ТАЙМЕРЫ НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРАХ

December 13, 2010 by admin Комментировать »

наборы NM4021 и NM4023

Таймерные устройства различного типа уже давно находят приме­нение, как в быту, так и на производстве для автоматизации тех или Ьных процессов. Наибольшее применение находят три основных вида Кймеров: механические, электромеханические и электронные.

Механические таймеры конструктивно очень похожи на обычный часовой механизм, внутри которого находятся нормально разомкну­тые или нормально замкнутые электрические контакты, подключен­ные к коммутируемой нагрузке.

Электромеханические таймеры отличаются от механических нали­чием электрического привода вместо пружины. Таймеры этих двух ти­пов широко использовались до появления электронных таймерных кхем, которые приобрели широкую популярность, благодаря своей низкой стоимости и небольшим габаритным размерам, значительно ^меньшей погрешности срабатывания, а также высокой функциональ­ности. Все это сделало возможным самостоятельное изготовление ра­диолюбителями подобных устройств.

С появлением микроконтроллеров, обладающих отличными харак­теристиками, точность, стабильность и универсальность цифровых раймерных схем значительно возросли в сравнении с аналоговыми юредшественниками.

Наборы NM4021 и NM4023 позволяют собрать таймеры, которые Ьеализованы на микроконтроллере AT90S2313 фирмы Atmel.

Собранный таймер прост в управлении и надежен в работе. Уст­ройство позволяет автоматически включать или выключить какой-ли- бо электроприбор на заданный интервал времени, по истечении кото­рого электронная схема выключит или включит электроприбор и сооб­щит об этом звуковым сигналом.

Таймеры на микроконтроллерах могут найти широкое применение в быту, кулинарии, радиолюбительской практике, фотолаборатории, На производстве и т. д.

Технические характеристики

Напряжение питания [В]      220

Максимальная мощность подключаемого

электроприбора [Вт]            600

Диапазон устанавливаемого времени

для таймера NM4021 [мин] 1—99

Диапазон устанавливаемого времени

для таймера NM4023 [с]      1—99

Длительность звукового сигнала [с]  5

Максимальный ток нагрузки [А]       5

Описание работы таймеров

Конструктивные и схемотехнические решения у обоих таймеров абсолютно идентичны. Разница между таймерами состоит в диапазоне устанавливаемого времени. У таймера, собранного из набора NM4021, он составляет 1…99 мин, а у таймера, собранного из набора NM4023 — 1…99 с. Диапазоны устанавливаемого времени определяются микро­программами, записанными в памяти микроконтроллеров.

Внешний вид сверху и снизу платы таймеров с установленными на ней элементами и электрическая схема таймеров показаны на Рис. 1 и Рис. 2.

Рис. 1. Внешний вид платы таймеров с установленными на ней элементами

(вид сверху и снизу)

Таймеры NM4021 и NM4023 состоят из следующих основных уз­лов: управляющего микроконтроллера AT90S2313 (DDI) с записан­ной микропрограммой, двухразрядного цифрового индикатора (HG1)’ звукоизлучающего капсюля (BF1), силовой части, супервизора пита-

Рис. 2. Электрическая схема таймеров

ния (DAI) и стабилизированной схемы питания (С6, Rll, R12, VD1, С4, С5, VD2, DA2).

Схема работает следующим образом. При подаче напряжения пи- [тания микросхема супервизора DA1 формирует на выводе 1 микрокон­троллера DDI импульс сброса, после которого он переходит в нор­мальный рабочий режим и начинает выполнение команд, записанных в ^память микропрограммы. Их выполнение корректируется при помощи кнопок управления ТА1…ТАЗ. С помощью кнопок ТА1 и ТА2 можно задать требуемый интервал времени: нажатием кнопки ТА2 устанавли­ваются единицы минут или секунд, а нажатием кнопки ТА1 — десятки Кшнут или секунд соответственно для одного или другого таймера. За­пуск таймеров в обоих случаях производится кнопкой ТАЗ.

