Dwukanałowy zasilacz do płytek stykowych, część 2. Moduł wyświetlacza

Dwukanałowy zasilacz do płytek stykowych zapewnia dwie szyny zasilające o regulowanym napięciu, każdą z możliwością ograniczenia prądu. Jest to przydatne narzędzie do prototypowania i testowania, ale samo w sobie nie pozwala sprawdzić, jakie napięcia zostały ustawione ani jaki prąd jest pobierany.

Przedstawiony moduł rozszerzający rozwiązuje ten problem, zapewniając odczyty wartości zadanej oraz wartości rzeczywistego napięcia i prądu dla każdego kanału. Ponieważ jest w nim zastosowany mikrokontroler z wieloma wejściami analogowymi, dodaliśmy dodatkowe kanały monitorowania napięcia i prądu zapewniające dużą elastyczność.

Dodaliśmy również parę dwukolorowych diod LED do wskazywania stanu oraz brzęczyk piezoelektryczny (buzzer) do sygnalizacji dźwiękowej. Moduł oblicza nawet szacunkową moc wydzielaną w tranzystorach Dwukanałowego zasilacza do płytek stykowych, co pozwala uniknąć ich przepalenia.

Moduł wyświetlacza do dwukanałowego zasilacza do płytek stykowych jest montowany bezpośrednio nad tym zasilaczem i nie zajmuje dodatkowego miejsca na stole roboczym.

Moduł wyświetlacza

Podczas projektowania dwukanałowego zasilacza do płytek stykowych zdaliśmy sobie sprawę, że umieszczanie dodatkowych układów do monitorowania jego działania będzie dość proste. Jest to jeden z powodów, dla których dwukanałowy zasilacz do płytek stykowych posiada tak wiele złączy. Do pinów tych złączy podawane są napięcia proporcjonalne do napięć i prądów w układzie, co ułatwia monitorowanie stanu przez płytkę rozszerzającą.

Moduł wyświetlacza nie będzie działał bez dwukanałowego zasilacza do płytek stykowych, dlatego elementy zostały ponumerowane zgodnie z tym układem, z wyjątkiem CON5...CON9, które tworzą połączenia między płytkami i są wspólne dla obu płytek.

Będziemy również odnosić się do elementów dwukanałowego zasilacza do płytek stykowych, więc warto mieć pod ręką pierwszą część artykułu (z ubiegłego miesiąca).

Zasilanie Modułu wyświetlacza doprowadzane jest przez złącze oznaczone jako CON7, które ma połączenia z masą, szyną 15 V oraz szyną 5 V zasilacza. Złącze to łączy także obwody wejściowe ze złączami CON1 i CON2 na tej płytce.

Moduł wyświetlacza potrzebuje do działania tylko szyny 5 V, więc REG2 jest liniowym stabilizatorem 5 V typu 7805 z kondensatorami wejściowymi i wyjściowymi 100 μF. Większy stabilizator w obudowie TO-220 został wybrany głównie w celu zapewnienia wyższego prądu potrzebnego do zasilania podświetlenia wyświetlacza LED.

Zworka JP3 umożliwia zasilanie z REG2 lub złącza USB, ale zalecamy ustawienie jej w pozycji REG. Wynika to z faktu, że wyjście stabilizatora będzie znacznie dokładniejsze i bardziej stabilne niż zasilanie z USB.

IC4 to 44-pinowy mikrokontroler PIC16F18877, wybrany ze względu na dużą liczbę wejść/wyjść (I/O). To w zasadzie ten sam element, który zastosowano w testerze kabli USB opublikowanym w listopadzie i grudniu 2021 r. w Silicon Chip (przedruk w EdW z maja i czerwca 2024 r.), lecz w kompaktowej obudowie TQFP, co pozwala zaoszczędzić sporo miejsca na płytce.

IC4 ma dwa połączenia 5 V i dwa połączenia masy, z których każda para jest filtrowana kondensatorami 100 nF. Piny programowania szeregowego w układzie (ICSP) są podłączone do CON13 w celu programowania mikrokontrolera i debugowania oprogramowania układowego. Jeśli masz wstępnie zaprogramowany mikrokontroler, złącze CON13 nie musi być montowane. Do pinu MCLR układu IC4 jest również dołączony rezystor podciągający 10 kΩ, który zapobiega fałszywym resetom.

Jedną z największych zalet układu PIC16F18877 jest wysoka wymienność portów i pinów. Chociaż może wydawać się, że jest to układ skomplikowany, z wieloma pinami, większość ścieżek PCB po prostu rozchodzi się w wymaganym kierunku do najbliższego punktu połączenia.

Praktycznie wszystkie piny wejścia/wyjścia są wewnętrznie połączone z układem ADC (przetwornikiem analogowo-cyfrowym) mikrokontrolera, dzięki czemu można ich używać do odczytu i monitorowania napięć zewnętrznych.

Dziewięć takich napięć dostarczane jest z dwukanałowego zasilacza do płytek stykowych za pomocą złączy CON5 i CON6. Osiem z nich odpowiada rzeczywistym i zadanym (docelowym) napięciom prądu i napięcia każdego z dwóch kanałów zasilacza.

