Woltomierz panelowy 4 1/2 cyfry na ICL7135

Witam
Zrobiłem miernik na ICL7107 na jednej płytce PCB a teraz kolej na ICL7135, zmieściłem wszystko na płytce 33mm x 66mm a głębokość modułu nie przekracza 24mm. Wyświetlacze 14,22mm 5 sztuk, ale można nie lutować lewej cyfry, tracąc możliwość wyświetlania wartości powyżej 10000 i znaku minus co w większości przypadków jest dopuszczalne, cyfra ta ma funkcję wygaszania zera i jeśli napięcie nie przekroczy wartości "9999" jest wygaszona. Do budowy miernika wykorzystałem, oprócz ICL7135: CD4543 do dekodowania liczb BCD, 74HC14 do generatora i powielacza, TL431C jako źródło referencyjne (17ppm typowo). Wzmocnienie prądu dla wyświetlaczy zrobiłem na tranzystorach ponieważ użycie driverów wymagało większej powierzchni płytki. Obowiązkowo zastosowałem w integratorze kondensator polipropylenowy, w tej aplikacji jest to konieczne, zastosowanie MKT robi z tego miernika klasę ICL7107.
Podstawowa czułość miernika 1,9999V a z pomocą dzielnika na płytce można uzyskać dodatkowe zakresy 19,999V i 199,99V, 1999,9V tylko z zewnętrznym rezystorem wysokonapięciowym. Jest też dostęp do funkcji HOLD i innych sygnałów występujących w tym scalaku.
Schemat jest dostępny w dokumentacji PDF jak i na setkach stron internetowych, nic praktycznie nie dodałem ale trzeba uważać na sygnał POL na którym jest stan wysoki dla dodatnich napięć, więc nie wolno sterować minusem tak jak na schemacie referencyjnym.





Projektując schemat były dwa główne założenia:
- żadnych drogich elementów
- jak najmniej elementów
W pierwszej kolejności zrezygnowałem z ICL7660, jest zbyt drogi a napięcie -5V zrobiłem na powielaczu (generator i tak musiał być i miałem wolne bramki w 74HC14). Powielacz nie zajął więcej miejsca od ICL7660, ale za to jest trochę więcej lutowania.
Dekoder BCD zrobiłem na 4543, ma wadę, nie można go obciążyć prądowo ale i tak inne dekodery nie wyrobiły by się prądowo. Zalet ma więcej: wyświetla pełne 6 i 9 oraz może odwrócić fazę sygnału wyjściowego, w tym układzie bardzo potrzebna funkcja. Wzmocnienie prądu dla wyświetlaczy zrobiłem na tranzystorach, można je poukładać w różnych miejscach, co ułatwia zaprojektowanie mniejszej płytki. Wszystkie tranzystory są w konfiguracji wspólnego kolektora, można tak robić przy 5V zasilania. Dzięki takiej konfiguracji zaoszczędziłem na rezystorach bazowych a przełączanie tranzystorów jest szybsze (brak nasycenia) i nie ma żadnych "duchów" na nie włączonych segmentach wyświetlaczy. Jeden tranzystor musiał być na wspólnym emiterze, włącza on jedynkę z lewej strony a gdy jest zero, wyświetlacz ten jest wygaszony.
Zastosowałem TL431C jako napięcie referencyjne, niektórym mniej doświadczonym kolegom mogłoby się wydawać że miernik nie będzie spełniał swojej klasy dokładności. Nie jest tak źle, dokładnie wersja TL431C ma dryf napięcia w całej skali temperatury użytkowej typowo 3mV, co odpowiada 17ppm/°C. Zmiana temperatury o 10°C zmieni wskazania miernika o 3 dla pełnej skali 19999, przy pomiarze 50V (miernik 200V) wskazania mogą się jeszcze nie zmienić. Nie ma problemu aby zastosować lepszy scalak, ale cena miernika może się podwoić.

Jeśli miernik się podoba, proponuję kliknąć "fajne" na górze strony, jeśli nie to na "słabe".

p.s.
Jeśli masz za mało punktów, pisz na PW a wyślę schemat za darmo.

Ilu warstwowa jest płytka PCB ?

Czy płytki robiłeś sam?
Jak kalibrowałeś miernik?

