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

Przetwornik ADC Atmegi a pomiar napięć -5V ... +5V

MES Mariusz 01 Mar 2007 22:07 9837 43
  • #31 01 Mar 2007 22:07
    MES Mariusz
    Poziom 36  

    marek_Łódź napisał:
    Spróbuj zasymulować ten najprostszy układ na dwóch opornikach dokładając rezystancję wewnętrzną źródła oraz rezystancję wejściową przetwornika. Wyniki powinny wyjść podobne, a układ prostszy bo niepotrzebna referencja.


    Oto i ona:

    Przetwornik ADC Atmegi a pomiar napięć -5V ... +5V

    Przetwornik ADC Atmegi a pomiar napięć -5V ... +5V


    Andy74 napisał:
    Tyle tylko, że gdy wejście pomiarowe nie będzie nigdzie podłączone, otrzymasz wynik pomiaru 5V...

    No rzeczywiście. Trochę średniawo. Kolejna kłoda pod nogi :/

  • Arrow Multisolution Day
  • #32 01 Mar 2007 22:25
    Dar.El
    Poziom 40  

    Witam
    Co właściwie ma ten układ mierzyć? Wartość skuteczną napięcia przemiennego TRUE RMS a może ma to być układ do nagrywania muzyki, czyli coś w rodzaju samplera. Przesuwacie napięcie przemienne a najprawdopodobniej potrzebny jest prostownik liniowy. Żeby coś zrobić, trzeba wiedzieć co chcesz zrobić.

  • #33 01 Mar 2007 23:14
    MES Mariusz
    Poziom 36  

    Dar.El napisał:
    Witam
    Co właściwie ma ten układ mierzyć? Wartość skuteczną napięcia przemiennego TRUE RMS a może ma to być układ do nagrywania muzyki, czyli coś w rodzaju samplera. Przesuwacie napięcie przemienne a najprawdopodobniej potrzebny jest prostownik liniowy. Żeby coś zrobić, trzeba wiedzieć co chcesz zrobić.

    Czterokanałowy woltomierz-rejestrator (najzwyklejszy woltomierz) napięć z zakresu -5V ... +5V. Krótko mówiąc ma mierzyć dokładną wartość chwilową "tu i teraz", taki pomiar zapamiętać, a całość powtórzyć kilkadziesiąt razy na sekundę. Proste :-) Żadne wartości średnie, żadne wartości skuteczne (zakładamy, że nie bawimy się w takie rzeczy) :-)

  • Arrow Multisolution Day
  • #34 02 Mar 2007 00:08
    Andy74
    Poziom 24  

    Prostownik liniowy to było by dobre rozwiązanie, jednak do prawidłowego pomiaru potrzebowali byśmy jeszcze informacji o biegunowości napięcia mierzonego. To trochę komplikuje sprawę. Myślę, że kolega ele mid powróci jednak do pomysłu ze wzmacniaczem operacyjnym :). To jest według mnie ciągle najlepsze rozwiązanie, ale nie w sposób pokazany w drugim poście tego tematu (nie ubliżając oczywiście koledze adamusx!)... Wystarczy jeden wzmacniacz na kanał, ale po mojemu trzeba by go zaprojektować jako różnicowy. Największy minus to konieczność użycia dodatkowego napięcia ujemnego (fajnie to zabrzmiało :)). Z drugiej strony na wspomniane 4 kanały wystarczy jeden tani układ scalony (np. LM324) i kilkanaście rezystorków. Pod warunkiem, że pomiar nie musi być jakiś bardzo precyzyjny, ale mówimy tu przecież o ADC wbudowanym w ATMega...
    Jeśli jesteś takim rozwiązaniem zainteresowany - daj znać. Coś dla Ciebie wymyślę.

    PZDR
    Andy

  • #35 02 Mar 2007 00:22
    Dar.El
    Poziom 40  

    Czy aby na pewno ma mierzyć wartość chwilową? Po co to jest potrzebne? Jak mierzysz napięcie przemienne, to interesuje Cię wartość szczytowa lub skuteczna albo średnia a nie wartości chwilowe z przebiegu.
    Potrzebne są jeszcze inne informację, jeżeli ma to mierzyć z szybkością do 100 pomiarów na sekundę, to jaką maksymalną częstotliwość ma mieć sygnał mierzony? Czy musi być użyty mikrokontroler i jak najwolniej może mierzyć układ?

