Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Zamiana napięć ujemnych na dodatnie

pawewlS_21 29 Maj 2006 18:31 3183 12
  • #1 29 Maj 2006 18:31
    pawewlS_21
    Poziom 10  

    Witam.
    Obecnie walczę z następującym problemem: układ pomiarowy daje mi naprzemian dodatnie i ujemne napięcia.Te napięcia chcę zamianić na postać cyfrową za pomocą przetwornika A/C (wewnętrznego) w ATmega16.I w tym momencie zaczynają się schody bo ATmega nie chce przetwarzać napięć ujemnych.Czy jest jakieś proste układowo rozwiązanie tego problemu, żeby można było zamienić napięcia ujemne na dodatnie aby przetwornik mógł je przetworzyć.Zaznacze jeszcze że układ zamieniający napięcie nie może zmieniać wartości tego napięcia.Dziękuję za wszystkie podpowiedzi.

    0 12
  • #2 29 Maj 2006 18:35
    crazy_phisic
    VIP Zasłużony dla elektroda

    musisz przesunąć poziom zera na wzmacniaczu operwacyjnym. Jaki zakres napięć wejściowych?

    0
  • #3 29 Maj 2006 18:43
    pawewlS_21
    Poziom 10  

    Zakres napięć od -4 V do +4V

    0
  • #4 29 Maj 2006 18:50
    lbugiera
    Poziom 21  

    No to bez zmniejszenia napięcia, np podzielenia przez 2, nie da rady. Oczywiscie jeśli chodzi o wew, A/C. Chyba że zastosujesz jakis zewnętrzny.

    Boogie

    0
  • #5 30 Maj 2006 11:38
    kamyczek
    Poziom 34  

    Propozycja kolegi Ibugiera bardzo trafna tyle ze stracimy na rozdzielczosci w najlepszym przypadku połowę dodatkowo należało by zastosować Uref=4.096V to praktycznie wykorzystało by do maxa przetwornik (teoretycznie dało by to możliwość pomiaru przy 10bitowym a/c z dokładnościa do 8mV jednak należy zastosować precyzyjny wzmacniacz operacyjny i precyzyjny dzielnik napięcia wesciowego . Alternatywa może być zastosowanie przetwornika który dokonuje pomiarów napięć z zakresu +/- .

    0
  • #6 30 Maj 2006 13:32
    cyberdar
    Poziom 31  

    Witam

    Od biedy da się to zrobić bez wykorzystania wzmacniacza operacyjnego. Wystarczą dwa oporniki, na których robi się tzw. sumator. Do jednego wejścia podłączasz napięcie +2.5V a drugie wejście jest wejściem pomiarowym. Zakres mierzonych napięć to +/- 2.5V. Z uwagi odnośnie rozdzielczości trzeba się zgodzić jednak czy autorowi postu potrzebna jest większa rozdzielczość ? Jeśli tak to bez zewnętrznego przetwornika o odpowiedniej rozdzielczości lub odpowiednim napięciu wejściowym się nie obejdzie.

    --
    pozdrawiam

    0
  • Pomocny post
    #7 30 Maj 2006 14:42
    lbugiera
    Poziom 21  

    kamyczek napisał:
    Propozycja kolegi Ibugiera bardzo trafna tyle ze stracimy na rozdzielczosci w najlepszym przypadku połowę dodatkowo należało by zastosować Uref=4.096V to praktycznie wykorzystało by do maxa przetwornik (teoretycznie dało by to możliwość pomiaru przy 10bitowym a/c z dokładnościa do 8mV jednak należy zastosować precyzyjny wzmacniacz operacyjny i precyzyjny dzielnik napięcia wesciowego . Alternatywa może być zastosowanie przetwornika który dokonuje pomiarów napięć z zakresu +/- .


    Nie bardzo rozumiem jak można w ten sopsób starcić aż połowę na rozdzielczości.

    cyberdar napisał:

    Od biedy da się to zrobić bez wykorzystania wzmacniacza operacyjnego. Wystarczą dwa oporniki, na których robi się tzw. sumator. Do jednego wejścia podłączasz napięcie +2.5V a drugie wejście jest wejściem pomiarowym. Zakres mierzonych napięć to +/- 2.5V.


    Podanie -2,5V/+2,5V na A/C AVR'a, nie jest możliwe, ponieważ on może mierzyc tylko od 0 do Vref.
    Ale podsunołeś mi pomysł (rozwinięcie twojego) :

    1. Robimy dzielnik np. 2 rezystory 10k 1% i podłączamy go do 5V (zkałdam, że AVR jest zasilany z 5V)
    2. Otrzymujemy w ten sposób źródło napięciowe 2,5V o rezystancji wyjściowej 5k.
    3. Teraz bierzemy trzeci rezystor. Podłaczamy jednym końcem do naszego źródła (dzielnika), a na drugi dajemy sygnał pomiarowy.
    4. Teraz trzeba tak dobrać wartość tego trzeciego rezystora, aby po podaniu sygnału -4V nań otrzymać na dzielniku 0V, oraz dla 4V otrzymac na dzielniku 5V.
    5. Liczymy 2,5V/5k=4V/R3; R3=4V/2,5V*5k=1.6*5k=8k;
    6. Z tego wynika, że rezystor trzeci ma być 0.8 wartości rezystora(ów) tworzacych dzielnik. (dla źródła 5V)
    Czyli trzeba by w takim przypadku wziąść rezystor 8k i taki zestaw trzech rezystorów, przekształci nam przedział od -4V do 4V na przedział od 0V do 5V.

