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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Wechselspannug abtasten welche sample rate beim adc


Autor: Leonia (Gast)
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Hallo,

ich möchte mit einem ADC eines Dataloggers eine 50 Hz Wechselspannung 
abtasten.
Es sind nur sps samplings per second angegeben.
Ich verstehe nicht was ein sample pro Sekunde bedeutet.
Man müsste diese Wechselspannung min. mit der doppelten frequenz 
abtasten.
fabtast = 100 Hz
wenn ich 100 samplings / sekunde habe würde es dem dann entsprechen?

oder bedeutet sps etwas anderes ?

Vielleicht kennt sich jemand aus!

Autor: Nyquist (Gast)
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Leonia schrieb:
> Man müsste diese Wechselspannung min. mit der doppelten frequenz
> abtasten.

Nein, mit mehr als der doppelten Frequenz, also mindestens mit 101 Hz.

Autor: Leonia (Gast)
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Oh ok Hr. Nyquist danke!

Autor: Lutz (Gast)
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Mal wieder wie immer: Bloß keine Details, Randbedingungen usw. 
rausrücken. Wofür ist die Messung denn gedacht bzw. was ist das Ziel? 
Wenn nur die Frequenz aus den Meßwerten berechnet werden soll, ist 
Nyquist Dein Freund. Bei so ziemlich allem anderen aber nicht...

Autor: Manfred (Gast)
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Leonia schrieb:
> Oh ok Hr. Nyquist danke!

Was will denn der Nyquist hier - dafür ist Shannon zuständig.

Autor: Dieter D (Gast)
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Wenn die Wellenform über viele Perioden sich nicht ändert, dann kann mit 
>100 samples per second schon brauchbar gemessen werden. Bei 101 bis 102 
sps sollten es schon mindestens 10 bis 20 Perioden sein, um noch 
aussagen zu können ob es ein sinus, dreieck oder rechteckiges Signal 
war. Will man dies bereits anhand einer Periode (20ms) bestimmen, so 
wären hier 1000 sps angebracht um Aussage über den Kurvenverlauf zu 
bekommen.

Autor: Leonia (Gast)
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Hi danke:

Wechselspannung soll gemessen werden.
Vom Hausnetz. Auf einen Wert von etwa 0...5 V heruntertransformiert.
Wenn eine Umsetzzeit von 60 ms gegeben ist, was bedeutet das?

1/60ms =16,6 Hz
(vielleicht sogar weniger, da nache einer umsetzung eine Pause 
vorliegt?)
Das wäre doch zum Beispiel zu wenig oder?


http://www.meilhaus.de/fileadmin/upload/pdf/Datash...

Autor: Leonia (Gast)
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Außerdem frage ich mich, was folgendes bedeutet:
(Eingänge 16)
12 bit, max. 10 Hz/Kanal; bis zu 500 Werte/s ermittelbar (PC und 
Software abhängig)

10 Hz pro Kanal wären ja auch zu wenig...

http://www.meilhaus.de/usb-ad,i1.htm

Für eine etwas teurere Version erhält man :
14 bit, max. 20 kHz Summenabtastrate

was soll das denn wieder bedeuten..

Wichtig ist doch eigentlich wie schnell ich die werte Abtaste.
Die abgetasteten Werte sollen dann in irgendeiner form gespeichert 
werden..

Autor: Leonia (Gast)
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https://de.wikipedia.org/wiki/Abtastrate

Abtastrate, auch Samplingrate oder Samplerate, ist in der 
Signalverarbeitung die Häufigkeit, mit der ein Analogsignal, auch 
zeitkontinuierliches Signal genannt, in einer vorgegebenen Zeit, 
meistens einer Sekunde, abgetastet, d.h. gemessen und in ein 
zeitdiskretes Signal umgewandelt wird.

Also bedeutet das, wenn da steht 500 S/s dass 16 Bits * 500 pro Sekunde 
aufgenommen werden können?

Das sind dann 8000 Bits = 8 KBit pro Sekunde... sind in 1000 Sekunden 8 
MB!
(16 min)

Das hört sich logisch an..

Kann ich dann sagen ich taste mit 500 Hz ab?

D.h ich kann damit 50 Hz erfolgreich abtasten...

Das wäre ja zu einfach ...

Autor: Leonia (Gast)
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Außerdem macht die Angabe doch gar keinen Sinn:
12 bit, max. 10 Hz/Kanal; bis zu 500 Werte/s ermittelbar (PC und 
Software abhängig)


10 Hz pro Kanal (16 Kanäle)
16 Kanäle* 10 Werte /s = 160 Werte /s
1 Wert = 12 Bit
16*12*10 /s

=1920 Bit /s  != 500 Werte/s

Das ist doch total verwirrend!

