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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Genauigkeit ICP Messung


Autor: Thomas (Gast)
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Hallo,
wünsche
ein gutes neues Jahr!

mit einem Atmega 162 messe ich mit ICP1 ein Signal von einem externen 
Signalgenerator.Habe den Prescale auf 8 eingestellt. Verwende einen 
externen Quarz mit 3.686.400 Hz

Fuses gesetzt auf Ext.Crystal Osc.3.0-8.0 MHz Start-up time 16K CK +65ms

Bin mir allerdings nicht sicher, ob das die optimale Einstellung ist, 
denn:

wenn ich beispielsweise mit dem Signalgenerator
64,87 Hz = Periodendauer 15.4178 ms einspeise,
dann gibt mein µC 7055 aus, also:
7055*10=70550
70550/4608 = 15.3103 ms = 65,31 Hz aus.
Eine Differenz von 0,44 Hz ist aber für meine Anwendung inakzeptabel. 
Denn ich muss aufgrund eines Messwertes ein auf cHz genaues Sinussignal 
ausgeben.

Den externen Frequenzgenarator habe ich mit dem Oszi geprüft, der 
stimmt.

Könnte mir jemand einen Tipp geben?

Gruß

Thomas

Autor: Anja (Gast)
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Thomas schrieb:
> Könnte mir jemand einen Tipp geben?

Irgendwas machst Du hier grundlegend falsch:
bei 460800 Hz Zähltakt solltest Du 7104 anstelle 7055 Takte erhalten.
Das sind 0,7% Fehler: So falsch kann kein Quarz gehen.

Ansatzpunkte:

- Wird wirklich der Quarz verwendet?

- Mißt du wirklich die Periodendauer oder den Abstand zwischen 
steigender und fallender flanke eines 99% PWM-Signals?

- läuft der Timer kontinuierlich oder hälst Du den etwa während der 
Messung an?

- ist das ICP-Signal sauber? Beim ATMEGA ist im Normalfall die 
Schaltschwelle relativ niedrig (ca 1.5V) was bei Masseversatz im System 
zu Fehlimpulsen oder Ausfällen führen kann. Ich verwende in der Regel 
einen Spannungsteiler und eine Tiefpaßfilterung mit ein paar pF um das 
Eingangssignal zu filtern.

Gruß Anja

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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>Den externen Frequenzgenarator habe ich mit dem Oszi geprüft, der
stimmt.


Ein Oszi ist nicht genauer wie 1%. Ausser vielleicht ein MSO, mit 1 mega 
Punkten.

Autor: Thomas (Gast)
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@hacky
ist schon klar, war aber dennoch genauer, als das, was der µC erzählt..
@anja
>Irgendwas machst Du hier grundlegend falsch:
>bei 460800 Hz Zähltakt solltest Du 7104 anstelle 7055 Takte erhalten.
>Das sind 0,7% Fehler: So falsch kann kein Quarz gehen.

Das sehe ich genauso,deswegen ja meine Frage....

> Wird wirklich der Quarz verwendet?

ich denke ja, deswegen hatte ich Fuseeinstellung mitgepostet, UART läuft 
ja auch korrekt
>Mißt du wirklich die Periodendauer oder den Abstand zwischen
>steigender und fallender flanke eines 99% PWM-Signals?

ich denke über ICP kann ich mich nur für rising to rising edge oder eben 
für die fallenden entscheiden. Deswegen muss es die Periodendauer sein. 
Ich hänge mal den Code an.

>- läuft der Timer kontinuierlich oder hälst Du den etwa während der
>Messung an?
der Timer läft kontinuierlich, geht ja über compare match

>- ist das ICP-Signal sauber?

ein sauberes TTL Signal


Gruß

Thomas

Autor: Kakadu (Gast)
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Kann es sein, dass Du bei zweiter_flanke noch die neue Startzeit 
speichern mußt und nicht nur die Endzeit?
Ich habe Deinen Code nur schnell überflogen.

Autor: Ulrich (Gast)
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Bis auf die Behandlung der Überläufe sieht der Code so aus als müsste 
die Periodenmessung funktionieren.  Das könnte also gelegentliche 
Ausreißer geben, meistens (ca. 99,9 % der Fälle), sollte der Wert aber 
stimmen.

Wie zuverlässig ist denn die andere Frequenzangabe ? Die meisten 
Oszlloskope sind da nicht so genau.

Ich kann zwar keine häufiges zurücksetzen des Prescalers finden, wäre 
aber eine mögliche Fehlerquelle. Wieso nicht mal ohne Prescaler beim 
Takt probieren - das ist etwas weniger Fehleranfällig.  Bei dem Beispiel 
ginge dsa sogar noch ohne Überlauf.

Autor: Thomas (Gast)
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@Kakadu

muss ich mal überlegen....

@Ulrich

also jetzt bin ich ziemlich verwirrt:

Habe nochmal getestet:

Frequenzgenerator Eingang ICP 65,56 Hz = 15,2532 ms

Ausgabe :ICP Wert 6980 = 15,1475 = 66,01 Hz (schneller als das 
Eingangssignal???)

Ohne Prescaler bekomme ich nur negative Werte (?) -9700; -9694 etc

Ich steh jetzt völlig auf dem Schlauch...........

Thomas

Autor: Thomas (Gast)
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achso, habe ich vergessen:
>Wie zuverlässig ist denn die andere Frequenzangabe ? Die meisten
>Oszlloskope sind da nicht so genau.

zu dem Wert 65,56 sagt das Oszilloskop 65.6Hz , 15.3 ms Periode das ist 
deutlich besser als der µC.

Thomas

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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Hallo,

zum Testen empfehle ich einen der Atmeltimer des gleichen Prozessors
im CTC Mode laufen zu lassen,
um damit eine bekannte Frequenz auszugeben. Diese dann mit dem ICP 
messen.
Damit kannst Du dann Softwarefehler einkreisen bzw. ausschliessen.

Gruss Klaus

Autor: Sascha Weber (sascha_w)
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@Thomas

du solltest die Overflows nur während der Messung weiterzählen, also 
wenn UpdateUart=flase, sonst kann's bis zur Berechnung in der Main u.U. 
noch weiterzählen.

Sascha

Autor: Ulrich (Gast)
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Das ohne Prescaler negative Zahlen rauskommen, liegt an itoa() zur 
Wandlung. Für unsigned Zahlen gibt es bei Glibc auch utoa() und auch 
noch einen Version für die 32 Bit Zahlen.

Die -9700 etsprechen bei richtiger Ausgang 55836. Das passt also zu 6980 
mit Teiler 8.

Was ist denn das für ein Signalgenerator oder anderer Frequenzmesser ?

Autor: gasd12 (Gast)
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lieg ich falsch oder kommst du hier nie in den else zweig???

ISR( TIMER1_CAPT_vect )
{
  static unsigned char ErsteFlanke = TRUE;

...

if( ErsteFlanke )
  {
...
  }
  else
  {
...

Autor: Anja (Gast)
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Thomas schrieb:
> Ausgabe :ICP Wert 6980 = 15,1475 = 66,01 Hz (schneller als das
> Eingangssignal???)

Thomas schrieb:
> - ist das ICP-Signal sauber?
>
> ein sauberes TTL Signal

Sieht mir aber nicht danach aus wenn einmal zuviel und einmal zuwenig 
gemessen wird:

- Welche Pegel High/Low
- welche Flankensteilheiten?
- gibt es evtl. Treppenstufen durch Reflektionen auf dem Signal 
(womöglich noch bei 1,5V?)

Die Messungen die hier Interessieren sind direkt zwischen Massepin des 
ATMEGA und dem ICP-Eingang. (nicht irgend eine Masse im Netzteil oder 
so).

Gruß Anja

Autor: Thomas (Gast)
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@kollisson

der Timer 3 läuft ja schon im CTC mode für die Ausleseabstände der LUT. 
Werde morgen mal das reine CTC Signal ausmessen bzw auf ICP schalten....

@sacha-w

würde nicht, wenn das der Fehler wäre, die Periodendauer eher zu lang 
als zu kurz? muss mal drüber nachdenken....

@Ulrich
>Was ist denn das für ein Signalgenerator oder anderer Frequenzmesser ?

oups, daran hatte ich nicht gedacht, klar kenn ich utoa. Der 
Frequenzgenartor ist ein Voltcraft 7202 Sweep / Funktionsgenerator, das 
Oszi ist ein Velleman
2 Kanal Digital Oszi mit Funktionsgenerator.

@gasd12
doch, ich komme in else, sonst käme ich ja gar nicht in die updat UART 
Schleife...

@anja

sorry, habe mich vielleicht blöd ausgedrückt, aber die messung bringt 
immer nur zu niedrige Periodendauern und damit eine zu hohe Frequenz. 
Nie umgekehrt

Die Abweichung ist linear, steigt also bei steigender Eingangsfrequenz 
entsprechend an( also prozentual gleich)
>- Welche Pegel High/Low
>- welche Flankensteilheiten?
>- gibt es evtl. Treppenstufen durch Reflektionen auf dem Signal

werde ich morgen nochmal nachmessen...zwischen massepin und ICP, wie Du 
gesagt hast.

Danke an alle für die rege Teinahme!

Gruß

Thomas

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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>> @kollisson

>> der Timer 3 läuft ja schon im CTC mode für die Ausleseabstände der LUT.
>> Werde morgen mal das reine CTC Signal ausmessen bzw auf ICP schalten....


Du kannst ja auch zum testen einen weiteren Atmel nehmen, den du aber
aus dem gleichen Systemtakt speist. Es geht hierbei ja darum, dass
du die genaue Frequent deines Taktes nicht kennst.
Im von mir vorgeschlagenen scenario wäre das aber egal, da die 
Abweichung
dann auch im zu messenden Signal vorliegt.

Du kannst damit halt deine Software testen, da hier exact das
herauskommen muss, was zu erwarten ist.

Gruss Klaus

Autor: Kakadu (Gast)
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>Die Abweichung ist linear, steigt also bei steigender Eingangsfrequenz
>entsprechend an( also prozentual gleich)

Dann stimmt Deine Taktfrequenz nicht mit der angenommenen überein. Auch 
Quarze können defekt sein.
Am einfachsten wäre es, die Netzfrequenz (50 Hz) zu messen. Die ist in 
diesem Fall wohl hinreichend genau, um als Referenz zu dienen.

Autor: Ulrich (Gast)
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Der Frequenzgenerator hat zwar eine 6 Stellige Anzeige und damit viel 
Auflösung, laut Datenblatt ist aber die Genauigkeit mit +-5% sehr 
gering. Ganz vorstellen kann ich mit das aber auch nicht. Einen 
Quarzstabilen Takt kann man zumindest bei einem wohl noch analog 
aufgebautem Wobbelgenerator ja nicht erwarten, aber die Anzeige hätte 
ich dann über den eingebauten Zähler erwartet. Vielleicht ist da ja ein 
Kalibrierung vorgesehen, und irgendwie eine falsche Konstante drin. 
Nach der Anleitung sehe ich die da eingestellte Frequenz jedenfalls 
nicht als zuverlässig an - der Fehler kann also auch bein Generator 
liegen.

Ist vielleicht der andere Generator (im Scope) besser ?

Autor: Thomas (Gast)
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Hallo,

habe jetzt erstmal probiert den Systemtakt an PB0 auszugeben, indem ich 
die Fuse CKOUT gesetzt habe. Entweder mein Oszi löst das nicht auf, oder 
irgendetwas anderes klappt nicht. Jedenfalls konnte mein Oszi diesem 
Signal keine Frequenz zuordnen.
Dann habe ich Timer3 in CTC ohne prescale, den Compare OCR3A auf 0 
gesetzt, den PIND4 auf Ausgang gesetzt und hier nun den halben 
Systemtakt erwartet.
Da kann ich aber nur eine recht chaotische Welle mit 10.4 MHz (?) 
feststellen. Merkwürdigerweise hat das Oszi im Gegensatz zur PB0 Messung 
hier eine Frequenz anzeigen können.(Frust)

@Ulrich
Das Oszi gibt schon die richtige Frequenz in der Messung des 
Funktionsgenerators aus. Dass dieser natürlich trotz 5 stelliger Anzeige 
diese Auflösung nicht korrekt produziert, ist mir klar. Ich nehme ja 
auch nur die ersten zwei Stellen im Hzbereich hinter dem Komma ernst. 
Und die stimmen mit den Oszimessungen überein.

@kollison
ich steh da etwas auf dem Schlauch, wie ich die 50Hz Netzschwingung als 
Referenz praktisch umsetzten soll. Antenne an Eingang;-)?
@anja
Habe, wie Du oben lesen kannst erstmal versuch den Systemtakt zu messen 
und bin daran schon gescheitert.

Werde mal morgen schauen, dass ich den Quarz und den µC austausche. Dazu 
noch eine Frage:
Ich neige dazu meine Programmschnipsel nicht im Compiler zu simulieren, 
sondern direkt auf den µC zu flashen. Ich habe das doch recht 
verstanden, dass der bis zu 100.000 Flashs überlebt? Oder habe ich damit 
schon ein Problem verursacht?

Gruß

Thomas

Autor: Ulrich (Gast)
Datum:

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Die 100.000 oder auch nur 10.000 mal die man den µC Flaschen kann sind 
in der Regel kein Problem.  Auch wenn man sich nur 5 Minuten mit einer 
Version beschäftigt kriegt man so kaum 100 Versionen am Tag oder 3000 im 
Monat hin. Noch so viel Zeit die man mit dem µC verbracht hat, kann man 
dann ggf. alle 3 Monate einen neuen spendieren.  Am ehesten erreicht man 
das Limit noch wenn man viel JTAG für Einzelschritt-simulationen nutzt - 
da werden dann schon öfter mal Waits geschrieben und gelöscht.


Wenn der Takt den der µC ausgibt nicht sauber ist, könnte es vielleicht 
ein Porblem mit der Versorgungsspannung oder den Abblockkondensatoren 
sein ?

Wenn das Oszilloskop Problem mit der hohen Frequenz hat, ggf. auch ein 
langsameres PWM Signal nachmessen. Die Frequenz sollte auch der Zähler 
im Generator nachmessen können.

Autor: hbloed (Gast)
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Anja schrieb:
> Das sind 0,7% Fehler: So falsch kann kein Quarz gehen.

Das stimmt nicht, wenn er auf einer Nebenresonanz schwingt
schon, da gibt es die lustigesten Effekte. z.B. Springen
zwischen den Haupt- und Nebenresonanzen durch Erschütterungen.

Autor: Thomas (Gast)
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@Ulrich
ich verwende das STK500 . Da denke ich nicht, dass es ein Problem mit 
den Abblockkondensatoren gibt. Außerdem ist das Ergebnis ja nicht total 
falsch sondern eben nur ein bischen;-)
Werde es jetzt nochmal mit einer lamgsameren Frequenz probieren.
Im Datenblatt steht, dass es mitunter zu Problemen kommen kann, wenn man 
die prescaler häufig wechselt, da sich die Timer 0,1 und 3 ein 
physikalisches prescale Modul teilen. Hat da jemand schon negative 
Erfahrungen gemacht?

Gruß
Thomas

Autor: Kakadu (Gast)
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>Im Datenblatt steht, dass es mitunter zu Problemen kommen kann, wenn man
>die prescaler häufig wechselt, da sich die Timer 0,1 und 3 ein
>physikalisches prescale Modul teilen.

Meinst Du die leiern aus und gehen kaputt?

