帶電池充電器的微型邏輯探頭TTL/CMOS

描述

介紹：

我會向你介紹這個Logic Probe，一個完整的儀器。使用 TTL 和 CMOS技術測量數(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 可以達到您可以避免的高達 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），然后查看會亮起的相應 LED。

通常使用 Arduino 和本項目中使用的 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 被認為是 1（高）；在 0.8 和 2.0 之間被認為是未定義的。

三個 LED中的一個將在每個相應級別亮起：

• TTL 電平，3.3和5.0伏：

低=藍色 <= 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 帶狀線細針 0.6mm 直徑

• 雙面貼片PCB

組件清單（主板）：

• 滑動開關開/關

• 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 項目）

• 金屬探針

• 大約20個銅0.6個小鉚釘（用于通孔）

• 雙面PCB

• 3 個用于開關的帶狀線引腳

• 2 個用于電池的帶狀線 90° 引腳

• 2 個 3 毫米螺絲和支架

• “鱷魚”黑色夾子、40 厘米黑線和一個迷你 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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關于電路：

受到John Bradnam 的 ATtiny 1614 項目的啟發(fā)，我買了幾個這樣的微控制器來采取新的方式并享受新的冒險，我制作了 MyTiny 第一個測試電路。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 庫提供了一個串行監(jiān)視器；最后我通過 SDA/SCL 和 Wire 庫連接了一個 OLED 128x32 顯示器。涼爽的！

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

此外，在這個電路中，我決定包含一個完整的電路 + 代碼來為 LiPo 電池充電。為此，5.0v 的 USB 電源輸入由一個 15 歐姆 1W 電阻和一個繼電器控制，以限制充電電流并在達到 4.2v 電池充電限制時將其切斷。當電池放電時，在3.2v，考慮單獨電路使用50mA，電池將接收剩余的70mA充電電流[(5.0-3.2)/15=120mA]；接近充電結束時，在 4.2v 時，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，電池將不會收到任何東西，并會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（即連接到計算機）。

5.6k/1和22/1電阻，D1和T1，都是用來控制REL-1開/關的；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 150 歐姆電阻器和三個彩色 LED 構成了主電路。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?。ǎ┳x數(shù)。如果存在差異，您可以在代碼計算電壓的情況下進行任意校正 +- 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，一個迷你USB，兩個電容器，一個用于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)以進行調(diào)試或其他目的，您必須取消注釋庫“ #include ”并設置“ 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行一些計算，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，請測量準確的電阻值并將其放在那里；

• ICirc = 0.05（電池充電時電路的估計最大電流消耗）；

• VPower = 5.0（從 USB 充電 PowerSource 電壓）不是一個常數(shù)，它會改變讀數(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，認為它在上電時已經(jīng)充電）；

• ETFact = 1.5（充電因子的估計時間）；

• OvTiFact = 1.2（收費因子的超時，除了 ETFact）；

• VInitBatt = 初始電池電壓，上電后或剛充電后或開始充電時；

• VBatt = 實際電池電壓；

• IBatt = (( VPower - VBatt ) / VResis) - ICirc（充電電流；0% 時為 0.066A，50% 時為 0.034A，100% 時為 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（平均電流充電時間和電池 VBmin 充電時間）；

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

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

• ChTimeStart = 上電后經(jīng)過的時間（以分鐘計）；

• ChTimeEnd = 上電后的充電結束時間；

• ChTimeNow = 上電后的分鐘數(shù)；

PCB（印刷電路板）：

出于這個原因，我在主板上使用了兩塊雙面 PCB 。20個貫穿鉚釘或銷釘用于解決整個電路的路線。首先還有5 個對齊點孔。我在每個 PCB 上設計了這 5 個對齊點。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在“黃色”或“藍色”紙張上下載和打印 ; 我用的是藍色的，但黃色的也很好，價格也更低。我不得不說藍色的紙張更好......打印時記得禁用碳粉節(jié)省設置，改為使用 1200 dpi 分辨率以獲得深黑色效果。從魔術片到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)一個好的PCB但請記住這些要點：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個孔對齊兩個面（我用了5個針一個大的白色 LED 表面可以看到孔），在腐蝕過程中用透明膠帶保護另一面。打印還組件設計使項目“專業(yè)”并且更簡單地正確放置它們:-)

PCB，5個對齊點

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微控制器的小型 PCB 安裝 SMD 組件。只有幾個組件，我用一個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子稠度的粘性助焊劑組成的粉末的組合。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粘合劑，可以將表面貼裝元件固定在適當?shù)奈恢谩?。將極少量的焊膏涂在銅點上，一次放置一個元件，將其固定在那里并用烙鐵完成工作，然后傳遞到下一個元件，依此類推直到結束。

要將這個小板與主板連接起來，我建議使用直徑為 0.6 毫米的細帶狀線銷。

三個 LED 狀態(tài)：

正常操作（無USB電源）：

• 藍色 = 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%

• 閃爍藍色和黃色 = 充電狀態(tài) 60 - 80%

• 藍色閃爍 = 充電狀態(tài) 80 - 90%

• 藍色緩慢閃爍 = 充電狀態(tài) 90 - 100%

• 藍色快速閃爍 = 已充電

• 黃色快速閃爍 = 充電超時警告（請斷開 USB）

注意事項和改進：

• 25.03.2021：為了完成該項目，我在此鏈接上準備了兩個 3D .STL 模型：https ://grabcad.com/library/logic-probe-1 ，您可以在其中下載有關形狀盒及其 Logic 蓋板的文件探針通過 3D 打印機進行打印。

快樂探索！