Цифровой амперметр и вольтметр на pic16f873a. Цифровой ампервольтметр

Многие начинающие радиолюбители, собирая себе, сначала, простой , без наворотов, в дальнейшем, думаю, захотят расширения его функциональности. Здесь есть два варианта, можно собрать новый блок питания, идущий сразу с защитой, с регулировкой тока, и возможно какими-либо другими, расширенными возможностями. Либо пойти тем путем, каким пошел я, произведя апгрейд или говоря по другому, усовершенствование существующего, проверенного временем блока питания.

В свое время собрал, для своего простого регулируемого блока питания, плату регулировки тока и плату защиты от КЗ, дополнив, таким образом, его схему. Но при пользовании этим блоком питания, напряжение на выходе, по прежнему, приходилось выставлять ориентируясь по показаниям мультиметра, включенным как вольтметр. Также и ток, при включенной регулировке выходного тока, приходилось выставлять по показаниям миллиамперметра тестера. Это показалось мне неудобным, хотелось, чтобы была цифровая индикация тока и напряжения, и тогда начал уже было подыскивать схему ампер-вольтметра на микроконтроллере AVR Меге 8 и подобную. Как при просмотре одного из видео на Ю-тубе, увидел в блоке питания такой встраиваемый в различные электронные приборы ампер - вольтметр, как на фото ниже:

Под видео была приведена ссылка на китайский интернет магазин Али - экспресс. У меня уже имелся опыт заказа с Али, для тех, кто еще не пользовался их услугами, скажу, что если в лоте указана бесплатная доставка, то доставка действительно бесплатная, без подвоха. Товар приходит в Россию в течении 45 дней.

Причем в случае недоставки или подобных неприятностей, покупатель получает всю уплаченную сумму целиком, возвращают оперативно, был опыт. Стоимость такого ампер-вольт метра всего 3,6 доллара, что составляет даже с учетом роста долларов, небольшую сумму. Поэтому колебался я недолго, и подыскав наиболее выгодное предложение, заказал. Проводки с разъемами для подключения, идут в комплекте с прибором.

Подключается к измеряемому устройству ампер-вольт метр с помощью трех-пинового разъема. С помощью второго двух пинового разъема на ампер - вольтметр подается питание, которое может быть в диапазоне от 4.5 до 30 вольт. Более подробно со всеми характеристиками можно ознакомиться, посмотрев рисунок, находящийся выше. Поначалу вызвало затруднение подключение разъема 3 Pin, на странице заказа была лишь путаная схема. Впоследствии, на странице другого продавца, аналогичного товара, нашел следующий рисунок - схему подключения:

На практике все выглядит проще, плюс питания у нас идет на красный провод и на нагрузку. Минус питания идет на черный провод, а оставшийся синий провод (на рисунке желтый) идет на минус нагрузки. Таким образом, у нас амперметр включается в разрыв цепи минуса. Если нам амперметр не нужен при пользовании, мы подключаем только черный и красный провода, синий (желтый) провод просто никуда не подключаем, возможно, это не совсем правильно, но все работает. Мой ампер-вольт метр работал немного неточно, как по току, так и по напряжению, и был мной откалиброван сверяясь с показаниями двух мультиметров, на случай если на одном из них подсела батарея, и он начал врать.

В устройстве предусмотрена калибровка по току и напряжению, путем вращения двух головок под крестовую отвертку. Крепится ампер - вольтметр с помощью четырех пластмассовых распорок находящихся попарно сверху и снизу. Аналогично крепятся малогабаритные клавишные выключатели. Единственный недостаток, выявленный при пользовании ампер-вольт метром это то, что он, несмотря на заявленное разрешение 0.01 А. показывает ток не от нуля, а примерно от 30 - 50 миллиампер, поэтому выставлять по нему небольшие токи может быть проблематично.

