Бортовой тахометр на микроконтроллере PIC16C84. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Микроконтроллеры

 Комментарии к статье

В журнале "Радио" описано немало приборов для измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания - и аналоговых, и цифровых. Цифровой тахометр с квазианалоговой шкалой, представляемый вашему вниманию, заметно проще других подобных по схеме и при этом обладает лучшими точностными характеристиками. Столь высоких результатов автору удалось добиться применением современного микроконтроллера PIC16C84. Тахометр построен таким образом, что им одинаково удобно пользоваться как во время движения, так и при регулировке двигателя в гараже.

При эксплуатации автомобиля, не имеющего встроенного тахометра, для контроля частоты вращения коленчатого вала двигателя используют электронные тахометры. Выполненные по различным схемам, они показывают измеряемую частоту вращения либо в цифровом виде, либо в виде светодиодной шкалы [1]. Шкальные приборы более удобны, но менее точны из-за конечного числа элементов шкалы. Основанные на схемной обработке импульсных последовательностей, такие приборы весьма чувствительны к временным параметрам импульсов, что проявляется в нестабильности показаний при изменении температуры и мигании шкалы. Это ограничивает область применения электронных шкальных тахометров, по существу, только индикацией частоты вращения, так как не позволяет фиксировать показания с точностью, необходимой, например, для регулировки карбюратора или диагностики двигателя.

Применение программной обработки импульсов с датчика частоты вращения позволяет совместить удобства шкалы и высокую точность показаний, превращает индикатор частоты вращения вала двигателя в настоящий измерительный прибор. Для этой цели наиболее подходят программируемые периферийные микроконтроллеры фирмы Microchip Technology Inc. (США), обладающие высокими быстродействием и нагрузочной способностью портов.

В описываемом ниже тахометре применен микроконтроллер PIC16C84, с которым читатели уже знакомы по публикации [2]. Его особенностью является наличие программируемого запоминающего устройства с электрическим стиранием программ и информации (EEPROM) объемом 1К (14 бит и 64 байт соответственно. Это сделало возможным обойтись без внешней памяти и существенно упростить прибор. Тахометр прост в изготовлении, надежен в работе и не требует налаживания.

На рис. 1 показан внешний вид электронного тахометра. Он оснащен двумя светодиодными шкалами и может работать в двух режимах: индикации и измерения. В режиме индикации вся полоса частоты вращения от 0 до 6000 мин^-1 разбита на 12 частей - делений, образующих обзорную шкалу с дискретностью 500 мин^-1. В режиме измерения прибор работает в интервале от 300 до 3000 мин^-1 и обзорная шкала имеет дискретность 250 мин^-1.

Вместе с обзорной в этом режиме работает растянутая шкала 0...200 мин^-1. Она образована четырьмя светодиодами и, следовательно, имеет дискретность 50 мин^-1.

Отсчет значения частоты n образуется сложением двух составляющих: n = 250N₀ + 50N_p, где N₀ и N_p - число светящих элементов обзорной и растянутой шкал соответственно.

Погрешность измерения равна цене деления растянутой шкалы, т. е. 50 мин^-1, что вполне достаточно для решения практических задач.

Принцип действия тахометра основан на прямом измерении периода следования импульсов, снятых с контактов прерывателя, с последующим вычислением частоты вращения вала двигателя и выведением результата на дискретную шкалу. При этом измерение временных интервалов реализуется путем счета калиброванных промежутков времени - дискрет, формируемых программно из тактовых импульсов. Интервал осреднения - 10 периодов.

На рис. 2 представлена принципиальная электрическая схема тахометра. В его состав входят центральный процессор, входной формирователь, узел индикации и блок питания.

Центральный процессор выполнен на микроконтроллере DD1. Он имеет два порта: А с пятью и В с восемью выводами, которые могут быть программно сконфигурированы как на введение, так и на выведение информации. Входы RA0-RA3, RB2-RB5 сконфигурированы на выведение информации, RB0 и RB1 - на введение, а RA4, RB6 и RB7 не использованы. Центральный процессор тактирован встроенным тактовым генератором, частоту которого задает кварцевый резонатор ZQ1. Процессор обнуляется при включении питания цепью R2C1 по входу MCL. Резистор R3 служит для ограничения тока этого входа, а диод VD1 - для быстрой разрядки конденсатора С1 при отключении питания.

