ELETTRONICA IN Rivista mensile, anno IV n. 31 ...Palmare, bicanale, studiato espressamente per i...

Elettronica In - luglio agosto ‘98 1

ELETTRONICA IN Rivista mensile, anno IV n. 31 LUGLIO AGOSTO 1998

Direttore responsabile:Arsenio SpadoniResponsabile editoriale:Carlo VignatiRedazione:Paolo Gaspari, Sandro Reis,Francesco Doni, Andrea Lettieri,Angelo Vignati, Alberto Ghezzi,Alfio Cattorini, Antonella Mantia,Andrea Silvello, Alessandro Landone,Marco Rossi.

DIREZIONE, REDAZIONE,PUBBLICITA’:VISPA s.n.c.v.le Kennedy 9820027 Rescaldina (MI)telefono 0331-577982telefax 0331-578200Abbonamenti:Annuo 10 numeri L. 64.000 Estero 10 numeri L. 140.000Le richieste di abbonamento vannoinviate a: VISPA s.n.c., v.le Kennedy98, 20027 Rescaldina (MI)telefono 0331-577982.Distribuzione per l’Italia:SO.DI.P. Angelo Patuzzi S.p.A.via Bettola 18 20092 Cinisello B. (MI)telefono 02-660301telefax 02-66030320Stampa:Industria per le Arti Grafiche Garzanti Verga s.r.l.via Mazzini 1520063 Cernusco S/N (MI)Elettronica In:Rivista mensile registrata presso ilTribunale di Milano con il n. 245 il giorno 3-05-1995.Una copia L. 8.000, arretrati L. 16.000(effettuare versamento sul CCP n. 34208207 intestato a VISPA snc)(C) 1996 VISPA s.n.c.Spedizione in abbonamento postale45% - Art.2 comma 20/b legge 662/96Filiale di Milano.

Impaginazione e fotolito sono realizzatiin DeskTop Publishing con programmiQuark XPress 3.3 e Adobe Photoshop3.0 per Windows. Tutti i diritti di riprodu-zione o di traduzione degli articoli pub-blicati sono riservati a termine di Leggeper tutti i Paesi. I circuiti descritti suquesta rivista possono essere realizza-ti solo per uso dilettantistico, ne è proi-bita la realizzazione a carattere com-merciale ed industriale. L’invio di artico-li implica da parte dell’autore l’accetta-zione, in caso di pubblicazione, deicompensi stabiliti dall’Editore.Manoscritti, disegni, foto ed altri mate-riali non verranno in nessun caso resti-tuiti. L’utilizzazione degli schemi pubbli-cati non comporta alcuna responsabi-lità da parte della Società editrice.

SOMMARIO

CONTROLLO AMBIENTALE AUDIO GSMPer ascoltare a distanza, tramite la rete cellulare GSM, tutto quantoviene detto all’interno di un’abitazione o di una vettura, anche inmovimento e distante centinaia di chilometri.

58

VOLTMETRO CON MICRO Z8Adatto per alimentatori e pannelli di controllo, visualizza su undisplay a led a 3 cifre il valore di tensione presente all’ingresso.Utilizza un solo integrato, un microcontrollore della Zilog.

49

ANTICALCARE ELETTRONICOEvita l’accumulo di calcare negli apparecchi che riscaldano l’acqua.Il campo elettromagnetico generato polarizza le particelle insospensione evitando che si depositino all’interno delle tubature.

43

CORSO DI PROGRAMMAZIONE PER PICImpariamo a programmare con la famiglia di microcontrollori PICdella Microchip caratterizzata da una grande flessibilità d’uso e dauna estrema semplicità di impiego. Undicesima puntata.

65

Iscrizione al Registro Nazionale dellaStampa n. 5136 Vol. 52 Foglio

281 del 7-5-1996.

Mensile associatoall’USPI, Unione StampaPeriodica Italiana

TRASMETTITORE ALTA POTENZAPalmare, bicanale, studiato espressamente per i sistemi con codificaMM53200/UM86409 a 433,92 MHz. Dispone di una potenza di uscitaRF di quasi 1 W che consente di attivare qualsiasi ricevitore a notevoledistanza garantendo una portata minima di 400÷500 metri.

29

PROGRAMMATORE DI EEPROM SERIALIHardware e software per leggere e scrivere nelle memorie ad accessoseriale di uso più comune:quelle ad I2C-bus della serie 24Cxx.

9 ANTIFURTO AD ENERGIA SOLARECentralina antifurto a microcontrollore alimentata mediante un pannellosolare ed una batteria in tampone: ideale per proteggere ambientisprovvisti di rete elettrica quali garage, box, roulotte eccetera.

37

SERRATURA CON CHIP CARDChiave di accesso con uscita a relè che utilizza una chip card da 416bit opportunamente programmata.

19

73 ALIMENTATORE SWITCHING REGOLABILEElevatissimo rendimento grazie all’impiego della tecnologia switching.Eroga una tensione compresa tra 1,5 e 15 volt con una corrente mas-sima di 5 ampère.


Un po’ tutti sappiamo come realizzare un sistemad’allarme per proteggere la casa, il negozio o il

magazzino dando per scontato di avere a disposizionela corrente elettrica: già, perché quando pensiamoall’antifurto evidente-mente abbiamo intesta un circuito elet-tronico più o menocomplesso, dotatodi questo o di quelsensore, e di uncerto numero diattuatori qualisirene, lampeggian-ti, ecc. Se invece ci tro-viamo di fronte all’esi-genza di proteggereun locale dove nonarriva la rete did i s t r i b u z i o n edell’ENEL le cosevanno un po’ diversamente: se, ad esempio, abbia-mo un box, una roulotte parcheggiata, una casa isolata,o qualcos’altro che potrebbe essere nel mirino dei ladri,

come facciamo? La soluzione più naturale (per noi oper lui?) sarebbe un cane da guardia bello e robusto chetuttavia richiederebbe troppe attenzioni, certamente piùdi quelle necessarie a far funzionare un sistema tradi-zionale. Pertanto dobbiamo prevedere ancora un anti-

furto elettronico, ma occorre trovarne uno che fun-zioni anche senza la corrente, alme-

no quella della reteENEL. Un vali-do esempio lotrovate in que-ste pagine,nelle quali pro-poniamo il pro-

getto di una cen-tralina monobloc-

co alimentata daun pannello solare e

da una batteria semprein carica (almeno quando c’è

il sole...) che provvede quando fabuio. L’elemento sensore previsto è un P.I.R. stan-

dard con contatto normalmente chiuso, mentre persegnalare lo stato di allarme utilizziamo una mini

SICUREZZA

Centralina a microcontrollore alimentata mediante un pannello solare ed unabatteria in tampone: ideale per proteggere ambienti in luoghi sprovvisti

di rete elettrica quali garage, box, roulotte, ecc. Dispone di un sensoread infrarossi passivi e viene attivato a distanza mediante radiocomando.

di Paolo Gaspari

ANTIFURTOAD ENERGIA

SOLARE

sirena piezoelettrica ad altissima resa.Il tutto si accende e si spegne a distan-za tramite un radiocomando codificatoche garantisce un buon grado di sicu-rezza e che permette non solo di deci-dere l’attivazione e la disattivazione delcircuito, ma anche (con il secondocanale) di azionare una lampada a 12volt. Bene, detto questo andiamo adanalizzare il circuito vero e propriocosì da capire come funziona: notateinnanzitutto che per semplificare almassimo il dispositivo abbiamo previ-sto l’impiego di un microcontrollore(U3) a cui fanno capo tutte le funzionilogiche della scheda. Il micro in ogget-to (è il primo progetto che realizzia-mo con tale chip) è un PIC12C508 pro-dotto dalla Microchip caratterizzato daun contenitore a 4+4 piedini. Si trattadi un dispositivo con architettura ad 8bit che integra una CPU di tipo RISC(Reduced Instruction Set CPU) console 33 istruzioni a singola parola, ese-guibili ciascuna in un ciclo di clock (1µsec); dispone di un oscillatore princi-pale che lavora con una semplice reteR/C interna alla frequenza fissa di 4MHz, ha uno stack a due livelli, 7 regi-stri per funzioni speciali, un timer/divi-sore ad 8 bit, una logica di reset all’ac-censione, ed un watch-dog. Per lacomunicazione con l’esterno impiega 5piedini, tre dei quali possono essereadibiti ad altre funzioni. Vediamo dun-que come viene utilizzato nell’antifur-to, analizzando il circuito nel comples-so. Dopo l’accensione o comunqueappena fornita la tensione di alimenta-zione, vengono inizializzati gli I/O, edi piedini 2 e 3 divengono input (diver-samente sarebbero configurati rispetti-vamente come ingressi per l’oscillatoreesterno; nel nostro caso viene inveceabilitato l’oscillatore ad R/C imple-mentato nel micro stesso) e lo stessoaccade al 4 (GP3/MCLR/Vpp) mentre5, 6 e 7 (rispettivamente GP2, GP1 eGP0) sono settati come uscite. Allapartenza del programma questi ultimisono posti a zero logico, quindi i tran-sistor T3 e T4 si trovano entrambiinterdetti; il pin 7 resta invece a livelloalto. Lo stato dell’ingresso relativo alpin 4 viene ignorato, quindi qualunquecosa accada davanti al sensore ad infra-rossi passivi non interessa il microcon-trollore. Il software gira nella condizio-ne di standby, ovvero di antifurto spen-

10 Elettronica In - luglio agosto ‘98

Tra i nuovi nati in CasaMicrochip, il componente acui abbiamo affidato lagestione della nostra cen-tralina antifurto è certa-mente uno dei più semplici disponibili attualmente sul mercato: è basato suun’architettura ad 8 bit, impiega una CPU RISC con un set di sole 33 istru-zioni (32 delle quali eseguibili in un ciclo di 1 microsecondo) incorpora 7 regi-stri per funzioni speciali ed uno stack-register a due livelli, e si programmaserialmente. Per il clock dispone di un oscillatore R/C interno che può esseresettato in fase di programmazione, ma in alternativa può avere la solita reteesterna di controllo basata su un quarzo, oppure può essere sincronizzato conun generatore esterno. Ogni istruzione è a 12 bit, mentre per i dati il formatoè ovviamente ad 8 bit. Il tutto sta in un contenitore ad 8 pin DIL (4 per lato)di tipo plastico per la versione OTP e ceramico per quella finestrata(EPROM). L’alimentazione di 2,5÷5,5 V si applica tra il piedino 1 (positivo)e l’8 (massa); quanto agli altri pin, il 6 ed il 7 sono rispettivamente GP1 eGP0, cioè due I/O dei sei disponibili. Gli altri 4 svolgono più funzioni, e pos-sono servire da ingressi o uscite a seconda della programmazione fatta: vedia-mo perché. Il pin 2 è l’I/O GP5 quando viene utilizzato l’oscillatore R/C inter-no, altrimenti diviene un ingresso di clock: più precisamente, se si imposta ilfunzionamento con l’oscillatore interno ed un quarzo esterno è uno dei puntia cui connettere il quarzo stesso, nonché un condensatore da 22÷27 pF versomassa (piedino 8); in tal caso l’altro pin è il 3 (altrimenti usato come quintoI/O, GP4) da connettere anch’esso a massa con un condensatore di capacitàanaloga. Usando invece un clock esterno il piedino 2 diviene l’ingresso di sin-cronismo a cui applicare il relativo segnale, mentre il 3 è libero di essereimpiegato come input o output. Quanto al 4, costituisce il quarto I/O (GP3) masolo nel normale uso: in programmazione è invece l’ingresso per la Vpp; fun-ziona anche da reset (MCLR negato, ovvero attivo a zero logico) quando nonbasta il gestore interno (Power-On-Reset). Notate che tale piedino ha interna-mente una resistenza di pull-up. Infine, il pin 5 (I/O GP2) serve per bloccare

il timer/divisore (ad 8 bit) del clock interno, se postoad 1 logico. Il flow-chart in basso rappresenta il

software scritto per consentire alPIC12C508 di gestire al meglio la nostracentralina antifurto.

il microcontrollore PIC12C508

to, fino a quando non riceve i segnali diattivazione dal ricevitore del radioco-mando. Quest’ultimo è la parte di cir-cuito compresa tra l’antenna ANT e ipiedini 2 e 3 dell’U3, ed è composto


schema elettrico

da far attivare o disattivare la centralinasolamente a chi ha un preciso TX e nonda altri. La logica di funzionamentodella sezione radio è la seguente: quan-do si preme uno dei pulsantini delminitrasmettitore bicanale (uno serveper accendere e spegnere, l’altro perattivare/disattivare manualmente l’u-scita a cui risulta collegata la lampadaa 12V) viene inviato un codice digitalecontenente l’impostazione dei 9 bit dicodifica dell’encoder; l’antenna rice-vente capta il segnale radio e lo mandaall’ingresso dell’ibrido U5, che è ilBC-NBK a 433,92 MHz dell’Aurel.Questo componente è un completoricevitore superrigenerativo a bassoconsumo, ed al piedino 14 fornisce unsegnale analogo a quello inviato dal TXportatile, opportunamente squadrato eripulito; essendo accordato a 433,92MHz richiede che si utilizzi un tra-smettitore operante sulla stessa fre-quenza, ovviamente codificato

sostanzialmente dal modulo ibrido U5e dal decoder Motorola MC145027 checonsente di decifrare i comandi in arri-vo dall’apposito trasmettitore portatilecodificato a base MC145026 in modo

Motorola MC145026. Il segnale digita-le passa dal piedino 14 al 9 dell’U4:quest’ultimo è il decoder MC145027ed è particolare perché a differenza delpiù noto MC145028 consente di realiz-zare radiocomandi a più canali (teori-camente 16) da solo, dato che usa sola-mente i primi 5 bit per il codice (indi-rizzo) ed i restanti 4 per i dati. Ciò vuoldire che inviandogli un segnale con unencoder MC145028 esso si attiva sola-mente se i suoi primi 5 bit di codificacombaciano con i primi cinque dell’en-coder stesso; attivandosi presenta sugliultimi 4 bit (dati, ovvero D6, D7, D8,D9) lo stato degli address 6, 7, 8, 9 delcodificatore, fermo restando che puòriconoscere solamente valori binari,cioè 0 ed 1. Quindi gli ultimi 4 bit delTX devono sempre essere disposti alivello alto o basso, e pertanto i relatividip-switch non vanno messi in posizio-ne centrale. Va anche notato che aseguito della ricezione di un codicevalido il piedino 11 (VT=ValidTransmission) commuta da zero ad 1logico per tutta la durata del segnale eper un ulteriore breve tempo determi-nato dai valori di R20 e C6; allo scopoè necessario che pervengano due tra-smissioni consecutive entro il time-out.E’ proprio il pin 11 che ci interessamaggiormente per la gestione delradiocomando: infatti il microcontrol-lore verifica il suo stato e capta ogniimpulso a livello alto; quando lo regi-stra va a guardare la condizione dell’u-nico bit di dati usato nel circuito (cioèil piedino 12) per vedere quale funzio-ne è richiesta. Infatti quest’ultimo pin èil nono bit dell’encoder, che nei mini-trasmettitori con MC145026 è collega-to solitamente ai pulsanti: uno di essidetermina lo stato logico 1, l’altro lozero. Quindi il PIC12C508 legge duelinee di uscita dell’MC145027 per veri-ficare se il radiocomando richiede l’at-tivazione/ spegnimento, oppure il con-trollo della lampada; ad ogni commuta-zione del pin 11 del decoder, ovveroalla ricezione di un segnale valido, faaccendere per qualche istante il ledLD1, ponendo a zero logico il propriopiedino 7. Con il canale 1 (zero logicoal pin 12) si comanda l’antifurto vero eproprio, mentre con il secondo (piedino12 a livello alto) si agisce sullo statodella lampada: entrambi i canali fun-zionano in modo bistabile, nel senso


che il microcontrollore è programmatoper mantenere una condizione dopo laricezione del relativo comando.Pertanto nel caso dell’attivazione/spe-gnimento della centralina, l’arrivo diun impulso positivo sul piedino 3 edello zero logico al 2 determina l’ac-censione permanente; una condizioneanaloga, ovvero un secondo impulsosul pin 3, forza la disattivazione stabile,e così via. Riguardo all'uscita lampada,il discorso è un po’ lo stesso: un impul-so positivo sul piedino 3 e il livello altosul 2 forzano l’accensione della lampa-da, mentre una nuova condizione ana-loga determina lo spegnimento.Insomma, pigiando una volta il pulsan-tino del canale 1 si accende l’antifurto,mentre la volta successiva lo si disatti-va; premendo il tasto del secondo cana-le una volta si fa accendere la lampadi-

na e la volta dopo la si spegne. Notateche sono state previste due segnalazio-ni acustiche per la conferma della rice-zione dei comandi diinserimento/disattivazione della centra-lina: attivandola viene comandata lasirena per circa un secondo, il che èottenuto mandando a livello alto il pie-dino 6 del microcontrollore per lo stes-so tempo e facendo condurre T3; disat-tivandola invece la medesima uscitadell’U3 pulsa tre volte, alimentandosolo per brevi istanti T3 e facendoemettere alla sirena tre beep consecu-tivi. Bene, vediamo adesso come fun-ziona il microcontrollore in allarme,fermo restando che bisogna prima averdato il comando di attivazione, altri-menti resta a riposo ignorando lo statodel piedino 4: quindi, a centralina acce-sa viene monitorata l’uscita (A) del

La centralina antifurto proposta in questo articolo è alimentata da una batte-ria ricaricata da un pannello solare, dispone di un rivelatore ad infrarossi pas-sivi, radiocomando codificato a 243 combinazioni, sirena e lampeggiante.Riportiamo di seguito le principali caratteristiche:- Gestione a microcontrollore 8 bit;- Circuito completamente a stato solido;- Alimentazione a 12V mediante batteria;- Ricarica batteria con pannello solare e regolatore elettronico di tensione e

fine carica;- Assorbimento a riposo di 15 mA (sola centralina);- Comando a distanza a due canali per attivazione separata della centralina

e, in qualunque momento, dell’uscita lampada;- Codifica radiocomando di tipo Motorola MC145026/MC145027 a 243

combinazioni;- Portata radiocomando di circa 50 metri;- Sirena per segnalazione allarme (30 sec.) e generazione dei suoni di attiva-

zione e spegnimento antifurto;- Uscita supplementare per il controllo di una lampada a 12V;- Ingresso sensori N.C. verso il positivo: +5÷12 volt a riposo, 0V in allarme;

adatto a rivelatori P.I.R. e contatti reed purché collegati tra +12V e IN.

caratteristiche tecniche

1 +5V2 Ground3 Antenna7 Ground11 Ground13 Test point14 OUT15 +5 V

il ricevitore BC-NBK


sensore ad infrarossi passivi, che a ripo-so si trova a livello alto (circa uguale alpotenziale del punto +) mentre assumelo zero quando viene rilevata una per-sona o altro in movimento; la resisten-za R13 e il diodo Zener DZ1 limitano latensione a più o meno 5 volt, altrimentiil microcontrollore verrebbe danneg-giato, dato che il P.I.R. funziona con i12V della batteria. Lo stato logicobasso che si viene a creare sul pin 4 fascattare la routine di allarme; in questocaso il micro provvede a portare a livel-lo alto il piedino 6 e vi resta per circa30 secondi, mandando in saturazione iltransistor T5 e facendo così alimentarela sirena esterna: quest’ultima iniziacosì a suonare. Contemporaneamenteviene azionato il timer interno al microa cui è affidata la gestione dell’uscitaper il lampeggiatore: il piedino 5 del

microcontrollore presenta un segnalerettangolare della frequenza di circa 1Hz, con il quale pilota T4 mandandoloora in saturazione, ora in interdizione,con la cadenza di 1 ciclo al secondo; ilrisultato è che la lampadina a 12V col-legata tra i punti marcati LUCE lam-peggia con pari frequenza. Esauriti i 30secondi, tutto torna a riposo, a menoche la linea A non si trovi ancora alivello basso: in questo caso riprendeun ciclo uguale a quello appena descrit-to. Tutto questo è il funzionamentodella centralina antifurto vera e propria;passiamo ora ad analizzare lo stadio dialimentazione ad energia solare conbatteria-tampone. Abbiamo previsto unpannello solare da 2 o 4 watt con ten-sione massima di uscita di circa 16÷18volt e corrente di 110÷220 milliampère,applicato ai punti di ingresso + e - PAN.

Nel nostro antifurto viene utilizzato un tra-sduttore sonoro di tipo piezoelettrico carat-terizzato da dimensioni ridotte (43 x 43 x59 mm) e da una potenza sonora, misurata

in aria libera ad 1 metro di distanza, di ben105 dB. L’alimentazione può essere compresa

tra 6 e 12 volt con un assorbimento di 200 mA.

la sirena piezoelettrica

il sensore ad infrarossi passiviPer rilevare la presenza di persone all’interno di una certa zona è stato

previsto l’impiego di un sensore P.I.R. standard per impianti antifurto. Per ilnostro prototipo abbiamo utilizzato il modello FR79 della Futura Elettronica.Questo sensore, interamente realizzato con componenti SMD ed approvato daitest UL in relazione ai disturbi RFI e EMS, rileva lo spostamento di personefino a 20 metri di distanza, con un angolo di copertura massimo di 180°. Il

sensore viene fornito con quattro lenti intercambiabili che consentono di adattarlo ad ogni esigenza di copertura: 20°, 110° o 180° con altezze di

montaggio variabili tra 1 e 2,5 metri.

SOLARE. Per controllare lo stato dicarica della batteria abbiamo imple-mentato nel circuito un regolatore elet-tronico che serve a stabilizzare la ten-sione fornita dal pannello e a limitarel’afflusso di corrente quando la batteriarisulta completamente carica. Questoregolatore è realizzato con l’ausiliodell’operazionale U1 e del mosfet T1:il primo funziona da comparatore conisteresi e riceve al piedino invertente unriferimento di 5 volt esatti (prelevatidall’uscita del 7805 U2) ed al non-invertente il potenziale portato da untrimmer e prelevato dalla linea princi-pale dopo il diodo D1. L’R11 va taratoper ottenere sulla batteria da 12,5 a 13volt, quindi fatta la regolazione se latensione si abbassa oltre tale limite ilpiedino 1 assume il livello basso ed iltransistor T2 va in saturazione alimen-tando il gate del mosfet; questi condu-ce collegando a massa il negativo delpannello. Viceversa, se la batteria è suf-ficientemente carica la tensione si alzadecisamente e il piedino 3 dell’opera-zionale diviene più positivo del 2, il chemanda a livello alto l’uscita (piedino 1)lasciando interdire il T2; adesso ai capidella R7 non cade alcuna differenza dipotenziale ed il mosfet T1 non ha pola-rizzazione sul gate, pertanto resta ininterdizione: il pannello solare vieneisolato da massa e non carica più nulla,lasciando che il circuito venga alimen-tato dalla batteria. Concludiamo ladescrizione dello schema parlando pro-prio della batteria: va collegata ai punti+ e - BATTERIA con la polarità indi-cata, ed il fusibile FUS1 provvede aproteggerla da eventuali cortocircuiti;inoltre impedisce il danneggiamentodel pannello solare nel caso si dovesse-ro unire accidentalmente i due filidestinati ad essa. Infine, il diodo D1serve per evitare che la corrente che ali-menta il circuito si scarichi sul pannel-lo solare quando il pannello stesso nonrisulta illuminato dal sole; se non cifosse, la sera e la notte si perderebbebuona parte dell’energia immagazzina-ta dalla batteria durante il giorno.Notate ancora che a riposo il tuttoassorbe meno di 30 milliampère: 15sulla scheda e altrettanti da parte delsensore P.I.R. tipo FR79. Bene, passia-mo adesso a vedere come si costruisceed in che modo si usa l’antifurto mono-blocco, così chiamato perché una volta


COMPONENTI

R1: 220 KohmR2: 10 OhmR3: 100 KohmR4: 10 KohmR5: 4,7 KohmR6: 4,7 KohmR7: 10 KohmR8: 47 KohmR9: 330 KohmR10: 33 KohmR11: 22 Kohm

trimmer M.O.

R12: 18 KohmR13: 15 KohmR14: 10 KohmR15: 10 KohmR16: 10 KohmR17: 22 KohmR18: 22 KohmR19: 47 KohmR20: 220 KohmR21: 1 KohmC1: 1 µF 25 VL

elettroliticoC2: 1000 µF 16 VL

elettrolitico

C3: 100 nF multistratoC4: 100 nF multistratoC5: 470 µF 16 VL elettroliticoC6: 100 nF multistratoC7: 22 nF multistratoC8: 100 nF multistratoD1: 1N5408D2: 1N4007D3: 1N4007DZ1: Zener 5V 1/4 WLD1: led rosso 5 mm.T1: BUZ11T2: BC557BT3: IRF540

T4: BDX53CU1: TL072U2: 7805U3: PIC12C508 (MF231)U4: MC145027U5: modulo Aurel BC-NBK

Varie:- zoccolo 4+4 pin (2 pz.);- zoccolo 8+8 pin;- portafusibile da CS;- morsettiera 2 poli (4 pz.);- morsettiera 3 poli;- circuito stampato (cod. S231).

il cablaggio del circuito antifurto

preparato andrà assemblato preferibil-mente in un solo contenitore che ospi-terà tutto e che resterà indipendente,soprattutto dalla rete. Per il circuito dibase è stata prevista una basetta stam-pata che dovrete realizzare per fotoin-cisione, preferibilmente ricavando lapellicola dalla traccia del lato rameillustrata in questa pagina a grandezzareale; inciso e forato lo stampato mon-tate su di esso dapprima le resistenze ei diodi al silicio, badando alla polaritàindicata per questi ultimi. Poi inserite esaldate gli zoccoli per gli integrati (4+4pin per il doppio operazionale ed ilmicrocontrollore, 8+8 piedini perl’MC145027) rispettando, per quantoriguarda l’orientamento, di rispettare leindicazioni del piano di cablaggio.Realizzate i ponticelli fissi usandoavanzi di terminali dei componentiappena saldati, mentre per quelli corti,che servono all’impostazione del codi-ce, potete realizzarli in seguito. Passate

Tracciarame, in

dimensionireali) dellabasetta uti-lizzata per

realizzare ilnostro pro-

totipo.

quindi ai condensatori (attenzione allapolarità degli elettrolitici) ed ai transi-stor, per i quali è previsto il verso dimontaggio indicato nei disegni; siste-mate il portafusibile 5x20 con il relati-vo fusibile, e poi il regolatore integrato

7805, che deve stare con il lato metalli-co rivolto all’esterno della basetta. E’poi la volta del led LD1, il cui catodosta dalla parte smussata del contenitore,ed infine del modulo ibrido BC-NBK(U5) che entrerà nei relativi fori soltan-


Per alimentare il nostro circuito abbiamo utilizzato un piccolo pannello solare che misura appena 395 x 140 x 25 mm, realizzato da un’unica cellaracchiusa in una cornice plastica e protetta da un vetrofrontale. Il dispositivo è dimensionato per lavorare con batterie a 12V ed è ingrado di fornire una potenzamassima di 2W. Il pannello nonè a tenuta stagna, quindi qualora venga posizionato all’aperto, oltre ad essereorientato opportunamente, dovràessere protetto dalla pioggia.

il pannello solare amorfo da 2 watt

to in un verso, quello corretto. Per leconnessioni con l’esterno (pannellosolare, batteria, uscite e sensore P.I.R.)è bene montare apposite morsettiereper circuito stampato a passo 5 mm.Fatte tutte le saldature verificate cheogni cosa sia al proprio posto, poi pro-curatevi una sirena ad alta efficienza edi basso consumo (piezoelettrica) unabatteria a 12V, ed un sensore radar adinfrarossi passivi standard per impiantiantifurto, possibilmente alimentabile a12 volt e provvisto di contatto normal-mente chiuso o di uscita solid-state (atransistor) che a riposo si trovi a livellologico alto e che assuma lo zero o siapra in allarme. Collegate dapprima ilP.I.R. ai suoi punti, badando alla pola-

to avrete il circuito sotto tensione,anche se di fatto dovrà restare a riposofino a che non lo attiverete con il radio-comando. Non resta che connettere ilpannello solare ai rispettivi morsetti,badando alla polarità indicata nei dise-gni: rammentate che ne occorre uno daalmeno 2 watt, anche se sarebbe meglioda 4W per garantire una carica piùrapida della batteria durante la giorna-ta, tanto più se l’allarme interviene fre-quentemente. Il pannello va sistematosopra il contenitore dell’intera centrali-na oppure, collegato mediante due fili,in un luogo dove prenda bene il sole: adesempio sul tetto o su un terrazzo. Peril ricevitore del radiocomando è neces-saria un’antenna accordata a 433,92

rità dell’alimentazione, quindi connet-tete con due fili la sirena (attenzioneanche in questo caso alla polarità...) epoi collegate con appositi morsetti ecavetti la batteria, che deve essere pre-feribilmente carica: da questo momen-

MHz, da connettere al punto ANT:basta al limite uno stilo, oppure unospezzone di filo di rame rigido lungo17 cm saldato alla piazzola che porta alpiedino 3 dell’ibrido U5. Usandoun’antenna esterna conviene fare il col-

legamento con cavetto schermato coas-siale, adoperando il conduttore centraleper connettere l’antenna vera e propriacon la presa ANT, e la maglia metallicaper la massa (sul lato dello stampato edeventualmente sul piano, se avete unaground-plane). Notate inoltre che sericorrete allo spezzone di filo doveteevitare di chiudere la centralina in uncontenitore metallico. Concludiamoquesta fase pratica dedicando ancoraqualche riga al sensore di ingresso:abbiamo previsto il classico radar I.R.da sistemi antifurto fissi, quindi funzio-nante a 9÷15 volt e provvisto di uscitanormalmente chiusa; il relativo contat-to elettromeccanico N.C. va collegatoda un lato al positivo di alimentazione(punto +, ovvero il positivo della suamorsettiera) e dall’altro ad uno deimorsetti di uscita (INSTANT) in mododa avere quest’ultimo normalmente alivello alto. Se per qualunque ragione ilsensore P.I.R. scatta perché rileva lospostamento di una persona nel proprioraggio d’azione, oppure viene staccatodalla scatola e si sconnette il filo d’u-scita, il punto A non riceve più i 12 volte torna a zero logico, il che provoca lacondizione di allarme. Quanto alla sire-na, ne occorre una funzionante a 12volt c.c. che assorba poca corrente:deve quindi essere dotata di un trasdut-tore piezoelettrico caricato e non di unaltoparlante comune, perché comunqueè indispensabile che in funzionamento,cioè quando suona, non richieda al cir-cuito più di 150÷200 milliampère.Ultima cosa: al morsetto LUCE puòessere collegata una lampada di qua-lunque tipo purché a 12V; è in ognicaso consigliabile limitare la potenza anon più di 10 watt, altrimenti in caso diallarme la batteria si scarica alla svelta.

