帶電池充電器的微型邏輯探頭TTL/CMOS

描述

介紹：

我會(huì)向你介紹這個(gè)Logic Probe，一個(gè)完整的儀器。使用 TTL 和 CMOS技術(shù)測量數(shù)字邏輯電平 0（零）和 1（一）既簡單又有效；可接受的最大電壓為 10 伏，但 CMOS 可以達(dá)到您可以避免的高達(dá) 18 伏。要使用它，只需將帶有黑色“鱷魚”夾的 Mini USB 線連接到電路的 GND，然后觸摸您想知道邏輯電平的探頭（在同一電路中），然后查看會(huì)亮起的相應(yīng) LED。

通常使用 Arduino 和本項(xiàng)目中使用的 ATtiny 類似的微控制器，我們發(fā)現(xiàn) TTL 為 3.3v 和 5.0v，其中“零”和“一”邏輯電平相同：從 0.0 到 0.8v 被視為 0（低）和從 2.0 到 3.3 到 5.0v 被認(rèn)為是 1（高）；在 0.8 和 2.0 之間被認(rèn)為是未定義的。

三個(gè) LED中的一個(gè)將在每個(gè)相應(yīng)級(jí)別亮起：

• TTL 電平，3.3和5.0伏：

低=藍(lán)色 <= 0.8v

高=紅色 > 2.0v

未定義=黃色 >0.8v <= 2.0v

• CMOS 電平，最高18伏（此處限制為10伏）：

低=藍(lán)色 <= 1.5v

高=紅色> 3.5v

未定義=黃色 >1.5v <= 3.5v

元器件清單（MCU小板）：

• 單片機(jī)閣樓 1614 SMD

• Mini USB 母頭 PCB SMD 連接器

• 2 x SMD 電容 100nF

• 貼片電阻 270 歐姆

• 貼片紅色LED

• 貼片 662k 穩(wěn)壓器至 3.3v

• 16 x 帶狀線細(xì)針 0.6mm 直徑

• 雙面貼片PCB

組件清單（主板）：

• 滑動(dòng)開關(guān)開/關(guān)

• 6 x 10k Ohm 1/4W 電阻器 1%

• 5k6 歐姆 1/4W 電阻器

• 22 歐姆 1/4W 電阻器

• 5k Ohm 1/4W 電阻 1%

• 3 x 150 歐姆電阻

• 15歐姆1W電阻

• BC337 NPN晶體管

• Axicom SMD 3.0v 繼電器

• 1N4148 二極管

• 陶瓷電容 100nF

• 按鈕常開

• 紅色 LED 5mm

• 藍(lán)色 LED 5mm

• 黃色 LED 5mm

• 300mA/h 3.7v 1s 鋰電池

• 小塑料盒（見下面的 3D 項(xiàng)目）

• 金屬探針

• 大約20個(gè)銅0.6個(gè)小鉚釘（用于通孔）

• 雙面PCB

• 3 個(gè)用于開關(guān)的帶狀線引腳

• 2 個(gè)用于電池的帶狀線 90° 引腳

• 2 個(gè) 3 毫米螺絲和支架

• “鱷魚”黑色夾子、40 厘米黑線和一個(gè)迷你 USB 公頭連接器

主示意圖

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微控制器原理圖

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關(guān)于電路：

受到John Bradnam 的 ATtiny 1614 項(xiàng)目的啟發(fā)，我買了幾個(gè)這樣的微控制器來采取新的方式并享受新的冒險(xiǎn)，我制作了 MyTiny 第一個(gè)測試電路。一切都在按照我選擇的 3.3v 供電。直到今天我測試并驗(yàn)證了：digitalRead、digitalWrite、analogRead、analogWrite PWM 和 DAC；我通過引腳 RX/TX <-> FTDI 串行接口和 SoftwareSerial 庫提供了一個(gè)串行監(jiān)視器；最后我通過 SDA/SCL 和 Wire 庫連接了一個(gè) OLED 128x32 顯示器。涼爽的！

