Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Ladungspumpe mit M8


von Pascal D. (abakama)


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Hallo,

für eine Schaltung, die sowieso schon einen mit 5V versorgten ATMega8 
enthält, benötige ich eine kleine negative Spannung, die ich mit einer 
Ladungspumpe erzeugen möchte. Baue ich diese wie im Anhang gezeigt auf 
und toggle den PC5, funktioniert es auch soweit einwandfrei.

Nun zum eigentlichen Problem: Ich möchte die Ladungspumpe gerne statt 
vom Pin des ATMegas mit seiner begrenzten Leistung und festen Spannung 
extern versorgen, um die Spannung verändern zu können und den ATMega8 
nicht zusätzlich zu belasten. Mein erster Gedanke war, das irgendwie mit 
einem Transistor zu realisieren, was jedoch, wie ich inzwischen 
herausgefunden habe, nicht funktioniert.
Wie kann ich das Problem lösen?

In diesem Thread Beitrag "Ladungspumpe mit Atmega" fand ich 
dann ein, meinem Verständnis nach, ähnliches Problem, wo darauf 
verwiesen wurde, dass eine Push-Pull-Stufe benötigt wird. Ist das die 
Lösung, und wie funktioniert so eine? Ist in diesem Thread
Beitrag "Ladungspumpe funktioniert manuell aber nicht an uC"
eine solche zu sehen, und funktioniert das so?

Ich hoffe auf Eure fachkundige Hilfe, ich bin inzwischen absolut ratlos 
und bin für jeden Hinweis dankbar, der mir zur Lösung des Problems 
verhelfen könnte.

Vielen Dank im Vorraus!

Pascal

von lol^^ (Gast)


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Ladungspumpen kann man normalerweise auch mit einem NE555 aufbauen und 
ähnlichen Geräten.
Auch ein Treiberbaustein dazwischen müsste klappen.

Was mir jetzt einfallen würde (aber bin mir nicth sicher ob das geht!):

Eine halbe(?) H-Brücke mit Low-Level Mosfets aufbauen.

von chris (Gast)


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Das einfachste ist, den Frequenzausgang (clock-out) als ladungspumpe zu
nehmen.

von Pascal D. (abakama)


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Hallo,

> Ladungspumpen kann man normalerweise auch mit einem NE555 aufbauen und
> ähnlichen Geräten.
Ja, aber wie gesagt, der ATMega8 ist sowieso vorhanden und kann das 
übernehmen.

> Auch ein Treiberbaustein dazwischen müsste klappen.
Wie würde das aussehen, hast du dafür vllt einen Link oder ein kurzes 
Schaltbild?

> Was mir jetzt einfallen würde (aber bin mir nicth sicher ob das geht!):
> Eine halbe(?) H-Brücke mit Low-Level Mosfets aufbauen.
Ich würde es nach möglichkeit gerne mit Standardbauteilen, die ich schon 
da habe, aufbauen, also Transistoren, Widerständen, Kondensatoren, 
Dioden, da ich wegen einem bisschen "Vogelfutter" keine Lust habe, eine 
extra Bestellung zu machen. Da wird das doch bestimmt auch eine 
einfachere Lösung geben, ich kenne sie nur nicht :(


>Das einfachste ist, den Frequenzausgang (clock-out) als ladungspumpe zu
>nehmen.
Sicher, das wäre einfach, ändert aber nichts an meinem Problem, oder 
verstehe ich da etwas falsch?


Pascal

von holger (Gast)


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>Baue ich diese wie im Anhang gezeigt auf
>und toggle den PC5, funktioniert es auch soweit einwandfrei.

D2 ist falsch rum eingezeichnet.

