Мультиметр Vici VC99 (Vichy VC99) - Модернизация.

Данный обзор будет посвящён исключительно доработке всем известного Автомат-Мультиметра Vici VC99 (он же Vichy VC99). То, что Вы читаете дорогие читатели — это даже не обзор вообще, а статья… НО, думаю она будет Вам интересна.
ВНИМАНИЕ!!! — ОЧЕНЬ БОЛЬШОЙ ТРАФИК.

Так как я Радиолюбитель (пусть и не важный… плохой) — то для меня, наличие мультиметра в доме является обязательным атрибутом. Без данного измерительного прибора как без рук.
С детства я привык ко стрелочным мультиметрам и эта привычка (а может и любовь) осталась со мной до сих пор. Раньше (когда они массово стали появляться на прилавках) цифровые мультиметры мне были не интересны… к ним у меня было пренебрежительное отношение, особенно после того когда однажды купив дешёвый — случайно его сжег ковыряя автотрансформатор (замерял напряжение забыв переключить с режима измерения сопротивлений). И умер это мультиметр окончательно и бесповоротно (вышибло АЦП в общем), после этого я решил, что такие не ремонто-пригодные приборы мне ни к чему… тем более с кляксой вместо нормального корпусированного АЦП чипа (терпеть не могу эти кляксы). Хотя, согласен — такое мнение о цифровых мультиметрах ошибочно, ведь оно основано на дешёвом приборе, а серьёзных цифровых у меня не было.

Но так как техника сейчас всё сложнее, а измерения должны быть всё точнее — то стало не хватать стрелочного мультиметра и мне стал необходим более-менее сносный цифровой мультиметр. Тем более с появлением автомат-мультиметров моё отношение к ним поменялось ( ну приглянулись мне автоматы :) ). И тогда я стал изучать обзоры этих автоматических измерительных приборов.
И вот перелопатив кучу обзоров, статей, видео — я остановился на двух приборах: Unit UT61E и Vichy VC99 (он же Vici VC99). Почему именно на этих двух? Потому, что, во-первых они соответствовали моим требованиям:

, а во вторых укладывались в бюджет «не более 3000 рублей»
Я долго не мог выбрать, кого же взять из этих двух измерительных приборов. Unit UT61E — точнее быстрее серьёзнее, но без режимов hFE (коэффициент усиления транзистора) и измерения температуры… к тому же дороже. Vichy VC99 — дешевле, присутствуют режимы hFE и измерения температуры, но менее точен… к тому же медлителен.

Пока выбирал, на глаза попался карманный малыш — мультиметр «UNIT UT120C». В общем, мне очень захотелось его приобрести… а что!? — маленький, лёгкий, компактный, может быть всегда под рукой. В итоге выбор был сделан в пользу Vichy VC99 и UNIT UT120C, как раз и в сумму уложился (ещё и на мелочёвку осталось).
Когда заказывал не обратил внимания, что оба прибора покупаю у одного и того же продавца, узнал когда они оказались в корзине.
Шёл заказ ко мне около 20 дней, пришёл в жёлтом пупырчатом конверте. Вот что пришло:




Описывать характеристики Vici VC99 не буду, о нём уже много обзоров написано… например, тут: mySKU.me/blog/aliexpress/5822.html

Как оказалось приборы неплохие, и стоят своих денег. Vichy VC99 действительно медлителен (карманный «UNIT UT120C» шустрее), но работает хорошо.

И вот спустя некоторое время не активного пользования VC99 я вспомнил про вышеупомянутый обзор, где в комментариях было сказано что его можно улучшить —


И тут всё закрутилось. Нет, не то что бы меня не устраивал Vici VC99 — просто интересно было помутузить его… узнать его предельные возможности. Да и вообще интересно было поковыряться для себя.

