoho programátorù píše i malé programy ve vyšších programovacích jazycích, a ty, jak známo, jsou nároènìjší na objem programové i datové pamìti. Další odlišností nové rodiny je integrovaný jednoduchý generátor PWM signálu. Pøi jeho použití si však musíme dát pozor. Proè si musíme dát pozor, zjistíme, když se pozornì podíváme na blokové schéma PWM generátoru, které je na obr. 2. Z nìho je jasné, že v pøípadì využití možnosti generovat PWM, rázem pøijdeme o jediné dva èítaèe/èasovaèe, které mikrokontroléry této rodiny mají! To je jistì velmi nemilé, ale v øadì pøípadù je to možné akceptovat. V první øadì je nutné si uvìdomit, že pokud chceme použít sériový port pro komunikaci, musíme ho provozovat v módu 2, kdy jako øídicí frekvence je použit kmitoèet získaný nezávislou dìlièkou 32 (èi 64). Druhým problémem se mùže jevit získání systémového èasu vzhledem k obsazení obou èítaèù generátorem PWM.

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

Celá situace je vidìt na obr. 3, kde se v prvním pøípadì pøíznak CF nenastaví, nebo spuštìní èítaèe/èasovaèe 1 bylo vyvoláno falešnou hranou signálu z analogového komparátoru. Druhá aktivní hrana z komparátoru je však ta správná, nebo signál z komparátoru má v okamžiku druhého pøeteèení správnou úroveò. V tomto okamžiku se pøíznak CF nastaví.

Obr. 2. PWM generátor v mikrokontrolérech AT89S2051/ /AT89S4051

Pozitivní se mùže jevit implementace kvalitnìjšího sériového portu, který je schopen automaticky hardwarovì detekovat chybu rámce a je též schopen automaticky rozpoznat svoji nadefinovanou adresu. Výrobce šel pøi implementaci tohoto rozhraní ještì dál a myslel i na pøípad, kdy bude potøeba oslovit více èi všechna zaøízení pøipojená na jednu sbìrnici. Proto každý sériový port má dva registry, SADDR a SADEN, které definují adresy, na které daný mikrokontrolér reaguje. Obsah registru SADDR definuje vlastní adresu portu, zatímco hodnota v registru SADEN definuje bity, které jsou porovnávány a které jsou nevýznamné. Jinými slovy, pokud nìkterý bit v registru SADEN má hodnotu 1, je významný, a hodnota stejného bitu z registru SADDR se porovnává s došlou hodnotou. V opaèném pøípadì, kdy bit má hodnotu 0, na pøijaté hodnotì stejného bitu nezáleží (neporovnává se). Pro lepší pøedstavu zde uvedeme pøíklad nastavení: Slave A:

SADDR:1111 0001b SADEN:1111 1010b ---------------Given 1111 0X0Xb

Slave B:

SADDR:1111 0011b SADEN:1111 1001b ---------------Given 1111 0XX1b

Slave C:

Brown-out detektor Slave A:

SADDR:1111 0001b SADEN:1111 1010b ---------------Broadcast 1111 1X11b

Slave B:

SADDR:1111 0011b SADEN:1111 1001b ---------------Broadcast 1111 1X11b

Slave C:

SADDR:1111 0011b SADEN:1111 1101b ---------------Broadcast 1111 1111b

Pokud tedy chceme komunikovat se všemi zaøízeními, musíme použít adresu 1111 1111b, nebo u zaøízení A a B je bit 2 nevýznamný, tj., mùže nabývat hodnoty jak „log. 0“ tak i „log. 1“, ale u zaøízení jsou významné všechny bity. Po power-on resetu oba registry nabývají hodnot 00HEX, takže mikrokontroléry reagují na všechny adresy. Toto zajišuje zpìtnou kompatibilitu se staršími typy mikrokontrolérù, které nemají automatické rozpoznání adresy. Právì popsaný zpùsob získávání adres zaøízení se jeví jako komplikovaný, ale nabízí velkou flexibilitu, která je potøebná v mnoha aplikacích.

Analogový komparátor

SADDR:1111 0011b SADEN:1111 1101b ---------------Given 1111 00X1b

Pro zaøízení A jsou nevýznamné bity 0 a 2, pro zaøízení B bity 1 a 2 a pro zaøízení C není významný bit 1. Pokud tedy chceme komunikovat pouze se zaøízením A, musíme použít adresu 1111 0000b. Pokud chceme komunikovat se zaøízeními B a C, musíme použít adresu 1111 0011b. Pokud chceme komunikovat se zaøízeními A, B i C, musíme použít adresu 1111 0001b. Tzv. „broadcast” adresa je u sériového portu dána logickým souètem obsahu obou registrù, tj.:

Analogový komparátor, známý i od pøedchùdcù, prošel též úpravami. Pro øadu aplikací, kde je tento komparátor použit, je typická pomalá zmìna analogové hodnoty na vstupu komparátoru. To zapøíèiòuje vznik zákmitù na výstupu komparátoru. Díky možnosti hardwarové funkce „odrušení zákmitù” je programátor zbaven nutnosti toto øešit programovì. Nová hardwarová funkce využívá èítaè/èasovaè 1, který je spuštìn pøi prvním výskytu aktivní hrany. V okamžiku, kdy èítaè/èasovaè podruhé pøeteèe a na výstupu je oèekávaný stav, je nastaven bit CF. V opaèném pøípadì zùstane bit CF nenastavený.

Významným rozšíøením, èi chcete-li zdokonalením mikrokontrolérù AT89S 2051/4051 je implementace tzv. „Brown -out” detektoru. Tento detektor má za úèel sledovat pracovní podmínky mikrokontroléru, pøesnìji velikost napájecího napìtí, a v pøípadì neregulérních podmínek zajistit reset mikrokontroléru. Znovuspuštìní nastane až po nábìhu napájecího napìtí na urèenou hodnotu. Tímto zpùsobem mùžeme pøedejít neregulérnímu bìhu programu v mikrokontroléru. Chování „Brown-out” detektoru za rùzných okolností je možné vidìt na obr. 4. Z tohoto obrázku mùžeme vidìt, že pro mikrokontrolér jsou dùležité tøi úrovnì. Mikrokontrolér pracuje normálnì, když je napájecího napìtí vìtší než min Ucc, které je 2,7 V. V pøípadì, že napájecí napìtí klesne pod tuto úroveò, lze díky interním registrùm zjistit, zda napájení mikrokontroléru pouze pokleslo nebo zda se jedná o úplný výpadek napájecího napìtí. Nezanedbatelnou pøedností nových mikrokontrolérù je též jejich pøerušovací systém, který je, na rozdíl od pùvodního systému, ètyøúrovòový. Ten, kdo intenzivnì pracoval s pùvodními typy, jistì bude potìšen, nebo pùvodní dvouúrovòový pøerušovací systém obèas byl nedostateèný, a další úroveò musela být øešena za pomoci programového vybavení, což stálo výpoèetní výkon mikrokontroléru a to tím více, èím bylo pøerušení èastìjší. I když inovací, které rozšíøily možnosti využití tìchto mikrokontrolérù, bylo udìláno hodnì, výpoèetní výkon u právì pøedstavené rodiny je stále nedostaèující. Proto firma ATMEL pøedstavila nový model AT89LPx052.

AT89LP2052/AT89LP4052 Porovnáme-li pøedchozí model s rodinou AT89LP, je možné s trochou nadsázky øíci, že mikrokontroléry

Broadcast Address = SADDR or SADEN To znamená, že významné bity musí mít alespoò v jednom z obou registrù hodnotu „log.1“. V našem pøedcházejícím pøípadì tedy platí:

Obr. 3. Analogový komparátor v „debounce” módu

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

5

Obr. 4. Brown-Out detektor AT89S2051/4051 byly jakýmsi mezikrokem mezi pùvodními AT89C2051/4051 a AT89LP2052/4052. Svìdèí o tom napø. nový ètyøúrovòový pøerušovací systém nebo „pokus” o redesign vlastní jednoty CPU. Na této jednotce je totiž závislý celkový výpoèetní výkon mikrokontroléru. Aby se zpøístupnily další aplikace pro tyto mikrokontroléry, návrháøi pøepracovali jádro tak, že standardní operace akumulátorregistr je vykonána bìhem jednoho (!) taktu systémového kmitoètu. Výrobce uvádí, že pøibližnì 70 % všech instrukcí potøebuje ke svému vykonání tolik hodinových taktù, kolik má instrukce bytù. I pro konstruktéra, který nepotøebuje tak vysoký výpoèetní výkon, mùže být tento mikrokontrolér velmi zajímavý. Vysvìtlení je velmi prosté - pokud použijeme nový mikrokontrolér s jednotaktovým jádrem na místì klasického mikrokontroléru, mùžeme AT89LP2052/ 4052 provozovat na mnohem nižší pracovní frekvenci než pùvodní typ se zachováním stejného výpoèetního výkonu. Jelikož je spotøeba obvodù CMOS pøímo závislá na øídicí frekvenci, s poklesem pracovní frekvence se nutnì sníží odbìr. Zmìny se nevyhnuly ani ostatním èástem mikrokontroléru. Z hlediska komunikaèních schopností mikrokontroléru je nejzajímavìjším pøidaný SPI port s bufferem. I když jeho možnosti z hlediska nastavení pøenosových rychlostí jsou malé, potìšujícím zjištìním je fakt, že port nepotøebuje žádný èítaè/èasovaè pro generování pøenosové rychlosti. Jelikož v prùmyslových aplikacích je základním požadavkem spolehlivost bìhu, nikoho nepøekvapí, že na èipu se objevil i klasický èasový watchdog. Dobu, za kterou watchdog zpùsobí reset, je možné nastavit v osmi krocích, a to od 16 384 tikù systémových hodin do 2 097 152 tikù. Pokud nìkoho zaráží, že doba je udaná v tikách systémových hodin a ne v sekundách èi milisekundách, je to tím, že watchdog je také taktován kmitoètem systémových hodin, a ten mùže být od 0 Hz do 20 MHz podle potøeby té které aplikace.

6

A se zmìnou øídicího kmitoètu se mìní i doba do resetu. Ostatní rozšíøení známé u AT89S 2051/4051 zde zùstaly. Jedná se pøedevším o široké možnosti režimù se sníženou spotøebou a ošetøení restartu mikrokontrolérù AT89LP2052/4052 z tìchto režimù. Závìrem lze øíci, že uvedené nové mikrokontroléry opìt znaènì prodloužily dobu života legendárního jádra C51. Druhou øadou, se kterou firma ATMEL slavila a slaví velké úspìchy, jsou mikrokontroléry s architekturou AVR. Zajímavostí této architektury je fakt, že nejdøíve bylo analyzováno mnoho programù a na základì této analýzy byl navržen instrukèní soubor tak, aby byl optimální a zároveò vhodný pro pøeklad z vyšších programovacích jazykù (jazyk C). Od prvních nesmìlých krùèkù s prvními èleny nové rodiny mikrokontrolérù AT90S dospìl vývoj až k dnes stabilním dvìma øadám. Mikrokontroléry urèené pro nejmenší aplikace nesou v oznaèení název ATtiny, mikrokontroléry urèené pro vìtší a komplexnìjší aplikace nesou oznaèení ATmega. Jejich možnosti se prolínají, takže pro každou aplikaci je možné najít vhodného zástupce. Pùvodní øada AT90S je již „umrtvována”. Pro nové aplikace jsou tedy vhodné pouze øady ATtiny a ATmega. V „povídání” o mikrokontrolérech v pøedchozích èíslech KE byly pøedstaveny vesmìs zástupci øady AT90Sxx a první zástupci øad ATtiny i ATmega. Vývoj jde však velmi rychle kupøedu, a tak v tehdejší dobì špièkové mikrokontroléry jsou již pøekonány novými èleny øad ATtiny a ATmega. Pøedstavme si dva/tøi zástupce øady ATtiny.

ATtiny2313 Z názvu tohoto mikrokontroléru je jasné, jaký vzor posloužil pro tento typ. Popularita pùvodního typu AT90S2313 „donutila” výrobce pokraèovat ve výrobì, a tak se na trhu objevil ATtiny2313. Jeho blokové schéma je obr. 5.

Prvními vylepšeními, se kterými se u nového typu setkáme, jsou dvojnásobný maximální kmitoèet, který je 20 MHz (verze ATtiny2313V má maximální kmitoèet 10 MHz, ale je schopna pracovat už od napájecího napìtí 1,8 V) a vìtší poèet garantovaných pøepisù pamìti programu z pùvodních 1000 cyklù zápis/mazání na 10 000 cyklù. Jistì si øada ètenáøù klade otázku, proè je zvìtšený poèet pøepisù vzpomínán hned na poèátku, když 1000 cyklù je dostateèný poèet pro pøípadný upgrade programového vybavení v mikrokontroléru. Je to zcela jistì pravda, ale pro zamýšlený úèel je to velmi malý poèet. Tím novým úèelem, novou myšlenkou, je poskytnutí možnosti ladit programové vybavení pøímo v aplikovaném mikrokontroléru pomocí rozhraní debugWIRE®. Tato myšlenka byla pøevzata od vìtších, vyspìlejších, a z toho dùvodu i dražších mikrokontrolérù. Vìtší mikrokontroléry mají v sobì vestavìno standardní rozhraní JTAG, díky nìmuž jsou pøístupné registry mikrokontrolérù, jež øídí jejich èinnost. Toto rozhraní má však jednu velkou nevýhodu, která je tím vìtší, èím má mikrokontrolér menší poèet pinù. Ano, tím problémem je potøebný poèet signálù pro vlastní rozhraní. A v pøípadì malých pouzder jde omezení velmi citelné. Proto návrháøi navrhli specielnì pro malé a jednoduché mikrokontroléry nové rozhraní, které potøebuje nejmenší poèet pinù, který je možný - pouhý 1 pin! Aby i toto omezení bylo co nejmenší, jedná se o pin, který se používá pro vnìjší reset. Toto nové rozhraní, použité u nových perspektivních mikrokontrolérù s malým poètem pinù, se nazývá debugWIRE®. Zároveò s uvedením nového rozhraní debugWIRE® byl dán na trh i inovovaný typ emulátoru AVR JTAG ICE mkII, který toto rozhraní podporuje. S jedním, a pomìrnì laciným emulátorem, je možné obsáhnout obì perspektivní øady mikrokontrolérù ATtiny a ATmega. Ostatní vylepšení mikrokontroléru ATtiny2313 oproti svému vzoru AT90S2313, budou v porovnání s novým rozhraním debugWIRE® vypadat jako malá, pøesto jde mnohdy o pøíjemná vylepšení.

Zdroje øídicího kmitoètu Pozitivní zmìnou je možnost využít vnitøní oscilátor RC jako zdroj systémového kmitoètu pro celý mikrokontrolér. Mnozí, kteøí používali AT90S2313, si urèitì mnohokrát posteskli, proè návrháøi neumožnili využít tento vnitøní oscilátor RC, který byl urèen pro watchdog. V novém typu tato možnost již je, a tak je možné volit mezi vnitøním a vnìjším zdrojem øídicího kmitoètu. Oproti pùvodnímu oscilátoru 1 MHz je kmitoèet nového pouze 128 kHz. Aby možnosti výbìru interních frekvencí byly vìtší, najdeme na èipu ještì jeden oscilátor, tentokráte kalibrovaný,

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

V øadì pøípadù tedy aplikace vystaèí s interním oscilátorem a dva piny by mohly být uvolnìny, což v pøípadì pouzdra s malým poètem pinù mùže rozhodnout o vhodnosti èi nevhodnosti daného mikrokontroléru pro aplikaci. Proto návrháøi pøidali do vnitøní struktury port A. Tento nový tøíbitový port nabízí v pøípadì nevyužití vnìjšího oscilátoru možnost využít jeho dva piny jako klasické I/O piny. Tøetím pinem, který mùže být èasto uvolnìn, je pin pro signál externí Reset. Dvojí funkce pinù portu A je vidìt na obr. 5. Obrame svoji pozornost ještì zpìt na obvod watchdogu, který je na obr. 7. Porovnáme-li tento obvod s obvodem z pùvodního typu, zjistíme, že je tento obvod ponìkud rozšíøen. Co je ale dùležité, výrobce zachoval zpìtnou kompatibilitu, takže obsluha by mìla být stejná. Jelikož kmitoèet vlastního oscilátoru je 8x nižší, zmenšily se dìlicí pomìry dìlièù tak, aby délka periody obvodu watchdog zùstala stejná.

Napìová reference Protože pro øadu aplikací je potøebná napìová reference, umístil výrobce tuto napìovou referenci taktéž na èip vlastního mikrokontroléru. Referenèní napìtí má typicky velikost 1,1 V. Díky takto nízkému napìtí je možné referenci použít v celém rozsahu napájecích napìtí. I když typická spotøeba napìové reference je pouhých 15 µA, myslel výrobce na konstruktéry bojující s každou µA, takže v pøípadì, že není napìová reference potøebná, lze ji vypnout. Po zapnutí je nutno poèkat maximálnì 70 µs, než se referenèní napìtí ustálí.

USART

Obr. 5. Blokové schéma mikrokontroléru ATtiny2313 který dokáže poskytnout dva kmitoèty, a to 4 a 8 MHz. Kalibrace oscilátoru se provádí zapsáním kalibraèní hodnoty do registru OSCCAL. Vnitøní logika mikrokontroléru zajistí po resetu automatické dosazení kalibraèní hodnoty pro frekvenci 4 MHz. Kalibraèní hodnoty jsou ve skuteènosti dvì, první pro 4 MHz, druhá pro 8 MHz, a jsou umístìny v oblasti pamìti urèené pro identifikaci mikrokontroléru (signature codes). Blokové schéma, jak je øídicí kmitoèet distribuován do všech èástí èipu, je na obr. 6. Díky možnosti zapisovat do registru OSCCAL lze v širokém rozsahu mìnit øídicí kmitoèet mikrokontroléru. Je nutné si však uvìdomit, že èasování zápisu do interních pamìti EEPROM a FLASH je odvozeno právì od kmitoètu tohoto oscilátoru. Pokud je v aplikaci použit zápis do jedné z tìchto pamìtí, nemìl by uživatel nastavovat kmitoèet jiný než 8 MHz ±10 %, jinak není zaruèena správná funkce zápisu do tìchto pamìtí.

Další èástí, která doznala úprav, je sériový kanál UART, ze kterého se stal kanál USART. Jeho blokové schéma je na obr. 8. Øada vlastností pùvodního kanálu UART byla též zdokonalena.

Obr. 6. Distribuce hodinového kmitoètu v ATtiny2313

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

7

ru mùžeme pøeèíst jen jednou. Druhé ètení je pak smìrováno do druhého registru, tøetí pak zase do prvního. Z pøedchozího textu je patrné, že v uvažovaných cílových aplikacích je kladen dùraz na komunikaci s ostatními èástmi systému. Pøedpokládá se, že aplikace jsou již tak nároèné, že se mnohdy mikrokontrolér neobejde bez podpory dalšího nebo nìkolika dalších mikrokontrolérù. Jelikož se mikrokontroléry musí spolu „domluvit”, je nutné mít k tomu patøièné technické prostøedky. To, že tento sériový kanál má sloužit pro meziprocesorovou komunikaci, je vidìt i z toho, že nìkteré módy jsou pro tuto komunikaci pøímo pøedurèeny.

Obr. 7. Blokové schéma obvodu WatchDog v ATtiny2313

Rozhraní USI

Obr. 8. Blokové schéma kanálu USART v ATtiny2313 Jak název již napovídá, kanál je schopen pracovat jak v pùvodním asynchronním módu, tak novì i synchronním módu. Pøenášené datové slovo mùže být nyní i kratší než 8 bitù, a to konkrétnì 5, 6 èi 7 bitù. Parita, sudá èi lichá, je v novém USARTu generována pomocí hardware a je tímto hardwarem i kontrolována. Zdokonalená logika sériového kanálu je schopna detekovat i nìkteré chyby sériového pøenosu - Data Overrun Error a Framming Error. Další zmìnou, akceptovatelnou pro 99 % programù, je zdvojený pøijímací buffer. Jinými slovy, jedná se o dva registry, které se støídají ve funkci, a to, který z nich bude èten a který z nich je pro program neviditelný. Toto se nastavuje právì pøi ètení z uvedeného zdvojeného registru. To znamená, že hodnotu z tohoto zdvojeného regist-

8

USART však není na novém èipu osamoceným sériovým rozhraním, nebo zde najdeme ještì druhé, nazvané USI. Pod tímto, pro mnohé záhadným názvem, se skrývá univerzální sériový interface s bohatými možnostmi komunikace. Jeho blokové schéma je na obr. 9. V podstatì se jedná o synchronní sériové rozhraní, které je možné konfigurovat do dvou rùzných módù. Prvním módem je „dvoudrátový” mód, kdy pro pøenos jsou použity dva vodièe. Jeden z nich je urèen pro pøenos dat (SDA), druhý je synchronizaèní (SCL). Blokové schéma rozhraní USI v dvoudrátovém režimu je na obr. 10. Podle názvu signálù již urèitì øada ètenáøù poznala, že se jedná o rozhraní nazývané firmou ATMEL též TWI (two wire interface), které je podobné rozhraní I2C. I když princip a základní módy jsou velmi podobné rozhraní I2C, nedisponuje implementované rozhraní všemi možnostmi rozhraní I2C. Pokud však potøebujeme komunikovat s externí sériovou pamìtí EEPROM èi FLASH nebo dalšími mikrokontroléry v aplikaci, splní toto rozhraní svùj úèel velmi dobøe. Výhodou je nízká programová režie mikrokontroléru, tj. komunikace zatìžuje vlastní mikrokontrolér velmi málo.

Obr. 9. Blokové schéma rozhraní USI v ATtiny2313

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

Obr. 10. Blokové schéma rozhraní USI v dvoudrátovém režimu S tímto módem kanálu USI jsou spojeny dvì zajímavosti. První nich mùžeme vidìt na blokovém schématu na obr. 10 v poli oznaèeném MASTER. Tou zajímavostí je fakt, že signál SCL je vytváøen programovì (!) pomocí zmìny hodnoty bitu USCK (port PB bit 7). Vlastní posun vysílaných dat v posuvném registru je dìlán však hardwarovì. Druhou zajímavostí je fakt, že podøízené zaøízení mùže vložit pøi komunikaci tzv. „wait states”, neboli èekací stavy. Tato možnost pøichází do úvahy napø. v okamžiku, kdy se oslovené zaøízení, tedy mikrokontrolér v režimu SLAVE, nachází v módu snížené spotøeby,

Obr. 11. Obvod pro vložení èekacích cyklù

a potøebuje delší èas na „probuzení” hlavního oscilátoru a start programového vybavení. Podøízený mikrokontrolér (mikrokontrolér v režimu SLAVE) vloží potøebnou dobu pro „probuzení” tím, že v okamžiku detekce stavu (podmínky) START podrží øídicí hodinový kmitoèet (signál SCL) na úrovni „log. 0“. Jelikož v tomto okamžiku nebìží program, je vše udìláno hardwarovì. Jedná se o velmi jednoduchý obvod, který je na obr. 11. Od nadøízeného mikrokontroléru se tedy oèekává, že tento stav bude programovì ošetøen tak, že MASTER bude testovat úroveò signálu SCL po vložení úrovnì „log. 1“. Pokud úroveò signálu zùstane na „log. 0“, jedná se o stav, kdy podøízený mikrokontrolér žádá o „wait state”. Pro úplnost dodejme, že je možné o èekací cykly žádat i na konci pøenosu. Druhým módem, ve kterém se mùže rozhraní USI nacházet, je režim tøídrátového rozhraní, které je kompatibilní s rozhraním SPI mód 0 a 1 (bez možnosti hw volby Slave Select). Blo-

kové schéma rozhraní USI v tøídrátovém módu je na obr. 12. Tento mód je velmi podobný pøedchozímu. V tomto režimu jsou registry nadøízeného a podøízeného mikrokontroléru propojeny do kruhu. To znamená, že po osmi hodinových cyklech øídicího signálu jsou obsahy obou registrù prohozeny. Stejnì jako v pøípadì dvoudrátového rozhraní je posun vysílaných i pøijímaných dat udìlán hardwarovì, zatímco øídicí hodinový signál musí být generován softwarovì. Z pøedchozího popisu je vidìt, že uvedené sériové rozhraní mùže být vhodným rozhraním pro meziprocesorovou komunikaci èi komunikaci s externími periferními obvody, jako napø. externími sériovými pamìmi EEPROM èi FLASH pro úschovu namìøených dat. I když toto rozhraní má mnoho pøedností, má též jednu nevýhodu. Podíváme-li se na obr. 9 pozornì, uvidíme, respektive neuvidíme, žádné buffery pro data. To znamená, že data z pøijímacího registru musí být „uklizena” døíve, než zaène pøíjem nového byte. Absence pøijímacího bufferu bude tím citelnìjší, èím budou pøenosové rychlosti vyšší. V pøípadì, že v aplikaci není potøeba implementovat žádné z výše zmínìných sériových rozhraní, je možné nìkteré hw prostøedky rozhraní použít pro jiné úèely. Za pomoci posuvného registru mùžeme emulovat další asynchronní port (half-duplex), a to mnohem efektivnìji než v pøípadì èistì softwarové emulace. Velké možnosti alternativního využití nabízí ètyøbitový èítaè. Tento èítaè (na obr. 9 je u registru USISR) je možné použít jako nezávislý ètyøbitový èítaè schopný generovat pøerušení. Pøi jeho použití je nutné si uvìdomit, že tento èítaè inkrementuje svoji hodnotu pøi každé zmìnì externího vstupního signálu, tj. reaguje jak na vzestupnou, tak i na sestupnou hranu externího hodinového signálu. Tento èítaè mùže být „prodloužením“ osmibitového èítaèe/èasovaèe 0. Spojením obou èítaèù máme k dispozici dvanáctibitový èítaè/èasovaè. V tom pøípadì je tento ètyøbitový èítaè inkrementován pøi pøeteèení èítaèe/èasovaèe 0. Ètyøbitový èítaè nám mùže též pomoci v pøípadì, že nám schází jedno externí pøerušení. Tento èítaè lze totiž pøednastavit na hodnotu 0FHEX. V tom pøípadì èítaè pøeteèe pøi první zmìnì úrovnì vstupního signálu a bude tedy hned generovat pøerušení. Vzhledem k faktu, že je možné generovat øídicí hodinový signál pro tento èítaè též softwarovì zmìnou hodnoty bitu USICLK èi USITC (viz registr USICR - USI clock registr v originálním manuálu ATtiny2313), lze tento èítaè použít pro softwarový interrupt.

