TRS1722, TRS1755 i TRS1766 senzori proizvođača TAOS (Texas Advanced Optoeletronic Solutions) su visoko osetljivi reflektivni senzori crvene (630 nm), zelene (567 nm) i plave (470 nm) boje, respektivno, koji konvertuju intezitet svetlosti u napon. Svaka komponenta sadrži LED izvor bele svetlosti, fotodiodu sa postavljenim optičkim filterom boje, i transimpendansni pojačavač.

TCS230 je programabilni konvertor inteziteta obojene svetlosti u frekvenciju kombinovan sa podešljivim silicijumskim diodama i konvertorom struje u frekvenciju na istoj monolitnoj CMOS integrisanoj pločici.

Integrisani senzori TRS1722, TRS1755, TRS1766

Slika 1. Izgled i raspored nožica integrisanog senzora TRS1722

Izlazni napon je direktno proporcionalan intezitetu reflektovane svetlosti na fotodiodi kojoj je dodat intezitet svetlosti koji se može smatrati kao šum.

Može se primetiti da za razliku od prethodnog senzora koji meri prisustvo određene boje u svetlosti, ovaj senzor meri prisustvo određene boje ali u svetlosti odbijenoj od predmeta posmatranja. Pritom se vrši osvetljavanje pomatrane površine.

Svi funkcionalni delovi, kao što su fotodioda, operacioni pojačavač, komponente u povratnoj sprezi i filter boje, izrađeni su u monolitnoj integrisanoj MOS tehnologiji, kao i senzor opisan u prethodnom odeljku. Izvor svetlosti čini LED dioda i takođe ulazi u sastav integrisane komponente što naravno utiče na cenu gotove komponente. Izgled i raspored nožica komponente prikazani su na slici (sl. 1.).

Senzor se mogu napajati iz jednog izvora baterije, što je prednost komponente s obzirom na područje primene.

Funkcionalna blok šema uređaja je prikazana na slici (sl. 2.).

Slika 2. Funkcionalna blok šema senzora boje TRS1722

Integrisani senzor TCS230

Osnovne osobine Integrisanog senzor TCS230 su:

• visoka rezolucija konverzije inteziteta svetlosti u frekvenciju
• programabilni izbor boje koja se detektuje i puno skaliranje izlazne frekvencije
• direktna komunikacija sa mikrokontrolerom
• napajanje iz jedne baterije (2,7 V do 5,5 V)
• mogućnost isključivanja
• nelinearna greška tipično 0,2% na 50 kHz
• stabilni 200ppm/ºC temperaturni koeficijent

TCS230 je programabilni konvertor inteziteta obojene svetlosti u frekvenciju kombinovan sa podešljivim silicijumskim diodama i konvertorom struje u frekvenciju na istoj monolitnoj CMOS integrisanoj pločici. Prednosti ovakve realizacije su već pomenute u prethodnim tekstovima koje opisuju slične senzore boje kao sto su npr. TSLB257, TSLG257, TSLR257, TRS1722, TRS1755 i TRS1766, a tu su minijaturni izgled kao posledica izrade u monolitnoj CMOS integrisanoj tehnologiji i prihvatljiva cena u odnosu na druga rešenja što je posledica izrade senzora u ogromnim serijama.

Izgled i raspored nožica integrisanog senzora TCS230 prikazan je na slici 3.

Slika 3. Izgled i raspored nožica integrisanog senzora TCS230

Izlazni signal je pravougaona povorka impulsa (faktor ispune 50 %) čija frekvencija zavisi od inteziteta svetlosti. Izlazna frekvencija se može skalirati na jednu od tri moguće vrednosti preko par kontrolnih ulaznih nožica na komponenti.

Digitalni ulazi i izlazi su direktno kompatibilni za rad sa mikrokontrolerom i drugim logičkim kolima, što je vrlo bitno, jer se obrada informacija sa senzora najčešće vrši upravo pomenutim elementima.

Konvertor svetlosti u frekvenciju očitava 8×8 matricu fotodioda. Šesnaest fotodioda ima plave filtere, 16 fotodioda ima zelene filtere, 16 fotodioda ima crvene filtere, i 16 fotodioda su bez filtera. Četiri tipa fotodioda su ugrađene radi smanjivanja efekta nejednakosti slučajnog zračenja. Šesnaest fotodioda iste boje su paralelno povezane, a koji tip dioda se koristi može se podesiti preko odgovarajućih nožica na integrisanom kolu.

Funkionalna blok šema data je na slici (sl. 4.)

Slika 4. Funkcionalna blok šema senzora boje TCS230

Senzori boje se mogu napraviti od diskretnih komponenti (kao što su fotootpornici, fototranzistori i dr.) ili se mogu koristiti integrisani senzori boje. Na ovaj način senzori boje postaju sve manji, precizniji, pouzdani i jeftiniji. Robotika i različiti industrijski proizvodni procesi su u velikoj meri doprineli i dalje doprinose razvoju integrisanih senzora boje.

