ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6381| Title: | Цифровий тестер радіоелементів |
| Authors: | Чичужко, Марина Володимирівна Вашурін, Назар Олексійович |
| Issue Date: | Jun-2024 |
| Abstract: | Кваліфікаційна робота бакалавра складається із вступу, трьох розділів, висновків та списку використаних джерел. В даній кваліфікаційній роботі бакалавра розроблено тестер радіоелементів на мікроконтролері ATMega. Цей прилад дуже корисний для радіоаматора будь-якої кваліфікації. Він дозволяє автоматично розпізнати тип радіодеталі, визначити, де у неї який вивід і виміряти її основні параметри. Точність вимірювань невисока в порівнянні зі спеціалізованими приладами. Також розроблено структурну та електричну принципову схему приладу. Принцип роботи приладу полягає в алгоритмі перебору варіантів перемикання виходів, підключених до матриці прецизійних резисторів і вимірюванні отриманих напруг, на основі яких і робиться програмно висновок про тип радіоелемента та визначаються його основні параметри. Інформація виводиться на стандартний рідкокристалічний дисплей на шістнадцять знаків в два рядки типу WH1602B-YYH-CTK. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6381 |
| Appears in Collections: | 174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Б_174_2024_Вашурін.pdf Restricted Access | 1.5 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ Пояснювальна записка до кваліфікаційної роботи освітнього ступеня «бакалавр» на тему: ЦИФРОВИЙ ТЕСТЕР РАДІОЕЛЕМЕНТІВ Виконав: здобувач вищої освіти 2 курсу, групи АКІТС-2299 спеціальності 151 Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології Назар ВАШУРІН (ім'я та ПРІЗВИЩЕ) Керівник Марина ЧИЧУЖКО (ім'я та ПРІЗВИЩЕ) Рецензент Людмила ПОНОМАР (ім'я та ПРІЗВИЩЕ) Черкаси 2024 року ЗМІСТ СПИСОК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ .......................................... 3 ВСТУП .......................................................................................................................... 4 1 ІНФОРМАЦІЙНИЙ ПОШУК ТА АНАЛІЗ АНАЛОГІЧНИХ ПРИСТРОЇВ ..... 6 1.1. ТЕСТУВАННЯ РАДІОЕЛЕМЕНТІВ .................................................................... 6 1.2. ОГЛЯД ТА АНАЛІЗ АНАЛОГІЧНИХ ПРИСТРОЇВ ............................................ 15 2 ВИБІР ТА ОБҐРУНТУВАННЯ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ .................................. 26 2.1. ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ ................................................ 26 3. РОЗРОБКА ТА РОЗРАХУНОК СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ 30 3.1 ВИБІР МІКРОКОНТРОЛЕРА ............................................................................ 30 3.2. ПІДКЛЮЧЕННЯ ЖИВЛЕННЯ ДО МІКРОКОНТРОЛЕРА ТА ВИБІР ТАКТОВОГО ГЕНЕРАТОРА ................................................................................................... 37 3.5. ПІДКЛЮЧЕННЯ ІНТЕРФЕЙСУ SPI ............................................................... 47 3.6. ВИБІР ТА ПІДКЛЮЧЕННЯ ДИСПЛЕЯ ............................................................ 48 ВИСНОВКИ ............................................................................................................... 57 СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРА ............................................................ 59 ЧДТУ.242257.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Розроб. Вашурін Літ. Лист. Листів Перевір. Чичужко Цифровий тестер 2 Реценз. радіоелементів Пояснювальна записка Н. Контр. ЧДТУ, АКІТС-2299 Затверд. Лукашенко В.М. СПИСОК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ МК – Мікроконтролер DMM –– Цифровий мультиметр ПЗУ– Постійний запам'ятовуючий пристрій ОЗУ–– оперативна пам’ять комп’юткра RAM - Random Access Memory BMP – Bitmap Picture CASIA – Chinese Academy of Sciences QR – Quick Response code АС – Автоматизована система БД – База даних БІ – Біометрична ідентифікація ЛФ – Людський фактор ПЗ – Програмне забезпечення; Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 3 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата ВСТУП Пристрої на мікроконтролерах в даний час застосовуються практично у всіх сферах сучасної людини і оточуючих його пристроях. Простота використання і широкі функціональні можливості програмування мікроконтролера дозволяє вирішувати практично всі завдання, пов'язані з радіотехнічними приладами. Мікроконтролер – це мікросхема, призначена для управління електронними пристроями. Типовий мікроконтролер поєднує на одному кристалі функції процесора і периферійних пристроїв, містить ОЗУ і (або) ПЗУ. По суті, це однокристальний комп'ютер, здатний виконувати досить прості завдання. Будь-кому, хто працює з електронікою, потрібно тестер радіоелектронних компонентів. У більшості випадків можливо скористуватися цифровим мультиметром. Ним можна перевірити з достатньою точністю такі електронні компоненти, як діоди, біполярні транзистори, конденсатори, резистори та ін. Але, серед радіодеталей є і такі, перевірити які рядовим мультиметром складно, а часом і неможливо. До таких можна віднести польові транзистори (як MOSFET, так і J-FET). Також, звичайний мультиметр не завжди має функцію виміру ємності конденсаторів, в тому числі і електролітичних. І навіть якщо така функція є, то прилад, як правило, не вимірює ще один дуже важливий параметр електролітичних конденсаторів - еквівалентний послідовний опір (ESR). Традиційний підхід вимірювання всіх параметрів радіоелементів за допомогою звичайного мультиметра складний і трудомісткий, так як кожен радіоелемент має свої особливості. Елемент може бути N-P-N, P N P, N або P- канальним MOSFET транзисторів і т.д. Тому ідея, при розробці тестера радіоелементів полягала в тому, щоб перекласти ручну роботу на AVR мікроконтролер. Метою даної кваліфікаційної роботи бакалавра є розробка тестера радіоелементів на AVR мікроконтролері, який швидко дозволяє визначити Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 4 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата параметри біполярного або польового транзистора, тиристора, симистора, діода, діодної збірки, опір резистора, ємність та ESR конденсатора та інші параметри, з подальшим виведенням цих параметрів на рідкокристалічний дисплей. Тобто, можна тестувати все, що має від 2 до 3 ніжок. Даний тестер повинен з високою точністю визначати номери і типи виводів транзистора, тиристора, діода і тому подібне. Даний пристрій будується на мікроконтролері з застосуванням сучасної елементної бази і буде корисним, як для електронщика професіонала, так і для радіоаматора. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 5 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 1 ІНФОРМАЦІЙНИЙ ПОШУК ТА АНАЛІЗ АНАЛОГІЧНИХ ПРИСТРОЇВ 1.1. Тестування радіоелементів Для тестування радіоелементів використовуються різноманітні прилади та інструменти, залежно від типу радіоелемента та параметрів, які потрібно виміряти. Ось основні види пристроїв для тестування радіоелементів, представлені в таблиці 1.1. Таблиця 1.1 – Основні види пристроїв для тестування радіоелементів № Основні види пристроїв Примітки • Цифрові мультиметри (DMM): Застосовуються для вимірювання напруги, струму, опору, ємності, частоти та перевірки діодів і 1 Мультиметри транзисторів. • Аналогові мультиметри: Використовуються рідше, але іноді зручні для спостереження за швидкими змінами параметрів. • Цифрові осцилографи (DSO): Дозволяють спостерігати форми сигналів у реальному часі, аналізувати частоту, амплітуду, фазу та інші 2 Осцилографи характеристики сигналів. • Аналогові осцилографи: Використовуються для аналогічних завдань, але мають дещо менші можливості щодо збереження і аналізу сигналів. Логічні Використовуються для тестування цифрових 3 аналізатори схем, дозволяють спостерігати та аналізувати логічні рівні сигналів у цифрових пристроях. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 6 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата • Тестери транзисторів: Призначені для перевірки різних типів транзисторів, включаючи біполярні, польові та інші. • Тестери діодів: Використовуються для Тестери перевірки випрямляючих діодів, світлодіодів та 4 компонентів інших напівпровідникових діодів. • Тестери ємності: Призначені для вимірювання ємності конденсаторів. • Індуктивні тестери: Використовуються для вимірювання індуктивності котушок та дроселів. Спектрум Використовуються для аналізу частотного 5 аналізатори спектру сигналів, виявлення гармонік, шуму та інших характеристик радіочастотних сигналів. • Генератори функцій: Використовуються для створення різних типів сигналів (синусоїдальні, прямокутні, трикутні і т.д.) для тестування реакції 6 Генератори схем на ці сигнали. сигналів • Генератори імпульсів: Створюють імпульсні сигнали для тестування цифрових схем та пристроїв. Призначені для вимірювання опору (R), 7 RLC-метри індуктивності (L) та ємності (C) електронних компонентів. 8 Вимірювальні Використовуються для точного вимірювання мостові схеми електричних параметрів (особливо опору) через балансування мостової схеми. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 7 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Кожен з цих приладів має своє призначення та обирається залежно від конкретного завдання тестування. При виборі пристрою варто враховувати не тільки його функціональні можливості, але й точність, діапазон вимірювань та інші технічні характеристики. При ремонті будь-якого електронного виробу доводиться стикатися з перевіркою радіоелементів. При уявній простоті цей процес має свої особливості. Виникають питання, що стосуються тестування і тоді, коли радіоаматор вирішує замінити старенький тестер на новий, з цифровою індикацією, коли з'являються нові типи напівпровідникових приладів, таких як цифрові транзистори, і т.д. Мультиметр (від англ. Multimeter) або тестер (від англ. Test – випробування) - це комбінований електровимірювальний прилад, що поєднує в собі декілька функцій. У мінімальному наборі включає функції вольтметра, амперметра і омметра. Існують цифрові і аналогові мультиметри [1]. Розглянемо найбільш поширені тестери. 