Nové instrukce Obr. 12. Blokové schéma rozhraní USI v tøídrátovém módu

Poslední novinkou, kterou dali vývojáøi do vínku zmodernizovanému mikrokontroléru, je možnost ètení a zápisu

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

9

do programové pamìti pomocí instrukcí LPM a SPM. Díky tìmto instrukcím je možno provádìt update programového vybavení v hotovém zaøízení i na dálku. Jak je i z výše uvedeného krátkého popisu vidìt, vylepšený typ ATtiny2313 je více než dùstojným následníkem svého vzoru AT90S2313. Díky tìmto úpravám se okruh cílových aplikací, pro které je tento malý, ale výkonný mikrokontrolér vhodný, velmi rozšíøil. Závìrem tohoto krátkého pøedstavení nového mikrokontroléru si dovolím upozornit na jednu vìc na kterou bychom nemìli zapomenout. Tato vìc souvisí s rozhraním debugWIRE® (èi JTAG) a sám výrobce ji na mnoha místech pøipomíná. Jedná se o to, že pokud jsme mikrokontrolér použili k ladìní programového vybavení, tak tento mikrokontrolér by nemìl být použit ve finálním výrobku. I když programová pamì FLASH má povolený poèet pøepisù 10 000 cyklù zápis/mazání, bude v horší kondici než pamì, která pro toto ladìní nebyla použita. Tento fakt nabývá na významu pøedevším v takových pøípadech, jako jsou aplikace, které pracují v širokém teplotním rozsahu èi za zhoršených podmínek napájení (napájení se pohybuje na okrajích povoleného rozsahu).

ATtiny24/ATtiny44/ /ATtiny84 I když se jedná o tøi typy, lze na nì pohlížet jako na typ jeden, nebo se opìt liší pouze velikostí pamìtí - programové FLASH (2 kB/4 kB/8 kB), datové SRAM (128 Byte/256 Byte/512 Byte) a datové EEPROM (128 Byte/256 Byte/ /512 Byte). Mikrokontrolér mùže být zapouzdøen do celkem tøí rùzných pouzder - do DIL14, SOIC14 a QFN/MLF20. Blokové schéma tìchto mikrokontrolérù je na obr. 13. Na první pohled zde není nic výjimeèného, ale pokud se podíváme pozornìji, zjistíme, že novinky z typu ATtiny2313 zde zùstaly zachovány.

debugWIRE® Asi nejvìtším zdokonalením nových mikrokontrolérù øady ATtiny je zajisté rozhraní pro ladìní programového vybavení v cílové aplikaci nazvané firmou ATMEL debugWIRE®. Je více než potìšující, že toto rozhraní najdeme i u tohoto mikrokontroléru.

Varianty mikrokontrolérù Stejnì jako u pøedchozího typu, mikrokontroléru ATtiny2313, i zde existují dvì verze každého typu, které se liší sufixem V, napø. ATtiny44 a ATtiny44V. Typ bez sufixu V je urèen pro užší rozsah napájecího napìtí (2,7 až 5,5 V), ale je schopen pracovat s øídicím kmitoètem až 20 MHz. Druhý typ se sufi-

10

Obr. 13 . Blokové schéma mikrokontrolérù ATtiny24/44/84 xem V je urèen pro širší rozsah napájecího napìtí, konkrétnì 1,8 až 5,5 V, ale maximální kmitoèet, na kterém je mikrokontrolér schopen pracovat, je 10 MHz. Typy se sufixem V jsou tedy pøedurèeny pro aplikace, kde je kladem hlavní dùraz na nízkou spotøebu, nebo typický odbìr pracujícího mikrokontroléru s øídicím kmitoètem 1 MHz a napájením 1,8 V èiní 380 µA (active mode). Pokud nìkomu pøipadá kmitoèet 1 MHz nízký, mìl by si uvìdomit, že výpoèetní výkon pøi této frekvenci je obdobný výpoèetnímu výkonu legendárních mikrokontrolérù 80C51 (klasické jádro s dvanácti takty na instrukci) pracujících na kmitoètu 12 MHz! V režimu snížené spotøeby (power-down mode) je odbìr mikrokontroléru se stejným napájecím napìtím pouhých 100 nA.

Nové instrukce Nech jsou návrháøi tìchto mikrokontrolérù pochváleni, nebo i u tìchto malých mikrokontrolérù existuje možnost ètení a zápisu do programové pamìti pomocí instrukcí LPM a SPM. Díky tìmto instrukcím je možno provádìt update programového vybavení v hotovém zaøízení i na dálku èi používat velké tabulky konstant, které svojí velikostí pøesahují velikost pamìti EEPROM.

Zdroje øídicího kmitoètu Dalším potìšujícím faktem jsou bohaté možnosti taktování mikrokontroléru. Blokové schéma systému distribuce øídicích kmitoètù je na obr. 14. Z tohoto obrázku mùžeme vidìt, že kromì externího oscilátoru jsou zde možnosti, jak taktovat mikrokontrolér z vnitøních oscilátorù. Tyto možnosti pøijdou u mikrokontroléru s pouhými ètrnácti piny jistì v øadì pøípadù vhod, nehledì na fakt, že využitím vnitøních oscilátorù snižujeme náklady na aplikaci. Jak je z obr. 14 zøejmé, je možné využívat celkem dva interní zdroje kmitoètu. Prvním z nich je kalibrovaný oscilátor 8 MHz, který je možné kalibraèní konstantou zkalibrovat až na pøesnost ±1 %, což je pro øadu aplikací více než dostateèné. Kalibraèní konstanta pro napájecí napìtí 3 V a teplotu okolí 25 °C je opìt èástí pamìti urèené pro identifikaci mikrokontroléru (signature codes). Touto hodnotou je automaticky pøi studeném startu mikrokontroléru inicializován registr OSCCAL. Tento registr je dostupný i za bìhu mikrokontroléru. I když je možné tento oscilátor ladit v relativnì širokém rozsahu, výrobcem doporuèený rozsah frekvencí je 7,3 až 8,1 MHz. V tomto rozsahu lze totiž nastavit požadovanou frekvenci s pøes-

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

zovat pro práci v pomìrnì širokém rozsahu kmitoètù (od 0,4 MHz výše) pomocí konfiguraèních bitù CKSEL1..3. Mikroprocesor lze též taktovat pomocí tzv. „hodinkového” krystalu s kmitoètem 32 kHz. Pro tento typ krystalu zde existuje speciální interní oscilátor (Low Frequency Oscilator). Lze tedy konstatovat, že možnosti taktování mikrokontrolérù ATtiny24/44/ /84 jsou podstatnì bohatší než u ATtiny2313. Lze jen doufat, že toto uspoøádání se bude objevovat i v dalších nových typech mikrokontrolérù øady ATtiny.

Módy se sníženou spotøebou

Obr. 14. Distribuce øídicích kmitoètù v ATtiny24/44/84

Obr. 15 - Závislost fRC na hodnotì OSCCAL v ATtiny24/44/84 ností ±1 %. Druhým dùvodem je fakt, že kmitoètem tohoto oscilátoru je øízen i zápis do interní pamìti FLASH a EEPROM (viz obr. 14). Pokud nastavíme kmitoèet oscilátoru vyšší než 8,8 MHz, není zaruèeno, že zápis do tìchto pamìtí probìhne bezchybnì. Další zajímavostí nastavování kmitoètu pomocí hodnoty registru OSCCAL je fakt, že rozsah ladìní je rozdìlen do dvou podrozsahù. Oba podrozsahy se však èásteènì pøekrývají, takže kmitoèet pøi hodnotì 0x7F (=07FHEX) v registru OSCCAL bude vyšší než kmitoèet pøi hodnotì 0x80 (=080HEX). Na to je nutno pøi vlastní kalibraci nezapomenout. Popsanou situaci ukazuje obr. 15. Idea kalibrovaného interního oscilátoru však byla oproti ATtiny2313 pozmìnìna, nebo zde existuje pouze oscilátor 8 MHz (a watchdog oscilátor 128 kHz, který je nekalibrovaný). Pøi použití 8 MHz oscilátoru je nutné si dát pozor na povolený maximální kmitoèet pøi daném napájecím napìtí. Pokud je povolený kmitoèet nižší, je nutné použít interní pøeddìliè, který sníží taktovací kmitoèet pro mikrokontrolér na 1 MHz (dìlicí pomìr 8, konfiguraèní bit CKDIV8, více dále).

Tím však možnosti nastavení taktování nekonèí. Návrháøi implementovali do mikrokontroléru možnost zvolit si pro taktování kmitoèet zvoleného zdroje vydìlený 1x, 2x, 4x, 8x, 16x, 32x, 64x, 128x nebo 256x (registr CLKPR - Clock Prescale Register). Tento dìlící pomìr je možné mìnit i za bìhu (!) mikrokontroléru, takže uživatel má možnost dynamicky optimalizovat výpoèetní výkon mikrokontroléru a tím i jeho spotøebu. Tento pøeddìliè je použit i ve výše zmiòovaném pøípadì užití konfiguraèního bitu CKDIV8. Princip je stejný jako v pøípadì kalibraèní konstanty pro interní RC oscilátor, tj. hodnota bitu je automaticky nahrána do pøíslušného bitu registru CLKPR pøi studeném startu mikrokontroléru. Pøi použití oscilátoru 128 kHz jako zdroje øídicího kmitoètu nesmíme zapomenout na to, že tento oscilátor nelze kalibrovat a jeho kmitoèet je více závislý na teplotì a napájecím napìtí. Kromì dvou interních oscilátorù lze taktovat mikrokontroléry ATtiny 24/44/ /84 též i z externího zdroje kmitoètu èi použít interní oscilátor, který je øízen externím krystalem èi keramickým rezonátorem. Tento oscilátor lze optimali-

Další oblastí, kde je možné vidìt velký pokrok oproti starším typùm, jsou módy se sníženou spotøebou. I na vlastních módech je vidìt, že návrháøi navrhli módy velmi peèlivì. Díky tomu jsou jednotlivé režimy se sníženou spotøebou v mnoha pøípadech velmi užiteèné. Najdeme zde mód, kdy je zastavena centrální jednotka mikrokontroléru a programová pamì, ale i standby mód, kdy mikroprocesor je zastaven úplnì a reaguje pouze na vnìjší pøerušení. Mezi velmi užiteèné módy bude urèitì patøit režim oznaèený jako „ADC noise reduction mode”, tj. mód se sníženým rušením. Jak už z názvu vyplývá, mikroprocesor, respektive jeho pøíslušné èásti, jsou vypnuty tak, aby rušivé signály, které mohou ovlivnit pøesnost pøevodu interního analogovìdigitálního (A/D) pøevodníku, byly omezeny na minimum. Díky tomu je možné snadnìji využít pøesnosti interního desetibitového A/D pøevodníku. Fakt, že to výrobce myslí vážnì s úspornými módy, které pøijdou vhod napø. v bateriovì napájených aplikacích, je poznat i z toho, že nìkterým periferiím je možné, v pøípadì že nejsou potøebné, odpojit napájení a dále tak snížit pøíkon mikrokontroléru. Celkem lze zakázat funkci pìti periferiím: A/D pøevodníku, analogovému komparátoru, „Brown-out” detektoru, interní napìové referenci a watchdogu. I když se nìkomu mùže zdát, že se v praxi jedná o témìø zanedbatelné odbìry, v øadì pøípadù jsou tyto odbìry rozhodující. Vždy napø. pokud v „powerdown” modu necháme zapnutý „jen” obvod watchdog, bude mikrokontrolér odebírat typicky 10 µA pøi napájení 3 V. Za stejné situace, avšak s vypnutým obvodem watchdog, bude odbìr typicky pouhý 1 µA ! Jak je z pøedchozího krátkého popisu možností režimù se sníženou spotøebou vidìt, je tìmto režimùm u nových mikrokontrolérù vìnována velká pozornost. Díky uvedeným režimùm se oblast možného nasazení tìchto nových mikrokontrolérù znaènì rozšíøila, a to zejména do oblasti bateriovì napájených aplikací.

Watchdog Chce-li výrobce se svým mikrokontrolérem uspìt i v prùmyslových aplikacích (a nejen tìch), musí být

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

11

a o nìco složitìjší obvodové øešení. Z hlediska uživatele jsou nevýhodou pouze pevnì dané priority, nebo obvodové øešení øadièe pøerušení je záležitostí výrobce. Pevnì dané priority jednotlivých událostí nemusí být velkým problémem, pokud uživatel provede peèlivì analýzu øešení a pøípadnì vhodnì upraví øešení podle daných priorit.

Èítaè/Èasovaè0

Obr. 16. Obvody watchdog v ATtiny24/44/84 mikrokontroléry vybaveny co možná nejdokonalejším systémem, který hlídá regulérní bìh programu a v pøípadì problémù resetuje vlastní mikrokontrolér. I tady byl udìlán velký pokrok v porovnání se standardními mikrokontroléry 89C51. Schéma obvodù hlídajících mikrokontrolér je na obr. 16. Hlídací obvody lze rozdìlit do dvou kategorií - na obvody hlídající napájecí napìtí a na obvody èasové. Co se týká napájecího napìtí, nejzajímavìjší je obvod „Brown-out”, který má na starosti detekci krátkodobých poklesù napájecího napìtí mikrokontroléru pod nastavenou mez. Zachytit vèas pokles napájecího napìtí je velmi dùležité. Pokud tento pokles zachytíme vèas a úroveò detekce poklesu je správnì nastavena, máme dostatek èasu na uložení všech dùležitých hodnot do nonvolatilní pamìti (napø. EEPROM) a vypnutí periférií. Poté vìtšinou program již èeká, zda se napájecí napìtí vrátí na normální úroveò nebo poklesne až na nulu. Pokud nìkoho zaráží, proè je vhodné periferie pøi poklesu napájecího napìtí vèas uvést do klidového stavu, je toto pøinejmenším vhodné u výkonových souèástek. Napø. tranzistory mohou být pøi poklesu málo buzeny, což zapøíèiní jejich nedokonalé otevøení. Na nedokonale otevøených tranzistorech bude vìtší úbytek napìtí, což pøi protékajícím proudu znamená i zvýšenou výkonovou ztrátu. Pokud tento výkon, mìnící se na tranzistoru na teplo, pøekroèí urèitou mez, následuje znièení výkonového prvku, a už je to bipolární èi MOSFET tranzistor. Obvod Power-On Reset se stará o øádný start mikrokontroléru pøi nábìhu napájecího napìtí. Stejnou funkci má i odvod Watchdog Timer. Tento timer musí být pravidelnì v urèitém intervalu uživatelským programem resetován, jinak je vyvolán opìt klasický „studený” restart mikrokontroléru. Tímto jednoduchým zpùsobem je zaruèeno, že když program „zabloudí” a s nejvìtší pravdìpodobností pak nebude resetovat obvod

12

watchdog, bude po nastavené dobì vyvolán reset mikrokontroléru. Reset obvodu watchdog se provádí urèitou sekvencí, která minimalizuje možnost falešného resetování tohoto obvodu.

Pøerušení U vìtšiny mikrokontrolérù mùže být bìh programového vybavení pøerušen tzv. pøerušením. Mikrokontroléry AVR, tedy i ATtiny 24/44/84, jsou pøedstavitelé øešení vektorového systému pøerušení. To znamená, že každé události, napø. pøeteèení èítaèe/èasovaèe, vnìjšímu pøerušení èi dokonèení A/D pøevodu, je pøiøazen samostatný vektor pøerušení, nebo, chcete-li, adresa, na které se nachází obslužný program pro danou událost. Výhodou tohoto øešení je rychlá reakce na pøerušení, nebo není nutno programovì zjišovat, která událost žádá o pøerušení. Samozøejmì toto øešení, stejnì jako každá jiná vìc, má i svá negativa. Tìmito negativy jsou pevnì dané priority,

I když se jedná „pouze” o osmibitový èítaè, jsou jeho možnosti velmi široké, což lze posoudit i z pouhého blokového schématu na obr. 17. Na obrázku mùžeme napø. vidìt, že tento èítaè disponuje dvìma jednotkami (kanály) PWM. Základem tohoto v pravdì multifunkèního bloku je osmibitový èítaè TCNTn, který dokáže èítat jak vnitøní hodinový kmitoèet (režim èasovaèe) z pøedøazeného pøeddìlièe, tak i vnìjší kmitoèet (režim èítaèe). Dùležitým faktem je také to, že èítaè „umí” èítat jak nahoru, tak i dolù. To je, jak uvidíme pozdìji, dùležité v jednom módu generování PWM signálu (tzv. phase correct PWM mode). Hodnota výstupu èítaèe je porovnávána dvìma jednotkami komparátorù. Pøi dosažení shody uložené hodnoty s hodnotou v registru èítaèe mùže být generováno pøerušení a/nebo zmìnìn stav výstupního bitu (generování signálu PWM). Hodnota z registru OCRnA (n=0) mùže být v jednom z implementovaných módù brána jako vrchní mezní hodnota pro krácení cyklu èítaèe. V tomto módu, nazvaném CTC (Clear Timer on Compare match), mùžeme tedy mìnit frekvenci generovaného PWM signálu i jeho støídu, což však vyžaduje programovou obsluhu. Situaci ilustruje obr. 18. Zmìna støídy nastala v periodì 2 následkem zmìny hodnoty registru OCRnA (n=0).

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

Obr. 17. Blokové schéma èítaèe/èasovaèe0 v ATtiny24/44/84

Obr. 18. Režim CTC v ATtiny24/44/84

vaný mód (COM0x1:0=2). Popsanou situaci ilustruje obr. 20. Pokud se podíváme na uvedený obrázek pozornì, uvidíme, že signál PWM je symetrický okolo bodu dosažení hodnoty BOTTOM, tj. okolo bodu, ve kterém èítaè mìní smìr èítání ze sestupného na vzestupné. V tomto bodì je též nastaven pøíznak TOVn. Aby byla tato symetrie zachována, je nutné zapisovat novou hodnotu do registru OCRnx v bodì dosažení hodnoty TOP , tj. v bodì, ve kterém se mìní smìr èítání ze vzestupného na sestupné. Je zde též nastavován pøíznak OCnx. Tento režim má sice maximální frekvenci výstupního signálu polovièní, než je maximální frekvence v módu „Fast PWM“, ale díky symetrii generovaných impulsù je vhodný pro øízení motorù.

Èítaè/Èasovaè1

Obr. 19. Režim Fast PWM v ATtiny24/44/84

Obr. 20. Režim Phase Correct v ATtiny24/44/84 Druhým režimem PWM, ve kterém mùže pracovat èítaè/èasovaè0, je tzv. „Fast PWM” (obr. 19.). Základním rozdílem tohoto módu oproti pøedchozímu je fakt, že èítaè pøi dosažení shody s hodnotou v registru OCRnA, pøípadnì OCRnB (n=0), není nulován, ale je pouze ovlivnìn pøíslušný výstupní bit, a to tak, že pøi dosažení shody hodnoty èítaèe s hodnotou v registru OCRnA èi OCRnB (n=0) je výstupní bit vynulován. Výstupního bit se nastaví do úrovnì „log. 1“ pøi pøeteèení èítaèe. Zmiòované hodnoty platí pro standardní mód (COMnx1:0=2), v pøípadì negovaného výstupu jsou opaèné (COMnx1:0=3). Hodnota v registrech OCRnA a/nebo OCRnB urèuje tedy jen støídu, a nikoli frekvenci generovaného signálu PWM. Èítaè je vynulován až po dosažení hodnoty TOP. Aby bylo možné mìnit i periodu (resp. frekvenci) výstupního signálu, a ne jenom støídu, je možné využít registr OCRnA jako registr urèující periodu výstupního signálu. Pro generování

signálu PWM nám tedy zbude v tomto pøípadì pouze jeden kanál. Výhodou tohoto režimu je dvojnásobná frekvence oproti módu „Phase Correct”. Je tudíž vhodný pro výkonové aplikace typu regulace výkonu, støídaèe, pøevodníky D/A a další. Díky vyšším frekvencím jsou potøebné filtraèní indukènosti a kapacity menší, a tudíž i souèástky jsou ménì rozmìrné. Posledním módem generování PWM signálu je již zmiòovaný „Phase Correct” mód (obr. 20). Pøi tomto módu èítaè èítá nejdøíve nahoru. Pøi dosažení hodnoty TOP poène èítat smìrem dolù. Pøi dosažení hodnoty BOTTOM zaène èítat opìt smìrem nahoru. Výstupní bit OCn se opìt mìní pøi dosažení shody hodnoty registru èítaèe s hodnotou v registru OCRnx, a to tak, že výstupní bit OCn se nastaví do stavu „log. 1“, pokud èítaè èítá smìrem dolù. Když èítaè èítá smìrem nahoru, pøi dosažení shody se nastaví výstupní bit OCn do stavu „log. 0“. Toto platí pro neinverto-

Podíváme-li se na blokové schéma (obr. 21) tohoto èítaèe/èasovaèe, zjistíme, že se velmi podobá pøedchozímu èítaèi/èasovaèi a hardwarovì se liší pouze pøidanou jednotkou „Input Capture Unit”. Další zmìnou, která nemùže být na obr. 21 vidìt, je pøidaný mód „Phase and Frequency Correct PWM”. Nejvìtší zmìna, opìt „neviditelnᔠna obr. 21, se týká bitové šíøky všech registrù, které jsou šestnáctibitové! To dává uživateli možnost mnohem pøesnìji generovat signály PWM. Na stranì druhé, je obsluha šestnáctibitových registrù o trochu složitìjší, nebo datová sbìrnice mikrokontroléru je pouze osmibitová. Problém úzké datové sbìrnice byl vyøešen, a to elegantnì, pøidáním doèasného registru pro vyšší byte šestnáctibitového slova a zápis èi ètení do šestnáctibitového registru probìhne dvoufázovì. Pøi zápisu je nutné nejdøíve zapsat vyšší byte, pak nižší byte. Pøi zápisu vyššího byte dat je tento byte vlastnì zapsán do doèasného registru. Operace zápisu nižšího byte provede nejenom vlastní zápis hodnoty do nižšího byte registru, ale též zpùsobí pøepis hodnoty z doèasného registru do vyššího byte. Tímto jednoduchým a elegantním zpùsobem je ošetøena situace zápisu šestnáctibitové hodnoty. Pøi vlastním zápisu je nutné si uvìdomit dvì fakta. Prvním faktem je, že doèasný registr je v mikrokontroléru jenom jeden, což znamená, že tento registr je spoleèný pro všechny šestnáctibitové registry periferií. Druhý fakt vyplývá z prvního, nebo vlastní zápis do šestnáctibitového registru se sestává ze dvou instrukcí. Nebezpeèí se nazývá pøerušení. Musíme si uvìdomit, že pøerušení mùže být vyvoláno mezi první a druhou instrukcí zápisu, a pokud se ve vyvolaném pøerušení pøepíše hodnota doèasného registru, bude po návratu z pøerušení do vyššího byte zapsána jiná hodnota, než byla v doèasném registru pøed pøerušením. Proto je nutné pøed vlastním zápisem zakázat všechna pøerušení a po vlastním zápisu pøerušení hned povolit.

