Pic12f675 индикатор от nokia вольтметр. Встраиваемый вольтметр на PIC12F675

Уже несколько лет занимаюсь радиоэлектроникой, но стыдно признаться, у меня все еще нет нормального блока питания. Запитываю собранные устройства тем, что попадется под руку. От всяких полудохлых батареек и трансформаторов с диодным мостом без какой либо стабилизации напряжения и ограничения выходного тока. Такие извращения довольно опасны для собранной конструкции. Наконец-то решился собрать нормальный блок питания. А начал сборку с ампервольтметра. Надо конечно было начинать с другого, но как уже есть. Поскольку понемногу занимаюсь программированием то решил сам разработать показометр. В качестве экрана стоит дисплей от Nokia-1202. Наверно я уже всех замучал с этим дисплеем, но он в 3 раза дешевле, чем 2x16 HD44780 (по крайней мере у нас). Вполне паябельный разъем и вообще неплохие характеристики. Короче - хороший вариант для измерителя напряжения и тока.

Электрическая схема цифрового ампервольтметра для БП

Рисунок платы цифрового ампервольтметра

В первой и второй строчке отображается усредненное значение напряжения и тока из 300 замеров АЦП. Это сделано для большей точности измерения. В третьей строчке выводится сопротивление нагрузки, рассчитанное по закону Ома. Хотел сперва сделать, чтоб выводилась потребляемая мощность, но сделал сопротивление. Может позже переделаю на мощность. В четвертой строчке выводится температура измеряемая датчиком DS18B20. Он запрограммирован измерять температуру от 0 до 99 градусов Цельсия. Его надо установить на радиатор выходного транзистора, или на какой нибудь другой элемент схемы, где есть сильный нагрев.

К микроконтроллеру можно так же подключить кулер для охлаждения радиатора транзистора. Он будет изменять свои обороты при изменении температуры измеряемой датчиком DS18B20. На ножке PB3 присутствует ШИМ сигнал. Кулер подключается к этому выводу через силовой ключ. В качестве силового ключа лучше всего использовать MOSFET транзистор. При температуре в 90 градусов у вентилятора будут максимальные обороты. Датчик температуры можно и не устанавливать. В этом случае в четвертой строчке просто высветится надпись OFF. Кулер подключаем на прямую. На выходе PB3 будет 0.

В архиве есть два варианта прошивки. Одна на максимально измеряемый ток в 5 ампер, а вторая до 10 ампер. Максимально измеряемое напряжение - 30 вольт. Коэффициент усиления ОУ LM358 по расчетам выбран 10. Для разных прошивок нужно подобрать шунт. Не у всех есть возможность измерять сотые доли ома и прецизионные резисторы. Поэтому в схеме есть два подстроечных резистора. Ними можно подкорректировать показания измерений.

Там-же в архиве есть и печатная плата. Есть небольшие различия на фото - там она немножко подправленная. Удалена одна перемычка и размер меньше по высоте на 5 мм. Стабильность показаний ампервольтметра высокая. Иногда плавает только на сотые доли. Хотя сравнивал всего лишь с моим китайским тестером. Для меня этого вполне хватит.

Всем спасибо за внимание.

АРХИВ:

Модернизированый вариант

Вот переделал для измерения до 50А. Шунт 0,01 ом. Коэффициент усиления ОУ примерно от 6 до 7. Нужно будет пересчитать резисторы. Фьюзы те же, что и раньше.

Хочу представить вашему вниманию модернизированную версию показометра для лабораторного блока питания. Добавилась возможность отключать нагрузку при превышении определенного установленного заранее тока. Прошивку улучшенного вольтамперметра можно скачать ниже. Схема цифрового измерителя тока и напряжения.

В схему так же добавилось несколько деталей. С органов управления - одна кнопка и переменный резистор номиналом от 10 килоом до 47 килоом. Его сопротивление не критично для схемы, и как видно может варьироваться в довольно широких пределах. Немножко изменился и внешний вид на экране. Добавил отображение мощности и ампер*часов.

Переменная тока отключения сохраняется в EEPROM. По этому после выключения не нужно будет все настраивать заново. Для того, чтоб зайти в меню установки тока нужно нажать на кнопку. Поворачивая ручкой переменного резистора надо установить ток, при котором произойдет отключение реле. Оно подключено через ключ на транзисторе к выводу PB5 микроконтроллера Atmega8.