Witam
Płytka jest dwustronna. Płytki zaprojektowałem sam a produkcja w fabryce płytek PCB. Nie potrafię robić przelotek w domowych warunkach.
-----------
Gdybym robił jedną sztukę, to kosztowała by około 250zł, niestety dokumentacja PCB jest droga i nie opłaca się robić dla kilku sztuk. Cena miernika przy dużych ilościach dość znacznie spada, jak widać grubo poniżej ceny różnych kitów na tym scalaku.
Sam miernik niczym się nie wyróżnia, oprócz wymiarów. W pewnym momencie myślałem że się nie uda, ostatnie 5% ścieżek projektowałem 50% całego czasu. Jak przygotuję schemat to go tu wrzucę, jest w nim trochę oryginalnych rozwiązań jak i skopiowanych z internetu.

Hmm
Czyli rozumiem, że można mierzyć napięcia do 99 kV?

pirat12552 ==> "Podstawowa czułość miernika 1,9999V a z pomocą dzielnika na płytce można uzyskać dodatkowe zakresy 19,999V i 199,99V, 1999,9V tylko z zewnętrznym rezystorem wysokonapięciowym". Czyli niecałe 2kV.

pirat12552 napisał:

Hmm
Cli rozumiem że można mierzyć napięcia do 99 kV?

Powodzenia kolego

Mam zasilacz regulowany od 1,2 do 24V i musiałem dać woltomierz na mikroprocesorze bo nie znam kości która miałaby wskazanie maksymalne większe niż 1,999 ile by tych miejsc nie było.
Np mierniki MY... mają wskazanie 3,199 a DT... mają 3,999, te najtańsze wszystkie są 1,999

eurotips napisał:

Mam zasilacz regulowany od 1,2 do 24V i musiałem dać woltomierz na mikroprocesorze bo nie znam kości która miałaby wskazanie maksymalne większe niż 1,999 ile by tych miejsc nie było.
Np mierniki MY... mają wskazanie 3,199 a DT... mają 3,999, te najtańsze wszystkie są 1,999

Kolego przeczytaj mój post wyżej a się dowiesz o czymś takim jak dzielnik napięcia

gts1991 napisał:

Kolego przeczytaj mój post wyżej a się dowiesz o czymś takim jak dzielnik napięcia

a co da dzielnik napięcia przy cyfrowym odczycie bezpośrednim ?
jedynie to że muszę podzielić przez 10 aby zmieścić się na skali,
tracę całe jedno miejsce po przecinku,
z zakresu 1999 zostaje mi 999 z czego wykorzystuję tylko 250.
Na procesorze daję napięcie odniesienia 2,56V i przy 10-bitowym przetworniku
mam dokładność 0,01V a nie 0,1 jak przy ICL7106.
Dopiero przedstawiony projekt woltomierza na ICL7135 zrównuje mi dokładność odczytu (odczytu, celowo nie używam określenia pomiaru bo to inna bajka)

Witam
Eurotips wszystko mieszasz i mylisz.
Dzielnik napięcia dopasowuje napięcie do czułości przetwornika. Czyli jeżeli przetwornik ma maksymalne mierzone napięcie 2,56V a chcesz mierzyć do 32V to dajesz dzielnik 32/2,56=12,5. Na ICL71... takie coś nie przejdzie, nie można zmienić przelicznika, ale uP może i wystarczy w takim przypadku wynik ADC pomnożyć przez 12,5 i mamy wynik do wyświetlania. Problem z uP jest taki że nie jest to takie proste, napięcie referencyjne wewnątrz ma duży rozrzut i trzeba to wziąć pod uwagę, programowo znaleźć odpowiednią wartość dzielnika. Miernik na uP ma trochę wad: brak auto-zerowania, problem z pomiarem wartości ujemnych, małą czułość i rozdzielczość pomiaru ADC tylko 10 bitów. Wszystko można obejść, ale traci się na prostocie. ICL7107 ma małą rozdzielczość przy pomiarze 20V do 99V i to była jego wada, resztę to same zalety: auto-zerowanie, wysoka czułość (nawet 60mV), pomiar wartości ujemnych i bardzo duża rezystancja wejściowa. ICL7135 może mierzyć napięcie powyżej 20V z dwoma miejscami po przecinku i jest przy tym bardzo dokładny, mogę dostosować wartości elementów integratora aby maksymalne napięcie występowało na nim przy pomiarze maksymalnego napięcia zasilacza, np. przy 35V (ograniczyć maksymalne napięcie pomiarowe). Przez co będzie bardziej odporny na zakłócenia i bardziej dopasowany do tego co robi. Wiem jaki jest problem pomiaru napięcia 0V, na uP nie masz szans na prawidłowy pomiar. Selekcjonuję ICL7107 do pomiaru prądów, gdzie czułość miernika musi być lepsza od 200mV, na ICL7135 pewnie też da się to zrobić, ale może nie aż tak. Pomiar prądu na boczniku 200A/60mV wymaga czułości miernika 60mV, niestety jest on wtedy czuły na zakłócenia, więc lepiej zrobić pomiar z rozdzielczością 1A, na ICL7135 będę mógł zrobić pomiar z rozdzielczością 0,1A przy czułości miernika 600mV, myślę że tyle się da zrobić.

