Тестер для измерения полупроводниковых элементов на микроконтроллере

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ХАБАРОВСКОГО КРАЯ

ГКБ ПОУ

ХАБАРОВСКИЙ КОЛЛЕДЖ ОТРАСЛЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И СФЕРЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ

Специальность: 230113 Компьютерные системы и комплексы

Тестер для измерения полупроводниковых элементов на микроконтроллере

Курсовая работа

КП.ТОСВТ.230113.12.ПЗ

Выполнил:

студент гр. КС - 41ъ

_______ Малов М.Г.

Проверил:

Руководитель

________ Иванов А.В.

“____”________2015год

Хабаровск



ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Основной раздел

1.1 Назначение тестера M328 LCR-T3

1.2 Характеристики и инструкции M328 LCR-T3

1.3 Принцип работы

Глава 2. Практический раздел

2.1 Изготовление печатной платы

2.2 Установка элементов на печатную плату

2.3 Программирование микроконтроллера

2.3.1 От Arduino к программированию микроконтроллеров

2.3.2 Программа AVRDUDE

2.3.3 Разработка платы для микроконтроллера

2.3.4 Схема тактирования микроконтроллера

2.3.5 Схема программирования/отладки микроконтроллера

2.3.6 Проектирование и изготовление платы

2.3.7 Разработка программы

2.4 Проверка тестера на работоспособность



ВВЕДЕНИЕ

Устройство на микроконтроллере в настоящее время находит применение практически во всех сферах современного человека и окружающих его устройствах. Простота использования и большой функционал возможностей программирования микроконтроллера позволит решать практически все задачи, связанные с радиотехническими приборами.

Любой уважающий себя техник просто не сможет обойтись без тестера. Он не потеряет свою актуальность еще очень долгое время, так как он довольно прост в своей сборке и его можно спокойно собрать за один день.

Микроконтроллер (МБ) -- микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами.

Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять относительно простые задачи.

Мой курсовой проект под названием тестер радиоэлементов на микроконтроллере, содержит две части пояснительной записки и графическую часть, отображающую принципиальную схему прибора

1. Теоретическая часть. Включает в себя: описание работы, составление схем, выбор нужных элементов для практической реализации моего тестера.

2. Практическая часть. Выбор печатной платы, на которой будет непосредственно располагаться тестер. Выбор нужного микроконтроллера



ГЛАВА 1 ОСНОВНОЙ РАЗДЕЛ

1.1 Назначение тестера M328 LCR-T3

Цифровой тестер M328 LCR-T3 используется для проверки и определения параметров различных электронных элементов, таких как элементы питания, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы, симисторы и т.п. с последующим выводом этих параметров на жидкокристаллический дисплей. Грубо говоря, можно тестировать все, что имеет от 2 до 3 ножек.

Данный тестер с высокой точностью определяет номера и типы выводов транзистора, тиристора, диода и т.д. Будет очень полезен как начинающему радиолюбителю, так и профессионалам.

Особенно незаменим он в тех случаях, когда имеются запасы транзисторов с полустёртой маркировкой, или если не получается найти даташит на какой-нибудь редкий китайский транзистор.

1.2 Характеристики и инструкции M328 LCR-T3

1. Работает с микроконтроллерами ATmega8, ATmega168 или ATmega328. Также возможно использовать ATmega1280 или ATmega2560.

2. Отображение результатов на LCD-дисплее 2x16, совместимом с HD44780U (KS0076) и с ST7036 (тип DOG-M).

3. Возможна работа от автономного источника, т.к. ток потребления в выключенном состоянии не превышает 20 ????.

4. Чтобы уменьшить ток потребления в режиме ожидания измерения, программное обеспечение, начиная с версии 1.05k, использует режим сна (Sleep Mode) для микроконтроллеров Atmega168 или ATmega328.

5. Автоматическое определение N-P-N и P-N-P биполярных транзисторов, N- и P-канальных MOSFET транзисторов, JFET транзисторов, диодов, двойных диодов, тиристоров и симисторов.

6. Автоматическое определение расположения выводов элемента.

7. Измерение коэффициента усиления и порогового напряжения база эмиттер биполярного транзистора.

8. Транзисторы Дарлингтона идентифицируются по пороговому напряжению и коэффициенту усиления.

9. Обнаружение защитного диода в биполярных и MOSFET транзисторах.

