Per visualizzare caratteri o cifre in un progetto elettronico ci affidiamo a dispositivi elettronici che permettono di mostrare informazioni all’utente; molti anni fa, quando ancora non erano inventati i led si utilizzavano delle lampade a Nixie . Il tubo nixie è un display numerico costituito da un tubo simile alla valvola termoionica, al cui interno sono disposti una serie di elettrodi sagomati a forma delle dieci cifre decimali, sovrapposti uno sull'altro e leggermente distanziati tra di loro.
Successivamente vennero sostituite dai display Flip-over e dai display a 7 segmenti, quest’ultimi tutt’ora prendono posto all’interno dei prodotti elettronici. Il visualizzatore a sette segmenti è un dispositivo elettronico in grado di visualizzare le 10 cifre numeriche, e in alcuni casi alcune lettere alfabetiche e simboli grafici, attraverso l'accensione di combinazioni di sette segmenti luminosi. I display a sette segmenti sono molto utilizzati in alcuni orologi, in strumenti di misura, per mostrare informazioni numeriche.
Oltre ai classici display a 7 segmenti, la Hp creò dei display a punti con logica integrata; la visualizzazione avviene attraverso l’illuminazione di piccoli punti(led) che formano dei segmenti. La particolarità di questi display è l’utilizzo di una logica integrata che provvede a convertire e visualizzare le informazioni BCD inviate agli appositi ingressi.
L’utilizzo di questi componenti non è molto diffuso, infatti è difficile trovare progetti che adottano tale dispositivo per la visualizzazione.
L’idea di realizzare un progetto integrando questi display mi è stata suggerita dal mio amico Claudio (Clodetheone); la proposta era allettante anche perché non mi era mai capitato di gestire dei display con logica integrata.
Descrizione:
La gestione è affidata al microcontrollore pic che provvede a leggere gli ingressi analogici e visualizzare le cifre sui display. Il micro utilizzato è il 16F88 della microchip, esso possiede oltre alle solite periferiche anche un convertitore A/D a 10bit.
Sia il display che il microcontrollore necessitano di un alimentazione di 5 volt per operare, fornitagli dal regolatore lineare IC2, il diodo D1 è stato previsto per evitare che una possibile inversione di polarità possa danneggiare l’intero circuito, il led LED1 notifica l’utente che il circuito è alimentato.
Le linee dati dei display sono collegate direttamente alle uscite del pic senza l’utilizzo di resistenze di limitazione, inevitabili se si utilizzano dei classici display a 7 segmenti.
Le connessioni da utilizzare sono riportate sul datasheet del display, in particolare il pin di enable deve essere a livello logico basso per poter aggiornare la cifra da visualizzare; il punto decimale non è disponibile per tutti i modelli, infatti il 5082-7340 tramite il pin 5 permette di controllare la luminosità del display ovvero di spegnere o accendere il display senza intervenire sull’alimentazione.
Gli ingressi analogici permettono di acquisire tensioni di 5 volt massimi, per poter leggere tensioni maggiori è necessario condizionare il segnale da rilevare in modo da non danneggiare il micro, la soluzione adottata è un partitore resistivo che riduce la tensione di 10 volte, cosi facendo è possibile rilevare tensioni di max 50 volt; consiglio di utilizzare trimmer multigiro per la regolazione fine del partitore anche se nessuno vieta di utilizzare i normali trimmer, sul pcb sono presenti gli alloggi per ambedue.
Anche se lo ritengo inutile ho preferito inserire un trimmer sull’ingresso della corrente per un eventuale regolazione; la tensione proveniente dalla resistenza di shunt essendo molto bassa deve essere amplificata per poter essere letta correttamente dal micro; la resistenza di shunt deve essere scelta in base alle esigenze prestando particolare attenzione alla suo wattaggio.
Il connettore X2 permette la connessione di un deviatore esterno, necessario per commutare le due letture sui display; esso infatti comunica al micro se far visualizzare la lettura della tensione o della corrente.
Calcolo del guadagno dell’amplificatore e scelta della resistenza di shunt:
Il guadagno dell’amplificatore deve essere calcolato in base alla resistenza di shunt utilizzata, quindi prima di procedere bisogna scegliere la resistenza più adatta al nostro scopo.
Ipotizziamo di dover leggere una corrente massima di 10A, quindi avremo:
Corrente massima rilevata
(A)
Resistenza di shunt
(Ohm)
Tensione ai capi della resistenza
(V)
Potenza dissipata dal resistore
(W)
10
0,47
4,7
47
10
0,22
2,2
22
10
0,1
1
10
10
0,01
0,1
1
Per il calcolo della tensione ai capi del resistore si utilizza la formula seguente:
V = R * I
Per il calcolo della potenza si utilizza la formula seguente:
W = V * I
A questo punto è possibile calcolare il guadagno che deve avere l’amplificatore:
resistenza di shunt
(Ohm)
Tensione ingresso amplificatore
(V)
Tensione uscita amplificatore
(V)
Guadagno
(G)
0,47
4,7
5
1,064
0,22
2,2
5
2,27
0,1
1
5
5
0,01
0,1
5
50
Il guadagno è calcolato con la formula seguente:
G = VTensione uscita / VTensione ingresso
Di seguito ho elencato la corrente massima rilevabile dalle resistenze in ceramica con potenza di 5W:
potenza della resistenza
(W)
Resistenza di shunt
(Ohm)
Corrente massima rilevabile
(A)
Tensione ai capi della resistenza
(V)
5
0,47
3,25
1,52
5
0,22
4,75
1,04
5
0,1
7,05
0,70
5
0,01*
22.3
0,22
* la resistenza da 0,01Ohm non è disponibile in commercio.
Per realizzare uno stadio amplificatore è possibile utilizzare anche altri operazionali e non necessariamente il MAX492, quest’ultimo è preferibile siccome è un dispositivo rail-to-rail, ovvero che permette di avere una dinamica di uscita pari alla tensione di alimentazione, quindi alimentabile con tensione singola.
La tabella seguente riporta i valori delle resistenze R1 ed R2 per avere il guadagno desiderato:
Guadagno amplificatore
(G)
Valore resistenza R1
(KOhm)
Valore resistenza R2
(KOhm)
1,064
200
̴12
2,27
12
̴15
5
30
̴120
50
6,8
̴330
La formula utilizzata è la seguente:
G = 1+ R2 / R1
NB. Per una regolazione fine del guadagno consiglio di inserire in serie alla resistenza R2 un trimmer di valore adeguato.