Входной формирователь собран на элементе DD2.1 и триггере DD3.1 по схеме из [3] и дополнен предварительным усилителем на транзисторе VT1. В цепь базы этого транзистора включены элементы, повышающие помехоустойчивость входного формирователя [4].

С выхода формирователя импульсы поступают на вход элемента DD2.2, выполняющий функции буфера, и на вход D-триггера DD3.2, включенного делителем частоты на два. На выходе этого триггера формируется импульсная последовательность вида "меандр" с частотой следования, вдвое меньшей входной.

Буферный элемент DD2.2 предназначен для подключения к нему прочих устройств автомобильной электроники (например, блока зажигания). Выход этого элемента служит также для контроля работы входного формирователя. Частота следования импульсов на выходе элемента DD2.2 равна частоте искрообразования. Элемент DD2.2 и триггер DD3.2 не являются обязательными, они лишь придают техническому решению прибора дополнительную гибкость.

Сформированная импульсная последовательность поступает на вход RB0 процессора DD1, который обрабатывает ее по встроенной программе с использованием прерываний. Требуемый вид измерения выбирают тумблером SА1, изменяющим режим входа RB1 процессора.

Узел индикации состоит из двух светодиодных шкал HL1-HL4 и HL5-HL17 и дешифратора DD4, DD5. Обзорная шкала образована светодиодами HL6- HL17, которые подключены к выходам дешифратора, собранного на преобразователях кода DD4 и DD5 [5]. На вход дешифратора с порта А процессора DD1 поступает сигнал, несущий двоичный код значения частоты вращения, что приводит к включению соответствующего числа светодиодов шкалы. Светодиод HL5 индицирует включение прибора, поскольку его свечение соответствует нулевому коду на входе дешифратора.

Вторая шкала - растянутая - образована светодиодами HL1-HL4, которые подключены к выводам RB2-RB5 процессора через токоограничительные резисторы R5-R8.

Прибор питается от двенадцативольтной бортовой сети автомобиля. Через выключатель питания SA2 и входной фильтр R15C7 напряжение постоянного тока поступает на стабилизатор DA1, с выхода которого напряжение 5 В поступает на все узлы прибора.

Программу обработки вводят в память процессора с помощью программатора; она занимает около 400 байтов (см. таблицу).

Детали тахометра, за исключением светодиодов, тумблеров и стабилизатора DA1, смонтированы на печатной плате, чертеж которой изображен на рис. 3.

Микросхемный стабилизатор DA1 установлен на теплоотвод с поверхностью охлаждения 25 см². Примененный автором стабилизатор имеет полностью изолированный пластмассовый корпус. В случае использования отечественного стабилизатора КР142ЕН5А (или КР142ЕН5В) его лучше установить на теплоотвод через изолирующую прокладку.

Табло тахометра, представляющее собой лицевую панель прибора, собрано на светодиодах серии КИПМ11. Здесь же смонтированы два тумблера SA1 и SA2 - годятся любые миниатюрные.

Частота кварцевого резонатора ZQ1 определяет установки в программе так, чтобы значение дискреты времени с учетом предделителя процессора лежало в пределах 20...160 мкс. Большее значение частоты ведет к переполнению счетчика процессора, меньшее - снижает разрешающую способность прибора. Практически можно использовать резонаторы на частоту до 4 МГц, желательно в металлическом корпусе с проволочными выводами (например, РК-374). Резонатор крепят к плате проволочной скобой, впаиваемой концами в два отверстия А.

Две группы контактов на плате, обозначенных цифрами 1-4, надо соответственно соединить жгутом из четырех проводников.

Контроллер PIC16C84-04/P можно заменить на PIC16C84-10/P и использовать кварцевый резонатор с частотой до 10 МГц. Возможно также применение более доступного микроконтроллера PIC16F84, отличающегося от PIC16C84 типом памяти программ (flash-память). Следует отметить, что рабочий температурный интервал указанной микросхемы - от 0 до +70°С. При необходимости использования тахометра и при минусовой температуре лучше использовать контроллер, имеющий в обозначении букву I (соответствующую температурному интервалу -40...+85°С).

