Цифровой LC-метр на контроллере PIC16F84

главная\р.л. конструкции\трансиверы\...

Цифровой LC-метр на контроллере PIC16F84

Каждый радиолюбитель знает, как необходим в домашней лаборатории LC измеритель. Особенно, если возникло желание использовать “бэушные” SMD компоненты без маркировки. В магазине LC-метры достаточно дорогие, с другой стороны всякому настоящему радиолюбителю иногда хочется что-то сделать своими руками. Из схем, опубликованных в интернете, больше всего понравился прибор [2] и позднее опубликованные "русскоязычные" версии. Привлекла возможность измерять емкости и индуктивности с точностью, достаточной для применения в КВ и УКВ аппаратуре. Режим калибровки позволяет компенсировать емкость монтажа и выносного щупа для SMD компонентов. После изготовления подобного прибора и разработки программы к PIC’у на основе математики, приведенной в [2], стало ясно, что время потрачено зря. Точность измерения невозможно описать печатными словами. Хотя идея хороша. Пораскинув черным веществом головного мозга, понял, что прибор рассчитан на измерение "идеальных" емкостей и индуктивностей. Реальные конденсаторы имеют собственную паразитную индуктивность, которая не учитывается и вызывает погрешность измерения до 500 %. В случае с измерением индуктивности, аналогично, всю картину мироздания портит паразитная емкость катушек. Я еще стыдливо умолчу о влиянии на частоту измерительного генератора паразитного сопротивления измеряемых деталей. Переварив все вышеизложенное, прибор был разработан заново и написано соответствующее программное обеспечение.

Надеемся, что радиолюбители оценят и то, что в нашем варианте используется более распространенный микроконтроллер PIC16F84(A), и простой цифровой индикатор, который на порядок дешевле многострочных алфавитно-цифровых модулей ЖКИ. Прибор в первую очередь предназначен для радиолюбителей, занимающихся ремонтом и изготовлением КВ и УКВ аппаратуры. В настоящее время ведутся дальнейшие работы по расширению диапазона измерения и пр.

 

Технические характеристики устройства:

 

Напряжение питания........................…........9-15 В

Средний потребляемый ток..................…...9 мА

Диапазон измерения емкости..............……0,1 пФ - 0,1 мкФ

Диапазон измерения индуктивности.....….0,01 мкГн -10мГн

Точность измерения…………………..….. не хуже 5%

 

Принципиальная схема устройства (рис. 1)

 

Схема LC измерителя приведена на рис. 1. Желающие могут ознакомиться, также, с работами [1], [2], [3] . Кратко изложу принцип работы. В состав LC метра входят измерительный LC-генератор, выполненный на компараторе DD2 LM311N, и узел на контроллере DD3 PIC16А84(А), который измеряет частоту на входе TMR и вычисляет значение измеряемой величины. В связи с его популярностью, подробно описывать данный контроллер не имеет смысла (подробную информацию по нему вы можете найти здесь). Схема практически целиком позаимствована из интернета. Принцип основан на измерении частоты LC генератора и ее изменения при подключении к контуру генератора с помощью реле К1 образцовой емкости С2. Зная величину этой емкости, нетрудно вычислить параметры LC контура генератора [2]. При этом емкость контура складывается из емкости собственно конденсатора, паразитной емкости катушки индуктивности и емкости монтажа. Аналогично с индуктивностью – учитываются индуктивность монтажа и паразитная индуктивность конденсатора.

Так как принцип измерения L и С одинаков, рассмотрим процесс измерения емкости.

Перед измерением нажимаем клавишу калибровки S3, контроллер вычисляет значение L1 и C1 контура генератора и заносит их в память. Затем подключаем параллельно контуру генератора измеряемый конденсатор и включаем режим измерения (клавиша S4). Контроллер вычисляет новые значения параметров контура и выводит на индикатор величину емкости измеряемого конденсатора. При этом и процесс измерения, и процесс калибровки происходят аналогично, с использованием калибровочного конденсатора С2. Это позволило исключить влияние паразитной индуктивности измеряемого конденсатора на точность измерения.

