■ マイコン用 可変電源 の製作 ■


　マイコン回路には、3.3Vや5VのACアダプターの他に、乾電池で駆動する用途も多くあります。
　電池の電圧が変化した時の動作確認や、消費電流を測るためにも、電流計の付いた可変電源は必需品です。
　市販の安定化電源も各種販売されておりますが、マイコン回路の製作やテスト用に向けた、小型で手軽な可変電源を製作しました。
　
　電源の出力回路と計測の回路は独立しておりますので、シリアルデータ出力付きの電圧・電流計ユニットとしても利用が可能です。

　　○0.5V〜10Vの可変出力。
　　○出力容量1A。
　　○出力のON/OFFスイッチ。
　　○簡易の電圧値と電流値をデジタル表示。 （MAX-1AとMAX-10mAのレンジ切換）
　　○出力が3.3Vと5V以上出ている時に、注意を促す警告表示。 （供給側マイコンの保護）
　　○電圧値と電流値のシリアル出力。
　　○レギュレータICに搭載の、出力短絡保護と過熱保護。
　　○電流の最大値（ピーク値）を表示。 （追加機能）


回路の解説
　
１．電源回路
　
　・１２VのACアダプターから、出力と計測回路に電源を供給します。
　・計測用のAVRマイコンには、5Vの3端子レギュレータで5Vを供給します。

２．AVRとクロック
　
　・AVRマイコンはATtiny861A-PUを使用し、動作クロックは8MHzの内蔵RC発振器を使用して
　　います。
　・内蔵RC発振器は動作電圧が3Vで較正されているため、シリアル出力を使用する場合は、
　　ボーレートの誤差を減らすために、調整が必要になる場合があります。 （OSCCAL調整)

３．LCD表示回路
　
　・8文字×2行のキャラクタ液晶表示器 ACM0802C-NLW-BBHを使用します。
　・ケースによってLCDの取付位置を変えられるように、フラットケーブルで基板と接続します。
　・16文字×2行タイプは電源のピン配置が違いますので使用できません。
　　（LCDが故障しますので、絶対にフラットケーブルでは接続しないで下さい）

４．出力用の可変レギュレーター回路
　
　・Linear Technology社のLT3080ETを使用します。
　・電圧設定用のボリューム（10KΩ）で、0.5V〜10Vの電圧調整ができます。
　・電圧微調整のボリューム（500Ω）で、0.5Vの微調整ができます。
　・シリーズレギュレータ（負荷で電圧を降下）なので、必ず大きめの放熱器に取り付けて下さい。
　　（特に、出力に常時500mA以上を供給する場合は、大型の放熱器が必要です）
　
　・出力ON/OFFスイッチを取り付けることで、試験回路への電源供給をON/OFFできます。
　・電源供給中を示すLEDにより、試験回路への電源の切り忘れを防ぎます。
　　（使用するLEDにより、電流制限抵抗器の値（10KΩ）を調整して下さい）

５．電圧値と電流値の検出回路
　
　・電圧値は30KΩと10KΩの金属被膜抵抗器により、出力電圧を1/4にしてAVRマイコンの
　　A/Dコンバーターで計測しています。
　・AVRマイコン内蔵の基準電圧2.56Vを使用しますが、AVRの個体差による誤差がありますので、
　　後記の較正モードで較正すると、測定精度が上がります。
　
　・電流値は、高レンジ[H]で10mA〜1Aと低レンジ[L]で100μA〜10mAの測定をします。
　・[H]レンジでは、0.1Ωの抵抗器に発生する微少電圧（1mV〜100mV)をOPアンプで25倍に
　　増幅し、0.025V〜2.5Vの電圧をAVRマイコンのA/Dコンバーターで計測しています。
　・[L]レンジでは、10Ωと0.1Ωの抵抗器に発生する微少電圧（1mV〜100mV)をOPアンプで
　　25倍に増幅し、0.025V〜2.5Vの電圧をAVRマイコンのA/Dコンバーターで計測しています。
　
　・[L]レンジで計測中に高電流が流れた場合は、抵抗器を保護するために自動的に[H]レンジに
　　切り替わります。
　
　・可変レギュレーター部分を使用しなければ、シリアルデータ出力付きの電圧・電流計ユニット
　　としても使用することができます。 （測定可能電圧は10Vまで、入力耐圧は20Vまでです）

