Трехканальный USB вольтметр на PIC12F683

Измерительные приборы — незаменимое оборудование в мастерской каждого электронщика. Однако они часто занимают значительную часть рабочего стола, уменьшая доступное пространство. Чтобы сэкономить место, можно использовать виртуальный прибор. Поскольку компьютер — незаменимый инструмент, мы будем использовать его в качестве измерительного прибора. Вольтметр, представленный в этой статье, позволит заменить традиционный измерительный прибор виртуальным. Рекомендации: Этот прибор будет полезен каждому электронщику и станет интересной основой для ваших собственных разработок.

Представленный в этой статье вольтметр позволит вам заменить традиционный измеритель виртуальным измерительным прибором. Вольтметр имеет три измерительных канала и позволяет одновременно отображать напряжение с каждого канала. Базовая конфигурация измеряет входное напряжение в диапазоне 0...2,5 В. Однако, этот диапазон можно расширить, используя делители входного напряжения. Вместо отображения напряжения можно отображать и другие величины. Важно, что они преобразуются в напряжение в диапазоне 0...2,5 В. Программное обеспечение, используемое для отображения результатов измерений, позволяет свободно настраивать способ отображения данных, выбирать подходящий делитель и отображать в соответствующих единицах. Эта конфигурация также позволяет калибровать прибор. Каждый канал оснащён кнопкой "Hold" для остановки обновления показаний.

Конструкция

На рисунке 1 представлена электрическая схема вольтметра. Всю систему можно разделить на два функциональных блока: преобразователь USB/RS232 и измерительный блок.

Рисунок 1. Принципиальная схема вольтметра.

Первый блок использует специализированную микросхему преобразователя FT232RL, USB в RS232. Это упрощает конструкцию, реализуя весь процесс связи с компьютером через интерфейс USB. Линии TX и RX передают последовательные сигналы, соответствующие стандарту UART, что обеспечивает двунаправленный обмен данными с компьютером. Параметры передачи следующие: 9600, n, 1. Сигнал TX поступает на вход GP3 микроконтроллера (U2). Схема сконфигурирована таким образом, что при включении питания сигнал сброса генерируется внутренним модулем. Это позволяет настроить внешний вход сброса (GP3) как цифровой вход. Данные передаются в компьютер (RX) по линии GP2. Микроконтроллер не имеет аппаратного драйвера UART, поэтому последовательная передача данных реализована программно. Тактовый сигнал, необходимый для работы микроконтроллера, формируется внутренним RC-генератором.

В измерительном блоке измерения напряжения выполняются внутренним 10-разрядным АЦП микроконтроллера. Для корректной работы преобразователя необходим стабильный источник опорного напряжения. Поскольку напряжение питания от порта USB недостаточно стабильно, был использован дополнительный источник на базе микросхемы LM385-2.5. Опорное напряжение подается на порт GP1, который служит входом опорного напряжения для АЦП. Это напряжение равно 2,5 В, поэтому диапазон измерения преобразователя составляет 0...2,5 В. Для ограничения влияния помех на результат измерения на каждом входе используется RC фильтр низких частот. Кроме того, помехи фильтруются программным обеспечением. Измерения проводятся примерно каждые 300 мс и передаются на компьютер. Вся схема питается от напряжения, подаваемого из порта USB.

Сборка

Вид платы с расположением компонентов показан на рисунке 2. Схема содержит небольшое количество компонентов, но в основном это SMD-компоненты, поэтому требуется высокая точность.

Рисунок 2. Макет печатной платы вольтметра.

Сборку следует начинать с пайки микросхем U1 и U2. На втором этапе монтируются остальные SMD-компоненты. Разъёмы CON1...CON3 следует припаивать в последнюю очередь. Измеряемые напряжения следует подавать на разъёмы CON2 и CON3. Важно следить за тем, чтобы подаваемое напряжение не превышало 5 В, так как это может привести к повреждению микроконтроллера.

После правильной сборки можно приступать к запуску системы. Для этого скачайте драйверы для FT232RL с сайта производителя по адресу http://www.ftdichip.com/Drivers/VCP.htm и распакуйте их в любой каталог.

После подключения регистратора к компьютеру Windows распознает новое устройство и начнёт процесс установки драйверов. Затем выберите «Ручная установка» и укажите каталог с ранее загруженными драйверами. После установки устройства появится новый последовательный COM-порт с соответствующим номером. Этот порт обеспечивает связь между управляющим программным обеспечением и аппаратным компонентом счётчика. После установки виртуального порта программное обеспечение может быть запущено на компьютере.

Для работы программы необходимо установить библиотеки .NET Framework. Окно программы показано на рисунке 3. Для установления соединения с аппаратным компонентом выберите соответствующий порт и нажмите кнопку «Пуск». На дисплеях отобразятся показания напряжения со всех измерительных входов.

Рисунок 3. Вид приложения.

По умолчанию программа отображает значения напряжения в диапазоне 0...2,50 В с разрешением 0,01 В. Можно настроить как описание отображаемого параметра, так и множитель. Любые изменения возможны только при неактивном соединении. Двойной щелчок по описанию параметра активирует опцию редактирования. После изменения, повторный двойной щелчок сохранит изменения.

Изменение множителя производится аналогично. Двойной щелчок по дисплею заставит его загореться оранжевым цветом, и будет отображен текущий множитель. Введите соответствующее значение с клавиатуры и подтвердите его двойным щелчком мыши в поле отображения. В таблице 1 приведены примеры диапазонов отображаемых параметров в зависимости от выбранного множителя.

Таблица 1

Все параметры сохраняются в файле «miernik.ini», который программа автоматически создает в каталоге, где она находится. Изменённые параметры затем восстанавливаются при каждом запуске программы.