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

13

Obr. 21. Èítaè/èasovaè1 v ATtiny24/44/84 Uveïme si pøíklad zápisu do registru TCNT1 v jazyku symbolických adres, neboli v assembleru: Write_TCNT1: in r18,SREG cli out

TCNT1H,r17

out

TCNT1L,r16

out

SREG,r18

ret

cli in

r16,TCNT1L

in

r17,TCNT1H

out

SREG,r18

ret

return i; }

;uschovej stav ;registru pøerušení ;zakaž všechna pøe;rušení ;zapiš vyšší byte do ;doèasného registru ;zapiš nižší byte ;registru + vyšší ;byte z doèasného ;registru ;obnov stav registru ;pøerušení

Obdobnì je nutné provádìt i ètení z šestnáctibitových registrù: Read_TCNT1: in r18,SREG

SREG = sreg;

;uschovej stav re;gistru pøerušení ;zakaž všechna pøe ;rušení ;èti nižší byte re;gistru + vyšší byte ;do doèasného regis;tru ;èti vyšší byte z ;doèasného registru ;obnov stav registru ;pøerušení

/* obnov stav registru pøerušení */ /* vra hodnotu registru TCNT1 */

Analogicky bude vypadat zápis: void Write_TCNT1(unsigned int i ) { unsigned char sreg; sreg = SREG; /* uschovej stav registru pøerušení */ _CLI(); /* zakaž všechna pøerušení */ TCNT1 = i; /* Zapiš hodnotu do registru TCNT1 */ SREG = sreg; /* obnov stav registru pøerušení */ return; /* konec */ }

Pokud se nìkdo diví, proè je nutné provádìt zápis èi ètení do šestnáctibitových registrù takto složitì, mìl by si

uvìdomit, že øada registrù mìní svoji hodnotu prùbìžnì. Pøíkladem nech je právì registr TCNT1, který mùže být inkrementován èi dekrementován každý hodinový takt, takže pokud bychom provádìli zápis èi ètení do/ze šestnáctibitového registru dvìma samostatnými instrukcemi, nemusí si pøeètené èi zapsané hodnoty odpovídat (druhý byte mùže být mezitím inkrementován èi dekrementován), což mùže vést k nedefinovaným výsledkùm. Novou èástí, která se u osmibitového èítaèe/èasovaèe0 nevyskytuje, je vstupní záchytný registr (Input Capture Register). Tento registr je schopen zachytit stav èítaèe/èasovaèe1 („èas”) v okamžiku výskytu události na pinu ICP1 nebo zmìnì stavu interního napìového komparátoru. Blokové schéma popisované jednotky ICR1 je na obr. 22. Tato jednotka je vhodná napø. pro mìøení èasové „vzdálenosti” dvou událostí, což je napø. užiteèné pro reciproké mìøení frekvence. Jak již bylo øeèeno, další odlišností èítaèe/èasovaèe1 oproti èítaèi/èasovaèi 0 je pøidaný jeden nový mód umožòující generovat PWM. Tento mód je pokraèováním „Phase Correct” módu a nazývá se „Phase and Frequency Correct Mode”. Tento mód zachovává správné nejen fázové pomìry výstupního signálu, ale též i frekvenci. Výstupní signál generovaný v tomto módu je na obr. 23. Obsah registru pøi tomto režimu je aktualizován v okamžiku dosažení hodnoty BOTTOM. K pøíjemným vlastnostem èítaèe/èasovaèe1 je možné poèítat i možnost definice hodnoty TOP nejenom registrem OCR1A, ale též registrem ICR1, takže v pøípadì použití ICR1 pro hodnotu TOP nám zbývají pro generování signálu signálù PWM stále dva kanály.

Analogový komparátor Protože reálný svìt je v podstatì analogový, je v mnoha pøípadech potøebné snímat èi mìøit nìjakou analogovou velièinu. V té chvíli pøijde vhod A/D pøevodník, avšak v celé øadì pøípadù staèí pouhý analogový komparátor.

Pokud nìkdo píše programy v jazyku C, ètení by vypadalo následovnì: unsigned int Read_TCNT1( void ) { unsigned char sreg; unsigned int i; sreg = SREG; /* uschovej stav registru pøerušení */ _CLI(); /* zakaž všechna pøerušení */ i = TCNT1; /* Preèti obsah registru TCNT1 a uschovej ho v i */

14

Obr. 22. Jednotka Input Capture v ATtiny24/44/84

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

Obr. 23. Režim Phase a Frequency Correct Mode v ATtiny24/44/84 Obr. 24. Analogový komparátor v ATtiny24/44/84

Tento komparátor najdeme integrován i v právì pøedstavovaném mikrokontroléru. Blokové schéma je na obr. 24. I když svým zapojením velmi pøipomíná mnoho podobných komparátorù, pøesto prošel nìkolika pozitivními zmìnami. První zmìnou je interní napìová reference 1,1 V (typicky), která mùže, ale nemusí být pøipojena na neinvertující vstup komparátoru. Na negativní vstup komparátoru lze pøivést buï signál z pinu AN1 nebo, což je pøínosem, ze vstupního analogového multiplexeru pøeøazeného internímu A/D pøevodníku, takže mùžeme porovnávat napìtí z celkem osmi externích vstupù. Komparátor lze nakonfigurovat tak, že pøi definované zmìnì (sestupná hrana, vzestupná hrana èi jakákoliv zmìna) na výstupu vyvolá pøerušení. Výstup komparátoru je též zaveden do èítaèe/èasovaèe1, pøesnìji do „Input Capture Unit”. Tato jednotka je schopna zachytit do záchytného registru stav volnì bìžícího èítaèe této jednotky a tím vlastnì urèit èas zmìny výstupu komparátoru.

Vlastnosti pøevodníku jsou dány použitou metodou. Doba pøevodu se mùže pohybovat v rozsahu 13 až 260 µs, tj. pøevodník je schopen provést maximálnì 76 900 pøevodù/s. Pokud nìkoho zaráží, že je uvedena i dolní mez (nejdelší doba pøevodu), která je 260 µs, je to jednak z dùvodù rušení analogové

èásti èástí digitální, jednak proto, že pøevodník je navržen jako dynamický a nikoliv statický. Pøi pozorném studiu datasheetu lze narazit na údaje o pøesnosti pøevodu a o rùzných chybách v závislosti na dobì pøevodu. Podle oèekávání jsou chyby pøevodu minimální v oblasti støedních dob pøevodu. Optimální taktovací kmitoèet pro pøevodník je øádovì 200 kHz (A/D pøevodník má svoji dìlièku, takže je možné volit rychlost pøevodu celkem z celkem sedmi možností, viz obr. 26), pøièemž plná pøesnost pøevodu je zachována do asi 15 ks/s (15 000 pøevodù/s). Vlastnímu pøevodníku je pøedøazen obvod S&H a analogový multiplexer, který dovoluje využít až všech osm pinù brány A jako analogových vstupù pøevodníku. Výrobce udává, že mikrokontrolér disponuje až 8 SE vstupy nebo až 12 diferenèními vstupy. Pokud je v aplikaci zapotøebí mìøit malá napìtí, ani pak není nutné používat externí zesilovaè, nebo A/D pøevodník disponuje možností zesílit signál 20x. Vstupní analogový multiplexer má však kromì osmi externích vstupù ještì další tøi interní. Jeden má potenciál analogové zemì, druhý je pøipojen na interní teplotní senzor, který mùže mìøit teplotu èipu, a na zbylý tøetí je pøipojena napìová reference 1,1 V. Jako napìovou referenci lze použít buï právì jmenovanou interní referenci 1,1 V, nebo externí referenci, èi pøímo napájecí napìtí mikrokontroléru.

A/D pøevodník Jak již bylo øeèeno, je v mnoha aplikacích tøeba mìøit analogové velièiny, a protože je mikrokontrolér nedokáže zpracovat v této formì, musí se pøevést do formy èíslicové. Nìkde staèí pouhý komparátor, jinde se neobejdeme bez A/D pøevodníku. Proto v tomto mikrokontroléru najdeme pomìrnì kvalitní desetibitový A/D pøevodník pracující metodou postupné aproximace (tzv. successive approximation), jehož schéma je na obr. 25.

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

Obr.25. Blokové schéma A/D pøevodníku v ATtiny24/44/84

15

Obr. 26. Pøeddìlièka A/D pøevodníku v ATtiny24/44/84

Obr. 27. Analogový vstup A/D pøevodníku v ATtiny24/44/84 Pøevodník mùže pracovat v jednom ze dvou módù - jednorázovém nebo kontinuálním. Aby se zmenšilo rušení pøi vlastním pøevodu, lze uvést mikrokontrolér do režimu se sníženou spotøebou nazvaného „ADC Noise reduction mode”, pøi kterém je rušení digitální èástí zanedbatelné. Pøevodník tak má daleko lepší podmínky pro mìøení a tudíž vlastní pøevod by mìl být pøesnìjší. Pøi návrhu zaøízení, ve kterém budeme využívat pøevodník, si musíme dát pozor na nìkolik vìcí, jež mohou negativnì ovlivnit mìøení. V první øadì je to vhodný návrh desky s plošnými spoji. Dále je to vzpomínaný vysoký nebo nízký øídicí kmitoèet pøevodníku. Taktéž nesmíme zapomenout na to, že nìjakou dobu trvá nabití vzorkovacího kondenzátoru, takže pokud je vstupní kmitoèet pøíliš vysoký, mùžeme dojít pøi mìøeních k úplnì chybným výsledkùm. Podobné problémy mùže zpùsobit velký vnitøní odpor objektu, jehož napìtí chceme mìøit. Problémová místa mùžeme odhalit, podíváme-li se na náhradní zapojení analogového vstupu A/D pøevodníku. V první øadì jsou to proudy IIH a IIL. I když jsou malé (kolem 0,05 µA), mohou vyvolat falešný úbytek na vnitøní impedanci zdroje signálu. Chyba vyvolaná tìmito proudy bude tím vìtší, èím bude impedance zdroje mìøeného signálu vìtší. Druhým problémovým místem, ve kterém mùže vyšší impedance zdroje mìøeného signálu sehrát roli, je doba vzorkování. Èím je impedance vyšší, tím musí být doba vzorkování delší. Aby bylo možné využívat plnì schopností popisovaného A/D pøevodníku, musí být impedance zdroje signálu rovna nebo nižší než 10 kΩ. Pokud bude impedance vyšší, mùže chyba mìøení narùstat díky faktu, že se vzorkovací kondenzátor nestaèí nabít na napìovou úroveò mìøeného zdroje signálu.

16

Dalším zdrojem chyb mùže být nevhodný návrh desky s plošnými spoji. Pokud chceme mìøit s co nejvyšší pøesností, mìli bychom analogové spoje dìlat co nejkratší. Analogová zem by mìla být spojena s digitální v jednom místì. Všechny analogové èásti by mìly být vzdáleny co možná nejvíce od digitálních signálù s vyšší frekvencí. Tyto signály jsou vìtšinou obdélníkového tvaru, takže obsahují øadu harmonických, a èím vyšší frekvenci má signál, tím lépe se pøenáší pøes parazitní kapacity mezi plošnými spoji. Z tohoto dùvod by analogový a digitální signál nemìly mít spoje blízko u sebe a tyto spoje by nemìly být soubìžné. V neposlední øadì je dobré pamatovat na to, že rušení je generováno i samotným èipem (hodinový signál, øídicí kmitoèty pro periferie atd.), a je tudíž vhodné používat pøi mìøení pomocí A/D pøevodníku mód se sníženou spotøebou, ve kterém je rušení èipem minimalizováno (ADC Noise reduction mode). Pøi používání tohoto módu si je nutné uvìdomit, že i jakýkoliv jiné povolené pøerušení mùže ukonèit tento mód. Popis tohoto mikrokontroléru ukonèeme uvedením jeho spotøeby, která èiní typicky 6 mA pøi napájení 5 V a frekvenci 8 MHz. Pokud provozujeme mikrokontrolér pøi napájecím napìtí 3 V a frekvenci 4 MHz, bude jeho spotøeba èinit pouhé 2 mA. Pøi tomto napájení je

v režimu Power-down mode pøi zapnutém WDT odbìr pouhé 4 µA a odbìr mùže dále klesnout na 0,15µA v pøípadì, že funkci obvodu WDT zakážeme. Závìrem lze tedy konstatovat, že tento mikrokontrolér je vhodný pro široké spektrum aplikací vèetnì aplikací napájených z baterií, kdy velkou roli hraje i spotøeba.

ATtiny25/ATtiny45/ /ATtiny85 Už jen velmi podobný název by mohl svádìt k myšlence, že jde pouze o mikrokontrolér shodný s ATtiny24/44/ /84 v osmivývodovém pouzdru. Toto je pravdivé pouze èásteènì, jak mùžeme vidìt na blokovém schématu na obr. 28a. Pøednì zde najdete pouze jediný I/O port, pøièemž každý z pinù má nìkolik funkcí (kromì dvou napájecích pinù) - viz obr. 28b. Na toto je nutné pamatovat, nebo i když je tento mikrokontrolér co do poètu periferií vybaven velmi dobøe, mùžeme se dostat do situace, kdy potøebujeme funkce, které jsou sdíleny na jednom pinu. Zde je nìkolik pøíkladù. Na pinu 7 (I/O bit PB2) najdeme následující „funkce” - SCK, USCK, SCL, ADC1, T0, INT0 a PCINT2. To znamená, že pokud chceme používat externí vstup èítaèe/ /èasovaèe 0, oznaèený jako T0, NEMÙ-

Obr. 28a. Blokové schéma mikrokontrolérù ATtiny25/45/85

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

Obr. 28b. Zapojení vývodù mikrokontrolérù ATtiny25/45/85 a ATtiny15 Tab. 3. Pøerušení v mikrokontrolérech ATtiny24/44/84 a ATtiny25/45/85

ŽEME již použít sériový port USI, nebo tento bit portu je jím využívám pro synchronizaèní signál (hodiny). Jako další pøíklady mohou sloužit piny 6 a 5 (I/O bity PB1 a PB0), na kterých jsou, kromì jiných signálù, sdíleny výstupy generátorù PWM signálu. Na pinu 6 to je signál OC0B (èítaè/èasovaè0) a OC1A (èítaè/èasovaè1), na pinu 5 to je pak OC0A a nOC1A. I když to mùže být nìkdy velmi nepøíjemné, nezbývá, než se s tím smíøit, nebo se jedná o mikrokontrolér s velmi malým poètem pinù. Dalším nepøíjemným zjištìním, když bychom hovoøili o tomto mikrokontroléru jako následníkovi ATtiny24/ /44/84, je fakt, že priority jednotlivých pøerušení u obou mikrokontrolérù nejsou stejné. Situace je zøejmá z tab. 3. V tab. 3 jsou šedivým podkladem zvýraznìny nìkteré možné problematické zmìny v prioritì pøerušení. Napø. pøerušení EE_RDY má u mikrokontrolérù ATtiny24/44/84 jednu z nejnižších priorit, zatímco u ATtiny25/45/85 je priorita tohoto pøerušení mnohem vyšší. Pøi pøenosu programového vybavení z jednoho mikrokontroléru na druhý je dùležité na tento fakt pamatovat, jinak se mùže stát, že programové vybavení

bìžící bezchybnì na jednom typu bude po pouhém pøenesení na typ druhý pracovat chybnì. Samozøejmì, kromì zmiòovaných problematických míst, má mikrokontrolér mnoho zajímavých vlastností a periferií.

Jako pøíklad uveïme podobnost se starším mikrokontrolérem stejné rodiny, a to s ATtiny15. Srovnáme-li zapojení vývodù, zjistíme, že je totožné, pouze ATtiny25/45/85 má na jednotlivých pinech více periferií. Je tedy více než jasné, že konstruktéøi se mají orientovat na nový typ ATtiny25/45/85 a ATtiny15 pravdìpodobnì nebude do budoucna perspektivní. Této úvaze napovídá i možnost pøepnout èítaè/èasovaè do režimu kompatibility s ATtiny15. Jelikož mnoho funkcí je podobných s pøedchozím typem, a tento popis nemá nahrazovat datasheet výrobce, nebudou zde popsány do detailù možnosti periferií, ale bude pouze upozornìno na zajímavé vlastnosti. Zájemce o podrobný popis funkcí jednotlivých periferií odkazuji laskavì na webové stránky výrobce www.atmel.com. Jednou ze zajímavých periferií mikrokontroléru je tzv. “Dead Time Generator”, jehož funkce navazuje na generování signálu PWM, a jehož ideové schéma je na obr. 29. O co vlastnì jde a k èemu lze tento generátor využít? Posláním tohoto generátoru je umožnit správné buzení výkonových tranzistorù ve spínaných zdrojích. Jak každý ví, spínací tranzistory potøebují jistý èas na to, aby pøešly z vodivého stavu do vypnutého. Teprve pak mùže být zapnut druhý tranzistor z páru (v zapojení „Half-bridge”, buzení komplementárními signály OC1A a nOC1A èi OC1B a nOC1B). Pokud nedáme prvnímu tranzistoru èas na uzavøení a zapneme druhý, budou po jistou krátkou dobu zapnuty oba, což pøedstavuje zkrat napájení. Kromì vyšší spotøeby budou oba tranzistory namáhány velkými proudy. Abychom tomu pøedešli, nesmí být oba zmiòované výstupy pouhou vzájemnou negací, ale musí být mezi jednotlivými pøechody jistá krátká doba, která poskytne vodivému tranzistoru èas na to, aby pøešel do nevodivého stavu. Prùbìhy takovéhoto signálu jsou na obr. 30. Je zde vidìt, že obì doby mohou byt rùzné, což je vhodné, nebo èasové kon-

Obr. 29. Ideové schéma obvodu Dead Time Generator v ATtiny25/45/85

Obr. 30. Signály z Dead Time generátoru

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

17

stanty rùzných tranzistorù a pomocných obvodù se mohou navzájem lišit. Z uvedeného pøíkladu zajímavé periferie je vidìt, kde všude mohou být použity nové mikrokontroléry s malým poètem pinù - i v inteligentních spínaných zdrojích. Že je to dobrá myšlenka je patrné i z toho, že èítaè/èasovaè1 je schopen pracovat v asynchronním módu na frekvenci až 64 MHz. Pøi práci v tomto režimu si musíme dát pozor, nebo díky nìkolikerým bufferùm nastává urèité zpoždìní. Stejný èítaè/èasovaè1 byl již použit v ATtiny26L, takže ètenáøe odkazuji na popis, který byl uveden v KE 1/2003 na stranì 18, obr. 1.37. Struèné pøedstavení tohoto malého, ale jistì výkonného mikrokontroléru zakonèeme konstatováním, že i zde výrobce implementoval možnost „Self-programming”, tj. najdeme zde instrukce LPM a SPM. Pamì Flash pro program lze díky tìmto instrukcím použít jako velikou pamì konstant èi kalibraèních dat.

ATmega48/ATmega88/ /ATmega168 I když øada mikrokontrolérù ATtiny je široká, její možnosti jsou omezené, a to zejména v oblasti aplikací, kde je potøeba více pinù a více periferií, tedy v pøípadì složitìjších aplikací. Obì øady, ATtiny a ATmega, se nepøekrývají, ale témìø plynule na sebe navazují. Pøedstavme si tedy nejmenší nové zástupce rodiny ATmega, ve kterých jsou implementovány zkušenosti získané od uživatelù prvních mikrokontrolérù AVR ATmega (napø. ATmega103,…). ATmega48/88/168 tvoøí jakousi malou øadu mikrokontrolérù lišících se velikostí pamìtí Flash, EEPROM a SRAM. Pøeèteme-li si v originálním katalogovém listu alespoò základní vlastnosti, a známe-li historii mikrokontrolérù AVR, budou nám tyto mikrokontroléry pøipadat, jako kdybychom je už nìkde vidìli. Tento pocit je správný, nebo za vzor posloužila ATmega8. ATmega8 byl svého èasu nejmenší zástupce øady ATmega. Jeho výhodou byla cena, nevýhodou absence rozhraní JTAG pro ladìní programù. Zøejmì na tlak uživatelù firma ATMEL pøišla s novou verzí a to ne s jednou, ale hned se tøemi. Blokové schéma mikrokontrolérù je na obr. 31. Co není vidìt na tomto obrázku, ale co jistì potìší vývojáøe, je fakt, že rozložení vývodù periferií, je u ATmega8 a u tìchto nových mikrokontrolérù totožné. Stejnì jako v pøípadì poslednì jmenovaných zástupcù øady ATtiny, mají nové mikrokontroléry na jednotlivých pinech slouèeno mnohem více periferií než ATmega8.

rovaného oscilátoru 8 MHz. Oscilátor je výrobcem kalibrován pøi napájecím napìtí 3 V a okolní teplotì 25 °C. Pøesnost nastavení je ±10 % s tím, že je možné tuto pøesnost zvìtšit dostavením tohoto oscilátoru na pøesnost ±2 % pomocí kalibraèní konstanty OSCCAL. Pøi používání této konstanty pro nastavení je nutné nezapomenout na skokovou zmìnu kmitoètu v oblasti hodnoty 128 (viz obr. 15 a popis u mikrokontroléru ATtiny24/44/84).

debugWIRE® I když tyto mikrokontroléry patøí do rodiny ATmega, je u nich, kvùli nízkému poètu pinù, implementováno ladící rozhraní debugWIRE®, používané u øady ATtiny.

Èítaè/èasovaè0 I když se jedná „pouze” o osmibitový mikrokontrolér, jsou jeho možnosti oproti ATmega8, kde byl èítaè schopen èítat pouze modulo 256, podstatnì rozšíøeny. Jedná se pøedevším o možnost generovat signál PWM. Jelikož se schopnosti tohoto èítaèe/èasovaèe0 shodují se stejným èítaèem/èasovaèem0 mikrokontroléru ATtiny24/44/84 (obr. 17), odkazuji ètenáøe na tento popis.

Èítaè/èasovaè1 Tento šestnáctibitový èítaè/èasovaè nedoznal žádných zmìn oproti svému

vzoru u ATmega8 èi ATtiny24/44/84. Vzhledem k jeho univerzálnosti a schopnostem lze øíci, že je to jen dobøe.

Èítaè/èasovaè2 Tento èítaè je opìt osmibitový, ale má schopnost pracovat v asynchronním módu. To je dùležité napø. pro situace, kdy chceme èítaè využít jako obvod RTC. Ostatnì k tomuto úèelu vybavil výrobce mikrokontrolér oscilátorem s malým pøíkonem urèeným pro krystaly 32 768 Hz. Možnosti èítaèe/èasovaèe2 jsou velmi široké, nebo zde najdeme dvì jednotky „output compare”, které jsou schopny generovat signál PWM. Asynchronní mód pøedstavuje zdroj možných problémù, nebo zápis do registrù èítaèe neprobìhne hned, ale se zpoždìním daným vyrovnávacími registry. Pokud tedy nedodržíme doporuèení výrobce, mùže být tento èítaè/èasovaè2 v asynchronním módu zdrojem nestabilního a nepredikovatelného chování celé aplikace.