Rad mnogih senzora se zasniva na istim principima tj. na merenju intenziteta reflektovane svetlosti sa određene površine. Reflektovanu svetlost registruju fotodetektori najčešće poluprovodničke izrade. Razvoj tehnologije izrade integrisanih senzora boje tj. poluprovodničkih fotodetektora omogućio je da se intezitet svetlosti koristi sa sve većom efikasnošću.

U najvećem broju slučajeva boje koje se detektuju pripadaju grupi boja koju čine zelena, plava i crvena. Kombinovanom obradom signala sa senzora mogu se donekle detektovati i druge boje. Na primer prvi opisan senzor TSLB257 ima filtar koji propušta samo plavu boju, dok TSLG257 i TSLR257 imaju odgovarajući filtar za propuštanje zelene i crvene svetlosti respektivno.

Ovi jednostavni senzori firme TAOS (Texas Advanced Optoeletronic Solutions) mere intezitet svetlosti (sl. 1.), a kao izlazni signal se dobija napon koji zavisi od pomenutog intenziteta. Iako su ovde navedena tri senzora, oni se u suštini razlikuju samo po integralnom filteru boje.

Svi elektronski funkcionalni sklopovi, kao što su fotodiode, operacioni pojačavači, i komponente u povratnoj sprezi, izrađeni su u monolitnoj integrisanoj tehnologiji (Monolithic IC). Na ovaj način je postignuta velika osetljivost senzora i nizak nivo šuma optičkog konvertora svetlosti u napon. Proizvodnja u velikim serijama čini ovaj senzor prihvatljivim u pogledu cene.

Slika 1. Integrisani senzor boje TSLB257

Druge prednosti koje karakterišu ovaj senzor su:

• napajanje iz jedne baterije
• nizak nivo šuma (200 μVRMS tipično na 1 kHz)
• snažno potiskivanje napajanja (35 dB na 1 kHz)
• kompaktno plastično kućište sa tri nožice za povezivanje (sl. 1.)
• direktna zavisnost izlaznog napona od inteziteta svetlosti

Slika 2. Funkcionalna blok šema senzora boje TSLB257

Na slici (sl. 2.) je prikazana funkcionalna blok šema senzora boje. Senzor ima transimpedansno pojačanje od 320 MΩ sa poboljšanom stabilnošću ofseta napona i malom potrošnjom. Jasno je da su sve navedene osobine i parametri integrisanog senzora važni ne samo za ovaj već i za svaki drugi integrisani senzor.

Ovaj senzor je idealan za upotrebe kao što su kolorimetrija, proces kontrole štampanja, korekcija boje displeja i selektivno detektovanje svetlosti okoline.

Retina oka apsorbuje svetlost i šalje signale i osećaje mozgu. Osećaji nas obaveštavaju o osobinama svetlosti, kao što je boja.

Vizuelna oprema koju koristimo za posmatranje svetlosti i njenih osobina je ista kod svakog, i kada radi, radi veoma dobro. Nacionalna uprava za standarde (National Bureau of Standards) izračunala je da ljudsko oko prepoznaje preko 10 miliona boja.

Veliki deo čovekovog života je vezan za boje i čovek je uvek bio fasciniran bojama. Čovek svoju stvarnost doživljava u velikoj meri na osnovu onoga što vidi. Često je određenim bojama pripisivano određeno značenje od religijskog do duhovnog karaktera. I danas su boje sastavni deo ljudskog života. Ljudsko oko je skoro savršen senzor boje. To znači da se u procesu proizvodnje koristi čovek kao osnovno merodavno sredstvo kada su u pitanju boje i njihovo raspoznavanje. U cilju usavršavanja pre svega industrijske proizvodnje i mnogih drugih procesa vezanih za boje, izmišljeni su prvi elektronski uređaji za raspoznavanje boja. Predmet ovog rada je upravo jedan takav uređaj.

Osnovno o bojama

Vidljiva svetlost je elektromagnetni talas u opsegu talasnih dužina od 400 nm – 700nm. To je samo mali deo svih postojećih talasnih dužina. Svetlost koju mi vidimo nije jedna talasna dužina već kombinacija mnogo talasnih dužina. Na sledećoj slici (sl. 1.) data je spektralna raspodela snage vidljive svetlosti tj. spektar nekoliko tipičnih izvora svetlosti.

Spektralna raspodela snage (spectral power distribution – SPD) pokazuje precizno odziv boje od izvora svetlosti u vidu razinskog dijagrama energije prisutne na svakoj talasnoj dužini unutar vidljivog spektra. SPD dijagram sunčeve svetlosti u podne, na primer, jasno pokazuje izuzetno balansiran izvor svetlosti. Sve talasne dužine vidljive svetlosti su prisutne i približno su jednake. U odnosu na veštački izvor svetlosti, sunčeva svetlost predstavlja veliku količinu energije u plavom i crvenom delu spektra. SPD dijagrami mogu biti veoma korisni za razumevanje različitih izvora svetlosti.