Для индицирования всей необходимой информации в таймерах I применен двухразрядный семисегментный индикатор, управляемый линиями 2 и 3 порта PD микроконтроллера. Линии порта РВ 1-7 через токоограничивающие резисторы R2-R8 соединены с сегментами индкатора HG1. Загорание необходимого разряда происходит только в0 время подачи управляющего импульса, поступающего от микроконт­роллера на один из двух выводов индикатора 4 или 5, в соответствие которому микроконтроллер выдает 7 бит, обозначающих нужную циф­ру. Она и будет отображена в данном разряде. Подача импульсов на выводы 4 и 5 индикатора происходит поочередно с некоторой часто­той. Однако человеческий глаз в силу инерционности воспринимает свечение обоих разрядов как непрерывное. Такой способ включения п-разрядной линейки широко применяется в микропроцессорной тех­нике, поскольку позволяет задействовать минимум выводов микро­контроллера. Этот метод называют «бегущим нулем» или «бегущей единицей» в зависимости от того, анодный или катодный электрод яв­ляется общим. Суть метода заключается в поочередном циклическом включении каждого из п разрядов индикатора последовательно один за другим. Частота мигания каждого разряда линейки, называемая час­тотой обновления, строго постоянна (выбирается программистом не ниже 50—60 Гц). Это сделано для того, чтобы человеческий глаз не ощущал миганий, возникающих при переключении разрядов.

Все семь сегментов каждого разряда соединяются в параллель и подключаются к выводам микроконтроллера, как в описываемой схе­ме, обычно через токоограничительные резисторы. Число управля­ющих выводов микроконтроллера, предназначенных для включения конкретного разряда, будет равно п. В результате общее число всех за­действованных выводов микросхемы равняется всего лишь п + 7. В схеме таймеров п = 2. Следовательно, разработчику удалось высвобо­дить семь выводов микроконтроллера. Их можно при необходимости использовать для других целей или оставить свободными, упростив тем самым печатную плату таймеров.

При достижении установленного времени включится звуковой сиг­нал звукоизлучающего капсюля BF1, подключенного к линиям 0 и 1 пор­та PD микроконтроллера. На линии 6 порта PD формируется сигнал вы­сокого уровня, который открывает силовой транзистор VT1, подключа­ющий реле К1 в электрическую цепь. При этом происходит необходимое коммутирование нагрузки, подключенной к клеммам ХЗ, Х4 и Х5. Све­тодиод HL1 индицирует срабатывание таймера. Таймер можно привес­ти в исходное состояние повторным нажатием на кнопку ТАЗ.

Схема питания таймера преобразует сетевое переменное напряже­ние 220 В в постоянное стабилизированное напряжение, необход! woe для нормальной работы электронной схемы таймера. Через гасяшие резисторы R11 и R12 сетевое напряжение поступает на двухполуперндный выпрямительный мост VD2. На его выходе включена двойная стабилизирующая цепочка, состоящая из стабилитрона VD1 и интег­рального стабилизатора DA1 на 5 В. Стабилитрон призван предохра­нить микросхему DA1 от возможных скачков напряжения на ее входе.

I Конденсаторы С4 и С5 сглаживают пульсации выпрямленного диод­ным мостом VD2 напряжения.

Сборка таймеров

Перед сборкой таймеров внимательно ознакомьтесь с приведенны­ми в начале этой книги рекомендациями по монтажу электронных кхем. Это поможет избежать порчи печатной платы и отдельных эле­ментов схемы. Перечень элементов наборов NM4021 и NM4023 приве­ден в Табл. 1.

Таблица 1. Перечень элементов наборов NM4021 и NM4023

W Позиция

Характеристика

Наименование и/или примечание

Кол-во

С1,С4

0.1 мкФ

Конденсатор, 104 — маркировка

2

С2, СЗ

22 пФ

Конденсатор, 223 — маркировка

2

С5

470 мкФ, 25…50 В

Конденсатор, 1018 — маркировка

1

С6

1 мкФ, 400 В

Конденсатор, 105К — маркировка

1

DA1

PST529

Микросхема (корпус ТО-92)

1

DA2

78L05

Микросхема ( корпус ТО-92)

1

DDI

AT90S2313

Микросхема, микроконтроллер с запи­санной программой, корпус DIP20

1

BFl

НСМ1212А

Капсюль звукоизлучающий

1

HL1

LED 03 мм

Светодиод красного свечения

1

R1

4.7 кОм

Желтый, фиолетовый, красный*

1

|R2…R10

1.0 кОм

Коричневый, черный, красный*

 

