Hallo Mikrocontroller Forum,
ich möchte Spannungen im Bereich von 5/10/15V möglichst sehr genau mit
einem Atmega8 messen. Die Software bereitet mir keine Probleme!
Nur Schaltungstechnisch würde ich mich über Hilfe freuen!
Im Anhang habe ich meinen ersten Versuch hinterlegt.
Bin ich auf dem richtigen Wege? Könnt Ihr mir vielleicht ein paar
Tipps geben? Oder einen Beispiel Schaltplan empfehlen!
Für den Ausgang (ADC0) habe ich noch keine genaue Vorstellung.
Ich habe einiges über Spannungsteiler gelesen und ausprobiert. Ist das
der richtige Ansatz für eine sehr genaue Messung oder sollte ich in
Richtung Operationsverstärker suchen.
Würdet Ihr für das Vorhaben die interne Referenzspannung von 2.56V
verwenden?
Vielen Dank für die Hilfe!
Mit freundlichen Grüßen
Christian
Messbereich per Software umschaltbar oder nur per Bestückungsoption?
Über die Eignung der internen Referenz bitte das Datenblatt lesen
(reference voltage, DC Charcacteristics) und selber abschätzen. Kommt
nämlich auf den Anspruch an.
Hallo Michael, Hallo Harald,
vielen Dank für die schnelle Hilfe! Du hast recht, ein Eingang,
ich habe mich verschrieben :O)
Eine Genauigkeit von +/- 5mV das ist im Moment mein Ziel.
Ich würde gerne den Messbereich per Software umschalten, aber nur wenn
es der Genauigkeit nicht schadet.
Mit freudichen Grüßen
Christian
Christian H. schrieb:> Bin ich auf dem richtigen Wege?
Ja
> Ist das der richtige Ansatz für eine sehr genaue Messung oder sollte ich in> Richtung Operationsverstärker suchen.
Idealerweise beide, hochohmig mit Spannungsteiler messen, niederohmig
mit OPV dem ADC zuführen.
> Würdet Ihr für das Vorhaben die interne Referenzspannung von 2.56V> verwenden?
Selbstverständlich
Viele Grüße,
Ingo
Christian H. schrieb:> Eine Genauigkeit von +/- 5mV das ist im Moment mein Ziel.
Mit einem 10Bit ADC? 15V/1024 = 14,65mV! 5V/1024 = 4,88mV!
Und das ist nur die Auflösung, lange nicht die Genauigkeit.
Dann würde ich eher zum XMega greifen, der hat n 12Bit ADC an Bord.
Ingo
Hallo Thomas, Hallo Ingo,
habe mir die Werte für die Interne Referenzspannung angesschaut!
VINT Internal Voltage Reference: 2.3V - 2.56V - 2.9V
Nach meinem Verständnis isr die Tollerenz für eine Messung +/- 5mV doch
zu groß oder?
Ich möchte den Spannungsverauf einer Batterie messen! Und möglichst
wenig die Batterie durch die Schaltung belasten. Ist damit dann
"niederohmig mit OPV dem ADC zuführen" zu verstehen?
Tut mir leid! Mehr Angaben zur Genauigkeit:
Im 5V Bereich -> Messe ich eine Zelle 2,0 V +/- 5mv
Im 10V Bereich -> Messe ich eine Batterie 6,0 V +/- 15mv
Im 15V Bereich -> Messe ich eine Batterie 12,0 V +/- 30mv
Mit freundlichen Grüßen
Christian
Hallo Thomas,
vielen Dank für Deine Hilfe!
Meinst Du damit mehrere Messungen machen und dann den Mittelwert
berechnen?
Im Moment mache ich 100 Messungen und berechne dann den Mittelwert.
Ist das Sinnvoll? Die Spannung ändert sich nicht so schnell. Genaue
Angaben kann ich da aber nicht machen denke alle 10Sekunden.
Mir geht es im Moment erst einmal um die Hardware!
Ich möchte möglichst viele Messfehler mit der richtigen Beschaltung
beseitigen.
