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Progetti Elettronici
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GENERATORE DI IMPULSI 50us - 999s
(50us - 999s Pulse Generator)
Indice:
INTRODUZIONE [ TORNA ALL'INDICE ]
Ho progettato e costruito questo strumento per controllare e tarare vari dispositivi elettronici, come, ad esempio, cronometri, orologi, antifurti, frequenzimetri e tanti altri circuiti logici. Questo Pulse Generator (Generatore di Impulsi) genera impulsi di larghezza variabile tra 50 us e 999 secondi (16'39"). In più genera un'onda quadra di frequenza compresa tra 500 e 9500 kHz (a passi di 500).
Per realizzare questo dispositivo ho utilizzato un microcontrollore della Microchip, il PIC16F886 con un quarzo da 16 MHz per il clock. Tuttavia, tramite software, mi è stato impossibile generare impulsi inferiori ai 50 us perché, comunque, non sarebbero stati sufficientemente precisi.
LO SCHEMA ELETTRICO [ TORNA ALL'INDICE ]
Nella seguente figura è riportato lo schema elettrico completo del GENERATORE DI IMPULSI (cliccare sopra l'immagine per ingrandirla).
Tutto il lavoro del dispositivo è svolto dal firmware presente nel PICmicro.
Sulla morsettiera M3 (OUTPUT) sono presenti i segnali di uscita:
- 1. Uscita CMOS
- 2. Uscita TTL negata
- 3. Uscita TTL
- 4. Uscita O.C. (Open Collector)
- 5. GND (Massa)
L'integrato 74LS04 (sostituibile con i modelli S, AS, ALS e F) si è reso necessario per avere delle uscite perfettamente compatibili TTL.
Originariamente avevo previsto l'uso del Modulo LCD a 1 linea del tipo EA-D16015-PR1 o FORDATA FDCC-1601 (le informazioni da visualizzare non sono molte e i moduli di questo tipo hanno anche i caratteri leggermente più grandi rispetto a quelli a due linee), ma inviando l'opportuno firmware è possibile utilizzare entrambi i tipi (i modulo a 1 linea sono un po' difficili da trovare mentre quelli a 2 linee, oltre ad essere più economici, sono di facile reperibilità). Qualsiasi modulo LCD si utilizzi, è necessario che esso sia compatibile con lo standard Hitachi HD4478.
Quando il circuito è alimentato solo dalla batteria da 9V, è possibile agire sull'interruttore SW2 (Backlight ON/OFF) per spegnere la retroilluminazione del modulo LCD e ridurre il consumo della batteria stessa. A proposito di quest'ultima, è possibile usare sia il tipo ricaricabile da 8,4/9V (Ni-Cd o Ni-MH) sia la normale batteria alcalina da 9 V (non ricaricabile ) tenendo presente che, in quest'ultimo caso, la resistenza RX (3k3) deve essere tassativamente rimossa dal circuito.
A proposito della batteria in tampone, io consiglio di utilizzare quelle alcaline da 9V NON RICARICABILI perché offrono una maggiore potenza e autonomia. Inoltre, nel caso delle batterie ricaricabili, la corrente di carica in questo circuito è molto ridotta (per salvaguardare l'integrità delle batterie) per cui una volta scariche, potrebbero essere necessari anche alcuni giorni affinché si ricarichino completamente.
In ogni caso, per quanto riguarda le batterie ricaricabili (che notoriamente sono da 8.4V e non da 9V), va detto che queste necessitano di una corrente di carica ben precisa per evitare di danneggiarle per cui se proprio si vuole usare questo tipo di batteria, consiglio di inserirla nel circuito solo dopo averla ricaricata con il suo apposito caricatore: la piccola corrente che scorrea attraverso la resistenza RX dovrebbe essere in grado di mantenerne la carica per cui la batteria sarà sempre pronta per entrare in azione in mancanza di altre fonti di alimentazione.