Rll

270 кОм

Красный, фиолетовый, желтый*

1

R12

10 Ом, 2 Вт

Резистор

1

HG1

LED 2DIG

Двухразрядный индикатор

1

VD1

15 В, 1.5 Вт

Стабилитрон

1

VD2

DB107

Диодный мост

1

VT1

ВС548

Транзистор

1

ZQ1

4 МГц

Кварцевый резонатор

1

TA1…TA3

SWT-6

Кнопки без фиксации

3

K1

BS-155C

Реле 220 В /12 В, 5 А

1

Продолжен^

Позиция

Характеристика

Наименование и/или примечание

Кол-во

XI, Х2

ED500V-2×5

Разъем клеммный, 2-контактный

1

ХЗ…Х5

ED500V-3X5

Разъем клеммный, 3-контактный

1

 

DIP-20

Панелька под микросхему

 

А4021

45×67 мм

Плата печатная

 

BOX-GQ27

72x50x35мм

Корпус

1

* Цветовая маркировка на резисторах.

 

Сборку устройства произведите в следующей последовательности:

аккуратно отломите углы печатной платы по линиям разметки,

отформуйте выводы элементов, установите элементы на плату и припаяйте их выводы, руководствуясь монтажными схемами, пред­ставленными на Рис. 3 и Рис. 4. Начните монтаж элементов со сто­роны печатных проводников (Рис. 4);

установите элементы ТА1, ТА2, ТАЗ, HL1, R9 и R10;

установите элементы VT1, BF1, R8 (Рис. 3), затем цифровой инди­катор HG1 с противоположной стороны печатной платы (Рис. 4)\

установите остальные детали на печатную плату согласно Рис. 3 в следующей последовательности: сначала малогабаритные, а потом все остальные элементы;

промойте плату от остатков флюса этиловым или изопропиловым спиртом.

Рис. 3. Расположение элементов на плате таймера (вид сверху)

Рис. 4. Расположение элементов на плате таймера (вид снизу)

После сборки убедитесь в отсутствии ошибок монтажа. Особенно внимательно проверьте правильность установки микросхем, транзис­тора, светодиода и электролитических конденсаторов.

Настройка и порядок работы с таймером

Правильно собранный таймер практически не требует настройки. Однако перед его первым включением необходимо проделать несколь­ко подготовительных операций:

соблюдая полярность источника питания, подключите провода пи­тающего напряжения;

подсоедините к соответствующим клеммам нагрузку;

подключите провод питания схемы к электросети. При этом на ин­дикаторе должны высветиться цифры, а таймер перейдет в режим ус­тановки времени.

После того как все необходимые подготовительные операции про- Ьеланы, проверьте таймер в работе. Для этого:

с помощью кнопок ТА1 и TA2 задайте требуемый интервал времени. Нажатие кнопки ТА2 увеличивает показание счетчика на единицы, а нажатие кнопки TA1 — на десятки;

кнопкой ТАЗ таймер переводится в режим отсчета времени (загора­ется светодиод HL1, цифровой индикатор мигает и его показания уменьшаются). По истечении установленного времени таймер изда­ет звуковой сигнал, а на индикаторе высвечивается ранее установ­ленное время. Таймер вновь переходит в режим установки времени При этом включается/выключается используемый с таймером элек­троприбор.

• при необходимости кнопкой ТАЗ можно также принудительно пе­ревести таймер обратно в режим установки времени. Для этого не­обходимо нажать кнопку ТАЗ еще раз.

Конструктивно таймеры NM4021 и NM4023 выполнены на двусто­ронней печатной плате. Конструкция предусматривает установку пла­ты в корпус, для этого на ней имеются монтажные отверстия 03 мм Для удобства подключения таймера к сети и нагрузке на плату уста­новлены клеммные разъемы (зажимы).

Готовое устройство может быть установлено в корпус BOX-G027 с использованием соответствующих монтажных отверстий. Для этого в основании корпуса необходимо просверлить три отверстия 04 мм под кнопки управления, а также сделать прямоугольный вырез под цифро­вой индикатор. На торце основания корпуса необходимо сформиро­вать прямоугольный вырез под провода питания и нагрузки. Печатную плату на основании корпуса закрепите саморезами 02.5 мм и длиной не более 6 мм (в комплект набора не входят), затем с помощью саморе- зов закрепите верхнюю крышку корпуса.

Возникающие при сборке проблемы можно обсудить на конферен­ции сайта http: //www.masterkit.ru, а вопросы можно задать по адресу: infomk@masterkit.ru.

Наборы NM4021 и NM4023, а также и другие наборы из каталога МАСТЕР КИТ можно приобрести в магазинах радиодеталей или на радиорынках.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты