Voltímetro de coche en pic16f676. Voltímetro en PIC16F676. Ingeniería de radio, electrónica y circuitos de bricolaje. Implementación de un voltímetro de Vladimir.

El artículo presenta el diseño de un amperímetro-voltímetro digital diseñado para colaboración con tablero de control universal bloques de laboratorio nutrición. Su peculiaridad es la ausencia de un sensor de corriente propio. Al medir la corriente, se utiliza el sensor de corriente del tablero de control. El diseño considerado es ideal para convertir fuentes de alimentación de computadoras en fuentes de alimentación de laboratorio. corriente continua.

La conversión de fuentes de alimentación de computadoras en fuentes de laboratorio resultó tener una gran demanda. En busca de opciones de circuitos de control y protección se descubrió el “Tablero de control universal para fuentes de alimentación de laboratorio” (Radio Yearbook, 2011, No. 5, p. 53). El circuito del tablero de control resultó ser muy simple y efectivo, satisfaciendo todos los requisitos de control y protección de una fuente de alimentación CC de laboratorio de alta potencia.

Para indicar el voltaje y la corriente de salida, el diseño descrito en el artículo mencionado anteriormente nos pareció muy engorroso y costoso, y también consideramos redundante indicar simultáneamente el voltaje y la corriente en una fuente de energía de esta clase. Al mismo tiempo, se hicieron muy populares los voltímetros integrados en un microcontrolador PIC16F676 económico con un indicador LED de tres dígitos. El uso de un voltímetro ya preparado resultó no ser muy conveniente debido a la dificultad de convertirlo al modo amperímetro. Por lo tanto, decidimos desarrollar nuestro propio circuito amperímetro-voltímetro conmutable con una indicación clara del modo de medición, utilizando también un sensor de corriente del tablero de control.

Básico especificaciones amperio-voltímetro:

• tensión de alimentación – 7…35 V CC;
• rango de medición de voltaje – 0…50,0 V;
• rango de medición actual – 0,02…9,99 A;
• paso de medición de voltaje – 0,1 V;
• paso de medición actual – 0,01 A;
• cambiar el modo de medición - con un botón interruptor bipolar con fijación;
• indicación del modo de medición: un indicador de siete segmentos en forma de letras "A" o "U".

Descripción del circuito del tablero de control.

Primero, veamos el diagrama del "tablero de control de fuente de alimentación universal" que se muestra en la figura:

Está ensamblado en un chip cuádruple. amplificador operacional DA1 en este caso también está destinado a controlar un controlador PWM tipo TL494 de una fuente de alimentación de computadora. Los esquemas para convertir fuentes de alimentación de computadora utilizando un controlador PWM de este tipo ya se han descrito muchas veces, por lo que no nos detendremos en esto. El circuito contiene amplificadores de medición de corriente en los elementos DA1.1, DA1.4 y voltaje en los elementos DA1.2, DA1.3, desde cuya salida se suministra la señal de control al controlador PWM de la fuente de alimentación. Las resistencias variables R13, R14 cambian el voltaje de referencia de los amplificadores de salida de los canales de medición de voltaje y corriente, respectivamente. Si la corriente de carga no excede el valor establecido por el regulador R14, entonces la unidad de control funcionará en el modo de estabilización de voltaje establecido por el regulador R13. En este caso, se iluminará el indicador HL3. Si la corriente en la carga alcanza el valor establecido por el regulador R14, entonces, si el interruptor SA1 está abierto, la unidad de control entrará en modo de limitación de corriente de salida. En este caso, se iluminará el indicador HL2. Si el interruptor SA1 está cerrado, cuando se alcance la corriente establecida en la carga, el voltaje de salida caerá a cero y el indicador HL1 se iluminará. Para salir del modo de corte actual, simplemente abra el interruptor SA1.

Puede leer más sobre el funcionamiento y configuración del circuito de control en el artículo original: “Placa de control universal integrada para fuentes de alimentación de laboratorio”

Descripción del circuito amperio-voltímetro.

Fundamental diagrama eléctrico El amperímetro-voltímetro se muestra en la siguiente figura:

La base del amperímetro-voltímetro es el microcontrolador DD1, que realiza la función de conversión de analógico a digital de la señal de entrada suministrada a la entrada RA0 (circuito IN) y envía el resultado de la medición a un segmento de siete segmentos de tres dígitos. Indicador LED con cátodos comunes HG1. El canal de medición se cambia mediante el botón SA1. El segundo polo del botón SA1 se utiliza para suministrar una señal al microcontrolador (circuito SW), que se utiliza al procesar el resultado de la medición.