Slika 1. Izgled spektralne raspodele snage za nekoliko tipičnih izvora svetlosti

Slika 2. Funkcija svetlosne efikasnosti ljudskog oka

Slika 3. Odziv ljudskog oka na dnevnu svetlost

Ljudsko oko radi u osnovi kao kamera. Svaki neuron je ili štapić (rode) ili konus (cone). Samo konusni neuroni su osetljivi na boju. Čovek poseduje u oku specijalne ćelije za detoktovanje boja. Te ćelije se još nazivaju i konusi zbog njihove sličnosti sa pomenutim geometrijskim predmetom. Postoje tri vrste konusa i to konusi za tri osnovne boje: crvenu, zelenu i plavu. Svaka od ovih ćelija različito reaguje na frekvenciju spoljašnje svetlosti. Slike (sl. 2.) i (sl. 4.) pokazuju spektralnu osetljivost konusnih ćelija i svetlosnu efikasnost ljudskog oka (sl. 3.).

Slika 4. Spektralna osetljivost konusnih ćelija na odgovarajuću osnovnu boju

Signal boje dolazi do mozga kao rezultat rada konusnih ćelija za tri osnovne boje posmatranog spektra. Taj signal se može predstaviti pomoću tri vrednosti (f 1):

(f 1)

gde je E spektralna raspodela snage i S funkcija spektralne osetljivosti.

Slika 5. Spektralna raspodela snage E(λ)

Boja se može predstaviti kao suma tri boje. To znači da boje formiraju trodimenzionalni vektorski prostor. Sledeći grafici pokazuju izgled tri osnovne boje potrebne za predstavljanje svih talasnih dužina vidljivog spektra.

Slika 6. Optimalan izgled spektralne osetljivosti potrebne za sintezu svih boja vidljivog spektra

Negativne vrednosti pokazuju da se neke boje ne mogu tačno proizvesti jednostavnim dodavanjem osnovnih boja. Za laku sintezu boja potrebno je da sve vrednosti sa grafika budu pozitivne. Zato je međunarodna komisija za osvetljenje (CIE – Commission Internationale de L’Eclairage) 1931. godine definisala tri standardne osnovne boje (X,Y,Z). Osnovna boja Y je namerno izabrana da bude identična kao funkcija svetlosne efikasnosti ljudskog oka. Sledeći grafici pokazuju vrednosti X,Y, i Z potrebnih da se tačno reprodukuje bilo koja boja iz vidljivog spektra.

Slika 7. CIE funkcije spektralne osetljivosti

Osnovne boje se sada mogu predstaviti pomoću sledećih formula (f 2):

(f 2)

Sve vidljive boje su u «potkovici» oblikovanom konusu u X-Y-Z prostoru. Ako posmatramo ravan X+Y+Z=1 i njenu projekciju na X-Y ravan, dobijamo CIE dijagram boja (CIE chromaticity diagram) koji je dat na slici (sl. 8.).

Ivice predstavljaju čiste boje tj. sinusoidne talase sa odgovarajućom frekvencijom. Bela boja se nalazi na mestu tačke (sl. 8.), a emitovana bela svetlost je ista kao da je emituje crno telo na temperaturi od 6447 K.

Prilikom dodavanja, bilo koje dve boje (odnosno tačke na CIE dijagramu boja) rezultujuća boja, odnosno tačka se nalazi na liniji između tih tačaka.

Za nalaženje i predstavljanje komplementarnih boja koristi se Lab (L*a*b) model, gde je L osvetljenje (Luminance), „a“ rastojanje između zelene i crvene, a „b“ rastojanje između plave i žute boje (sl. 9.).

Slika 8. CIE dijagram boja

Slika 9. LAB model

Diplomski rad: Sanja Stupar – Senzor za detekciju boje,

Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad, 2006. godina

Karakteristika LED je ista kao kod običnih p-n spojeva s tom razlikom da je pad napona u provodnom režimu kod LED veći (tipično 1,2 do 4,3V). Talasna dužina emitovane svetlosti zavisi od širine energetskog procepa između provodnih zona poluprovodnika N i P tipa.

Slika 1. LED, ultrabrihgt diode

Proizvodnja LED se rapidno promenila osamdesetih godina kada su se prvi put pojavile visoko-efikasne GaAlAs i ultrasvetle InGaAlP LED. Sve primarne boje (RGB) su postale dostupne, sa pouzdanošću istom ili boljom od drugih tehnologija. Površinske LED su postale dostupne u jednobojnom (uključujući i belu), dvobojnom (obično crvena i zelena), i trobojnom obliku. Ove visokoefikasne i ultrasvetle LED se koriste kao pozadinsko osvetljenje za LCD panele , kod panela različite opreme, i u unutrašnjosti kod tabli za obaveštenja. LED se koriste i kao osvetljenje za bliceve kamera kod mobilnih telefona.

Iako po svemu nalikuju na obične jednobojne LED, »ultrabrihgt« diode su karaktristične po zračenju svetlosti koja se može smatrati »belom« svetlošću (slika 1.). Postoje esenijalno dve tehnologije za dobijanje bele svetlosti od LED. Jedan način je da se ugrade crveno, zeleno i plavo kućište veoma blizu jedno do drugog na istom pakovanju (slika 2.) i da se proporcionalno pomešaju svetlosti tako da omoguće ljudskom oku osećaj bele svetlosti. Sa slike se vidi da je zelenih dioda najviše jer su prilikom izrade najlošijeg kvaliteta.

