Voltmetru pentru alimentarea microcontrolerului imagine. Ampermetru simplu încorporat pe PIC16F676

Când a fost nevoie de o piesă de măsurare pentru o sursă de alimentare de laborator, având în vedere diverse scheme de pe Internet, am ales imediat indicatoare LED cu șapte segmente (o posibilă alternativă - indicatoare precum 0802, 1602 - sunt scumpe și greu de citit). De asemenea, nu am vrut nicio comutare - atât curentul, cât și tensiunea ar trebui citite în orice moment. Din diverse motive, soluțiile gata găsite nu mi s-au potrivit și am decis să-mi proiectez propriul circuit.

Dispozitivul propus este conceput pentru a fi utilizat împreună cu diverse surse de alimentare și vă permite să măsurați tensiunea în intervalul de la 0 la 99,9 volți cu o precizie de 0,1 volți și consumul de curent în intervalul de la 0 la 9,99 amperi cu o precizie de 0,01 amperi. . Dispozitivul este asamblat pe un microcontroler PIC12F675 ieftin, ca fiind cel mai ieftin și obișnuit cu un ADC de 10 biți, două registre 74HC595 și două indicatoare LED pe 4 sau 3 biți. Costul total al pieselor utilizate, în opinia mea, este minim pentru astfel de modele cu indicarea simultană a tensiunii și curentului.

Descrierea schemei.

Tensiunea este afișată de indicatorul HL1, iar curentul de indicatorul HL2. Ieșirile de segment cu același nume ale indicatorilor sunt combinate în perechi și conectate la ieșirile paralele ale registrului DD2, ieșirile comune ale biților sunt conectate la registrul DD3. Registrele sunt conectate în serie și formează un registru cu deplasare de 16 biți, controlat de trei fire: pinii 11 - ceas, 14 - informații, iar informațiile sunt scrise în zăvoarele de ieșire de pe diferențial de la pinul 12. Indicația este de obicei dinamică - prin ieșirile registrului DD3, ieșirile generale ale indicatorilor sunt sortate secvențial, iar de la ieșirile DD2 prin rezistențele de limitare a curentului R12-R19, segmentele corespunzătoare categoriei selectate sunt pornite. . Indicatorii pot fi fie cu un anod comun, fie cu un catod comun (dar ambele sunt la fel).

Microcontrolerul controlează indicația pe pinii GP2, GP4, GP5 în întreruperi de la temporizatorul TMR0 cu un interval de 2 ms. Intrările GP0 și GP1 sunt utilizate pentru măsurarea tensiunii și respectiv a curentului. În primele trei cifre ale indicatorilor sunt afișate valorile efectiv măsurate, iar în ultima cifră: în indicatorul superior - semnul „V”, iar în cel inferior - semnul „A”. În cazul utilizării indicatoarelor din 3 cifre, aceste semne sunt aplicate pe corpul dispozitivului. Nu sunt necesare modificări de program în acest caz.

Tensiunea măsurată este furnizată MK prin divizorul R1-R3, iar curentul este furnizat de la ieșirea amplificatorului operațional LM358 prin rezistorul R10, care, împreună cu dioda de protecție internă, protejează intrarea MK de o posibilă suprasarcină. (amplificatorul operațional este alimentat de +7 .. + 15 volți). Câștigul amplificatorului operațional este stabilit de divizorul R5-R7, aproximativ egal cu 50 și este reglat de rezistența de reglare R5. LPF R4C2 netezește tensiunea de la șunt. Fiecare măsurătoare se face în numai 100 µs. și fără acest lanț, citirile dispozitivului vor „sări” cu orice neuniformitate a curentului măsurat (și rareori este strict constant). Condensatorul C1 servește același scop în circuitul de măsurare a tensiunii. Dioda Zener D1 protejează intrarea amplificatorului operațional de supratensiune în cazul unei ruperi de șunt.

