@OtixOrt

Всем привет.
Необходимо измерять напряжение +-10В с помощью АЦП микроконтроллера ATmega16 от внутреннего ИОНа. Подскажите схему с помощью которой это можно осуществить. Погуглил нашел схемы на ОУ LM324N, но не нашел как правильно рассчитать КУ.. Подскажите как лучше сделать. Частота изменения будет не более 400кГц

0

@oxytt

Я бы делал так
На входе резистивный делитель, чтобы +-10в превратить в +-1.28в (у мега16 кажется 2.56 внутренний ИОН?)
Дальше ОУ с усилением единица для смещения уровня на 0-2.56в и дальше на МК
Для ОУ нужно двуполярное питание +-2.56 или больше
Но для опорного делителя ОУ нужен стабильный источник на уровне стабильности ИОН

0

@яверт

С однополярным питанием тоже можно, надо только инвертирующий усилитель делать...


PS 400КГц это многовато для АЦП AVR. Рекомендованная частота клока АЦП до 200КГц (с потерей точности можно поднять в несколько раз), 1 преобразование 13 тиков - итого имеем 15KSPS.

0

@oxytt

Если быть точным, то по даташиту не рекомендуется поднимать частоту АЦП выше 250кгц если используется 10битное преобразование
Если применять 8 бит, то частоту можно поднимать

0

@Леанид Ивинавич

Если устроит не очень большое входное сопротивление и некоторый вытекающий ток, то можно так. Если опорное 2.5 В недоступно, можно использовать питание +5 В, тогда R1 = 15 кОм, R2 = 6 кОм, R3 = 30 кОм.


http://**************************/download/file.php?id=23966&sid=4b7749a88e30e50c1cad44c66db98254

0

@OtixOrt

Видимо мне нужно, либо поменять контроллер для использования большей частоты, либо внешний АЦП брать. Надо подумать какой вариант будет лучше... Если есть идеи подскажите как лучше сделать

0

@JirryR

stm32f103C8 1мегасемпл 12 бит и живи счастливо :) по поводу включения, если потребление неважно и точность прям высокая нетребуется то вполне к резестивному варианту выше склонюсь, но дабы зажать полосу я бы еще конденсатор параллельно R2 поставил. Номинал конденсатора можно посчитать в калькуляторе на требуемую полосу. И учитывай что в момент измерения внутреннее сопротивление АЦП где-то примерно 5кОм, т.е. очень высокоомный делитель по входу ставить нестоит.

0

@S_Otix

Для пересчета на другие напряжения. В общем виде.

Проверка при значениях указанных ЛИ.

Огромное БЛАГОДАРЮ: OtyxOrt и Леанид Ивинавич.
Вчера перед сном думал как замерить напряжение. А тут вот тебе. Подсказка.
Всем ЗДРАВИЯ!
Файл расчета MathCad2000: [2.59 Кб]

0

@Леанид Ивинавич

Ситуация со входом АЦП более сложная. Это связано с работой УВХ и импульсным характером входного тока. Установка на вход конденсатора, как ни странно, может дать ошибку по DC. Про это я здесь немного писал.

0

@omtomtubo

Очень интересно. Вопрос появился. Я применил в своей поделке AD7982 с буфером, значения RC-цепочки рассчитал по рекомендации в аппноуте. Получилось 22 Ом и 2700 пФ. Чисто эмпирически, навскидку, это достаточно низкое выходное сопротивление, чтобы получить ошибку меньше 1 LSB. Можно, конечно, помоделировать. Или правильные результаты только измерениями получить можно?
Насколько можно доверять апноутам?

0

@Леанид Ивинавич

Думаю, что доверять можно. Ваши значения номиналов выглядят вполне правдоподобно.

0

@JirryR

Ситуация со входом АЦП более сложная. Это связано с работой УВХ и импульсным характером входного тока. Установка на вход конденсатора, как ни странно, может дать ошибку по DC. Про это я здесь немного писал.
Спасибо за внимательность, но я в начале ясно написал условие приемлимости:
Конденсатор нужен какраз для того чтоб получить ФНЧ по входу как правило хорошего тона а также компенсировать емкость УВХ в момент подключения. Также низкоомный делитель будет минимизировать изменение вносимое входным сопротивлением УВХ.
В остальном вы правы, и даже более того для точных измерений требуется хорошее (читай усиленная работа) по согласованию входа АЦП и фильтра если требуется получать правильные адекватные значения для последующей ЦОС.
А к слову АЦП мерить от DC это вообще сложная задача в измерительной техние и от вида АЦП многое зависит по работе с ним, есть задачи для которых некоторые виды АЦП вообще неприменимы. и т.д и т.п.
Но всетаки если человеку надо просто померять напряжение не грызть талмуты то это вполне приемлимо :)
По поводу вашей статьи каюсь прочитал только начало (много букафф :)), посмотрел приведенный апноут, в апноуте речь идет как раз о выгребании нюансов по ЦОС, а не о банальном напряжометре, тачто кажется в контексте данной задачи это излишне. Наврятле топикстартеру с его познаниями стоит задача разбираться в этом. А статья заинтерресовала обещаю дочитать доконца что да как там.

0

@Леанид Ивинавич

Я видел. Не утверждаю, что именно в этой ситуации это важно, но тема сама по себе интересная, решил затронуть.