Sériové rozhraní SPI Toto sériové rozhraní je velmi èasto využíváno i u jiných mikrokontrolérù a bylo o nìm již mnoho øeèeno, takže bude pøedstaveno pouze struènì. Je to plnì duplexní tøívodièové rozhraní používané vìtšinou pro komunikaci mezi øídicím mikrokontrolérem a

Zdroje øídicího kmitoètu Potìšujícím faktem jsou bohaté možnosti taktování jak z externích zdrojù, tak i ze dvou interních zdrojù kmitoètu - z oscilátoru 128 kHz a kalib-

18

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

Obr. 31. Blokové schéma mikrokontrolérù ATmega48/ /88/168

periferiemi, i když je možné jej použít i pro komunikaci mezi mikrokontroléry navzájem. U implementované verze jsou podporovány všechny ètyøi pracovní módy, mùžeme si vybrat ze sedmi pøenosových rychlostí, mùžeme generovat pøerušení pøi ukonèení pøenosu, rozhraní je schopné vzbudit mikrokontrolér z Idle režimu. Zajímavostí tohoto rozhraní je fakt, že je použito pro programování vnitøních pamìtí FLASH a EEPROM pøi sériovém programování (zápis i ètení).

Sériové rozhraní USART Zcela urèitì nejvíce bylo psáno v literatuøe o asynchronním sériovém pøenosu a dodnes patøí toto rozhraní ke stále hojnì využívanému pøi pøenosu dat. Pøesto se u tohoto rozhraní, èi spíše zpùsobu, jak bylo toto rozhraní implementováno v tomto mikrokontroléru, na chvíli zastavíme. Blokové schéma rozhraní je na obr. 32. První pøíjemnou zprávou je, že USART má dedikovaný generátor pøenosové rychlosti. Díky tomuto dvanáctibitovému generátoru je schopen sériový port pracovat v širokém rozsahu pøenosových rychlostí. Napø. pøi hodinovém taktu 16 MHz je rozsah pøenosových rychlostí od 244 Bd do 1 MBd. Blokové schéma generátoru pøenosových rychlostí je na obr. 33. Další pozitivní zprávou pro konstruktéry a programátory je vlastní zpracování signálu pøicházejícího signálu, které pamatuje na zhoršené podmínky pøi pøenosu. Pøijímaný signál je vzorkován nìkolikrát bìhem doby jednoho bitu tak, aby bylo maximálnì potlaèena možná chyba nesprávného vyhodnocení úrovnì pøijímaného bitu. Prvním krokem úspìšného pøíjmu vyslaných dat pøes asynchronní sériový kanál je kvalitní detekce tzv. start bitu. Pro kvalitní detekci se stav start bitu testuje celkem v šestnácti (nebo v osmi) okamžicích. Vzorkování ve více okamžicích má za úkol odstranit možnost chybné detekce start bitu pøi rušení sériové linky. Zmiòovaný zpùsob detekce start bitu je znázornìn na obr. 34. Pokud je linka ve stavu High (Idle, klid), vlastní èítaè poètu vzorkù je stále nulován. V okamžiku, kdy je detekován pøechod z úrovnì High do Low, poène èítaè èítající vzorky vstupního signálu èítat. Pro uznání start bitu jako platného jsou rozhodující vzorky 8, 9 a 10 (pøi režimu U2X to jsou vzorky 4, 5 a 6). Pokud dva a více vzorkù bude mít hodnotu High, jedná se s vìtší pravdìpodobností o rušení na lince („glitch”) než o skuteèný start bit. Logika sériového portu poène tedy èekat na nový pøechod z úrovnì High na Low. Pokud však dva a více vzorkù mají hodnotu Low, je uznán tento stav jako regulérní start bit a logika poène pøijímat jednotlivé datové bity. Pokud byl pøechod High na Low vyhodnocen jako start bit, pøichází na

Obr. 32. Rozhraní USART v ATmega48/88/168 øadu vlastní pøíjem dat. Dekódování dat má na starosti stavový automat, který má celkem 16 vnitøních stavù (v režimu U2X jen 8 stavù). Díky synchronizaci na start bit a faktu, že doba trvání všech 16 stavù je rovna bitové rychlosti, je možné dekódovat pøijímaná data velmi jednoduše. Pro rozhodnutí, zda pøijímaný bit bude mít hodnotu 1 èi 0, jsou, jak jinak, rozhodující tøi vzorky, a opìt to jsou vzorky 8, 9 a 10 (pøi režimu U2X to jsou vzorky 4, 5 a 6). Jelikož máme tøi vzorky, rozhodnutí provedeme podle vìtšiny - bit bude mít hodnotu, kterou má vìtšina vzorkù.

I stop bit je vyhodnocován ze stejných vzorkù. Pokud je vyhodnoceno, že stop bit má hodnotu „log. 0“, jedná se o chybu rámce, tzv. Frame Error. Aby program mohl tuto skuteènost vyhodnotit, je vnitøní logikou nastaven bit FEn. Další prùbìh mùže být od jiných bitù rozdílný, nebo stop bit nemusí mít plnou bitovou délku. V pøípadì, že pracujeme v normálním módu, mùže sestupná hrana pøijímaného signálu pøijít už v okamžiku (A), viz obr. 35, aniž by byla chybnì vyhodnocena. V pøípadì režimu U2X mùže sestupná hrana signálu pøijít ponìkud pozdìji, až v oka-

Obr. 33. Baud rate generátor v ATmega48/88/168

Obr. 34. Detekce start bitu v ATmega48/88/168

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

19

Obr. 35. Detekce Stop Bitu a následných stavù v ATmega48/88/168 mžiku (B). Pro srovnání je plná délka stop bitu naznaèena na obr. 35 písmenem (C). Z pøedchozího popisu je zøejmé, že pro pøijímací logiku sériového kanálu je plnì postaèující jeden stop bit, a k tomu ještì nemusí být celý. Jelikož synchronizace vnitøní logiky sériového kanálu probíhá vždy pøi start bitu, nemá pøípadné pøípustné zkrácení stop bitu žádné vedlejší úèinky na kvalitu pøenosu. Možnost pøenášet data rychlostí až 1 MBd dovoluje použít tento sériový kanál i v rozsáhlejších systémech pro meziprocesorovou komunikaci, kdy jednotlivé mikrokontroléry øeší dílèí úkoly a pomocí tohoto portu si pøedávají potøebná data. Jelikož však na jedné sbìrnici mùže být i více mikrokontrolérù než dva, je vhodné mít nástroj, jak rozlišit konkrétního pøíjemce, adresáta, od ostatních. Toto rozlišení se dìje adresou, a mód sériového kanálu se nazývá multiprocesorový. Pro tento režim je doporuèen devítibitový formát dat, kdy 9. bit nese informaci, zda pøedchozích 8 bitù jsou data èi adresa. Pokud je 9. bit nulový, jedná se o data, pokud je roven „log.1“, jedná se o adresu. Aby obsluha sériového kanálu v tomto módu byla co nejjednodušší, lze nastavit sériový port do režimu, kdy pakety jiné než adresové ignoruje (viz popis významu MCMPn bitu v registru UCSRnA). Toto uspoøádání, i když velmi jednoduché, dokáže ušetøit mnoho strojového èasu pøi obsluze sériového portu v multiprocesorovém režimu, takže zbude více èasu pro ostatní úlohy. Nepøekvapil-li nás zatím tento mikroprocesor žádnou ze svých možností, již další informace tento stav mùže zmìnit, nebo sériový port USART lze u tìchto mikrokontrolérù nastavit do módu SPI. V tomto režimu jsou dokonce podporovány všechny 4 módy tohoto rozhraní! Dále je možné urèit, zda má být jako první vysílán nejnižší nebo nejvyšší bit datového slova. Velkou pøedností tohoto sériového zpùsobu pøenosu dat je jeho velká rychlost, která mùže být až 0,5·fOSC! Možnosti tohoto portu nejsou však úplnì shodné se standardním SPI portem. Nìkdy se jedná o rozšíøení, za které mùže být považován datový buffer, na druhé stranì v nìkterých aplikacích mùže scházet vyvedený pin SSnon. Pøes všechny omezení lze øíci, že možnost pøepnout sériový port USART do režimu SPI je velkým pozitivem, nebo v øadì aplikací není port USART potøebný, ale konstruktér potøebuje rychlé rozhraní pro komunikaci s perife-

20

riemi, jakými jsou napø. sériové pamìti FLASH øady AT45DB. Rozhraní SPI je sice možné celkem jednoduše simulovat programovì, ale tato simulace si vyžaduje nezanedbatelný výpoèetní výkon mikrokontroléru nehledì na fakt, že programová simulace nebývá vždy zcela pøesná a korektní.

Sériové rozhraní TWI Sériové porty USART a SPI nejsou jediné, které jsou implementovány v tomto mikrokontroléru. Dalším portem, který zde najdeme, je rozhraní TWI (Two Wire Interface). Podíváme-li se do originálního datasheetu pozornì, zjistíme, že se zde píše o dvojvodièovém sériovém rozhraní, které používá signály SDA a SCL, pøièemž prvnì jmenovaný signál/vodiè je použit pro pøenos dat a druhý pro pøenos synchronizaèního signálu. Pokud nejsme v oblasti digitální techniky a mikrokontrolérù nováèky, mìly by nám tyto signály být povìdomé. Názvy jsou totiž shodné se signály, které používá populární a velmi rozšíøené rozhraní I2C. I když se rozhraní nejmenuje I2C, je s ním témìø plnì kompatibilní. Slovo témìø má vyjadøovat tu skuteènost, že rozhraní TWI nemá implementovány všechny vlastnosti standardu I2C, který vytvoøila firma Philips (pozn.: existují tøi verze/definice I2C, a to verze 1.0 z roku 1992, verze 2.0 z roku 1998 a verze 2.1 z roku 2000). Návrháø by na to mìl pamatovat a v pøípadì užití tohoto rozhraní by si mìl ovìøit, že použité obvody budou schopny mezi sebou komunikovat. Struènì si proto vyjmenujme vlastnosti TWI: - rozhraní je schopno data vysílat i pøijímat, - rozhraní je schopno pracovat jako Master i Slave,

- rozhraní je schopno pøevzít i pøedat øízení sbìrnice (Multi-Master mód), - rozhraní podporuje POUZE sedmibitovou adresu, režim desetibitové adresy není podporován, - rozhraní podporuje rychlost pøenosu až 400 kbit/s (Fast-Mode), ale není podporován HS-mód (až 3,4 Mbit/s), - výstupní budièe mají omezenu rychlost pøebìhu (strmost hran) kvùli rušení, - vstupy disponují funkcí potlaèení šumu/rušení vstupního signálu, - automatická detekce adresy umožòuje „vzbuzení” mikrokontroléru ze „Sleep” módu. Jak je z pøedchozího výètu patrné, základní funkce, vèetnì režimu MultiMaster, jsou v rozhraní TWI implementovány, takže spolupráce vìtšiny obvodù by mìla být bezproblémová. Za malá omezení lze pokládat podporu pouze sedmibitové adresy, která umožòuje umístit 128 obvodù na jedné sbìrnici, a absenci režimu HS, který je vhodný pro pøenos velkého objemu dat. Avšak ani jedno omezení není zásadní.

Analogový komparátor Co by to bylo dnes za mikrokontrolér, který by nemìl vestavìno na èipu alespoò základní rozhraní umožòující zpracování analogového signálu. Protože mikrokontroléry ATmega48/88/168 patøí mezi ty vydaøené, najdeme na jejich èipu jak analogový komparátor, tak i A/D pøevodník. Blokové schéma analogového komparátoru je na obr. 36. Ze schématu je vidìt, že komparátor mùže porovnávat napìtí pøivedená na vstupy AIN0 a AIN1 mezi s sebou. Další možností je využít vnitøní referenci a porovnávat s ní napìtí ze vstupu AIN1 nebo z nìkterého vstupu analogového multiplexeru, který pùvodnì pøísluší A/D pøevodníku. U komparátoru je možné definovat stav (smìr zmìny), kdy bude generováno pøerušení, a pøi zmìnì stavu komparátoru je možné zachytit stav èítaèe/èasovaèe1 (capture). V pøípadech, kdy není komparátor potøebný a je nutné bìhem nìkterého režimu snížené spotøeby snížit spotøebu mikroprocesoru na minimum, je možné úplnì jednotku komparátoru internì odpojit od napájení. V pøípadì, že není zapotøebí ani A/D pøevodník, je možné odpojit i vnitøní re-

Obr. 36. Analogový komparátor v ATmega48/88/168

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

Obr. 37. Interní A/D pøevodník v ATmega 48/88/168 ferenci. I když se to nemusí na první pohled zdát, je spotøeba mikroprocesoru v režimech se sníženou spotøebou, zvláštì pak u režimù „Power Down” a „Power Safe”, øádovì srovnatelná se spotøebou napìové reference a analogového komparátoru. Snížení spotøeby vypnutím této nepoužívané èásti mikrokontroléru mùže hrát velkou roli u bateriovì napájených aplikací, ve kterých je kladen dùraz na co nejdelší dobu provozu na jedno nabití akumulátorù èi jednu náplò baterií.

A/D pøevodník Jak již bylo nìkolikráte øeèeno, svìt kolem nás je analogový, a pokud chceme, aby mikrokontrolér zpracovával data získaná mìøením reálného svìta, získává je pøevážné vìtšinì v ananalogové formì. Proto je velkou výhodou, když mikrokontrolér, který chceme v aplikaci použít, má integrován na èipu též A/D pøevodník s dostateènou pøesností pro uvažovanou aplikaci. Výjimku tvoøí pøístroje, u kterých je požadována maximální pøesnost. Zde je vìtšinou použit externí A/D pøevodník s mnohem vìtší pøesností než mají interní A/D pøevodníky u souèasných mikrokontrolérù. Existuje mnoho dùvodù, proè interní A/D pøevodníky na èipech mikrokontrolérù mají menší pøesnost než samostatné pøevodníky. Jmenujme alespoò dva z tìchto dùvodù. Prvním dùvodem je cena takových A/D pøevodníkù. Platí, že èím má pøevodník vyšší pøesnost, tím je dražší, a cena roste velmi rychle s poètem bitù.

Aby byl mikrokontrolér pro uživatele zajímavý, musí být pøevodník laciný, ale pøitom musí vyhovìt co nejvìtšímu poètu uživatelù. Proto se u souèasných mikrokontrolérù setkáme s pøevodníky s poètem bitù mezi 8 a 12. Druhým dùvodem, se kterým se potýkají návrháøi mikrokontrolérù, je rušení analogové èásti mikrokontrolérù èástí digitální. Nesmíme zapomenout, že souèasné mikrokontroléry pracují s pomìrnì vysokým øídicím taktem, a èipy mikrokontrolérù jsou velmi malé. Signály v digitální èasti mají velmi strmé hrany (obdélníkové prùbìhy) a proto, jak známo, obsahují mnoho vyšších harmonických. Vyšší harmonické se pak velmi dobøe šíøí (napø. pøeslechy) po celém èipu a v pøípadì analogové èásti mohou negativnì ovlivnit pøesnost A/D pøevodu. Proto se u pøedstavovaných mikrokontrolérù ATmega48/88/168 setkáme s interním desetibitovým pøevodníkem, který je dobrým kompromisem mezi cenou a pøesností. Jeho blokové schéma je na obr. 37. Jak je z obrázku vidìt, jedná se o klasický A/D pøevodník pracující na principu postupné aproximace. Aby bylo možné mìøit více analogových signálù, je vlastnímu pøevodníku

pøedøazen analogový multiplexer s osmi SE vstupy (SE = Single Ended) u pouzder TQFP a QFN a se šesti SE vstupy u pouzdra DIL. Na multiplexeru najdeme ještì dva pomocné vstupy. Jeden z nich je pøipojen na zemní potenciál, druhý na interní referenèní napìtí. Maximální rychlost pøevodu pøi zachování plného rozlišení pøevodníku je 15 ksps (15 000 pøevodù/s). Pokud požadujeme vìtší poèet pøevodù, musíme se spokojit s menším rozlišením. Nejkratší doba pøevodu je asi 13 µs, tj. pøevodník dokáže provést asi 76 800 pøevodù/s. Protože je pøevodník dynamický, je výrobcem stanovena i nejdelší doba pøevodu, která je 260 µs. Aby bylo možno nastavit øídicí kmitoèet pøevodníku podle potøeby, nalezneme zde sedmistupòový binární dìliè kmitoètu s multiplexerem - viz obr. 26 (shodná pøeddìlièka jako u ATtiny24/ /44/84). Aby byl poèet souèástek pøi použití interního pøevodníku minimální, implementoval výrobce na èip i potøebnou napìovou referenci. Referenèní napìtí, vzhledem k rozsahu napájecího napìtí, je 1,1 V. Pokud toto napìtí z nìjakého dùvodu nevyhovuje, je možné použít buï pøímo napájecí napìtí analogové èásti, nebo je možné pøivést na pin oznaèený AREF napìtí z externí reference. Pro vìtšinu aplikací však bude interní reference postaèovat, nebo se jedná o relativnì stabilní napìtí, jak ostatnì mùžeme vidìt na obr. 38. Pokud se budeme dívat na graf na obr. 38 pozornì, lze z nìho vyèíst, že pokud uvažujeme o aplikaci, která má pracovat v širokém rozsahu teplot, je vhodné napájet mikrokontrolér napìtím kolem 2,75 V (pokud je to možné). Pøi tomto napájecím napìtí je teplotní závislost referenèního napìtí velmi malá, jinými slovy, reference je teplotnì témìø nezávislá. Jelikož napìová reference pøímo ovlivòuje pøesnost A/D pøevodu, je vhodné jí vìnovat ještì trochu pozornosti. Podíváme-li se na obr. 37, zjistíme, že pin AREF slouží jednak pro pøivedení externí napìové reference, ale také, v pøípadì, že použijeme interní

Obr. 38. Interní napìová reference v ATmega48/88/168

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

21

Obr. 39. Doporuèená topologie DPS pro ATmega48/88/168 napìovou referenci 1,1 V, bude na nìm napìtí této reference, nebo tento pin je pøímo spojen s referenèním vstupem D/A pøevodníku. Tohoto mùžeme využít pro zlepšení podmínek pro A/D pøevodník tím, že na pin AREF pøipojíme filtraèní kondenzátor, který pomùže snížit pøípadné rušení referenèního napìtí. K filtraci tohoto napìtí též pøispívá okolnost, že interní napìová reference má velký vnitøní odpor. Proto pøi volbì filtraèního kondenzátoru musíme dát pozor na jeho vlastnosti, pøedevším na svodový proud. Jelikož chceme odstranit i vf složky rušení, musí mít kondenzátor též velmi dobré vf vlastnosti, tj. malou parazitní impedanci. Pøi volbì velikosti reference nesmíme též zapomenout, že všechna napìtí pøivedená na mìøicí vstupy, která jsou vìtší než tato reference, jsou pøevedena na hodnotu 03FFHEX, tj. pøevodník tzv. „pøeteèe” (overflow). Ze zajímavých vlastností interního A/D pøevodníku stojí za to upozornit na možnosti spouštìní pøevodu. Vedle klasických režimù „jednorázový pøevod“ (Single conversion mode) a „volnì bìžící pøevody“ (Free running mode) tu najdeme možnost spouštìt pøevod od urèitých událostí.

Tìmito událostmi mùže být pøeklopení interního analogového komparátoru, externí událost na vstupu External Interrupt Request 0, pøeteèení èítaèe/ /èasovaèe0, shoda A èítaèe/èasovaèe0 (Timer/Counter0 Match A), pøeteèení èítaèe/èasovaèe1, shoda B èítaèe/èasovaèe1 (Timer/Counter0 Match B) a událost zachycení stavu èítaèe/èasovaèe1 (Timer/Counter1 Capture). Díky tamto módùm je možné spouštìt pøevody tehdy, kdy je potøeba, velmi jednoduše od rùzných událostí bez èi jen s malou programovou podporou. Tím se šetøí výpoèetní výkon mikrokontroléru a klesá jeho spotøeba. S ozšíøenými možnostmi spouštìní A/D pøevodníku se pojí i otázka vhodného okamžiku volby mìøeného kanálu. Aby programátor pøedešel možným chybným výsledkùm, je bezpodmíneènì nutné, aby zachovával doporuèení výrobce. Taktéž je více než vhodné zachovávat doporuèení výrobce týkající se návrhu desky s plošnými spoji (DPS) a chování pøi A/D pøevodu. Doporuèený návrh DPS je na obr. 39. Výrobce doporuèuje, aby analogová zem byla rozprostøena nejen pod vývody u vlastního IO, ale též pod všemi analogovými spoji. Tyto analogové spoje by nemìly vést v blízkosti digitálních spojù a už vùbec by nemìly být s nimi soubìžné. Pokud mùžeme návrh DPS podøídit potøebám analogových signálù, mìly bychom se snažit dìlat tyto spoje co nejkratší. Napájení analogové èásti mùže být odvozeno od napájení digitální èásti. Pro filtraci rušení šíøícího se po napájení podle výrobce postaèuje klasický èlánek LC, tlumivka 10 µH s kondenzátorem 100 nF, jak je ostatnì vidìt na obr. 39. Jelikož piny mají vìtšinou nìkolik funkcí, mìli bychom si pøi návrhu zapojení dát také velký pozor, aby vedle pinù používaných pro A/D pøevodník nebyly na sousedních pinech digitální výstupy, jež mìní èasto svùj stav. Toto platí zejména pro piny ADC0 až ADC3, kdy výrobce nabádá k tomu, aby pøípadné digitální signály na tìchto pinech nemìnily svùj stav bìhem A/D pøevodu. Vý-

Tab. 4. Módy snížené spotøeby u ATmega48/88/168

Poznámky: (1) Vhodný pouze s externím krystalovým oscilátorem. (2) Pokud je èítaè/èasovaè2 v asynchronním módu. (3) Pouze v pøípadì, že INT0 èi INT1 jsou nastaveny na pøerušení od úrovnì.

22

jimku tvoøí piny SCL (PC5) a SDA (PC4), které by podle výrobce nemìly mít vliv na pøesnost A/D pøevodu. Pro odstranìní možného rušení pocházejícího z digitální èásti mikrokontroléru je také možné použít režim „ADC Noise Reduction Mode” nebo „Idle Mode”. V obou pøípadech je digitální èást mikrokontroléru bìhem A/D pøevodu „uspanᔠa zaène pracovat v okamžiku, kdy A/D pøevodník dokonèí A/D pøevod a požádá o pøerušení. Z tohoto dùvodu nesmíme toto pøerušení mít zakázané. Pøi aplikaci tohoto zpùsobu pøevodu je nutné mít na pamìti, že: - režim A/D pøevodníku je Single conversion (jeden pøevod), - musí být povoleno pøerušení od dokonèení A/D pøevodu, - musí být pokud možno zakázána ostatní pøerušení, které mohou zpùsobit ukonèení režimu „ADC Noise Reduction Mode” èi „Idle Mode”. Jinak mùže jiné pøerušení vzbudit mikrokontrolér døíve, než je vhodné, - aktivací režimu „ADC Noise Reduction Mode” nebo „Idle Mode” pøejde mikrokontrolér do tohoto režimu a následnì je spuštìna vlastní sekvence A/D pøevodu (odbìr vzorku vstupního napìtí a následnì pøevod do èíslicové formy), - ostatní režimy snížené spotøeby (s výjimkou obou výše jmenovaných) nelze použít, nebo pøi nich je A/D pøevodník vypnutý (viz tab. 4). Módy snížené spotøeby, definice aktivních periferií pøi rùzných tìchto módech a možnosti ukonèení módù snížené spotøeby jsou uvedeny v tab. 4. Jak je patrné z tab. 4, disponují nové mikrokontroléry ATmega48/88/ /168 celou øadou módù se sníženou spotøebou. Díky nim se oblast možných aplikací, pro které jsou tyto mikrokontroléry vhodné, podstatnì rozšiøuje, a to do oborù, ve kterých je vyžadována velmi malá spotøeba.