Nimm einen Trafo 230V prim. 10-20V sek. und lege die Sekundärspannung 
über 10k an den ICP; ggf. noch 10nF zur Filterung gegen Masse. Dann 
müssen sich 49,99 - 50,01 Hz zeigen, wenn korrekt gemessen wird.

Autor: Thomas (Gast)
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@kakadu

naja, so wie Du es jetzt sagst...... Bin Anfänger;-) Leiert also nicht 
aus.
Suche jetz in der Bastelkiste nach einem 230/12V Trafo.....

Ich wollte aber gerade die Systemfrequenz überprüfen, indem ich Timer3 
im CTC Modus ohne Prescale mit irgendeiner OCR3A über den OC3A PIN ans 
Oszi gebe.

Nun habe ich anscheinend irgendwas nicht ganz verstanden. Laut AVR GCC 
Tutorial sollte sich die Ausgangsfrequenz am PIN berechnen lassen durch:

Foc3A = F cpu / prescaler * ( OCR3A+1 )

nun habe ich eine Fcpu von 3.686.400 Hz, prescale 1 (also keinen) und 
mal 2000 ins OCR3A geschrieben. Nach der Formel müsste jetzt doch

3686400/2001 = 1842,2788605697 rauskommen. Mein Oszi zeigt nun 915 Hz.

Weiß nun nicht was das bedeutet, außer dass ich die Timerartikel noch 
mal durcharbeiten muss.

Kann mir jemand einen Tipp geben, unter was ich in den Treats suchen 
muss?
Unter CTC, Systemfrequenz oder so habe ich nichts gefunden....

Gruß

Thomas

Autor: Thomas (Gast)
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@kakadu
Habe jetzt ein 12 Voltnetzteil gefunden, so angeschlossen wie Du es 
gesagt hast, ICP zählt aber nicht. Es ist allerdings ein stabilisiertes 
Netzteil...
Vielleicht zu stabil für ICP ?

Gruß

Thomas

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

>Habe jetzt ein 12 Voltnetzteil gefunden,

Kein Netzteil, einen TRAFO, wo WECHSELSPANNUNG rauskommt. Ein Netzteil 
liefert GLEICHSPANNUNG!

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Thomas schrieb:

> Nun habe ich anscheinend irgendwas nicht ganz verstanden. Laut AVR GCC
> Tutorial sollte sich die Ausgangsfrequenz am PIN berechnen lassen durch:
>
> Foc3A = F cpu / prescaler * ( OCR3A+1 )
>
> nun habe ich eine Fcpu von 3.686.400 Hz, prescale 1 (also keinen) und
> mal 2000 ins OCR3A geschrieben. Nach der Formel müsste jetzt doch
>
> 3686400/2001 = 1842,2788605697 rauskommen. Mein Oszi zeigt nun 915 Hz.
>
> Weiß nun nicht was das bedeutet, außer dass ich die Timerartikel noch
> mal durcharbeiten muss.

Wenn deine ISR 1814 mal in der Sekunde aufgerufen wird UND bei jedem ISR 
Aufruf der Ausgangpin seinen Pegel wechselt, dann hat der Pin eine 
Frequenz von der Hälfte der ISR Aufruffrequenz.

Wenn du jede Sekunde den Lichtschalter in jeweils die andere Stellung 
bringst, dann blinkt dein Licht mit 0.5Hz

> Unter CTC, Systemfrequenz oder so habe ich nichts gefunden....

EInfach mal darüber sinnieren, wie das auf Hardware Ebene funktioniert. 
Dann ergeben sich all die Formeln ganz von alleine. Und das beste daran: 
man versteht sogar warum die Formeln genau so aussehen wie sie aussehen. 
Und noch viel besser: beim nächsten mal muss man nicht erst umständlich 
im Datenblatt nach einer Formel suchen, sondern leitet sich das in 5 
Sekunden selber her.

Autor: Thomas (Gast)
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@kakadu
...das war jetzt blöd.. Hatte ich fälschlicherweise gleichgesetzt,sorry

@kbuchegg
Da war ich eben auch draufgekommen... Aber dennoch verstehe ich nicht, 
weshalb der Wert dann nicht genau stimmt: bei 1842 müsste dann doch 921 
ausgegeben werden. 7 Hz Unterschied ist schon viel.....
Aber darin liegt ja mein Grundproblem, mit dem ich diesen Thread 
begonnen habe: Die ausgegebenen Frequenzen haben immer eine Abweichung. 
Wem darf ich denn jetzt glauben: Meinem µC mit seinem Quarz, oder meinem 
Oszilloskop?

Ich habe jetzt den OC3A an ICP angeschlossen und bekomme hier bei
no prescale und Fcpu 3.686.400 Werte von 500-501! und damit
tatsächlich eine Periodendauer von 1.085069 ( 5000/4608 )= ca 921.6589 
Hz
Mein Oszi zeigt korrekt 1,09ms aber 915Hz statt 917 Hz (=1.09ms)
--Rundungen......

Das scheint nun meine Eingangsfrage schon zu beantworten: Mein ICP ist 
genauer als das Oszi und das ganze Problem beantwortet sich ggf. 
dadurch, dass mit der feineren Auflösung des ICP das Ergebniss anders, 
aber richtiger ist als das Oszi-Ergebnis mit seiner geringeren 
Auflösung.
D.h. alles geht richtig, aber eben richtig je nach Auflösung!

Danke.
Thomas

Autor: Kakadu (Gast)
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>Ich habe jetzt den OC3A an ICP angeschlossen und bekomme ...

Ändere mal Deine Quarzfrequenz auf zum Beispiel 12MHz und Du wirst immer 
noch das erwartete Ergebnis bekommen, was aber völlig verkehrt ist.
Denk einmal darüber nach :-)

Autor: Thomas (Gast)
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@kakadu

wie jetzt? Du meinst, wenn ich einen realen 12Mhz Quarz einsetze bekomme 
ich wirklich das selbe Ergebniss wie mit meinem 3,6MHz Quarz?? Das 
verunsichert mich jetzt extrem.

Wenn ich den Timer 3 mit 12Mhz ohne prescale arbeiten lasse, dann muss 
er doch auch 12.000.000 Tics in der Sekunde machen, oder nicht?

Dann zählt er doch entsprechend schneller, und braucht weniger Zeit um 
den eingestellten OCR3A Wert zu erreichen. Wenn mein ICP dann das 
toggeln zählt,
oups, der zählt ja dann auch schneller......im selben Verhältnis, was 
sich ja nicht geändert hat. Also bekäme ich dasselbe Ergebnis, was aber 
mit der realen Zeit nicht direkt übereinstimmen würde. Hm.

Aber wenn ich dieselbe UART Ausgabe bekomme, muss ich sie doch dann 
anders berechnen, d.h. in meine Rechnung fließt ja dann der höhere 
Systemtakt ein, der das dann ausgleichen müsste.........

Ich merke, dass ich es definitiv noch nicht im Griff habe ;-((

Gruß

Thomas

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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> oups, der zählt ja dann auch schneller......im selben Verhältnis, was
> sich ja nicht geändert hat. Also bekäme ich dasselbe Ergebnis, was aber
> mit der realen Zeit nicht direkt übereinstimmen würde. Hm.

Das war ja der Sinn meines Vorschlages zum Testen deiner Software.
Unabhängig vom wirklichen Takt muss in deiner Zählung exact das 
herauskommen,
was nach Berechnung zu erwarten ist. Dies passiert aber nur dann,
wenn deine Software korrekt arbeitet .

Gruss Klaus

Autor: Thomas (Gast)
Datum:

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@kollison

das scheint ja dann der Fall zu sein. Takt ist verifiziert und stimmt.
Bekomme jetzt aber ein neues Problem: Das Sinussignal ist sehr unruhig.
Dazu öffne ich aber einen neuen Thread.

Danke

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