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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Analoges Signal verzögern


Autor: Max B. (max_b)
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Hallo zusammen,

hab hier schon öffter hilfreiche Beiträge gefunden, aber da ich mir 
nicht sicher bin wie ich an die Sache am einfachsten rangehen soll muss 
ich mal direckt fragen.
Hier die Aufgabe:
Ich habe ein analoges Steuersignal (genauer gesagt sind es 5-8 Signale) 
von +-5V und maximal 50kHz. Das Signal stammt genauer gesagt von einem 
PC Interface, welches dieses Signal mit 12Bit erzeugt. Das Signal kann 
leider nur Analog abgegriffen werden.
Dieses Analogsignal will ich nun um ein paar Millisecunden verzögern ca. 
10ms wären nicht schlecht. Und dann wieder als Analoges Signal zur 
Verfügung haben.
Ich würde mir das ganze jetzt so vorstellen: Über AD Wander das Signal 
erfassen, Zwischenspeichern und über DA wieder ausgeben.
Allerdings befürchte ich, dass das nicht besonderst einfach wird. Die 
12Bit Auflösund will ich auf keinen Fall verlieren, also müsste ich wohl 
ehr richtung 16Bit gehn. Dann muss das ganze noch ziemlich schnell 
passieren, da sich mein Signal im ernstfall alle 20µs ändert. Dazu 
kommt, dass die 50kHz nicht fest stehen, sondern in der Software frei 
eingestellt werden können, so sollte meine Sampelrate also nochmal ein 
ganzes Stück darüber liegen.
Ich hab schon ein paar kleinere Sachen mit AVRs gemacht, aber leider 
noch nie die Zeit gefunden mich richtig tief mit der Materie zu 
beschaffen, deswegen hier die Frage, seht ihr das ganze als 
realisierbar? Denk ich vielleicht zu kompliziert und man könnte das 
ganze mit schon fertigen Bausteinen lösen. Kann man vielleicht was aus 
der Audiotechnik verwenden, wobei bei mir durchaus Gleichspannung 
vorkommen kann und ich das Orginal Signal möglichst unverändert wieder 
haben will.
Da ich das ganze nicht in großen Stückzahlen brauch, wär mir eine teure, 
aber schneller zu realisierende Lösung lieber, als ewiges Basteln und 
experimentieren, da mir dafür leider die Zeit fehlt.

Hoffe ihr habt mir da eine Gute Idee, dass ich das ganze realisiert 
bekomme.

Vielen Dank schonmal,

Max

Autor: Peter Diener (pdiener) Benutzerseite
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8 Kanäle, 50 kHz bei 12 bit, das wird nicht einfach. Ein 8 bit AVR ist 
damit jedenfalls überfordert. Sowohl wegen der hohen Abtastrate als auch 
dem Speicherbedarf für die 10 ms.

Was darf das denn gößenordnungsmäßig kosten?

Ist es wirklich unmöglich, an die digitale Seite, sprich den PC 
ranzugehen, oder ist es nur schwierig?

Grüße,

Peter

Autor: Max B. (max_b)
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also, direkt an die digitale Seite rangehn geht leider wirklich nicht, 
zum einen sollte das ganze am besten für verschiedene PC Interfaces 
unterschiedlicher Hersteller funktionieren, zum anderen ist das 
Interface ziemlich teuer (2k sammt Software) da will ich nicht dran 
rumlöten.
Bei 6 der 8 Kanäle würden auch 8Bit reichen. Das ein AVR da überfordert 
ist hab ich leider befürchtet.
Ich dachte mir, dass ich einfach die gleiche Schaltung 8x baue, ich muss 
nur gewährleisten, dass überall sie z.B 10ms exakt übereinstimmen.
Direkte Kostenvorstellung gibts noch keine.
Was für einen Microcontroller würdest du da ansehen. Macht es dafür Sinn 
sich mir DSPs zu befassen, irgenwo ähnelt das ganze ja stark einem 
Audiosignal.

