Home
Accesso / Registrazione
 di 

Voltmetro single-chip - seconda parte

Voltmetro single-chip

Voltmetro single-chip, seconda parte. La parte di riferimento, cioè la rete di carica a corrente costante, è realizzata con il condensatore (campione) C6, da 10 µF, alimentato tramite il collettore del transistor T2: quest’ultimo funziona da generatore di corrente costante ed è polarizzato tramite il partitore di tensione formato dalla resistenza R9 e dal potenziometro R8.

L’altro transistor, T1 (2N1711), serve per scaricare completamente il C6 all’inizio di ogni ciclo di misura, e viene comandato dall’uscita P20 (piedino 15) del microcontrollore U1 che provvede a generare un impulso a livello logico alto. Per ogni misura da eseguire (il trigger viene dato dal superamento della tensione di 0,6 V all’ingresso “pin10” rispetto a massa) viene quindi avviata questa sequenza: lo Z86E04 inizializza le uscite per il display, quindi dà un impulso al piedino 15 mandando in saturazione T1 e facendo scaricare completamente il condensatore di riferimento C6; adesso vengono generati degli interrupt uno ogni 100 microsecondi; il contatore interno conta questi ultimi da quando la tensione all’ingresso + (piedino 8) supera 0,6V e fino a che la differenza di potenziale ai capi del C6, ovvero quella data agli ingressi invertenti degli operazionali interni al microcontrollore, non diventa uguale e quindi maggiore della tensione da misurare, ovvero del potenziale applicato al punto IN+.

Quando ciò accade il contatore viene bloccato e si provvede a visualizzare su display il risultato del conteggio, che appare sotto forma di numeri indicanti i millivolt (da 000 a 999). Al termine della lettura del contatore lo stesso viene azzerato, ed il condensatore C6 viene scaricato nuovamente con un impulso che parte dal piedino 15 del microcontrollore che manda in saturazione ancora una volta il transistor T1. Notate ora che per eseguire le misure, tenendo conto della polarizzazione data al piedino 9 del microcontrollore, ovvero i 0,6 volt che sollevano da massa il punto IN-, viene fatta una particolare lettura all’inizio: dopo aver scaricato completamente il condensatore di riferimento con il solito T1 lo si lascia caricare (interdicendo detto transistor la corrente può andare in C6...) a corrente costante fino a che l’uscita del primo comparatore (quello collegato esternamente al piedino 9) non commuta da 1 -valore iniziale- a zero logico; a questo punto la tensione su C6 ha superato quella del diodo D2.

Il micro Z86E04 verifica la commutazione e da questo momento avvia la generazione degli interrupt ogni 100 µsec ed il relativo conteggio. Quindi dopo il superamento della soglia, rilevata con estrema precisione proprio grazie al comparatore del minimo, si procede alla misura vera e propria senza che la stessa sia affetta dal valore di polarizzazione. Quanto al display, abbiamo implementato una sezione di visualizzazione a led formata da 3 display classici a 7 segmenti. Il pilotaggio avviene inviando alle linee dei segmenti i segnali necessari a visualizzare il risultato del conteggio del counter interno che può spaziare tra zero e 999, il che significa che il display visualizzerà da 000 a 999.

Tutti i segnali sono inviati ovviamente in modo multiplexato, cioè il micro emette cifra per cifra i eseguire livelli logici, attivando poi il terminale K (il catodo) del display interessato e lasciando disattivi quelli degli altri due. Il ciclo parte dal primo e termina al terzo per poi riprendere daccapo. Il punto decimale della cifra di mezzo è fisso, acceso tramite la resistenza R17 che ne collega al positivo (+5V) il rispettivo terminale. Non c’è da sorprendersi se il microcontrollore Z8 pilota direttamente i segmenti perché ciascuna delle uscite P21, P22, P23, P24, P25, P26 e P27, può erogare fino a 12 mA in regime continuo, e comunque tutta la porta P2 non dovrebbe superare 70 mA: il tutto è ampiamente soddisfatto perché le resistenze di limitazione di ciascun segmento (R10 ÷ R16) sono da 470 ohm e garantiscono un assorbimento impulsivo di 6 mA per ciascun piedino; possono quindi essere abbassate fino a 220 ohm (I=12 mA) se si desidera aumentare la luminosità del display.

voltmetro single-chip pcb

Terminiamo la descrizione del funzionamento rammentando che il voltmetro single chip è stato progettato per leggere tensioni continue di valore compreso entro 999 millivolt: oltre si ha l’indicazione di over range; dovendo misurare valori più alti sarà necessario interporre all’ingresso un partitore opportunamente dimensionato. In linea di massima, considerando che la resistenza in parallelo ai punti IN (R3) è da 100 Kohm, e che l’ingresso del microcontrollore è ad elevatissima impedenza, si può calcolare che per avere un fondo-scala di 9,99 volt occorre mettere in serie al punto IN+ un resistore da 910 Kohm. Per misurare fino a 99,9 volt è invece consigliabile abbassare R3 fino a 10 Kohm, e porre in serie all’IN+ la solita resistenza, ma da 1 Mohm.

