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

Сегодня мы попробовать воспользоваться более простым микроконтроллером ATtiny2313 и подключить к нему символьный дисплей LCD, содержащий две строки по 16 символов.

Дисплей мы будем подключать стандартным способом 4-битным способом.

Сначала начнём, конечно, с микроконтроллера, так как с дисплеем мы уже очень хорошо знакомы из предыдущих уроков.

Откроем даташит контроллера ATtiny2313 и посмотрим его распиновку

Мы видим, что данный контроллер существует в двух видах корпусов, но так как мне в руки он попал в корпусе DIP, то будем мы рассматривать именно эту версию корпуса, да и в принципе, они и не различаются особо, кроме чем по виду, так как количество ножек одинаково — по 20.

Так как ножек 20 по сравнению с 28 ножками контроллера ATMega8, к которым мы уже на протяжении всего времени занимаемся и ещё будем заниматься, то, соответственно, и возможностей также будет меньше.

В принципе, всё, что было у ATmega8, здесь есть, единственное то, что поменьше лапок портов. Но так как задача перед нами стоит попробовать соединить его по шине SPI с другим контроллеров, то нас это удручает не сильно.

Есть ещё некоторые отличия, но они незначительны и мы с ними познакомимся по мере необходимости.

Соберём вот такую вот схемку (нажмите на картинку для увеличения изображения)

Дисплей подключен к ножкам порта D. PD1 и PD2 — к управляющим входам, а остальные к ножкам модуля дисплея D4-D7.

Проект создадим с именем TINY2313_LCD, перенесём в него всё кроме главного модуля из проекта по подключению дисплея к Atmega8.

Конечно, некоторые вещи надо будет переделать. Для этого нужно внимательно изучить, к какой ножке что подключено. Шина E дисплея подключена к PD2, а шина RS — к PD1, поэтому внесём изменения в файл lcd.h

#define e1 PORTD |=0b000001 00 // установка линии E в 1

#define e0 PORTD &=0b111110 11 // установка линии E в 0

#define rs1 PORTD |=0b0000001 0 // установка линии RS в 1 (данные)

#define rs0 PORTD &=0b1111110 1 // установка линии RS в 0 (команда)

Как мы видим из выделения жирным шрифтом, не такие уж и кардинальные изменения у нас произошли.

Теперь информационные входы. Здесь у нас используются ножки PD3-PD6, то есть на 1 пункт сдвинуты по сравнению с подключением к Atmega8, поэтому исправим ещё и кое что в файле lcd.c в функии sendhalfbyte

PORTD &=0b1 0000 111; //стираем информацию на входах DB4-DB7, остальное не трогаем

Но это ещё не всё. Мы раньше передаваемые данные сдвигали на 4, а теперь нам в связи с вышеуказанными изменениями придётся их сдвигать только на 3. Поэтому в той же функции исправим ещё и самую первую строку

c <<=3 ;

Вот и все изменения. Согласитесь, не так уж они и велики! Это достигнуто тем, что мы всегда стараемся код писать универсальный и пользоваться именно макроподставновки. Если бы мы в своё время не потратили на это время, то нам пришлось бы исправлять код почти во всех функциях нашей библиотеки.

В главном модуле инициализацию порта D мы не трогаем, пусть весь встаёт в состояние выхода, как и в уроке 12.

Давайте попробуем собрать проект и посмотреть сначала результат в протеусе, так как для него я также сделал проект, который будет также находиться в приложенном архиве с проектом для Atmel Studio

У нас всё прекрасно работает! Вот как можно, оказывается быстро переделать проект для одного контроллера под другой.

Протеус — это очень хорошо, но на настоящие детальки посмотреть всегда приятнее. Схема вся была собрана на макетной плате, так как отладочной платы для данного контроллера я не делал и не собирал. Программатор мы подключим через стандартный разъём вот такой вот

Вот вся схема

Здесь всё стандартно. Подтягивающий резистор на RESET и т.д.

Теперь, прежде чем прошивать контроллер в avrdude, нам неоходимо выбрать контроллер и считать его флеш-память

Затем зайти во вкладки FUSES и установить правильно фьюзы. Так как у нас нет кварцевого резонатора, то мы устанавливаем фьюзы именно так

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

EEPROM	1 Кб
Аналоговые входы (АЦП)	0
Входное напряжение (предельное)	5,5 Вольт
Входное напряжение (рекомендуемое)	4,5-5 Вольт
ОЗУ	128 байт
Тактовая частота	20 МГц
Flash-память	2кБ

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.