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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Atmega32 bipolar messen?


Autor: micro (Gast)
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Hallo,

kann man eigentlich mit einem ATmega32 bipolar messen?
So wie ich das verstanden habe kann ich 2 spannungen voneinander 
abziehen oder?
Alos 4 Volt und 3 Volt wären dann 1 Volt.
Aber kann man auch direkt einen negative Spannung also -2 Volt auf einen 
ADC geben und auf einen anderen Kanal -3 und bekäme dann 1 Volt als 
Ergebniss? Da ja -2-(-3)=1.

Autor: Thilo M. (Gast)
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Was du meinst ist differentiell Messen. Das kann der mega32. Im 
Datenblatt ist das prima beschrieben. Pausenzeiten zwischen Umschalten 
der Betriebsart und der Messung berücksichtigen! ;)

Autor: micro (Gast)
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Nein ich meine wirklich bipolar.
Also wenn ich auf ADC0 eine Spannung von 3 Volt gebe und auf ADC1 eine 
Spannung von -1 Volt.
Ist dann das ERgebniss ADC0-ADC1=4 oder 3.
Wenn es vier ist kann er bipolar wenn 3 dann nicht.
Nur meine Frage ist ob das schon mal jemand ausprobiert hat

Autor: Thilo M. (Gast)
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Was meinst du mit 'bipolar'?
Er kann die Differenz zwischen zwei ADC-Eingängen messen, diese kann 
zwischen +5V und -5V betragen (oder waren's 2.5V? Hab' das DB nicht im 
Kopf).

Autor: Uwe ... (uwegw)
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Ein AVR kann keine negative Eingangsspannung verarbeiten!

Autor: Thilo M. (Gast)
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Also bei differntiell wäre ADC0 der positive Eingang und ADC1 der 
negative. Wenn die beiden Spannungen das gleiche Bezugspotential haben, 
dann kommen 2V Differen 'raus, weil 3V + (-1V) = 2V.

Autor: micro (Gast)
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@uwe
Das wollteich wissen.
Also muss man immer mit eine Widerstand die negative pullen!

Autor: Thilo M. (Gast)
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>dann kommen 2V Differenz 'raus, weil 3V + (-1V) = 2V.
Ups.. müssen natürlich 4V 'rasukommen.
@Uwe:
in diesem Fall schon.

Autor: Thilo M. (Gast)
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Also in der Betriebsart 'single-ended' geht, wie Uwe schrieb, nix im 
negativen Bereich, bei differentieller Messung ist das Potential 
(nahezu) egal dann wird nur die Differenz zwischen zwei Eingängen 
gemessen, der negative Eingang kann also auch unter GND-Potential 
liegen.

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Thilo M. wrote:
> Also in der Betriebsart 'single-ended' geht, wie Uwe schrieb, nix im
> negativen Bereich, bei differentieller Messung ist das Potential
> (nahezu) egal dann wird nur die Differenz zwischen zwei Eingängen
> gemessen, der negative Eingang kann also auch unter GND-Potential
> liegen.
Nein, darf er nicht! Die Eingangsspannungen müssen grundsätzlich 
POSITIV sein! Es wird lediglich die Differenz zwischen zwei positiven 
Spannungen gewandelt, und die (also die Differenz) kann auch negativ 
sein!

BTW: Schaut mal ins Datenblatt, Absolute Maximum Ratings. Da steht 
eindeutig für ALLE I/Os GND-0,5V ... VCC+0,5V. Ohne Ausnahme!

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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@micro:
Wenn Du wirklich positive und negative Spannungen messen willst, musst 
Du diese erstmal in den Bereich bringen, in dem der ADC wandeln kann. 
Das kann man z.B. mit einem unsymmetrischen Spannungsteiler oder 
(eleganter und zuverlässiger) mit einem Operationsverstärker und einem 
virtuellen Nullpunkt lösen.

Autor: Thilo M. (Gast)
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>Ohne Ausnahme!

Bis auf den differentiellen Modus des ADC.
Der ist durch 'einige 100kOhm' entkoppelt, zumindest sagt das Datenblatt 
nichts Gegenteiliges. Hab's noch nicht probiert, ist aber als nächstes 
auf der Liste! ;-)

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Thilo M. wrote:
> Bis auf den differentiellen Modus des ADC.
Wenn Du mir zeigen kannst, wo das steht, dann ist OK.

> Der ist durch 'einige 100kOhm' entkoppelt, zumindest sagt das Datenblatt
> nichts Gegenteiliges.
Doch, in den absolute maximum ratings!

