Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Aref Spannung, was ist besser?


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von Hein (Gast)


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Der Attiny hat eine Aref von 1,1V oder 2,2V oder 4,096V. Dabei ein 
Auflösung von 10 Bit.
Um eine Spannung von 5V zu messen mit einer relativ guten Genauigkeit 
nimmt man dan eine Aref von 1,1V. Da 10 Bit Umsetzung ergibt das 4096 
Werte oder lieber gleich 4,096V.
Bei einer Aref von 1,1V muss natürlich ein Spannungsteiler da vor 
geschaltet werden.
Was ist besser?
LG Hein

von Arduino Fanboy D. (ufuf)


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Es ist bei 10 Bit besser, nur 1024 Werte zu erwarten.

von Nasenbär (Gast)


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4,096 ist sauber zu teilen, die anderen ergeben eher einen unrunden 
Teilungsfaktor. Dehalb bist du mit dem 4,096 im Grunde am besten dran. 
Doch wenn du keine 5V Ub hast, sondern z.B. deinen Controller mit 3,3V 
versorgst geht das schlicht nicht!

von Georg M. (g_m)


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> 4096

ATtiny1624 hat einen 12-bit-ADC.

von Peter R. (Gast)


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Bei uref 1,1V ist eine Stufe des Wandlers nur noch 1mV. Und das kann 
schon in die Größe der Thermos-Störspannungen oder der Temperaturdriften 
von PN -Schichten kommen (ca.2mV/°) Da sind 4mV-Schritte schon besser 
wie bei 4V uref.

von MaWin (Gast)


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Hein schrieb:
> Der Attiny

WELCHER ?? (ist es denn wirklich so schwer, eine ordentliche Frage zu 
stellen, bist du wirklich so faul, nichtmal die Typennummer dahinter 
schreiben zu können ?)

Hein schrieb:
> Um eine Spannung von 5V zu messen mit einer relativ guten Genauigkeit
> nimmt man dan eine Aref von 1,1V.

Warum sollte man ? Je kleiner die Referenzspannung, je grösser der 
Einfluss kleiner Störungen, wie Thermospannungen oder Einstreuungen oder 
Masseversatz.

Hein schrieb:
> Bei einer Aref von 1,1V muss natürlich ein Spannungsteiler da vor
> geschaltet werden.

Bei einer von 2.2 oder 4.096 auch.

Das Problem ist zunächst mal die exemplarabhängige Streuung der internen 
Referenzspannungsquelle des Attiny. Durchaus mal 10%. Hinzu kommt die 
Toleranz der Widerstände, aus denen der Spannungsteiler besteht, auch 
gerne 1%. Man muss also, wenn es nicht nur um relative 
Analogwerterfassung geht, die Schaltung vorab kalibrieren. In Software 
per Wert im EEPROM oder per Hardware durch ein Trimmpoti mit 10% 
Regelbereich.

von Hein (Gast)


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Ist ein Attyni841. Ist zwar recht klein aber ausreichend.
Sind 1024, hab ich mich verrechnet.
1,1V sind wohl zu klein bzw. empfindlich.
Besser 2,2V oder 4,096V. Wenn ich 5V messen möchte brauche ich einen 
Spannungsteiler max Eingang 5V, max Ausgang 4,096 bzw 2,2V

von A. S. (achs)


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Hein schrieb:
> Besser 2,2V oder 4,096V.

Das hängt.davon ab, ob dein Vcc für die 4V-Referenz ausreicht.


Auch 1.1V kann sinnvoll sein, wenn Deine anderen Signale nur bis 1V 
gehen.

Für nur Vcc kann man oft auch Vcc als ADC-Bereich nehmen und stattdessen 
die Referenz messen. Vcc z.b. dann, wenn Widerstandsverhältnisse 
gemessen werden.

von Toxic (Gast)


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MaWin schrieb:
> Warum sollte man ? Je kleiner die Referenzspannung, je grösser der
> Einfluss kleiner Störungen, wie Thermospannungen oder Einstreuungen oder
> Masseversatz.

Ich kenne die Attinys nicht (ich verwende PICs) aber ist es nicht 
so,dass die eigentliche Referenzspannung 1.1V ist und die anderen dann 
lediglich ein vielfaches davon?

Hein schrieb:
> Um eine Spannung von 5V zu messen

Willst du die Betriebsspannung des uCs messen ? Wenn ja,dann empfehle 
ich folgenden Vorgehensweise: siehe Anhang
Externe Komponenten wie Widerstaende sind dann nicht erforderlich.