ATmega640/1280/ /2560/ „Malé” mikrokontroléry jsou zcela jistì zajímavé jak pro zákazníky, tak i pro výrobce, ale svìt elektroniky si pro složité aplikace žádá též složitìjších mikrokontrolérù. Jelikož architektura mikrokontrolérù AVR® rodiny ATmega takovýto rùst umožòuje, objevily se v této øadì i modely s velkým poètem pinù, velkými pamìmi a bohatými periferiemi. Jejich blokové schéma je na obr. 40. Pole vybarvené tmavou šedivou barvou jsou dostupné pouze u verzí ve stopinovém pouzdru. Pole vybarvené svìtlou šedivou barvou, tj. A/D pøevodník, èítaè/èasovaè4 a èítaè/èasovaè5 mají v menších pouzdrech omezeny nìkteré funkce. Už jenom pohled na blokové schéma budí respekt, zvláštì pak možnosti komunikace s okolím u stopinových

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

Obr. 40. Blokové schéma mikrokontrolérù ATmega640/1280/2560 verzí. U nejvìtšího pøedstavitele této skupiny, mikrokontroléru ATmega2560, najdeme na èipu celkem 256 kB pamìti Flash pro program, 4 kB pamìti EEPROM pro konfiguraèní data a 8 kB pamìti SRAM pro data. Pokud by pamì SRAM nestaèila, je možné pøipojit vnìjší pamì o maximální velikosti 64 kByte. U takto „velkého” mikrokontroléru je samozøejmostí podpora rozhraní JTAG. Ladìní programového vybavení je dále podporováno jednotkou „Break point Unit”, která usnadòuje a rozšiøuje možnosti ladìní programového vybavení. Díky této jednotce je možné definovat až 4 adresy, které mají zpùsobit zastavení bìhu programu. Adresy se mohou nacházet jak v programové pamìti, tak i pamìti datové (ètení èi zápis na danou adresu). Pomocí jedné dvojice adres lze vytvoøit tzv. interval. To znamená, že bìh programu se zastaví v pøípadì, kdy vznikne požadavek na vykonání instrukce, která se nachází v tomto intervalu, èi program zapisuje èi ète z definované oblasti v datové pamìti. I když by mìlo být možno definovat celkem dva intervaly, touto možností jednotka bohužel nedisponuje. Pøi využívání této jednotky mùže nastat situace, ve které není možné využít

všechny 4 breakpointy v jednotce, nebo vývojové prostøedí AVR Studio® mùže využívat nìkterý èi nìkteré breakpointy pro svoji potøebu. Na druhé stranì je možné pro programové breakpointy využít instrukci BREAK, takže v podstatì lze mít neomezený poèet programových breakpointù. Používání programových breakpointù se významnì liší od breakpointù, které definujeme pomocí jednotky „Breakpoint Unit”. U programových breakpointù nelze definovat breakpoint na rozsah adres, a také se pøepisuje instrukce v programové pamìti FLASH. I když poèet povolených pøepisù programové pamìti je udáván na 10 000 cyklù zápis/mazání, výrobce doporuèuje nepoužívat mikrokontroléry, na kterých probíhal vývoj programového vybavení do sériové výroby, resp. tyto obvody by nemìly být prodány ve finálních výrobcích. Na toto bychom mìli pamatovat nejenom pøi vývojo, ale i pøi servisu zaøízení. Pøi servisu bychom tedy mìli používat pouze hardwarové breakpointy. Jak už bylo uvedeno, pøi využívání programových breakpointù se pøepisuje obsah pamìti. Z toho vyplývá, že rozhraní JTAG je možné použít i k progra-

mování interních pamìtí FLASH a EEPROM. Pøestože se jedná o nejvìtší mikrokontroléry øady AVR, periferie jsou standardní, takže jejich popisu nebude zde vìnováno místo, nebo byly již popsány u pøedchozích typù mikrokontrolérù. Výjimku tvoøí plnì šestnáctibitové èítaèe/èasovaèe.

Èítaèe/èasovaèe1, 3, 4, 5 Jejich blokové schéma je na obr. 41. Nejvìtším pøínosem je možnost generovat až tøi PWM signály jedním èítaèem/èasovaèem. Díky spoleèné èasové základnì budou tyto PWM signály zcela synchronní. Protože stopinové verze mikrokontrolérù disponují ètyømi èítaèi/èasovaèi, mohou generovat úctyhodných 12 signálù PWM s až šestnáctibitovým rozlišením! Rozlišení je možné snížit, èímž na oplátku získáme kratší periodu výstupního signálu PWM. Kratší perioda, neboli vyšší základní kmitoèet, znamená snadnìjší filtrování nežádoucích produktù ve výstupním signálu PWM. Pro úplnost je vhodné pøipomenout správný pøístup k šestnáctibitovým registrùm èítaèù èasovaèù vzhledem k faktu, že aè zde mluvíme o „velkém”

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

23

Obr. 41. Blokové schéma èítaèù/èasovaèù 1, 3, 4 a 5 v ATmega640/1280/2560 mikrokontroléru, jeho interní datová sbìrnice má stále šíøku pouze 8 bitù (více viz popis èítaèe/èasovaèe1 u mikrokontrolérù ATtiny24/44/84, obr. 21). O skuteènosti, že se jedná o mikrokontrolér vhodný do složitìjších aplikací svìdèí též to, že na èipu najdeme mnoho komunikaèních rozhraní. Rozhraní TWI a SPI jsou urèena pro komunikaci s periferními obvody, které nejsou pøímo na èipu. Za pøíklad mùže sloužit pøipojení mikrokontroléru k pamìti DataFlash® napø. AT45DB161 (kapacita 16 Mbit) pøes rychlé sériové rozhraní SPI. Tyto pamìti jsou vhodné napø. pro uložení velkého množství namìøených dat. Pøes velkou kapacitu jsou to pamìti laciné, napø. pamì 45DB011 s kapacitou 1 Mbit stála v záøí u firmy GM Electronic 29 Kè/kus s DPH, pamì 45DB081 s kapacitou 8 Mbit stála 80 Kè/kus s DPH. Jelikož u složitých aplikací málokdy bývá hlavní mikrokontrolér osamocen a je tøeba, aby zde byla možnost rychlé komunikace s dalším èi dalšími mikrokontroléry, najdeme na èipu až 4 rozhraní typu USART, jejichž maximální pøenosová rychlost je 2 Mbps. To, že je toto rozhraní pøedurèeno pro meziprocesorovou komunikaci, je možné poznat i podle podpory devítibitového formátu dat a stavového bitu MCPMn (registr UCSRnA). Pokud je devátý bit nulový, je pøijmutý byte ignorován. V pøípadì pøíjmu byte, který má devátý bit roven „log. 1“, je vyvoláno pøerušení, mikrokontrolér zkontroluje, zda pøijatá

24

adresa patøí k tìm, na které má reagovat. V pøípadì, že ne, ukonèí svoji další èinnost a další pøerušení bude tedy generováno až v okamžiku pøíjmu dalšího byte nesoucího adresu. Pokud však má mikrokontrolér následující data pøijímat, je bit MCPMn nastaven na „log. 0“ a pøerušení bude generováno od každého pøijatého byte. Tímto jednoduchým zpùsobem je podstatnì zmírnìna zátìž procesoru vyplývající z obsluhy sériového kanálu. Pro pøípad, kdy je potøeba více kanálù SPI, disponují kanály USART možností pøepnutí do režimu SPI. V tomto režimu jsou podporovány všechny ètyøi módy tohoto rozhraní. Co øíci závìrem o právì pøedstavených mikrokontrolérech AT89 a AVR? Firma ATMEL by mohla být díky uvedeným úspìšným mikrokontrolérùm spokojena. Pøesto však v jejím portfoliu najdeme další mikrokontroléry.

AT91 neboli ARM7® TDMI Pravdìpodobnì prvním typem, se kterým se firma ATMEL pøedstavila na trhu tøicetidvoubitových mikroprocesorù, byly typy se standardizovaným jádrem ARM7 TDMI, nazvané AT91SAM7. V souèasnosti najdeme v portfoliu firmy ATMEL celkem ètyøi rodiny tìchto mikrokontrolérù, lišících se zamýšlenou oblastí použití.

Za prvé je to øada AT91SAM7S, která má relativnì malý poèet vývodù (48 èi 64), a mìla by být obecnì použitelná (general purpose micros). K této øadì by se mìli obrátit uživatelé hledající výkonnìjší varianty k osmibitovým mikrokontrolérùm, jako je napø. øada ATmega èi podobné ostatních výrobcù. Druhá øada je tvoøena mikrokontroléry AT91SAM7A1, AT91SAM7A2 a AT91SAM7A3. Tato øada je zamìøena na øídicí aplikace, kde je požadována možnost komunikace po sbìrnicích CAN. Dalším charakteristickým rysem je velký poèet pinù od 100 až po 176. Tøetí øada AT91SAM7X, není opìt smìrována na konkrétní oblast použití, pøestože u ní najdeme rozhraní CAN. Od pøedchozích øad se liší implementací rozhraní Ethernet MAC 10/100 T base. Posledními zástupci jsou mikrokontroléry øady AT91SAM7XC. Již z oznaèení vyplývá, že za vzory posloužila pøedchozí øada. K pøidaným vlastnostem zástupcù nové øady patøí implementovaný kryptovací akcelerátor AES128 a Triple DES, takže tyto mikrokontroléry najdou uplatnìní v aplikacích, kde je kladen dùraz na bezpeènost a bezpeèný pøenos dat. Do rodiny mikrokontrolérù s unifikovaným jádrem ARM7 TDMI patøí i mnoho dalších typù, napø. AR91RM3400 èi AT91M55800A, ale tyto mikrokontroléry jsou svým zamìøením pøíliš vzdáleny zamìøení èasopisu. Jako zástupce mikrokontrolérù s jednotným jádrem ARM7 TDMI si dále pøedstavíme jeden z typù první øady.

AT91SAM7S64 Na obr. 42 je blokové schéma tohoto mikrokontroléru von Neumannovy koncepce. Jednotlivé typy se liší hlavnì velikostí interních pamìtí, takže blokové schéma je možné považovat za platné pro celou øadu AT91SAM7. Tato øada je založena na témìø nejstarší a stále podporované architektuøe ARMv4T. Tato architektura se liší od nejstarší architektury ARMv4 „pouze” písmenem T, které znamená pøidání šestnáctibitových instrukcí do instrukèní sady. Díky zkrácení èasto využívaných instrukcí se uspoøí až 35 % pamìového místa potøebného pro program. Díky mechanizmu dekomprese instrukcí, která probíhá v reálném èase bìhem naèítání instrukce, se pøi dekompresi instrukcí nesnižuje výkon mikrokontroléru. Pøesto je však doporuèeno pro kritické èásti programu využívat standardní tøicetidvoubitové instrukce, které poskytují vìtší flexibilitu. Dùsledkem vyšší flexibility je pak rychlejší kód programu. Klasickým pøíkladem, kde je vhodné využívat všech výhod tøicetidvoubitových instrukcí, jsou podprogramy pro obsluhu pøerušení. Vhodným využíváním šestnáctibitových i tøicetidvoubitových instrukcí dosáhneme jak rychlého bìhu kritických èástí programu, tak pøimìøené velikosti programu. Vysokému výpoèetnímu výkonu pøedstavovaných

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

mikrokontrolérù napomáhá i tøíúrovòové pøekrývání fází provádìní jednotlivých instrukcí (naètení instrukce, dekódování instrukce, vykonání instrukce). Protože detailní popis mikrokontroléru zde není možný, pøedstavme si alespoò nìkteré zajímavé periferie a vlastnosti, které nenalezneme u døíve popisovaných typù. Prvním nápadným rozdílem je vnitøní architektura. Nejedná se ani tak o šíøku sbìrnic ani o instrukèní sadu, ale o spojení jednotlivých èástí tvoøících mikrokontrolér. Zadíváme-li se na jakýkoliv døíve uvedený typ z øad osmibitových, zjistíme, že jednotka CPU byla na stejné sbìrnici jako periferie. U rodiny AT91 s jádrem ARM7TDMI tomu je však jinak! Dùvodem k takovému uspoøádání je na jedné stranì snaha o maximální rychlost, na stranì druhé stojí snaha o malou spotøebu. Proto v mikrokontrolérech AT91 najdeme dvì sbìrnice. První z nich, která je nazvána AHB (= Advanced High speed Bus), je rychlá, a je urèená pro rychlé spojení CPU s okolím, jako jsou pamìti nebo DMA kontroléry. Druhá sbìrnice, urèená pro ostatní periferie, je nazvána APB (= Advanced Peripheral Bus). Ta má již takt pomalejší, který odpovídá nižšímu datovému toku periferií. Výsledkem tohoto uspoøádání je nezanedbatelná úspora pøíkonu, nebo u technologie CMOS je spotøeba velmi závislá na kmitoètu. Díky snížení kmitoètu se tedy sníží i pøíkon mikrokontroléru. Dùsledkem plynoucím z popsaného uspoøádání je, že komunikace jádra mikrokontrolérù AT91 s periferiemi na sbìrnici APB není synchronní, jako byla u popisovaných osmibitových mikrokontrolérù. Na toto musíme pamatovat, pokud bychom chtìli s AT91 programovì vytváøet pøesné èasované prùbìhy na pinech procesoru.

Real Time Timer První periferií, která si zaslouží pozornost, je èítaè reálného èasu, nazývaný v originále jako Real Time Timer (= RTT). Jeho ideové schéma je na obr. 43. RTT je buzen z pomalého interního RC oscilátoru s typickým kmitoètem 32 768 Hz. Nastavení dìlicího pomìru pøeddìlièky na hodnotu 0x8000 dosáhneme sekundového impulsu. Jelikož je délka èasovaèe 32 bitù, èítaè pøeteèe až za asi 136 let, což je více než dostateèné. Možnosti RTT jsou širší než pouhé èítání. Obvod mùže totiž generovat tzv. Alarm pøi dosažení shody registru èítaèe, resp. registru RTT_VR, s obsahem registru RTT_AR. Pøitom mùže být generováno pøerušení. Pøerušení mùže být generováno taktéž periodicky s intervalem rovným frekvenci inkrementace tøicetidvoubitového èítaèe (bývá typicky 1 s). I když nic nebrání tomu, aby registr CRTV byl èten v kterýkoliv okamžik, je doporuèeno pøeèíst tento re-

Obr. 42. Blokové schéma mikrokontrolérù øady AT91SAM gistr minimálnì 2x za sebou. Dùvodem je asynchronní inkrementace registru vzhledem k øídicímu kmitoètu sbìrnice, takže inkrementace mùže nastat i bìhem ètení registru.

Periodic Interval Timer Je to další periferie, kterou u osmibitových mikrokontrolérù nenalezneme.

Její blokové schéma je na obr. 44. Tento èasovaè v podstatì mùže plnit dvì funkce. První fukncí je generovat periodické pøerušení po nastavené dobì. Periodické pøerušení je generováno pomocí klasického dvacetibitového èítaèe, jehož hodnota je maximální hodnotou v registru PIT_MR (pole PIV). Pøi dosažení na-

Obr. 43. Real Time Timer v AT91

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

25

nou hodnotu, kterou zapíšeme do registru WDD.

Memory Controller

Obr. 44. Blokové schéma intervalového èasovaèe v AT91 stavené hodnoty je èítaè vynulován a zaèíná èítat od 0. Pøeteèení je jednak poèítáno dvanáctibitovou sèítaèkou, jednak mùže být generováno pøerušení. Druhou funkcí, kterou tato periferie plní, je èítání poètu tìchto pøerušení (pøeteèení èítaèe).

Watch Dog Timer I když bývá tento timer implementován v témìø každém moderním mikroprocesoru, je vhodné ho popsat, nebo jeho vlastnosti byly dále upraveny tak, aby možnost jeho selhání byla ještì nižší. Blokové schéma obvodu watchdog je na obr. 45. Øídicí kmitoèet obvodu je odvozen od kmitoètu 32 768 Hz generovaného interním RC oscilátorem. Využitím maximální hodnoty dvanáctibitového èítaèe lze dosáhnout periody až 16 s, což je více než dostateèné pro všechny aplikace. První vìcí, na kterou si programátor musí dát pozor (zejména když pøechází z osmibitových mikrokontrolérù), je fakt, že watchdog je po resetu automaticky aktivován s maximální periodou (WV=0FFFHEX). Pokud ho není v aplikaci tøeba, musí být jeho èinnost tedy zakázána. Druhou vìcí, na kterou je nutno si dát pozor, je fakt, že do registru WDT_MR

je povolem zápis pouze jednou, a to po resetu mikrokontroléru. Programátor mùže sice nastavit parametry obvodu watchdog podle svých potøeb, ale už je nemùže mìnit až do dalšího resetu mikrokontroléru. Na jednu stranu lze tuto vlastnost chápat jako malé omezení, ale na stranì druhé jde o velmi dobré opatøení proti nekontrolovatelné zmìnì nastavení dùležité èásti mikrokontroléru. Další vìcí, která u øady osmibitových mikrokontrolérù není, je èasové omezení, tzv. èasové okno, kdy je možné regulérnì restartovat watchdog. Toto opatøení, pokud je aktivováno, eliminuje možnost „zacyklení“ programu v takové chybné smyèce, kde je obvod watchdog stále aktivován. Pøi využití funkce èasového okna se vyvolá žádost o pøerušení v okamžiku, kdy se program pokusí restartovat watchdog mimo povolený èasový úsek. Tato funkce je implementována v systému pomocí jednoho dvanáctibitového komparátoru a registru. Obì zmínìné èásti jsou na obr. 45, kde jsou oznaèeny jako <=WDD (komparátor) a WDD (registr). Spojíme-li tuto informaci s faktem, že èítaè obvodu watchdog èítá smìrem dolù, dojdeme k závìru, že funkci èasového okna lze charakterizovat jako „ne døíve než”, tj. restart obvodu watchdog nesmí nastat døíve než za nastaveObr. 45. Blokové schéma obvodu watchdog v AT91

26

Nyní si struènì popíšeme další èást mikrokontrolérù AT91SAM7, která však není periferií, ale pøímo jejich nedílnou souèástí. Existence této èásti vyplývá z koncepce mikrokontrolérù ARM7®. V první øadì se jedná o definici a rozdìlení obrovského pamìového prostoru, který je dán tøicetidvoubitovou šíøkou datového slova. S tímto velkým adresovým prostorem se pojí i další tøi úkoly této jednotky: detekce pøístupu do neexistujících èástí pamìti (Abort Status), pøístup k chybnì uloženým datùm (Misalignment detector) a øízení zápisu do interní pamìti Flash (pomocí jednotky Embeded Flash Controller). Posledním úkolem, který musí tato jednotka øešit, je spolupráce jednotlivých èástí mikrokontroléru, které mohou pracovat i na rùzných sbìrnicích (Bus Arbiter na obr. 46). Jednotlivé úkoly je možné vysledovat i z blokového schématu jednotky, které je na obr. 46, kde èásti patøící do popisované jednotky jsou na šedivém pozadí. Popišme si krátce úkoly a práci hlavních èástí. Úkolem Bus masteru je øešit spor dvou jednotek (dvou masterù), jádra procesoru ARM7TDMI® a DMA kontroléru, o pøístup na sbìrnici. Pro nìkoho možná pøekvapivì má jednotka Peripheral DMA Controller vyšší prioritu než jádro ARM7TDMI®. Jednotka s názvem “Misalignment detector” øeší, jak bylo výše napsáno, situace, kdy data nejsou uloženy tak, jak by mìla. Co si máme pod tím pøedstavit? V první øadì si pøipomeòme, že se jedná o tøicetidvoubitový mikrokontrolér, který dokáže v podstatì pracovat s tøemi typy dat - s byte (8 bitù), half word (16 bitù) a word (32 bitù). Pokud budeme pøistupovat k jednotlivým bytùm, nemùže bìhem pøístupu nastat problém. V pøípadì dat typu half word však mùže nastat situace, kdy program bude chtít èíst èi zapisovat tato data z adresy, jejíž nejnižší bit bude nenulový. Stejná situace nastane i v pøípadì, kdy bychom chtìli pøistupovat k datùm typu word, jejichž adresa nebude mít dva spodní bity adresy rovné nule. I když je pamì adresovatelná po jednotlivých byte, šíøe sbìrnice je 32 bitù. Pokud bychom tedy chtìli èíst data typu word, tj. slovo o délce 32 bitù, z adresy, která nemá oba spodní bity nulové, muselo by se ètení uskuteènit ve dvou cyklech, a jednotlivé byte slova by se musely správnì seøadit. Protože obsluha této a podobných situací by byla velice složitá, existuje u mikrokontrolérù AT91 pravidlo (omezení), jak ukládat data s šíøí 16 bitù a 32 bitù. Pro jistotu si ho uveïme ještì jednou. Data typu half word musí být uložena v pamìti tak, že nejnižší adresový bit je nulový. Jinými slovy to znamená, že adresa je dìlitelná dvìma beze zbytku. Stejnì tak slova

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

Obr. 46. Memory Controller v AT91 typu word musí být uložena na adrese, jejíž dva spodní bity jsou nulové, což jinými slovy lze vyjádøit tak, že adresa musí být dìlitelná ètyømi. Nìkdo si mùže øíci, že toto omezení lze ošetøit bìhem pøekladu programu do strojového kódu, a tudíž tato èást je v mikrokontroléru vlastnì zbyteèná. Bo-

Obr. 47. Rozdìlení pamìového prostoru v AT91

Obr. 48. Rozdìlení interního pamìového prostoru v AT91

hužel je to pravda pouze èásteènì, nebo v programech jsou používány tzv. pointers, neboli nepøímé adresování. Pokud bude výpoèet adresy dat chybný nebo se data nechtìnì pøepíší, mohlo by se snadno stát, že bude pøi normálním bìhu programu vyžadován nekorektní pøístup k pamìti. Tuto situaci tedy ošetøuje popisovaná jednotka. Aby se usnadnilo nalezení místa v programu, na kterém byla umístìna žádost o nekorektní pøístup k datùm, je požadovaná adresa pamìti zachycena do registru Abort Status Registr a obsah programového èítaèe, tj. adresa instrukce programu, která tuto žádost obsahovala, je zachycena v registru Abort Link Registr. Informace o chybném pøístupu z této jednotky je pøedána do èásti nazvané „Abort Status”. Do této èásti je zavedena i informace o pøístupu do neexistujících oblastí pamìti, kterou detekuje adresový dekódér. Jednotka nazvaná “Address decoder” má v podstatì jednoduchou úlohu

- a to podle adresy povolit èi nepovolit pøístup k dané buòce pamìti. Základní dìlení pamìti podle nejvyšších ètyø bitù je na obr. 47. Z tohoto obrázku je vidìt, že do podstatné èásti, celkem do ètrnácti stránek (stránka = 256 MB) pamìového prostoru, je pøístup zakázán, nebo zde není žádná pamì. Na obr. 48 vidíme detailnìjší uspoøádání interní pamìti. I zde se opakuje situace z pøedchozího obrázku. Celkem 253 MB, tj. 253 stránek (stránka = 1 MB) pamìového prostoru patøí k nepøístupné èásti. Je samozøejmé, že ne každý typ má na èipu tolik pamìti, jak je uvedeno na obr. 48. Velikost reálnì dostupné pamìti se liší typ od typu. Tato reálná pamì se nìkolikráte zrcadlí v prostoru 1 MB tak, že je vyplnìn celý. Zápis do vnitøní pamìti typu Flash je dalším úkolem jednotky „Memory Controller”, resp. její èásti nazvané „Embeded Flash Controller”. Tato jednotka je schopna pøepisovat interní pamì Flash po jednotlivých stránkách. Jednotka je schopna pøepsat (= mazání + + zápis) jednu stránku za 6 ms. Další jednotkou, která se nepøímo podílí na vysokém výpoèetním výkonu mikrokontroléru, je jednotka PDC, což je zkratka slov „Peripheral DMA Controller”. Slovo nepøímo je zde uvedeno proto, že jednotka se na výpoètech nepodílí, ale dokáže ulehèit práci jádru mikrokontroléru, takže pro vlastní bìh programu zbývá více èasu. V popisované rodinì mikrokontrolérù AT91SAM7 najdeme celkem 11 kanálù vyjma typu AT91SAM7S32, kde je na èipu integrováno pouze kanálù devìt (je zde pouze jeden USART). Pøenos dat pomocí DMA je také velmi rychlý, nebo pøenos pamì-periferie trvá pouze jeden takt øídicího kmitoètu „Master Clock”, zatímco pøenos opaèným smìrem zabere takty dva. DMA kanál je schopen obsáhnout celý adresový prostor, nebo adresové registry mají šíøku 32 bitù. Maximální délka pøenesených dat je 64 kbyte, nebo registr èítající pøenesené byte je šestnáctibitový. Každá periferie má k dispozici dva kanály DMA, jeden pro pøenos pamì-periferie a druhý pro smìr opaèný. Výjimku tvoøí A/D pøevodník, u kterého je tøeba pouze jeden smìr pøenosu, a to periferie-pamì.

