Тахометр на AtMega8, OLED дисплей (схема)

[Champ]

Всем здравствуйте. У моей машины нет тахометра, а вещь полезная, даже на автомате, и хотя для нее существуют приборные панели с тахометром, на разборках они встречаются довольно редко, стоимость обычно от 1,5 тысяч рублей + доставка, а судя по отзывам нередко, встречаются с неисправным тахометром или датчиком температуры.
Поэтому было решено, самостоятельно собрать электронный тахометр и вмонтировать его в панель приборов. Заодно разобраться с интерфейсом I2C.
Начали с разработки схемы. Ее и выкладываю на суд: электрическая принципиальная схема автомобильного тахометра + вольтметра под управлением AtMega8 с выводом информации на OLED дисплей. Так как в этом деле опыта немного, хочется услышать мнение грамотных и разбирающихся в этом людей, правильно ли составлена схема, возможно, ее можно как-то упростить или стоит что-то добавить.
Ниже привожу схему тахометра/вольтметра, а так же принцип ее действия.

Микроконтроллер запитывается через стабилизатор 5В. Включение конденсаторов подавляющих помехи, включены по схеме приведенной в даташите, хотя было бы логичнее их поставить наоборот — на входе электролит, для подавления НЧ помех, на выходе – керамика, для подавления ВЧ помех. Дисплей — OLED, в котором раздельно запитаны его "мозги" и сама светодиодная матрица. Светодиодная матрица запитывается от встроенного конвертера, повышающего напряжение до 7.5В из 3.3В. Конвертер запитывается через стабилизатор 3.3В. "Мозги" запитываются от этого же стабилизатора 3.3В, но через резистор 2кОм, который обеспечивает падение напряжения в 0.5В, т.к. "мозги" работают при напряжении 2.8В. Устройство может работать в 2х режимах: 1. Тахометр 2. Вольтметр. В режиме тахометра, схема работает как обычный частотомер, считая импульсы, приходящие с разъёма IG- автомобиля. В режиме вольтметра, сигнал с борт сети автомобиля поступает на встроенный АЦП микроконтроллера через делитель с коэффициентом деления 8. Опорное напряжение для АЦП используется внутреннее –2.56В. При этом максимальное измеряемое напряжение = 20В.
По поводу вывода на IG-/минус с катушки, про импульс на тахометр ничего не знал, кроме того что он идет с ЭБУ, поэтому эту часть взял с другой схемы тахометра на AtMega. Возможно ли это как-то упростить? Может кто-нибудь знает что-нибудь об импульсах на тахометр, ток, напряжение, сколько проходит импульсов за один оборот двигателя. Машина Toyota Corsa двигатель 4e-fe, трамблер.

[O_l_e_g]

LD1117 имеет абсолютный максимум входного напряжения 15В для автоэлектроники этого мало, надо как минимум 18В а лучше 25В.
при обрыве R12 контроллеру вероятно придет кердык. Надо попробовать придумать что то.
Программа должна учитывать возможный дребезг по входу кнопки. Если кнопку собираетесь выносить за пределы устройства то неплохо было бы чтобы подтягивающий резистор смог обеспечить ток не менее 1мА для уменьшения помех ИМХО. Не знаю что там в даташите на этот счет
И у вас ничего не написано что вы собираетесь подавать на вывод XS1
В чем схемку рисовали?

[blackx]

Ну, почти все в схеме нормально.

На входе XS1 я бы поставил просто резистор килоом на 100, и диод Шоттки вместо стабилитрона. Транзистор можно оставить этот, а можно взять составной (= два тр-ра), если не хватит к-та усиления. Нужно экспериментировать. Осциллограф может очень в этом помочь
Идеальный вариант - вместо транзистора воткнуть оптопару. Тогда ничего уже будет не страшно

Вывод AVCC нужно подключать к +питания, об этом в даташите сказано. RESET (PC6) нужно подтягивать к + питания внешним резистором 1-10k и желательно ставить сглаживающий конденсатор на 100 n. Землю программатора нужно соединять с землей платы. Вообще хорошо бы еще и питание от программатора брать, при программировании запитывая устройство от него. Кварц на ваше устройство могли не ставить, но он не навредит. На PD3 тоже можно повесить конденсатор 100n + резистор на 10-100 к. Еще у вас стремно подключены подтягивающие резисторы TWI - уровень подтяжки начинает зависеть от тока через вывод 8 дисплея - не очень хорошо.
Глянул одним глазом в даташит. УГО дисплея на вашей схеме не совпадает со списком пинов, в частности отсутствуют выводы CS и D/C, которые, как я понял, нужны для управления.

"Мозги" запитываются от этого же стабилизатора 3.3В, но через резистор 2кОм, который обеспечивает падение напряжения в 0.5В, т.к. "мозги" работают при напряжении 2.8В.