Die PIC-pdf-Datei gibt auch nochmal Erklaerungen zum Messen der Ub 
an.Auch Atmega Freaks werden das verstehen.

von Carsten-Peter C. (carsten-p)


Angehängte Dateien:

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Hallo,
schaue Dir das Datenblatt an. Danach wird die interne Referenzspannung 
über den MUX direkt zum ADC geführt. Somit ist es am Günstigsten, die 
Referenzspannung etwas höher zu wählen, wie die zu messende Spannung. Um 
5V zu messen, würde ich 4,096V Ref einstellen und die Eingangsspannung 
mit einem Poti runter regeln. Dadurch hast Du einen besseren Signal 
Rauschabstand und somit genauere Werte.

von Mike J. (linuxmint_user)


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Hein schrieb:
> Bei einer Aref von 1,1V muss natürlich ein Spannungsteiler da vor
> geschaltet werden.

Das ist eigentlich egal. Einen recht genauen Spannungsteiler kannst du 
dir zurecht bauen, die interne Referenz liegt aber wahrscheinlich nicht 
bei 1,100V , sondern bei 0,913V oder sogar bei 1,231V und erst wenn du 
darüber Erkenntnis erlangst ist es dir möglich genau zu messen.

Ich habe hier eine externe Referenzspannungsquelle die etwa 5€ gekostet 
hat und an der ich die interne Referenz kalibriere. Der Referenzfaktor 
wird dann für jeden Chip im EEProm gespeichert.

von Hein (Gast)


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Nach den Amgaben ist eine externe Referenzspannung weit aus genauer als 
die Interne. Da ich mit 5V arbeite und auch 12V zur Verfügung habe 
könnte ich das ohne Probleme machen.
Referensspannung dann auf 5V oder besser etwas tiefer?

von Arduino Fanboy D. (ufuf)


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Hein schrieb:
> Referensspannung dann auf 5V oder besser etwas tiefer?

Absolute Messungen:
Deine Referenzspanung wird wohl immer (deutlich) kleiner als Vcc sein 
müssen.

Ratiometrische Messungen:
Vcc als Referenz.

: Bearbeitet durch User
von Hein (Gast)


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Habe mal das Netz durchsucht und verschiedne Referenz ICs gefunden. 
Einige haben ja stolze Preise, ander haben aber Abweichungen von > 1%. 
Habe mir mal den LM4030 AMF 4,096 ausgesucht. Der hat ja so was um die 
0,1%, klingt nicht schlecht.
Beim Attiny 841 liegt Aref auf dem Pin 13 PA0. Danebem gibt es noch die 
ADC1 und so weiter. Mit dem ADC1 kann man dann ja schon messen.
Muss der Pin 13 mit Anschluss des LM4030 noch einen C nach GND haben 
oder welcher Eingang bei den ADC ist zu bevorzugen?

von Manfred (Gast)


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Mike J. schrieb:
> Das ist eigentlich egal. Einen recht genauen Spannungsteiler kannst du
> dir zurecht bauen, die interne Referenz liegt aber wahrscheinlich nicht
> bei 1,100V , sondern bei 0,913V oder sogar bei 1,231V und erst wenn du
> darüber Erkenntnis erlangst ist es dir möglich genau zu messen.

Laut Datenblatt ist die Streuung etwas geringer, dennoch muß man sie 
individuell einjustieren.

Die Spannungen 2,2V / 4096mV werden aus der Bandgap per Verstärker 
erzeugt, der dazu genannte Toleranzbereich ist bei 4096mV höher als bei 
1,1V. Von daher würde ich dazu tendieren, die 1,1V zu nutzen.

Bei einem Einzelstück justiere ich über die Software, sollen es mehrere 
werden, würde ich ein Trimmpoti einsetzen.

Hein schrieb:
> Nach den Amgaben ist eine externe Referenzspannung weit aus genauer als
> die Interne.

Du musst erstmal wissen, was Du willst und welche Genauigkeit 
erforderlich ist, mit den internen 1,1V vom ATMega328 komme ich in 
vielen Anwendungen auf ziemlich stabile Ergebnisse. Aus Erfahrung kann 
man der ersten Nachkommastelle vertrauen, mit nur 1024 Schritten wird 
die zweite Nachkommastelle schon windig.

von Mike J. (linuxmint_user)


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Hein schrieb:
> Nach den Amgaben ist eine externe Referenzspannung weit aus genauer als
> die Interne.