６．操作スイッチ
　
　・SW1（電流レンジ）で、電流の測定レンジを切り換えます。
　・SW2（PEAK）で、電流の最大値（ピーク値）を表示します。
　・SW3（CLEAR）で、電流の最大値（ピーク値）を初期化します。
　・また、SW2とSW3は、シリアル出力の送信間隔 および 内蔵基準電圧と内蔵RC発振器の較正
　　にも使用します。

７．シリアル出力
　
　・計測した電圧値と電流値・最大値を、シリアル出力からターミナル等の装置へ出力できます。
　・出力はロジックレベルなので、「RS-232C変換」や、「FT232RL USBシリアル変換モジュール」で、
　　パソコン等のターミナルに連続表示することができます。
　・通信パラメータは、下記の値で固定です。　（プログラム内で変更可能）
　　　9,600ボー、パリティー無し、データ・ビット 8、ストップビット 1
　・送信間隔は、1秒・10秒・1分・10分・1時間から選択できます。

８．ISP端子
　
　・AVRマイコンにプログラムを書き込むための、ISP (In-System Program)端子です。
　・シリアル出力端子と兼用です。


回 路 図 　GIF版　ComPowerCir.gif　(111KB) 　PDF版　ComPowerCir.pdf　(306KB)

部品配置図 　GIF版　ComPowerPcb.gif　(113KB) 部品表
アートワーク 　GIF版　ComPowerAW.gif　(34KB) 　
　
　　　注意！ この図面を使用した、いかなる損害にも責任を負いません。
プログラム 　テキスト形式 ソースファイル 　ComPower101.TXT　(22KB)
　ＢＡＳＣＯＭ-ＡＶＲ用 ソースファイル 　ComPower101.bas　(22KB)

　
○電流の最大値（ピーク値）表示機能を追加バージョン。
プログラム 　テキスト形式 ソースファイル 　ComPower111.TXT　(24KB)
　ＢＡＳＣＯＭ-ＡＶＲ用 ソースファイル
　（BASCOM-AVR（製品版）が必要です）		 　ComPower111.bas　(24KB)

注意！　著作権は放棄しておりませんので、販売や配布目的での使用は絶対にしないで下さい。
　　　　　　　（記事の無断転載を除き、個人での使用は可能です。 改変、自作品の掲載、リンクもご自由に。）



右側面
後面

左側面
底面

プリント基板
基板 部品面
基板 ハンダ面
大型の放熱器

LCDの加工
バックライト抵抗器
L型ピンヘッダ
内部配線
（前面視）
内部配線（後面視）
シリアル出力


AVRマイコン ATtiny861A-PUのヒューズ ビット設定
　
AVR ATtiny861Aのシステム クロックは、工場出荷時に内蔵RC発振器の8MHzで、1/8前置分周器がONに設定されていますので、AVRのヒューズ ビットを書き換える必要があります。

◎BASCOM-AVRでコンパイルして、「AVRISPmkII」の書き込みウィンドウを使用する場合は、
　　ヒューズ ビットが自動で変更されますから、以下の操作は不要です。

HEXファイルを使用する場合は、下記ページの書き換え方法 「６．」を、以下の様に変更して、ヒューズ ビットの書き換えを行って下さい。
　　　　ヒューズ ビット書き換え
　
　６．[ Fusebit H ] の右欄 [ 0:Divide clock by 8 ] をクリックすると、右側にプルダウンメニューが
　　　　現れますから、 [ 1:Divide clock by 1 ] を選択します。
　７．右側の [ Write FS ] ボタンをクリックすると書き換えが完了します。
　
　６．[ Fusebit LKJ ] の右欄 [ 111:Brown out Disabled ] をクリックすると、右側にプルダウン
　　　メニューが現れますから、 [ 100:Brown Out 4.3 V ] を選択します。
　７．右側の [ Write FSH ] ボタンをクリックすると書き換えが完了します。