10. Измерение порогового напряжения затвора и величины ёмкости затвора MOSFET.

11. Измерение одного или двух резисторов.

12. Разрешение измерения сопротивления до 0.01 а величина измерения - до 50??

13. Определение и измерение одного конденсатора с изображением символа конденсатора. Определение и измерение одного конденсатора с изображением символа конденсатора и точностью до четырех десятичных цифр. Ёмкость конденсатора может быть замерена от 25 ???? (8 ?? ?? ??, 50 ???? - 1 ?? ?? ??) до 100 ???? . Разрешение измерения составляет 1 ???? (8 ?? ?? ??).

14. ESR конденсатора измеряется с разрешением 0.01 ? для конденсаторов ёмкостью более 0.18 ???? и отображается числом с двумя значащими десятичными цифрами. Это возможно только для ATmega168 или ATmega328.

15. Для конденсаторов ёмкостью выше 5000 ???? может быть определена потеря напряжения после воздействия импульса зарядки. Потеря напряжения дает оценку добротности (качества) конденсатора.

16. Определение до двух диодов

17. Светодиод (LED) определяется как диод с прямым напряжением выше, чем у обычного диода. Два светодиода в одном 3-х выводном корпусе также определяются, как два диода.

18. Стабилитроны могут быть определены, если их обратное напряжение пробоя ниже 4.5 ?? . Они отображаются, как два диода, и могут быть идентифицированы, как стабилитроны, только по напряжению. Номера выводов, соответствующие символу диода, в этом случае, идентичны. Реальный вывод анода диода можно идентифицировать только по падению напряжения (около 700 ????)

19. Одним измерением можно определить назначение выводов выпрямительного моста.

20. Конденсаторы ёмкостью ниже 25 ???? обычно не определяются, но могут быть измерены вместе с параллельным диодом или параллельным конденсатором, ёмкостью более 25 ???? .В этом случае из результата измерения необходимо вычесть ёмкость подключенного параллельно элемента.

21. Для резисторов сопротивлением ниже 2100 ? (только для ATmega168 или ATmega328) измеряется индуктивность. Диапазон измерений от 0.01 ???? до 20 ?? , но точность невысока. Получить результат измерения можно только с единственным подключенным элементом.

22. Время тестирования большинства элементов составляет приблизительно 2 секунды. Измерение ёмкости или индуктивности могут увеличить время тестирования.

23. Программное обеспечение может конфигурироваться, чтобы произвести ряд измерений прежде, чем питание будет отключено.

24. В функции самопроверки встроен дополнительный генератор частоты на 50 ?? ??, чтобы проверить точность тактовой частоты (только ATmega168 и ATmega328).

25. Подключаемое, в режиме самопроверки, оборудование для тарировки внутреннего выходного сопротивления порта и смещения нуля при измерении ёмкости (только ATmega168 АTmega328). Для тарировки необходимо подключить к щупам 1 и 3 внешний высококачественный конденсатор ёмкостью между 100 ???? и 20 ???? чтобы измерить величину компенсации напряжения смещения аналогового компаратора. Это уменьшит ошибки измерения ёмкости конденсаторов до 40 ???? . Этот же конденсатор применяется при коррекции напряжения внутреннего ИОН, замеренного для подстройки масштаба АЦП при измерении с внутренним ИОН.

26. Отображение обратного тока коллектора ???? ??0 при отключенной базе (с разрешением 10 ????) и обратного тока коллектора при короткозамкнутых выводах базы и эмиттера ???? ????. (только для ATmega328). Эти значения отображаются, если они не равны нулю (главным образом, для германиевых транзисторов).

27. Для ATmega328 доступно диалоговое меню, которое позволяет выбрать дополнительные функции. Конечно, Вы можете вернуться из диалогового меню к нормальному функционированию Тестера.

28. Из диалогового меню можно выбрать измерение частоты на порту PD4 ATmega. Разрешение составляет 1 ?? ?? для измеряемых частот более 25 ???? ??. Для более низких частот разрешение может быть до 0.0001 ?? ?? с измерением периода.

29. Из меню, при отключенной функции последовательного порта, можно вызвать функцию измерения напряжения до 50 ?? при использовании делителя 10:1 на порту PC3. Если используется ATmega328 в корпусе PLCC, то для измерения можнo использовать один из дополнительных портов вместе с UART. Если присутствует схема измерения стабилитронов (DC-DC преобразователь), измерение стабилитронов также возможно с помощью этой функции, нажав кнопку TEST.