Slika 2 . Bela svetlost

Zbog različitog kvaliteta izrade LED za datu boju javlja se nejednaka raspodela spektra.

Osim samog načina proizvodnje mana ovog rešenja je i visoka cena. Ipak ove LED su popularne kod upotrebe za LCD panele jer omogućavaju promenu boje pozadine.

Slika 3 . Nejednaka raspodela spektra LED

Jeftiniji pristup sadrži fosfor sa plavom LED koji apsorbuje deo od plave svetlosti i zrači sekundarne boje do probližno bele svetlosti. Iz spektra svetlosti se vidi da je plava boja najviše zastupljena (slika 3.). Neke ranije bele LED konstruisane prethodnim postupkom su se koristile za osvetljenje kod mobilnih telefona.

Do 2000 godine ultrasvetle LED su imale pad napona od 4 do 4,2 V u direktnom režimu. Proizvođači mobilnih telefona su zbog toga morali imati ugrađeni DC-DC pretvarač koji od litijumskih baterija od 3,6 V povećava napon za rad LED. Bele LED se sada prizvode sa padom napona od 3 do 3,1 V što omogućava proizvođačima mobilnih telefona da direktno iz baterije pogone LED za pozadinsko osvetljenje.

Glavni razlozi zašto se za osvetljavanje predmeta koristi bela ultrasjana LED su:

• mogu se napajati iz izvora od 5V
• imaju visok sjaj (tipično preko 4000 mcd)
• mala potrošnja
• kontinualan rad od 100 000 časova (11 godina)
• ugao prostiranja svetlosti od 15 do 45 stepeni u zavisnosti od modela
• ugrađena zaštita od pogrešnog priključivanja

ASCII je skraćenica od engleskih reči: American Standard Code for Information Interchange, što u prevodu znači: američki standardni kod za razmenu informacija. Izgovara se aski i predstavlja numeričku reprezentaciju karaktera. Ti karakteri mogu biti @ ? ) = / & % $ a b c d … G H I J K …

Orginalna veličina podataka za predstavljanje ASCII karaktera je 7 bita. Iz toga sledi da je moguće kodovati 128 različita karaktera. Danas je u upotrebi prošireni ASCII kod koji se sastoji od 8 bita podataka, a sve češće se koristi unicode standard koji koristi više bajtova za kodovanje većeg broja simbola.

ASCII je zasnovan je na engleskom alfabetu i kontrolnim karakterima, te se stoga i sastoji iz dve grupe karaktera: printabilnih i kontrolnih karaktera.

Kontrolni karakteri

Naziv su dobili po ulozi kontrolisanja uređaja za prikaz informacija. Potreba se javila prilikom komunikacije dva uređaja da se na jednostavan način prenesu komande za formatiranje teksta i komande za kontrolu komunikacije. Korišćenje ovih karaktera u svom izvornom obliku sve više zastareva i manje se koristi.

Postoje 33 kontrolna karaktera i njihov spisak dat je u tabeli 1. Opis karaktera je ostavljen na engleskom jeziku iz raloga ne postojanja adekvatnih standarizovanih izraza na srpskom jeziku za sve pojmove.

Printabilni karakteri

Printabilni karakteri obuhvataju slova engleske abecede, cifre, znakove interpunkcije, prazninu između slova i nekoliko mešovitih simbola. Svi karakteri dati su u narednoj tabeli.

Strukturne karakteristike ASCII-ja

Prilikom kreiranja ovog standarda vođeno je računa o strukturi samog rasporeda karaktera i kako se pogodnijom strukturom mogu ubrzati određene operacije. Ovde ćemo predstaviti neke od tih pogodnosti koje vam mogu zatrebati u svakodnevnom programiranju.

• Decimalne cifre su u ovom standardu predstavljene sa prefiksom 011, ovo omogućuje jednostavno konvertovanje cifara iz BCD u ASCII i obrnuto.
• Razlika imađu malog i velikog slova je u jednom bitu. Na ovaj način omogućena je brza konverziju iz malih u velika slova i/ili obrnuto. Ovo je vrlo bitna činjenica, jer se na taj način pospešuje pretraživanje koje je imuno na veličinu slova.

Različite oblasti primene elektronskih sklopova imaju drugačije potrebe za pakovanjem istih integralnih kola. Svaka oblast od mobilnih telekomunikacija do elektronike autoindustrije ima specifične zahteve koje određeno pakovanje mora da ispuni. Stoga se uviđa da je razvoj pakovanja integralnih kola dinamički proces koji zavisi od njihove primene. U ovom moru različitih vrsta kućišta se lako možemo izgubiti, tako da ćemo vas u ovom tekstu provesti kroz način njihove klasifikacije i predstaviti osnovne oblike pakovanja integrisanih kola.