> Hab's noch nicht probiert, ist aber als nächstes
> auf der Liste! ;-)
Viel Spaß dabei! Aber erzähl hier bloß keinem, man dürfe an einen 
AVR-Eingang negative Spannungen (bezogen auf GND) anlegen, wenn Du es 
nicht sicher weißt! Und ich weiß mit ziemlicher Sicherheit, dass es 
NICHT zulässig ist. Die Clamp-Dioden sind immer da...

Autor: Thilo M. (Gast)
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Wie gesagt - ich probier's aus.

Seite 207:
"If differential gain channels are used, the input circuitry looks 
somewhat different, although source impedances of a few hundred kΩ or 
less is recommended."

Ich werd's bald sicher wissen ;)

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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@Thilo M.:
Habe mir grad das Datenblatt vom Mega32 mal daraufhin vorgenommen. Da 
steht, dass bei der Benutzung der Differential Gain Channels die Analog 
Input Circuitry anders aussieht als im Single-ended-Betrieb (was auch 
logisch ist, immerhin ist da vor dem Sample-and-Hold ein OP 
vorgeschaltet, wodurch die Eingangsimpedanz größer ist) und es wird 
empfohlen, trotz des Verstärkers mit der Impedanz der zu messenden 
Signale nicht über ein paar hundert kOhm hinauszugehen! (Ich vermute 
mal, das ist die Stelle, wo Du Deine paar 100 kOhm herhast) Das heißt 
aber nicht, dass der Eingangspin über diesen Widerstand entkoppelt 
ist! Wie schon oben gesagt: Die Clamping-Dioden sind immer noch da und 
sorgen für eine Spannungsbegrenzung an den Pins.

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Oh, da hatte ich vergessen, vor dem Absenden zu aktualisieren. Aber ich 
hab ja richtig gelegen: Du solltest Deine Englisch-Kenntnisse mal 
auffrischen. "to recommend" heißt auf deutsch "empfehlen"....

Autor: Thilo M. (Gast)
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Seite 291: RAIN Analog Input Resistance 100 MΩ
Seite 292: VDIFF Input differential voltage -VREF/Gain VREF/Gain
Verstehe ich als: -5V .. +5V, oder?
Seite 293: RAIN Analog Input Resistance 100 MΩ

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Ergänzung:
Solange die Quellen an der Eingängen ausreichend hochohmig sind, ist es 
zwar nicht tragisch, wenn mal ein bisschen negative Spannung anliegt, da 
der Strom durch die Dioden entsprechend klein ist, aber man misst dann 
nur noch Mist, da die negative Spannung auf -0,5V begrenzt wird.

Autor: Thilo M. (Gast)
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Ich werd's testen und melde mich wieder! Gut's Nächtle.

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Thilo M. wrote:
> Seite 291: RAIN Analog Input Resistance 100 MΩ
Das ist der Eingangswiderstand des ADC, also der Widerstand, der für den 
Leckstrom berücksichtigt werden muss. Hat nichts mit dem Thema zu tun, 
sondern nur damit, wie hochohmig die zu messende Quelle maximal sein 
darf, ohne dass es Messfehler durch den Leckstrom gibt.

> Seite 292: VDIFF Input differential voltage -VREF/Gain VREF/Gain
> Verstehe ich als: -5V .. +5V, oder?
Noch mal: Die Differenz der Eingänge darf +-VREF betragen. Eine 
Differenz von +VREF hast Du, wenn am nichtinvertierenden Eingang VREF 
und am invertierenden Eingang GND anliegt. -VREF hast Du, wenn am 
nichtinvertierenden Eingang GND und am invertierenden VREF anliegt. 
Jetzt klar? Hoffentlich...

> Seite 293: RAIN Analog Input Resistance 100 MΩ
Siehe oben.

Autor: Hannes Lux (hannes)
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Thilo M. wrote:
> Ich werd's testen und melde mich wieder! Gut's Nächtle.

Ich würd's nicht testen, weil ich es für Unfug halte, Spannungen messen 
zu wollen, die außerhalb der Betriebsspannung des ADC-Wandlers und 
seines vorgeschalteten OPVs liegen. Was am AVR unter GND und über AVcc 
liegt, ergibt entweder Müll oder beschädigt sogar den AVR.

An einen OPV-Eingang legt man ja auch keine Spannung an, die negativer 
als -Ub oder positiver als +Ub ist, oder?

...