Autor: maveric00 (Gast)
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Hallo,

wie wäre es denn ganz althergebracht mit einer analogen 
Verzögerungslinie wie dem SAD1024 bzw. mehreren von diesen in Reihe? 200 
kHz Bandbreite sollten reichen, ob 70 dB Rauschabstand reichen (12 Bit 
entsprechen etwa 72 dB), müsstes Du Dir überlegen. Aber ggf. kann man 
mit etwas mehr suchen auch einen besseren Baustein finden.

Schöne Grüße,
Martin

Autor: hdd (Gast)
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Für je max. 4 Kanäle ein AtMega mit 4k RAM, ADC auf 200kHz Sampelrate 
und die Werte im RAM speichern. Jeweils externen DAC per SPI ran mit 
synchronem Update aller Ausgänge.
Wegen der veränderbaren Ausgaberate würde ich die ersten paar ms nur 
einen Kanal mit den vollen 200kHz sampel und daraus die Frequenz 
bestimmen. Dafür könnteste auch noch einen µC extra einsetzen der nur 
eines der Signale überwacht und die anderen Controller quasi 
synchronisiert.

Btw., wenn es dafür ist, wofür ich denke: X/Y sind +-10V

Autor: Alexander v. Grafenstein (avogra)
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Mich würd interessieren, wofür das letztendlich da sein soll. Du hast 
zwar schon geschrieben, dass es auf PC-Seite nicht machbar ist, aber ich 
kanns noch nicht so ganz glauben :-P Eine Lösung in Software klingt für 
mich im ersten Moment schon deutlich sinnvoller als Analog-Gebastel.

Gruß, Alex

Autor: Peter Diener (pdiener) Benutzerseite
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Ich dachte bei der Änderung am PC auch eher an Software als an das 
Verändern der DA-Wandlerkarte. Wenn bekannt wäre, um was es sich genau 
handelt, könnte man besser einschätzen, ob es da Möglichkeiten gibt.
Beispielsweise könnte man einen virtuellen AD-Kartentreiber 
installieren, der das Signal verzögert und dann erst auf die echte Karte 
ausgibt.

Wenn es wirklich nur auf der Analogseite geht, dann würde ich mit 
folgendem Entwicklungskit anfangen:
http://www.mikrocontroller.net/articles/TMS320VC55...

Da ist ein leistungsfähiger DSP mit Audiocodec (stereo in-out) drauf.
Das Teil kann 192 kHz Samplingrate bei 32 bit Auflösung auf 2 Kanälen 
und kostet etwa 50 €.
Die 320 kB Ram werden auch ausreichen.
Es müsste nur noch der Pegel von Linepegeln auf die gewünschten +-5 Volt 
umgesetzt werden.

Die Programmierung von einer einstellbaren Verzögerungszeit ist mit 
diesem Teil eine einfache Übung.

Grüße,

Peter

Autor: Jobst M. (jobstens-de)
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Ich würde mir 8 Audio ADCs nehmen, 8 Audio DACs und einen 16Kx8 SRAM. 
Etwas glue-logic drumherum - fertig. Jeder Kanal bekommt ein Bit für 
seinen seriellen Datenstrom.
Oder jeweils 4 Stereo Wandler und ein 32Kx8 SRAM, von dem nur 4 Bit 
genutzt werden.
fs bei 102,4kHz

Ein Zähler versorgt den RAM-Baustein mit Adressen.
Eine Adresse wird zuerst gelesen und auf den DAC geschoben, dann wird 
das Signal vom ADC ins RAM an die selbe Adresse geschrieben.
Takte der DACs und ADCs laufen syncron.


Ablauf für ein Bit des I2S-Signals (Bittakt = 102,4kHz * 16 = 1,6384 
MHz):

1. Adresse incrementieren, read am RAM aktivieren

2. Bit vom ADC Puffern (HC573?) und Daten aus dem RAM in einem weiteren 
Puffer ablegen. Dessen Ausgänge sind ständig aktiv und geben die Daten 
an den DAC.

3. read am RAM deaktivieren, Ausgänge des ersten Puffers aktivieren.

4. write des RAMs aktivieren

5. write wieder deaktivieren, Ausgänge des Puffers wieder abschalten.

