95684

Проектування вольтметра

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Підтримка USB вийшла у вигляді патча до Windows 95b, надалі вона увійшла в стандартне постачання Windows 98. У перші роки пристроїв було мало, тому шину жартома називали «Useless serial bus» - «марна послідовна шина». Втім, виробники швидко усвідомили користь USB, і вже до 2000 року більшість принтерів і сканерів працювали з новим інтерфейсом.

Украинкский

2015-09-28

178 KB

0 чел.

ЗМІСТ

Вступ 

1.Порти та прилади  

1.1. Порт USB  

              1.1.1.Специфікації USB  

              1.1.2.Живлення USB  

     1.1.3.Типи USB  

     1.2.Вольтметр 

          1.2.1. Загальна характеристика вольтметра 

          1.2.2. Класифікація вольтметра 

          1.2.3. Розширення діапазону вимірювань вольтметра 

2.Проектування пристрою 

  2.1.PIC16F676 

        2.2.Принцип роботи пристрою. 


ВСТУП

          Порт USB  є важливою частиною будь-якого сучасного пристрою. На мобільних телефонах його немає, але більшість сучасних смартфонів можуть заряджатися саме від цього порту. На кожен usb порт подається 5 вольт.

До USB порту ми з вами підключаємо флешки, жорсткі зовнішні диски, зовнішні CD / DVD приводу, принтери, сканери та багато іншого.

         Перші специфікації для USB 1.0 були представлені в 1994-1995 роках. Розробка USB підтримувалася фірмами Intel, Microsoft, Philips, US Robotics. USB став «спільним знаменником» під трьома не пов'язаними один з одним прагненнями різних компаній:

  •  Розширення функціональності комп'ютера. На той момент для підключення зовнішніх периферійних пристроїв до персонального комп'ютера використовувалося кілька «традиційних» (англ. Legacy) інтерфейсів (PS / 2, послідовний порт, паралельний порт, порт для підключення джойстика, SCSI), і з появою нових зовнішніх пристроїв розробляли і новий роз'єм. Передбачалося, що USB замінить їх все і заодно подхлестнёт розробку нетрадиційних пристроїв.
  •  Підключити до комп'ютера мобільний телефон. У той час мобільні мережі переходили на цифрову передачу голосу, і жоден з наявних інтерфейсів не годився для передачі з телефону на комп'ютер як мови, так і даних.
  •  Простота для користувача. Старі інтерфейси (наприклад, послідовний (COM) і паралельний (LPT) порти) були вкрай прості для розробника, але не давали справжнього «підключи і працюй». Були потрібні нові механізми взаємодії комп'ютера з низько- і середньошвидкісних зовнішніми пристроями - можливо, більш складні для конструкторів, але надійні, дружні та придатні до «гарячого» підключення.

         Підтримка USB вийшла у вигляді патча до Windows 95b, надалі вона увійшла в стандартне постачання Windows 98. У перші роки пристроїв було мало, тому шину жартома називали «Useless serial bus» - «марна послідовна шина». [1] Втім, виробники швидко усвідомили користь USB, і вже до 2000 року більшість принтерів і сканерів працювали з новим інтерфейсом.

         Hewlett-Packard, Intel, Lucent (нині Alcatel-Lucent), Microsoft, NEC і Philips спільно виступили з ініціативою щодо розробки більш швидкісний версії USB. Специфікація USB 2.0 була опублікована у квітні 2000 року, і в кінці 2001 року ця версія була стандартизована USB Implementers Forum. USB 2.0 є зворотно сумісною з усіма попередніми версіями USB.

          Слід зазначити, що на початку 2000-х років корпорація Apple віддавала пріоритет шині FireWire, в розробці якої вона брала активну участь. Ранні моделі iPod були оснащені тільки інтерфейсом FireWire, а USB відсутній. Згодом компанія відмовилася від FireWire на користь USB, залишивши в деяких моделях FireWire тільки для підзарядки. Однак, частина випускаються клавіатур і мишей, починаючи з другої половини 90-х років, мали інтерфейс USB.

        З середини першого десятиліття 2000-х років BIOS'и комп'ютерів масового сегмента почали підтримувати USB [джерело не вказано 468 днів] (підтримка USB в корпоративному сегменті почалася з середини 90-х). Це дозволило завантажуватися з флеш-дисків, наприклад, для переустановлення ОС; пропала потреба в PS / 2-клавіатурі. Сучасні материнські плати підтримують до 20 USB-портів. У переважній більшості сучасних ноутбуків COM- і LPT-портів ні, все частіше з'являються настільні комп'ютери без COM- портів.

       Поки відбувалося розповсюдження USB-портів другою версією, виробники зовнішніх жорстких дисків вже «вперлися» в обмеження USB 2.0 - і по струму, і по швидкості. Знадобився новий стандарт, який і вийшов в 2008 році. Укластися в старі 4 дроти не вдалося, додали 5 нових проводів.         Перші материнські плати з підтримкою USB 3.0 вийшли в 2010 році. До 2013 року USB 3.0 став масовим. Також є плати розширення, що додають підтримку USB 3.0 в старих комп'ютерах.

1. ПОРТИ ТА ПРИЛАДИ

1.1. Порт USB

         USB- послідовний інтерфейс передачі даних для середньошвидкісних і низькошвидкісних периферійних пристроїв в обчислювальній техніці. Символом USB є чотири геометричні фігури: великий круг, мале коло, трикутник і квадрат, розташовані на кінцях деревовидної блок-схеми.