30. Из меню можно выбрать функцию генератора частоты на тестовом контакте TP2 (PB2 порт ATmega). В настоящее время можно предварительно выбрать частоты от 10 ?? ?? до 2 ?? ?? ??.

31. Из диалогового меню функций можно выбрать вывод фиксированной частоты с возможностью выбора ширины импульса на тестовом контакте TP2 (PB2 порт ATmega). Ширина может быть увеличена на 1% при кратковременном нажатии или на 10% при более длительном нажатии кнопки TEST.

32. Из диалогового меню функций можно запустить отдельное измерение ёмкости с измерением ESR. Только конденсаторы от 2 ???? до 50 ???? могут быть измерены в схеме, так как используется низкое, около 300 ???? напряжение. Вы должны убедится, что все конденсаторы разряжены перед началом любых измерений.

Тиристоры и симисторы могут быть обнаружены, если испытательный ток выше тока удержания. Некоторые тиристоры и симисторы нуждаются в более высоких токах, чем этот Тестер может обеспечить. Доступный ток тестирования только 6 ????! Заметьте, что многие дополнительные функции могут быть использованы только с ATmega168 и ATmega328.

1.3 Принцип работы

Для использования тестера M328 LCR-T3 нужно сначала подключить к нему питание. Из платы тестера выведен адаптер питания под батарею 6F22 (Крона) с напряжением 9 В. Подключать батарею нужно соблюдая полярность. Питание не сложно переработать вручную с помощью пайки под другой источник питания (например, блок питания). Клеммы питания на плате легкодоступны. Батарея 6F22 (Крона). После подключения питания тестер готов к работе.

Тестер M328 LCR-T3 включается нажатием кнопки-манипулятора, которая в правом нижнем углу платы, после чего включается дисплей с приятной зеленой подсветкой и начинается загрузка прошивки и измерение напряжения питающей батареи. Если напряжение будет ниже нормы (3 - 4 В), то тестер покажет на дисплее ошибку и выключиться. Если напряжение ниже 3 В то тестер совсем не включиться.

Выглядит цифровой тестер M328 LCR-T3 так:



Рисунок 1. - Тестер M328 LCR-T3

Тестер M328 LCR-T3 оснащен 14-контактной ZIF панелью с нулевым усилием. Для удобства использования каждый контакт подписан цифрой 1, 2 или 3.

Таблица размещения контактов:

Для непосредственно тестирования нужно поднять ручку ZIF панели, вставить электронный элемент в ZIF панель, опустить ручку ZIF панели, нажать на кнопку включения. Электронный элемент нужно устанавливать в ZIF панель таким образом, чтобы ножки элемента стояли в контактах с разными цифрами. Например, резистор можно устанавливать между ножками 1-2, 2-3, 1-3; для транзистора только 1-2-3.

Тестер M328 LCR-T3 оснащен 3-контактной площадкой для тестирования SMD элементов. Для тестирования нужно положить SMD элемент на площадку и жестко зафиксировать (крокодилом, прищепкой, пайкой т.п.), потом нажать кнопку включения тестера.

Тестер M328 LCR-T3 автоматически определяет, какой тип электронного элемента в него установлен. Также тестер определяет некоторые дополнительные параметры электронного элемента, например для транзистора - коэффициент усиления тока или для конденсатора - ёмкостное сопротивление и падение напряжения.

Тест конденсатора выглядит так (также показывает ёмкостное сопротивление и падение напряжения)

Аппаратные средства

Схема на рисунке 2 основана на схеме Markus F., из проекта AVR Transistortester [1]. Измененные или перемещенные элементы отмечены зеленым цветом, дополнительные элементы отмечены красным цветом.

Небольшие изменения внесены в электронный выключатель питания, который создавал проблемы в некоторых реализациях. Резистор R7 уменьшен до 3.3 ???. Конденсатор C2 уменьшен до 10 ???? . R8 перенесен так, чтобы вывод порта PD6 был подключен к конденсатору C2 через него, а не непосредственно.