Die interne ist zwar nicht sehr genau, aber dafür sehr konstant und 
stabil. Sie ist also nicht schlecht, nur muss man sie kalibrieren bevor 
man sie nutzt.
Ich verlöte auf meinen Platinen ganz sicher keine 5€ Referenzspannung.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Hein, was willst du denn messen und wozu?

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Hein schrieb:
> Der Attiny hat eine Aref von 1,1V oder 2,2V oder 4,096V.
> Dabei ein Auflösung von 10 Bit.

Welcher ATTiny soll das sein?

> Um eine Spannung von 5V zu messen mit einer relativ guten Genauigkeit
> nimmt man dan eine Aref von 1,1V.

Sagt wer?

> Da 10 Bit Umsetzung ergibt das 4096 Werte oder lieber gleich 4,096V.

Das ergibt keinen Sinn. Der ADC-Wert kann maximal 1023 sein. Und ein 
Wert von 1024 (wenn es ihn gäbe) würde der Referenzspannung entsprechen. 
Dann also 1.1V

> Bei einer Aref von 1,1V muss natürlich ein Spannungsteiler da vor
> geschaltet werden.
> Was ist besser?

Die Frage ergibt auch keinen Sinn. Für einen Meßbereich bis 5.0V muß man 
in jedem Fall einen Spannungsteiler vorschalten. Der ist dann für 
VREF=1.1V natürlich anders zu dimensionieren als für VREF=4.096V. 
Trotzdem ergibt sich genau die gleiche Auflösung.

Allerdings sind viele Fehler des ADC absolute Größen. Z.B. die 
Offsetspannung. Und weil das so ist, wird deren Einfluß auf das 
Meßergebnis natürlich geringer, wenn VREF größer wird...

Oder wolltest du gar keinen Meßbereich von genau 5.0V haben, sondern nur 
ungefähr in der Größenordung? Oder willst du eigentlich eine Spannung 
messen die direkt von der 5V Versorgung abhängt (z.B. einen 
Spannungsteiler mit NTC oder LDR)?

von Axel R. (axlr)


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ich hab mal ne externe Referenzquelle angeschlossen und wollte zwischen 
interner und externer hin und her schalten. Dabei hab ich wohl was 
falsch gemacht. Die "kämpfen" gegeneinander. Muss man die externe Quelle 
tatsächlich physikalisch abtrennen, wenn man die interne verwenden will? 
Schon komisch.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Axel R. schrieb:
> Muss man die externe Quelle
> tatsächlich physikalisch abtrennen, wenn man die interne verwenden will?

Bei den klassischen AVR: ja. Es gibt neue Modelle, wo man diese Trennung 
per Software steuern kann.

von Axel R. (axlr)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> ... klassischen AVR: ja. ...
danke!

von Mike J. (linuxmint_user)


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Axel R. schrieb:
> Muss man die externe Quelle
> tatsächlich physikalisch abtrennen, wenn man die interne verwenden will?

Naja, die interne Referenz nutzt ja auch den 100nF Pufferkondensator.
Wenn du dann dort irgend eine Spannung anlegst, dann funktioniert das 
nicht, es sei denn du schaltest die interne Referenz ab oder die externe 
über einen MosFET aus.

von Hein (Gast)


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Hallo
mein Projekt soll ein kleines Voltmeter werden. Mit den bereichen 5V, 
10V und 30V. Dabei soll/kann die Umschaltung der Messbereiche per Hand 
oder Software erfolgen. Der Eingangswiderstand soll >100kOhm sein, 
besser 1Mohm. Als IC habe ich den Attiny841 vorgesehen. (Habe gerade 
einige da von über) Beine reichen dazu, klein und SMD, mit 16Mhz. 
Anzeige wahrscheinlich mit SPI. Dabei bin ich noch am lesen.
Werde wahrscheinlich eine externe Referenz von 4,096V nehmen. Dann kann 
ich ohne Probleme zwischen externer und interner umschalten, besser die 
externe erst gar nicht bestücken. Mal sehen was genauer ist.
Suche noch einer Umschaltung mit Relais im Eingang, also ohne Schalter.
Der Eingangsspannungsteiler ist nicht "so" genau. Ist auch mehr eine 
Übung.
Die Software soll dabei mit dem höchsten Bereich anfangen und dann 
runter schalten. Auch die Bereiche sind eine erste Überlegung. Sind 
eigentlich nur für den Kleinspannungsbereich gedacht.
LG Hein

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Vermutlich stelle die Kosten der externen Referenz ein Problem darf, 
deswegen würde ich diese verwenden. Ich benutzte eine REF198, um meine 
Multimeter zu kontrollieren.

https://www.reichelt.de/spannungsreferenz-fest-4-096-v-so-8-ref-198-fsz-p185635.html

https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/REF19xSeries.pdf

von Cyblord -. (cyblord)


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Hein schrieb:
> Der Attiny

Mir war nicht klar dass Microchip hier die Palette derart dezimiert hat.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Vermutlich stelle die Kosten der externen Referenz ein Problem darf,
> deswegen würde ich diese verwenden. Ich benutzte eine REF198, um meine
> Multimeter zu kontrollieren.