「AVRWRT」 ライターの場合は、 AWRTf_ComPower.gif


製作について
　
・部品表は、部品の背が低い順に記載してありますので、この順番に取り付けて行きます。
　
・ジャンパー線は、すずメッキ線や被覆電線を使用して下さい。
・炭素皮膜抵抗器1/4Wは、４目 (2.54X4 = 10.16mm) ピッチで両端を折り曲げて取り付けます。
・出力表示に使用するLEDにより、電流制限抵抗器（10KΩ）の値を調整して下さい。
・金属皮膜抵抗器（誤差１％）の指定カ所は、指示を守って下さい。
・30KΩの代わりに10KΩを3本直列にできます。この場合は抵抗器を立てて取り付けて下さい。
・整流用ダイオードは、３目 (2.54X3 = 7.62mm) ピッチで両端を折り曲げて取り付けます。
　（100V1A程度の汎用品であれば、特性は問いません）
・OPアンプは、部品配置図の向きに合わせて取り付けて下さい。
・ICソケットは、必要に応じて取り付けます。（AVRマイコンを、直接ハンダ付けすることも可能です）
・半固定抵抗器は、秋月3362P-1やコパルCT-6EPなどが取り付け可能です。
・積層セラミックコンデンサーは、5.08mmピッチの物が取り付け可能です。
・トランジスタは、部品配置図の向きに合わせて取り付けて下さい。
・LCD用コネクターは、ハウジングタイプのヒロセ HIF3FC-14PA-2.54DSA、Linkman 217014SE
　または2列×7ピン(14Pin) ピンヘッダを使用して下さい。 （ピンヘッダは秋月LCDに付属あり）
・スイッチSW1（電流レンジ切り換え用）は、任意の押しボタンスイッチを選定して下さい。
・SW2とSW3は、電流の最大値（PEAK）表示と、シリアル出力の送信間隔 および 内蔵基準電圧と
　内蔵RC発振器の較正に使用しますので、任意の押しボタンスイッチを選定して下さい。
・小型リレー941H-2C-12Dは、基板穴の通りに取り付けます。
・メタルクラッド抵抗器 または セメント抵抗器は、28mmで両端を折り曲げて取り付けます。
・電解コンデンサは、極性に注意して下さい。
・三端子レギュレータは、型名が表記されている面を部品表に合わせて下さい。
・可変レギュレーターLT3080ETは、必ず放熱器に取り付けて下さい。
　（LT3080ETのネジ止め部分は、放熱器と導通しないようにシリコンラバーシートを敷き、
　プラネジまたは絶縁ワッシャーを使用して絶縁して下さい）
・出力に常時500mA以上を供給する場合は、大型の放熱器を使用して下さい。
　
・キャラクタ液晶表示器(LCD)は、LCDに付属の説明書通りにバックライト用の抵抗器を
　取り付けて下さい。
　付属の100Ωではライトが少し暗いので、51Ωに変更するか100Ωの2本並列をお勧めします。
・LCDには、14ピン オスL型　(2列×7ピン)のピンヘッダを、LCD表示面側に取り付けます。
　（裏面に取り付けると、フラットケーブルとのピン配置が逆になりLCDが故障します）
　
・ケース内の配線は、写真や部品配置図・回路図を参考にして下さい。
・DCジャックへの配線は、使用するACアダプターのプラグに合わせて下さい。