Дополнительные блокировочные конденсаторы должны быть установлены у выводов питания ATmega и у выводов стабилизатора напряжения. Добавлен один дополнительный подтягивающий резистор на 27 ??? к выводу порта PD7 (вывод 13 ATmega). В этой модификации программное обеспечение отключает ВСЕ внутренние подтягивающие резисторы ATmega.

Добавлен дополнительный кварц на 8 ?? ?? ?? с конденсаторами C11, C12 на 22 ????. Точность кварца дает возможность более точного измерения времени для того, чтобы измерить ёмкость конденсатора.

Новая версия программного обеспечения может использовать переключение масштаба напряжения АЦП. Скорость переключения зависит от внешнего конденсатора C1 на AREF (вывод 21 ATmega). Чтобы избежать замедления на величину большую, чем необходимо, ёмкость этого конденсатора должна быть уменьшена до 1 ????. Можно вообще удалить конденсатор C1.

Соотношение резисторов R11/R12 определяет величину напряжения для контроля разряда батареи питания. Я приспособил свое программное обеспечение к оригиналу от Markus F. [1] с величинами резисторов 10 ??? и 3.3 ???. Дополнительное опорное напряжение 2.5 ?? , поданное на порт PC4 (ADC4), может использоваться, чтобы проверить и откалибровать Тестер на имеющееся напряжение VCC (не обязательно). В качестве ИОН можно использовать LM4040-AIZ2.5 (0.1%), LT1004CZ 2.5 (0.8%) или LM336-Z2.5 (0.8%).

Дополнительный интерфейс ISP был добавлен для упрощения загрузки новых версий программного обеспечения.

Рисунок 2. - Схема Тестера



ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

Согласно теме, нужно изготовить печатную плату, на которую будут монтироваться радиоэлементы. Данные радиоэлементы подбираются под конкретную схему данного тестера. Печатная плата изготавливается с помощью лазерно-утюжной технологии. Подробный процесс изготовления печатной платы будет изложен далее.

2.1 Изготовление печатной платы

Что нам потребуется:

1. Фольгированый текстолит

2. Лазерный принтер

3. Утюг - любой

4. Средство для очистки поверхности

5. Хлорное железо для травления платы

6. Тонкие сверла для сверления

7. Самоклеющаяся пленка

Вот снимок подложки

Дальше почти как всегда. Вырезаем кусок текстолита нужных размеров с запасом 1 см. с каждого края. На этих местах можно просверлить потом отверстия для совмещения двух слоев (если вы делаете двухстороннюю плату) Очищаем плату от загрязнений. Если поверхность не очень грязная и не сильно окислилась, то хватает 1 мин. Плата на глазах становиться чистенькой и розовой. Если она у вас очень грязная, то ждем подольше или повторяем процедуру несколько раз. Промываем плату водой и несем сушить, За поверхность плату, куда будем переводить рисунок пальцами не брать, но если взялись, то страшного ничего нет, просто перед переносом протрите тампоном, смоченным в ацетоне. Вот подготовленная плата

Пока плата сушится, печатаем рисунок. Я рисую и печатаю на программе SprintLayout 4.0.Вырезаем кусок пленки (саму пленку пока не отрываем) нужных размеров. Так как после отслаивания пленки подложка очень тонкая, принтер будет ее жевать. Поэтому наклеиваем ее на лист обычной офисной бумаге. Приклеить надо так, чтоб после снятия пленки на верху осталось лощеная поверхность подложки Я использую несколько капель клея в углах подложки и по центру длинных сторон.



Все у нас все готово для печати. Отдираем пленку. Вставляем в принтер и печатаем. В установках принтера не забываем выставить максимум тонера.

Смотрим как у нас там с рисунком.



Включаем утюг. Температуру можно проверить так. Печатаем на обыкновенной бумаге, кладем тонером вверх на перевернутый утюг и смотрим. Тонер заблестел - все нормально, температуры хватает для расплавления. На стол кладем фанеру (10мм) потом книжку не нужную или журнал из газетной бумаги, (помните, были такие) на книжку плату фольгой вверх

Из бинта или тонкой чистой тряпки делаем тампон. На снимке справа видно. Накрываем это листом офисной бумаги А4 и кладем утюг. Если плата больше чем поверхность подошвы утюга, то проглаживаем плату. Достаточно 30-40 сек, чтоб плата разогрелась

Далее снимаем лист офисной бумаги и кладем наконец подложку рисунком к фольге платы, Разлаживаем тампоном из тряпки Подложка прилипнет к плате тут же (если температура была достаточной, см. выше)