Mehr Power geht mit der Schaltung im Anhang.
Der Takt kann logischerweise auch aus dem uC kommen.
Ändern kannst du die Spannung so aber nicht.
Stimmt nicht ganz, Last dran, dann knickt die Spannung ein ;)
Wozu eigentlich ändern, und in welchem Bereich?
Wieviel Strom brauchst du?

von Axel K. (axel)


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Dafür gibs doch auch noch den ICL 7660 für ein paar cent.

von Ulrich (Gast)


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Wenn man am Mega 8 noch einen 2 ten Pin frei hat, könnte man auch 2 Pins 
für die Ladungspumpe nehmen. Für weniger Belastung und Störungen wäre 
auch ein kleiner Widerstand (z.B. 50 Ohm) in Reihe zu C1 sinnvoll.

von Avr N. (avrnix) Benutzerseite


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von Pascal D. (abakama)


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> D2 ist falsch rum eingezeichnet.
Tatsache, ist mir auf die schnelle beim Zeichnen nicht aufgefallen, auf 
dem Steckbrett habe ich sie andersrum ;)

> Mehr Power geht mit der Schaltung im Anhang.
> Der Takt kann logischerweise auch aus dem uC kommen.
Was für eine Funktion hat der 74HC14? Das erschließt sich mir nicht so 
wirklich, es hängt ja trotzdem alles an dem Pin, der die Frequenz 
generiert...

> Ändern kannst du die Spannung so aber nicht.
> Stimmt nicht ganz, Last dran, dann knickt die Spannung ein ;)
> Wozu eigentlich ändern, und in welchem Bereich?
> Wieviel Strom brauchst du?
Ich brauche die Spannung für den Kontrast eines LCDs. Da ich die ganze 
Schaltung mit Knopfzellen betreiben will, ist mir ein möglichst geringer 
Stromverbrauch wichtig, deshalb möchte ich auf Spannungsregler 
verzichten. Da alle anderen Komponenten mit Spannungen von 3-5V 
problemlos klarkommen, werde ich 3 Knopfzellen nehmen und die Spannung 
direkt zu den Komponenten führen. Da bei den Batterien aber mit der Zeit 
natürlich die Spannung sinken wird, verändert sich auch die 
erforderliche Kontrastspannung. Das wollte ich gerne ausgleichen, indem 
ich mit einem freien ADC des ATMegas die Batteriespannung messe und mit 
einem PWM-Port und einem Tiefpass eine Spannung für die Ladungspumpe 
erzeuge, sodass am Ende genau die benötigte Kontrastspannung dabei 
herauskommt. Mein Problem ist eben, dass ich nur auf die Teile 
zurückgreifen kann, die ich hier liegen habe, und das sind nur die 
absoluten Standardteile. Ist das so überhaupt möglich, und wenn ja, wie 
kann ich die Ladungspumpe mit der erzeugten Spannung vom PWM-Port und 
der Frequenz von einem anderen Pin betreiben? Das ist mein Problem, für 
das ich alleine keine Lösung gefunden habe :(
Der Strom beträgt laut Multimeter ungefähr 0,2mA, also nicht zuviel für 
eine Ladungspumpe. Kontrastspannung muss bei dem Display ungefähr 
Betriebsspannung - 5V sein, also bei vollen Batterien mit 4,7V ungefähr 
-0,3V, bei leeren mit 3V ungefähr -2V.




>Dafür gibs doch auch noch den ICL 7660 für ein paar cent.
Habe ich leider nicht :(

>Wenn man am Mega 8 noch einen 2 ten Pin frei hat, könnte man auch 2 Pins
für die Ladungspumpe nehmen.
Hilft mir bei meinem Problem leider nicht, mein Problem ist ja nicht der 
Strom, sondern die Spannung, auch wenn das oben vllt. nicht so gut rüber 
kam.


Vielen Dank schonmal für eure zahlreiche Hilfe!

Pascal

von holger (Gast)


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>Ich brauche die Spannung für den Kontrast eines LCDs. Da ich die ganze
>Schaltung mit Knopfzellen betreiben will,

Knopfzellen? Was zieht deine Schaltung sonst noch so an Strom?
Willst du die Knopfzellen alle zwei Tage austauschen?

von Pascal D. (abakama)


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Fast keinen, alle anderen Komponenten wie das Display werden nur dann 
eingeschaltet, wenn sie gebraucht werden, der ATMega8 ist fast immer im 
Sleepmode und wird nur dann kurz geweckt, wenn er benötigt wird.
Insgesamt kam ich bei meinen Berechnungen auf 50-100 Tage, damit kann 
ich gut leben. Länger als 2 Tage hält die Schaltung auch definitiv 
durch, das habe ich getestet - ich habe nurnoch das Problem mit dem 
Kontrast, für das ich einfach keine Lösung finde. Wenn du mir da also 
den entscheidenden Tipp geben könntest, wäre ich dir sehr dankbar.

von Klaus D. (kolisson)


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hallo Pascal D.,

warum sollte das mit einem transistor nicht gehen ?
wie hast du den denn da eingebaut ? (schaltung)

gruss klaus

von Pascal D. (abakama)


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Hallo,

ich habe es so versucht, wie es im Anhang ersichtlich ist. Das geht so 
bestimmt nicht, aber für mich als ungeübten Hobbybastler war es einen 
Versuch wert.