O atenție deosebită trebuie acordată lanțului R8, R9. Setează un offset suplimentar de aproximativ 0,25 milivolti la intrarea amplificatorului operațional. Faptul este că fără el, există o neliniaritate semnificativă a câștigului amplificatorului operațional la valori scăzute ale curentului măsurat (mai puțin de 0,3 A). Pe diferite copii de microcircuite, acest efect se manifestă în grade diferite, dar eroarea la valorile indicate mai sus ale curentului măsurat este în orice caz prea mare. Când R8 și R9 sunt setate la valorile indicate în diagramă (evaluările pot fi modificate proporțional, menținând același raport, de exemplu, 15 Ohm și 300 kOhm), eroarea curentă de măsurare din cauza acestui efect nu depășește cifră cea mai mică semnificativă. Cu toate copiile de microcircuite pe care le am, nu a fost necesară nicio selecție a rezistențelor indicate. În cazul general, este selectată rezistența minimă R9, la care zerourile sunt încă aprinse pe indicator în absența unui curent măsurat și crește de 1,5-2 ori. Este interesant că, printre multe modele similare în care se folosește același cip, niciun articol nu are un indiciu al acestei probleme. Aparent, eu singur am avut op-amp-urile „greșite” (dobândite, de altfel, în momente diferite de-a lungul a 10 ani). În orice caz, nu recomand categoric, pentru a „simplifica designul”, să excludem din circuit elementele C1, C2, R3, R8, R9 care sunt de obicei absente în astfel de circuite - acesta este încă un dispozitiv de măsurare, și nu o jucărie care clipește cu numere!

O precizie bună și stabilitatea citirilor, în plus, este asigurată de „separarea” completă de microcontroler a circuitelor de impuls de curent relativ ridicat pentru controlul indicatorilor prin alimentarea fiecărui circuit dintr-un stabilizator 78L05 separat. Și chiar și interferența slabă din funcționarea microcontrolerului în sine are un efect redus asupra rezultatului, deoarece fiecare măsurătoare este efectuată în modul „SLEEP” cu un generator de ceas „dezactivat”.

Microcontrolerul este tactat de la un oscilator intern pentru a salva pinii. Intrarea de resetare prin circuitul R11, C3 este conectată la „curat” + 5V. La pornirea și oprirea unității de alimentare în care este utilizat designul, este posibilă interferență semnificativă, prin urmare, pentru a preveni „atârnarea” programului, temporizatorul WDT este pornit.

Aparatul este alimentat de orice tensiune stabilizată de 7-15 Volți (nu mai mult de 15V!), Prin stabilizatori DA2, DA3. Condensatoarele C4-C8 sunt condensatoare standard de blocare. Pentru a asigura o eroare scăzută la curenți apropiati de limita superioară, tensiunea de alimentare a amplificatorului operațional trebuie să fie cu cel puțin 2 volți mai mare decât tensiunea microcontrolerului, deci este alimentat înaintea stabilizatorilor.

Dispozitivul este asamblat pe o placă de circuit imprimat care măsoară 57 pe 62 de milimetri.

Placa de circuite a dispozitivului.

Pentru a reduce dimensiunile plăcii, majoritatea rezistențelor și condensatoarelor sunt utilizate într-un pachet SMD de dimensiunea 0802. Excepțiile sunt: ​​R1 - datorită disipării puterii, R12 - pentru a simplifica topologia plăcii, condensatoare electrolitice și rezistențe trimmer. . Condensatorii C1 și C2 sunt ceramici, dar în absența acestora, pot fi înlocuiți cu tantal electrolitic. Dioda Zener - oricare, cu o tensiune de stabilizare de 3-4,7 volți. Indicatoarele pot fi înlocuite cu FIT3641 sau seria cu trei cifre 3631 sau 4031 fără a schimba designul plăcii. Dacă este necesar, este chiar posibil să folosiți indicatori mai mari, cum ar fi 5641 și 5631, fără a schimba modelul (în acest caz, microcontrolerul este lipit direct fără bloc, se folosesc rezistențe de reglare de dimensiuni mici, indicatorul este lipit deasupra microcircuite, șlefuind patru proeminențe din partea inferioară la colțurile indicatorului). Clemele cu șurub sunt folosite pentru a conecta dispozitivul la circuite externe. O problemă frecventă de fabricare a șunturilor de măsurare a fost rezolvată prin utilizarea unui șunt limită prefabricat de 10A de la un multimetru din seria D83x defect, fără absolut nicio reluare. În opinia mea, aceasta este cea mai bună opțiune - cred că mulți radioamatori au un multimetru chinezesc defect. În cazuri extreme, poate fi realizat din sârmă de nicrom (și de preferință din constantan).