要通過 Arduino NANO 和 IDE 對 ATtiny 進(jìn)行編程，請閱讀上述鏈接中 Bradnam 的說明。

此外，在這個(gè)電路中，我決定包含一個(gè)完整的電路 + 代碼來為 LiPo 電池充電。為此，5.0v 的 USB 電源輸入由一個(gè) 15 歐姆 1W 電阻和一個(gè)繼電器控制，以限制充電電流并在達(dá)到 4.2v 電池充電限制時(shí)將其切斷。當(dāng)電池放電時(shí)，在3.2v，考慮單獨(dú)電路使用50mA，電池將接收剩余的70mA充電電流[(5.0-3.2)/15=120mA]；接近充電結(jié)束時(shí)，在 4.2v 時(shí)，電池只接收幾毫安的充電電流 [(5.0-4.2)/15=53mA]；之后，繼電器將斷開 USB 電源，電池將不會(huì)收到任何東西，并會(huì)按照正常操作開始緩慢放電。到 Mini USB 連接器，您可以選擇連接黑色“鱷魚”夾線以測量電平（連接到GND），或連接 USB 電纜為電池充電（即連接到計(jì)算機(jī)）。

5.6k/1和22/1電阻，D1和T1，都是用來控制REL-1開/關(guān)的；10k/5和10k/4是分壓器“二分”，測量USB電源電壓；10k/1 和 5k/1 是“三分壓”分壓器，用于測量探頭電壓；10k/2 和 10k/3 是“二分壓”分壓器，用于測量電池電壓；10k/6是上拉T/C按鈕；三個(gè) 150 歐姆電阻器和三個(gè)彩色 LED 構(gòu)成了主電路。請嘗試選擇電阻對作為分壓器，使其值盡可能接近 1% 的精度，以獲得正確的模擬讀取（）讀數(shù)。如果存在差異，您可以在代碼計(jì)算電壓的情況下進(jìn)行任意校正 +- 百分比的讀數(shù)：'VRaw=(n1 + ((n1 * 0.0) /100));' 和'（由于沒有更正，現(xiàn)在值為 0.0）。

MCU小板是帶有SMD組件的雙面PCB：ATtiny微控制器，一個(gè)迷你USB，兩個(gè)電容器，一個(gè)用于LED的電阻器，最后是3.3v的穩(wěn)壓器。

編碼：

如果您想在串行監(jiān)視器上查看數(shù)據(jù)以進(jìn)行調(diào)試或其他目的，您必須取消注釋庫“ #include ”并設(shè)置“ const boolean IsDEBUG = true; ”；此外，您必須將串行到 USB 轉(zhuǎn)換器作為 FTDI (rx) 連接到微控制器 (tx) 端口，以及設(shè)置為 9600 波特的 CoolTerm 等軟件串行通信。

充電值：

如果您更換不同功率（A/h）的電池，您必須相應(yīng)地修改軟件參數(shù)（CBatt）。還要更改 1W 電阻以獲得更快或更慢的充電，即從 15 到 12 或 18 歐姆，請記住還要更改參數(shù) (VResis)。我喜歡在充電或正常探測操作期間進(jìn)行一些計(jì)算，這里有：

• CBatt = 0.3（電池電量，A/h）

• VResis = 15.5（電源和電池之間串聯(lián)的電阻值，請測量準(zhǔn)確的電阻值并將其放在那里；

• ICirc = 0.05（電池充電時(shí)電路的估計(jì)最大電流消耗）；

• VPower = 5.0（從 USB 充電 PowerSource 電壓）不是一個(gè)常數(shù)，它會(huì)改變讀數(shù)；

• VMinPower = 4.6（從 USB 為電池充電的最低電壓）；

• VBmin = 3.2（絕對最小電壓）；

• VBWmin = 3.4（工作最低電壓）；

• VMax = 4.2（絕對最大電壓）；

• VBchgd = 4.0（電池電壓，或更高，認(rèn)為它在上電時(shí)已經(jīng)充電）；

• ETFact = 1.5（充電因子的估計(jì)時(shí)間）；

• OvTiFact = 1.2（收費(fèi)因子的超時(shí)，除了 ETFact）；

• VInitBatt = 初始電池電壓，上電后或剛充電后或開始充電時(shí)；

• VBatt = 實(shí)際電池電壓；

• IBatt = (( VPower - VBatt ) / VResis) - ICirc（充電電流；0% 時(shí)為 0.066A，50% 時(shí)為 0.034A，100% 時(shí)為 0.002A）；

• IBattAvg = (( VPower - ((VMax+VBmin)/2) ) / VResis) - ICirc = 0.034A（平均充電電流）；

• SoC = 100 - (( VMax - VBatt ) * 100)（充電狀態(tài)，%）；

• TFull = ( CBatt / IBattAvg ) * 60 = 529 分鐘（平均電流充電時(shí)間和電池 VBmin 充電時(shí)間）；

• TMaxChg = TFull * ( VMax - VInitBatt ) * ETFact * OvTiFact（考慮初始電壓狀態(tài)的估計(jì)最大充電時(shí)間，以分鐘為單位）；

