Статьи была описана сборка важной части нашей отладочной платы - схемы питания. Стоит сказать, что блок питания не всегда обязательно должен быть на любой отладочной или макетной плате. Если уже имеется готовый блок питания в виде готовой конструкции, то можно использовать и его. Широкое распространение получили и так называемые "лабораторные" блоки питания, имеющие одно или несколько стандартных выходных напряжений, часто регулируемых. Подобный блок питания также можно собрать самому или приобрести готовый. Тогда не потребуется каждый раз собирать схему питания для тестовых конструкций.

Продолжим собирать нашу отладочную плату. На этот раз мы установим на неё микроконтроллер, подключим несколько светодиодов и запустим на ней первую программу.
Первым делом подготовим необходимые детали:

Рис. 1. Основные детали.

В качестве основы возмём AVR-микроконтроллер ATtiny2313 . Не смотря на свой скромный вид и название, этот микроконтроллер способен решать очень многие задачи. Можно также применить и любой другой микроконтроллер. С примером использования AVR-микроконтроллера ATmega8 на нашей отладочной плате можно ознакомиться в другом варианте этого текста по ссылке: .

Первым делом после выбора детали, нужно ознакомиться с расположением её выводов и основными характеристиками. Вся необходимая информация для ATtiny2313 содержится в её . Помните, почти все выводы микроконтроллера могут иметь несколько функций. Эти функции можно выбирать при написании программы для µC. И на это следует обращать внимание уже на этапе составления принципиальной схемы. Кроме того, уже в процессе составления схемы удобно использовать условное обозначение деталей с "живой" распиновкой, то есть, при обозначении детали на схеме, чертить выводы так, как они расположены на самом деле. Тогда размещение компонентов и на схеме, и на плате будет происходить проще, понятнее и с меньшим количеством ошибок. (Почти во всех редакторах схем есть возможность нарисовать своё собственное условное обозначение детали.)

Начертим схему:

Рис. 2. Схема с микроконтроллером ATtiny2313 .

Кварцевый резонатор Q1 с конденсаторами С1 и С2 образуют источник тактового сигнала для микроконтроллера µC1. Это очень чувствительная к помехам часть схемы, поэтому проводники для нее следует выбирать минимальной длины, а к проводнику между С1, С2 и десятой ножкой µC1 (утолщённая линия на схеме) ничего больше не присоединять. Резистор R1 и конденсатор С3 образуют цепочку сброса для микроконтроллера. Резисторы R2-R5 необходимы для ограничения тока через светодиоды LED1 -LED4 . В цепи питания стоит блокировочный конденсатор С4. В качестве источника питания используем стабилизатор, собранный в первой части статьи. (Список всех возможных замен расположен в конце этой страницы.)

Рис. 3. Распространённая распиновка ISP-вилки.

Проводники для программирования следует подключить к одноимённым проводникам программатора. Эти проводники удобно подключить к ответной части разъёма имеющегося программатора с помощью стандартной вилки для установки на плату IDC-10MS (Рис. 3). Точное расположение выводов на этой вилке необходимо обязательно сверить с имеющимся программатором!

Рис. 4. Верх платы.

Расположим все детали на будущей отладочной плате в соответствии со схемой. Сначала одну за другой установим детали в отверстия, откусим бокорезами или кусачками излишнюю длину выводов у элементов и запаяем. После этого можно провести соединения проводами. В той части схемы, которая не будет меняться в дальнейшем, соединения лучше производить с нижней стороны платы. Панельку (ещё говорят "кроватку") для микроконтроллера можно запаять пустой, а потом вставить в неё микроконтроллер. При этом нужно не забывать о "ключе" панельки и самого микроконтроллера. В нашей схеме, например, соединения кварца, соединения с программатором и соединение микроконтроллера с питанием изменяться в будущем не будут. А соединения со светодиодами мы, скорее всего, будем изменять для разных экспериментов.

Рис. 5. Низ платы.