使用前の調整
　
１．LCDのコントラスト調整
　
　・ACアダプターの電源を入れて、LCDコントラスト調整用の半固定抵抗器を左右に回し、
　　LCDの文字がきれいに見える位置に調整して下さい。
　
２．AVR内蔵基準電圧の較正
　
　・電圧と電流値の測定には、AVRマイコン内蔵の基準電圧2.56Vを使用しますが、AVRの個体差
　　による誤差がありますので、較正モードで較正すると測定精度が上がります。　
　
　・[SW2]を押したままでACアダプターの電源を入れると、内蔵の基準電圧の較正モードに入ります。
　　（下記の画面が表示されたら、スイッチを離して下さい）
　・テスターや電圧計を使用して、部品配置図に記載の[Ref電圧]（AVRマイコン右側の0.1μF
　　コンデンサー両端）を測定し数値のメモをとって下さい。 （2.560V±10%の範囲です）
　　※通電中なので、ショートに注意して下さい。
　・測定した電圧値をLCD画面で設定して下さい。
　・[SW2] で、設定値が増加します。
　・[SW3] で、設定値が減少ます。
　・電流レンジスイッチ[SW1]を押すと、設定を終了します。
　・この設定は内蔵EEPROMに記憶されますので、電源を切った後も残されています。
　
　・内蔵基準電圧の誤差が大きいチップ（2.500V以下）の場合、上限の10Vを表示できない場合が
　　あります。 （[OVER]表示になりますが出力は10V出ています）
　・必要に応じてAVRチップを交換してください。
　
３．AVR内蔵RC発振器の周波数較正　（周波数カウンターが必要です）
　
　・AVR内蔵RC発振器は動作電圧が3Vで較正されているため、シリアル出力を使用する場合は、
　　ボーレートの誤差を減らすために調整をお勧めします。 （OSCCAL調整)
　
　・[SW3]を押したままでACアダプターの電源を入れると、AVR内蔵RC発振器の周波数較正モードに
　　入ります。
　　（下記の画面が表示されたら、スイッチを離して下さい）
　・シリアル出力端子（ISP端子の4ピンと6ピン）に周波数カウンターを接続して下さい。
　・100KHz前後のパルス信号が出ていますので、できるだけ100KHｚに近い値に調整して下さい。
　　（RC発振器なので、値は常に微変動しています）
　・[SW2] で、設定値が増加し周波数が上がります。
　・[SW3] で、設定値が減少し周波数が下がります。
　・電流レンジスイッチ[SW1]を押すと、設定を終了します。
　・この設定は内蔵EEPROMに記憶されますので、電源を切った後も残されています。
　
４．電流値検出アンプの較正
　
　・電流値は、電流検出の抵抗器に発生する微少電圧（1mV〜100mV)をOPアンプで25倍に
　　増幅し、0.025V〜2.5Vの電圧をAVRマイコンのA/Dコンバーターで計測しています。
　・抵抗器の消費電力（W数）が大きくなると、精度の良い品物は高価で入手も困難になります。
　・そこで、抵抗器の誤差分をOPアンプの増幅率（25倍）を微調整することで補います。
　
　○高レンジ[H]側の較正
　・出力端子（ターミナル）に、金属皮膜抵抗器100Ω 1/4W　（誤差1%）を2本並列に接続して
　　正確な50Ωの負荷を作ります。
　・出力電圧を5.00Vに設定します。 （この時、抵抗に流れている電流は100mAです）
　　※出力電圧を5V以上に上げないで下さい。抵抗器が過熱損傷（火傷）します。
　・部品配置図に記載の[H]レンジ ゲイン調整用の半固定抵抗器を回して、
　　LCD画面の電流値が100mAを表示する様に調整して下さい。
　
　○低レンジ[L]側の較正
　・出力端子（ターミナル）に、金属皮膜抵抗器10KΩ 1/4W　（誤差1%）を2本並列に接続して
　　正確な5KΩの負荷を作ります。
　・出力電圧を5.00Vに設定します。 （この時、抵抗に流れている電流は1mAです）
　・電流レンジスイッチ[SW1]を押して、低レンジ[L]に切り換えます。
　・部品配置図に記載の[L]レンジ ゲイン調整用の半固定抵抗器を回して、
　　LCD画面の電流値が1.00mAを表示する様に調整して下さい。
　
　・AVRマイコンの内蔵A/Dコンバーターは、特に低い数値で直線性が悪くなりますので、10〜20%の
　　誤差が出ます。 （安価なマイコンに付属のA/Dコンバーターなので妥協点です）



