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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Type J - Temperatursensor auswerten


Autor: Peter (Gast)
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Hallo,

ich möchten einen Type J - Temperatursensor auswerten mit einem µC 
(Atmega*) auswerten. Für die K-Typen habe ich den MAX6675 gefunden der 
mir den Analogteil komplett abnimmt, leider finde ich so einen IC nicht 
für den J-Type.

Ich konnte bei Analog den AD594 finden aber dieser liefert ja auch nur 
eine Spannung die ich dann mit dem Atmel messen muss. Ich würde aber 
gerne möglichst auf wenig Analog selber machen.

Kenn jemand noch eine Möglichkeit so eine Sensor möglichst einfach zu 
digitalisieren?

Leider besteht keine Möglichkeit den Sensor zu ersetzen!

Danke
Peter

Autor: MaWin (Gast)
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> Ich konnte bei Analog den AD594 finden aber dieser liefert ja
> auch nur eine Spannung die ich dann mit dem Atmel messen muss

Oje Oje, auch der Atmel hat Analogeingänge.
Warum kaufst du die mit wenn du sien nicht nutzt ?
Weil doppelt kaufen so geil ist ?
Wohl eher weil du keine blasse Ahnung von Analogelektronik und OpAmps 
hast.
Dabei tut es ein OpAmp für wenige cents um die 55uV pro K auf so 
ungefähr 5.5mV pro C zu verstärken damit sie der Atmel direkt messen 
kann. Falls der Sensor kühler sein kann als die Elektronik und macn das 
auch messen will, verstärkt ma auch negative Spannungen, halt also einen 
Nullpunkt irgendwo, z.B. bei 100 (vom A/D gelieferter Zahlenwert).
Ein simpler NTC am Spannungsteiler in einen zweiten A/D-Eingang kann die 
Umgebungstemperatur angeben, damit du die zum Messwert des Thermocouples 
hinzuaddieren kannst für die Absoluttemperatur. Eine Kompensation direkt 
des Analogsignals ist auch möglich, man muss den NTC halt nur so 
angeschlossen haben, daß er die Spannung um 55uV pro C reduziert, aber 
hat sich dait auf Type J festgelegt, also denselben Blödsinn gemacht wie 
der MAX-IC.

Ein Type J Temperatursensor ist nichts anderes als ein Type K 
Temperatursensor, er produziert nur für einen anderen Temperaturbereich 
den Spannungsbereich.

Die Probleme sind dieselben, Thermospannungen treten ggf. auch woanders 
auf als bloss am Temperatursensor.
Man sollte die Temperaturspnannungen der Anschüsse wegrechnen, wenn man 
auf Genauigkeit besser als +/-50 GradC wert legt, es sei denn, mann 
interessiert sich nur für die gemessene Temperaturdifferenz 
(Elektronik/Temperatursensor) oder die Elketronik liegt sowieso nur in 
20 GradC warmen Räumen.

Damit siehst du auch gleich das Problem des MAX6675: Er wäre für alle 
Thermoelemente geeignet, wenn man nicht so blöd gewesen wäre, nur eine 
Temperaturkompensation für Type K einzubauen. Diese Kombination, die 
Thermoelementtemperaur gleich mit der Umgebungstemperatur verrechnen zu 
wollen an statt beide Messwerte einzeln rauszugeben und das den uC 
machen zu lassen, macht den Chip unbrauchbar.

Und du willst ihn kaufen :-( na ja, so einen ähnlich unbrauchbaren, nur 
für J.

Das reicht schon, wenn man Temperaturen messen will, die wärmer sind als 
der uC:

            +---99k--+
            |        |
  ----------(--|+\   |
/           |  |  >--+-- A/D-Eingang des AVR
\           +--|-/
  ------+   |    LMV2011 oder ein beliebiger
        |  1k    anderer Rail-To-Rail mit besser
        |   |    als 55uV Offsetspannung (falls
        Masse    es überhaupt auf's Grad genau sein muß)

Dazu noch die Umgebungstemperatur, es gibt AVR mit built-in temperature 
measurement, wer weiß, was du nimmst.