Итак, первым делом я занялся подсветкой.
Исходя из комментария о подсветке VC99, штатное управление подсветкой в процессоре с АЦП (FS9922-DMM4) реализовано следующим образом: — При долгом нажатии кнопки (до второго писка) «HOLD» на выводе 74 процессора мультиметра появляется высокий уровень (2.5В), НО появляется он всего на считанные секунды… секунд 10. То есть, если бы подсветка была полностью реализована в данном мультиметре (Vici VC99), то она светилась бы около 10 секунд. Если подсветка нужна на более продолжительное время — нужно постоянно через каждые 10 секунд жать кнопку «HOLD», а про постоянно включенную подсветку можно забыть. ( Ужас, кто вообще такое время свечения подсветки придумал… что можно сделать за 10 секунд!?)
Такая штатная реализация подсветки в чипе FS9922-DMM4 мне не понравилась. Согласен — что используя это дело как есть, и прицепив всего один транзисторный ключик можно получить подсветку… но это не подсветка получиться, а её подобие какое то.
Неет, тут надо как то по другому подсветку реализовывать, так, чтоб можно было включить подсветку до тех пор пока сам её не выключишь.
Так как городить подсветку на микроконтроллере я не хотел — у меня нет знаний написания программ (с микроконтроллерами я знаком, но знаком так — здрасте/досвидания = Считать-сохранить-прошить), я решил реализовать подсветку на ТТЛ логике. Но просто на логике в обход процессора пришлось бы выводить отдельную кнопку для подсветки, а это не желательно.

Задачка решилась просто. Если правильно применить недостаток штатной подсветки (высокий уровень (2.5 В на 74 выводе процессора появляется на 10 секунд) и использовать T-триггер, то у нас получиться нормальная подсветка, которая будет светить столько времени — сколько надо.
Примечание:

«Т-триггер
Другое название – счетные триггеры, на основе которых создают двоичные счетчики и делители частоты. Триггеры такого типа имеют только один вход. Принцип его работы – когда импульс поступает на вход тригерра, его состояние меняется на противоположное, при поступлении второго импульса – возвращается в исходное.»

Готового Т-триггера у меня не нашлось, но это не проблема — такой триггер можно сделать из D-триггера, который у меня в наличии имелся (Честно говоря Т-триггер можно сделать не только из D-триггера, но из любого другого — RS триггера, JK триггера):

Примечание:

К561ТМ2 представляет собой два двухступенчатых
(master-slave) D-триггера со входами асинхронной установки и
сброса и противофазными выходами.

Соединив выводы «D» и "/Q" микросхемы К561ТМ2 и подавая импульсы (высокого уровня) на вывод «C» — мы получим T-триггер (Счетный триггер):


Принцип работы подсветки следующий:

Триггер D 1.2 включен по схеме с делением на два. Это означает что каждый приходящий импульс по счётному входу «С» (вывод 11 триггера D 1.2) будет приводить к изменению логического уровня на прямом выходе 13 и инверсном 12 на противоположное. Анод Светодиодной подсветки «LIGHT LED» через токоограничительный резистор подключен к питанию 3В. Катод к коллектору транзистора VT КТ315. При включении питания — резистор R 50К и конденсатор C 0.1 формируют сигнал сброса на входе 10. Буковка «R» рядом с выводом на схеме — это сокращение слова RESET (сброс). Формирование сигнала сброса приводит к установке лог.0 на выходе 13 и лог.1 на выходе 12. Так как на выходе 13 низкий уровень, транзистор VT КТ315 заперт и ток через его переход эмиттер-коллектор не течёт (Светодиодная подсветка «LIGHT LED» при этом естественно не зажигается). При долгом нажатии кнопки «HOLD» (до второго писка) на 74 ноге процессора мультиметра появляется около 2,5 вольт, которое поступает на вход триггера и триггер изменяет состояние на своих выходах. Теперь на выходе 13 лог.1, а на выходе 12 лог.0. При этом высокий уровень на выходе 13 откроет транзистор и через его переход эмиттер-коллектор потечёт ток (Светодиодная подсветка «LIGHT LED» при этом загорится).