Ieșirea unității de alimentare este conectată la punctul „Ux” și mai departe, din același punct la sarcină. Cablul comun este alimentat la punctul „COM”, iar sarcina este deja alimentată din punctul „COM-Out”. Cu această conexiune, tensiunea de pe indicator este supraestimată cu 0,1 Volți la curentul maxim de sarcină. Prin software, această eroare este redusă la jumătate la jumătate din eroarea de discretizare (0,05V maxim). Pentru a evita o creștere a acestei erori, ar trebui să alegeți o astfel de rezistență de șunt care nu necesită modificarea valorii nominale a circuitului în timpul reglajului (aproximativ 7-14 mΩ). O tensiune de alimentare adecvată pentru dispozitiv este aplicată pinului „Upp”.

Fotografii cu dispozitivul terminat

Programul microcontrolerului este scris în Assembler în mediul MPASM. Pentru ambele tipuri de indicatori, programul este același, cu excepția unei directive. La începutul codului sursă al programului (fișierul AV-meter.asm) în directiva „ANODE EQU 0”, parametrul are valoarea 0, care corespunde lucrului cu indicatoare cu catod comun. Pentru a utiliza indicatori cu un anod comun, modificați valoarea acestui parametru la 1 și apoi retransmiteți programul. De asemenea, este atașat un firmware gata făcut pentru microcontroler, atât pentru indicatoare cu un anod comun, cât și cu un catod comun. Când încărcați un fișier HEX în programe precum , sau , cuvântul de configurare este încărcat automat.

Configurarea schemei este extrem de simplă. După ce a aplicat o tensiune apropiată de maxim la intrare, trimmer-ul R2 ar trebui să seteze valoarea necesară pe indicatorul superior. Apoi, un rezistor de 0,5-2 Ohm este conectat la ieșirea dispozitivului ca sarcină și curentul este setat aproape de maxim prin ajustarea tensiunii. Trimmer-ul R5 setează citirile corespunzătoare ampermetrului exemplar de pe indicatorul inferior.

Fișierul atașat conține firmware, cod sursă, model și placa.

Lista elementelor radio

În plus, este posibil să utilizați atât un indicator, cât și doi. În plus, dacă sunt utilizați patru biți, atunci bitul din dreapta afișează unitățile de măsură stilizate „V” sau „A”. Dar, există o limitare a utilizării indicatorilor cu OA. Cu această includere a repetoarelor emițătoare, există o „lumină” a indicatorilor de către curenții de măsurare. Astfel, cu un circuit cu 2 indicatori, este indicat să folosiți indicatoare cu OK, caz în care curenții măsurați nu vor afecta deschiderea comutatoarelor tranzistorului.
Dacă butoanele sunt instalate, atunci apăsarea butonului „B” de pe indicatorul din stânga va afișa modul curent al acestui indicator, „-U-” sau „-I-”. Menținerea în continuare va schimba modul. Pentru o versiune cu un indicator cu 3 cifre, această funcție vă va ajuta să vă amintiți în ce mod se află dispozitivul, iar pentru o versiune cu 2 indicatori, va schimba valorile afișate de tensiune și curent. În orice caz, funcția de suprimare a zerourilor nesemnificative este aplicată tensiunii, adică dacă tensiunea nu depășește valoarea de 9,9 V, atunci nu vom vedea primul zero ("_Х.Х") pe indicator.
Butonul „H” vă permite să intrați în meniul curent de corecție a offset-ului. Acest lucru poate fi necesar dacă, pentru a îmbunătăți liniaritatea citirilor curente, a fost aplicat offset-ul amplificatorului operațional la o secțiune liniară. Astfel, corecția poate elimina citirile „în plus”. După ce apăsați scurt butonul de pe indicatorul din stânga (dacă sunt doi), va apărea mesajul „ShI” (offset curent) și indicatorul va începe să clipească. În timp ce clipește, puteți folosi butoanele pentru a corecta decalajul. După câteva secunde, indicatorul va înceta să clipească și datele vor fi scrise în memoria nevolatilă. În același timp, modul de afișare al indicatorului va fi stocat în memorie, care va apărea data viitoare când îl porniți.
Tensiunea afișată este de 0,0 ... 99,9 V, curent. 0 ... 99,9 A (sau 0,0 ... 9,99 A, în funcție de fișierul firmware și de reglarea OS a sistemului de operare).

