Волшебная палочка для Кота.

Автор: ARV
Опубликовано 21.08.2007

Уважаемый Кот!
Вы - существо особое, наверняка родня Чеширского кота или Ученого (того, что Пушкину сказки про походы налево рассказывал). Во всяком случае, Радио-Котов ранее мне не встречалось. И наверняка вы обладаете многими чудесными качествами (даже не считая умения говорить): Собираясь поздравить Вас с днем рождения, я долго ломал голову: что же будет приятно получить в подарок такому волшебному существу, как Вы? И придумал: какое же чудо без волшебной палочки?! Примите же ее в подарок!
С помощью этой волшебной палочки нельзя наколдовать валерьянки или спинок семги, но она позволит творить РадиоЧудеса: определять логические уровни в различных цифровых схемах, контролировать с достаточный точностью напряжения до +30В, формировать сигналы с частотой от 10 Гц до 100 кГц для проверки узлов, и, наконец, оценивать частоту импульсных сигналов.
Уверен, что приближенные вам котята захотят иметь такую же, и надеюсь, вы не будете против. Но это Гарри Поттер пусть покупает свои палочки в дурацком магазине, а настоящие волшебники делают их сами! Поэтому я раскрываю секрет ее изготовления. Прочтите рецепт до конца, прежде чем начнете колдовать, дабы не допустить оплошностей!

Итак, потребуется:
- насекомое с 28-ножками, называемое Atmega8-16PI - 1 шт.;
- трехногое насекомое 78L05 - 1 шт;
- светодиоды (желательно повышенной яркости) любого приятного глазу цвета - 14 шт.;
- двухцветный (красно-зеленый) светодиод с общим катодом - 1 шт.;
- кнопка тактовая - 1 шт.;
- приправы в виде резисторов и конденсаторов - щепотка;
- маленькие железные злые крокодильчики - 2 шт.;
- подходящий корпус (от маркера или фломастера), текстолит, хлорное железо, провода - по вкусу;
- игла Вуду;
- аккуратность и старание - сколько потребуется.
Все ингридиенты аккуратно приготовляются по нижеприведенной схеме.

Будет острое желание проявить свою творческую натуру - можно не использовать имеющиеся папирусы с чертежами платы, а сотворить свои по образу и подобию, но для простоты лучше следовать рекомендациям на нижеследующих свитках (на эскизе размещения элементов поз. обозначения светодиодов HL1:HL10 не показаны из-за нехватки места - показаны только места их установки). Светодиод HL15 установить так, чтобы его "зеленый" кристалл подключался к выводу 16 DD1.

К "заостренному" концу платы припаивается щуп-игла, а к клеммам Х1 и Х2 на противоположной стороне - провода с крокодилами на концах (желательно разного цвета). Кстати, палочка не боится случайной переполюсовки питания крокодилов - благодаря диоду VD1 (типа 1N400x). Диоды VD2 и VD3 - любые малогабаритные, например типа КД521, КД522 и т.п. Конденсаторы - малогабаритные керамические.

Обратите внимание, что микроконтроллер и резистор R1 устанавливаются с другой стороны платы. Все чертежи в формате GIF 600 dpi (перед печатью проверить размеры изображений в графическом редакторе!). Плата помещается в корпус от подходящего маркера, фломастера, футляра для зубной щетки и т.п. С применением SMD-компонентов и после переработки платы можно добиться вообще сильной миниатюрности (это уже для более опытных радиокотоволшебников)!

Когда все готово - следует вдохнуть в неживую суть волшебный дух. Сделать это можно при помощи подходящего магического прибора, именуемого программатор. Я делал это в готовой плате, напаяв временно к нужным выводам МК проводки (рекомендую после прошивки соединить вывод 1 с цепью VCC). Заклинания же на секретном волшебном языке Intel-HEX хранятся в обычном файле. Чтобы вышеназванное насекомое могло выполнить возложенные на него обязанности, следует скормить его Fuse-битам следующие ведические мантры: CKSEL = 0100 (все прочие не изменять - пусть останутся заводскими!). В переводе это означает: тактирование от встроенного RC-генератора 8 МГц.
Теперь, соблюдая осторожность, заставляем крокодильчиков ухватиться своими железными зубками за клеммы питания испытуемого устройства, после чего включаем питание. Если все магические действия были успешны - вы увидите, как ваша волшебная палочка оживет и замерцает огоньками (после нажатия на кнопку мерцание прекратится).
Пользоваться этой палочкой очень просто, не надо даже произносить заклинания: устанавливаем требуемый режим работы индикатора, потом тыкаем щупом в нужную точку схемы и наблюдаем за показаниями наших светодиодов. Для пущего удобства рекомендуется оформить "лицевую панель" устройства следующим образом:

4 светодиода (на рисунке они условно показаны разноцветными, но это не обязательно), обозначенные кабалистическими символами GFUL, символизируют режим колдовства:
L - логический пробник,
U - вольтметр постоянного тока,
F - частотомер с автоматическим выбором диапазона,
G - генератор прямоугольных импульсов с фиксированными частотами.
Нажатием на единственную кнопку (на эскизе выше она коричневого цвета) можно выбрать нужный режим. Двухцветный светодиод поможет определиться со значением параметров, отображаемым на шкале из 10 светодиодов, помеченных цифрами от 1 до 10. В режиме логического пробника палочка умеет показывать следующее:
Уровень логического нуля LOW - светятся три светодиода 1:3
Уровень логической единицы HIGH - светятся три светодиода 8..10
Неопределенный уровень (Z-состояние) - светятся 2 светодиода в центре шкалы 5 и 6.
Логические уровни индицируются в примерно следующих диапазонах входных сигналов: LOW - 0:0,7В, HIGH - 2:5В, Z - остальной участок диапазона (это практически соответствует ТТЛ-уровням). В перспективе можно придумать новые заклинания, которые позволят правильно индицировать и КМОП-уровни в диапазоне от 0 до 15В.