1.1.1. Аналоговий тестер Стрілочні тестери типу 4353, 43101 та інші свого часу були широко поширені [2]. Прилади мали вбудований захист і дозволяли проводити вимірювання різних електричних параметрів, проте відрізнялися громіздкістю, а при вимірюванні ємності конденсаторів були прив'язані до мережі. В якості прикладу розглянемо комбінований електровимірювальні аналоговий прилад 43101, зовнішній вигляд якого зображено на рисунку 1.1. Рисунок 1.1 – Комбінований електровимірювальні аналоговий прилад 43101 Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 8 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Прилад використовується для вимірювання: - Сили та напруги постійного струму; - Середньоквадратичного значення сили і напруги змінного струму синусоїдальної форми; - Опору постійному струму; - Електричної ємності; - Абсолютного рівня сигналу за напругою змінного струму в електричних колах об'єктів виміру, працездатний стан яких не порушується при взаємодії з приладом чи виходом нормованих характеристик приладу за межі встановлені технічними умовами. Технічні характеристики комбінованого електровимірювального аналогового приладу 43101: - Клас точності - 1,5, 2,5; -Діапазони вимірювань приладу: - Постійного струму - Iпост - 0,05мА-10000мА; - Змінного струму - Iзм - 0,05мА-10000мА; - Постійної напруги - Uпост - 0,0750В-1000В; - Змінної напруги - Uзм - 0,0750В-1000В; - Опору - R - 0,2 кОм-10000 кОм; - Рівень сигналу за напругою приладу - від-10дБ до +10дБ; - Частотний діапазон - 45Гц-10000Гц; - Живлення приладу - автономне, 3х1,5В; - Габарити - 215х115х87мм; - Маса приладу - 0,95кг; - Температура навколишнього повітря - від -10ºС до +40ºС; Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 9 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 1.1.2. Універсальний цифровий мультиметр Розглянемо один з найбільш розповсюджених цифрових тестерів - універсальний цифровий мультиметр DT832 (рис.1.2) [3]. Простий, надійний і доступний людям, які цікавляться радіотехнікою. Одне з головних достоїнств цього мультиметра - дійсно низька і доступна ціна. Крім того, він володіє всіма необхідними для цього роду пристроїв вимірювальними функціями. Це вимір постійної і змінної напруги від 200 мВ до 500 В. Діапазон вимірювання змінного струму починається від 200 мВ, чого буде достатньо для перевірки напруги в домашній мережі. DT832 вимірює постійний струм до 5А, має відповідний захист від ураження струмом більшої сили. Мультиметром можна виміряти опір до 2000 кОм, чого буде цілком достатньо для простих радіотехнічних задач. І ще прилад має функцію діодного тесту, перевірки транзисторів і прозвона кола. Рисунок 1.2 – універсальний цифровий мультиметр DT832 Технічні характеристики • Постійна напруга: до 1000 В • Змінна напруга: до 500 В Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 10 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата • Постійний струм: до 5 А • Опір: до 2 МОм • Функція: звукова прозвонка електричного кола • Функція: діодний тест • Функція: вимірювання коефіцієнта передачі транзистора (hFE) • Генератор прямокутних імпульсів • Живлення: 9 В батарея тип Крона / 6F22 • Габарити: 12.5 х 6.5 х 2.8 см • Вага пристрою: 180 г • Сертифікат безпеки: IEC-1010 категорії II 1.1.3. Особливості тестування радіоелементів Тестувати радіоелементи можливо, як за допомогою аналогових мультиметрів так і цифрових [1,2]. Розглянемо особливості перевірки, як пасивних так і активних радіоелементів. Тестування кондесаторів при використанні мультиметров, що мають режим перевірки конденсаторів, проблем не викликає. Якщо ж мультиметр такого режиму не має, то для перевірки використовується омметр (тільки при використанні аналогових мультиметрів). Він дозволяє визначити пробій або витік конденсатора. До омметру, включеному на верхній межі вимірювання, підключають конденсатор. Про пробій свідчить низький (кілька Ом) опір конденсатора. Якщо конденсатор справний, то стрілка мультиметра спочатку відхилиться (якщо ємність конденсатора приблизно 0,47 мкФ і більше), а потім повернеться на нульову позначку. Величина і час відхилення стрілки залежить від ємності конденсатора за принципом: чим більше, тим більше. При перевірці електролітичних конденсаторів слід дотримуватись полярності підключення мультиметра. Якщо ж стрілка відхилилася на якусь величину і мультиметр показує якийсь опір, то це говорить про витік конденсатора. Цифрові мультиметри такі вимірювання проводити не дозволяють. Цей спосіб перевірки не забезпечує 100%-ї гарантії. Головним критерієм роботи конденсатора є Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 11 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата виконання ним своїх функцій в працюючій схемі. Отримані в результати такої перевірки можуть говорити про справність конденсатора, однак він може бути несправний і працювати в схемі не буде. Говорячи про перевірку конденсаторів, слід згадати про їх так званий еквівалентний послідовний опір (ESR), який впливає на роботу конденсатора з плином часу не в кращу сторону. За відповідної номінальної ємності іноді виявляється, що ESR зросла, а це призводить до того, що схема або не працює, або працює неправильно. При тестуванні напівпровідникових діодів за допомогою аналогового мультиметра слід використовувати нижні межі вимірювань. При перевірці справного діода опір в прямому напрямку складе кілька сотень Ом, в зворотному напрямку - нескінченно великий опір. При несправності діода мультиметр покаже в обох напрямах опір близький до 0 або розрив при пробої діода. Опір переходів в прямому і зворотному напрямках для германієвих і кремнієвих діодів різний. Перевірка діодів за допомогою цифрового мультиметра виконується в режимі їх тестування. При цьому, якщо діод справний, на дисплеї відображається напруга на р- n переході при вимірюванні в прямому напрямку або розрив при вимірюванні в зворотному напрямку. Величина прямої напруги на переході для кремнієвих діодів становить 0,5 ... 0,8 В, для германієвих - 0,2 ... 0,4 В. При перевірці діода за допомогою цифрового мультиметра в режимі вимірювання опору при перевірці справного діода зазвичай спостерігається розрив як в прямому, так і в зворотному напрямку через те, що напруга на клемах мультиметра недостатня для того, щоб перехід відкрився. Тестування транзисторів загалом аналогічно тестуванню діодів, так як структуру транзистора p-n-р або n-р-n можна при перевірці уявити як два діода з'єднаних разом. При тестуванні цифровим мультиметром пряма напруга на переході справного транзистора складе 0,45 ... 0,9 В. Додатково слід перевіряти опір (падіння напруги) між колектором і емітером, який для справного Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 12 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата транзистора має бути дуже великим, за винятком описаних нижче особливостей. Однак є свої особливості і при перевірці транзисторів. Однією з особливостей є наявність у деяких типів потужних транзисторів вбудованого демпферного діода, який включений між колектором і емітером, а також резистора номіналом близько 50 Ом між базою і емітером. Це характерно в першу чергу для транзисторів вихідних каскадів рядкової розгортки. Через ці додаткових елементів порушується звичайна картина тестування транзисторів. При перевірці таких транзисторів слід порівнювати перевіряються параметри з такими ж параметрами справного однотипного транзистора. При перевірці мультиметром транзисторів з резистором в ланцюзі база-емітер напруга на переході Б-Е буде близькою або рівною 0 В. Іншими "особливими" транзисторами є транзистори, включені за схемою Дарлінгтона (складові транзистори). Зовні вони виглядають як звичайні, але в одному корпусі є два транзистора. Від звичайних їх відрізняє дуже високий коефіцієнт підсилення - більше 1000. Тестування таких транзисторів особливостями не відрізняється, за винятком того, що пряма напруга переходу Б-Е становить 1,2 ... 1,4 В. Слід зазначити, що деякі типи цифрових мультиметрів в режимі тестування мають на клемах напругу меншу 1,2 В, що недостатньо для відкривання р- n переходу, і в цьому випадку спостерігається розрив. Іншими незвичайними транзисторами є цифрові транзистори (транзистори з внутрішніми ланцюгами зсуву). Номінали резисторів можуть становити або 10 кОм, або 22 кОм, або 47 кОм. При визначенні структури транзистора, тип якого невідомий, слід шляхом перебору (шість варіантів) визначити вивід бази, а потім виміряти пряму напругу на переходах. Пряма напруга на переході Б-Е завжди на кілька мілівольт вище прямої напруги на переході Б-К (при користуванні аналоговим мультиметром опір переходу Б-Е в прямому напрямку трохи вище опору переходу Б-К). Це пов'язано з технологією виробництва транзисторів, і застосовується до звичайних біполярним транзисторам, за винятком деяких Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 13 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата типів потужних транзисторів, що мають вбудований демпферний діод. Полярність щупа мультиметра, підключеного при вимірюванні на переходах в прямому напрямку до бази транзистора вкаже на тип транзистора: якщо це "+" - транзистор структури n-р-n, якщо "-" - структури р-n-р. Діністори, тиристори, сімістори є напівпровідниковими приборами чотиришаровій структури р-n-p-n. Тиристор має три виводи: анод (А), катод (К) і керуючий електрод (КЕ). Напруга, прикладена до р-n переходу одного з транзисторів, забезпечує відмикання тиристора. За допомогою мультиметра динистор можна перевірити тільки на пробій між виводами А і К (при справному тиристори ділянка А-К не прозвонюється), а тиристор і симистор, крім того, і на справність р-n переходу між КЕ і К. Існує кілька різних способів тестування польових МОП-транзисторів: • Перевірити опір між затвором - витоком (3-В) і затвором - стоком (3-С). Опір повинен бути нескінченно великим. • З'єднати затвор з витоком. У цьому випадку перехід витік - стік (В-С) повинен прозвонюватися як діод (виняток для МОП-транзисторів, що мають вбудований захист від пробою - стабілітрон з певною напругою пробою). Іншим способом