Nie jest to miernik dla wojska, który ma pracować od -55°C do +125°C. Jak napisałem w pierwszym poście, źródło napięcia referencyjnego ma typowo 17ppm/°C. Dla pełnej skali 19999 zmiana o 1 będzie następować co około 3°C. Dla pomiarów napięcia do 50V zmiana o 1 nastąpi co 12°C. Jeżeli jest to za mała precyzja, można kupić lepsze źródło napięcia referencyjnego, ale też nie wolno zapomnieć o kilku rezystorach i pewnie kilku kondensatorach. Po takich zmianach uda się uzyskać mniejszy dryf pomiaru z 10x i koszt budowy miernika też z 10x pójdzie w górę. Nie sądzę aby w zasilaczu laboratoryjnym było ważne czy jest w danej chwili 24,00V czy 24,02V i tak pod wpływem obciążenia będzie pływać napięcie w takim zasilaczu. Do zasilacza laboratoryjnego za 20000zł będzie pasował miernik za 400zł a dla zasilacza za 300zł ten jest jak w sam raz.

Tak dla przypomnienia: przetworniki A/C ICL7106/07/35 są przetwornikami całkującymi podwójnie, gdzie poprzez odpowiednie dobranie elementów RC można uzyskać bardzo małą wrażliwość na sygnały zakłócające zamieszane sygnałem wejściowym. Nie są to szybkie przetworniki. ADC w każdym ATmega jest wielokrotnie szybszy - tam są przetworniki z kompensacją wagową. Nie spotkałem się do tej pory z żadnym ADC do współpracy z uP z podwójnym całkowaniem za wyjątkiem 12-bitowego ICL7109, którego wewnętrzna budowa jest podobna do ICL7106/07. ICL7135 jest samodzielnym miliwoltomierzem i poza dodaniem do niego kilku niezbędnych, zewnętrznych elementów nie potrzeba niczego, żeby zaczął pełnić swoją rolę.

uP w woltomierzach to moim zdaniem wytaczanie armaty na muchę.

@pandy: możliwości jest wiele. Można nawet wykorzystać któryś ICL i za pomocą wejść na SPI na uP dokonywać różnych "cudów", można wykorzystać jakiś zewnętrzny ADC, możliwości jest mnóstwo. Prawdą jest, że uP pozwala na ogromnie dużo, ale również zdecydowanie komplikuje układ, oraz go powiększa.

W pewnym momencie projektowania schematu, rozważałem użycie ATmegi. Mikrokontroler miałby za zadanie:
- dekodowanie BCD
- wygaszanie zer nieznaczących w zależności od ustawionego przecinka
- generator 125kHz dla ICL7135 i do powielacza
- regulacja jasności wyświetlaczy w zależności od oświetlenia zewnętrznego
- wyjście RS232 TTL
Niestety, ceny uP tak poszły w górę, że nie opłaca się ich stosować, więc musiałem zrezygnować z takiego wypasionego projektu.

Dar.El napisał:

W pewnym momencie projektowania schematu, rozważałem użycie ATmegi. Mikrokontroler miałby za zadanie:
[...]
Niestety, ceny uP tak poszły w górę, że nie opłaca się ich stosować, więc musiałem zrezygnować z takiego wypasionego projektu.