В момент отключения на дисплее высветиться надпись о том, что максимальный установленный ток был превышен. После нажатия на кнопку мы перейдем снова в меню установки максимального тока. Нужно еще раз нажать на кнопку, чтоб перейти в режим измерения. На выход PB5 микроконтроллера подастся лог 1 и при этом включится реле. Такое слежение за током имеет и свои минусы. Защита не сможет сработать мгновенно. Срабатывание может занять несколько десятков миллисекунд. Для большинства подопытных устройств данный недостаток не критичен. Для человека эта задержка не видна. Все происходит сразу. Новая печатная плата не разрабатывалась. Кто захочет повторить устройство может немного подредактировать печатную плату от предыдущего варианта. Изменения будут не значительны.

По всем возникшим вопросам обращаемся на форум. Спасибо за внимание. Ампервольтметр допилил Бухарь.

АРХИВ:
Форум

Когда появилась необходимость в измерительной части для лабораторного БП, рассматривая различные схемы из Интернета, сразу остановил выбор на семи сегментных LED индикаторах (возможная альтернатива - индикаторы типа 0802, 1602 - дороги и плохо читаемы). Так же, не хотелось каких либо переключений - и ток, и напряжение должны считываться в любой момент времени. По разным причинам, найденные готовые решения не устроили и я решил сконструировать свою схему.

Предлагаемое устройство предназначено для применения совместно с различными блоками питания и позволяет измерять напряжение в пределах от 0 до 99.9 Вольт с точностью 0.1 Вольт и ток потребления в пределах от 0 до 9.99 Ампер с точностью 0.01 ампер. Устройство собрано на дешевом микроконтроллере PIC12F675, как самом недорогом и распространенном из имеющих 10-разрядный АЦП, двух регистрах 74HC595 и двух 4-х или 3-х разрядных LED индикаторах. Общая стоимость примененных деталей, на мой взгляд, минимальна для подобных конструкций с одновременной индикацией напряжения и тока.

Описание работы схемы.

Напряжение высвечивается индикатором HL1, а ток - индикатором HL2. Одноименные сегментные выводы индикаторов объединены попарно и подключены к параллельным выходам регистра DD2, общие выводы разрядов подключены к регистру DD3. Регистры соединены последовательно и образуют 16-разрядный сдвиговый регистр, управляемый по трем проводам: выводы 11 - тактовые, 14 - информационный, а по перепаду на выводе 12 информация записывается в выходные защелки. Индикация обычная динамическая - через выходы регистра DD3 последовательно перебираются общие выводы индикаторов, а с выходов DD2 через токоограничительные резисторы R12-R19 включаются соответствующие выбранному разряду сегменты. Индикаторы могут быть как с общим анодом, так и с общим катодом (но оба одинаковые).

Микроконтроллер управляет индикацией по выводам GP2, GP4, GP5 в прерываниях от таймера TMR0 c интервалом 2 мс. Входы GP0 и GP1 используются соответственно для измерения напряжения и тока. В первых трех разрядах индикаторов высвечиваются собственно измеряемые значения, а в последнем разряде: в верхнем индикаторе - знак "V", а в нижнем - знак "A". В случае применения 3-х разрядных индикаторов эти знаки наносятся на корпус прибора. Никаких изменений программы в этом случае не требуется.

Измеряемое напряжение поступает на МК через делитель R1-R3, а ток - с выхода ОУ LM358 через резистор R10, который совместно с внутренним защитным диодом защищает вход МК от возможной перегрузки (ОУ питается напряжением +7..+15 Вольт). Коэффициент усиления ОУ задается делителем R5-R7, примерно равн 50 и регулируется подстроечным резистором R5. ФНЧ R4C2 сглаживает напряжение с шунта. Каждое измерение производится в течении всего 100 мкс. и без этой цепочки показания прибора будут "прыгать" при любой неравномерности измеряемого тока (а он редко когда бывает строго постоянным). Для тех же целей служит и конденсатор C1 в цепи измерения напряжения. Стабилитрон D1 защищает вход ОУ от перенапряжения в случае обрыва шунта.