• TChg = ( TFull * (VMax - VBatt)) * ETFact（估計(jì)剩余充電時(shí)間，以分鐘為單位）；

• ChTimeStart = 上電后經(jīng)過的時(shí)間（以分鐘計(jì)）；

• ChTimeEnd = 上電后的充電結(jié)束時(shí)間；

• ChTimeNow = 上電后的分鐘數(shù)；

PCB（印刷電路板）：

出于這個(gè)原因，我在主板上使用了兩塊雙面 PCB 。20個(gè)貫穿鉚釘或銷釘用于解決整個(gè)電路的路線。首先還有5 個(gè)對齊點(diǎn)孔。我在每個(gè) PCB 上設(shè)計(jì)了這 5 個(gè)對齊點(diǎn)。在下載部分，您有所有的 PCB 文件、元件和焊接面，鏡像，用于通過激光打印機(jī)在“黃色”或“藍(lán)色”紙張上下載和打印 ; 我用的是藍(lán)色的，但黃色的也很好，價(jià)格也更低。我不得不說藍(lán)色的紙張更好......打印時(shí)記得禁用碳粉節(jié)省設(shè)置，改為使用 1200 dpi 分辨率以獲得深黑色效果。從魔術(shù)片到PCB的碳粉轉(zhuǎn)移過程是使用熱鐵完成的......在網(wǎng)上有一些教程展示了如何生產(chǎn)一個(gè)好的PCB但請記住這些要點(diǎn)：徹底清潔并用廚房海綿輕輕刷一下銅，熨燙5分鐘（不要按太多），冷水熱沖擊，通過5個(gè)孔對齊兩個(gè)面（我用了5個(gè)針一個(gè)大的白色 LED 表面可以看到孔），在腐蝕過程中用透明膠帶保護(hù)另一面。打印還組件設(shè)計(jì)使項(xiàng)目“專業(yè)”并且更簡單地正確放置它們:-)

PCB，5個(gè)對齊點(diǎn)

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微控制器的小型 PCB 安裝 SMD 組件。只有幾個(gè)組件，我用一個(gè)小烙鐵和一些焊膏焊接它們：“焊膏是由金屬焊料顆粒和具有膩?zhàn)映矶鹊恼承灾竸┙M成的粉末的組合。助焊劑不僅可以它通常的工作是清潔焊接表面的雜質(zhì)和氧化，但它也提供了一種臨時(shí)粘合劑，可以將表面貼裝元件固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩?。將極少量的焊膏涂在銅點(diǎn)上，一次放置一個(gè)元件，將其固定在那里并用烙鐵完成工作，然后傳遞到下一個(gè)元件，依此類推直到結(jié)束。

要將這個(gè)小板與主板連接起來，我建議使用直徑為 0.6 毫米的細(xì)帶狀線銷。

三個(gè) LED 狀態(tài)：

正常操作（無USB電源）：

• 藍(lán)色 = 邏輯 0

• 黃色 = 邏輯“未定義”

• 黃色快速閃爍 = 低電量警告（請充電）

• 紅色 = 邏輯 1

充電操作（帶USB電源）

• 閃爍紅色 = 充電狀態(tài) 0 - 20%

• 黃色和紅色閃爍 = 充電狀態(tài) 20 - 40%

• 黃色閃爍 = 充電狀態(tài) 40 - 60%

• 閃爍藍(lán)色和黃色 = 充電狀態(tài) 60 - 80%

• 藍(lán)色閃爍 = 充電狀態(tài) 80 - 90%

• 藍(lán)色緩慢閃爍 = 充電狀態(tài) 90 - 100%

• 藍(lán)色快速閃爍 = 已充電

• 黃色快速閃爍 = 充電超時(shí)警告（請斷開 USB）

注意事項(xiàng)和改進(jìn)：

• 25.03.2021：為了完成該項(xiàng)目，我在此鏈接上準(zhǔn)備了兩個(gè) 3D .STL 模型：https ://grabcad.com/library/logic-probe-1 ，您可以在其中下載有關(guān)形狀盒及其 Logic 蓋板的文件探針通過 3D 打印機(jī)進(jìn)行打印。

快樂探索！