Автономный цифровой вольтметр на многоканальном АЦП

Журнал РАДИОЛОЦМАН, ноябрь 2012

Branislav Korenko и Marek Cerný, Словакия

EDN

Идея изображенной на Рисунке 1 схемы возникла в связи с необходимостью измерения выходных сигналов в конкретной схеме 4-канального аналогового источника напряжения, однако, без сомнения, ей можно найти применение во множестве других приложений. Конструкция основана на микроконтроллере Atmel ATmega8-16AC и 12-разрядном АЦП Maxim MAX1230 [1, 2]. Хотя в микроконтроллере имеется встроенный 10-разрядный АЦП, гораздо эффективнее использовать внешний многоканальный преобразователь, чем мультиплексировать множество аналоговых каналов на дифференциальные входы АЦП ATmega8-16AC.

Рисунок 1.	В этом многоканальном малопотребляющем вольтметре использованы АЦП с мультиплексируемыми входами, микроконтроллер и ЖК индикатор.

Микросхемы IC₁ и IC₂ связаны интерфейсом SPI, в соответствии с рекомендациями, изложенными в [2]. Резисторы R₁₇ и R₁₈ подтягивают к шине питания выход флага завершения преобразования и вход выбора кристалла. Сигналы SPI выходят на разъем P₄ для подключения программатора. Кнопка S₂ предназначена для сброса IC₂, R₂₂ и C₄₂ подавляют дребезг кнопки. Аналогичную функцию выполняют элементы R₁₉ и C₃₉ в отношении кнопки S₁, подключенной к выводу INT0 микросхемы IC₂, используемой для переключения страниц ПЗУ знакогенератора ЖКИ.

Выводы с 23 по 28 микросхемы IC₂ через разъем P₂ идут к символьному ЖК индикатору Bolymin BC2002CBNHEH$ формата 20×2 [3]. Подстроечным резистором R₂₁ устанавливается уровень контраста ЖКИ. Выводы RXD и TXD микросхемы IC₂ можно использовать для подключения к интерфейсу USB через дополнительный мост USB-UART FTD232BM (на схеме не показан). Интерфейс потребуется при необходимости накопления результатов измерений.

Аналоговые входы AIN0 … AIN15 микросхемы IC₁ подключены к восьми делителям напряжения R₁ … R₁₆. Коэффициент деления выбирается в соответствии с максимальным уровнем измеряемого напряжения. Не забывайте, что уровень полной шкалы АЦП определяется величиной опорного напряжения REF+. Аналоговые входы микросхемы IC₁ снабжены УВХ (устройство выборки и хранения), поэтому выходной импеданс источника сигнала может влиять на общее время преобразования. Для устранения этого влияния к дифференциальным входам AIN0 и AIN1 микросхемы IC₁, согласно рекомендациям [2], подключены конденсаторы C₁, C₂ и C₃. Такие же группы конденсаторов подключены и к остальным аналоговым входам.

IC₁ может работать с частотой дискретизации до 300 тыс. выборок в секунду, что позволяет оцифровывать низкоскоростные переходные процессы и с помощью субдискретизации измерять периодические сигналы с шириной полосы, превышающей частоту выборки АЦП. Правда, для этого потребуется антиалайзинговая предварительная фильтрация входных сигналов

Прецизионный параллельный стабилизатор IC₅ вырабатывает для микросхемы IC₁ внешнее опорное напряжение REF+, равное 1.25 В. Резисторами R₂₃ и R₂₄, в соответствии с [4], устанавливается рабочий ток стабилизатора. Силовой трансформатор выбирайте в соответствии с напряжением сети в вашей местности. На схеме показан трансформатор 230 В с предохранителем 0.25 А. При сетевом напряжении 120 В необходимо установить предохранитель на вдвое больший ток. Напряжения со вторичных обмоток трансформатора выпрямляются диодными мостами D₁ и D₂ и стабилизируются последовательными стабилизаторами 7805. Один канал 5 В непосредственно питает многоканальный вольтметр, а другой предназначен для общего использования.

Ссылки

1. «ATmega8-16AC: 8-bit with 8K Bytes In-System Programmable Flash», Atmel Corp.
2. «MAX1226, MAX1228, MAX1230:12-Bit 300ksps ADCs with FIFO, Temp Sensor, Internal Reference», Maxim Integrated Products Inc, December 2010.
3. «LCD display, 2x20 characters, 5x7 dot matrix», http://bit.ly/Sg8AHt and http://bit.ly/TQHO5A.
4. «LM4041 precision micropower shunt voltage reference», Texas Instruments, February 2006.

Загрузки

Исходный код программы микроконтроллера