IL COLLAUDO

Dopo che avete montato e controllatobene il tutto, prima di inserire il circui-to in un contenitore togliete per unistante l’alimentazione (staccate i fili +della batteria e del pannello solare) edecidete che codice dovete impostare:allo scopo avete a disposizione 5 ponti-celli da fare tra i piedini 1, 2, 3, 4, 5,dell’MC145027 e massa oppure versoil positivo; potete anche lasciarli aperti.Insomma, sceglierete tra un massimodi 243 (3 alla quinta) combinazioni.

PER LA SCATOLA DI MONTAGGIOL’antifurto monoblocco è disponibile in scatola di montaggio (cod.FT231K) al prezzo di 58.000 lire. Il kit comprende tutti i componenti, labasetta forata e serigrafata, il micro programmato e la sirena piezoelet-trica; non sono compresi il telecomando di attivazione, la batteria, il pan-nello solare e gli eventuali sensori PIR. Il materiale può essere richiesto a:Futura Elettronica, V.le Kennedy 96, 20027 Rescaldina (MI), tel. 0331-576139, fax 0331-578200. Presso la stessa ditta sono disponibili il teleco-mando di attivazione (cod. TX2CSAW, lire 48.000), il sensore PIR (cod.FR79, lire 54.000), il pannello solare da 12V 2W (cod. A101, lire 84.000).In alternativa a quest’ultimo sono disponibili pannelli solari più potenticome il modello CSB11 (lire 150.000) da 12V 4W e il modello CSB13 (lire280.000) da 12V 12W. Questi ultimi due moduli sono progettati per esse-re installati all’aperto e sono garantiti 5 anni.

minitrasmettitore corrisponde allo statodei pulsantini relativi ai due canali,ovvero è 0 (-) con il primo e 1 (+) conil secondo. Sistemato il tutto richiudeteil piccolo TX e ricollegate alla centrali-na sia la batteria che il pannello solare;il led LD1 deve restare acceso a lucefissa per una decina di secondi.Lasciate magari trascorrere un po’ ditempo affinché la batteria si carichiadeguatamente, quindi riprendete inmano il trasmettitore portatile e preme-te il pulsante di sinistra: deve lampeg-giare il led LD1 dello stampato a con-fermare la ricezione del comando.Inoltre la centralina deve attivarsi, con-dizione evidenziata dall’emissione diuna nota acustica da parte della sirena.Ripremendo lo stesso pulsante deveaccadere il contrario, cioè l’antifurto sispegne: il led LD1 deve dare un altrolampeggìo, mentre la sirena deve suo-nare tre volte in rapida sequenza.Agendo sul pulsante di destra, si con-trolla l’uscita LUCE: se avete collegatouna lampadina da 12 volt questa siaccenderà e spegnerà ogniqualvolta ilpulsante verrà premuto. Per ogni invioda parte del minitrasmettitore il ledLD1 deve illuminarsi per un breveperiodo, analogamente a quanto vistoin precedenza. Torniamo adesso alla funzione di anti-furto vera e propria e proviamo il sen-sore ad infrarossi, che per comoditàdovrete aver puntato con la lente diFresnel rivolta dalla parte opposta aquella dalla quale vi trovate; agite sulpulsante che comanda l’attivazione e lospegnimento e verificate che la sirenaemetta il solito suono breve, quindiattendete qualche istante e passatedavanti al P.I.R. o muovete la vostramano di fronte ad esso: dovrebbe scat-tare l’allarme, cosa evidenziata dall’ac-censione della sirena in modo conti-nuo, che suonerà per circa 30 secondi,e dall’avvio del lampeggìo della lam-padina collegata ai punti LUCE. Inogni momento è possibile disattivaretutto quanto semplicemente premendoancora una volta il solito pulsante giàusato per accendere la centralina: lasirena smette quindi di suonare edemette tre beep, mentre la lampadina sispegne. La situazione si azzera e daadesso per rimettere “in marcia” ilsistema occorre agire nuovamente sulradiocomando.


il dimensionamento del pannello solare

Il nostro antifurto non necessita dell’alimentazione di rete, infatti è stato previ-sto l’impiego di una batteria e di un circuito di ricarica basato su un pannellosolare. Prima di procedere all’acquisto del pannello solare è indispensabile pro-cedere al dimensionamento dello stesso determinando per prima cosa la corren-te totale assorbita dal carico, il tempo di funzionamento richiesto e il periodo diutilizzo. Calcoliamo innanzitutto la corrente giornaliera richiesta dall’antifurtoche risulta uguale a: 30mA x 24ore = 720mA/giorno. A questo punto, occorreconsiderare il coefficiente di ESH (Equivalent Sun Hours, ore di sole equivalen-ti) che esprime nell’arco di una giornata il numero di ore equivalenti alla mas-sima illuminazione. Ad esempio, per il centro Italia l’ESH è di 3 ore: ciò signifi-ca che nell’arco delle 24 ore il pannello fornirà una potenza equivalente a quel-lo che lo stesso pannello fornirebbe se funzionasse nelle condizioni di massimainsolazione per 3 ore. Per l’Italia il valore di ESH varia da un minimo di 2 peril nord ad un massimo di 3,5 per il sud. Inoltre, tale valore è valido se intendia-mo far funzionare l’antifurto tutto l’anno; se, al contrario, l’utilizzo è pretta-mente estivo o primaverile, ad esempio perché l’antifurto viene installato su uncamper utilizzato per le vacanze estive, potremo considerare un valore di ESHpari al doppio di quello sopra indicato. Ritorniamo al dimensionamento e divi-diamo la corrente giornaliera richiesta dall’antifurto per le ore di sole equiva-lenti della zona di installazione, ricaveremo così la corrente che il pannello deveessere in grado di fornire. Supponendo di installare l’antifurto nel centro Italiala corrente del pannello dovrà essere di: 720mA/giorno / 3ore/giorno = 240mA/ora. Occorre quindi un pannello solare con potenza nominale alla massimainsolazione di: 18V x 240mA = 4,32 W. Quindi un pannello da 4 watt sarà piùche sufficiente per tutto l’arco dell’anno mentre per un impiego primaverile-esti-vo potremo utilizzare un pannello da 2 watt. A questo punto, si può dimensiona-re la batteria in funzione dei giorni di autonomia di cui deve poter disporre l’im-pianto ed allo scopo ci si riferisce ad una apposita tabella che unisce la capa-cità della batteria alla latitudine del luogo di installazione dell’antifurto. E’ evi-dente infatti che in prossimità dell’equatore la probabilità che si vada incontro alunghi periodi di scarsa illuminazione è piuttosto bassa; al contrario, avvici-nandosi ai poli, è più probabile che il sole resti oscurato per settimane e setti-mane. Procediamo con l’aiuto della seguente tabella che esprime la latitudinedel luogo di installazione in funzione della riserva di tempo in giorni raccoman-data: da 0° a 30° nord o sud = da 6 a 10 giorni; da 30° a 50° nord o sud = da10 a 12 giorni; da 50° a 60° nord o sud = oltre 15 giorni. Poiché il nostro anti-furto verrà installato nel centro Italia la riserva di tempo raccomandata è di 10giorni e la capacità della batteria risulta pari a: 720mA/giorno x 10giorni =7,2Ah. Anche per il dimensionamento della batteria occorre ricordare che il cal-colo è valido qualora si presuppone di utilizzare l’antifurto per tutti i giorni del-l’anno, in caso contrario, ovvero per un utilizzo prettamente estivo, la capacitàdella batteria può essere dimezzata. Capacità batteria (estate): 7,2Ah / 2 =3,6Ah. Bene, sulla base di queste informazioni ogni lettore potrà procedere aldimensionamento del pannello e della batteria in funzione delle proprie esigen-ze di installazione.

Decisa l’impostazione dei primi 5 bitprendete il vostro minitrasmettitore a433,92 MHz e basato sull’MC145026,apritelo, quindi disponete i primi cin-que dip-switch analogamente ai pin deldecoder MC145027 posto sulla schedadell’antifurto: praticamente se avetelasciato aperti i pin 1, 2, 3, 4, 5, sposta-te in mezzo i primi 5 dip del TX; seavete messo i primi due bit a massa, e

gli altri tre al positivo, disponete i dip 1e 2 sul + (livello alto) ed i 3, 4, 5 sul -(zero logico) ecc. Non curatevi dellacondizione dei restanti tre, cioè delsesto, del settimo e dell’ottavo (il nonomanca perché lo fanno i pulsanti) inquanto per il decodificatore costitui-scono i primi bit di dati, che non ven-gono letti dal microcontrollore: essoguarda soltanto il quarto dato, che nel


Già qualche mese fa abbiamo parlato delle tessere amicrochip, le note chipcard che vengono impiega-

te nei servizi a denaro di banche ed altri istituti, nonchéper utilizzare i diffusissimitelefoni cellulari GSM; cisiamo soffermati sulle caratte-ristiche di un modello in parti-colare, quello basato sullamemoria SLE4404 dellaSiemens contenente 416bit, realizzando per essoun completo sistema di svi-luppo funzionante in abbina-mento ad un PersonalComputer (Elettronica In n. 19)oltre ad una chiave di sicurezzaper PC (fascicolo n. 21). Ora, dopoquesti progetti, vogliamo proporreancora un dispositivo fatto per le tes-sere a base SLE4404, che permetteràdi attivare o disattivare un relè concui comandare elettroserrature diporte, cancelli e tornelli, oppure l’attivazione di sistemid’allarme o rivelatori di presenza. In sostanza si tratta

di una chiave codificata attivabile solamente introdu-cendo nell’apposito lettore una chipcard preventiva-mente programmata: la programmazione si effettuerà

partendo da una tessera vuota cheabbia uno User Code predefinito

(AAAA esadecimale) ememorizzato nella

EEPROM del circuitoprima dell’uso; esami-

neremo più avanti lerelative procedure.

Quanto all’uscitadi controllo, è rea-

lizzata con un semplicerelè che viene eccitato -una

volta inserita la carta giusta- perun tempo facilmente impostabile con

un trimmer, dopodiché ricade tornando a riposo.Entriamo nel vivo dell’argomento andando subito aguardare lo schema elettrico di queste pagine, che cimostra il dispositivo al completo, ovvero l’unità dibase ed il lettore vero e proprio. Vista la complessità

delle funzioni da svolgere abbiamo affidato la gestionedel tutto ad un microcontrollore PIC16C56, che

AUTOMAZIONE

SERRATURAELETTRONICA

CON CHIPCARDChiave di sicurezza con uscita a relè, adatta per comandare elettroserrature

o altri dispositivi di segnalazione presenza, oppure sistemid’allarme: per accedere occorre introdurre nell’apposito connettore una

chipcard opportunamente programmata.

di Carlo Vignati

uscita. La scheda di base è interfaccia-ta con quella, più piccola, che supportail lettore di tessere mediante un connet-tore maschio a 10 poli di tipo AMPMODU-II a passo 2,54 mm.Analizziamo dunque la disposizionedei pin di tale connettore ed il signifi-cato delle linee di controllo: 1 e 2 sonoi contatti per il rilevamento della pre-senza di una chipcard, ovvero quandovengono aperti attivano il sistema; illettore standard deve avere perciò uncontatto normalmente chiuso che siapre inserendovi la carta. L’aperturadei contatti 1 e 2 determina sia l’ali-mentazione del regolatore di tensioneU5, che fornisce i 5 volt stabilizzati allettore stesso (tramite R15), sia l’appli-cazione del livello logico alto al pin 18(RA1) del microcontrollore: in talmodo U4 rileva la presenza della chip-card e si attiva, eseguendo la program-mazione del codice o la lettura ed il


(RST) della chip-card; il 6 (RB1) nonviene utilizzato; il 7 (RB4) coincidecon la linea di clock (CLK) della tesse-ra; il contatto 8 (RB2) è collegato allalinea di I/O della tessera; infine il 9(RB3) e il 10 (RB5) sono connessirispettivamente alle linee T (ingresso ditest) e P (ingresso di controllo) dellatessera. Questo è quanto riguarda il busdi interconnessione tra il microcontrol-lore ed il chip presente nelle tessere chevia-via verranno inserite nel lettore.Vediamo ora come avvengono le duefasi principali di funzionamento, ovve-ro la lettura e la programmazione delle“chiavi”; per logica preoccupiamociprima di quest’ultima, indispensabileper preparare una card ad essere usataper il controllo della nostra serraturaelettronica. La fase si avvia chiudendoil ponticello J1 ed accendendo il circui-to: il led LD1 deve accendersi indican-do la presenza della chipcard. Va nota-

Ecco riassunta l’organizzazione della memoria della chipcard basata sull’SLE4404Siemens. La tabella mostra le possibili operazioni relative a ciascun blocco, fermorestando la configurazione (vedi nota 1) della Frame Memory, e dando per scontato chele operazioni contrassegnate con (2) si possono eseguire a patto che non venga brucia-to il fusibile di protezione. Nella tabella valgono le seguenti convenzioni: BC significache per l’operazione è richiesta l’introduzione dello User Code; in questo caso si badiche FZ indica che all’introduzione del codice è associata la diminuzione di un bit (unità)dell’Error Counter. La sigla RC indica che l’operazione interessata richiede l’introdu-zione del Frame Code, e che comporta inevitabilmente l’aggiornamento (diminuzione diun’unità, ovvero di un passo di ciascun sedicesimo) del Frame Counter (RZ).

chip-card: organizzazione della memoria

Nota (1): i bit degli indirizzi 112 e 113 della Frame Memory configurano la FrameMemory stessa come riportato nella seguente tabella:

BIT112 BIT113 CONFIGURAZIONE SCRITTURA LETTURA1 1 PROM CON BC/FZ SEMPRE0 1 ROM MAI SEMPRE1 0 PROM SEGRETA CON BC/FZ CON BC/FZ0 0 ROM SEGRETA MAI CON BC/FZ

noti che la prima modalità si ottienechiudendo il jumper J1, che deve inve-ce rimanere aperto nell’uso normale. Ilcontatto 4 del connettore porta la lineadi massa al lettore e quindi alla chip-card; il contatto 5 (linea RB6 delmicro) risulta connesso al pin di reset

provvede sia alle fasi di programma-zione delle chipcard, sia alle letture edal funzionamento del timer per il relè di

confronto, a seconda che sia statoimpostato il modo “program” o il nor-male funzionamento. A tal proposito si


schemaelettrico

l’introduzione dello stesso User Codela chipcard diviene inutilizzabile, datoche viene azzerato l’Error Counter.Insomma, è praticamente impossibileattivare la nostra chiave elettronicasenza conoscere i codici d’accesso ointroducendo una tessera qualunque.Vediamo dunque come avviene la pro-grammazione delle card che divente-ranno le chiavi del sistema e che ini-zialmente dovranno essere tutte uguali,vergini e con memorizzato uno UserCode uguale a AAAA in esadecimale.Cominciamo col dire che dopo l’intro-duzione nel lettore bisogna provvedereinnanzitutto alla comparazione delloUser Code, altrimenti non è possibileaccedere alla Frame Memory per scri-vervi il nuovo codice chiave: allo scopoil micro U4 legge lo User Code che sitrova nella memoria EEPROM e loinvia alla chipcard per effettuare lacomparazione. Riguardo a ciò va detto

to che nel nostro caso il codice chiave ècomposto essenzialmente da due parti,che sono lo User Code ed una stringamemorizzata nella Frame Memory: laprima comprende 16 bit, ovvero quat-tro gruppi di 4 bit che vengono rappre-sentati ciascuno sotto forma esadeci-male, e la seconda è pure di 16 bit, cioè4 gruppi rappresentati al solito da cifreesadecimali. Il vero e proprio codice diaccesso alla serratura elettronica è uninsieme di 16 bit registrati nella FrameMemory: tuttavia con le chipcard basa-te sulla SLE4404 Siemens l’accesso inlettura a tale parte di memoria è con-sentito solamente dopo aver introdottoe confrontato lo User Code, ed eccoche perciò i codici-chiave sono sostan-zialmente due. Questo garantisce un’e-levatissima sicurezza contro le effra-zioni da parte di chi volesse accedere alcomando del relè senza conoscere ildoppio codice: infatti la sola Frame

Memory contiene ben 16 bit binari, ilche significa 2 alla 16 (addirittura65.536) combinazioni; senza contare i16 dello User Code, che fanno in totale2 alla 32a, ovvero 4.294.967.296 com-binazioni possibili. Oltre tutto va consi-derato che sbagliando più di tre volte


che il codice di default è AAAA, cioèquesto viene caricato in fase di pro-grammazione dei nostri PIC16C56: diconseguenza è evidente che occorreusare sempre tessere il cui User Codeiniziale sia AAAA (1010 1010 10101010) o in alternativa bisogna disporredi un programmatore come quello pro-posto nel fascicolo n. 19 di ElettronicaIn e, noto lo User Code originario,impostare da computer il nuovoAAAA. Se si introduce una card conUser Code diverso il sistema non potràprogrammarla e dopo tre tentativi larenderà inutilizzabile. Bene, fatta lacomparazione il microcontrollore svol-ge quell’indispensabile operazione diroutine che è l’azzeramento dell’ErrorCounter, ovvero riporta ad 1 tutti i suoitre bit in modo da evitare che ai suc-cessivi accessi e confronti dello UserCode la chipcard divenga inaccessibile.Successivamente cancella anche loUser Code attuale, ovvero programmanella chip-card uno User Code uguale aFFFF esadecimale. A questo punto,viene letto l’User Code disponibilenella EEPROM e trasferito nella tesse-ra. Viene poi letto, in un’altra areadella EEPROM, il codice vero e pro-prio e trasferito nella Frame Memorydella chip-card. I due codici, UserCode personale e codice chiave, sonodisponibili in due diverse aree dellamemoria EEPROM 24C08 implemen-tata sulla scheda. Questa memoria sitrova già programmata (così come ilmicro) nel kit del dispositivo che può

COMPONENTI

R1: 47 KohmR2: 22 KohmR3: 47 KohmR4: 220 Kohm

trimmer MOR5: 22 KohmR6: 22 KohmR7: 100 OhmR8: 10 KohmR9: 470 OhmR10: 10 KohmR11: 10 KohmR12: 33 Kohm

R13: 27 KohmR14: 10 KohmR15: 100 KohmR16: 2,2 MohmR17: 1 KohmR18: 100 KohmR19: 1 KohmR20: 1 KohmR21: 1 KohmR22: 1 KohmR23: 470 OhmC1: 470 µF 50 VL elettr.C2: 100 nF multistratoC3: 470 µF 25 VL elettr.C4: 100 nF multistrato

il circuito di controllo...

essere richiesto alla ditta FuturaElettronica di Rescaldina tel.0331/576139); i 16 bit contenuti nellelocazioni specificate verranno poi con-vertiti e “passati” alla chipcard in luogodel nuovo User Code e una secondastringa da 16 bit che verrà sempre lettadal micro e trasferita nella FrameMemory della tessera. Evidentementein sede di programmazione delleEEPROM ciascuna verrà caratterizzatada una diversa combinazione. In ognicaso, poiché i due codici risultanomemorizzati su una normalissimamemoria 24C08 ogni lettore se lo desi-dera potrà provvedere personalmenteall’inserimento dei codici. In questocaso, occorre disporre di un program-matore di memorie I2C-Bus (comequello proposto in questo stesso fasci-

colo) e di una memoria 24C08. Conl’ausilio del programmatore dovremoinserire nella memoria, in locazioniprecise, due numeri a 16 bit di cui ilprimo verrà considerato come UserCode ed il secondo come il codice dainserire nella Frame Memory. Va oranotato un dettaglio molto importante: laprocedura reale di scrittura nella FrameMemory è alquanto complicata perchérichiederebbe l’introduzione e la com-parazione del Frame Code per potercancellarne il contenuto e riscriverenuovi dati. Per evitare questo passaggioed un software che potrebbe risultareinaffidabile, partiamo dal presuppostoche la chipcard utilizzata sia “vergine”,cioè che la sua Frame Memory presen-ti tutti i bit a 1 logico. In tal modo siverificano due condizioni determinanti

Il prototipo dellaserratura elettronica

con chipcard al termine del

montaggio. Si notil’estrema semplicità

del circuito cheimplementa soltantotre circuiti integrati:un microcontrollorePIC, una memoria

EEPROM e un timer 555.


per la buona riuscita delle procedure:prima di tutto i bit 112 e 113 sonoentrambi a livello alto, il che configurala Frame Memory come PROM leggi-bile sempre e scrivibile semplicementedopo la comparazione dello User Code.La seconda condizione è che avendotutti i bit a 1 logico si può caricare ilnuovo codice semplicemente abbassan-do a zero alcuni di essi, senza procede-re alla cancellazione che risulterebbealquanto laboriosa. Per capire quantostiamo dicendo va considerato che perscrivere un codice nella FrameMemory, se questa non è vuota, occor-rerebbe prima azzerarne il contenuto epoi introdurre i dati voluti; come anzi-detto tale procedura è limitativa perchécomporta il passaggio attraverso ilFrame Counter e perciò l’abbiamo

esclusa a priori, il che significa che ilmicrocontrollore non la prevede. Vienequindi eseguita la sola scrittura dellaFrame Memory, fermo restando che perscrittura nelle chipcard si intende porrea zero un bit inizialmente ad 1, ovverolasciarlo a 0 se già vi si trova. Per que-sta ragione se la Frame Memory non hatutti i bit ad 1 diventa impossibilememorizzare codici che vogliono l’1logico dove invece c’è lo zero. Oltre aquanto detto rammentiamo un dettaglioparticolarmente importante: una voltascritto il codice-chiave in FrameMemory è evidentemente impossibileriprogrammare la carta, perché non pre-senta più tutti i bit ad 1 logico; pertantol’unica possibilità è disporre del pro-grammatore/lettore pubblicato nelfascicolo numero 19 della rivista, che

C5: 2,2 µF 25 VL elettroliticoC6: 22 µF 25 VL elettroliticoC7: 15 pF ceramicoC8: 15 pF ceramicoC9: 100 nF multistratoD1: 1N4007D2: 1N4007D3: 1N4148LD1: led rosso 5 mm.T1: BC557B transistorT2: BC547B transistorU1: 7805U2: NE555U3: 24C08U4: PIC16C56 (MF236)

U5: 78L05Q1: quarzo 8 MHzRL1: relè 12 V miniatura J1: jumper da stampato

Varie:- zoccolo 4+4 pin (2 pz.);- zoccolo 9+9 pin;- morsetto 2 poli (2 pz.);- connettore da CS per

chip-card (2 pz.);- connettore da CS per

memory card;- circuito stampato cod. S236;- circuito stampato cod. S237.

...e di lettura in pratica

consente la cancellazione della predet-ta parte di memoria. Notate che dopoaver programmato una carta poteteripetere l’operazione con altre, inseren-dole una ad una nell’apposito zocco-lo/lettore; per ciascuna, la fase fin quilungamente descritta, risulta estrema-mente breve, poiché dura in praticameno di 1 secondo. Vediamo ora il fun-zionamento normale, supponendo diaver spento il circuito ed averlo riacce-so dopo che il ponticello J1 è stato ria-perto: il microcontrollore si dispone adeseguire la parte di programma riserva-ta al confronto del codice letto dallachipcard ed alla gestione del’uscita.Dunque, non appena viene introdotta latessera nel lettore viene verificato lostato del J1, ovvero quello del piedino17 (RA0) che deve essere alto; in talcaso si avvia la lettura vera e propria etramite le linee di comunicazione vieneintrodotto lo User Code nella memoriadella card, dove viene confrontato conquello locale: l’esito del confronto èpositivo se la stessa è una di quelle pre-cedentemente programmate per l’usocon il sistema. Fatto questo si può acce-dere alla lettura del codice in FrameMemory, ma prima viene azzeratol’Error Counter, altrimenti dopo treinserimenti la chipcard diventa inutiliz-zabile... Poi il microcontrollore va acaricare i 16 bit della chiave che stanella EEPROM U3 e li confronta conquelli letti nella predetta FrameMemory: se i due sono diversi il pro-gramma torna daccapo ed attende che

La nostra serratura è stata realizzata su

due distinte basette: unadi gestione (visibile

nel box a lato) ed una di interfaccia.

Quest’ultima montaesclusivamente il

connettore per chipcarde risulta collegata alla

scheda base attraverso un cavo

POD a 10 poli.