Так как калибровочный конденсатор тоже не является идеальным, в приборе предусмотрена возможность скорректировать его емкость программным способом. Практически это можно сделать так: запастись горстью точно измеренных на промышленном LC-метре конденсаторов и катушек разных номиналов. Затем подбирая значение константы для режима измерения "Сх", добиться соответствия емкости измеряемого конденсатора показаниям индикатора. Убедиться, что прибор не "врет" во всем диапазоне измерения. Затем перейти в режим измерения "Lx" и аналогично подобрать константу для измерения катушек индуктивности. На практике с калибровочным конденсатором КСО 1500 пФ константа для режима "Cx" - 1550, для режима "Lx"- 1360. К подбору констант нужно отнестись очень серьезно, так как от этого зависит точность прибора. Константы достаточно подобрать один раз, они автоматически заносятся во FLASH память контроллера.

На начальной стадии разработки предполагалось, что прибор будет питаться от собственной 9ти вольтовой батареи. Для этого в нем реализована функция сохранения энергии: после 4,5 минут простоя процессор при помощи транзистора VT1 отключает питание генератора DD2, а сам входит в режим SLEEP. Те, кто захочет собрать устройство с внутренней батареей, оценят данную функцию. Потребляемый ток в этом режиме около 300мкА + Iпот. DD1.

 

Настройка устройства

 

При наладке устройства емкость конденсатора C1 и индуктивность дросселя L1 большого значения не имеют. Необходимо лишь придерживаться двум правилам: 1) емкость C1 в пФ должна быть примерно в 6-15 раз больше, чем индуктивность L1 в мкГн; 2) Частота контура L1C1 должна лежать в пределах 550...750 кГц. По возможности, лучше придерживаться тех значений, которые указаны на схеме. Желательно использовать конденсатор С1 с малым значением ТКЕ (температурный коэффициент емкости), так как этот параметр напрямую зависит от того, как часто придется делать калибровку. Дроссель L1 должен также иметь хорошую температурную стабильность и малую собственную емкость. Конденсатор C2 считается эталонным и при вычислении принимается за константу, поэтому он также должен иметь очень малое значение ТКЕ. Для таких целей отлично подойдет конденсатор типа КСО (именно под габариты такого конденсатора и отведено место на плате), который отличается предельно малым значением ТКЕ. Емкость эталонного конденсатора может быть любой (желательно, она должна быть больше емкости С1), т.к. пользователь должен ввести ее во FLASH память процессора сам, предварительно измерив ее точным измерителем емкости. Для этого реализован соответствующий режим. Активизируется он следующим образом: при включении питания (включатель "S2") нужно удерживать клавишу "Calibration" до тех пор, пока на индикаторе не отобразится: "XXXX PF", где ХХХХ - емкость эталонного конденсатора C2 в пФ. Причем, если при входе в этот режим, переключателем S1 был установлен режим измерения "Cx", то введенная константа будет использоваться только при калибровке для режима "Cx", а если был установлен режим измерения "Lx", то она будет использоваться только при калибровки для режима измерения "Lx". Далее, в режиме записи константы переключатель используется для изменения шага перестройки значения константы: режим "Cx" будет соответствовать шагу '1', а режим "Lx" шагу '10'. Для изменения значения на один шаг вверх или вниз используются соответственно клавиши S3 ("Calibration") и S4 ("Measure"). При удержании клавиши значение константы будет изменяться со скоростью пять шагов в секунду. Для записи константы в память - не нажимать ни какие клавиши в течении пяти секунд, после чего произойдет повторная калибровка, и прибор начнет нормальную работу (режим ожидания измерения). Следует также не забыть подстроить кварцевый генератор процессора, при помощи подстроечного конденсатора С13. Для удобства настройки реализован специальный режим отображения, при активизации которого происходит обход всех вычислений, и на индикатор выводится реальная измеренная частота на входе TMR (вывод 3 DD3). Формат отображение частоты: "XXX, XX" кГц. Активизируется она установкой перемычки XS1. Для этого процесса потребуется частотомер, подключенный к выводу TMR DD3. Подстройкой конденсатора С13 следует добиться того, чтобы частота на индикаторе соответствовала частоте частотомера с точностью не менее 0,05 процента. На этом процесс настройки LC-метра завершен. Если пользователю необходимо посмотреть истинные вычисленные значения емкости и индуктивности колебательного контура, то это можно сделать следующим образом: при включении питания удерживать клавишу "Measure". В этом режиме будет циклически происходить калибровка с последующим выводом на индикатор вычисленных значений до тех пор, пока клавиша не будет отпущена. Вычисленные значения емкости и индуктивности будут отображаться в формате изображенном соответственно на рисунках 2 и 3. После отжатии клавиши произойдет повторная калибровка, и прибор начнет нормальную работу.