Natürlich gibt es aufwändigere Schaltungen wenn man zusäzlich was will, 
z.B. Temperaturen messen die unter 0 GradC liegen (was der MAX auch 
nicht kann).

Autor: toralf (Gast)
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Wie sieht denn dann so eine schaltung aus wenn ich Temperaturen unter 
der µC Temperatur habe?

Autor: Peter (Gast)
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MaWin schrieb:
>> Ich konnte bei Analog den AD594 finden aber dieser liefert ja
>> auch nur eine Spannung die ich dann mit dem Atmel messen muss
> Oje Oje, auch der Atmel hat Analogeingänge.
> Warum kaufst du die mit wenn du sien nicht nutzt ?
> Weil doppelt kaufen so geil ist ?
naja er Unwisenheit auf diesem Gebiet. Meine Erste Idee war auch nur 
einen Atmel mit ADC-Diff eingang zu verwenden, dieser hat ja auch eine 
zu schaltbare Verstärkung von bis zu 200.
Ich muss Temperatur von 25 bis 300 Grad erfassen. Der Sensor liefert mir 
bei ca. 270Grad 13,9mV.  Bei einer Verstärkung von 200 bin ich dann bei 
2.7V.

Leider fehlt mir die Erfahrung wie genau so etas am ende wird, wo kann 
ich dabei grosse Fehler machen - eigentlich bräuchte ich ja nur noch 
eine Ref-Spannung von etwas 3V. Damit könnte dann auch der OPV wegfallen 
oder ist damit ein bessere ergbniss erziehlbar?

Was haltet ihr von Atmel mit DIF-ADC und 3V Ref.?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Peter (Gast)

>> Oje Oje, auch der Atmel hat Analogeingänge.
>> Warum kaufst du die mit wenn du sien nicht nutzt ?
>> Weil doppelt kaufen so geil ist ?

jaja, Prinz Charming mal wieder auf vollen Touren . . .

>naja er Unwisenheit auf diesem Gebiet.

Ist OK, und µV sind nun mal nicht so einfach zu handhaben.

>Leider fehlt mir die Erfahrung wie genau so etas am ende wird, wo kann
>ich dabei grosse Fehler machen

An vielen Stellen. ;-)

> - eigentlich bräuchte ich ja nur noch
>eine Ref-Spannung von etwas 3V. Damit könnte dann auch der OPV wegfallen
>oder ist damit ein bessere ergbniss erziehlbar?

ja.

>Was haltet ihr von Atmel mit DIF-ADC und 3V Ref.?

Nichts, die Offsetfehler sind jenseits von gut und böse. Du brauchst wie 
bereits gesagt einen OPV mit sehr geringer Offsetspannung, 55uV und 
weniger. Gibt es. Und dann noch einen gescheiten Aufbau. Stichwort 
Kaltstellenkompensation.

Siehe auch

http://www.mikrocontroller.net/articles/Temperatur...

MFG
Falk

Autor: MaWin (Gast)
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Ja, es gibt irgendwie AVR mit eingebautem Verstärker, aber es ist auf 
der Atmel WebSite nicht in endlicher Zeit herauszufinden, welcher davon 
nun die besten elektrischen Werte besitzt, ohne alle Datenblätter von 
allen Chips einzeln zu vergleichen, denn es wird zwar immer gesagt, was 
die Chips geminsam hebn, aber nie, was sie unterscheidet. Die parametric 
tables glänzen mit Spalten in denen be allen Modellen drinsteht "ham wa 
nich"

Die WebSite von Atmel wird immer schimmer, entdeckt man irgendwo einen 
Begriff, z.B. gain stage, kann man den mitnichten anklicken um zu einer 
Liste der Chips zu kommen, die die enthalten, auf der möglichst dann 
auch noch die Unterschiede der Chips stehen.

Auf jeden Fall reicht ein 12 bit A/D-Wandler an 1.1V Referenzspannung 
nicht, um 1 GradC aufzulösen, man braucht Verstärker.
Der ATmega8535 hat Gain 10 oder 200 und VRef 2.56V, und damit eine 
theoretische Auflösung von 12uV, aber einen Offsetfehler von 3.5LSB, 
also wohl 43uV, einen Absoluten Fehler von 6LSB, also wohl 75uV was 
etwas über 1 GradC läge womit man leben könnte, und einen einen 
Verstärkungsfehler von 0.3 oder 1.6%, was wohl ohne Korrektur 
(Kalibrierung) zu viel wäre.