Как посчитали?

Про R12 несогласен. При пробое LD1117 мк тоже кирдык придет. Нет смысла тут что-то еще городить, обрыв - это повреждение устройства, в этом случае вообще нельзя гарантировать его работу. Собираетесь измерять входное напряжение? Значит, хорошо бы на VREF повесить внешний конденсатор на 100n. Кроме обязательной запитки AVCC конечно. На AVCC тоже конденсатор не помешает.

ЗЫ. Убирайте такие широкие картинки под спойлер, иначе на маленьком экране появляется горизонтальная полоса прокрутки.

[Champ]

И у вас ничего не написано что вы собираетесь подавать на вывод XS1

Минус с катушки или в моем случае выход на диагностический разъем IG-, для получения импульсов для тахометра

В чем схемку рисовали?

SPlan 7.0

[Champ]

Обновленная схема:


После прочтения комментариев, было принято решение запитать всю схему от стабилизатора 3.3В, чтобы было согласование уровней дисплея и контроллера по шине I2C.
Стабилизатор был выбран LM1117IMP-3.3, максимальное входное напряжение которого = 20В. Был подтянут ресет к питанию через резистор 10к. Чтобы исключить попадание большого напряжения на АЦП был включен стабилитрон, с напряжением стабилизации 2.7В, параллельно резистору R5. Также был подключен VREF к земле, через конденсатор 100нФ. Подключено питание к АЦП. На входе и выходе стабилизатора были добавлены конденсаторы для лучшего подавления помех.
Немножко упростил входную цепь для подсчёта импульсов. Правда пока не понятно, какое напряжение идет с диагностического разъёма, выход IG-, откуда будем считывать импульсы. Поэтому для некоторых деталей входной цепи не указанны номиналы. Завтра пойду с тестером в гараж) Может все таки кто-нибудь знает об импульсах на тахометр?

[akl]

Несколько советов из практики.

Спойлер

Входная цепь - помехи желательно подавлять до их усиления.
По цепям кварцевого генератора не должны протекать токи от других более сильноточных цепей.
Соединение INT0 (PD2) и ICP1(PB0) для тахометра желательно для перехода из режима POWER-DOWN в рабочий режим.
Перемычка между +V и RES ставится после программирования.
Про LM1117 уже было сказано.

TAH_VOLT_1.GIF

[blackx]

На АЦП стабилитрон переверните как надо. Но вообще он там не нужен. На каждом входе и так защитные диоды стоят, они не дадут напряжению сильно подняться выше Vcc.

akl, а зачем ему теперь перемычка между +V и RES ?

[akl]

Для повышения помехоустойчивости. Заткнул высокоомный вход RES на +V и чувствуешь себя спокойнее. Кстати, цепочка R4, C9 вообще не нужна. Так делаю ещё со времён AT90Sxxxx; для MSP430 тоже очень действенная мера.

[Champ]

Про LM1117 уже было сказано.

Можете посоветовать другие стабилизаторы на 3.3вольта в смд корпусе?

По цепям кварцевого генератора не должны протекать токи от других более сильноточных цепей.

Схему не стал менять, но при разработке печатной платы этот момент будет учтен.
А вот новый вариант схемы, вроде бы все поправил, жду комментариев)

Спойлер

[akl]

Я бы добавил мощный стабилитрон на 15V на входе и защитил LM1117 диодом в соответствии с DS.

Спойлер

TAH_VOLT_2.GIF

Замечу, что RESET у mega8 TQFP находится на PC6(29)

[O_l_e_g]

Если взять коэф трансформации 1:100 и напряжение на вторичке 20..25кВ при возникновении искры то получается фронт сигнала может быть до 200..250В когда загорится искра напряжение на дуге падает и становиться где то от 900 до 2000В и соответственно добавочное напряжение на первичеке упадет до 9..20В (но надо еще учитывать напряжение на АКБ 11..15В). длительность имульса находиться вблизи 1мс. Если искра не возникла напряжение на первичке будет расти до 300..400В пока не ограничиться драйвером зажигания (какова в этом случае будет длительность импульса не могу сказать даже примерно может быть это перенапряжение будет существовать до прихода следующего импульса зажигания надо что бы рассеялась вся энергия накопленная в катушке, а это около 50мДж). Но ясно одно если слишком долго держится напруга более 150В значит искры не было.
Это при условии что сигнал для тахометра берется с вывода первичной обмотки катушки.
Входная цепь устройства должна быть выполнена так чтобы не подсаживать фронт сигнала на первичной катушке ( это около 250В) а иначе это может существенно ухудшить искрообразование. Большая входная емкость устройства также ухудшит скорость нарастания напряжения во вторичной обмотке и заберет часть энергии которая должна была пойти на образование искры. А энергии катушка накапливает прямо скажем не много примерно 0.05Дж
А вот откуда берется сигнал для диагностического разьема самому интересно

[mr_smit]

Сам дисплей пробовали запустить? Мне как раз скоро такой же с Ebay приедет.