Advanced Interrupt Controller Tato jednotka je velmi dùležitou èástí mikrokontroléru, i když to opìt není periferie. Protože øada AT91SAM7 je pøeurèena pro mnohem složitìjší úkoly než pøevážná vìtšina osmibitových mikrokontrolérù, je nasnadì, že i možnosti pøerušovacího systému musí být schopny øešit složitìjší úlohy. Proto u popisovaných mikrokontrolérù najdeme osmiúrovòový sytém, který je schopen obsloužit až 32 žádostí o pøerušení. Pøitom lze každé žádosti programovì pøidìlit pøíslušnou úroveò pøerušení (úroveò 7 je nejvyšší, úroveò 0 je nejnižší).

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

27

Protože se mohou vyskytnout situace, kdy za bìhu jednoho pøerušení je vyvoláno další pøerušení s vyšší prioritou, disponuje „Advanced Interrupt Controller” osmiúrovòovým hardwarovým zásobníkem, díky nìmuž je schopen bez problému obsloužit až osminásobnì vnoøené pøerušení. U interních zdrojù pøerušení je možné definovat, zda budou aktivní na hranu èi úroveò. U externích zdrojù pøerušení je dále možné rozlišit i aktivní úroveò, tj., zda vstup bude aktivní na úroveò H èi L, nebo zda bude aktivní sestupná èi vzestupná hrana signálu. Vzhledem k možnostem pøerušovacího systému a rùzným výjimkám (pøerušení bìhem debug módu), je více než záhodno si pozornì pøeèíst originální datasheet k uvedeným mikrokontrolérùm, abychom získali alespoò ty nejnutnìjší informace o správné obsluze pøerušení. Pøerušovací systém je u složitìjších systémù velmi dùležitý, nebo spektrum pøerušení u systémù pracujících v reálném èase je velmi široké. Na jedné stranì tu najdeme pøípady, kdy je nutné zareagovat co nejrychleji, doslova bìhem pár µs, na stranì druhé tu najdeme pøípady, kdy ani tak nejde o rychlost, jako o složitost obsluhy, kdy èas bìhu vlastního pøerušení není již zanedbatelný.

Timer/Counter (TC) Je to další periferie, která si zaslouží struèný popis. Na èipu popisovaných mikrokontrolérù najdeme hned tøi nezávislé kanály šestnáctibitových èítaèù/èasovaèù. Nejjednodušší typ, AT91SAM7S32, má tyto kanály pouze dva. Základní schéma celého bloku èítaèù/èasovaèù je na obr. 49. Po shlédnutí tohoto schématu by mohl nìkterý ètenáø namítnout, že tento blok není nièím výjimeèný. Opak je však pravdou. Jedná se o velmi výkonnou periferii s mnoha funkcemi, která mùže být konfigurována do jednoho ze dvou základních režimù: „Capture Mode” a „Waveform Mode”. Vzhledem k rozsáhlosti popisu v originální dokumentaci, zvláštì pak u druhého z obou módù, bude zde uveden pouze struèný popis prvního módu („Capture Mode”). Na obr. 50 je vidìt, že jádrem jednotky je šestnáctibitový èítaè s bohatými možnostmi spouštìní a volby øídicího kmitoètu. Konstruktér má možnost si zvolit z celkem osmi zdrojù kmitoètu, pøièemž 5 jich je interních a tøi externí. U zvoleného zdroje je možné urèit, zda bude èi nebude signál invertován. Tato volba pøijde vhod v situaci, kdy chceme, aby èítaè reagoval na opaènou hranu signálu. Pomocí externích vstupù TIOA a TIOB lze pøípadnì hodinový signál povolit èi zastavit. Ohlednì spouštìní je vhodné upozornit na možnost synchronního spuštìní více kanálù èítaèù/èasovaèù pomocí signálu SYNC. Popisovaný „Capture Mode” je vhodný pro mìøení vlastností signálu jako jsou frekvence, délka pulsu, støída

28

Obr. 49. Jednotka èítaèù/èasovaèù v AT91. U AT91SAM7S32 není implementován Timer/Counter Channel 2 a jeho podpùrné obvody apod. Tato mìøení mohou být provádìna pomocí vhodnì nastavených externích vstupù TIOA a TIOB, které pak ovládají dva záchytné registry Capture Registr A a Capture Registr B. Už i z tohoto krátkého výètu možností je snad zøejmé, že schopnosti jednotek TC jsou velké a èítaèe/èasovaèe lze velmi dobøe pøizpùsobit tak, aby bylo co nejvíce usnadnìno øešení problému. Popis režimu je díky øadì módù velmi obsáhlý, a proto odkazuji ètenáøe na originální literaturu firmy ATMEL, kde jistì najdou odpovìdi na své otázky.

USB Device Port (UDP) Je to poslední periferie, kterou si pøedstavíme v krátkém povídání o AT91SAM7. Tuto periferii najdeme u všech zástupcù, opìt s výjimkou toho nejjednoduššího, kterým je typ AT91SAM7S32. Trvalo pomìrnì dlouho, než si USB porty našly cestu do amatérských aplikací. Snad díky skvìlému obvodu FT232B a ovladaèùm pro operaèní systémy Windows® se zaèalo toto rozhraní ve vìtší šíøi používat i v amatérských aplikacích, kde vytlaèuje stále hojnì využívané, ale na souèasnou dobu pro mnoho aplikací pomalé, sériové rozhraní RS-232. Na èipech mikrokontrolérù rodiny AT91SAM7 je rozhraní USB implementováno ve verzi 2.0-full speed. Závìrem povídání o výborných mikrokontrolérech rodiny AT91SAM7 s jádrem ARM7® bych rád upozornil, že výèet periferií dostupných na èipech není v tomto èlánku úplný. Byly vynechány periferie, které jsou buï známé,

jako napø. TWI, SPI apod., nebo takové, jejichž popis je dlouhý, jako je PWM controller nebo SCC sériový kanál. Rozsah popisu musel být podøízen možnostem èasopisu. Podrobný popis všech vlastností této rodiny zabírá v originále necelých 600 stran formátu A4, a pøesto se najdou oblasti, kde by popis mohl èi mìl být ještì obsáhlejší a podrobnìjší.

Co bude dál? Vývoj se samozøejmì u mikrokontrolérù AT91SAM7 nezastavil. Po urèité dobì, kdy firma vyrábìla a získávala zkušenosti z výroby a prodeje tìchto mikroprocesorù s jádrem ARM7, pøedstavila svoji verzi tøicetidvoubitového mikrokontroléru nazvaného AVR32®. Architektura tohoto mikroprocesoru je zamìøena na typické úlohy, jako napø. zpracování obrazu (je zde obrazový koprocesor), zpracování reálného signálu (v jádøe je napø. implementována saturaèní logika) a mnoho dalšího. To, že je mikroprocesor zamìøen na velké úkoly, je poznat i z faktu, že firmou ATMEL je pøímo podporován systém Linux (jádro 2.6) jakožto vhodný operaèní systém pro zákaznické aplikace. Ètenáøe požadující detailnìjší informace o tomto mikroprocesoru musím bohužel odkázat na webové stránky výrobce (www.atmel.com/products/avr32), nebo i struèný popis tohoto mikrokontroléru se zcela vymyká zamìøení èasopisu i jeho možnostem. Na druhé stranì ani oblast nejmenších mikrokontrolérù se nestává pro výrobce nezajímavou oblastí, jak ostatnì

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

Obr. 50. Kanál èítaèù/èasovaèù v AT91 v režimu „Capture Mode” mohlo být poznat z popisu vlastností mikrokontrolérù v pouzdrech s poètem vývodù menším než 20. A že je to oblast velmi živá, je vidìt napø. i na nových zástupcích øady AT89, konkrétnì AT89LP213, AT89LP214 èi AT89LP216, coby pokraèovatelích le-

gendárních mikrokontrolérù s jádrem 8051, tentokráte však s jednocyklovým (!) jádrem a možností ladit programové vybavení pøímo na použitém procesoru díky implementovanému rozhraní OCD® (On Chip Debug), což je dvojvodièové sériové rozhraní. Popr-

Trocha praxe I když byl popis mikrokontrolérù „proložen” informacemi z praxe, pøece jenom by to chtìlo taktéž „opravdovou” praxi. Proto v následujících odstavcích budou popsány konstrukce s populárními mikrokontroléry spolu s dalšími informacemi, které jsou potøebné pøi vlastní konstrukèní práci.

Ladicí rozhraní pro MC68HC908QY První konstrukcí, která zde bude pøedstavena, je rozhraní pro ladìní programového vybavení pøímo v mikrokontroléru. Jedná se o mikrokontroléry firmy Freescale, a to konkrétnì øadu MC68HC908QY. Z hlediska uživatele jsou tyto mikrokontroléry zajímavé tím, že mají v sobì vestavìny obvody, pøes které lze mikrokontrolér nejen programovat, ale pøes které lze pomocí interního Monitoru a jednotky Break Unit programové vybavení pøímo v cílové aplikaci i ladit.

To však není vše, nebo vnìjší rozhraní lze bez problémù sestavit amatérskými prostøedky. Protože se doslova skládá z nìkolika souèástek, je jeho cena velmi nízká. Ostatnì, podívejte se na obr. 51, na kterém je schéma zmiòovaného rozhraní. Celé rozhraní je založeno na pøevodníku úrovní RS-232 na TTL s obvodem MAX232ACPE. Je však v podstatì jedno, jaký použijeme pøevodník, dùležitá je u nìho pouze jedna vlastnost (kromì vlastního pøevodu úrovní), a tou je rychlý nábìh násobièe napìtí +9 V. Proto se jako pøevodníky hodí ty obvody, které používají kondenzátory s kapacitou 100 nF.

vé tak získávají zástupci øady AT89 možnost ladìní programového vybavení podobnou, jako mají mikrokontroléry øad ATtiny a ATmega. Uvedené vlastnosti jistì pøesvìdèí mnoho uživatelù dále využívat desetiletími osvìdèenou architekturu legendy zvané I8051. Rychlý nábìh napìtí +9 V je velmi dùležitý, nebo chceme-li „spustit” mikrokontrolér v ladicím režimu, musí být na vstupu PTA2/IRQ napìtí U TST o velikosti alespoò UCC + 2,5 V, a to v okamžiku ukonèení vnitøního Poweron resetu mikrokontroléru. Díky využití napìtí z vnitøního násobièe napìtí je tato podmínka snadno splnitelná i bez externího zdroje napìtí, který by zkomplikoval celé rozhraní. Pokud nechceme, aby mikrokontrolér pøešel po Power-on resetu do ladicího režimu, musí propojka JP3, pøes kterou se zavádí napìtí +9 V do vstupu PTA2/IRQ, zùstat spojena. Pøítomnost vyššího napìtí na vstupu PTA2/IRQ není jedinou podmínkou pøechodu mikrokontroléru do ladícího režimu. Vstupy PTA0 a PTA1 musí mít úroveò „log. 1“ a vstup PTA4 musí mít úroveò „log. 0“. I když jsou tyto požadavky omezující, dají se pøi dobrém návrhu zapojení snadno dodržet, takže mikrokontrolér bude dobøe pracovat jak v ladicím režimu, tak i v reálném provo-

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

29

Obr. 51. Ladicí rozhraní pro mikrokontroléry MC68HC908QY zu. Všechny tyto podmínky, stejnì jako pøítomnost vyššího napìtí na vstupu PTA2/IRQ, se testují v okamžiku ukonèení Power-on resetu. Další souèástí rozhraní je externí krystalový oscilátor. Pro dodržení standardní rychlosti komunikace mezi poèítaèem a mikrokontrolérem je nutné použít krystal s frekvencí 9,8304 MHz. Pøi této frekvenci bude komunikaèní rychlost 9600 Bd. Na odzkoušení aplikací je však též možné pøepnout mikrokontrolér na externí RC oscilátor pomocí propojky JP4. V pøípadì použití vnitøního oscilátoru v mikrokontroléru zùstane propojka

30

nepropojena a vývod lze použít jako vstupnì/výstupní. Vlastní obousmìrná komunikace pak probíhá pøes jeden vývod mikrokontroléru, a to pøes vývod 13 (PTA0/ /T0). Jelikož rozhraní RS-232 není této komunikaci „naklonìno”, musí zapojení rozhraní zprostøedkovat pøevod. Naštìstí lze tento požadavek realizovat velmi jednoduše nìkolikerým zpùsobem. Pravdìpodobnì nejjednodušším, ale plnì vyhovujícím øešením, je slouèit oba signály diodou D1. Vzhledem k nutnosti dodržet logické úrovnì, byla jako nejvhodnìjší vybrána Schottkyho dioda

BAT49 s malým napìtím v propustném smìru. Úroveò „log. 1“ pak zajišuje pull-up rezistor R1. V pøípadì, že není požadována komunikace (mikrokontrolér má pracovat v reálném módu), je nutno nechat propojku JP1 nepropojenou. Posledním signálem, který je pøenášen z øídicího PC do rozhraní, je signál resetu mikrokontroléru, který je pøivádìn na vývod 8 (PTA3/RST). Stejnì jako v pøedchozích pøípadech lze v cílové aplikaci, ve které mikrokontrolér pracuje samostatnì, použít tento vývod jako každý jiný vývod I/O. Aby bylo možné aplikace jednoduše vytváøet, jsou vývody procesoru vyvedeny na dva osmivývodové konektory 1 : 1 (se shodným pøiøazením signálù). V cílové aplikaci pak lze jednoduše nahradit reálný procesor ladicím prostøedkem. Pøi této „zámìnì” je nutné dávat pozor na fakt, že nìkteré vývody jsou využity pøi ladìní. Z tohoto dùvodu nebylo toto rozhraní realizováno pro mikrokontroléry v malém osmivývodovém pouzdru, nebo pro aplikaci by zbylo jen velmi málo vývodù. Pøesto je však využití tohoto zpùsobu ladìní programového vybavení i u tìchto mikrokontrolérù možné. Celé rozhraní je napájeno pøes stabilizátor 7805, který dokáže napájet i cílovou aplikaci. Z tohoto dùvodu je vhodné stabilizátor opatøit dostateènì dimenzovaným chladièem. Díky tomuto stabilizátoru je možné použít jako napájecí zdroj laciný nestabilizovaný stejnosmìrný síový adaptér. Protože mnoho adaptérù je opatøeno možností mìnit polaritu, je pøed stabilizátor zapojena ochranná dioda D2 zamezující jeho znièení pøi náhodném pøepólování. Pøi správné polaritì vnìjšího napájecího napìtí bude svítit zelená LED LD1, která je pøipojená na výstup stabilizátoru. Na celém zapojení není nic „zákeøného”, takže pøi peèlivé práci musí fungovat na první pokus. Snad jediná pøipomínka se váže k nutnosti ošetøit vstupy nepoužitých invertorù obvodu 74HC04. Tyto vstupy mají velmi vysokou impedanci, a pokud nejsou ošetøeny (spojeny se zemí nebo se sbìrnicí kladného napájecího napìtí), mùže se nich naindukovat napìtí o hazardní úrovni (rovné pøibližnì polovinì napájecího napìtí), pøi které se zvìtší napájecí proud invertorù na desítky mA, což není pro bezchybnou funkci obvodu vhodné. Pro ovìøení správnosti zapojení bylo popisované rozhraní realizováno na prototypové (univerzální) desce s plošnými spoji (obr. 52). Všechny souèástky, zejména pasivní, pokud to bylo možné, byly voleny typu SMD. Vývody souèástek byly propojeny na stranì spojù lakovaným mìdìným vodièem se samopájitelnou izolací. Pøi ovìøování funkènosti bylo shledáno, že je vhodné jako externí trimr

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

Tab. 5. Pøehled všech možných zpùsobù uvedení mikrokontroléru MC68HC908QY do stavu ladìní programu. UTST je napìtí o velikosti alespoò UCC + 2,5 V

Obr. 52. Prototyp rozhraní pro ladìní aplikací s mikrokontrolérem MC68HC908QY

RP1 použít víceotáèkový typ (napø. typ 64Y, 64Z nebo PM19), aby bylo možné snadnìji nastavit požadovanou frekvenci oscilátoru. Popsaný zpùsob uvedení mikrokontroléru do stavu ladìní programu není jediným možným zpùsobem, ale je to zpùsob, který je platný vždy (nezáleží na obsahu pamìti programu, konkrétnì reset vektoru). Všechny možné zpùsoby uvedení mikrokontroléru do stavu ladìní programu jsou uvedeny v tab. 5. Ale vlastní rozhraní, i když laciné, není samo o sobì postaèující. Abychom mohli vyvíjet programy, je nutné vhodné vývojové prostøedí. Naštìstí, jak se v poslední dobì stává zvykem, je toto vývojové prostøedí poskytováno zadarmo pøímo výrobcem mikrokontrolérù. Nejinak je tomu i v tomto pøípadì. Vývojové prostøedí, které si mùžeme stáhnout ze stránek výrobce, se jmenuje CodeWarrior®, a je v nìm integrováno vše, co potøebujeme pro psaní i ladìní programového vybavení. Nebylo by na tom nic zajímavého, nebýt faktu, že v tomto prostøedí je dostupný i pøekladaè jazyka C ! I když je velikost výsledného kódu generovaného z jazyka C omezena na 4 kB (pozn.: v pøípadì speciální edice to je 16 kB), je tato velikost plnì dostaèující pro mnoho aplikací. Vždy MC68HC908QY4 má velikost pamìti pro program právì 4kB.

Limit pro kód psaný v jazyku symbolických adres je dán pouze velikostí pamìti cílového mikrokontroléru. Zmiòované vývojové prostøedí je možné stáhnout z webových stránek výrobce mikrokontrolérù www.freescale.com. Stažení je podmínìno registrací. Pokud máme k dispozici pouze pomalé pøipojení na internet èi malý FUP limit, je nutné si uvìdomit, že instalace CodeWarrior® „obnáší” asi 290 MB! Pøi využívání prostøedí CodeWarrior® nesmíme zapomenout, že se jedná o profesionální vývojové prostøedí podporující jak mnoho typù mikrokontrolérù, tak i øadu vývojových prostøedkù. Proto je nutné pøed prvním použitím popsaného rozhraní nastavit ve vývojovém prostøedí odpovídající typ. Odpovídající typ pro popisované rozhraní je zøejmý z obr. 53. Toto nastavení je pøístupné v režimu ladìní programu, takže je nutné mít napsaný alespoò malý program (tøeba pøeložený vzorový pøíklad) a v menu Project vybrat volbu Debug. To zpùsobí pøeložení a zlinkování programu a pøechod do režimu ladìní, za což je zodpovìdná èást programu nazývajícího se True-Time Simulator & RealTime Debugger. Zde v menu Component najdeme položku Set Target (= obr. 3.3). O vlastním vývojovém prostøedí by bylo možné napsat mnoho stránek, ale

na to zde není jednak místo, jednak je prostøedí velmi intuitivní, takže s integrovanou nápovìdou se velmi lehce ovládá. Proto jen velmi struènì. Jedním dùležitým rysem prostøedí je podpora tzv. projektù, což umožòuje výsledný program rozdìlit do separátních èástí a ty pak pøeložit tak, že vytvoøí výsledný program. Výhodou projektù je jednak to, že se pøekládá vždy jen ten soubor, který vývojáø upravil, jednak se dají jednotlivé soubory øešící jeden ucelený problém, napø. komunikaci po lince RS-232 èi matematické operace v pohyblivé èárce, použít snadno i v jiných programech pouhým zaèlenìním pøíslušného souboru do projektu. To umožòuje programátorovi dosáhnout vyšší efektivity práce. Nezanedbatelnou pøedností IDE je prùbìžná „jazykovᔠkontrola (kontrola syntaxe) pomocí barevného rozlišení textu. Díky této kontrole jsou nìkteré typy chyb, zvláštì u zaèínajících uživatelù, vidìt tzv. na první pohled. Samozøejmì existují i jiná vývojová prostøedí, ale zmiòované vývojové prostøedí je velmi kvalitním prostøedím s velmi širokými možnostmi. Paleta nabízených funkcí nám bude vyhovovat, zejména když budeme chtít zaèít psát programy profesionálnì. Ale i pro amatérské potøeby je toto prostøedí vhodné. Proto toto prostøedí doporuèuji každému, kdo chce vážnì pracovat s tìmito popisovanými mikrokontroléry a mikrokontroléry firmy Freescale vùbec.

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

Obr. 53. Typ rozhraní (= interface)

31

Obr. 54. Digitální posuvné mìøítko

Interfejs pro digitální posuvné mìøítko Na trhu se pøed èasem objevilo digitální posuvné mìøítko, které je cenovì velmi pøijatelné díky faktu, že je vyrábìno v Èínì (obr. 54). Kromì zmiòované nízké ceny, která však v tomto pøípadì neznaèí nízkou kvalitu, jsou u posuvného mìøítka zajímavé jeho další dvì vlastnosti. První z nich je fakt, že se jedná o mìøítko s rozsahem 0 až 200 mm, což je o 50 mm více, než mají standardní mìøítka, která jsou bìžnì dostupná. Díky tomuto faktu se rozšiøují možnosti využití. Druhou neopomenutelnou vlastností je fakt, že aè se o tom oficiální dokumentace nezmiòuje, je vybaveno komunikaèním rozhraním se ètyøpólovým pøímým konektorem. O existenci tohoto konektoru se lze doèíst u interfejsu dodávaného též výrobcem. Protože však cena profesionálního interfejsu nìkolikanásobnì pøevyšuje cenu vlastního posuvného mìøítka, je více než jasné, že vzniknou amatérské konstrukce. Vrame se ke konektoru. Jedná se o konektor s rozteèí vývodù 2 mm, který je netypický. Takže prvním problémem, se kterým se setkáme pøi konstrukci rozhraní, je zpùsob, jak pøipojit kabel k posuvnému mìøítku. Bohužel originální èi jiný pøímý konektor vhodný pro posuvné mìøítko se mi nepodaøilo sehnat. Lze však sehnat konektor nepøímý s rozteèí 2 mm (Farnell), který se však nevejde do prostoru pod krytkou. Z uvedených dùvodù bylo pro úèely vývoje pøevodníku zvoleno pøímé pøipájení kabelu na konektor v posuvném mìøítku. Musíme pájet velmi opatrnì, abychom konektor nepoškodili. Pro finální konstrukci je však nutností použít kabel s konektorem, aby bylo možné kabel odpojit a aby byl pøece jenom trochu chránìn pøímý konektor v posuvném mìøítku pøed poškozením (pøed nechtìným odtržením mìdìné fólie). Zaèneme-li pátrat, jak je konektor zapojen, po nepøíliš dlouhé dobì zjistíme, že data jsou pøenášena pomocí synchronního protokolu. Takže na konektoru kromì napájení budou hodiny

32

(Clock) a data. Uspoøádání signálù na konektoru je vidìt na obr. 55. Pokud nìkoho zarazilo, že napájení je oznaèeno jako záporné, je to z toho dùvodu, že kladný pól napájecího èlánku je spojen s tìlem posuvného mìøítka. Proto je kladný pól oznaèen jako GND a záporný pól jako -1,5 V. Zbývá tedy vyøešit otázku formátu pøenášených dat. Tu je situace trochu komplikovanìjší, ale za pomoci digitálního osciloskopu èi lépe logického analyzátoru snadno odhalíme, jak jsou data pøenášena. Vzhledem k nestandardním úrovním byl nejdøíve zkonstruován pøevodník úrovní, který byl použit jako interfejs pro logický analyzátor. Následnì bylo stejné zapojení použito i v zapojení celého pøevodníku. Formát pøenášených dat je zøejmý z obr. 56. Z prùbìhù je vidìt, že data jsou platná, jsou-li hodiny v úrovni L (asi -1,5 V), a mohou se mìnit, když je hodinový signál v úrovni H. Z hlediska spolehlivosti je vhodné zjišovat stav datového vodièe zhruba v pùli intervalu, ve kterém je hodinový signál v úrovni L. Spolehlivìjším zpùsobem by bylo jistì vícenásobné vzorkování stavu napø. v 1/3, 1/2 a 2/3 zmiòovaného intervalu, jak to napø. dìlají pøijímaèe v rozhraní UART, ale protože se bìhem testování nevyskytl žádný problém pøi pøenosu dat, bylo od toho zpùsobu upuštìno. Vzhledem k rychlosti pøenosu dat a možnostem použitého laciného mikrokontroléru 89C2051-24PI bìžícího na kmitoètu 22,1184 MHz by pøi vícenásobném vzorkování také následnì vzniknul problém se zpracováním „vícebodovì” navzorkovaných dat. Jedna instrukce typu reg-reg totiž trvá pøi zmi-