В целом прибором остался доволен, если бы стал собирать ампер-вольт метр сам, на МК, наверняка и размеры были бы больше, и по стоимости выше. Разумеется, сфера применения этого прибора не ограничивается одними регулируемыми блоками питания, его можно встроить в любое устройство, где важен контроль тока и напряжения. А/В-метр идет со встроенным шунтом и позволяет измерять токи до 10 Ампер, при напряжении до 100 Вольт. Если необходимо самому собрать подобное устройство - принципиальная схема и прошивка есть в .

Цифровой амперметр на светодиодах – удобный способ отображения информации, при котором имеет значение не только модуль измеряемой величины (что, кстати, значительно удобнее определять не по отклонению стрелочного индикатора, а по величине столбчатой диаграммы, или при помощи мини-дисплея), но и частоту изменения этого параметра.

Описание схемы

Светодиоды не отличаются большой мощностью, но использовать их в слаботочных электрических цепях допустимо и целесообразно. В качестве примера можно рассмотреть схему получения цифрового амперметра для определения силы тока в аккумуляторной батарее автомобиля, при номинальном диапазоне значений в 40…60 мА.

Вариант внешнего вида амперметра на светодиодах в столбик

Количество использованных светодиодов определит пороговое значение тока, при котором в работу будет включаться один из светодиодов. В качестве операционного усилителя можно использовать LM3915, либо подходящий по параметрам микроконтроллер. На вход будет подаваться напряжение через любой низкоомный резистор.

Удобно отражать результаты измерения в виде столбчатой диаграммы, где весь, практически используемый диапазон тока будет разделяться на несколько сегментов по 5…10 мА. Плюсом LED является то, что в схеме можно использовать элементы разного цвета – красного, зелёного, синего и т.д.

Для работы цифрового амперметра потребуются следующие компоненты:

Микроконтроллер типа PIC16F686 с АЦП на 16 бит.
Настраиваемые джамперы для выхода конечного сигнала. Можно, как альтернативу, применить DIP-переключатели, которые используются в качестве электронных шунтов или сигнальных замыканий в обычных электронных цепях.
Источник питания постоянного тока, который рассчитан на рабочее напряжение от 5 до 15 В (при наличии стабильного напряжения, что контролируется вольтметром, подойдёт и 6 В).
Контактная плата, где можно разместить до 20 светодиодов типа SMD.

Электрическая схема амперметра на LED источниках

Последовательность размещения и монтажа амперметра

Входной сигнал по току (не более 1 А) подаётся от стабилизированного блока питания через шунтирующий резистор, допустимое напряжение на котором не должно быть более 40…50 В. Далее, проходя через операционный усилитель, сигнал поступает на светодиоды. Поскольку значение тока во время прохождения сигнала изменяется, то соответственно будет изменяться и высота столбика. Управляя током нагрузки, можно регулировать высоту диаграммы, получая результат с различной степенью точности .

Монтаж платы с SMD-компонентами, по желанию пользователя, можно размещать либо горизонтально, либо вертикально. Смотровое окошко перед началом тарировки необходимо перекрывать тёмным стеклом (подойдёт фильтр с кратностью 6…10 х от обычной сварочной маски).

Тарировка цифрового амперметра состоит в подборе минимального значения нагрузки по току, при которой светодиод будет светиться. Варьирование настройки производится экспериментально, для чего в схеме предусматривается резистор с небольшим (до 100 мОм) сопротивлением. Погрешность показаний такого амперметра обычно не превышает нескольких процентов.

Вы знали, что можно переделать старый вольтметр в амперметр? Как это сделать — смотрите видео:

Как настраивать регулировочный резистор

Для этого последовательно устанавливают силу тока, которая проходит через определённый светодиод. В качестве контрольного прибора можно использовать обычный тестер. Вольтметр включается в схему перед микроконтроллером, а амперметр – после него. Для исключения влияния случайных пульсаций подключается также сглаживающий конденсатор.

Практическим плюсом изготовления прибора своими руками (светодиодов не должно быть менее четырёх) является устойчивость схемы при значительных изменениях первоначально заданного диапазона силы тока. В отличие от обычных диодов, которые при коротком замыкании выйдут из строя, светодиоды просто не загораются.

