Встраиваемый вольтметр на PIC12F675. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

В этом приборе автор использовал оригинальный метод управления четырехразрядным семиэлементным светодиодным индикатором сигналами всего с четырех выводов микроконтроллера. В программе микроконтроллера предусмотрен режим автоматической калибровки вольтметра.

Ставшее уже традиционным соединение светодиодного цифрового индикатора с микроконтроллером через преобразователь последовательного кода в параллельный 74HC595 требует использовать три вывода микроконтроллера для управления преобразователем кода и еще по одному выводу для каждого разряда индикатора. Следовательно, для четырехразрядного индикатора требуются семь выводов. Это не дает возможности применять такие индикаторы с маловыводными микроконтроллерами, например, c PIC12F675, имеющим всего шесть выводов (не считая выводов питания).

Предлагаю совместить управление преобразователем кода и разрядами индикатора, используя всего четыре вывода микроконтроллера. При этом заложенный в программу алгоритм обеспечит отсутствие влияния индикатора на работу с преобразователем и паразитной засветки элементов индикатора.

Как обычно, информация выводится на индикатор разряд за разрядом по запросам прерывания от таймера микроконтроллера, следующим с периодом 2 мс. Процедура обработки каждого запроса состоит из пяти этапов. На первом этапе она устанавливает низкий уровень на выводе 10 микросхемы 74HC595, обнуляя этим ее сдвиговый регистр. Этот этап - единственный, на котором через элементы индикатора течет паразитный ток, но поскольку продолжительность его импульсов всего 1 мкс при периоде повторения 2000 мкс, паразитное свечение незаметно даже в темноте.

На втором этапе нарастающий перепад уровня на выводе 12 микросхемы 74HC595 переписывает нулевое содержимое сдвигового регистра в регистр хранения. Это полностью гасит индикатор.

На третьем этапе происходит загрузка информации в сдвиговый регистр микросхемы 74HC595 последовательным кодом, формируемым микроконтроллером на выводе 14 микросхемы. На ее вывод 11 поступают тактовые импульсы.

На четвертом этапе нарастающим перепадом уровня на выводе 12 микросхемы 74HC595 информация из ее сдвигового регистра поступает в регистр хранения, причем благодаря высоким уровням на катодах разряды индикатораостаются погашенными.

На пятом этапе на общем катоде разряда, для которого предназначен выведенный на выходы микросхемы 74HC595 параллельный код, программа устанавливает низкий уровень, включая его элементы в соответствии с этим кодом. На этом обработка прерывания завершается, а установленное состояние индикатора сохраняется неизменным до следующего прерывания.

Для управления восьмиразрядным индикатором потребуются восемь выходов микроконтроллера. При этом сигналы с дополнительных четырех выводов просто управляют уровнями на катодах разрядов. Стоит отметить, что в этом случае возможно применение индикаторов как с общими катодами, так и с общими анодами, подключая к выходам преобразователя кода соответственно элементы или разряды. По причинам, изложенным ниже, динамическую индикацию в первом случае предпочтительно организовать поэлементно, а во втором - поразрядно.

Теперь расскажем о вольтметре, в котором использован описанный принцип.

Основные технические характеристики

• Измеряемое напряжение, В ....... 0...80
• Дискретность измерения, В .......0,1
• Погрешность.......0,5% + ед. мл. разр.
• Напряжение питания, В.......7...15
• Ток потребления, мА, не более .......30

Схема вольтметра показана на рис. 1. В нем применена поэлементная динамическая индикация. В каждый момент времени высокий уровень установлен на анодах одной группы одноименных элементов всех разрядов индикатора HG1. На общих катодных выводах разрядов, в которых эти элементы должны светиться, устанавливают низкий уровень, в противном случае - высокий. Обратите внимание, что одноименные элементы могут быть включены одновременно во всех разрядах, но в каждом разряде в текущий момент времени включен только один элемент. Именно поэтому выбрано подключение анодов элементов к выходам микросхемы DD2, нагрузочная способность которых выше, чем выходов микроконтроллера.

Рис. 1. Схема вольтметра (нажмите для увеличения)

При периоде прерываний 2 мс частота обновления изображения на индикаторе равна 64 Гц и его мигание на глаз незаметно. Выбранный способ динамической индикации также позволил вдвое уменьшить число резисторов (R4-R7), ограничивающих ток через светодиоды индикатора.