Obr. 55. Rozmístìní signálù na konektoru digitálního posuvného mìøítka òovaném hodinovém kmitoètu 0,542 µs, což by umožòovalo provést jen asi 12 až 14 instrukcí do pøíchodu další sestupné hrany. Pokud by nìkterý ze ètenáøù chtìl zpracovávat signál dokonaleji, tedy testovat pøijímaný signál vícebodovì, nech radìji použije velmi podobný mikrokontrolér AT89LP2052 èi AT89LP4052, který má jádro jednocyklové, a je tudíž rychlejší a tedy i vhodnìjší (byl již døíve popsán). Mikrokontrolér AT89LP2052-20PU je bìžnì k dostání u GM Electronic (skl. è. 432-209) za velmi pøijatelnou cenu. Datový paket obsahuje celkem 48 bitù (2x 24 bitù). Tento paket je vysílán pøibližnì 3x za sekundu. Obì 24bitové hodnoty nejsou shodné. První z nich je relativní posun od poslednì zadané relativní nuly. Druhé 24bitové èíslo vyjadøuje „jakousi” absolutní pozici, nebo hodnota není závislá na relativním poèátku jako hodnota první. Slovo „jakousi” bylo zvoleno proto, že poèátek je zvolen pøi zapnutí, ale pøi každém zapnutí je jiný. Formát èísel je jednoduchý. Jeden bit je vyhražen pro znaménko, zbývají-

Obr. 56. Pøenos dat z digitálního posuvného mìøítka

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

cích 23 bitù pro hodnotu. Z toho vyplývá, že zde existuje jak kladná nula, tak záporná nula. Rozlišení, èi chcete-li jednotka mìøení, je 1/20480 palce. Otázkou zùstává co s takto získanými daty. Okamžitì se nabízejí dvì možnosti. První z nich je pouze zobrazovat hodnoty na vìtším displeji. Druhou možností je pøenášet namìøená data do nadøazeného poèítaèe typu PC pro další zpracování. Tímto zpùsobem by bylo možné získávat data napø. pro kontrolní mìøení s pøímým zápisem do výstupního protokolu a automatickou archivací. Další možností je využít posuvné mìøítko pro mìøení posuvu frézy èi suportu soustruhu, pøièemž mìøená data jsou pøenášena do øídicí jednotky. Tímto jednoduchým zpùsobem lze snadno získat amatérskou NC frézu èi soustruh. Tím však možnosti využití posuvného mìøítka s interfejsem jistì nekonèí. Pro ovìøení funkce byla zvolena varianta pouhého zobrazování namìøené hodnoty na vìtším displeji typu LED. Pojïme se podívat na vlastní konstrukci. Základem všeho je pøevodník úrovní. Tento pøevodník lze udìlat mnoha zpùsoby. V našem pøípadì potøebujeme pøevodník, který v klidu zatìžuje obvod posuvného mìøítka co nejménì, má výstup s logickými úrovnìmi TTL a je pomìrnì jednoduchý. Na druhou stranu nemusí být rychlý. Na základì tìchto požadavkù bylo vybráno zapojení s invertujícími oddìlovaèi CMOS 4049 (obr. 57). Zavedením záporné zpìtné vazby jsou oddìlovaèe uvedeny do lineárního provozního režimu. Vstupní kondenzátory odstraòují napìový posun, takže úrovnì signálu na vstupu prvního z kaskády oddìlovaèù se pohybují okolo rozhodovací úrovnì oddìlovaèe. Nastavením vhodné velikosti zpìtné vazby je dosaženo požadovaných logických úrovní na výstupu posledního z kaskády oddìlovaèù. Jak je z obr. 57 vidìt, 100 % využitím obvodu 4049 dokážeme obsloužit právì dva potøebné kanály (hodiny a data). Další zpracování je již pouze softwarové. Jako nejvhodnìjší mikrokontrolér pro odzkoušení byl zvolen 89C2051, ke kterému je dostatek programového vybavení i vývojových prostøedkù. Je samozøejmé, že lze použít jakýkoliv mikrokontrolér s dostateèným poètem vstupù/ /výstupù. Dalším kritériem je dostateèná proudová zatížitelnost výstupù, které budí LED displej. Tìmto požadavkùm vyhovují právì rodiny mikrokontrolérù 89C2051, 89S2051 nebo 89LP2052. Aby proudové zatížení výstupù bylo ještì sníženo, byly jako èíslicovky pro displej zvoleny sedmisegmentové LED displeje s nízkou spotøebou. Mezi takové patøí (znaèení GM Electronic): HDSP-H111 (skl. è. 512-137), HD-A55UBRD-B (skl. è. 512-210). Dále se pøed nedávnem v sortimentu fy GM Electronic objevily displeje nesoucí znaèení HD-S-5612, které mají velmi dobré elektrické a elektrooptické

parametry. Kromì již vzpomínané n힚í spotøeby dané vyšší svítivostí jsou displeje zajímavé svými barvami. Èíslicovky jsou totiž dostupné v øadì „netradièních” barev. I když jsou bìžnì na trhu „zelené” displeje, jedná se spíše o žlutozelenou barvu, v pøípadì „žluté” jde pak spíše o žlutooranžovou. Avšak v pøípadì vzpomínaných èíslicovek tomu tak není. K dispozici jsou následující barvy: v první øadì je to bílá (HD-S-5612BW-11), dále je to modrá (HD-S-5612BB-11, dominantní vlnová délka 430 nm), žlutá (HD-S-5612BUY11, dominantní vlnová délka 590nm), „èistᔠzelená (HD-S-5612BPG-11, dominantní vlnová délka 525 nm) a „ultra“ zelená (HD-S-5612BUG-11, dominantní vlnová délka 574 nm). Samozøejmì je možné koupit tyto èíslicovky i v barvì èervené (HD-S-5612BUHR-12, dominantní vlnová délka 645 nm). I když tyto èíslicovky nejsou oznaèeny jako nízkopøíkonové, jas segmentu pøi proudu 1,5 až 2 mA je dostaèující pro vìtšinu aplikací. Pro ovìøení vhodnosti displejù pro další aplikace byly použity v ovìøovacím zapojení modré èíslicovky. Schéma zkušebního zapojení je na obr. 58. Displej byl provozován v multiplexním provozu (1 : 8). Vzhledem k malému poètu vývodù mikrokontroléru je pozice právì zobrazované èíslice dekódována externím obvodem 74HC138. Uvedené zapojení umožòuje obsloužit až sedmimístný displej (v našem pøípadì pouze šestimístný), a pøitom máme ještì jednu pozici k dispozici pro pøípadná tlaèítka. Tento zpùsob pøipojení ovládacích tlaèítek dokáže v mnoha pøípadech ušetøit mnoho vstupních vývodù pro nì. Cenou za toto øešení je ponìkud složitìjší obsluha, ale ne pøíliš, nebo obsluha displeje stejnì bìží v pravidelném intervalu. Vhodným intervalem pro obsluhu displeje s délkou do osmi míst je 1 ms. Tento interval byl zvolen i v tomto pøípadì. Další èástí zapojení jsou dva vstupní pøevodníky úrovní shodného provedení, jako byly použity pro zkoumání pøenosového protokolu a formátu dat. U mikrokontroléru zùstaly nezapojeny vývody RxD a TxD od interního obvodu UART, nebo pro odzkoušení ho nebylo tøeba. V pøípadì potøeby lze tyto vývody obsadit a pøenášet namìøená data do nadøazeného systému k další-

mu zpracování, jak bylo již døíve naznaèeno. V celém zapojení není žádná záludnost. Možný problém se skrývá v programovém vybavení. Je nutné si totiž uvìdomit, že v okamžiku, kdy pobìží obsluha ètení pøenášených dat, nesmí být obslouženo pøerušení od èítaèe/èasovaèe generujícího požadavek refreše (obnovy) displeje. Z tohoto dùvodu je tøeba se zasynchronizovat na start pøenosu dat a obnovu udìlat pøed a po vlastním pøenosu dat, jinými slovy, celý pøenos dat se musí „schovat“ do rámce 1 ms. Pokud bychom nezasynchronizovali oba dìje a tøeba jedno zobrazování pouze zpozdili, projevilo by se to v rùzném jasu LED displeje. Na druhou stranu je faktem, že pøenos dat probíhá zhruba 3x za sekundu a z hlediska refreše neznamená významnou zmìnu. Pøesto je vhodné se tomuto možnému problému vyhnout. Jinak programové vybavení nepøedstavuje nic zajímavého, nebo spoèívá v naètení dat a vynásobení 24bitového slova konstantou s následným zaokouhlením. Výsledek se pak pøevede do BCD kódu a potlaèí se úvodní nevýznamné nuly. Následuje pøevod do kódu pro LED displej a vlastní zobrazení. Program obsažený v mikrokontroléru 89C2051, který tyto úkony vykonává, je nazván test.bin a je možné ho vyžádat u autora na jeho e-mailové adrese. Tlaèítko TL1 mìlo v ovìøovacím zapojení dvì funkce. Bylo-li stisknuto pøi zapnutí systému, na displeji se zobrazovaly nasnímané hodnoty bez jakýchkoliv úprav (to je jeden z dùvodù, proè má displej 6 míst). V pøípadì normálního startu pak sloužilo k pøepínání zobrazení mm/inch. V prùbìhu testování a ovìøování funkce bylo zjištìno, že je možné elektroniku posuvného mìøítka i ovládat. Jinými slovy, komunikace probíhá i smìrem do posuvného mìøítka. Jedná se pouze o komunikaci primitivní, ale mùže v nìkterých pøípadech pøijít vhod. Elektronika posuvky se ovládá tak, že se zkratuje signál CLK na GND. Jeli spojení delší než urèitá doba, vynuluje se údaj na displeji, což znamená nastavení nového relativního poèátku. V ovìøovacím zapojení však tato možnost nebyla využita, jelikož se na tuto vlastnost pøišlo až po návrhu vlastního zapojení.

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

Obr. 57. Pøevodník úrovní

33

Obr. 58. Interfejs pro pøenos dat z digitálního posuvného mìøítka Celý interfejs byl pro ovìøení funkènosti postaven na univerzální desce s plošnými spoji. Vìtšina souèástek

byla použita v provedení pro SMT, a to ve velikosti 1206 (obr. 59). Finální deska s plošnými spoji navržena nebyla,

nebo celý vývoj není u konce. Ve høe zùstávají dvì varianty pøístroje: první je samostatná jednotka, druhou je jednotka sloužící pouze pro pøevod formátu dat na sbìrnici RS-232 s následným pøenosem do PC. U druhé varianty je zvažováno nasazení mikrokontroléru s malou spotøebou, nebo se tu nabízí možnost napájet celý interfejs z rozhraní RS-232. Taktéž by bylo možné interfejs doplnit zdrojem napìtí -1,5 V a napájet jím posuvné mìøítko, ve kterém by pak nemusel být vùbec napájecí èlánek.

Závìr O mikrokontrolérech dalších firem, pøedevším FreeScale a MICROCHIP, bude pojednáno v nìkterém z pøíštích èísel KE v roce 2008. Popis mikrokontrolérù bude doplnìn, podobnì jako v tomto èísle KE, praktickými konstrukcemi.

Obr. 59. Ovìøovací zapojení interfejsu k digitálnímu posuvnému mìøítku

34

Kontakt na autora: Mobil: 606 268 320 E-mail: [email protected]

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

ZAJÍMAVÁ A PRAKTICKÁ ZAPOJENÍ V této kapitole jsou uvedena zapojení z oblasti techniky v domácnosti a mìøicí techniky, která jsou vìtšinou pøevzata ze zahranièních èasopisù. Popsané konstrukce je vhodné brát pøedevším jako podnìt a inspiraci k další tvùrèí èinnosti a k vlastnímu laborování.

Technika v domácnosti Indikátor otevøených dvíøek u chladnièky Nedovøení dvíøek zpùsobuje zvìtšení spotøeby chladnièky, zalednìní výparníku a hrozí i zkažení potravin. Popisovaný indikátor hlídá otevøení dvíøek a po nìkolika sekundách je zaène indikovat pískáním. To má i svùj výchovný efekt, který vede uživatele, pøedevším malé dìti, k tomu, aby se dvíøka otevírala pouze na krátkou dobu. Schéma indikátoru je na obr. 1. K indikaci otevøení dvíøek je použit fototranzistor Ft umístìný do tìsné blízkosti dvíøek, který se vnìjším svìtlem pøi pootevøení dvíøek sepne (indikátor nefunguje, když je v místnosti, ve které je lednièka umístìna, tma). Pokud staèí indikovat až vìtší pootevøení dvíøek, mùžeme fototranzistor umístit k žárovce, která osvìtluje vnitøek chladnièky. Fototranzistor se pak sepne pøi jejím rozsvícení. Sepnutím fototranzistoru se pøivede nízká úroveò L na vstup RESET (vývod 12) IO1. Obvod IO1 je typu 4060 a je to RC oscilátor s binární dìlièkou kmitoètu. Úrovní L na vstupu RESET se uvede oscilátor RC v èinnost. Jeho kmitoèet fo je urèen hodnotami C1 a R2 podle vztahu: fo = 1/(2,3·R2·C1) [Hz; Ω, F] a v tomto zapojení je asi 1,3 kHz. Na výstupu Q13 (vývod 3) IO1 je kmitoèet fo vydìlen èíslem 214, tj. 16 384x. Tzn., že asi po 6,2 s od sepnutí fototranzistoru (po polovinì periody vydìleného kmiotoètu) se na výstupu Q13 objeví vysoká úroveò H a pøes hradlo z diod D2 a D1 se z výstupu oscilátoru RC (z vývodu 10 IO1) vybudí kmitoètem

1,3 kHz piezomìniè Piezo. Pokud bude fototranzistor stále sepnutý, bude mìniè Piezo pískat dalších 6,2 s, pak bude 6,2 s potichu, pak zase bude 6,2 s pískat atd., tj. bude pískat vždy pøi úrovni H na výstupu Q13. Hodnoty souèástek indikátoru jsem zvolil tak, aby zapojení bylo co nejjednodušší a aby dobøe plnilo svùj úèel. Kmitoèet pískání má být v oblasti, ve které má piezomìniè dobrou úèinnost a kde je lidský sluch hodnì citlivý. Aby hradlo s diodami D1 a D2 správnì pracovalo, musí být paralelnì k piezomìnièi pøipojen rezistor R5. Jeho odpor jsem zvolil tak, aby podstatným zpùsobem nezvìtšoval odbìr proudu. Ten je v aktivním stavu asi 1,5 mA (bez proudu Zenerovou diodou D5). Napájecí napìtí doporuèuji co nejvìtší, tj. 13 až 14 V (maximální napájecí napìtí obvodù CMOS je 15 V), aby bylo pískání co nejhlasitìjší. Indikátor však pracuje i s mnohem menším napájecím napìtím. Vhodné a bezpeèné je napájet indikátor destièkovou baterií 9 V. V tom pøípadì vynecháme souèástky C2, C3, R3 a D3 až D5 a baterii pøipojíme místo D5 (kladným pólem nahoru). Nejvýhodnìjší je však napájet indikátor ze sítì, a nic tomu nebrání. Odpadá starost o výmìnu baterie. Nesmíme ale zapomínat, že indikátor pracuje ve vlhkém prostøedí, takže tato varianta je urèena pouze pro zkušené konstruktéry. POZOR NA ÚRAZ ELEKTRICKÝM PROUDEM! Síový pøívod musíme provést velmi peèlivì a musí být co nejkratší. Nejvýhodnìjší je celý indikátor umístit do tìsné blízkosti vnitøní osvìtlovací žárovky, na kterou je pøi-

vádìno síové napìtí. Fázový (L) a nulový (N) vodiè bychom v žádném pøípadì nemìli zamìnit, i když by indikátor fungoval. Pozor na pøípadné použití rozdvojky, která otáèí fázi! Síové napìtí se zmenšuje pøedøadným kondenzátorem C3, který je doplnìn usmìròovaèem s D3, D4 a C2. Velikost napájecího napìtí 13 V urèuje Zenerova dioda D5. Na C3 se neztrácí žádná energie, což je v tomto zapojení podstatné. R3 omezuje pøechodový dìj pøi zapnutí. Kapacita 100 nF kondenzátoru C3 je optimální, nesmíme však již dále zvìtšovat odbìr proudu. Všechny souèástky indikátoru jsou vývodové a jsou pøipájené na DPS s jednostrannými spoji (obr. 2). Fototranzistor Ft je umístìn mimo desku.

Seznam souèástek R1 R2 R3 R4 R5 C1 C2 C3 D1, D2 D3, D4 D5 Ft IO1 Piezo

Obr. 1. Indikátor otevøených dvíøek u chladnièky

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

4,7 MΩ, miniaturní 15 kΩ, miniaturní 680 Ω, miniaturní 680 kΩ, miniaturní 30 kΩ, miniaturní 22 nF/100 V, fóliový 100 µF/16 V, radiální 100 nF/275 VAC (CFAC) KA136 (1N4148) 1N4007 BZX83V013 Zener. dioda 13 V/0,5 W SFH309-5 (fototranzistor) CMOS 4060 KPT1540W (piezomìniè)

Ing. Jiøí Vlèek

Obr. 2. DPS indikátoru (mìø.: 1 : 1)

35

WC automat Popisovaný pøístroj, jehož schéma je na obr. 3, zajišuje automatické ovládání svìtla a ventilátoru na WC. Na výstupní stranì automatu jsou dvì relé. Relé RE1 spíná síové napìtí na svorkovnici K1, ke které je pøipojena lampa (svìtlo) na WC. Druhé relé RE2 spíná síové napìtí na svorkovnici K2, ke které je pøipojen ventilátor. Obì relé mají cívku na napìtí 12 V a jeden výkonový pøepínací kontakt se zatižitelností 250 V (50 Hz)/8 A. V pùvodním prameni je doporuèováno relé Siemens V23057-B2-A101. Na vstupní stranì automatu je svorkovnice K2, na kterou se pøivádí síové napìtí, a ovládací dveøní spínaè S1, kterým se spouští funkce automatu. Kvùli spolehlivosti je S1 tvoøen jazýèkovým kontaktem, který je ovládán malým feritovým permanentním magnetem pøipevnìným na horní hranì dveøí od WC. Jazýèkový kontakt S1 je pøipevnìn na zárubni dveøí tak, aby byl v dosahu magnetu. Pøi zavøených dveøích WC musí být S1 sepnut, po otevøení dveøí se vypne. Pøes odrušovací integraèní èlánek R6, C2 je spínaè S1 pøipojen na vstup hradla IO1B typu 4093, které funguje jako Schmittùv klopný obvod (SKO). V klidovém stavu je svìtlo na WC zhasnuté a ventilátor nepracuje. Chceme-li WC použít a otevøeme-li dveøe, S1 vypne, výstup hradla IO1B pøejde z úrovnì H do L, derivaèní èlánek R7, C11 vygeneruje krátký exponenciální impuls úrovnì L a na výstupu hradla

IO1D se objeví krátký pravoúhlý impuls úrovnì H. Tímto impulsem se spustí kyv monostabilního klopného obvodu (MKO) IO2A typu 4538. Dobu kyvu lze nastavit trimrem P1 v rozmezí asi 1 až 100 s. Po dobu kyvu je na výstupu MKO na vývodu 6 IO2A úroveò H a pøes invertor IO1A a tranzistor T1 je aktivováno relé RE1. Kontaktem RE1 je zapnuto svìtlo. Pozn. red.: Podle katalogovch listù IO 4538 by do série s èasovacím trimrem P1 mìl být zapojen rezistor s odporm minimálnì 5 kΩ, aby vývod RC MKO nemohl být nikdy pøipojen pøímo na kladnou napájecí sbìrnici. Po skonèení kyvu MKO IO2A svìtlo zhasne, a je WC obsazeno, nebo ne. Pokud by se doba svícení 100 s ukázala krátkou, je možné ji až nìkolikrát prodloužit zvìtšením odporu trimru P1 (až na 2,5 MΩ) a kapacity kondenzátoru C3 (až na 1 000 µF, pozor na svodový proud!). Vzestupnou hranou na výstupu 6 IO2A je se zpoždìním asi 10 s, daným integraèním èlánkem R3, C5, spuštìn kyv druhého MKO IO2B. Bìhem kyvu tohoto MKO je pøes tranzistor T2 aktivováno relé RE2 a jeho kontaktem je zapnut ventilátor. Dobu kyvu lze nastavit trimrem P2 opìt od asi 1 do asi 100 s. Podobnì jako u MKO IO2A (viz pøedchozí poznámka) by mìl být do série s P2 zapojen rezistor s odporem alespoò 5 kΩ. Když pøi opouštìní WC znovu otevøeme dveøe, vygeneruje se na výstupu hradla IO1D další kladný impuls. Pokud však ještì svítí svìtlo, je na vstupu 9

hradla IO1C úroveò H (pøivádìná z výstupu 6 MKO IO2A pøes integraèní èlánek R2, C4) a impulsem úrovnì H na vstupu 8 IO1C se na výstupu 10 IO1C vytvoøí impuls úrovnì L, kterým se MKO IO2A vynuluje a jeho kyv se ukonèí. Svìtlo však nezhasne okamžitì, protože díky zpožïovací funkci èlánku R2, C4 je relé RE1 ještì nìkolik sekund aktivováno. Zpoždìní zhasnutí lze pøípadnì prodloužit zvìtšením kapacity kondenzátoru C4. Výhodou použitého zapojení WC automatu je to, že svìtlo na WC zhasne a ventilátor se zastaví, i když napø. pøi høe dìtí zùstanou dveøe WC pootevøené. WC automat je napájen napìtím +12 V z vnitøního síového stabilizovaného zdroje. Zdroj je klasický, obsahuje síový transformátor TR1, mùstkový usmìròovaè DB1, vyhlazovací kondenzátor C1 a tøísvorkový stabilizátor IO3. Síové vinutí TR1 je chránìno pojistkou F1. Aby jednotlivé IO pøípadnì nekmitaly, je napájecí sbìrnice +12 V dùkladnì blokována kondenzátory C7 až C10. Souèástky WC automatu jsou umístìny na desce s jednostrannými plošnými spoji, která je uvedena v pùvodním prameni. Deska je vestavìn do dobøe izolované plastové skøíòky. Vzhledem k tomu, že na desce se vyskytuje síové napìtí, je nutné pøi oživování a instalaci dbát všech pøíslušných bezpeènostních pøedpisù. Nejvhodnìjší je pøi oživování pøipojit desku k síti pøes oddìlovací transformátor. Elektor 7-8/1999