        Розробка специфікацій на шину USB проводиться в рамках міжнародної некомерційної організації USB Implementers Forum (USB-IF), що об'єднує розробників і виробників обладнання з шиною USB.

       Для підключення периферійних пристроїв до шини USB використовується чьотирьох кабель, при цьому два дроти (вита пара) в диференціальному включенні використовуються для прийому і передачі даних, а два дроти - для живлення периферійного пристрою. Завдяки вбудованим лініям живлення USB дозволяє підключати периферійні пристрої без власного джерела живлення (максимальна сила струму, споживаного пристроєм по лініях живлення шини USB, не повинна перевищувати 500 мА, у USB 3.0 - 900 мА).

       Кабель USB (до 2.0 включно) складається з 4 мідних провідників - 2 провідника харчування і 2 провідники даних в кручений парі - і заземленою обплетення (екрану).

       Кабелі USB орієнтовані, тобто мають фізично різні наконечники «до пристрою» (Тип B) і «до хоста» (Тип A). Можлива реалізація USB пристрої без кабелю, з вбудованим в корпус наконечником «до хоста». Можливо і нероз'ємне вбудовування кабелю в пристрій, як в миша (стандарт забороняє це для пристроїв full і high speed, але виробники його порушують). Існують (хоча й заборонені стандартом) і пасивні USB подовжувачі, які мають роз'єми «від хоста» і «до хоста».

       За допомогою кабелів формується інтерфейс між USB-пристроями і USB-хостом. В якості хоста виступає програмно-керований USB-контролер, який забезпечує функціональність всього інтерфейсу. Контролер, як правило, інтегрований в мікросхему південного моста, хоча може бути виконаний і в окремому корпусі. З'єднання контролера з зовнішніми пристроями відбувається через USB-концентратор (інші назви - хаб, розгалужувач). В силу того, що USB-шина має деревоподібну топологію, концентратор самого верхнього рівня називається кореневим (root hub). Він вбудований в USB-контролер і є його невід'ємною частиною.

         Для підключення зовнішніх пристроїв до USB-концентратора в ньому передбачені порти, що закінчуються роз'ємами. До роз'ємів за допомогою кабельного господарства можуть підключатися USB-пристрої, або USB-хаби нижніх рівнів. Такі хаби - активні електронні пристрої (пасивних не буває), що обслуговують кілька власних USB-портів. За допомогою USB-концентраторів допускається до п'яти рівнів каскадування, не рахуючи кореневого. USB-інтерфейс дозволяє з'єднати між собою і два комп'ютери, але це вимагає наявності спеціальної електроніки, що емулює Ethernet-адаптер з драйверної підтримкою з обох сторін.

        Пристрої можуть бути запитані від шини, але можуть і вимагати зовнішнє джерело живлення. За замовчуванням пристроям гарантується струм до 100 мА, а після узгодження з хост-контроллером - до 500 мА. Підтримується і черговий режим для пристроїв і разветвителей по команді з шини зі зняттям основного харчування при збереженні чергового живлення і включенням по команді з шини.

        USB підтримує «гаряче» підключення і відключення пристроїв. Це досягнуто збільшеною довжиною заземлюючого контакту роз'єму по відношенню до сигнальних. При підключенні роз'єму USB першими замикаються заземлюючі контакти, потенціали корпусів двох пристроїв стають рівні і подальше з'єднання сигнальних провідників не призводить до перенапряжениям, навіть якщо пристрої живляться від різних фаз силовий трифазної мережі.

        На логічному рівні пристрій USB підтримує транзакції прийому і передачі даних. Кожен пакет кожної транзакції містить в собі номер крайовою точки (endpoint) на пристрої. При підключенні пристрою драйвери в ядрі ОС читають з пристрою список кінцевих точок і створюють керуючі структури даних для спілкування з кожної кінцевої точкою пристрою. Сукупність крайовою точки і структур даних в ядрі ОС називається каналом (pipe).

       Прикінцеві точки, а значить, і канали, відносяться до одного з 4 класів - потоковий (bulk), керуючий (control), ізохронний (isoch) і переривання (interrupt). Низькошвидкісні пристрої, такі, як миша, не можуть мати ізохронні і потокові канали.

      Керуючий канал призначений для обміну з пристроєм короткими пакетами «питання-відповідь». Будь-який пристрій має керуючий канал 0, який дозволяє програмному забезпеченню ОС прочитати коротку інформацію про пристрій, в тому числі коди виробника і моделі, використовувані для вибору драйвера, і список інших кінцевих точок.

      Канал переривання дозволяє доставляти короткі пакети і в тому, і в іншому напрямку, без отримання на них відповіді / підтвердження, але з гарантією часу доставки - пакет буде доставлений не пізніше ніж через N мілісекунд. Наприклад, використовується в пристроях введення (клавіатури / миші / джойстики).

      Ізохронний канал дозволяє доставляти пакети без гарантії доставки і без відповідей / підтверджень, але з гарантованою швидкістю доставки в N пакетів на один період шини (1 кГц у low і full speed, 8 МГц у high speed). Використовується для передачі аудіо- та відеоінформації.

     Потоковий канал дає гарантію доставки кожного пакету, підтримує автоматичну зупинку передачі даних по небажанню пристрої (переповнення або спустошення буфера), але не дає гарантій швидкості і затримки доставки. Використовується, наприклад, в принтерах і сканерах.