Rafinarea ansamblului contorului de curent:

Autorul impulsului de îmbunătățire. Ideea Simsim.
Ideea este de a organiza deplasarea amplificatorului operațional într-o secțiune liniară,
cu corectarea ulterioară a citirilor din meniul de service.

Fișiere PCB pentru indicatoarele 2x3 și 2x4 plasate vertical, PCB modificat de la evg339, prin amabilitatea VolosKR

Fișier de firmware pentru indicatorii cu OA
Nu aveți acces pentru a descărca fișiere de pe serverul nostru
Fișier de firmware pentru indicatorii cu OK
Nu aveți acces pentru a descărca fișiere de pe serverul nostru

Îmbunătățirea divizorului de tensiune de intrare:

Atenţie! Împărțitor cu 10

fișierul firmware de mai jos

Polaritatea indicatoarelor determină poziția rezistorului de 1K cu 11 n. controlor.

Varianta cu intrari de masura pentru tensiune - RA0 si curent - RA1^

Fișierul firmware împărțit, de exemplu, 1:10, adică până la 50V, 2x3.2x4.1x3.1x4 indicatoare și intrări de măsurare 13 și 12 picioare controler Nu aveți acces pentru a descărca fișiere de pe serverul nostru

Fișierul firmware împărțit, de exemplu, 1:20, adică până la 100V, indicatoare 1x3,1x4 și intrări de măsurare 13 și 12 picioare controler. Nu aveți acces pentru a descărca fișiere de pe serverul nostru

Fișierul firmware împărțit, de exemplu, 1:20, adică până la 100V, măsurarea curentului, indicatoarele 1x3.1x4 și intrările de măsurare 13 și 12 ale picioarelor controlerului au fost modificate. Nu aveți acces pentru a descărca fișiere de pe serverul nostru

Da! Nu este nevoie de un trimmer de tensiune. Acum, construim cu butoane.

Coviraylhik a rezumat (mulțumită lui):

vaDCw2L8UAra0ra1.hex v mic, div. de ex. 1:10 la 50V,
vaDCw2L4ra01.hex este pentru un indicator, (selectați V,A cu un singur buton)
vaDCw2L8UAra01i.hex Standard până la 100V _0.0V , 0.00A div, 1:20
vaDCw2L8UAra01X.hex Standard până la 100V, dar punctul mutat 00.0A

Continuăm să ne ocupăm de opțiunile de implementare pentru un voltmetru - un ampermetru bazat pe un microprocesor.
Nu uitați de arhiva cu fișierele, vom avea nevoie de ele astăzi.

Dacă doriți să puneți indicatori mari, va trebui să rezolvați problema limitării consumului de curent prin porturile MK. În acest caz, este necesar să puneți tranzistori tampon pe fiecare bit al indicatorului.