La pantalla es dinámica con una frecuencia de actualización de 100 Hz. Debido a que los cátodos del indicador están conectados directamente a los pines del microcontrolador, para reducir la carga, cada descarga se enciende en 2 pasos de 4 segmentos. Para eliminar el parpadeo frecuente del dígito de orden inferior de la indicación, la frecuencia de actualización de las lecturas del indicador se reduce artificialmente y se realiza 3 veces por segundo. Si se excede la capacidad de visualización de los valores medidos, aparecerán tres guiones en el indicador.

Para indicar el modo de medición seleccionado, se utiliza un indicador de siete segmentos de un solo dígito con un cátodo común HG2 con un símbolo de menor tamaño que en HG1. Los segmentos “b”, “c”, “e” y “f” del indicador HG2 están constantemente encendidos. En el modo de medición de voltaje, el interruptor SA1 suministra al circuito SW un plus de potencia que, a través de la resistencia R11, enciende el segmento "d", formando el símbolo "U" en el indicador. Donde nivel alto basado en el transistor VT1 lo mantiene cerrado. Al cambiar al modo de medición actual, se suministra un cable común al circuito SW. El transistor VT1 se abre, suministrando energía a los segmentos "a" y "g", y se forma el símbolo "A" en el indicador.

La fuente de alimentación para el circuito amperio-voltímetro se toma de la fuente de alimentación del controlador PWM de la fuente de alimentación de la computadora y se estabiliza mediante un integrado estabilizador ajustable DA1. El divisor R3, R4 en la salida del estabilizador establece un voltaje de aproximadamente 3 V. Este voltaje de suministro del circuito se eligió para garantizar la capacidad de utilizar el rango completo microcontrolador ADC en el modo de medición actual debido a nivel bajo señal de entrada.

Construcción y detalles

Los elementos del circuito de control y el amperímetro-voltímetro se ensamblan sobre placas de circuito impreso de un laminado de fibra de vidrio recubierto con una lámina de una cara de 40x50 mm y 58x37 mm, respectivamente. En la siguiente figura se muestran dibujos de placas de circuito impreso y diseños de elementos. Los dibujos se muestran desde el lado de instalación de los elementos.

La placa de circuito de control está colocada de tal manera que se fije a los terminales de las resistencias variables R13, R14. Para facilitar el ajuste, en el diseño se utilizan componentes de salida de radio.

Para garantizar la compacidad, el diseño del amperímetro-voltímetro utiliza principalmente elementos para montaje en superficie: resistencias de factor de forma 1206 y condensadores 0805. Cabe señalar que el chip del microcontrolador no se instala de forma estándar en un paquete DIP. Se fija mediante montaje en superficie en el lado del conductor, con los extremos de sus cables doblados hacia afuera. El interruptor SA1 es un botón tipo PS-850L, utilizado en computadoras más antiguas como interruptor “turbo”.

Los indicadores HG1 (con un tamaño de símbolo de 0,56 pulgadas) y HG2 (0,39 pulgadas) se pueden utilizar cualquiera similar con un cátodo común, preferiblemente con un color rojo, ya que los “verdes” brillan bastante tenuemente.

Montaje y ajuste

Puedes leer sobre el uso del circuito de control y cómo configurarlo en el artículo original. El circuito amperímetro-voltímetro no necesita ajuste. Solo es necesario seleccionar los valores de las resistencias R1 y R2 en los divisores de entrada de los canales de medición de corriente y voltaje, respectivamente. Esto se hace mejor de forma experimental, utilizando un multímetro digital como amperímetro-voltímetro de referencia.

Cabe señalar que el amperímetro no funcionará bien si la señal en la salida de la fuente de alimentación es muy ruidosa. Por lo tanto, se deben seleccionar cuidadosamente los condensadores C1, C2 del circuito de control. Ya hemos ensamblado más de seis fuentes de alimentación con un circuito de control de este tipo y, en algunas fuentes de alimentación, las clasificaciones de los condensadores C1, C2 tuvieron que aumentar significativamente en comparación con las indicadas en el circuito.

Conclusión

La experiencia en el funcionamiento de fuentes de alimentación con el circuito de control descrito anteriormente ha demostrado la inconsistencia de su uso para la conversión. computadora fuentes de alimentación en laboratorio¡Debido al nivel significativo de ondulación del voltaje de salida, la fuente de alimentación realmente “canta”! Para crear fuentes de alimentación de laboratorio ahora se utiliza.