      Час шини ділиться на періоди, на початку періоду контролер передає всієї шині пакет «початок періоду». Далі протягом періоду передаються пакети переривань, потім ізохронні в необхідній кількості, в час, що залишився в періоді передаються керуючі пакети і в останню чергу потокові.

      Активною стороною шини завжди є контролер, передача пакета даних від пристрою до контролера реалізована як коротке питання контролера і довгий, що містить дані, відповідь пристрою. Розклад руху пакетів для кожного періоду шини створюється спільним зусиллям апаратури контролера і ПО драйвера, для цього багато контролери використовують вкрай складний     DMA зі складною DMA-програмою, що формується драйвером.

       Розмір пакета для кінцевої точки є вшита в таблицю кінцевих точок пристрої константа, зміні не підлягає. Він вибирається розробником пристрою з числа тих, що підтримуються стандартом USB.

          1.1.1.Специфікації USB

          USB 1.1

          Специфікація випущена у вересні 1998 року. Виправлені проблеми і помилки, виявлені у версії 1.0. Перша версія, що отримала масове поширення.

          USB 2.0

          Специфікація випущена в квітні 2000 року.

USB 2.0 відрізняється від USB 1.1 введенням режиму High-speed (позначка на логотипі - «HI-SPEED» [2]).

Для пристроїв USB 2.0 регламентовано три режими роботи:

Low-speed, 10-1500 Кбіт / c (клавіатури, миші, джойстики, геймпади)

Full-speed, 0,5-12 Мбіт / с (аудіо-, відеотехніка)

High-speed, 25-480 Мбіт / с (відеопристрої, пристрої зберігання інформації)

Наступні модифікації [ред | правити вікі-текст]

Наступні модифікації до специфікації USB публікуються в рамках повідомлених про інженерні змінах (англ. Engineering Change Notices - ECN). Найважливіші з модифікацій ECN представлені в наборі специфікацій USB 2.0 (англ. USB 2.0 specification package), доступному на сайті USB Implementers Forum.

Mini-B Connector ECN: повідомлення випущено в жовтні 2000 року.

Errata, починаючи з грудня 2000: повідомлення випущено в грудні 2000 року.

Pull-up / Pull-down Resistors ECN: повідомлення випущено в травні 2002 року.

Errata, починаючи з травня 2002: повідомлення випущено в травні 2002 року.

Interface Associations ECN: повідомлення випущено в травні 2003 року.

Були додані нові стандарти, що дозволяють асоціювати безліч інтерфейсів з однією функцією пристрою.

Rounded Chamfer ECN: повідомлення випущено в жовтні 2002 року.

Unicode ECN: повідомлення випущено в лютому 2005 року.

Дане ECN специфицирует, що рядки закодовані з використанням UTF-16LE.

Inter-Chip USB Supplement: повідомлення випущено в березні 2006 року.

On-The-Go Supplement 1.3: повідомлення випущено в грудні 2006 року.

USB On-The-Go робить можливим зв'язок двох USB-пристроїв один з одним без окремого USB-хоста. На практиці один з пристроїв грає роль хоста для іншого.

      USB OTG

      USB OTG (аббр. Від On-The-Go) - подальше розширення специфікації USB 2.0, призначене для легкого з'єднання периферійних USB-пристроїв один з одним без необхідності підключення до ПК. Наприклад, цифровий фотоапарат можна підключати до фотопринтеру безпосередньо, якщо вони обидва підтримують стандарт USB OTG. До моделей КПК і комунікаторів, що підтримують USB OTG, можна підключати деякі USB-пристрої. Зазвичай це флеш-накопичувачі, цифрові фотоапарати, клавіатури, миші та інші пристрої, які не потребують додаткових драйверів [3]. Цей стандарт виник через різке зростання їх останнім часом необхідність надійного з'єднання різних пристроїв без використання ПК.

При підключенні через USB OTG ранг пристрої (ведучий або ведений) визначається наявністю або, відповідно, відсутністю перемички між контактами 4 (ID) і 5 (Ground) в штекері з'єднувального кабелю. У USB OTG кабелі така перемичка встановлюється на стороні ведучого (Тип А) пристрою.

      USB 3.0

      Остаточна Специфікація USB 3.0 з'явилася в 2008 году. Створення USB 3.0 Займаюсь компании Intel, Microsoft, Hewlett-Packard, Texas Instruments, NEC и NXP Semiconductors.

       У Специфікації USB 3.0 роз'єми и кабелі оновлення стандарту фізично и функціонально Сумісні з USB 2.0, причому для однозначної ідентіфікації роз'єми USB 3.0 Прийнято виготовляти з пластику синього або (у Деяк віробніків) червоного кольору. Кабель USB 2.0 містіть в Собі Чотири Лінії - пару для прийому / передачі даних, плюс и нуль харчування. На додаток до них USB 3.0 додає ще Чотири Лінії зв'язку (две кручені парі), в результате чего кабель ставши набагато товщі. Hовіе контакти в роз'ємах USB 3.0 розташовані окремо від старих в ІНШОМУ контактному ряду. Специфікація USB 3.0 підвіщує максимально ШВИДКІСТЬ передачі информации до 5 Гбіт / с - что на порядок более 480 Мбіт / с, Які может Забезпечити USB 2.0. Таким чином, ШВИДКІСТЬ передачі растет з 60 Мбайт / с (30 Мбайт / с ефективних) до 600 Мбайт / з і дозволяє Передат 1 ТБ нема за 8-10 годин, а за 40-60 хвилин.