У микроконтроллера PIC12F675-I/P (DD1) остаются не занятыми в динамической индикации линии ввода-вывода GP0 и GP3. Первая использована как вход АЦП, на нее подают через делитель R1R2 измеряемое напряжение. На линии GP3 в отсутствие перемычки S1 благодаря резистору R3 установлен высокий логический уровень, что служит сигналом, переводящим вольтметр в режим калибровки. Если перемычка установлена, уровень на этом выводе низкий и вольтметр работает в обычном режиме.

При первом включении вольтметра с отсутствующей перемычкой S1 на индикатор HG1 будет выведено с мигающим крайним правым знаком. В этом состоянии на вход прибора следует подать как можно более близкое к 80 В напряжение, контролируя его образцовым вольтметром. При кратковременном соединении контактных площадок, предназначенных для перемычки S1, прибор вычислит и запомнит калибровочный коэффициент и будет использовать его в дальнейшем.

Однако 80 В - довольно большое напряжение, не исключены затруднения с его получением. В таком случае во время индикации значения образцового напряжения прибор нужно выключить и снова включить. На индикаторе появится , а при следующих выключениях и включениях - , , снова и далее по кругу. Калибровку следует произвести при максимальном доступном из этих значений напряжения. Чем больше образцовое напряжение, тем точнее калибровка. Если в момент калибровки входное напряжение слишком сильно отличается от образцового, коэффициент вычислен не будет, а на индикатор выведено

После калибровки выключите вольтметр и окончательно установите перемычку S1, иначе при следующем включении все придется повторить заново. Вольтметр может работать и без калибровки, если при его первом включении перемычка S1 уже установлена. В этом случае он использует коэффициент, записанный в программе, но погрешность может превысить 10 %. Об этом предупредит включенная точка в крайнем правом разряде индикатора.

Аналого-цифровое преобразование производится в "спящем" режиме микроконтроллера для уменьшения помех со стороны его работающих узлов. Из этого состояния он автоматически выходит по окончании преобразования.

Питается прибор напряжением 5 В, полученным с помощью интегрального стабилизатора напряжения DA1. Использовать вместо указанного на схеме стабилизатор 78L05 можно только в крайнем случае, так как стабильность его выходного напряжения на порядок хуже. Без ухудшения параметров можно применить стабилизатор LP2951. Стабилитрон VD1 на напряжение 5,6 В совместно с внутренним защитным диодом микроконтроллера предохраняют последний от повреждения при превышении измеряемым напряжением допустимого значения. Без ограничителя напряжение питания микроконтроллера в этой ситуации может критически увеличиться.

Устройство собрано на печатной плате размерами 40x36 мм из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, показанной на рис. 2. Большинство резисторов и конденсаторов - типоразмера 0805 для поверхностного монтажа. Резистор R1 для надежной работы при повышенном напряжении применен выводной мощностью 0,5 Вт. Конденсатор C1 можно установить и керамический, и выводной оксидный, для которого на плате предусмотрено посадочное место, обозначенное C1'. Индикатор FYQ-3641AHR-11 можно заменить другим из серии 3641А или трехразрядным серии 3631А без переделки платы. Фотоснимок собранной платы прибора показан на рис. 3.

Рис. 2. Печатная плата

Рис. 3. Фотоснимок собранной платы прибора

Программа микроконтроллера написана на языке C в среде разработки MikroC.

Файл печатной платы в формате Sprint Layout 5.0 и программа микроконтроллера можно скачать с ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/04/voltmeter.zip.

Автор: Б. Балаев

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Мизофония может иметь выраженную генетическую основу 15.10.2026

Для большинства людей звук жевания, дыхания или сопения остается практически незаметной частью повседневной жизни. Однако у людей с мизофонией такие совершенно обычные звуки способны вызывать мгновенную и крайне сильную негативную реакцию. Причины этого состояния до сих пор изучены недостаточно, однако новое исследование указывает на важную роль наследственности. Полученные данные свидетельствуют о том, что предрасположенность к мизофонии может иметь глубокую генетическую основу. Исследованием занималась команда Медицинской школы Йельского университета, сосредоточившая внимание на семейной истории людей с этим расстройством. В отличие от ряда предыдущих работ, проводившихся преимущественно с помощью дистанционных опросов, на этот раз специалисты непосредственно обследовали 101 человека с мизофонией и членов их семей. Такой подход позволил исследователям оценить не только распространенность состояния среди родственников, но и возможные связи с другими особенностями психического здоро ...>>

Запись магнитных данных с помощью сверхбыстрых лазерных импульсов 15.10.2026

Системы хранения данных постоянно сталкиваются с необходимостью одновременно увеличивать скорость записи, плотность информации и энергоэффективность. Один из возможных путей решения этой задачи связан с использованием света для управления магнитными состояниями материала. Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали метод, в котором специально сформированные лазерные импульсы позволяют изменять направление намагниченности, открывая перспективу создания более быстрых и компактных магнитных устройств памяти. Главное отличие нового подхода заключается в том, что исследователи управляют не составом магнитного материала, а характеристиками самого лазерного излучения. Ультрабыстрый лазер концентрирует энергию на микроскопическом участке поверхности. Когда диаметр светового пятна становится меньше 1,36 мкм, специалистам удается переключать направление намагниченности независимо от спиральности света, то есть направления вращения его поляризации. Это позволяет отказаться от ...>>

Биокаталитический способ получения хиральных оксазолидинонов 14.10.2026

Химия все чаще обращается к биологическим молекулам, чтобы сделать синтез сложных веществ более точным и эффективным. Особенно важны такие технологии при создании соединений, у которых одинаковый химический состав может сопровождаться разным пространственным расположением атомов и, следовательно, различными свойствами. Исследователи из Калифорнийского технологического института и Университета Питтсбурга предложили новый биокаталитический подход, позволяющий получать хиральные оксазолидиноны непосредственно из простых неактивированных алкенов. В основе предложенного метода лежит последовательность из двух реакций - азиридинирования и последующего расширения цикла. Этот каскад запускается с помощью гемопротеина, который выполняет функцию катализатора и позволяет направлять химическое превращение в нужную сторону. В результате из относительно простого исходного соединения формируется более сложная циклическая структура с заданной пространственной конфигурацией. Особенно существенным ...>>

Случайная новость из Архива Увеличена емкость натрийионных аккумуляторов 11.09.2021 Ученые Технического университета Чалмерса (Швеция) с помощью графена создали новый тип анода для натрийионных аккумуляторов, сделав их емкость сравнимой с литийионными. Натрийионные аккумуляторы используются в мобильных устройствах не так часто, поскольку литийионные в традиционном исполнении предлагают в 2 раза большую плотность энергии - 285 кВтч/кг. Натрий-ионный аккумулятор (Na-ion) - тип электрического аккумулятора, который имеет практически идентичные литий-ионному аккумулятору энергетические характеристики, но стоимость применяемых в нем материалов значительно ниже. Большим преимуществом натрий-ионных батарей является безвредность разряда до нуля, что делает более безопасной их перевозку и хранение. Специалисты выяснили, что с новым типом графенового электрода натрийионный аккумулятор способен демонстрировать аналогичные показатели: этот материал способен удерживать такое же число ионов натрия. Натрийионные аккумуляторы более стабильны и имеют меньшую себестоимость - в электромобилях и электронике они окажутся полезными, тогда как литийионные батареи могут быть опасными при перегреве. Для быстрой зарядки и большой емкости аккумулятора ионы должны легко входить в материал анода. Катод натрийионного аккумулятора производится из оксидов натрия, а в качестве анода используется материал на основе углерода. Это может быть активированный уголь, но он дорогой, и производить такие катоды трудно. Недорогим его аналогом является графит, однако ионы натрия не могут достаточно эффективно перемещаться между слоями графена. Для преодоления этой проблемы ученые создали новый материал, который состоит из чередующихся слоев графена и бензола. Бензоловый слой увеличивает расстояние между графеновыми, позволяя ионам натрия беспрепятственно перемещаться. Кроме того, бензол может образовывать с ионами натрия сильную связь. По подсчетам авторов проекта, емкость такого аккумулятора сравнима с показателями литийионного: с чистым графитом плотность энергии составляет 30 мАч/г, а с новым материалом она вырастает до более чем 330 мАч/г.

Другие интересные новости:

▪ Смартфоны от ViewSonic

▪ Windows перестала быть самой популярной ОС

▪ Робот строит робота

▪ Рои дронов против ПВО

▪ Заказ билета на бегу

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиолюбителю-конструктору. Подборка статей

▪ статья В старину живали деды веселей своих внучат. Крылатое выражение

▪ статья Каким был первый автомобиль? Подробный ответ

▪ статья Руководитель туристической группы. Должностная инструкция

▪ статья Принципы экономии электроэнергии. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья USB-кабель DCU-60 для телефонов Sony Ericsson. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026