У наше століття прогресу у будь-якого радіоаматора найголовніший прилад при налагодженні пристроїв це лабораторний блок живлення (БП). БП може бути як саморобний, так і заводського виконання. Відрізняються за складністю, може бути зібраний всього на одному лінійному регуляторі напруги, наприклад LM317T, може бути зібраний на операційних підсилювачах, на транзисторах. БП може мати захист від КЗ, або навпаки, регульоване обмеження вихідного струму. А більш досконалі БП мають перемикання режиму «Захист від КЗ / Обмеження вихідного струму». Але майже всі БП обладнані в кращому випадку стрілочним вольтметром. Цифровий вольтметр складний у виготовленні і налаштуванні, і найчастіше вимагає застосування спеціалізованих мікросхем АЦП, наприклад, КР572ПВ2А.

Але вся складність полягає не у виготовленні плати, а в необхідності застосування двополярного живлення +5 В,-5В для живлення зазначеної мікросхеми. Для цього потрібен окремий малопотужний БП або окремі обмотки трансформатора. Таким чином, дані АЦП не надто зарекомендували себе в радіоаматорського практиці. Що ж відбувається? На дворі XXI-е століття, а дизайну аматорських БП не торкнувся прогрес? Необхідно виправити цю ситуацію! Замислившись над цим, я прийшов до висновку, що треба зробити власний пристрій індикації параметрів БП на мікроконтролері. У зв’язку з цим і була розроблений модуль – цифровий вольтамперметр. Який і буде розглянуто далі більш докладно. Дана розробка запропонована вам для повторення і можливої ​​доопрацювання, оскільки вона виконана в пілотному варіанті і вимагає доопрацювань .. (Планувалася функція обчислення споживаної потужності і відображення на індикаторі, але до цього не дійшли лапи, а при випробуванні виявлені баги при вимірюванні струму.) Але навіть у такому варіанті дана схема цілком працездатна і може бути запропонована для повторення навіть початківцям радіоаматорам. Основний упор робився на те, щоб зберегти мінімальну складність, щоб не залишити за бортом початківців радіоаматорів. Ось що у мене вийшло.

Схема:

Пристрій забезпечує наступні параметри та функції:
1. Вимірювання та індикація вихідної напруги блоку живлення в діапазоні від 0 до 100В, з дискретністю 0,01 В
2. Вимірювання та індикація вихідного струму навантаження блоку живлення в діапазоні від 0 до 10А з дискретністю 10 мА
3. Похибка вимірювання – не гірше ± 0,01 В (напруга) або ± 10мА (струм)
4. Перемикання між режимами вимірювання напруга / струм здійснюється за допомогою кнопки з фіксацією в натиснутому положенні.
5. Висновок результатів вимірювання на великій чотирьохрозрядний індикатор. При цьому три розряди використовуються для відображення значення вимірюваної величини, а четвертий – для індикації поточного режиму вимірювання.
6. Особливість мого вольтамперметр – автоматичний вибір межі вимірювання. Сенс у тому, що напруги 0-10В відображаються з точністю 0,01 В, а напруги 10-100В з точністю 0,1 В.
7. Реально дільник напруги розрахований із запасом, якщо вимірювана напруга збільшується більше 110В (ну може комусь треба менше, можна виправити це в прошивці), на індикаторі відображаються символи перевантаження – O.L (Over Load). Аналогічно зроблено і з амперметром, при перевищенні вимірюваного струму більше 11А вольтамперметр переходить в режим індикації перевантаження.
Пристрій здійснює вимірювання і індикацію тільки позитивних значень струму і напруги, причому для вимірювання струму використовується шунт в ланцюзі «мінуса».
Пристрій виконаний на мікроконтролері DD1 (МК) ATMega8-16PU.

Технічні параметри ATMEGA8-16PU:

Ядро AVR
Розрядність 8
Тактова частота, МГц 16
Обсяг ROM-пам’яті 8K
Обсяг RAM-пам’яті 1K
Внутрішній АЦП, к-сть каналів 23
Внутрішній ЦАП, к-сть каналів 23
Таймер 3 канали
Напруга живлення, В 4.5 … 5.5
Температурний діапазон, C 40 … +85
Тип корпусу DIP28

Кількість додаткових елементів схеми – мінімально. (Більш повні дані на МК можна дізнатися з даташіта на нього). Резистори на схемі – типу МЛТ-0, 125 або імпортні аналоги, електролітичний конденсатор типу К50-35 або аналогічний, напругою не менше 6,3 В, ємність його може відрізнятися в більшу сторону. Конденсатор 0,1 мкФ – керамічний імпортний. Замість DA1 7805 можна застосувати будь аналоги. Максимальний напруга живлення пристрою визначається максимальним допустимим вхідною напругою цієї мікросхеми. Про тип індикаторів сказано далі. При переробці друкованої плати можливе застосування інших типів компонентів, в тому числі SMD.