6. Beginne bei 1


Ich denke bei der glue-logic an einen 74HC4017 (Ablaufsteuerung), 2x 
74HC573 (Ein-/Ausgangspuffer), 2x 74HC4040 (Adresszähler) und 2 RS-FFs 
(Zustandsspeicher read, OE des Puffers)


Denke das war's ...



Gruß

Jobst

Autor: Frank K. (fchk)
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@max_b:

Schau Dir das hier mal an:

http://www.dfad.com.au/links/DFAD_PASSIVE_SURROUND.pdf

Hier wird ein Delay komplett analog nur mit Allpässen realisiert.

fchk

Autor: Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne)
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http://de.wikipedia.org/wiki/Verz%C3%B6gerungsleitung

Der Klasiker die SECAM_Verzögerungsleitung!


hier noch was aus der PAL Region
Beitrag "Pal Verzögerungsleitung"

Autor: Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne)
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aber 10 ms sind lang wenn das ne ultraschall echo maschine werden soll?
fird wohl eine Akustische verzögerungsleitung eher passen.

Autor: didadu (Gast)
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Die 10 ms müssen ja in Bezug auf irgendwas anderes gelten, sonst würde 
die Verzögerung ja von nichts und niemand bemerkt.

Also muss irgendwo eine Zeitreferenz oder ein Triggersignal vorliegen. 
Vielleicht kann man da ansetzen und so den Aufwand vereinfachen.

Beispiel: Synchronisationssignal kommt von einer Radnocke => Radnocke 
etwas im Winkel vorziehen.

Autor: Max B. (max_b)
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Erstmal vielen Dank für die vielen Rückmeldungen.

Die Idee mit dem SAD1024 klingt erstmal sehr gut. Scheint die einfache 
Lösung nach der ich gesucht haben zu sein. Da der SAD1024 aber 
anscheinend nichtmehr produziert wird muss ich erstmal schauen was es da 
vergleichbares gibt um nicht frühr oder späder blöd da zu stehen.

@ hdd, du denkst richtig, die zwei hochauflösenden Signale sind +-10V, 
hatte mich vertan, aber die Spannung ist jetzt ja erstmal zweitrangig.
Mit variabler Sampelrate brüchte man auf jeden Fall einen extra µC der 
alles Synchronisiert, da die Frequenz sich zwischendurch verändern kann, 
und am Anfang, wenn noch kein Signal anliegt erstmal nichts bestimmt 
werden kann.

In der Software scheitert wirklich leider aus. Das Interface hat einen 
eigenen Processor, welcher die Letztendliche Ausgabe errrechnet.

Langfristig gesehen wäre eine DSP bestimmt das richtige, dann könnte man 
später das Signal noch weiter anpassen. Aber das wird erstmal nicht 
benötigt, da das ausreichend in der Software möglich ist.

Mit 8 ADCs -> Ram -> DAC bin ich am Ende wieder bei der Analog Delay 
Lösung mit SAD1024.

@fchk, intressanter Artikel, darin wird der SAD1024 als veraltet und mir 
nicht guter Signalqualität beschrieben. Die dortige Variante scheint mir 
aber für mich ungeeignet, ja 50kHz für ein paar ms verzögern will, da 
müsste die Kette ganzschön lang sein, und wie mein Signal am Ende 
aussieht, da ich ja auch keine Welle, sondern wechselnde 
Gleichspannungen habe, ist fraglich.

Eine Verzögerungsleitung wäre natürlich einfach, aber wie lang die für 
10ms sein muss wollt ich mir jetzt nicht ausrechnen.


Die 10ms stehen erstmal nur für sich. Mir würden auch 5ms reichen, 
solange wir uns noch im ms bereich bewegen. Das einzige was dabei 
wichtig ist, das alle Signale um exakt die selbe Zeit verzögert werden.

Also ich googel jetzt erstmal nach einem Nachfolger für den SAD1024 
(falls da jemand schon was kennt wär ich natürlich über Hinweise 
dankbar). Wenn ich das richtig verstehe, brauch ich dafür nur eine Clock 
und noch ein bisschen Eingangs-/ Ausgangsperiferie. Das kann ich dann 
mal testen, und wenn hinten ein sauberes Signal rauskommt wär das mir 
erstmal die beste Lösung.