Klasifikacija

Osnovna podela komponenata je na osnovu njihovog pakovanja. Na osnovu nje dele se na komponente koje se montiraju kroz rupe na ploči (through hole devices) i one koja se montiraju na površini štampane ploče (SMD – surface mount devices), a njihove potpodele se mogu videti na sledećoj slici:

Klasifikacija pakovanja integrisanih kola

Tehnologije pakovanja integrisanih kola

Komponente koje se montiraju kroz rupe na štampanoj ploči imaju svojih prednosti kada se kreira manja serija uređaja i u izradi prototipova. Za razliku od njih proizvodni proces sa SMD komponentama je znatno složeniji. Pre početka proizvodnje potrebno je uložiti inicijalno vreme za uspostavljanje rada mašine, što podiže cenu starta asembliranja štampane ploče. Ova početna investicija postaje zanemarljiva tek kada se prave veće serije uređaja.

S druge strane SMD kućišta imaju mnogobrojne prednosti. Najmanje komponente su veličine 0.5 x 0.25 mm, što omogućava štampane ploče manjih dimenzija. Vreme izrade se štedi time što je potrebno manje rupa izbušiti prilikom montiranja komponenti. Automatizovano asembliranje je brzo i jednostavno; neke mašine mogu postaviti na štampanu ploču i do 50.000 komponenti na sat. Komponente se mogu postaviti sa obe strane štampane ploče. Manji otpor i induktansa na spojevima dovode do boljih performansi u korišćenju komponenti na visokim frekvencijama.

Primećuje se da obe tehnologije imaju svojih prednosti i mana. Ukoliko ste početnik ili vam treba samo jeftin prototip uređaja, odlučite se za postavljanje integrisanih kola kroz rupe na štampanim pločama. U slučaju kada iza sebe imate dovoljno iskustva u projektovanju štampanih ploča i kreirate veću seriju gotovih sklopova, odlučite se za SMD komponente, uštedećete i vreme i novac.

Opis impulsno širinske modulacije

IŠM kontrola je moćna tehnika za upravljanje analognim kolima pomoću digitalnih izlaza. IŠM je primenjena u širokom spektru aplikacija, od primene u merenjima i komunikacijama, sve do primene u kontroli snage i konverzijama električne energije u druge oblike (zvuk, mehaničku energiju .). Često se u literature IŠM može pronaći pod imenom PWM (eng. Pulse Wide Modulation) Šta su to analogni signali i zašto se odlučuje za digitalno upravljanje pomoću IŠM?

Analogni signal ima kontinualno promenljivu vrednost amplitude, kao i beskonačnu rezoluciju i po vremenskoj osi i po amplitudi. Jedan od primera analognog uređaja je baterija od 9V, pri čemu njen izlaz nije tačno 9V nego se menja u vremenu i može da uzme vrednost bilo kog realnog broja u blizini 9V. Slično i struja koja teče iz baterije nije ograničena brojem mogućih vrednosti. Analogni signali se razlikuju od digitalnog jer se kod digitalnog signala uvek uzima vrednost iz konačnog skupa predefinisanih mogućih vrednosti, kao što je npr. skup {0V,5V}.

Analogni napon i struja se mogu koristiti za direktnu kontrolu, kao što je jačina zvuka na radiju. Okretanjem potenciometra se povećava i smanjuje otpornost na krajevima potenciometra i time se proporcionalno menja i struja koja teče kroz njega. Ova promena utiče i na promenu struje koja teče kroz zvučnik pa time utiče i na jačinu zvuka.

Glavna prednost analognih kola je uglavnom jednostavnost kako to na prvi pogled izgleda. Ali izbor analognog rešenja često nije praktičan, ekonomičan i dovoljno atraktivan. Analogna kola takođe vremenom menjaju svoje osobine. Precizna analogna kola u kojima je taj problem rešen mogu biti velika i skupa. Takođe postoji problem disipacije jer je ona srazmerna naponu na krajevima kola i struji koja kroz kolo teče, pa je potrebno njegovo hlađenje. Analogna kola su takođe osetljiva na šum.

Digitalnom kontrolom analognih kola, cena i potrošnja se drastično mogu smanjiti. Šta više, mnogi mikrokontroleri i DSP (eng. Digital Signal Processors) već imaju implementiran generator IŠM signala čime se olakšava realizacija uređaja.

Ukratko, IŠM je način da se od digitalnog signala napravi signal analogne vrednosti. Korišćenjem brojača sa visokom rezolucijom, odnos impuls/pauza se moduliše da odgovara specificiranom nivou analognog signala. IŠM signal je i dalje digitalni zato što je u datom vremenskom periodu napajanje potpuno uključeno ili potpuno isključeno. Naponski ili strujni izvor se dovodi na analogno kolo putem povorke impulsa sa odgovarajućim odnosom impuls/pauza. Koristeći dovoljno usku periodu, bilo koja analogna vrednost koja upada u opseg mogućnosti izvora može se postići putem IŠM signala.

Na slici 1 su prikazani IŠM signali sa tri različita odnosa impuls/pauza , odnosno sa tri različita faktora ispune. Na sl. 1.a je prikazan signal sa faktorom ispune 0,1, na sl. 1.b je prikazan signal sa faktorom ispune 0,5 i na sl. 1.c je prikazan signal sa faktorom ispune 0,9. Ova tri signala reprezentuju tri vrednosti analognog signala. Ako je npr. napon napajanja 9V tada navedeni signali na svom izlazu daju vrednosti od 0.9V, 4.5V i 8.1V respektivno.

