Схемы самодельных цифровых вольтметра и амперметра (са3162, кр514ид2)

4.5 Алгоритм основной программы

Основная программа должна выполнять следующую инициализирующую
последовательность действий:

— проинициализировать порты ввода/вывода;

— установить рабочий режим для АЦП;

установить начальный диапазон измерения 10 В;

инициализировать счетчик переполнения таймера tcou;

инициировать счетчик 5мс интервалов cou01;

инициализировать указатель адресом буфера индикации;

разрешить прерывание для таймера Т0;

запустить таймер;

глобально разрешить прерывания.

В рабочем цикле программа должна выполнять следующие действия:

— ожидать метку времени 100 мс;

— опросить состояние кнопки SB1, выработать критерий фронта ее нажатия и, в случае
необходимости переключить диапазон;

измерить с помощью АЦП входное напряжение;

рассчитать код индицируемого значения;

определить необходимость включения символа «минус»;

разбить полученное значение на цифры, преобразовать их в
семисегментный код и загрузить буфер индикации;

в зависимости от текущего диапазона включить светодиоды HL1 или HL2 и установить бит для индикации запятой.

Общая блок-схема алгоритма основной программы приведена на рисунке 4.

По назначению все вольтметры делятся

Вольтметры переменного тока, как и постоянного используются для измерений в сетях с соответствующим типом тока, а вот селективные – могут отделять гармоническую составляющую сложного сигнала, и определять среднеквадратическое значение напряжения.

Импульсный вольтметр обычно используют для измерений амплитуды постоянных импульсных сигналов, а также они способны точно определить амплитуду одиночного импульса.

Фазочувствительные приборы могут измерять изменения составляющих комплексных напряжений, благодаря чему становится возможным точное исследование амплитудно-фазовой характеристики усилителей, и прочих подобных схем.

По принципу действия различают электронные (цифровые или аналоговые), и электромеханические вольтметры (электромагнитные, термоэлектрические, а также магнитоэлектрические, электродинамические и электростатические).

Все электромеханические приборы, за исключением термоэлектрических, по сути, являются обычным измерительным механизмом с показывающим устройством. Во всех них для расширения пределов измерений применяются дополнительные сопротивления.

Термоэлектрический вольтметр использует для замеров электродвижущую силу одной или нескольких термопар, которые греются из-за тока входящего сигнала. Они более точны и компактны, в сравнении с электромеханическими измерителями напряжения.

Электронные вольтметры в свою очередь подразделяются на цифровые и аналоговые.

Цифровой вольтметр преобразует постоянное значение напряжения в цифровой сигнал, который и выводится на табло прибора. Делается это при помощи аналого-цифрового преобразователя.

В аналоговых вольтметрах помимо магнитоэлектрического измерителя и дополнительных резисторов в обязательном порядке присутствует измерительный усилитель, позволяющий в несколько раз повысить внутреннее сопротивление прибора, и соответственно – улучшить точность показаний.

Меры безопасности

Поскольку сам прибор имеет большое сопротивление, а в сеть он подключается параллельно, вероятность того, что при работе с ним человек получит сильный удар током, минимальна. Однако если вольтметры используются в промышленности, часто приходится иметь дело с большими значениями напряжения и других величин, характеризующих электрический ток.

Нужно быть очень осторожным, измеряя напряжение в сети посредством этого электроизмерительного прибора. Ни в коем случае нельзя прикасаться к прибору голыми руками. Избежать несчастного случая помогут перчатки из непроводящего ток материала, например, из резины.

3.6 Семисегментный индикатор

Как было обосновано ранее, устройство должно содержать трехразрядный
семисегментный светодиодный индикатор. Выберем для этих целей индикаторы
красного свечения с общим анодом. Для того чтобы не использовать большое
количество портов ввода-вывода микроконтроллера удобно использовать принцип
динамической индикации. В этом случае одноименные катоды всех индикаторов через
токозадающие резисторы подключаются к каком-либо порту микроконтроллера,
например к порту C. Включение того
или иного индикатора осуществляется подачей на аноды выбранного индикатора
напряжения, близкого к напряжению питания. Подключение анодов необходимо
осуществлять через транзисторные ключи, так как одна линия порта
микроконтроллера не способна запитать все восемь светодиодов индикатора.
Подключить индикатор можно так, как это показано на рисунке 4.

Рисунок 4 — Схема подключения семисегментного индикатора

Для включения того или иного светодиодного сегмента необходимо установить
в состояние логического нуля соответствующую линию порта С и включить
транзистор VT1, установив в ноль линию РВ7.
Резисторы R1…R8 задают ток через сегменты, а резистор R9 определяет базовый ток VT1. В данной схеме может отсутствовать
резистор между базой и эмиттером VT1,
так как на линии PB7 формируются
жесткие логические уровни как нуля, так и единицы, с напряжениями очень
близкими к потенциалам земли и питания.

Для обеспечения нормальной яркости свечения необходимо, чтобы через
светодиод протекал ток порядка 5 мА. Однако при использовании динамическая
индикация, имеет смысл увеличить ток этот ток до 10 мА. Для определения
номиналов резисторов R1…R8 можно записать выражение

I*R+U_c+U_s=E,

где: I — ток через светодиод;

R —
сопротивление токоограничивающего резистора;

U_c — падение напряжения на открытом светодиоде;

U_s — напряжение насыщения транзистора VT1

E —
напряжение питания схемы.

Примем U_c=1.5 В, U_s =0.4 В. Тогда величину сопротивления
определится как

R = (E-U_c-U_s)/I=(5-1.5-0.4)/10=310 Ом

Округляя эту величину до стандартного значения, получим R=300 Ом.

Максимальный ток, протекающий через транзистор VT1 равен 10 мА*8=80 мА. Положим, что коэффициент усиления по
току транзистора равен 80. тогда ток базы составит 80/80=1 мА. С учетом
коэффициента насыщения транзистора, равного, например, 2 получим ток базы 2 мА.
Для базовой цепи транзистора VT1
можно записать

I*R9+Ub=E,

где: I — ток базы VT1;

Ub —
напряжение база-эмиттер VT1.

Полагая Ub=0.7 В, получим

R9=(E-Ub)/I=(5-0.7)/2=2.25
кОм

Округляя это значение до стандартного, получим R9=2.2 кОм.

Простая схема вольтметра-амперметра с преобразователем

Цифровой вольтметр-амперметр с частотным преобразователем включает в обязательном порядке генератор, который следит за изменениями напряжения в электрической цепи. При этом измерение осуществляется поэтапно с интервалами. Генератор в электрической цепи используется линейного типа. Для сравнения полученных данных в устройстве имеется триггер

В свою очередь, для расчета частоты важно использовать счетчик, который принимает дискретный сигнал. Происходит это на выходе преобразователя вольтметра-амперметра

При этом учитывается величина предельного напряжения

При этом учитывается величина предельного напряжения.

Непосредственно информация поступает на вход вольтметра-амперметра. На этом этапе осуществляется процесс сравнения, а когда возникает импульс, то система фиксирует нулевой уровень. Непосредственно сигнал в вольтметре-амперметре попадает на триггер, и в результате на выходе получается положительное напряжение. Возвращается импульс в исходное положение только после проведения устройством сравнения. При этом учитываются любые изменения предельной частоты, которые сформировались в данном промежутке времени

Также принимается во внимание коэффициент преобразования. Рассчитывается он исходя из показателя силы сигнала

Дополнительно в формуле имеется счетный импульс, который появляется на выходе генератора

В результате напряжение может отображаться только при наличии определенных колебаний, которые возникают в электрической цепи. В конечном счете, сигнал должен дойти до выхода триггера и там считаться. При этом количество импульсов фиксируется в вольтметре-амперметре. Как результат, срабатывает индикатор, который оповещает о наличии напряжения

Дополнительно в формуле имеется счетный импульс, который появляется на выходе генератора. В результате напряжение может отображаться только при наличии определенных колебаний, которые возникают в электрической цепи. В конечном счете, сигнал должен дойти до выхода триггера и там считаться. При этом количество импульсов фиксируется в вольтметре-амперметре. Как результат, срабатывает индикатор, который оповещает о наличии напряжения.

3.5 Усилители диапазонов

Усилители для диапазонов 1 В и 100 мВ могут иметь одинаковую схему, но
отличаться коэффициентом усиления. Так как отношение значений границ диапазонов
равно 10 для канала 1 В и 100 для канала 100 мВ, коэффициенты усиления
усилителей также должны быть 10 и 100 соответственно. Кроме того, усилители
должны быть неинвертирующими для того, чтобы обработка кода АЦП для разных
каналов была бы единообразной. Поэтому эти усилители могут быть собраны по
схеме, приведенной на рисунке 3.

Рисунок 3 — Схема усилителей каналов

Коэффициент усиления данной схемы определится как K=1+R2/R1. Резисторы R3 и R4, так же как и для схемы на рис.1 смещают выходное
напряжение ОУ в положительную область на величину Vref/2. Также как и в предыдущей схеме R3=R4=10 кОм.

В качестве операционного усилителя можно использовать ОР177.

Отношение R2/R1 для канала 1 В должно составлять 9,
а для канала 100 мВ соответственно 99. Резисторы R1 и R2
должны быть прецизионными и их номиналы следует выбирать из ряда Е192. Для того
чтобы делитель R1 и R2 не сильно нагружали выход DA1, с одной стороны, и не вызывали
смещения выходного напряжения за счет протекания входных токов ОУ,
сопротивление R2 должно быть порядка десятков или
сотен килоом. Тогда выбираем R2=18кОм
и R1=2кОм для коэффициента усиления 10,
и R2=198кОм и R1=2кОм для коэффициента усиления 100.

Определение и виды

При работе с электронными устройствами при определении силы тока и напряжения до сих пор применяют приборы магнитоэлектрической системы. Чем отличается амперметр от вольтметра, нужно чётко представлять.

Для измерения напряжения в электрической цепи или ЭДС применяется измеритель под названием вольтметр. Измерение силы тока осуществляют тестером, который называется амперметр. Для точности измерений учитывают собственные сопротивления этих двух устройств.

Важно! Сопротивление амперметра должно быть максимально ниже, а вольтметра как можно выше. Первый подключают последовательно с измеряемым участком, второй – параллельно источнику питания или нагрузке. Для удобства пользователей оба приспособления объединили в один комбинированный вид

Он имеет две шкалы и переключатель режимов измерения

Для удобства пользователей оба приспособления объединили в один комбинированный вид. Он имеет две шкалы и переключатель режимов измерения.

Вольтамперметры подразделяются:

по назначению;
по принципу действия;
по конструкции.

По назначению

В зависимости от вида измеряемого тока, устройства подразделяются на измерители:

переменного тока;
постоянного тока;
импульсные;
универсальные.

Для более точных показаний лучше всего пользоваться измерителями с узким профилем работы. У них класс точности измерений выше, чем у универсальных.

Обратите внимание! Узнать, по каким критериям работает данный тестер, можно по условным знакам, нанесённым на его шкалу. Там могут быть указаны пределы его измерений, внутреннее сопротивление, класс точности и многое другое. Шкала с нанесёнными условными обозначениями

Шкала с нанесёнными условными обозначениями

По принципу действия

Если рассматривать принцип действия этих устройств, то подразделяют их уже не только, исходя от вида применяемой системы.

На сегодняшний день популярны два типа измерительных инструментов:

Электромеханические приборы. В их основе используются электромагнитные, электродинамические и магнитоэлектрические системы отклонения стрелки по шкале. Измеряемую величину определяют по показаниям стрелки, умноженным на цифру, соответствующую выбранному интервалу.
Электронные устройства. В них нет стрелки и шкалы, показания выводятся на дисплей в цифровом формате. Тут ничего умножать не нужно, на дисплее высвечиваются числа с точностью до сотых.

Конструкция таких приборов может быть аналоговой или цифровой. Это относится к схеме исполнения прибора, а не к индикатору.

Оба типа прекрасно справляются со своими задачами, выбор той или иной конструкции – дело вкуса.

Обязательно. Любой тестер должен проходить испытания в специализированной лаборатории для проверки точности измерений. Использовать не поверенный или тот, у которого срок поверки истёк, нежелательно.

По конструкции

От того, где используется прибор, каковы его габариты и способ подключения, зависит его конструкция. Можно выделить три основных параметра исполнения:

переносной;
щитовой;
стационарный.

Переносными измерителями пользуются при работах вне помещений. Их применяют тогда, когда нужно подключить и измерить параметры в «полевых» условиях. Компактные устройства удобны при транспортировке и не занимают много места.

Щитовой вариант исполнения применим на пультах управления технологическими процессами. Его устанавливают на фронтальной плоскости оборудования, где нужно постоянно контролировать параметры выходного тока и напряжения. Применяют не только на статичных конструкциях, но и передвижных устройствах. Это могут быть щиты дизельных или бензиновых генераторов однофазного переменного тока, сварочные инверторы и им подобные аппараты.

Стационарная установка вольтамперметра обоснована там, где нужны систематические точные измерения. Она входит в состав громоздких приспособлений, установленных в цехах или лабораториях.

Двухдиапазонный цифровой вольтметр на микроконтроллере Atmega8

Главная » Измерение и контроль » Двухдиапазонный цифровой вольтметр на микроконтроллере Atmega8

В это статье приводится пример простой схемы цифрового вольтметра способного производить измерения в двух диапазонах. Основа вольтметра – микроконтроллер Atmega8 фирмы ATMEL Corporation.

Технические показатели цифрового вольтметра

Уровень измеряемого напряжения – 0…100 вольт.
Число диапазонов — 2 (0…10 В, 10…100 В).
Сопротивление входа — приблизительно 300 кОм.
Автоматическое переключение между диапазонами.

Описание работы

Схема достаточно проста. Поскольку в схеме вольтметра применена динамическая индикация отпала необходимость в токоограничивающих резисторах в цепи индикатора BT-M51DRD.

В случае если возникнет необходимость поднять входное сопротивление вольтметра (хотя 300 кОм вполне достаточно), то для этого нужно будет заменить операционный усилитель LM358 на другой с входной частью на полевых транзисторах, к примеру, ОУ TL082. Так же будет необходимо пересчитать и делители напряжений на входе на резисторах R1, R4 и R2, R6. В качестве источника опорного напряжения применен управляемый стабилизатор TL431. Фильтр для АЦП микроконтроллера Atmega8 выполнен на L1C3.

В конструкции цифрового вольтметра применены SMD резисторы и конденсаторы размера 0805. Индикатор с общим анодом. Плата изготовлена по технологии ЛУТ на двухстороннем текстолите.

Работа микроконтроллера Atmega8 в данном устройстве организована от внутреннего 8 МГц генератора. В печатке не предусмотрен разъем для внутрисхемного программирования. Просто подпаиваем провода от AVR программатора к соответствующим контактам на плате. Для сигналов RESET и MOSI на плате подготовлены 2 контактные площадки. Для сигнальных линий MISO и SCK можно взять выводы 2 и 3 индикатора.

Фьюзы при программировании микроконтроллера выставляем следующим образом:

Порядок настройки

Первым делом путем подбора сопротивления резистора R23 выставляем образцовое опорное напряжение на ножке 21 (AREF) в районе 2,5…2,6 вольт. Далее подбираем сопротивления для каждого из диапазонов (первый – R17, второй – R16), чтобы отображаемое напряжение точно соответствовало фактическому. Уменьшение данных сопротивлений уменьшает показание на индикаторе. От подобранных номиналов зависит точность измерения цифрового вольтметра.

Скачать прошивку (886 bytes, скачано: 1 162)

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Подробнее

Блок питания 0…30В/3A

Набор для сборки регулируемого блока питания…

Подробнее

Отправить сообщение об ошибке.

4.4 Определение текущего диапазона измерения

Как было сказано ранее, диапазоны измерения переключаются
последовательным нажатием на кнопку SB1. Для того, чтобы показать какой именно выбран диапазон используются два
светодиода и позиция запятой на семисегментном индикаторе. Рассмотрим состояние
этих индикаторов на примере максимальной величины напряжений, индицируемых в
каждом диапазоне. Эти состояния приведены в таблице 1.

Таблица 1. Состояние индикаторов диапазонов

Диапазон	Индикатор «V»	Индикатор «mV»	Значение
10 В	Включен	Выключен	9,99
1 В	Выключен	Включен	999
100 мВ	Выключен	Включен	99,9

Из таблицы 1 видно, что состояние светодиодов и положение запятой
полностью определяют масштаб измерения.

Индикаторы больших размеров

буферный каскадвходное напряжение

Логика работы МК для этого варианта нуждается только в небольшом изменении программы в части инверсии выходного сигнала управления разрядами, а именно портов RA0, RA1, RA5. Рассмотрим только то, что изменится, а именно подпрограмму, уже известную нам под условным названием «Функция формирования динамической индикации» в Листинге №2
(смотрите папку «тр_ОЕ_30V» в архиве или первую часть статьи):

16. void Indicator (){
17. while (show_digit C
19. if (show_digit == 2){ delay_ms(1); }
20. porta = 0b100111;
21. show_digit = show_digit + 1;
22. switch (show_digit) {
23. case 1: {
24. if (digit1 == 0) { } else {
25. Cod_to_PORT(DIGIT1);
26. PORTA &= (~(1 A0
27. } break;}
28. case 2: {
29. Cod_to_PORT(DIGIT2);
30. PORTA &= (~(1 A1
31. break;}
32. case 3: {
33. Cod_to_PORT(DIGIT3);
34. PORTA &= (~(1 A5
35. break;} }
36. Delay_ms(6);
37. if (RA2_bit==0) {PORTA |= (1 A2
38. Delay_ms(1);}
39. if ((show_digit >= 3)!= 0) break;
40. } show_digit = 0;}

В завершение, вспомните слова кузнеца из фильма «Формула Любви»: «…если один человек построил, другой завсегда разобрать может!». Удачи!

Как выбрать?

Широкий выбор моделей, представленных на современном рынке, позволяет подобрать вольтметр, соответствующий любым запросам и финансовым возможностям. О главных технических характеристиках, которые нужно учитывать при выборе в первую очередь, мы уже рассказали выше. Также следует выбирать аппарат, соответствующий своей области применения.

Но даже с учетом этих критериев круг выбора остается довольно широким

Мы рекомендуем обратить внимание на следующие бренды:

«Актаком» – Россия;
«АКИП» – Россия;
Circutor S. A. – Испания;
Good Will Instrument Co. – Тайвань;
Agilent – США.

Однако это лишь малая часть производителей, выпускающих качественную технику для замеров.

Разработка цифрового вольтметра

1. Исходные
данные

Требуется разработать цифровой вольтметр, обладающий следующими
характеристиками:

— Диапазоны измерения напряжения: ±10 В, ±1 В, ±100 mВ;

— Переключение диапазонов: ручное;

Точность измерения в диапазоне 100 мВ…10 В: не хуже 1%;

Входное сопротивление: не менее 1 МОм;

Индикация: светодиодная, семисегментная;

Напряжение питания: 5 В.

2.
Функциональная схема

Так как входное напряжение вольтметра существенно превышает величину
питающего напряжения, на входе устройства необходимо предусмотреть согласующую
цепь, приводящую уровень входного сигнала к диапазону питающих напряжений.
Кроме того, во входной цепи необходимо предусмотреть схему защиты от случайного
подключения прибора к источникам с напряжением, значительно превышающим рабочий
диапазон напряжений.

Разрабатываемый прибор предназначен для измерения только постоянного
напряжения, поэтому для обеспечения лучшей стабильности показаний входной
сигнал необходимо отфильтровать с помощью фильтра нижних частот.

Для обеспечения требуемой точности во всех диапазонах входных напряжений
необходимо предусмотреть дополнительное усиление входного аналогового тракта с
коэффициентом 10 для диапазона 1 В, и с коэффициентом 100 — для диапазона 100
мВ.

Для оцифровки входного напряжения схема должна содержать аналого-цифровой
преобразователь (АЦП). При этом для обеспечения требуемой точности 1% в районе
нижней границе измерительного диапазона, разрядность АЦП не должна быть меньше
10. Тогда для входного напряжения, близкого к верхней границе диапазона, точность
измерения будет приближаться к 0.1%. Для нормальной работы АЦП в схеме
необходимо предусмотреть источник опорного напряжения (ИОН). Кроме того, так
как измеряемое напряжение может быть как положительной, так и отрицательной
полярности, сигнал с выхода аналогового тракта должен поступать на схему сдвига
уровня, обеспечивающую изменение сигнала на входе АЦП в диапазоне от 0 В до
напряжения, генерируемого ИОН.

Для ручного переключения диапазонов измерения удобно использовать кнопку,
с помощью которой при ее последовательном нажатии будет производиться
переключение того или иного коэффициента усиления аналогового тракта.

Для цифрового вывода измеренного напряжения, по заданию должен
использоваться семисегментный светодиодный индикатор. Для обеспечения точности
не хуже 1%, необходимо и достаточно чтобы разрядность индикатора составляла три
десятичных разряда. Кроме того, необходим дополнительный разряд, для вывода
символа «-» (минус) в случае измерения отрицательных напряжений. Для индикации
текущего диапазона необходимо также предусмотреть дополнительный светодиодный
индикатор, показывающий размерность (вольты или милливольты) выводимых данных.

Поскольку аналоговый тракт должен содержать усилители и работать с
двуполярным сигналом, функциональная схема дополняется устройством,
генерирующим отрицательное питающее напряжение, которое необходимо для
нормальной работы операционных усилителей аналогового тракта.

Для организации автоматической работы устройства в целом, а именно —
поддержки переключения диапазонов, обеспечения работы АЦП, преобразования
полученного кода и вывод данных на индикатор — функциональная схема должна
содержать устройство управления.

Функционально входную согласующую цепь удобно совместить с устройством
защиты, входным фильтром нижних частот и схемой сдвига уровня для диапазона ±10
В. Усилители с коэффициентом усиления 10 и 100 удобно совместить со схемами
сдвига уровня для диапазонов ±1 В и ±100 мВ. Таким образом, функциональная
схема может иметь вид, изображенный на рисунке 1.

Рисунок 1 — Функциональная схема цифрового вольтметра

где: ВУ — входное устройство, осуществляющее деление входного сигнала,
защиту схемы от перенапряжений, фильтрацию и сдвиг уровня для диапазона 10 В;

У1 — усилитель для диапазона 1 В и схема сдвига уровня;

У2 — усилитель для диапазона 100 мВ и схема сдвига уровня;

М — мультиплексор, осуществляющий подключение сигналов аналогового тракта
к входу АЦП;

АЦП — аналого-цифровой преобразователь;

ИОН — источник опорного напряжения;

КД — кнопка выбора диапазонов;

УУ — цифровое устройство управления;

И1 — четырехразрядный семисегментный индикатор;

И2 — светодиодный индикатор для определения размерности выводимых данных;

ИН — инвертор напряжения, предназначенный для преобразования питающего
напряжения +5 В в напряжение -5 В для питания усилителей.

3.
Разработка и расчет принципиальной схемы

Принципиальная схема амперметра

Схема амперметра показана на рисунке 2. Схема практически такая же, за исключением входа. Здесь вместо делителя стоит шунт на пятиваттном резисторе R2 сопротивлением 0,1 От. При таком шунте прибор измеряет ток до 10А (0. 9.99А). Установка на ноль и калибровка, как и в первой схеме, осуществляется резисторами R4 и R5.

Рис. 2. Принципиальная схема цифрового амперметра до 10А и более на микросхемах СА3162, КР514ИД2.

Выбрав другие делители и шунты можно задать другие пределы измерения, например, 0. 9.99V, 0. 999mA, 0. 999V, 0. 99.9А, это зависит от выходных параметров того лабораторного блока питания, в который будут установлены эти индикаторы. Так же, на основе данных схем можно сделать и самостоятельный измерительный прибор для измерения напряжения и тока (настольный мультиметр).

При этом нужно учесть, что даже используя жидкокристаллические индикаторы прибор будет потреблять существенный ток, так как логическая часть СА3162Е построена по ТТЛ-логике. Поэтому, хороший прибор с автономным питанием вряд ли получится. А вот автомобильный вольтметр (рис.4) выйдет неплохой.

Питаются приборы постоянным стабилизированным напряжением 5V. В источнике питания, в который будут они установлены, необходимо предусмотреть наличие такого напряжения при токе не ниже 150mA.