Autor: Leonia (Gast)
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>Wenn die Wellenform über viele Perioden sich nicht ändert, dann kann mit
>>100 samples per second schon brauchbar gemessen werden. Bei 101 bis 102
>sps sollten es schon mindestens 10 bis 20 Perioden sein, um noch
>aussagen zu können ob es ein sinus, dreieck oder rechteckiges Signal
>war. Will man dies bereits anhand einer Periode (20ms) bestimmen, so
>wären hier 1000 sps angebracht um Aussage über den Kurvenverlauf zu
>bekommen.

Danke sehr :)

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Wenn du die Netzspannung mit 100 Samples pro Sekunde abtastest, kannst 
du nicht erkennen, welche Form der Spannungsverlauf hat. Also kannst du 
damit letztendlich höchstens prüfen, ob die Frequenz wirklich 50Hz 
beträgt und welche Spannung sie hat.

Andererseits kann man die Frequenz mit einem Timer und 
Nulldurchgangsdetektor viel schneller und präziser erfassen und muss 
dazu außerdem viel weniger temporäre Daten speichern.

Und die Spannung kann man hinter einem Gleichrichter und Integrator 
leichter messen, vor allem wenn einzelne Ausrutscher nach oben oder 
unten ohnehin weg gefiltert werden sollen. Auch hier reduziert sich die 
Menge der Daten erheblich.

Die wichtige Frage, die hier noch nicht erörtert wurde ist: WAS willst 
du messen? Welche Eigenschaft der Netzspannung ist bei diesem Projekt 
von Inteesse?

Autor: Klaus (Gast)
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Leonia schrieb:
> Wechselspannung soll gemessen werden.
> Vom Hausnetz. Auf einen Wert von etwa 0...5 V heruntertransformiert.

Stefan U. schrieb:
> Welche Eigenschaft der Netzspannung ist bei diesem Projekt
> von Inteesse?

Wahrscheinlich nur die Amplitude, ein einfaches AC-Voltmeter.

MfG Klaus

Autor: Rolf M. (rmagnus)
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Manfred schrieb:
> Was will denn der Nyquist hier - dafür ist Shannon zuständig.

Eigentlich beide:

https://de.wikipedia.org/wiki/Nyquist-Frequenz
https://de.wikipedia.org/wiki/Nyquist-Shannon-Abtasttheorem

Leonia schrieb:
> Wechselspannung soll gemessen werden.

WAS soll da gemessen werden? Spitzenspannung? Effektivwert? 
Signalverlauf? Frequenz? ...

Leonia schrieb:
> Für eine etwas teurere Version erhält man :
> 14 bit, max. 20 kHz Summenabtastrate
>
> was soll das denn wieder bedeuten..

Wenn du mehrere Kanäle gleichzeitig abtastest, teilt sich die Abtastrate 
auf die Kanäle auf, weil sie gemultiplext sind. In Summe sind es dann 
maximal 20.000 Samples, die pro Sekunde aufgenommen werden können. So 
würde ich das deuten.

Leonia schrieb:
> Also bedeutet das, wenn da steht 500 S/s dass 16 Bits * 500 pro Sekunde
> aufgenommen werden können?

Ja.

> Kann ich dann sagen ich taste mit 500 Hz ab?

Ja.

Stefan U. schrieb:
> Wenn du die Netzspannung mit 100 Samples pro Sekunde abtastest, kannst
> du nicht erkennen, welche Form der Spannungsverlauf hat.

Im ungünstigsten Fall käme, wenn die Abtastrate exakt das doppelte der 
Signalfrequenz ist, immer 0 raus, nämlich dann, wenn man zufällig immer 
genau beim Nulldurchgang abtastet. Deshalb braucht man ja mehr als das 
Doppelte.

> Die wichtige Frage, die hier noch nicht erörtert wurde ist: WAS willst
> du messen? Welche Eigenschaft der Netzspannung ist bei diesem Projekt
> von Inteesse?

Richtig. Das ist die wichtigste Frage, die bisher unbeantwortet 
geblieben ist. Nach dieser richtet sich aber, wie man es misst.

Autor: Leonia (Gast)
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Vielen dank für die Antworten.
Ich möchte nun erst einmal den Effektivwert messen.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Verwendet eine Spitzenwert-Gleichrichter, dann spielt die Abtastrate 
keine Rolle. Dann wären sogar 1Hz brauchbar.

http://elektroniktutor.de/analogverstaerker/aktivglr.html

Autor: Axel S. (a-za-z0-9)
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Leonia schrieb:
> Ich verstehe nicht was ein sample pro Sekunde bedeutet.

