PIC16F877 Multimeter - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

PICMETER Einführung

Dieses PICMETER-Projekt hat sich zu einem nützlichen und zuverlässigen Werkzeug für jeden Elektronik-Enthusiasten entwickelt.

• Es läuft auf einem PIC16F877 / 877A Mikrocontroller.
• Es ist ein PIC-Entwicklungssystem
• Es ist ein Multimeter mit 19 Funktionen (Voltmeter, Frequenzmesser, Signalgenerator, Thermometer…)
• Es ist ein Komponentenprüfer (R, L, C, Diode …) mit bis zu 5 Bereichen für jede Funktion.
• Es verfügt über ein ASK-Radio im 433-MHz-Band, das auf irgendeine Art von Anwendung wartet.
• Es handelt sich um ein Fernerfassungssystem, bei dem ein anderer Computer (PC) Daten über die serielle Schnittstelle zur grafischen Anzeige sammeln kann. (Es wurde als Front-End des EKG-Projekts verwendet).
• Es verfügt über eine Protokollierungsfunktion (für die Datenprotokollierung über Stunden), die Ergebnisse werden aus dem EEPROM hochgeladen.
• Es erzeugt Testsignale, um einige Motoren anzutreiben.
• Es wurde gründlich getestet, siehe Fotos in Schritt 5.
• Die Software wird als Open Source veröffentlicht

Dieses Instructable ist eine gekürzte Version der vollständigen Dokumentation. Es beschreibt die Hardware und Software, die für andere ausreichend ist, um es entweder als abgeschlossenes Projekt zu erstellen oder es als Entwicklungssystem zu verwenden, um weitere Änderungen vorzunehmen oder einfach nach Ideen für andere Projekte zu suchen.

Lieferungen

Der einzige kritische Chip, den Sie kaufen müssen, ist der Microchip PIC16F877A-I/P

• A = die spätere Revision, die sich in der Definition der Konfigurationsbits vom Original unterscheidet.
• I = Industrieller Temperaturbereich
• P= 40-poliges Dual-In-Line-Gehäuse aus Kunststoff, 10 MHz, normale VDD-Grenzen.

Auch der Hitachi LM032LN 20 Zeichen mal 2 Zeilen LCD mit eingebautem HD44780 Controller.

Die anderen Teile sind nur allgemeine elektrische Komponenten, Leiterplatten-Leiterplatten, LM340, LM311, LM431, Allzweck-Transistoren mit geringer Leistung usw.

Schritt 1: PICBIOS-Beschreibung

PICBIOS-Beschreibung

Diese Software läuft auf einem PIC16F877-Board und belegt die unteren 4k des Programmspeichers. Es stellt die Softwareumgebung für ein Anwendungsprogramm bereit, das die obere Hälfte des Programmspeichers belegt. Es ähnelt in seiner Idee dem PC-BIOS mit einigen „debug“-ähnlichen Befehlen für die Programmentwicklung und besteht aus 5 Komponenten:

1. Startmenü
2. Setup-Programm
3. Befehlszeilenschnittstelle (über serielle Schnittstelle)
4. Kernel- und Gerätetreiber
5. Programmierschnittstelle

Schritt 2: PICMETER Beschreibung

PICMETER Beschreibung

Einführung

Dieses hat wie ein Multimeter (Volt, Ampere, Ohm) viele Funktionen, die über ein Menüsystem ausgewählt werden. Durch die Kombination aus Hard- und Software ist es jedoch sehr vielseitig einsetzbar, beispielsweise stehen Funktionen wie das Protokollieren über lange Zeiträume und das Senden von seriellen Daten zur Verfügung.

Das Menü ist das „Herz“, in dem Funktionen mit den Tasten [links] und [rechts] ausgewählt werden. Dann werden für jede Funktion unterschiedliche Bereiche mit den Tasten [inc] und [dec] ausgewählt. Kondensatoren werden beispielsweise von etwa 0,1 nF bis 9000 uF mit Hilfe von 5 separaten Bereichen gemessen.

