Egyszerű hobbiáramkörök

C64 interface

A számítógép példa nélküli sikertörténet. Ennek, az alig követhetõ gyorsaságú fejleményeknek, egyik nagy fejezete a C64-es számítógép. Ezek a gépek szinte megszámlálhatatlan példányban árasztották el az egész világot. Külön iparág létesült ami a programokat, irodalmat és a legkülönfélébb tartozékokat ontotta éveken keresztül a C64-es számítógépek tulajdonosainak. Egyedülálló teljesítményekre képes gép volt a maga kategóriájában, és e tény elõtt még a mai napig is „kalapot kell emelni".
Pontosan senki nem tudja, hogy hány C64-es gépet adtak el és abból mennyi mûködik még ma is. Becslések szerint rengeteg gépet használnak jelenleg is, és ami azt illeti van miért. A C64 rendkívül igénytelen, kisméretû „masina", kezelése nagyon egyszerû, könnyen programozható és rengeteg sok mindenre alkalmas akkor, ha számára kaput nyitunk az elektronikus külvilág felé. Ilyen kapu van a gépen a USER PORT csatlakozó és a bõvítõ port alakjában, ez utóbbit elsõsorban a memória kiterjesztéséhez használták. A USER PORT, mint ahogyan a megnevezésében is benne van, „alkalmazói csatlakozó". Ide szinte mindenfélét lehet csatlakoztatni, ami az RS232 INTERFACE-szel kapcsolatba hozható. Ismeretlen okból azonban a C64-es gépet úgy tervezték, hogy az RS232 INTERFACE-e eltér a szabványban meghatározottaktól, ennélfogva olyan elektronikákat, amik szigorúan megkövetelik az RS232-es elõírásokat, közvetlenül a géphez kapcsolva esetleg nem lehet hibátlanul mûködtetni. Viszont egy kisebb átalakítással, illetve bõvítéssel a C64 USER PORT-ját egy teljes értékû RS232 INTERFACE-é lehet tenni. Ezzel a lehetõséggel annak idején a C64-es géphez különféle készülékeket gyártók éltek is, és a laikus vásárlókat a csatlakozókba iktatott „fekete dobozokkal" gyõzték meg arról, hogy a számítógéppel csak az álltaluk eladott készülékek mûködnek hibátlanul.
Az RS232 INTERFACE-t annak idején olyan soros adatátviteli csatlakozónak szánták, amin keresztül a számítógépek között, modemek segítségével, fõleg kettõ- vagy háromvezetékes összeköttetések jöhettek létre. Késõbb azonban kiderült, hogy ez a soros adatátviteli csatlakozás nem csak az eredetileg tervezett célokra, hanem sok minden egyébre is használható. Többek között ez a többcélú használhatóság is indokolta, hogy az RS232-es soros adatátviteli porthoz csatlakozásnak egységes feltételei legyenek, amit minden ide kapcsolt készüléknek a hibátlan mûködés érdekében teljesítenie kell. Tehát az RS232 INTERFACE csatlakozópontok elnevezése és rendeltetése egységes és szabványos mindenütt, ahol erre hivatkoznak. Az RS232 INTERFACE-en áthaladó adatforgalomra vonatkozik, hogy az L alacsony és H magas logikai szintekhez egységesen negatív, illetve pozitív 5 és 25 volt közé esõ feszültségek tartoznak. A gyakorlatban például az L szintet a negatív 12 volt, a H szintet pedig a pozitív 12 volt jeleníti meg. Elõírás még, hogy a kimenõ adatvonalat 50 milliamperes korláttal zárlatvédetté kell tenni.
Az RS232 INTERFACE-nél egyes csatornák csak bemenõ jeleket, illetve adatokat képesek fogadni, mások a kimenõ jelzések, illetve adatok küldésére alkalmasak. Az RS232 INTERFACE-ek vagy SUB-D 9, vagy SUB-D 25 pólusú csatlakozókon keresztül érhetõk el. A SUB-D 9 csatlakozópontok a következõk:
1-es érintkezõ DCD (DATA CARRIER DETECT)
2-es érintkezõ R´D (RECEIVE DATA)
3-as érintkezõ T´D (TRANSMIT DATA)
4-es érintkezõ DTR (DATA TERMINAL READY)
5-ös érintkezõ GND (GROUND)
6-os érintkezõ DSR (DATA SET READY)
7-es érintkezõ RTS (REQUEST TO SEND)
8-as érintkezõ CTS (CLEAR TO SEND)
9-es érintkezõ RI (RING INDICATOR)

