Główna O nas Kontakt Projekty Timer NE555 ST6 Realizer Historia Linki

SONDA LOGICZNA na ST62T20

Krzysztof Górski

Jest to kolejne rozwiązanie jednego z najpotrzebniejszych i najważniejszych narzędzi dla elektronika amatora, który zajmuje się techniką cyfrową gdzie uruchomienie układu bez sondy logicznej jest utrudnione. Chociaż już na ten temat dużo już powiedziano i napisano warto zapoznać się i z tą konstrukcją, wykorzystującą mikrokontroler. Sondy logiczne dokonują pomiarów ( wskazań ) dwóch (trzech) wartości logicznych 1 i 0 ( stan wysokiej impedancji, obszar zabroniony). Sygnałem o wartości logicznej 1 jest zazwyczaj napięcie bliskie napięciu zasilania +5V ( dokładniej 2,0...5V) a dla sygnału o wartości logicznej 0 napięcie bliskie zeru (0....0,8V) rys1.

Jest to tzw. logika dodatnia, w której napięcie jedynki jest wyższe niż napięcie zera. Jest ona powszechnie stosowana przy opisie działania cyfrowych układów. Jak zauważyliście obszar sygnału 0 od obszaru sygnału 1 oddzielony jest trzecim obszarem zwanym zabronionym. Rozdzielenie strefy logicznej jedynki od strefy logicznego zera powoduje zwiększenie odporności na zakłócenia układów cyfrowych. W przypadku gdyby tego obszaru nie było każde zakłócenie, które dodało by się do np. do wartości napięcia wyjściowego 0,8V odpowiadającemu stanowi niskiemu identyfikowane było by jako logiczne jeden. W literaturze jako oznaczenia stanów logicznych obok 1 i 0 stosuje się litery H i L są to pierwsze litery pochodzące od angielskich słów HIGH i LOW ( wysoki i niski). Naprawdę prosta konstrukcja i niewielka liczba elementów powoduje to że koszt wykonania jest niewielki a pożytek z użytkowania dość duży. Najwięcej pracy przy konstruowaniu zabrało napisanie programu na mikrokontroler. Plik wynikowy hex ma wielkość około 1kb. Stworzony został przy pomocy programu Realizer, który jest dostępny na stronie internetowej firmy http://www.actum.com. W układzie zastosowałem mikrokontroler z rodziny ST62 typu ST62T10. Układ sondy możemy podzielić na trzy podstawowe bloki rys 2:

• obwód pomiarowy

• mikrokontroler

• wyświetlacz.

Ze względu na to że w mikrokontrolerze możemy wykorzystać przetwornik analogowo cyfrowy zdecydowałem się na wykonanie układu z jego zastosowaniem. Do obwodu pomiarowego dołączony jest grot którym dotykamy miejsca pomiaru. Tak jak już wspomniałem zastosowałem mikrokontroler ST62T10 który jest sercem układu dokonując pomiaru stanów i wyświetlenie wyniku pomiaru na wyświetlaczu. Zasilanie dostarczamy z zasilacza zewnętrznego o napięciu +5V .

Co nasz układ sondy logicznej umożliwia ?

Przede wszystkim dokonuje pomiaru logicznej jedynki i zera, oraz stanu wysokiej impedancji. Niewiele funkcji ale dla naszych potrzeb całkowicie to wystarczy i na razie nie powinniśmy sobie zaprzątać bardziej skomplikowanymi układami. Układ i tak już został skomplikowany zastosowaniem mikrokontrolera. Zastosowanie mikrokontrolera umożliwia nam wykonanie układu o wielu dodatkowych możliwościach ograniczonych naszą fantazją. Program dla mikrokontrolera użytego w modelu jest skromny, ale jest możliwość “software-owej” rozbudowy naszego programatora.

Na rys 3 przedstawiony jest schemat ideowy całego układu. Wyjścia PA0-PA3 oraz PB0-PB4 mikrokontrolera sterują bezpośrednio diody wyświetlacza ośmiosegmentowego LED skonfigurowane jako wyjścia push pull output . Rodzaj wyjścia zależy od zastosowanego rodzaju wyświetlacza LED. W naszym modelu zastosowany został wyświetlacz z wspólną katodą. Wyprowadzenia mikrokontrolera sterują bezpośrednio następującymi segmentami wyświetlacza LED.

PA0 – G

PA1 – F

PA2 – D

PA3 – E

PB0 – C

PB1 – A

PB2 – B

Wyprowadzenie PB3 włączające próbnik jest skonfigurowane jako wejście Input with pullup podanie na niego stanu niskiego powoduje rozpoczęcie działanie sondy logicznej ponowne naciśnięcie powoduje wyłączenie. PB7 skonfigurowane jest programowo jako wejście przetwornika analogowo cyfrowego. Standardowo rezonator kwarcowy X1 jest podłączony do wyprowadzeń 3 OSCin i 4OSCout mikroprocesora. Końcówka TIMER 2 oraz NMI 5 podłączone są do plusa zasilania rezystorami R1, R2 o wartości 3k9. Wyprowadzenie Vpp/TEST powinno być zwarte do masy układu. Na wyprowadzeniu PB7 rezystorami R3 i R4 ustalone jest napięcie o wartości 0,8V. Wartość obydwu rezystorów należy dobrać ale o tym w dalszej części artykułu.

Działanie układu: Program mikrokontrolera działa na podstawie prostego algorytmu którego schemat przedstawiony jest na rysunku 4.

źródło programu

Po włączeniu zasilania jak każdy system mikroprocesorowy nasz mikrokontroler przechodzi proces restartu.