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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@Hannes:
Das war jetzt ne gute Zusammenfassung von dem, was ich unserem (immer 
noch unbelehrbaren) Power-Thilo seit einer Stunde versuche, zu 
erklären...;-)

Autor: Thilo M. (Gast)
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>die außerhalb der Betriebsspannung des ADC-Wandlers und seines vorgeschalteten 
OPVs liegen.

Eine Differenzspannung liegt NIE ausserhalb irgendeiner 
Referenzspannung, solange die Differenzspanung nicht größer als die 
Referenzspannung ist.
Es kommt immer auf die Eingangsbeschaltung und deren Bezugspotential an. 
Darum werde ich es testen, weil das Datenblatt drüber keine Auskunft 
gibt.
Allen theoretischen Widersprüchen zum Trotz. ;)
Bin eben manchmal mehr Praktiker als Theoretiker.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Thilo M. wrote:
> Es kommt immer auf die Eingangsbeschaltung und deren Bezugspotential an.

So recht du hast:

Und die Eingangsbeschaltung ist ein OPAMP innerhalb des 
Mikrocontrollers. Dieser OPAMP hat Versorgungsspannungsanschlüsse, 
nämlich GND und VCC. Und klassischerweise können OPAMPs nur innerhalb 
ihrer Versorgungsspannung arbeiten.

Davon abgesehen (das wurde aber auch schon vom juten johnny gesagt) hat 
der Mikrocontroller an jedem Pin Clamp-Dioden gegen VCC und GND. Auch 
bei den ADC Eingängen. Wenn du -5V anlegst, gibtsn kurzen und je nach 
Stromstärke raucht dir die Clamp-Diode ab ;)


> Bin eben manchmal mehr Praktiker als Theoretiker.

Auch wenns absolut keinen Sinn hat? ;) Bist wohl ein optimistischer 
Praktiker

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Thilo M. wrote:
> ...weil das Datenblatt drüber keine Auskunft gibt.
Doch, das Datenblatt gibt darüber sogar sehr eindeutig Auskunft. Und da 
Du diese eindeutigen Hinweise nicht verstehen willst, bin ich jetzt seit 
mehr als einer Stunde damit beschäftigt, Dir das darzulegen. Aber Du 
willst es ja nicht glauben... "Wer nicht hören will, muss fühlen" oder 
so.

> Allen theoretischen Widersprüchen zum Trotz. ;)
> Bin eben manchmal mehr Praktiker als Theoretiker.
Und Du bist trotzdem noch körperlich unversehrt? Alle Gliedmaßen noch 
dran und so? Ich meine nur, es gibt gefährlichere Dinge, als einen 
ADC...;-)

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Simon Küppers wrote:
> Dieser OPAMP hat Versorgungsspannungsanschlüsse,
> nämlich GND und VCC. Und klassischerweise können OPAMPs nur innerhalb
> ihrer Versorgungsspannung arbeiten.
Oh, Simon, Du bist der Beste! Das war das Argument, das noch fehlte. 
Warum bin ich da nicht früher drauf gekommen?

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Johannes M. wrote:
> Simon Küppers wrote:
>> Dieser OPAMP hat Versorgungsspannungsanschlüsse,
>> nämlich GND und VCC. Und klassischerweise können OPAMPs nur innerhalb
>> ihrer Versorgungsspannung arbeiten.
> Oh, Simon, Du bist der Beste! Das war das Argument, das noch fehlte.
> Warum bin ich da nicht früher drauf gekommen?

Hannes hat es ja schon erwähnt, ich habs nicht zum ersten mal hier 
geschrieben ;) Aber sowas übersieht man ja leicht, nicht?

Autor: Thilo M. (Gast)
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Keine Sorge, bin komplett heile .. :)

Ich war schon immer der ungläubige Thomas (auch wenn ich nicht so heiß!)
Lasst mich das probieren, dann glaub' ich das auch. (obwohl nur Sonntags 
in der Kirche geglaubt wird) :D

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Simon Küppers wrote:
> Hannes hat es ja schon erwähnt, ich habs nicht zum ersten mal hier
> geschrieben ;) Aber sowas übersieht man ja leicht, nicht?
Sehe ich auch grad. Aber es ist schon manchmal ganz schön stressig mit 
dem Thilo... Der muss IMMER recht haben, auch wenn alles dagegen 
spricht.

Autor: Thilo M. (Gast)
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Dabei fällt mir ein:
Ich habe mal differentiell gemessen, wo der positive ADC an +30V lag, 
nach Euren aussagen (Und klassischerweise können OPAMPs nur innerhalb 
ihrer Versorgungsspannung arbeiten) kann da doch nix gscheites bei 
rauskommen, oder?