Dann schau doch mal in ein Englisch-Deutsch Wörterbuch. Das englische 
Verb (to) sample hat u.A. die Bedeutung abtasten. Das Substantiv 
sample bedeutet in diesem Zusammenhang dann Abtastwert.

Wenn es allerdings um die Messung des Effektivwerts geht, dann reichen 2 
Abtastungen pro Periode bei weitem nicht aus.

Autor: Achim S. (Gast)
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Leonia schrieb:
> 1/60ms =16,6 Hz
> (vielleicht sogar weniger, da nache einer umsetzung eine Pause
> vorliegt?)
> Das wäre doch zum Beispiel zu wenig oder?
>
> 
http://www.meilhaus.de/fileadmin/upload/pdf/Datash...

deine Messkarte benutzt entweder einen Delta-Sigma ADC oder einen 
Mehrrampen-ADC. Auf jeden Fall wird das Signal bei 50Hz um 120dB 
unterdrückt (in deinem Datenblatt als Rauschunterdrückung bezeichnet, 
weil viele Störungen 50Hz oder vielfache davon haben und weil der Autor 
des Datenblatts alles bei 50Hz nur als Rauschen/Störung betrachtet und 
nicht als Signal). Wenn du damit eine 50Hz-Schwingung zeitaufgelöst 
messen wolltest, bleibt leider gar nichts von ihr übrig - deine 
Messkarte ist nur für deutlich niedrigere Frequenzen geeignet.

Wenn du die Messkarte trotzdem einsetzen willst um den Effektivwert zu 
bestimmen, musst du erst analog den Effektivwert deiner Wechselspannung 
in eine Gleichspannung umwandeln. Dafür gibts spezielle ICs:
http://www.digikey.de/product-search/de/integrated...

Autor: Ashoka (Gast)
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Wie wärs mit einem einfachen Multimeter ? gähn

Autor: Rolf M. (rmagnus)
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Axel S. schrieb:
> Wenn es allerdings um die Messung des Effektivwerts geht, dann reichen 2
> Abtastungen pro Periode bei weitem nicht aus.

Es sei denn, man kann Annahmen über die Signalform machen.

Autor: Leonia (Gast)
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>Wenn du die Messkarte trotzdem einsetzen willst um den Effektivwert zu
>bestimmen, musst du erst analog den Effektivwert deiner Wechselspannung
>in eine Gleichspannung umwandeln. Dafür gibts spezielle ICs:
>http://www.digikey.de/product-search/de/integrated...

die messkarte muss ich nicht unbedingt einsetzen. Die war nur ein 
Beispiel dafür, dass die Umsetzzeit zu niedrig ist.

Gibt es denn eine alternative dazu ?
Diese vielleicht:
http://www.meilhaus.org/downloadserver/redlab/redl...

Wo ist dabei der Unterschied zwischen Datenrate und maximaler 
Durchsatzrate?

Da steht zum Beispiel:
A/D Datenrate = 3750 S/s  und dabei Maximaler Datendurchsatz = 1102,94 
Hz

Wie hängt das denn zusammen?!

Danke!

Autor: Leonia (Gast)
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Da ist ne Formel gegeben:

Wahrscheinlich:
Echte verarbeitungsfrequenz= 1 / (dauer von 1 Samples + 640µs)
Das ist dann die Echte Durchsatzrate, also wie lange es dauert bis ein 
Wert abgespeichert ist..Oder so ähnlich

Autor: Achim S. (Gast)
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Leonia schrieb:
> Wo ist dabei der Unterschied zwischen Datenrate und maximaler
> Durchsatzrate?

Auf S. 6 (27) des Dokuments findest du die Umrechnung zwischen beiden. 
Datenrate betrifft alleine den ADC (wie lange braucht der für eine 
Umsetzung). Dann kommen offensichtlich pro Umsetzung noch 640µs 
"Wartezeit" dazu (wahrscheinlich wird erst das Ende der Umsetzung 
abgewartet, dann werden die Daten innerhalb von 640µs verschickt, dann 
erst startet die nächste Messung). Und wenn du nicht nur einen Kanal 
umsetzen willst sondern mehrere, dann geht die Datenrate jedes einzelnen 
Kanals nochmal entsprechend in die Knie.

Leonia schrieb:
> Da steht zum Beispiel:
> A/D Datenrate = 3750 S/s  und dabei Maximaler Datendurchsatz = 1102,94
> Hz
>
> Wie hängt das denn zusammen?!

schaust du eine Zeile weiter oben, da steht die zugehörige Formel.

Mit 1102,94Samples pro Sekunde kannst du den 50Hz-Sinus schon 
einigermaßen sinnvoll ausmessen. Außer der Sinus wäre gar kein Sinus 
sondern hätte viele Oberwellen, die du mitmessen musst. Dann wäre 1kS/s 
schon wieder etwas wenig.

Leonia schrieb:
> Echte verarbeitungsfrequenz= 1 / (dauer von 1 Samples + 640µs)
> Das ist dann die Echte Durchsatzrate, also wie lange es dauert bis ein
> Wert abgespeichert ist..Oder so ähnlich

abgespeichert oder übers Interface verschickt - so würde ich das auch 
intepretieren.

Autor: Leonia (Gast)
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Also es ist eine Wechselspannung nach einem Wechselrichter die überprüft 
werden soll.

Es soll der Effektivwert gemessen werden.

Wenigsten habe ich eine Hinweis auf die Abtastrate von 50 Hz 
Wechselspannung gefunden:
(S. 99 )
https://books.google.de/books?id=jroxBQAAQBAJ&pg=P...

Autor: Leonia (Gast)
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Danke nochmal!

Autor: Leonia (Gast)
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Übrigens:
"Diese geringere Durchsatzrate beruht auf der Rauschfilterungsfunktion 
des RedLab 2408-2AO. Die Größe der
Rauschfilterung lässt sich über eine entsprechende Anpassung der 
Einstellungen der Datenrate verändern. Wird
die Datenrate verringert, nimmt die Mittelwertbildung der Abtastungen zu 
und das Rauschen geht entsprechend
zurück. "

Autor: Axel S. (a-za-z0-9)
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Rolf M. schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> Wenn es allerdings um die Messung des Effektivwerts geht, dann reichen 2
>> Abtastungen pro Periode bei weitem nicht aus.
>
> Es sei denn, man kann Annahmen über die Signalform machen.

Auch dann nur in der Theorie - indem man die Funktion an die Meßpunkte 
fitted. Praktisch wird man zur Messung des Effektivwerts aber die 
Quadrate von Samples über passende Zeitintervalle mitteln (evtl. 
gleitend). Und dann braucht man entweder eine wesentlich höhere 
Abtastrate, oder - unter der Annahme daß das Signal periodisch ist - 
zumindest eine große Anzahl Meßwerte (lies: ein langes Meßintervall).

: Bearbeitet durch User
Autor: Leonia (Gast)
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Kennt ihr denn noch weiter Hersteller außer:

Adlink, Meilhaus, Picotech,
die für eine Wechselspannungsmessung RMS geeignet wären?

Danke!

Autor: Achim S. (Gast)
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du meinst Hersteller von Messkarten, die schnell genug abtasten? Da gibt 
es wohl noch diverse. Direkt in den Sinn kommen mir AllDAQ, Messcomp und 
natürlich die ganze Hardwarepalette von National Instruments, aber es 
gibt sicher noch andere.

Was Ashoka vorgeschlagen hat wäre natürlich auch eine Lösung. Nicht das 
zeitabhängige Signal abtasten sondern "irgendein" Multimeter mit 
Schnittstelle den Effektivwert bestimmen lassen und dann den Wert über 
die Schnittstelle abfragen. Damit bekommst du sogar eine spezifizierte 
Genauigkeit, was bei der Selbsbastellösung erstmal nicht gegeben ist.

Autor: Ich (Gast)
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Achim S. schrieb:
> Was Ashoka vorgeschlagen hat wäre natürlich auch eine Lösung. Nicht das
> zeitabhängige Signal abtasten sondern "irgendein" Multimeter mit
> Schnittstelle den Effektivwert bestimmen lassen und dann den Wert über
> die Schnittstelle abfragen. Damit bekommst du sogar eine spezifizierte
> Genauigkeit, was bei der Selbsbastellösung erstmal nicht gegeben ist.
War auch meine erste Idee, z.B. 
www.reichelt.de/Multimeter-digital/UT-61D/3/index.html?ARTICLE=97150 
(Hand-Multimeter) oder 
www.reichelt.de/Tischmultimeter-digital/UT-803/3/index.html?ARTICLE=8199 
6  (Tischgerät)

Autor: Ich (Gast)
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Autor: Leonia (Gast)
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Ok .. danke das mit dem DMM ist wohl eine gute option!

Ein Berater bei Meilhaus.de sagte mir im Chat, ich könne nur 1 Mio Werte 
auf einem Kanal am PC aufnehmen. Danach stoppt die Software das 
Aufnehmen.

Das ist doch total schlecht oder?
Obwohl der PC sicherlich viel Speicherplatz besitzt:

angenommen : 200 sps => 1 Wert = 2 Byte (so sagte der Berater)
=> 400 Byte pro sekunde
1000.000 Werte sind 2000.000 Byte
2000.000 Byte /400 Byte/s = 5000 s = 5000 s => etwa 1 h und 20 minuten

für 2 MB stoppt die Aufnahmesoftware...
das macht doch gar keinen Sinn oder?

Gibt es Systeme wo das nicht so ist?
Ich möchte gerne einige Stunden oder einfach mal nen ganzen Tag 
aufnehmen.
Ich meine bei einer Audioaufnahme wäre das ja auch irgendwie möglich...

Der Berater meinte ich kann mein eigenes Programm schreiben.
In LabView.. das geht sicherlich . Aber muss das sein?

Danke :D

Autor: Wolfgang (Gast)
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Rolf M. schrieb:
> Wenn du mehrere Kanäle gleichzeitig abtastest, teilt sich die Abtastrate
> auf die Kanäle auf, weil sie gemultiplext sind.

"Gleichzeitig" und "Multiplex" schließt sich meist gegenseitig aus, weil 
die Abtastung dort nur selten synchron erfolgt, sondern ein gemeinsamer 
Sample&Hold hinter dem Multiplexer sitzt.

Autor: Achim S. (Gast)
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Leonia schrieb:
> Das ist doch total schlecht oder?

Nein, das ist nicht "total schlecht". Das ist wahrscheinlich nur ein 
Beispielprogramm von Meilhaus das Kunden erlauben soll, typische 
Messaufgaben mal auf die Schnelle laufen zu lassen. Und den 
Momentantwert der Netzspannung abzutasten und über Tage aufzuzeichnen 
ist dann halt wohl keine typische Messaufgabe, die bei anderen Kunden 
häufig vorkommt. Da du die Karte auch mit eigener Software ansteuern 
kannst stellt das auch keine signifikante Einschränkung der 
Messmöglichkeiten dar.

Aber warum solltest du überhaupt den Zeitverlauf über einen ganzen Tag 
aufzeichnen. Wenn dich der Verlauf des Effektivwerts interessiert, dann 
miss den Zeitverlauf doch über einen vernünftigen Zeitraum (z.B. im 
Sekundenbereich), berechne daraus den Effektivwert und speichere nur den 
Effektivwert ab. Und dann startet gleich die nächste Messung. Dann 
kannst du auch mit der Abtastrate nach oben gehen, ohne dass du unsinnig 
große Datenmengen generierst.

Autor: avr (Gast)
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Axel S. schrieb:
> Rolf M. schrieb:
>> Axel S. schrieb:
>>> Wenn es allerdings um die Messung des Effektivwerts geht, dann reichen 2
>>> Abtastungen pro Periode bei weitem nicht aus.
>> Es sei denn, man kann Annahmen über die Signalform machen.
>
> Auch dann nur in der Theorie

Nicht nur in der Theorie. Wenn man das Abtasttheorem erfüllt, so dass 
die höchste Frequenz kleiner als die doppelte Abtastfrequenz ist, dann 
braucht man keine Annahmen über die Signalform. Dann ist das Signal 
vollständig rekonstruierbar. Man braucht nur einen entsprechenden Filter 
am Eingang. Effektivwert bekommt man z.b. über die 
Fouriertransformation.

Autor: Rolf M. (rmagnus)
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Wolfgang schrieb:
> Rolf M. schrieb:
>> Wenn du mehrere Kanäle gleichzeitig abtastest, teilt sich die Abtastrate
>> auf die Kanäle auf, weil sie gemultiplext sind.
>
> "Gleichzeitig" und "Multiplex" schließt sich meist gegenseitig aus, weil
> die Abtastung dort nur selten synchron erfolgt, sondern ein gemeinsamer
> Sample&Hold hinter dem Multiplexer sitzt.

Ich hab eigentlich als selbstverständlich betrachtet, dass 
"gleichzeitig" hier nicht als "das einzelne Sample wird auf allen 
Kanälen exakt zum selben Zeitpunkt aufgenommen" betrachtet wird, sondern 
als "es werden über einen bestimmten Zeitraum mehrere Kanäle im stetigen 
Wechsel aufgenommen" - so wie Multiplexing eben funktioniert. 
"Gleichzeitig" also in dem Sinne, dss ich nicht erstmal eine Minute lang 
nur Kanal 1 sample, dann später mal irgenwann eine Minute lang nur Kanal 
2 und so weiter.

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