Mit freundlichen Grüßen
Christian
> Eine Genauigkeit von +/- 5mV das ist im Moment mein Ziel.
D.h. auch das letzte bit des A/D-Wandlers soll exakt sein.
Sei so gut und guch EIN MAL ins Datenblatt des Atmega8:
Absolute accuracy 1.75 bit.
Deine Anforderung kannst du also vergessen, schon der Atmega8
alleine ist um 8.5mV ungenau.
Selbst wenn du dich mit 10mV zufrieden gibst:
Dann müssen eine 5V die du in ARef reinsteckst auf 2.5V genua
sein, also auf 0.5 Promille.
Hast du in deinem leben auch nur ein mal in eine Datnblatt
beispielsweise eines uA7805 geguckt ? Die reden da von Prozent,
nicht von Promille.
> Würdet Ihr für das Vorhaben die interne Referenzspannung> von 2.56V verwenden?
EIn Blick ins Datenblatt sagt, daß das zwischen 2.3 und 2.9V
sein können. Wieviel genau müsste man messen. Immerhin ist
die Spannung dann, nach em messen, um das 1000-fache STABILER
als die Spannung die aus einem 7805 rauskommt. Die ein mal
gemessenen stimmen also auch morgen noch, was bei 5V nicht der
Fall ist.
> ich möchte Spannungen im Bereich von 5/10/15V möglichst> sehr genau mit einem Atmega8 messen.
Ich sehe in deinem nicht vorhandenen Schaltplan keinerlei
Vorkehrungen für das Messen solcher Spannungen.
Messeingang ---20k---+--------| A/D Eingang des ATmega8
|
+--10k---| Low bei 15V/10V sonst Eingang
|
+--10k---| Low bei 10V sonst Eingang
|
20k
|
GND
würde zumindest eine Umschaltbarkeit des Eingang von
15V/10V/5V auf 2.5V ermöglichen.
Eine auf 0.5% präzise Quelle für 2.5A die man an ARef
anlegen kann, müsste man dann aber noch kaufen:
REF5050I-1.5 könnte gerade eben reichen.
Hallo MaWin,
das hört sich aber ruppig an :O) Vielen Dank für Deine ausführliche
Hilfe. Es hat mir die Augen geöffnet! Du hast recht ich habe noch nicht
viele Datenblätter von elektronischen Bauteilen gelesen.
Ich komme aus der Programmierung und wage mich an mein erstes Hardware
Projekt! Die ersten Test laufen eigendlich schon ganz gut!
Verstehe ich das jetzt richtig? Den REF5050I-1.5 als externe
Referenzspannung?
Danke noch mal MaWin!
Mit freundlichen Grüßen
Christian
Ingo schrieb:>> Würdet Ihr für das Vorhaben die interne Referenzspannung von 2.56V>> verwenden?> Selbstverständlich
Das ist natürlich Unsinn meinerseits. Die interne taugt allenfalls zum
schätzen. Nimm ne anständige Referenz.
Christian H. schrieb:> Im Moment mache ich 100 Messungen und berechne dann den Mittelwert.> Ist das Sinnvoll?
Durchaus, so bekommste das Rauschen raus.
> Genaue Angaben kann ich da aber nicht machen denke alle 10Sekunden.
Wenn du sagen wir mal mir 1kHz abtastest, hast du immer nach 100ms einen
gemittelten Wert. Dieser ist schon sehr genau denk ich mal.
> Ich möchte möglichst viele Messfehler mit der richtigen Beschaltung> beseitigen.
Das Layout spielt hier auch ne große Rolle. Schaltregler und alles was
stört isolieren oder ganz drauf verzichten. Zusehen dann du ne
Massefläche um den ADC aufbaust. Ruhig die Noise-Reduction des ADC
verwenden (hab ich noch nie gemacht).
MaWin schrieb:> Selbst wenn du dich mit 10mV zufrieden gibst:
Der TE hat denk ich noch keinerlei praktische Erfahrungen mit solchen
Werten. Warum zur Hölle sollte man eine Batterie mit 5mV Genauigkeit
messen können sollen, wenn als Grundlage ein AVR für ~5€ zu Grunde
liegt.
