Miernik RC z mikrokontrolerem Tiva: 7 kroków

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-13 06:58

Na potrzeby tego projektu zaprojektowano i zaimplementowano miernik RC oparty na mikrokontrolerze, aby był przenośny, dokładny, prosty w użyciu i stosunkowo tani w produkcji. Jest prosty w obsłudze, a użytkownik może łatwo wybrać tryb pracy miernika: rezystancyjny lub pojemnościowy.

OPÓR:

Rezystancję nieznanego elementu można zmierzyć za pomocą reguły dzielnika napięcia, w której nieznany element jest połączony szeregowo ze znanym rezystorem. Dostarczane jest znane napięcie (Vcc), a spadek napięcia na nim jest wprost proporcjonalny do jego rezystancji. Do automatycznego określania zakresu wykorzystywane są 4 obwody JFET, które porównują nieznane napięcie rezystancji i dają najlepszą wartość.

POJEMNOŚĆ:

W przypadku pojemności czas potrzebny do naładowania całkowicie rozładowanego kondensatora do 0,632 napięcia zasilania, VS; znajduje się przez licznik w mikrokontrolerze i jest dzielony przez wartość znanej rezystancji tj. 10k aby dać pojemność. Zmierzona wartość jest wyświetlana na wyświetlaczu LCD, co daje wartość zmiennoprzecinkową.

Krok 1: Sprzęt i komponenty

Użyjemy następujących komponentów:

1. Mikrokontroler TM4C123GH6PM

Mikrokontroler Cortex-M wybrany do programowania sprzętowego i ilustracji interfejsu to TM4C123 firmy Texas Instruments. Ten mikrokontroler należy do wysokowydajnej architektury opartej na architekturze ARM Cortex-M4F i ma szeroki zestaw zintegrowanych urządzeń peryferyjnych.

2. LCD

Wyświetlacz ciekłokrystaliczny (LCD) zastępuje wyświetlacz siedmiosegmentowy ze względu na obniżenie kosztów i większą wszechstronność wyświetlania znaków alfanumerycznych. Bardziej zaawansowane wyświetlacze graficzne są już dostępne w cenach nominalnych. Będziemy używać wyświetlacza LCD 16x2.

3. MOSFET 2N7000

2N7000 to N-kanałowe tranzystory MOSFET w trybie rozszerzonym, używane do zastosowań przełączających o niskim poborze mocy, z różnymi układami wyprowadzeń i wartościami znamionowymi prądu. Zapakowany w obudowę TO-92, 2N7000 jest urządzeniem 60 V. Może przełączać 200 mA.

4. Opór

Rezystancje 100 ohm, 10kohm, 100kohm, 698kohm są używane do automatycznego zmieniania zakresu w mierniku rezystancji i 10k dla obwodu w mierniku pojemności.

Krok 2: KONFIGURACJA PINÓW

Kolejność, w jakiej będziemy mocować szpilki, pokazana jest na rysunku:

Krok 3: PRACA

Miernik R

Zasada

Miernik R jest zaprojektowany w oparciu o zasadę podziału napięcia. Stwierdza, że napięcie jest dzielone między dwa rezystory szeregowe wprost proporcjonalnie do ich rezystancji.

Pracujący

Zastosowaliśmy cztery obwody MOSFET, które zapewniają przełączanie. Ilekroć ma zostać zmierzona nieznana rezystancja, najpierw mierzone jest napięcie na nieznanej rezystancji, która jest wspólna dla każdego z 4 obwodów, stosując zasadę dzielnika napięcia. Teraz ADC podaje wartość napięcia na każdym znanym rezystorze i wyświetla ją na LCD. Schemat obwodu i układ PCB dla miernika R pokazano na rysunku.

W naszym układzie wykorzystujemy 5 pinów sterujących mikrokontrolera tj. PD2, PC7, PC6, PC5 i PC4. Piny te służą do podania 0 lub 3,3 V do odpowiedniego obwodu. Pin ADC tj. PE2 mierzy napięcie, a LCD wyświetla je na ekranie.

Miernik C

Zasada

Do pomiaru C posługujemy się pojęciem stałej czasowej.

Pracujący

Jest prosty obwód RC, którego napięcie wejściowe DC jest sterowane przez nas np. za pomocą pinu PD3 tiva. Na którym dostarczamy 3,3V do obwodu. Gdy tylko wykonamy pin PD3, uruchamiamy timer, a także zaczynamy mierzyć napięcie na kondensatorze za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego, który jest już obecny w tiva. Gdy tylko napięcie wynosi 63 procent sygnału wejściowego (co w naszym case to 2.0856), zatrzymujemy timer i przestajemy podawać zasilanie do naszego obwodu. Następnie mierzymy czas używając wartości licznika i częstotliwości. używamy R o znanej wartości tj. 10k, Więc teraz mamy czas i R możemy po prostu i wartość pojemności za pomocą następującego wzoru:

t = RC

Krok 4: KODOWANIE I WIDEO

Oto kody projektów i arkusze danych użytych komponentów.

Projekt został zakodowany w Keil Microvision 4. Można go pobrać ze strony Keil 4. Aby uzyskać szczegółowe informacje na temat różnych linii kodu, zachęcamy do przejrzenia karty katalogowej mikrokontrolera tiva na stronie https://www. ti.com/lit/gpn/tm4c123gh6pm

Krok 5: WYNIKI

Wyniki dla różnych wartości rezystorów i kondensatorów przedstawiono w postaci tabel, a ich porównanie pokazano również na rysunku.

Krok 6: WNIOSEK

Głównym celem tego projektu jest zaprojektowanie opartego na mikrokontrolerze miernika LCR do pomiaru indukcyjności, pojemności i rezystancji. Cel został osiągnięty, ponieważ miernik działa i może znaleźć wartości dla wszystkich trzech składników po naciśnięciu przycisku i podłączeniu nieznanego składnika. Mikrokontroler wyśle sygnał i zmierzy odpowiedź komponentów, który jest konwertowany do postaci cyfrowej i analizowany za pomocą zaprogramowanych w mikrokontrolerze formuł, aby uzyskać żądaną wartość. Wynik jest przesyłany na wyświetlacz LCD w celu wyświetlenia.

Krok 7: SPECJALNE PODZIĘKOWANIA

Specjalne podziękowania dla członków mojej grupy i mojego instruktora, który pomógł mi w realizacji tego projektu. Mam nadzieję, że uznasz to za interesujące. To jest Fatima Abbas z UET Signing Off.

Mam nadzieję, że wkrótce przyniosę ci więcej. Do tego czasu uważaj:)