       Версія 3.0 відрізняється НЕ только більш скроню швідкістю передачі информации, но и збільшеною силою Струму з 500 мА до 900 мА. Таким чином, від одного хаба можна піджівлюваті більшу Кількість устройств або позбавіті Самі Пристрої від ОКРЕМЕ блоків живлення. На Деяк Материнська платах и ​​ноутбуках Одне або декілька гнізд USB 3.0 могут буті позначені значком блискавки. Це означає, что от даного порту можна живить и заряджатися Пристрої, что спожівають струм более 1 А, а такоже зарядка буде йти при вімкненому комп'ютері.

       Фірмою Intel анонсована [коли?] Попередня версія програмної моделі контролера USB 3.0 [4]. Альо в Жовтні 2009 року з'явилася інформація (від EE Times з Ваші відповіді на співробітніка однієї з найбільшіх компаний з виробництва персональних комп'ютерів), что корпорація Intel решила почекаті з ВПРОВАДЖЕННЯ ПІДТРИМКИ USB 3.0 у свои чіпсеті до 2011 року. Це решение прізвело до того, что до 2011 року Сейчас стандарт не ставши масовим, тому что корістувачеві Було недостатньо просто купити Материнська плату, БУВ необхідній додатковий адаптер. [5] Введення в третю апаратно версию (англ. Rev.3) чіпів Intel P / H / Q67 для побудова Материнська плат ПІДТРИМКИ Специфікації USB 3.0 [6] [7] частково вірішіло Цю проблему.

        Хост-контролер USB-3 (xHCI) Забезпечує апаратно підтрімку потоків для команд, статусів, вхідних и вихідних даних, что дозволяє більш повно використовуват пропускну здатність USB-шини. Потоки були додані до протоколу USB 3.0 SuperSpeed ​​для ПІДТРИМКИ UASP.

       Апаратно підтримка 4 портів USB 3.0 реалізована в чіпсетах AMD на платформах FM1 або FM2, в чіпсетах Intel 7-й и 8-й серій для гнізд LGA1155 и LGA1150, а такоже Apple встановлює псуй USB 3.0 в своих НОВИХ MacBook Air, MacBook Pro и Mac mini.

       Linux підтрімує USB 3.0, починаючі з версии ядра 2.6.31. [8]

       У Windows 8 інтерфейс USB 3.0 підтрімується без установки Додатковий драйверів.

       1.1.2.Живлення USB

        Будь роз'єм USB живиться напругою 5 В і струмом до 0,5 А, а для USB версії 3.0 - 0,9 А. Практично це означає, що максимальна потужність пристрою, що підключається не перевищує 2,5 Вт або 4,5 Вт для USB 3.0. З цієї причини підключення малопотужних і портативних пристроїв (телефонів, плеєрів, флешок, карт пам'яті) не викличе проблем, а великогабаритна і масивна техніка має живлення від зовнішньої мережі.

       1.1.3.Типи USB

       Роз'єми USB v2.0 і USB v3.0 класифікуються також за типами (тип A і тип B) і за розмірами (MiniUSB і MicroUSB).

       USB 2.0 тип A

       Роз'єм USB типу A получил найбільше Поширення и є найбільш впізнаванім среди існуючіх. Більшість устройств (ведмедики, Клавіатури, флешки, камери и много других) оснащені USB типу A, Який БУВ розроблення ще в 90-х роках. Головною перевага даного порту є Надійність, что дозволяє вітримати велику Кількість підключень и не втратіті при Авторитети цілісність. Хоча перетин роз'єму прямокутній, у ньом предусмотрена захист від неправильного Підключення, тому его Неможливо увіткнуті зворотнього стороною. Однако ВІН має й достатньо Великі габарити, тому не Підходить для портативних устройств, что в результате прізвело до создания модіфікацій менших Розмірів.

      USB 2.0 тип B

      Роз'єм USB тип B корістується менше популярністю. Всі модіфікації типом B, включаючі Mini и Micro, мают квадратних або трапецієподібну форму. Традіційній повнорозмірній тип B - єдиний тип, Який має квадратний перетин. Через й достатньо великих Розмірів ВІН застосовується в різніх періферійніх и великогабаритним стаціонарних прилаштувати (сканерах, принтерах, іноді ADSL-модеми). Зазвічай Виробники принтерів або багатофункціональніх устройств Рідко комплектуються свои вироби таким кабелем, тому покупцеві доводитися купуваті его окремо.

      USB 2.0 Тип B

      Причини з'явилася кріхітніх роз'ємів Mini USB тип B стала велика Кількість на Сайти Вся мініатюрніх устройств. А Справжня масовість Їм забезпечен з'явилися переносні вінчестерів. На відміну від великих роз'ємів з 4-я контактами, в Mini USB тип B є п'ять контактів, втім, один з них не задіяній. На жаль, мініатюрізація негативно відобразілася на надійності. В процессе ЕКСПЛУАТАЦІЇ, через Деяк годину Роз'єм Mini USB начинает розхітуватіся, хоча з Порту не віпадає. У Сейчас годину як и Ранее активно вікорістовується в портативних вінчестерах, плеєрах, кардрідер и Інший компактної техніці. Друга модіфікація Mini USB типу A почти НЕ застосовується. На зміну Mini USB поступово приходити більш досконало модіфікація Micro USB.

     Micro USB 2.0 тип B

     Роз'єм Micro USB тип B є модіфікованім варіантом попередня увазі Mini USB тип B и володіє зовсім мініатюрнімі розмірамі, что дозволяє виробникам застосовуваті его в сучасній техніці з невелика товщина. Завдяк поліпшеному кріпленню штекер дуже щільно сидить у гнізді и не віпадає з него. У 2011 году Сейчас вид роз'єму БУВ ЗАТВЕРДЖЕНИЙ в якості єдиного стандарту для зарядки для смартфонів, телефонов, планшетів, плеєрів и Іншої портативної техніки. Таке решение дозволяє помощью одного кабелю заряджатися весь парк електроніки. Стандарт демонструє Тенденції зростання и можна пріпустіті, что через кілька років Їм будут оснащуватіся практично всі Нові Пристрої. Тип А застосовується Вкрай Рідко.

     USB 3.0 тип A

     Стандарт USB v3.0 Забезпечує значний більш скроню ШВИДКІСТЬ обміну Даними. Додаткові контакти, что дозволили збільшити ШВИДКІСТЬ, призвели до Зміни увазі почти всех роз'ємів USB третьої версии. Однак, зовні тип A НЕ змінівся, за вінятком синього кольору серцевини. Це означає, что зворотна сумісність Збереже. Іншімі словами, Пристрій USB 3.0 типу А можна підключіті до порту USB Другої версии и навпаки. У Авторитети Полягає головна відмінність роз'єму від других роз'ємів версии 3.0. Такі псуй зазвічай зустрічаються в СУЧАСНИХ ноутбуках і комп'ютер.

     USB 3.0 тип B

     USB v3.0 тип B вікорістовується в Середніх и великих вісокопродуктівніх періферійніх прилаштувати - NAS, а такоже в стаціонарних жорсткий диск. Роз'єм зізналася великих змін, тому его нельзя підключіті до USB 2.0, зокрема до USB 2.0 тип B. Кабелі з такими роз'ємамі теж продаються не часто.

     Micro USB 3.0

     Micro USB v3.0 є спадкоємцем "Класичного" роз'єму Micro USB и має ті ж характеристики - компактність, Надійність, якісне з'єднання, но при Авторитети Забезпечує більш скроню ШВИДКІСТЬ передачі даних. В основному вікорістовується в СУЧАСНИХ зовнішніх надшвідкісніх Жорсткий накопичувачі и SSD. Набуває все більшої популярності. Роз'єм много в чому дублює Micro USB Другої версии.

     Відмінність Micro USB и Mini USB.

     Користувачі іноді плутають роз'єми Mini USB з Micro USB, Які Дійсно Схожі. Головна відмінність Полягає в тому, что у Першого немного более розміри, а в іншого на задній стороні є СПЕЦІАЛЬНІ задвижки, за Якими найпростіше відрізніті ЦІ два види роз'ємів. За іншімі параметрами смороду ідентічні. На сьогоднішній день існує много устройств з цімі видами роз'ємів, тому краще мати два різніх кабелю.

     1.2.Вольтметр

     Вольтметр - вимірювальний прилад безпосереднього відліку для визначення напруги або ЕРС в електричних ланцюгах. Підключається паралельно навантаженні або джерела електричної енергії.

     Ідеальний вольтметр повинен володіти нескінченно великим внутрішнім опором. Тому чим вище внутрішній опір в реальному вольтметрі, тим менше впливу надає прилад на вимірюваний об'єкт і, отже, тим вище точність і різноманітніше області застосування.

     

     1.2.1. Загальна характеристика вольтметра

     Вольтметр вимірює власне силу струму, який проходить через його опір, тож його можна охарактеризувати як амперметр із великим опором. Вольтметр підключається паралельно до ділянки кола, на якій потрібно виміряти напругу. Великий опір вольтметра забезпечує те, що прилад лише в незначній мірі впливає на проходження струму через коло

   1.2.2. Класифікація вольтметра

   За принципом дії вольтметри поділяються на:

• електромеханічні - магнітоелектричні, електромагнітні, електродинамічні, електростатичні, випрямні, термоелектричні;

• електронні - аналогові і цифрові

• За призначенням:

• постійного струму;

• змінного струму;

• імпульсні;

• фазочутливі;

• селективні;

• універсальні.

    За конструкцією і способу застосування:

• щитові;

• переносні;

• стаціонарні.


     1.2.3. Розширення діапазону вимірювань вольтметра

     Розширення діапазону вимірювання вольтметра здійснюють за допомогою послідовного вмикання до нього додаткових резисторів або, при вимірюванні напруги змінного струму, за допомогою вимірювального трансформатора змінної напруги.

2.ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОЮ

       Мікросхема PIC16F676 відмінно підходить для цілей створення компактного вольметра. Маючи всього 14 ніг, навіть у найпростішому виконанні, чіп здатний видати стабільний результат на 3-розрядний світлодіодний індикатор.