Den Aufbau habe ich, wie auch die funktionierenden Schaltung im ersten 
Post, mit einem Widerstand belastet und mit dem eingezeichneten 
Voltmeter die Ausgangsspannung gemessen. Sie war deutlich höher, als sie 
es bei 3V Versorgungsspannung und Diodenverlusten hätte sein dürfen, an 
den Rest kann ich mich leider nichtmehr so genau erinnern.

Hast Du vllt eine Idee, wie ich es trotzdem mit relativ einfachen 
Mitteln schaffen könnte?

von Benedikt K. (benedikt)


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Ich verstehe jetzt gerade das eigentliche Problem nicht ganz, ich würde 
das ganze so machen:
Der AVR erzeugt ein PWM Signal, das über einen Widerstand die 
Ladungspumpe versorgt. So kann man durch das Verändern der PWM zwischen 
0 und 50% die Spannung einstellen. Da das ganze stark nichtlinear und 
Last abhängig ist, würde ich die Spannung über einen Spannungsteiler 
gegen die Betriebsspannung mit dem ADC messen. Ein ADC Wert von 1024 
würde dann 0V und ein Wert von 0 würde maximaler Spannung entsprechen. 
Damit das ganze funktioniert, muss man als Referenz für den ADC die 
Betriebsspannung verwenden.
Jetzt weiß man die negative Spannung im Verhältnis zur Betriebsspannung. 
Nun muss man die Betriebsspannung messen (was man indirekt dadurch 
machen kann, indem man die Bandgapspannung misst). Daraus kann man dann 
die erzeugte, negative Spannung berechnen.
Das ganze ist etwas Softwareaufwand, hat aber den Vorteil, dass man 
außer der Ladungspumpe und einem Spannungsteiler keine weiteren Bauteile 
benötigt.

von Klaus D. (kolisson)


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ja ... pascal d.,

jetzt mal unabhängig von benedikts meldung und auch unabhängig davon, 
welche lösung im ende die beste ist, habe ich ja gefragt, warum es mit 
dem transistor nicht gehen soll.

du schreibst :

"ich habe es so versucht, wie es im Anhang ersichtlich ist."

nun sehe ich in deinem anhang keinen transistor.
wo ist mein problem?


gruss klaus

von Pascal D. (abakama)


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Hallo,

Entschuldigung, das Problem ist der nur in Gedanken angehängte 
Dateianhang ;)

Sollte hier jetzt vorhanden sein...
Bat2 steht für die über den ATMega8 erzeugte und veränderbare Spannung, 
mit der ich die Ladungspumpe betreiben möchte, zum Testen habe ich 
zunächst eine Festspannung von 3V aus einem extra Netzteil genommen, der 
Einfachheit halber. Außerdem habe ich PC5 hier einfach nur als Ausgang 
für die Frequenz für die Ladungspumpe nehmen wollen, die Pin-Wahl hat 
nichts mit seiner Fähigkeit als ADC zu tun ;)


>Der AVR erzeugt ein PWM Signal, das über einen Widerstand die
>Ladungspumpe versorgt. So kann man durch das Verändern der PWM zwischen
>0 und 50% die Spannung einstellen.
Genau so, wie du es beschrieben hast, möchte ich es auch haben, du hast 
mit deiner Erklärung genau das wiedergegeben, was ich versuche. Das 
Messen der Spannung mit einem ADC und einem Spannungsteiler und die 
davon abhängige PWM ist dabei nicht das Problem, ich scheitere derzeit 
daran, mit der durch PWM generierten Spannung die Ladungspumpe zu 
betreiben. Funktioniert das so, wie im Anhang gezeigt, oder gibt es da 
eine einfachere und vorallem funktionierende Möglichkeit?
Um die Frage nochmal zu präzisieren: Wie bekomme ich es hin, dass die 
Ladungspumpe mit einer anderen Spannung als der arbeitet, die der als 
"Frequenzausgang" missbrauchte AVR-Pin zur Verfügung stellt (beim Testen 
und im Schaltplan 5V, später die Batterie- und somit auch 
AVR-Betriebsspannung)?