Finde es echt super, was hier an verschiedensten Lösungsansätzen 
zusammenkommt. Da sieht man alleine die ganze sache viel zu 
eingeschränkt.

Vielen Dank

Max

Autor: Tropenhitze (Gast)
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Die Schaltung muß nicht sehr teuer werden, Du mußt aber vorher die obere 
Grenzfrequenz des Eingangssignals festlegen, weil dadurch die 
Bauteilauswahl bestimmt wird.

Bei 50kHz würde ich einen ADC+Multiplexer fürs Einlesen der Signale 
vorsehen. 20µs/8 -> 2,5µs/Abtastung. Entweder schafft das der gewählte 
ADC oder es müssen zwei, vier oder acht davon genommen werden.
Die Ausgabe der Signale braucht einen DAC, der ebenfalls per Multiplexer 
seinen Ausgang auf 8 x SH geben kann. Schafft er die Ausgabe in 2,5µs, 
müssen mehrere DACs verwendet werden.

Um 12Bit nicht zu verfälschen, würden 14Bit Wandler reichen; müssen 
diese besonders schnell sein, sollten die Daten parallel übertragen 
werden.
Soweit die Pflicht.

Die Kür besteht darin, sich einen schnellen µC auszusuchen und ihn die 
Daten im internen RAM umschaufeln zu lassen. Empfehlenswert sind jene, 
die ein paralleles Businterface bedienen können; beispielsweise 
AT91SAM7SE... oder noch besser einen SH2 von Renesas (7211, 7286).
Fertig und guten Appetit!

Autor: Tropenhitze (Gast)
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Ich sehe gerade: SAD1024.
Das ist ein interessanter Rauschgenerator, der Dir mehr Probleme 
beschert und keines löst :-)

Autor: Max B. (max_b)
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ok, das es mit dem SAD1024 nichts wird seh ich nach ein bisschen googeln 
ein. Das wäre eine einfache Lösung gewesen wie ichs mir vorstelle.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Max B. (max_b)

>@ hdd, du denkst richtig, die zwei hochauflösenden Signale sind +-10V,
>hatte mich vertan, aber die Spannung ist jetzt ja erstmal zweitrangig.

>In der Software scheitert wirklich leider aus. Das Interface hat einen
>eigenen Processor, welcher die Letztendliche Ausgabe errrechnet.

>Langfristig gesehen wäre eine DSP bestimmt das richtige, dann könnte man
>später das Signal noch weiter anpassen. Aber das wird erstmal nicht
>benötigt, da das ausreichend in der Software möglich ist.

Naja, ich glaube (mal wieder), dass du uns besser verraten solltest, was 
denn da WIRKLICH gemacht werden soll. Siehe Netiquette. Dann kann 
man dir besser helfen.
Wenn das ganze sowieso am Ende digital erfasst wird, würde ich keine 
ADC/RAM/DAC Verzögerung bauen, schon gar nicht bei 12 Bit.

>Finde es echt super, was hier an verschiedensten Lösungsansätzen
>zusammenkommt. Da sieht man alleine die ganze sache viel zu
>eingeschränkt.

Eben. Darum ist es DEUTLICH besser, das Ganze mal KOMPLETT zu 
beleuchten.

MfG
Falk

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Analoge Verzögerungsbausteine SAD1024 waren mal vor 20 Jahren eine 
mögliche Lösung für Hallanwendungen. Ansonsten gab es kaum Anwendungen. 
Rauschen und DC-Stabiltät wren auch nciht besonders gut.

Der erwähnte analoge Phasenschieber (Opamp-Grab) erzeugt üble Vor- und 
Nachschwinger bei steilen Signalen(Rechteck). Dem Ohr ist das egal, 
einer Messanwendung aber nicht.

A/D-Wandler ist angesagt.
Hoffentlich ist dein Eingangssignal bereits bandbegrenzt und du musst 
nichts filtern. Dieses Filter bewirkt bei 50kHz schon Amplitudenfehler 
im %-Bereich.
Aber auch auf der DAC-Seite lauern Probleme wegen dem 
Rekonstruktionsfilter. Das hat eine nichtlineare Phase und einen 
unerwünschten Amplitudenabfall auch im gewünschten Durchlassbereich.
Wenn du auch bei 50kHz noch 1% Genauigkeit und Impulstreue haben willst, 
dann würde ich schon mal nach 1MHz Abstastrate schielen. Mit deinen 
200kHZ wird dir dein DAC-Filter die Signalform bei 50kHz schon deutlich 
verfälschen.