Снова накрываем это листом офисной бумаги А4 и кладем утюг и начинаем гладить. Давить практически не надо, мы просто повторно подогреваем плату (она уже успела немного остыть). Тут уже и 15-20 сек достаточно, хотя я и больше держал Снимаем лист офисной бумаги. Быстро 20-30 сек разлаживаем тампоном из тряпки всю поверхность, особенно по краям платы. Растираем как вдоль, так и поперек - дорожки же у нас не в одном направлении нарисованы. Вот тут надо немного надавливать, как бы растирая по поверхности. Все, ждем пока плата остынет, чтоб ее спокойно можно было взять в руки. Хватаем за кончик подложки и легонько отдираем ее от платы. Она практически отходит сама. И вот он рисунок переведен

Смотрим, что все получилось. Дорожки 0.2 получились. Вот готовая плата без сверления.

Дальше поступаем следующим образом: травим, сверлим, лудим. Обрезаем до нужных размеров, паяем. Вот и все



2.2 Установка элементов на печатную плату

Требования к установке элементов на печатной плате.

1. Элементы массой более 60 грамм на печатную плату не устанавливаются.

2. Элементы с массой более 60 грамм должны иметь дополнительный крепёж.

3. Выводы радиоэлементов должны совпадать с узлами координатной сетки.

4. Элементы на плате должны устанавливаться либо рядами, либо группами параллельно линиям координатной сетки - это необходимо для автоматической сборки и пайки радиоэлементов.

5. Расстояние между выводами элементов должно быть кратно шагу координатной сетки.

6. Для многовыводных элементов лучше использовать шаг 1,25 мм

7. Если расстояние между выводами не кратно шагу координатной сетки, то с узлом координатной сетки должен совпадать первый вывод микросхемы.

8. Цоколёвка выводов должна быть указана.

9. Обязательно указать цепи питания, как правило, для питания предназначены первый и последний выводы микросхемы.

10. Если плата изготовлена комбинированным методом, то элементы на плату устанавливаются с зазором, если же плата изготовлена химическим методом(односторонняя) или на корпусе элемента имеется изоляция, то элементы устанавливаются без зазора.

11. При вертикальной установке необходимо учитывать воздействие вибрации.

12. Если элементы имеют планарные выводы, то такие элементы можно устанавливать с противоположных сторон платы.

13. На двухсторонних печатных платах элементы устанавливаются на той стороне, на которой плотность проводящего рисунка ниже.

14. Для повышения жёсткости выводов и для обеспечения зазора между корпусом элемента и печатной платы допускается применять гибку выводов.



15. Элементы должны равномерно размещаться по площади печатной платы.

Требования по размещению печатных проводников на плате.

При проектировании топологии печатной платы необходимо учитывать электрические характеристики и технологические ограничения.

На электрические параметры схемы оказывает влияние форма, длина и взаимное расположение печатных проводников. При проектировании печатной платы нужно стремиться к тому, чтобы длина печатных проводников была минимальной. Особенно это необходимо при проектировании входных сигнальных цепей.

При уменьшении длины проводников увеличивается быстродействие схемы и магнитных наводок. Печатные проводники должны располагаться по линиям координатной сетки, и по возможности иметь меньше узких мест, а протяжённость проводников в узких местах должна быть минимальна. Следует избегать резких перегибов печатных проводников и проводников сложной формы, так как при увеличении количества перегибов возрастает паразитная индуктивность.

В ВЧ платах предусматриваются скругления по правилу: чем выше диапазон, тем больше радиус скругления.

Проводники должны равномерно распределяться по площади печатной платы. При длине проводника более 30мм предусматриваются дополнительные контактные площадки для устранения отслаивания проводника от печатной платы.

Для того, чтоб не ухудшать диэлектрические характеристики платы свободные участки диэлектрика защищают медной фольгой.

Расстояние между краем печатной платы и ближайшим печатным проводником должно быть не меньше толщины платы - это необходимо для получение заготовки печатной платы и для сохранения целостности печатных проводников.

2.3 Программирование микроконтроллера

2.3.1 От Arduino к программированию микроконтроллеров

Вполне естественно, что первым микроконтроллером, был ATmega328P, на основе которого создан Arduino.