Innym monitorowanym parametrem jest obniżone (podzielone) napięcie szyny 15 V. Jest ono istotne, ponieważ zasila wyjścia zasilacza prądem stałym i wpływa między innymi na maksymalną wartość napięcia wyjściowego. Warto je obserwować zwłaszcza wtedy, gdy dwukanałowy zasilacz do płytek stykowych pracuje zasilany z baterii – pozwala to ocenić, czy bateria nie jest bliska rozładowania.

Odczyt ten jest również wykorzystywany w obliczeniach służących do określenia rozpraszania mocy w tranzystorach mocy dwukanałowego zasilacza do płytek stykowych.

Zasilanie z baterii to prosty sposób na uzyskanie zasilania odseparowanego od uziemienia (tj. niepołączonego z siecią), czego nie da się osiągnąć w przypadku programowalnego zasilacza Arduino bez podłączenia go do laptopa zasilanego z własnej baterii.

Przydatne wejścia dodatkowe 

Monitorowane są cztery dodatkowe napięcia analogowe pochodzące z czterech dzielników napięcia 51 kΩ/10 kΩ podłączonych do czteropinowego złącza CON11. Dla tych wejść obowiązują te same współczynniki stosowane w dwukanałowym zasilaczu do płytek stykowych, dające tę samą nominalną skalę 30,5 V w odniesieniu do napięcia odniesienia 5 V. Te cztery niezależne kanały napięciowe można wykorzystać do sprawdzania i monitorowania prototypu na płytce stykowej.

Zastosowanie jednakowych współczynników podziału pozwala użyć jednego (nominalnego) współczynnika kalibracji dla wszystkich wejść napięciowych. Impedancja wejściowa tych pinów jest wprawdzie znacznie niższa niż w multimetrze, lecz wciąż są one wygodne, gdy trzeba jednocześnie zmierzyć wiele napięć w obwodzie.

CON12 to kolejne czterodrożne złącze, które umożliwia monitorowanie dwóch prądów w obwodzie. Każde z nich wymaga dwóch połączeń, ponieważ prąd musi wpłynąć, przejść przez rezystor pomiarowy i wrócić do testowanego obwodu.Układ jest taki sam, jak w przypadku monitorowania prądów wyjściowych dwukanałowego zasilacza do płytek stykowych. Napięcie pojawia się na rezystorze pomiarowym 100 mΩ w każdym kanale, gdy przepływa przez nie prąd. Napięcie to jest wzmacniane przez układ scalony IC1 na płytce drukowanej dwukanałowego zasilacza do płytek stykowych i wraca do Modułu wyświetlacza przez trzecie piny CON8 i CON9, gdzie jest odczytywane przez kolejne dwa wejścia przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC).

Jest to możliwe, ponieważ IC1 jest układem czterokanałowym, a tylko dwa z jego kanałów są wykorzystywane przez dwukanałowy zasilacz do płytek stykowych.

Napięcia na wejściach monitora prądu INA4180 nie mogą przekraczać jego wartości granicznej 26 V. Wydaje się to mało prawdopodobne, biorąc pod uwagę, że układ na płytce prototypowej jest prawdopodobnie zasilany maksymalnym napięciem 15 V z dwukanałowego zasilacza do płytek stykowych.

20-kolumnowy, czterowierszowy wyświetlacz alfanumeryczny LCD jest podłączany do układu za pomocą złącza CON10. Potencjometr VR5 10 kΩ, połączony jako dzielnik napięcia, dostarcza napięcie sterujące kontrastem do wyprowadzenia 3 wyświetlacza LCD.

Potencjometr VR6 500 Ω umożliwia regulację jasności podświetlenia LED. Pozwala to oszczędzać energię poprzez przyciemnianie podświetlenia podczas pracy z baterii.

Sterowanie modułem LCD przebiega w trybie czterobitowym za pomocą sześciu sygnałów sterujących pomiędzy złączem CON10 oraz układem IC4. Przesyłanie danych i poleceń do wyświetlacza LCD odbywa się za pośrednictwem wyjść cyfrowych układu IC4. 

CON10 zapewnia również zasilanie sterownika LCD i diody LED podświetlenia, napięcie kontrastu generowane przez VR5 oraz połączenie obniżające stan pinu RD/WR. Mikrokontroler nie odczytuje danych ze sterownika wyświetlacza, co pozwala zaoszczędzić piny wejścia/wyjścia.

Kolejne cztery cyfrowe piny wyjściowe mikrokontrolera sterują dwukolorowymi diodami LED (LED1 i LED2) poprzez rezystory 1 kΩ obniżające napięcie. Każda dioda LED zajmuje dwa piny wejścia/wyjścia i w zależności od tego, który z nich ma stan wysoki, a który niski, świeci się czerwony lub zielony element diody LED (lub żaden z nich).

Kolejne wyjście cyfrowe służy do sterowania sygnalizatorem piezoelektrycznym SPK1.

Aby przeczytać ten artykuł kup e-wydanie

Kup teraz