Встраиваемый вольтметр на PIC12F675

В этом приборе автор использовал оригинальный метод управления четырёхразрядным семиэлементным светодиодным индикатором сигналами всего с четырёх 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 74НС595 требует использовать три вывода микроконт­роллера для управления преобразова­телем кода и ещё по одному выводу для каждого разряда индикатора. Следова­тельно, для четырёхразрядного индика­тора требуются семь выводов. Это не даёт возможности применять такие ин­дикаторы с маловыводными микроконт­роллерами, например, с 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 74НС595, обнуляя этим её сдвиговый регистр. Этот этап — единственный, на котором через элементы индикатора течёт 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 74НС595 переписывает нулевое содер­жимое сдвигового регистра в регистр хранения. Это полностью гасит индика­тор.

На третьем этапе происходит загруз­ка информации в сдвиговый регистр микросхемы 74НС595 последователь­ным кодом, формируемым микроконт­роллером на выводе 14 микросхемы. На её вывод 11 поступают тактовые им­пульсы.

На четвёртом этапе нарастающим перепадом уровня на выводе 12 микро­схемы 74НС595 информация из её сдвигового регистра поступает в ре­гистр хранения, причём благодаря вы­соким уровням на катодах разряды индикатора остаются погашенными.

На пятом этапе на общем катоде разряда, для которого предназначен выведенный на выходы микросхемы 74НС595 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 четырёх 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 нём применена поэлементная дина­мическая индикация. В каждый момент времени высокий уровень установлен на анодах одной группы одноимённых 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 одноимённые элементы могут быть включены одно­временно во всех разрядах, но в каждом разряде в текущий момент времени включён только один элемент. Именно поэтому выбрано подключение анодов элементов к выходам микросхемы DD2, нагрузочная способность которых вы­ше, чем выходов микроконтроллера.

Рис. 1

Рис. 1

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 неё 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 800u 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 600u, а при следую­щих выключениях и включениях — 400u, 400u , снова 800u  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 Err_.

После калибровки выключите вольт­метр и окончательно установите пере­мычку S1, иначе при следующем вклю­чении всё придётся повторить заново. Вольтметр может работать и без калиб­ровки, если при его первом включении перемычка S1 уже установлена. В этом случае он использует коэффициент, вписанный в программе, но погреш­ность может превысить 10 %. Об этом предупредит включённая 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 стабилизатора 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.

Рис. 2

Рис. 2

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 надёжной рабо­ты при повышенном напряжении при­менён выводной мощностью 0,5 Вт. Конденсатор С1 можно установить и керамический, и выводной оксидный, для которого на плате предусмотрено посадочное место, обозначенное С1'. Индикатор FYQ-3641AHR-11 можно за­менить другим из серии 3641А или трёхразрядным серии 3631А без пере­делки платы. Фотоснимок собранной платы прибора показан на рис. 3.

Рис. 3

Рис. 3

Программа микроконтроллера напи­сана на языке С в среде разработки MikroC.

Скачать файл печатной платы в формате Sprint Layout 5.0 и программу мик­роконтроллера

Автор: Б. БАЛАЕВ, г. Нальчик, Кабардино-Балкария
Источник: Радио №4/2016

Постоянная ссылка на это сообщение: http://meandr.org/archives/32990

Добавить комментарий