Az R´D, az RI, a DCD, a CTS és a DSR nevû érintkezõk INPUT, azaz fogadó vonalak, az ide érkezõ jelek regiszterekbe kerülnek, amik tartalmát programok segítségével lehet lekérdezni. Az RTS kiszolgálás kérés, a DTR adatterminál kész jelzés, és a T´D kimenõ adatok vonala OUTPUT, azaz jeladó vonalak. A SUB-D 25 csatlakozási pontjai a következõk:
22-es érintkezõ T´D adatküldési vonal
23-as érintkezõ R´D adatfogadási vonal
24-es érintkezõ RTS adatkérés a modemtõl
25-ös érintkezõ CTS a modem adáskész jelzés
26-os érintkezõ DSR a modem üzemkész jelzés
27-es érintkezõ GND közös földelés
28-as érintkezõ DCD különleges esemény jelzése
20-as érintkezõ DTR adatterminál üzemkész jelzése
22-es érintkezõ RI érkezõ hívás jelzése

A C64 számítógépbe beépítettek egy RS232 INTERFACE-t, amihez modem, vagy bármilyen más külsõ egység, ami ezen az interfészen keresztül képes a számítógéppel együttmûködni, rákapcsolható. Ez a beépített RS232 INTERFACE abban tér el a szabványtól, illetve tágabb értelmezésben még belefér, hogy 5 voltos feszültségekkel dolgozik. Ahhoz tehát, hogy a C64 teljes értékû RS232 INTERFACE-szel rendelkezzen, az 1. ábrán látható kiegészítést kell a csatlakozó kábelbe beiktatni. A kapcsolás egyszerûen a logikai szinteket megjelenítõ feszültségek különbségét, ami abból ered, hogy a C64 5 voltos szintekkel dolgozik, két egyenirányítóval pótolja. A USER PORT 10-es és 11-es kivezetésén – maximálisan 100 milliamperig terhelhetõ –, 9 voltos váltakozó feszültség van. A pozitív fél hullámokból egy 4148-as dióda pozitív 12 voltos feszültséget, a negatív fél hullámokból pedig két 4148-as dióda negatív 11 voltos feszültséget állít elõ. Ennek következtében, illetve a két feszültség összeadásából az MC1488-as (SN75188), négyvonalas adó IC 14-es és 1-es kivezetése között körülbelül 23 voltos feszültség jön létre, ami már elég az RS232 INTERFACE szabvány szerinti biztonságos mûködéséhez. Az RS232-es vonalakat az MC1489-es (SN75189), négyvonalas vevõ IC fogadja.
Az 1. ábrán látható áramkör a C64 USER PORT-jához a következõképpen csatlakozik. A portcsatlakozó C-jelû kivezetése az R´D-nek, a D-jelû az RTS-nek, a K-jelû a CTS-nek, az M-jelû a T´D-nek és az N-jelû a GND-nek felel meg. A C64 portcsatlakozó 2-es kivezetésén pozitív 5 volt, a 10-es és 11-es kivezetéseken pedig 9 voltos váltakozó feszültség van az N-jelû kivezetés közös földeléséhez képest. Az RS232-es csatorna közvetlenül BASIC-bõl, az „OPEN", a „CLOSE", a „CMD", az „INPUT#", a „GET#" és a „PRINT#" utasításokkal kezelhetõ. Az RS232-es csatorna állapotáról az ST változó ad információt. Az RS232 INTERFACE-t a 6526 CIA#2 chip kezeli, nem maszkolható megszakításokat generálva. Az RS232-es csatornában adatforgalom a kazettás egység vagy a soros busz használatával egy idõben nem folyhat, mivel a CIA#2 chip ugyanazon kapuját használják. Egyidejûleg csak egy RS232-es csatornát szabad megnyitni, egy második „OPEN" utasítás a puffer mutatót törli és ezzel az input és output pufferekben levõ adatok elvesznek. A C64 interpreter az RS232-es csatorna számára, a BASIC munkaterület végén elhelyezkedõ, két FIFO (FIRST IN / FIRST OUT) puffert használ. Ezek lefoglalása a csatorna megnyitásakor történik és a helyfoglalás végrehajtását követõ „CLR" utasítás hatására az a BASIC-ben eddig használt változók elvesznek. A pufferek hossza 256 byte, utána még legalább 512 byte szabad területnek kell lennie, különben a program vége hibajelzés nélkül elvész. A pufferek a „CLOSE" utasítás hatására szûnnek meg.