[mrFox]

еще желательно после или перед D1 поставить резистор 100-200 Ом 1-2Вт, дальше уже стабилитрон и кондесатор стабилизатора
- он снимет часть тепловой нагрузки со стабилизатора и со входной емкостью стабилизатора будет образованн RC фильтр по питанию, что повысит защиту прибора от помех

[Champ]

Спойлер

Не было времени отписать, в схему внес некоторые изменения, но пока выкладывать не буду.

Сам дисплей пробовали запустить? Мне как раз скоро такой же с Ebay приедет.

Сам жду)
Сейчас бьюсь над выводом, на диагностический разъем, для считывания импульсов. И так, напряжение с IG- идет 13.5в. На сколько я понял нагрузкой коллектора Т1 является подтягивающий резистор на ножке 32 (INT0). В даташите сказано, что он может быть в пределах 30-50кОм. Изходя из этого мы можем посчитать коллекторный ток, затем и ток базы по формуле Iб = Ik / h21э. Получаем: Ik = Uпит. / Rпод. = 3.3 / 30000 = 0.00011А (110мкА), при Uпит. 3.3В и сопротивлении подтягивающего резистора 30кОм. Iб = Ik / h21э = 0.00011 / 150 = 0.73 мкА, где 150 - коэффициент усиления по току транзистора, взят примерно.
Я правильно делаю расчеты?

[phantom36]

я для "согласования" 12в сигналов тахометра и спидометра использовал буфер HCF4050, с частотами спидометра и тахометра его скорость даёт ничтожные погрешности, которые ровным счётом ни на что не влияют, на 3.3 вольта работал отлично, в применении простая как молоток.

[akl]

Я правильно делаю расчеты?

Правильно, только нужно учесть, что желательно в программе включить ещё и подтяжку на PB0(ICP1). Тогда токи увеличатся в 2 раза. А стабилитрон на 15V на входе после диода поставьте.

[SmarTrunk]

phantom36
Но ведь при питании 3,3 вольт у HCF4050 порог срабатывания будет около 2В, при входных импульсах амплитудой 12В - явно не оптимально получается, с точки зрения помехоустойчивости. Не проще резисторыми делителями уменьшить сигнал с 12 до 3В, или я чего-то не понимаю?

[phantom36]

phantom36
Но ведь при питании 3,3 вольт у HCF4050 порог срабатывания будет около 2В, при входных импульсах амплитудой 12В - явно не оптимально получается, с точки зрения помехоустойчивости. Не проще резисторыми делителями уменьшить сигнал с 12 до 3В, или я чего-то не понимаю?

скажу сразу, я далеко не претендую на то что мое мнение крайне профессиональное, чтобы меня тут опять палками не забили и сцаными тряпками не отмахали.
в таблице вроде было 3,5 указано если не ошибаюсь, да и с делителем если делать расчёт под принятые в машине с пакостями генератора >=18В чтобы вход меги не хапнул больше 3.3В то выйдет тот же ..., только в профиль, один хрен если на вход подать 3.5В как у 4050 то на выходе уже будут те же 0.6В, что для меги уже высокий уровень...

Спойлер

если туда конечно стабилитровнов не наприкручивать и прочих радостей, но с 4050 есть чёткая гарантия что если прикатит 30В то сдохнет она, а не вход меги, да и одна микруха под несколько входов лично мне удобнее чем куча делителей... ну, это моё личное мнение... ежели не прав - ткните носом. опыт штука полезная.

[phantom36]

кстати, есть вот такая вот хреновая, но всё же, схема комбинации приборов VDO для ВАЗ-2110, если кто понимает немецкий и может разобрать подписи - то можно использовать в вашей схеме. ибо конструкция отработанная годами. забыл я про неё совсем...


во вложении расколдованная схема одометра и спидометра ВАЗ-2110 VDO, подтяжка R7, R13 там явно внутренняя, но на полудурочном бейсике проще сделать резюками для симуляции запхал калибровки ВАЗовского датчика скорости 6 импульсов на метр пути, ну и стандартное 2 искры на один оборот...

[Champ]

Всем спасибо, по схеме пока закончил, схему оставил такой, как в моем предыдущем посте, только убрал стабилитрон D3, еще есть желание поменяю стабилизатор на более мощный, может посоветуете(для поверхностного монтажа)? Сейчас жду дисплей, посылка должна прийти с 25 декабря по 24 января, кстати сегодня получил лед ленту с китая, у которой расчетный срок доставки был 20дек. - 23янв., пришла за 20 дней, впервые так быстро!
Вряд ли конечно, но может кто-нибудь встречал модель для протеуса на OLED под SSD1306?