Tippe auf Informatiker ohne echten Praxisbezug.
Ingo
> Den REF5050I-1.5 als externe Referenzspannung?
Im Prinzip ja aber ich wollte 2.5 schreiben.
> das hört sich aber ruppig an
Was soll man mit Leuten machen, die noch keinerlei Eigeninitiative
gezeigt haben ? Man muß ihnen in den Arsch treten.
> Ich komme aus der Programmierung
Na immerhin, dann wirst du sicher alle Hinweise im Datenblatt des ATmega
zur störungsfreien A/D-Messung berücksichtigen.
Hallo Ingo,
du hast recht Informatiker! Mit Energieelektroniker Lehre...
Ist aber schon einwenig her :O)
Danke für Deine Hilfe! Wieder ein paar gute Ansätze gelernt.
Mit freundlichen Grüßen
Christian
ja ich meinte z.B. Einflüsse wie Rauschen auszublenden. Das Delta U das
man erkennen muss liegt ja meist um die 10-20mV. Die interne Referenz
als auch die Spannungsversorgung wird zwar nicht sehr genau sein aber
die Schwankungen sind nicht so stark wie es hier dargestellt wird. Man
bewegt den Lader ja nicht aus der 22°C warmen Wohnung mit dem
Verlängerungskabel nach draußen wo es plötzlich nur noch 5°C hat.
Hast du ein Oszi um das verhalten deines Laders zu prüfen, also
Ladekurve darstellen und sehen ob der Lader abschalten wenn der Peak
nach unten auftritt?
Hallo Thomas,
leider habe ich im Moment kein Oszi! Aber das ändert sich bald...
So erweitere ich jetzt meine Schaltung:
-----------------------------------------------
- externe Referenz MAX6325CSA+
- externen LTC 1298 CN8 12Bit A/D-Wandler
Jezt bin ich nur noch nicht ganz sicher wie ich den Eingang beschalten
soll.
Das verstehe ich nicht nicht wirklich!
- hochohmig mit Spannungsteiler (Messwiderstände auf 0,1%) messen,
- niederohmig mit OPV dem ADC zuführen.
Mit freundlichen Grüßen
Christian
> Das verstehe ich nicht nicht wirklich!> - hochohmig mit Spannungsteiler (Messwiderstände auf 0,1%) messen,> - niederohmig mit OPV dem ADC zuführen.
Du musst halt einfach mal Datenblätter lesen,
da steht dann schon drin bei welcher Quellimpedanz der A/D-Wandler noch
genau ist bzw bei welcher Belastung ein Akku 5mV in der Spannung
einbricht.
Mit den externen ADCs kenn Ich mich leider nicht aus, daher kann ich dir
keinen empfehlen. Grundsätzlich führst du die zu messende Grösse dem ADC
zu, über OPV. Dann holst du den Wert vom ADC ab über die SPI(?)
Schnittstelle. Mal doch mal n Schaltplan.
Ingo
Hallo Ingo,
ich erweitere gerade meinen Schaltplan!
Ist schon einiges dazugekommen.
Wie sieht so eine Verschaltung eines OPV aus.
Versuche mich gerade eiwenig einzulesen.
- Grundsätzlich führst du die zu messende Grösse
dem ADC zu, über OPV
Fällt mir wirklich nicht leicht die richtigen
Infos zusammenzufügen. Ich muss viele Begriffe
(z.B. Quellimpedanz) erst nachschalgen...
Habe heute Abend schon einiges dazugelernt.
Vielen Dank!
Eine stabile Spannungsversorgung benötige ich naürlich
auch noch 7805 wird es denke ich auch nicht sein oder?
Mit freundlichen Grüßen
Christian
Schau dir mal ein Datenblatt einer Referenzdiode bei Reichelt an z.b.