 

Эксплуатация устройства

 

Включение прибора осуществляется включателем "S2", после чего производится автоматическая калибровка с вычислением нужных значениях. В процессе калибровки на индикаторе должны наблюдаться "бегущие тире" слева на право. Длительность этого процесса около одной секунды. При включении и после выхода из режима "SLEEP" калибровка проводится два раза, в остальных случаях один раз. Переключение режима измерения "Lx/Cx" осуществляется переключателем S1. При каждой смене режима измерения, также производится автоматическая калибровка. Принудительная калибровка осуществляется нажатием на клавишу "S3". Для калибровки в режиме измерения "Lx" необходимо в клеммы "Lx" вставлять перемычку. Такой принцип калибровки используется в большинстве промышленных измерителей и отличается более точным определением всех паразитных величин конструкции платы и клемм. Если пользователь забудет установить перемычку, то в процессе калибровки на индикаторе высветятся символы "PP", и следующие 10 секунд будет ожидаться повторная калибровка, по истечению которых калибровка будет пропущена. Измерение значений "Lx/Cx" производится при нажатии клавиши "Measure" со скоростью от 2 до 10 раз в секунду (в зависимости от значения измеряемого элемента) и отображается на индикаторе в формате, показанном на рис. 2 и рис. 3. На индикаторе отображаются только четыре активных старших разрядов, если число на индикаторе большое, то младшие разряды обнуляются. При долгой работе прибора, не следует забывать периодически производить калибровку. Если в течении четырех с половиной минут не будет нажата ни одна из клавиш, то устройство перейдет в режим энергосбережения, а на индикаторе высветится "OFF". Некоторые индикаторы имеют свойство, при отсутствии подачи сигналов в течение долгого времени, переходить в режим таймера. Выход из режима "сна" производится при нажатии любой клавиши или при смене режима измерения переключателем "S1", после чего производится калибровка и прибор продолжает нормальную работу. Если необходимо измерить конденсаторы в корпусе SMD, то после подключения внешнего щупа следует произвести повторную калибровку с учетом емкостных характеристик этого щупа и его кабеля.

 

Детали и конструкция платы

 

Устройство выполнено на двухсторонней плате размером 10,25 x 6,5 мм. Слой платы со стороны монтажа деталей используется в качестве общего провода.

 

 

 

В устройстве применены следующие детали в корпусе SMD, которые запаиваются на плату со стороны проводников: все резисторы, конденсатор С10, а также перемычка между эмиттером VT1 и шиной питания +5 В (на чертеже платы обозначена как резистор со значением "000"). Электролитические конденсаторы малогабаритные от импортной аппаратуры. Микросхема DD2 - LM311N в корпусе DIP8. Авторы [1] рекомендуют использовать отечественный аналог К554СА3. Это дает возможность повысить верхний предел измерения. Под микроконтроллер DD3 в корпусе DIP18 устанавливается соответствующая панелька. Стабилизатор DD1 - любой малогабаритный с напряжением стабилизации +5 В. Если устройство будет питаться от собственной батареи, то желательно использовать стабилизаторы с малым собственным потребляемым током, типа LM2936-25 (Iпот. <1 мА) или КР1170ЕН5 (Iпот. ~1 мА). Транзистор VT1 любой 'pnp' структуры с большим коэффициентом усиления. Если прибор будет питаться от внешнего блока питания, то транзистор можно не устанавливать, а вместо него запаять перемычку: между эмиттером и коллектором. Реле К1 - герконовое от импортного телефона или любое другое малогабаритное с напряжением срабатывания не более 5 В. Защитный диод VD1 любой с Iпр. макс. не менее 100 мА (1N4001, 1N4004). Модуль DD4 - десятиразрядный индикатор с последовательным вводом и контроллером управления - типа НТ1613 или НТ1611. Индикатор крепится непосредственно к плате на стойках, как показано на чертеже платы. На элементы генератора устанавливается экран размером 3 x 3 x 0,8 см (ДxШxВ), изготовленный из жести (на чертеже обозначен штриховой линией). Готовая плата устройства помещается в корпус с внутренними размерами 10,3 х 6,7 х 1,2 см (ДхШхВ).