Indicatori mari

Logica MK pentru această opțiune are nevoie doar de o ușoară modificare a programului în ceea ce privește inversarea semnalului de ieșire al controlului de biți, și anume porturile RA0, RA1, RA5.
Să luăm în considerare doar ceea ce se va schimba, și anume subrutina deja cunoscută de noi sub numele condiționat „Funcția de formare a afișajului dinamic” în Lista #2(vezi folderul „tr_OE_30V” din arhivă sau prima parte a articolului):

16. Vod Indicator ()( 17. while (show_digit.)< 3) { 18. portc = 0b111111; // 1 ->C 19. if (show_digit == 2)( delay_ms(1); ) 20. porta = 0b100111; 21. arata_cifra = arata_cifra + 1; 22. comutator (afișare_cifră) ( 23. cazul 1: ( 24. dacă (cifră1 == 0) ( ) else ( 25. Cod_la_PORT(DIGIT1); 26. PORTA &= (~(1)<<0)); //0 ->A0 27. ) break;) 28. cazul 2: ( 29. Cod_to_PORT(DIGIT2); 30. PORTA &= (~(1)<<1)); //0 ->A1 31. break;) 32. cazul 3: ( 33. Cod_to_PORT(DIGIT3); 34. PORTA &= (~(1)<<5)); //0 ->A5 35. break;) ) 36. Delay_ms(6); 37. dacă (RA2_bit==0) (PORTA |= (1<<2);// 1 ->A2 38. Delay_ms(1);) 39. if ((show_digit >= 3)!= 0) break; 40.) show_digit = 0;)

În concluzie, amintiți-vă cuvintele fierarului din filmul „Formula iubirii”: „... dacă o persoană a construit, altul o poate demonta oricând!”.
Noroc!

Votul cititorului

Articolul a fost aprobat de 27 de cititori.

Un simplu voltmetru AC cu o frecvență de 50 Hz este proiectat ca un modul încorporat care poate fi utilizat atât separat, cât și integrat într-un dispozitiv finit.
Voltmetrul este asamblat pe un microcontroler PIC16F676 și un indicator cu 3 cifre și nu conține foarte multe detalii.

Principalele caracteristici ale voltmetrului:
Forma tensiunii măsurate este sinusoidală
Valoarea maximă a tensiunii măsurate este de 250 V;
Frecvența tensiunii măsurate - 40 ... 60 Hz;
Afișare discretă a rezultatului măsurării - 1 V;
Tensiunea de alimentare a voltmetrului - 7 ... 15 V.
Consum mediu de curent - 20 mA
Două opțiuni de design: cu și fără PSU la bord
PCB cu o singură față
Design compact
Afișarea valorilor măsurate pe un afișaj LED cu 3 cifre

Schema schematică a unui voltmetru pentru măsurarea tensiunii AC

Rezistoarele R6 și R7 creează o tensiune de 2,5 volți (jumătate de putere) la intrarea ADC. Condensatorul relativ mic C5 oprește intrarea ADC și ajută la reducerea erorii de măsurare. Microcontrolerul organizează funcționarea indicatorului în modul dinamic prin întreruperi de la cronometru.

--
Vă mulțumim pentru atenție!
Igor Kotov, redactor-șef al revistei Datagor

Bun! Freebie-ul s-a terminat. Dacă vrei fișiere și articole utile - ajută-mă!

Voltmetru pe PIC16F676 - un articol în care voi vorbi despre auto-asamblarea unui voltmetru digital DC cu o limită de 0-50V. Articolul oferă un circuit voltmetru pe PIC16F676, precum și o placă de circuit imprimat și firmware. Voltmetrul folosit pentru a organiza indicația în.

Specificatiile voltmetrului:

• Rezoluția de afișare a rezultatului măsurării este de 0,1 V;
• Eroare 0,1 ... 0,2V;
• Tensiunea de alimentare a voltmetrului este de 7 ... 20V.
• Consum mediu de curent 20mA

Designul se bazează pe schema autorului N. Zayets din articolul „Milivoltmetru”. Autorul însuși este foarte generos și împărtășește de bunăvoie dezvoltările sale, atât tehnice, cât și software. Cu toate acestea, unul dintre dezavantajele semnificative ale designului său (în opinia mea) este baza elementului învechit. A cărui utilizare, în prezent, nu este pe deplin rezonabilă.