Особо следует остановиться на цепочке R8,R9. Она задает дополнительное смещение примерно 0.25 милливольт на вход ОУ. Дело в том, что без нее имеется существенная нелинейность коэффициента усиления ОУ при низких значениях измеряемого тока (менее 0.3 А). На разных экземплярах микросхем этот эффект проявляется в разной степени, но погрешность при выше обозначенных значениях измеряемого тока слишком высока в любом случае. При установке R8 и R9 указанных на схеме значений (номиналы могут быть пропорционально изменены при сохранении того же соотношения, например 15 Ом и 300 кОм) погрешность измерения тока, обусловленная этим эффектом, не превышает единицы младшего разряда. Со всеми имеющимися у меня экземплярами микросхем, никакого подбора указанных резисторов не потребовалось. В общем случае, подбирается минимальное сопротивление R9, при котором на индикаторе еще светятся нули при отсутствии измеряемого тока, и увеличивается в 1.5-2 раза. Интересно, что среди многих подобных конструкций, где применяется та же микросхема, ни в одной статье нет и намека на данную проблему. Видимо, у меня одного оказались "неправильные" ОУ (приобретенные, кстати, в разное время в течении 10 лет). В любом случае, я категорически не рекомендую в целях "упрощения конструкции" исключать из схемы обычно отсутствующие в подобных схемах элементы C1,C2,R3,R8,R9 - это все-таки измерительный прибор, а не мигающая цифрами игрушка!

Хорошая точность и стабильность показаний, кроме того, обеспечивается полным "отделением" от микроконтроллера относительно сильноточных импульсных цепей управления индикаторами путем питания каждой цепи от отдельного стабилизатора 78L05. И даже слабые помехи от работы самого микроконтроллера мало влияют на результат, так как каждое измерение производится в режиме "SLEEP" с "заглушенным" тактовым генератором.

Микроконтроллер тактируется от внутреннего генератора для экономии выводов. Вход сброса через цепь R11,C3 подключен к "чистой" +5В. При включении-выключении БП, в котором используется конструкция, возможны значительные помехи, поэтому, для исключения "зависания" программы, включен таймер WDT.

Питается устройство от любого стабилизированного напряжения 7-15 Вольт (не больше 15В!), через стабилизаторы DA2, DA3. Конденсаторы C4-C8 - стандартные блокировочные. Для обеспечения низкой погрешности при токах, близких к верхнему пределу, напряжение питания ОУ должно быть как минимум на 2 Вольта больше напряжения микроконтроллера, поэтому питание на него берется до стабилизаторов.

Устройство собрано на печатной плате размерами 57 на 62 миллиметра.

Печатная плата устройства.

Для уменьшения габаритов платы, большая часть резисторов и конденсаторов применена в SMD корпусе типоразмера 0802. Исключениями являются: R1 - из-за рассеиваемой мощности, R12 - для упрощения топологии платы, электролитические конденсаторы и подстроечные резисторы. Конденсаторы C1 и C2 применены керамические, но в случае отсутствия таковых, их можно заменить электролитическими танталовыми. Стабилитрон - любой, с напряжением стабилизации 3-4.7 Вольт. Индикаторы можно заменить на FIT3641 или трехразрядные серий 3631 или 4031 без изменения рисунка платы. В случае необходимости, возможно даже применение без изменения рисунка более крупных индикаторов типа 5641 и 5631 (в этом случае микроконтроллер впаивается без колодки напрямую, подстроечные резисторы применяются малогабаритные, индикатор впаивается поверх микросхем, сточив четыре выступа снизу по углам индикатора). Для подключения устройства к внешним цепям применены винтовые зажимы. Часто возникающая проблема с изготовлением измерительного шунта решена путем применения готового шунта предела 10А от неисправного мультиметра серии D83x, абсолютно без всякой переделки. На мой взгляд, это оптимальный вариант - неисправный китайский мультиметр, думаю, найдется у многих радиолюбителей. В крайнем случае, его можно изготовить из нихромовой (а лучше из константановой) проволоки.

Выход блока питания подключается к точке "Ux" и далее, с той же точки в нагрузку. Общий провод подается в точку "COM", а в нагрузку уже подается с точки "COM-Out". При таком подключении, напряжение на индикаторе завышается на 0.1 Вольт при максимальном токе нагрузки. Программным способом эта погрешность уменьшена в два раза до половины погрешности дискретизации (0.05В максимум). Во избежание увеличения этой погрешности, следует выбирать такое сопротивление шунта, при котором не требуется при настройке изменять номиналы схемы (примерно 7-14 мОм). Подходящее напряжение питания на устройство подается на вывод "Upp".