In ogni caso inserendo il partitore all’ingresso è bene usare componenti con tolleranza dell’1% o 2%, e lo stesso vale per la R3. Quanto alla tolleranza sulla misura, il nostro circuito del voltmetro single-chip garantisce grosso modo le prestazioni di un buon tester digitale; considerate comunque che per come funziona vale il solito discorso dell’incertezza tra un impulso di 100 µsec ed il successivo, quindi di 1 millivolt (la carica del condensatore C6 avviene ad 1mV/100 µsec) sull’intero fondo scala di 999: in definitiva l’errore si quantifica come “E = 1/999 = 0,100%”. Insomma, appena l’1 per mille!

Pertanto con la portata di 999 millivolt si sbaglia di 1 mV, con 9,99V di 0,01V, e misurando 99,9V di fondo scala l’errore è di ±0,1V (100 mV): davvero una sciocchezza. Bene, lasciamo adesso la teoria e passiamo alle note di costruzione e messa a punto del voltmetro: per prima cosa preparate lo stampato seguendo la traccia del lato rame illustrata in questa pagina a grandezza naturale (scala 1:1) quindi, dopo averla incisa e forata, iniziate il montaggio dei pochi componenti con le resistenze e i diodi, avendo cura di rispettare il verso indicato per questi ultimi (il catodo sta dalla parte della fascetta colorata).

Proseguite con lo zoccolo per lo Z86E04 (da 9+9 pin) che consigliamo di posizionare con la tacca di riferimento dalla parte indicata nella disposizione componenti, quindi passate ai due trimmer ed ai condensatori cercando di rispettare la polarità di quelli elettrolitici; sistemate poi il regolatore di tensione U2, avendo cura di orientarlo come mostrano foto e disegni di queste pagine, e terminate con i display 7-segmenti a led, che vanno montati tutti nello stesso verso badando di far coincidere il puntino di riferimento con quello del disegno, ovvero della serigrafia. I display si possono saldare direttamente allo stampato, oppure infilarli in appositi zoccoli che avrete preventivamente preparato e saldato nelle loro piazzole.

Per agevolare le connessioni dell’alimentazione e di ingresso conviene montare delle morsettiere a passo 5 mm per c.s. in corrispondenza delle relative piazzole. A saldature ultimate infilate il microcontrollore Z86E04 già programmato nel proprio zoccolo, rammentando di inserirlo con la tacca di riferimento dalla parte indicata nel disegno di montaggio. Potete quindi pensare al collaudo ed alla taratura.

Voltmetro single-chip - Collaudo e taratura

Terminato il montaggio e verificato che tutto sia in ordine si può alimentare il modulino e tararlo affinché funzioni al meglio: allo scopo procuratevi un alimentatore capace di dare da 8 a 15 volt in continua ed una corrente di 90÷100 milliampère, o anche una semplice pila a secco però di tipo alcalino; in ogni caso connettete il positivo al punto +V dello stampato ed il negativo al -V, quindi vedrete accendersi i tre display a led che indicheranno numeri casuali. Ora procuratevi un tester digitale e collegatene il puntale negativo al -IN ed il positivo al +IN del circuito, dopo averlo predisposto alla lettura di tensioni continue con portata di 2 volt (o la più vicina).

voltmetro single-chip realizzazione pratica

Chiudete il ponticello J1 anche con un semplice spezzone di filo saldato alle rispettive piazzole, o usando due punte a passo 2,54 mm da cortocircuitare con un jumper adatto, quindi regolate il trimmer R2 fino a leggere sul quadrante del multimetro un valore di oltre 900 millivolt; passate adesso all’altro trimmer (R8) regolandolo finemente in modo da ottenere sul display esattamente il valore indicato dal tester: così regolerete la corrente di carica del C6, in modo da avere la giusta pendenza di salita della tensione di riferimento. In pratica se ruotando R2 arrivate ad avere 950 mV su quest’ultimo, dovete regolare il cursore dell’R8 fino ad avere 950 sul display del modulino.

Fatto questo avete terminato la taratura del voltmetro single-chip; bloccate i cursori dei due trimmer con dello smalto in modo da fissare le regolazioni, togliete tensione, staccate il tester e rimuovete il ponticello J1. Da adesso potete utilizzarlo come meglio credete, ricordando questi semplici accorgimenti: non unite la massa di alimentazione (e comunque quella del modulo) con il negativo dell’ingresso di misura, altrimenti avrete indicazioni inesatte; lo strumento legge solo tensioni positive, ed applicando tensioni negative (ovvero ribaltando la polarità d’ingresso) i tre display indicano 0.

Infine, applicando all’ingresso tensioni che eccedono 999 millivolt (il fondo-scala) viene visualizzata l’indicazione di over range HHH; qualora all’ingresso venga utilizzato un partitore per alzare la portata, le tre H appaiono sempre e solo quando vengono oltrepassati i 999 mV all’ingresso IN, non ai punti di collegamento del partitore stesso.

 

 

Scrivi un commento all'articolo esprimendo la tua opinione sul tema, chiedendo eventuali spiegazioni e/o approfondimenti e contribuendo allo sviluppo dell'argomento proposto. Verranno accettati solo commenti a tema con l'argomento dell'articolo stesso. Commenti NON a tema dovranno essere necessariamente inseriti nel Forum creando un "nuovo argomento di discussione". Per commentare devi accedere al Blog

 

 

Login   
 Twitter Facebook LinkedIn Youtube Google RSS

Chi è online

Ci sono attualmente 5 utenti e 42 visitatori collegati.

Ultimi Commenti