Autor: Peter (Gast)
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Ich habe auch gerade im Datenblatt von Atmege16 gelesen das er bei einer 
Verstärkung von 200 nur noch 7bit verwendbar sind.

Ich werde mich mal an ein Schaltplan mit dem LMV2011*, einer 
Ref-Spannungsquelle LT 1021-5 und einem Atmel machen.

*Vorschläge zu einem anderen OPV der bei Reichelt bestelltbar ist und 
für diese Zwecke geeignet sind gerne willkommen.

Aber erst morgen

Gute Nacht

Autor: MaWin (Gast)
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> Vorschläge

Bestell bei darisus.de

Autor: MaWin (Gast)
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Du solltest vielleicht auch mal sagen, welchen Temperaturbereich du mit 
welcher Genauigkeit messen willst und welche Temperatur deine Schaltung 
dabei hat, bevor du Bauteile kaufst, die unnötig wären.

Aber nein, dazu müsste man als Fragender ja mal ein paar Tastenanschläge 
machen, man lässt sich doch lieber die Arbeit von anderen 10-fach 
machen.

Autor: Peter (Gast)
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MaWin schrieb:
> Du solltest vielleicht auch mal sagen, welchen Temperaturbereich du mit
> welcher Genauigkeit messen willst und welche Temperatur deine Schaltung
> dabei hat, bevor du Bauteile kaufst, die unnötig wären.


oder die Leute müssten etwas genauer lesen:

Peter schrieb:
> Ich muss Temperatur von 25 bis 300 Grad erfassen. Der Sensor liefert mir
> bei ca. 270Grad 13,9mV.

OK die Genauigkeit fehlte noch:

Die Anzeige wird nur Grad anzeigen, keine Kommastellen. Wenn es ohne 
grossen aufwand möglich ist also aufs Grad genau. Wenn dafür der Aufwand 
sehr gross ist, könnte man auch mit einer genauigkeit von 5 Grad leben.

Autor: gk (Gast)
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> Vorschläge

Schau mal in die Aplikationn Notes AN-28 von Linear

gk

Autor: Peter (Gast)
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gk schrieb:
> Schau mal in die Aplikationn Notes AN-28 von Linear
Danke

cool - Seite 20.

Die Grundlagen sie ja gleich geblieben, aber mittlerweile hat sich ja 
die Technik weiter entwicklent. In dem PDF wird ja auch mit dem LT1025 
gearbeitet. Weiter oben wurde aber schon der Vorschlag gemacht es mit 
einem genauen OPV zu machen.

Autor: Peter (Gast)
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MaWin schrieb:
> Bestell bei darisus.de

LMV2011
Artikel wurde nicht gefunden!

prima

Autor: gk (Gast)
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Da gäbe es auch noch den AD594 und AD596, sind aber bereits betagte 
Schätzchen und ich weiß nicht, welcher der üblichen Verdächtigen die 
führt.
gk

Autor: Olaf (Gast)
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Ich nehme gern den LT1006. Den gibt es auch bei Reichelt.
Aber wenn du mit 5Grad Genauigkeit auskommst ist er vielleicht
schon zu gut/teuer.

Olaf

Autor: Peter (Gast)
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Olaf schrieb:
> Ich nehme gern den LT1006. Den gibt es auch bei Reichelt.
> Aber wenn du mit 5Grad Genauigkeit auskommst ist er vielleicht
> schon zu gut/teuer.

Danke für den Tipp, da ich SMD verwenden wollte würde ich den LT1007-CS8 
nehmen. Das ist aber scheinbar kein Rail-to-Rail.

An welchen Wert kann ich ablesen wo die output grenze ist? Ich würde den 
OPV mit 5V betreiben. In welchen bereich ist dann der Ausgang?

Wird mein erster OPV - darum die vermutlich dumme Frage.

Autor: Michael (Gast)
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Peter schrieb:
> Das ist aber scheinbar kein Rail-to-Rail.

