www.mikrocontroller.net

Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik kennlinien realisieren


Autor: Student2006 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo zusammen.

Da mir dieses Forum schon bei der einen oder anderen Frage sehr
hilfreich war, ich aber zu meiner jetzigen Fragestellung nix passendes
gefunden habe, wende ich mich eben direkt an euch.

Ich arbeite mit WinAVR und programmiere in C.

1.Ich messe per input_capture den duty cycle eines PWM-Signales.
2.Nun möchte ich diesen Wert mit einer Kennlinie abgleichen.
  Ist z.B. der Wert dc_in=30%,soll dc_out=50% sein, usw.
3. dann soll mit dc_out weitergearbeitet werden.

Da ich nun sehr auf die Auslastung des µC achten muß (es ist auch ein
dc_in von weniger als 5% bei einer Frequenz von 5KHz (<10µs) +
Berechnung von OCRxA), möchte ich nach möglichkeit keine einzelnen
Vergleiche in einer Schleife durchführen, bis ich den richtigen dc_in
in meiner Kennlinie gefunden habe.
Dieses würde im worst case ~10Takte bei 16MHz pro durchlauf bedeuten.
Bei 500 Stützstellen -> 5000 Takte -> 31µs.
Da ich nun auch ganz gerne zwischen den Stützstellen interpolieren
möchte, wird das Ganze mit einer Schleife praktisch unmöglich.
Die Stützstellen sollen ausserdem nicht fest in ihren Werten vorgegeben
sein (also 100% /500 -> also alle 0.2%; ich benötige auch mal einen Wert
genau bei z.B :40.67%).

Hat vielleicht jemand von euch ein solches Problem gelöst oder evt.
eine kreative Lsg. für mich parat?
Ich hänge z.Z. an diesem eigentlich kleinen Problem fest. :-(

Ich bedanke mich für jeden Vorschlag, den ich bekomme, weil sämtliche
Hilfe ist besser als gar keine.....


so long

Autor: crazy horse (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Tabelle, falls du genug flash dafür hast, ist immer die schnellste
Variante.

Autor: Student2006 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Das ist, glaube ich auch die einzige Möglichkeit. Aber selbst mit einem
schnellen suchalgorithmus benötige ich somit mehr zeit als mit zur
verfügung steht.

Darum dachte ich evt an etwas wie Adressen direkt mit dem Wert von
dc_in ansprechen. Durch eine entsprechende Umwandlung des Wertes.

:-)

Autor: crazy horse (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wieso Suchalgorithmus? Zu jedem Eingangswert gibt es einen Ausgangswert.

Eingangsauflösung 0,1% -> Tabelle mit 1000 Werten zu je 2 Byte, ~2kB.
Zu suchen gibts da nichts, und schneller gehts auch nicht.

Autor: Student2006 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Da hast Du zwar recht, aber somit hätte ich allerdings fest vorgegebene
Stützstellen, alle 0,1%.
Aber wie schon gesagt, so wollte ich es nicht realisieren, da auch mal
0,01% benötigt wird.

Mehr als 1000 Stützstellen wollte ich nun wirklich nicht angeben
müssen!
-> somit sind die Stützstellen nicht linear angegeben und ich müßte
dc_in mit derTtabelle abgleichen und den nächst liegenden Wert
nehmen/suchen.

Ich danke dir für deine schnelle Hilfe, und sehe, ich muß wohl einen
Kompromiss eingehen und feste Stützstellen nehmen.
Falls vielleicht doch noch jemand mal solch ein Problem hatte oder
haben wird, wäre ich dankbar wenn er mir seine Lösung dafür mitteilen
könnte.
Danke.

ps: Das Forum hier ist ne super Sache und hat mir schon öfters gute
Hilfestellung geben können, dank der Forumssuche..... weiter so!


so long

Autor: Profi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Kombiniere eine Tabelle mit Interpolation!
Oder versuche, mathematische Zusammenhänge zu erkennen, mit denen Du
die Werte näherungsweise berechnen kannst. Evtl. kannst Du dann in der
Tabelle die Abweichungen zwischen Berechnung und Soll ablegen.

In Excel git es bei Diagrammen die Funktion "Trendlinie hinzufügen",
deren Formel dann angezeigt werden kann. Sehr hilfreich!

Gib uns mal ein paar Beispiele (wie genau sollen die Werte sein, wie
groß die Abstände, wieviele Einträge in der Tabelle). Das kriegen wir
schon hin.


Neben der linearen gibt es noch weitere Varianten der Interpolation:
quadratische
Suche nach
Lagrangesche Interpolationsformel
Newtonsche Interpolationsformel
Stirling, Bessel, Everett, Gauß
im Handbuch der Mathematik

Autor: Thomas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hoi,

stückweise linear interpolieren geht recht einfach und braucht noch
nicht zuviel Rechenzeit. Da muss auch nicht lang gesucht werden, wenn
du z. B.  100 Werte hast und 40.23 % suchst, dann wird der einfach
abgerundet und der Wert für 40 und sein Nachfolger geholt...

Bleibt nur zu prüfen, ob eine solche Näherung hinreichend genau für
dich ist. Aber das geht ja ohne µC ;-)

Irgendeine komplexe Funktion als Fit zu nehmen, kann auf dem µC auch
schnell nach hinten losgehen.

Autor: peter dannegger (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
"Aber wie schon gesagt, so wollte ich es nicht realisieren, da auch
mal
0,01% benötigt wird."


Zuvor sollte man aber erstmal prüfen, ob die PWM überhaupt so stabil
erzeugt wird und ob dann auch die Messung so genau erfolgt.


Peter

Autor: Wolfram (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Auch wenn ich die allgemeine Tabelle mit festen abstand vorziehen
würde.
Als Suchalgorithmus: Suche mit halbiertem Intervall

Du hast deine Tabelle,da stehen alle werte aufsteigend geordnet drin.
Bitte nimm die Werte skaliert oder als festkomma NICHT Fließkomma!
Sagen wir du möchtest in einer Tabelle von 1000 Werten 40,1% finden

1.Nimm den Wert in der Mitte der Tabelle
Ist es dein Wert? ja: schön fertig
nein: wenn dein gesuchter Wert größer ist nimm die obere Hälfte
sonst die untere Hälfte (aufgrund der aufsteigenden Reihenfolge sind
alle Werte in der oberen Hälfte größer/in der unteren Hälfte kleiner)
wiederhole 1.
Abbruchkriterium ist: Du kannst nicht weiter die Tabelle teilen
Niemand hindert dich solltest du einen nichtpassenden Wert am ende
erhalten, diesen durch Interpolation mit den Nachbarwerten weiter zu
verbessern. Hier kommt es darauf an wie gut du die Zahlen skalierst.
Die Anzahl der Vergleiche ist log2(Tabellengröße) also 10 für
Tabellengröße 1000.

Autor: Student2006 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Mein Problem liegt nicht in der Interpolation oder der Mathematik.
Genau die will ich ja eigentlich umgehen. Denn jede Div oder
Multiplikation "frißt" extrem viel Rechenleistung. Ich benutze ja
immerhin "nur" einen ATmega und der besitzt nunmal keine ALU.
Darum wmöchte ich nach möglichkeit so viele Rechnungen wie möglcih
(DIV & MULTI) vermeiden.

Das mit Excel habe ich mir auch schon überlegt. Ist eiegntlich ne ganz
feine Sache. So muß ich nicht immer alle Stützstellen eintragen,
sondern kann sie am PC errechnen(interpolation). Und diese dann zum AVR
übertragen.

Mir geht es darum, wie man effektiv(schnell) auf nicht genau
festgelegte Eingangs-Werte in einer Tabelle zugreifen kann, ohne diese
mit Suchalgorithmen abzugleichen.
1.Bsp.
Tabelle mit def. Stützstellen alle 0.1%->1000 Stützstellen:
dc_in=26.77% -> auf Tabelle[dc_in] zugreifen -> geht nicht, da Wert
nihct vorhanden -> dc_in so korregieren, daß entweder dc_in
abgerundet(26.7) oder aufgerundet(26.8) -> oder aber evt. interpolieren
zwischen den beiden nächstliegenden Werten
  -> sehr Rechenaufwendig
2.Bsp:
Tabelle mit undef. Stützstellen ->1000 Stützstellen:
dc_in=26.77 -> Kontrolle, ob Tabelle[dc_in] def. -> falls ja, Wert
übernehmen -> falls nein nächst liegenden Wert(e) suchen, da dieser
aber nicht eindeutig def. ist (heißt er könnte bei 26.65%, 30.4, 26.99,
26.78 liegen) -> Suchalgohritmus - >interploieren
  -> noch Rechenaufwendiger

Einfacher wäre es, wenn man den Wert aus der tabelle nimmt vom nächst
tieferen def. dc_in.

Aber ich denke mal, ich werde auf Bsp 1 ohne interpolation ausweichen
müssen, das benötigt am wenigsten POWER.

Oder sind doch noch Ideen da????


THX

Autor: Student2006 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@ Peter

Das Problem habe ich schon abgehakt. Habe ich zuerst auch befürchetet,
aber ich habe eine Auflösung von 0,005%.
Die Messung wurde mit einem sehr zuverlässigen Oszi gemacht.

@ Wolfram

Also wenn eine Suche, dann bestimmt diese. Findet im Mittel dei
schnellsten Treffer.Und benötigt die geringsten Ressourcen.


so long

Autor: Tobi B. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo!

Stichwort "Look-up" Tabelle - wie schon oft hier beschrieben, wäre
das Mittel meiner Wahl und sollte wohl auch Deines sein.

Ob nun 1000 oder 5000 Werte in einer Tabelle ist doch wohl egal. Die
wirst Du ja sowieso automatisch generieren, oder?
Einzig K.O. Grund kann hier der Speicherbedarf sein. Sollte es aber
heutzutage auch nicht...
Und wenn 5000 nicht reichen nimmst Du eben 10000.
So kannst Du jede Genauigkeit erreichen. Deine Gemessenen Werte müssen
eben nur auf die gewünschte Nachkommastelle begrenzt werden.
Anschließend das Komma "verschieben" und direkt als Index in die
Tabelle eintragen.