Св-диоды как измерители тока в аккумуляторной батарее автомобиля, не только экономят заряд и сохраняют аккумуляторы, но и позволяют более удобным способом считывать показания.

Аналогичным образом можно построить и цифровой вольтметр. В качестве источников света для такого варианта применения подойдут элементы на 12 В, а наличие дополнительного шунта в схеме вольтметра позволит более рационально использовать всю высоту столбчатой диаграммы.

Придумать все самому не получается – пока знаний программирования микропроцессоров не достаточно (только учусь), а отставать не хочется. Серфинг Интернета дал несколько разных вариантов как по сложности схемотехники и выполняемых функций, так и самих процессоров. Анализ ситуации на местных радиорынках и трезвый подход (покупать то что по карману; делать то, что реально сможешь, а процесс изготовления да время настройки не затянется на неограниченное время) остановил мой выбор на схеме вольтметра описанного на www.CoolCircuit.com.

Итак, нижеприведенная принципиальная схема уже исправлена . Прошивка осталась родная (main.HEX - приобщаю).

Те, кто процессоры «держит в руках часто» дальше могут не читать, а остальным, особенно кто в первый раз, расскажу, как все сделать хоть и не оптимально (да простят мне профессионалы стиль изложения), но в итоге правильно.
Итак, для справки: семейство процессоров РІC на 14 ножек имеют разную распиновку поэтому нужно проверить подходит ли имеющийся у Вас программатор с панельками под этот чип. Обратите внимание именно на 8-пиновую панельку, как правило, именно она и подходит, а крайние справа выводы просто висят. Я пользовался обычным программатором «PonyProg» .

Следует учесть при пограммировании РІС важно не затереть калибровочную константу внутреннего генератора чипа ибо внешний кварц здесь не используется. Она записана в последней ячейке (адресе) памяти процессора. Если использовать IcProg, выбрав тип МК, то в окне – «Адрес программного кода» в последней строке обозначенной адресом - 03F8 крайние справа четыре символа и есть указанная индивидуальная константа. (Если микросхема новая и ни разу не программированная то после кучи символов 3FFF – последним будет что то типа 3454 – это самое то).

Чтобы расчет показаний вольтметра соответствовал истине, все сделать правильно и понять процесс происходящего предлагаю хоть не оптимальный но надеюсь понятный алгоритм:

Перед программированием МК, необходимо в IcProg сначала дать команду «Читать все» и посмотреть на вышеуказанную ячейку памяти – там будет значится индивидуальная константа этого чипа. Ее надо переписать на бумажку (в памяти не держать!- забудешь).
- загрузить программный файл прошивки МК – с расширением *.hex (в даном случае -"main.hex") и проверить какая константа записана в той же ячейке в данном программном продукте. Если она отличается – поставить курсор и ввести туда данные, ранее записанные на бумажке.
- нажимаем команду программировать - после появившегося вопроса типа: «использовать ли данные осцилятора из файла» – соглашаетесь. Ибо Вы уже проверили, что там то что надо.

Еще раз прошу прощения у тех, кто программирует много и так не делает, но я пытаюсь донести до начинающих информацию о достаточно важном программном элементе данного микропроцессора и не потерять его из-за разных иногда совсем непонятных, а то и необъяснимых потом ситуаций. Особенно если дрожащими от волнения руками воткнул чип в только что сооруженный и впервые соединенный с компом программатор и, волнуясь, нажимаешь кнопку программировать, а оное чудо техники начинает еще и непонятные вопросы задавать – вот тут то все неприятности и начинаются.