SLE4404:pin-out e schema a

blocchi interno

venga rimossa la tessera per poi ripete-re le operazioni finora descritte. Seinvece il confronto dice che i due codi-ci sono uguali il micro U4 attiva la pro-pria uscita di comando, che coincidecon la linea RA0 usata anche per ilrilevamento del jumper J1: il pin 17viene dunque portato a zero logico edeccita il piedino (2) di triggerdell’NE555 -configurato come multi-vibratore monostabile- la cui uscita(pin 3) si pone a livello alto e vi restaper un tempo determinato dal prodotto1,1 x (R4+R5) x C6. Fino a che questonon trascorre, il transistor T2 vienemandato in saturazione ed eccita il relèRL1 facendo chiudere il suo scambiotra i punti C ed NA, utilizzabili comeinterruttore per comandare elettroserra-ture di cancelli, porte, tornelli, eccete-ra, ma anche per dare il trigger all’inse-rimento di allarmi ed altri dispositivi disicurezza. A tal proposito rammentateche il modello da noi adottato puòcommutare tensioni di 250 Vac e cor-renti di 1 ampère. Notate che il tempoper cui il relè viene attivato ad ogniintroduzione della chipcard è regolabi-le tramite il trimmer R4, ed attualmen-te è compreso tra un minimo (cursoredel trimmer tutto verso i pin 4 ed 8dell’U2) di circa 0,5 ed un massimo di6 secondi (cursore tutto verso R5); chivolesse modificarlo si potrà serviredella formula T=1,1x(R4+R5)xC6,rammentando che il tempo T è espres-so in secondi se la somma R4+R5 è inMohm e C6 in microfarad. Osservateancora che la fase di confronto di unatessera è evidenziata dall’accensionedel solito led LD1, che si illumina percirca 1 secondo e poi si spegne quandoi codici combaciano, ovvero quando ilmicrocontrollore provvede ad attivareil relè di uscita. Se l’operazione non vaa buon fine il led resta sempre spento.Un ultimo dettaglio riguarda la lineaRA0 del microcontrollore, evidente-mente in comune tra l’uscita di eccita-zione del monostabile ed il ponticelloJ1: essa funziona sia da ingresso che dauscita perché non erano disponibili duepin distinti per compiere le relativeoperazioni: RA0 funziona da inputall’atto della prima accensione delsistema, mentre diventa un’uscita chenormalmente sta a livello alto nel nor-male funzionamento; la resistenza R7 èperciò indispensabile per evitare che -

chiudendo il jumper nel funzionamentoda chiave- si metta il pin 17 del micro-controllore in cortocircuito con lamassa, cosa che danneggerebbe il PICse si trovasse a riposo con l’uscita alivello alto. Bene, giunti a questo puntonon ci resta che dire che tutto il circui-to funziona a tensione continua di 12

ge dall’inversione di polarità, mentre ilregolatore U1 ricava i 5 volt stabilizza-ti con i quali va tutta quanta la logica,cioè il microcontrollore, il timerNE555, e la EEPROM seriale 24C08.La chipcard è invece alimentata da unsuo regolatore, normalmente instandby, acceso quando si inserisce la

volt, applicata tra il punto +12V emassa, ed assorbe una corrente di circa200 milliampère; il diodo D1 lo proteg-

tessera nel proprio lettore. A propositodi lettore, va notato che esso si trovamontato su un secondo circuito che


Il software di gestione caricato nella memoria del PIC16C56 consente sia la programmazione della chipcard (inizializ-zazione della tessera) che la lettura dei dati in essa contenuti (funzionamento normale): il flow-chart mostra l’anda-

mento del programma a partire dall’accensione. Come si può osservare, per prima cosa avviene l’inizializzazione degliI/O ed il diodo luminoso lampeggia per 1 secondo, quindi si verifica l’eventuale inserimento di una tessera nel lettore:è ora che il programma decide quale routine deve eseguire; infatti se trova chiuso il jumper J1 (pin 17 a livello basso)avvia quella di programmazione, mentre si dispone in quella di normale funzionamento se lo rileva aperto (1 logico sul

piedino 17). Nel primo caso (PROGRAM) LD1 viene acceso, quindi il micro legge lo User Code di default (AAAA)dalla sua memoria e lo invia alla chipcard per la comparazione; in caso affermativo cancella l’Error Counter della tes-sera, azzera lo User Code esistente (invia alla tessera il numero FFFF); poi va a cercare nella EEPROM il nuovo User

Code, lo acquisisce tramite il piedino 2 (l’1 scandisce invece il clock della comunicazione) e lo invia alla tessera. Aquesto punto, il micro va a leggere nella EEPROM il codice di 16 bit che rappresenterà la chiave, lo acquisisce e lo

programma nella Frame Memory. Finisce così la procedura di programmazione, si spegne il led LD1, e si attende chela tessera venga tolta dal connettore prima di tornare al programma principale. Nel secondo caso, cioè quando il micro

all’inserimento di una tessera rileva J1 aperto, viene attivato il programma base, ovvero quello di sola lettura: vieneletto lo User Code dalla memoria EEPROM e inviato alla card per la comparazione; fatto questo si ha l’accesso ai dati

all’interno di essa. Ora il PIC16C56 cerca nella Frame Memory fino a trovare i 16 bit del codice-chiave, che legge ecarica nella propria memoria, dove richiama anche i 16 collocati nella EEPROM 24C08: confronta i due blocchi di

dati e se combaciano attiva la propria uscita, ovvero manda a zero logico per un istante il piedino 17, dando un impul-so negativo al trigger del monostabile, che si attiva eccitando il relè RL1, condizione evidenziata dal lampeggìo del led

per circa un secondo. Se i due codici sono invece diversi viene bypassata la routine di attivazione del relè.

il diagramma di flusso

completa il sistema: si tratta di unabasettina che ospita un particolare zoc-colo passivo dove va innestata la card

per le operazioni di lettura o scrittura;poiché utilizziamo un connettore perchip-card che dispone di un contatto di

presenza-tessera normalmente chiuso,abbiamo inserito un transistor PNPdisposto in modo da fare la conversio-

ne ed ottenere l’alimentazione dellacard quando i punti 1 e 2 del connetto-re vengono aperti. La base e l’emetti-tore del transistor T1 sono normalmen-te cortocircuitati dal contatto del letto-re; inserendo una carta si apre il contat-to ed il T1 può essere polarizzato tra-mite la sua resistenza di base, cosicchéva in saturazione e cortocircuita emetti-tore e collettore, alimentando il regola-tore U5 e portando a livello logico altoil pin 18 del micro.

REALIZZAZIONEPRATICA

Innanzitutto occorre preparare i circuitistampati per la base ed il lettore, deiquali trovate illustrate le tracce latorame a grandezza naturale in questepagine, ricorrendo preferibilmente alla

fotoincisione; fatto ciò si montano su diessi i componenti a partire dalle resi-stenze e dai diodi al silicio che vannoposizionati come indicato dall’appositodisegno. Quindi si procede sistemandoil trimmer e gli zoccoli per gli integratidip (9+9 pin per il microcontrollore,4+4 pin per l’NE555 e per la EEPROM24C08) e poi i condensatori, cercandodi rispettare la polarità indicata perquelli elettrolitici; via-via si montano itransistor e i due regolatori in TO-220(7805) tutti con il verso evidenziato daldisegno di disposizione componenti,dopo il quarzo (che non richiede ilrispetto di alcuna polarità) ed il diodoluminoso LD1 sulla scheda base, ram-mentando che il catodo sta dalla partesmussata. Infine vanno inseriti e saldatiil relè RL1 (tipo ITT-MZ a 12V o com-patibile) sulla base ed il lettore


Amphenol sullo stampato piccolo;naturalmente per l’interconnessione trai due sono previsti connettori per flat-cable maschi a 10 poli (2x5 a passo2,54 mm) che andranno inseriti e salda-ti negli appositi fori ricordando che perlo stampato piccolo la tacca di riferi-mento deve guardare verso il lettore,mentre nella scheda di base essa devestare rivolta al quarzo. In alternativa èpossibile fare i collegamenti diretta-mente con corti spezzoni di filo. Perl’alimentazione ed i contatti del relè èconsigliabile utilizzare delle morsettie-re per stampato a passo 5 mm, da mon-tare ciascuna in corrispondenza dellerelative piazzole. Per il ponticello J1conviene infilare e saldare nei rispettivifori del c.s. due punte a passo 2,54 mm,che poi chiuderete -quando servirà- conun jumper adatto. Durante tutte le fasi del montaggio nonperdete d’occhio la disposizione com-ponenti illustrata in queste pagine, eneppure lo schema elettrico, poiché vipermetteranno di porre ogni cosa nelverso giusto senza errori o incertezze;non dimenticate i ponticelli di intercon-nessione (sono due) sulla schedina dellettore di chipcard, che possono essereottenuti da due semplici avanzi di ter-minali tagliati da diodi, resistenze ocondensatori. Finite le saldature verifi-cate che tutto sia al posto giusto, quin-di inserite gli integrati nei rispettivizoccoli, avendo cura di posizionarliciascuno come indicato nel disegno didisposizione dei componenti; ricordateinoltre che il microcontrollore deve

PER LA SCATOLA DI MONTAGGIO

La serratura elettronica con chipcard è disponibile in scatola di mon-taggio. L’unità base (cod. FT236K) costa 48.000 lire e comprende tuttii componenti, la basetta forata e serigrafata, una chipcard da 416 bit, ilmicrocontrollore già programmato e una memoria EEPROM pro-grammata con un codice univoco (ogni memoria viene personalizzatacon un diverso codice a 32 bit). La sezione di interfaccia (cod. FT237K)costa 18.000 lire e comprende la basetta forata e serigrafata, il connet-tore per chipcard ed il cavo POD. Il microcontrollore programmato(cod. MF236) è disponibile anche separatamente al prezzo di 30.000lire. Ogni tessera chipcard (cod. CPC416) aggiuntiva costa 10.000 lire.Il materiale va richiesto a: Futura Elettronica, V.le Kennedy 96, 20027Rescaldina (MI), tel. 0331-576139, fax 0331-578200, internet<www.futuranet.it>.

La nostra serratura elettronica prevede un codice a 16 bit in grado di garantire oltre 65mila combinazioni che, unitealla difficoltà della ricerca dello User Code (altri 16 bit) assicurano praticamente l’inviolabilità del sistema, anche per-

ché chi dovesse entrare a tentativi farebbe comunque i conti con la caratteristica “poco socievole” della tessera chedopo tre tentativi falliti (o anche andati a buon fine), se non si provvede ad azzerare l’Error Counter non è più dispostaa dialogare. Ovviamente, l’Error Counter può essere azzerato solo se la comparazione dell’User Code ha esito positi-

vo. Il codice della nostra chiave è contenuto nella Frame Memory, un’area di 208 bit (dal 112 al 319) del chipSLE4404 Siemens della quale vengono utilizzati solamente 16 bit a partire dalla locazione 114; in essa si può scriveresia cancellando tutto il contenuto, sia modificando un bit per volta: nel nostro caso abbiamo preferito la seconda via,

perché la prima è alquanto complicata. Infatti per riprogrammare la Frame Memory e perciò cancellarla occorre intro-durre oltre il Frame Code, dopo aver avuto l’accesso alle procedure previa introduzione del solito User Code (ed azze-ramento dell’Error Counter...) quindi mandare il comando di cancellazione che equivale a porre ad 1 logico tutti i bitdisponibili. Per il nostro sistema occorre adoperare chipcard vergini, ovvero con tutti i bit della Frame Memory nella

condizione iniziale (ad 1 logico) perché il microcontrollore in programmazione utilizza la semplice procedura di scrittu-ra, e per caricare il codice-chiave di 16 bit può solamente ridurre da 1 a zero logico i vari bit ma non il contrario. Le

tessere devono inoltre essere inizialmente caratterizzate da uno User Code uguale a AAAA in esadecimale.

la frame memory della chip-card


Tracce lato rame dei circuiti stampati in dimensione reali.

essere preventivamente programmatocon l’apposito software, e si trova pres-so la ditta Futura Elettronica diRescaldina (MI) tel. 0331/576139, fax0331/578200, che dispone anche delleEEPROM già caratterizzate con uncodice di sicurezza. A proposito diEEPROM, la 24C08 da utilizzare nelcircuito potete programmarvela a piaci-mento disponendo del programmatoredi EEPROM seriali pubblicato in que-sto stesso fascicolo. Bene, procuratotutto quello che serve e sistemate le dueunità, le si può collegare tra loro (se giànon è stato fatto) utilizzando un pezzodi flat-cable da 10 vie con attestati agliestremi due connettori femmina volan-ti di tipo adatto, ovvero 10 poli per flat-cable a passo 2,54 mm. Per collegare leunità infilate i connettori volanti cia-scuno al proprio posto, senza preoccu-parvi più di tanto perché entrerannosolo in un verso, a causa della tacca chehanno su un lato. Una volta terminato

l’assemblaggio ed uniti i circuiti potetepensare al collaudo: procuratevi un ali-mentatore, meglio se stabilizzato, chedia in uscita da 12 a 15 volt c.c. ed unacorrente di 150÷200 milliampère; seprovvisto di spinotto plug potete mon-tare sulla scheda base il plug femminadi diametro adatto, in modo da facilita-re la connessione. In caso contrariobasta saldare i due fili, positivo e nega-tivo, rispettivamente al +V ed allamassa. Accendete l’alimentatore dopoaver chiuso il J1 con un jumper a passo2,54 mm, così avrete il sistema prontoper programmare le sue chiavi.Procurata una chipcard con User CodeAAAA inseritela nel lettore e verifica-te che si accenda e si spenga LD1: fattociò la carta è programmata e contienesia il nuovo User Code, sia la stringache costituisce il codice-chiave neces-sario a far eccitare il relè nel funziona-mento normale, perciò potete estrarla.Spegnete il circuito togliendogli l’ali-

mentazione, aprite il ponticello J1,quindi ridate tensione e attendete qual-che secondo: ora infilate la tesseraappena programmata e verificate chescatti RL1, che dovrà ricadere entro iltempo impostato con il trimmer R4;l’eccitazione del relè verrà indicata dallampeggio del led. Se tutto andrà comedescritto il sistema di serratura elettro-nica funzionerà bene e potrà essereinstallato. Notate un’ultima cosa: percome è fatto il circuito il monostabileviene eccitato, ed il relè con esso,anche quando si chiude il ponticello J1per avviare la programmazione; infatticosì facendo si dà un impulso di triggerall’U2 perché si pone a zero logico ilsuo piedino 2. Di questo va tenutoconto nell’uso, soprattutto quando ilsistema è installato: pertanto dovendoprogrammare è sempre bene sconnette-re i fili dell’uscita, ovvero quelli (OUT)del relè, altrimenti si attiva inavvertita-mente l’utilizzatore ad esso assegnato.

RM ELETTRRM ELETTRONICA SASONICA SASv e n d i t a c o m p o n e n t i e l e t t r o n i c i

rivenditore autorizzato:

Via Val Sillaro, 38 - 00141 ROMA - tel. 06/8104753

Else Kit


Ci sono situazioni pratiche nelle quali può esserenecessario controllare a distanza sistemi elettroni-

ci o elettromeccanici perché non ci si può avvicinaretroppo o perché quan-do si è viciniormai non c’èmolta utilità:un classicoesempio èl’apertura delcancello elet-trico di unpasso carra-bile posto inuna stradamolto stretta:il solo fer-marsi adattendere dientrare può intralciare o impe-dire lo scorrimento del trafficodelle automobili. In questocaso il tradizionale sistema con trasmettitore tascabilenon serve più di tanto in quanto consente di attivarel’apricancello da una distanza troppo breve. In unasituazione del genere, ma anche in tantissimi altri casi,occorrerebbe un trasmettitore a lunga portata, capace di

comandare l’apertura del cancello elettrico già quandosi arriva, ad esempio, a 400÷500 metri di distanza dal-l’accesso, in modo da trovare il passaggio aperto o

comunque accessibile nelgiro di pochi

i s t a n t i .Insommaun dispo-s i t i v oc o m equello cheproponia-mo in que-sto artico-lo, fattoapposita-mente pera t t i v a r ericevitori

codificati a base MM53200 finoa 4096 combinazioni, sia monoche bicanali, garantendo unacopertura che varia da un mini-

mo di 400 metri ad un massimo dioltre 1 chilometro, a seconda del sistema utilizzato, del-l’antenna ricevente, della collocazione e degli ostacolifrapposti. Quindi un trasmettitore ideale per tutte le

RADIOCOMANDI

TRASMETTITOREALTA POTENZAPalmare, bicanale, studiato appositamente per i sistemi con codifica

MM53200/UM86409 a 433,92 MHz, dispone di una potenza di uscita RF di quasi 1watt che consente di comandare a grande distanza qualsiasi ricevitore che utilizzi lo

stesso tipo di codifica. La portata del sistema dipende anche dalla sensibilità delricevitore ma in ogni caso non è mai inferiore a 400÷500 metri.

di Arsenio Spadoni


schemaelettrico

applicazioni dove la portata è determi-nante, e nelle quali i classici mini tra-smettitori tascabili non permettono diraggiungere lo scopo a causa dellascarsa potenza del loro oscillatore;quello che proponiamo in queste pagi-ne è invece in grado di garantire lemassime prestazioni pur rimanendo undispositivo portatile, certo più grandedei tradizionali, ma comunque compat-to e facilmente collocabile ovunque,anche nella tasca della giacca o nelvano portaoggetti di qualunque auto-mobile. Funziona con due pile da 9 volte dispone di un'antennina accordatoalla frequenza di lavoro, cioè 433,92MHz. Vediamo dunque di entrare nelvivo del progetto andando subito adanalizzare lo schema elettrico del tra-smettitore.

SCHEMA ELETTRICO

Abbiamo detto che si tratta di un tra-smettitore per radiocomandi codificatia standard MM53200, e il circuito ce loconferma, dato che troviamo un inte-grato UM86409 (U2) compatibile con

il popolare chip NationalSemiconductors, ed un ibrido (U1) ditipo TX-SAW Boost dell’Aurel, modu-lo quest’ultimo in grado di operare a433,92 MHz sviluppando in antenna (a50 ohm) una potenza RF compresa traun minimo di 400 ed un massimo di1000 milliwatt, a seconda di comeviene alimentato. Ed è proprio lapotenza RF dell’ibrido che garantiscela notevole portata che caratterizza ilnostro trasmettitore: infatti alimentatoa 18 volt (nel nostro caso utilizziamo

due pile a secco da 9V poste in serie) ilsuo stadio finale sviluppa circa 1 watt,una potenza ragguardevole che permet-te, impiegando l’antenna accordataconsigliata dalla Aurel, di copriredistanze che superano il chilometro inassenza di ostacoli, praticamente contutti i ricevitori standard per aprican-cello ed antifurto sintonizzati a 433,92MHz, sia basati su componenti dellastessa Aurel (es. il riceventeRF290A/433 o l’STD433) che su altristadi RF. Guardiamo allora dettagliata-

1 Ground2 In dati (0÷5V)4 Ground5 Ground7 Ground9 Ground11 Uscita antenna12 Ground13 Ground15 Vc +12V÷+18V

schema a blocchi e pin-out del TX-SAW Boost

mente il circuito, notando prima ditutto che per raggiungere lo scopo diottimizzare la portata abbiamo avutoriguardo per una raccomandazionedella Casa costruttrice del TX-SAWBoost: non solo utilizziamo l’appositaantenna da 18 cm a 50 ohm di impe-denza, ma pilotiamo il componente in


modo impulsivo; infatti esso può ero-gare 1 watt ma non in regime continuo,il che significa che non deve restarecostantemente acceso alla massimapotenza. Nel nostro caso questa condi-zione è pienamente soddisfatta, datoche l’ibrido lavora in modo on/off per-ché viene pilotato dagli impulsi rettan-golari inviati dall’encoder U2.Quest’ultimo è un MM53200 (o unUM3750, UM86409, ecc.) che lavoranella tipica configurazione con oscilla-tore controllato da R2 e C3, e 11 bit di

Il trasmettitore proposto in questo articolo, pur essendo di tipo portatile anchese parecchio più grande dei trasmettitori standard, consente di realizzaresistemi di radiocontrollo la cui portata è almeno 10 volte superiore a quelladei normali apricancello. Le prestazioni sono ottime in ogni condizione, gra-zie all’impiego di una sezione radio ibrida e quarzata, che fornisce in anten-na quasi 1 watt con la massima stabilità. Le caratteristiche sono le seguenti:

Frequenza di lavoro........................................................................433,92 MHzTipo di oscillatore.......................................................................................SAWPotenza in antenna (a 50 ohm)............................................................1000 mWTipo di codifica.................................................................MM53200/UM86409Combinazioni per canale...........................................................................2048Canali disponibili.............................................................................................2Tensione di alimentazione.................................................................18 volt c.c.Corrente assorbita.................................................................................140 mACorrente a riposo.......................................................................................nullaPortata in campo libero..................................................................400÷1000 m


codifica più uno per la selezione delcanale: i piedini 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10, 11, sono collegati ciascuno ad unmicrointerruttore del dip-switch DS1(a 10 vie) ed al DS2, così da impostarefino ad un massimo di 2048 combina-zioni per il codice base, ovvero per cia-scun canale. Il pin 12 è invece connes-

so ad una rete logica che permette diimpostarne il livello a zero o ad 1 almomento dell’attivazione della tra-smissione usando lo stesso pulsante delrispettivo comando. Per capire ciòbasta considerare cosa avviene pre-mendo P1 e P2: con il primo si mette amassa la resistenza R5 forzando loscorrimento di una certa corrente nellabase del transistor PNP T1, quantobasta per mandarlo in saturazionefacendogli alimentare la bobina del relèRL1, il cui scambio scatta e alimenta il

Ibrido su allumina ad alta affidabilitàintrinseca, presenta una frequenza di lavorodi 433,92 MHz mediante risuonatore SAWcon una potenza di uscita RF di 400 mW (26dBm ±1dB) se alimentato a 12 V su 50Ohm; con una tensione di alimentazione di18V, si ottiene quasi 1 W (29 dBm 1dB).Al

piedino di modulazione (pin 2) va applicato un segnale TTL con una frequen-za massima di 4 KHz. In trasmissione il modulo assorbe 60 mA se alimentatoa 12 volt e 100 mA se alimentato a 18 volt.

il TX-SAW Boost in dettaglio

SET DI 1000SET DI 1000RESISTENZERESISTENZE

Ideale per il tuo laborato-rio, e per tutti coloro che

muovono i primi passi nelmondo dell’ elettronica.

La confezione comprende tutti ivalori commerciali di resistenzacon tolleranza del 5% e potenzadi 1/4 di Watt. I quantitativi deisingoli valori sono differenti: leresistenze più utilizzate sono in

quantità maggiore rispetto aivalori meno usati.

La confezione di oltre 1000 resistenze(Cod. SET1000) è disponibile al

prezzo di lire 25.000 presso:

V.le Kennedy, 96 - 20027 RESCALDINA (MI)Tel. (0331) 576139 r.a. - Fax (0331)578200


COMPONENTI

R1: 150 Ohm 1/4 WR2: 220 Kohm 1/4 WR3: 47 Kohm 1/4 WR4: 47 Kohm 1/4 WR5: 15 Kohm 1/4 WC1: 10 µF 16VL elettroliticoC2: 100 µF 16VL elettroliticoC3: 100 pF ceramicoC4: 100 nF multistratoD1: 1N4007

D2: 1N4148D3: 1N4148D4: 1N4007L1: bobina VK200T1: BC557 U1: Modulo Aurel TX-SAW BoostU2: UM86409U3: 78L05DS1: dip switch 10 poliDS2: dip 1 polo

RL1: relè miniatura 12 voltP1: pulsante N.A.P2: pulsante N.A.

Varie:- zoccolo 9 + 9;- stampato cod. S233;- clips 9V (2pz);- Antenna 433 MHz;- Contenitore Teko Coffer3.

modulo ibrido U1 tramite la rete di fil-tro L/C formata da L1 e dall’elettroliti-co C1; il diodo D2 risulta invece inter-detto, pertanto il piedino 12 dell’enco-der U2 risulta a livello alto (rammenta-te che tutti i pin di codifica -da 1 a 12-del chip hanno internamente una resi-stenza di pull-up) e tale integrato gene-ra il codice corrispondente. I dati esco-no dal piedino 17 rispetto a massa epilotano l’ingresso di comando dell’i-brido, il quale si attiva irradiando laradiofrequenza a 433,92 MHz in corri-spondenza di ogni impulso a livelloalto. Il codice inviato nell’etere è quel-lo corrispondente all’ultimo bit ad 1logico. Se invece si preme P2 (e P1 èrilasciato...) il transistor T1 viene anco-ra messo in saturazione perché la R5 èposta a massa tramite il diodo D2, chestavolta conduce; l’ibrido trasmittenteU1 è nuovamente acceso, e irradia tra-mite la propria antenna il codice invia-togli dall’uscita (pin 17) dell’encoderU2, il quale però si trova adesso con il

zero lo stato del predetto pindell’MM53200. Questo è in sintesi ilfunzionamento del tutto: notate cheabbiamo fatto accendere il TX-SAWBoost tramite lo scambio di un relè per-ché non è stato possibile farlo in altromodo e comunque per poter usare unsingolo pulsante per canale evitandointerferenze tra l’alimentazione princi-pale (18V) con cui esso funziona e ilpiedino 12 dell’encoder U2, che è ali-mentato a 5 volt, mantenendo nel con-tempo un insieme semplice e di ridottedimensioni. Inoltre il relè, unito al fil-tro L1/C1, limita le interferenze dovutealle già ridotte fughe di RF dai piedinidi alimentazione del modulo SMD.Certo, il sistema ha comunque l’incon-veniente di assorbire più correntedurante l’attivazione, poiché solo nellabobina del relè vanno circa 30 mil-liampère (limitati dalla resistenza R1);tuttavia il difetto è limitato ai soliperiodi in cui si trasmette, ovvero sitiene premuto uno dei pulsanti, mentre

Il trasmettitore in pratica

piedino 12 a livello logico basso e for-nisce i dati relativi a tale situazione:infatti la chiusura del pulsante P2 mettea massa il catodo del D3 forzando a


nostro minitrasmettitore, quando èacceso, è contenuto entro 140÷150 mil-liampère, il che significa che per ali-mentarlo è preferibile utilizzare duebatterie alcaline.