Bo mikrokontroler to tylko ATmega? Ceny atmeg faktycznie poszybowały w kosmos, ale w zamian wiele innych uK jest dostępna po cenach < 10zł.

Witam,
T2 służy do załączenia minusa a T1 - ? po co przy H na B1 ma wyświetlić cyfrę na W5

ftpsaa
T1 załącza jedynkę, CD4543 nie bierze udziału w zapalaniu cyfry na piątym najbardziej znaczącym wyświetlaczu, bo byłby problem ze zrobieniem wygaszania zera.
Ceny mikrokontrolerów wzrosły a najbardziej AVR, szukałem jakiejś alternatywy, ale są albo za "małe", albo za drogie. Kiedyś mogłem kupić ATmega8 za 3zł, teraz ATmega48A to wydatek 7,2zł.

gts1991 napisał:

pirat12552 napisał:

Hmm
Cli rozumiem że można mierzyć napięcia do 99 kV?

Powodzenia kolego

hehe czyli można analogicznie dać do 1Mohm i mierzyć napięcie...hmmm
2megaV?^^ tylko tak z ciekawości;d może kiedyś wykonam coś takiego ;d

Witam,
Bardzo dobra konstrukcja, trzy pytania
1 - jak zrozumiałem w SN74LS47 port RBI wygasza tylko "0" nie wygaszając innych cyfr np.: 1, 2, 3 itd. a BI układu CD4543 wygasza każdą wyświetlaną cyfrę
2 - oporniki 68 Ohm to nie za mało zwłaszcza do DP ?
3 - porty LD PH i ew. BI nie powinny być podciągnięte do +5V opornikiem 1k
Pozdrawiam

Pomiar bardzo wysokiego napięcia, wymaga stosowania odpowiednich technik wysokonapięciowych. W sondzie do pomiaru napięć 40kV jest rezystor odpowiedniej konstrukcji i ma 999MΩ 1%. Rezystor SMD 1206 wytrzymuje tylko 200V. Może przestańcie fantazjować na temat pomiaru napięć powyżej 40kV.
W 7447 jest wejście wygaszania zera, ale scalak ten wyświetla 6 i 9 dość oszczędnie, co mi się nie podoba. Dorobienie logiki do wygaszania zera na 4543 jest nieopłacalne, zrobiłem to o wiele prościej, bez korzystania z tej funkcji.
Nie zauważyłem różnicy jasności kropki, inaczej zmieniłbym rezystor.
Niby dlaczego miałbym podciągać wejścia przez rezystor?

Dar.El napisał:

Niby dlaczego miałbym podciągać wejścia przez rezystor?

Witam,
Też nie wiem ale na większości schematów są i stąd moje pytanie

eurotips napisał:

Mam zasilacz regulowany od 1,2 do 24V i musiałem dać woltomierz na mikroprocesorze bo nie znam kości która miałaby wskazanie maksymalne większe niż 1,999 ile by tych miejsc nie było.
Np mierniki MY... mają wskazanie 3,199 a DT... mają 3,999, te najtańsze wszystkie są 1,999

Czy słyszałeś o takim klawiszu jak "szukaj" i o wujku Google ?
Wystarczy wpisać "3 3/4 digit meter" i dostaniesz sporo odpowiedzi, np. ICL7139 koszt około 20zł.

Witam własnie planuje konstrukcje zasilacza laboratoryjnego który będzie się składał z dwóch niezależnych zasilaczy komputerowych. Woltomierz taki jak twój by mi sie bardzo przydał tak wiec chciałem zapytać czy nie udostępniłbyś planów tego uzadzenia. Wzór płytki spis elementów i tak dalej.

Schemat jest w pierwszym poście, wzoru płytki nie mogę udostępnić, zresztą mało kto byłby w stanie zrobić dwustronną z metalizacją otworów i nie każdy byłby w stanie ją polutować. Są też zastosowane nietypowe elementy SMD, raczej nie do zdobycia w małych ilościach. Jak będziesz robić ten miernik to nie zapomnij o kondensatorze polipropylenowym 470nF.

Tak z ciekawości... jakie to nietypowe elementy są nie do zdobycia? nie widzę tam raczej nic czego nie można kupić np. w TME.