Так как высокий уровень (2,5 В) идущий с 74 вывода процессора будет поступать на вход триггера «С» в течение 10 секунд, повторное долгое нажатие кнопки «HOLD» возможно не раньше чем через 10 секунд. По истечении этого времени на выводе микроконтроллера высокий уровень изменится на низкий и триггер будет готов к приходу нового импульса (высокого уровня), который снова поступит на вход триггера и триггер снова изменит состояние на своих выходах. И теперь уже на выходе 13 будет лог.0, а на выходе 12 лог.1. Низкий уровень на выводе 13 закроет транзистор и через его переход эмиттер-коллектор перестанет течь ток (Светодиодная подсветка «LIGHT LED» при этом погаснет). Но эта задержка мне не мешает, так как, включив подсветку по необходимости – вряд ли кто выключит её раньше чем через 10 секунд.



Итог работы подсветки:









Узел управления подсветки:


Когда с подсветкой было закончено, я перешёл к вопросу ускорения работы мультиметра.
Первым делом были заменены вышеупомянутые конденсаторы (C7, C16, C17) в обвязке процессора с АЦП, но они особого эффекта не дали. Тогда я занялся изучением технических характеристик АЦП чипа и чтением форумов, в поиске хоть какой-то нужной информации.


И поиск дал кое, какие результаты:
topmods.net/articles?id=43
— тут статья «Универсальный разгон мультиметра тестера» в которой человеку удалось сделать разгон посредством подбора конденсатора в частотозадающей RC-цепочке АЦП.

В моём случае частоту работы процессора задаёт кварцевый резонатор на 4 МГц. И у меня появилась мысль — а что если заменить 4 МГц кварц, на 8 МГЦ!? Ведь по идее при увеличении частоты АЦП должен зашевелиться шустрее (в данном случае в два раза)!?
Сказано — сделано:

, после замены кварца мультиметр действительно зашевелился в два раза быстрее. Диапазоны пределов перебирает быстро (в два раза быстрее). Устаканивается ещё быстрее. Обновление цифр на экране стало в два раза быстрее. Аналоговая шкала зашевелилась и стала как живой.
Точность показаний: Напряжение, ток, сопротивление, температура — без изменений… измеряет всё правильно.
НО вот Измерение частоты и ёмкости конденсаторов стало врать в два раза (частоту занижает в два раза, а емкость завышает в два раза), что меня конечно огорчило.
Такую закавыку просто так не исправить, так как для этого нужно править коэффициент деления отсчётов в мозгах процессора, а это — не выполнимая операция.

Пораскинув серым веществом (спасибо котам сайта РадиоКот за дельные советы и консультацию) в итоге решил реализовать функцию переключения кварцевых резонаторов.
Почему нельзя было повесить управление переключения кварцев (режим скорости работы мультиметра… эдакий режим «Турбо») как дополнительную функцию на одну из имеющихся кнопок (MAX-MIN, Hz-DUTY, REL, HOLD, RANGE, DC-AC), как например это было сделано здесь?:
we.easyelectronics.ru/ACE/dorabotka-napilnikom-multimetra-ut61e.html
— Да потому что для этого понадобился бы дополнительный микроконтроллер — НО такого, который автор статьи применил у меня не было, а писать или портировать на другой имеющийся микроконтроллер — я не умею (Как я уже писал выше).
В итоге, было решено вывести отдельную функциональную кнопку, а узел управления выполнить на оставшейся без дела второй половинке D-тригера К561ТМ2 (очень удобно, лишнего ничего городить не пришлось).

«Многие зададутся вопросом — А зачем вообще это нужно, не заработал нормально с 8 МГц кварцем, то и не зачем огород с переключениями городить… всё равно нормально этим пользоваться не получиться? Отвечаю: Очень даже нормально пользоваться… мало того очень удобно — если понадобиться например сортировать резисторы и прочие компоненты то — переключаемся на повышенную частоту работы (штатная медлительность при сортировке это основная проблема VC99), если нужны будут режимы „Частотомер“ и „Измеритель ёмкости“ то переключаемся на нормальную частоту (штатную). А вообще эти два режима нужны не так часто, к тому же, высокая скорость работы частотомеру ни к чему (хватает и штатной скорости).