Проводники питания лучше всего взять какого то другого цвета: для плюсового провода можно взять красный, для минуса - синий или чёрный цвет. При разведении соединяющих проводников с обратной стороны платы не забываем о "зеркальности"!
Ровненько установить светодиоды можно следующим образом: продев небольшую полоску картона между выводами светодиодов, установить в отверстия платы, с обратной стороны отрезать лишнюю длину выводов и запаять их. После пайки ножек полоску картона можно вынуть, Рис. 6.

Рис. 6. Установка светодиодов.

Перед включением ещё раз проверим правильность соединений, а самое главное - правильность подсоединения проводников питания к микроконтроллеру!
Если при подключении питания зелёный сигнальный светодиод в схеме стабилизатора светится и ничего не нагревается, значит схема собрана правильно.
Теперь можно себя поздравить, мы только что получили собранную своими руками настоящую отладочную плату!
Сразу же загрузим в микроконтроллер простейшую программу мигания светодиодами: . После загрузки прошивки в микроконтроллер светодиоды начнут поочерёдно мигать. Время свечения и паузы будут приблизительно равны одной секунде:

Видео 1. Работа тестовой прошивки.

Применять такую отладочную плату можно не только для тестирования конструкций или программных алгоритмов. Иногда электронные схемы, собранные на макетных платах, применяют для построения законченных устройств даже профессиональные электронщики.
В будущем я приведу несколько примеров, как на основе этой отладочной платы можно собрать простой автомат световых эффектов, музыкальный звонок, таймер со светодиодной индикацией, и даже основной модуль простого робота.

Возможные замены в схеме с микроконтроллером ATtiny2313 Рис. 2:

• Кварцевый резонатор Q1 можно применить на частоту от 2 до 8 Мегагерц. Тестовая прошивка (мигание светодиодами) будет работать медленнее или быстрее.
• Конденсаторы С1 и С2 должны быть одинаковой емкости от 18 пФ до 27 пФ.
• Ёмкость конденсаторов С3 и С4 может быть от 0,01мкФ до 0,5 мкФ.
• Резистор R1 может быть заменён на другой, сопротивлением от 10 до 50 кОм.
• Токоограничительные резисторы R2-R5 могут иметь сопротивление от 680 Ом до 1 кОм.
• Светодиоды LED1 -LED4 могут быть любого цвета и размера.
• Основной микроконтроллер может иметь следующие обозначения: ATtiny2313V -10PI, ATtiny2313V -10PU, ATtiny2313 -20PI, ATtiny2313 -20PU. Главное, чтобы он был в корпусе DIP или PDIP.

Дополнения:

• ZIP: Тестовая прошивка мигания светодиодами .
• URL: .

Смелых и Удачных Экспериментов!!!

Характеристики:

• AVR RISC архитектура
• AVR - высококачественная и низкопотребляющая RISC архитектура
  120 команд, большинство которых выполняется за один тактовый цикл
  32 8 битных рабочих регистра общего применения
  Полностью статическая архитектура
• ОЗУ и энергонезависимая память программ и данных
  2 КБ самопрограммируемой в системе Flash памяти программы, способной выдержать 10 000 циклов записи/стирания
  128 Байт программируемой в системе EEPROM памяти данных, способной выдержать 100 000 циклов записи/стирания
  128 Байт встроенной SRAM памяти (статическое ОЗУ)
  Программируемая защита от считывания Flash памяти программы и EEPROM памяти данных
• Характеристики периферии
  Один 8- разрядный таймер/счетчик с отдельным предделителем
  Один 16-разрядный таймер/счетчик с отдельным предделителем, схемой сравнения, схемой захвата и двумя каналами ШИМ
  Встроенный аналоговый компаратор
  Программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором
  USI - универсальный последовательный интерфейс
  Полнодуплексный UART
• Специальные характеристики микроконтроллера
  Встроенный отладчик debugWIRE
  Внутрисистемное программирование через SPI порт
  Внешние и внутренние источники прерывания
  Режимы пониженного потребления Idle, Power-down и Standby
  Усовершенствованная схема формирования сброса при включении
  Программируемая схема обнаружения кратковременных пропаданий питания
  Встроенный откалиброванный генератор
• Порты ввода - вывода и корпусное исполнение
  18 программируемых линий ввода - вывода
  20 выводной PDIP, 20 выводной SOIC и 32 контактный MLF корпуса
• Диапазон напряжения питания
  от 1.8 до 5.5 В
• Рабочая частота
  0 - 16 МГц
• Потребление
  Активный режим:
  300 мкА при частоте 1 МГц и напряжении питания 1.8 В
  20 мкА при частоте 32 кГц и напряжении питания 1.8 В
  Режим пониженного потребления
  0.5 мкА при напряжении питания 1.8 В

