2.2.Принцип роботи пристрою
Для початку за основу візьмемо найпростіший схему вольтметра на МК PIC16F676, див.(Рис.2.1).
Рис. 2.1.-Схема вольтметра на МК PIC16F676
Універсальний вольтметр - амперметр на PIC16F676 з відкритим програмним кодом. Переробляти її на свій лад немає сенсу. Вона налагоджена й здатна в динамічному режимі индицировать значення вхідної напруги на 3 розряду світлодіодних індикаторів. Тут важливо розуміти, що через відсутність буферних транзисторів не вдасться підключити індикатори з великим струмом споживання. У принципову схему свідомо закладено використання невеликих індикаторів з малим струмом споживання. Тобто під «главу кута» поставлена компактність готового виробу. Від неї і відштовхнемось. Особливо у випадку використання деталей в SMD виконанні. При бажанні, зможемо конструктивно "укласти" МК під сам гібридний індикатор на односторонній платі, навіть якщо він в DIP корпусі.
Далі розглянемо структурну схему див.(Рис.2.2) та схему пристрою в програмі Proteus див.(Рис.2.3).
Рис.2.2 Структурна схема пристрою
Рис.2.3.Принципова схема пристрою в Proteus
Друкована плати пристрою придставленi на Рис 2.4 зображена активна пристрою котра містить в собі всі єлементи які відповідяють за роботу пристрою.
Рис.2.4 Друкована плата пристрою
Схема в цілому стандартна і особливих пояснень не вимагає. Як видно з малюнка, вольтметр складається з мікроконтролера IС1, трехразрядного індикатора з загальним анодом, "купки" резисторів, транзистора, конденсаторів з харчування та стабилитрона.
IС1 виконує дві основні функції:
- Вимірювання вхідного напруги за допомогою вбудованого аналогово-цифрового перетворювача (АЦП);
- Формування динамічної індикації для виведення результату вимірювання.
Сигнали для сегментів індикатора формуються на порте RC0 - RC5. На жаль, в даному МК він не повний. На нього неможливо покласти всю задачу формування діагностуємих цифри. Бракує однієї лини. Вихід один: використання можливостей порту RA. Візьмемо для цієї мети RА2, як фізично найбільш близько розташованого до відповідної ніжці індикатора в разі щільного монтажу. Формування циклу послідовного "запалювання" розрядів виконують порти RА0, RА1 і RА5. Трохи в розкид, але при монтажі саме те. Для формування коми в середньому розряді використовується інверсія сигналу включення другого розряду індикатора за допомогою окремого транзистора, бо вільних портів в мікроконтролері здатних виконати таке завдання вже не залишилося. Порт RA3 - працює тільки на вхід, про нього ще розповімо.
Вимірюється напруга подається на порт RA4 МК, до якого підключений аналоговий вхід з АЦП. У РIС16F676 модуль аналого-цифрового 10 розрядного перетворювача має вісім каналів, входи яких поєднані з портами введення / виводу AN0 / RA0, AN1 / RA1, AN2 / RA2, AN3 / RA4. AN4 / RС0, AN5 / RС1, AN6 / RС2, AN7 / RС3. Фізично в мікроконтролері перетворювач АЦП один, але він може по черзі комутуватися до зазначених входів. Модуль АЦП перетворює вхідний напруга методом послідовного наближення, при цьому можливо використовувати опорну напругу з виведення, поєднаного з портом Vref + / RA2 або шиною живлення Vdd. У нашому випадку скористаємося саме останнім варіантом.
Пам'ятайте, що на вхід не можна подавати напругу більше 5 Вольт позитивної полярності і ні в якому разі - негативною. Тому використовується обмежувальна ланцюг, що складається з дільника напруги на R14, R15, R16, згладжує конденсатора С2 і захисного стабілітрона VD1 на 5,1 вольт. Запропоновані на схемі номінали резисторів розраховані на вхідний напруга до 50 Вольт. У випадку інших вимірюваних напруг їх треба відповідно перерахувати. У порівнянні зі схемою в (2) трохи змінені номінали резисторів подільника напруги в бік збільшення. Це зменшить вплив вольтметра на вимірювану ланцюг в результаті більшого вхідного опору.
Слід пам'ятати про властивості порту RA4 через його багатофункціональності. Він не може встановлювати на свій вихід високий рівень сигналу (вихід з відкритим колектором). Звичайно, досвідчені фахівці-програмісти не бачать в цьому ніяких проблем, бо все це можна врахувати небудь змінити схемотехнически. Скажімо, підключити до ніжки RA4 зовнішній підтягуючий резистор до позитивної лінії живлення і зімітувати сигнал високого рівня або поставити додатковий буферний транзистор, який також умощніт вихід МК в цілому.
На порт RA3 приєднаний резистор на плюсову шину живлення. Мікроконтролер має можливість замість нього приєднувати так званий внутрішній резистор підтяжки, що підключається програмним способом, але враховуючи, що ми йдемо від простоти розуміння, поки ставимо звичайний резистор. Про третьої причини такого рішення стане зрозуміло, коли захочеться детально вивчити роботу схеми в симуляторі. Я вказав обидва варіанти, а який з них використовувати, - рішення за Вами в залежності від рівня практичних навичок і знань. Важливо пам'ятати, що до нього за замовчуванням підключена ланцюг VPP - входу напруги програмування мікроконтролера, а значить, він відіграє важливу роль у т.ч. при внутрісхемний програмуванні. Якщо сказати все це коротко - поки не використовуйте цей порт без крайньої на те необхідності.
Чи не малим перевагою мікроконтролера є вбудований тактовий генератор, можливостями якого ми і скористаємося через малу кількість ніг МК.
На закінчення даного розділу хочеться сказати, що немає необхідності все це відразу детально запам'ятовувати, все стане на свої місця в міру практичного освоєння мікроконтролера.