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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Netzspannung messen aber wie?


Autor: Christian (Gast)
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Ich möchte die Netzspannung (230V AC) mit einem Mikrocontroller messen.
Nur habe ich nicht so richtig den plan wie ich diese machen soll, noch
zumal der Controller direkt an 230V etwas ins schwitzen kommen dürfte
;-)

Also bin ich für jede „einfache“ Idee dankbar.

Autor: Mario (Gast)
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Hallo,

ich hab gerade ein artverwandtes Problem, ich möchte an eine
Phasenanschnittsteuerung eine Echt-Effektiv-Anzeige mit einem kleinen
Panelmeter ranmachen. Ich nehm dazu einen Spannungsteiler, der mir die
Netzspannung runterteilt (mehrere Widerstände in Reihe wg.
Spannungsfestigkeit und Ausfallsicherheit), und schick das ganze dann
auf einen TrueRMS-to-DC-Konverter (MX536A von Maxim). Den Ausgang häng
ich dann - evtl. nochmal runtergeteilt, muss ich noch sehen - an den
2V-Eingang des Panelmeters; du könntest stattdessen dann einfach einen
Analogeingang eines µCs nehmen.

Soweit mein Plan, hab leider den IC noch ned und kann deshalb noch ned
prüfen, ob das funktioniert.

Aber ACHTUNG: Damit ist dann die komplette Schaltung nicht mehr
galvanisch vom Netz getrennt !

Grüße, Mario

Autor: Christian (Gast)
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@Mario

Hört sich schon mal gut an wenn du erste erfolge hast kannst du sie ja
mal hier posen.

Autor: Manfred Glahe (Gast)
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Hallo Mario,
zum Messen der Netzspannung immer einen kleinen Trafo oder Optokoppler
verwenden.
Früher habe ich mit einem Thyristor über +/- eines
Brückengleichrichters  Wechselspannungsverbraucher mit geringer
Leistung angesteuert. da entsteht nur pulsierende gleichspannung die
leicht weiter zu verarbeiten ist.

MfG Manfred Glahe

Autor: Christian (Gast)
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Schau mal hier rein:
http://www.mikrocontroller.net/forum/read-1-150618.html#new

Bei Atmel gibt es auch eine Application Note zum Thema
Leistungsmessung.

mfg
Christian

Autor: Christian (Gast)
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Ähm, sach mal... der Thread den ich gerade zitiert habe ist ja auch von
dir.

Autor: Christian (Gast)
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Ja stimmt ich wollt das Problem jetzt aber mal anders angehen

Ich werde den Strom (bzw.: den Spannungsabfall) über einen shunt messen
( http://de.geocities.com/rcmaxi/Bauanleitungen/Ampe... )
Die Spannung ,das hab ich vorhin mal ausprobiert, über einen
Spannungsteiler  (1M 10K) das gibt dann so 2,3V AC nun muss ich das
eben nur noch Digitalisieren und das weis ich noch nicht so richtig wie

Autor: Mario (Gast)
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Hallo,

@Manfred:
Das mit dem Trafo wird schwierig, denn wie gesagt es handelt sich da um
eine Phasenanschnittsteuerung, und wenn ich da einen Trafo
dahinterhänge, weiß ich nicht, ob das was rauskommt noch allzu
aussagekräftig ist.

Deswegen hab ich nur einen Spannungsteiler vorgesehen. Die fehlende
galvanische Trennung ist aber in meinem Fall kein Problem, das wird
alles in ein "verschutzleitertes" Metallgehäuse eingebaut.

Grüße, Mario

Autor: Christian (Gast)
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Am besten digitalisiert man mit einem AD-Wandler. Zum Beispiel den im
Mikrocontroller eingebauten.
Und denk dran, wenn die Schaltung am Netz hängt, kann danebenpacken
ungesung werden...

