Gelişen mikrokontrol teknolojileri ve artan bilgi birikimi sayesinde geliştirici düzeyinde daha yaygın kullanımına olanak tanımıştır. Burada elimden geldiği kadar bazı örnekler sunmaya çalışacağım...

21 Nisan 2010 Çarşamba

Atmega8 ile LED ekranlı Voltmetre


Giriş

Elektroniğin en vazgeçilmez öğelerinden biri de voltmetredir. Birçok yol ve yöntemle gerçekleştirilebilen voltmetre bu projede bir Atmega8 işlemcisinin ADC girişini kullanarak ve sonucu 4 haneli 7 parçalı LED ekran üzerinde gösterilecek bir proje sunmaya çalışacağız.

Voltmetre

Voltmetre basit olarak bir referans noktasına göre iki nokta arasındaki elektriksel olarak potansiyel farkı ölçen araçlardır. Kullanım yerine göre doğru gerilim, alternatif gerilim ve daha özelleştirilerek değişken işaretlerin ölçümü gibi türleri mevcuttur.

Şekil-1:Voltmetre ve sistem


Ölçüm sistemlerinde ideal ölçüm araçlarının ölçüm yapılan sisteme etkilememesi gerekir. Bu durumda ideal bir voltmetrenin iç direncinin sonsuz olması beklenir. Ama ne yazık ki fiziksel olarak bunun gerçekleştirilmesi mümkün değildir. Sonuçta bu ölçülen sisteme yaptığı etki ölçüm sisteminin bir ölçme hatası olarak ölçüm sistemlerine eklenir.

Ayrıca ölçme araçlarının üzerindeki elemanların toleransı, sıcaklık, bağlantı elemanlarının direnci gibi parametreler ölçme sistemine ölçme hatası olarak yansır. Hatta sayısal ölçüm sistemlerinde son dijitin okuma adımı, analog dijital çeviricinin hataları bile ölçüm hatası olarak yansır.

Neyse ki bu kadar aman aman ölçüm sistemi oluşturmayacağımıza göre bu gibi hataları baştan kabulleniyoruz.

Şekil-2:7106 entegresinin yaygın kullanıldığı multimetre

Elektronikle uğraşanların yaptığı ilk voltmetreler bilinen 7107(LED) ve 7106(LCD) tüm devreleri kullanılır. Kullanımı kolay, birkaç ek devre elemanı ile basitçe gerçekleştirilen devrelerdir. (sadece gerilim bölücü dirençler ile giriş gerilimi ölçülebilir sınırlar içine çekilir)

Şekil-2:7106 entegresinin kullanımı ile yapılmış termometre LM35 ile yapıldığı için sıcaklık değeri gerilime dönüştürülür ve 7106 entegreside bu değeri okur.

Atmega8 dahil birçok işlemci üzerinde 10 bitlik Analog dijital çevirici var. Ve işlemcinin üzerine yüklenen programlar ile kolayca erişilip kullanılabiliyor. En azından burada kullanılan işlemci 5V besleme gerilimi ile besleniyor. Bu da ADC'nin ucunun doğrudan 5V ölçebileceği anlamını taşıyor. Yani 0V ile +5V aralığı 10 bitlik çözünürlükte okunabileceği anlamını taşıyor.

Peki daha yüksek bir gerilim okunmak istenirse? Çözümü basit gerilimi bölmek. Basitçe seri bağlı iki direncin birbirine bağlı olmayan uçlarına bir gerilim uygulandığı zaman bir direncin üzerinden daha düşük değere sahip bir gerilim alınabilir.

Şekil-3:Gerilim bölücü devresi (koruyucu zener dahil)

Bu noktada aynı şekilde seri bağlantılı iki 10K direncin orta noktasında gerilim yarıya düşmüş bir şekilde ulaşılabilir. Bu ADC'ye uygulandığında ölçülen gerilim dirençlerin birbirine bağlı olmayan gerilimin yarısı olur ki böylece ölçüm aralığı 10K direnç değerine ve ADC ölçüm maksimum değeri 5V olduğuna göre 10V olacaktır. Yapılması gereken alınan ölçüm sonucunu giriş değerlerine göre yorumlamaktır. (Eh, geri kalan program işi)

LED Ekran

7 parçalı LED ekranlar içine yerleştirilmiş LEDlerin bir aynı uçları birleştirilerek ortak çıkış olarak sunulurken diğer uçları ayrı olarak çıkış olarak sunulurlar. LED'lerin ortak uçlarına göre 7 parçalı LED ekranlar adlandırılmaktadır. LED'lerin ortak uçları Anot ise 7 parçalı LED ekran ortak Anot olarak adlandırılmakta. Ortak bağlı uçlar Katot ise 7 parçalı LED ekran ortak Katot olarak adlandırılmaktadır.