Autor: Frank K. (fchk)
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Max B. schrieb:

> @fchk, intressanter Artikel, darin wird der SAD1024 als veraltet und mir
> nicht guter Signalqualität beschrieben. Die dortige Variante scheint mir
> aber für mich ungeeignet, ja 50kHz für ein paar ms verzögern will, da
> müsste die Kette ganzschön lang sein, und wie mein Signal am Ende
> aussieht, da ich ja auch keine Welle, sondern wechselnde
> Gleichspannungen habe, ist fraglich.

Wieso meinst Du, dass Du keine Welle hast? Mit 50 kHz betreiben andere 
Leute Rundfunksender.

Und um zu wissen, wie Dein Signal am Ende aussieht, gibts Simulatoren. 
Spice zum Beispiel. Oder das Switchercad von LTC, was letztlich auch nur 
ein modifiziertes Spice enthält. Damit weißt Du vor dem Löten, was Dich 
erwartet.

Zu Deinen "wechselnden Gleichspannungen": Willst Du damit sagen, dass 
nur die beiden Werte -10V und +10V vorkommen? Dann wäre es ja einfach: 
RS232 Receiver am Anfang, RS232 Transmitter am Ende, und dazwischen eine 
per Microcontroller und SPI Interface erzeugte Schieberegisterkette.

fchk

Autor: Max B. (max_b)
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ich wollt jetzt niemanden verwirren. Ich wollt nur sagen, dass es keine 
eigentliche welle, wie ein Audiosignal ist, sondern alle Spannungen die 
sich aus den +-10V geteilt durch 12Bit ergeben.
Eine Sampelrate von 200kHz würde absolut reichen, wär auch schon mit 
100Hz zufrieden. Der dabei unter umständen endstehende Zeitliche Fehler 
im µs Bereich ist nicht so tragisch. Die exakte Spannung ist das 
Wichtigste.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Max B. (max_b)

>eigentliche welle, wie ein Audiosignal ist, sondern alle Spannungen die
>sich aus den +-10V geteilt durch 12Bit ergeben.

Rede doch mal Klertext. Es geht um eine hochaufgelöstes, rauscharmes 
Analogsignal im Bereich +/-10V.

>Eine Sampelrate von 200kHz würde absolut reichen, wär auch schon mit
>100Hz zufrieden.

Fehlt das ein k? Denn zwischen 200 KILOHertz und 100 Hertz (ohne Kilo) 
liegt der Faktor 2000 . . .

> Der dabei unter umständen endstehende Zeitliche Fehler
>im µs Bereich ist nicht so tragisch. Die exakte Spannung ist das
>Wichtigste.

Und ich wiederhole mich. Sag worum es INSGESAMT geht, dann kann man dir 
DEUTLICH besser helfen.

MFG
Falk

Autor: Max B. (max_b)
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ja, schuldigung hatte mich vertippt, sollte natürlich 100kHz heißen.
Wie schon erwähnt ist es ein analoges Steuersignal, wie hdd schon 
festgestellt hat sind die zwei hochauflößenden Signale die X/Y 
Koordinate. Diese Koordinate wird mit maximal 50kHz angegeben, wobei die 
Position meißt nah bei einander ist, aber hald auch an komplett einer 
anderen Stelle sein kann. Wenns euch hillft kann ich morgen noch ein 
Bild vom Oszi machen.

Da ich die Sache wie schon gesagt möglicht einfach aufbauen will, würde 
ich jetzt die Methode von Jobst mit 8xADC -> SRAM -> 8xDAC bevorzugen. 
Das ganze scheint mir recht schlüssig und man ist nicht durch die 
Laufzeiten des µC abhänig.
Hab beim Stöbern noch einen MAD4868A für die speicherung gefunden, hatte 
sich auch sehr passend angehöhrt scheint leider nur sehr schwer zu 
beschaffen zu sein.