Резистор R … імпортний керамічний, опір 0,1 Ом 5Вт, можливе застосування більш потужних резисторів, якщо габарити печатки дозволяють установіть.Также потрібно вивчити схему стабілізації струму БП, можливо там вже є Струмовимірювальні резистор на 0,1 Ом в мінусовій шині. Можна буде використовувати по можливості цей резистор. Для живлення пристрою може використовуватися або окремий стабілізований джерело живлення +5 В (тоді мікросхема стабілізатора живлення DA1 не потрібна), або нестабілізований джерело +7 … 30В (з обов’язковим використанням DA1). Споживаний пристроєм струм не перевищує 80мА. Слід звертати увагу на те, що стабільність напруги живлення побічно впливає на точність вимірювання струму і напруги. Індикація – звичайна динамічна, в певний момент часу світиться тільки один розряд, але через інерційність нашого зору ми бачимо світяться всі чотири індикатори і сприймаємо як нормальне число.

Використав один струмообмежувальні резистор на один індикатор і відмовився від необхідності додаткових транзисторних ключів, т. к. максимальний струм порту МК в даній схемі не перевищує допустимі 40 мА. Шляхом зміни програми можна реалізувати можливість використання індикаторів як із загальним анодом, так і з загальним катодом. Тип індикаторів може бути будь-яким – як вітчизняним, так і імпортним. У моєму варіанті застосовані дворозрядне індикатори VQE-23 зеленого свічення з висотою цифри 12 мм (це давні, мало-яскраві індикатори, знайдені в старих запасах). Тут наведу його технічні дані для довідки;

Індикатор VQE23, 20x25mm, ОК, зелений
Дворозрядний 7-сегментний індикатор.
Тип Загальний катод
Колір зелений (565nm)
Яскравість 460-1560uCd
Десяткові точки 2
Номінальний струм сегмента 20mA

Нижче вказано розташування висновків і габаритне креслення індикатора:

1. Анод H1
2. Анод G1
3. Анод A1
4. Анод F1
5. Анод B1
6. Анод B2
7. Анод F2
8. Анод A2
9. Анод G2
10. Анод H2
11. Анод C2
12. Анод E2
13. Анод D2
14. Заг катод К2
15. Заг катод К1
16. Анод D1
17. Анод E1
18. Анод C1

Можливе використання взагалі будь-яких індикаторів як одно-, двох-, так і четирехразрядних із загальним катодом, доведеться тільки розведення друкованої плати під них робити. Плата виготовлена ​​з двостороннього фольгованого склотекстоліти, але можливе застосування одностороннього, просто треба буде кілька перемичок запаяти. Елементи на платі встановлюються з обох сторін, тому важливий порядок складання:

• Спочатку необхідно пропаяти перемички (перехідні отвори), яких багато під індикаторами і біля мікроконтролера.
• Потім мікроконтролер DD1. Для нього можна використовувати цангову панельку, при цьому її треба встановлювати не до упору в плату, щоб можна було пропаяти висновки з боку мікросхеми. Т.к. не було під лапою цангову панельки, було вирішено впаяти МК намертво в плату. Для початківців не рекомендую, у разі невдалої прошивки 28-ногій МК дуже незручно замінювати.
• Потім всі інші елементи.

Експлуатація даного модуля вольтамперметр не вимагає пояснення. Досить правильно підключити живлення та вимірювальні ланцюга. Розімкнуте джемпер або кнопка – вимірювання напруги, замкнутий джемпер або кнопка – вимірювання струму. Прошивку можна залити в контролер будь-яким доступним для вас способом. З Fuse-бітів, що необхідно зробити, так це включити вбудований генератор 4 МГц. Нічого страшного не трапиться, якщо їх не прошити, просто МК працюватиме на 1МГц і цифри на індикаторі будуть сильно мерехтіти.

А ось і фотографія вольтамперметр:
Я не можу дати конкретних рекомендацій, крім вищесказаних, про те, як підключити пристрій до конкретної схемою блоку живлення – адже їх така безліч! Сподіваюся, це завдання дійсно виявиться такою легкою, як це я собі уявляю.
Архів проекту

Всі питання задаємо на форумі