SMD Tweezers - kolejne wcielenie pęsety pomiarowej SMD, część 1

Jeśli nigdy nie zbudowaliście pęsety SMD, to możecie się zastanawiać, o co tutaj chodzi.

W październiku 2021 r. opublikowaliśmy projekt prostej pęsety pomiarowej (www.siliconchip.com.au/Article/15057), a w kwietniu 2022 r. drugą wersję (www.siliconchip.au/Article/15276), i oba projekty stały się bardzo popularne. Sprzedano setki tych zestawów.

Obie te konstrukcje służyły do badania elementów SMD. Test odbywał się poprzez przykładanie napięcia do elementu za pośrednictwem rezystora. Używany był niewielki 8-pinowy mikrokontroler 8-bitowy, zasilany z pojedynczej baterii pastylkowej CR2032. Pierwotna wersja pęsety mierzyła rezystancję, pojemność lub napięcie przewodzenia diody i pokazywała wyniki na niewielkim wyświetlaczu OLED.

Druga, ulepszona wersja wykorzystywała taki sam sprzęt, ale mikrokontroler miał większą pamięć FLASH. Pozwoliło to dać dodatkowe funkcje – takie jak możliwość obrócenia treści wyświetlacza o 180°, aby pęsetę można było wygodnie używać każdą ręką, czy rozszerzony zakres pomiaru pojemności.

Funkcje zaawansowane

Oba warianty pęsety zostały zaprojektowane tak, by były proste, miały niewielkie rozmiary i niski koszt wykonania. W obu użyto jak najtańszego mikrokontrolera i jak najmniejszego wyświetlacza. Biorąc pod uwagę popularność, jaką cieszyła się pęseta, musieliśmy stworzyć kolejną wersję – i było oczywiste, że musi ona po prostu „zwalać z nóg”.

Żeby było jasne – w stosunku do pierwszych dwóch wersji dokonała się nie drobna zmiana, ale wręcz rewolucja. Już z listy funkcji widać, że nowa pęseta potrafi znacznie więcej niż jej dwie poprzedniczki.

Jedną z funkcji, których oczekiwaliśmy od mikrokontrolera, było 12-bitowe przetwarzanie analogowo-cyfrowe (ADC). Zapewniłoby to lepszą rozdzielczość niż w przypadku przetwornika 10-bitowego, standardowego w większości 8-bitowych mikrokontrolerów PIC, również w tych, których używaliśmy w poprzednich pęsetach. W czasopiśmie Silicon Chip w numerze z października 2022 r. (www.siliconchip.au/Article/15505) dokonaliśmy przeglądu wybranych nowych typów 8-pinowych mikrokontrolerów PIC. Od tego też czasu zaczęliśmy w niektórych projektach używać mikrokontrolera PIC16F18146.

W naszej zaawansowanej pęsecie zdecydowaliśmy się jednak nie używać układu 8-bitowego. Wybraliśmy model 16-bitowy, PIC24FJ256GA702, o 28 pinach. Ma on 12-bitowy przetwornik ADC, uzyskujemy więc lepszą rozdzielczość. Zawiera również kilka innych interesujących układów peryferyjnych, z których chętnie skorzystaliśmy.

Typ ten nie jest dużo droższy od mikrokontrolerów 8-bitowych, a bez wątpienia jest o wiele bardziej wydajny. Co ważne, ma dużo więcej pamięci RAM i FLASH, dzięki czemu mogliśmy wprowadzić znacznie więcej trybów pracy i ustawień.

Dodatkowa pamięć oznaczała również, że czcionka blokowa, używana we wcześniejszych wersjach pęsety, mogła zostać zastąpiona czcionką większą i znacznie bardziej czytelną.

Zaimplementowaliśmy też kilka ciekawych sposobów testowania i pomiaru. Przedstawmy więc oferowane tryby testowania.

Tryby pracy

Poprzednie wersje pęsety miały tylko jeden tryb pracy – próbę zidentyfikowania testowanego elementu i wyświetlenie jego wartości. W przypadku rezystora czy kondensatora pęseta pokazywała rezystancję lub pojemność. W przypadku diody było mierzone jej napięcie przewodzenia oraz polaryzacja i wyświetlane były oba te parametry. Diody podwójne, połączone antyrównolegle, jak np. dwukolorowe diody LED, nie były wykrywane, ponieważ przewodzą w obu kierunkach.