Ma lasciamo da parte lo studio del cir-cuito e vediamo adesso come bisognafare per costruire e mettere in funzioneil trasmettitore a lunga portata. Perprima cosa occorre preparare il circuitostampato seguendo la traccia del latorame illustrata in queste pagine a gran-dezza naturale (scala 1:1) quindi dopoaverla incisa e forata è necessario pro-curarsi i pochi componenti che servonomontandoli poi in questo ordine: primale resistenze e i diodi (per i quali varispettata la polarità indicata, rammen-tando che il catodo è il terminale dallaparte della fascetta) quindi lo zoccoloper l’MM53200 e dunque i dip switch

Traccia lato rame del circuito stampato in

dimensioni reali utilizzatoper realizzare il nostro

prototipo. Le ridottedimensioni consentono di

realizzare un’apparec-chiatura portatile.

a riposo non influenza minimamente ilconsumo: anzi, la particolare configu-razione di tutto il minitrasmettitore ètale da determinare un assorbimentonullo quando non viene premuto alcu-no dei due pulsanti. Infatti quando P1 eP2 sono rilasciati il transistor T1 èinterdetto e il relè non è collegato all’a-limentazione, e pure il regolatore inte-grato U3 (un 78L05 usato per ricavarei 5 volt necessari a far funzionare l’en-coder MM53200) che ha l’ingressocollegato al collettore dello stesso T1,risulta spento; solo premendo uno deipulsantini si ha lo scorrimento dellacorrente dalle pile al circuito. Notateche l’assorbimento complessivo del

DS1 e DS2, il primo da 10 poli ed ilsecondo singolo. Poi si inseriscono e sisaldano i condensatori, badando allapolarità di quelli elettrolitici, e quindi ilregolatore integrato 7805, che deveessere del tipo a bassa corrente (78L05)in contenitore TO-92, e che va montatocon il lato piatto rivolto a C2 ed R2.Quanto al transistor T1, è un BC547che va infilato nei rispettivi fori dellostampato tenendone il lato piatto versola resistenza R4. Giunti a questo puntosi sistemano il relè RL1 (tipo ITT-MZo equivalente, con bobina a 12 volt esingolo scambio) e il modulo ibridoTX-SAW Boost, per i quali non vi sonoproblemi di orientamento dato che

entrano solo nel verso giusto. I due pul-santi P1 e P2 potete montarli diretta-mente sul circuito stampato, se preve-dete che il contenitore sia adatto, oppu-

usato un Teko della serie Coffer, chesebbene non sia proprio tascabile èadatto ad essere riposto un po’ ovun-que, anche in auto, e si tiene comoda-mente in mano; in esso trovano postoanche le due pile a secco da 9 volt, chevanno collegate in serie tra loro usandoapposite prese polarizzate “a strappo”connettendo il filo positivo (solitamen-te rosso) di una insieme con il negativo(nero) dell’altra, quindi attestando i fililiberi ciascuno alla corrispondentepiazzola dello stampato (il positivo al+V ed il negativo a massa) senza inse-rire alcun interruttore, che sarebbe inu-tile perché comunque l’assorbimentodel trasmettitore a riposo è nullo. Seusate il contenitore Teko bloccate labasetta e le pile sul fondo, fissate i pul-santini al coperchio dopo averli colle-gati con appositi spezzoni di filo, quin-di richiudete forate un lato corto dellabase e avvitate l’antennina accordata(stilo lungo circa 18 cm) ad 1/4 d’ondacollegandola con un pezzetto di cavo

re li collegherete alle rispettive piazzo-le con corti spezzoni di filo, quindi lifisserete ad un pannello della scatola,qualora non sia già predisposta diversa-mente. Inserite infine l’integrato dicodifica MM53200 nello zoccolo, cer-cando di posizionarlo come indicatonella disposizione componenti illustra-ta in queste pagine, ovvero tenendonela tacca di riferimento dalla parte del-l’ibrido U1; ricordate che in sostituzio-ne è possibile usare gli equivalentidella UMC, ovvero l’UM86409 ol’UM3750. Completato il circuito everificato che tutto sia a posto, bisognapensare a racchiuderlo in un contenito-re adatto: per il prototipo abbiamo

schermato coassiale (la calza metallicacollegatela a massa dal lato dello stam-pato, e lasciatela isolata dall’altraparte) alla piazzola ANT della basetta,ovvero al piedino 11 del modulo TX-SAW Boost. Per migliorare il rendi-mento dell’antenna potrete utilizzareun pezzo di lamiera (da sistemare indif-ferentemente all’interno o all’esternodel contenitore) in funzione di piano dimassa. Chiudete il coperchio ed avreteterminato il vostro trasmettitore a lungaportata. Per il collaudo basta procurarsiun ricevitore da radiocomando funzio-nante a 433,92 MHz e provvisto didecodifica a base MM53200 o simila-re, o comunque portarsi nelle vicinanzedel proprio impianto apricancello oantifurto purché disponga di comandoa distanza basato sulla stessa codifica esintonizzato ovviamente alla stessa fre-quenza (433,92 MHz); impostati gli 11dip-switch del trasmettitore come quel-li del ricevitore, o comunque analoga-mente a quelli del miniTX portatile indotazione all’impianto, basta premereuno dei due pulsanti per vedere subitol’effetto. Facciamo notare che il nostrodispositivo è predisposto per controlla-


re fino a 2 canali, ma va ovviamentebene per comandare anche sistemimonocanale o a 3/4 canali, fermorestando che in quest’ultimo caso l’11°bit può determinare le combinazionidei canali 3 e 4 e va quindi disposto diconseguenza. Per l’uso con i ricevitoria singolo canale basta non utilizzare onon montare uno dei pulsanti, ovvero

usare solamente quello corrispondenteallo stato dell’ultimo pin di codifica deldecoder: insomma, se abbiamo a chefare con un RX monocanale in cui ilpiedino 12 dell’MM53200 (UM86409o UM3750...) è fisso a zero logico dob-biamo usare solamente il pulsante P2,perché con P1 si genera il codice corri-spondente all’ultimo bit a livello alto.

PER LA SCATOLA DI MONTAGGIO

Il trasmettitore bicanale di potenza è disponibile in scatola dimontaggio (cod. FT233) al prezzo di 95.000 lire. Il kit com-prende tutti i componenti, la basetta forata e serigrafata, ilcontenitore, l’antenna e tutte le minuterie. Il modulo TX433-Boost è anche disponibile separatamente a 38.000 lire.Questo trasmettitore può essere accoppiato con numerosiricevitori in kit descritti in passato: FT152K (monocanale,lire 45.000), FT168K (monocanale, lire 65.000), FT185K(monocanale, lire 40.000), FT186K (bicanale, lire 60.000) eFT196K (monocanale, lire 38.000). Il materiale può essererichiesto a: Futura Elettronica, V.le Kennedy 96, 20027Rescaldina (MI), tel. 0331-576139, fax 0331-578200.

IDEE INIDEE INELETTRELETTRONICAONICA

V.le Kennedy, 96 - 20027 RESCALDINA (MI)Tel. (0331) 576139 r.a. - Fax (0331)578200

La nostra sede si trova a Rescaldina, situata a cavallotra le provincie di Varese e Milano, ed è facilmente

raggiungibile mediante l’autostrada A8 Milano-Vareseuscita di Castellanza, oppure A9 Milano-Como

uscita di Saronno.

Scatole di montaggio, prodotti finiti, componentielettronici possono ora essere acquistati diretta-mente presso il nostro punto vendita al pubblicoannesso alla sede di Rescaldina (MI). Il nostropersonale specializzato è a tua disposizione perillustrarti le caratteristiche di tutti i prodotti invendita. Nel nostro negozio puoi trovare ancheuna vasta scelta di componenti elettronici attivi epassivi, strumenti di sviluppo per la tecnologiadigitale e tutta la documentazione tecnicaaggiornata su CD-ROM.

VARESE

MILANO

UBOLDO

CENTROCOMMERCIALE

AUCHAN

CASTELLANZA

RESCALDINA

V.L

E K

EN

NE

DY

A8

A9

RESCALDA

SARONNO

COMO

LEGNANO

CERRO M.

BUSTOARSIZIO

CO

RS

O P

ER

MIC

RO

PIC Corso di programmazione

per microcontrollori PICImpariamo a programmare con la famiglia di microcontrollori PIC della

Microchip, caratterizzata da una grande flessibilità d’uso e da un’estremasemplicità di impiego grazie alla disponibilità di uno Starter Kit a basso

costo, di un ambiente di sviluppo software evoluto e di una vasta e completalibreria di programmi collaudati e pronti all’uso. Undicesima puntata.

In tutte le precedenti puntate del Corso ci siamosempre riferiti ad un solo dispositivo della fami-

glia PIC, ovvero al 16C84. Come noto, questo par-ticolare micro dispone di una memoria programmadi tipo EEPROM (elettricamente programmabile) eper questo motivo diventa particolarmente interes-sante per sviluppare e mettere a punto rapidamentepiccoli programmi o routine specifiche. Per questomotivo il Corso, la relativa demoboard e l’appositokit di programmazione sono tutti riferiti alPIC16C84; in realtà, i microcontrollori PIC sonocaratterizzati dalla grande varietà di periferiche che

le diverse famiglie integrano al loro interno; questanotevole disponibilità di modelli consente al pro-gettista di realizzare sistemi a microcontrollore cheriducono al minimo il numero di circuiti integratiesterni al micro stesso. In questa puntata del Corsointendiamo quindi analizzare le periferiche presentisugli altri dispositivi PIC e, per la precisione,andremo ad analizzare dettagliatamente le seguentirisorse: - TIMERS: nei dispositivi più piccoli èpresente un solo timer, ma nei chip superiori si arri-va fino a ben quattro timer integrati in un unicochip. - CCP: questa periferica permette di utilizza-


di Roberto Nogarotto

CO

RS

O P

ER

MIC

RO

PIC


Famiglia Timers CCP Seriale A/D Comparatori

16C54 1 - - - -16C55 1 - - - -16C56 1 - - - -16C57 1 - - - -16C58 1 - - - -16C620 1 - - - 216C621 1 - - - 216C622 1 - - - 216C61 1 - - - -16C62 3 2 SI - -16C63 3 2 SI - -16C64 3 1 SI - -16C65 3 2 SI - -16C71 1 - - SI -16C73 3 2 SI SI -16C74 3 2 SI SI -16C84 1 - - - -17C42 4 2 SI - -17C43 4 2 SI - -17C44 4 2 SI - -

re i timer integrati al fine di ottenere la generazione disegnali particolari, quali quelli PWM utilizzati nel con-trollo della velocità dei motori. - COMPARATORI:alcuni micro integrano dei comparatori analogici, con lapossibilità di generare internamente una tensione di rife-rimento. Con questi dispositivi diventa facile realizzaredei programmi che possano controllare anche grandezzeanalogiche, come rivelatori di soglia e così via. -INTERFACCE SERIALI: con le interfacce serialiintegrate è possibile collegarsi facilmente a dispositiviesterni quali convertitori A/D, memorie E2PROM, driveper display e così via utilizzando solo poche linee diistruzione per la comunicazione. E’ inoltre possibile rea-lizzare dei sistemi di comunicazione fra vari microcon-trollori o fra microcontrollore e Personal Computer. -CONVERTITORI A/D: ovunque sia necessario acqui-

sire grandezze analogiche per elaborarle, è indispensabi-le la presenza di un convertitore Analogico Digitale(A/D). La presenza sul chip di questa periferica sempli-fica notevolmente la realizzazione di sistemi di control-lo analogici, riducendo il numero dei componenti ester-ni da utilizzare, ed ottimizzando la funzionalità del siste-ma. Sicuramente, la presenza di queste periferiche inte-grate, e la ampia possibilità di scelta fra micro che inte-grano alcune di queste periferiche ha permesso allafamiglia PIC di conquistarsi un posto di primo piano nelvariegato mercato dei micro ad 8 bit, consentendo alprogettista di scegliere di volta in volta il dispositivo piùadatto ad ogni specifica applicazione. Nella tabellariportata in questa pagina indichiamo per ogni sottofa-miglia di micro le periferiche integrate. Come si puòosservare, si passa dai dispositivi della famiglia 16C5X,che integrano solo un timer, fino ai dispositivi 16C7X

che dispongono diversi timers, interfacce di comunica-zione seriale e convertitori analogico/digitali in un unicochip. Analizziamo ora dettagliatamente le varie periferi-che ed il loro modo di funzionamento.

TIMERS

Parlando del PIC16C84, abbiamo visto che questo microdispone internamente di un timer in grado di generareuna interrupt ogni volta che viene terminato un conteg-gio. Questo timer, indicato con TMR0, è presente in tuttii dispositivi PIC, e funziona nello stesso modo per tutti ichip. In alcuni micro sono presenti anche altri timer cheprendono il nome di TMR1 e TMR2.

TMR1Questo timer è a 16 bit e utilizza due registri: TMR1H eTMR1L. Il clock che alimenta il relativo contatore puòessere interno, ricavato dal quarzo (con frequenza divisaper 4) o esterno. E’ interessante notare una particolarecaratteristica di TMR1, ovvero la possibilità di realizza-re un oscillatore a quarzo “attorno” ad una porta NOT eduna resistenza già integrate; in questo modo è possibilerealizzare un oscillatore fino a 200 KHz con l’utilizzo dipochi componenti esterni. Il TMR1 può funzionaresecondo due modalità: come timer o come contatore;quando lavora come contatore, il timer incrementa ilproprio conteggio ad ogni fronte di salita del clock ester-no; quando funziona in modalità Timer, il clock che ali-menta il timer viene ricavato dal clock che alimenta ilmicro stesso. In entrambi i casi, viene generata unainterrupt ogni volta che si ha un overflow del contatore. Il registro che controlla il modo di funzionamento diquesto timer prende il nome di T1CON ed il significatodei singoli bit è il seguente:

- D0 (TMR1ON): Abilita (1) o disabilita (0) il timer;- D1 (TMR1CS): Seleziona il clock esterno (1)

o interno (0);- D2 (T1SYNC): Serve per sincronizzare (0) o no (1)

il clock esterno col clock interno al micro;- D3 (T1OSCEN): Abilita (1) oppure disattiva

totalmente (0) l’oscillatore;- D4 (T1CKPS1), D5 (T1CKPS2): Impostano il

valore del prescaler:00 = Divide per 101 = Divide per 210 = Divide per 411 = Divide per 8

- D6: Non utilizzato;- D7: Non utilizzato.

TMR2Questo timer viene alimentato dal clock del micro divi-so per 4, funziona come contatore ad 8 bit che disponeperò di un prescaler in grado di dividere ulteriormentetale frequenza per 1, per 4 o per 16, e di un postscaler,che divide la frequenza in uscita dal timer di un fattoreda 1 a 16. Il modo di funzionamento del timer, ed i fat-

CO

RS

O P

ER

MIC

RO

PIC


tori di divisione del prescaler e del postscaler, sonoimpostati attraverso il registro T2CON. Il valore deltimer TMR2 viene confrontato con un registro, denomi-nato PR2 e quando i due valori risultano uguali, vienegenerato un impulso per il postscaler; l’uscita di que-st’ultimo, se abilitata, genera la condizione di interruptdel timer TMR2.

I MODULI CCP

La sigla CCP sta per Capture/Compare/PWM; la fami-glia 16C6X, ad esempio, integra due di questi moduli.Ogni CCP è formato da un registro a 16 bit che può fun-zionare da registro di cattura, di comparazione, o comecontrollo dell’uscita PWM. I due moduli sono pratica-mente identici e sono costituiti ciascuno da 2 registri,denominati CCPR1L e CCPR1H per il primo modulo eCCPR2L e CCPR2H per il secondo modulo.Analizziamo ora le tre distinte modalità di funziona-mento, tenendo conto che quanto detto per il primomodulo vale anche per il secondo.

MODALITA’ CATTURA

Nella modalità CAPTURE, i registri CCPR1L eCCPR1H “catturano” il valore a 16 bit del timer TMR1quando si verifica un determinato evento sul piedinoRC2/CCP1. Questo evento può essere: un fronte di sali-ta o di discesa; ogni 4 fronti di salita; ogni 16 fronti didiscesa. La modalità dell’evento viene determinata attra-verso un registro di configurazione.

MODALITA’ COMPARAZIONE

Nella modalità COMPARE, il valore del registroCCPR1, a 16 bit, viene continuamente confrontato colvalore del timer TMR1; quando i due valori sono ugualiviene generato un evento sul piedino RC2/CCP1. Questoevento può essere: pin CCP1 posto alto, pin CCP1 postobasso, pin CCP1 invariato.

MODALITA’ PWMNella modalità PWM (Pulse Width Modulation) è possi-bile generare un segnale ad onda quadra sul piedinoRC2/CCP1 del micro e a questo segnale può esserevariato il duty cycle. L’impostazione del valore del duty

cycle avviene caricando 8 bit nel registro CCPR1L, edue bit nel registro CCP1CON (i bit D4 e D5); il segna-le che pilota la generazione del segnale PWM viene rica-vata dal timer 2.

CONVERTITORE A/D

La famiglia 16C7X è costituita dai microcontrollori PIC16C71, 16C73 e 16C74, rispettivamente a 18, 28 e 40pin, caratterizzati dalla disponibilità di un convertitoreA/D ad 8 bit. Il numero di ingressi che possono esserecollegati al convertitore varia in funzione del tipo dimicro; per la precisione è di 4 ingressi per il 16C71, 5per il 16C73 e 8 per il 16C74. Il convertitore integratonei PIC è del tipo ad approssimazioni successive, ovve-ro la conversione viene effettuata ponendo successiva-mente ad 1 i bit del relativo registro, partendo dal più“pesante”, fino a trovare la combinazione esatta tra datodigitale e corrispondente ingresso analogico. La gestione del convertitore avviene mediante tre regi-stri denominati: ADCON0 (indirizzo 1Fh), ADCON1(indirizzo 9Fh) e ADRES (indirizzo 1E); va notato chegli indirizzi dei registri sono validi per i PIC16C73 e 74,mentre sono differenti per il 16C71. Vediamo in dettaglio il significato dei bit dei registri diconfigurazione e le operazioni da seguire per effettuareuna conversione A/D.

ADCON0- Bit0 (AD0N): Se posto a 1 il convertitore sta lavoran-do, se posto a 0 il convertitore è disattivo e non assorbecorrente.- Bit2 (Go/Done): Se si trova a 0 significa che la con-versione è terminata; se si trova a 1, significa che laconversione è in corso; se viene forzato a 1 tramite scrit-tura, si avvia automaticamente la conversione.- Bit3, Bit4, Bit5: Questi bit servono per definire qualepin di ingresso viene utilizzato per la conversione; larelazione tra i bit (rispettivamente 3, 4 e 5) e il pin abi-litato è la seguente: 000 = RA0; 001 = RA1; 010 = RA2;011 = RA3; 100 = RA5; 101 = RE0; 110 = RE1; 111 =RE2.- Bit 6, Bit 7: Impostano la frequenza del clock che ali-menta il convertitore, determinando quindi anche iltempo di conversione: 00 = Fosc/2; 01 = Fosc/8; 10 =Fosc/32; 11 = Clock derivato da un oscillatore RC.

Schema a blocchi del timera 16 bit TMR1. Come sipuò notare, il TMR1 sicompone di due registriTMR1H e TMR1L, viene

controllato da un clock chepuò essere interno

(ricavato dal quarzo) oesterno al micro.

CO

RS

O P

ER

MIC

RO

PIC


ADCON1I tre bit meno significativi di questo registro (D0, D1 eD2) consentono di selezionare gli ingressi da utilizzarein abbinamento al convertitore analogico.

ADRESQuesto registro viene caricato automaticamente al ter-mine di una conversione A/D con il dato a 8 bit che neesprime il risultato.

Per effettuare una conversione A/D è quindi necessarioeseguire le seguenti operazioni: configurare quali lineesono dedicate agli ingressi analogici, attraverso il regi-stro ADCON1; selezionare uno dei possibili canali perl’ingresso analogico; selezionare la frequenza di conver-sione; accendere il convertitore A/D. Queste tre ultimeoperazioni vengono effettuate attraverso l’impostazionedel registro ADCON0. A questo punto, si fa partire laconversione, settando il bit GO/DONE del registroADCON0 e si attende la fine della conversione. Se si èprevista la generazione di una interrupt, sarà questoevento ad indicare l’avvenuta conversione, altrimentisarà necessario andare a testare il bit GO/DONE delregistro ADCON0 fino a trovarlo a livello logico basso.Il risultato della conversione si trova a questo punto nelregistro ADRES.

MODULI DI COMUNICAZIONE SERIALE

I microcontrollori PIC prevedono due diversi moduli dicomunicazione seriale: il primo è denominato SCI(Serial Communication Interface = Interfaccia di comu-nicazione seriale), mentre il secondo prende il nome diSSP (Synchronous Serial Port = Porta Seriale Sincrona).Vediamo in dettaglio ciascuno di questi due moduli.

SCIIl modulo SCI permette di comunicare in modo asincro-no con altri dispositivi quali ad esempio i PersonalComputer, oppure di comunicare in modo sincrono condispositivi periferici quali convertitori A/D, memorieE2PROM seriali e così via. La SCI utilizza per la comu-nicazione seriale due linee, denominate TX per la tra-smissione ed RX per la ricezione quando si lavora inmodalità asincrona, oppure DT (data) e CK (Clock)quando viene utilizzata in modalità sincrona. La SCIpuò essere infatti configurata per lavorare in uno deiseguenti tre modi: modalità asincrona; modalità sincro-na come master; modalità sincrona come slave. Nellamodalità asincrona, i dati vengono trasmessi sulla lineaTX, che quindi è una uscita, e ricevuti sulla linea RX,che quindi è un ingresso. La sincronizzazione tra ricevi-tore e trasmettitore avviene inviando un bit di STARTprima di inviare i dati veri e propri. Nella modalità sin-crona, i dati viaggiano in modo bidirezionale sulla lineaDT e la sincronia fra trasmettitore e ricevitore avvieneattraverso l’invio di un clock sulla relativa linea CK:ovviamente il clock deve essere gestito da uno solo deidue dispositivi comunicanti. Il dispositivo che invia il

clock prende il nome di MASTER, mentre quello chericeve tale clock prende il nome di SLAVE. La configu-razione della modalità di funzionamento della SCIavviene attraverso due registri denominati TXSTA (regi-stro di trasmissione e di controllo) e RCSTA (registro diricezione e di controllo); vi è poi un registro particolare,denominato SPRGB che permette di definire la velocitàdi comunicazione seriale, ovvero la baud rate. Vediamo quindi dettagliatamente il modo di funziona-mento del modulo SCI.

MODALITA’ ASINCRONAIn questa modalità, la periferica si comporta come unaUART. La comunicazione avviene attraverso due lineedenominate TX (trasmissione) ed RX (ricezione). Latrasmissione avviene inviando dapprima un bit di start,seguito da otto o nove bit rappresentanti i dati da invia-re ed uno stop bit. Per effettuare la trasmissione di undato, è sufficiente abilitare la trasmissione ponendo a 1un bit denominato TXEN del registro TXSTA, tale bit èinfatti l’abilitazione alla trasmissione. Una volta effet-tuata questa operazione, è sufficiente caricare il dato chesi vuole trasmettere nel registro denominato TXREG.Questa operazione di “caricamento” avvia la trasmissio-ne del dato in forma seriale. Quando si vuole invece ricevere dei dati dalla lineaseriale, occorre abilitare la ricezione settando il bitCREN del registro RCSTA. A questo punto il sistemaattende l’invio di uno start bit, dei dati e di un bit di stop.Se ciò avviene correttamente, appena ricevuto il bit distop viene settato il bit RCIF e viene generata una richie-sta di interrupt. In risposta a questa richiesta di interrupt,è sufficiente andare a leggere il dato che si trova presen-te nel registro denominato RCREG.

MODALITA’ SINCRONAIn trasmissione sincrona, uno dei due dispositivi comu-nicanti prende la funzione di master ed uno di slave. Ildispositivo master invia oltre ai dati, anche una linea diclock che serve allo slave per sincronizzare la ricezione;per questo motivo la trasmissione viene definita sincro-na. La modalità di comunicazione sincrona, sia perquanto riguarda la ricezione che la trasmissione, avvie-ne in modo del tutto analogo a quanto visto per la comu-nicazione asincrona. Vediamo il significato dei bit che compongono i dueregistri TXSTA e RCSTA:

TXSTA- D0 (TXD8): Rappresenta il nono bit di trasmissione -D1 (TRMT): Indica se il registro di trasmissione (TSR) èpieno (1) oppure vuoto (0) - D2 (BRGH): Determina,insieme con BRG, la velocità di trasmissione - D3: Nonutilizzato - D4 (SYNC): Definisce il tipo di comunica-zione: sincrona (1) o asincrona (0) - D5 (TXEN): Abilita(1) o disabilita (0) la trasmissione - D6 (TX8/9):Determina i bit di trasmissione: 9 (1) o 8 (1) - D7(CSRC): Determina se in modalità sincrona il microfunziona da master (1) o da slave (0).

CO

RS

O P

ER

MIC

RO

PIC


NOTE: A = Ingresso analogico; D = Ingresso digitale.

comparatori: metodi operativi

RCSTA- D0 (RCD8): Rappresenta il nono bit in ricezione - D1(OERR): Indica se vi è errore di overrun (1) oppure no(0) - D2 (FERR): Indica se vi è errore di framing (1)oppure no (0) - D3: Non utilizzato - D4 (CREN): Abilita(1) o disabilita (0) la ricezione - D5 (SREN): Consentedi abilitare (1) o di disabilitare (0) la ricezione inmodalità sincrona - D6 (RC8/9): Determina i bit di rice-zione dati a 9 bit (1) oppure dati a 8 bit (0) - D7 (SPEN):Abilita (1) il modulo di comunicazione seriale o lo disa-bilita (0).

MODULO DI COMUNICAZIONE SINCRONA SERIALEOltre al modulo SCI che abbiamo già analizzato, alcuniPIC dispongono di un ulteriore sistema di comunicazio-ne seriale denominato SSP che risulta particolarmenteindicato per comunicare con periferiche esterne almicro. In particolare, la SSP può funzionare nelle dueseguenti modalità: SPI cioè interfaccia periferica seriale,I2C ovvero Inter Integrated Circuit. Si tratta di due dif-ferenti sistemi di comunicazione seriale sviluppati dadiversi produttori di circuiti integrati, proprio per per-

CO

RS

O P

ER

MIC

RO

PIC


DOVE ACQUISTARE LO STARTER KIT

Lo Starter Kit comprende, oltre al programmatorevero e proprio, un CD con il software (MPLAB,MPASM, MPLAB-SIM) e con tutta la documentazio-ne tecnica necessaria (Microchip Databook,Embedded Control Handbook, Application notes), uncavo RS-232 per il collegamento al PC, un alimenta-tore da rete e un campione di microcontrollore PIC.La confezione completa costa 390.000 lire IVA com-presa. Il CD è disponibile anche separatamente alprezzo di 25.000 lire. Il materiale può essere richiestoa: Futura Elettronica, V.le Kennedy 96, 20027Rescaldina (MI), tel. 0331-576139, fax 0331-578200.

mette una facile comunicazione fra circuiti integratiperiferici e microcontrollori. In particolare, per l’inter-faccia I2C (sviluppata e diffusa dalla Philips) alcuni PICpresentano tre apposite linee denominate SDO (SerialData Out), SDI (Serial Data In) e SCK (Serial Clock).Le linee SDO e SDI sono ovviamente le linee che tra-sportano i dati in forma seriale, mentre sulla linea SCKviene applicato il clock di sincronismo, essendo una tra-smissione di tipo sincrono fra dispositivi. I registri cheintervengono nella determinazione della modalità opera-tiva di questa interfaccia seriale sono denominatiSSPSTAT e SSPCON.

MODULO COMPARATORI

Alcuni dispositivi PIC della famiglia 16C62, pur nonintegrando al loro interno dei convertitori A/D veri epropri, consentono di gestire dei segnali analogici graziealla presenza di due comparatori. In pratica, i compara-tori sono dei dispositivi analogici che presentano dueingressi ed una uscita. I due ingressi sono indicati con +(ingresso non invertente) e - (ingresso invertente).Quando la tensione sul piedino + supera quella presentesul piedino -, l’uscita del comparatore si trova a livellologico 1; viceversa, se la tensione sul piedino - superaquella sul piedino +, l’uscita si porta a livello logico 0. Idue comparatori presenti nei PIC fanno capo alle lineealle linee RA0 ÷ RA3. E’ anche possibile utilizzarecome ingresso dei comparatori una tensione di riferi-mento generata da un apposito modulo all’interno delPIC stesso. Il registro di controllo dei comparatori èdenominato CMCON, e permette di selezionare unadelle otto possibili configurazioni, permette cioè di sta-bilire quali linee della porta RA devono essere collegateagli ingressi del comparatore; lo stesso registro permet-te di rilevare lo stato dell’uscita dei comparatori.

CMCON- D0 (CM0), D1 (CM1), D2 (CM2): Determinano unadelle otto possibili configurazioni - D3 (CIS) - D4: Nonutilizzato - D5: Non utilizzato - D6 (C1OUT): Uscita delprimo comparatore - D7 (C2OUT): Uscita del secondo

comparatore.Quando lo stato di uscita di uno dei due comparatoricambia, viene generata una interrupt, in risposta allaquale è necessario via software andare a leggere i due bitD6 e D7 per sapere quale dei due comparatori ha real-mente cambiato stato.