Dallamcsengõ

Amikor egy zárt ajtón be szeretnénk jutni, ezt a szándékunkat illik valahogyan jelezni. Azután az, hogy beengednek-e vagy nem, már egészen más kérdés. Amíg a villamosságot nem fedezték fel, addig kopogtatókkal kopogtak, dörömböltek, kisebb harangok zsinórjait húzogatták stb. Késõbb divatba jött az elektromos csengõ. Még késõbb a „bim-bam" csengõ és ahogyan haladtunk a korral, megjelentek az elektronikus dallamcsengõk. Ezeknek az elektronikus szerkezeteknek a csengõkhöz tulajdonképpen semmi közük sincs, de valahogyan a rendeltetésük kapcsán és, hogy azt a feladatot látták el amit eddig a csengõk, elnevezték tehát õket dallamcsengõknek. A legváltozatosabb melódiákat dúdolgatták hol halkan, hol hangosabban a kis hangszóróikból, amíg tönkre nem mentek. Helyükre érdekes módon ismét a hagyományos elektromos csengõk kerültek. Most, ha a durva csengõszó helyett a lágyabb dallamokhoz vissza szeretnénk térni, alkalom nyílik rá és ehhez csupán a 2. ábrán látható egyszerû kapcsolást kell összeállítani.
A nagyon egyszerû, pár hangos dallam forrása a 4093-as IC egyik Schmitt-triggeres NAND kapujára épülõ oszcillátor. Az oszcillátor alapfrekvenciáját, azaz a dallam alaphangját, a P-jelû trimmer-potenciométerrel lehet beállítani abban a tartományban, amit a C-jelû, 100 nanofarados kondenzátor megenged. Maga a dallam, persze túlzás ezt a néhány hangot dallamnak nevezni, úgy alakul ki, hogy a 4093-as IC további három triggeres kapuja sorban, tehát bizonyos idõvel késleltetve, további három kondenzátort kapcsol az alaphangot megadó C kondenzátorhoz. Az elõzõekbõl kiderül az, hogy ha komponálni akarunk, akkor egyrészt a C kondenzátort, másrészt a diódákhoz kapcsolódó kondenzátorok kapacitásának nagyságát kell megváltoztatni.
A „dallamcsengõ" két darab, sorbakapcsolt, 1,5 voltos, nagyméretû elemmel, azaz 3 voltos tápfeszültséggel mûködik. A fogyasztása, vagyis az áramfelvétele mindössze 20 milliamper körüli, emiatt ha csak nem nyomjuk állandóan a gombot, hónapokig mûködik és elõnyei is vannak a hagyományos csengõvel szemben. Halkabb, mivel a 0,5 wattos kis hangszórója és a két BC547-es tranzisztor olyan nagyon nagy hangerõre nem képes és akkor is mûködik, amikor valamilyen oknál fogva nincs hálózati feszültség.

