Ми вже неодноразово розповідали про методи підвищення надійності телефонів з автоматичним визначенням номера абонента (АВН), що живляться від мережі змінного струму. Деякі з пристроїв перезапуску могли працювати не з усіма версіями програмного забезпечення. Були й інші обмеження. У пропонованій статті розглянуті варіанти пристроїв захисту від збоїв, які можна використовувати не тільки в телефонах на процесор Z80, а і в інших АОНах.
Розглянемо основні причини нестійкої роботи Аонів.
1. Збої через імпульсних перешкод в електромережі. Сильні перешкоди створюють побутові прилади, що містять трансформатори живлення або електродвигуни, особливо холодильник. З досвіду автора, краща міра захисту - виділити для живлення Авна окрему розетку, підключену до електропроводки можливо далі від таких пристроїв.
2. Якість збірки самого апарату. Підкреслю, що випробування проводилися мною лише на АОНах, зібраних на якісних друкованих платах, що мають добротну паяння (інакше варто витрачати час і сили на модернізацію?). Панельки, які встановлені мікросхеми, повинні забезпечувати надійний контакт. При найменшій підозрі на погану якість панельок їх треба замінювати.
3. Перехідні процеси при відключенні електроживлення - причина переважної більшості збоїв. Найбільш характерні наслідки цього для Аонів на Z80 такі:
- поява сторонніх цифр і знаків в архівах вхідних і вихідних дзвінків, записній книжці, буфері;
- безладне заповнення будильників інформацією;
- зміна режиму роботи телефону і констант користувача, що може серйозно ускладнити роботу з апаратом;
- збій поточного часу і дати;
- неправильна реакція на виклик;
- мимовільне "зависання", при якому можливо заняття телефонної лінії без відома користувача.
Збої останніх двох категорій і подібні їм мають вельми сумні наслідки, так як пов'язані з спотворенням недоступних користувачеві системних змінних програми Авна. Це спричиняє "зависання" процесора і подальший перезапуск з повною втратою зберігається в ОЗП інформації. Найчастіше такий збій не відразу викликає "зависання", але залишається в пам'яті і в подальшому проявляє себе подібно комп'ютерного вірусу, створюючи ілюзію справності апарату. З цієї причини пристрої захисту, які відстежують сканування індикатора, не завжди ефективні. Не вирішує проблеми і відключення шин процесора сигналом BUSRQ (для Z80).
На жаль, подібні недоліки властиві і АОНам, виконаним на інший елементній базі, зокрема на мікро-ЕОМ 80с31. Краще захищені від збоїв апарати, в яких використовується ФЛЕШ-пам'ять.
Аналіз роботи Авна показує, що причина цих явищ - недостатня опрацювання цифрової частини апарату. Зокрема, при зміні напруги живлення від +5 до нуля (відключення електричної енергії ) сигнали WR та RD на входах мікросхеми ОЗП деякий час мають невизначені значення, так як напруга на цих лініях падає синхронно з живильним. Забороняє ж рівень таких сигналів для ОЗП - високий. Крім того, не виключена ймовірність помилкового вибору ОЗП сигналом CS. Поєднання цих двох чинників може призвести до паразитного спрацьовування ОЗУ, запис в яке інформації, для нього не призначеної, створює описані вище ефекти. Помилковий вибір ОЗП в режимі читання також шкідливий: при цьому шина даних починає живитися від конденсатора підтримки ОЗП. В результаті за 2...3 с він розряджається більш ніж наполовину. Природно, про тривалому зберіганні даних в ОЗП говорити не доводиться.
Найбільш ефективний спосіб захисту від подібних збоїв включає в себе контроль напруги живлення і блокування ОЗП в момент, коли напруга впаде нижче певного рівня. При цьому заборонний сигнал, що формується на вході CS мікросхеми ОЗП, відключає її на весь час перехідного процесу. Завдяки цьому виключаються як спотворення інформації в пам'яті, так і швидка розрядка конденсатора підтримки.