Cuando surgió la necesidad de una pieza de medición para una fuente de alimentación de laboratorio, considerando varios circuitos de Internet, inmediatamente elegí siete segmentos Indicadores LED(una posible alternativa son indicadores como 0802, 1602, caros y difíciles de leer). Además, no quería ninguna conmutación: tanto la corriente como el voltaje deberían leerse en cualquier momento. Por varias razones, las soluciones encontradas no fueron satisfactorias y decidí diseñar mi propio circuito.

El dispositivo propuesto está diseñado para usarse junto con varias fuentes de alimentación y le permite medir voltaje en el rango de 0 a 99,9 voltios con una precisión de 0,1 voltios y consumo de corriente en el rango de 0 a 9,99 amperios con una precisión de 0,01 amperios. . El dispositivo está ensamblado en un microcontrolador PIC12F675 económico, que es el más económico y común de los que tienen un ADC de 10 bits, dos registros 74HC595 y dos indicadores LED de 4 o 3 bits. El coste total de las piezas utilizadas, en mi opinión, es mínimo para este tipo de diseños con indicación simultánea de tensión y corriente.

Descripción del funcionamiento del circuito.

El voltaje se muestra en el indicador HL1 y la corriente en el indicador HL2. Los pines de segmento del mismo nombre de los indicadores se combinan en pares y se conectan a las salidas paralelas del registro DD2, los pines de bits comunes se conectan al registro DD3. Los registros están conectados en serie y forman un registro de desplazamiento de 16 bits, controlado por tres cables: los pines 11 son reloj, 14 son información y la información se escribe en los pestillos de salida según la caída en el pin 12. La indicación es dinámica normal: a través de las salidas del registro DD3, los terminales comunes de los indicadores se clasifican secuencialmente, y desde las salidas de DD2, a través de las resistencias limitadoras de corriente R12-R19, se encienden los segmentos correspondientes al dígito seleccionado. Los indicadores pueden ser con un ánodo común o con un cátodo común (pero ambos son iguales).

El microcontrolador controla la indicación en los pines GP2, GP4, GP5 en interrupciones del temporizador TMR0 con un intervalo de 2 ms. Las entradas GP0 y GP1 se utilizan para medir tensión y corriente respectivamente. En los primeros tres dígitos de los indicadores se muestran los valores medidos reales, y en el último dígito: en el indicador superior hay un signo "V" y en el indicador inferior hay un signo "A". En el caso de utilizar indicadores de 3 dígitos, estos signos se aplican en el cuerpo del dispositivo. En este caso no es necesario realizar cambios en el programa.

El voltaje medido se suministra al MK a través del divisor R1-R3, y la corriente se suministra desde la salida del amplificador operacional LM358 a través de la resistencia R10, que, junto con el diodo protector interno, protege la entrada del MK de posibles sobrecarga (el amplificador operacional funciona con un voltaje de +7..+15 voltios). La ganancia del amplificador operacional está establecida por el divisor R5-R7, aproximadamente igual a 50 y regulada por la resistencia de recorte R5. El filtro de paso bajo R4C2 suaviza el voltaje de la derivación. Cada medición se realiza en tan solo 100 µs. y sin esta cadena, las lecturas del instrumento "saltarán" ante cualquier irregularidad de la corriente medida (y rara vez es estrictamente constante). El condensador C1 en el circuito de medición de voltaje también cumple el mismo propósito. El diodo Zener D1 protege la entrada del amplificador operacional contra sobretensiones en caso de una derivación rota.

Se debe prestar especial atención a la cadena R8, R9. Aplica una compensación adicional de aproximadamente 0,25 milivoltios a la entrada del amplificador operacional. El hecho es que sin él existe una no linealidad significativa de la ganancia del amplificador operacional a valores bajos de la corriente medida (menos de 0,3 A). En diferentes copias de microcircuitos, este efecto se manifiesta en diversos grados, pero el error en los valores indicados anteriormente de la corriente medida es demasiado grande en cualquier caso. Al configurar R8 y R9 a los valores indicados en el diagrama (las clasificaciones se pueden cambiar proporcionalmente manteniendo la misma relación, por ejemplo, 15 ohmios y 300 kOhms), el error de medición actual causado por este efecto no excede un dígito menos significativo. Con todas las copias de microcircuitos que tengo, no fue necesario seleccionar las resistencias indicadas. En el caso general, se selecciona la resistencia mínima R9, en la que el indicador aún muestra ceros en ausencia de la corriente medida y la aumenta entre 1,5 y 2 veces. Es interesante que entre muchos diseños similares en los que se utiliza el mismo microcircuito, ni un solo artículo contiene ni una pizca de este problema. Aparentemente, yo era el único que tenía los amplificadores operacionales "incorrectos" (comprados, por cierto, en diferente tiempo dentro de 10 años). En cualquier caso, no recomiendo categóricamente, para "simplificar el diseño", excluir del circuito los elementos C1, C2, R3, R8, R9, que generalmente están ausentes en dichos circuitos; este sigue siendo un dispositivo de medición, y ¡No es un juguete que muestra números!

