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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Eingänge eines uC (Atmel) schützen und Bereich erweitern


Autor: Stefan Wichmann (Gast)
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Hallo,

hier im Forum gibt es ein paar Projekte, die sich mit "einfachen"
Logic Analyzern beschäftigen. So etwas habe ich mir nun auch in
einfachster Form aufgebaut, um ein paar (Fernsteuer-)Signale zu messen.
Allerdings stoße ich dabei auf ein Problem: der uC (Atmel AVR ATMega
128) hat "nur" Eingänge die auf +5V reagieren und keine
höheren/kleineren Spannungswerte vertragen. Deshalb meine Frage:

Wie kann ich die Eingänge von der Spannungsversorgung des uCs
"entkoppeln", d.h. nur GND vom uC mit dem Messobjekt verbinden und zu
messende Spannung (z.B. RS232 mit +/- 10V) kann dann ungleich der
Versorgungsspannung des uCs sein?

Tipps, Anregungen reichen mir, über fertige "Eingangsschaltungen"
freue ich mich aber auch.

Vielen Dank,

Stefan

Autor: inoffizieller WM-Rahul (Gast)
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Optokoppler.

Autor: Stefan Wichmann (Gast)
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Hi,

vielen Dank, das bringt mich shcon mal weiter. Nun weiß ich zumindest
was so ein Teil macht und wie es funktioniert. Allerdings bringt mich
das gleich zur nächsten Frage:

Bei allen Beispielen/Schaltungen wird die LED des Optokopplers durch
einen Vorwiderstand geschützt. Nehme ich da einfach ein Poti, dessen
Widerstand ich dann an die jeweils zu messende Spannung anpasse?

Stefan

Autor: inoffizieller WM-Rahul (Gast)
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>Bei allen Beispielen/Schaltungen wird die LED des Optokopplers durch
>einen Vorwiderstand geschützt. Nehme ich da einfach ein Poti, dessen
>Widerstand ich dann an die jeweils zu messende Spannung anpasse?

Das wäre eine Möglichkeit.
Man könnte dem Ding auch eine Konstantstromquelle verpassen.
Als Verpolungsschutz sollte man noch ein Diode vorsehen, die im
normalen Betrieb sperrt.

Autor: snowman (Gast)
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wie wärs mit einem koparator: komp-ausgang an uC, ein komp-eingang z.b.
auf 1.5V und beim anderen komp-eingang einen spannungsteiler, der
eingestellt werden kann (z.b. drehschalter mit versch. widerstände)

Autor: schlumpf (Gast)
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Du musst immer eine Bereichsvorwahl machen können, wenn du flexible
eingangsspannungen erkennen willst.
z.B 5 V-Eingang, da ist alles kleiner 0,8 V low
bei nem 24 Eingang könnte z.B sein, dass alles unter 5V als low erkannt
werden soll.
Daher bringt dir auch ne Stromquelle nix

Du musst im Prinzip deine Schwellspannung(en) vom High-Low-Übergang
einstellen können.
Ich würde das z.B. über Komparatoren machen, die einen weiten
Eingangsspanungsbereich haben und dann eine umschaltbare oder
programmierbare Referenzspannung, die vom uC oder manuell eingestellt
wird.
Ausgang des Coparators geht dann am Schwellpunkt immer definiert von 0V
auf Vcc des Komparators. Und das kannst leicht an die 5V anpassen.

Autor: schlumpf (Gast)
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die Referenz könntest du mit einem AD-Wandler des uC machen. So könntest
du z.B die Schwelle von 0...5V einstellen, was in den meisten Fällen
sicher ausreichend ist.
Wenn du dann als maximale Eingangsspannung am System 20 V vorsiehst,
versorgst du den Komparator mit, sagen wir 24 Volt.
Als Ergebnis bekommst du am Komparator ca 0V, wenn die Eingangsspannung
kleiner der Spannung am DA-Wandler ist (sorry, hab ich oben falsch
geschrieben) und wenn sie größer ist, dann eben ca 24 V.
Die kannst dann einfach mit ner Z-Diode oder nem Optokoppler begrenzen

Theoretisch kannst du auch mit zwei Komparatoren das gleiche machen,
nur, dass einer invertiert udn der andere nicht udn dann kannste mit 2
DA-Wandlern sogar ne Hysterese einstellen.
Oder eben ne feste Hysterese, die man aber am Komparator mit ein paar
Widerständen einstellen kann.

Autor: snowman (Gast)
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ach ja, daran habe ich nicht gedacht, dass man gescheiter die
referenzspannung (vergleichsspannung) anpasst ^^ ...also ich würde es
jetzt so machen, dass du einen 10:1-teiler vor einen jeden komparator
machst und dann die referenzspannung anpasst (koparatoren mit 5V
betreiben). wenn du 0..5V beim zu messenden eingang hast, machst du die
referenzspannung auf 0.2V (sprich >2V am eingang wird als HI
detektiert), hast du 0..50V am eingang, machste die referenzspannung
auf 2V; alles andere dazwischen lässt sich auch einstellen ;)

Autor: schlumpf (Gast)
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jep snowman, oder so.... Einziger Nachteil bei deiner Methode ist, dass
du halt nen schon recht kleine Signale am Koparatoreingang handlen
musst, was das ganze gegenüber Störungen etwas empfindlicher macht.
Aber klar, schaltungstechnisch ist das einfacher.
Vielleicht ist auch ein Kompromiss mit einem Teiler von 1: 5
sinnvoll...