є використання двох омметрів. Перший включається для вимірювання між В-С, другий - між В-3. Другий омметр повинен мати високий вхідний опір - близько 20 МОм і напругу на виводах не менше 5 В. При підключенні другого омметра в прямій полярності транзистор. відкриється (перший омметр покаже опір близький до нуля), при зміні полярності на протилежну транзистор закриється. Недолік цього способу - вимоги до напруги на виводах другого омметра. Природно, цифровий мультиметр для цих цілей не підходить. Це обмежує застосування такого способу тестування. Ще один спосіб схожий на другий. Спочатку короткочасно з'єднують між собою виводи 3-В для того, щоб зняти наявний на затворі заряд. Далі до виводів В-С підключають омметр. Беруть батарейку напругою 9 В і коротко тимчасово підключають її плюсом до затвору, а мінусом - до витоку. Транзистор Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 14 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата відкриється і буде відкритий деякий час після відключення батарейки за рахунок збереження заряду. Більшість польових МОП-транзисторів відкривається при напрузі 3-В близько 2 В. При тестуванні польових МОП-транзисторів слід дотримуватися особливої обережності, щоб не вивести його з ладу статичною електрикою. Як видно, що використовувати мультиметери для перевірки радіоелементів не завжди зручно и можливо отримати невірний результат, тому існують і радіоаматорські рішення, які дозволяють позбутися вказаних вище недоліків, розглянемо деякі з них. 1.2. Огляд та аналіз аналогічних пристроїв Хто займається ремонтом або просто радіоаматори знають, як часто доводиться перевіряти напівпровідники на цілісність p-n-переходів. Зазвичай проблем це не викликає. Включаємо тестер, встановлюємо його в потрібний режим роботи, утримуючи пальцями і щупи, і перевіряється транзистор, підключаємо "+" на базу, "-" на колектор, зчитуємо свідчення, потім "-" на емітер, знову дивимося на тестер, після все навпаки. Транзистор за час перевірки пару раз вислизне з рук. Можна спробувати покласти його на стіл і там "мацати" або замість щупів спробувати використовувати "крокодили" (треба примудритися не замкнута ними між собою висновки транзистора) - все це нітрохи не краще першого варіанту. Сюди ж можна віднести безліч прозвонок інших елементів, як запобіжники, низькоомні резистори, акустичні випромінювачі і т. п. Вирішення проблеми: простий, зручний пробник, схема якого зображена на рисунку 1.3 [4] Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 15 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Рисунок 1.3 – Схема найпростішого пробника напівпровідникових елементів Підключенням до контактів у вигляді двох пластин перевіряється діод або перехід транзистора. Залежно від напрямку переходу світиться один з світлодіодів. Світяться обидва - перехід пробитий, не світиться жоден - обрив. Таким чином, діод перевіряється одним дотиком виводів до контактів пробника, транзистор - двома - трьома (доцільно перевірити ще відсутність замикання між колектором і емітером). Міняємо джерело живлення на автономне: а) б) Рисунок 1.4 – Варіанти схем пробників напівпровідникових елементів з автономним живленням Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 16 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Основу схем (рис 1.4) становить генератор з частотою кілька десятків Гц з парафазним виходом. Кожна з наведених на рисунку 1.4 схем має свої недоліки і переваги для використання їх в якості пробника. У першій - низький вихідний струм при напрузі живлення 3 В. Це може бути вирішене застосуванням над яскравих (малоспоживаючих) світлодіодів. Однак, навіть в цьому випадку, при прозвонці, наприклад, світлодіодів, загальне падіння напруги в ланцюзі буде занадто великим і струм через світлодіоди наблизиться до нуля. Збільшення напруги живлення різко підвищує споживаний генератором струм. Друга схема має досить великий вихідний струм, але струм споживання в черговому режимі доходить до 60 мкА, що потребує застосування вимикача живлення. А це додаткові незручності. За рахунок ускладнення отримуємо схему з необхідними параметрами [5] (рис 1.5): Рисунок 1.5 – Схема тестера радіоелементів Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 17 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата На елементах DD1.1, DD1.2 побудований генератор. DD1.3 і DD1.4 використані в якості інвертора з підвищеною здатністю навантаження. Транзистори VT1, VT2 при замиканні XP1 і XS3 відкриваються по черзі, відповідно світяться HL1 і HL2 в їх колекторних ланцюгах. Так як це відбувається з частотою в декілька десятків Гц, світіння їх здається безперервним. Якщо до вказаних контактів підключити діод VDx, наприклад, в тій полярності, як зображено на схемі, буде світитися тільки HL2. XS2 використовується для визначення полярності напруги джерел з рівнем від 1 до десятків В. При подачі на XP1 позитивної напруги щодо XS2 світиться HL1, негативної - HL2, змінної - обидва світлодіода. XS1 використовується для перевірки конденсаторів від доль до декількох сотень мкФ. При підключенні Cx як зазначено на схемі світиться HL1, після зарядки конденсатора (справного) він гасне. Резистор R1 спільно з R4 визначає вхідний опір пробника, що дозволяє змінювати його чутливість. При переміщенні движка резистора вліво за схемою (збільшенні опору): • збільшується чутливість до зворотних струмів і зменшується прямий струм при перевірці напівпровідників; • збільшується чутливість входу для визначення полярності; • збільшується час зарядки при перевірці конденсаторів. За моментом засвічування світлодіодів при обертанні движка R1 можна оцінити значення напруги або опір резистора, а відраховуючи час світіння HL1 при перевірці конденсаторів - оцінити їх ємність. Додатково пробник можна використовувати для: • для прозвонки ланцюгів з максимальним опором від 3 - 6 кОм до 30 - 50 кОм в різних положеннях движка R1 і для оцінки опору резисторів; • оцінки ємності конденсаторів за яскравістю світлодіодів при підключенні їх до XP1 і XS3. Діапазон - від декількох тисяч пФ до часткою мкФ при різних положеннях движка резистора R1; Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 18 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата • перевіряти на слух акустичні випромінювачі (динаміки, телефони і т. П.), Підключивши їх до XP1 і XS3; • перевіряти проходження сигналу в підсилювачах ЗЧ (і навіть ПЧ 455/465 кГц, т. я. гармоніки прямокутних імпульсів генератора пробника простягаються до сотень кГц). Використовуються також XP1 і XS3. Сигнал слід подавати через розділовий конденсатор 0,1 - 1 мкФ; • перевіряти роботу ІК пультів дистанційного керування. Для цього до XP1 і XS3 необхідно підключити фотодіод (ще краще фототранзистор). Пульт слід тримати на відстані кількох сантиметрів від фотодіода. В такт натискання кнопок справного пульта можна спостерігати мерехтіння одного з світлодіодів пробника (інший може світитися постійно). Останнім часом в радіоелектроніці широкого застосування знаходять пристрої на мікроконтролерах. Мікроконтролери дозволяють вирішувати різноманітні радіотехнічними завдання [6,7]. Розглянемо радіоаматорські схеми тестерів радіоелементів на мікроконтролері. Схема тестера радіоелементів на PIC мікроконтролері [8] зображена на рисунку 1.6. Основні можливості даного пристрою наступні: - вимірювання опору 0 - 300 Ом. - звуковий сигнал при опорі менше 20 Ом. - тест переходів напівпровідників. - вимірювання змінної синусоїдальної напруги до 500 В. - автоматичне перемикання режимів (Як наслідок, абсолютний захист від високої напруги на вході і можливість прозвонки ланцюгів прямо під напругою). - точність краще 5%. Основа пробника - дешевий мікроконтролер PIC12F675, що містить 10- розрядний АЦП і компаратор. Мікросхеми DD2 - DD4 - регістри зсуву, на них і на світлодіодних індикаторах із загальним анодом, зібрана індикація. Регістри застосовані для економії виводів мікроконтролера (для індикації Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 19 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата використовується всього два виводи), а за одно і для застосування статичного режиму індикації. DA2 - стабілізатор напруги 3.3V, який є також і джерелом опорної напруги для АЦП. Елементи VT2 і R9 - підсилювач для динаміка. Коло VD1, R1 - R3 - дільник каналу вимірювання напруги, який підключений до входу мікроконтролера AN0. Рисунок 1.6 – Пробник на PIC мікроконтролері Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 20 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Принцип вимірювання опору - класичний, в складі пробника є джерело стабільного струму, струм якого пропускається через випробувальне коло, на якому вимірюється падіння напруги вбудованим в мікроконтролер АЦП через порт AN1. Ця напруга буде прямо пропорційно вимірюваному опору. VD2, R2, R4 служать для захисту входу мікроконтролера при подачі високої напруги. Вузол генератора стабільного струму зібраний за класичною схемою на елементах R5 -R7, VD3 - VD5, VT1, C1, DA1. Але має деякі особливості. Так як генератор струму повинен витримувати напругу до 500V, максимальна амплітуда напівхвиль може досягати 350B, застосований високовольтний транзистор. На негативних напівхвилях вхідного сигналу генератор струму просто стабілізує струм, так як вхідна напруга фактично складається з напругою живлення генератора струму. Пікова потужність, що виділяється на VT1, при струмі стабілізації близько 6 мА, становить близько 2 Вт. Позитивні напівхвилі вхідної напруги відрізаються діодом VD3. R5 і VD5 - джерело опорної напруги генератора струму. VD4 захишає вихід DC-DC перетворювача від високої вхідної напруги. Для отримання необхідної полярності, живити генератор струму довелося від окремого джерела напруги - перетворювача постійної напруги (5V) в постійне (9V), такі перетворювачі використовуються в мережевих картах, що мають коаксіальний 50-омний вихід. Програма для мікроконтролера написана на мові програмування Сі. Більшу частину часу мікроконтролер знаходиться в очікуванні переривання від таймера. Приблизно 2 рази в секунду, перевіряється вхідна