Además, la buena precisión y estabilidad de las lecturas se garantiza mediante la "separación" completa del microcontrolador de circuitos de pulsos de corriente relativamente alta para controlar los indicadores alimentando cada circuito desde un estabilizador 78L05 separado. E incluso una interferencia débil del funcionamiento del microcontrolador tiene poco efecto en el resultado, ya que cada medición se realiza en el modo "SLEEP" con el generador de reloj "silenciado".

El microcontrolador se sincroniza desde un oscilador interno para ahorrar pines. La entrada de reinicio a través del circuito R11, C3 está conectada a +5V “puro”. Al encender y apagar una fuente de alimentación en la que se utiliza el diseño, es posible una interferencia significativa, por lo que para evitar que el programa se congele, se enciende el temporizador WDT.

El dispositivo se alimenta con cualquier voltaje estabilizado de 7-15 voltios (¡no más de 15 V!), a través de los estabilizadores DA2, DA3. Los condensadores C4-C8 son condensadores de bloqueo estándar. Para garantizar un error bajo en corrientes cercanas al límite superior, el voltaje de suministro del amplificador operacional debe ser al menos 2 voltios mayor que el voltaje del microcontrolador, de modo que se le suministre energía antes que los estabilizadores.

El dispositivo está montado sobre una placa de circuito impreso de 57 por 62 milímetros.

Placa de circuito impreso del dispositivo.

Para reducir las dimensiones de la placa, la mayoría de las resistencias y condensadores se utilizan en un paquete SMD de tamaño 0802. Las excepciones son: R1 - debido a la disipación de energía, R12 - para simplificar la topología de la placa, condensadores electrolíticos y resistencias de sintonización. Los condensadores C1 y C2 son cerámicos, pero si no están disponibles, se pueden sustituir por tantalio electrolítico. Diodo Zener: cualquiera, con un voltaje de estabilización de 3-4,7 voltios. Los indicadores se pueden reemplazar con las series FIT3641 o 3631 o 4031 de tres dígitos sin cambiar el diseño de la placa. Si es necesario, incluso es posible utilizar indicadores más grandes como 5641 y 5631 sin cambiar el diseño (en este caso, el microcontrolador se suelda directamente sin bloque, se utilizan resistencias de recorte de tamaño pequeño, el indicador se suelda encima del microcircuitos, quitando las cuatro protuberancias desde la parte inferior en las esquinas del indicador). Los terminales de tornillo se utilizan para conectar el dispositivo a circuitos externos. Un problema frecuente en la fabricación de una derivación de medición se resolvió utilizando una derivación límite de 10 A ya preparada de un multímetro defectuoso de la serie D83x, absolutamente sin ningún repaso. En mi opinión esto es Mejor opción- Creo que muchos radioaficionados tienen un multímetro chino defectuoso. Como último recurso, se puede fabricar con alambre de nicromo (o mejor aún, de constanten).

La salida de la fuente de alimentación se conecta al punto "Ux" y luego, desde el mismo punto hasta la carga. El cable común se suministra al punto "COM" y ya se suministra a la carga desde el punto "COM-Out". Con esta conexión, el voltaje en el indicador aumenta en 0,1 voltios con la corriente de carga máxima. Por software, este error se reduce a la mitad o la mitad del error de muestreo (0,05 V máximo). Para evitar aumentar este error, debe elegir una resistencia en derivación que no requiera cambiar las clasificaciones del circuito durante la configuración (aproximadamente 7-14 mOhm). Al pin "Upp" se suministra la tensión de alimentación adecuada para el dispositivo.

Fotos del dispositivo terminado.