MfG Tobi

Autor: crazy horse (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
verstehe dein  Rechenzeitproblem noch nicht ganz. Wenn du sagst, das
Eingangssignal kommt mit 5kHz, also alle 200µs. Bei 16MHz hast du doch
sattte 3200 Takte Zeit, das Ergebnis zu berechnen.
Und, falls die Eingangsfrequenz fest ist, brauchst du den duty-cycle
des Eingangssignal gar nicht erst berechnen. Für deine Funktion reicht
die entsprechend skalierte Pulsdauer doch aus?

Autor: Student2006 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@ crazy horse

Also bie einer Frequenz von 5KHz und einem dc von 5% komme ich bei
16MHz Taktung auf gerade mal 160 Takte. Das ist zwar worst case, aber
dennoch realistisch und somit zu berücksichtigen.
Das ist ja das Prob.

@ Tobi

So muß ich es wohl machen. Speicherplatz-Probleme tauchen bei mir noch
nicht auf. Ich dachte halt nur an die Zukunft und hatte auf eine
"bessere" Idee gehofft. Und bisher hat sich hier bei meinen Suchen im
Forum meist gezeigt, daß meine Ideen halt nicht schlecht waren, aber
dennoch besser zu machen waren. Und eigentlich versuche ich immer, mir
erst meine eigenen Gedanken zu machen (so lernt m,an am besten!) und
dann mal zu schauen, ob es noch was anderes gibt. Ganz nach dem Motto,
daß hier schon sehr oft verwendet wurde: 'Warum das Rad neu
erefinden'.


mfg

Autor: peter dannegger (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Was hast du gegen die binäre Suche wie Wolfram vorschlägt ?

Bei 1000 Werten sind das nur 10 Vergleiche, geht ratzfatz, also
überhaupt kein großer Rechenaufwand.

Aber wie gesagt, es kommt zuallererst auf die reale Genauigkeit der
Eingangsgröße an. Zum Schwindeln kannst Du auch einfach nur
Zufallszahlen ausgeben.


Peter

Autor: peter dannegger (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
"...aber ich habe eine Auflösung von 0,005%."

Auflösung und Genauigkeit sind 2 völlig verschiedene Dinge.


Peter

Autor: crazy horse (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich verstehe es immer noch nicht - du musst es doch nicht in den 5% der
Zeit ausrechnen, sondern hast doch den ganzen Zyklus Zeit??

Autor: Student2006 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@ peter

Zuersteinmal habe ich nix gegen die von Wolfram vorgeschlagene
Suchfunktion. Ist schon mit die schnellste, die es gibt.
Bedeutet aber auch, das der Wert vorhanden sein muß nach dem ich
suche.
Mit "Auflösung und Genauigkeit sind 2 völlig verschiedene Dinge."
hast du natürlich vollkommen recht. Ich wollte damit sagen, daß ich
eine Genauigkeit von 0,005% +- 0,0005% in dem für mich wichtogen
Bereich erreiche.

@ crazy horse
Wenn ich in Echtzeit dc_out und dc_in verknüpfe, bleiben mir nur die
160 Takte. Ansonsten "hänge ich immer eine Periode hinterher. Und
sowas ist mal angenommen auf ein Einspritzsystem, o.a. leider nicht
akzeptabel.


Aber ich wollte hier keinen Ärger aufbringen. Ich entschuldige mich
natürlich dafür. Habe halt gehofft, es gäbe noch eine andere
Möglichkeit, auf die man so schnell vielleicht nicht kommt.


Ich werde dann jetzt wohl feste Vorgaben benutzen. Mal sehen, ob mit
1000 oder 10000 Werten.Das wird sich zeigen während der Anwendung.

Thx

Autor: Profi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
ALU Arithmetisch / Logische Einheit   hat jeder µC
Du meinst wohl FPU, Gleitkommaeinheit zu gut altdeutsch.

Würde aber sozusagen Fixed-Point-Arithmetik machen, Eingang einfach so
skalieren, dass z.B. 16 Bit optimal ausgenutz werden.

Ein div dauert doch nur ein paar Zyklen.

... , das der Wert vorhanden sein muß nach dem ich suche.
Nein, Du kannst den näheren Nachbarwert nehmen oder zwischen den beiden
Nachbarn interpolieren.

Das ist doch alles schnell zu berechnen, notfalls musst Du vorhandenen
Routinen / Labraries auf Geschwindigkeit trimmen.

Für Interpolation habe ich noch folgendes gefunden:
http://www.embeddedforth.de/emb9.pdf letzter Beitrag auf S. 20 / 16.
Optimierung der Stützstellen.


Vielleicht könntest Du uns doch mal konkrete Zahlen / Beispiele
nennen.

Vielleicht helfen mehrere Teiltabellen?
Zuerst eine grobe mit Verweisen auf feinere.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.