Вольтметр на микроконтроллере ATMEGA-8 2 — Измерительная техника — Инструменты

Технические характеристики:

Напряжение питания: 6..14 В

Потребляемый ток:

Число разрядов индикатора: 3

Диапазон измерения: от 0 до 50 В

Шаг измерения: 0,1 В

Расчетная погрешность 0,3%

Принципиальная схема вольтметра показана на рис.1.

Рис.1.

Краткое описание схемы.

Входное напряжение питания ограничивается и стабилизируется микросхемой 7805. Диод VD1 служит для защиты от перепутывания полярности.

Измеряемое напряжение через делитель R1 R2 поступает на вход АЦП микроконтроллера и преобразуется в цифровой код. Для сглаживания пульсаций код усредняется по 16 замерам. Далее код масштабируется и величина напряжения раскладывается на десятичные разряды (десятки, единицы и десятые доли вольт). Полученные величины поочередно выводятся в соответствующие разряды индикатора методом динамической индикации. Резисторы R4. .R11 ограничивают ток сегментов индикатора до безопасных значений.

Детали и настройка.

Резистор R1 желательно применить прецизионный, например типа С2-36 с допуском 0,5% или С2-29В-0,125 с допуском 0,25-0,5%. Резистор R2 подстроечный многооборотный, например типа 3296W. Резисторы R3-R11 мощностью 0,125-0,5Вт с допуском ±10%, например С2-33, CF1/4 и т.п. Конденсаторы С1 и С2 любые электролитические на температуру 105С и емкостью 22-47мкФ. Конденсатор С3 керамический, например К10-17Б. Диод VD1 заменить на 1N4148 или более мощные КД247, 1N4001 и т.п. Стабилизатор напряжения на 5В DA1 любой в корпусе TO-220, например КР142ЕН5А и т.п.

Для настройки устройства на его вход подают образцовое напряжение около 50В (но не более этого значения ) и регулируя R2 добиваются совпадения показаний вольтметра с образцовым напряжением. После этого ось подстроечного резистора контрится быстросохнущей нитрокраской или цапон лаком.

Замечания по конструированию и результаты испытаний.

1) При динамическом управлении светодиодными индикаторами надо учесть эффект накопления заряда в светодиодах. Если мы просто снимем напряжение с сегмента, то в накопленные в диффузной емкости pn перехода заряды будут некоторое время вызывать свечение индикатора, пока емкость перехода полностью не разрядится.

Это приводит к неприятной паразитной подсветке индикатора. Поэтому, для быстрого рассасывания этого заряда и четкого гашения индикатора надо подавать на сегменты напряжение обратной полярности (например для индикатора с общим анодом на сегменты-катоды надо подавать высокий уровень 5В, а на аноды низкий уровень 0В)

2) Точность микроконтроллерных вольтметров с 10 разрядным АЦП не очень высока и составляет примерно 0,3%

Она вычисляется так — это ошибка дискретизации 1LSB + погрешность нелинейности, по даташиту это 2LSB. Общая ошибка будет 3LSB, а относительная погрешность 3/1024~0,3%

Абсолютная погрешность показаний 50В*0,3=±0,15В

При этом разница между завышенными и заниженными показаниями вдвое больше и равна 0,3В. Иначе говоря, настраивать прибор надо так, чтобы отклонения его показаний были бы не односторонними, а симметричными относительно заданной характеристики.

Результаты сравнения показаний вольтмера и промышленного прибора Щ300 показаны в табл.1

Показания Щ300, В	Показания вольтметра, В	Относительная погрешность, %
2,97	2,8	-0,34
7,96	7,8	-0,32
13,03	12,9	-0,26
18,04	17,9	-0,28
23,03	22,9	-0,26
28,01	28,0	-0,02
33,03	33,0	-0,06
38,00	38,0
43,00	43,1	0,2
48,00	48,1	0,2

Проверочная макетная платка

Прошивка и исходный текст программы.

Микроконтроллер настроен на работу с внутренним RC генератором частотой 2МГц. Фьюз биты устанавливаются в следующие значения: CKSEL=0100, SUT=10.

Блок схема программы, ее исходный текст на языке С (для компилятора WinAVR) и

hex файл прошивки см в архиве: volt.zip

Литература.

Есть хороший сайт, где можно почитать о работе АЦП в микроконтроллерах AVR http://www.avrlab.com/node/94