Транзистор VT1 может быть любым маломощным кремниевым структуры n-p-n со статическим коэффициентом передачи тока не менее 100.

Литература

1. Ломакин Л. Электроника за рулем (аннотированный указатель). - Радио, 1996, № 9, с. 55, 56.
2. Ганженко Д., Кабаков Е., Коршун И. PIC и его применение. - Радио, 1995, № 10, с. 47-49.
3. Бирюков С. Подавление импульсов "дребезга" контактов. - Радио, 1996, № 8, с. 47, 51.
4. Маслов А. Модернизация квазианалогового тахометра. - Радио, 1993, № 9, с. 36, 37.
5. Чуднов В. Линейная шкала в тахометре. - Радио, 1993, № 3, с. 13.

Публикация: cxem.net

Смотрите другие статьи раздела Микроконтроллеры.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Наушники Bowers & Wilkins Px8 S2 11.11.2025

Наушники премиум-класса становятся не только аксессуаром для прослушивания музыки, но и инструментом для профессиональной работы с аудио. Новый флагман британского бренда Bowers & Wilkins - модель Px8 S2 - демонстрирует, как эти аспекты можно объединить в одной беспроводной системе. Компания представила Px8 S2 как обновленную флагманскую модель в линейке, ориентированную на пользователей, которые ценят высокое качество звука, эффективное шумоподавление и премиальный дизайн. Производитель отмечает, что наушники сочетают передовые акустические решения с эргономикой для длительного использования. Каждое устройство оснащено 40-миллиметровыми динамиками с карбоновыми диффузорами и 24-битным цифровым процессором. По словам Bowers & Wilkins, это обеспечивает точное и детализированное воспроизведение звукового спектра, а также поддержку аудио высокого разрешения. Автоматическая оптимизация соединения с источником сигнала гарантирует стабильное и качественное звучание вне зависимо ...>>

Шимпанзе могут менять свои убеждения 10.11.2025

Понимание того, как формируются убеждения и принимаются решения, традиционно считалось уникальной способностью человека. Однако недавнее исследование показало, что шимпанзе обладают способностью пересматривать свои мнения на основе новых данных, демонстрируя уровень рациональности, который ранее считался исключительно человеческим. Психологи под руководством Ханны Шлейхауф из Утрехтского университета провели серию экспериментов, направленных на изучение метапознания у шимпанзе. Исследователи впервые наблюдали, как эти обезьяны могут взвешивать различные виды доказательств и корректировать свои решения при появлении более убедительной информации. Экспериментаторы рассматривали рациональность как способность формировать убеждение о мире на основе фактических данных. При поступлении новой информации разумное существо способно сравнивать старые и новые данные и изменять свое мнение, если новые доказательства оказываются более весомыми. Для экспериментов использовались шимпанзе из ...>>

Случайная новость из Архива Самый опасный хищник планеты 12.03.2017 Научные сотрудники Кембриджского университета назвали самого точного и зоркого хищника на Земле. Им оказалась так называемая муха-разбойник или ктырь. Как выяснили ученые, от этого ктыря еще никто не уходил. Взрослый ктырь способен убить даже стрекозу. Слюна ктырей содержит очень сильный яд, от которого насекомые погибают мгновенно. Наблюдая за насекомыми, специалисты применяли высокоскоростные камеры, фиксирующие поведение ктырей перед захватом своей жертвы. По словам ученых, особенное строение глаз делает ктыря превосходным убийцей. Он может нацеливаться на свою добычу с огромного расстояния и никогда не промахивается. Ктыри - семейство хищных двукрылых насекомых подотряда короткоусых. Они являются активными хищниками, имеющими большие глаза и стройное тело в густом опушении. Ктыри распространены на всех континентах кроме Антарктиды, преобладают в субтропиках.

Другие интересные новости:

▪ Полезная говядина

▪ 5G может навредить прогнозам погоды

▪ Кора головного мозга есть и у птиц

▪ Игра в Тетрис избавит от мучительных воспоминаний

▪ Керамика мокнет медленно

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Инфракрасная техника. Подборка статей

▪ статья Метать бисер перед свиньями. Крылатое выражение

▪ В чем уникальность халифата Омейядов? Подробный ответ

▪ статья Кукушкины слезки. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Первые отечественные ЭВМ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Акустическая система VERNA 100А-10. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025