Üretildiği LED rengine göre ve boyutlarına göre de sınıflandırılmaktadır. Bununla birlikte LED ekranlar dışarıya çıkartılan bacakların yerleri de değiştiğine belirtmekte fayda var.

Atmega8'in doğrudan LED sürebildiği (seri direnç ile) biliniyor. Dolayıcı ile 7 parçalı LED ekranları da sürebilmektedir. Ama bacak sayısı yeterli olmadığı için işlemci 4 dijitlik bir ekranı sürmek gerektiğinde Atmega8 yetersiz kalacağı açık.

Şekil-4:Ekran sürme sistemi

Çözümü basit gösterilen bilgiyi zamana göre değiştirmek. Yani basitçe her bir ekran haneyi kısa sürelerde göstermek Bu işlem sürekli ve birbirine takip edecek şekilde gerçekleştirildiğinde 4 hane aynı anda sürülüyormuş (gösteriliyormuş) izlenimi yaratır. (Çoğullama)

Projede LED ekranların parça bacakları birleştirilerek direnç üzerinden işlemciye bağlanırken, ortak uçları her biri bir transistör üzerinden işlemci kontrolu sağlanır.(Ortak uçtaki akım işlemci için biraz yüksektir. Ayrıca işlemcinin çıkış sürücüleri içeriye akım akıtmaya daha uygundur.)

Devre

Devre incelendiğinde saat üretici olarak kristal kullanılmadığı görülebilir. Bu projeye göre ciddi bir zamanlama durumu olmadığı için iç saat üretecinin kullanılması uygun görüldü.

Devreyi sadece besleme uygulayıp bağlantı uçlarını ölçülecek devrenin bağlantı noktasına bağlamak yeterli. Ölçülen noktadan gerilimi ölçer ve bunu LED ekran üzerinde gösterir.

Şekil-5:Ölçme uçları boşta iken gösterilen değer.

Şema

İşlemci ile işlem yaptığımıza sistemin kalbini IC1 Atmega8 oluşturuyor. D2, D3, D4, D5 ortak anotlu gösterge LED'leri oluşturuyor. Gösterge ile işlemci arasındaki seri bağlı R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 ve R12 LED göstergelerin akım sınırlama dirençleridir. LED ekranların ortak uçlarını süren Q1, Q2, Q3, Q3 transistörleri, bazlarına bağlı R1, R2, R3 ve R4 dirençleri üzerinden işlemciye bağlanır. Böylelikle gösterge bölümü bitirilmiş olur.

R13 ve R14 dirençleri üzerinden ölçüm için gerilimi bölücü dirençlerini oluşturuyor. R13 ve R14 dirençlerinin %1 toleransa sahip elemanlar olması ölçüm sisteminin doğruluğu açısından önemlidir. R13 uçlarına bağlı D6 6,2V zener diyodu (5.6V veya 5.1V daha iyi olabilir) ölçüm ucunun gerilim işlemci tarafından gerilimi sınırlaması yaparak işlemci girişini korur.

D1 köprü diyodu üzerinden bağlı olan IC2 7805 gerilim regülatörü devre beslemesi için 5V gerilimini üretir.

ISP konnektörü işlemcinin programlanması için gereken bağlantı elemanını oluşturur.

Geriye kalan kondansatörler filtre amaçlı elemanları oluşturur.

Şekil-6:Blok şeması


Şekil-7:Devrenin şeması


Devrenin Çalışması

Devrenin P1 ucuna 7-12V aralığında bir besleme uygulandığında sistem çalışmaya başlar. Hemen ölçüm işlemine başlar ve P2 ucuna bir ölçme gerilimi uygulanmamışsa doğal olarak 0V gösterir. P2 ucunu ölçülecek bir sisteme bağlandığında işlemci bunu ölçüm değerini ekranda gösterecektir.