Il piccolo strip siglato Sys RST (Reset di Sistema) non dovrebbe quasi mai essere utile. Esso va cortocircuitato se si dovessero riscontrare "strane anomalie" di funzionamento: in questo modo il microcontrollore riceve un Reset e torna al suo normale funzionamento.
L'assorbimento del circuito è inferiore agli 80 mA (con il LED è acceso) ma questo dipende anche dal tipo di modulo LCD che si utilizza e, soprattutto, dalla versione del chip 7404.
REALIZZAZIONE PRATICA [ TORNA ALL'INDICE ]
Il montaggio della scheda non è affatto impegnativo: per cominciare, inserire tutti i ponti a filo (sono quelli disegnati in colore rosso sul PCB) e poi le resistenze, i diodi e man mano tutti gli altri componenti.
Il transistor Q1 (BCY59X) può essere sostituito da un qualsiasi altro transistor NPN ma è consigliabile usarne uno con una elevata banda passante per ottenere in uscita un segnale quanto più possibile identico a quello in ingresso (i fronti di salita e discesa, in questo progetto, sono molto importanti).
Nel mio prototipo ho utilizzato un risonatore ceramico da 16 MHz, a 3 pin, con i condensatori già incorporati. Tuttavia la scheda è predisposta anche per il montaggio di un normale quarzo HC/49 e relativi condensatori (i quali, ovviamente, non vanno montati se si utilizza il risonatore a 3 pin). In ogni caso, per entrambe le soluzioni è necessario utilizzare componenti di buona qualità e condensatori di tipo NPO. Se si utilizza un quarzo con involucro metallico, consiglio di collegare quest'ultimo alla massa attraverso l'apposita piazzola già predisposta sul circuito stampato.
Il connettore MX (ICSP) è utile per la programmazione On-Board del Microcontrollore (questo connettore consente di lasciare il chip sullo zoccolo durante la programmazione). Tuttavia, una volta programmato il PIC, consiglio di rimuovere questo connettore per evitare che un accidentale cortocircuito dei suoi pin possa danneggiare irrimediabilmente il microcontrollore.
I 5 pulsanti possono essere collegati anche attraverso una piattina bifilare (meglio se cavetto schermato).
Il Modulo LCD va innestato direttamente al connettore siglato LCD: per fissarlo, sono previsti anche due fori per viti e distanziatore.
IMPORTANTE - Come già accennato, la resistenza RX (3k3) va montata solo se si utilizza una batteria ricaricabile.
Di seguito sono illustrati il Master, la disposizione dei componenti sul circuito stampato e l'elenco dei componenti (per scaricare le immagini, cliccare su quella desiderata e, una volta ingrandita, con il tasto destro del mouse scegliere l'opzione 'Salva con Nome' oppure 'Salva immagine con Nome').
COLLEGAMENTI [ TORNA ALL'INDICE ]
Nell'immagine seguente sono schematizzati i collegamenti del circuito e la posizione dei vari comandi.
Come già accennato, l'assorbimento del circuito è inferiore agli 80 mA con il LED acceso ma spegnendo la retroilluminazione del modulo LCD (Backlight), il consumo si riduce ulteriormente per cui, anche usando solo la batteria, si avrà una lunga autonomia.
Di seguito una serie di foto del prototipo realizzato dall'autore.
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I comandi del Generatore di Impulsi sono cinque:
- MODE
- Pulsante per la selezione della modalità di funzionamento. Il pulsante funziona in modo ciclico, ad ogni pressione si seleziona una delle seguenti modalità:
- SECONDI (s) Genera impulsi da 1 a 999 secondi
- MILLISECONDI (ms) Genera impulsi da 1 a 999 ms
- MICROSECONDI (us) Genera impulsi da 50 a 950 us (a passi di 10)
- FREQUENZA Genera un'onda quadra da 500 a 9500 Hz (a passi di 500)
- + / –
- Con questi pulsanti si selezionano i valori.