Фотографии готового устройства

Программа микроконтроллера написана на Ассемблере в среде MPASM. Для обоих видов индикаторов программа одна за исключением одной директивы. В начале исходного текста программы (файл AV-meter.asm) в директиве “ANODE EQU 0” параметр имеет значение 0, что соответствует работе с индикаторами с общим катодом. Для применения индикаторов с общим анодом следует изменить значение этого параметра на 1, после чего заново оттранслировать программу. Так же, прилагаются готовые прошивки для микроконтроллера как для индикаторов с общим анодом, так и с общим катодом. При загрузке HEX-файла в программы типа , или , слово конфигурации загружается автоматически.

Настройка схемы предельно проста. Подав на вход напряжение, близкое к максимальному, подстроечником R2 следует выставить на верхнем индикаторе требуемое значение. Потом, подключают на выход устройства резистор 0.5-2 Ома в качества нагрузки и регулировкой напряжения устанавливают ток, близкий к максимальному. Подстроечником R5 выставляют соответствующие образцовому амперметру показания на нижнем индикаторе.

Во вложенном файле представлены прошивки, исходный код, модель и плата .

Список радиоэлементов

Сегодня расскажу как сделать универсальный несложный измерительный прибор с возможностью измерения напряжения, тока, потребляемой мощности и ампер-часов на дешёвом микроконтроллере PIC16F676 по следующей схеме.

Схема принципиальная вольтамперваттметра

Печатная плата на DIP деталях получилась 45х50 мм. Также в архиве есть печатная плата для SMD деталей.

Для микроконтроллера PIC16F676 имеются две прошивки : в первой - возможность измерения напряжения, тока и мощности - vapDC.hex , а во второй - тоже, что и в первой, только добавлена возможность измерения ампер/часов (не всегда нужна) - vapcDC.hex .

Резистор, обозначенный серым на печатной плате, подключается в зависимости от индикатора: если используем индикатор с общими катодами, то резистор (1К), идущий от 11-ой ноги МК, подключается к +5, а если индикатор с общим анодом, то резистор подключаем к общему проводу.

В моём случае индикатор и общим катодом, резистор расположил под платой, от 11-ой ноги МК к +5.

Кратковременное нажатие кнопки "В " активизирует индикацию режима работы: напряжение «-U-», ток «-I-», мощность «-P-», счетчик ампер/часов «-C-». Некоторые экземпляры ОУ LM358 имеют положительное смещение на выходе, его можно компенсировать цифровой коррекцией измерителя. Для этого необходимо перейти в режим измерения тока, «-I-». Удерживать 7-8 сек кнопку "Н " до появления на индикаторе надписи «-S.-». Затем кнопками «В » и «Н » корректируем смещение «0». Если кнопки нажаты, на индикаторе непосредственно константа, отжаты - откорректированные показания тока. Выход из режима - одновременное нажатие клавиш "В " и "Н ". Результат - индикация «-3-», то есть запись в энергонезависимую память. Счетчик ампер/часов обнуляется удержанием кнопки "Н " 3-4 сек.

В своём случае ставлю только кнопку "В ", для переключения режима работы. Кнопку "Н " не ставлю, так как коррекция тока не требуется, если ОУ LM358 новый, то он практически не имеет смещения, а если и имеет, то незначительное. Сегментный индикатор ставлю не отдельной плате, которую можно легко прикрепить к корпусу устройства, например, встроить в переделанный БП ATX .

К собранному устройству подключаем питание, подаём измеряемое напряжение и ток, корректируя подстроечными резисторами показания вольтметра и амперметра по показаниями мультиметра.

В итоге вся конструкция вольтамперватметра обошлась в 150 рублей, без фольгированного стеклотекстолита. С вами был Пономарёв Артём (stalker68 ), до новых встреч на страницах сайта Радиосхемы !

Обсудить статью ВОЛЬТАМПЕРВАТТМЕТР

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 74HC595 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, c PIC12F675, имеющим всего шесть выводов (не считая выводов питания).

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 её вывод 11 поступают тактовые импульсы.

На четвёртом этапе нарастающим перепадом уровня на выводе 12 микросхемы 74HC595 информация из её сдвигового регистра поступает в регистр хранения, причём 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 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. Схема вольтметра

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 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 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, записанный 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 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 надёжной работы при повышенном напряжении применён 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 трёхразрядным серии 3631А без переделки платы. Фотоснимок собранной платы прибора показан на рис. 3.