 

Программное обеспечение

 

Программа для данного устройства была написана практически полностью "с нуля". Коды для прошивки контроллера (биты конфигурации, EEPROM программы и EEPROM данных) находятся в файле "LC_Prog.hex" в формате INHX32.

 

Возможные неисправности

 

Здесь рассмотрены возможные трудности при первом запуске устройства, и советы по их устранению:

1) При включении ничего не работает:

Проверьте напряжение на входе и выходе стабилизатора DD1, возможно он неисправен. Если напряжение в норме, проверьте еще раз правильность подключения индикатора - возможно устройство работает, но индикатор не отображает информацию. Это можно определить следующим способом: при нажатии на клавишу "Calibration", должен прослушиваться щелчок срабатывания реле К1.

2) При включении индикатор отображает непонятную информацию:

Возможно, перепутаны местами выводы индикатора Clk и Data, или занижено его питание. Оно должно находиться в пределах 1,3 В-1,6 В. Если все в порядке, то следует уменьшить пропорционально сопротивление резисторов R9, R10.

3) При включении отображается таймер индикатора, и прибор не реагирует на нажатия клавиш:

Причина в контроллере. Проверьте правильность установки его в панельку. Также следует проверить с помощью программатора его работоспособность и зашитую в него программу. Контроллер нужно программировать полностью со всеми параметрами и данными, находящиеся в файле "LC_Prog.hex" (биты конфигурации, EEPROM программы и EEPROM данных). Если все в порядке, то, возможно, не функционирует кварцевый резонатор ZQ1.

4) При калибровке постоянно отображаются символы "PP":

Причина в генераторе. Символы "PP" означают, что частота на входе TMR, ниже 1 кГц. Если калибровка происходит в режиме измерения "Lx", то, возможно, вы забыли вставить в клеммы "Lx" перемычку (см. раздел по эксплуатации устройства). Иначе не функционирует LC-генератор. Проверьте напряжение на выводе 8 DD2. Если оно отсутствует, то не исправен транзистор VT1. Запаяйте вместо него перемычку между выводами коллектора и эмиттера. Если не помогло, то проверьте исправность электролитических конденсаторов С3 и С6, а также дросселя L1. Если ни чего не помогло, то, возможно, потребуется заменить компаратор DD2.

 

P.S. У индикаторов применяемых в данном устройстве угол обзора напрямую зависит от его напряжения. При увеличении напряжения угол обзора перемещается вверх, но наблюдать показания индикатора снизу становится невозможно. В авторском варианте используется заниженное напряжение индикатора (1,35 В), т.к. корпус прибора сконструирован для работы в горизонтальном (лежачем) положении и, обычно, смотреть на него приходиться снизу. Напряжение индикатора устанавливается делителем R8, R11.

 

Использованы материалы:

 

1. – LCF-метр. Ю. Чирков, В. Ларионов.

2. LC2Binst.htm – LC метр на контроллере PIC16C622.

3. LC-meter FREE project

 

Аникин Александр (RA4LCH), Аникин Дмитрий (RW4LED)

E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

г Ульяновск. Ноябрь 2003г.

