Разработка цифрового частотомера

 

   Таблица 3.5 – Параметры конденсатора С3

     
 

   3.2.1 Преобразователь "переменное напряжение - постоянное напряжение" 

   Данный  блок состоит из диодов VD1, VD2 резисторов R1, R2.

   В данном блоке происходит преобразование входного переменного напряжения в  средневыпрямленное.

   Технические параметры диодов 6А10 приведены в  таблице 3.6 

   Таблица 3.6 – Технические параметры диодов 6А10

   

   3.2.2 Входной делитель постоянного напряжения 

   Выпрямленное  напряжение поступает на резистивный делитель, который состоит из резисторов R5 и R9 (верхнее плечо делителя) и R4 (нижнее плечо), а также подключаемых параллельно R4 резисторов R10 и R11, в зависимости от выбранного предела измерения.

   Параметры резисторов приведены в таблицах 3.1 и 3.2. 
 

   3.2.3 Фильтр НЧ 

   Данный  блок состоит из конденсатора C1 и резистора R8. Цепочка C1R8 предназначена для фильтрации высокочастотных помех на входе АЦП микроконтроллера.

   Параметры резисторов и конденсаторов приведены  в таблицах 3.1 и 3.4. 
 

   3.2.4 Центральный процессор 

   Микроконтроллер DD1 - ATtiny15L фирмы Atmel. Его технические параметры приведены в таблице 3.7. Выпрямленное напряжение поступает на вход АЦП. В качестве образцового напряжения для АЦП использован встроенный в микроконтроллер источник напряжения 2,56В. Линии порта PB1 и PB2 находятся в состоянии высокого сопротивления, и при смене предела измерения обеспечивают подключение дополнительных резисторов к делителю. Входное напряжение измеряется с точностью до сотых долей вольта. 

   Таблица 3.7 – Технические параметры микроконтроллера DD1

     
 
 
 

   3.2.5 Блок индикации 

   Данный  блок состоит из ЖК индикатора HG1.

   Данные  с микроконтроллера DD1 передаются по одной линии PB5 c времяимпульсным кодированием (время передачи «1» примерно в десять раз больше «0», а пауза между ними равна длительности «1»). Светодиод HL1 служит стабилизатором напряжения питания ЖКИ.

   В качестве индикатора HG1 применён 10 разрядный ЖКИ КО-4В2. Назначение выводов модуля показано в таблице 3.8. 

   Таблица 3.8 – Назначение выводов модуля КО-4В2

     
 

   3.2.6 Источник питания  

   Источник  питания состоит из трёх батарей  «АА» и ключа SA1 для включения питания устройства. Источник питания обеспечивает питание микроконтроллера DD1 и ЖК индикатора HG1.

   В устройстве также предусмотрено  измерение аккумуляторов G1 с точностью до сотых долей вольта. Для этого напряжение аккумулятора с резистивного делителя R3R6 поступает на вход PB4, который программно сконфигурирован как еще один вход встроенного АЦП.

 

    4 Разработка алгоритма работы  вольтметра с автоматическим выбором предела измерения 

   Алгоритм  работы вольтметра приведен на рисунке 4

   

   

   

     

   

   

     

   

     
 

   

     

   

     

   

     

     
 
 
 
 

   

     
 

   

   

     
 
 
 

   Рисунок 4 – Алгоритм работы вольтметра 

   При входном напряжении менее 10 В линии  порта PB1 и PB2 микроконтроллера находятся в состоянии высокого сопротивления. В этом случае коэффициент деления входного делителя напряжения АЦП равен 4, и входное напряжение измеряется с точностью до сотых долей вольта.

   Если  напряжение превысит 10В, с помощью  линии порта PB1 микроконтроллер DD1 подключит параллельно резистору R4 резистор R11, увеличиваю коэффициент деления входного напряжения до 40. В этом случае предел измерения составит 99,9В. Когда на этом пределе напряжение станет менее 10В, линии порта PB1 и PB2 микроконтроллера DD1 переключатся в состояние высокого сопротивления и коэффициент деления входного делителя вновь уменьшится до 4. Если же входное напряжение достигнет 100В и более, с помощью линии порта PB2 микроконтроллер DD1 дополнительно подключит параллельно резистору R4 резистор R10, при этом коэффициент деления входного напряжения возрастет до 400, а верхний предел измерения составит 999В.

   Через порт PB4 (второй вход АЦП) осуществляется замер напряжения батареи вольтметра.

   На  дисплей должны выводится напряжения: первые четыре знакоместа – напряжение батареи, пятое и шестое – разделитель (пустые знаки), оставшиеся – измеряемое напряжение.

 

   5 Расчет погрешности вольтметра  

   Микроконтроллер DD1 содержит 10-разрядный АЦП. Его погрешность выражается единицой младшего значащего разряда:

   %

   Для предела измерения 10В с коэффициентом  делителя 4 погрешность будет равна:

   Для выпрямителя:

   Для делителя напряжения:  
 
 

   Погрешность вольтметра будет равна: 

   Для предела измерения 100В с коэффициентом  делителя 40 погрешность будет равна:

   Для выпрямителя:

   Для делителя напряжения:  
 
 

   Погрешность вольтметра будет равна: 

   Для предела измерения 999В с коэффициентом  делителя 400 погрешность будет равна:

   Для выпрямителя:

   Для делителя напряжения:  
 
 

   Погрешность вольтметра будет равна: 
 

   Погрешность на пределах 100 и 999 В не превышает  допустимую погрешность 2,5%. 
Заключение 

   В процессе проектирования вольтметра были реализованы требования технического задания.

     В первом разделе пояснительной  записки приведено описание существующих  видов вольтметров.

   Во  втором разделе разработаны технические  требования к самому вольтметру, к эксплуатации, к надежности и к безопасности.

   В третьем разделе разработана  структурная и принципиальная схемы вольтметра.

   На  листе приложения представлена принципиальная и структурная схемы вольтметра, перечень элементов, алгоритм работы устройства. 

 

   

   Список  использованных источников 
 

   1. Озолин М. Вольтметр постоянного тока с автоматическим выбором пределов измерения //Радио. - 2010. — N1. — С.15-16.

   2. Бирюков С. Цифровые устройства на интегральных микросхемах. — М.: Радио и связь, 1984.

3. Технический паспорт прибора «Универсальный вольтметр В7-26»