Совместимый микроконтроллер из линейки ATmega48/88/168/328P в продаже был, это был микроконтроллер ATmega168, так что я приобрёл его, хотя в нём в 2 раза меньше памяти программ (Flash), ОЗУ (RAM) и ЭСПЗУ (EEPROM). В остальном это полностью совместимые микроконтроллеры, так что первым делом я воткнул его в панельку на плате Arduino вместо штатного ATmega328P.

И, конечно же Arduino сразу же перестал работать как положено. Ведь для того, чтобы купленный мною микроконтроллер смог работать как ядро Arduino, его следовало предварительно запрограммировать, прошив в память программ загрузчик (bootloader). Для этого мне потребовался программатор. Для чего требуется программатор? Для того, чтобы программировать микроконтроллеры, требуется специальное устройство, которое называется программатор. Точности ради, следует заметить, что программатор на самом деле программирует не микроконтроллер, а память микроконтроллера. Микроконтроллеры серии ATmega оснащены следующими типами памяти, которые доступны для программирования с помощью программатора:

1. Память программ (Flash - flash)

2. Память данных (EEPROM - eeprom)

3. Младший байт предохранительных бит (Low Fuse Bits - lfuse)

4. Старший байт предохранительных бит (High Fuse Bits - hfuse)

5. Расширенный байт предохранительных бит (Extended Fuse Bits - efuse), который присутствует не во всех моделях микроконтроллеров

Память ОЗУ в микроконтроллерах ATmega с помощью ICSP-программатора не программируется, для этого требуется отладчик JTAG, который в данном случае мне пока не требовался.

Программаторы бывают профессиональные, которые поддерживают целый спектр типов микросхем постоянной памяти (Flash, ROM, PROM, EEPROM и т.п.) и микроконтроллеров. Такие программаторы стоят и профессиональных денег. Гораздо дешевле, но не обязательно, стоят программаторы специализированные, которые позволяют программировать только отдельные серии типов ПЗУ или микроконтроллеров.

Кроме программаторов существуют программаторы-отладчики, например отладчики JTAG стандарта IEEE 1149. Они позволяют устанавливать в программе точки останова, выполнять программу пошагово, то есть в целом это удобная вещь, но опять же профессиональная, а потому не всегда бюджетная по стоимости. Ведь для программирования микроконтроллера стоимостью в 200-300 рублей нет смысла приобретать JTAG-отладчик стоимостью в 25-40 тысяч рублей.

Поэтому производители микроконтроллеров универсального назначения, таких как ATmega, оснащают микроконтроллеры альтернативными возможностями программирования, как например In Curcuit Serial Programming (ICSP) - цепь, которая позволяет программировать микроконтроллер через Serial Peripheral Interface (SPI) при низком уровне сигнала nRESET.

Этот метод программирования микроконтроллеров настолько удобен и прост, что запрограммировать чип можно даже с помощью трёх резисторов и пяти проводков, подключив микроконтроллер к параллельному (принтерному) порту компьютера, и умудрившись при этом этот самый порт случайно не сжечь. Современные компьютеры не всегда оснащаются параллельным портом, поэтому я порекомендовал бы использовать для этих целей например программатор UsbASP.

Сам же я в своё время внимательно прочитал, каким образом можно случайно сжечь принтерный порт, и решил, что стоит рискнуть, да так с тех пор сделать программатор никак руки не дойдут, что называется.

2.3.2 Программа AVRDUDE

Помимо программатора как устройства, требуется установить специальную утилиту (а в некоторых случаях ещё и драйвер устройства), которая позволяет программировать микроконтроллер при помощи данной модели программатора. Для программирования микроконтроллеров ATmega используется программа AVRDUDE, которая поддерживает целый спектр программаторов и практически весь модельный ряд микроконтроллеров AVR, включая серию ATmega.

Спаяв себе схему Arduino Parallel Port Programmer, я изучил ключи программы AVRDUDE (man avrdude) и запрограммировал микроконтроллер ATmega168 в качестве ядра Arduino, скомпилировав и прошив загрузчик, а также сконфигурировав Fuse-биты микроконтроллера аналогично Fuse-битам микроконтроллера ATmega328P.