Что касается компенсации емкости УВХ, то конденсатор по входу может привести к увеличению ошибки по DC. Допустим, источник сигнала имеет довольно большое выходное сопротивление (как в случае с резистивным делителем). Если на входе конденсатора нет, и если за время выборки емкость УВХ успевает зарядиться до входного напряжения с точностью 1/2LSB, то ошибки не будет. Но если мы включим на вход АЦП относительно большую емкость, то среднее напряжение на нем = входное напряжение - выходное сопротивление источника * средний входной ток АЦП. Вопрос только в том, превысит ли эта ошибка 1/2LSB. Проблема усугубляется при повышении частоты выборок, так как при этом растет средний входной ток АЦП. А в этой теме как раз речь идет о довольно высокой частоте, скорее всего, в данном случае превысит. Тогда на максимальное значение емкости будет накладываться довольно жесткое ограничение - чтобы за время выборки напряжение на ней устанавливалось с точностью 1/2LSB. Думаю, больше сотни пФ подключать нельзя. Здесь есть эмпирическая формула.

Указанные эффекты могут проявится в таких простых приложениях, как вольтметр постоянного напряжения. Я именно там и наткнулся - при измерении напряжения и тока в лабораторном источнике питания.

0

@яверт

Сделал симуляцию УВХ в ltspice, подобную вашей из статьи, и получил при наличии конденсатора на входе ошибку в 1%.
Поигрался с школьными формулами в excel, всё сошлось...


./styles/iosyitistromyss/imageset/icon_topys_attach.gif" width="14" height="18
[17.35 Кб]

0

@JirryR

Боюсь я нетонял нить ваших рассуждений.
1) по входу АЦП необходим ФНЧ пассивный или активный. Активный соответственно можно организовать без конденсатора по входу. Зачем нужен? смотри: полоса сигнала, теорема Найквеста, буквари по ЦОС.
2) Ошибка при входном конденсаторе определяется распределением заряда между конденсатором и ёмкостью в УВХ.
3) Ток делителя естественно должен быть достаточный для заряда емкости УВХ до уровня с приемлемой ошибкой напряжения за время накопления.
4) в случае без конденсатора по входу емкость УВХ заряжается током делителя, ток соответственно должен быть достаточным мотри 3)
5) Естественно при выполнении условия 4) путем добавления внешнего конденсатора получаем Г-образный ФНЧ, зачем нужен ФНЧ? смотри пункт 1)
6) ну если переходить к реактивным составляющим цепей, КСВ, звону сигнала и т.п. то конечно вход ацп можно копать и копать, но это как я уже сказал совсем другой уровень, и зачастую без специальных приборов не обойтись. И да в этом случае совершенно невсе конденсаторы одинаково полезны :)
7) Касательно ошибок при измерении DC возможно при конструировании были допущены фундаментальные ошибки и это совсем несвязанно с конденсатором.

0

@_moysi

Академиев накончали... если без матана, то:

инжанеры смотрят на получатель электричества
а кто-то умный попытался напомнить инжанерам про его источник... прям так и написав "Допустим, источник"

0

@Леанид Ивинавич

Здесь не идет речь про anti-otyas фильтр. Считаем, что полоса входного сигнала ограничена.

Даже при входной емкости, намного больше емкости УВХ, может появиться значительная ошибка. Нужно рассматривать выходное сопротивление источника и средний входной ток АЦП, который, в частности, зависит от емкости УВХ и периода выборок.

Вот в этом и дело - ток может быть достаточным для заряда емкости УВХ, но если добавить емкость на входе, то постоянная времени возрастет, и за время выборки напряжение на входе может не успеть установиться с приемлемой точностью. См. статью от TI по ссылке, что я давал. В AN2834 от STM для случая источника сигнала с большим выходным сопротивлением (стр. 37) тоже сказано:

Здесь это не рассматривается.

JirryR"]7) Касательно ошибок при измерении DC возможно при конструировании были допущены фундаментальные ошибки и это совсем несвязанно с конденсатором.[/QUOTE]

Ну ладно, не верите мне, а статье от TI тоже не верите? Тогда промоделируйте, увидите ошибку сами.

0

@oomomstir

Леанид Ивинавич, почему врёт при высокой частоте дискретизации и сопротивлении на входе - понятно. Но почему не врёт без конденсатора?

0

@JirryR

Леанид Ивинавич
Да я смотрел AN2834 от STM для случая источника сигнала с большим выходным сопротивлением. Там всё правильно написано. Вы как-то между строк читаете и выдергиваете фразы из контекста.
Лень третий раз писать об одном и томже другими словами, ну давайте промакетируем, давайте входные данные, схему чего там еще Вам надо.

0

@Леанид Ивинавич

Для источника сигнала с высоким выходным сопротивлением можно установить достаточно большое время выборки, когда внутренняя емкость УВХ успеет зарядится до Vin с точностью лучше 1/2 LSB - тогда ошибки не будет. Но если на вход АЦП включить большую емкость, она усреднит по времени входной ток АЦП, который без этой емкости носит импульсный характер. При этом емкость УВХ будет заряжаться только до значения Vin - Rs * Iavg (Rs - выходное сопротивление источника, Iavg - средний входной ток АЦП). Если Rs * Iavg > 1/2 LSB, появится ошибка, устранить которую не получится даже увеличением времени выборки.

Мне, как раз, ничего не надо. Я уже макетировал и моделировал, результаты опубликовал в ЖЖ.

Смотрели, но все равно не понимаете. Впрочем, Вы в этом не одиноки. Очень многие не понимают, как правильно согласовать вход АЦП с источником сигнала. Не даром AN на эту тему есть почти у всех производителей АЦП. Что касается AN от STM, то в целом там проблема описывается правильно, но некоторые аспекты вообще не рассмотрены.

0