MODULO GENERATORE DI TENSIONE DI RIFERIMENTO

Abbiamo visto che i due comparatori possono utilizzareuna tensione di riferimento generata internamente almicro. Questo modulo viene controllato da un registrodenominato VRCON i cui bit hanno il seguente signifi-cato: - D0 (VR0), D1 (VR1), D2 (VR2), D3 (VR3):Determinano il valore di tensione - D4: Non utilizzato -D5 (VRR): Determina il range di Vref: basso (1) o alto(0) - D6 (VROE): Indica se Vref si trova su RA2 (1)oppure no (0) - D7 (VREN): Informa il micro se il cir-cuito che genera Vref è alimentato (1) oppure no (0).Come si vede, il valore della tensione di riferimentoviene determinato dai bit D0 ÷ D3 con le seguenti for-mule:

Se VRR = 1 Vref = (Vx / 24) * VddSe VRR = 0 Vref = (Vdd / 4) + (Vx / 32 ) * Vdd

Dove Vdd coincide con la tensione di alimentazione, Vxrappresenta un numero compreso tra 0 e 15 determinatodai bit D0 ÷ D3. Ad esempio, se consideriamo una Vdddi 5 V e un valore di Vx uguale a 10, abbiamo:

Se Vrr = 1 Vref = 2.083 VSe Vrr = 0 Vref = 2.8125 V

Bene, appuntamento alla prossima puntata del Corso incui presenteremo un potente compilatore in Basic appo-sitamente studiato per i microcontrollori PIC (PIC BasicCompiler). Con questo strumento di sviluppo, sarà pos-sibile realizzare programmi, anche complessi, con sem-plici e intuitive istruzioni Basic che il compilatore prov-vederà a tradurre nel linguaggio assembler dei PIC.


Al giorno d’oggi un po’ tutti sappiamo quali sono iproblemi legati all’utilizzo dell’acqua “potabile”

che ci viene fornita nelle abitazioni, nei bagni di localied uffici, ed altrove: essa non è pura e semplice acquacome quella distillata, ma contiene disciolti in solu-zione diversi elementi chimici e sali, la cui quan-tità varia da località alocalità, e viene esami-nata periodicamentecome si fa per le acqueminerali alla fonte dadove vengono prelevate. Ciò chesi trova frequentemente sono i salidi Calcio (calcari) di Magnesio edi Sodio (ad esempio ilBicarbonato ed il Cloruro diSodio, ovvero il sale da cucina) edaltri ancora: la percentuale di questicomposti determina la cosiddetta“durezza” dell’acqua, che si misu-ra in Gradi Francesi (°Fr) e chemediamente si aggira intorno a 15÷25. Senza stare afare una trattazione completa ci limitiamo a dire che lapresenza di sali disciolti, ma soprattutto di calcari portatutta una serie di problemi negli apparecchi che riscal-dano l’acqua, poiché con il calore, quanto più è inten-

so, essi vengono a cristallizzarsi formando incrostazio-ni resistenti e che col tempo arrivano non solo ad ostrui-re eventuali tubazioni, ma soprattutto avvolgono l’ele-mento riscaldatore corrodendolo e impedendogli dicedere adeguatamente il calore; senza contare che una

resistenza elettrica avvolta da uno strato iso-lante si surriscalda fino a bruciarsi, per-

ché non può raffreddarsi comedovrebbe nell’acqua circostante.

Ecco perché per lavatrici elavastoviglie si raccoman-da di utilizzare insieme al

normale detersivol’anticalcare.Tuttavia que-sto prodottochimico nonpuò essere uti-

lizzato in altri apparecchi (ad esempio scaldabagnoelettrico o a gas), ed ecco che divengono utili ed a

volte indispensabili quegli apparecchi composti da fil-tri con appositi sali capaci di disciogliere il calcare. Edancora più utili sono i sistemi elettronici, già presentida tempo sul mercato, che a differenza dei metodi chi-mici non alterano la composizione dell’acqua, che puòperciò essere bevuta tranquillamente. Infatti, i

IN CASA

ANTICALCAREELETTRONICO

Ideale per tubazioni domestiche, evita l’accumulo di calcare negli apparecchi che riscaldano l’acqua quali boiler, caldaie a gas, lavatrici,

lavastoviglie, ecc. Il circuito è semplicissimo ed essenziale come il principio di funzionamento, che si basa sull’effetto di un campo elettromagnetico

nei confronti delle particelle in soluzione.

di Francesco Doni

dispositivi elettronici non alterano lastruttura e la presenza dei sali, e nonsciolgono effettivamente il calcare, masemplicemente ne polarizzano le parti-celle in modo che si respingano tra loroe che pertanto non si depositino più suiriscaldatori e sulle pareti interne delletubazioni. Al contrario, i granuli e glialtri sistemi chimici sciolgono i saliliberando gli ioni che li compongono,così ad esempio il sale da cucina NaCl(cloruro di sodio) originerebbe Cloro eSodio, che da soli non fanno poi tantobene, soprattutto se presenti in quantitàeccessiva (un po’ ci servono e si trova-no disciolti nel sangue come elettroli-ti). Insomma, sciogliendo il calcare(Carbonato di Calcio, ecc.) si liberanoelementi chimici che rendono l’acquanon più bevibile. E’ questo il motivo


schemaelettrico

per cui vogliamo proporre il progetto ela costruzione di un efficace anticalca-re elettronico, un circuito semplice,efficace ed installabile ovunque senzabadare troppo alla natura dell’impiantoo ai materiali da cui è costituito; unasoluzione che costa pochissimo, certa-mente meno dei vari trattamenti chevengono proposti qua e là, in televisio-ne, nei supermercati, nelle fiere, ecc. E’oltretutto un metodo che consenteancora di bere l’acqua “trattata” perchénon ne altera la struttura chimica.Vediamo dunque questo dispositivo,dicendo innanzitutto che si tratta di uncircuito elettronico al quale sono colle-gati due spezzoni di filo da avvolgerenello stesso verso attorno al tubo dientrata dell’acqua; andiamo subito adanalizzare lo schema elettrico illustra-to in questa pagina. Come si può osser-vare, il circuito è estremamente sempli-ce, dato che il tutto si riduce ad un mul-

tivibratore astabile ad operazionale chegenera un’onda rettangolare alla fre-quenza di circa 1600 Hz, valore ritenu-to il più adatto per polarizzare le mole-cole dei sali disciolti nell’acqua potabi-le. Il funzionamento è presto detto: unavolta data la tensione di rete al prima-rio del trasformatore di alimentazioneTF1, sul secondario troviamo 15 volt

che raddrizzati e livellati dal ponte adiodi PT1 e dall’elettrolitico C1 deter-minano circa 21 volt in continua; conessi viene alimentato l’operazionaleU1 (il classico LM741) che inizia adoscillare. In sostanza C2, inizialmentescarico, mette a massa il piedino 2,mentre l’ingresso non-invertente èpolarizzato con metà del potenziale dialimentazione grazie al partitore resi-stivo R1/R2, cosicché l’uscita (piedino6) assume il livello alto uguale più omeno alla tensione d’alimentazione delpin 7. Tramite R4 parte del potenzialed’uscita torna al pin 3 dell’operaziona-le e ne incrementa il valore rispetto aquello iniziale portandolo a circa 2/3(14 volt) di quello che alimenta l’interopartitore; intanto C2 si carica attraversola resistenza R3, che gli porta correntedal piedino 6, finché la differenza dipotenziale ai suoi capi non eguaglia esupera quella attualmente presente ai

Il nostro prototipo a montaggio ultimato,prima di essere racchiuso in un idoneo contenitore.

capi della R2: ora l’U1 commuta lostato della propria uscita perché il pie-dino non-invertente è negativo rispettoall’invertente, ed il pin 6 assume illivello basso. Questa situazione forzal’abbassamento del potenziale al piedi-no 3, perché R4 ora porta via corrente esi pone idealmente in parallelo alla R2,riducendo la tensione ai capi di que-


mente fino ad assumere ancora il livel-lo alto, e la situazione riprende comevisto dal principio: R4 torna ad alimen-tare R2 facendo salire di colpo la ten-sione ai suoi capi a 2/3 di quella di ali-mentazione, ed R3 riprende a caricareC2 per effetto del potenziale dato dalpiedino 6, fino ad una nuova commuta-zione. Tutto ciò determina appunto lagenerazione di un’onda rettangolare, diun segnale unidirezionale dell’ampiez-za di circa 18 volt e della frequenza di1500÷1600 Hz che viene applicato aipunti di uscita tramite la resistenza R5.Quest’ultima, lo vedete dallo schema,serve principalmente per limitare lacorrente erogata dall’uscita dell’opera-zionale qualora venissero accidental-mente uniti i fili collegati ai punti ANT,altrimenti U1 potrebbe danneggiarsi.L’effetto dell’anticalcare deriva propriodagli spezzoni di filo collegati ai pre-detti punti del dispositivo, che fungono

st’ultima a circa 1/3 (7 volt) di quella dialimentazione; contemporaneamenteR3 scarica C2, la cui differenza dipotenziale inizia a scendere esponen-zialmente fino a raggiungere il nuovovalore di soglia, ovvero 1/3 del valorepresente ai capi d’uscita del ponte rad-drizzatore. Quando si abbassa oltre talelimite, l’operazionale commuta nuova-

L’acqua considerata potabile che giunge nelle nostre case non è pura come quelladistillata perché porta in sé svariate sostanze disciolte e soprattutto sali, quali car-bonati di calcio (calcare) di sodio, cloruri ed altri ancora; tra tutti quanti quelli chepiù creano problemi per alcuni elettrodomestici sono i calcari, perché cristallizzanoavvolgendo le resistenze elettriche e l’interno delle tubazioni, soprattutto quelleriscaldate quali ad esempio i collettori dei boiler e delle caldaie murali a gas. Alungo andare portano danni anche considerevoli, perché corrodono le vasche delle

lavatrici, le resistenze degli scaldabagno (ma anche delle macchinette per caffè, dei ferri da stiro, ecc.) oltre ad ostruirei tubi. Per evitare l’accumulo del calcare esistono diversi sistemi, tra i quali i più noti sono i trattamenti chimici a basedi filtri e sali, e i classici anticalcare in polvere da aggiungere al detersivo per il bucato: entrambi, sia pure in situazionidifferenti, agiscono sciogliendo i sali di calcio impedendo fisicamente che si attacchino perché di fatto non esistono più,dato che vengono scissi negli elementi che li compongono, o trasformati in altri composti. Tuttavia tali metodi sono appli-cabili solo in ambiti ristretti e poco si addicono ad “addolcire” l’acqua potabile, perché spesso la rendono tutt’altro chebevibile e anche velenosa: se infatti si scinde un sale quale il cloruro di sodio liberando cloro e sodio, si produce un mixdecisamente tossico. Non è quindi un caso che gli anticalcare chimici vadano bene per le lavatrici (dove migliorano l’ef-ficacia dei detersivi perché abbassano il PH dell’acqua...) o per apparati destinati a trattare acqua non potabile. Unavalida alternativa sono i sistemi elettronici, di varia natura, più recenti e sicuramente meno pericolosi perché non cam-biano la struttura chimica del prezioso liquido ma semplicemente polarizzano le particelle in sospensione caricandole conuna certa polarità in modo che si respingano e non si aggreghino intorno alle parti metalliche ed alle resistenze. Si trat-ta fondamentalmente di apparecchi che creano un campo elettromagnetico attorno alle tubazioni, con placche o filiopportunamente avvolti: lavorando su tubi di metallo il campo passa all’interno sia per dispersione che per altri feno-meni di propagazione superficiale della corrente, men-tre con materiali non metallici si verifica con la massi-ma intensità ed efficienza. Diciamo per dovere di cro-naca che “l’abbattimento” del calcare è in media del40% di quello che transita in un tubo sottoposto a trat-tamento, quindi non è ovviamente la totalità ma ècomunque una buona proporzione: soprattutto se con-sideriamo che l’acqua rimane inalterata sia comesapore che dal punto di vista chimico e fisico, quindiresta bevibile senza il minimo rischio.

il principio di funzionamento

Ca

O

O

OC la molecola del

carbonato di calcio (calcare)

Ca CO3

+ + + + + +

- - -- - -

++

+ ++

+ +

+

+

elettrodo

elettrodo

+

-

PER LA SCATOLA DI MONTAGGIOL’anticalcare elettronico è disponibile in scatola di montaggio(cod. FT234K) al prezzo di 44.000 lire. Il kit comprende tuttii componenti, la basetta forata e serigrafata, il trasformatore,il cavo di alimentazione con spina da rete, il filo di rame iso-lato per realizzare le due bobine, il contenitore e tutte leminuterie. Il materiale va richiesto a: Futura Elettronica, V.leKennedy 96, 20027 Rescaldina (MI), tel. 0331-576139, fax0331-578200, internet <www.futuranet.it>.


COMPONENTI

R1: 150 KohmR2: 150 Kohm R3: 22 KohmR4: 150 KohmR5: 1 Kohm

C1: 470 µF 35VL elettroliticoC2: 22 nF poliestereC3: 100 nF multistratoD1: Zener 15V 1/2WLD1: LED rosso

lampeggianteU1: LM741

FUS1: Fusibile 200 mATF1: Trasformatore 220/15VPT1: Ponte diodi 1A

Varie:- portafusibile da c.s.;- fusibile 5x20 200mA;

- zoccolo 4 + 4 pin;- morsetto 3 poli;- cordone alimentazione;- contenitore TEKO Coffer 2;- stampato cod. S234.(Le resistenze sono da 1/4Wcon tolleranza del 5%)

Traccia latorame del circuito

stampato indimensioni

reali.

l’anticalcare in pratica

da antenne irradianti, ovvero da plac-che per creare un campo elettromagne-tico capace di polarizzare le particelledisciolte nell’acqua. In sostanza colle-gando due spezzoni di filo di rame iso-lato (con guaina) ai punti ANT e poiavvolgendoli fino a fare delle spireattorno ad un tubo, tra essi viene acrearsi un campo elettromagnetico diintensità variabile nel tempo alla fre-quenza di 1,5÷1,6 KHz, che interessale particelle in sospensione nell’acquapolarizzandole e facendo in modo chesi respingano invece di aggregarsi.

Evidentemente l’efficacia del sistema èmassima se si ha a che fare con tubinon metallici, mentre diminuisce se glistessi sono di metallo (ferro zincato,ottone, rame, ecc.) per evidenti ragionidettate dal fatto che i materiali delgenere fanno da schermo e bloccano lelinee di forza che possono investire leparticelle disciolte solo per dispersio-ne. Per una lavatrice l’ideale è fare gliavvolgimenti attorno al tubo di carico,solitamente fatto di gomma, in mododa ottenere la massima resa; per unoscaldabagno si deve invece agire su uno

dei flessibili d’ingresso, fermo restan-do che si tratta di tubi in gomma pro-tetti da una maglia metallica che in unacerta misura ostacolerà la propagazionedel campo elettrico riducendo l’effica-cia dell’anticalcare. In virtù del fattoche praticamente in uscita non vieneerogata corrente, l’assorbimento del-l’intero circuito è praticamente trascu-rabile, e non supera qualche decina dimilliampère; avendo una tensione dialimentazione di 21 volt la potenza dis-sipata e quindi richiesta alla rete nonraggiunge 1 VA, pertanto il trasforma-tore può essere molto piccolo.Passiamo ora alla realizzazione praticadell’anticalcare; al solito abbiamo pre-visto un circuito stampato, del quale inqueste pagine trovate la traccia del latorame a grandezza naturale: seguitelaper preparare la basetta, quindi com-pletata l’incisione e fatti i fori procura-te quei pochi componenti occorrenti.Iniziate quindi montando le resistenzee lo zoccolo per l’operazionale, quindii diodi, badando particolarmente allaloro polarità e rammentando che nelled il catodo sta dalla parte piatta.Sistemate i condensatori, prestandoattenzione al verso dell’elettroliticoC1, e poi inserite e saldate il ponte a


una semplice prova

diodi (da posizionare anch’esso comeindicato nei disegni) ed il trasformato-re TF1: questo deve essere del tipo percircuito stampato con terminali a passoadatto, da 1VA, con primario a220V/50Hz e secondario da 15Veff.Infine, infilate nei rispettivi fori e sal-date il portafusibile 5x20 da c.s. nelquale poi dovete inserire il fusibileFUS1 da 200 mA (rapido) ed il mon-taggio della basetta risulta terminato:completate l’opera inserendo l’LM741nel relativo zoccolo, badando di tener-ne la tacca di riferimento rivolta comeindicato nel piano di cablaggio. Fattoanche questo procuratevi due spezzoni

di filo di rame in guaina di sezionecompresa tra 0,75÷1 mmq, lunghi cia-scuno circa 150 centimetri; scoprite ecollegate un capo di ognuno ad unpunto ANT, ed avvolgete quanto restaattorno alla tubazione di entrata del-l’apparecchio riscaldatore (scaldaba-gno, lavatrice, caldaia, ecc.) facendo lespire necessarie (in funzione del dia-metro del tubo) con entrambi i fili,sempre nello stesso verso. In ognicaso, prima di procedere all’installa-zione occorre racchiudere la scheda inun contenitore rigorosamente di plasti-ca, quale ad esempio il Coffer 2 dellaTeko, collegando i morsetti di ingresso

220Vac ad un cordone di rete terminan-te con un’apposita spina; il led dovràspuntare dalla scatola, in modo da evi-denziare l’accensione, e andranno pre-visti i fori anche per l’uscita del cavo dialimentazione e dei due spezzoni di filoche andrete ad arrotolare sul tubo del-l’acqua. Bisognerà inoltre controllarebene tutto il montaggio prima di darel’alimentazione, e sarà indispensabileassicurarsi che la basetta non sia espo-sta all’umidità e non tocchi acqua innessun caso: pertanto piazzate il dispo-sitivo in un posto ben protetto. Il conte-nitore può anche essere fissato condelle fascette o con del nastro adesivoisolante al tubo stesso; in quest’ultimocaso è consigliabile siliconare i forilaterali al contenitore, per intenderciquelli in cui passano il cavo di alimen-tazione e due cavi di antenna, e impre-gnare l’intera scheda con resina epossi-dica bicomponente. La resina devesolamente coprire la basetta, e in altez-za si può arrivare indicativamente ametà dell’altezza del trasformatore.Detto questo non ci sembra di doveraggiungere altro, se non rammentareche per avere un buon effetto l’antical-care deve avere i fili ANT+ e ANT-avvolti attorno al tubo nello stessoverso, e possibilmente il tubo deveessere non metallico. Quest’ultimofatto oggi è abbastanza comune perchéormai da anni anche i tubi murati cheportano l’acqua (anche a caldaie e scal-dabagno fissi...) sono in polietilene oPVC, o comunque in gomma, e che ivecchi in acciaio zincato sono in disu-so: potrete pertanto intervenire su unatubazione, ad esempio prima del boiler,rammentando sempre che il tutto nondeve bagnarsi, quindi attenzione perl’uso nei bagni e nelle cucine...

Il circuito proposto in queste pagine non è una nostra invenzione, anzi, gli anticalca-re elettronici a polarizzazione, vengono da anni utilizzati in svariate applicazioni pro-fessionali. Ad esempio, trovano impiego nei laboratori odontotecnici dove, unitamentead altri accorgimenti chimici, provvedono a trattare l’acqua utilizzata durante le fasidi preparazione delle protesi dentarie. Per verificare la bontà del circuito possiamofare una semplice prova ed allo scopo dovremo procurarci due pentole da cucina ecollegare un tubo di gomma (ad esempio, quello per annaffiare il giardino) ad un

qualsiasi rubinetto di casa. A questo punto, installiamo l’anticalcare sul tubo a circa1 metro dalla terminazione, alimentiamo il dispositivo e preleviamo acqua a sufficien-za per riempire la prima pentola. Ora, togliamo alimentazione al dispositivo e riem-

piamo di acqua la seconda pendola. Facciamo poi bollire per circa 15 minuti l’acquacontenuta nei due recipienti, attendiamo che il tutto si raffreddi e che si crei la

sedimentazione e osserviamo che mentre la pentola con acqua non trattata (a sini-stra) presenterà sul fondo una patina di colore bianco, l’altra (a destra) avrà un

deposito sulle pareti interne decisamente inferiore.


In laboratorio così come nelle apparecchiature dabanco e da rack, gli strumenti di misura sono sempre

presenti, tipicamente per indicare la tensione o lacorrente all’uscita di una lineaelettrica, di un alimentatore, o diun qualsiasi altro dispositivo;solitamente troviamo applicati iclassici galvanometri emicroampèrometri a lancetta, chein molti casi vengono rimpiazzati dastrumenti digitali a display. Questiultimi hanno la particolarità di esserepiù visibili, e comunque di indicare unvalore preciso e definito anche se inpratica presentano una tolleranza nonsolo nella misura ma anche nell’indica-zione. Dalle riviste dielettronica, da schemipresi qua e là, siamoormai abituati a vederevoltmetri ed ampèrometridigitali realizzati un tempo conla coppia della RCA CA3161 eCA3162 (driver per display e A/Dconverter) e recentemente con integratispecifici quali l’ICL7106 e l’ICL7107 della Intersil, il

primo dedicato al controllo di cristalli liquidi ed ilsecondo indicato per la gestione di segmenti a led.

L’ICL7106 ed i suoi equivalenti (es.MAX7106 Maxim) sono usatissiminei tester digitali per la loro ottimaprecisione ed affidabilità, e per ilcosto decisamente contenuto, non-ché in molti moduli da pannello.In questo articolo vogliamo peròproporvi uno strumento un po’particolare, cioè un millivolt-metro sempre con una sezio-ne di visualizzazione a led,ma gestito interamente daun microcontrollore: loZ86E04 della Zilog.

Entriamo nel vivo del nostrostrumento ed analizziamo il principio secondo

il quale il micro effettua la misura. Il funziona-mento del voltmetro digitale si basa sulla carica diun condensatore a corrente costante, ovvero si

controlla e si conta il tempo necessario affinché ilvalore della tensione accumulata da un condensatore

caricato a corrente costante raggiunga una soglia: lacorrente è proporzionale alla tensione applicata all’in-gresso dello strumento, cosicché il tempo impiegato è

MISURE

VOLTMETROSINGLE-CHIP

Visualizza su un display a led a 3 cifre il valore di tensione rilevato all’ingresso: adatto per alimentatori e pannelli di controllo, ma anche

in laboratorio per realizzare ampèrometri usando una resistenza di shunt. Utilizza un solo integrato: un microcontrollore

Zilog opportunamente programmato.

di Francesco Ferla


funzione lineare della tensione diingresso; pertanto visualizzando ilrisultato del conteggio si ottiene l’indi-cazione numerica della tensione.Cerchiamo ora di capire esattamentecosa avviene nel dispositivo.Considerando la formula che lega lacapacità di un condensatore alla quan-tità di carica ed alla corrente, osservia-mo che la carica immagazzinata tra learmature è data dal prodotto “Q=Ixt”;dove I è la corrente che circola nell’in-tervallo di tempo t. Se “I” è espressa inampère e “t” in secondi la quantità Q èin Coulomb (1C=1A x sec). Ma la cari-ca elettrica di un generico condensato-re può essere definita anche con la for-mula “Q=C x V”, dove C è la sua capa-cità e V la differenza di potenziale tra learmature. Risolvendo quest’ultima for-mula rispetto alla capacità e sostituen-do a Q la prima equazione otteniamo:

C=Q/V => C=I x t/V

dalla quale ricaviamo che la tensione Vtra i capi del condensatore è pari a:

V=I x t/C

Quest’ultima formula è quella che ciinteressa per spiegare il funzionamentodel voltmetro, infatti da essa possiamodedurre che caricando a correntecostante “I” un condensatore di capa-cità “C” (quindi fissa e costanteanch’essa) la tensione “V” è stretta-mente legata alla durata della carica“t”; in altre parole la differenza dipotenziale rilevabile tra le armature èdirettamente proporzionale al tempoper cui si fa circolare la correntecostante, secondo una legge lineare.Pertanto se imponiamo un valore diriferimento “V” e contiamo il tempoimpiegato per ottenerlo ai capi del con-densatore “C”, del quale conosciamo lacapacità, possiamo ricavare indiretta-mente il valore della corrente di caricae quindi della tensione che la fa scorre-re. Ipotizziamo, ad esempio, di caricareun condensatore del valore di capacitàdi 10 µF con una corrente costante di100 µA; sostituendo questi valori nellaformula “V=I x t/C” scopriamo che latensione tra le armature cresce di 1 mil-livolt ogni 100 µsec che trascorrono:perciò dopo 1 secondo avremo 10 mil-livolt, dopo 10 sec 100 mV, ecc.

Prendiamo adesso un comparatore ditensione (es. un amplificatore opera-zionale opportunamente connesso) eimmaginiamo di collegare l’armaturapositiva del condensatore (inizialmentescarico...) all’ingresso invertente, e

quello non-invertente ad una sorgentedi tensione continua della quale voglia-mo misurare il valore; in tale condizio-ne, supposto scarico il condensatore,l’ingresso invertente è a potenzialeminore del non-invertente, quindi l’u-scita del comparatore si pone a livellologico alto. Adesso carichiamo il con-densatore stesso a corrente costante, di100 µA appunto e incrementiamo uncontatore con un impulso ogni 100microsecondi, fino a quando l’uscitadel comparatore non commuterà da 1 azero logico: quando ciò sarà avvenutola tensione tra le armature della capa-cità avrà raggiunto e superato quella damisurare, applicata al piedino non-invertente. Dunque la tensione damisurare varrà esattamente tanti milli-

all’ingresso di misura. Infatti con untempo di carica di 1 millisecondo e 100µA di corrente di carica, nota la capa-cità di 10 µF nella formula “V=IxT/C”ricaviamo:

V = 0,1mAx1msec/10µF == 0,0000001Axsec/0,00001F == 0,01 volt = 10 mV

E’ questo il principio su cui si basa ilfunzionamento del nostro voltmetroche, nota la pendenza della rampa ditensione ai capi del condensatore,conta il tempo impiegato ad eguagliarela differenza di potenziale all’ingressoe quindi consente di conoscerne, ilvalore con buona approssimazione:esattamente 0,99 mV di errore, datoche il conteggio di un impulso può nonavvenire perché il comparatore com-muta qualche microsecondo primaanche se la tensione continua a cresce-re dopo che è stato contato il preceden-te impulso. Insomma, se si contano isoliti 10 impulsi ma il comparatorecommuta poco prima dell’undicesimoè probabile che la tensione incognitaall’ingresso sia più alta di un marginetra 0 e 990 microvolt, cioè il minimo edil massimo compresi in un periodo di100 microsecondi. Trasferendo i con-cetti appena esposti allo schema elettri-co di queste pagine vediamo subitocome funziona il nostro voltmetro. Il

volt quanti sono gli impulsi contati dalcontatore, ovvero tanti mV/100 µsec:se abbiamo contato, ad esempio, 10impulsi e quindi altrettante frazioni di100 µsec. (1000 µsec, ovvero 1 msec.)avremo rilevato 10 mV, cioè 0,01 volt

tensione ai capidel condensatore

0,6V (V diodo)

0,6V + 99mV

0,6V + 999mV

inizio carica C

inizio misura

inizio carica C

inizio misura

99,9mS

fine misura escarica di C

fine misura escarica di C

99,9mS 9,9mS

Il diagramma illustra il principio di funzionamento del convertitore tensionefrequenza che sfrutta la carica a corrente costante di un condensatore.

