Представляем интересное устройство из серии МК Atmega8 + LCD от Nokia 3310. Это графический анализатор напряжения, выполненный на основе микроконтроллера ATMEGA8A и его внутреннего преобразователя. Это что-то вроде цифрового осциллографа, однако до полноценного осциллографа он не дотягивает, в основном из-за частотных ограничений преобразователя, а также самого контроллера. АтМега работает с внешним кварцем 16 МГц. Устройство должно было быть просто карманным диагностическим прибором. Оно служит в качестве осциллографа, но также может служить вольтметром с графической визуализацией формы напряжения.
Принципиальная схема на Atmega8
Вначале планировалось переключать делитель напряжения с коэффициентами 1/25, 1/12,5, 1/5 и 1/1, но не нашлось достаточно места в коде для автоматического переключения делителей, поэтому остался один – 1:12,5, и таким образом диапазон измерения составляет от 0 до 62 В. Использование одного делителя стоило потери разрешения измерения до ≈0,06 В. Из-за пределов частоты в 10 бит разрешение сэмплов показало правильную индикацию времени примерно до 2 кГц.
Функции анализатора
После запуска устройства на экране отображается заставка и сразу переходит в режим измерения, отображая форму сигнала напряжения. В нижней части экрана показана временная база (в мс на всю ширину), а амплитуда сигнала в V. Нет необходимости настраивать усиление в смысле высоты сигнала (Y), поскольку сигнал подстраивается под высоту экрана (максимальное значение из заданного значения). Измерение находится на самом пике, остальные значения пропорциональны.
Временная шкала изменяется с помощью правой и левой клавиш, а кнопка OK используется для остановки измерения и отображения стабилизированного сигнала на ЖК-дисплее. После повторного нажатия клавиши ОК устройство возвращается к динамической визуализации. Вы также можете нажать в режиме остановленного измерения правую или левую клавишу, после чего появится курсор, который можно установить с помощью этих клавиш. После нажатия OK появляется второй курсор, при установке второго курсора в нижней части экрана отображается время от одного курсора до следующего (для расчета времени импульса, времени нарастания / спада и так далее). Отмечая весь период между курсорами и нажимая ОК внизу, преобразованное значение времени появляется в частоте, а следующее нажатие клавиши OK вызывает возврат к динамической визуализации.
Конструкция прибора
Программа написана на языке C, Atmega в корпусе TQFP-32, плата выполнена с термопереносом, компоненты SMD спаяны вручную, аккумуляторная батарея 9 В стабилизирована на 5 В, потребляемый ток около 10 мА.
Этот дисплей имеет 6 строк по 84 байта, то есть разрешение составляет 48×84 пикселей. В качестве рабочего поля использовано поле пикселей 40X84, последняя строка 6X84 осталась для отображения значения. Ширина 84 пикселя означает, что 84 сэмпла достаточно для отображения формы сигнала на ЖК-дисплее. Сэмплы записываются в массив в цикле который ничего не делает, кроме как сохраняет на максимальной частоте, какой преобразователь будет перетаскивать сэмплы в массив. После заполнения массива программа всплывает в цикле рисования пикселей, значение Х является следующим адресом одномерного массива, в котором хранятся выборки, адрес У равен 39 измеренному значению, умноженному на 10 и на коэффициент вертикальной шкалы.
Испытания вольтметра
Проверка совместно с регулируемым источником питания показала небольшое отклонение измеренного значения от фактического.
- 1,00 В – +0,05 В
- 5,00 В – +0,12 В
- 9,00 В – +0,22 В
- 30,00 В – +1,3 В
Следовательно, погрешность измерения находится в пределах 5% – это допуск резистора, используемого для изготовления прибора, так что при желании точность можно заметно повысить.
В качестве дальнейших модернизаций можно добавить переключатель AC / DC, как в обычных осциллографах. В режиме переменного тока использовать входную часть как от второй схемы.
Принципиальная схема на Atmega32
Второй прибор несколько более совершенный за счёт применения более мощного микроконтроллера, но соответственно усложняется конструкция и растет ток потребления. Файлы проекта в общем архиве.