Oh Mann, darf ich den Satz nochmal neu schreiben, das Gestottere ist ja 
grausam. Rechtschreibung fällt mir extrem schwer.

Neuer Versuch:

Vermutlich stellen die Kosten der externen Referenz kein Problem dar,
deswegen würde ich diese verwenden. Ich benutzte eine REF198...

: Bearbeitet durch User
von Hein (Gast)


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Habe gerade im Netz geschaut, der REF 198 hat 4,096V bei +-2mV. Der 
LM4030BMF4,096 (0,1%) hat fast das gleiche und der Preis ist fast das 
selbe, so +- 20-50 Cent. Auch die Bauart fast gleich.

von MaWin (Gast)


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Hein schrieb:
> mein Projekt soll ein kleines Voltmeter werden. Mit den bereichen 5V,
> 10V und 30V. Dabei soll/kann die Umschaltung der Messbereiche per Hand
> oder Software erfolgen. Der Eingangswiderstand soll >100kOhm sein,
> besser 1Mohm. Als IC habe ich den Attiny841

Na dann mach dir erst mal Gedanken  wie du aus dem 
Spannungsteiler-Widerstand die maximal 10k machen kannst, die der Attiny 
als maximale Quellimpedanz verträgt wenn er noch genau messen soll, ohne 
mehrere bit Fehler.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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MaWin schrieb:
> Na dann mach dir erst mal Gedanken  wie du aus dem
> Spannungsteiler-Widerstand die maximal 10k machen kannst,
> die der Attiny als maximale Quellimpedanz verträgt wenn er
> noch genau messen soll, ohne mehrere bit Fehler.

Das ist einfach, denn die beiden Widerstände rechnet man wie in einer 
Parallelschaltung um auf die Quell-Impedanz zu kommen.

Also machst du "unten" 10kΩ hin und oben einen mit mehr Ohm.

von Der Robs (Gast)


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Hein schrieb:
> 5V zu messen mit einer relativ guten Genauigkeit
> nimmt man dan eine Aref von 1,1V

Irgendwie bin ich verwirrt. Wenn man 5V messen möchte, und die Referenz 
hat weniger Spannung (sei es 1,1V oder 4,096V), sollte der AD-Wandler 
dann nicht ein Ergebnis mit "allen Bits gesetzt" zurückliefern (d.h. bei 
10-Bit dann 0x03FF)? Meine AD-Wandler machen das jedenfalls so, und so 
ist es auch in den Datenblättern definiert.


Wenn man so was (selbstbau Multimeter) vorhat, benötigt man noch einen 
sehr hochohmigen und präzisen externen Spannungsteiler. Dabei dann die 
Eingangsimpedanz des µC nicht vergessen.

Gruß

Robert

von Hein (Gast)


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Rechnerisch ergibt sich bei einer Eingangsspannung von max. 5V ein 
Spannungsteiler zu 4,096V von 16,18Kohm zu 73,3Kohm.

von WePe (Gast)


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Für die zu erwartende Genauigkeit der Messung mit dem ATtiny wird 
wahrscheinlich ein LM431 als externe Referenz ausreichen. Ob der dann 
auf 2.5 Volt, 4.096 Volt oder sonst was eingestellt wird, kann man dann 
frei entscheiden.
Der Spannungsteiler für die zu messende Spannung hat in der Regel eine 
größere Ungenauigkeit als ARef und ADC zusammen.

von Hein (Gast)


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Mit einer Ungenauigkeit durch den Spannungsteiler habe ich gerechnet. 
Auch die 10 Bit umsetzung ist schlechter als externer 18 Bit wandler. Es 
soll auf keinen Fall ein Multimeter ersetzt werden. Es geht mehr um die 
Machbarkeit.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Hein schrieb:

> mein Projekt soll ein kleines Voltmeter werden. Mit den bereichen 5V,
> 10V und 30V. Dabei soll/kann die Umschaltung der Messbereiche per Hand
> oder Software erfolgen.