Danke nochmal für eure Hilfe!

Pascal

von Benedikt K. (benedikt)


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Pascal D. schrieb:
> Funktioniert das so, wie im Anhang gezeigt, oder gibt es da
> eine einfachere und vorallem funktionierende Möglichkeit?

Das funktioniert so nicht, das ist viel zu kompliziert.
Bat2 weg, C1 stattdessen an R1, der deutlich kleiner sein muss (etwa 
100-500 Ohm je nach Strombedarf). T1 weg stattdessen kurzschließen.
Dann passt die Ladungspumpe.
Jetzt noch anstelle von PortC irgendeinen der Output Compare Pins 
verwenden (OC2 oder OC1A/B je nachdem welchen Timer und welche Pins du 
noch frei hast).

Wenn du den Ausgang dann mit z.B. 10k belastest, solltest du über die 
PWM dann die Spannung verstellen können.

von Pascal D. (abakama)


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Ah, ich soll also keine extra Frequenz für die Ladungspumpe nehmen, 
sondern die der PWM dafür mitnutzen statt die erst zu glätten.
Ich probiere es noch heute Abend aus, aber danke dir jetzt schonmal für 
deine Mühe, ich hätte nicht gedacht, dass es so einfach geht, manchmal 
ist weniger eben mehr :)

von Benedikt K. (benedikt)


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Ja, genau. Alles andere ist nur unnötiger Aufwand und bei einem so 
geringen Strom funktioniert das wunderbar.

von Klaus D. (kolisson)


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ja ja pascal...

nun kommst du ja weiter... dank der vielen berater.
zumindest was dein display betrifft.

.. allerdings wäre es ja auch nicht falsch , das problem mit dem 
transistor zu verstehen....   oder ?

nachdem du nämlich die schaltung mit dem transistor gepostet hast, kann 
man dir ja für die zukunft helfen, den transistor richtig einzubauen.

dies natürlich nur, wenn du es magst.
... allerdings muss ich ja sagen, dass deine transistoridee 
grundsätzlich sehr gut war.
allerdings, wie auch von anderen erwähnt, nicht unbedingt für dein 
projekt nötig... aber vielleicht "GUT ZU WISSEN".

sag bescheid, ob du noch über den transistor sprechen magst!

gruss klaus

von holger (Gast)


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>sag bescheid, ob du noch über den transistor sprechen magst!

Muss man nicht mehr drüber sprechen.
Es funktioniert so nicht.

von Pascal D. (abakama)


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Verstehen würde ich schon gerne, wo mein Denkfehler lag, um es in 
Zukunft besser machen zu können, ohne die zahlreiche Hilfe auszukommen 
und eventuell mal selber soweit zu sein, anderen Leuten bei ähnlichen 
Problemen helfen zu können. Wenn also jemand bereit wäre, es zu 
erklären, bin ich sicher nicht abgeneigt, ich kann aber auch verstehen, 
wenn Ihr auf solche Anfängerprobleme keine Lust mehr habt.
Außerdem sagte Holger ja schon, dass es so nicht funktioniert, von daher 
können wir das wohl als erledigt betrachten.

Die von Benedikt empfohlene Variante habe ich gerade mal auf dem 
Steckbrett aufgebaut, die Spannung lässt sich zwar nur in sehr engen 
Grenzen verändern, aber ich hoffe, dass ich damit auskommen werde. Ich 
werde jetzt meinen richtigen Aufbau umbauen und dann mal schauen, ob es 
klappt.

Danke nochmal an alle Beteiligten für eure Mühe, ich hätte nicht zu 
hoffen gewagt, dass ich nach nur 24h der Lösung so nah bin.

Pascal

von Simon K. (simon) Benutzerseite


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Versuch doch einfach mal zu verstehen, wie eine Ladungspumpe 
funktioniert.