Общее описание:

ATtiny2313 - низкопотребляющий 8 битный КМОП микроконтроллер с AVR RISC архитектурой. Выполняя команды за один цикл, ATtiny2313 достигает производительности 1 MIPS при частоте задающего генератора 1 МГц, что позволяет разработчику оптимизировать отношение потребления к производительности.

AVR ядро объединяет богатую систему команд и 32 рабочих регистра общего назначения. Все 32 регистра непосредственно связаны с арифметико-логическим устройством (АЛУ), что позволяет получить доступ к двум независимым регистрам при выполнении одной команды. В результате эта архитектура позволяет обеспечить в десятки раз большую производительность, чем стандартная CISC архитектура.

ATtiny2313 имеет следующие характеристики: 2 КБ программируемой в системе Flash память программы, 128 байтную EEPROM память данных, 128 байтное SRAM (статическое ОЗУ), 18 линий ввода - вывода общего применения, 32 рабочих регистра общего назначения, однопроводный интерфейс для встроенного отладчика, два гибких таймера/счетчика со схемами сравнения, внутренние и внешние источники прерывания, последовательный программируемый USART, универсальный последовательный интерфейс с детектором стартового условия, программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором и три программно инициализируемых режима пониженного потребления. В режиме Idle останавливается ядро, но ОЗУ, таймеры/счетчики и система прерываний продолжают функционировать. В режиме Power-down регистры сохраняют свое значение, но генератор останавливается, блокируя все функции прибора до следующего прерывания или аппаратного сброса. В Standby режиме задающий генератор работает, в то время как остальная часть прибора бездействует. Это позволяет очень быстро запустить микропроцессор, сохраняя при этом в режиме бездействия мощность.

Прибор изготовлен по высокоплотной энергонезависимой технологии изготовления памяти компании Atmel. Встроенная ISP Flash позволяет перепрограммировать память программы в системе через последовательный SPI интерфейс или обычным программатором энергонезависимой памяти. Объединив в одном кристалле 8- битное RISC ядро с самопрограммирующейся в системе Flash памятью, ATtiny2313 стал мощным микроконтроллером, который дает большую гибкость разработчика микропроцессорных систем.

ATtiny2313 поддерживается различными программными средствами и интегрированными средствами разработки, такими как компиляторы C, макроассемблеры, программные отладчики/симуляторы, внутрисхемные эмуляторы и ознакомительные наборы.

Тахометр измеряет частоту вращения деталей, механизмов и других агрегатах автомобиля. Тахометр состоит из 2-х основных частей — из датчика, который измеряет скорость вращения и из дисплея, где будет показать значения. Во основном тахометр градуируется в оборотах в минуту.

Сделать такой прибор самостоятельно конечно же можно, предлагаю схему с микроконтроллером AVR Attiny2313. С таким микроконтроллером можно получить 100 — 9990 об /мин. , точность измерения составляет +/-3 оборотов в минуту.

Характеристики микроконтроллера ATtiny2313

На выводе 11 установлен резистор с номиналом 4.7 кОм, не изменяйте номинал, а то датчик начнет работать нестабильно при включение по однопроводной схеме.

В отличие других схем, тут использовались 4 транзистора и 4 резистора, таким образом схему упростили.