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Thilo M. wrote:
> Ich war schon immer der ungläubige Thomas (auch wenn ich nicht so heiß!)
> Lasst mich das probieren, dann glaub' ich das auch. (obwohl nur Sonntags
> in der Kirche geglaubt wird) :D
Lieber Thilo, das ist ja schön und gut, aber hier im Forum treiben sich 
viele Anfänger herum, die leicht beeinflussbar sind. Deshalb probier 
doch bitte die Sachen demnächst aus, bevor Du das hier schreibst...

Autor: Thilo M. (Gast)
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>*bevor* Du das hier schreibst...
Hast Recht, ich mach' mir ein Bier auf! Gute Nacht ...

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Thilo M. wrote:
> Dabei fällt mir ein:
> Ich habe mal differentiell gemessen, wo der positive ADC an +30V lag,
> nach Euren aussagen (Und klassischerweise können OPAMPs nur innerhalb
> ihrer Versorgungsspannung arbeiten) kann da doch nix gscheites bei
> rauskommen, oder?
30 V direkt am Eingang kann nicht sein, es sei denn, die betreffende 
Clamp-Diode ist schon komplett abgebrannt. Ansonsten geht max. VCC+0,5 
V. Über einen Vorwiderstand: OK, aber dann liegen auch keine 30 V am 
Eingang an! Und wie ich und einige andere Dir neulich schon mal versucht 
haben, zu erklären: Alles, was größer ist, als VREF - 1 LSB führt in der 
Ausgabe unweigerlich zum Maximalwert... "gemessen" hast Du da sicher 
nichts mehr.

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Thilo M. wrote:
>>*bevor* Du das hier schreibst...
> Hast Recht, ich mach' mir ein Bier auf! Gute Nacht ...
Prost!

Autor: Michael Waiblinger (wiebel42)
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Eigentlich müssten doch sogar die -0.5V schon eher akademischer natur 
sein, bei 0V wird er $00 raushaben, ob er das dann differenziert oder 
nicht is auch egal (Underflow entspricht dann eben Clipping), eben so 
wie die 30V mit Sicherheit eben $03FF ergeben. Sinnvoll kann ja 
eigentlich nur 0V...Vcc sein, was darüber hinausgeht ist halt 
Sicherheit.

Wobei strengenommen selbst gute Rail-to-Rail Opamps, wenigstens noch ein 
paar mV Luft zum atmen brauchen. Also realistisch ist eher 
XmV...(Vcc-XmV).
Noch strenger genommen xmV...(Vref-XmV) wobei das natürlich durch die 
differenzielle Beschaltung tatsächlich anders sein könnte.

Andere Frage, ist das ein "munteres" Signal oder eher DC, sonst kannst 
du es doch einfach mit nem Tiefpass entkoppeln und auf Vref/2 bringen.

-wiebel

Autor: Thilo M. (Gast)
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Aaalso gut, hab's getestet..
Wenn ich einen der Differenzeingänge auf GND lege (=> messen einer 
GND-potentialgebundenen Spannung) habe ich ja wieder einen single-ended 
ADC. Eine nicht-GND-bezogene Spannung (z.B. 12-Akku) kann prima gemessen 
werden (über Spannungsteiler natürlich), .
Ich glaube, wir haben schon das Gleiche gemeint aber aneinander 
vorbeigeredet. Ich sollte so spät nix mehr machen :(. Bei underflow gibt 
er immerhin noch ca. -0.3V 'raus.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Thilo M. wrote:
> Bei underflow gibt
> er immerhin noch ca. -0.3V 'raus.

Was? Wer? Wo? Der AD Wandler wandelt -0.3V? Glaub ich nicht. Wiebel 
sagte es schon, alles unter 0V oder über VREF wird geclippt.

Autor: Thilo M. (Gast)
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Bei differentieller Messung. Da bin ich beim ADC in der Mitte des 
Bereiches (511). Single-ended kann klar nix mehr 'rauskommen.

Autor: Jörn Paschedag (jonnyp)
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Man mag es kaum glauben was hier zusammen geschrieben wird. Ich sage mal 
das kein Gerät (es gibt ein paar Ausnahmen) außerhalb seiner 
Versorgungsspannung betrieben werden darf. (kann schon) Und die ist beim 
ATmega32 im Normalfall ein single Supply von 5 Volt.
Wenn jemand das absolut nicht wahr haben will, dann sollte man ihn auch 
nicht davon abhalten. Atmel ist bestimmt ganz geil darauf, noch größeren 
Umsatz zu machen.

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