Slika 1. IŠM signali sa različitim faktorima ispune

f.1.

f.2.

Jedan od načina primene IŠM signala je prikazan na sl. 2. Prikazano je jednostavno kolo u kom se putem IŠM signala upravlja prekidačem za paljenje i gašenje sijalice. U periodu kada je prekidač uključen sijalica gori, a u periodu kada je prekidač isključen sijalica je ugašena. Promenom faktora ispune IŠM signala menja se period u kom sijalica gori. Ako je perioda IŠM signala dovoljno mala tada se ne primeti treperenje sijalice a ako je rezolucija velika fino se može upravljati jačinom svetlosti sijalice.

Slika 2. Jednostavno kolo za upravljanje jačinom svetlosti sijalice

Primena impulsno širinske modulacije

IŠM signal je našao široku primenu u mnogim oblastima. Pored prethodno navedenih tu su i primena u regulaciji napona napajanja. U regulaciji napona napajanja postižu se rezultati sa visokim koeficijentom korisnog dejstva. IŠM se ponekad koristi za sintezu zvuka jer mogu da se postignu lepi efekti. Primena u audio tehnici je nova klasa audio pojačavača koja postaje sve popularnija. Zove se “klasa-D” audio pojačavača. Ovi pojačavači proizvode IŠM ekvivalent analognog ulaznog signala, koji se vodi na zvučnike putem odgovarajuće mreže filtara. Time se signal vraća na originalni audio signal. Ovi pojačavači se karakterišu visokim faktorom korisnog dejstva koji je čak i preko 90%, kao i malim prostorom i težinom u odnosu na izlaznu snagu. IŠM signal se široko koristi za kontrolu brzine DC i AC motora, za upravljanje invertorima i mnogim drugim oblastima u elektronici i elektroenergetici.

Živorad Mihajlović, Evgenije Adžić, Mirko Raković

Elaborat tima BREBRE za robotsko takmičenje Eurobot 2004 god.

Kompajler će voditi računa o brisanju lokacija u FLASH memoriji, za mikrokontrolere koji zahtevaju operaciju bisanja lokacije pre upisivanja u istu, tako da nije neophodno implementirati posebno ovaj korak. Podaci, u istom bloku podataka koji se briše istovremeno i u koje se neće izvršiti upis, biće sačuvani pre operacije brisanja i povraćeni po završetku te operacije.

Makroi za pristup FLESH memoriji

Slično kao i kod EEPROM rutina za čitanje i pisanje postoje ekvivalentne rutine za FLASH memoriju. Da bi se upisao podatak veličine jednog bajta na određenu adresu u FLASH memoriji koristićemo sledeći makro:

 FLASH_WRITE(adresa,promenljiva); 

Za čitanje podatka sa adrese u flash memoriji, i smeštanje istog u promenljivu koristimo drugi makro:

 Promenljiva = FLASH_READ(adresa); 

Funkcije za pristup FLESH memoriji

Za pristup FLASH memoriji koriste se tri funkcije. Njihova deklaracija je sledeća:

#include <htc.h>
unsigned int flash_read(unsigned short addr);
void flash_erase(unsigned short addr);
void flash_copy(const unsigned char * source_addr, unsigned char length, unsigned short dest_addr); 

Funkcije flash_read() pruža istu funkcionalnost kao i makro FLASH_READ(), ali će potencijalno smanjiti zauzetost prostora u kodu, ukoliko postoji više poziva iste. Istovremeno je omogućeno čitanje jedne reči iz FLASH memorije. Kao povratnu informaciju ova funkcija vraća reč koju je pronašla na zadatoj adresi.

#include <htc.h>
void main(void) {
  unsigned int data;
  unsigned short addr = 0x1000;
  data = flash_read(addr);
} 

Funkcija flash_copy() dozvoljava kopiranje blokova memorije na lokacijama u FLASH memoriji. Blokovi podataka koji se kopiraju mogu biti smešteni u RAM ili u programsku memoriju. Ova rutina je omogućena samo za mikrokontrolere koji omogućavaju upis u flash memoriju veličine koje su veće od jedne reči istovremeno.

Pri pozivu funkcije prvi parametar mora biti konstantni pokazivač (const pointer) na adresu sa koje se kopirju podaci. Pokazivač može da pokazuje na validnu adresu u RAM-u ili u FLASH memoriji. Drugi parametar označava broj reči podataka koje je potrebno kopirati. Poslednji parametar predstavlja adresu u FLASH memoriji gde će podaci biti smešteni.

#include <htc.h>
const unsigned char ROMSTRING[] = "0123456789ABCDEF";
void main(void) {
  const unsigned char * ptr = &ROMSTRING[0];
  flash_copy(ptr,5,0x70);
} 

Dakle u prethodnom primeru funkcija flash_copy kopira 5 podataka, počevši od adrese na kojoj se nalazi prvi karakter stringa ROMSTRING, na adresu >code>0×70 u FLASH memoriju.