      У всесвітній мережі таких напрацювань декілька, але, в більшості випадків, радиолюбителю рідко підходить те, що підійшло комусь іншому. Завжди є якийсь нюанс, який не влаштовує, та й просто "попугайнічать" далеко не всім цікаво. Хочеться все пристосувати для своїх, як завжди унікальних, умов. При цьому у вільному доступі, за рідкісним винятком, немає повних вихідних текстів програм. Або вони написані в стилі не завжди зрозумілою для розуміння початківців освоювати програмування радіоаматорів. Те небагато що, що є, написано на мові Асемблер, яким на практиці володіють обмежене коло фахівців (та й не простий він в процесі налагодження), або СІ, але зі складними лексемами, структурами і перериваннями. Тобто дивишся на програму ... вона така маленька, компактна, але щоб зрозуміти, де щось змінити / використовувати для своїх потреб, потрібні хороші знання мови, особливо в частині роками накатаних ембедерамі всіляких скорочень, а тим більше тонкощів роботи структур і масивів.

       До таких еталонам компактності ми всі звичайно будемо прагнути, а поки освоїмо той же випадок простими методами / способами, з допустимою втратою в якості програмного коду. Зате буде шанс не кинути все в середині шляху від безвиході.

    2.1.PIC16F676

    Завдяки наявності 8-канального 10-розрядного АЦП мікроконтролер (МК) PIC16F676 знайшов широке застосування у вимірювальній техніці, в лабораторних блоках харчування, зарядних пристроях і т.п. При цьому його середня ціна в країнах СНД незначно перевищує 1 долар США. Внутрішня структура та призначення висновків PIC16F676 збігаються з PIC16F630. Хоча PIC16F630 дорожче PIC16F676 приблизно на 20%, він має більш обмежені можливості. Програмувати ці МК можна навіть за допомогою дуже поширеного програматора PonyProg2000, якщо його доопрацювати .

    Опис мікроконтролерів PIC16F676 і PIC16F630

    Мікроконтролери PIC16F676 і PIC16F630 є представниками так званого "середнього сімейства» мікроконтролерів (Mid-Range MCU Family) фірми Microchip Technology Inc.

    Ядром МК цього сімейства є високопродуктивний RISC-процесор, асемблер для якого містить всього 35 інструкцій (команд), що помітно спрощує його освоєння. Саме тому багато фахівців рекомендують починати вивчення програмування мікроконтролерів з МК цього сімейства.

     Всі команди складаються з одного бінарного 14-тіразрядного слова і виконуються за один машинний цикл, крім інструкцій переходу, які виконуються за два машинних циклу. Мінімальна тривалість машинного циклу дорівнює 200 нс. Кожен машинний цикл виконується за чотири періоди тактового генератора МК, тобто за чотири такту. Тактова частота як власного генератора МК PIC16F676 / 630, так і зовнішнього тактового сигналу може бути в межах від декількох Гц до 20 МГц.

     Програмно можна здійснювати вибір одного з шести джерел тактового сигналу:

- RC - зовнішній RC генератор (два режими);

- INTOSC - внутрішній генератор 4 МГц (два режими);

- EC - зовнішній тактовий сигнал;

- XT - стандартний резонатор;

- HS - високочастотний резонатор;

- LP - низькочастотний резонатор.

     Діапазон напруги живлення МК PIC16F630 і PIC16F676 становить 2,0 ... 5,5 В. Мікроконтролери мають низьке енергоспоживання:

- Менше 1,0 мА при напрузі живлення 5,5 В і тактовій частоті 4 МГц;

- 400 мкА (типове) при напрузі живлення 2,0 В і тактовій частоті 4 МГц;

- 100 мкА (типове) при напрузі живлення 2,0 В і тактовій частоті 1 МГц;

- 8,5 мкА (типове) при напрузі живлення 2,0 В і тактовій частоті 32 кГц;

- Менше 1,0 мкА в режимі енергозбереження (SLEEP);

- Типове значення струму в черговому (Standby) режимі при напрузі живлення 2 В дорівнює 1 нА.

    Ці МК містять два 6-розрядних порту: A (висновки RA0 ... RA5) і С (висновки RС0 ... RС5). Більшість висновків портів мікроконтролерів є багатофункціональними. Конкретне призначення кожного з них задається програмно.

    При роботі висновків порту А на вхід для кожного виводу програмно (з окремим бітом включення) можуть бути підключені внутрішні підтягує резистори.

МК PIC16F630 / 676 містять Flash-пам'ять програм обсягом 1024 х 14 бінарних слів і пам'ять даних EEPROM об'ємом 64 байта. Flash-пам'ять допускає перезапис 100 000 разів, а EEPROM - 1000000. Записана в EEPROM і FLASH-пам'ять інформація зберігається понад сорок років.

    Ці контролери підтримують переривання по зміні рівня сигналу, що спрацьовує від чотирьох джерел. Для роботи з перериваннями і подпрограммами PIC16F630 / 676 мають 8-рівневий апаратний стек. Все це забезпечує прямий, непрямий і відносний режими адресації команд і даних.

    Периферія PIC16F630 / 676 включає в себе 8-бітний таймер-лічильник (Timer0), 16-бітний таймер-лічильник (Timer1), 12 сільноточних портів введення-виведення, настроюються індивідуально, один аналоговий компаратор з інтегрованим програмованим джерелом опорного напруги і програмно мультіпліціруемимі входами і виходом.

    Крім того, МК PIC16F676 містить 10-бітний модуль АЦП з 8-ма програмованими каналами. Відразу зауважимо, що головна відмінність PIC16F676 від PIC16F630 - це можливість програмування 8-ми з 12-ти висновків портів як входів АЦП (AN0 ... AN7). Крім того, PIC16F630 не містить модуль АЦП.