Pin-out del microcontrollore Zilog Z86E0408.


schema elettrico

funzionamento non si discosta più ditanto da quello descritto nell’esempio,con la sola differenza che al posto diusare un comparatore se ne adoperanodue, entrambi contenuti nel microcon-trollore Z86E04 che utilizziamo pereseguire i calcoli dei tempi e quindidelle corrispondenti tensioni e per laconversione dei dati ottenuti in impulsidi controllo per i tre display 7-seg-menti. I comparatori sono 2 perché, perrendere lineare e precisa il più possibi-le la misura, il micro conta il tempoimpiegato dal condensatore a raggiun-gere la tensione da rilevare, partendonon da zero volt, ma da un potenzialepositivo di riferimento che nel nostrocaso è ottenuto dalla caduta ai capi diun tipico diodo al silicio (0,6÷0,7 volt).La tensione di riferimento è applicataal piedino 9 (P32) dello Z86E04, quin-di all’ingresso non-invertente di unodegli operazionali interni; questo coin-cide anche con il riferimento dell’in-gresso di misura, il che significa che ilnegativo dei punti IN non può stare col-legato a massa ma deve esservi solleva-to: ciò potrebbe creare problemi inapplicazioni nelle quali il modulo volt-metro deve condividere l’alimentazio-ne con un circuito nel quale deve fareuna misura, quindi tenetene conto.Altrimenti unendo la massa di alimen-tazione con quella di ingresso (-IN) simette in cortocircuito il diodo D2, eli-

minando il riferimento ed ottenendomisure parzialmente errate. L’ingressopositivo di misura è invece collegatocon la resistenza R4 al piedino 8 (P31)del microcontrollore, ovvero al non-invertente del secondo comparatoreinterno; i due ingressi invertenti deglioperazionali sono uniti e collegati alpiedino 10 (P33) e da esso al circuito dicarica della capacità a corrente costan-te. Il condensatore C5 fa solamente dafiltro della tensione in misura. La partedi riferimento, cioè la rete di carica acorrente costante, è realizzata con ilcondensatore (campione) C6, da 10 µF,alimentato tramite il collettore del tran-sistor T2: quest’ultimo funziona dageneratore di corrente costante ed èpolarizzato tramite il partitore di ten-

sione formato dalla resistenza R9 e dalpotenziometro R8. L’altro transistor,T1 (2N1711), serve per scaricare com-pletamente il C6 all’inizio di ogni ciclodi misura, e viene comandato dall’usci-ta P20 (piedino 15) del microcontrollo-re U1 che provvede a generare unimpulso a livello logico alto. Per ognimisura da eseguire (il trigger vienedato dal superamento della tensione di0,6 V all’ingresso “pin10” rispetto amassa) viene quindi avviata questasequenza: lo Z86E04 inizializza leuscite per il display, quindi dà unimpulso al piedino 15 mandando insaturazione T1 e facendo scaricarecompletamente il condensatore di rife-rimento C6; adesso vengono generatidegli interrupt uno ogni 100 microse-condi; il contatore interno conta questiultimi da quando la tensione all’ingres-so + (piedino 8) supera 0,6V e fino ache la differenza di potenziale ai capidel C6, ovvero quella data agli ingressiinvertenti degli operazionali interni almicrocontrollore, non diventa uguale equindi maggiore della tensione damisurare, ovvero del potenziale appli-cato al punto IN+. Quando ciò accadeil contatore viene bloccato e si provve-de a visualizzare su display il risultatodel conteggio, che appare sotto formadi numeri indicanti i millivolt (da 000 a999). Al termine della lettura del conta-tore lo stesso viene azzerato, ed il con-


densatore C6 viene scaricato nuova-mente con un impulso che parte dalpiedino 15 del microcontrollore chemanda in saturazione ancora una voltail transistor T1. Notate ora che per ese-

relativi livelli logici, attivando poi ilterminale K (il catodo) del display inte-ressato e lasciando disattivi quelli deglialtri due. Il ciclo parte dal primo e ter-mina al terzo per poi riprendere dacca-po. Il punto decimale della cifra dimezzo è fisso, acceso tramite la resi-stenza R17 che ne collega al positivo(+5V) il rispettivo terminale. Non c’èda sorprendersi se il microcontrolloreZ8 pilota direttamente i segmenti per-ché ciascuna delle uscite P21, P22,P23, P24, P25, P26 e P27, può erogare

guire le misure, tenendo conto dellapolarizzazione data al piedino 9 delmicrocontrollore, ovvero i 0,6 volt chesollevano da massa il punto IN-, vienefatta una particolare lettura all’inizio:dopo aver scaricato completamente ilcondensatore di riferimento con il soli-to T1 lo si lascia caricare (interdicendodetto transistor la corrente può andarein C6...) a corrente costante fino a chel’uscita del primo comparatore (quellocollegato esternamente al piedino 9)non commuta da 1 -valore iniziale- a

COMPONENTI

R1: 10 KohmR2: 10 Kohm trimmer

min MOR3: 100 KohmR4: 10 KohmR5: 470 OhmR6: 4,7 KohmR7: 22 KohmR8: 10 Kohm trimmer

multigiro

R9: 1 KohmR10: 68 OhmR11: 68 OhmR12: 68 OhmR13: 68 OhmR14: 68 OhmR15: 68 OhmR16: 68 OhmR17: 220 OhmC1: 220 µF 16VL elettr.C2: 100 nF multistratoC3: 1000 µF 16VL elettr.

C4: 100 nF multistratoC5: 4,7 µF 25VL elettr.C6: 10 µF tantalioC7: 22 pF ceramicoC8: 22 pF ceramicoD1: 1N400/D2: 1N4148U1: Z86E04

(software MF235)U2: Regolatore 7805T1: 2N1711 transistor NPNT2: 2N2905 transistor PNP

DS1: Display 7 segmenti C.C.DS2: Display 7 segmenti C.C.DS3: Display 7 segmenti C.C.Q1: Quarzo 8 MHzJ1: Jumper da c.s.

Varie:- zoccolo 9 + 9 pin;- morsettiere 2 poli (2 pz.);- stampato cod. S235.Le resistenze sono da 1/4Wcon tolleranza del 5%.

in pratica

zero logico; a questo punto la tensionesu C6 ha superato quella del diodo D2.Il micro Z86E04 verifica la commuta-zione e da questo momento avvia lagenerazione degli interrupt ogni 100

interno che può spaziare tra zero e 999,il che significa che il display visualiz-zerà da 000 a 999. Tutti i segnali sonoinviati ovviamente in modo multiplexa-to, cioè il micro emette cifra per cifra i

µsec ed il relativo conteggio. Quindidopo il superamento della soglia, rile-vata con estrema precisione propriograzie al comparatore del minimo, siprocede alla misura vera e propriasenza che la stessa sia affetta dal valo-re di polarizzazione. Quanto al display,abbiamo implementato una sezione divisualizzazione a led formata da 3display classici a 7 segmenti. Il pilotag-gio avviene inviando alle linee dei seg-menti i segnali necessari a visualizzareil risultato del conteggio del counter


Il diagramma illustra il funzionamento del software di gestione del voltmetro.All’accensione vengono inizializzati gli I/O dello Z86E04 attribuendo i due operazionaliinterni ai piedini 8 e 9 (rispettivamente ingresso positivo e negativo) e configurando comeinput il piedino 10 (P33, ingresso della tensione di riferimento) e come uscite tutti i bitdella porta P2, ovvero P21, P22, P23, P24, P25, P26 e P27 per la gestione del display inmultiplexing, e P20 (pin 15) per la scarica rapida del condensatore C6. A questo punto,viene posto a zero logico il piedino 15 e si lascia caricare il condensatore C6 a corrente

costante, attendendo che la tensione ai suoi capi oltrepassi quella di riferi-mento data dal diodo al pin 9; finché questo non avviene il display èazzerato. Superato il potenziale di 0,6V, il micro inizia a considerare lamisura, ovvero attiva il timer che genera una interrupt ogni 100 micro-secondi, e determina in corrispondenza di ogni interrupt degli impulsiche vengono misurati da un contatore resettato all’inizio del ciclo dimisura. Quando la tensione sul condensatore equivale a quella presentetra il piedino 8 e massa, ovvero quando la supera, viene rilevato il fron-te di discesa all’uscita del comparatore superiore e la misura ha termi-ne: viene arrestato il timer che produce gli interrupt e il relativo conta-tore, quindi un’apposita routine preleva il risultato del conteggio, lomemorizza in un buffer, e lo porta tale e quale ai tre display a led, pilo-tandoli in multiplexing; ogni unità di 100 µsec che viene contata corri-sponde ad un millivolt, perciò le unità formano la cifra più a destra, ledecine quella di mezzo, e le centinaia quella più a sinistra. Dopo l’ac-quisizione dei dati e il refresh (aggiornamento) del display, il ciclo di

misura termina e viene resettato il contatore; contemporaneamente viene dato un impul-so positivo al piedino 15 e T1 scarica velocemente il condensatore C6 preparando il tuttoad una nuova misura. Notate che la lettura avviene ciclicamente, ovvero il microcontrol-lore ripete periodicamente la sequenza ed aggiorna il display, fermo restando che se nonsi applica alcuna tensione all’ingresso IN viene indicato 000. Le fasi della misura siavviano sempre con la scarica del condensatore, quindi lo stesso viene lasciato caricarefino a che la sua tensione non supera quella data dal diodo D2 al piedino 9 dello Z8;dopo si avviano timer di interrupt e contatore e si considera la vera tensione d’ingresso;appena si eguagliano quest’ultima e la differenza di potenziale ai capi del C6 si arrestail contatore e si legge il risultato. Tutta la sequenza dura circa 340 millisecondi, ovvero60 per arrivare da zero al valore del diodo (0,6V=600mV=600x100µsec=60msec.) 99,9per arrivare al massimo valore di 999 mV (999x100µsec=99,9 millisecondi) e 180 dipausa tra la fine di una misura e l’inizio della seguente, tempo durante il quale si acqui-

sisce il valore, si resetta il contatore, si ripristina il timer, e C6 viene scaricato. Notate infine che se al termine dei 99,9msec dati per la misura la tensione ai capi del condensatore di riferimento non eguaglia quella al piedino 8 del micro-controllore, il ciclo termina ugualmente ma non viene letto il counter: si avvia una subroutine di over range che fa visua-lizzare HHH sui tre display, quindi tutto procede come se fosse stata fatta una misura entro i limiti; le tre H scompari-ranno al termine del successivo ciclo, a patto che non vi siano ancora oltre 999 mV all’ingresso IN.

flow chart del programma

fino a 12 mA in regime continuo, ecomunque tutta la porta P2 non dovreb-be superare 70 mA: il tutto è ampia-mente soddisfatto perché le resistenzedi limitazione di ciascun segmento(R10 ÷ R16) sono da 470 ohm e garan-tiscono un assorbimento impulsivo di 6mA per ciascun piedino; possono quin-di essere abbassate fino a 220 ohm(I=12 mA) se si desidera aumentare laluminosità del display. Terminiamo ladescrizione del funzionamento ram-mentando che il voltmetro è stato pro-

gettato per leggere tensioni continue divalore compreso entro 999 millivolt:oltre si ha l’indicazione di over range;dovendo misurare valori più alti sarànecessario interporre all’ingresso unpartitore opportunamente dimensiona-to. In linea di massima, considerandoche la resistenza in parallelo ai punti IN(R3) è da 100 Kohm, e che l’ingressodel microcontrollore è ad elevatissimaimpedenza, si può calcolare che peravere un fondo-scala di 9,99 volt occor-re mettere in serie al punto IN+ un resi-

store da 910 Kohm. Per misurare fino a99,9 volt è invece consigliabile abbas-sare R3 fino a 10 Kohm, e porre in serieall’IN+ la solita resistenza, ma da 1Mohm. In ogni caso inserendo il parti-tore all’ingresso è bene usare compo-nenti con tolleranza dell’1% o 2%, e lostesso vale per la R3. Quanto alla tolle-ranza sulla misura, il nostro circuitogarantisce grosso modo le prestazionidi un buon tester digitale; consideratecomunque che per come funziona valeil solito discorso dell’incertezza tra un


oppure infilarli in appositi zoccoli cheavrete preventivamente preparato e sal-dato nelle loro piazzole. Per agevolarele connessioni dell’alimentazione e diingresso conviene montare delle mor-settiere a passo 5 mm per c.s. in corri-spondenza delle relative piazzole. Asaldature ultimate infilate il microcon-trollore Z86E04 già programmato nelproprio zoccolo, rammentando di inse-rirlo con la tacca di riferimento dallaparte indicata nel disegno di montag-gio. Potete quindi pensare al collaudoed alla taratura.

COLLAUDOE TARATURA

Terminato il montaggio e verificato chetutto sia in ordine si può alimentare ilmodulino e tararlo affinché funzioni almeglio: allo scopo procuratevi un ali-mentatore capace di dare da 8 a 15 voltin continua ed una corrente di 90÷100milliampère, o anche una semplice pilaa secco però di tipo alcalino; in ognicaso connettete il positivo al punto +Vdello stampato ed il negativo al -V,quindi vedrete accendersi i tre display aled che indicheranno numeri casuali.Ora procuratevi un tester digitale e col-legatene il puntale negativo al -IN ed ilpositivo al +IN del circuito, dopo aver-lo predisposto alla lettura di tensionicontinue con portata di 2 volt (o la piùvicina). Chiudete il ponticello J1 anchecon un semplice spezzone di filo salda-to alle rispettive piazzole, o usando duepunte a passo 2,54 mm da cortocircui-

tare con un jumper adatto, quindi rego-late il trimmer R2 fino a leggere sulquadrante del multimetro un valore dioltre 900 millivolt; passate adessoall’altro trimmer (R8) regolandolofinemente in modo da ottenere suldisplay esattamente il valore indicatodal tester: così regolerete la corrente dicarica del C6, in modo da avere la giu-sta pendenza di salita della tensione diriferimento. In pratica se ruotando R2arrivate ad avere 950 mV su quest’ulti-mo, dovete regolare il cursore dell’R8fino ad avere 950 sul display del modu-lino. Fatto questo avete terminato lataratura; bloccate i cursori dei due trim-mer con dello smalto in modo da fissa-re le regolazioni, togliete tensione,staccate il tester e rimuovete il ponti-cello J1. Da adesso potete utilizzarlocome meglio credete, ricordando questisemplici accorgimenti: non unite lamassa di alimentazione (e comunquequella del modulo) con il negativo del-l’ingresso di misura, altrimenti avreteindicazioni inesatte; lo strumento leggesolo tensioni positive, ed applicandotensioni negative (ovvero ribaltando lapolarità d’ingresso) i tre display indica-no 0. Infine, applicando all’ingressotensioni che eccedono 999 millivolt (ilfondo-scala) viene visualizzata l’indi-cazione di over range HHH; qualoraall’ingresso venga utilizzato un partito-re per alzare la portata, le tre H appaio-no sempre e solo quando vengonooltrepassati i 999 mV all’ingresso IN,non ai punti di collegamento del parti-tore stesso.

impulso di 100 µsec ed il successivo,quindi di 1 millivolt (la carica del con-densatore C6 avviene ad 1mV/100µsec) sull’intero fondo scala di 999: indefinitiva l’errore si quantifica come“E = 1/999 = 0,100%”. Insomma,appena l’1 per mille! Pertanto con laportata di 999 millivolt si sbaglia di 1mV, con 9,99V di 0,01V, e misurando99,9V di fondo scala l’errore è di±0,1V (100 mV): davvero una scioc-chezza. Bene, lasciamo adesso la teoriae passiamo alle note di costruzione emessa a punto del voltmetro: per primacosa preparate lo stampato seguendo latraccia del lato rame illustrata in questapagina a grandezza naturale (scala 1:1)quindi, dopo averla incisa e forata, ini-ziate il montaggio dei pochi compo-nenti con le resistenze e i diodi, avendocura di rispettare il verso indicato perquesti ultimi (il catodo sta dalla partedella fascetta colorata). Proseguite conlo zoccolo per lo Z86E04 (da 9+9 pin)che consigliamo di posizionare con latacca di riferimento dalla parte indicatanella disposizione componenti, quindipassate ai due trimmer ed ai condensa-tori cercando di rispettare la polarità diquelli elettrolitici; sistemate poi il rego-latore di tensione U2, avendo cura diorientarlo come mostrano foto e dise-gni di queste pagine, e terminate con idisplay 7-segmenti a led, che vannomontati tutti nello stesso verso badandodi far coincidere il puntino di riferi-mento con quello del disegno, ovverodella serigrafia. I display si possonosaldare direttamente allo stampato,

ANCHE IN KITIl voltmetro a microcontrollore èdisponibile in scatola di montag-gio (cod. FT235K) al prezzo di39.000 lire. Il kit comprendetutti i componenti, la basettaforata e serigrafata, e il micro-controllore già programmato.Quest’ultimo è disponibile ancheseparatamente (cod. MF235) alprezzo di 28.000 lire. Il materia-le va richiesto a: FuturaElettronica, V.le Kennedy 96,20027 Rescaldina (MI), tel.0331-576139, fax 0331-578200,internet <www.futuranet.it>.

Traccia latorame del circuito

stampato indimensioni

reali.


SICUREZZA

CONTROLLOAMBIENTALE

AUDIO CON GSMdi Arsenio Spadoni

Per tenere sotto controllo unavettura o più in generale qual-

siasi mezzo in movimento, è neces-sario come prima cosa conoscernela posizione; a tale scopo abbiamoproposto sul precedente numero diElettronica In un sistema di localiz-zazione che sfrutta le tecnologieGPS e GSM. Le coordinate rilevatedal ricevitore GPS vengono inviate

vogliamo sapere cosa succedeall’interno del veicolo, ovvero sevogliamo anche un controllo di tipo“ambientale”, dobbiamo prevederel’impiego di un microfono perascoltare cosa viene detto nell’abi-tacolo oppure di una telecamera pervedere cosa succede, oppure dientrambi i sistemi abbinati. Il pro-getto proposto in queste pagineconsente appunto di effettuare unascolto ambientale utilizzando unpiccolissimo e sensibilissimomicrofono. Per quanto riguarda ilvideo, il prototipo è in avanzata fasedi preparazione ed il progetto rela-tivo verrà proposto nei prossimimesi non appena ultimate tutte leprove. Il dispositivo proposto que-sto mese è composto da un modulomodem/GSM tipo WM01 (lo stessoutilizzato nel precedente progetto) eda una scheda di controllo allaquale fanno capo le sezioni di bassafrequenza e di controllo della sensi-bilità. In questo caso viene utilizza-to esclusivamente il canale audioper cui il cellulare può funzionareanche con una scheda prepagata. Ilsegnale captato dal microfonoviene inviato, dopo essere stato

tramite il canale dati della reteGSM ad una postazione fissa colle-gata telefonicamente all’unitàremota. I dati vengono elaborati daun apposito software e la posizionedel veicolo (ma anche la velocità edil senso di marcia) viene visualizza-ta - all’interno di una cartina strada-le digitale - sul monitor del PCdella stazione base. Se tuttavia

Il dispositivo perl’ascolto

ambientale adistanza utilizzaun modem GSM

ed un circuito peril controllo del

segnale microfonico.


la: molto semplice ed efficace. Matorniamo per un istante al moduloGSM del quale ci siamo occupatiampiamente sul precedente nume-ro. Questa apparecchiatura rappre-senta il cuore del nostro progetto:risolve tutti i problemi di collega-mento tra la stazione base e l’unitàremota sfruttando la rete cellulareGSM che garantisce una copertura

capillare non solo all’interno delterritorio nazionale ma ben oltre dalmomento che questo standard vieneutilizzato in moltissimi altri paesieuropei ed extraeuropei consenten-do dunque di realizzare facilmente,grazie agli accordi tra i vari gestori,collegamenti con qualsiasi parte delglobo. Il modulo WM01 consentedi sfruttare tutte le potenzialità del

opportunamente amplificato, all’in-gresso di bassa frequenza dell’unitàGSM; il segnale presente all’uscitaaudio di quest’ultimo modulo èinvece applicato all’ingresso di undecodificatore DTMF il quale con-trolla un microcontrollore che a suavolta è collegato all’ingressoRS232 del modem/GSM. Questasezione ha il compito di inviare alWM01 una serie di comandi Hayesche agiscono sul guadagno delmodulo stesso. Le stringhe di con-trollo vengono generate dal micro-controllore in corrispondenza deitoni DTMF rilevati dal decodifica-tore. In ultima analisi, per aumen-tare o diminuire la sensibilitàmicrofonica è sufficiente che dallastazione base vengano inviati deter-minati toni (basta pigiare alcunitasti del telefono): i toni giungonoall’unità remota, vengono ricono-sciuti dal decoder, elaborati dalmicro ed inviati sotto forma distringhe di controllo al moduloottenendo così la variazione dellasensibilità. Nel nostro caso abbia-mo utilizzato il tono generato daltasto n. 2 per aumentare la sensibi-lità e quello del tasto n. 8 per ridur-

Per ascoltare a distanza,tramite la rete cellulare

GSM, tutto quanto vienedetto all’interno di un’abi-tazione o di una vettura,

anche in movimento edistante centinaia di

chilometri. Il dispositivopresenta dimensioni

particolarmente ridotte edutilizza un piccolissimo

microfono la cui sensibilitàpuò essere regolata a

distanza tramite la tastieradel telefono. L’unità GSM

remota può utilizzare carteprepagate.

Entrambi imoduli utilizzatisono statialloggiatiall’interno di uncontenitoremetallico diridottedimensioni.


sistema GSM in quelle applicazionidove un telefono cellulare tradizionaleoppure una scheda PCMCIA risultanonon economiche o di difficile utilizzo.Il circuito viene controllato tramite laporta seriale RS232 (livelli EIA)mediante istruzioni AT standard perquanto riguarda il settaggio del modemed AT estesi per quanto riguarda i con-trolli della scheda GSM.L’apparecchiatura dispone di un con-nettore DB9 al quale fanno capo tuttele linee di controllo tipiche di un

schema elettrico

modem: TXD, RXD, DCD, CTR,DSR, RTS, CTS, GND e RI. Il WM01può essere alimentato con una tensionecontinua compresa tra 10,8 e 32 voltdal momento che integra un efficacealimentatore switching. Con un’ali-mentazione di 12 volt il circuito assor-be 45 mA in standby e 325 mA in tra-smissione. Il dispositivo è in grado dioperare in fonia, può ricevere e tra-smettere SMS, dispone di un canaledati a 9600 baud e può lavorare inmodalità fax. Come in tutti i GSM, è

presente anche un connettore per laSIM card (versione miniatura) senza laquale il cellulare non può ovviamentefunzionare. A tale proposito ricordiamoche in questo caso è possibile utilizza-re una carta prepagata in quanto il cel-lulare viene utilizzato esclusivamentein fonia. Per poter funzionare in moda-lità dati e fax, la SIM deve essere abili-tata per tali funzioni e questa estensio-ne è possibile solo per gli abbonamentitradizionali. Occupiamoci a questopunto del circuito collegato al modemGSM il cui schema elettrico è riportatoin alto. Questo stadio, come del resto ilWM01, viene alimentato con una sor-gente a 12 volt, tipicamente la tensionedi batteria della vettura. Il segnaleaudio captato dalla piccolissima capsu-la microfonica MIC1 viene amplificatodall’operazionale che fa capo all’inte-grato U1, utilizzato nella configurazio-ne invertente. Questo stadio amplificail segnale di circa 20 volte e lo applicaai capi del trasformatore di segnaleTF2; il secondario è collegato agliingressi microfonici del WM01 (pin 7 e8 del connettore RJ45). L’impiego di

Il circuito dicontrollo a montaggio ultimato.


un trasformatore consente di evitarepossibili ritorni di RF nella sezionemicrofonica. Il trasformatore utilizzatopresenta un rapporto di 1:1 e pertantonon influenza in alcun modo il livellodel segnale. La sensibilità di questo sta-dio dipende dai valori utilizzati masoprattutto dal guadagno dello stadio diingresso del cellulare che può esserevariato entro 20÷30 dB utilizzandoopportuni comandi AT standard dainviare all’ingresso RS232. A ciò prov-vede la seconda sezione del circuito,sicuramente più complessa di quellaappena descritta. Dalla postazione baseè possibile variare la sensibilità invian-do toni DTMF corrispondenti al n. 2(per incrementare) o al n. 8 (per dimi-nuire). Questi segnali giungono all’u-nità remota tramite la rete GSM e sonofisicamente presenti sui terminali 5 e 6della presa RJ45 del WM01; da qui,tramite il trasformatore TF1 con rap-porto 1:1 vengono inviati all’ingressodel decodificatore DTMF U2, uncomune 8870. Questo chip converte ilbitono di ingresso nel dato corrispon-dente; tramite un bus a 5 fili ( quattro

RJ45 del WM01; tale terminale rappre-senta ovviamente l’RXD ovvero l’in-gresso dati. Il transistor ha il compitodi adattare il livello del segnale di usci-ta da TTL ad una sorta di EIA, privoperò delle semionde negative.Nonostante ciò, il modem interpretacorrettamente le informazioni ricevute.Il PIC è anche connesso all’uscita datidel WM01 (terminale 3, TXD); i diodiD1 e D2 provvedono alla conversionedel livello logico (da EIA a TTL) inmodo da non danneggiare la porta di

MHz (Q1). I due integrati necessitanodi un’alimentazione stabilizzata a 5volt che nel nostro caso viene generatadal regolatore U4, un comune 7805.Completano il circuito alcuni conden-satori di disaccoppiamento sparsiopportunamente lungo la linea di ali-mentazione il cui compito è quello dievitare inneschi, ritorni di RF, eccetera.Passiamo a questo punto alla descrizio-ne della realizzazione pratica.Per alloggiare le varie parti che com-pongono il nostro circuito abbiamo

per i dati ed uno di controllo), l’infor-mazione viene trasferita al microcon-trollore U1, un PIC16C84 opportuna-mente programmato. Questo chip rile-va la presenza dei toni che ci interessa-no e, nel caso, provvede a generare icomandi AT standard da inviare alWM01. Tali istruzioni sono presenti sulpin 11 del micro e, tramite il transistorT1, giungono al terminale 2 della presa

ingresso del microcontrollore. Questocollegamento non viene sfruttato inalcun modo nel nostro circuito ed èstato previsto solo per eventuali futureevoluzioni del circuito. Due quarziprovvedono a generare i segnali diclock necessari al corretto funziona-mento dei due chip. L’8870 utilizza unquarzo da 3,58 MHz (Q2) mentre ilPIC16C84 impiega un quarzo da 4

LE POTENZIALITA’ DELLA RETE CELLULARE GSM

I quasi 15 milioni di abbonati ai due gestori italiani (TIM e Omnitel) la diconolunga sul successo di questa tecnologia. Tuttavia le potenzialità di questo sistemadi comunicazione sono ancora tutte da scoprire, basti pensare che la quasi tota-lità dei contratti si riferisce ad abbonamenti per la sola fonia anche se la rete GSMconsente di trasmettere con la massima sicurezza fax, dati e messaggi SMS. Unatecnologia, dunque, in parte ancora vergine che aziende, enti e normali utentistanno a poco a poco scoprendo. Uno dei settori sicuramente più interessanti edalla portata di tutti riguarda il servizio SMS (Short Message Service) che consen-te di inviare brevi messaggi ad altri utenti ad un costo decisamente basso. Tra l’al-tro il servizio SMS non interferisce con i normali canali di comunicazione (foniao dati) in quanto i messaggi viaggiano sul canale di controllo utilizzato dalla cellaper monitorare i terminali.


il cablaggio del circuito di controllo

previsto l’impiego di un contenitoremetallico, precisamente il modelloTriplate 398 della Teko. Abbiamo quin-di progettato e realizzato lo stampatoin funzione delle dimensioni di talecontenitore tenendo anche conto che ilWM01 e la basetta da noi realizzatadebbono essere montate a “sandwitch”,

separate da uno schermo metallico(presente nella confezione del conteni-tore 398). La piastra misura 55 x 180millimetri e presenta un foro nel mezzoper consentire un perfetto accoppia-mento col WM01; attraverso questoforo passa un grosso condensatore uti-lizzato nella sezione switching del

GSM. Per realizzare la piastra consi-gliamo di utilizzare il metodo dellafotoincisione che consente di ottenereuna basetta del tutto simile a quella danoi utilizzata per realizzare il prototipo.Il cablaggio della piastra non presentaparticolari difficoltà: come al solitomontate per primi i componenti a basso

il modem GSM utilizzatoIl progetto descritto in queste pagine utilizza un telefono cellulare un po’ particolare: sitratta del modello WM01 prodotto dalla francese Wavecom. Definire ”cellulare” questodispositivo non è molto corretto dal momento che abbiamo a che fare con un modem GSMovvero con un dispositivo che funziona come un telefono cellulare ma che è destinato pre-

valentemente alla tra-smissione dati e quindinon dispone né di tastie-ra né di display e tutte lefunzioni vengono attivatetramite la porta serialemediante istruzioni ATstandard per il settaggiodel modem e AT esteseper il GSM.