Схема имеет 8 сегмента в каждом символе, по 5 мА каждый, общая сумма будет 40 мА, следовательно на порты нет большой нагрузки. Посмотрим графики работы устройства.

Из графики можно заметить что ток может достигнуть от 60мА до 80мА на выход пин. Для точной настройки нужно подбирать ограничительные резисторы с номиналом 470 оМ.

Выбор дисплея не критичен, выбирайте любой светодиодный индикатор на четыре цифры, либо собирайте из отдельных светодиодов. Используйте красный индикатор, чтобы на солнце было все хорошо видно. Тахометр питается от 12 вольт.

Кварцевый резистор выбран на частоту 8МHz, для точного и стабильного измерения. Входной фильтр используется для подключения к выводу катушки зажигания.

В прошивке в 17-й строке найдите следующее.

17. #define byBladeCnt 2 //1- две катушки, 2 — одна катушка, 4 — мотоцикл…

Этот параметр нужно менять, если у вас советский автомобиль то поставьте 2, если мотоцикл то 4, а если автомобиль с системой зажигания с двумя катушками то 1.

Данное устройство на микроконтроллере позволяет рисовать в воздухе текст и несложную графику. В англоязычной литературе данные устройства называют POV или FlyText. Принцип действия устройства основан на инерционности нашего зрения.

Электрическая принципиальная схема состоит из микроконтроллера ATtiny2313, 8 светодиодов, пары резисторов и двух батареек формата АА. Собрать данное устройство сможет даже начинающий радиолюбитель. Устройство имеет малые размеры.

В отличии от большинства подобных схем, данная схема может обновлять картинки по сom-порту без обновления прошивки микроконтроллера AVR ATtiny2313. Не надо каждый раз компилировать прошивку для микроконтроллера под конкретный текст или рисунок, а достаточно просто его передать через ком-порт компьютера с помощью специальной программы.

Картинка или текст, который будет нарисован в воздухе, хранится в энергонезависимой памяти микроконтроллера EEPROM. Обновление происходит путем перепрошивки этой энергонезависимой памяти. Необходимо только запустить программу для рисования и передачи картинок на устройство и подключить само устройство для рисования в воздухе.

Печатная плата очень проста и настолько мала, что крепится непосредственно к панели для батарей формата АА.

Вот как выглядит программа для редактирования текста, графики и передачи на устройство.

Работать с программой довольно просто. Для редактирования картинки достаточно кликать на матрицу пикселей, а потом подключить устройство и перепрошить память EEPROM. Подключить к компьютеру схему можно через переходник USB-to-UART или на основе микросхем преобразователей интерфейсов FT232R или MAX232.

Затем выбирает нужный номер com-порта и нажимаете кнопку "Upload".

Ниже приведено расположение ножек для подключения.

Программа для микроконтроллера AVR ATtiny2313 написана с использованием AVR Studio и WinAVR. Программа для компьютера написана под Microsoft Visual C# 2010 Express. Печатная плата нарисована в Eagle Cadsoft и все что необходимо в архиве качайте ниже.

Представленная ниже схема является основой для экспериментов с bldc-моторами. Для тех, кто не в курсе, BLDC — это одна из разновидностей синхронных моторов, которая используется, например, в винчестерах, сидирумах, дисководах и т.п. (типа таких, как на картинке справа).

Теорию работы синхронных движков в общем виде можно почитать , чуть конкретнее про BLDC — .

Схема позволяет организовать необходимое для питания BLDC-моторов трёхфазное напряжение из обычного однофазного (с помощью ШИМ-модуляции).

Никаких специальных возможностей управления работой мотора (по датчикам Холла или по обратной ЭДС обмоток) в этой схеме не предусмотрено. Про различные варианты такого управления мы поговорим позже, а здесь я постараюсь подробно описать исходя из каких соображений и как рассчитываются элементы именно базовой схемы.