Осталось придумать исполнительный узел, который собственно и будет переключать кварцы. Исходя из того что сам коммутационный узел кварцевых резонаторов должен находиться непосредственно у ног процессора мультиметра (иначе о нормальном тактировании не могло быть и речи), а сам процессор находится непосредственно под дисплеем (а места под ним не так много) — то этот узел должен быть малогабаритным. Мало того, возникала ещё одна проблема которую я упустил — в момент переключении кварцев процессор мог зависать, то есть нужно было как то реализовать программный сброс (Reset)… но решение этой задачи я оставил на потом (после того как определиться коммутационный узел).
Снова покопавшись в интернете, было найдено простое и гениальное схемное решение, которое не только позволило реализовать переключение кварцев при помощи коммутатора, НО и обойтись без программного сброса (Reset) процессора мультиметра (что существенно упростило модернизацию).
Вот схема подключения кварца до переделки:

А вот после:


На роль коммутатора более- менее подходили:
Четырехканальный коммутатор CD4066 (аналог К561КТ3):
Datasheet: pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/26881/TI/CD4066B.html

и герконовое реле:


Но CD4066 у меня не было. К тому же его входная ёмкость (Input Capacitance) = 7.5pF (как оказалось), а эта ёмкость могла влиять на генерацию, что могло привести к проблемам запуска задающего генератора,… но не факт)
Зато в загашнике у меня нашлись вот такие герконовые релюшки:

Характеристики герконовых реле серии TRR:
pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/116724/ETC1/TRR1AXXX.html
Характеристики герконовых реле серии EDR:
pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/114243/ETC1/EDR201A0500Z.html

Из них хорошо подходил TRR1A05D00 (И хотя по паспорту он на 5 Вольт — прекрасно работает и от 3 Вольт).
Как же будет работать узел управления? — да также как и узел управления подсветки, но с небольшими изменениями в схеме:
1) Добавляется кнопка (то есть, если в подсветке: импульс идущий с процессора создавал перепад напряжения на входе триггера „С“ — то здесь этот перепад напряжения будет создавать отдельная кнопка).
2) Добавляется простенькая защита от дребезга.
Принцип работы:

Триггер D 1.1 включен по схеме с делением на два. Это означает что каждый приходящий импульс по счётному входу „С“ (вывод 3 тригера D 1.1) будет приводить к изменению логического уровня на прямом выходе 1 и инверсном 2 на противоположное. При включении питания — резистор R 50К и конденсатор C 0.1 формируют сигнал сброса на входе 4. Формирование сигнала сброса приводит к установке лог.0 на выходе 1 и лог.1 на выходе 2. Так как на выходе 1 низкий уровень, транзистор VT КТ315 заперт и ток через его переход эмиттер-коллектор не течёт. Герконовое реле при этом остаётся в разомкнутом состоянии, а АЦП мультиметра тактируется от штатного 4 МГц кварца. Светодиод „D“ (который служит для индикации режима скорости работы) не светится, так как ток через него тоже не течёт. После нажатия кнопки, на входе триггера „С“ формируется перепад напряжения и триггер изменяет состояние на своих выходах. Теперь на выходе 1 лог.1, а на выходе 2 лог.0. При этом высокий уровень на выходе 1 откроет транзистор и через его переход эмиттер-коллектор потечёт ток. Контакты герконового реле замкнуться (подключив кварц на 8 МГц) и АЦП мультиметра начнёт тактироваться от 8 МГц кварца. Светодиод „D“ начинает светиться, так как через него потёк ток. Очередное нажатие кнопки снова сформирует перепад напряжения на входе триггера „С“ и триггер снова изменяет состояние на своих выходах. И теперь уже на выходе 1 будет лог.0, а на выходе 2 лог.1. Низкий уровень на выводе 1 закроет транзистор и через его переход эмиттер-коллектор перестанет течь ток. Герконовое реле разомкнётся, а АЦП мультиметра снова начнёт тактироваться от штатного 4 МГц кварца. Так как через светодиод „D“ток перестанет течь, то он потухнет.

Пайка и компоновка узлов (узел управления, узел коммутации, плату с кнопкой и светодиодом) заняла достаточное количество времени, но я же никуда не торопился. Вот что получилось:




Но, до сверления отверстия в корпусе мультиметра под кнопку — дело не дошло (это пришлось отложить на завершающий этап сборки). Решил (раз уж занялся модернизацией) до кучи — переделать питание мультиметра (перевести его на питание от Литий-ионного аккумулятора), а так же сделать мультиметру возможность передачи данных на ПК (Мало ли, вдруг пригодиться). Эти две доработки я делал практически одновременно.