тестер печатный плата микроконтроллер

2.3.3 Разработка платы для микроконтроллера

Основу любой платы на базе микроконтроллера составляют собой как минимум три основных составляющих:

1. Схема питания микроконтроллера

2. Схема тактирования микроконтроллера

3. Схема программирования/отладки микроконтроллера

Схема питания микроконтроллера

Для питания микроконтроллера требуется блок питания. Для этих целей можно использовать универсальный AC-DC адаптер, а то и вовсе блок питания зарядного устройства от сотового телефона - главное, чтобы напряжения питания на выходе составляло не меньше 6.5 вольт, если для стабилизации напряжения используется линейный регулятор, а для тактирования микроконтроллера используется кварцевый резонатор или генератор с частотой больше 8 МГц.

Дело в том, что микроконтроллеры ATmega стабильно работают с напряжением питания 3.3 В на частоте 8 МГц, а если хочется 12, 16 или 20 МГц (купленный мною микроконтроллер был ATmega168-20AU), то требуется обеспечить напряжение питания не меньше 4.5 В.

Следует учитывать, что емкость конденсаторов в этих схемах указана минимальная, так что если не стоит задача миниатюризации будущего устройства, то фильтрующие конденсаторы можно использовать большей емкости, чем суммарная емкость конденсаторов из обеих схем.

В Сети часто можно встретить описания про петли паразитных токов, но на практике эти проблемы возникают при разработке схемы высокочастотных усилителей, а в данном случае имеет смысл разделить цифровую и аналоговую цепи питания с помощью LC-фильтра, если Вы собираетесь использовать встроенные АЦП или ЦАП микроконтроллера.

Между блоком питания и линейным регулятором следует включить силовой диод для защиты от напряжения неправильной полярности. Дело в том, что на практике без этого диода в микроконтроллере при включении питания не всегда срабатывает цепь Power-On Reset, и требуется послать дополнительный импульс по сигналу nRESET.

Также между блоком питания и линейным регулятором следует добавить выключатель, чтобы отключать питание схемы, не выдёргивая блок питания каждый раз из розетки, например, в случае если плата будет запитываться от блока питания смежной платы, например от USB или от Arduino.

В параллель с микроконтроллером следует включить светодиод - для индикации того, что плата находится под напряжением, и что это напряжение имеет правильную полярность, что нигде в соединениях нет короткого замыкания. А короткие замыкания в процессе разработки явление настолько частое, что если бы в микросхемах не было бы цепей защиты, то это сделало бы разработку собственных схем весьма затратным занятием.

2.3.4 Схема тактирования микроконтроллера

Схема тактирования микроконтроллера включает в себя схему подключения кварцевого резонатора, генератора или RC-цепочки - в зависимости от выбранного варианта. Если у Вас нет в арсенале кварцевого резонатора на 32 кГц, то его следует приобрести, поскольку соответствующая установка Fuse-битов превратит микроконтроллер в так называемый кирпичик, и потребуется срочно ехать в магазин покупать этот Low Speed кварцевый резонатор, чтобы иметь возможность перепрограммировать Fuse-биты обратно.

Так же в схему следует добавить цепь сигнала сброса nRESET. Не обязательно это должна быть кнопка, но каждый раз при разработке программы коротить контакты пинцетом или отвёрткой что называется достанет очень быстро, так что лучше просто с самого начала добавить кнопку сброса.

2.3.5 Схема программирования/отладки микроконтроллера

Тут два варианта - это либо JTAG, либо ICSP-разъём. Если пины ICSP будут использоваться для подключения емкостной нагрузки, имеет смысл добавить в схему коммутатор сигналов на микросхеме CD4066BE, как это сделано у меня в LCD модуле WG12232E с TWI интерфейсом. Начав писать программу, я тут же столкнулся с проблемой необходимости отключать ЖК-дисплей каждый раз при программировании микроконтроллера. Так что пары дней подобной разработки мне хватило, чтобы найти в сети соответствующую микросхему, которая выполняет эту функцию, и тут же отправиться за ней в магазин.

Также для отладки нелишним будет добавить в плату светодиод, мигание которого позволяет определить, находится ли микроконтроллер в выполнении основного цикла или где-то "завис".

2.3.6 Проектирование и изготовление платы

После того, как схема платы в общих чертах набросана на черновике, можно приступить к проектированию платы. Проектирование платы начинается с черчения электрической схемы устройства. Без этой работы, бросившись сразу же паять провода на макетке, очень легко перепутать распиновку микроконтроллера или разъёмов в той или иной части схемы.