Пропонований метод має дуже високу ефективність (більше 99%), так як усуваються не тільки наслідки, а й причина збоїв. Подібна захист застосовна в апаратах з будь-якою версією програми ПЗУ, з різними типами процесорів (як Z80, так і однокристальні мікро-ЕОМ) і ОЗП (як двох-, так і восьмикилобайтные), тобто практично у всіх АОНах, використовують живлення від електромережі. Недолік - відсутність захисту від імпульсних перешкод. Якщо ця проблема все ж виникає, можна додатково використовувати пристрій перезапуску для Z80, наприклад, як зазначено в [1]. У АОНах на основі мікро-ЕОМ пристрій автоматичного перезапуску зазвичай входить до складу апарату.
На рис. 1 показаний базовий варіант пристрою захисту та підключення його до типової схемою Авна на Z80, що використовує ОЗУ об'ємом 2 Кбайт. Позначення елементів на платі Авна відповідає [2]. Компаратор DA1 використаний в якості тригера Шмітта, рівні спрацьовування якого залежать від співвідношень номіналів резисторів R3 - R5 (практично важлива лише величина нижнього порогу).
При падінні напруги живлення (а значить, і напруги на виводі 4 DA1) до деякого значення, на виводі 9 DA1 виникає високий рівень. Транзистори VT1 і VT2 відкриваються, при цьому транзистор, керуючий вибіркою ОЗП Авна закривається. Конденсатор в колі скидання процесора швидко розряджається через відкритий транзистор VT1, що захищає процесор від "зависання" при коротких (менше 2) перерва в електропостачанні. Харчування ж самого компаратора під час перехідного процесу забезпечує конденсатор С1.
У пристрої використані резистори МЛТ, конденсатор С1 - К50-35. Креслення друкованої плати наведено на рис. 2.
Для налагодження пристрою необхідний цифровий вольтметр з вхідним опором не менш 1 МОм і роздільною здатністю не гірше 0,01 Ст. Спочатку резистор R4 треба замінити ланцюгом з послідовно з'єднаних постійного резистора опором 2 кОм і змінного 4,7 кОм, причому движок останнього встановити в положення мінімального опору. Потім вимірюють напругу на виводі 4 мікросхеми DA1 і, повільно обертаючи движок змінного резистора, встановлюють на виводі 3 DA1 напруга на 0,04...0,08 нижче виміряного.
Слід враховувати, що різниця потенціалів більше 0,1 може знизити ефективність захисту, при занадто ж малій різниці можуть з'явитися помилкові спрацювання, наприклад, через температурної нестабільності елементів. При вимірі треба стежити за тим, щоб компаратор не переключається в стан високого рівня на виводі 9.
Після цього вимірюють опір ланцюга з двох резисторів і замінюють її одним постійним резистором, підібраним як можна точніше. Налаштовану плату розміщують у корпусі Авна, при цьому з'єднувальні проводи слід робити як можна коротше.
Для перевірки захисних властивостей потрібно включити АОН в мережу і перезапустити програму (зокрема, для версій "Русь" натиснути клавіші: "&№42;", "&№42;", "3", "5", "1"). Потім багаторазово (30...40 разів) провести цикл виключення-включенияпитания, використовуючи електроподовжувач з вбудованим вимикачем. Після цього треба переглянути зміст областей пам'яті Авна, доступних користувачеві: архівів вхідних і вихідних дзвінків, записної книжки, будильників. Відсутність інформації в них говорить про надійність дії захисту. Корисно також переглянути константи користувача, порівнявши їх зі значеннями, були в пам'яті після перезапуску. Якщо збої в пам'яті все ж виявлені, настройку слід повторити (див. вище), встановивши резистор R4 трохи більшого опору.
Тепер кілька слів про конденсаторі підживлення ОЗП в АОНе. Оптимальною можна вважати ємність 220...470 мкф. Головну роль відіграє не значення ємності, а якість ізоляції, тобто струм витоку. Тип конденсатора підбирають експериментально. Так, дешеві конденсатори китайського виробництва і вітчизняні К50-35 здатні, як правило, підтримувати харчування ОЗП протягом 3...4 ч. Для конденсаторів з меншим струмом витоку час зберігання може обчислюватися цілодобово і навіть перевищувати тиждень (автором використовувалися конденсатори фірми NITSUKO). Найкращий варіант - використання ионистора або батареї з 2-3 "пальчикових елементів, підключеної через діод, це робить пам'ять апарату практично енергонезалежною. Для розміщення елементів зручно скористатися батарейним відсіком, наявним у багатьох апаратах, зокрема "Technica".
Ще одне зауваження стосується блоку живлення (БП) Авна: у зв'язку з високою чутливістю пристрій захисту пред'являє підвищені вимоги до нього. Наявність помітних пульсацій вкрай небажано, а в ряді випадків взагалі неприпустимо (особливо якщо встановлена дуже маленька різниця потенціалів між входами компаратора, див. вище). Тому слід перевірити роботу БЖ під навантаженням: мінімальне миттєве напруга на вході стабілізатора КР142ЕН5А не повинно бути нижче 8,5 Ст. Корисно випробувати джерело і при зниженій напрузі в мережі, використовуючи для цього ЛАТР. У разі появи на виході пульсацій слід замінити БЖ або вжити заходів щодо його доопрацювання: збільшити число витків вторинної обмотки, замінити випрямляч з середньою точкою на бруківці, який живиться від усієї обмотки, та ін.
Другий варіант пристрою захисту показаний на рис.3. Основу його становить інтегральний таймер DA1, включений нетипово: вхід UR (висновок 5) використаний для подачі робочого, а вхід R (вивід 6) - опорного напруги. Дільник R1 R2 дозволяє встановити між висновками 5 і 6 DA1 напруга в декілька сотих часток вольта, що визначає чутливість пристрою.
Принцип дії той же, що і в першому варіанті: при відключенні електроенергії напруга на виводі 5 DA1 спадає значно швидше, ніж на виведення 6, у результаті спрацьовує компаратор верхнього рівня, що входить до складу таймера DA1, і на виходах DA1 виникає низький рівень. При подальшому включенні живлення на виходах мікросхеми DA1 утримується високий рівень за рахунок дії компаратора нижнього рівня, вхід якого (висновок 2 DA1) підключений до загального проводу [3].
Вихід DA1, має двотактний вихідний каскад (висновок 3), використовується для блокування ОЗП апарату. В залежності від застосованого в АОНе процесора і ОПЕРАТИВНОЇ пам'яті можливий один із трьох варіантів включення.
1. В апараті використано ОЗП КР537РУ17 або аналогічне, незалежно від типу процесора. У цьому випадку використовуємо неінвертуючий вхід CS (висновок 26) мікросхеми ОЗП, який зазвичай не задіяний і підключений до плюсового виводу джерела живлення. Необхідно зазначений висновок відключити від ланцюга живлення і подати на нього сигнал безпосередньо з виведення 3 мікросхеми DA1. Резистор R&№39;, підтримує на вході CS неактивний рівень в режимі зберігання, треба змонтувати на платі Авна (рис.3).
2. Використаний ОЗП КР537РУ10 (РУ8), схема вибірки якого містить транзистор [4]. Така побудова вузла застосовується майже у всіх апаратах на Z80 і досить рідко - в інших АОНах. В цьому випадку треба встановити діод VD3 і з'єднати провідником його анод з базою вищевказаного транзистора, як показано на рис.4.