Devre konusunda ölçü uçlarını ters bağlamamaya özen gösterin. Çünkü işlemcideki analog dijital çevirici negatif gerilimlerde işlem yapmamakta. Sadece ve sadece 0V seviyesine göre pozitif gerilimleri çevirebildiğini göz önünde bulundurun.

Şekil-8:Voltmetrenin üstten görünümü.


Şekil-9:Voltmetrenin alttan görünümü. (Dirençlerin nerede olduğunu merak edenler için)

Not:Devrenin ölçtüğü sistemle etkileşime girdiğini belirtmekte fayda var. Özellikle bitmiş durumdaki pilleri oldukça etkilemekte.

Devre Yapımı

Aslında devre yüzey montaj olacak diye yola çıkıldı ama evdeki hesap çarşıya uymayınca haliyle iş malzeme kutularına kaldı ve bu şekle dönüştü. Ama yine de biraz olsun yüzey montajın ucundan bulaşsın diye dirençler (R13 ve R14 hariç) ve D6 kartın altında monte edildi.

Devre yapımında kritik bir eleman yok. Baskı devre kartı üzerinde geçekleştirildiğinde standart eleman yerleşimi göz önüne alınarak devre kurulabilir. Bu noktada diğer devre montaj teknikleri kullanıldığında bacakların doğru bağlanması önemlidir.
Tüm dirençler çeyrek vattır.
Besleme konusunda bir sorun oluşturmayacağınızı düşünüyorsanız girişteki köprüyü devre dışı bırakabilir veya tek bir diyotla değiştiribilirsiniz. (Kendi besleme kaynağınız varsa ve devreyi kendiniz kullanacaksanız). Bacak bağlantıları uyan başka bir LED kullanılabilir. Entegreler için soket kullanılması sonradan oluşabilecek sorunların çözümünde size yardımcı olabilecektir.

İşlemciyi programlarken sigorta ayarlarında iç osilötürün atandığına emin olun(1MHz). Yeni, daha önce kullanılmamış bir işlemci ise sorun yoktur, çkü bu şekilde ayarlı gelirler. Ama daha önce kristal kullanan bir devrede kullanılmışsa, işlemcinin sigorta ayarlarını üzerinde kristal bulunan bir devrede yapmak gerekir.

Şekil-10:Devrenin baskı planı


Şekil-11:Devrenin yerleşim planı


Şekil-12:Devrenin baskı devre planı ve yerleşim planı birlikte (Kullanılmayan elemanlar soluk renkte gösterilmiştir)


Not:Baskı devre üzerinde soluk renkte gösterilen elemanlar malzeme listesine dahil edilmemiştir.

Devre Elemanları

220RR5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12
1KR1,R2,R3,R4
10K %1R13,R14
100nFC2,C3,C4
10µFC1
B125C1500 veya benzeriD1
6,2V (veya 5,1V) zenerD6
FYS-3611BS (LED ekran)D2,D3,D4,D5
7805IC2
Atmega8IC1
6 Header (ISP6)ISP
2'li KlemensP1,P2

Malzeme listesi. Burada işlemci için soket ve 9V adaptör verilmemiştir. Kaliteli 28 bacaklı soketler oluşabilecek problemlerin önüne geçecektir.
Şekil-13:Bitmiş durumda 9V'luk pil


Şekil-14:1.5V'luk pil


Şekil-15:Kullanılmış 1.5V'luk pil


Şekil-16:9V'luk adaptör ölçümü


Şekil-17:SD kart okuyucusu olarak tasarlanmış devrenin besleme gerilimi ölçümü


video
Ekler:

ATMEGA8 hakkında bilgi

Atmega8 ile LED ekranlı Voltmetre için dosyalar-birleşik.

FYS-3611BS (LED ekran) için eleman yüzü tarafından bacak bağlantıları

Bu devrenin yapım sorumluluğu size aittir. Devre yapıldı ve çalışıyor. K.A...

Etiketler

İzleyiciler