Итак, схема:

Как видите, нам понадобятся: 1 контроллер ATtiny2313, 3 микрухи спаренных полевиков FDS4542 (N- и P-channel в одном восьминогом корпусе), 6 биполярных транзисторов (я использовал FMMT2222 — маленькие биполярнички в корпусах SOT23 c маркировкой 1P), 3 диода (я взял LL4148) и некоторое количество всяких резисторов и кондёров. (их номиналы будут указаны ниже).

Суть схемы довольно простая — микроконтроллер управляет тремя абсолютно аналогичными силовыми каналами (поэтому на схеме показан только один), каждый из которых имеет на выходе комплиментарную пару мощных полевиков, образующую полумост с независимым управлением плечами.

То есть каждое из плеч можно включать и выключать независимо от другого, что даёт возможность получить на выходе полумоста три разных состояния: Hi — выход полумоста подключен к питанию (верхний полевик открыт, нижний — закрыт), Lo — выход полумоста подключен к общему проводу (верхний полевик закрыт, нижний — открыт) и Z — выход полумоста отключен и от питания, и общего провода (оба полевика закрыты).

В принципе, можно получить ещё и четвёртое состояние — когда оба полевика открыты, но в этом случае получится КЗ и один из полевиков просто сгорит. Поэтому такое состояние мы будем считать запрещённым и с ним нам как раз придётся всеми способами бороться.

В схеме предусмотрено отдельное питание для схемы управления (+5В) и для силовой части (+12В), поэтому для верхнего плеча пришлось делать развязку на транзисторах T1, T2. Два транзистора были использованы для того, чтобы умощнить эту развязку и сделать её характеристику симметричной, чтобы она могла не только быстро заряжать, но и разряжать затвор верхнего полевика (то есть это ещё и драйвер).

Нижний полевик управляется без всякого драйвера, напрямую от ноги микроконтроллера.

Резисторы R7, R8 — это необязательные подтяжки, назначение которых — предотвратить самопроизвольные открытия полевиков в тот момент, когда ноги микроконтроллера ещё не настроены на выход и находятся в Z-состоянии (при старте). Соответственно, номиналы этих резисторов не очень важны, они просто должны быть намного больше номиналов резисторов R5 и R6, чтобы не мешать нормальной работе схемы после запуска контроллера. Более того, поскольку нам главное, чтобы полевики оба сразу не открылись (если один откроется — шут с ним), можно оставить только R8. Я так и сделал, — взял номинал резистора R8 равным 10 кОм, а резистор R7 вообще выкинул.

Стоит отметить, что помимо функции подтяжки, R7 может выполнять ещё и функцию борьбы с наводками на линию управления транзистором T2. Ток в этой линии очевидно будет гораздо меньше, чем через R5 и в случае, если такие наводки всё же будут, резистор R7 придётся вернуть (это если вы свою разводку платы будете делать).

Ну что, дальше давайте считать. Исходить будем из двух предпосылок: 1) полевиками нужно рулить максимально быстро, но без фанатизма; 2) высшая математика — удовольствие на любителя (особенно когда есть осциллограф и можно всё проверить на практике). В связи с этими, особой точностью и правильностью я увлекаться не буду, но, по крайней мере, рассчёты позволят на что-то ориентироваться.

Начнём с нижнего полевика (N-канальник). Для максимально быстрого управления этим полевиком нам нужно выжать с ноги микроконтроллера максимальный ток и в то же время эту ногу не поджарить.

Пиковый ток на ногу в документации на ATtiny2313 не указан, поэтому будем исходить из значений, указанных в Absolute maximum ratings — 40 мА. При этом максимальный ток у нас будет протекать в самом начале заряда, когда разность потенциалов на затворе и ножке микроконтроллера максимальна. Таким образом, получается R5=5В/40мА=125 Ом. Ближайшее большее значение стандартного номинала — 150 Ом, но мы возьмём 200 Ом, чтобы был небольшой запас. Максимальный ток при этом получится 5/200=25 мА.