Итак, если все этапы пройдены верно, – микросхема МК готова к использованию. Дальше дело техники.
От себя хочу добавить, что транзисторы здесь не критичные – подходят любые р-n-р структуры, в т.ч. советские, в пластмассовом корпусе. Я использовал выпаянные из импортной бытовой техники после проверки на соответствие структуры проводимости. В этом случае присущ еще один нюанс – расположение вывода базы транзистора может быть по середине корпуса или с краю. Для работы схемы это безразлично, нужно только соответственно формировать выводы при пайке. Постоянные резисторы для делителя напряжения – именно указанного номинала. Если найти импортный подстроечный резистор на 50 кОм не удастся, то советского производства желательно взять чуточку больше - 68 кОм, а 47 кОм брать не рекомендую ибо в случае одновременного совпадения пониженных номиналов - потеряется расчетное соотношение сопротивлений делителя напряжения, которое может быть трудно исправить подстоечником.

Как я уже писал у моего блока питания два плеча – поэтому сделал сразу два вольтметра на одной плате, а индикаторы вывел на отдельную плату для экономии места на лицевой панели. Развел под обычные элементы. Файлы с разводкой плат, исходник и hex прилагаются в архиве. У Вас - SMD, то переделать ее не трудно, если надо обращайтесь.

Для тех, кто захочет повторить этот вольтметр и имеет, как у меня, двухполярный блок питания с общей средней точкой - напоминаю о необходимости питания обоих вольтметров от двух отдельных (гальванически разделенных) источников. Скажем - отдельных обмоток сылового трансформатора или, как вариант – импульсный преобразователь, но обязательно с двумя обмотками по 7 Вольт (нестабилизированных). Для тех, кто будет делать «импульсник»: ток потребления вольтметра от 70 до 100 мА в зависимости от размера и цвета индикатора. Иначе никак ибо на порт МК нельзя подавать отрицательное напряжение.
Если кому понадобится и схема преобразователя, спрашивайте на форуме, я сейчас над этим вопросом работаю.

Архив с нужными даными и печатками в SLayout-5rus:
▼

При работе с различными электронными изделиями возникает потребность измерять режимы или распределение переменных напряжений на отдельных элементах схемы. Обычные мультиметры, включённые в режиме AC, могут фиксировать лишь большие значения этого параметра с высокой степенью погрешности. При необходимости снятия небольших по величине показаний желательно иметь милливольтметр переменного тока, позволяющий производить измерения с точностью до милливольта.

Для того чтобы изготовить цифровой вольтметр своими руками, нужен определённый опыт работы с электронными компонентами, а также умение хорошо управляться с электрическим паяльником. Лишь в этом случае можно быть уверенным в успехе сборочных операций, осуществляемых самостоятельно в домашних условиях.

Вольтметр на основе микропроцессора

Выбор деталей

Перед тем, как сделать вольтметр, специалисты рекомендуют тщательно проработать все предлагаемые в различных источниках варианты. Основное требование при таком отборе – предельная простота схемы и возможность измерять переменные напряжения с точностью до 0,1 Вольта.

Анализ множества схемных решений показал, что для самостоятельного изготовления цифрового вольтметра целесообразнее всего воспользоваться программируемым микропроцессором типа РІС16F676. Тем, кто плохо знаком с техникой перепрограммирования этих чипов, желательно приобретать микросхему с уже готовой прошивкой под самодельный вольтметр.

Особое внимание при закупке деталей следует уделить выбору подходящего индикаторного элемента на светодиодных сегментах (вариант типового стрелочного амперметра в этом случае полностью исключён). При этом предпочтение следует отдать прибору с общим катодом, поскольку число компонентов схемы в этом случае заметно сокращается..

Дополнительная информация. В качестве дискретных комплектующих изделий можно использовать обычные покупные радиоэлементы (резисторы, диоды и конденсаторы).

После приобретения всех необходимых деталей следует перейти к разводке схемы вольтметра (изготовлению его печатной платы).

Подготовка платы

Перед изготовлением печатной платы нужно внимательно изучить схему электронного измерителя, учтя все имеющиеся на ней компоненты и разместив их на удобном для распайки месте.

Важно! При наличии свободных средств можно заказать изготовление такой платы в специализированной мастерской. Качество её исполнения в этом случае будет, несомненно, выше.