Obr. 3. WC automat

36

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

Obr. 4. Spínaè pumpy pro filtr v akváriu

Spínaè èerpadla pro filtr v akváriu Zkušený akvarista bìhem krmení ryb vypíná èerpadlo pro filtraci vody, aby se krmivo proudìním vody nerozptýlilo po celém akváriu a nezaneslo filtr. Tomu, aby se po nìjaké dobì, až ryby krmivo sežerou, nezapomìlo èerpadlo filtru opìt zapnout, pøedchází dále popisovaný spínaè, který èerpadlo po pøednastaveném èasovém intervalu zapne automaticky. Schéma spínaèe èerpadla je na obr. 4. Základem zapojení je monostabilní klopný obvod (MKO) s èasovaèem 555 (IO1). V klidu je na výstupu Q IO1 úroveò H, tranzistor T2 je sepnutý a relé RE1 je aktivováno. Pøes sepnutý spínací kontakt relé je pøivádìno síové napìtí z pøívodní svorkovnice K1 na výstupní svorkovnici K2 a èerpadlo (pumpa), které je pøipojené ke svorkovnici K2, je v provozu. Zapnutí èerpadla indikuje zelená (G) LED D1. Chceme-li èerpadlo vypnout, stiskneme tlaèítko S2 (VYP). Stisknutím tlaèítka se pøivede na nulovací vstup R èasovaèe IO1 úroveò L, èasovaè se vynuluje a výstup Q IO1 pøejde do úrovnì L. Tranzistor T2 vypne, kontakt relé se rozpojí a èerpadlo se zastaví. Zastavení èerpadla indikuje èervená (R) LED D2, která je buzena z výstupu Q IO1 pøes invertor s tranzistorem T1. Po uvolnìní tlaèítka S2 zùstane výstup Q IO1 v úrovni L, ale zaène kyv MKO. Po okonèení kyvu pøejde výstup Q IO1 opìt do úrovnì H, relé se aktivuje a èerpadlo zaène pracovat. Doba kyvu je urèena hodnotami souèástek C1, R3 a P1 a trimrem P1 ji lze nastavit v rozmezí asi 1 až 9 minut. K èasovaèi IO1 je pøipojeno ještì tlaèítko S1 (ZAP). Jeho stisknutím se kyv MKO okamžitì ukonèí a èerpadlo se ihned rozbìhne. Tímto tlaèítkem zapínáme èerpadlo tehdy, když nechceme èekat, až se po nastavené dobì zapne automaticky. Místo dvou tlaèítek mùžeme pro ovládání spínaèe èerpadla použít koléb-

kový tøípolohový pøepínaè ON-OFF-ON, který má stabilní støední polohu a letmé obì krajní polohy ZAP a VYP. Pøístroj je napájen ze sítì vlastním zdrojem s transformátorem TR1, s mùstkovým usmìròovaèem s diodami D4 až D7 a s vyhlazovacím kondenzátorem C3. Nestabilizovaným napìtím asi 14 V odebíraným pøímo z vyhlazovacího kondenzátoru je napájeno relé RE1. Napìtí pro èasovaè je stabilizováno a zmenšováno na asi 12 V Zenerovou diodou D3. Pøístroj má malý pøíkon a ze sítì odebírá pøibližnì 2 W, takže nás ani jeho trvalý provoz finanènì nezruinuje. Konstrukce spínaèe èerpadla není v pùvodním prameni blíže specifikována. Relé RE1 má cívku na napìtí 12 V a jeden výkonový pøepínací kontakt se zatižitelností 250 V (50 Hz)/8 A. Ostatní souèástky jsou zcela bìžné. Pøi stavbì, oživování a používání musíme mít na pamìti, že se jedná o síové zaøízení, vše musí být dùkladnì izolováno a musíme se øídit všemi pøíslušnými bezpeènostními pøedpisy. Z toho dùvodu, i když je zapojení jednoduché, není stavba vhodná pro zaèáteèníky. Elektor 7-8/1997

Èítaè pøíchozích telefonních volání I uživatele pevné linky nìkdy zajímá, kolik lidí mu telefonovalo bìhem jeho nepøítomnosti. V takovém pøípadì si mùže zhotovit dále popisovaný èítaè, který po každém marném vyzvánìní zvýší svùj stav o jednièku. Stav èítaèe indikuje øádka desíti LED v kódu jedna z devíti. Pøed zaèátkem èítání je nutné èítaè vynulovat tlaèítkem RESET. Schéma èítaèe pøíchozích telefonních volání je na obr. 5. Telefonní linka s vodièi a, b je pøipojena na svorkovnici K2. Stejnosmìrné napìtí z linky je oddìleno kondenzátorem C2. Pøi vyzvánìní teèe støídavý vyzvánìcí proud kondenzátorem C2 a rozsvìcí infraLED v optoèlenu OPT1. Záporné pùlvlny vyzvánìcího proudu obcházejí optoèlen diodou D14. Zenerovy diody D12 a D13 vytváøejí pásmo necitlivosti pro støídavé signály s mezivrcholovým rozkmitem menším než asi ±13 V, aby optoèlen nereagoval na rušivé signály na lince. Pøi vyzvánìní se aktivovanou infraLED budí fototranzistor v optoèlenu, který spíná a vybíjí kondenzátor C3.

Obr. 5. Èítaè pøíchozích telefonních volání

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

37

Kondenzátor C3 je nabíjen pøes rezistor R3. Nabíjecí proud je natolik malý, že napìtí na C3 zùstává v úrovni L i v mezerách mezi jednotlivými zvonìními v jedné vyzvánìcí sérii. Když vyzvánìní skonèí, napìtí na C3 se asi za 5 s zvìtší natolik, že pøejde do úrovnì H. Napìtí z C3 je pøivádìno na taktovací vstup CLK pìtistupòového Johnsonova èítaèe 4017 (IO1). Vzestupnou hranou signálu na C3 vzniklou ukonèením vyzvánìní se stav èítaèe zvýší vždy o jednièku. Pøed zapoèetím sledování poètu volání èítaè vynulujeme tlaèítkem S1 (RESET). Po vynulování jsou všechny LED zhasnuté. Po prvním vyzvánìní pøejde èítaè do stavu jedna a rozsvítí se LED D1 a D2. LED D1 pak svítí trvale a indikuje, že bylo vyzvánìno. Ostatní LED D2 až D10 nesou informaci o tom, kolikrát bylo vyzvánìno. Po druhém vyzvánìní pøejde èítaè do stavu dva, zhasne D2 a rozsvítí se D3. Po dalších vyzvánìních se postupnì jednotlivì rozsvìcejí LED D4 až D10. Po devíti vyzvánìních se úrovní H pøivedenou z výstupu Q9 na vstup ENA zablokuje taktovací vstup CLK a èítání se ukonèí. Èítaè si tedy mùže zapamatovat nejvýše devìt vyzvánìní, což je však zcela urèitì dostateèný poèet. Èítaè je napájen z vnìjšího zdroje pøes svorkovnici K1 hrubì stabilizovaným ss napìtím 9 V. Dioda D11 chrání obvody èítaèe pøi pøepólování napájecího napìtí. Nakonec je nutné zdùraznit, že není legální pøipojovat tento èítaè k veøejné telefonní síti. Elektronika Praktyczna 3/2006

Zesilovaè k telefonnímu zvonku Na obr. 6 je schéma výkonového zesilovaèe signálu telefonního zvonku. Výstupem zesilovaèe mùžeme budit žárovku s pøíkonem 100 W i více nebo nìjakou hlasitou síovou sirénu. Pak nepøeslechneme slabé zvonìní telefonu ani v hluèném prostøedí. Svìtelnou indikaci zvonìní ocení i nedoslýchaví lidé. Též je výhodné odpojit zvonek a indikovat zvonìní žárovkou v pøípadì, když máme malé dìti a nechceme, aby se pøi zvonìní telefonu probudily. Zapojení zesilovaèe je velmi jednoduché. Vodièe a a b telefonní linky jsou pøes oddìlovací kondenzátor C1 a usmìròovaè s diodou D2 pøipojeny na vstup polovodièového relé (SSR = So-

lid State Relay) IO1 typu S202T02, které pøi budicím proudu 8 mA je schopné pøi síovém napìtí 230 V/50 Hz spínat v nule støídavý proud až 2 A. Pøi zvonìní se vybudí vstup SSR a rozsvítí se žárovka Z1 pøipojená k síti pøes jeho výstup. Uvedený typ SSR dodává napø. GM Electronic. Zenerova dioda D2 vede proud v opaèné pùlvlnì než D1 a spolu s rezistorem R1 omezuje rušivé impulsy. LED D3 zmenšuje citlivost polovodièového relé, aby nespínalo bìž-

Elektor 7-8/2006

Mìøicí technika Generátor funkcí s jedním rozsahem 20 Hz až 25 kHz V souèasné dobì se generátory funkcí konstruují se speciálními integrovanými obvody (napø. XR2206 apod.). Tyto IO umožòují plynule ladit kmitoèet v rozmezí zhruba 1 :10, takže pro pokrytí akustického pásma 20 Hz až 20 kHz musí mít generátor tøi pøepínatelné kmitoètové rozsahy (20 až 200 Hz, 200 Hz až 2 kHz a 2 až 20 kHz). Generátor funkcí, jehož schéma je na obr. 7, má ponìkud složitìjší zapojení než generátor se speciálními IO, ale nepotøebuje pøapínaè rozsahù, protože je plynule pøeladitelný od 20 Hz až do 25 kHz. Výhodné je i to, že v nìm jsou použity bìžné univerzální integrované obvody - operaèní zesilovaèe (OZ) LF351 a NE5532 a analogové spínaèe 4066, takže jej lze zhotovit i ze „šuplíkových“ zásob. Základem generátoru je nf oscilátor, který se skládá z komparátoru s OZ IO1, analogových spínaèù IO2A až IO2C a integrátoru s OZ IO3. Kmitoèet oscilátoru se pøelaïuje potenciometrem P2. Rezistory R7 a R6 urèují dolní a horní mez rozsahu pøeladìní. Aby bylo ladìní dostateènì jemné, musí být P2 precizní desetiotáèkový, v nouzi však postaèí i bìžný logaritmický. OZ IO3 má mezi výstup a invertující vstup zapojen integraèní kondenzátor C3, který se nabíjí a vybíjí proudem tekoucím rezistorem R10. Neinvertující vstup OZ IO3 je pøipojen k bìžci ladicího potenciometru P2 pøes odporový dìliè R11, R12 s dìlicím pomìrem 1/2, takže na obou vstupech OZ IO3 je vždy polovina napìtí z bìžce P2. Vstup integrátoru (levý vývod rezistoru R10) se pøipojuje buï spínaèem IO2C na zem,

Obr. 6. Zesilovaè k telefonnímu zvonku

38

nými rušivými signály z telefonní linky. Výstup SSR je chránìn varistorem R3. Spínaè je galvanicky spojen se sítí, a proto musí být vestavìn do dobøe izolované plastové skøíòky. Pøi jeho stavbì, oživování i provozu musí být dodržovány pøíslušné bezpeènostní pøedpisy. Stejnì jako v pøedchozím pøípadì platí, že neschválené zaøízení se nesmí pøipojovat k veøejné telefonní síti.

nebo spínaèem IO2A na bìžec ladicího potenciometru P2. V obou pøípadech leží na rezistoru R10 napìtí, jehož velikost je rovna polovinì napìtí z bìžce P2, pøièemž znaménko tohoto napìtí závisí na tom, který ze spínaèù je sepnut. Integraèní kondenzátor C3 je tedy nabíjen i vybíjen stejnì velkým proudem, takže sklon obou hran trojúhelníkového napìtí na výstupu OZ IO3 je (až na znaménko) shodný. Díky tomu má trojúhelníkový signál na výstupu OZ IO3 støídu 1 : 1. Na nízkých kmitoètech je ladicí napìtí z bìžce P2 srovnatelné se vstupní napìovou nesymetrií OZ IO3, která pak ovlivòuje støídu výstupního signálu. Proto je k OZ IO3 pøipojen trimr P3, kterým lze vstupní napìovou nesymetrii vykompenzovat. Trimr P3 se pøi oživování generátoru nastavuje tak, aby pøi naladìném kmitoètu 20 Hz mìl trojúhelníkový signál na výstupu OZ IO3 støídu pøesnì 1 : 1. Analogové spínaèe IO2C a IO2A jsou ovládány obdélníkovým signálem z výstupu komparátoru s OZ IO1. Tøetí analogový spínaè IO2B spolu s rezistorem R8 slouží jako invertor ovládacího signálu pro spínaè IO2C. Ètvrtý nevyužitý spínaè IO2D je ošetøen uzemnìním všech svých vývodù. Omezovaè s rezistorem R9 a Schottkyho diodou D3 zabraòuje tomu, aby se z výstupu komparátoru nedostávalo na ovládací vstupy spínaèù pøíliš velké záporné napìtí. Komparátor má hysterezi, která je zavedena rezistorem R4. Na vstup komparátoru se pøes odporový dìliè se souèástkami R1, P1a R3 pøivádí trojúhelníkový signál z výstupu integrátoru. Trimrem P1 se nastavuje rozhodovací úroveò komparátoru v rozmezí pøibližnì ±3 až ±7 V. Maximální rozhodovací úroveò omezují Zenerovy diody ZD1 a ZD2. Když je výstup komparátoru IO1 v kladné saturaci (ve vysoké úrovni H), je sepnut spínaè IO2A, z bìžce P2 teèe pøes R10 proud smìrem do vstupu integrátoru a napìtí na výstupu integrátoru lineárnì klesá. Když dosáhne výstupní napìtí integrátoru záporné rozhodovací úrovnì komparátoru, pøeklopí se výstup komparátoru do záporné saturace (do nízké úrovnì L), následkem èehož vypne spínaè IO2A a sepne spínaè IO2C. Pøes R10 pak

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

Obr. 7. Generátor funkcí s jedním rozsahem 20 Hz až 25 kHz teèe proud smìrem ze vstupu integrátoru do zemì a napìtí na výstupu integrátoru lineárnì stoupá. Když napìtí na výstupu integrátoru dosáhne kladné rozhodovací úrovnì komparátoru, pøeklopí se výstup komparátoru zpìt do kladné saturace a napìtí na výstupu integrátoru zaène klesat. Celý dìj se neustále opakuje, takže oscilátor kmitá. Trojúhelnikový signál z integrátoru se upravuje na sinusový tvarovaèem s OZ IO4A. Tvarovaè pracuje na principu nelineární záporné zpìtné vazby zavedené diodami D4 až D13. Co nejdokonalejší tvar sinusovky se seøizuje podle osciloskopu trimry P1 a P4. Prùbìh výstupního signálu generátoru funkcí se volí pøepínaèem S1. Obdélníkový signál se odebírá z výstupu komparátoru, trojúhelníkový signál z výstupu integrátoru a sinusový z výstupu sinusového tvarovaèe. Za pøepínaèem je zaøazen lineární potenciometr P5 pro ovládání amplitudy signálu a zesilovaè s OZ IO4B s napìovým zesílením asi 3x, který zvìtšuje rozkmit výstupního signálu až na ±10 V. Signál z OZ IO4B se vede na výstupní svorky generátoru J4 a J5 pøes rezistor R21, který urèuje výstupní impedanci generátoru asi 680 Ω. Generátor funkcí je napájen ze síového zdroje stabilizovaným symetrickým napìtím ±15 V, které se pøivádí na napájecí svorky J1 až J3. Obì vìtve napájecího napìtí jsou blokovány keramickými kondenzátory C6 až C9, které mají být zapojeny co nejblíže k napájecím vývodùm pøíslušných OZ, a elektrolytickými kondenzátory C10 a C11. Pøi koneèném seøizování generátoru kromì nastavení všech trimrù, o kterém již byla zmínka, též èítaèem kmitoètu zmìøíme rozsah pøeladìní a pøípadnì ho upravíme zmìnou odporù rezistorù R6 a R7. Elektor 7-8/1997

Napájecí zdroj pro mìøení elektronek Zabývá-li se nìkdo vážnì stavbou elektronkových zaøízení, napø. pro elektroakustiku, nevyhne se potøebì zjišovat parametry elektronek, aby mohl posoudit jejich stav a párovat je. U mnoha elektronek také nejsou v katalogu dostateènì podrobné údaje potøebné pro návrh navazujících obvodù, takže tyto charakteristické vlastnosti je nutné zmìøit. Pro pohodlné a rychlé mìøení a testování elektronek byl proto zhotoven popisovaný napájecí zdroj, jehož schéma je na obr. 8. Zdroj je urèen pøedevším pro práci s nepøímožhavenými elektonkami používanými v nf zesilovaèích. Na svorkách zhav. poskytuje støídavé žhavicí napìtí 6,3 a 12,6 V, žhavicí proud mùže být až 5 A. Na svorkách g2 poskytuje stabilizované napìtí +150 nebo +250 V pro napájení druhých møížek pentod. Na svorce g1 poskytuje stabilizované regulovatelné napìtí 0 až -150 V pro napájení první møížky. Toto napìtí se jemnì ovládá desetiotáèkovým potenciometrem a mìøí se ruèkovým voltmetrem MI2 s rozsahy 30 a 150 V. Na svorkách a, a1 a a2 poskytuje zdroj stabilizované regulovatelné napìtí 0 až +300 V pro napájení anody. Anodový proud mùže být až 150 mA. Svorky a1 a a2 jsou urèeny pro napájení anod dvojitých elektronek a pøipojují se ke svorce a pøes pøepínaè S2, kterým volíme první nebo druhý promìøovaný dílèí systém elektronky. Anodové napìtí se ovládá druhým desetiotáèkovým potenciometrem a mìøí se ruèkovým voltmetrem MI2 s rozsahem 300 V. Anodový proud se mìøí ruèkovým ampérmetrem MI1 s rozsahy 15 a 150 mA. Poslední svorka k, g3 je uzemnìná a je urèena pro pøipojení katody a pøípadnì tøetí møížky

pentody. K této svorce jsou vztažena napìtí na svorkách g2, g1 a a. Doplòkem zdroje je pøípravek s objímkami pro používané typy promìøovaných elektronek (napø. heptal, noval, magnoval, americký oktal, L-oktal apod.). Kontakty se stejnými èísly všech objímek jsou navzájem propojeny a jsou vyvedeny na zdíøky umístìné na pøípravku. Pøi mìøení urèité elektronky pak vyhledáme v katalogu zapojení její patice a pøíslušné zdíøky pøípravku propojíme laboratorními kablíky s odpovídajícími svorkami (zdíøkami) napájecího zdroje tak, aby správné žhavicí napìtí bylo pøivedeno na žhavicí vlákno, anodové napìtí na anodu atd. Takovéto pøipojování elektronky ke zdroji je ponìkud pracné, ale je naprosto univerzální a pøi omezeném poètu typù elektronek do nf zaøízení je pøijatelné. Zapojení napájecího zdroje je co nejjednodušší. Základem zdroje je síový transformátor TR1, který si musíme navinout nebo upravit z nìjakého staršího síového transformátoru pøevinutím sekundárních vinutí. Též mùžeme využít nìkolik menších transformátorù z elektronkových pøijímaèù - jejich síová vinutí spojíme paralelnì a ze sekundárních vinutí odebíráme potøebná napìtí. Velikosti sekundárních napìtí transformátoru nejsou pøíliš kritické, je však nutné jim pøizpùsobit provozní napìtí vyhlazovacích kondenzátorù C1 a C2, odpory a zatižitelnost pøedøadných rezistorù R11 a R7 ve stabilizátorech se Zenerovými diodami a popøípadì hodnoty dalších souèástek. Sekundární napìtí pro usmìròovaè anodového napìtí však nesmí být pøíliš velké, aby nebyly ohroženy stabilizaèní tranzistory T1 a T3. Síové napìtí se pøivádí na primární vinutí TR1 pøes pomalou tavnou pojistku F1 (2 A) a dvoupólový síový spínaè S5.

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

39

Obr. 8. Napájecí zdroj pro mìøení elektronek Obì žhavicí sekundární vinutí 6,3 V/ /5 A a 6,3 V/5 A jsou pøimo vyvedena na žhavicí svorky zhav. Ze sekundárního vinutí 120 V/50 mA je napájen zdroj napìtí pro první møížku g1. Napìtí usmìrnìné mùstkem DB1 a vyhlazené kondenzátorem C1 je stabilizováno Zenerovou diodou ZD5 na velikost -150 V. Desetiotáèkovým potenciometrem P1 pøipojeným paralelnì k ZD5 se stabilizované napìtí ze ZD5 reguluje v rozmezí 0 až -150 V. Bìžec P1 je pøímo vyveden na svorku g1. Zdroj je velmi mìkký a smí být zatìžován proudem maximálnì nìkolika mA. Vzhledem k tomu, že první møížka neodebírá žádný proud, je to vyhovující. Napìtí na svorce g1 se mìøí voltmetrem s ruèkovým mìøidlem MI2, které se k této svorce pøipojuje páèkovým pøepínaèem S1 pøepnutým do polohy Ug1. Mìøicí rozsahy voltmetru 30 a 150 V jsou urèovány pøedøadnými rezistory Rp2 a Rp1 a volí se páèkovým pøepínaèem S3. Mìøidlo MI2 je magnetoelektrický mikroampérmetr s rozsahem 100 až 500 µA, odpory rezistorù Rp1 a Rp2 vybereme podle skuteèných parametrù použitého mìøidla MI2. Ze sekundárního vinutí 260 V/200 mA je napájen zdroj napìtí pro anodu a a druhou møížku g2. Napìtí usmìrnìné mùstkem DB2 a vyhlazené kondenzátorem C2 je stabilizováno sériovì zapojenými Zenerovými diodami ZD1 až ZD3 na velikosti +150, +250 a +300 V. LED D1 indikuje zapnutí zdroje. Napìtí +150 V ze ZD3 je vyvedeno pøes rezistor R10 na svorku g2 (+150 V) pro napájení druhých møížek napìových (nevýkonových) pentod. Napìtí +250 V ze ZD2 je vyvedeno pøes emito-

40

rový sledovaè s tranzistorem T3 na svorku g2 (+250 V) pro napájení druhých møížek výkonových pentod. Pozn. red.: podle názoru redaktora je emitorový sledovaè s T3 nespolehlivý, protože pøi zkratu svorky g2 (+250 V) na zem (na svorku k, g3) je zkratový proud znaèný a T3 se pravdìpodobnì znièí druhým prùrazem. Lepší by bylo zapojit emitorový sledovaè pro napájení g2 podobnì, jako je v tomto zdroji zapojen emitorový sledovaè s tranzistorem T1 typu N-MOSFET a proudovou pojistkou s T2 ve vìtvi napájející anodu. Napìtí +300 V ze ZD1 je regulováno v rozmezí 0 až +300 V desetiotáèkovým potenciometrem P2 a slouží pro napájení anody. Napìtí z bìžce P2 je pøivádìno na svorku a pøes emitorový sledovaè s tranzistorem N-MOSFET T1, který dovoluje svorku a zatížit proudem až 150 mA. Tranzistor T1 musí být dùkladnì chlazen. Zkratový proud ze svorky a na zem je omezován na asi 200 mA proudovou pojistkou s boèníkem R3 a tranzistorem T2. Proti pøepìtí mezi emitorem a øídicí elektrodou bìhem zkratu je T1 chránìn Zenerovou diodou ZD4. Výkonový tranzistor MOSFET je pro regulaci velkého napìtí velmi vhodný, protože na rozdíl od bipolárních tranzistorù má dostateènì širokou oblast spolehlivého provozu (SOAR = Safe Operating ARea) a i pøi kolektorovém napìtí øádu stovek voltù mùže regulovat proud øádu stovek mA (pokud je dostateènì chlazen). Anodové napìtí se mìøí voltmetrem s ruèkovým mìøidlem MI2, které se k anodové vìtvi pøipojuje páèkovým pøepínaèem S1 pøepnutým do polohy Ua (300 V). Mìøicí rozsah voltmetru

300 V je nastaven pøedøadným rezistorem Rp3, jehož odpor urèíme podle skuteèných parametrù mìøidla MI2. Anodový proud se mìøí ampérmetrem s ruèkovým mìøidlem MI1, které mùže být stejného typu jako mìøidlo MI2. Rozsahy ampérmetru 15 a 150 mA se volí páèkovým pøepínaèem S4 a jsou nastaveny boèníky Rb1a Rb2. Odpor tìchto boèníkù urèíme podle parametrù použitého mìøidla MI1. Dioda D2 chrání mìøidlo pøi nadmìrném proudu. Napájecí zdroj je vestavìn do ploché kovové skøíòky, která musí být spojena s ochranným vodièem PE síového pøívodu. Všechny ovládací a indikaèní prvky i výstupní svorky jsou umístìny na pøedním panelu. Tato konstrukce je urèena vyspìlým amatérùm, kteøí umìjí pracovat se síovým napìtím a s relativnì vysokým anodovým napìtím. Musí si též vìdìt rady s úpravou hodnot souèástek v závislosti na skuteèných velikostech sekundárních napìtí síového transformátoru, s výkonovým dimenzováním rezistorù a s chlazením tranzistorù. Elektronika Praktyczna 10/2005

Konstrukèní elektronika A Radio - 4/2007

Hledáme autory pro Konstrukèní elektroniku na pøíští roky. Nabídnìte redakci pøíspìvky týkající se stavby zajímavých pøístrojù. Postaèí i kratší èlánky, které nemusí vyplnit celý rozsah èísla. Výkresy i text mohou být „od ruky“, sami je upravíme do tiskové podoby. „Jací budou autoøi, takový bude i èasopis!“