Teljesítmény zener-dióda

Többnyire az szokott elõfordulni amikor elkezdünk valamilyen áramkört „bütykölni", hogy pontosan olyan alkatrészünk nincs, és éppen nem lehet beszerezni, ami nélkül az egész szerkezet nem mûködik. A Zener-diódákkal különösképpen gyakori ez a helyzet. Fõleg az okoz nehézséget, hogy a szükséges nagyobb teljesítményhez nem találunk megfelelõ feszültségû és áramú Zener-diódát. Egyébként a nagyteljesítményû, nagyáramú Zener-diódák ritka és drága alkatrészek, különösen ha nagyobb feszültségre kellenek.
A kisebb teljesítményû Zener-diódákat egy viszonylag egyszerû kapcsolástechnikai trükkel nagyteljesíményûekké lehet alakítani. Ehhez a Zener-diódát a 3. ábrán látható kapcsolásba kell behelyezni. Az új, most már nagyteljesítményû Zener-dióda feszültsége a beépítetténél 0,7 volttal nagyobb lesz, tehát ha például egy 12 voltos Zener-diódát helyezünk a kapcsolásba, akkor az eredõ Zener feszültség 12,7 volt lesz. Ez a feszültségnövekedés tulajdonképpen a tranzisztorok maradék feszültségébõl adódik hozzá az eredeti Zener-dióda feszültséghez.
A kapcsolásban a pnp tranzisztor BC557-es típus, de még jobb a nagyobb áramerõsítési tényezõjû BC557B vagy a BC559C típus. A másik tranzisztornak valamilyen nagyobb teljesítményû npn típusnak kell lennie, a választék itt is elég nagy, például jó a BD135, a BD139, a BD241, a TIP31, a 2N3055 stb. Ezt az npn teljesítmény tranzisztort hûteni kell, amit egy megfelelõ méretû szabványos hûtõbordára szereléssel lehet eredményesen megoldani.
A 3. ábrán látható kapcsolással tehát akár néhány amperes teljesítmény Zener-dióda is kialakítható, amit ugyanúgy kell kezelni, mintha valóban egy Zener-dióda lenne, csupán a feszültsége a benne levõ diódáénál 0,7 volttal nagyobb. De ez sem akadálya annak, hogy pontos feszültségû Zener-diódákat készítsünk. Például ha 12 voltosra van szükség és a 0,7 voltos feszültségtöbblet zavaró, akkor három szabványos feszültségû, 500 milliwattos Zener-dióda sorbakapcsolásával, ZPD4,7V + ZPD3,6V + ZPD3V = 11,3V, amihez ha a 0,7 volt hozzáadódik, akkor a Zener feszültség pontosan 12 volt lesz. Arra ügyeljünk, hogy csak azonos típusú és teljesítményû Zener-diódákat lehet sorbakapcsolni. Ha a kívánt feszültséget több Zener-diódából alakítjuk ki, akkor a hõstabilitás is javul. Célszerû az 500 milliwattos ZPD sorozatot használni, itt elég nagy a választék ahhoz, hogy a legkülönfélébb igényekhez is lehessen nagyteljesítményû Zener-diódákat összeállítani.