Hast du die Schaltung auf dem Steckbrett denn auch, wie gesagt, 
belastet? Mit 10K.

von Benedikt K. (benedikt)


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Pascal D. schrieb:

> Die von Benedikt empfohlene Variante habe ich gerade mal auf dem
> Steckbrett aufgebaut, die Spannung lässt sich zwar nur in sehr engen
> Grenzen verändern, aber ich hoffe, dass ich damit auskommen werde. Ich
> werde jetzt meinen richtigen Aufbau umbauen und dann mal schauen, ob es
> klappt.

Spiel etwas mit dem Widerstand. Am besten sollte es gehen, wenn die 
Spannung bei 50% Tastverhältnis gerade so (aber mit etwas Reserve) 
ausreicht.

von Michael L. (michaelx)


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Wenn die Kontrastspannung ca. Vcc - 5V sein soll, was spricht gegen eine 
Z-Diode vom Ausgang nach Vcc? Das war jetzt nur mal so eine Blitzidee, 
hab es nicht ausprobiert.

von Klaus D. (kolisson)


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uch ...Holger weiss jetzt schon , dass man nicht mehr drüber sprechen 
muss,
obwohl er nicht weiss, über was ich mit Pascal D. reden möchte.

ich finde es immer unheimlich erfrischend, wenn antworten gegeben werden 
, bevor die frage gestellt wurde.


lass uns drüber reden ... Pascal D..
wie bei jedem opv ist es wichtig, ein gutes Signal/noise ratio zu haben.

gruss klaus

von Jens G. (jensig)


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@  Klaus De lisson (kolisson)
was willst Du groß drüber reden? Seine Transistorvariante funktioniert 
nicht, weil es keine Gegentaktstufe ist. Er hat nur einen 
PullDown-Transistor, aber keinen PullUp. Eine Ladungspumpe lebt ja vom 
hoch- und runterziehen der Eingangsspannung.

@ Pascal D.
ich würde sagen - mach es so, wie von Benedikt vorgeschlagen. Extra 
Transi brauchste bei der geringen Last nicht. Damit sich die 
Ladungspumpe auch gegen 0V regeln läßt, brauchste natürlich immer eine 
Last dran - irgendwas brauchste ja, um die Pumpen-C's wieder entladen zu 
können.
Die Spannung, die dabei so rauskommen dürfte, wird wohl einem 
Spannungsteiler entsprechen, bestehend aus dem Last-R, und dem Treiber-R 
(µC-Ausgangs-R + Serien-R zw. Ausgang und Pumpe, falls vorgesehen), 
wobei der Treiber-R mit dem Tastverhältnis eingeht (ich würde sagen R/t, 
mit R als Treiber-R, und t als Tastverhältnis)

von Pascal D. (abakama)


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Z.B. genau sowas - mit der Aussage kann ich etwas anfangen, hab was 
handfestes zum Googlen und weiß, woran ich gescheitert bin.
Aber wenn ich das so sehe, ist das wirklich überdimensioniert für meine 
kleine Spannung, vorallem hätte ich ja dann auch noch stärkere 
Spannungsverluste durch die beiden Transistoren.


Bin bis jetzt noch nicht dazu gekommen, das ganze wie angegeben in der 
echten Schaltung zu testen, ich hoffe, dass ich das heute noch schaffe, 
ansonsten morgen Abend.

von Stefan B. (stefan) Benutzerseite


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von Pascal D. (abakama)


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Guten Abend,

ich bin jetzt dieses Wochenende endlich wieder dazu gekommen, etwas 
weiterzubasteln. Die Ladungspumpe ist fertig und funktioniert, durch 
Verändern des PWM-Wertes kann ich die neg. Kontrastspannung in dem 
Bereich verändern, in dem ich sie brauche.
Probleme bereitet mir jetzt das Messen der Spannung, um sie automatisch 
anpassen zu können.

Benedikt  schrieb dazu:
> Da das ganze stark nichtlinear und
> Last abhängig ist, würde ich die Spannung über einen Spannungsteiler
> gegen die Betriebsspannung mit dem ADC messen. Ein ADC Wert von 1024
> würde dann 0V und ein Wert von 0 würde maximaler Spannung entsprechen.
> Damit das ganze funktioniert, muss man als Referenz für den ADC die
> Betriebsspannung verwenden.
> Jetzt weiß man die negative Spannung im Verhältnis zur Betriebsspannung.