W pęsecie zaawansowanej jest wiele nowych trybów, które pokrótce przedstawimy. Potem, w drugiej części artykułu (w części dotyczącej używania pęsety), przejdziemy do bardziej szczegółowych informacji.

Jest kilka trybów, które, tak jak w wersjach poprzednich, służą do scharakteryzowania elementu – rezystora, kondensatora czy diody. Ale teraz pęseta, zamiast sama wybierać jeden z tych rodzajów, może wyświetlać wszystkie swoje oceny jednocześnie. Dzięki dużemu wyświetlaczowi nie stanowi to problemu. Sposób ten znacznie redukuje ryzyko nieprawidłowej identyfikacji elementu. Nadal istnieją tryby przeznaczone konkretnie dla rezystorów, kondensatorów albo diod, a w każdym z tych trybów dużą, wyraźną czcionką wyświetlana jest tylko jedna wartość. Tryb taki musi być jednak świadomie wybrany przez użytkownika. Te dedykowane tryby przydają się szczególnie w przypadku kondensatorów SMD, które zazwyczaj nie mają nadrukowanych żadnych oznaczeń. W trybie przeznaczonym dla diod, do elementu wysyłany jest mały prąd polaryzujący o stałej wartości, przerywany tylko podczas cyklu odczytu. Ma to tę zaletę, że w przypadku diody LED natychmiast wiadomo, czy działa i jaki ma kolor.

Jedną z największych zalet pęsety jest możliwość sprawdzenia niemożliwych lub trudnych do odczytania wartości elementów SMD. Przydaje się to szczególnie w przypadku kondensatorów oraz diod LED, których oznaczenia polaryzacji są zwykle słabo widoczne.

Pęseta ma też tryb woltomierza cyfrowego, w którym odbywa się pomiar napięcia między końcówkami w zakresie do ±30 V.

Jest również tryb oscyloskopowy. W tym trybie pęseta może próbkować sygnał z częstotliwością do 25 kSa/s. Skale napięcia i czasu są nastawialne, jest również kilka podstawowych trybów wyzwalania. Pęseta może nie zastąpi „porządnego” oscyloskopu, ale na pewno będzie użyteczna do szybkiego badania sygnałów w pasmie akustycznym. Tryb oscyloskopu wykorzystuje ten sam stopień wejściowy, co tryb woltomierza, więc ma ten sam zakres ±30 V.

Jak wiadomo, nowe modele oscyloskopów cyfrowych mają opcje dekodowania transmisji szeregowej. Zaawansowana pęseta również ma takie możliwości. Jest tylko jeden kanał wejściowy, więc możemy dekodować dane tylko w formacie asynchronicznym (UART) o różnych szybkościach transmisji i parametrach.

Aby usunąć ograniczenie polegające na tym, że w trybie diodowym może sprawdzać tylko zwykłe typy diod, zaimplementowaliśmy tryb kreślenia charakterystyki napięciowo-prądowej (V/I). Wykres tej charakterystyki pozwoli na zgrubną identyfikację wielu „tajemniczych” elementów.

W trybie sondy logicznej można rozpoznawać poziom logiczny wysoki, niski oraz wielką impedancję. Jest również wykonywany wykres historii stanu cyfrowego, dzięki czemu można oglądać stany przejściowe i przebiegi.

Generator sygnałowy wytwarza fale prostokątne o różnych częstotliwościach i amplitudach. Rozwiązanie jest idealne do wprowadzania sygnałów testowych do sprzętu elektroakustycznego lub przebiegu zegara do układu cyfrowego.

Do pracy ze sprzętem audio proponujemy używanie dwóch pęset. Jedna posłuży do wprowadzania sygnału do układu, a druga do jego śledzenia. Pęseta ma tę wielką zaletę, że jest zasilana bateryjnie, dzięki czemu żaden jej zacisk nie musi być połączony z masą badanego obwodu.

Pęsetę wyposażyliśmy w trzy przyciski. Daje to większą kontrolę nad tym, co pęseta robi i ułatwia jej wykorzystanie. Pozwoliło to również dodać szereg bardziej rozbudowanych opcji kalibracji i konfiguracji niż w przypadku wersji wcześniejszych.

Aby przeczytać ten artykuł kup e-wydanie

Kup teraz