  • #36 02 Mar 2007 01:10
    MES Mariusz
    Poziom 36  

    Andy74 napisał:
    Prostownik liniowy to było by dobre rozwiązanie, jednak do prawidłowego pomiaru potrzebowali byśmy jeszcze informacji o biegunowości napięcia mierzonego.

    Ten problem został już rozwiązany :-) (spójrz na kolorowe wykresy powyżej)

    - uP rozpoznaje napięcie 0V a programowo nadaje mu wartość -5V i taką informację przesyła do komputera PC po RS.

    - uP rozpoznaje napięcie 2,5V a programowo nadaje mu wartość 0V i taką informację przesyła do komputera PC po RS.

    - uP rozpoznaje napięcie 5V i programowo nadaje mu wartość +5V i taką informację przesyła do komputera PC po RS.

    Aplikacja na PC zbiera te dane, i tworzy cztery ładne, kolorowe wykresy :-)

    Wzmacniacz operacyjny, na szczęście, jest zbędny! :-)


    Dar.El napisał:
    Czy aby na pewno ma mierzyć wartość chwilową? Po co to jest potrzebne?

    Ano jest to potrzebne do rysowania eleganckich wykresików przez aplikację kliencką na komputerze PC. Później można już się bawić algorytmami, przeliczać, na podstawie tych wykresów inne, czego tylko sobie bujna wyobraźnia programisty zażyczy :-) Wartość szczytowa, chwilowa, skuteczna to już jest bajka. Kilka wzorków i wszystko można wyliczyć i narysować :-)

  • #37 02 Mar 2007 01:46
    Andy74
    Poziom 24  

    ele mid napisał:
    Andy74 napisał:
    Prostownik liniowy to było by dobre rozwiązanie, jednak do prawidłowego pomiaru potrzebowali byśmy jeszcze informacji o biegunowości napięcia mierzonego.

    Ten problem został już rozwiązany :-) (spójrz na kolorowe wykresy powyżej)

    - uP rozpoznaje napięcie 0V a programowo nadaje mu wartość -5V i taką informację przesyła do komputera PC po RS.

    - uP rozpoznaje napięcie 2,5V a programowo nadaje mu wartość 0V i taką informację przesyła do komputera PC po RS.

    - uP rozpoznaje napięcie 5V i programowo nadaje mu wartość +5V i taką informację przesyła do komputera PC po RS.

    Aplikacja na PC zbiera te dane, i tworzy cztery ładne, kolorowe wykresy :-)

    No to co powyżej, to ja doskonale rozumiem... Za to kolega chyba nie wie co to prostownik liniowy... Bez urazy proszę ;). Swój poprzedni post napisałem raczej pod wpływem tego:
    ele mid napisał:
    Andy74 napisał:
    Tyle tylko, że gdy wejście pomiarowe nie będzie nigdzie podłączone, otrzymasz wynik pomiaru 5V...

    No rzeczywiście. Trochę średniawo. Kolejna kłoda pod nogi :/

    A ten problem można rozwiązać najprościej przez użycie wzmacniacza operacyjnego. Ja nie sugerowałem użycia prostownika liniowego, tylko wzmacniacza różnicowego...
    ele mid napisał:
    Wzmacniacz operacyjny, na szczęście, jest zbędny! :-)

    No mam nadzieję, że nie dadzą Ci się we znaki problemy związane z impedancją wejściową przetwornika ADC, czy impedancją źródła mierzonego napięcia, jeśli użyjesz tylko dzielnika rezystorowego.

    Pozdrawiam i powodzenia
    Andy

  • #38 02 Mar 2007 12:29
    MES Mariusz
    Poziom 36  

    Andy74 napisał:
    No to co powyżej, to ja doskonale rozumiem... Za to kolega chyba nie wie co to prostownik liniowy...

    Generalnie co to jest prostownik liniowy, to potrafię sobie wyobrazić, ale tylko teoretycznie, bo w praktyce swojej się jeszcze z takim cudem nie spotkałem :-) Chciałem jednak zaznaczyć, że jesteśmy już w dyskusji trochę dalej, jak zamiana przemiennego w zmienne (czyli przesunięcie offsetu o 2,5V). Dopiero teraz dowiaduję się że napisałeś to pod wpływem problemu 5V na ADC przy wejściu wiszącym w powietrzu.