Za malu podgrupu mikrokontrolera koji omogućavaju nezavisnu kontrolu za brisanje blokova FLASH memorije, funkcija flash_erase() omogućava traženu funkcionalnost. Pri pozivu ove funkcije sve lokacije u okviru bloka memorije, biće vraćene na vrednost u neprogramiranom stanju (0xFF). U okviru bloka memorije se nalaze 32 lokacije i nije moguće pojedinačno brisanje. Prosleđivanje adrese funkciji flash_erase() će obrisati sve 32 lokacije u bloku u kome se prosleđena adresa nalazi.

#include <htc.h>
void main(void) {
  unsigned short addr = 0x1000;
  flash_erase(addr);
} 

Napomena: Funkcija flash_write ne postoji.

__EEPROM_DATA() makro

Za one PIC mikrokontrolere koji podržavaju eksterno programiranje EEPROM-a, makro _EEPROM_DATA se može koristiti da se postave inicijalne vrednosti EEPROM-a u HEX fajl kojim se programira mikrokontroler. Makro se koristi na sledeći način:

  #include <htc.h>
  __EEPROM_DATA(0,1,2,3,4,5,6,7);  

Ovaj makro prihvata osam parametara, koji predstavljaju osam vrednosti u EEPROM lokacijama. Svaka vrednost treba da je veličine jednog bajta. Nekorištene vrednosti treba da budu predstavljene kao parametar nula. Makro se može pozvati više puta, zavisno od količine podataka koje je potrebno smestiti u EEPROM. Preporučljivo je da se makro nalazi izvan bilo koje funkcije u programu.

Ovaj makro se ne koristi da bi se pisalo u EEPROM lokacije tokom izvršavanja programa, već samo da bi se upisale inicijalne vrednosti prilikom prvog programiranja mikrokontrolera.

EEPROM pomenljive

Korišćenjem eeprom promenljivih omogućen je mnogo fleksibilniji pristup inicijalizaciji EEPROM lokacija nego sa makroom __EEPROM_DATA, jer one ne zahtevaju osam bajtova za parametre i obezbeđuju ugrađene funcije za pristup istim lokacijama.

Korišćenje EEPROM promenljivih predstavlja veoma jednostavan i efikasan metod da se konfiguriše i pristupi EEPROM-u. Ova opcija omogućava inicijalizaciju EEPROM lokacija i obvezbeđuje najjednostavniji mehanizam za pristup u toku izvršavanja programa. Ova opcija se može primeniti samo na globalne i/ili statičke promenljive i označava da se objekat nalazi u EEPROM-u. Na primer:

 eeprom unsigned int serial_number = 0x1234; 

Ovo će kreirati eeprom promenljivu sa predefinisanom vrednošću 0×1234. Ova vrednost se postavlja samo u toku programiranja mikrokontrolera. Ovoj promenljivoj može se pristupiti tokom izvršavanja programa, za čitanje i upis u nju:

 serial_number = 0xAA55; 

Kompajler će kreirati odgovarajući kod kako bi se pristupilo promenljivoj. Za razliku od rom promeljivih, ukoliko se izvrši upis u inicijalizovanu eeprom promenljivu tokom izvršavanja programa, pri sledećem resetu mikrokontrolera eeprom promenljiva će sadržati vrednost koja je poslednja u nju upisana, a ne inicijalizovanu.

Treba voditi računa da kompajler podržava samo osnovne operacije dodeljivanja objektima u EEPROM-u. Ukoliko se u nekom kompleksnom izrazu upotrebi eeprom promenljiva, kompajler će generisati grešku “can’t read code”. U ovakvoj situaciji pokušajte da pojednostavite izraz ili možda da koristite privremenu promenljivu za smeštanje vrednosti iz eeprom promenljive.

Napomena: Kako lokacije eeprom promenljivih određuje kompajler, nije neophodno pristupati EEPROM-u sa specifičnom adresom, naprotiv ovo čak treba izbegavati. Iz ovog razloga nije preporučljivo kombinovano korišćenje eeprom promenljivih i drugih EEPROM metoda za pristup.

Funkcije za pristup EEPROM-u

Funkcije eeprom_read() i eeprom_write(), mogu biti pozivane za čitanje iz EEPROM-a i za pisanje u EEPROM, tokom izvršavanja programa. Sledećim kodom je moguće promenljivu veličine jednog bajta upisati u EEPROM i iščitati koristeći ove funkcije:

#include <htc.h>
void eetest(void) {
  unsigned char prom = 0x23;
  unsigned char adr = 0x12;
  eeprom_write(adr,prom);
  promenljiva = eeprom_read(adr);
} 

Ove funkcije proveravaju da li postoji neki konkurentni upis u EEPROM pre izvođenja tražene operacije. Funkcija eeprom_write() će otpočeti proces upisa vrednosti u EEPROM i taj proces neće biti završen pre nego što ta funkcija vrati kontrolu programu. Novi podatak koji se upisuje u EEPROM biće dostupan približno četiri milisekunde posle povratka kontrole programu. Dakle u prethodnom primeru nova vrednost neće biti dostupna u momentu kada je funkcija eeprom_read()M pozvana, ali kako smo rekli da ove funkcije pre svog izvršavanja čekaju da se konkurentne funkcije završe, korektna vrednost će biti iščitana.