Telepcsere jelzõ

Sok olyan elektromos készülék van, aminek biztonságos mûködését nagymértékben a független, telepes feszültségellátása befolyásolja. De a fontosabb készülékek mellett máskor is bosszantó lehet az, ha a telep váratlanul kimerül és a cserére nincs azonnal lehetõség. Néhány esetben tehát fontos lehet az, hogy a telep vagy az akkumulátor kimerülésérõl még idõben értesüljünk azért, hogy pótlásuk ne ütközzön akadályba. A 4. ábrán látható egyszerû áramkör azt a célt szolgálja, hogy a készülékek telepcsatlakozóira kapcsolva jelezze a telepcsere szükségességét.
Az ilyen jellegû áramköröknél nagyon fontos követelmény, hogy fogyasztásuk a lehetõ legkisebb legyen azért, hogy maguk a figyelt telepet ne meríthessék. A 4. ábrán látható kapcsolás akár háromféle IC-vel is mûködik, ezek az LM358, a TLC272 és a TLC27L2. Közülük a TLC272-es IC-vel a fogyasztás 1 milliamper, a TLC27L2-es IC-vel pedig mindössze 250 mikroamper körüli. A figyelõ áramkör fogyasztása mindkét esetben annyira minimális, hogy ez a telepek élettartamát egyáltalán nem befolyásolja.
Az áramkör mûködése egyszerû. A TLC272 kettõs mûveleti erõsítõ IC egyik fele egy komparátort alkot, ami a telepre kapcsolódó ellenállásos feszültségosztón keresztül a telepfeszültséget figyeli. A komparátor referencia feszültségét a 4,7 voltos Zener-dióda szolgáltatja. A figyelt telepre kapcsolt és a komparátor bemenetéhez csatlakozó feszültségosztót a P-jelû trimmer-potenciométerrel úgy kell beállítani, hogy a feszültség a komparátornál, azaz a mûveleti erõsítõ invertáló bemeneténél, kifogástalan teleppel, a referenciánál valamivel nagyobb legyen. Amíg a feszültség a komparátort alkotó mûveleti erõsítõ invertáló bemenetén nagyobb, mint a nem invertáló bemenetén levõ referencia, addig a kimenete nulla volton van. Amikor a telep elhasználódik és ezt a feszültségének csökkenése kiséri, akkor a komparátorra az osztón keresztül szintén csökkenõ feszültség jut. Amint ez a feszültség kisebb lesz, mint a nem invertáló bemeneten levõ referencia, abban a pillanatban a mûveleti erõsítõ kimenetén megjelenik a teljes pozitív telepfeszültség. Ez a feszültség azután egy ellenálláson keresztül a C-jelû kondenzátort lassan feltölti.
A TLC272-es IC másik mûveleti erõsítõjének kimenetéhez kapcsolt pnp BC516-os tranzisztor egy piezzo zümmert kapcsol a C kondenzátorra. Amíg a kondenzátor nem töltõdik fel, és erre csak akkor kerül sor miután a merülõ telep miatt a komparátor átbillent, a mûveleti erõsítõ kimenetén pozitív feszültség van, ami a piezzo zümmert kapcsoló pnp tranzisztor számára záró irányú feszültséget jelent. Amint a második mûveleti erõsítõ invertáló bemenetén a feltöltõdõ C-jelû kondenzátor pozitív feszültsége megjelenik, az eddig pozitív feszültségû kimenet nulla voltra vált és a pnp tranzisztor a piezzo zümmert bekapcsolja.

Maximum-feszültség jelzõ

A korszerû elektronikus alkatrészek között válogatva mindig találni olyat, amivel egyszerûen, néhány alkatrészbõl, rövid idõ alatt, jó szolgálatot tevõ áramkört lehet összeállítani. A TEXAS cég gyártmánya a TL430 és TL431 típusszámú aktív Zener-dióda. Ha az 5. ábrára nézünk, láthatjuk, hogy ez az alkatrész kissé eltér a hagyományosan értelmezhetõ Zener-diódától. Három kivezetése van, ami arra enged következtetni, hogy az állandó beállításon kívül üzem közben a mûködése egy külsõ bemenõ jellel is befolyásolható. Adott esetben ez a bemenõ jel egy egyenfeszültség. A TL430-as tokjában egy 2,5 voltos referencia feszültségforrás, egy komparátor és egy kimeneti fokozat van egybeintegrálva. A TL431-es annyiban tér el, hogy a kimeneti fokozat tranzisztorának kollektora, emittere egy diódával van átkötve. A TL430-as és TL431-es aktív Zener-dióda maximális üzemi feszültsége 30 volt, árama pedig 100 milliamper.
A 6. ábrán a TL430-as aktív Zener-diódával és néhány alkatrésszel egy olyan kapcsolást látunk, amivel egy egyenfeszültség nagyságát, pontosabban a maximumát lehet jelezni. A kapcsolást gyakorlatilag a TL430-as belsõ 2,5 voltos referencia és a felsõ 30 voltos határ között bármekkora egyenfeszültség jelzésére lehet használni. Az aktív Zener-diódán maximálisan 100 milliamperes áram folyhat, ebbe a tartományba egy LED 10-15 milliamperes árama bõven belefér. A LED áramát az R ellenállás korlátozza. Az R ellenállás nagyságát a következõ egyszerû képlettel lehet kiszámítani: R=(U-4,5V)/10 mA, ahol az U az a feszültség, amire az áramkört kapcsoljuk, a 10 mA pedig a LED árama. Az áramkört a P trimmer-potenciométerrel úgy kell beállítani, hogy a LED a jelezni kívánt feszültségmaximumnál gyújtson be. Az áramkör tehát úgy mûködik, hogy amíg a rákapcsolt feszültség a megszabott maximum alatt van addig a LED nem világít, amint a maximumot eléri vagy meghaladja, a LED világít.
A 6. ábrán látott kapcsolás tulajdonképpen csak egy példa, hogy a TL430-as és a TL431-es aktív Zener-diódákat hogyan lehet használni. Ezen kívül számos más célra is alkalmasak, mondhatni mindenre, amihez egy egyenfeszültséget lehet hozzárendelni. Például ha a 6. ábrán látható feszültségmaximum jelzõ elé egy diódát kapcsolunk, máris alkalmas hangfrekvenciás áramkörök túlvezérlésének jelzésére.