R1: 1 KohmR2: 1 KohmR3: 1 KohmR4: 22 KohmR5: 1 KohmR6: 100 KohmR7: 100 KohmR8: 330 KohmR9: 100 OhmR10: 220 OhmR11: 6,8 KohmR12: 47 KohmR13: 2,2 KohmR14: 220 OhmC1: 220 nF multistratoC2: 22 pF ceramicoC3: 22 pF ceramicoC4: 100 nF multistratoC5: 220 µF 16VL elettroliticoC6: 120 pF ceramicoC7: 100 16VL elettroliticoC8: 47 µF 16VL elettroliticoC9: 470 µF 16VL elettroliticoC10: 100 nF multistratoC11: 470 µF 25VL elettroliticoC12: 100 nF multistratoC13: 470 µF 16VL elettrolitico

D1: 1N4148D2: 1N4148U1: PIC16C84 (MF239)U2: 8870U3: LM741U4: 7805T1: BC547B transistorQ1: Quarzo 4 MHzQ2: Quarzo 3.58 MhzTF1: Trasformatore 600 Ohm 1:1TF2: Trasformatore 600 Ohm 1:1MIC: Capsula microfonica

preamplificata a 2 terminali

Varie:- C.S. cod. S239;- morsettiera 2 poli (2 pz);- plug telefonico RJ45;- zoccolo 8 + 8;- zoccolo 9 + 9;- zoccolo 4 + 4;- contenitore Teko Triplate 398- connettore di alimentazione

da pannello;- presa di alimentazione:- connettore microfonico da pannello;- presa microfonica.

elenco componenti

profilo e quelli passivi; proseguite con icondensatori elettrolitici, i quarzi ed isemiconduttori. Per il montaggio degliintegrati utilizzate gli appositi zoccoli erispettate l’orientamento del chip, penail mancato funzionamento del tutto e laprobabile distruzione dell’integrato. Ilmicrocontrollore già programmato da

utilizzare in questo progetto può essererichiesto alla ditta Futura Elettronica(tel. 0331/576139). I trasformatori uti-lizzati sono dei normali elementitelefonici con rapporto 1:1 ed impeden-za di 600 ohm. Tutte le connessioni diingresso/uscita, ad eccezione di quelleper il microfono e l’alimentazione

fanno capo ad un connettore RJ45 dastampato. Per collegare il WM01 allanostra piastra è dunque necessario uti-lizzare un cavetto con 8 conduttori allecui estremità vanno crimpate due spineRJ45: un cablaggio particolarmentesemplice e rapido. Prima di effettuarequesto collegamento è tuttavia necessa-rio dare tensione al circuito e verificarecon un tester che agli integrati giungala tensione di alimentazione prevista: 5volt per U1 e U2 e poco meno di 12volt per U3. E’ anche necessario effet-tuare alcuni settaggi del modem/GSMin quanto, in questo caso, il microcon-trollore genera esclusivamente i mes-saggi relativi alla gestione dei canaliaudio. In particolare bisogna program-mare l’auto answer (risposta automati-ca) che si abilita col comando ATS0=2che significa che il GSM risponderàautomaticamente al secondo squillo;per ritornare al funzionamento normale(risposta manuale) il comando èATS0=0. Nell’apposito connettore delGSM è necessario prima di effettuarequalsiasi programmazione inserire unacarta GSM col PIN disabilitato inquanto per effettuare il controllo sulPIN col modulo WM01 bisognerebbeappesantire notevolmente il software.A questo punto è possibile realizzare icollegamenti necessari ed effettuareuna prima prova al banco. Non primaperò di aver collegato l’antenna GSMed una capsula microfonica all’ingres-so di BF della scheda. Controllate chel’assorbimento del tutto si stabilizzi,dopo una decina di secondi, sui 60÷70mA. A questo punto con un normaletelefono chiamate il numero dell’unitàremota e verificate che al secondosquillo si instauri la comunicazione.L’assorbimento aumenterà sino a350÷400 mA e nella cornetta dovreteudire il segnale captato dal microfono;pigiando sul tasto 2 del telefono la sen-sibilità aumenterà, agendo sull’8 otter-remo l’effetto contrario. Per modificarela sensibilità standard del sistema (infunzione anche del tipo di capsula uti-lizzata) è possibile agire sulla resisten-za R12. Aumentando questo valore lasensibilità migliora e viceversa. Setutto funziona come previsto possiamopassare alla fase successiva ovvero alcablaggio dell’intera apparecchiaturaall’interno di un idoneo contenitore.Come abbiamo già detto, per il mon-

la localizzazione veicolare GPS/GSM

Ricordiamo a quanti avessero perso il precedente numero della rivista che sutale fascicolo abbiamo presentato il progetto di un completo sistema di localiz-zazione veicolare a distanza che utilizza un ricevitore GPS in abbinamento allostesso modem GSM impiegato questo mese. Il progetto comprende anche ilsoftware di chiamata e di gestione cartografica utilizzato nella stazione base.


taggio del nostro prototipo abbiamoutilizzato un contenitore metallicodella Teko, precisamente il modelloTriplate 398. Sfruttando la piastrametallica in dotazione bisogna innanzi-tutto suddividere in due scomparti ilcontenitore per evitare ritorni di RF dalGSM alla sezione audio. Lo schermova opportunamente forata per consenti-re il passaggio dei cavi di collegamen-to tra il modulo GSM e la nostra pia-stra. Tutte le operazioni di cablaggio

sono rese più agevoli dal fatto che i duecoperchi del contenitore sono scorrevo-li e possono essere tolti durante il mon-taggio. Sui lati del contenitore è neces-sario realizzare tre fori: per il connetto-re di antenna, per la presa di alimenta-zione e per la presa microfonica. Aquest’ultima fa capo il cavo prove-niente dalla capsula microfonica. A taleproposito ricordiamo che è tassativol’impiego di un cavo schermato; ad unodei due capi andrà saldata la capsulamicrofonica preamplificata a due ter-minali; per migliorare ulteriormente ilcablaggio consigliamo di bloccare iltutto con un pezzetto di guaina termo-restringente. La qualità del segnaleaudio ricevuto dipende in buona partedalla capsula microfonica utilizzata. Incommercio troviamo capsule da millelire ma anche modelli molto più costo-si. Ovviamente questa differenza diprezzo trova riscontro nelle prestazio-ni: in considerazione del costo dell’in-tera apparecchiatura consigliamo dinon lesinare sul prezzo di questoimportantissimo componente.Realizzato anche il cavo microfonicopossiamo considerare ultimato ilcablaggio.Non ci sono particolari problemi perquanto riguarda l’installazione dell’u-nità remota all’interno della vettura: èpossibile connettere l’alimentazionedel circuito direttamente alla batteria(in questo caso potremo collegarcisempre) oppure al positivo sotto chiave(il collegamento sarà possibile solo conla vettura in moto). Per quanto riguardal’ascolto dalla stazione base consiglia-mo di fare uso di un telefono dotato divivavoce per evitare di dover stareincollati alla cornetta. In alternativa èpossibile utilizzare un amplificatoresupplementare il cui ingresso andràcollegato in parallelo alla linea telefo-nica. Dopo aver effettuato la chiamatacon il telefono, collegate in paralleloalla linea l’amplificatore e mettete giùla cornetta. Se in parallelo all’ingressodell’ampli avrete previsto una resisten-za da 100÷200 ohm la linea rimarràimpegnata per quanto tempo vorrete.Utilizzate un amplificatore dotato dicontrollo dei toni o, meglio ancora, diequalizzatore grafico: agendo sui varicontrolli potrete così ottimizzare l’a-scolto attenuando fruscii, rimbombi erumori di fondo.

PER IL MATERIALE

Il circuito necessario per rea-lizzare il controllo ambienta-le remoto (cod. FT239) èdisponibile in scatola di mon-taggio al prezzo di 145 milalire. Il kit comprende tutti icomponenti, la basetta foratae serigrafata, il microcontrol-lore già programmato, il con-tenitore metallico, il microfo-no ed il relativo cavo di colle-gamento. Il microcontrolloreprogrammato può essereacquistato separatamente(cod. MF239 lire 38.000). Ilmodem GSM WM01 costa1.300.000 lire mentre l’anten-na GSM piatta (ANT/GSMP)costa 45.000, compreso ilcavo ed il connettore. Il mate-riale può essere richiesto alladitta Futura Elettronica snc,Viale Kennedy 96, 20027Rescaldina (MI) tel 0331/576139 fax 0331/578200.Presso la stessa ditta sonodisponibili i seguenti sistemigià pronti per l’uso:

- Unità remota per il control-lo ambientale mediante reteGSM completa di antennapiatta e microfono professio-nale;

- Unità remota per la localiz-zazione a distanza completadi antenne GPS e GSM;

- Stazione base fissa compo-sta da un PC con i program-mi di comunicazione e digestione cartografica, da unmodem e dal cavo di collega-mento;

- Stazione base portatile com-posta da un PC portatile coni programmi di comunicazio-ne e gestione cartografica, daun modem GSM completo dicavi di collegamento, di con-tenitore metallico ed anten-na. Quotazioni a richiesta.

Traccia lato ramein dimensioni reali.


Non è passato molto tempo da quando abbiamo pub-blicato il progetto del programmatore di memorie

parallele (precisamente nel fascicolon. 26 di febbraio 1998) e adesso,in seguito a nuove richieste giun-te in redazione, proponiamo unsemplicissimo programmer,realizzato però esclusivamenteper lavorare con le EEPROMad accesso seriale, che sonoquelle più usate nei sistemia microcontrollore dellafascia bassa e medio-bassa. Abbiamo concen-trato la nostra attenzio-ne sulle memorie adI2C-bus perché risul-tano essere i disposi-tivi più diffusi, impiegati non solonei circuiti a microcontrollore ma anche inapparati hi-fi Car, nei televisori, nei videoregistratori,principalmente per mantenere i canali ed i dati di impo-stazione del funzionamento. Non a caso, la tecnica I2C-

bus è stata sviluppata per gli apparecchi audiovisivi peri quali esiste da tempo una vasta gamma di circuiti inte-

grati per il controllo generale e di funzioni specifi-che (sintonia, controllo On-Screen,

ecc.) prodotti da Case quali laSiemens, la SGS-Thomson

e la Philips. Insomma, èquesto il motivo per cui -

tra le varie memorie adaccesso seriale- dedichiamo

particolare attenzione aquelle con protocollo I2C-

bus, accantonando per ora leMicrowire e le SPI. Il pro-

grammatore che trovate in que-ste pagine e che andremo a

descrivere tra breve permette discrivere e leggere dati nei chip di

memoria EEPROM da 2 Kbit finoa 16 Kbit: consente quindi di lavo-

rare con le 24C02 (2Kbit, cioè 256x8bit) con le 24C04 (4 Kbit, ovvero 512x8 bit) le 24C08(8Kbit, quindi 1Kx8 bit) e con le 24C16 (16Kbit, cioè

MICRO & C.

PROGRAMMARELE E2PROM

SERIALIHardware e software per leggere e scrivere dati nelle memorie ad accesso

seriale di uso più comune: quelle ad I2C-bus della serie 24Cxx. Il circuito è semplicissimo e si collega alla porta parallela di qualunque PersonalComputer IBM o compatibile. Il programma gira sotto Windows 95.

di Roberto Nogarotto


2Kx8 bit) che sono rispettivamente da256, 512, 1 K e 2 Kbyte. Con il nostrocircuito si può verificare il contenuto diuna memoria, copiarlo in un file, quin-di scriverlo in un altro chip anche soloper fare una copia. Ma vediamo innan-zitutto come è fatto l’hardware, riman-dando a dopo l’analisi del software edel relativo pannello di controllo sottoWindows 95.

SCHEMAELETTRICO

Il circuito del programmatore è sempli-cissimo, e lo si può constatare osser-vando lo schema elettrico illustrato inquesta pagina: in pratica c’è uno zoc-colo a 4+4 pin per inserire le memorie,quindi un buffer unidirezionale (un

integrato 74LS244) utilizzato per inter-facciare i fili dell’I2C-bus con la portaparallela del computer. Già, perché ilpiccolo circuitino viene gestito utiliz-zando 3 linee di uscita della portaLPT1, che sono D0, Strobe e Init, eduna linea di ingresso (Error). Una delleuscite serve per pilotare l’SCL (SystemCLock) ovvero la linea di clock del busmentre una seconda gestisce la lineaSDA (Serial Data); tuttavia va notatoche essendo quest’ultima bidirezionale(serve infatti per il trasferimento deidati da e verso la memoria) il circuitodeve prevedere la possibilità di scolle-garla dal filo della parallela LPT1 usatoper l’I/O dei dati, ovvero il D0: a ciòprovvede una quarta linea, lo Strobedella porta parallela del computer, chepermette di portare in tri-state il buffer

U2 (il solito 74LS244). Insomma,Error e D0 della LPT1 vengono usatirispettivamente per leggere e scrivere idati nella memoria innestata nello zoc-colo U1, e lo Strobe viene invece usatoper comandare il funzionamento dellaparte di U2 a cui fa capo la linea diingresso in modo da disattivare il colle-gamento tra D0 e l’SDA del chip quan-do si vuole leggere dei dati dallamemoria ed occorre pertanto che siaattivo solo il canale verso il computer.Notate che la posizione in tri-state delbuffer riguarda solo metà di esso: infat-ti il 74LS244 è composto da 8 disposi-tivi elementari controllabili a gruppi di4 da un piedino di abilitazione; per riu-scire a portare in “alta-impedenza”,ovvero a disabilitare la linea del D0 (InDati del programmatore), abbiamosemplicemente utilizzato per questalinea il gruppo di buffer controllato dalpin 1, in modo da agire solo su di essaponendo a livello alto lo Strobe.Invece, le linee Init e Error sono affida-te a due dei 4 buffer dell’altro gruppo,sempre abilitato grazie alla connessio-ne permanente tra il relativo piedino diEnabling (19) e massa, ovvero lo zerologico. Il circuito viene alimentato atensione stabilizzata di 5 volt, ricavatadal regolatore U3 partendo dalla ten-sion di ingresso, compresa tra 8 e 15volt in continua; notate il diodo D1,posto in serie al ramo positivo di ali-mentazione che serve per proteggeredall’inversione accidentale di polarità.L’elettrolitico C1, come C2, C3 e C4,servono da filtro e sopprimono even-tuali disturbi impulsivi e residui di

Il programmatore proposto in questo articolo è stato appositamente realizzato per scrivere eleggere in E2PROM ad accesso seriale con interfaccia I2C-bus, e precisamente è adatto a 4 tipitra i più diffusi: la 24C02, la 24C04, la 24C08 e la 24C16, rispettivamente da 2Kbit (256 Byteda 8 bit) 4 Kbit (512 Byte) 8 Kbit (1 KByte) e 16 Kbit (2 KByte). Il circuito viene gestito da unPersonal Computer IBM o compatibile sul quale viene fatto girare un software applicativopreparato appositamente in Delphi per Windows 95; il collegamento tra PC e programmato-re avviene attraverso 4 linee della porta parallela (quella destinata normalmente alla stam-

pante) che gestiscono l’I/O dei dati sull’SDA (Serial Data) dei chip di memoria, la direzione (utilizzando un buffer perabilitare la trasmissione o la lettura) e il clock comune alla linea di SCL (System CLock). Per brevità non stiamo a spie-gare cos’è il bus I2C, protocollo del quale ci siamo occupati in un articolo pubblicato a pagina 69 del fascicolo n. 22 dellanostra rivista, al quale rimandiamo chi volesse sapere qualcosa di più. La sezione hardware del nostro programmatorepresenta dimensioni estremamente contenute e si realizza con poca spesa; funziona con 8÷15 volt in continua e consen-te una velocità di programmazione/lettura pari ad 1 KByte per minuto, quindi ad esempio una memoria di tipo 24C08 (da8 Kbit) viene scritta o letta completamente in un minuto.

con quali memorie

schema elettrico


alternata. Il led LD1 accendendosiindica la presenza dei 5 volt a valle del-l’integrato U3. Notate infine, riguardoallo zoccolo U1 per le EEPROM, chesono posti a zero logico i piedini 1, 2,3, 7, comuni per tutti i chip utilizzabi-li con il nostro programmatore; questipin corrispondono rispettivamente, allelinee A0, A1, A2, e Write Protect.Ponendo a zero logico i tre pin di indi-rizzo, la memoria inserita nel circuitosi identifica come device 0 del bus I2C,ed il software da noi fornito è già pre-disposto per questa condizione, infattinella stringa di dati che invia serial-mente sul D0 (SDA in entrata...) sele-ziona l’address 0. Ponendo a massa ilWrite Protect (piedino 7) invece sidisabilita la protezione dalla scrittura,caratteristica che ovviamente non vieneutilizzata perché altrimenti non sipotrebbe scrivere in memoria.

IL SOFTWARE

Bene, adesso che abbiamo vistol’hardware dell’I2C-Bus EEPROM pro-grammer analizziamo il software concui utilizzarlo: si tratta di un program-ma la cui interfaccia utente è stata svi-luppata per funzionare esclusivamenteper Windows 95. Dopo averlo caricato(con “Installa Applicazioni” nel menudi Avvio) si attiva cliccando con ilmouse sulla relativa icona, quindiappare la finestra principale da cui èpossibile accedere a tutte le funzioni,che sono poi 3, una per ciascun pulsan-te virtuale che appare a video. Tramitequesta schermata si può leggere il con-tenuto di una memoria installata sullascheda del programmatore, salvarequanto letto in un file di testo ASCIIleggibile con l’Editor dell’MS-DOS(ogni riga riporta il contenuto di unacella) scrivere dei dati nella memoriaprelevandoli da un file che verrà chie-sto di indicare. Naturalmente per potersvolgere correttamente le varie opera-zioni bisogna prima impostare il tipo dimemoria. Ma vediamo le cose nei det-tagli elencando le opzioni accessibilidai 3 pulsanti della schermata principa-le:

- Tipo di memoria = permette di sele-zionare il tipo di chip scegliendo trala 24C02, la 24C04, la 24C08 e la24C16, rispettivamente da 2, 4, 8, 16

Kbit, composte la prima da 256 celle,la seconda da 512, la terza da 1024 ela quarta da 2048 celle, tutte riparti-te in byte da 8 bit.

- Leggi memoria = consente di leggereed acquisire il contenuto di unamemoria: avviando la procedura sieffettua la scansione delle celle dallaprima all’ultima; chiudendo il box epassando alla funzione “Scrivimemoria” è possibile salvare quantoletto in un file usando il bottone“salva su file” e specificando il nome.

- Scrivi memoria = è la procedura checonsente di programmare la memo-ria, ovvero di trasferire quanto dispo-nibile nel buffer del computer all’in-terno della memoria.

Guardiamo una ad una le procedurepartendo dalla scelta della memoria: visi accede cliccando con il mouse sulbottone “Tipo di memoria” della scher-mata di avvio del programma ed appa-re un nuovo quadro con due pulsantinirecanti uno la freccia in alto ed unoquella in basso; a lato c’è una casellaindicante il tipo di memoria attualmen-te impostato (si parte dalla 24C02). Perfare la scelta basta cliccare con ilmouse sulle frecce scorrendo i tipi finoa far apparire la sigla di quella voluta:ad esempio per impostare la 24C08 siclicca sul bottone della freccia in alto odi quella sotto fino a far apparire lascritta 24C08 a lato; puntando sul bot-tone OK e cliccando si imposta e siesce dalla funzione, tornando allaschermata di avvio. Adesso puntando e

leggere tra le versioni 24C02, 24C04, 24C08o 24C16. Sul circuito, la memoria seleziona-ta deve essere inserita nell’apposito zoccolofacendo attenzione che la tacca di riferimen-to sia rivolta verso la resistenza R2.

Il menu “sceglimemoria” si attivadalla schermata prin-cipale del program-ma; tramite le freccesi seleziona il tipo dimemoria che si inten-de programmare o


cliccando sul bottone “Leggi memoria”si comanda la lettura del contenuto delchip inserito nello zoccolo del pro-grammatore: si apre una finestra e con-temporaneamente inizia l’acquisizionedel contenuto della memoria, condizio-ne evidenziata dalla progressione delnumero posto sopra i pulsantini dellefrecce su e giù. Finita la lettura si puòscorrere tra le celle per vederne il con-tenuto una ad una sullo schermo: alloscopo si fa riferimento ai due numeri,dei quali il primo si modifica agendocon il puntatore del mouse sui pulsantie rappresenta la cella da leggere; ilsecondo è invece il dato contenutonella cella stessa. Per uscire dall’opzio-ne di lettura si chiude la finestra conl’apposito comando in alto a destra (X)quindi si torna alla schermata di avvio.Vediamo dunque l’ultima funzione,cioè quella attivabile cliccando sul bot-tone “Scrivi Memoria”. La schermatacorrispondente contiene 4 pulsanti, dei

- Salva su file = con questo pulsante sipuò registrare in un file di tipo ASCIIil contenuto del buffer del program-matore che può coincidere con i datiletti da una memoria o caricati da unaltro file. Anche in questo caso clic-cando sul bottone si apre una scher-mata Windows nella quale specificareil nome ed il percorso del file o cer-carlo con il mouse; valgono le consi-derazioni fatte per “Carica file” circal’uso dei comandi, che sono poi glistessi di Windows 95. Fatta la selezio-ne con OK si crea il file ASCII, leggi-bile con l’editor dell’MS-DOS o altroText Editor compatibile con il forma-to ASCII.

Notate che la funzione “Salva su file”se è attivata dopo aver fatto la lettura diuna E2PROM con il comando “Leggimemoria” e dopo aver chiuso la scher-mata di quest’ultimo, scrive in formatoASCII il contenuto della memoriaappena letta.

DUPLICAREUNA MEMORIA

Pertanto se si desidera prelevare i datida una EEPROM e trasferirli in un file,è sufficiente -partendo dalla schermatadi avvio- aprire la funzione Leggimemoria, quindi a lettura ultimata (ilconteggio si ferma al numero totale dicelle...) chiudere la finestra, cliccaresul bottone “Scrivi memoria” e quindisu “Scrivi su file”; apparirà il solito boxper selezionare il nome del file: punta-

quali uno serve per abbandonare lavideata e tornare a quella di avvio,mentre gli altri tre hanno il seguentesignificato:

- Programma = avvia la fase di pro-grammazione vera e propria, il conte-nuto del buffer viene scritto nellamemoria disponibile sul programma-tore.

- Carica file = permette di trasferire ilcontenuto di un file nel buffer di pro-grammazione: cliccando su tale bot-tone appare una schermata di tipoWindows nella quale si può specifica-re nome e percorso nell’appositacasella, oppure sfogliare tra unità edirectory fino a trovare il file voluto;rintracciato il file lo si evidenzia conil puntatore del mouse, quindi ci sisposta sul bottone OK e vi si clicca.Si torna così al pannello di controllodi Programmazione.

La schermata di lettura della memoria (a sinistra), permette di trasferire il contenuto di ogni singola cella dellaEEPROM nel buffer del computer registrando ogni dato; alla fine della lettura è possibile visualizzare tramite le frecce

il valore memorizzato nelle singole celle (a destra).

Con il comando“programma” si

trasferisce il contenuto del

buffer del computer nella

memoriaEEPROM.


La memoria EEPROM può essere programmata partendo da un file presente nel computer; in questo caso è disponibileil comando APRI (a sinistra) per trasferire il file nel buffer di programmazione. Al contrario, il contenuto di una memo-

ria dopo essere stato trasferito nel buffer può essere copiato in un file con il comando SALVA (a destra).

te e cliccate col mouse su OK ed effet-tuate la memorizzazione. Il file potràessere utilizzato in qualunque momen-to, ad esempio per fare copie dellamemoria appena letta. Si noti ancorache per effettuare la copia è sufficienteinserire un chip nel programmatore,avviare la lettura (i dati rimangono inun’area di buffer della RAM del com-puter che chiamiamo anche buffer delprogrammatore) quindi togliere il chiped inserire quello da programmare:fatto ciò si entra nella funzione “Scrivimemoria” e si clicca sul bottone PRO-GRAMMA. Ovviamente è consigliabi-le togliere alimentazione al circuito delprogrammatore ogni volta che si prele-va o si inserisce una E2PROM nel rela-tivo zoccolo.Per l’uso della programmazione chia-riamo quanto segue: volendo procederemanualmente cella per cella si agiscesugli spin-button (pulsantini con lefrecce su e giù) fino a far visualizzarealla loro destra il numero voluto (tra 0ed il massimo contenuto nella memo-ria) quindi ci si porta con il mouse nellacasella di destra a sfondo bianco e siscrive il valore da inserire; notate cheva digitato un numero decimale cheovviamente non deve superare 255,dato che ogni byte (contenuto di unacella) è ad 8 bit. Scritto il valore edimpostato il numero della cella dovedeve andare il dato, si passa a quellasuccessiva; una volta attribuiti i valoridi ciascuna cella si clicca su program-ma ed il software provvede ad inviare idati sulla parallela. L’operazione è evi-

denziata dalla comparsa di una videatain cui si trova la dicitura “Sto scrivendola” ed a lato si vede la progressione diun numero che cresce da 0 al massimonumero di celle contenute nella memo-ria. Notate che questo avviene natural-mente ogni volta che si agisce sul bot-tone “programma” e quindi anchequando si parte da un file caricatoprima. Insomma la procedura è comu-ne. Terminata la progressione, quandoil numero raggiunge quello dell’ultimacella, si chiude automaticamente laschermata e si torna a quella di avviodel programma. Si noti infine che ese-guendo l’editing manuale del contenu-to per singolo byte, le celle non inte-ressate non verranno modificate, ovve-ro vi verrà posto il valore di default oquello precedentemente disponibile nelbuffer. Per uscire dalla schermata diprogrammazione si clicca su ESCI e sitorna all’avvio del software, ovveroalla videata principale.

REALIZZAZIONEED UTILIZZO

Bene, conclusa così la descrizione delprogramma, vediamo brevementecome si prepara e si collega il pro-grammatore di EEPROM seriali: alsolito abbiamo previsto un circuitostampato, piccolo e compatto, sul qualeprenderanno posto tutti i componentied un plug per prelevare la tensionenecessaria al funzionamento da un ali-mentatore da rete. Andiamo con ordinee pensiamo alla basetta stampata, che sipuò preparare per fotoincisioneseguendo la traccia del lato ramemostrata a grandezza naturale in questepagine: per ricavare la pellicola bastafarne una fotocopia su carta da lucido osu acetato, ma anche su un foglio bian-co, avendo cura di allungare il tempo diesposizione. Incisa e forata la basetta,montatevi i pochi componenti a comin-ciare dalle resistenze e dal diodo al sili-

La program-mazione

avviene insequenza dallaprima all’ulti-

ma celladisponibile

nella memoriaselezionata.