напруга, визначається режим роботи, обчислюється величина і оновлюється індикація. Якщо вхідна напруга на AN0 менш 10V - режим роботи – вимір опору, якщо більш - вимірюємо напругу. Для спрощення вхідних ланцюгів було вирішено відмовитися від випрямляча, а вимірювати змінну напругу, шляхом вибірки під час дії позитивної напівхвилі вхідного сигналу. Для цього по входу AN1 за допомогою компаратора мікроконтролер визначає початок позитивної напівхвилі сигналу, потім відраховує 3 мс, і проводить вимірювання. Вимірювання проводитися не Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 21 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата в піку напівхвилі, тому що, як показує досвід, можливі спотворення вимірюваного сигналу, як правило, проявляється у вигляді спотворення форми саме вершини синусоїди, що призводить до більш значних похибок вимірювання. Вимірювання падіння напруги в режимі вимірювання опору відбувається по входу AN1. Після цього величини з АЦП масштабуються, переводяться в символьний вид, в них гасяться не значущі нулі, (або виводиться знак "обр", коли щупи просто розімкнуті) і виводяться на індикатор. Також в режимі вимірювання опору підсвічується верхній сегмент наймолодшого розряду індикатора HL1/2. На вихід GP2, мікроконтролер виводить в послідовному вигляді семисегментного зображення цифри і символи, тактуя кожен біт позитивним перепадом на виході GP4. Налаштування зводитися до встановлення правильних показань опору - резистором R7, і напруги - R3. Споживаний пробником струм - близько 100 мА, і основним споживачем є індикатор. В якості елемента живлення може використовується акумулятор від телефону. Але можливо використовувати і 4 окремих Ni-Cd або Ni-Mh акумулятора. При налаштуванні і експлуатації слід пам'ятати, що пробник не має гальванічної розв'язки з мережею і його ланцюги можуть перебувати під напругою небезпечною для життя. Також при виготовленні корпусу слід передбачити відсутність зовні металевих деталей, що мають електричний контакт з компонентами пробника. Розглянемо ще один тестер напівпровідникових елементів на мікроконтролері [9]. Тестер, схема якого зображена на рисунку 1.7, з високою точністю визначає типи виводів і типи транзисторів, тиристорів, діодів, також визначає основні параметри резисторів і конденсаторів. Особливо зручний при визначенні smd компонентів. Типи тестованих деталей: (Ім'я елемента - індикація на дисплеї): - NPN транзистори - на дисплеї "NPN" - PNP транзистори - на дисплеї "PNP" Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 22 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата - N-канальні-збагачені MOSFET - на дисплеї "N-E-MOS" - P-канальні-збагачені MOSFET - на дисплеї "P-E-MOS" - N -канальні-збіднені MOSFET - на дисплеї "N-D-MOS" - P -канальні-збіднені MOSFET - на дисплеї "P-D-MOS" - N-канальні JFET - на дисплеї "N-JFET" - P-канальні JFET - на дисплеї "P-JFET" - Тиристори - на дисплеї "Tyrystor" (російська - "Tиристор") - Сімістори - на дисплеї "Triak" (російська - "ТРИАК") - Діоди - на дисплеї "Diode" (російська - "Диод") - Двохкатодна збірки діодів - на дисплеї "Double diode CK" (російська - "Дв диод CК") - Двоханодна збірки діодів - на дисплеї "Double diode CA" (російська - "Дв диод CА") - Два послідовно з'єднаних діода - на дисплеї "2 diode series" (російська - "2 диода послед.") - Діоди симетричні - на дисплеї "Diode symmetric" (російська - "2 диода встречные") - Резистори - діапазон від 1 Ом до 10 МОм [Ом, kОм] - Конденсатори - діапазон від 0,2nF до 5000uF [nF, uF] Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 23 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Рисунок 1.7 – Тестер радіоелементів на мікроконтролері Atmega Опис додаткових параметрів вимірювання: - H21e (коефіцієнт посилення по току) - діапазон до 1000 - (1-2-3) - порядок підключених виводів елемента - Наявність елементів захисту - діода - "Символ диода" - Пряма напруга - Uf [mV] - Напруга відкриття (для MOSFET) - Vt [mV] - Ємність затвора (для MOSFET) - C - [nF] Після натискання кнопки "Тест" - індикація триває 10 секунд, потім табло і живлення відключаються. Зроблено це з метою економії енергії батареї, але якщо поставити індикатор без підсвічування (вона в принципі і не потрібна), то струм споживання тестера не перевищить 15 мА і схема автоматичного вимкнення тут без потреби. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 24 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Взагалі, в налагодженні і налаштуванні приладу особливої потреби немає, але можливо і підлаштувати покази R і C при потребі. Спочатку автор рекомендував для застосування в тестері мікроконтролер Atmega8-16PU, його не скрізь можна дістати. Більш доступний мікроконтролер Atmega8L-8PU, і це найбільш точна заміна Atmega8-16PU в цьому AVR- Transistortesterе. Ці МК прошиваються однією і теж прошивкою і особливої різниці в роботі немає і практично теж не потрібне коригування по R і С. Так, ще цей тестер не є високоточним приладом, а саме тестером для визначення радіоелементів, і в основному елементів SMD, і він не вимірює ємність і опір з високою точністю. Так само у нього можуть бути деякі проблеми. Проблеми при визначенні звичайних польових транзисторів: Так як при більшості польових транзисторів стік і джерело при вимірюванні мало чим відрізняються, або майже не відрізняються, вони можуть не розпізнаватися або розпізнані неправильно, але в принципі тип транзистора показується правильно в будь-якому випадку. Проблеми так само можуть бути і при визначенні потужних тиристорів і симісторів в наслідок того, що наявний струм при вимірюванні 7 мА - менше струму утримання тиристора. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 25 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 2 ВИБІР ТА ОБҐРУНТУВАННЯ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ 2.1. Обґрунтування технічного завдання Цифровий тестер, що пропонується в даній кваліфікаційній роботі, може використовуватися для перевірки і визначення параметрів різних електронних елементів, таких як резистори, конденсатори, котушки індуктивності, діоди, транзистори, симістори і т.п. з подальшим виведенням цих параметрів на рідкокристалічний дисплей. Тобто, можна тестувати все, що має від 2 до 3 ніжок. Даний тестер повинен з високою точністю визначати номери і типи виводів транзистора, тиристора, діода і т.д. Особливо незамінний він у тих випадках, коли є запаси транзисторів з напівстертими маркуванням, або якщо не виходить знайти опис на який-небудь рідкісний транзистор, закордонного виробництва. Отже, можливості приладу: Визначення елемента із зазначенням порядку підключених виводів. • NPN транзистори • PNP транзистори • N-канальні-збагачені MOSFET - N-E-MOS • P-канальні-збагачені MOSFET- P-E-MOS • N-канальні-збіднені MOSFET - N-D-MOS • P-канальні-збіднені MOSFET - P-D-MOS • N-канальні JFET • P-канальні JFET • Тиристори • Симістори • Діоди • Двухкатодні збірки діодів • Двуханодні збірки діодів • Два послідовно з'єднаних діода • Діоди симетричні Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 26 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата • Резистори • Конденсатори • Індуктивності Вимірювані параметри: • H21e (коефіцієнт підсилення по струму) - діапазон до 10000 • Виявлення захисного діода в біполярних і MOSFET транзисторах • Пряма напруга - Uf [mV] • Напруга відкриття (для MOSFET) - Vt [mV] • Ємність затвора (для MOSFET) - C = [nF] • Дозвіл виміру опору до 0.01 Ом, величина вимірювання - до 50 МОм. • Ємність конденсаторів 25 pF – 10000 uF. • ESR конденсатора вимірюється з дозволом 0.01 Ом для конденсаторів ємністю понад 0.18 uF • Для конденсаторів ємністю вище 5000 pF може бути визначена втрата напруги після впливу імпульсу зарядки. Втрата напруги дає оцінку добротності (якості) конденсатора. • Стабілітрони можуть бути визначені, якщо їх зворотня напруга пробою нижче 4.5V. • Для резисторів опором нижча від 2100 Ω вимірюється індуктивність. Діапазон вимірювань від 0.01 mH до 20 H. 2.2. Розробка структурної схеми На рисунку 2.1. представлено структурну схему тестера радіоелементів, зібраного на мікроконтролері ATMega8. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 27 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Рисунок 2.1 – Структурна схема тестера радіоелементів Вимірювання проводиться через три вхідних контакти, і виводиться на стандартний рідкокристалічний дисплей на шістнадцять знаків в два рядки. Важливо щоб в дисплей був побудований на HD44780 спільному контролері. За допомогою резистивної матриці створено кілька рівнів напруги і струму, і, отже, значення вимірюється по трьох входах внутрішнього аналого- цифрового перетворювача мікроконтролера. Резистивна матриця це збірка з шести резисторів, до них треба підходити з особливою ретельністю, від точності цих резисторів залежить отримана точність приладу. Встановлювати їх треба правильно, так як якщо переплутати, то прилад буде працювати, але свідчення будуть безглуздими. Основа роботу приладу лежить в алгоритмі перебору варіантів перемикання виходів, підключених до матриці резисторів і вимірі отриманих напруг. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 28 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата В схемі передбачений блок формування опорної напруги, так як для роботи АЦП мікроконтролера необхідне джерело опорної напруги (ДОН). Це еталон, по відношенню до якого він вимірює напругу на вході. У AVR як джерело опорної напруги може виступати напруга живлення мікроконтролера, джерело опорної напруги або внутрішнє ДОН на 2,56 В. ДОН повинне бути якомога стабільніше, від цього залежить точність вимірювань. Наприклад при вимірі опорів зміна напруги живлення Vcc в межах 5,00 - 5,02 В вже впливає на показання (кілька одиниць молодшого розряду), тому що вихідна напруга на портах змінюється пропорційно Vcc, а на ДОН залишається сталою. В даній схемі застосуємо зовнішнє джерело опорної напруги. Даний тестер радіоелементів може живитися або від акумуляторної батареї 9 В або від блоку живлення. Робоча напруга 5 В для AVR зазвичай генерується за допомогою стабілізатора напруги. У портативних пристроях, як відомо, важливою складовою є час автономної роботи. Тому до різних способів зниження енергоспоживання корисно додавати ще одну функцію - автоматичне відключення живлення, яке допоможе врятувати заряд батареї якщо користувач забув вимкнути пристрій. А для того щоб це реалізувати, потрібно щоб пристрій включався і вимикався від кнопки без фіксації. Тому а даному пристрої передбачено блок керування живленням. Схема буде зроблена таким чином, що після натискання на кнопку надходить живлення на мікроконтролер, а далі він сам «утримує» увімкнення і може сам себе відключити від мережі. Для можливості передачі даних до мікроконтролера передбачимо в схемі інтерфейс SPI (Serial Peripheral Interface). SPI – це послідовний периферійний інтерфейс, який використовується для завантаження прошивки в мікроконтролер. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 29 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 3. РОЗРОБКА ТА РОЗРАХУНОК СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ 3.1 Вибір мікроконтролера Розробку електричної схеми тестеру радіоелементів починаємо з вибору мікроконтролера. Існує два основних типи мікроконтролерів AVR. [10]. Перший з них призначений для отримання максимальної швидкодії при високій частоті, другий - для економічної роботи на невеликих тактових частотах. Маркування мікросхем другого типу відрізняється від першого тим, що на кінці додається буква "L". Наприклад, ATtiny26 і ATtiny26L, ATmega8 і ATmega8L. Сучасні мікроконтролери є складною системою, яка володіє функціональною завершеністю та високою серійністю. Перспективи та можливості застосування МК в проблемно-орієнтованих системах ще повністю не розкриті. В теперішній час існує велика множина МК, які випускаються різними фірмами. Мікроконтролери першої групи допускають живлення в діапазоні від 4,5 до 5,5 вольт при тактовій частоті 0 ... 16 МГц (для деяких моделей - до 20 МГц, наприклад ATtiny2313-20PU або ATtiny2313-20PI), другі - відповідно 2,7 ... 5,5 вольт при частоті 0 ... 8 МГц (для більшості моделей, у деяких моделей діапазон може бути вуже). Струм споживання у них також різниться: мікроконтролери з індексом "L" споживають менше електроенергії. Існують також мікроконтролери з можливістю зниження живлення до 1.8 В, які зазвичай маркуються буквою "V", наприклад ATtiny2313V. При зниженні живлення відповідним чином повинна бути знижена і тактова частота. Для ATtiny2313V при живленні 1,8 ... 5,5 В частота повинна знаходитися в інтервалі 0 ... 4 МГц, при живленні 2,7 ... 5,5 В - в інтервалі 0 ... 10 МГц. Для вимірювання параметрів радіоелементів потрібна максимальна швидкодія при достатньо високій тактовій частоті, також мікроконтролер повинен мата вбудований АЦП, достатню кількість Flash і RAM та логічних Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 30 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата портів вводу/виводу. Вибираємо мікроконтролер ATmega8A компанії «Atmel», який відповідає вказаним вимогам. Його основні технічні характеристики [11]: • ядро – AVR; • розрядність – 8 біт; • частота зовнішнього тактового генератора – 0…16 МГц; • частота вбудованого тактового RC-генератора – 1, 2, 4 або 8 МГц; • пам’ять FLASH – 8 КБ; • пам’ять RAM – 1 КБ; • пам’ять EEPROM – 512 байт; • кількість портів введення-виведення – 23; • кількість таймерів-лічильників – один 16-розрядний та два 8-розрядних; • апаратні інтерфейси передачі даних – USART, SPI, I2C; • аналоговий компаратор – присутній; • параметри АЦП – 6-канальний з розрядністю 10 біт; • скидання при включенні живлення (POR), при зниженні живлення (BOR), при спрацюванні сторожового таймера (WDT) та зовнішнім сигналом (RST); • режими зниженого енергоспоживання – Idle, ADC Noise Reduction, Power- save, Power-down та Standby; • напруга живлення – 2,7…5,5 В; • типовий споживчий струм в активному режимі – 6 мА (при живленні 5 В); • типовий споживчий струм в сплячому режимі «Power-down» – 10 мкА; • робоча температура – -40…+85°С; Мікроконтролери ATMega8A виготовляються в корпусі PU або AU. PU – це вивідний корпус типу PDIP28 із кроком ніжок 2,54 мм. AU – це SMD корпус, що має щільне розміщення контактів і використовується для досягнення максимальної компактності розробки. Виберемо корпус DIP-28 для практичної розробки пристрою, бо він легший у монатажу і дешевший, ніж варіант в корпусі AU (TQFP32). Корпус Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 31 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата має 28 контактів – це на 4 контакти менше ніж у корпусі AU. На рисунку 3.1 зображено розташування та значення виводів мікроконтролера ATMega8A. Рисунок. 3.1. - Призначення виводів мікроконтролера ATmega8A в корпусі PDIP-28 Розглянемо призначення портів вводу/виводу мікроконтролера ATmega8A: XTAL2/TOSC2 – Порт B, біт 7. XTAL2: Використовується для підключення кварцового резонатора (2 контакт), або низькочастотного кварцового резонатора. У випадку, коли даний контакт підключений до кварцового резонатора він не може використовуватися, як порт вводу/виводу. TOSC2: Може використовуватися лише у випадках, коли мікросхема налаштована для роботи від внутрішнього джерела тактового сигналу. Якщо PB7 буде входом зовнішнього тактового сигналу, то DDB7, PORTB7 і PINB7 будуть мати значення 0. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 32 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата XTAL1/TOSC1 – Порт B, біт 6. XTAL1: Використовується для підключення усіх видів тактових сигналів крім внутрішнього джерела (1 контакт). У разі використання даного контакту як вхід зовнішнього тактового сигналу, він не може використовуватись як порт вводу/виводу. TOSC1: Може використовуватися лише у випадках, коли мікросхема налаштована для роботи від внутрішнього джерела тактового сигналу. Служить для підключення асинхронного таймера. Якщо PB6 буде входом зовнішнього тактового сигналу, то DDB6, PORTB6 і PINB6 будуть мати значення 0. SCK – Порт B, біт 5. SCK: Служить для передачі тактового сигналу відомим пристроям. MISO – Порт B, біт 4. MISO: Служить для передачі даних від відомого пристрою до головного. MOSI/OC2 – Порт B, біт 3. MOSI: Служить для передачі даних від ведучого пристрою до відомого. OC2: Може служити зовнішнім виходом для таймера/лічильника співпадінь при порівнянні. При бажанні можна налаштувати цей контакт як вихід (DDB3=1). ОС2 може використовуватися як вихід ШИМ. SS/OC1B – Порт В, біт 2. SS: Використовується для вибору мікросхеми або відомого пристрою. Якщо SPI встановлено в режимі slave даний контакт стає входом не залежно від конфігурації DDB2. OC1B: Може служити зовнішнім виходом для таймера/лічильника співпадінь при порівнянні В. При бажанні можна налаштувати цей контакт як вихід (DDB2=1). ОС1В може використовуватися як вихід ШИМ В. OC1A – Порт В, біт 1. OC1A: Може служити зовнішнім виходом для таймера/лічильника співпадінь при порівнянні А. При бажанні можна налаштувати цей контакт як вихід (DDB1=1). ОС1А може використовуватися як вихід ШИМ А. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 33 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата PB0 – Порт В, біт 0. PB0: може бути використаний як вхід для таймера/лічильника 1. RESET – Порт С, біт 6. RESET: Якщо запрограмувати Fuse bit RSTDISBL даний контакт буде виконувати функції звичайного порту вводу/виводу. Проте таке програмування виключить можливість записувати дані в мікроконтролер за допомогою послідовного програма тора. Якщо Fuse bit RSTDISBL не програмувати, то даний контакт може використовуватися як включення, або перезапуск мікроконтролера, проте використання його як порт вводу/виводу стане не можливим. Якщо даний контакт використовується як RESET, то DDC6, PORTC6 і PINC6 завжди будуть мати значення 0. SCL/ADC5 – Порт С, біт 5. SCL: Двопровідна послідовна шина тактових імпульсів. Використовується для фільтрації сигналів коротших ніж 50 нс. Порт С5 також може використовуватися як вхід АЦП. SDA/ADC4 – Порт С, біт 4. SDA: Двопровідна послідовна шина вводу виводу. Порт С4 також може використовуватися як вхід АЦП. Порт С біти 3-0 – входи АЦП. AIN1 – Порт D, біт 7. AIN1: Негативний вхід аналогового компаратора. Якщо даний контакт налаштовано на вхід, то він відключається від аналогового компаратора, для того щоб уникнути впливу аналогового сигналу на цифровий. AIN0 – Порт D, біт 6. AIN0: Позитивний вхід аналогового компаратора. Якщо даний контакт налаштовано на вхід, то він відключається від аналогового компаратора, для того щоб уникнути впливу аналогового сигналу на цифровий. Т1 – Порт D, біт 5. Т1: Лічильник/Таймер 1 зовнішній зустрічний вхід. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 34 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата XCK /Т0 – Порт D, біт 4. XCK: Зовнішній вхід/вихід USART Т0: Лічильник/Таймер 1 зовнішній зустрічний вхід. INT1 – Порт D, біт 3. INT1: Вхід зовнішніх переривань 1. Може обслуговувати зовнішні перериванні, в тому числі USB. INT0 – Порт D, біт 2. INT1: Вхід зовнішніх переривань 0. Може обслуговувати зовнішні перериванні, в тому числі USB. TXD – Порт D, біт 1. TXD: Вихід USART. Якщо передатчик USART включений, даний контакт налаштовується незалежно від DDD1. RXD – Порт D, біт 0. RXD: Вхід USART. Якщо передатчик USART включений, даний контакт налаштовується незалежно від DDD0. AVсс – Це напруга живлення для АЦП. Даний контакт повинен бути підключений до Vcc навіть тоді коли АЦП не використовується. Коли передбачається використання АЦП, AVсс необхідно підключати до живлення через фільтр нижніх частот. Також варто відмітити, що порт С використовує цифрову напругу живлення. AREF – Це аналоговий контакт для перетворення АЦП. Архітектура мікроконтролера ATmega8A показана на рис. 3.2. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 35 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Рисунок 3.2. - Архітектура мікроконтролера ATmega8A Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 36 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 3.2. Підключення живлення до мікроконтролера та вибір тактового генератора Розробку електричної принципової схеми проводимо з врахуванням функціонального призначення виводів мікроконтролера – розташування його апаратних інтерфейсів. Тестер радіоелементів може живитися або від акумуляторної батареї 9 В або від блоку живлення. Рабоча напруга 5 В для AVR зазвичай генерується за допомогою стабілізатора напруги. Мікроконтролер ATmega8A має вивід для підключення живлення VCC та вивід заземлення GND. Між виводами GND і VCC ставлять керамічний конденсатор номіналів в 100 нФ якомога ближче до виводів живлення мікросхеми - він згладжує короткі імпульси завади, які виникають в результаті роботи самих мікросхем (згідно рекомендації виробника). Отже обираємо малогабаритний плівковий конденсатор серії MKS02 С10 ємністю 0,1 мкФ (рис 3.3). Крім виводів призначених для живлення МК є ще виводи AGND і AVCC - це виводи живлення АЦП (аналого-цифрового перетворювача). АЦП це досить точний вимірювач напруги, з цієї причини його можна живити через фільтри. Для того щоб перешкоди які досить часто бувають в ланцюгах живлення не впливали на результати вимірювання. З цієї причини в деяких схемах виробляють поділ землі, а на вивод AVCC подається напруга через фільтруючий дросель. У мікроконтролері Atmega8 є одна помилка на рівні топології чіпа - виводи VCC і AVCC пов'язані один з одним на рівні кристала і між ними опір 5 Ом. Наприклад, в чіпах Atmega16 і Atmega168 виводи VCC і AVCC пов'язані між собою і їх опір становить близько десяток МОм. У документації з цього приводу нічого не сказано. Підтримка Atmel на це відповіла що в чіпі є недолік і виводи VCC і AVCC з'єднані між собою всередині каменю. З цієї причини ставити фільтруючий дросель на AVCC для ATmega8 немає сенсу, але живити Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 37 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата вивід AVCC потрібно в будь-якому випадку [12]. Тому між виводами АGND і АVCC також ставимо конденсатор С7 номіналом 0,1 мкФ. Вивід AREF це вхід опорної напруги АЦП, туди подається напруга відносно якої АЦП буде рахувати. Можна використовувати внутрішнє джерело опорної напруги величиною в 2.56 В або використовувати напругу AVCC. На вивід AREF рекомендується підключати конденсатор, це покращує якість опорної напруги АЦП і як наслідок правильність вимірювання АЦП. Але в процесі вимірювання програмне забезпечення може використовувати перемикання масштабу напруги АЦП. Швидкість перемикання буде залежати від зовнішнього конденсатора C9 на AREF (вивід 21). Щоб уникнути уповільнення на величину більшу, ніж необхідно, ємність цього конденсатора повинна бути зменшена до 1 нФ. Отже обираємо ємність конденсатора С9 номіналом 1 нФ. У МК AVR є внутрішня схема скидання і вивід reset всередині вже підтягнутий опором в 100 кОм до виводу Vcc. Але цієї підтяжки не вистачає, виходить що мікроконтролер "вихід" в скидання може відбутися від незначного потенціалу на вході. Наприклад, від дотику пальцем виводу RST, а іноді від випадкового торкання самої плати. Тому має сенс додатково підтягти цей вивод резистором (на схемі R6) в 10 кОм. Менше значення резистора краще не брати, тому що, якщо використовувати внутрісхемний програматор то він не зможе пересилити підтяжку і прошити мікроконтролер. Тому значення в 10 кОм в самий раз. Для додаткового захисту лінії RESET від зовнішніх перешкод рекомендується також шунтувати її на землю за допомогою зовнішнього електролітичного конденсатора ємністю близько 0,1 мкФ ( С4 10 мкФ). Для підвищення точності вимірювання часу при вимірюванні ємності конденсатора необхідно застосовувати точний тактовий генератор - кварцовий. Резонатор підключається до спеціалізованих виводів мікроконтролера XTAL1, XTAL2. Вибираємо частоту резонатора - 8 МГц, та резонатор типу HC49-3H. Технічні характеристики даного резонатора Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 38 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Частота - 8 МГц Стабільність при 25 °С – 30 ррm Стабільність в робочому температурному діапазоні – 30 ррm Монтаж - HC49US Навантажувальна ємність – 16 пФ Рабочая температура – -20 °С – 70 °С Розмір - 11.35 × 5 × 3.5 мм Ємність конденсаторів С6 та С8 виробник мікроконтролера рекомендує вибирати в діапазоні від 12 до 22 пФ. Вибираємо значення - 22 пФ. Призначення цих конденсаторів - не дозволити запуститись генератору на третій гармоніці кварцового резонатора. Отже схема підключення живлення до мікроконтролера та тактового генератора зображена на рисунку 3.3. Рисунок 3.3. - Підключення живлення та кварцового резонатора до мікроконтролера Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 39 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Споживчий струм мікроконтролера в першу чергу залежить від режиму його роботи. В активному режиму («Active Mode») цей струм приблизно пропорційний частоті системного генератора. На рисунку 3.4. показано залежність споживчого струму від тактової частоти мікроконтролера та його напруги живлення. Як видно з графіка, при напрузі живлення 5 В та частоті системного генератора 8 МГц споживчий струм мікроконтролера в активному режимі приблизно рівний 6,2 мА. При знаходженні мікроконтролера в режимі зниженого енергоспоживання (режими «Sleep Modes») його споживчий струм зменшується до кількох мікроампер. Яку частину часу мікроконтролер знаходиться в активному, а яку в економному режиму - залежить від ефективності написаного програмного забезпечення. Рисунок 3.4. - Залежність споживчого струму мікроконтролера в активному режимі від тактової частоти і напруги живлення (при t = 25°С) 3.3. Формування опорної напруги для мікроконтролера Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 40 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Для роботи АЦП необхідне джерело опорної напруги (ДОН). Це еталон, по відношенню до якого він вимірює напругу на вході. У AVR як джерело опорної напруги може виступати напруга живлення мікроконтролера, джерело опорної напруги і внутрішнє ДОН на 2,56 В. ДОН повинне бути якомога стабільніше, від цього залежить точність вимірювань. Наприклад при вимірі опорів зміна Vcc в межах 5,00 - 5,02 В вже впливає на показання (кілька одиниць молодшого розряду), тому що вихідна напруга на портах змінюється пропорційно Vcc, а на опорника залишається сталою. Найчастіше джерелом опорного напруги є стабілітрон [13]. Визначальними факторами тут є міркування вартості, надійності та простоти застосування. Тому, в більшості схем використовують стабілітрон в якості опорного джерела напруги. Вузол формування опорної напруги показано на рисунку 3.5. Рисунок 3.5. - Схема формування опорної напруги Додаткова опорна напруга 2.5 В, подається на порт PC4 (ADC4), яка також може використовуватися, щоб перевірити і відкалібрувати пристрій. В якості ДОН можна використовувати стабілітрони LM4040-AIZ2.5 (0.1%), LT1004CZ 2.5 (0.8%) або LM336-Z2.5 (0.8%). Оберемо стабілітрон типу LT1004CZ 2.5 (0.8%) з наступними характеристиками [14]: Конфігурація опорного джерела – Shunt. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 41 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Опорна напруга – 2.5 В. Початкова точність при 25 ° C – 0.8 %. Діапазон вихідних напруг –2.5 В. Діапазон вихідних струмів – 0-20 мА Температурний коефіцієнт (від типового до максимального) – 20..0 ppm/°C Робоча температура – 0-70 ° C Корпус – TO-92FL-3 Так як напруга живлення 5 В, а опорна напруга 2.5 В, та на резисторі R9 повинно падати також 2.5 В. Для забезпечення протікання середнього значення струму через стабілітрон, визначимо необхідний опір резистора R16 U = П 2,5 В == = 2,27 кОм Iсер 11 мА Вибираємо резистор R9 опором 2.2 кОм, потужністю 0,125 Вт. 3.4. Живлення приладу Живити прилад можна як від гальванічної або акумуляторної батареї напругою 9 В, так і від іншого джерела постійної напруги 9 В. Вузол живлення приладу складається з акумуляторної батареї G1, гнізда XS1 для підключення зовнішнього джерела живлення, блоку керування живленням. інтегрального стабілізатора DA1, кнопки включення приладу SB1, а також пов'язаних з цими елементами резисторів і конденсаторів. Схема вузла живлення тестера радіоелементів зображена на рисунку 3.6. Для захисту схеми на вході поставимо діод типу 1N4002 [15]. Діоди даної серії володіють високою пропускною здатністю і низьким прямим падінням напруги та застосовуються в колах живлення радіоелектронної апаратури. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 42 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Корпус – DO-41. Матеріал – кремній. Максимальна постійна зворотна напруга –100 В. Максимальна імпульсна зворотна напруга – 120 В. Максимальний прямий (випрямлений за напівперіод) струм – 1А. Максимально допустимий прямий імпульсний струм – 30А. Максимальний зворотний струм – 25 мкА Максимальна пряма напруга – 1.1В Робоча температура, – -65 ... 