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:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Миниатюрные датчики силы Honeywell FMA 25.09.2021 Компания Honeywell представила новые датчики серии FMA. Они имеют пьезорезистривный чувствительный элемент. Полная заводская калибровка и температурная компенсация минимизируют начальное смещение и нелинейность чувствительности. Прямой механический контакт обеспечивает простое подведение измеряемого усилия. Выходные данные прямо пропорциональны силе, приложенной к датчику. Датчики FMA имеют цифровой выход для простого подключения к микроконтроллеру. Области применения: Медицина: инфузионные насосы; амбулаторные насосы; насосы для энтерального питания; аппараты для диализа почек. Промышленность: измерение нагрузки и сжатия; сенсорные панели; замена переключателя; робототехника; измерение веса; оборудование для измерения силы/захвата. Серия FMA - компенсированные усиленные датчики силы, имеющие цифровой выход и обеспечивающие широкий диапазон измерений, обладающие небольшим размером, а также имеющие повышенную надежность и точность. Несколько пределов измерения позволяют заказчику выбирать диапазон силы, чтобы максимизировать чувствительность и улучшить разрешение своей системы. Малый размер позволяет использовать серию FMA в приложениях с ограниченным пространством. Прочная конструкция обеспечивает повышенную надежность в приложениях, где может существовать избыточное усилие. Цифровой выход повышает производительность за счет снижения требований к преобразованию и обеспечивает прямой интерфейс с микроконтроллером. Благодаря контролю состояний "обрыв" и "короткое замыкание" внутри датчика диагностические функции позволяют пользователю определить правильность работы прибора. Особенности датчиков серии FMA: малый форм-фактор 5х5 мм; типовая точность +- 2%; цифровой интерфейс SPI/I2C; полная калибровка при производстве; температурная компенсация в диапазоне 5...50°C; устойчивость к перегрузкам: 3-кратный диапазон избыточной силы; питание 3,3 В (опционально 5 В); малое потребление энергии 14 мВт; высокая надежность и повышенная повторяемость от экземпляра к экземпляру; стабильный сферический интерфейс из нержавеющей стали; внутренние диагностические функции; соответствие REACH и RoHS.

Другие интересные новости:

▪ Смартфон Sony Xperia Z Ultra

▪ Как быстро проснуться

▪ Китай запретил криптовалюту

▪ Таймер апокалипсиса

▪ Цифровой Поляроид

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Регуляторы тембра, громкости. Подборка статей

▪ статья Готфрид Вильгельм Лейбниц. Знаменитые афоризмы

▪ статья Кто такие кентавры? Подробный ответ

▪ статья Грузовой прицеп для мотоцикла. Личный транспорт

▪ статья Простой электронный кнопочный регулятор громкости. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Как она складывается? Секрет фокуса. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026