Для того чтобы переделать питание — мне потребовались:
Литий-ионный аккумулятор форм-фактора 16650, ёмкостью 2000 мАч (18650 может не влезть по толщине).
Гнездо зарядки.
Разъёмы (для аккумулятора).
Светодиоды (красный и зелёный)
И платка контроллер заряда литий-ионного аккумулятора (платка стандартная, с защитой):

Сам контроллер на базе микросхемы tp4056. Куплен была на Али, ссылку привести не могу так как страницы этого магазина не существует… но думаю если кому надо, то такой контроллер с защитой Вы сами сможете найти. Например, тут:
aliexpress.com/store/product/1Pcs-High-Quality-5V-18650-Lithium-Battery-Charging-Board-Micro-USB-1A-Charger-Module-Drop-Shipping/336447_32290456683.html

Первым делом начал с переделки батарейного отсека под литий-ионный аккумулятор:





Потом принялся за установку платки контроллера заряда. Припаял провода (microUSB гнездо выпаивать не стал — решил пусть остаётся… не мешает же, авось пригодиться):



Далее принялся за реализацию возможности передачи данные на ПК. Вывел порт «RS232 Output» с процессора FS9922 DMM4 (92 вывод. Жёлтый провод):





На роль преобразователя портов (USB в RS-232 TTL) решил использовать всем известный ftdi232.
Согласен что ФТ232 много для односторонней передачи (данный чип может намного больше), Но он всё равно валялся без дела… к тому же клон китайский, который пришлось восстанавливать (Проблема не очень большая, если знать что нельзя ставить свежие драйвера на этот контроллер). В общем, было не жалко (есть у меня и оригинальная ФТ232 — но её я оставил на всякий пожарный).
Доработанная платка преобразователя портов (ftdi232) с гальванической развязкой (Приёмник собран на ИК фотодиоде с простенькой схемой усилителя на одном транзисторе):




Подготовил место (а именно вырезал посадочное место) для установки доработанной платки преобразователя портов (ftdi232). Просверлил отверстия для гнезда зарядки/внешнего питания и светодиодов:



Перед подготовкой посадочного места решил снять экранную фольгу (что бы не повредилась), но нормально она не отклеилась и фольгу пришлось содрать (это не фольга, а чёрт знает что… сделал новую экранную защиту):



Установил доработанную платку преобразователя портов (ftdi232) в посадочное место, зафиксировал клеем. Установил гнездо зарядки и светодиоды… развёл/уложил провода:





Кстати, предчувствуя ваши вопросы по поводу двух светодиодов индикации заряда и отдельного гнезда зарядки: — Изначально хотел (планировал) поставить двухцветный светодиод (чтоб лишних отверстий не было), но не было у меня в наличии двухцветного светодиода с общим анодом (вот с общим катодом целая горсть). Поэтому пришлось применить два раздельных светодиода.
Тоже самое касается и отдельного гнезда зарядки/внешнего питания — планировалось обойтись одним miniUSB гнездом (как для передачи данных, так и для зарядки аккумулятора), но потом решил что отдельное гнездо питания/зарядки безопаснее для ПК (полная развязка: как по передаче данных, так и по питанию). Не было желания мудрить с развязкой при питании/зарядки от miniUSB, а без развязки не дай бог что — контроллеру портов USB на ПК будет кирдык (в лучшем случае). Поэтому опосля решил поставить отдельное гнездо для питания/зарядки — так спокойней/безопаснее… Да и заряжать я думаю не часто потребуется.