Allerdings muss ich mich da noch stark einlesen, da ich mich noch nicht 
mit I2S und SRAM beschäftigt hab und auch nicht die Standard Typen 
klenne. Was ich am I2S noch nicht verstanden habe, wie das Signal 
aussieht wenn es nur Mono ist und wie das ende einer übertragung bzw der 
Anfang gekennzeichnet ist, da die Länge ja je nach Auflößung abweichen 
kann. Zu dem ganzen brüchte ich dann noch eine Clock, welche alles 
synchronisiert, wenn ich das richtig verstanden habe. Als ADC höhrt sich 
der AD1871 nicht schlecht an, mit DAC blick ich gerade noch nicht durch, 
hab da kaum welche mit explizit I2S gefunden, aber wahrscheinlich gehen 
da dann wohl auch andere, da ist mir gerade noch alles zu neu.

Einen schönen Abend noch,

Max

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Schau dir mal den hier an. Ein delay-DSP eigentlich für Soundeffekt 
gedacht:
http://www.wavefrontsemi.com/index.php?id=11,14,0,0,1,0

Wenn dir 55KHz Samplerate reichen sollten. Es gibt so in der Art auch 
noch viele andere Chips.
Zur Erinnerung: Wenn du ein 50KHz-Sinus mit 50KHz sampelst, bekommst du 
einen 50KHz-Sinus ohne Phaseninformation am Ausgang wieder raus. Ob dir 
dies reicht, kannst nur du entscheiden. Es klingt aber danach!

Die passenden ADDA gibts bei der Firma zum einfachen Andocken.

Autor: Tropenhitze (Gast)
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>Das ganze scheint mir recht schlüssig und man ist nicht durch die
>Laufzeiten des µC abhänig.

Welche Laufzeit des µC meinst Du denn? Ich denke, Du willst 10ms 
verzögern.
"Mein" µC würde die Daten per DMA einlesen und per DMA wieder ausgeben.

Aber ein Aufbau mit diskreter Logik ist sicherlich sehr spannend.

Autor: Peter Diener (pdiener) Benutzerseite
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>Aber ein Aufbau mit diskreter Logik ist sicherlich sehr spannend.

Ja, da kann ich nur zustimmen.
Normalerweise muss man Audio Analogwander auch noch konfigurieren, dafür 
wird man wohl trotzdem einen kleinen Controller brauchen. Es gibt auch 
Wandler, die man alleine über statische Pins konfiguriert.

>Was ich am I2S noch nicht verstanden habe, wie das Signal
>aussieht wenn es nur Mono ist und wie das ende einer übertragung bzw der
>Anfang gekennzeichnet ist, da die Länge ja je nach Auflößung abweichen
>kann.

Es gibt verschiedene Varianten, normalerweise werden die Worte mit dem 
LR-Clock getrennt.
Ich würde eventuell komplett fertige Audiocodecs einsetzen, da passen 
die AD- zu den DA-Wandlern (das Datenformat).


Grüße,

Peter

Autor: Max B. (max_b)
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ja, denke dass könnte echt ein nettes Projekt werden. Ich denke, wenn 
ich schon mehr mit µC gemacht hätte würd ich mich wahrscheinlich anderst 
entscheiden, aber so reitzts mich das ganze mit Logik aufzubauen. Werd 
mir als erstes mal die ADCs genauer anschauen, das scheint mir der 
schwiegigste Teil zu sein. Dann muss alles irgdwie in einen Takt 
gebracht werden und die Ausgabe scheint mir recht simpel. Wie ich mich 
kenn wird sich das ganze ziemlich ziehen, versuche euch hier auf dem 
Laufenden zu halten.

Gruß Max

Autor: Tropenhitze (Gast)
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> Werd mir als erstes mal die ADCs genauer anschauen,

Welchen willst Du denn nehmen?
Niemand nimmt Audio-ADCs für genaue Meßaufgaben. Sind sie vielleicht 
doch zu 'billig' oder einfach ungeeignet (Drift, DC-Offset, 
Verstärkungsfehler)?

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