После того, как плата готова, нужно «набить» её, то есть разместить на своих местах все электронные компоненты (включая микропроцессор), а затем запаять их низкотемпературным припоем. Тугоплавкие составы в этой ситуации не подойдут, поскольку для их разогрева потребуются высокие температуры. Так как в собираемом устройстве все элементы миниатюрные, то их перегрев крайне нежелателен.

Блок питания (БП)

Для того чтобы будущий вольтметр нормально функционировал, ему потребуется отдельный или встроенный блок питания постоянного тока. Этот модуль собирается по классической схеме и рассчитан на выходное напряжение 5 Вольт. Что касается токовой составляющей этого устройства, определяющей его расчетную мощность, то для питания вольтметра вполне достаточно половины ампера.

Исходя из этих данных, подготавливаем сами (или отдаём для изготовления в специализированную мастерскую) печатную плату под БП.

Обратите внимание! Рациональнее будет сразу подготовить обе платы (для самого вольтметра и для блока питания), не разнося эти процедуры по времени.

При самостоятельном изготовлении это позволит за один раз выполнять сразу несколько однотипных операций, а именно:

Вырезка из листов стеклотекстолита нужных по размеру заготовок и их зачистка;
Изготовление фотошаблона для каждой из них с его последующим нанесением;
Травление этих плат в растворе хлористого железа;
Набивка их радиодеталями;
Пайка всех размещённых компонентов.

В случае, когда платы отправляются для изготовления на фирменном оборудовании, их одновременная подготовка также позволит выгадать как по цене, так и по времени.

Сборка и настройка

При сборке вольтметра важно следить за правильностью установки самого микропроцессора (он должен быть уже запрограммирован). Для этого необходимо найти на корпусе маркировку его первой ножки и в соответствии с ней зафиксировать корпус изделия в посадочных отверстиях.

Важно! Лишь после того, как есть полная уверенность в правильности установки самой ответственной детали, можно переходить к её запаиванию («посадке на припой»).

Иногда для установки микросхемы рекомендуется впаивать в плату специальную панельку под неё, существенно упрощающую все рабочие и настроечные процедуры. Однако такой вариант выгоден лишь в том случае, если используемая панелька имеет качественное исполнение и обеспечивает надёжный контакт с ножками микросхемы.

После запайки микропроцессора можно набить и сразу же посадить на припой все остальные элементы электронной схемы. В процессе пайки следует руководствоваться следующими правилами:

Обязательно использовать активный флюс, способствующий хорошему растеканию жидкого припоя по всей посадочной площадке;
Стараться не задерживать жало на одном месте слишком долго, что исключает перегрев монтируемой детали;
По завершении пайки следует обязательно промыть печатную плату спиртом или любым другим растворителем.

В том случае, если при сборке платы не допущено никаких ошибок, схема должна заработать сразу после подключения к ней питания от внешнего источника стабилизированного напряжения 5 Вольт.

В заключение отметим, что собственный блок питания может быть подключен к готовому вольтметру по завершении его настройки и проверки, производимой по стандартной методике.

Видео

При проектировании цифровых вольтметров или мультиметров большинство радиолюбителей операются либо на аналого-цифровые преобразователи серии К572ПВ, либо прибор строят по схеме частотомера с аналогоцифровым преобразователем "напряжение-частота" или "напряжение-период". Но есть другой способ - непосредственного измерения. Его сущность заключается в том, что счетчик прибора, работающий на индикацию, одновременно вырабатывает ступенчато-изменяющееся напряжение, которое поступает на один из входов компаратора, а на его другой вход поступает напряжение от измеряемой цепи.

В момент совпадения этих напряжений на выходе компаратора изменяется логический уровень, который, обычно останавливает счетчик в этом положении на некоторое время. Таким образом прибор работает как простой (медленный) частотомер, в течении некоторого времени происходит измерение напряжения (нарастание ступенчатого напряжения до уровня измеряемого), затем следует индикация, затем обнуление, и все сначала.

Используя микросхемы серии К176, а именно дешифраторы К176ИД2, имеющие на своих входах триггеры памяти можно построить вольтметр, показания которого будут столь же оперативно изменяться как и в приборах построенных на микросхемах К572ПВ2 или К572ПВ5.