操 作 方 法
　
１．電源投入
　
　・ACアダプターの電源が入ると、測定回路、出力回路、共に動作を始めます。
　
　・電圧設定用のボリューム（10KΩ）で、0.5V〜10Vの電圧調整ができます。
　・電圧微調整のボリューム（500Ω）で、0.5Vの微調整ができます。
　・10.23Vを越えるとマイコンのA/Dコンバーターが上限に達するので[OVER]表示となります。

　・電流レンジスイッチ[SW1]を押したままでACアダプターの電源を入れると、現在のプログラム
　　バージョンが表示されます。
　
２．電流測定レンジの切り換え
　
　・電流レンジスイッチ[SW1]を押すたびに、高レンジ[H]10mA〜1Aと低レンジ[L]100μA〜10mAが
　　交互に切り替わります。
　・LCDの左下に、[H]と[L]の文字が表示されます。

　・ACアダプターの電源を入れた時は、高レンジ[H]になります。
　・低レンジ[L]で計測中に高電流が流れた場合は、抵抗器を保護するために自動的に
　　高レンジ[H]に切り替わります。
　・高レンジ[H]で計測中に電流値が6mA以下になっても、自動的に低レンジ[L]にはなりません。
　　（表示は0mAとなります）
　
３．出力電圧の注意表示
　
　・3.3V用のマイコン回路に電源を供給する場合、出力電圧を4V以上にすると、マイコン回路が
　　故障しますので、LCDの左上に[4]の反転文字が表示されて注意を促します。
　・5V用のマイコン回路に電源を供給する場合、出力電圧を6V以上にすると、マイコン回路が
　　故障しますので、LCDの左上に[6]の反転文字が点滅表示されて注意を促します。
　
　・マイコン回路に電源を供給する際や電圧を変動させる場合には、表示に注意して下さい。
　
４．測定値のシリアル出力
　
　・計測した電圧値と電流値・最大値を、シリアル出力からターミナル等の装置へ出力します。
　・出力はロジックレベルなので、「RS-232C変換」や、「FT232RL USBシリアル変換モジュール」で、
　　パソコン等のターミナルに連続表示することができます。
　・通信パラメータは、下記の値で固定です。　（プログラム内で変更可能）
　　　9,600ボー、パリティー無し、データ・ビット 8、ストップビット 1
　
　・[SW2] と [SW3] を同時に押すと、シリアル出力の送信間隔を設定できます。
　・送信間隔は、1秒・10秒・1分・10分・1時間から選択できます。
　・[SW2] で、設定値が増加します。
　・[SW3] で、設定値が減少ます。
　・電流レンジスイッチ[SW1]を押すと、設定を終了します。
　
　・この設定は内蔵EEPROMに記憶されますので、電源を切った後も残されています。
　
５．電流の最大値（ピーク値）表示　（追加機能）
　
　・[SW2]（PEAK）を押すと、電流の最大値（ピーク値）を表示します。
　・LCDの左下に、[P]の文字が点滅表示されます。
　・再度[SW2]を押すと、現在の電流値表示に戻ります。
　
　・SW3（CLEAR）を押すと、電流の最大値（ピーク値）が初期化(0)されます。
　
　・電流レンジスイッチ[SW1]でレンジを切り換えた場合は、最大値（ピーク値）も初期化(0)されます。

◎ このプリント基板と、書き込み済みAVRを、実費頒布しております。
　
　　● 基板・部品の頒布室 ●



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