Lichteffektsteuerungen mit und ohne Mikrorechnern history menue

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2. Komplexere Lichteffektanlage nach FUNKAMATEUR Heft 5/85 S. 254 ff. history menue scroll up
 

Mit dem Mikroprozessor lassen sich nicht nur Mikrocomputer oder komplizierte Steuergeräte aufbauen; . sondern „alte" Probleme können durch diese Technik völlig neuerschlossen werden. 
Das erlaubt nicht nur schlechthin andere Lösungen, sondern solche, die bisher im Bereich des Unmöglichen lagen. Auch der Elektronikamateur muss sich von der Vorstellung lösen; im Mikroprozessorsystem teure, nur für Sonderanwendungen geschaffene Bauelemente zu sehen. Das vorgestellte Lichteffektgerät soll dafür als Beispiel stehen.
Ziel unserer Entwicklung war es, eine Lichteffektanlage universeller Anwendung mit großer Programmzahl zu schaffen. Die Wiederholungsrate des Gesamtprogramms sollte im Minutenbereich liegen. 
Die wichtigste Forderung war aber die Möglichkeit, die Steuerung an beliebige Lampenanordnungen anpassen zu können. Das kann auf sinnvolle Weise nur durch Umprogrammierung einer festen Schaltutingsanordnung geschehen. Darum wurde in Mikroprozessorsystem in einer Minimalfiguration aufgebaut.

Grundlagen
Neben der Zentralverarbeitungseinheit (ZVE U 880 D) gehören zu einem solchen System ein Programmspeicher (ROM); der Ein/Ausgabe-Baustein (hier PIO U 855 D) und ein einfacher Taktgenerator, der nicht unbedingt quarzgesteuert sein muss. Bild 1 zeigt den Übersichtsschaltplan des Lichteffektgerätes. 
Für die Realisierung stehen die Mikroprozessorsysteme U 808 D und U 880 D zur Auswahl.- Die Entscheidung fiel zugunsten des letzteren aus, denn durch das höherintegrierte System des U 880 D reduziert sich der Aufwand an zusätzlichen ,Bauelementen, erheblich. Außerdem ist die Vielfalt der speziell auf den U 880 D abgestimmten Peripherie-Baustein (PIO, SIO, CTC) größer und ihre Anwendung einfacher.
Als Programmspeicher kommen für den Elektronikamateur .nur löschbare Speicherbausteine in Betracht. So steht auch als Basteltyp der Standardbaustein der mit UV-Licht löschbaren Speicher 1 K x ~ Bit in Form des S 555 zur Verfügung. Damit ist jederzeit die Möglichkeit gegeben, das Programm umzuschreiben: 
Denkbar ist auch der Einsatz des älteren EPROMs U 552 D. Dieser Baustein erfordert aber aufgrund der schlechteren technischen Daten Anpassschaltungen [1].
Die Ausgabe der Daten (im speziellen Fall zur Triac-Ansteuerung) erfolgt über die parallele Eingabe/Ausgabe-IS U 855 D. Sie erlaubt die Steuerung von 16 Lampenkreisen: Für moderne Lichteffektanlagen ist das zu wenig, es' können 
aber weitere PIOs angeschlossen werden. 
Einzusätzlicher Dekodieraufwand besteht nicht.
Für einfache Steuerungsaufgaben ist der Einsatz eines Arbeitsspeichers (RAM) nicht erforderlich. Darum wurde auch im vorliegenden Beispiel bewusst auf den RAM verzichtet. Das bedeutet natürlich beim Programmieren auch Verzicht auf alle Befehle, die mit dem Kellerspeicher (Stack) arbeiten (z. B. Unterprogrammaufrufe, POP- und PUSH-Befehle): 
Durch geschickte Programmierung und Anwendung des umfangreichen Doppelregistersatzes der ZVE kann dieser Mangel ausgeglichen werden. Natürlich ist ein Arbeitsspeicher anschließbar, erfordert aber einen erheblichen Mehraufwand. Das sollte darum hinsichtlich des Anwendungsfalles genau abgewogen werden.

Aufbau der Minimalfiguration
Bild 2 und Bild 3 geben die vollständige Schaltung - wieder. Auf Treiberbausteine oder umfangreiche Dekodiemetzwerke konnte verzichtet werden. Das System weist eine gute Übersichtlichkeit und geringe Bauelementeanzahl auf. Es entspricht in seiner Struktur einem Einplatinenrechner.
Dem RC-Generator, aufgebaut mit den Gattern des D 100 D, folgt der D 174 D, dessen Flipflops das Taktsignal 4:1 teilen und die Impulse formen,: Der 7403 verknüpft die Speicher- und Torsteuersignale (MREQ und IORQ) mit den Schreib- und Lesesignalen' (WR und RD). Die Schaltung ist so ausgelegt, dass bei Bedarf. zwei EPROMs angeschlossen werden können.
Die Realisierung der Steuerung erfolgte auf einen Zweiebenen-Leiterplatte mit den Maßen 170 mm x 95 mm (Bild 6 bis Bild 9). Sämtliche Schaltkreise sind Basteltypen. Schaltkreisfassungen wurden notwendigerweise nur für die ROM-Speieher vorgesehen. Auch das Netzteil zur Stromversorgung wurde bewusst einfach gehalten und weist keine Besonderheiten auf. Lediglich die Werte von RV1  und RV2 sind davon abhängig, ob ein oder zwei EPROMs angeschlossen werden.

Triac-Ansteuerung
Die Ansteuerung der Triacs bzw. Thyristoren erfolgt ohne Zwischenschaltung einer galvanischen Trennstufe (Relais oder Optokoppler). Die Schaltung nach Bild 4 mit Gleichspannungszündung hat sich bewährt. Beim Aufbau ist aber unbedingt auf die einschlägigen Bestimmungen zu Schutzmaßnahmen zu achten, da die Schaltung direkt auf Netzpotential liegt, (Vorsicht bei Oszillografenanschluß - Trenntrafo - einsetzen!). Trotz Anbringen der Mikroprozessorsteuerung; in unmittelbarer, Nähe der Triacs traten keine Störungen im Programmablauf ein.

Programmierung
Abschließend noch einige Hinweise zum Programmaufbau. Bild 5 soll das verdeutlichen. Nach der Initialisierung der PIO (in Bit-Mode, Ausgabe) folgt das Hauptprogramm, das auch mit den „Hintergrundregistem" arbeitet. Ab 070H folgen die Daten in Blöcken zu, je 4 Byte. Das Hauptprogramm weist mit einem Zeiger (Dopppelregister HL), der ständig erhöht wird, auf den Datenspeicherbereich. Das 1. Byte eines Blocks wird auf Port A ausgegeben, das 2. Byte auf Port B. Danach folgt die Zeit, die dieses Bildstehen soll. 
Das 4. Byte ist ein Steuerbyte. Die oberen 4 Bit geben eine Rücksprurigweite, die unteren 4 Bit die Anzahl der Rücksprünge an. Damit können Teilprogramme mit einer Maximallänge von ,15 Blöcken bis zu 15mal wiederholt werden. Beendet wird das Programm mit 0FFH als Zeitwert, es startet danach erneut bei 070H. Tabelle 1 zeigt das Programm im Maschinenkode: Es kann nur als Beispiel stehen für die vielen Möglichkeiten, die man mit diesem System, hat.
Natürlich wird der U 880 D in einer solchen Minimalfiguration nur zu einem Bruchteil ausgenutzt: Das, lässt diese Anwendung fragwürdig erscheinen. Es dürfte jedoch keinem Zweifler gelingen, mit Logik-Standardbauelementen der Mikroelektronik ein . Gerät mit diesen Einsatzmöglichkeiten zu erstellen.