    Andy74 napisał:
    A ten problem można rozwiązać najprościej przez użycie wzmacniacza operacyjnego. Ja nie sugerowałem użycia prostownika liniowego, tylko wzmacniacza różnicowego.

    No mam nadzieję, że nie dadzą Ci się we znaki problemy związane z impedancją wejściową przetwornika ADC, czy impedancją źródła mierzonego napięcia, jeśli użyjesz tylko dzielnika rezystorowego.

    Wszystko pięknie i ładnie tylko pozostaje problem skonfigurowania i przeliczenia wzmacniacza operacyjnego. Uppsss...

  • Pomocny post
    #39 02 Mar 2007 13:36
    Andy74
    Poziom 24  

    ele mid napisał:
    Generalnie co to jest prostownik liniowy, to potrafię sobie wyobrazić, ale tylko teoretycznie, bo w praktyce swojej się jeszcze z takim cudem nie spotkałem :-) Chciałem jednak zaznaczyć, że jesteśmy już w dyskusji trochę dalej, jak zamiana przemiennego w zmienne (czyli przesunięcie offsetu o 2,5V). Dopiero teraz dowiaduję się że napisałeś to pod wpływem problemu 5V na ADC przy wejściu wiszącym w powietrzu.

    Najmocniej przepraszam, jeśli Cię uraziłem. Nie chciałem być opryskliwy - tak jakoś wyszło...
    ele mid napisał:
    Wszystko pięknie i ładnie tylko pozostaje problem skonfigurowania i przeliczenia wzmacniacza operacyjnego. Uppsss...

    Napisałem, że mogę to dla Ciebie zrobić. Oto przykład:

    Przetwornik ADC Atmegi a pomiar napięć -5V ... +5V

    A to wzór na napięcie wyjściowe (gdybyś chciał eksperymentować z rezystorami):
    Uwy=R2/R1•(Uwe-V2) - wzór ma zastosowanie pod warunkiem, że R2/R1 = R4/R3
    Duży wpływ na dokładność konwersji ma wartość napięcia V2, za to V1 nie musi byc nawet koniecznie stabilizowane, ale musi być wyższe niż 5V (no chyba, że użył byś wzmacniaczy rail-to-rail).To były wady, a niezaprzeczalne zalety, to duża impedancja wejściowa i mała wyjściowa, no i 2,5V na wyjściu, przy wejściu wiszącym w powietrzu oczywiście :).

    Na koniec powiem tak: Nic nie da Ci takiej pewności co do przydatności poszczególnych rozwiązań jak testy... Masz już kilka przykładów, potestuj, pomierz zaczynając oczywiście od rozwiązań najprostszych, czyli z rezystorami, a sam będziesz wiedział co się nadaje, a co nie.

    Pozdrawiam
    Andy

  • #40 02 Mar 2007 13:54
    MES Mariusz
    Poziom 36  

    No, to powyżej to jest już całkiem eleganckie rozwiązanie, w dodatku uwzględnia właściwe impedancje. Trochę nietypowe zasilanie trzeba tylko wzmacniaczowi zapewnić. Niezaprzeczalnym plusem jest również to, że nie ma przekłamania przy braku podania napięcia na wejście - pojawia się 2,5V, co mikrokontroler przesyła dalej jako 0V. I o to chodziło :-) Jeszcze tylko teorię będę musiał, odnośnie tego wzmacniacza rozgryźć od początku do końca.

    Mam jeszcze prośbę, Andy, rzuć okiem, czy dobrze rozumiem kwestię zasilania, w tym połączenie "masowe" z resztą układu. Czy poniższy schemat jest ok?

    Przetwornik ADC Atmegi a pomiar napięć -5V ... +5V

  • #41 07 Mar 2007 21:55
    Andy74
    Poziom 24  

    Witam ponownie.

    Schemat wygląda OK. Co do wartości rezystorów (napisałeś do mnie PW), to te które podałem są przykładowe. Wartość 50kΩ można łatwo uzyskać przez połączenie równoległe dwóch rezystorów 100kΩ. Generalna zasada jest taka, że oporność R1 ma być dwukrotnie większa niż R2, oraz oporność R3 ma być dwukrotnie większa niż R4 (na moim schemacie). Ich konkretne wartości można dobrać praktycznie dowolnie (w rozsądnych granicach oczywiście), byle by był spełniony podany warunek, ale dla zwiększenia dokładności pomiarów dobrze było by zastosować jednak takie rezystory, by R1=R3, oraz R2=R4 (czyli np. 2x100kΩ i 2x50kΩ), a nie jak podałem na schemacie. Wiąże się to z niezerowymi prądami polaryzacji wejść wzmacniacza. Dla LM324 wynoszą one kilkadziesiąt nA, ale jednak płyną. Z tego samego powodu nie należy też przesadzać ze zbyt dużymi rezystancjami, bo im będą one większe, tym większy błąd spowodowany prądem wypływającym (akurat dla LM324 tak właśnie jest) z wejść.
    W rzeczywistym układzie dodatkowo może dać o sobie znać błąd spowodowany przez napięcie niezrównoważenia wzmacniacza, które dla LM324 może wynieść nawet 3mV, ale myślę, że nie będzie to dużym problemem przy dokładności wewnętrznego przetwornika ATMegi. Błąd ten zostanie dodatkowo zredukowany z uwagi na fakt, że nie wzmacniamy sygnału wejściowego, tylko go tłumimy. Dużo większy błąd spowoduje z pewnością niedokładność stabilizatora 7905...
    W razie dodatkowych pytań - pisz :)

    Pozdrawiam
    Andy

  • #42 13 Mar 2007 20:42
    MES Mariusz
    Poziom 36  

    Układ ze wzmacniaczem operacyjnym w torze pomiarowym jest poskładany i wydaje się działać prawidłowo. W najbliższych dniach załatwię sobie (pożyczę) generatorek sinusoidy, prostokąta i piły, a następnie dokonam pomiaru za pomocą układu z Atmegą16 i komputerem PC.

    Teraz mam pytanie, dosyć subiektywne. Ponieważ mam obsłużyć minimum 4 niezależne kanały pomiarowe: zastosować kostkę kluczy analogowych i multipleksować 4 kanały analogowe do 1 ADC mikrokontrolera za pomocą tej kostki, czy też może zastosować 4 wzmacniacze operacyjne (jedna kostka LM324), wartości rezystancji konfigurujących i tak będzie można skalibrować precyzyjnym potencjometrem wieloobrotowym).

    Postawić na cztery oddzielne wzmacniacze operacyjne, podłączone do kolejnych wyprowadzeń ADC miktokontrolera (w jego wnętrzu i tak będą multipleksowane), czy też zastosować jeden wzmacniacz operacyjny i go multipleksować zewnętrznymi kluczami?

  • #43 13 Mar 2007 22:05
    adamusx
    Poziom 27  

    Jak zastosujesz klucze analogowe to bedziesz miał jednakowe wzmocenienie dla wszystkch czterech kanałów co jest niewątpliwie plusem ( kalibracja tylko jednego wzmacniacza operacyjnego), drugi plus to mniej elementów :)
    Z tym ze przy wykorzystaniu kluczy musza one pracowac dla napiec ujemnych i dodatnich bo beda zamontowane przed wzmiacniaczem operacyjnym gdzie jest mierzone napiecie -5 - +5V zgadza sie?

  • #44 13 Mar 2007 22:33
    MES Mariusz
    Poziom 36  

    adamusx napisał:
    Z tym ze przy wykorzystaniu kluczy musza one pracowac dla napiec ujemnych i dodatnich bo beda zamontowane przed wzmiacniaczem operacyjnym gdzie jest mierzone napiecie -5 - +5V zgadza sie?

    Pod uwagę brałem początkowo zasugerowany wyżej CD4051, jest jednak kilka powodów, dla których wybiorę prawdopodobnie opcję z czterema WO.

    Te argumenty to:

    - Pojedyncza kostka LM324 posiada w swej strukturze 4 WO, wystarczy wstępna korekcja dla czterech kanałów
    - Nie potrzeba dodatkowego multipleksera, a jedynie trochę więcej elementów dyskretnych
    - Większa odporność na awarie (w przypadku uszkodzenia jednego WO, trzy pozostałe kanały, najprawdopodobniej będą działały prawidłowo.
    - Łatwiejsza diagnostyka poprawności działania (jeżeli mamy wątpliwości co do wiarygodności pomiaru na jednym kanale, można ten pomiar powtórzyć na innym kanale)
    - Mała moja znajomość kostki CD4051, a zatem jej zachowania, zwłaszcza przy napięciach ujemnych
    - Brak czasu na dłuższe eksperymenty dla tego etapu mojej pracy