Схема будущей платы проектируется в одной из программ автоматизации проектирования электроники (Electronics Design Automation - EDA). Я поначалу использовал KiCad, но затем после апгрейда OpenSUSE, он перестал компилироваться в новой версии системы, я перешёл на Ubuntu и сейчас пользуюсь программой Eagle PCB.

Начертив схему платы, я делаю выбор:

1. либо это будет печатная плата, изготовленная собственноручно по лазерно-утюжной технологии (ЛУТ), что недорого и даже увлекательно;

2. либо это будет печатная плата, заказанная в одной из компаний, занимающихся срочным изготовлением печатных плат, что подороже, но если требуется несколько экземпляров, то сверление тысячи отверстий разумнее на мой взгляд поручить автомату;

3. либо это будет плата, собранная на макетной плате, что в случае изготовления первого прототипа устройства очень даже имеет смысл.

В первых двух случаях я проектирую в этой же программе и саму печатную плату, что несколько дольше по времени, чем взять макетку и сразу же приступить к пайке. Тем не менее, вариант с макетной платой годится в случае, если требуется спаять какой-нибудь простой переходник или адаптер интерфейса. Поскольку в случае устройства посложнее с выводными компонентами сама плата получится слишком большой, а SMD-компоненты на макетке не очень-то и попаяешь.

В качестве наглядного примера могу предложить сравнить схему LCD модуля WG12232E с TWI интерфейсом со схемой его дальнейшего развития, которая не намного вроде бы и сложнее - схему Модуля LCD-дисплея WG12232E. Просто я решил для себя, что неплохо бы добавить в первую схему USART-интерфейс с согласованием напряжений, чтобы можно было использовать модуль и с 3.3-вольтовыми платами, а ковыряться в уже напаянной на макетке куче проводов мне не захотелось.

2.3.7 Разработка программы

После того, как плата изготовлена и спаяна, можно приступать к разработке программы для микроконтроллера. На этом этапе возникает вопрос выбора языка программирования. Программирование микроконтроллера в основном состоит из установки или снятия битов в регистрах, поэтому особой разницы, делать это на Cи или на ассемблере, на самом деле нет, но в целом попрограммировать микроконтроллер на ассемблере - это полезная школа, чтобы научиться писать грамотный код на Си.

Но в случае микроконтроллеров как, наверное ни в каком другом случае важен правильный выбор средства разработки. Дело в том, что отладить программу на ассемблере в разы труднее, чем программу на Си.

То есть программу с логикой, сложнее чем FIFO-буфер с USART-приёмником и параллельным интерфейсом для выборки данных из памяти буфера, гораздо удобнее написать и отладить на языке высокого уровня, чем изобретать велосипед, который очень сложно заставить поехать. А вот если вспомогательный модуль с простейшей логикой будет работать с максимальной скоростью, то в этом случае использование ассемблера не только оправданно, но даже и рекомендовано к применению.

В терминах Arduino это можно переформулировать следующим образом. Если проектируется ещё один Arduino, то это Си, а если шилд, то ассемблер был бы весьма желателен.

2.4 Проверка тестера на работоспособность

Сейчас будут приведены скриншоты, свидетельствующие о том, что тестер полностью функционирует

Рисунок 3. - Тест элемента питания

Рисунок 4. - Тест полевого транзистора

Рисунок 5. - Тест биполярного транзистора

Рисунок 6. - Тест тиристора

Тест симистора выглядит так

Тест диода выглядит так:

Тестер M328 LCR-T3 оснащен жидкокристаллическим дисплеем с разрешением 128 на 64 точек и диагональю 2,6 дюйма. Результаты измерений сохраняются на дисплее на протяжении 15 секунд, потом тестер выключается. На плате тестера есть три отверстия для его закрепления на плоской поверхности.

Тестер M328 LCR-T3 оснащен кнопкой манипулятором (снизу слева), с её помощью можно управлять тестером. Кроме функции включения, есть еще несколько. Если нажать и удерживать кнопку, то откроется меню настройки контрастности. Выбор контрастности осуществляется движением манипулятора влево вправо от 0 до 9. Если включить тестер и потом удерживать манипулятор в правом или левом положении, то подсветка будет отключена, потом за 2 - 3 секунды пройдет тест, потом появится надпись «Shudown» и тестер выключится.

Размещено на Allbest.ru

...