    Можна відзначити такі особливості МК PIC16F630 / 676:

- Скидання при включенні живлення (POR);

- Скидання по зниженню напруги живлення (BOR);

- Наявність таймера включення живлення (PWRT), таймера запуску генератора (OST) і сторожового таймера (WDT) з власним вбудованим RC-генератором (для підвищення надійності роботи МК);

- Режим енергозбереження (SLEEP) з швидким виходом з цього режиму при роботі з внутрішнім генератором 4МГц.

    PIC16F630 і PIC16F676 мають мультіпліціруемий висновок MCLR і програмовану захист коду. Вони можуть програмуватися прямо на платі вироби через послідовний інтерфейс ICSPT з використанням всього двох висновків МК. Налагодження цих МК також може вироблятися прямо на платі через послідовний двухпроводной інтерфейс ICD.

     2.2.Принцип роботи пристрою

     Для початку за основу візьмемо найпростіший схему вольтметра на МК PIC16F676.

Рисунок 1.-Схема вольтметра на МК PIC16F676

Універсальний вольтметр - амперметр на PIC16F676 з відкритим програмним кодом. Переробляти її на свій лад немає сенсу. Вона налагоджена й здатна в динамічному режимі индицировать значення вхідної напруги на 3 розряду світлодіодних індикаторів. Тут важливо розуміти, що через відсутність буферних транзисторів не вдасться підключити індикатори з великим струмом споживання. У принципову схему свідомо закладено використання невеликих індикаторів з малим струмом споживання. Тобто під «главу кута» поставлена ​​компактність готового виробу. Від неї і відштовхнемось. Особливо у випадку використання деталей в SMD виконанні. При бажанні, зможемо конструктивно "укласти" МК під сам гібридний індикатор на односторонній платі, навіть якщо він в DIP корпусі.

Опис принципової електричної схеми вольтметра і логіки його роботи

Схема в цілому стандартна і особливих пояснень не вимагає. Як видно з малюнка, вольтметр складається з мікроконтролера IС1, трехразрядного індикатора з загальним анодом, "купки" резисторів, транзистора, конденсаторів з харчування та стабилитрона.

IС1 виконує дві основні функції:

 - Вимірювання вхідного напруги за допомогою вбудованого аналогово-цифрового перетворювача (АЦП);

 - Формування динамічної індикації для виведення результату вимірювання.

Сигнали для сегментів індикатора формуються на порте RC0 - RC5. На жаль, в даному МК він не повний. На нього неможливо покласти всю задачу формування діагностуємих цифри. Бракує однієї лини. Вихід один: використання можливостей порту RA. Візьмемо для цієї мети RА2, як фізично найбільш близько розташованого до відповідної ніжці індикатора в разі щільного монтажу. Формування циклу послідовного "запалювання" розрядів виконують порти RА0, RА1 і RА5. Трохи в розкид, але при монтажі саме те. Для формування коми в середньому розряді використовується інверсія сигналу включення другого розряду індикатора за допомогою окремого транзистора, бо вільних портів в мікроконтролері здатних виконати таке завдання вже не залишилося. Порт RA3 - працює тільки на вхід, про нього ще розповімо.

Вимірюється напруга подається на порт RA4 МК, до якого підключений аналоговий вхід з АЦП. У РIС16F676 модуль аналого-цифрового 10 розрядного перетворювача має вісім каналів, входи яких поєднані з портами введення / виводу AN0 / RA0, AN1 / RA1, AN2 / RA2, AN3 / RA4. AN4 / RС0, AN5 / RС1, AN6 / RС2, AN7 / RС3. Фізично в мікроконтролері перетворювач АЦП один, але він може по черзі комутуватися до зазначених входів. Модуль АЦП перетворює вхідний напруга методом послідовного наближення, при цьому можливо використовувати опорну напругу з виведення, поєднаного з портом Vref + / RA2 або шиною живлення Vdd. У нашому випадку скористаємося саме останнім варіантом.

Пам'ятайте, що на вхід не можна подавати напругу більше 5 Вольт позитивної полярності і ні в якому разі - негативною. Тому використовується обмежувальна ланцюг, що складається з дільника напруги на R14, R15, R16, згладжує конденсатора С2 і захисного стабілітрона VD1 на 5,1 вольт. Запропоновані на схемі номінали резисторів розраховані на вхідний напруга до 50 Вольт. У випадку інших вимірюваних напруг їх треба відповідно перерахувати. У порівнянні зі схемою в (2) трохи змінені номінали резисторів подільника напруги в бік збільшення. Це зменшить вплив вольтметра на вимірювану ланцюг в результаті більшого вхідного опору.

Слід пам'ятати про властивості порту RA4 через його багатофункціональності. Він не може встановлювати на свій вихід високий рівень сигналу (вихід з відкритим колектором). Звичайно, досвідчені фахівці-програмісти не бачать в цьому ніяких проблем, бо все це можна врахувати небудь змінити схемотехнически. Скажімо, підключити до ніжки RA4 зовнішній підтягуючий резистор до позитивної лінії живлення і зімітувати сигнал високого рівня або поставити додатковий буферний транзистор, який також умощніт вихід МК в цілому.