Napomena: Sa nekim od metoda za pristup EEPROM-u, poželjno je koristiti predprocesorsku direktivu _EEPROMSIZE. Ovaj simbol definiše količinu bajtova koja je dostupna za selektovani čip sa kojim se radi.

Makroi za pristup EEPROM-u

Iako ovi makroi obavljaju skoro isti posao kao prethodno navedene funkcije za rad sa EEPROM-om, njih treba upotrebljavati samo u izuzetnim situacijama. Prikladno je odabrati makroe EEPROM_READ i EEPROM_WRITE umesto odgovarajućih funkcija, ukoliko je bilo koji od navedenih uslova tačan:

• Ne možete priuštiti dodatni nivo dubine u steku neophodan za pozivanje funkcije
• Ne možete priuštiti dodatni kod za prosleđivanje parametara i izvršavanje instrukcija call/return
• Ne možete priuštiti dodatno procesorsko vreme neophodno za izvršavanje poziva funkcija

Budite obazrivi. Ako u programu imate više instanci poziva ma kojeg makroa, ušteda memorije koda je nemoguća, jer se sadržaj kompletnog makroa u tom slučaju duplira u kodu.

U slučaju EEPROM_READ(), postoji još jedan detalj koji treba napomenuti. Za razliku od funkcije eeprom_read(), ovaj makro ne čeka da se konkurentni upis završi, pre nego što on pređe na iščitavanje EEPROM-a. Da smo u prethodnom primeru koristili EEPROM_READ() umesto eeprom_read() željena operacija ne bi bila izvršena. Ukoliko nije zagarantovano da su sva upisivanja u EEPROM završena pre poziva makroa EEPROM_READ(), potrebno je proveriti status odgovarajućeg bita:

#include <htc.h>
void eetest(void) {
  unsigned char prom = 0x27;
  unsigned char adr = 0x12;
  EEPROM_WRITE(adr,prom);
  while (WR) continu;
  prom = EEPROM_READ(adr);
} 

Na ovaj način smo se obezbedili da se sačeka završetak upisa u memoriju, pre novog isčitavanja.

Kao primer prethodno iznetim tvrdnjama, navešćemo sledeću situaciju: kada se preko ili funkcije i određene maske pokušavaju postaviti određeni biti registra mikrokontrolera, kompajler će proveriti da li se sa instrukcijama koje operišu sa bitima može postići ista funkcionalnost i na taj način da se proizvede optimalniji kod. Sledeći primer napisan u C-u:

 unsigned int foo; foo |=0x40; 

kreiraće sledeću instrukciju u programu

 bsf _foo,6 

Da bi se obrisao ili setovao individualni bit u nekoj integer promenljivoj, mogu se kreirati sledeći makroi:

#define bitset(var, bitno) ((var) |= 1UL << (bitno))
#define bitclr(var, bitno) ((var) &= ~(1UL << (bitno)))

Izraz sa početka teksta sada se jednostavno može napisati na način da svima bude razumljiv:

 bitset(foo,6); 

I ovakav izraz zauzima samo jednu reč u memoriji. Pogledajmo ovo na konkretnom primeru:

#include
#define bitset(var, bitno) ((var) |= 1UL << (bitno))
#define bitclr(var, bitno) ((var) &= ~(1UL << (bitno)))
unsigned char temp;
unsigned char pos;
void main(void) {
  bitset(temp,4);
  pos = 4;
  bitclr(temp,2);
  bitclr(temp,pos);
} 

Izdvojimo deo koda koji je kompajler kreirao za pozive bitclr makroa.

bitclr(temp,2);
  07F0    1121     BCF 0x21, 0x2
bitclr(temp,pos);
  07F1    3001     MOVLW 0x1
  07F2    00F0     MOVWF 0x70
  07F3    0820     MOVF 0x20, W
  07F4    00F1     MOVWF 0x71
  07F5    0AF1     INCF 0x71, F
  07F6    2FF9     GOTO 0x7f9
  07F7    1003     BCF 0x3, 0
  07F8    0DF0     RLF 0x70, F
  07F9    0BF1     DECFSZ 0x71, F
  07FA    2FF7     GOTO 0x7f7
  07FB    0970     COMF 0x70, W
  07FC    05A1     ANDWF 0x21, F 

Na ovom primeru se jasno vidi da ukoliko se uzme konstanta za poziciju bita koji treba obrisati kompajler kreira kod koji to radi u jednoj instrukciji. Ukoliko se za poziciju bita postavi promenljiva, tada kompajler dodaje neophodan kod veličine 12 reči. Iz navedenog primera se vidi da kompajler vodi računa o optimizaciji koda i da koristi ugrađene pogodnosti PIC mikrokontrolera.

Napomena: 1UL predstavlja broj 1 u unsigned long formatu.