Если в исследуемой точке присутствуют импульсные сигналы, то наша палочка дополнительно сигнализирует о наличии фронтов импульсов - загораются светодиоды 4:7, причем так, что хорошо понятно, какой именно фронт обнаружен - из 0 в 1 или наоборот. Если импульсы редкие, можно наблюдать и смену логических уровней, если же частота импульсов высока - свечение всех светодиодов сливается. Палочка уверенно обнаруживает одиночные короткие импульсы любой логической полярности (типа или ), причем длительность импульса может быть менее 1 микросекунды - не всякий осциллограф способен зафиксировать одиночный импульс такой длительности!

В режиме вольтметра на шкале высвечивается один светодиод, символизируя стрелку прибора. Нулевое напряжение соответствует отсутствию свечения на шкале (может светиться первый). Двухцветный светодиод отражает множитель шкалы N: если он не светится, то N=0.3, если светится зеленым цветом - N=1, если желтым - N=3. При перегрузке, т.е. когда исследуемое напряжение более 30В, на шкале высвечивается пунктирчик. Точность вольтметра вполне достаточна для оценки "годен-негоден" узлов и каскадов как цифровых, так и аналоговых схем (ошибка не более 1 "деления" шкалы). Подкорректировать показания (т.е. "вогнать в шкалу") можно подбором сопротивлений R3 (первый диапазон), R6 (второй диапазон) и R5 (третий) - при уменьшении сопротивления чувствительность прибора снижается. Входное сопротивление вольтметра - не менее 20К. На переменное напряжение палочка реагирует хаотическим свечением нескольких светодиодов на шкале.

В режиме частотомера палочка реагирует на логические уровни, т.е. минимальная амплитуда исследуемых импульсов должна быть более 3В (импульсы в цифровых схемах). Аналогично режиму вольтметра на шкале отображается значение, которое надо умножить на множитель 10N (где N определятся цветом светодиода): нет свечения - N=1, зеленый - N=2, желтый - N=3 и красный - N=4. Таким образом имеем 4 диапазона измерения: десятки, сотни, тысячи и десятки тысяч герц. Если частота исследуемого сигнала превосходит 100 кГц - на шкале высвечивается "пунктирчик", сигнализирующий о перегрузке. Обратите внимание: 4 диапазона "соприкасаются" крайними значениями, т.е., например, 1000 Гц соответствует показанию 10 во втором диапазоне или 1 в третьем. Палочка имеет следующую особенность: индицируется всегда ближайшее меньшее или равное к реальной частоте значение, т.е. если на шкале 10 во втором диапазоне - то реальная частота не выше 1000 Гц, а если 1 в третьем - реальная частота выше 1000 Гц. Показания на шкале обновляются каждую секунду. Погрешность при измерении частоты - не хуже 1-го "деления" шкалы.

Последний режим - режим генератора. Палочка в этом случае формирует прямоугольные импульсы (меандр), частота которых отсчитывается по шкале, аналогично режиму частотомера. Однако есть одна важная особенность. Когда кнопкой выбирается режим генератора, по шкале начинает бегать светящийся огонек, при этом по достижении им края шкалы происходит переключение диапазона шкалы, и огонек снова бежит от ее начала. Таким образом, этот "бегущий" огонек пробегает весь диапазон генерации - от 10 Гц до 100 кГц. Когда на шкале будет присутствовать нужная вам частота - нажмите кнопку еще раз: огонек остановится, а на щупе палочки будут присутствовать прямоугольные импульсы заданной частоты (кстати, в процессе "бежания" на щупе так же присутствуют импульсы соответственно меняющейся частоты). Точность генерируемой частоты - не хуже 1%, амплитуда импульсов - не менее 3В. В режиме генератора прибор не боится замыканий щупа на "землю" или "питание" (его выходное сопротивление более 20К).

Палочка допускает кратковременные прикосновения к точкам с постоянным напряжением до 50В, но злоупотреблять этим не следует. Прикасаться к точкам с отрицательным (относительно общего провода схемы) или переменным напряжением более 5В не рекомендуется. Напряжение кормления крокодилов палочки может быть от 4 до 30В, не более.
Я изготовил экспериментальный вариант этого устройства - см. фото. Там изображена несколько иная плата, т.к. первоначально узел питания был другим (без 78L05), однако испытания показали, что в этом случае минимальное напряжение питания составляет 6В, схема была изменена: микросхему напаял "навесом" на старую плату, проверил - работает, но эстетика пропала: Новую плату развел, а старую решил не переделывать и не переснимать.

Я использовал для шкалы светодиоды КИПД28Д2-К (прямоугольные). Если станете повторять - рекомендую закрасить черным маркером боковые грани таких светодиодов, т.к. без этого происходит "засветка" соседних.

Надеюсь, чудесных свойств этой палочки хватит и вам, уважаемый Кот, и всем начинающим радио-котятам, ведь она способна в некоторых случаях заменить целый арсенал измерительных приборов, а изготовить ее сможет даже едва прозревший котенок. Кстати, в устройстве есть небольшой "сюрприз", а какой - не скажу. Его смогут обнаружить только те, кто повторит конструкцию.

Вопросы, как обычно, складываем тут.

Файлы:
Чертежи пп - pcb.rar
Прошивка - 01.rar