2.1 PICMETER-Software

Dies ist als Anwendungsprogramm organisiert, das die oberen 4 KB des Programmspeichers belegt und auf Funktionen des PICBIOS für die Geräte-I/O und die Interrupt-Behandlung angewiesen ist. Es besteht aus dem Menüabschnitt, der als Hintergrundaufgabe ausgeführt wird und die Schaltflächen alle 20 ms abfragt. Wenn eine Taste gedrückt wird, um die Funktion oder den Bereich zu ändern, wird die entsprechende Routine aufgerufen. Wenn keine Tasten gedrückt werden, wird der gemessene Messwert in Intervallen von etwa 0,5 Sekunden aktualisiert. Grundsätzlich ist das Menü eine Nachschlagetabelle.

2.2 Zählerfunktion - Abschnitte

Da es viele Funktionen gibt, ist dieser Teil in Abschnitte unterteilt, die sich jeweils mit ähnlichen Funktionen befassen. Dies ist eine kurze Liste der Abschnitte. In der vollständigen Dokumentation erfahren Sie, wie die einzelnen Abschnitte im Detail funktionieren. Aufgrund von Portbeschränkungen gibt es 3 Varianten des Projekts (siehe Vollständige Dokumentation). Funktionen in Normalschrift sind allen Projekten gleich. Funktionen UNDERLINED sind nur im PICMETER1-Projekt enthalten. Funktionen in ITALICS sind nur in PICMETER2- oder PICMETER3-Projekten enthalten.

VoltMeter-Abschnitt - Quelldatei ist vmeter.asm

Enthält Funktionen, die auf der Spannungsmessung mit dem ADC basieren.

• ADC-Spannung (liest die Spannung am ausgewählten Eingang, AN0 bis AN4)
• AD2 Dual (zeigt gleichzeitig Spannung an AN0 und AN1)
• TMP-Thermometer -10 bis 80? degC (2N3904 oder dualer LM334-Geber)
• LOG – legt das Protokollierungsintervall fest
• OHM – Widerstandsmessung (Potentiometermethode) von 0Ω bis 39MΩ in 4 Bereichen
• DIO – Diode, misst die Durchlassspannung (0-2,5V)
• CON – Kontinuität (piepst, wenn der Widerstand unter dem Schwellenwert von 25, 50 oder 100 liegt)

Komponente Meter1 - Quelldatei ist meter1.asm

Kondensator-, Induktor- und Widerstandsmessung mit der Komparatorschaltung LM311. Basierend auf der Messung der Zeit eines Ladezyklus.

• CAL – Kalibrierung – misst feste 80nf und 10μF für Selbsttest & Justierung
• Cx1 – Kondensatormessung von 0,1nF bis 9000μF in 5 Bereichen
• Lx1 – Induktormessung von 1mH bis ?? mH in 2 Bereichen
• Rx1 – Widerstandsmessung von 100Ω bis 99MΩ in 3 Bereichen

Komponente Meter2 Quelldatei Meter2.asm

Bauteilmessung mit alternativem Relaxationsoszillator LM311 und Colpitts-Oszillator. Basierend auf der Messung des Zeitraums von N Zyklen. Dies ist etwas genauer als das obige Verfahren, da eine Zeit von N = bis zu 1000 Zyklen gemessen wird. Es ist eher eine Hardwarelösung und erfordert mehr Konstruktion.

• Cx2 – Kondensatormessung von 10pF bis 1000 μF in 5 Bereichen.
• Rx2 – Widerstandsmessung von 100 Ohm bis 99M in 5 Bereichen.
• Lx2 - Induktormessung von 1mH bis 60mH in 1 Bereich.
• osc - Induktormessung (Colpitts-Methode) von 70μH bis 5000μH ? in 2 Bereichen.

Frequenzmesser - Quelldatei Fmeter.asm

Enthält Funktionen, die PIC-Zähler und -Timer verwenden, und wenig anderes;

• FREQ - Frequenzmesser von 0Hz bis 1000kHz in 3 Bereichen
• XTL - misst die Frequenz von LP-Quarzen (nicht getestet)
• SIG – Signalgenerator von 10Hz bis 5KHz in 10 Schritten
• SMR – Schrittmotor - Rückwärtsrichtung
• SMF – Schrittmotor – Vorwärtsrichtung.