LM336-Z2,5 (0,21€). Außerdem kann man dem ADC einen kleines RC-Filter
vorsetzen so das die "hohe" Eingangsimpedanz nicht die Batterie in die
Knie zwingt.
Aber soetwas kannst du alles mit dem Oszi besser in der Praxis testen.
Hallo Thomas,
eine Frage noch zur Referenzdiode! Für die Beschaltung
am Eingang des ADC0? Oder meinst Du zur Stabelisierung der
Betriebsspannung?
Referenzdiode
-----------------------------------------------------
In Zusammenarbeit mit einem Widerstand kann somit eine stabile Spannung
bereitgestellt werden um z.B. eine stabile Betriebsspannung oder eine
Vergleichsspannung für Komparatoren bereitzustellen.
Mit freundlichen Grüßen
Christian
mach dir die Mühe und sieh dir mal das Datenblatt an da sind
Beispielbeschaltungen drin z.B. Widerstand plus Referenzdiode.
Man nimmt diese für die Referenzspannung des ADC.
Guten Morgen Thomas,
Guten Morgen Mikrocontroller Forum,
ich war ein wenig verwirrt! Ich habe die Referenzdiode in meinem
Schaltplan eingefügt!
Ich lese mich gerade einwenig in die externe Referenz MAX6325CSA+
ein. Ich werde mal mit beiden Möglichkeiten experimentieren. Ich habe
gelesen, das der MAX6325 gut Temeraturschwankungen ausgleichen kann.
Preislich aber schon eine andere Nummer! ca.10EUR
Mit dem A/D vom Atmega und einem externen 12Bit A/D-Wandler LTC 1298 CN8
werde ich auch mal experimentieren!
Was ich jetzt noch realisieren muss ist der Messeingang. Da fehlt mir
noch ein richtiger Ansatz.
Gute Hilfe habe ich auch schon bekommen!
Ich habe jetzt zwei Ansätze die ich verfolge:
Messeingang ---20k---+--------| A/D Eingang des ATmega8
|
+--10k---| Low bei 15V/10V sonst Eingang
|
+--10k---| Low bei 10V sonst Eingang
|
20k
|
GND
- Grundsätzlich führst du die zu messende Grösse
dem ADC zu, über OPV
Könnt Ihr mir vielleicht noch zum zweiten Ansatz mit dem OPV einwenig
Hilfestellung geben.
Mit freundlichen Grüßen
Christian
Naja du baust dir halt einen "aktiven Spannungsteiler" mit dem lassen
sich dann nicht nur DC-Offsets deines Signals ausgleichen, du schützt
auch zum gewissen Teil den Rest deiner Schaltung (besser der OP stirbt
da centartikel, als der teure ADC etc.) und passt natürlich die
Eingangsspannungen so an, dass dein ADC die auch fressen mag. Such mal
nach "aktivem Spannungsteiler..." oder "Eingangsstufe..." oder so.
Gruß Jonas
Externer ADC gut und schön, aber dann kannst Du gleich einen Controller
mit 12bit-ADC-Auflösung nehmen, z.B. ADuC7026. Gibt es hier im Shop und
anderswo als Development-Board von OLIMEX. Da sind schon mal die meisten
Deiner Hardware-Probleme gelöst.
Blackbird
PS: IDE gibt es kostenlos und der Bootloader wird über ein
USB-Seriell-Kabel mit 3,3V angesprochen - um den Fragen nach der
Entwicklungsumgebung zuvorzukommen.
Hallo Jonas Biensack,
Hallo Blackbird,
vielen Dank für den Hinweis zum "aktiven Spannungsteiler"!
Da werde ich mal genauer im Internet suchen.
Einen anderen Controller zu verwenden ist auch ein guter Ansatz!
Oben im Beitrag wurde schon mal der Atmel AVR XMEGA ins Gespräch
gebracht.
Ich werde die beiden Controller mal vergleichen!
ADuC7026 v.s. Atmel AVR XMEGA
Eine möglichst kleine Baugruppe ist perfekt!
Danke für den Hinweis!