Figura 1 prezintă o diagramă schematică a versiunii autorului.

Voi trece pe scurt peste nodurile principale ale circuitului. Chip DA1 este un regulator de tensiune reglabil, a cărui tensiune de ieșire este reglată de un rezistor reglat R4. Această soluție nu este foarte bună, deoarece este necesară o sursă separată de 8V DC pentru funcționarea normală a voltmetrului. Și această tensiune trebuie să fie constantă. Dacă tensiunea de intrare se modifică, atunci tensiunea de ieșire se va schimba, iar acest lucru nu este acceptabil. În practica mea, o astfel de schimbare a dus la epuizarea microcontrolerului PIC16F676.

Rezistoarele R5-R6 este un divizor al tensiunii de intrare (măsurată). DD1 - microcontroler, HG1-HG3 - trei indicatoare separate cu șapte segmente, care sunt asamblate într-o singură magistrală de informații. Utilizarea indicatoarelor separate cu șapte segmente complică foarte mult placa de circuit imprimat. Nici această soluție nu este foarte bună. Da, iar consumul lui ALS324A este decent.

Figura 2 prezintă o diagramă a circuitului voltmetrului digital reproiectată.

Figura 2 - Schema schematică a unui voltmetru DC.

Acum luați în considerare ce modificări au fost aduse schemei.

În locul unui stabilizator integrat reglabil KR142EN12A, s-a decis să se utilizeze un stabilizator integral LM7805 cu o tensiune de ieșire constantă de + 5V. Astfel, a fost posibilă stabilizarea fiabilă a tensiunii de funcționare a microcontrolerului. Un alt plus al acestei soluții este posibilitatea de a utiliza tensiunea de intrare (măsurată) pentru alimentarea circuitului. Dacă, desigur, această tensiune este mai mare de 6V, dar mai mică de 30V. Pentru a vă conecta la tensiunea de intrare, trebuie doar să închideți jumperul (jamper). Dacă stabilizatorul în sine este foarte fierbinte, acesta trebuie instalat pe un radiator.

Pentru a proteja intrarea ADC de supratensiune, la circuit a fost adăugată o diodă Zener VD1.

Rezistorul R4 împreună cu condensatorul C3 sunt recomandate de producător pentru o resetare fiabilă a microcontrolerului.

În loc de trei indicatori separați cu șapte segmente, a fost utilizat un indicator comun.

Pentru a descărca picioarele individuale ale microcontrolerului, au fost adăugate trei tranzistoare.

În tabelul 1, puteți găsi întreaga listă de piese și posibila înlocuire a acestora cu un analog.

Figura 3 - Placă de voltmetru imprimată pe PIC16F676 (partea conductorilor).

Figura 4 - partea plăcii de circuit imprimat a plasării pieselor.

Figura 4 - Partea imprimată a amplasării pieselor (tabla din figură nu este la scară).

În ceea ce privește firmware-ul, modificările nu au fost semnificative:

• S-a adăugat dezactivarea cifrei nesemnificative;
• Timpul pentru emiterea rezultatului la indicatorul LED cu șapte segmente a fost mărit.

Un voltmetru asamblat din piese de lucru cunoscute începe să funcționeze imediat și nu necesită ajustare. În unele cazuri, devine necesară ajustarea preciziei măsurătorii selectând rezistențele R1 și R2.

Aspectul voltmetrului este prezentat în figurile 5-6.

Figura 5 - Aspectul voltmetrului.

Figura 6 - Aspectul voltmetrului.

Voltmetrul considerat în articol a fost testat cu succes acasă, a fost testat într-o mașină alimentată de o rețea de bord. Nu au fost accidente. Poate fi grozav pentru utilizare pe termen lung.

Videoclip interesant

Lasă-mă să rezum. După toate modificările, sa dovedit deloc un voltmetru digital DC prost pe microcontrolerul PIC16F676, cu o limită de măsurare de 0-50V. Tuturor celor care vor repeta acest voltmetru, le doresc componente reparabile și mult succes în producție!