Принципиальная схема трехразрядного вольтметра, измеряющего напряжение от нуля до 9,99В показана на рисунке 1. Основу прибора составляет трехразрядный счетчик на микросхемах D3-D5. На вход этого счетчика постоянно поступают импульсы частотой около 3 кГц от мультивибратора на элементах D1.1 и D1.2. Счетчик все время считает по кругу от нуля до 999, он не имеет никаких входов кроме информационного и не может устанавливаться в нуль какими-то внешними импульсами. На выходе счетчика кроме дешифраторов с семисегментными индикаторами включена резистивная матрица, состоящая из резисторов R5-R16.

Сопротивления резисторов соответствуют весовым значениям выходных кодов счетчика. Все резисторы имеют одну общую точку соединения. Именно в этой точке, во время работы счетчика получается ступенчато-нарастающее напряжение. Оно изменяется от нулевого уровня до уровня логической единицы с числом промежуточных ступеней 999. Затем резко падает до нуля, и снова постепенно нарастает до единицы.

Это напряжение поступает на прямой вход компаратора D2. Задача компаратора состоит в том, чтобы зарегистрировать момент совпадения этого напряжения с напряжением, поступающим с входного делителя (на самом деле не совпадения а минимального превышения, не более чем на одну ступень).

В этот момент на выходе компаратора устанавливается логическая единица. Она запускает одновибратор на элементах D1.3, D1.4, который вырабатывает короткий импульс. Этот импульс поступает на входы "X" дешифраторов D6-D8 и записывает в их триггеры тот код, который был в этот момент на выходах счетчика. Это число отображается индикатором до тех пор пока не поступит следующий импульс от одновибратора.

Таким образом счетчик все время ходит по кругу и синтезирует нарастающее напряжение, а на индикацию выводится только то значение, которое численно соответствует измеряемому напряжению.

Источник питания должен быть стабилизирован, поскольку он принимает непосредственное участие в формировании ступенчатого напряжения.

Номиналы резисторов R5-R16 рассчитаны и их сопротивления не соответствуют номинальному ряду, поэтому некоторые из них нужно набирать из двух-трех. Класс точности должен быть не менее 4%, от него в первую очередь зависит точность показаний прибора. Удобно взять обычные резисторы сопротивлением на 5-20% меньшего сопротивления чем на схеме, например, вместо R11 на 90 кОм берем на 82 кОм, а затем контролируя сопротивление точным омметром при помощи мелкой шкурки стачиваем резистивный слой с одной стороны корпуса резистора до получения нужного сопротивления.

Рисунок 2
Установив сопротивления указанные на схеме можно получить класс точности прибора 4-6%. Более высокую точность с серией К176 получить трудно. Если требуется более высокая точность напряжение на каждый резистор следует подавать через пару ключей микросхемы К561КТ3 (рисунок 2). В этом случае можно получить класс точности 0,1-0,5%, но это сильно усложняет схему.

Существенно повысить класс точности (1-2%) можно если счетчики К176ИЕ2 заменить на К561ИЕ14. К тому же нужно разделить цепи питания счетчиков с компаратором и светодиодных индикаторов, поскольку индикаторы потребляют большой ток и могут оказывать дестабилизирующее действие на формирователь ступенчатого напряжения. Калибруют прибор подбором номинала R3. Точно установить прибор на нуль можно включением резистора сопротивлением в несколько мегаом между выводом 4 и 11 компаратора.

Скорость работы прибора можно существенно увеличить если поднять частоту мультивибратора, например до 10-15 кГц, но в этом случае нужно соответствующим образом сократить длительность импульса, вырабатываемого одновибратором на элементах D1.3 и D1.4, таким образом, чтобы длительность вырабатываемого им импульса была меньше периода импульсов на выходе мультивибратора.

Верхний предел измерения можно установить подбором номинала R3, например, если нужно измерять 0..,99,9В его сопротивление должно быть около 1 Мом (окончательно подбирается при калибровке).