Aha. Würde man die Meßbereiche da nicht eher so wählen, daß sich ein 
"glatter" Wert für die Auflösung einstellt? Also z.B. 5mV im kleinsten 
Meßbereich, der dann von 0 bis 1023 × 5mV = 5.115V gehen würde?

> Der Eingangsspannungsteiler ist nicht "so" genau. Ist auch mehr eine
> Übung.

Was willst du denn damit "üben"? Mal ganz davon abgesehen, daß es das 
schon gibt: Beitrag "Multimeter"

von Hein (Gast)


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Diesen Beitrag kenne ich. Es wird dabei der Mega8 verwendet mit einer 4 
Stelligen Anzeige. Relativ kompliziert. Geht auch einfacher.
Eine übung bei diesem Umfang bedeutet für mich meine grauen Zellen 
anzustrengen und nicht in Lustlosigkeit zu verfallen. Gleichzeitig eine 
kleine Plattform zu haben um meine grauen Zellen anzustrengen etwas 
vernünftiges zu machen und mein Leben nicht durch das blöde 
Fernsehprogramm zu vertrödeln.

Axel S. schrieb:
> Aha. Würde man die Meßbereiche da nicht eher so wählen, daß sich ein
> "glatter" Wert für die Auflösung einstellt? Also z.B. 5mV im kleinsten
> Meßbereich, der dann von 0 bis 1023 × 5mV = 5.115V gehen würde?

Mit der Umrechnung habe ich keine Problem. Werde sowieso eine korrektur 
einprogrammieren.
LG Hein

von Manfred (Gast)


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Hein schrieb:
> Rechnerisch ergibt sich bei einer Eingangsspannung von max. 5V ein
> Spannungsteiler zu 4,096V von 16,18Kohm zu 73,3Kohm.

Hast Du gelesen:
MaWin schrieb:
> Na dann mach dir erst mal Gedanken  wie du aus dem
> Spannungsteiler-Widerstand die maximal 10k machen kannst, die der Attiny
> als maximale Quellimpedanz verträgt.

Hein schrieb:
> Der Eingangswiderstand soll >100kOhm sein, besser 1Mohm.

Mit "16,18Kohm zu 73,3Kohm" wird keine dieser Bedingungen erfüllt, der 
Eingangswiderstand ist deutlich unter 100k und die Quellimpedanz für den 
µC zu hoch.

Hein schrieb:
> mein Projekt soll ein kleines Voltmeter werden.
Eigentlich eine Schnapsidee, aber natürlich mit durchaus hilfreichem 
Lerneffekt.

von MaWin (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Also machst du "unten" 10kΩ hin und oben einen mit mehr Ohm.

Da kommt er aber nicht auf

Hein schrieb:
> Der Eingangswiderstand soll >100kOhm sein, besser 1Mohm.

Daher soll er noch etwas nachdenken.
Du musst ja nicht nachdenken.

von Hein (Gast)


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Manfred schrieb:
> MaWin schrieb:
>> Na dann mach dir erst mal Gedanken  wie du aus dem
>> Spannungsteiler-Widerstand die maximal 10k machen kannst, die der Attiny
>> als maximale Quellimpedanz verträgt.

Wenn ich das richtig verstehe verträgt der Attiny nur einen Widerstand 
max von 10kOhm gegen GND. Damit ergibt sich ein Spannungsteiler bei 5V 
zu 4,096V von 2210Ohm zu 10000 Ohm. Die anderen werde ich noch rechnen.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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MaWin schrieb:
> Daher soll er noch etwas nachdenken.
> Du musst ja nicht nachdenken.

Geth dann vielleicht in Richtung Kondensator und ausreichend lange 
Pausen zwischen den Messungen.

von m.n. (Gast)


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Noch ein Beispiel für einen ATtiny45 mit LC-Anzeige, 3 V 
Betriebsspannung und 0,3 µA im abgeschaltetem Zustand. Vref ist dabei 
die interne 2,56 V Quelle.
http://www.mino-elektronik.de/7-Segment-Variationen/LCD.htm#lcd1

von Manfred (Gast)


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Hein schrieb:
>>> Spannungsteiler-Widerstand die maximal 10k machen kannst, die der Attiny
>>> als maximale Quellimpedanz verträgt.
>
> Wenn ich das richtig verstehe verträgt der Attiny nur einen Widerstand
> max von 10kOhm gegen GND.

Anders formuliert: Er verträgt beliebige Werte, aber oberhalb 10kOhm ist 
mit einer abnehmenden Genauigkeit und / oder wackeligen Werten zu 
rechnen.

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