Далее занялся ИК передатчиком передачи данных (Собран на ИК светодиоде с простенькой схемой усилителя на одном транзисторе):


На этом работа над доработкой электроники была закончена (да и сама модернизация в целом была завершена). Оставалось только просверлить отверстия для кнопки и светодиода на панели управления. А просверлить/вырезать — нужно было максимально аккуратно, дабы не портить эстетичный внешний вид:



А также вырезать отверстия/прорези в защитном силиконовом бампере под все разъёмы и светодиоды:



Ну вот и всё. Модернизация автомат-мультиметра Vici VC99 успешно выполнена. Не так то всё и сложно, как могло показаться на первый взгляд :)))


Мультиметр с включённой подсветкой (долгое удержание кнопки „HOLD“ до второго писка):




Мультиметр с выключенной подсветкой (долгое удержание кнопки „HOLD“ до второго писка):




Мультиметр с включённой подсветкой и режимом „ТУРБО“ (высокая скорость работы):


Индикация зарядки —
Во время зарядки горит красный светодиод:


По окончании зарядки горит зелёный светодиод:


Во время передачи данных на ПК. Мигает светодиод (При включённом на мультиметре режиме RS232. Долгое удержание кнопки „REL“ до писка):


Несмотря на то, что во время режима передачи данных на дисплее появляется соответствующий значок «RS232» (вроде бы в светодиоде индикации передачи данных нет необходимости) — я всё же решил этот светодиод задействовать. Данный индикатор позволяет визуально видеть передачу (Мне так спокойней. Если что то… на каком то ПК… программа с мультиком не будет работать — то я буду видеть что проблема не в мультиметре и не в конверторе RS232-USB).



Программы работающие с этим мультиметром (Работающие с чипом FS9922-DMM4) — UT61C_D V3.03 (5999):


UT61B V3.03 (3999):


dmm v1:



UltraDMM V 1.0.5:



Все программы работающие с мультиметром VC99, проверялись на ОС Windows 7 64
На всякий случай, если будете работать с программами (в связке с мультиметром) на 64 битной ОС — сделайте исправление неполадок совместимости ОС (совместимость с 32 битной ОС)

Программу UT61C_D V3.03 — можно скачать здесь (уж не знаю что это за ресурс):
ut61cd-interface-program.software.informer.com/download/?cf12277f=

Программу DMM V.1 — можно скачать здесь:
www-user.tu-chemnitz.de/~ygu/hs/UNI-T/dmm.zip

UltraDMM V 1.0.5:
www.ultradmm.com/

Много чего интересного можно найти здесь:
www-user.tu-chemnitz.de/~ygu/hs/UNI-T/

Ну и напоследок схема мультиметра Vici VC99 после доработки (Красным — то что добавлено):

Скачать модернизированную схему мультиметра Vici VC99 можно здесь:
radiokot.ru/forum/download/file.php?id=218257

Хочу сделать небольшое уточнение и пояснение по схеме:
1) Диод я вставил после аккума не зря — дело в том что процессор мультиметра информирует о разряде батареи при напряжении ниже 2.5 В, а так как для аккума разряд до 2.5 губителен (да и уже поздно об этом информировать) вставил диод (падение около 0.5-0.6 В). В итоге когда процессор фиксирует напряжение на входе ниже 2.5 Вольта и информирует об этом, на аккуме на самом деле около 3 Вольт (что более менее нормально для данного аккума)
2) То герконовое реле что я применил — запитывать нужно до диода (в схеме это не отмечено… забыл). Дело в том, что применённое герконовое реле рассчитано на питание 5 Вольт, а я его запитал от 3-х Вольт (3.5 В). Но, не смотря на такое нештатное для реле питание — оно нормально работает (переключает) вплоть до 2,7 Вольта. Если включить до диода — то реле нормально будет отрабатывать вплоть до разрядки аккума (до момента, когда процессор мультиметра об этом проинформирует).

Видео работы модернизированного мультиметра — Режим измерение сопротивления (видео конечно не очень, но в будущем могу добавить другое видео):


Функция подсветки:



Для сравнения — Модернизированный Vici VC99 с моим любимым стрелочным мультиметром:



Что же в итоге я получил (потратив кучу времени и усилий) от модернизации:
1) Подсветку
2)»Турбо" режим
3) Аккумуляторное питание со встроенной зарядкой
4) Вывод данных на ПК
И самое главное
5) Полезный опыт.

Спасибо что дочитали до конца. Никого ни к чему не принуждаю, но может быть, кому-нибудь, данный материал будет полезен.