Nicht nur "scheinbar", er ist kein Rail2Rail. Er ist "nur" relativ fix 
und rauscharm.

Autor: MaWin (Gast)
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25 bis 300, das heisst daß der Sensor eventuell kühler ist als die 
Elektronik ? Vermutlich nein.

Der LT1007 funktioniert nicht mit 5V.
Kann man kaufen, aber das bereitstellen einer zusätzlichen Spannung ist 
den Aufwand wohl nicht wert.

Ein paar passende (ich hab nicht ins Datenblatt geguckt, nur die 
Suchfunktion auflisten lassen) die bei DigiKey Rail-To-Rail Vos <100uV 
haben in DIP8:
LT1677/1881/1884, LT1218/1219, TLC2201/2202, OPA251/2251/336/2336, 
MAX409, lässt man SMD-Gehäuse zu gibt es unendlich viele.

Autor: Peter (Gast)
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MaWin schrieb:
> Der LT1007 funktioniert nicht mit 5V.

danke für die Info, kannst du eventuell noch sagen wo man das im 
Datenblatt rauslesen kann? Er geht bis 22V aber das Minimum konnte ich 
nicht rauslesen.

Ich habe mittlerweile bei Reichelt den LTC2051 gefunden, er ist ein 
Rail-to-Rail und geht bei 5V. Von der Genauigkeit sollte er auch passen. 
Er ist zwar nicht der schnellste aber das ist mir egal.

> 25 bis 300, das heisst daß der Sensor eventuell kühler ist als die
> Elektronik ? Vermutlich nein.
Richtig.

Ich will es jetzt mit dem

LTC2051 OPV
LT179   Ref-Spannung
Atmega8 µC
DS18B20 Temp-Sensor zum ermitteln der Referenztemperatur

umsetzen, gibt es noch einwände?

Autor: Michael (Gast)
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Peter schrieb:
> danke für die Info, kannst du eventuell noch sagen wo man das im
> Datenblatt rauslesen kann? Er geht bis 22V aber das Minimum konnte ich
> nicht rauslesen.

Wenn ichs recht in Erinnerung hab ist sein Rail bei rund 5V, daher 
machts wenig Sinn ihn nur mit ±5V zu betreiben. ;)

Autor: MaWin (Gast)
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> wo man das im Datenblatt rauslesen kann?

Vout bei +/-15V nur bis +/-12.5V, also fehlen anch plus 2.5V und nach 
minus 2.5V also bleibt bei 5V Gesamtversorgungsspannung gar kein 
Aussteuerbereich mehr.

Der LTC2051 ist in Ordnung. Seine Eingangsspannung darf nur unter 4V 
liegen (bei 5V Verosgung) aber du willst eh verstärken, das ist also 
keine relevante Einschränkung.

Der LT179 soll wohl ein LT1790 sein. Achte darauf daß du kein LT1790BI 
sondern zumindest LT1790B kaufst.

Der DS18B20 ist wohl eine Remineszenz an deinen MAX6675 - ich kann kein 
analog also kaufe ich digital. Unnötig. Ein NTC oder PTC (KTY81 oder so) 
an einem Festwiderstand als Spannungsteiler oder ein LM335 oder eine 
simple Diode (temperaturabhängigkeit der PN-Verbindung) tut es letztlich 
besser. Denk dran, der LTC2051 hat 2 Verstärker, was machst du mit dem 
anderen wenn du die Temperatur digital misst ?

Autor: Peter (Gast)
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MaWin schrieb:
> Der DS18B20 ist wohl eine Remineszenz an deinen MAX6675 - ich kann kein
> analog also kaufe ich digital. Unnötig.

nein nicht wirklich, aber von haben ich gerade 10 stück rumligen und der 
Code dafür ist auch schon ferig (war für ein anderen Projekt).

> Denk dran, der LTC2051 hat 2 Verstärker, was machst du mit dem
> anderen wenn du die Temperatur digital misst ?
nichts.

Autor: Olaf (Gast)
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> DS18B20 Temp-Sensor zum ermitteln der Referenztemperatur
> umsetzen, gibt es noch einwände?