    Oczywiście źródło sygnału mierzonego, w takim przypdaku, musi sie dac troche obciążyć. Podane wartości rezystorów są troche małe, lepiej wziąśc 10 razy większe. Bo jeśli źródło sygnału nie da sie obciążyć, to wtedy zewnętrzny przetwornik albo wzmacniacz operacyjny.

    Co do dokładnośći : Poleganie na stablizatorze 5V, jako źródle odniesienia, to nie najlepszy pomysł. Trzeba by tu zastosować jakieś precyzyjne źródło napięciowe. Rezystory powinny być jak najdokładniejsze, max 1%.

    EDIT:
    Temat już zamknęty, ale sie poprawie. Walnąłem się w obliczeniach, ponieważ taki dzielnik jak dobrałem, nie przekształci (-4 , +4)V na (0 , 5)V, ale na (0 , 3.07)V. Można to tak zrobić, ale dodatkwoo, trzeba będzie wszystko przeliczać, i im bliżej do 4V tym mniejsza dokładność pomiaru.

    Powodzenia
    Boogie

    0
  • #8 30 Maj 2006 18:57
    pawewlS_21
    Poziom 10  

    Postanowiłem wykorzystać zewnętrzny przetwornik A/C.Tym samym zwiększy się dokładność pomiaru i rozwiąże problem ujemnych napięć.Obecnie walczę z transmiją SPI gdyż posiadam dość profesjonalny przetwornikAD7718 który wymaga odpowiedniego ustawienia wew. rejetrów i kalibracji.Ale o tym może napiszę w kolejnym temacie.

    0
  • #9 31 Maj 2006 22:58
    cyberdar
    Poziom 31  

    Witam

    Moja koncepcja jest słuszna :) jednak zapomniałem dodać, że po zsumowaniu napięć trzeba je pomnożyć przez dwa (względnie dać napięcie referencyjne 2.5V). Poza tym wszystko musi działać.

    --
    pozdrawiam

    0
  • #10 04 Cze 2006 19:44
    pawewlS_21
    Poziom 10  

    Witam
    Schemat mojego układu zamieściłem na rysunku A.
    Zamiana napięć ujemnych na dodatnie
    Układ pomiarowy daje na przemian +/-napięcia.Napięcia są przetwarzane przez A/C (AD7718).Wyjście OUT1 jest połączone z AIN1 zaś OUT2 z AIN5.Przetwornik posiada wejścia różnicowe AIN1/AIN2 i AIN5/AIN6. Z portów PC1.0 i PC1.1 sterujemy układem pomiarowym (PC1.0 stan niski PC1.1 stan wysoki lub PC1.0 stan wysoki PC1.1 stan niski).Ostatecznie uP przelicza próbki na napięcia i wynik wyświetla na LCD.Problem jest w tym ze układ nie mierzy napięć ujemnych; napięcia dodatnie są mierzone poprawnie.Zrobiłem jeszcze kilka eksperymentów z baterią rysunki B-F.
    Na rys F podłaczyłem baterię bezpośrednio do wejścia różnicowego i otrzymalem napiecie 1,19V (mniejsze o około 220mV od faktycznego napięcia zmierzonego multimetrem)Dlaczego? Podłączając baterię jak na rys D otrzymałem prawidłowe napięcie 1.41V.
    Wracając do mojego układu nie było by problemu,gdyby napięcia z układu pomiarowego były albo dodatnie albo ujemne.Wtedy mozna podłączyć układ jak baterię na rys D lub B.Ale układ daj na przemian +/- i trzeba zmieniać podłączenie masy co jest klopotliwe.Czy jest jakieś rozwiązanie tego problemu aby układ mierzył dodatnie jak i ujemne napięcia.

    0
  • #11 05 Cze 2006 00:12
    fotonn
    Poziom 28  

    Problem w tym, że na wejścia AIN układu AD7718 nie możesz podawać napięć niższych niż +100mV w stosunku do potencjału AGND (czyli u Ciebie 0V). Jeśli masę analogową (AGND) podłączysz do plusa bateryjki, to jej ujemny biegun daje na drugie z wejść AIN właśnie napięcie niższe od ptencjału tej masy, czego układ nie mierzy.