Resetu stanowi dość istotna sprawę w każdym mniej lub bardziej złożonym systemie mikroprocesorowym. Układ resetu ma do spełnienia dwie zasadnicze funkcje: zapewnienie pracy oscylatora dopiero po ustabilizowaniu się napięcia zasilającego mikroprocesor, ustalenie minimalnego napięcia zasilania po przekroczeniu którego układ powinien zostać ponownie resetowany. Najprostszym reset realizowany jest przy użyciu kondensatora i rezystora. Nie jest to jednak najlepszy Reset mogą wystąpić przy konstruowaniu problemy z doborem wartości pojemności i rezystancji. Układ Resetu tego typu cechuje się pewną bezwładnością, co przy chwilowym zaniku napięcia zasilającego może nie wykonać poprawnego Resetu.

W naszym układzie do restartu wykorzystałem specjalizowany układ DS1831 rys 5 który w sposób idealny przeprowadza cały proces restartu mikrokontrolera.

Po wykonanym restarcie program mikrokontrolera jest w stanie START i oczekuje na zdarzenie POMIAR. Zdarzenie to nastąpi w chwili podania niskiego stanu na wyprowadzeniu PB3 mikrokontrolera, program przechodzi w stan POMIAR. Na wyświetlaczu LED palą się trzy poziome kreski określają one stan wysokiej impedancji na wejściu sondy. Podanie na wejście stanu wysokiego czyli napięcia powyżej 2V powoduje wyświetlenie cyfry 1. Jeżeli na wejście podamy napięcie niższe niż 0,8V powoduje to wyświetlenie cyfry 0.

Jeżeli chcemy zakończyć prace z naszą sondą należy ponownie nacisnąć przycisk, zaistnieje wtedy warunek KONIEC który zakończy działanie programu i wygasi wyświetlacz LED.

Montaż i uruchomienie : Przed przystąpieniem do montażu należy zgromadzić wszystkie niezbędne elementy, mikrokontroler należy zaprogramować programatorem opisanym w EH3/99 lub też nabyć zaprogramowany z oferty EH. W tym układzie nie mamy do czynienia z dużą ilością rezystorów oraz półprzewodników które musimy dokładnie sprawdzić przed zamontowaniem mimo że były kupione w sklepie. Do tego celu możemy się posłużyć dowolnym miernikiem uniwersalnym który ma opcje sprawdzania tranzystorów. Starajmy się wprowadzić nawyk sprawdzania każdego elementu przed zamontowaniem jego w płytce drukowanej naprawdę warto! Płytkę należy wykonać według mozaik przedstawionej na rys 6 oraz na wkładce wewnątrz numeru. Do wykonania płytki możemy użyć folii transferowej TES. Jest to stosunkowo prosta metoda zapewniająca dość dobrą jakość druku. Po wykonaniu lub otrzymaniu płytki należy dokładnie sprawdzić połączenia na płytce drukowanej. Następnie możemy przystąpić do wlutowywania poszczególnych elementów układu. Zacznijmy więc od wlutowania podstawki pod procesor, następnie rezystory, kondensatory, na samym końcu półprzewodniki. Przy wlutowywaniu elementów należy zwrócić uwagę na odpowiednie umieszczenie końcówek podzespołów w płytce. Generalnie półprzewodnikowe elementy lutujemy krótko dobrze nagrzaną lutownicą nie za dużej mocy. Najlepiej użyć małej lutownicy kolbowej o mocy rzędu 15 – 40W. Specjalnie o tym przypominam gdyż przegrzewanie jest zmorą początkujących kolegów elektroników, którzy tak długo lutują że aż odchodzi ścieżka obwodu drukowanego.

Procesor raczej powinien być osadzony na płytce drukowanej w podstawce, nie warto robić oszczędności na drobnych ale ważnych elementach. Najlepiej użyć podstawki precyzyjnej zapewniającej pewne połączenie wyprowadzeń mikrokontrolera z dalszą częścią układu.

Jako grotu możemy użyć starej połamanej igły krawieckiej o dość dużych rozmiarach. Igłę przylutowujemy na samym końcu procesu montażu sondy logicznej. Część grotu możemy pokryć koszulką termokurczliwą która zabezpieczy przed ewentualnymi niekontrolowanymi zwarciami pomiędzy punktami w badanym układzie. Do miejsca oznaczonego na płytce drukowanej masa dolutowujemy przewód z krokodylkiem. Zmontowany układ najlepiej nie umieszczać w jakiejkolwiek obudowie. Całość strony druku należy pokryć lakierem lub farbą.

W przypadku zastosowania wyświetlacza z wspólną anodą należy dokonać odpowiednich zmian na płytce drukowanej polegających na dołączeniu wspólnej anody do plusa zasilania oraz na programowym skonfigurowaniu wyjścia jako open drain podczas pisania programu.

Montaż układu nie powinien zająć zbyt wiele czasu. Po wlutowaniu wszystkich elementów i sprawdzeniu poprawności montażu możemy przystąpić do kończącego nasze dzieło procesu uruchamiania. Z uruchomieniem próbnika nie powinno być żadnych kłopotów. Po osadzeniu mikrokontrolera w podstawce i po włączeniu zasilania układ powinien od razu działać bez żadnej regulacji. Tak jak widzimy sonda logiczna jest niewątpliwie urządzeniem dość tanim ze względu na niewielką ilość elementów, ciekawym, prostym, funkcjonalnym, które nie powinno sprawiać kłopotów przy budowie i uruchamianiu nawet początkującemu elektronikowi. Powodzenia!