Ich teile Mawins Meinung. Lass die Finger von dem Mist und haeng einen 
LM335 an einen anderen Analogeingang. Ausserdem ist es sicher weniger 
Aufwand etwas Analogtechnik zu lernen als diesen vermurksten 1Wire-Bus 
zu implementieren.

> Der DS18B20 ist wohl eine Remineszenz an deinen MAX6675 - ich kann
> kein analog also kaufe ich digital. Unnötig.

Manchmal denkte ich ja man muesste eine Firma aufmachen die jeden 
Poppelsensor mit I2C-bus verkauft. Vermutlich kann man damit ein 
Vermoegen machen.
Ich glaube das erste inovative Produkt sollte dann eine superhelle LED 
mit I2C-Bus sein. :-D
Oder noch besser ich erfinde den Lumi-Bus und lass mit da irgendeinen 
Unsinn patentieren.

Olaf

Autor: Peter (Gast)
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Olaf schrieb:
> Ich teile Mawins Meinung. Lass die Finger von dem Mist und haeng einen
> LM335 an einen anderen Analogeingang. Ausserdem ist es sicher weniger
> Aufwand etwas Analogtechnik zu lernen als diesen vermurksten 1Wire-Bus
> zu implementieren.

Aber ich kann mir sehr sicher sein, das die Werte am ende auch stimmen, 
im Anlogteil können sich die Fehler besser verstecken, es gibt ja keine 
CRC.

Der Hauptgrund ist aber das ich die dinger zu Hand habe. Und bei dem 
anderen Projekt waren sie notwendig weil mehere Sensoren an einem Kabel 
hingen.

Autor: Olaf (Gast)
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> Aber ich kann mir sehr sicher sein, das die Werte am ende auch stimmen,
> im Anlogteil können sich die Fehler besser verstecken, es gibt ja keine
> CRC.

Hoehe..da muss ich aber mal kichern. Setz deinen 1820 mal fuer einige 
Zeit Feuchtigkeit aus. Dann bekommst du schoen falsche Temperaturwerte 
mit perfekter CRC.

Olaf

Autor: Peter (Gast)
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Kann mir noch jemand einen Tipp geben wo man den Tiefpass unterbringt 
(oder kann man ihn weglassen?).

Vor oder nach dem OPV? Eventuell auch mit einem Vorschlag zu den werten 
von R und C. Mehr als 100 Messungen pro s werde ich bestimmt nicht 
machen.

Autor: MaWin (Gast)
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Vor dem OpAmp.


   ----10k--+--|+\
 /          |
/          1uF
\           |
 \          |
   ---------+
            |
          Masse

Einerseits führt die Erhöhung der Impedanz zu Rauschen,
andererseits Filtert der Kondensator das Rauschen.
Mit einem Wima MKS2 1uF Folienkondensator sollte der
Effekt positiv sein.

http://www.elektronikinfo.de/strom/op_rauschen.htm

Mehr als 10k würde ich nicht nehmen, auch der aus dem
OpAmp-Eingang fliessende Strom (bias strom) führt
sonst am Widerstand zu Messfehlern (allerdings sind
die meisten Rail-To-Rail OpAmps eh CMOS OpAmps mit
recht geringem Eingangsstrom so daß der Messfehler
auch bei 10k vernachlässigbar bleiben wird)
und mehr als 1uF auch nicht,
das ergibt eine Filterwirkung ab 100Hz.

Die 75pA des LTC2051 führen zu 10nV Fehler, also
vernachlässigbar, bei 125 GradC kann aber bis 3nA
aus dem LTC2051 fliessen was schon 30uV entsprechen
würde, bei solchem TempBereich sollte man ihn auf 1k
reduzieren.

Frage ist, wie gross die Thermospannungen sind, die
der Widerstand einführt. Da beide Drahtenden gleiches
Material haben, sollte der 0 sein wenn er gleichmässig
warm ist. Ist aber ein Ende nur 1 GradC wärmer als das
andere, kann das schon zu Messfehlern über 1 GradC
führen, weil dort ja Materialen aufeinanderstossen,
deren Seebeck-Effekt grosser sein kann als die der Type J.