Kommunikation - Quelldatei ist comms.asm

Funktionen zum Senden/Empfangen von Signalen zum Testen von seriellen und SPI-Peripheriegeräten;

• UTX testet serielle TX & Inc und Dec Bitrate von 0,6 bis 9,6 k
• URX testet serielle RX & Inc und Dec Bitrate von 0,6 bis 9,6 k
• SPM - testet SPI im Master-Modus
• SPS - testet SPI im Slave-Modus

FSK-Funkmodul - Quelldatei ist Radio.asm

Funktionen über die Funk-Empfangs- und -Sendemodule RM01 und RM02. Diese Module sind über SPI verbunden, das die meisten Port-C-Pins belegt.

• RMB – Baudrate des Funkmoduls einstellen
• RMF – HF-Frequenz des Funkmoduls einstellen
• RMC - stellt die Taktfrequenz des Funkmoduls ein
• XLC – passt die Quarzkapazitätslast an
• POW - stellt die Sendeleistung ein
• RM2 - Testdaten übertragen (RM02-Modul)
• RM1 – Testdaten empfangen (RM01-Modul)

Kontrollmodul - Quelldatei control.asm

• SV1 - Servoausgang (mit CCP1) von 1 ms bis 2 ms in Schritten von 0,1 ms
• SV2 - Servoausgang (mit CCP2) von 1 ms bis 2 ms in Schritten von 0,1 ms
• PW1 - PWM-Ausgang (mit CCP1) von 0 bis 100 % in 10 %-Schritten
• PW2 - PWM-Ausgang (mit CCP2) von 0 bis 100 % in 10 %-Schritten

Remote Data Acquisition - Quelldatei ist remote.asm

Remote-Modus (Rem) - eine Reihe von Befehlen, damit das Messgerät über eine serielle Schnittstelle von einem Computer aus bedient werden kann. Ein Befehl sammelt über einen Zeitraum von Stunden im EEPROM protokollierte Daten. Ein weiterer Befehl liest die Spannungen des ADC mit voller Geschwindigkeit in den Speicherpuffer und überträgt den Puffer dann an den PC, wo die Ergebnisse grafisch angezeigt werden können. Effektiv ist dies ein Oszilloskop, das über den Audiofrequenzbereich arbeitet

Zeit - Quelldatei ist time.asm

Tim – zeigt nur die Zeit im Format hh:mm:ss an und ermöglicht die Änderung mit 4 Tasten

Schritt 3: Schaltungsbeschreibung

Schaltungsbeschreibung

3.1 Basisentwicklungsboard

Abbildung 1 zeigt ein grundlegendes Entwicklungsboard, um PICBIOS zum Laufen zu bringen. Es ist sehr Standard und unkompliziert, 5V geregelte Stromquelle und Entkopplungskondensatoren, C1, C2 ….

Der Takt ist ein 4-MHz-Quarz, so dass TMR1 in 1us-Intervallen tickt. Die 22pF-Kondensatoren C6, C7 werden von Microchip empfohlen, scheinen aber eigentlich nicht notwendig zu sein. Der ICSP-Header (In-Circuit-Serial-Programming) wird verwendet, um zunächst einen leeren PIC mit dem PICBIOS zu programmieren.

Der serielle Port (COM1) – beachten Sie, dass TX und RX vertauscht sind, d. h. COM1-TX ist mit Port C-RX verbunden und COM1-RX ist mit Port C-TX verbunden (allgemein als „Nullmodem“bezeichnet). Auch die für RS232 benötigten Signalpegel sollten wirklich +12V (Leerzeichen) und -12V (Markierung) betragen. Spannungspegel von 5 V (Leerzeichen) und 0 V (Markierung) scheinen jedoch für alle von mir verwendeten PCs ausreichend zu sein. Die Signalpegel von RX und TX werden also nur vom Leitungstreiber (Q3) und Leitungsempfänger (Q2) invertiert.

Das LM032LN (2-reihige 20-Zeichen) LCD verwendet die standardmäßige „HD44780 Schnittstelle“. Die Software verwendet den 4-Bit-Nibble-Modus und nur Schreiben, der 6 Pins von Port D verwendet. Die Software kann wie hier verwendet für Nibble Low (Port D Bits 0-3) oder Nibble High (Port D Bits 4-7) konfiguriert werden.

Die Drucktastenschalter bieten vier Eingänge zur Menüauswahl. Verwenden Sie Push, um Schalter zu machen, wenn die Software die fallende Flanke erkennt. Die Pull-Up-Widerstände (=25k) sind intern in PORT B. Port RB6 kann wegen der 1nF-Kappe (die für ICSP empfohlen wird) nicht für Switches verwendet werden. Ist kein Reset-Schalter erforderlich?

Taste0

Menüoptionen links [◄]

Knopf 1

Menüoptionen rechts [►]

Taste2

Schrittweite/Wert/Auswahl [▲]

Taste3

dekrementieren Bereich/Wert/Auswahl [▼]

3.2 Analogeingänge und Komponentenprüfer – Platine 1

Abbildung 2 zeigt die analoge Schaltung für PICMETER1. Die Analogeingänge AN0 und AN1 werden für allgemeine Spannungsmessungen verwendet. Wählen Sie Widerstandswerte für Dämpfungsglieder, um 5 V an den Eingangspins AN0/AN1 zu liefern.

Für 10V Eingangsbereich, m = 1 + R1/R2 = 1 + 10k/10k = 2

Für 20V Eingangsbereich, m = 1 + (R3+R22)/R4 = 1 + 30k/10k = 4

AN2 wird zur Temperaturmessung verwendet, wobei der Transistor Q1 als „roher“Temperaturmessumformer verwendet wird. Temperaturkoeffizient des NPN-Transistors bei 20 Celsius = –Vbe/ (273+20) = –0,626/293 = –2,1 mV/K. (Siehe Temperaturmessung im Abschnitt Analog). Der LM431 (U1) bietet eine 2,5-V-Spannungsreferenz an AN3. Schließlich wird AN4 zum Testen von Komponenten im Analogbereich verwendet.

Für die Komponentenmessung wird die Testkomponente über RE2 (D_OUT) und AN4 Eingang angeschlossen. Die Widerstände R14 bis R18 bieten fünf verschiedene Widerstandswerte, die für die Widerstandsmessung (Potentiometermethode) im Analogbereich verwendet werden. Die Widerstände werden „im Stromkreis verbunden“, indem die Pins von Port C/Port E entweder als Eingang oder Ausgang festgelegt werden.

Meter1 führt Komponentenmessungen durch, indem verschiedene Kombinationen von bekannten/unbekannten Kondensatoren und Widerständen geladen werden. LM311 (U2) wird verwendet, um CCP1-Interrupts zu erzeugen, wenn sich ein Kondensator auf die obere Schwelle (75% VDD) auflädt und auf die untere Schwelle (25% VDD) entlädt. Diese Schwellenspannungen werden durch R8, R9, R11 und das Potentiometer R10 eingestellt Einstellung. Beim Testen von Kondensatoren liefern Kondensator C13 (=47pF) plus die Streukapazität der Platine 100pF Trim. Dadurch wird sichergestellt, dass beim Entfernen der Testkomponente das Intervall zwischen CCP1-Interrupts 100 us überschreitet und den PIC nicht überlastet. Dieser Trimmwert (100pF) wird per Software von der Komponentenmessung abgezogen. D3(1N4148) stellt den Entladepfad beim Testen von Induktivitäten bereit und schützt D_OUT, wodurch verhindert wird, dass die Spannung negativ wird.

μ

Schritt 4: Bauanleitung

Bauanleitung

Gut ist, dass dieses Projekt in Etappen aufgebaut und getestet wird. Planen Sie Ihr Projekt. Für diese Anweisungen gehe ich davon aus, dass Sie PICMETER1 bauen, obwohl die Vorgehensweise für PICMETER2 und 3 ähnlich ist.

4.1 Entwicklungsplatinen-Leiterplatte

Sie müssen das grundlegende Entwicklungsboard (Abbildung 1) bauen, das auf eine 100 x 160 mm große Leiterplatte in Standardgröße passen sollte, und das Layout so planen, dass es so aufgeräumt wie möglich ist. Reinigen Sie Ihre Leiterplatte und verzinnen Sie das gesamte Kupfer, verwenden Sie zuverlässige Komponenten und Steckverbinder, die nach Möglichkeit getestet wurden. Verwenden Sie eine 40-polige Buchse für den PIC. Durchgangsprüfung aller Lötstellen. Es kann hilfreich sein, sich meine Board-Layout-Fotos oben anzusehen.