COMPONENTI

R1: 470 OhmR2: 10 KohmC1: 10 µF 25 Vl

elettroliticoC2: 10 µF 25 Vl

elettroliticoC3: 100 nF multistratoC4: 100 nF multistratoLD1: led rosso 5 mmD1: 1N4007U1: 24C08U2: 74LS244U3: 7805

Varie:- zoccolo 4+4 pin;- zoccolo 10+10 pin;- connettore 25 poli da c.s.;- presa plug da c.s.;- circuito stampato

cod. H120.

il cablaggio delprogrammatore

PER IL MATERIALE

Tutti i componenti utilizzati in questo progetto sono facil-mente reperibili ad eccezione del programma di gestione perWindows 95 da noi messo a punto con le funzionalità descrit-te nell’articolo. Tale software (cod. SW238) è disponibile sudischetto da 1.44Mb al prezzo di 25.000 lire. Il programmava richiesto a: Futura Elettronica, Viale Kennedy, 96 - 20027Rescaldina (MI) tel.0331/576139, fax 0331/578200, internet<www.futuranet.it>.

Traccia lato ramein dimensioni reali.

perare uno di quei power-supply daparete con spina incorporata e spinottocoassiale montate sullo stampato unapresa plug adatta ad esso, con positivocentrale (verificate comunque la pola-rità). Diversamente potete saldare duefili alle piazzole +V e di massa colle-gandoli poi all’uscita dell’alimentatoredi cui disponete; in ogni caso teneteconto che servono da 8 a 15 volt in con-tinua, ed una corrente di appena 50milliampère. Una volta finito il mon-

cio D1, per il quale occorre rispettare ilverso indicato. Poi passate agli zoccoliper l’integrato 74LS244 e per le memo-rie: potete usare quelli di tipo comune,posizionandoli ciascuno con il riferi-mento dalla parte indicata nel disegnodi disposizione componenti visibile inqueste pagine, in modo da sapere poicome innestare i chip senza possibilitàdi errore. Montate quindi i condensatori, badan-do alla polarità di quelli elettrolitici, e

infine il led LD1 ed il regolatore inte-grato 7805, che deve stare con il latodelle scritte rivolto al connettore diinterfaccia; a proposito di connettore,deve essere un DB-25 femmina con ter-minali a 90° per circuito stampato: infi-latelo nei rispettivi fori e saldatene tuttii pin allo scopo di fissarlo in manierapiù resistente anche dal punto di vistameccanico. Fatto ciò il circuito è pron-to all’uso.Per l’alimentazione, se pensate di ado-

taggio, prima di dare alimentazione,inserite il 74LS244 (va bene anche laversione CMOS High-Speed74HC244) nel proprio zoccolo, edeventualmente la E2PROM seriale daprogrammare o leggere; sempre primadi accendere procuratevi un cavo diprolunga per porta parallela, cioè unodi quelli aventi agli estremi due connet-tori maschi a vaschetta a 25 pin, quindicollegatelo da un lato alla LPT1 delvostro computer (che deve essere spen-to...) e dall’altro al DB-25 femminamontato sulla scheda. Realizzati tutti icollegamenti accendete il PersonalComputer e date tensione all’alimenta-tore dell’EEPROM programmer, quin-di attendete l’avvio di Windows 95 ecaricate il software da dischetto (con“Installa Applicazioni” dal menu diavvio); il resto lo conoscete. Ricordatesolamente che ogni volta che dovreteinserire o togliere una memoria dallozoccolo a 4+4 pin sarà bene staccarel’alimentazione (il led rosso LD1 devespegnersi) per evitare possibili dannialla memoria stessa.


Chi monta o ripara circuiti e dispositivi elettronicidifficilmente può fare a meno di un alimentatore

stabilizzato ad uscita regolabile, utilissimo in laborato-rio ma anche “in campo” per testare qualsiasi tipo dicircuito. Per questo più volte abbiamo propo-sto progetti destinati alla realizza-zione di power-supply siaad uscita fissa che variabi-le, ma finora ci siamo limi-tati a circuiterie tradizionali;le eccezioni sono state i con-verter DC/DC da 12/24V,24/12V, e quello pubblicato direcente che dà 5 volt stabilizzati.Proprio quest’ultimo ci interessaparticolarmente, perché è stato rea-lizzato utilizzando un nuovo circuitointegrato: l’LM2576-5 della NationalSemiconductors, un prodotto che con-tiene un completo regolatore switch-mode disponibile in diverse versioni,anche ad alta tensione di ingresso. Attualmente esisto-no i tipi con uscita a 3,3V, 5V, 12V e 15V, ma anchequello a tensione regolabile (versione ADJ) il cui valo-

re in uscita può essere selezionato semplicemente conun partitore resistivo: è questo che descriveremo inseguito, vedendo come si usa. L’LM2576 accetta in

ingresso al massimo 40 volt, mentre inversione HV (ad alta tensione) sop-porta fino a 60 volt, pertanto puòfunzionare tranquillamente in sva-riate applicazioni senza farsi trop-pi problemi di adattamento con lasorgente di alimentazione a cuiè collegato. Le sue ottime pre-stazioni sono dovute essen-zialmente alla regolazioneserie “Simple-Switcher”che è in pratica una via dimezzo tra quelle note:

più semplice del sistema atrasformatore impulsivo, simile a

quello a carica e scarica di induttanza; inpratica all’interno dell’LM2576 troviamo un oscil-

latore ad onda triangolare il cui segnale entra in uncomparatore di errore al cui secondo ingresso giungeparte della tensione di uscita, quindi gli impulsi rettan-golari che ne derivano pilotano un transistor di potenza

LABORATORIO

ALIMENTATORESWITCHING

REGOLABILECompleto, piccolo ed affidabile, impiega l’integrato LM2576 in versione ADJ per

regolare a piacimento la tensione raddrizzata e livellata prelevata da un trasformatore con primario da rete; eroga fino ad un massimo di 5 ampère, ha un

rendimento molto elevato rispetto ai tradizionali regolatori lineari serie,è adatto per alimentare ogni tipo di carico da 1,5 a 15 volt in continua.

di Andrea Lettieri


interno che fa passare corrente a trattidall’ingresso all’uscita. La tensioneofferta ai capi del carico dipende per-tanto dal valore medio degli impulsiprodotti dal transistor di commutazio-ne, ed è tanto maggiore quanto più essisono larghi, e minore quanto più tendo-no a restringersi (è un PWM). In serieal punto di uscita dell’integrato vaposto un filtro ad induttanza e conden-satore (un L/C passa-basso) che serveper ricostruire una tensione continualivellando gli impulsi forniti dal piedi-no “OUTPUT”. All’interno

dell’LM2576 troviamo anche una retedi Shutdown, ovvero un commutatoreelettronico azionato dal piedinoON/OFF (5) che permette di spegnereil regolatore anche se all’ingresso ènormalmente presente la tensione dialimentazione: il controllo si effettuacon livelli logici TTL/compatibili alpin 5, ovvero con 1 si disabilita il chip(che si pone in standby assorbendo 50µA) mentre con lo zero si ottiene il fun-zionamento normale. A differenza delprecedente progetto pubblicato nelfascicolo n. 29, stavolta usiamo

l’LM2576 nella tipica configurazioneconsigliata dalla Casa costruttrice perla versione regolabile, con la solavariante che invece di porre un partito-re resistivo fisso tra uscita e Feedbackmettiamo un potenziometro, così dapoter scegliere e variare liberamentedurante l’uso la tensione erogata, fra1,5 e 15 volt circa. Abbiamo così uncompleto alimentatore switching adat-to a svariate prove di laboratorio, con ilquale alimentare autoradio, registratoriportatili e walkman, schede di variogenere, booster, ecc. Il tutto con qual-cosa che ingombra pochissimo e scaldapoco, grazie al fatto che il componenteNational Semiconductors funziona intecnologia switching e quindi dissipapochissima potenza garantendo un ren-dimento medio dell’88%. Insomma, viproponiamo un alimentatore regolabileche presenta una differenza sostanzialerispetto ai tradizionali circuiti linearicon transistor in serie: perde pochissi-ma potenza e permette pertanto di uti-lizzare solo quella che serve, riducendoil consumo, le dimensioni del trasfor-

In questo articolo presentiamo un alimentatore con tensione di uscita regolabile realizzato con il nuovo integratoLM2576-ADJ della National Semiconductors: esso permette di ricavare qualunque tensione d’uscita assorbendo dall’in-gresso soltanto la corrente che serve, quindi presenta un rendimento decisamente più alto di qualunque regolatore linea-re. Per comprendere la differenza basta pensare che un circuito serie preleva dal trasformatore più o meno la corrente cheva nel carico, quindi se abbiamo 30V all’ingresso ed all’uscita ne eroghiamo 10 con 1 ampère, a monte vengono richie-sti 30Vx1A=30W contro i 10W effettivamente uscenti; invece il nostro chip, che opera a commutazione, preleva dall’in-gresso una corrente il cui valore medio nel tempo è decisamente minore: con gli stessi parametri del precedente esempioil consumo all’uscita è ancora 10W, che con l’88% di rendimento significano circa 11,4 watt, che in termini di correnteequivalgono a poco meno di 400 milliampère. Insomma, meno ancora della metà del circuito lineare! Per far funzionarea dovere l’LM2576 in versione ADJ occorre prevedere un partitore di tensione realizzato con due resistenze tra il piedi-no di uscita ed il 4 (FeedBack); per il calcolo dei valori e l’impostazione della Vout si utilizzano le seguenti formule:

R1 ed R2 sono le resistenze componenti il partitore di retroazione, e normalmente è inteso che la prima è quella vista trail piedino 4 e massa, mentre l’altra è compresa tra il medesimo pin ed il 2, ovvero l’uscita; Vout è la tensione che si desi-dera avere in uscita (tra i piedini 2 e 3) mentre Vref è il potenziale dato dal regolatore interno dell’integrato, ed ammon-ta ad 1,23 volt. Per fare i calcoli occorre imporre un valore per la R1, solitamente 1 Kohm. Notate che quanto si ottienein uscita non dipende strettamente dal valore della tensione di ingresso, nel senso che la Vout è indipendente da questa,salvo il fatto che tra le due deve esserci una differenza minima (drop-out) di 2 volt, nel senso che la seconda deve supe-rare di tanto la prima. Utilizzando un trimmer o potenziometro, per R1 ed R2 devono intendersi le resistenze predettecomprensive delle porzioni considerate tra il cursore (e quindi tra il piedino 4...) e massa, ovvero tra esso e l’uscita (pin2) il che porta alla conclusione che i valori limite sono quelli che coincidono con le posizioni estreme del cursore stesso.Per evidenti motivi (basta fare qualche calcolo), per il buon funzionamento del tutto è necessario avere sempre una resi-stenza tra il pin 2 ed il potenziometro, e tra questo e massa, altrimenti si arriva ad azzerare la R1 o la R2.

Vout=1,23 (1+R2/R1 R2=R1(Vout/Vref -1).

l’integrato LM2576-ADJ

Pin-out e schemaa blocchi

interno delregolatore

LM2576 NationalSemiconductor.

matore principale, e ovviamente quelledel dissipatore di calore, dato che aven-do un rendimento molto alto si scaldapochissimo. Il tutto a vantaggio nonsolo del risparmio energetico, maanche e soprattutto dell’ingombro e delpeso. Pensate soltanto che per dare inuscita 5 volt ed 1 ampère con 22Vall’ingresso sono richiesti solamente300 mA, contro 1 ampère di qualunqueregolatore lineare serie: davvero nientemale! Vediamo dunque il circuito alcompleto partendo dall’alimentazioneprincipale, prelevata da un trasformato-re con primario da rete (220V/50Hz) ilcui secondario eroga 16Veff. ed unapotenza di circa 60 VA; il ponte a diodi


schema elettrico

dotto sul piedino 2: in pratica siccomeil transistor switching interno all’inte-grato lascia passare corrente dal pinVin all’Output ad impulsi, cioè apre echiude la connessione, l’induttanza -che ha un comportamento inerziale neiconfronti della corrente- ogni volta chesi stacca il collegamento tende a man-tenere le condizioni precedenti, ovveroa far scorrere ancora la corrente cheprima l’attraversava; di conseguenza altermine di ogni impulso produce aipropri capi, per un breve istante, unadifferenza di potenziale opposta, il chedetermina picchi di tensione negativasul piedino 2 dell’LM2576. Il diodoprovvede proprio a spegnere tali impul-

PT1 provvede a raddrizzare l’alternataricavando impulsi che caricano l’elet-trolitico C1, il quale realizza un ottimolivellamento ottenendo circa 22 volt incontinua. Si accende pertanto il ledLD1, alimentato tramite la resistenzaR3, indicando la presenza della rete.Incontriamo poi il regolatore vero eproprio, cioè l’integrato LM2576-ADJche provvede da solo, con pochissimicomponenti di contorno, a determinareil valore della tensione di uscita.Riceve all’ingresso (Vin-GROUND) i22 volt e restituisce tra il pin 2 (Output)e massa una serie di impulsi ad alta fre-quenza che vengono poi livellati e con-vertiti in una grandezza pressoché con-tinua dal doppio filtro L1/C2/L2/C3,che garantisce un’ottima pulizia daglispikes sfuggiti al livellamento. La resi-stenza R4 permette la scarica dei con-densatori in un tempo ragionevolequanto si toglie tensione all’ingresso.Notate il diodo D1, che è uno Schottkye serve per tagliare la tensione inversache si produce ai capi della L1 al ter-mine di ogni impulso rettangolare pro-

Tensione di alimentazione principale....................................................220 VacTensione di ingresso regolatore...............................................................22 VccTensione di uscita.............................................................................1,5÷15 VccCorrente erogabile a regime.......................................................................3,5 ACorrente massima..........................................................................................5 ARendimento (tipico)....................................................................................88 %Massima corrente assorbita all’ingresso...................................................3,5 ATemperatura massima d’esercizio.............................................................40 °C


si, mettendoli in cortocircuito. Si notialtresì che abbiamo preferito unoSchottky ad uno tradizionale perchéinnanzitutto ha una caduta di tensionediretta di circa 0,2 Volt rispetto agli 0,7Volt di una giunzione al silicio, quindilimita al minor valore possibile l’am-piezza dei picchi di tensione inversadovuti alla reazione dell’induttanza, epoi si ripristina in un tempo ridottissi-mo, il che significa che segue senzatroppi problemi la commutazione sul-l’induttore anche alle frequenze elevate(tipicamente 52 KHz) a cui opera il

potenziometro lineare montato a parti-tore con R1 ed R2, che ne limitano l’e-scursione del cursore; la particolareconnessione ci permette di variare age-volmente il rapporto Vout/Vfeedback epertanto la differenza di potenziale pro-dotta all’uscita dell’intero circuito. Piùprecisamente, minore è la tensioneriportata dalla retroazione, maggiore èquella di uscita. Ciò è confermato dalleformule fornite dal costruttore che pub-blichiamo in questo stesso articolo,dalle quali appare evidente che ridu-cendo la resistenza R1 (cioè quella che

nostro switch-regulator. Osservateancora che, analogamente a quantofatto nel progetto dell’alimentatore a 5volt, il piedino di ON/OFF è collegatoa massa e pone il rispettivo ingresso dicontrollo a zero logico, lasciando fun-zionare l’integrato a pieno regime.

PER VARIARE LA TENSIONE

Vediamo adesso la parte forse piùimportante del progetto, cioè la retroa-zione: diversamente dai modelli a ten-sione fissa nell’LM2576-ADJ è statarealizzata retrocedendo parte della ten-sione ai capi dell’elettrolitico C2 versoil piedino 4 (FeedBack) mediante un


COMPONENTI

R1: 2,2 KohmR2: 2,2 Kohm R3: 1 Kohm

P1: 47 Kohm potenziometroC1: 470 µF 63VL elettroliticoC2: 1000 µF 35VL elettroliticoC3: 220 µF 35VL elettroliticoL1: 160 µH 5 A

L2: 20÷30 µH 5AD1: MBR745LD1: LED rosso 5mmU1: LM2576-ADJPT1: KBL404

Varie:- morsetto 3 poli;- dissipatore ML33;- stampato cod. S232.

naturalmente è possibile ritoccare que-sto “range” ma bisogna cambiare ivalori delle due resistenze R1 ed R2, oal limite di una soltanto, servendosisempre delle formule pubblicate:abbassando R1 si ottiene un limite infe-riore al disotto degli 1,5 volt, mentrealzandola si riesce ad andare oltre i 15V massimi indicati. Per R2 vale ilragionamento opposto. Badate comun-que che per motivi pratici non bisognaandare oltre i 16 volt, perché a pienocarico la tensione raddrizzata e livella-ta dal C1 si può abbassare anche del

dezza naturale: usatela per ottenere lapellicola, qualora ricorriate alla fotoin-cisione, diversamente fatene comunqueuna fotocopia (per non rovinare la rivi-sta...) e ricalcatene i profili delle pistecon carta-carbone direttamente sullabasetta, rifinendo con l’apposita pennaresistente agli acidi. Inciso e forato lostampato, iniziate il montaggio inse-rendo e saldando le resistenze e ildiodo Schottky, rispettando la polaritàindicata per quest’ultimo nel piano dicablaggio visibile in queste pagine:notate che D1 è in contenitore TO220 e

diviene necessario solo quando sivogliano ottenere correnti d’uscita oltre1,5 ampère a tensioni molto basse(sotto i 5 volt) ed oltre i 2 A al disopradi 5V. In ogni caso un radiatore comequello montato nel nostro prototipo(vedi le foto) da circa 10 °C/W, risol-verà ogni problema. Volendo approfon-dire il discorso va detto che in linea dimassima -considerato l’altissimo ren-dimento medio (88%) del componente-con i 21V all’ingresso ed una correntedi 1 ampère all’uscita si dissipano incalore circa 2,5 watt; sapendo che la

sta tra il piedino 4 e massa) e perciòabbassando la differenza di potenzialeriportata all’ingresso di retroazione, siottiene un aumento del numeratoredella frazione tra parentesi, quindi unincremento della Vout che è la tensionedi uscita del regolatore switching.Questo ragionamento trasferito alloschema elettrico significa che portandoil cursore del potenziometro verso laresistenza R1 si ottiene una diminuzio-ne della tensione di uscita, mentre -alcontrario- portandolo verso R2 si hal’effetto opposto, ovvero la Vout cre-sce. Con i valori scelti per i componen-ti otteniamo un’escursione della tensio-ne di uscita tra un minimo di circa unvolt e mezzo ed un massimo di 15V;

20% del valore a vuoto, quindi puòdiminuire fino a poco più di 18V, e cal-colando un drop-out (caduta tra ingres-so ed uscita del regolatore) di circa 2Vvedete bene che non è possibile forzarepiù di tanto, altrimenti non si riesce piùad avere una tensione stabilizzata.


Giunti a questo punto lasciamo da partela teoria e vediamo come si costruisceil nostro alimentatore da laboratorio;come al solito abbiamo previsto ilmontaggio su circuito stampato, chepotete ricavare seguendo la traccia latorame illustrata in queste pagine a gran-

deve stare con la parte metallica rivoltaall’induttanza L1; non dimenticate illed rosso LD1, del quale il catodo èdalla parte smussata del contenitore.Proseguite con i pochi condensatori,tutti elettrolitici, dei quali va rispettatala polarità indicata. Infilate quindi ilponte raddrizzatore, badando al suoverso, e l’integrato, tenendolo in piedie ad un’altezza che permetta di fissarload un’eventuale dissipatore di calore(tipo Elbomec ML33) con una piccolavite 3MA più dado. A proposito deldissipatore, conviene sempre metterlocosì da essere al riparo in ogni condi-zione, soprattutto per non doversi faretroppi pensieri ad utilizzare l’alimenta-tore in condizioni “gravose”. Tuttavia


che va fissato spalmando uno strato dipasta al silicone tra esso e l’alettametallica dell’LM2576, per migliorarelo smaltimento del calore prodottodurante il funzionamento. Non è invecenecessario isolare i due con la mica, apatto di non far toccare il dissipatorecon altre parti sottoposte a tensione.Bene, sistemato il dissipatore e quantolo riguarda, procuratevi l’induttanza(da 160 µH, capace di reggere 5A) edinfilatela nei rispettivi fori saldandolacon abbondante stagno. Volendo auto-costruire L1, è necessario utilizzare un

massima temperatura di giunzione èsempre 150 °C e imponendo un massi-mo di 40 °C nell’aria circostante (tem-peratura tipica di un locale non aeratonelle calde giornate d’estate...) la resi-stenza termica complessiva è:

RTja=(150-40)°C/8W=44°C/W.

Le piste collegate ai piedini del compo-nente hanno una superficie abbastanzaestesa da garantire una resistenza ter-mica complessiva di circa 50 °C/W, ilche significa che grosso modo cisiamo. Oltre 1 ampère è invece neces-sario ricorrere al radiatore (a meno dinon ridurre a 10V la tensione di ingres-so, accontentandosi di 5÷6V in uscita)

ANCHE IN KIT

L’alimentatore switchingregolabile è disponibile in sca-tola di montaggio (cod.FT232K) al prezzo di 49.000lire. Il kit comprende tutti icomponenti, la basetta forata eserigrafata, l’integratoLM2576 in versione ADJ, ildissipatore e le due bobine;non è compreso il trasformato-re toroidale da 60VA 220/16Vche è disponibile separata-mente (cod. TOR60-16) alprezzo di 38.000 lire. Il solointegrato LM2576-ADJ costa12.000 lire. Il materiale varichiesto a: FuturaElettronica, V.le Kennedy 96,20027 Rescaldina (MI), tel.0331-576139, fax 0331-578200.

filo di sezione adatta a reggere 3÷5ampère di corrente, quindi circa 1 mmdi diametro; avvolgete su nucleo di fer-rite toroidale circa 20 spire di filosmaltato (il nucleo può essere da circa25x10 mm). Quanto alla L2, deve esse-re da circa 20÷30 µH, sempre da 5ampère, e anch’essa può essere fatta amano avvolgendo 6÷8 spire di filo inrame smaltato da 1 mm su un pezzo diferrite cilindrica, lungo 15÷20 mm edavente un diametro di 8÷10 mm. Alsolito, prima di procedere alla saldatu-ra delle induttanze liberatene i capidallo smalto, raschiandoli con unalimetta, con tela smeriglio o con lalama di un paio di forbici. Per termina-re il montaggio infilate e saldate una

morsettiera tripolare a passo 5 mm neifori riservati alle piazzole del potenzio-metro P1, così da semplificare le con-nessioni con esso: saldate tre spezzonidi filo al potenziometro, quindi serratequelli dei due estremi nei morsettiesterni, e quello del cursore nel centra-le; è molto importante rispettare l’ordi-ne, altrimenti il circuito funzioneràmale. Per l’alimentazione collegate ilsecondario di un trasformatore con pri-mario da rete (220V/50Hz) ai punti INAC, ed il gioco è fatto; saldate i capidel primario ad un cordone completo di

Sei unappassionato di

Elettronica e hai scoperto solo orala nostra rivista? Ti offriamo la

possibilità di ricevere direttamentea casa tua dieci fascicoli arretrati di

Elettronica In al solo prezzo dicopertina. Per ricevere i dieci

numeri arretrati che più ti interes-sano è sufficiente effettuare un ver-samento di lire 70.000 sul CCP n.

34208207 intestato a VISPA snc, V.leKennedy 98, 20027 Rescaldina (MI).A questo punto, devi inviarci un faxallo 0331/578200 con la matrice delversamento, il tuo completo indiriz-zo e, ovviamente, i numeri dei fasci-coli che vuoi ricevere. Per informa-zioni su questa promozione telefo-

na allo 0331-577982.

UN’OFFERUN’OFFERTTAAINTERESSANTE!INTERESSANTE!

tatelo quindi in verso antiorario verifi-cando che si scenda a circa 1,5 volt.Notate che se l’uscita varia inversa-mente a come descritto, cioè se insenso orario la tensione cala ed aumen-ta ruotando il perno del potenziometroin verso antiorario, occorre scambiarela posizione dei fili dei contatti esternisulla morsettiera P1. Infine, rammenta-te che a collaudo ultimato convienestaccare il tutto e racchiuderlo in unascatola adatta a contenerlo, possibil-mente provvista di alcuni fori o feritoieper l’aerazione, curando l’isolamentodal fondo, se metallico. Il pannellofrontale andrà bucato e lavorato perospitare il led ed il potenziometro, non-ché due morsetti per i contatti di uscita,che dovranno essere uno rosso (positi-vo) ed uno nero (negativo) possibil-mente di quelli con le boccole per infi-lare gli spinotti a “banana”.Posteriormente dovrete curarvi di faruscire il cordone di rete. Per l’accen-sione e lo spegnimento converràdisporre un interruttore da 1A/250V inserie ad uno dei fili del primario del tra-sformatore.


spina di rete, isolate bene il tutto, e l’a-limentatore è pronto per l’uso.Controllate bene il circuito, dopodichépotete già collaudarlo infilando la spinadel cordone in una presa di rete nonprima di aver posto la scheda su di unpiano isolato: l’accensione del led indi-cherà la presenza dell’alimentazioneprincipale; prendete un tester disposto

alla misura di tensioni continue confondo-scala di 20÷50 volt e applicate ipuntali + e - rispettivamente al punto+Vout ed alla massa dello stampato,quindi verificate cosa c’è in uscita.Agite sul perno del potenziometro eguardate come varia la tensione: porta-telo tutto in senso orario fino a leggeresullo strumento 16 volt o giù di lì; ruo-

Traccia lato ramedel circuito stampatoin dimensioni reali.In considerazionedelle correnti in

gioco è consigliabilestagnare le piste che

fanno capo allesezioni di potenza.

Vendita per corrispondenza in tutta Italia con spese postali a carico del destinatario. Per ordini o informazioni scrivi o telefona a:Futura Elettronica, V.le Kennedy 96, 20027 Rescaldina (MI), tel. 0331/576139 r.a. - fax 0331/578200 - www.futuranet.it

MODULI MODULI TX - RX TX - RX TELEVISIVITELEVISIVIAAUDIO/VIDEO A 1.2 GHzUDIO/VIDEO A 1.2 GHz

Realizzato con componenti SMD racchiusi all’interno di un contenitore in metallo stagnato. Con questo nuovissimo modulo e pochialtri componenti è possibile realizzare facilmente un trasmettitore audio/video di elevate prestazioni operante a 1,2 GHz il cui segna-le può essere ricevuto mediante un comune ricevitore satellitare. Il modulo comprende gli stadi di ingresso per il segnale video (1Vpp a 75 Ohm) e per l’audio (2 Vpp), il modulatore FM per la portante video e quello FM per l’audio a 5,5 MHz, l’oscillatore RFquarzato con PLL la cui frequenza è selezionabile tra 4 diversi valori: 1080, 1120, 1160, 1200 MHz mediante quattro ponticelli.Sono disponibili due moduli differenti solamente per lo stadio di uscita che assicura una potenza di 50 mW o di 200 mW su un’an-

tenna accordata da 50 ohm ad 1/4 d’onda (fornita insieme al modulo). I consumi di corrente sono: peril modulo M4TX1G2 di 120 mA, mentre per il modulo M4TX200 di 250 mA. Il modulo trasmittentedispone solamente di 4 terminali di ingresso: + 12 volt, massa, ingresso audio, ingresso video.Cod. M4TX1G2 L.180.000 Cod. M4TX200 L.280.000

MODULO MODULO TX 1,2 GHz CONTX 1,2 GHz CON CONTRCONTROLLOOLLO AA PLLPLL

MODULO RX 4 CANALI 1,2 GHzMODULO RX 4 CANALI 1,2 GHzE’ ora disponibile anche il modulo ricevitore dedicato ad alta

sensibilità in grado di captare il segnale dei moduli M4TX1G2ed M4TX200. Il ricevitore è in grado di sintonizzarsi su un

canale a scelta oppure di effettuare la scansione tra i quat-tro canali. Le frequenze di lavoro sono le seguenti: 1080,

1120, 1160, 1200 MHz. Completo di alimentazione da rete.Cod. M4RX1G2 L. 230.000

ELETTRONICA IN Rivista mensile, anno IV n. 31 ...Palmare, bicanale, studiato espressamente per i...

Documents

Transcript of ELETTRONICA IN Rivista mensile, anno IV n. 31 ...Palmare, bicanale, studiato espressamente per i...