Ich habe deshalb versucht, mit zwei Widerständen im Verhältnis 1:1 
zwischen Vcc und der Kontrastspannung einen Spannungsteiler aufzubauen 
und in der Mitte mit dem ADC zu messen, wie im Anhang kurz 
aufgezeichnet. Dieses resultiert jedoch darin, dass die Kontrastspannung 
sofort auf 0V zusammenbricht, sobald ich die Widerstände verbinde.
Was mache ich falsch, und wie geht es richtig?

> Nun muss man die Betriebsspannung messen (was man indirekt dadurch
> machen kann, indem man die Bandgapspannung misst). Daraus kann man dann
> die erzeugte, negative Spannung berechnen.

Ich habe dafür einen Spannungsteiler mit zwei Widerständen 1:1 zwischen 
Vcc und GND genommen, die Mitte mit einem ADC verbunden und mit Internal 
Reference gemessen. Wie ist das mit der indirekten Messung durch die 
Bandgapspannung gemeint, bzw. was ist das überhaupt für eine Spannung?


Pascal

von holger (Gast)


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Der ADC vom Atmega kann keine negativen Spannungen messen.
Deine Spannung bricht wegen der internen Schutzdioden
vom Atmega zusammen.

von Klaus D. (kolisson)


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warum willst du die spannung für den kontrast denn messen ?
reicht es nicht, den kontrast einstellen zu können ?

gruss klaus

von Pascal D. (abakama)


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holger schrieb:
> Der ADC vom Atmega kann keine negativen Spannungen messen.
> Deine Spannung bricht wegen der internen Schutzdioden
> vom Atmega zusammen.

Mir fällt gerade auf, ich hatte noch nichtmal die Verbindung zum ATMega 
hergestellt, es waren nur die beiden Widerstände... Kann es sein, dass 
die Ladungspumpe einfach zu stark belastet wird und die Spannung 
deswegen zusammenbricht?

>warum willst du die spannung für den kontrast denn messen ?
>reicht es nicht, den kontrast einstellen zu können ?

Zum Einstellen will ich sie messen, denn wie Benedikt schon geschrieben 
hat ist sie kein Stück linear, daher brauch ich die Messung.

von Christian M. (rabbit)


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Pascal D. schrieb:

> Wie ist das mit der indirekten Messung durch die
> Bandgapspannung gemeint, bzw. was ist das überhaupt für eine Spannung?

die bandgapspannung ist die interne spannungsreferenz des µC.

den spannungsteiler zum messen von VCC kannst du einsparen, wenn du im 
ADC als referenz AVCC angibst und als zu messenden channel die 
bandgapspannung. damit mißt du das verhältnis von bandgapspannung zu 
VCC, die bandgapspannung beträgt 1.30V, so kommst du auf VCC.

cm.

von Benedikt K. (benedikt)


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Pascal D. schrieb:

> Mir fällt gerade auf, ich hatte noch nichtmal die Verbindung zum ATMega
> hergestellt, es waren nur die beiden Widerstände... Kann es sein, dass
> die Ladungspumpe einfach zu stark belastet wird und die Spannung
> deswegen zusammenbricht?

Ja, vermutlich.
Die LCD selbst sind recht hochohmig (meist im Bereich von wenigen 10k), 
daher wäre es auch sinnlos mehr Energie im Spannungsteiler zu verbraten.
Ich würde die Widerstände Faktor 10 größer machen (also ca. 47k) und 
stattdessen dem ADC Pin noch einen kleinen Kondensator mit etwa 10-100nF 
spendieren.

von Pascal D. (abakama)


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Hallo,

> den spannungsteiler zum messen von VCC kannst du einsparen, wenn du im
> ADC als referenz AVCC angibst und als zu messenden channel die
> bandgapspannung. damit mißt du das verhältnis von bandgapspannung zu
> VCC, die bandgapspannung beträgt 1.30V, so kommst du auf VCC.

Danke, funktioniert super! :)

> Ich würde die Widerstände Faktor 10 größer machen (also ca. 47k) und
> stattdessen dem ADC Pin noch einen kleinen Kondensator mit etwa 10-100nF
> spendieren.

Versuche ich heute Abend, sobald ich passende Widerstände besorgt habe.

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