Układ służy do pomiaru napięcia, wykorzystuje niewielką liczbę komponentów i cechuje się niezwykle małymi rozmiarami. Zmierzoną wartość napięcia wyświetla za pomocą miniaturowych siedmiosegmentowych wyświetlaczy LED.

Stopień podziału w dzielniku wejściowym jest zaprojektowany tak, aby prezentowany woltomierz można było wykorzystać do pomiaru napięć stałych w zakresie od -200V do +200V. Pomimo tego, ze względu na budowę urządzenia i bezpieczeństwo jego użytkowania zakres bezpiecznie mierzonych napięć jest mniejszy i ograniczony względami bezpieczeństwa użytkownika.

Budowa układu

Układ wykonany jest w technologii montażu powierzchniowego, wykorzystuje jedynie dwa układy scalone: mikrokontroler oraz przetwornik analogowo-cyfrowy. Pozostałe elementy to jeden tranzystor, jedna dioda Zenera, rezystory oraz kondensatory. Schemat układu przedstawiony jest na rysunku 3. Zastosowanie niewielkiej liczby niewielkich elementów umożliwiło spektakularne zmniejszenie całości urządzenia do wymiarów 20,5mm na 10,5mm i wysokość po zamontowaniu na płytce stykowej 11mm.

Układ zasilany jest napięciem 3,3V. Pobór prądu wynosi około 24mA – większość prądu zużywana jest przez wyświetlacz LED. Woltomierz ma wejście różnicowe, umożliwia pomiar napięć zewnętrznych jak też własnego napięcia zasilania (przy dowolnej polaryzacji wejść). Wynik pomiaru wyświetlany jest na wyświetlaczu czteropozycyjnym bez dodatkowego znaku „minus”. Do wyświetlania znaku „minus” wykorzystywany jest jeden z segmentów wyświetlacza odpowiadającego „najstarszej” cyfrze. Takie rozwiązanie upraszcza konstrukcję i umożliwia wykorzystanie łatwiej dostępnych elementów, jednak ogranicza rozdzielczość wyświetlania dla wartości ujemnych.

W układzie wykorzystywany jest przetwornik analogowo-cyfrowy o rozdzielczości 18 bitów, komunikujący się z mikrokontrolerem sterującym za pomocą magistrali I2C. Zastosowane rozwiązanie umożliwia uzyskanie następujących rozdzielczości:
1) dla zakresu od -2V do 10V: 1mV
2) dla zakresu od -20 do 100V: 10 mV
3) dla zakresu od -200 do 200V: 100mV

Zastosowania

Zaletą prezentowanego rozwiązania jest bardzo niewielki rozmiar urządzenia (wielkość układu w obudowie DIP16) i możliwość instalacji na płytce stykowej. Przyrząd umożliwia łatwy pomiar i monitorowanie wartości napięć (a z użyciem zewnętrznego rezystora pomiarowego – również prądów) w układzie budowanym na płytce stykowej. Możliwe jest jego zastosowanie przy uruchamianiu urządzeń na płytkach stykowych i prezentacja ich działania – można za pomocą kamery bez problemu objąć układ na płytce i woltomierz.

Przy odpowiednich zmianach oprogramowania możliwe jest przeliczanie wyświetlanych wartości według zadanego sposobu (pierwiastkowanie, podnoszenie do potęgi, mnożenie przez stały współczynnik i inne operacje matematyczne). Dzięki temu możliwe jest zastosowanie opisywanego urządzenia w szerokim spektrum urządzeń, takich jak zasilacze czy mierniki mocy. Możliwe jest też wygodne zastosowanie go jako wskaźnika wbudowywanego we wszelkiego rodzaju urządzenia pomiarowe.