- SPEED / STOP
- Questo pulsante ha una doppia funzione: se premuto insieme ai pulsanti + e -, l’avanzamento o il decremento dei valori avviene in modo veloce. Se lo si preme quando il generatore è in funzione, si ha un reset delle uscite (ad esempio, per fermare l’onda quadra continua oppure per resettare un impulso di lunga durata come può essere quello impostato in secondi). E’ chiaro che nelle modalità MILLISECONDI e MICROSECONDI, il pulsante SPEED/STOP difficilmente risulterà utile.
- START
- Questo pulsante avvia l’impulso singolo oppure l'onda quadra.
Il LED ROSSO (LED Pulse) ad alta luminosità offre un indicazione “visiva” dell’impulso. Quando si avvia l’onda quadra il LED rimane sempre acceso fino a quando non si preme il pulsante SPEED/STOP.
Come già accennato, il Generatore può funzionare anche con una pila alcalina da 9V: per questo motivo è stato previsto un interruttore (vedi SW2 - Backlight ON/OFF) per spegnere la retroilluminazione del Modulo LCD così da salvaguardare la carica della batteria stessa.
USO DEL GENERATORE DI IMPULSI [ TORNA ALL'INDICE ]
All'accensione, il generatore si predispone sull'ultima videata utilizzata dall'utente: gli ultimi valori utilizzati per ciascuna modalità e l'ultima modalità utilizzata dall'utente sono salvati nella memoria del microcontrollore allo spegnimento del dispositivo.
Per cambiare modalità, premere il pulsante MODE: ad ogni pressione si passa alla modalità successiva. La selezione della modalità avviene in modo ciclico: giunti all’ultima, si riparte dalla prima.
Nei successivi paragrafi ci sono le descrizioni riassuntiva delle quattro modalità di funzionamento e le relative “schermate” sia sul display LCD 16x2 (2 righe) sia sul 16x1 (1 riga).
• MODALITA' SECONDI (s)
In questa modalità si possono scegliere valori da 1 s fino a 999 s (16’39”). Premendo il pulsante START, verrà prodotto in uscita un impulso di durata pari a quella impostata. Per azzerare anticipatamente l’impulso premere il pulsante SPEED/STOP.
• MODALITA' MILLISECONDI (ms)
In questa modalità si possono scegliere valori da 1 ms fino a 999 ms. Premendo il pulsante START, verrà prodotto in uscita un impulso di durata pari a quella impostata.
• MODALITA' MICROSECONDI (us)
In questa modalità si possono scegliere valori che vanno da 50 us a 950 us (a passi di 50). Premendo il pulsante START, verrà prodotto in uscita un impulso di durata pari a quella impostata.
• MODALITA' FREQUENZA (Onda quadra)
In questa modalità si possono scegliere valori da 500 Hz fino a 9500 Hz (a passi di 500). Premendo il pulsante START, verrà prodotto in uscita un'onda quadra con frequenza pari al valore impostato. Per escludere l'onda quadra, premere il pulsante SPEED/STOP.
LE FOTO DEL PROTOTIPO [ TORNA ALL'INDICE ]
Le foto seguenti mostrano il prototipo costruito dall'autore. Nel contenitore è stato inserito anche un generatore di Funzioni DDS (è la parte a sinistra). Sul fondo sono stati installati due piccoli alimentatori switching da 12V / 400 mA che generano una tensione duale +12/-12 utile per far funzionare l'operazionale presente nel Generatore di Funzioni.
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Cliccando sul link seguente, si può scaricare il manuale tecnico del Generatore di Impulsi.
Per tutte le altre richieste (firmware HEX, domande, suggerimenti, ecc.) utilizzare la sezione COMMENTI.
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Scarica il manuale tecnico e le istruzioni del Generatore di Impulsi (1.4 MB) Scarica il Datasheet del Microcontrollore PIC16F886 (4.3 MB) |