El programa del microcontrolador está escrito en lenguaje ensamblador en el entorno MPASM. Para ambos tipos de indicadores, el programa es el mismo, a excepción de una directiva. Al inicio del texto fuente del programa (archivo AV-meter.asm) en la directiva “ANODE EQU 0”, el parámetro tiene el valor 0, que corresponde a trabajar con indicadores con cátodo común. Para utilizar indicadores con un ánodo común, cambie el valor de este parámetro a 1 y luego vuelva a traducir el programa. También se incluye firmware listo para usar para el microcontrolador para ambos indicadores con un ánodo común y un cátodo común. Al cargar un archivo HEX en programas como , o , la palabra de configuración se carga automáticamente.

Configurar el circuito es extremadamente simple. Después de aplicar un voltaje cercano al máximo a la entrada, use el trimmer R2 para establecer el valor requerido en el indicador superior. Luego, conecte una resistencia de 0,5-2 ohmios a la salida del dispositivo como carga y ajuste el voltaje para ajustar la corriente cerca del máximo. Con la ayuda del trimmer R5 se establecen las lecturas en el indicador inferior correspondiente al amperímetro estándar.

El archivo adjunto contiene el firmware, código fuente, modelo y placa.

Lista de radioelementos

Implementación de un voltímetro de Vladimir.

Se agregaron interruptores a los ánodos del indicador, lo que aumentó el brillo de la pantalla y permite el uso de pantallas más potentes.

Dos sellos para DIP14 y SO14

El circuito utiliza transistores BC847 (KT3102).

Durante la actualización del artículo principal sobre el voltímetro, se reemplazó el divisor de voltaje en el circuito y los sellos de Vladimir. El firmware para el voltímetro se encuentra en el artículo principal.

Implementación de un voltímetro de red de Wali Marat.

El sello se diferencia del circuito en que se reemplazan las resistencias R2 y R3 con un trimmer de 4,7k y la ausencia de un diodo Zener VD1.

También se envió un circuito de voltímetro de red modificado, que presenta un circuito de mejor calidad para estabilizar la tensión de alimentación del voltímetro.

Foto de un voltímetro de red.

Implementación de un voltímetro/amperímetro de Wali Marat

Se agregó un diodo zener VD1 de 5,1 V a todos los circuitos de Wali Marat (indicado verde), para proteger la entrada ADC del microcontrolador contra sobretensiones.

Voltímetro sencillo voltaje de corriente alterna con una frecuencia de 50 Hz, realizado en forma de módulo integrado que se puede utilizar por separado o integrado en un dispositivo terminado.
El voltímetro está ensamblado en un microcontrolador PIC16F676 y un indicador de 3 dígitos y no contiene muchas piezas.

Principales características del voltímetro:
La forma del voltaje medido es sinusoidal.
El valor máximo de la tensión medida es 250 V;
Frecuencia de tensión medida - 40…60 Hz;
La resolución de visualización del resultado de la medición es 1 V;
La tensión de alimentación del voltímetro es de 7…15 V.
Consumo de corriente promedio - 20 mA
Dos opciones de diseño: con y sin fuente de alimentación a bordo
Unilateral placa de circuito impreso
Diseño compacto
Visualización de los valores medidos en un indicador LED de 3 dígitos

Diagrama esquemático de un voltímetro para medir tensión alterna.

Las resistencias R6 y R7 crean un voltaje de 2,5 voltios (la mitad de la potencia) en la entrada del ADC. El condensador C5, de capacidad relativamente pequeña, pasa por alto la entrada del ADC y ayuda a reducir los errores de medición. El microcontrolador organiza el funcionamiento del indicador en modo dinámico en función de las interrupciones del temporizador.

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¡Gracias por su atención!
Igor Kotov, editor jefe de la revista Datagor

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Diagrama de cableado del voltímetro

Diagrama esquemático de un voltímetro en MK.

Diagrama esquemático de un voltímetro en PIC16F676 - segunda opción

PÁGINAS voltímetro en PIC16F676

Este es un voltímetro simple de hasta 30 voltios basado PIC16F676 Microcontrolador con un ADC de 10 bits y tres indicadores LED de 7 segmentos. Puede utilizar este circuito para medir hasta 30 VCC. PIC16F676- esta es la base de este esquema. El ADC interno del microcontrolador con resistencias divisoras de voltaje se utiliza para medir el voltaje de entrada. Luego se utiliza una pantalla de 7 segmentos de ánodo de comunicación de 3 dígitos para mostrar el voltaje convertido final. Para reducir el consumo de corriente, el circuito utiliza indicación dinámica. Puede descargar firmware para varios indicadores aquí.

Operación del dispositivo

Cálculos de lectura