RCF метр на MSP430 и Nokia1202

Пару лет назад почти полностью перешел на SMD компоненты. И размер меньше и хранить удобней, платы меньше в размерах, сверлить не надо. Запчасти в основной массе из донорских неисправных плат выпаиваются. Взял фен прогрел плату и пинцетом поснимал все детали. И начинается процесс сортировки. С резисторами это я еще более или менее быстро осуществляю, да и маркировка на них почти всегда читается нормально, а вот конденсаторы складываются в спичечный коробок и сортируются при образовании полного душевного вакуума. И вот когда коробок почти наполнился и я в очередной раз не нашел в уже отсортированных нужную емкость я решил, что необходимо сделать измеритель емкости с автоматических переключением пределов измерения. Основными методами являются время измерения заряда конденсатора и генераторный метод когда емкость определяется путем измерения частоты генератора в который она входит. Пошерстив Интернет на предмет работоспособных и главное простых конструкций я остановился на генераторном методе.

В качестве измерителя выступил микроконтроллер от Техас Инструмент msp430f1132. Экран от Nokia 1202. Генератор на триггере Шмидта 74С132. Изначально планировалось сделать измеритель только для емкостей. Но так как памяти еще немного оставалось то был доделан еще измеритель сопротивлений. Также в качестве бонуса получился частотомер.

Характеристики:
- измеряемые сопротивления от 0 Ом до 10МОм
- измеряемые емкости от 0 пф до 10 мкф
- измеряемые частоты от 0 до 25МГц (по крайней мере у меня нет генератора более 25МГц при этом измеритель показывал 24999200Гц и плавала +-15Гц). Погрешность может объяснятся как точностью кварца в измерителе так и точностью кварца в генераторе.

Отличие данной конструкции от прототипов в том, что используется калибровка не по двум точкам, а по 10 (хотя нет особых проблем увеличить число опорных точек).

Итак, алгоритм работы измерителя.

Сигнал с генератора подается на вход контроллера, настроенный как счетный вход таймера А. В прерывании по переполнению таймера происходит инкремент переменной подсчета импульсов для расширения разрядности таймера. Временной интервал замера формируется сторожевым таймером WDT, работающем в интервальном режиме. Особенность сторожевого таймера в том что его значение нельзя программно изменить, поэтому для определения частоты за 1 секунду введена программная коррекция измеренного значения. Интервальный таймер тактируется от ACKL с делителем 32768. ACKL в свою очередь тактируется от кварца на 6МГц с делителем 8. Для получения секундного интервала подсчет происходит 25 раз и время измерения составляет чуть более секунды. Для приведения его ровно к одной секунде и используется коэффициент коррекции 1,04475136.

Для возможности использования экрана от Nokia библиотека шрифтов была порезана до необходимого минимума.

В принципе можно использовать любой кварц. Достаточно подобрать число переполнений таймера WDT так что бы интервал замера был как можно ближе к единице и рассчитать программный коэффициент коррекции. Генератор выполнен на микросхеме 74С132 причем как и подобных конструкциях отдельные генераторы на измерение емкости и сопротивления. Точность замера частоты 600кГц составляет порядка 2-5Гц таким образом точность замера емкости и сопротивления будет очень сильно зависит от точности питания и стабильности опорных элементов.

Для повышения точности напряжения был использован источник опорного напряжения LM4040 с напряжением стабилизации 2,5В от техас инструмент (что было то и поставил).

На экране отображаются в зависимости от режима (меняется по нажатию кнопки) измеренные значения емкости или сопротивления. Также внизу экрана отображается текущая частота в герцах. Это нужно для калибровки прибора, а также позволяет измерять частоту в режиме измерения сопротивления подав на один из входов измеряемую частоту. Вверху экрана отображается напряжение источника питания. Это для того чтобы определять степень разряда литиевой батарейки от которой планируется питание. Следует помнить что не следует подавать питание выше 5В. Если решите запитать схему от 9В батарейки то необходимо питание микроконтроллера перенести на выход стабилизатора 3.3В. Правда и отображаться будет всегда 3.3В (что впрочем не критично, это батарейка а не аккумулятор).

Номиналы опорных элементов условны, в первую очередь важна стабильность. У меня используются резисторы на 470 Ом и емкости на 1000пФ что дает частоту при замкнутых щупах в режиме измерения сопротивления и отключенной емкости в режиме измерения емкостей порядка 1200000Гц.

Настройка

Настраивается программный коэффициент коррекции частоты (с учетом установленного кварца) таким образом, чтобы в режиме измерения сопротивления при разомкнутых щупах и поданной эталонной частоте на экране отображалась эталонная частота.

После этого калибруются отдельно измеритель емкости и измеритель сопротивления. Для этого например включается режим измерения емкости. Отображаемая частота записывается в ячейку массива a[9]. В ячейке массива b[9] записывается соответствующее значение емкости в пф. Затем подключается точно измеренная или известная емкость номиналом например 200 пф. Измеренное значение емкости записывается в ячейку массива a[8] в ячейку массива b[8] записывается 200.0 и так далее пока не заполнится весь массив. Калибровка измерителя сопротивления осуществляется аналогично но измеренная частота записывается в массив c[] а соответствующее ей значение сопротивления в Омах записывается в массив d[]. После этого производится перезапись программы в контроллер.

При работе программы рассчитанное значение емкости или сопротивления получается из линейного закона соответствия измеряемой величины соответствующей частоте с линейно-кусочной аппроксимацией.

Печатка была выполнена на одностороннем текстолите. Самое неудобное для повторения это корпус контроллера типа PW (расстояние между ногами 0,65мм) но в принципе легко повторяемо ЛУТом. Часть соединений выполнено перемычками. На печатке белым цветом. Экран припаивается шлейфом к плате, загибается на противоположную строну и клеиться к ней.

В качестве корпуса идеально подошел корпус от китайской переключалки для гирлянды. Прорезано окошко под экран и кнопочку (на место старой кнопки не влезло ибо сначала появилась плата и как назло J потом появилась коробочка, на печатке я уже перенес ее в нужное место). Для включения используется переключатель.

Измерительные щупы сделаны в виде пинцета из пластмассы. Контакты из старого разъема, штыри прикреплены к пинцету а ответные части вклеены внутрь корпуса. Для изменения типа измеряемого элемента, пинцет необходимо перекинуть в соседние гнезда.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Sprint-Layout
• IAR
• MSP430
• Частотомер
• Омметр
• Измеритель емкости