Mit freundlichen Grüßen
Christian
Die bisherigen Vorschläge werden Dir mehr Fragen aufwerfen als
beantworten. Ich denke, Du möchtest eine pragmatische Lösung und kein
"man könnte doch ..."
Du möchtest einen ATmega 8 verwenden, dann nimm ihn! Der interne ADC ist
für Dich nicht optimal, weshalb ein externer ADC die Schaltung
wesentlich erleichtern kann.
Mein Vorschlag: nimm einen ext. ADC mit höherer Auflösung (>=16 bit) und
baue nur einen Eingangskanal auf, der von 0 - 15V messen kann. Da Du
keine schnellen Messungen brauchst, kann auch ein langsamer ADC
eingesetzt werden. Ein günstiger 16-Bit ADC mit guter interner Referenz
und gutem Preis ist der MCP-3426.
http://www.reichelt.de/ICs-M-MN-/MCP-3426A0-E-SN/index.html?;ACTION=3;LA=444;GROUP=A217;GROUPID=2914;ARTICLE=109742;START=0;SORT=artnr;OFFSET=500;SID=11TZCJx38AAAIAABuinbk8eeb76173481cde8ee58021031bfd617
In jedem Fall brauchst Du noch einen hochohmigen Spannungsteiler, der
die max. 15V herunterteilt. Der Abgleich der Messung erfolgt einzig über
den µC, sodass keine Trimmpotis o.ä. verwendet werden müssen.
Hallo Willi,
Vielen Dank für Deine Hilfe! Was Du schreibst passt genau...
MCP-3426
-------------------------------------
16-Bit ADC mit guter interner Referenz
Ich habe im Anhang einmal versucht einen aktiven hochohmigen
Spannungsteiler aufzubauen. Könnte so mein Messeingang aufgebaut werden?
Oben im Beitrag wird noch etwas zu einem RC-Glied am Messeingang
geschrieben.
Mit freundlichen Grüßen
Christian
Frage zu Eagle: Gibt es eine Möglichkeit den MCP-3426 als Symbol in
Eagel zu bekommen. Gibt es da Bauteile Libs zu?
Hallo Mikrocontroller Forum,
Gibt es den einen Vergleichbaren ADC wie dem MCP-3426 vielleicht auch
ohne SMD Technik?
Ich glaube der Einbau wird mir für den Start zu schwer fallen!
Mit freundlichen Grüßen
Christian
> Ich habe im Anhang einmal versucht einen aktiven hochohmigen> Spannungsteiler aufzubauen.
Wolltest du nicht auf 5mV genau mesen ?
Was willst du da mit einem OpAmp, der schon bis 7mV ungenau ist,
und dann auch noch das Drama um das 16-fache verstärken ?
> Gibt es eine Möglichkeit den MCP-3426 als Symbol in> Eagel zu bekommen.
Natürlich. Selber zeichnen. Die Welt besteht aus Arbeit.
Hallo MaWin,
das hört sich für mich verständlich an! Also ein einfachen
Spannungsteiler mit möglichst genauen Widerständen. Oben im Beitrag wird
was von 0.1% geschrieben.
Messeingang ---20k---+--------| A/D Eingang des ATmega8
|
+--10k---| Low bei 15V/10V sonst Eingang
|
+--10k---| Low bei 10V sonst Eingang
|
20k
|
GND
Werden die hohen Widerstände aus dem Grund genommen das die zu messende
Batterie nicht so belastet wird? Bekomme ich die Strom Belastung auch
noch kleiner?
Ich dachte die Variante mit dem OP bringt irgendwelche Vorteile in
Sachen Genauigkeit!
Mit freundlichen Grüßen
Christian
habe leider nur ein altes ATM16 Datenblatt zur Hand(GSM-Verbindung) und
da steht als Eingangswiderstand des ADC 100 MOhm, das dürfte keine
Akkuspannung in die Knie zwingen.
> Werden die hohen Widerstände aus dem Grund genommen
Die Widerstandswerte sind so ausgewählt, daß der AVR möglichst genau
misst.