Autor: snowman (Gast)
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wenn man nur signale bis 25V angucken will, ist 1:5 optimal - zur
störsicherheit: es geht ja nur um zu entscheiden, ob HI oder LO, und da
braucht's schon sehr viele störungen, bis man eine '1' mit ner '0'
verwechselt... ausser man hat sehr lange leitungen von den
spannungsteilern bis zu den komparatoren.

Autor: schlumpf (Gast)
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ja snowman, wenn aber die schwelle zwischen high und low nur 1 V ist (ca
TTL) und du das noch um 10 teilst, dann haste 100 mV, die zwischen High
und low unterscheiden und das ist jetzt nicht mehr wirklich so
berauschend viel, oder was denkst du?

TTL: Low:  0..0,8 V
     High: 2..xV

Wenn du die Schwelle jetzt bei ca 1 V setzen würdest, dann musste eine
Ref von 0,1V einstellen, da du ja dein Signal 1:10 teilst.

Autor: snowman (Gast)
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eben: kommt darauf an, ob man bis 25V (1:5) oder 50V (1:10) messen
möchte ;) jenachdem hat man 0.1V oder 0.2V reserve ...oder man kommt
auf auswechselbare spannungsteiler, was auch nicht sonderlich schwierig
ist: da gibt es doch so praktische widerstandsnetzwerke mit einem
gemeinsamen knoten, die auf eine pin-liste und die ist im nu
ausgetauscht (so hätte man beide fliegen mit einer klappe geschlagen:
gute störfestigkeit und hoher spannungsbereich) ...kommt immer darauf
an, was man will

Autor: snowman (Gast)
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ps: ich hab oben was falsch gerechnet. annahme zu messende pegel 0..5V
d.h. schwellspannung bei 2.5V (so würde ich's machen) bei einem teiler
von 1:5 gibt eine referenzspannung von 0.5V

miese annahme der eingangspannuung von LO = 0.8V und HI = 4.0V ergibt
nach dem spannungsteiler 0.16V und 0.8V. die ref-spannung ist bei 0.5V
somit verkraftet das system mind. 0.3V rauschen, und das ist viel!
liegen die eingangspegel näher bei 0V bzw. 5V, würde es noch mehr
ertragen.

mein fazit/vorschlag: mach einen 1:5 teiler mit anschliessendem
komparator und du kannst bedenkenlos spannungen bis 25V messen

Autor: Stefan Wichmann (Gast)
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Hallo,

vielen Dank für die ganzen Antworten und Vorschläge. Da ich nicht zu
viel Geld ausgeben möchte für einen "Spaßaufbau" (16 Kanäle, je ein
Teiler, Komparator...), bleibe ich wohl bei einfachen Potis und
Optokopplern. Hoffe das funktioniert so wie ich mir das nach dem
Einlesen vorstelle.
Andernfalls werde ich wohl etwas (aus meiner Sicht besseren) über
Komparator Lösungen lesen müssen.

Danke!

Stefan

Autor: snowman (Gast)
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ein poti (ohne optokoppler) ist um einiges teurer als ein
4fach-koparator (ein paar cents) und widerstände, naja... ich kenne die
preise in D nicht, aber in der CH kosten 4 4fach koparatoren + 16 x 2
widerstände ca. 3 SFr (2 Euros) wenn du in einem sehr teuren laden das
zeug kaufst ;)

ps: ein komparator vergleicht die beiden eingänge, wenn der
plus-eingang höher ist als der minus, haste am ausgang die
betriebsspannung (minus ein bischen spannungsabfall) wenn der
minus-eingang höher ist als der plus, haste am ausgang 0V (ist sehr
simpel) ...ich hoffe, dass ich das mit dem plus und minus nicht
verwechselt habe, ansonsten ist's einfach umgekehrt ;)

Autor: snowman (Gast)
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so, ich habe leider gerade kein entsprechendes programm zur hand,
deshalb das billige paint, womit ich dir die schaltung grob gezeichnet
habe. die berechnung des teilers überlasse ich dir ;) ps: eben,
vielleicht habe ich beim koparator die eingänge vertauscht (selber
überprüfen). viel glück

Autor: Stefan Wichmann (Gast)
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Hallo snowman,

mega danke für deine Erklärungen und Mühen. Die ersten Erläuterungen
hörten sich für mich wesentlich komplizierter an, vor allem da ich
davon ausgegangen bin, dass jeder Komparator seine eigene Referenz
benötigt. Aber das kann der uC ja auch über einen D/A-Wandler
erledigen, bzw. ich sehe dafür ein Poti vor. Poti hätte den Vorteil
dass es alle Komparatoren auf einmal ansteuern könnte.
Muss mich da jetzt doch mal genauer einlesen. Hört sich aber jetzt
besser als die Optokoppler Lösung an...

Stefan

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