Глас народа 06.02.2011 12:07 Где взять печатку в LAY...  --  Василий 1970...
03.02.2011 14:54 lc метр...  --  Csirg052
30.11.2009 18:01 Кому нужна печатка? - те могут зайти на сайт VRTP.RU и в разделе...  -- 
30.11.2009 17:59 - те могут зайти на сайт и в разделе " измерительные приборы" мо...  -- 
30.11.2009 17:59 Кому нужна печатка? ...  --  A4TEX
21.10.2009 22:43 Вышлите пожалуйста печатку в lay очень надо заранее благодарю !! ...  -- 
12.06.2009 01:38 Помогите найти расчет для генератора на базе LM311 (компаратора) ...  --  ВоВа
06.06.2009 17:03 проба...  --  ra3pjkj
31.03.2009 11:13 Куплю готовое изделие или плату с прошитым контроллером...  --  alex
17.03.2009 18:13 Люди смотрел на базаре индикатор НК1613 какой в схеме,и не нашел!...  --  Алексей Гудыма...
29.05.2008 14:12 Собрал схему програматора LPT для PIC16F84A шью через PONI PROG! ...  --  oleg
29.05.2008 13:53 Друзья, нужна схема програматора для PIC16F84A!...  -- 
20.05.2008 13:45 Развел схемку в Lay под имеющиеся в продаже кнопки и переключател...  --  Юрий
16.02.2008 06:57 Собрал пришлось немного повозится, работает нормально но только д...  -- 
25.01.2008 00:06 Собрал.Настройка и подгонка сложновата.Сначала бегущие цыфры набл...  --  Юрий
17.01.2008 06:26 Друзья по пояльнику где взять файл LAY платы прибора. ...  --  al19
03.12.2007 21:30 где можно взять рабочую прошивку. есть файл Lay....  --  юрий
23.07.2007 12:03 Так где же взять файл LAY платы прибора ? Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript не отве...  --  fkc
06.07.2007 06:48 так же как не резистивные резисторы...  -- 
06.05.2007 04:22 как можно роспознать не емкостные SMD конденсаторы по емкости есл...  --  Женя
04.03.2007 09:54 У кого есть схема р/с ПРЕЗИДЕНТ ДЖЕЙМС...  --  UA3MOI
17.01.2007 10:10 Понравились параметры, схему не анализировал но вообще простота п...  --  Nick
20.08.2006 16:40 Меняю USB PIC-программатор на готовый FLC-метр. Всех заинтересова...  --  SHS
20.08.2006 12:55 Собрал прибор и столкнулся вот с чем: генератор на LM311 работал ...  --  Антон
24.05.2006 12:48 Помогите советом. Собрал прибор, но он отказывается мерить емкос...  --  Олег
04.05.2006 13:05 Есть ли схема на 44780...  --  SB
22.04.2006 15:23 по плате обращайтесь Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript реле рл-1 ...  --  виктор
07.04.2006 15:07 У кого есть возможность поделиться печатной платой - сообщите, г...  --  Николай, RZ9OQ...
17.03.2006 16:42 Понравилась схема.Вышлите,пожалуйста,плату LAY Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript ...  --  yampp
17.03.2006 16:40 Понравилась схема.Вышлите,пожалуйста,плату LAY...  --  yampp
14.03.2006 10:54 вышлите пожалуйста код программы в 16 а не в 32 и желательно на а...  --  vvaRior
14.03.2006 10:53 вышлите пожалуйста код программы в 16 а не в 32 и желательно на а...  --  vvaRior
09.03.2006 23:36 Доброй ночи. Взялась за написание диплома по похожей теме. Трудн...  --  Вера
04.03.2006 20:59 Щуп для SMD деталей. К губкам крокодила я припоял два кусочка фол...  --  Виктор
04.03.2006 01:18 Пожалуйста,вышлитеплату LAY на Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript ...  --  Виктор
04.03.2006 01:02 Понравилась схема.Вышлите,пожалуйста,плату LAY...  --  Виктор
27.02.2006 11:09 ГДЕ ВЗЯТЬ ПРОШИВКУ.........  --  САБ
08.02.2006 10:23 поделитесь платой lay пожалуйста на Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript ...  -- 
23.01.2006 01:14 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript ...  --  Александр
23.01.2006 01:12 21 декабря 2005 г. в 11:48 - Поделитесь пожайлуйста....  --  Александр
21.12.2005 11:53 Ответ по прошивке под hd44780(от21.12.2005) пожалуйста на vikc5@...  --  виктор
21.12.2005 11:48 Могу поделиться платой LAY....  -- 
21.12.2005 11:45 Где взять прошивку под hd44780 конкретно МЭЛТ МТ10Т7...  --  виктор
20.11.2005 19:48 Собрали с друзьями уже 5 экзепляров прибора. Я, и мои друзья, оч...  --  Георгий
28.10.2005 13:42 Здравствуйте!Хороший прибор и исполнение нравится.Есть только воп...  --  yampp
22.09.2005 21:30 Здравствуйте! Хотел бы собрать Вашу консрукцию, но прежде задать ...  --  Grey
08.04.2005 17:13 Спасибо авторам LC-метра Александру и Дмитрию за хорошую статью,и...  --  Анатолий
07.04.2005 13:43 Здравствуйте ВСЕ! Собрал LCметр с индикатором (  --  US4ILQ
06.04.2005 21:14 Хорошо...  --  Светлана
25.03.2005 00:01 Cvetlana , если Вам покажут неоткажите в любезности хотелось бы т...  --  UR3CDI
24.03.2005 14:34 Я делаю дипломный проект по этой теме и мне бы хотелось увидеть п...  --  Светлана
07.02.2005 02:14 Вопрос ответ к Vladu я незнаю чё такое 16 ,32 просто тупо скачал...  --  UR3CDI
02.02.2005 00:53 Дали бы Прошивку в нормальном (16) разрядном виде, а не в (32) ра...  --  Vlad
16.01.2005 13:03 Где можно посмотреть схему LC метра на FT89C2051...  --  Эдик .
28.12.2004 09:43 Отличная статья, как и видимо прибор (пока не повторял). Хотелос...  --  glorybox
17.12.2004 01:07 Зачем искать прошивку где-то, если она вс ждет сдесь. Все работае...  --  ew3cs
15.11.2004 18:54 Народ! Подскажите пожалуйста, как подключить китайский индикатор ...  --  Tolik
28.05.2004 17:15 KAK POLU4IT PROGRAM DO GERAN...  --  MACIEJ DE SP2HI...
10.05.2004 23:36 Собрал прибор по схеме и с прошивкой по ссылке  --  Сергей
13.04.2004 16:06 Собрал прибор но хотелось бы подключить к нему активный щуп на ми...  --  vasil
05.03.2004 19:54 Пршивка для МК к схеме измерителя L/C и его прошивка...  --  Серый
27.02.2004 15:28 Дело было не в прошивке, просто ..... Все работает великолепно. ...  --  Sergey, ew3cs...
25.02.2004 00:13 Может кто поделится рабочей прошивкой. Или скажет, что в статье в...  --  Sergey, ew3cs...
21.02.2004 01:03 Гут!...  --  Гут
20.02.2004 00:12 Рабочая прошивка тут: - эта ссылка не ра...  --  Сергей, ew3cs...
18.12.2003 03:13 А совсем для полного счастья еще бы и частотомер в него!!...  --  Serg
18.12.2003 02:15 Рабочая прошивка тут: Метрологию не про...  --  Edward Nedeliae...
18.12.2003 00:17 А индикатор таки не работает - на РА0 и РА1 нет импульсов, и в пр...  --  Edward Nedeliae...
05.12.2003 17:23 Очень хорошая разработка. Вот только с индикаторами проблема....  --  wasil
02.12.2003 20:12 Ну, критика в адрес прототипа с AADE не вполне справедлива. На ...  --  VB
02.12.2003 13:19 Целесообразно обеспечить поддержку индикатора на HD44780.Возможно...  --  es4mf
02.12.2003 10:51 Ja zdelal LC metr na AT89c2051 iz saita OK2TEJ sovsem neploxo. Da...  --  Dalius
02.12.2003 10:12 Мне тоже понравилась конструкция. Правда "для полного счастья" хо...  --  Вадим
01.12.2003 22:57 Вот! Наконец достойная для повторения конструкция! Я избороздил в...  --  Alex






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.