3. Використано ПАМ'ЯТІ КР537РУ10 (РУ8), схема вибірки якого не має транзистора. Таке підключення характерно для більшості Аонів на базі мікро-ЕОМ (наприклад, 80с31) і вкрай рідко зустрічається в апаратах на Z80. Блокування здійснюється по входу CS (висновок 18) мікросхеми ОЗП, для чого на плату Авна встановлюють транзистор VT і резистор R&№39; (рис.5). Необхідно перерізати в зручному місці друкований провідник, що йде до зазначеного висновку мікросхеми, і акуратно припаяти до нього транзистор висновками емітера і колектора. До висновку бази VT&№39; підключають провідник від пристрою захисту, при це замість діода VD3 встановлюють резистор R3. Резистор R&№39; встановлений на платі Авна між висновками 18 та 24 мікросхеми ОЗП.
Слід зауважити, що все розмаїття типів зарубіжних мікросхем ОЗП, використовуються в АОНах, на практиці зводиться лише до двох видів мікросхем, різним по ємності: 2 кБайт і 8 кБайт. Зокрема, мікросхеми, що мають 24 виведення є аналогами вітчизняних приладів КР537РУ10 (РУ8) як за функціональним призначенням, так і за розташуванням висновків. Аналогічно закордонні мікросхеми виконані в 28 вивідних корпусах, взаємозамінні з вітчизняними КР537РУ17. Окремо можна згадати мікросхеми FLASH-пам'яті (зазвичай виготовляються в 8-вивідних корпусах); вони використовуються в АОНах порівняно рідко і не вимагають якого-небудь захисту від перешкод завдяки іншій фізичній принципом роботи.
Вихід таймера DA1 з відкритим колектором (висновок 7) використовується для перезапуску процесора. У випадку з Z80 достатньо відшукати на платі Авна конденсатор ланцюга початкового запуску, до плюсового виводу якого підключають провідник зазначеного виходу DA1.
У АОНах, виконаних на однокристальних мікро-ЕОМ, пристрій захисту доповнює штатну систему автоматичного перезапуску, роблячи її роботу більш коректною. Для реалізації захисту спочатку необхідно знайти провідник, що йде до входу скидання мікроеом (наприклад, для 80с31 в корпусі DIP це висновок 9 [4]). Потім виявляють логічні елементи, що беруть участь в роботі системи перезапуску (зазвичай вона виконується на мікросхеми К561ЛН2 або К561ЛЕ5), і, нарешті, конденсатор початкового запуску. Мінусовий висновок цього конденсатора, як правило, з'єднаний з загальним проводом, до позитивного ж треба підключити провідник від виведення 7 мікросхеми DA1.
Для налагодження пристрою резистор R2 (рис. 3) треба тимчасово замінити ланцюгом з послідовно з'єднаних постійного резистора опором 10 кОм і змінного 47 кОм. Потім включають АОН в електромережу і, повільно збільшуючи опір змінного резистора від нуля, домагаються збою в роботі апарату (зникнення показань на табло). Після цього вимірюють опір ланцюга двох резисторів і замінюють її одним постійним резистором, що мають опір на 4...5 кОм менше виміряного.
Перевірити роботу захисту можна тим же способом, що і в першому варіанті пристрою, а при необхідності повторити налаштування. Застосування резистора R2 меншого опору тягне за собою зниження ефективності захисту, а надто великий опір може викликати збої в роботі апарату.
Вимоги до якості електроживлення Авна і рекомендації по вибору конденсатора підтримки ОЗП залишаються ті ж, що і для першого варіанту. Додам лише, що мікросхеми ОЗП об'ємом 8 Кбайт (КР537РУ17 або аналогічні) мають значно більший струм споживання в статичному режимі, ніж двухкилобайтные. З цієї причини навіть з високоякісним конденсатором рідко вдається досягти часу зберігання більше однієї години, бажано використовувати для підживлення іоністор або батарею гальванічних елементів.
На рис. 6 показаний креслення друкованої плати.
Література
Автор: Д. Нікішин, р. Калуга