Er selkbst will 10k Ohm als Quellimpedanz sehen, das erfüllt die
Schaltung.
Die Umschaltung durch offenen Eingänge belastet den Spannungsteiler mit
1uA maximal, das wären 10mV Abweichung im schlechtesten Fall, allerdings
aus Erfahrung sind unter 100nA zu erwarten.
Schaltet ein Ausgang auf LOW, verbindet er die 10000 Ohm Widerstand über
ca. 16 Ohm mit Masse, also um 0.16% abweichend. Damit kann man leben.
Die Schaltung ist jedenfalls präsziser als es mit 1% Widerständen geht,
mit passender Referenzspannung sollten weniger als 20mV absolute
Abweichung kein Problem sein, deine 5mV kannst du aber mit dem 8.5mV
ungenauen AVR sowieso nicht erreichen.
Christian H. schrieb:> Gibt es den einen Vergleichbaren ADC wie dem MCP-3426 vielleicht auch> ohne SMD Technik?
Die Pins haben 1,27mm Abstand, was auch ein Anfänger gut löten kann. Da
mußt Du durch!
Der obigen Diskussion mit diversen Spannungsteilern und 0,1%
Widerständen möchte ich mich nicht anschließen. In meinen Augen ist
dieses Vorgehen völlger Quatsch. 1% Widerstände mit 50ppm/K reichen aus.
Wie hochohmig Du Deine Messung machen möchtest ist mir noch nicht klar.
Eine gute Lösung (mit nur einem einzigen Eingang) könnte aus einem
Spannungsteiler 11:1 direkt am Eingang (z.B. 1M:100k) gefolgt von einem
rail-rail Operationsverstärker bestehen. OPA340 oder ein 2-fach Typ
wegen der Beschaffbarkeit OPA2340http://www.reichelt.de/ICs-NE-SA-/OPA-2340-UA/index.html?;ACTION=3;LA=444;GROUP=A218;GROUPID=2915;ARTICLE=39657;START=0;SORT=artnr;OFFSET=500;SID=11TZCJx38AAAIAABuinbk8eeb76173481cde8ee58021031bfd617
Der Ausgang vom ..340 geht dann an den ADC; ggf. über einen Tiefpass
1k/100nF.
Hallo Thomas O,
Hallo MaWin,
Hallo Willi,
vielen Dank für die gute Unterstützung! Ich bin begeistert wie Ihr mir
bei meinem Vorhaben helft!
Der externen ADC (MCP-3426) steht auf jeden Fall schon mal fest. Meine
Sorge mit dem Löten ist vergessen! Habe den externen ADC noch nicht in
meinem Schaltplan eingebaut. Muss erst mal in EAGEL ein Symbol
erstellen! Alles Neuland für mich :O)
Controller bleibt fürs erste der Atmega8!
Willi, könntest Du Dir meinen Schaltplan einmal anschauen! Hast Du das
mit Deinem Hinweis zur Beschaltung so gemeint?
Was mich richtig freut sind die verschiedenen Ansätze!
Mit freundlichen Grüßen
Christian
und nochmal ein Versuch dir den externen ADC auszureden.
http://www.atmel.com/Images/doc8003.pdf
Außerdem fällt mir auf das du an AVCC nur mit 10nF abblockst, würde eher
100nF nehmen wie es auch Atmel empfiehlt.
Christian H. schrieb:> Willi, könntest Du Dir meinen Schaltplan einmal anschauen! Hast Du das> mit Deinem Hinweis zur Beschaltung so gemeint?
Nein. Deine Schaltungskenntnisse sind sehr mager!
Der Spannungsteiler (Abschwächer) kommt vor den OPA. Dieser selber wird
nur als Puffer (V = 1)verwendet.
Ein Tiefpass sieht anders aus: erst R (in Reihe) dann C (gegen AGND).
MaWin schrieb:> der LM336 nicht auf 5mV genau zu bekommen,
Das ist doch völlig Schnuppe! Mit einem ATmega8 kann man auch Skalieren.
Snap1.png
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