На порт RA3 приєднаний резистор на плюсову шину живлення. Мікроконтролер має можливість замість нього приєднувати так званий внутрішній резистор підтяжки, що підключається програмним способом, але враховуючи, що ми йдемо від простоти розуміння, поки ставимо звичайний резистор. Про третьої причини такого рішення стане зрозуміло, коли захочеться детально вивчити роботу схеми в симуляторі. Я вказав обидва варіанти, а який з них використовувати, - рішення за Вами в залежності від рівня практичних навичок і знань. Важливо пам'ятати, що до нього за замовчуванням підключена ланцюг VPP - входу напруги програмування мікроконтролера, а значить, він відіграє важливу роль у т.ч. при внутрісхемний програмуванні. Якщо сказати все це коротко - поки не використовуйте цей порт без крайньої на те необхідності.

Чи не малим перевагою мікроконтролера є вбудований тактовий генератор, можливостями якого ми і скористаємося через малу кількість ніг МК.

На закінчення даного розділу хочеться сказати, що немає необхідності все це відразу детально запам'ятовувати, все стане на свої місця в міру практичного освоєння мікроконтролера.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

30731. Причины и характер второй мировой войны. (1 сентября 1939 — 2 сентября 1945) 23 KB
  Возникли два очага войны – на Дальнем Востоке и в Европе. Главной причиной войны было стремление агрессивных государств – Германии Италии и Японии осуществить передел мира ликвидировать демократические режимы захватить колонии в Азии и Африке – т. Итоги войны: катастрофическая масштабная продолжительная разрушительная и кровопролитная.
30732. Цивилизационный и формационный подход к изучению курса новейшей истории: общее и особенное 25 KB
  Выделяют 2 подхода изучения: 1 цивилизационный; 2 формационный. Формационный подход утверждает что все народы Земли развивались по одинаковым законам и проходили проходят 5 общественноэкономических формаций ОЭФ – тип общества основанный на определенном способе производства. Цивилизационный подход позволяет рассматривать исторический процесс в динамике учитывая и факторы объективного социальноэкономического уровня развития общества и факторы личности и особенности этнической ментальности и состояние...
30733. Карибский кризис 1962 г. причины, уроки и значение 22.5 KB
  на Кубе победила революция США не хотели с этим смириться и всячески пытались подавить ее. США узнает об этом требует убрать их и объявляет морскую блокаду Кубы. Назревает военный конфликт между СССР и США мир стоял на грани мировой термоядерной войны. США и СССР начинают переговоры и СССР соглашается убрать ракеты при условии что США не будет совершать агрессию против Кубы и признает ее неприкосновенность.
30734. Аппарат насилия в нацистской Германии 24 KB
  Появляются такие аппараты насилия как тайная государственная полиция – гестапо входила в состав Министерства внутренних дел Германии. СС были основным организатором террора и уничтожения людей по расовым признакам политическим убеждениям и государственной принадлежности как в Германии так и на оккупированных территориях. Аппарат насилия в нацистской Германии вел преследование инакомыслящих недовольных и противников фашистского режима.
30735. Капиталистическая стабилизация 1920-х гг 23.5 KB
  Первой характерной чертой капиталистической стабилизации 20х годов являлся сильный рост промышленного производства: в США благодаря обогащению американского корпоративного капитала в годы 1 мировой войны за счет громадных прибылей монополий происходило массовое обновление основного капитала. Вторая характерная черта капиталистической стабилизации 20 г проявилась в увеличении концентрации и централизации производства и капитала и на этой основе усиление мощи корпораций. Концентрация и централизация промышленного и...
30736. Рабочее и социалистическое движение в годы первой мировой войны 23.5 KB
  Тяжелые условия войны вызывали недовольство населения и к 1916 г. Фактически под напором революционной войны вынуждены были прекратить сопротивление Россия Болгария АвстроВенгрия и др. Если в довоенное время рабочее и социалистическое движение было хорошо организовано как на национальном так и на международном уровне европейские социалистические или социалдемократические партии которые были объединены в Рабочий Интернационал то после Первой мировой войны рабочее движение раскололось.
30737. Антифашистская борьба и движение Сопротивления в Италии (1920-1930-е гг.) 22 KB
  Антифашистская борьба зародилась в тот же момент когда буржуазия стала прибегать к фашистскому режиму для сохранения своих идеалов. В Италии антифашистская борьба развернулась в 1921 году в ответ на наступление фашистов. состоялась всеобщая политическая антифашистская забастовка которая могла бы преградить путь фашизму но она была сорвана. Уже к 1924 году Антифашистская борьба зародившаяся в Италии призывала к объединению всех странпротивников фашизма.
30738. Характерные черты и особенности капитализма в Западной Европе и Америке накануне первой мировой войны 23 KB
  Накануне первой мировой войны правила диктовали социальные протесты и стремление уменьшения политической нестабильности. Следовательно первой чертой капитализма накануне первой мировой войны в Западной Европе и Америке мы можем назвать возникновение основ социального государства начинается социализация капитализма.
30739. Особенности неоконсерватизма в Великобритании. Внутренняя и внешняя политика Тэтчер 31.5 KB
  Внутренняя и внешняя политика Тэтчер. Главой правительства стала Маргарет Тэтчер. Тэтчер проявила себя убежденной сторонницей консервативных взглядов за твердый и непреклонный характер ее прозвали “железная ледиâ€. Тэтчер пользовалась большим авторитетом и в Англии и в мире под ее руководством консервативная партия одержала победы на выборах 1983 г.