Autor: Peter (Gast)
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MaWin schrieb:
> Die 75pA des LTC2051 führen zu 10nV Fehler, also
> vernachlässigbar, bei 125 GradC kann aber bis 3nA
> aus dem LTC2051 fliessen was schon 30uV entsprechen
> würde, bei solchem TempBereich sollte man ihn auf 1k
> reduzieren.

Danke MaWin für die auführliche Erleuterung.

Die Schaltung ist zwar in der nähe des Ofens aber wird selber nicht 
wärmer als 40Grad.

Autor: Peter (Gast)
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Hallo,
so das Layout ist (fast) fertig. Da ist meine erste schaltung mit OPV 
und ein wenig Analogzeug ist, stell ich sie einfach mal rein und hoffe 
auf lass mich ein wenig kritisieren was ich alles falsch gemacht habe.

Ein paar frage sind aber noch offen:

sind die LEDs hell genug, ich will sie mit 40mA im Multiplex 
betreiben(1:6)

Ist Pin 3 und 8 wirklich in den LEDs gebrückt?

Kann ich beim ULN2003 den CD+ anschluss offen lassen?

Funktioniert das ganze am ende? (ich erwarte nicht wirklich darauf ein 
antwort g)

Bitte nicht über die Merkwürdigen +5V und GND Anschlüssen am Atmel 
wundern, sie helfen mir nur beim Layout haben aber sonst keine 
Bedeutung.

Autor: Peter (Gast)
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Nachtrag:

die letzte LED hängt so komisch rum, weil mir 1cm Lizens fehlt.

unten links muss noch eine Diode hin, habe noch keine passen SMD 
gefunden die auch lang genug ist.

Autor: MaWin (Gast)
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> Funktioniert das ganze am ende?

Keine gute Masseführung.
Du willst Spannungen im Mikrovoltbereich messen,
und schaltest Ströme im 200mA Bereich.
Ich rechne bei dem Layout mit deutlichen Messfehlern.
Die Verbindung von LT1790 über den Kondensatoranschluss zu AREF sollte 
kurz sein, das ist sie, aber die Masseleitung sollte ebenso kurz sein, 
parallel geführt werden, und nicht von anderen Strömen genutzt werden, 
und das ist er überhaupt nicht. Du betrachtest Anschluss 6 als 
Massepunkt, aber der ADC misst bezogen auf den GND Pin des uC. Versorge 
also den LT1790 aus einem GND-Pin des uC, der nicht noch woanderhin 
abzweigt, nicht vom Stecker. Und von diesem GND-Anschluss (des uC bzw. 
LT1790) sollte auch eine ansonsten nicht abgezweigte Leitung zum OpAmp 
als Masse gehen, damit er seine Ausgangsspannung auf dieselbe Masse 
bezieht, die AREF-GND sieht. Die Versorgungsspannung des OpAmp sollte 
dann parallel zu dieser Leitung zurückführen, damit sich keine Störungen 
einfangen, und wenn doch, dann zumindest in beide Leitungen gleich. Dann 
zweigt die Leitung ab zu VCC des LT1790 weil du ja 5V nutzt.


+5V --L---+
          |  +------+
   +------+--|LT1790|--+-- uC AREF
  |+\     |  +------+  |
  |  >-+  C      |     C
  |-/  +--(------(-----(-- Ain
   +------+======+=====+== uC AGND
               kurz

Ausserdem sollte man eine Schaltung schon vorher ausprobiert haben,
wenn man sich nicht sicher ist, ob z.B. die LEDs bei 5mA Segmentstrom 
ausreichend hell sind.
Du möchest zwar gerne 10mA im Schnitt wenn ich deine Schaltung so sehe 
(40-50mA aus einem I/O-Pin),
aber Figure 27-31 im Datenblatt kann man nicht einfach extrapolieren,
der Strom knickt irgendwo zwischen 20mA und 40mA ein.
Eventuell hilft es, pro Ausgang 2 I/O-Pins parallel zu schalten. Leider 
sind so viele nicht mehr übrig.

> Ist Pin 3 und 8 wirklich in den LEDs gebrückt?

Du solltest nicht davon ausgehen, obwohl es bei meinen so ist.

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