Sie haben jetzt einen leeren PIC und müssen PICBIOS in den Flash-Speicher programmieren. Wenn Sie bereits eine Programmiermethode haben – gut. Wenn nicht, empfehle ich die folgende Methode, die ich erfolgreich angewendet habe.

4.2 AN589-Programmierer

Dies ist eine kleine Schnittstellenschaltung, die es einem PIC ermöglicht, von einem PC aus über den Druckeranschluss (LPT1) zu programmieren. Das Design wurde ursprünglich von Microchip in einer Application Note veröffentlicht. (Referenz 3). Holen oder erstellen Sie einen AN589-kompatiblen Programmierer. Ich habe ein hier beschriebenes verbessertes AN589-Design verwendet. Dies ist ICSP – dh Sie stecken den PIC in die 40-Pin-Buchse, um ihn zu programmieren. Verbinden Sie dann das Druckerkabel mit dem AN539-Eingang und das ICSP-Kabel von AN589 zum Entwicklungsboard. Mein Programmierer-Design bezieht seine Energie vom Entwicklungsboard über das ICSP-Kabel.

4.3 PICPGM-Einstellungen

Sie benötigen nun eine Programmiersoftware, die auf dem PC ausgeführt wird. PICPGM funktioniert mit verschiedenen Programmierern, einschließlich AN589, und wird kostenlos heruntergeladen. (Siehe Referenzen).

Wählen Sie im Hardware-Menü Programmer AN589 auf LPT1

Gerät = PIC16F877 oder 877A oder Autodetect.

Hex-Datei auswählen: PICBIOS1. HEX

Wählen Sie PIC löschen, dann PIC programmieren und dann PIC überprüfen. Mit etwas Glück erhalten Sie eine erfolgreiche Abschlussmeldung.

ICSP-Kabel entfernen, Starten Sie den PIC neu, hoffentlich sehen Sie die PICBIOS-Anzeige auf dem LCD, ansonsten überprüfen Sie Ihre Verbindungen. Überprüfen Sie das Boot-Menü, indem Sie die linke und rechte Taste drücken.

4.4 Serielle Verbindung (Hyperterminal oder Putty)

Überprüfen Sie nun die serielle Verbindung zwischen PIC und PC. Verbinden Sie das serielle Kabel von PC COM1 mit dem Entwicklungsboard und führen Sie ein Kommunikationsprogramm aus, wie das alte Win-XP Hyper-Terminal oder PUTTY.

Wenn Sie Hyperterminal verwenden, konfigurieren Sie wie folgt. Wählen Sie im Hauptmenü Anruf > Trennen. Dann Datei > Eigenschaften > Verbinden mit Registerkarte. Wählen Sie Com1 und klicken Sie dann auf die Schaltfläche Konfigurieren. Wählen Sie 9600 bps, keine Parität, 8 Bit, 1 Stopp. Hardware-Flusskontrolle“. Dann Anrufen > Anrufen, um eine Verbindung herzustellen.

Bei Verwendung von PuTTY, Verbindung> Seriell> Mit COM1 verbinden und 9600 bps, keine Parität, 8 Bit, 1 Stopp. Wählen Sie „RTS/CTS“. Dann Sitzung> Seriell> Öffnen

Wählen Sie im PICBIOS Boot-Menü „Command Mode“und drücken Sie dann [inc] oder [dec]. Die Aufforderung „PIC16F877>“sollte auf dem Bildschirm erscheinen (wenn nicht, überprüfen Sie Ihre serielle Schnittstelle). Drücken Sie ? um die Liste der Befehle anzuzeigen.

4.5 PICMETER. programmieren

Sobald die serielle Verbindung funktioniert, ist die Programmierung des Flash-Speichers so einfach wie das Senden einer Hex-Datei. Geben Sie den Befehl „P“ein, der mit „Send hex file…“antwortet.

Verwenden Sie Hyper-Terminal aus dem Menü Übertragen > Textdatei senden > PICMETER1. HEX > Öffnen.

Der Fortschritt wird durch das „:“angezeigt. da jede Zeile Hex-Code programmiert ist. Endlich Erfolg laden.