Autor: Mario (Gast)
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Hallo zusammen !

beitrag-wieder-nach-oben-schieb

Hab die erwähnte Schaltung mittlerweile fertig und hab einen Bericht
drüber auf meiner Homepage stehen. Die Schaltung funktioniert tadellos
und liefert eine sehr genaue und stabile Anzeige, da würde sich sicher
auch jeder A/D-Wandler freuen, angeflanscht zu werden gg

Hier geht's zur Seite: http://www.mario001.de

Schöne Grüße,

Mario

Autor: Tobias Paul (Gast)
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alter-beitrag-wieder-rauskramen

Ich wollte mal nachfragen, ob es nach über einem Jahr eine einfache und
sichere Möglichkeit gibt Netzspannung mit dem ADC eines AVR zu messen?

Autor: Christrian (Gast)
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Ich habe das Projekt abgebrochen es sollte eine art Stromzähler für eine
Waschmaschine werden welche von unterschiedlichen Leuten benutzt wird.
Mit der Schaltung wollt ich eine Messung für die einzelnen Benutzer
ermöglichen die Lösung ist dann etwas Traditioneller ausgefallen da sie
sich leichter realisieren lies [50:50 –Lösung ;-) ].

Aber wenn sie zu dieser Problemstellung neue Lösungen ergeben sollten
ist es auch möglich das ich das Projekt wieder belebe.

mfg Christian

Autor: Schoasch (Gast)
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Ich hätte da 2 Ideen.

Die erste.. was ich selber einmal machen werde...zuerst einen
Spannungsteiler, dann gehst du auf einen galvanisch getrennten OPV und
von dort dann auf deinen µC(mit entsprechender Anpassung wie zb den
MAX536 oder einem Präzisions Gleichrichter). Ich werde dazu einen
ISO124(ist von Burr-Brown/TI) verwenden. Auf Seite 10 im Datenblatt
sieht man die Schaltung für einen "Isolated Powerline Monitor".

Die 2. Möglichkeit wäre einen MCP3906 zu verwenden. Das ist ein
Leistungsmess-IC von Microchip. Auf der HP gibts ein paar Apps dazu wo
auch galvanisch getrennte Schaltungen mit einem µC zu finden sind.
mfg Schoasch

Autor: ..... (Gast)
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Lowtec:

ein 1:4 Leistungsschalter, vier Unterzähler
 und jeder kann selber seinen Zweig via Schlüsselchalter freigeben +
Betriebsstundenzähler....

Autor: Tobias Paul (Gast)
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Wie bekomme ich eine saubere Gleichspannung, wenn ich einen kleinen
Trafo zu Spannungsanspassung verwenden will ?
Normal würde man die Spannung nach dem Gleichrichten gründlich sieben
und glätten, allerdings kann man dann keine Spannungseinbrüche auf der
Netzseite feststellen.
Oder gibt es noch eine andere Möglichkeit ?
Denn einfach einen Spannungsteiler zwischen 230V zu hängen, hmm ich
weiß nicht so recht.
btw: Wie wird das denn eigendlich in den Energiekostenmessgeräten bzw.
Multimetern gemacht ? Selbst wenn ich einen Spannungsteiler in die
Netzspannung hänge hab ich ja immer noch Wechselspannung.

Autor: ..... (Gast)
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Was ist das Ziel?

noch eine Diode mehr zwischen Graetz und Pufferelko,  so hats du an der
Greaetz immer nocht die Halbwellen -0.7 V..... und weiter nachdenkne

Autor: Tobias Paul (Gast)
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>> Was ist das Ziel?

Nunja, die Netzspannung mit dem ADC des AVR zu messen und da der max.
2.5 Volt bei int. REF-Spannung messen kann, muss man aus der
Netzspannung eine propotionale Gleichspannung machen, die man dann mit
dem ADC messen kann.

Autor: Uwe Bonnes (Gast)
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Bei Analog Devices gibt es ADE7XXX Bausteine fuer Stromzaehler. Teils
stellen sie die gemessenen Werte per SPI zur Verfuegung. Schau mal nach
dem ADE7753, den gibt es auch bei Digikey.

Autor: Tobias Paul (Gast)
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Würde es auch so funktionieren ?
Netzspannung -> Trafo (230V > 12 V) -> Spannungsteiler am Trafoausgang
-> True RMS-to-DC-Converter bzw. Päzisionsgleichrichter ?

Ach ja bevor ich es vergesse, falls das so funktionieren würde,
gibt es einen True RMS-to-DC-Converter bzw. Päzisionsgleichrichter bei
Reichelt ?

Autor: ..... (Gast)
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das ist der Weg ... ja was soll denn Rauskommen

wenn ich 240 Volt zu 2,4 Volt verkrüppel und das dann in 255 Schritte
Auflöse, kann ich denken, ich messe eine korrekte Spannung nur
irgendwie habe ich ja immer noch Halbwellen etc.....

P.S. in eigenen Schaltungen nie etwas galvanisch Trennen sondern 220 V
überall lauern lassen

Autor: Tobias Paul (Gast)
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>> das ist der Weg ... ja was soll denn Rauskommen

Wie was soll rauskommen ?

Eine Gleichspannung im Bereich von 0 bis 2.5 Volt die propotional zur
angelegten Netzspannung verhält. Die anschliesend mit dem im AVR
internen ADC gemessen und ausgewertet wird.

Zur galvanischen Trennung verwende ich einen Transformator.

PS: Steht übrigens alles schon einmal weiter oben.

Autor: ..... (Gast)
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...Ja na was ist der Zweck der Messung - nur eine  µP zu verwenden, den
Ausfall einer Halbwelle zu erkennene, Min-Max-Werte zu erfassen ....

Du hast 25mal/sec einen Klpletten Sinus zwischen 0v und 240V*SRT(2)
....
was willst Du denn rausbekommen?

....Trafo, Spannungsteiler, Greatz verfälschen die Spannung immer
mehr....

Autor: Tobias Paul (Gast)
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Zum Wiederholten Male:
Ich möchte gerne die Netzspannung mithilfe des internen ADC eines AVR
(Typ egal), messen und auf einem LCD darstellen (nicht das Problem).

Das Problem ist wie ich die 230V Netzspannung auf einen Pegel bekomme
den ich mit dem ADC messen kann.
Die benötigten Bauteile sollten bei Conrad oder Reichelt vorhanden
sein.

Autor: ..... (Gast)
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endlich hats DU es kommen lassen
- Du möchtes ein Digitalvoltmeter mit AVR aufbauen...

Autor: Tobias Paul (Gast)
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Ach das wolltest du wissen.

Ich wollte eigendlich nur wissen wie ich eine Spannung von 230V mit dem
ADC des AVR digitalisieren kann. Was ich mit dem digitalen Wert mache
ist doch im Prinzip völlig egal.

Ob ich den Wert nun auf einem LCD anzeige oder um die halbe Welt
schicke spielt doch für den ADC-Vorgang keine Rolle.

Autor: ..... (Gast)
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ja ... aber wenn man das Ziel genannt bekommt kann mann u.u. den
Großklockner von der anderen Seite besteigen....

Autor: Tobias Paul (Gast)
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nunja, jetzt wo ich ja alles verraten habe, bin ich für
Lösungsvorschläge offen ;-)

Autor: ..... (Gast)
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...hier muss ich passen ....

für Lastgänge kann mann fernauslesbare Zähler benutzen, die liefern die
Daten frei Gelaß...


www.goerlitz.ag/
www.zfa-f.de/

Autor: Tobias Paul (Gast)
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So langsam komm ich mir echt vera..... vor.

Es geht weder um Leistungsmessung, noch um Stromzähler oder sonstiges
in der Richtung.

Meine Frage war:
Wie ich 230V Netzspannung am Sichersten und Einfachsten mit dem
internen ADC eines AVR-Microcontrollers messen kann und z.b. später auf
einem Display optisch darzustellen.

Autor: ..... (Gast)
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tut mir doch leid Tobias, das ich nicht weiterhelfen konnte ... wenn ich
das machen wollte würde, ich bei Conrad/Elektor ( vgl.
http://www.elektor.de/Default.aspx?tabid=28) mir die
Eingangsbeschaltung ansehen und auf entsprechenden
Toleranzen/Temperaturkoeffizienten achten (eventuell Bauelemente
altern) ...

- Übersetzung des Trafos genauer bestimmen
- nach der Gleichrichtung mit Kondensator glätten damit ich aus der
pulsierenden Spannung eine Gleichspannung von 0.7*Umax mach - und diese
wie eine Gleichspannung messen

http://www.thelastinstance.de/elek/project11.phtml

......

Autor: Thomas Mueller (Gast)
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Meine Frage war:
Wie ich 230V Netzspannung am Sichersten und Einfachsten mit dem
internen ADC eines AVR-Microcontrollers messen kann und z.b. später auf
einem Display optisch darzustellen.

1. Spannungsteiler mittels Widerstände
2. Eine Offsetspannung an der Masse des Spannungsteiler! anlegen,
damit nur 0 bis 5 Volt an dem AD Eingang des Microcontroller
anliegt.
3. Alles, also auch Stromversorgung Galvanisch trennen und einen
Z.B Optokoppler als Ausgang verwenden.
4. Mittels diesen Microcontroller die Spannung am Eingang
Zyklisch auslesen, Summe berechnen und Fläche entspricht dem
Effektivwert. beachten das 2,5 Volt am Eingang 0 Volt entspricht.
5. Diesen Wert über den Optokoppler als serielle Daten an einen zweiten
 Microcontroller (eigene Stromversorgung!)schicken und z.B. auf dem LCD
dann
 Anzeigen.
Schau mal in einen Formelwerk für die Elektrotechnik wie sich der
Effektivwert berechnet, dann weist du schon wie ich es meine.
Der erste  Microcontroller sollte schnell sein und braucht auch nur
einen AD Wandler und einen Ausgang. Mit anderen Worten, den
kleinsten (billigsten) Microcontroller.
Auch ja . Bei der Berechnung des Spannungsteilers  Verlustleistung
beachten und so Niederohmig Auslegen das er gerade so noch den
Schnellsten noch zu messenden Ereignessen Folgen kann
da der Microcontroller Eingang eine C hast und du sicher noch mal
10..100 nF als Störunterdrückung nach Masse Einlöteset. Formel:
Belasteter Spannungteiler, Grenzfrequenz, Fehlerrechnung, Tk-Wert

Gruss und Paß auf das du keine Geschossen bekommst.

Autor: Tobias Paul (Gast)
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Das hört sich alles ziemlich aufwendig an.
Gleich einen extra µC nur zur Spannungsmessung "opfern" ?!?!

Wie schon gesagt so ein Spannungsteiler direkt zwischen 230V zu
schalten ist mir etwas zu "heiß".
Lieber würde ich die Spannung über einen kleinen Transformator auf
einen "ungefährlichen" Wert runtertransformieren und dort dann einen
Spannungsteiler dann evt. reinhängen.
Die Wechselspannung dort ist ja dann noch immer proportional zur
Eingangsspannung des Transformator auf der Netzseite.

Wenn ich dann daraus noch eine saubere Gleichspannung mit minimaler
Restwelligkeit erzeugen könnte, dann kann ich diese mit dem ADC messen.
Allerdings darf die Spannung nicht zu stark stabilisiert sein, da ich
sonst keine Spannungseinbrüche auf der Netzseite mehr messen kann.

Also Netzspannung 230V --> 2,30 Volt am ADC (oder so ähnlich).
Den genauen Abgleich und Korrektur kann man ja dann per Software
machen.

Autor: Thomas Mueller (Gast)
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Das hört sich alles ziemlich aufwendig an.
Gleich einen extra µC nur zur Spannungsmessung "opfern" ?!?!
 Kostet 3 Euro oder so. Was kostet denn ein Trafo der
bei Erwärmung doch sein Übersetzungsverhältnis behält.

Nein mal im Ernst.
Du Kannst Messen oder Du kannst "schätzen"
Mit dem Trafo geht mit bis zu 5...25 %! Fehler.(Ausnahme du
hast nur Sinus, dann geht das mit dem Wurzel 2 = 0.7....)
Das Netz ist aber NIE Sinus, nicht mal direkt am Generator.
Das sage ich dir mit 15 Jahre Berufserfahrung im Bereich
Netz. wenn du es nicht glaubst nehme mal eine guten Ozi,
messe die Netzspannung und schalte mal eine Leuchtstofflampe an.
Ich habe Spritzten auf dem normalen Netz von bis 2 kV gesehen.
Sehr kurz, aber da.
Der Trafo ist ein TP. Das sollte man nie Vergessen.
Ist die Anzeige nur so für "Zuhause" dann nimn den Trafo
und messe Hausnummern und freue dich ueber die schoene Anzeige.
Willst du aber damit rausbekommen warum deine Waschmaschine
alle zwei Tage kaputtgeht, dann reicht das warscheinlich nicht.
Effektivwert messen ist etwas Aufwendig, Spannungsspitzen sehr
Aufwendig.
Also Aufwand/Nutzen beachten,aber auch daran denke,  das
man eine Schätzung zwei Stelle nach dem Komma angeben kann :-)

"Wenn ich dann daraus noch eine saubere Gleichspannung mit minimaler
Restwelligkeit erzeugen könnte, dann kann ich diese mit dem ADC messen.
Allerdings darf die Spannung nicht zu stark stabilisiert sein, da ich
sonst keine Spannungseinbrüche auf der Netzseite mehr messen kann."

Das wird nichts... Formel: Grenzfequenz.
und die gibt auch nur 3 dB Abfall an, d.h. 50 % !!
Dann lasse den Elko weg und messe 200 mal die Sekunde !!
Ansonsten sieht man keine fehlende Halbwelle.
50 Hz mal 2 (Gleichrichter) also 100 Hz
und dann  2 Messungen pro Halbwelle...
das ist alles nicht mehr langsam (auch nicht wirklich schnell, ich
weiß)
Gruss und viel Spaß beim bauen

Autor: Thomas Mueller (Gast)
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Die Schaltung die der
Mario da gebaut hat sollte wirklich gut gehen.
Man kann dann noch mittels Spannungs/Frequenzwandler auf einen
Optokoppler oder Uebertrager sehr genau (weniger als 1 %)das
Meßergebniss uebergeben. Das ist auch eine einfache und schoene
Loesung.
Die Loesung mit der Z Diode mag ich immer nicht, ist aber
voellig in Ordnung. Es geht (finde ich) besser mir einem 7912 Regler.
Aber bitte keine Trafos zum Messen nehmen. Das ist wirklich
kein Messen.(es gab frueher Meßtrafos die auch recht gut wahren
aber so was habe ich seit 10 Jahren nicht mehr gesehen)

Autor: Bernhard Rother (bejoro)
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Hallo!

Leider habe ich nie meine Schaltungstechnik-Kenntnisse aus meinem 
Elektrotechnik-Studium eingesetzt und jahrelang als SW-Entwickler und 
später Projektleiter und Manager gearbeitet. Deshalb sind meine 
Kenntnisse in Schlatungstechnik sehr stark eingerostet (oder eher kaum 
noch vorhanden). Ich habe jetzt wieder Mikrocontroller-Blut geleckt und 
würde gerne ein paar kleine und für mich nützliche Projekte mit 
Mikrocontrollern lösen.

Das Vorhaben:
Bei meinem Netzanschluss gibt es sehr starke Gleichspannungsanteile oder 
anders gesagt Netzunsymmetrien. Große Trafos beginnen sehr stark zu 
brummen, da sie ständig in die Sättigung geraten. Das ist aber nur 
zeitweise so und ich würde gerne feststellen wann und wie groß die 
Störungen sind.

Ich würde gerne diese Unsymmetrie, also die Unterschiede zw. positiver 
und negativer Halbwelle über einen Mikrocontroller sehr genau messen und 
zunächst lediglich anzeigen. Ein weiterer Schritt könnte sein, die 
"größere" Halbwelle vom Mikrocontroller geregelt derart zu belasten, so 
dass beide Halbwellen wieder gleich sind.

Wie müsste die Eingangsschaltung für eine sehr genaue Vermessung 
(AD-Wandlung) der Netzspannung aussehen? Ich bin leider aus obigen 
Aussagen noch nicht so ganz schlau geworden.

Könnte man mit einem entsprechenden AD-Wandler denn nicht positive und 
negative Halbwelle sehr gut messen, in dem man sampelt. Man sampelt 
entsprechend schnell und misst ab jeweiligem Nulldurchgang. Die 
Sample-Rate müsste aufgrund der 50Hz nicht extrem hoch sein, jedoch hoch 
genug, um eine entsprechende Genauigkeit zu erzielen.

Ich würde gerne zunächst die Werte (Spitzenwert, Effektivwert) für die 
positive und negative Halbwelle lediglich auf einem LCD anzeigen und 
natürlich die Differenzen. Die spätere Lösung der geregelten, 
unsymmetrischen Belastung könnte man sich als zweite Stufe überlegen.

Was ich gefunden habe, sind Hochpegel AD-Wandler von Analog Devices.
AD7634 (18 Bit Res., Input V Range: 40Vpp) oder
AD7612 (16 Bit Res., Input V Range: 30Vpp)

Ach ja, die Lösung mit den zwei Mikrocontrollern (galvanisch getrennt, 
der eine misst, der andere verarbeitet) gefällt mir ganz gut.

Ich würde mich sehr über Hilfe, vielleicht sogar in Form eines 
Schaltplans freuen! :-)

Autor: Simon (Gast)
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Ganz einfach: Trafo an die Netzsspannungsseite z.B. 230V auf 5V oder je 
nach dem wie mann es haben will ist ja mit nem Spannungsteiler kein 
problem.

Den rest macht die Software. bei 230V auf 5 V hast du ein 
Teilerverhältnis von 46. Das heisst den gemessenen wert rechnest du in 
der Software hoch.

und Sieben darfst du die Spannung über einen Kondensator nicht. Der Läd 
sich ja auf und du misst immer die gleiche Spannung >> ADC ist hochohmig 
der belastet die Spannungsquelle nicht.

Einfach 10 Messungen machen und dann den Mittelwert bilden. Anders 
machen es RMS Messgeräte auch nicht.

Also Travo > Gleichrichten > evtl. Spannungsteiler und feddisch!

viel Spass :)

Autor: Erich (Gast)
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@Simon
Gelegentlich auf das Datum achten !

Autor: MPP (Gast)
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Für alle die, wie ich, auf der Suche nach der Lösung des Problems auf 
diesen Beitrag stoßen hier meine Lösung. Die Schaltung arbeitet linear 
im Bereich von 0 bis 300 VAC und liefert mir am Ausgang 0 - 4,096 V 
(angenähert). den "Rest" des genauen Abgleiches erledige ich mit Faktor. 
Als Spannungsreferenz-IC für den AREF-Eingang des µC's habe ich den MAX 
6241 (exakt 4,096V am Ausgang) genommen.

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