Feszültségátalakító

A gyakorlatban mindig az bizonyul könynyebbnek, amikor a nagyobb egyenfeszültségbõl kell kisebbet elõállítani, és az a nehezebb, amikor a kis egyenfeszültségbõl kell nagyobbat csinálni. Szerencsére ez utóbbi ritkábban fordul elõ, de azért néha nagyon nagy szükség van rá. Nyilván ez igaz, mert különben a TEXAS cég nem fejlesztette volna ki a TL497A IC-t, ami kimondottan azt a célt szolgálja, hogy viszonylag egyszerûen, kisebb egyenfeszültségekbõl nagyobbakat lehessen elõállítani.
A 7. ábrán egy olyan kapcsolást látunk, ami a TL497A IC-vel 5 és 12 volt közötti egyenfeszültségekbõl 15 és 30 volt közé esõ egyenfeszültségeket képes elõállítani 100 milliamperes terhelhetõséggel. A feszültségátalakító nyugalmi áramfelvétele 8 milliamper, a kimenetén mérhetõ brummfeszültség körülbelül 100 millivolt. A feszültség-átalakítás hatásfoka eléri a 70 százalékot.
A TL497A a feszültségnövelést két fokozatban hajtja végre. Az elsõ lépcsõben beépített tranzisztora a forrás egyenfeszültséget, az 500 milliamperes áramra korlátozó R ellenálláson keresztül, a belsõ oszcillátora frekvenciájának ütemében az L tekercsre kapcsolgatja. A tekercsen áthaladó áram abban szaggatott feszültséget indukál, ami jóval nagyobb, mint a tekercsre kapcsolt egyenfeszültség. A második lépcsõben ezt a szaggatott feszültséget egy beépített dióda egyenirányítja és vele tölti a C kondenzátort. A C kondenzátorral párhuzamosan egy feszültségosztó van, ami tulajdonképpen a megnövelt kimeneti egyenfeszültségre kapcsolódik. Az osztó alsó tagján levõ feszültséget a TL497A IC összehasonlítja a benne levõ 1,2 voltos referenciával és az eredménynek megfelelõen az oszcillátorát úgy szabályozza, hogy az a szaggató tranzisztoron keresztül úgy hasson vissza a tekercsre, hogy a kimeneten a megemelt egyenfeszültség mindig akkora legyen, hogy az osztó alsó ellenállásán esõ feszültség a referenciával megegyezzen. A P-jelû trimmer-potenciométerrel a feszültségosztás aránya változtatható, amivel áttételesen tulajdonképpen a kimeneti egyenfeszültség nagyságát szabályozzuk.
Az L egyszerû, körülbelül 40 mikrohenry induktivitású és 2 amperes tekercs. A C elektrolitikus kondenzátor 40 voltos, vele párhuzamosan az 560 nanofarados kondenzátor a szaggatás következtében netán a kimenetre jutó feszültségimpulzusokat törli. Az áramkör felépítésénél ügyelni kell arra, hogy az L tekercs és környezete jól legyen szigetelve. A tekercsen ugyanis számottevõen nagy feszültségimpulzusok keletkeznek, amik a szigeteléseket alaposan próbára teszik. Ugyanez vonatkozik a kimeneti feszültségosztóra és a két kondenzátorra is. Ezeket egy ponton kell földelni és lehetõleg a kimeneti C kondenzátor negatív fegyverzeténél. A feszültségnövelõ kapcsolás nem zárlatvédett, azonban a kimeneti rövidzárlatnál olyan visszaszabályozás lép fel, aminél a zárlati áramot teljes mértékben az R ellenállás korlátozza. Elvileg az áramkör nem sérül meg, de azért a kimeneti rövidzárlatokat mindenképpen kerüljük el.