Wenn Sie PuTTY verwenden, müssen Sie möglicherweise Notepad verwenden und den gesamten Inhalt von PICMETER1. HEX in PuTTY kopieren/einfügen.

Geben Sie ähnlich zur Überprüfung den Befehl "V" ein. Im Hyperterminal aus dem Menü Transfer > Textdatei senden > PICMETER1. HEX > OK.

Warning = xx…Wenn Sie einen 16F877A-Chip programmieren, erhalten Sie einige Warnmeldungen. Dies hat mit Unterschieden zwischen 877 und 877A zu tun, die in 4-Wort-Blöcken programmieren. Leider richtet der Linker den Beginn von Abschnitten nicht an 4 Wortgrenzen aus. Die einfache Lösung besteht darin, zu Beginn jedes Abschnitts 3 NOP-Anweisungen zu haben, also ignorieren Sie einfach die Warnungen.

Starten Sie neu und wählen Sie im BIOS-Boot-Menü "Anwendung ausführen". Sie sollten PICMETER1 auf dem LCD sehen.

4.6 PICMETER1 ausführen

Beginnen Sie nun mit dem Bau weiterer Abschnitte der Entwicklungsplatine (Abbildung 2), damit die Funktionen des Voltmeters und des Komponentenzählers wie erforderlich funktionieren.

Meter1 muss kalibriert werden. Stellen Sie in der Funktion „Cal“R10 so ein, dass Messwerte von ca. 80,00, 80,0 nF und 10.000 uF angezeigt werden. Dann lesen Sie einen kleinen 100pF auf der Cx1-Funktion. Wenn der Messwert überschritten ist, ändern Sie entweder die Trimmkappe C13 oder ändern Sie den Wert von „trimc“in meter1.asm.

Führen Sie nun PICBIOS Setup aus und ändern Sie einige Kalibrierungseinstellungen im EEPROM. Kalibrieren Sie die Temperatur, indem Sie den 16-Bit-Offset (High-, Low-Format) anpassen. Möglicherweise müssen Sie auch den Wert „Verzögerung“ändern.

Wenn Sie beabsichtigen, das Projekt so zu bauen, wie es ist – Herzlichen Glückwunsch – Sie sind fertig! Erzählen Sie mir von Ihrem Erfolg auf Instructables.

4.7 MPLAB

Wenn Sie jedoch Änderungen vornehmen oder das Projekt weiterentwickeln möchten, müssen Sie die Software mit MPLAB neu erstellen. Laden Sie MPLAB von Microchip herunter. Dies ist das "alte", das einfach und unkompliziert zu bedienen ist. Ich habe das neue labx-Entwicklungstool, das viel komplizierter aussieht, nicht ausprobiert.

Details zum Erstellen eines neuen Projekts und zum anschließenden Hinzufügen von Dateien zum Projekt in der vollständigen Dokumentation.

Schritt 5: Fotos von Tests

Foto oben vom Thermometer, das 15 °C anzeigt

Prüffrequenz, Messwert = 416k

Prüfinduktivität mit der Kennzeichnung 440uF, liest 435u

100k Widerstand zu testen, liest 101k, das ist einfach.

Prüfung des 1000pF-Kondensators, der Messwert beträgt 1,021nF

Schritt 6: Referenzen und Links

6.1 PIC16F87XA-Datenblatt, Microchip Inc.

ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/39582b.pdf

6.2 PIC16F87XA FLASH-Speicherprogrammierungsspezifikation, Microchip

ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/39589b.pdf

6.3 Anwendungshinweis AN589, Microchip Inc.

ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00589a.pdf

6.4 PICPGM-Download

picpgm.picprojects.net/

6.5 MPLab IDE v8.92 kostenloser Download, Microchip

pic-microcontroller.com/mplab-ide-v8-92-free-download/

6.6 Datenblätter für Hope RFM01-433 und RFM02-433 Module, RF Solutions

www.rfsolutions.co.uk/radio-modules-c10/hope-rf-c238

6.7 LT Spice, analoge Geräte

www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

6.8 Eine Bildprogrammierschaltung basierend auf AN589, Best-Microcontroller-Projects

www.best-microcontroller-projects.com/pic-programmer-circuit.html

6.9 Open-Source-Dateien

Open Source