Теперь давайте оценим время переключения нашего полевика с резистором 200 Ом в затворе. Оценить это время можно по формуле t=Qg/I, где Qg — total gate charge (берём из документации на FDS4542), I — ток драйвера (мы возьмём максимальный расчётный зарядный ток, чтобы точно не ошибиться в меньшую сторону). Получаем t=28 нК / 25 мА = 1,12 мкс.

Зачем нам нужно время переключения? Очень просто. Когда мы будем писать программу управления — мы должны будем учитывать, что полевики закрываются не мгновенно и вводить задержки между закрытием полевика в одном плече и открытием полевика в другом плече, во избежание возникновения сквозных токов (когда полевики в обоих плечах приоткрыты).

Переходим к P-канальному полевику. Тут ситуация попроще и ногу контроллера нам нагружать не нужно, зато нужно не спалить биполярные транзисторы и диод.

Резисторы R1 и R3 в обвязке p-канальника — это просто высокоомные подтяжки и их номиналы не должны нас особо сильно волновать, поэтому я для начала взял их по 10 кОм (чтобы токи через них можно было не учитывать) и про них забыл.

Затворные токи здесь определяются резисторами R2 и R4, а сама обвязка работает следующим образом: при открытии транзистора T2 потенциал базы транзистора T1 падает ниже потенциала его эмиттера, T1 закрывается, а затвор полевика разряжается через диод и резистор R4; при закрытии транзистора T2 потенциал базы транзистора T1 растёт быстрее, чем на его эмиттере, что приводит к открытию T1 и резкому заряду затвора через R2.

Сначала разберёмся с зарядом. По документации ток через FMMT2222 может быть до 600 мА, а для LL4148 — до 450 мА импульсный и до 150 постоянный, поэтому ориентироваться будем на диод и возьмём для расчётов, скажем 150 мА (чтобы ничего сильно не грелось). Исходя из этого, получим сопротивление резистора R4 = (12-0,5)В/150мА = 76,6 Ом. Далее аналогично, — возьмём ближайший стандартный номинал больше расчётного — 100 Ом. Пересчитываем обратно в ток, получаем I = 115 мА. Ну что ж, пусть будет так. При этом время заряда можно оценить на уровне t = 36 нК / 115 мА = 313 нс.

Чтобы сильно не заморачиваться, возьмём R2 такого же номинала, как и R4, и будем считать, что время закрытия будет примерно такое же, как и время открытия.

Теперь проверим, насколько правильно мы выбрали R1. Чтобы транзистор T1 нормально открывался, ток базы должен быть не более чем в h21 раз меньше тока коллектора. Ток коллектора у нас 100 мА, h21 (из доки) не менее 35, значит ток базы нам нужен не менее 2,86 мА. А он у нас получается 12В/10кОм = 1,2 мА. Ну, тогда возьмём R1 = 3,3 кОм. В этом случае ток базы = 12/3,3 = 3,6 мА. Так и оставим.

Тот же расчёт проделаем для транзистора T2. Ток коллектора у него такой же, как и у T1, значит ток базы тоже должен быть не менее 2,86 мА. Значит R6 должен иметь номинал менее 5/2,86=1,75 кОм. Возьмём с запасом резистор на 1 кОм.

В итоге получилось: R1=3,3 кОм, R2=R4=100 Ом, R3=10 кОм, R5=200 Ом, R6=1 кОм, R7 мы выкинули, R8=10 кОм. При этом время переключения нижнего полевика мы ожидаем на уровне 1,12 мкс, а верхнего — на уровне 313 нс.

Что у нас осталось? Во-первых, конденсаторы. С1=С2=20 пФ, С3=100 мкФ, С4=0,1 мкФ. При проектировании платы C3,C4 нужно расположить как можно ближе к силовым ногам ключей. Во-вторых, на схеме не полностью показана обвязка микроконтроллера. Нужно подтянуть ногу MCLR к питанию через резистор 1 — 10 кОм, а так же поставить конденсатор 0,1 мкФ между питанием и общим проводом поближе к ножкам контроллера.

Что ж, — собираем и тестим.

Скачать плату в формате DipTrace 2.3 , демонстрирующее работу устройства