    Co do 1,19V w układu z rys. F, to pewnie chodzi o to, że przetwornik nie ma do czego odnieść bezwzględnych wartości mierzonych napięć, odnosi je więc do swojej masy, co pewnie powoduje przepływ prądu i spadek napięcia na jakiejś diodzie zabezpieczającej, umieszczonej wewnątrz, na wejsciu przetwornika. Ale na 100% pewien nie jestem.

    Być może, dla poprawnej współpracy z układem pomiarowym, tj. zachowania możliwości sterowania wejściami tego układu z wyjść Atmegi, będziesz musiał rozdzielić zasilanie części cyfrowej i analogowej przetwornika albo dać osobne zasilanie układu pomiarowego, a sterowanie przez transoptory, tylko nie wiem jak szybko następuje to przełączanie.
    Ale, żeby coś więcej "w temacie", narysuj najpierw, jak masz podłączone wejścia napięć referencyjnych.

    0
  • #12 05 Cze 2006 02:39
    pawewlS_21
    Poziom 10  

    Napięcie referencyjne 2,5V podłaczone jest na REFIN1+ A/C zaś REFIN1- jest podłączone do masy.Może problem tkwi w tym, że nie ma ujemnego napięcia referencyjnego?

    0
  • #13 05 Cze 2006 18:28
    fotonn
    Poziom 28  

    Nie ma i być nie może. W specyfikacji napięcie referencyjne może zawierać się w zakresie -30mV poniżej masy do +30mV powyżej plusa napięcia zasilania (Vdd), a i tak są to wartości bezpieczne. Normalnie to od 0 do +Vdd.
    Napięcia na wejściach AIN od +100mV powyżej masy do Vdd-100mV, ale przyjmijmy od 0 do +5V.
    W takim przypadku najprościej zrobić dzielnik rezystancyjny, który przesunie poziomy napięć wejściowych, a właściwie zmniejszy "dynamikę sygnału". Na rysunku masz go z wartościami przykładowymi dla podziału 1:2, co będzie dobre, jeśli zakres napięć wyjściowych układu pomiarowego mieści się w granicach od -5V do +5V , a dokładniej od -4,8V do +4,8V. Dla jeszcze niższych napięć ujemnych musisz zrobić taki stopień podziału, aby napięcie między rezystorami nigdy nie spadło poniżej 0V w stosunku do masy układu (lub dokładniej: poniżej +100mV). Wartości rezystancji muszą być na tyle małe, aby prąd wejściowy przetwornika nie obciążał dzielnika, bo inaczej wkradłby się błąd "nieliniowości" - to podstawowa zasada pracy tego genialnego wynalazku, jakim dzielnik niewątpliwie jest. W specyfikacji prąd wejściowy AD7718 to rząd nA, więc ułamek mA płynący przez dzielnik spokojnie można ustawić, chyba że wyjść układu pomiarowego nie możesz aż tak obciążyć, wtedy zastosuj dodatkowo wtórniki na wzmacniaczach operacyjnych albo dobierz większe wartości rezystancji, chociaż może to zwiększyć szumy układu.

    No i wada.
    Jak zapewne zauważyłeś, zmniejsza się zakres napięć na wejściach samego przetwornika. Dla uzyskania poprawnych wartości na wyświetlaczu musisz, albo zwiększyć wzmocnienie (gain) przetwornika, albo mnożnik jaki stosuje Atmega, tym bardziej, że i tak musisz jej przeprogramować wskazania. Niby proste, ale taki układ zwiększa błąd pomiaru, nie wiem, czy nie poza granice, których nie możesz tolerować.
    Sprawdź.

    Aby błędów nie zwiększać niepotrzebnie, dzielnika nie zasilaj ze źródła 5V, na którym "wisi" reszta układu, ale postaraj się zrobić osobny stabilizator, taki który by się nie nagrzewał po włączeniu zasilania.

    Inny sposób, to stworzenie sztucznej masy, na poziomie +2,5V w stosunku do rzeczywistej. Jeśli masz źródło napięcia odniesienia 2,5V , możesz go użyć. Wówczas układ pomiarowy zasilasz z osobnego zasilacza, a jego masę podłączasz właśnie do sztucznej masy przetwornika, czyli np. do wyjścia tego źródła referencyjnego. Wtedy musisz ograniczyć zakres napięć wyjściowych układu pomiarowego do +/-2,5V (+/-2,4V) i także kombinować ze wzmocnieniem. Ponadto sterowanie musiałoby się odbywać przez jakieś dodatkowe stopnie na tranzystorach w układzie wspólnego emitera lub przez transopotory.

    Nie wiem, może ktoś zna jeszcze prostszy sposób.



    Dodano 20.06.2006

    Widzę, że kolega Paweł walczył z przetwornikami już wcześniej. Dopiero po scaleniu tych dwu tematów widzę, że rozwiązanie oparte na powyższej zasadzie przesunięcia poziomów napięć podał mu już wcześniej kol. Ibugiera.

    0