150 С Рисунок 3.6. - Схема вузла живлення тестера радіоелементів У портативних пристроях, як відомо, важливою складовою є час автономної роботи. Тому до різних способів зниження енергоспоживання корисно додавати ще одну функцію - автоматичне відключення живлення, яке допоможе врятувати заряд батареї, якщо користувач забув вимкнути пристрій. А для того щоб це реалізувати, потрібно щоб пристрій включався і вимикався від кнопки без Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 43 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата фіксації. Тому в тестері передбачена схема включення/виключення живлення мікроконтролера, яка будується на невеликій кількості дискретних елементів і використовує одне переривання контролера [16] (рис 3.6). Для автоматичного відключення найпростіше було б, звичайно, ввести AVR після тестування в режим відключення живлення і просто запустити знову за допомогою кнопки на наступному тесті. У цьому режимі для AVR потрібен струм менше 0,3 мкА. Але оскільки тестер потребує стабільного живлення 5 В, то не можна обійтися без регулятора напруги живлення. Для цього застосовують транзистор PNP в позитивній лінії вимикача (транзистор VT1). При цьому струм в режимі очікування становить лише 0,01 мкА. Схема зроблена таким чином, що після натискання на кнопку надходить живлення на мікроконтролер, далі він сам «утримує» увімкнення і може сам себе відключити від мережі. Схема керування напругою живлення працює наступним чином. У стані спокою, на базі транзистора VT1 встановлюється позитивний потенціал через резистор R1, який повинен мати достатньо великий опір, оберемо R1=33 КОм. Таким чином, транзистор відключений, і ланцюг не працює. Якщо тепер натиснути кнопку SB1, база транзистора VT1 замикається на землю через R2 та база-емітер транзистора VT3. Таким чином, транзистор VT1 відкривається і напруга + 5 В надходить на мікроконтролер, який виставляє на вихідній лінії порту PD6 (контакт 12) «високий» рівень напруги. Після натискання кнопки відкриваються транзистори VT2, VT3, Кнопку SBI тепер можна відпустити, так як струм буде протікати через R2 і НL1 і транзистор VT2. Кнопка тепер може бути відпущена. Через 10 секунд після завершення тесту AVR виставляє «низький» рівень напруги (порт PD6) і транзистори VT1 та VT3 більше не отримують базовий струм. Таким чином, транзисторний тестер вимикається. Транзистор VT2 проводить, коли натискається кнопка. Він підключений до порту PD7 (контакт 13) на AVR. Контролер потім помічає, коли кнопка знову натискається під час роботи, і перезапускає цикл тестування радіоелемента. Це корисно, якщо впотрібно перевірити кілька транзисторів поспіль. Інакше Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 44 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата доведеться кожного разу чекати, доки тестер не буде автоматично вимкнений (близько 10 секунд). Перевага схеми - кнопка SB1 може бути малопотужна, розрахована на струм менше 1 мА. Оберемо кнопку без фіксації типу KSA0M432. Транзистори VT1, VT2, VT3 працюють в ключовому режимі. В якості PNР транзистора VT1 оберемо біполярний високочастотний транзистор загального застосування типу BC557. Транзистори VT2, VT3 повинні бути комплементарною парою для BC547, тому обераємо NPN транзистори типу BC547. Дані транзистори широко застосовується в ключових схемах, а також в якості підсилювальних елементів в блоках і модулях радіоапаратури різного призначення. Компоненти зарекомендували себе як надійні і рекомендуються до використання в радіоаматорських пристроях [17]. Параметри транзисторів BC557 та BC547. • Напруга колектор-база Uкбо (max): 50В. • Напруга колектор-емітер Uкео (max): 45В. • Допустимий струм колектора Ік (max): 0,1А. • Статичний коефіцієнт передачі струму h21е (min): 450. • Гранична частота коефіцієнта передачі струму fгр : 150МГц. • Потужність, що розсіюється: 0,63Вт • Корпус: TO-92 Розрахуємо значення опору резистора R2 в колі бази транзистора VT1 . Так як для мікроконтролера низький логічний рівень 0,3 мВ струм бази транзистора BC557 0,1 мкА 0,3 ⋅10−3 R2 = = 3 ⋅103 Ом 0,1⋅10−6 Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 45 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Отже, в якості R2 візьмемо резистор загального призначення типу Р1-71- 0.125 3,3 кОм±5%. Резистор R2 в колі колектора транзистора VT3 оберемо опором 27 кОм (Р1-71-0.125 27 кОм±5%). Підтягуючий резистор R3 для вивода мікроконтролера PD6 також оберемо Р1-71-0.125 27 кОм±5%). Елементи R4 і C5 призначені для придушення можливих електромагнітних завад. Опір резистора R4=100 кОм (Р1-71-0.125 100 кОм±5%), ємність конденсатора C5=10 нФ (MKS02 16В ±10%). Так як тестер споживає досить низький струм, то виберемо малопотужний стабілізатор напруги типу L78L05ABZ [18]. Його основні технічні параметри: • вхідна напруга – 6,7...30 В; • вихідна напруга – 5 В; • максимальний вихідний струм – 100 мА; • власний споживчий струм – 6 мА. Виберемо електролітичний конденсатори C1 – 10 мкФ типу К50-35 з робочою напругою 16 В та конденсатори C2 та C3 ємністю 0,1 мкФ типу MKS02 16В. Світлодіод HL1 призначений для індикації роботи. Виберемо світлодіод підвищеної яскравості червоного коліру типу BL-L813PGC [19]. Також в схемі передбачено можливість контролю розряду батареї живлення. Співвідношення резисторів R7/R8 визначає величину напруги для контролю розряду батареї живлення. Поставимо резисторіи R7 = 10 кОм і R8 = 3.3 кОм, тоді мікроконтролер буде перевіряти значення напруги на виводі РС5 (порт 28), яка повинна дорівнювати 3 В. Якщо напруга виявиться меншою, на дисплеї тестера з’явиться повідомлення, що батарея розряджена. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 46 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 3.5. Підключення інтерфейсу SPI Для можливості програмування мікроконтролера в схемі передбачимо інтерфейс SPI. Для мікроконтролерів сімейства AVR програматори з інтерфейсом SPI є найбільш популярними [20]. Вони дозволяють завантажувати програмне забезпечення в мікроконтролер вже після повного збирання пристрою. SPI (Serial Peripheral Interface) – послідовний периферійний інтерфейс, він використовується для завантаження прошивки в мікроконтролер. Схему підключення роз’єму SPI показано на рисунку 3.7. Використовуються апаратний інтерфейс мікроконтролера – виводи MISO (порт РВ4), MOSI (порт РВ3), SCK (порт РВ5). Роз’єм Х5 вибираємо 6-контактний типу PLD-6 [21]. Таблиця 3.1. Призначення виводів роз’єму Х5 № Найменування Призначення 1 MISO Вихід даних 2 VCC Напруга живлення 3 SCK Тактовий сигнал 4 MOSI Вхід даних 5 RESET Сигнал скидання 6 GND Загальний контакт Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 47 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Рисунок 3.7. - Підключення інтерфейсу SPI та розташування його виводів 3.6. Вибір та підключення дисплея На дисплей пристрою буде виводитись як текстова інформація – назва радіоелемента, так и цифрова – результати вимірювання параметрів. Для такої задачі підійдуть текстово-символьні дисплей фірми «Winstar». Їх перевагами є доступність, порівняно невисока ціна, простий інтерфейс керування. Екрани цих дисплеїв містять 1, 2 або 4 рядки по 8, 12, 16, 20, 24 або 40 символів [22]. Серед них найбільш поширеним є дисплей з 2 рядками по 16 символів, тому виберемо дисплей типу WH1602B-YYH-CTK [23]. Основні технічні параметри дисплея WH1602B-YYH-CTK: • тип дисплея – STN, символьний, трансфлективний, позитивний. • кількість символів – 2 рядки по 16 символів; • вбудований контролер – KS0066; • напруга живлення цифрової частини – від 2,7 до 5,3В; • струм споживання – 1,2 мА; • підсвічування – присутнє, жовто-зеленого кольору; Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 48 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата • напруга підсвічування – 4,2 В; • струм підсвічування – 100 мА; • розмір дисплея – 84 × 44 мм; • розмір зображення – 56,2 × 11,5 мм. Тип дисплея STN – дисплей з пасивною матрицею, вони більш дешеві, ніж з активною матрицею. Трансфлективний – це такий дисплей, який чітко показує як при використанні підсвічування, так і при відбиванні сонячного чи штучного освітлення. Позитивний тип – це такий дисплей, який при відсутності сигналів керування є світлим. Тобто, всі текстові повідомлення та гістограма будуть темними на світлому фоні. Схему підключення дисплея до мікроконтролера показано на рисунку 3.8. Таблиця 3.2. Призначення виводів дисплея WH1602B-YYH-CTK № Найменування Призначення 1 Vss Загальний контакт 2 Vdd Напруга живлення 3 Vo Напруга контрасту зображення 4 RS Вхідні дані (при «1») або інструкції (при «0») 5 R/W Зчитування (при «1») або запис (при «0») 6 E Строб-сигнал (підтвердження команди) 7-14 DB0-DB7 8-бітна шина даних 15 A Напруга підсвічування (+) 16 K Напруга підсвічування (–) Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 49 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Рисунок 3.8. - Схема підключення дисплея до мікроконтролера Для підключення дисплея HG1 вибрано вільні виводи мікроконтролера, розташовані поряд (рис. 3.8). Дисплей працює в 4-бітному режимі (шина даних D4- D7). Живлення дисплея здійснюється стабілізованою напругою 5 В. Для підсвічування дисплей містить всередині світлодіод, який керується струмом. Тому на вивід А також необхідно подати живлення через резистор (послідовно з світлодіодом). Розрахуємо опор резистора R18 для забезпечення струму світлодіодів підсвічування ILED = 17 мА, максимальна напруга підсвічування дисплея ULED = 4,2 [24]. R18 U = LED 4.2 = 3 = 247Ом I LED 17 ⋅10− Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 50 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Вибираємо R18 опором 270 Ом потужністю 0,125 Вт типу Р1-71. Для роботи дисплея WH1602B напруга контрасту Vo повинна бути нижчою за напругу живлення приблизно на 3,5…4,5В. VO ≅U Ж − 4В = 5В − 4В =1В При напрузі живлення 5 В напруга контрасту може бути в межах від 0,1 В до 1 В, струм складає 100 мА. Поставимо обмежуючий резистор R14 R14 U 1 = 0 = 3 =10кОм , I0 100 ⋅10− та змінний резистор R15 типу СП3-19А 10 кОм±10%, для можливості регулювання контрастності дисплея. 3.7. Підключення резистивної матриці та принцип вимірювання Вимірювання проводиться через три вхідних контакти. За допомогою резистивної матриці створено кілька рівнів напруги і струму, і, отже, значення вимірюється по трьох входах внутрішнього аналого-цифрового перетворювача мікроконтролера. Резистивна матриця це збірка з шести резисторів, до них треба підходити з особливою ретельністю, від точності цих резисторів залежить отримана точність приладу. Встановлювати їх треба правильно, так як якщо переплутати, то прилад буде працювати, але свідчення будуть безглуздими. На рисунку 3.9. показана схема підключення прецизійних резисторів до мікроконтролера. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 51 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Рисунок 3.9. - Підключення резистивної матриці до мікроконтролера В якості резисторів R10, R12, R16 оберемо резистори типу Р1-71-0.125 680 Ом±1%, а в якості резисторів R11, R13, R17 – Р1-71-0.125 680 Ом±1%. Основа роботу приладу лежить в алгоритмі перебору варіантів перемикання виходів, підключених до матриці резисторів і вимірювані отриманих напруг. Кожен з трьох вимірювальних щупів тестера конструктивно з'єднаний з трьома виводами портів ATmega [25], які показані на спрощеній схемі випробувального порту виводу TP2 (середній, з трьох виводів TP1, TP2 і TP3) на рисунку 3.10. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 52 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Рисунок 3.10. - Спрощена схема кожного випробувального виводу щупа TP2 Кожен випробувальний вивід (вимірювальний порт, щуп) може використовуватися в якості цифрового або аналогового входу. Ця можливість вимірювання не залежить від використання порту в якості виходу. Кожен випробувальний вивід може бути підключений до GND (0В) або VCC (+5 В) безпосередньо або через резистор 680 Ом або резистор 470 кОм. В таблиці 3.3 показані всі можливі комбінації вимірювань. Позитивний стан може бути отримано безпосередньо підключенням до VCC (порт C) або через резистор 680 Ом до VCC (порт B). Така ж можливість є і для негативного стану при підключенні випробувального порту до GND. Стан випробувального щупа може бути відкритим (вхід), сполученим через резистор 470 кОм до VCC або GND, або випробувальний щуп може бути підключений через резистор 680 Ом до VCC або GND. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 53 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Таблиця 3.3 Комбінації вимірів № Стан щупа 1 Стан щупа 2 Стан щупа 3 1. позитивний негативний тест 2. позитивний тест негативний 3. тест негативний позитивний 4. тест позитивний негативний 5. негативний тест позитивний 6. негативний позитивний тест Якщо тестер налаштований для вимірювання ємності, то тестер спробує розрядити конденсатори, з'єднані з усіма випробувальними виводами. Якщо розрядка зазнає невдачі, яка означає, що залишкова напруга висока, розрядка буде перервана приблизно через 12 секунд з висводом повідомлення "Cell!". Це може статися так же, якщо ніякої конденсатор не пов'язаний ні з яким випробувальним висновком. Причиною може бути те, що напруги відключення вибрано низькими для цього ATmega. 3.8. Складання та налаштовування приладу Розроблена принципова електрична схема тестера радіоелементів на мікроконтролері ATMega показана на рисунку 3.11. Прилад збирається на односторонній друкованій платі з фольгованого склотекстоліту. Спочатку збираються всі елементи тестера на друкованій платі без мікроконтролера. Після перевірки правильності монтажу необхідно під’єднати батарею або джерело живлення до плати без LCD-дисплея і мікроконтролера. При натиснутій кнопці TEST має бути присутня напруга 5 В на виводах живлення мікроконтролера і LCD дисплея. Якщо відпустити кнопку TEST, напруга повинна зникнути. Якщо напруги в нормі, то необхідно вимкнути живлення, правильно вставити мікроконтролер і підключити LCD-дисплей. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 54 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Перед підключенням LCD дисплея необхідно уважно перевірити правильність з'єднання виводів живлення LCD дисплея (тому що на деяких LCD дисплеях вони підключені навпаки) з GND і VCC плати тестера. Після перевірки можна під'єднати живлення. Після програмування ATmega [26] можна натиснути кнопку TEST. При натисканні кнопки TEST світлодіод LED1 і підсвічування LCD-дисплея повинні включитися. Якщо відпустити кнопку TEST, світлодіод LED1 повинен згаснути. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 55 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 56 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Рисунок 3.11 – схема електрична принципова тестера радіоелементів на мікроконтролері ATMega ВИСНОВКИ В даній кваліфікаційній роботі бакалавра розроблено тестер радіоелементів на мікроконтролері ATMega. Цей прилад дуже корисний для радіоаматора будь-якої кваліфікації. Він дозволяє автоматично розпізнати тип радіодеталі, визначити, де у неї який вивід і виміряти її основні параметри. Точність вимірювань невисока в порівнянні зі спеціалізованими приладами, але це в даному випадку не головне. Даний пристрій може перевіряти наступні елементи : 1) біполярні транзистори - тип провідності, коефіцієнт посилення і падіння напруги на емітерному переході; 2) польові транзистори з p-n-переходом - тип каналу, напруга відсічки і початковий струм стоку; 3) польові транзистори з ізольованим затвором - тип каналу, наявність захисного діода, граничну напругу і ємність затвора; 4) діоди поодинокі і подвійні - пряме падіння напруги і ємність; 5) стабілітрони - зворотня напруга пробою нижче 4.5 В. 6) тиристори і сімістори з струмом утримання нижче 6 мА; 7) резистори поодинокі і потенціометри (обидва плеча одночасно) - до 50 МОм з дозволом 0,01 Ом; 8) конденсатори - від 25 пФ до 10000 мкФ; при ємності більше 0,18 мкФ додатково вимірюється ESR з дозволом 0,01 Ом; Розроблено структурну та електричну принципову схему приладу. Основа тестера - мікроконтролер ATMega8. Вимірювання проводиться через три вхідних контакти. Принцип роботи приладу полягає в алгоритмі перебору варіантів перемикання виходів, підключених до матриці прецизійних резисторів і вимірюванні отриманих напруг, на основі яких і робиться програмно висновок про тип радіоелемента та визначаються його основні параметри. Інформація виводиться на стандартний рідкокристалічний дисплей на шістнадцять знаків в два рядки типу WH1602B-YYH-CTK. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 57 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата В схемі тестера також передбачено блок формування опорної напруги, для підвищення точності вимірювання та автоматичне відключення живлення, яке допоможе врятувати заряд батареї якщо користувач забув вимкнути пристрій . Для можливості внутрісхемного програмування мікроконтролера передбачимо в пристрої роз'єм SPI. Розроблений пристрій має невеликі габарити, в порівнянні з промисловими мультиметрами та значно менше коштує і може застосовуватися в лабораторіях при дослідженні різноманітної радіоелектронної апаратури. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 58 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРА 1. Ian Hickman. Digital Storage Oscilloscopes. – Boston: Elsevier Science Publishing, 1997. – 160 p., eng. 2. Методичні рекомендації до лабораторних робіт з дисципліни «Компʼютерне моделювання технологічних процесів мікроелектроніки» для для здобувачів освітнього ступеня бакалавра зі спеціальності 123 «Комп`ютерна інженерія» денної форми навчання [Електронний ресурс] / [Укл.: Лукашенко В.М., Чичужко М.В., Крошко Л.Ф.. – М-во освіти і науки України, Черкас. держ. технол. ун-т. – Черкаси: ЧДТУ, 2019. – 48 с. 3. Буличов А.Л. та ін. Аналогові інтегральні схеми: Довідник / А.Л.Буличев, В.І.Галкін, В.А.Прохоренко. 2-е вид., Перераб. і доп. - Мн .: Білорусь, 1993. - 382 с . 4. Методичні рекомендації до практичних робіт з дисципліни «Методи створення високоефективних компонентів мікропроцесорних систем керування автоматизованих пристроїв» для здобувачів освітньо- наукового ступеня «доктор філософії» з спеціальності 151 Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології, освітньо- наукової програми «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології» всіх форм навчання[Електронний ресурс] / [Укл.: Лукашенко В.М., Чичужко М.В.,– М-во освіти і науки України, Черкас. держ. технол. ун-т. – Черкаси: ЧДТУ, 2019. – 48 с 5. Конструктивно-технологічна побудова компонентів спеціалізованих комп’ютерних та робототехнічних систем/ В.М.Лукашенко К.В., Колесніков К.С., Рудаков, М.В.Чичужко/ Навчальний посібник М-во освіти і науки України, – Черкаси : ЧДТУ ; 2017. – 201 с. 6. Методичний посібник. Стратегія технічного обслуговування і ремонту приладів і апаратів / Е.А Майскій.- Борисів: 2018. Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 59 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 7. Вступ до фаху з електроніки та комп’ютерної інженерії / А.А. Зорі, В.М. Лукашенко, В.М. Співак, О.В. Вовна // Навчальний посібник Покровськ : ДВНЗ «Дон НТУ», 2018. – 312 с 8. Barrett S. F. Microcontrollers Fundamentals for Engineers and Scientists / S. F. Barrett, D.J. Pack. – Morgan & Claypool Publishers, 2006. – 115 c. 9. Dam B. V. Microcontroller Systems Engineering: 45 projects for PIC, AVR and ARM / B. V. Dam. – Elektor Electronics Publishing, 2009. – 330 c. 10. Garnier R. Discrete Mathematics for New Technology / R. Garnier, J. Taylor. – Taylor & Francis, 2020. – 767 c. 11. Godse A. P. Microprocessors & Microcontroller Systems / A. P. Godse, D. A. Godse. – Technical Publications Pune; 1 edition. – 2021. – 642 c. 12. Haggard G. Whitesides S. Discrete Mathematics for Computer Science / G. Haggard, J. Schlipf, S. Whitesides. – Brooks Cole, 2019. — 718 c. 13. Лукашенко В. М. Огляд і аналіз пристроїв з табличними адитивно- мультиплексорними способами реалізації / В. М. Лукашенко // Автоматика–97.– Черкаси: ЧІТІ, 1998. Т.1. Ч. 2. – С.26-36. 14. Методологія удосконалення моделі одно кристального мікроконтролера / А. Г. Лукашенко, К. С. Рудаков, Р. Є. Юпин, Д. А. Лукашенко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2011. – № 5/9 (53). – С. 51–54. 15. Напівадитивний таблично-логічний метод перетворювання коду Грея в двійково-десятковий код / А. Г. Лукашенко, Я. В. Корпань, В. М. Лукашенко, В. Д. Шелягін // Тр. ІІІ Міжнар. НТК «Інтегровані комп’ютерні технології в машинобудуванні» (ІКТМ-2003). – Харків: НАУ “ХАІ”, 2003. – C.100 16. Основи конструктивно-технологічної побудови спеціалізованих комп’ютерів:навч. посібник / В. М. Лукашенко, К. С. Рудаков, М. В. Чичужко, К. В. Колесніков. – Черкаси : ЧДТУ, 2014. – 187 с. 17. Чичужко М. В. Методика вдосконалення мікроконтролерів / В. А. Лукашенко, І. А. Зубко, В. М. Лукашенко // Вісник Черкаського Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 60 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата державного технологічного університету. Серія: технічні науки. – Черкаси : ЧДТУ, 2014. – № 3. – С. 57–63. 18. Швидкодіючий метод візуалізації вибору сучасних мікроконтролерів / А. Г. Лукашенко, К. С. Рудаков, Р. Є. Юпин, Д. А. Лукашенко // Восточно-Европейский журнал передових технологий. – 2011. – № 4/9 (52). – C. 63–65. 19. http://www.kosmodrom.com.ua/el.php?name=STM32F103VCT6 Лист ЧДТУ.242257.001 ПЗ 61 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата