Voltmetro integrato su PIC12F675. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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In questo dispositivo, l'autore ha utilizzato un metodo originale per controllare un indicatore LED a quattro cifre e sette elementi con segnali provenienti da soli quattro pin del microcontrollore. Il programma del microcontrollore fornisce una modalità di calibrazione automatica per il voltmetro.

La connessione ormai tradizionale di un indicatore digitale LED a un microcontrollore tramite un convertitore di codice da seriale a parallelo 74HC595 richiede l'uso di tre pin del microcontrollore per controllare il convertitore di codice e un ulteriore pin per ciascuna cifra dell'indicatore. Pertanto, un indicatore a quattro cifre richiede sette pin. Ciò non consente di utilizzare tali indicatori con microcontrollori a pin piccoli, ad esempio con PIC12F675, che ha solo sei pin (senza contare i pin di alimentazione).

Propongo di combinare il controllo del convertitore di codice e dei bit indicatori utilizzando solo quattro pin del microcontrollore. Allo stesso tempo, l'algoritmo incorporato nel programma garantirà che l'indicatore non influenzi il lavoro con il convertitore e che non vi sia alcuna illuminazione parassitaria degli elementi dell'indicatore.

Come al solito, le informazioni vengono visualizzate sull'indicatore, bit per bit, in base alle richieste di interruzione del timer del microcontrollore, seguite da un periodo di 2 ms. La procedura per l'elaborazione di ciascuna richiesta si compone di cinque fasi. Nella prima fase, imposta il pin 10 del 74HC595 su basso, reimpostando così il suo registro a scorrimento. Questa fase è l'unica in cui la corrente vagante scorre attraverso gli elementi indicatori, ma poiché la durata dei suoi impulsi è di solo 1 μs con un periodo di ripetizione di 2000 μs, il bagliore vagante è invisibile anche al buio.

Nella seconda fase, il fronte di salita sul pin 12 del 74HC595 scrive il contenuto zero del registro a scorrimento nel registro di mantenimento. Ciò spegne completamente l'indicatore.

Nella terza fase, le informazioni vengono caricate nel registro a scorrimento del microcircuito 74HC595 utilizzando un codice seriale generato dal microcontrollore sul pin 14 del microcircuito. Il suo pin 11 riceve impulsi di clock.

Nella quarta fase, con una differenza di livello crescente sul pin 12 del microcircuito 74HC595, le informazioni dal suo registro a scorrimento entrano nel registro di memorizzazione e, a causa degli alti livelli ai catodi, i bit indicatori rimangono spenti.

Nella quinta fase, sul catodo comune della scarica, a cui è prevista l'uscita del codice parallelo alle uscite del microcircuito 74HC595, il programma imposta il livello basso, accendendo i suoi elementi secondo questo codice. A questo punto, l'elaborazione dell'interruzione termina e lo stato impostato dell'indicatore rimane invariato fino all'interruzione successiva.

Per controllare un indicatore a otto bit, sono necessarie otto uscite del microcontrollore. In questo caso, i segnali provenienti dai quattro pin aggiuntivi controllano semplicemente i livelli ai catodi delle scariche. Vale la pena notare che in questo caso è possibile utilizzare indicatori sia con catodi comuni che con anodi comuni, collegando rispettivamente elementi o scarichi alle uscite del convertitore di codice. Per le ragioni di seguito esposte è preferibile organizzare la visualizzazione dinamica elemento per elemento nel primo caso, bit per bit nel secondo.

Ora parliamo di un voltmetro che utilizza il principio descritto.

Principali caratteristiche tecniche

• Tensione misurata, V ....... 0...80
• Risoluzione di misura, V ....... 0,1
• Precisione........0,5% + unità ml. ris.
• Tensione di alimentazione, V......7...15
• Consumo di corrente, mA, non di più ....... 30

Il circuito del voltmetro è mostrato in Fig. 1. Utilizza la visualizzazione dinamica elemento per elemento. In ogni momento, sugli anodi di un gruppo di elementi con lo stesso nome di tutte le cifre dell'indicatore HG1 viene impostato un livello elevato. Ai terminali del catodo comune delle scariche in cui questi elementi dovrebbero brillare viene impostato un livello basso, altrimenti un livello alto. Tieni presente che gli elementi con lo stesso nome possono essere abilitati contemporaneamente in tutte le categorie, ma attualmente in ciascuna categoria è incluso solo un elemento. Ecco perché abbiamo scelto di collegare gli anodi degli elementi alle uscite del microcircuito DD2, la cui capacità di carico è superiore alle uscite del microcontrollore.

Riso. 1. Circuito voltmetro (clicca per ingrandire)

Con un periodo di interruzione di 2 ms, la frequenza di aggiornamento dell'immagine sull'indicatore è di 64 Hz e il suo lampeggiamento è invisibile all'occhio. Il metodo di indicazione dinamica scelto ha consentito inoltre di dimezzare il numero di resistori (R4-R7) limitando la corrente attraverso i LED di segnalazione.

Il microcontrollore PIC12F675-I/P (DD1) rimane libero nell'indicazione dinamica delle linee I/O GP0 e GP3. Il primo viene utilizzato come ingresso ADC; la tensione misurata gli viene fornita attraverso un partitore R1R2. Sulla linea GP3, in assenza del ponticello S1, grazie al resistore R3, viene impostato un livello logico alto, che funge da segnale che commuta il voltmetro in modalità calibrazione. Se il ponticello è installato, il livello su questo pin è basso e il voltmetro funziona normalmente.

Quando si accende il voltmetro per la prima volta senza il ponticello S1, verrà visualizzato l'indicatore HG1 con il segno più a destra lampeggiante. In questo stato è opportuno applicare all'ingresso del dispositivo una tensione quanto più vicina possibile a 80 V, monitorandola con un normale voltmetro. Con una connessione a breve termine dei cuscinetti di contatto destinati al ponticello S1, il dispositivo calcolerà e ricorderà il coefficiente di calibrazione e lo utilizzerà in futuro.

Tuttavia, 80 V è una tensione abbastanza elevata e sono possibili difficoltà per ottenerla. In questo caso, mentre si indica il valore della tensione di riferimento, è necessario spegnere e riaccendere il dispositivo. L'indicatore mostrerà , e al successivo spegnimento e riaccensione - , , ancora e più avanti in un cerchio. La calibrazione deve essere eseguita alla massima tensione disponibile. Maggiore è la tensione di riferimento, più precisa sarà la calibrazione. Se al momento della calibrazione la tensione in ingresso differisce troppo dalla tensione di riferimento, il coefficiente non verrà calcolato e visualizzato sull'indicatore

Dopo la calibrazione spegnete il voltmetro ed infine installate il ponticello S1, altrimenti alla successiva accensione dovrete ripetere tutto daccapo. Il voltmetro può funzionare senza calibrazione se il ponticello S1 è già installato al momento della prima accensione. In questo caso si utilizza il coefficiente scritto nel programma, ma l'errore può superare il 10%. Un punto nella cifra all'estrema destra dell'indicatore ti avviserà di questo.

La conversione da analogico a digitale viene eseguita nella modalità "sleep" del microcontrollore per ridurre le interferenze provenienti dai suoi componenti operativi. Esce automaticamente da questo stato al completamento della trasformazione.

Il dispositivo è alimentato da una tensione di 5 V, ottenuta utilizzando uno stabilizzatore di tensione integrato DA1. È possibile utilizzare lo stabilizzatore 78L05 invece di quello indicato nel diagramma solo come ultima risorsa, poiché la stabilità della sua tensione di uscita è peggiore di un ordine di grandezza. Senza degradare i parametri, è possibile utilizzare lo stabilizzatore LP2951. Il diodo Zener VD1 per una tensione di 5,6 V insieme al diodo di protezione interno del microcontrollore protegge quest'ultimo da danni quando la tensione misurata supera il valore consentito. Senza un limitatore, la tensione di alimentazione del microcontrollore in questa situazione potrebbe aumentare in modo critico.

Il dispositivo è assemblato su un circuito stampato di 40x36 mm realizzato con un laminato in fibra di vetro rivestito su un lato con uno spessore di 1,5 mm, mostrato in Fig. 2. La maggior parte dei resistori e dei condensatori sono di dimensione 0805 a montaggio superficiale. Il resistore R1 per un funzionamento affidabile a tensione maggiore viene utilizzato con una potenza di uscita di 0,5 W. Il condensatore C1 può essere installato come condensatore ceramico o come condensatore all'ossido, per il quale è presente uno slot sulla scheda denominato C1'. L'indicatore FYQ-3641AHR-11 può essere sostituito con un altro della serie 3641A o con una serie 3631A a tre cifre senza rielaborare la scheda. Una fotografia della scheda del dispositivo assemblato è mostrata in Fig. 3.

Riso. 2. PCB

Riso. 3. Fotografia della scheda del dispositivo assemblata

Il programma del microcontrollore è scritto in linguaggio C nell'ambiente di sviluppo MikroC.

Il file del circuito stampato in formato Sprint Layout 5.0 e il programma del microcontrollore possono essere scaricati da ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/04/voltmeter.zip.

Autore: B. Balaev

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