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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannung I/0 Atmega16


Autor: David (Gast)
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moin,

wie groß dürfen die spannungen und ströme bei den I/0 vom Atmega16 sein?

David

Autor: Gast (Gast)
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Antwort siehe Datenblatt.

http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/... unter 
Electric Characteristic solltest du alles finden, was du suchst.

(Hilfe zur Selbsthilfe ist manchmal besser als die Lösung)

Autor: David (Gast)
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eine frage noch: und zwar bezüglich des Stroms bei den I/0-Pins: max. 
40mA steht im Datasheet...

wenn ich kein Strombegrenzung einbaue durch einen parallelen Widerstand 
oder so, wie regelt man dann den Strom der I/0?? bzw. wieviel Ampere 
kommt bei den I/0 standardmäßig raus??? bzw. wie regelt man diesen??

Bei der Spannung ist es ja die VCC +-0.5V - da ist klar;

Autor: Philipp Burch (philipp_burch)
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Der Strom den du ziehen kannst ist nicht begrenzt, wenn du den Wert in 
den "Absolute maximum ratings" übertrittst verabschiedet sich halt der 
Pin. Möglicherweise auch noch mehr. Allerdings solltest du auch noch auf 
den Maximalstrom der Versorgungsleitungen achten. Liegt AFAIK bei 100mA 
pro Pin oder sowas...

Achja, noch vergessen: Ohm lässt grüssen. Du solltest dich wohl erstmal 
etwas mit dem ohm'schen Gesetz vertraut machen (U = R * I).

Autor: Obelix (Gast)
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>Bei der Spannung ist es ja die VCC +-0.5V - da ist klar;

Ich glaube, klar ist bei dir so irgendwie noch garnichts.

Autor: David (Gast)
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ok: d.h. ich hab das etwas falsch aufgefasst...

ich hab den Optokoppler 6n137 (bei 10mA besagt die Diodenkennlinie 1.4V 
umgefähr) --> ein Vorwiderstand, um die 5V-Spannung vom Atmega16 auf 
1.4V runterzubrechen... ok 360 Ohm Widerstand, fertig.

strommäßig hab ich dann 10mA und die liegen auch am Atmega16 an - ist 
kleiner als max. Strom I/0 (40mA) und somit alles im grünen bereich?



DC Current VCC and GND Pins................. 200.0mA PDIP and
400.0mA TQFP/MLF

Strommäßig heißt das dann: U=5V I=150mA --> 33 Ohm als Vorwiderstand 
(vor den Eingang von VCC) wenn ich die PDIP-Version verwende....





Autor: Au weia (Gast)
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Dir fehlen die absoluten Grundlagen.

Warum 33 Ohm vor VCC? Du hast eine Versorgungsspannung 5V und eine 
Betriebsspannung 5V. Ich hoffe, Du kommst selber drauf... ;)


Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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David wrote:

> Strommäßig heißt das dann: U=5V I=150mA --> 33 Ohm als Vorwiderstand
> (vor den Eingang von VCC) wenn ich die PDIP-Version verwende....

Quatsch.

Der Strom regelt sich von alleine ein, je nachdem wieviel
Strom die Verbraucher ziehen.

Stell also sicher, dass deine Verbraucher niemals mehr als
in Summe diese ominösen 150mA ziehen (etwas weniger, denn
der AVR braucht für siche selbst auch etwas Strom) und dann
kann dir nichts passieren.
Ein Widerstand in Vcc ist das dümmste was du tun kannst. Je
nachdem wieviel Strom dann da fliesst, fällt an dem Widerstand
eine andere Spannung ab und du hast keine konstante Versorgungs-
spannung für den AVR. -> Schlecht

> ich hab den Optokoppler 6n137 (bei 10mA besagt die Diodenkennlinie
> 1.4V umgefähr) --> ein Vorwiderstand, um die 5V-Spannung vom
> Atmega16 auf 1.4V runterzubrechen... ok 360 Ohm Widerstand,
> fertig.

Auch Quatsch.
Die 'brichst' nicht die Spannung auf 1.4V runter. Das kann
ein einzelner Widerstand nicht, höchstens ein Spannungsteiler
bestehend aus 2 Widerständen.

Aber:

Du hast folgende Schaltung:

    ----------------------+
                          |
                         ---
                         | |
                         | | R
                         | |
                         ---
                          |
                          |
                        -----
                        \   /
                         \ /   D
                        -----
                          |
    ----------------------+-------------------

D ist die Led im Optokoppler. An ihr fallen 1.4 V ab.
Immer.

Da du vom Pin 5V bekomst, heist das, dass am
Widerstand 5 - 1.4 = 3.6 Volt abfallen müssen.
Weiters wissen wir, dass der Strom durch die
Komplette Strecke R - D auf 10mA begrenzt werden soll.
Derselbe Strom der durch D läuft, muss auch durch R
laufen. Das heist aber auch, wenn durch D ein Strom von
10mA laufen, soll muss er auch durch R laufen.
Da aber an R bei 3.6V ein Strom von 10mA laufen soll, heist
dass, dass laut

      R = U / I  = 3.6 / 0.01 = 360

der Widerstand eine Größe von 360 Ohm haben muss.

Autor: David (Gast)
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hallo karl heinz,

das mit den 360 Ohm hatte ich ja auch so... kommen schließlich auf den 
gleichen vorwiderstand raus... g


das mit dem Widerstand bei VCC ist quatsch - stimmt;

max. dürfen also 200mA fließen.. d.h. an jedem pin nicht mehr als 200mA 
- das was der AVR benötigt... dann sollte ich mit 150mA auf der sicheren 
seite sein, oder?

DC Current per I/O Pin ...................................40.0 mA

DC Current VCC and GND Pins................. 200.0mA PDIP / 400.0mA 
TQFP/MLF

mit diesen Werten komm ich noch nicht ganz zurecht.... wo dürfen max. 
die 40mA fließen - an den I/0??? wäre super wenn du mir das einmal 
erklären könntest...

sorry, braucht bei mir alles ein bißchen bis ich was verinnerliche...

Autor: Sven S. (Gast)
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da steht doch schon alles

DC Current per I/O Pin ...................................40.0 mA

DC Current VCC and GND Pins................. 200.0mA PDIP / 400.0mA
TQFP/MLF

gruss sven

Autor: David (Gast)
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hmm..

zwischen VCC und GND befindet sich ja ein 100nF Kondensator, der die 
Spannung konstant halten soll... sonst nichts..

bei der Spannungsquelle gib ich an wieviele Volt.. über den 
Innenwiderstand der Spannungsquelle gibt sich dann auch ein Strom...

und dieser Strom, der muss dann kleiner als 200mA sein??? Und wenn 
nicht, dann andere Spannungsquelle auswählen?



Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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David wrote:
> hallo karl heinz,
>
> das mit den 360 Ohm hatte ich ja auch so... kommen schließlich auf den
> gleichen vorwiderstand raus... *g*

In diesem Fall ja.
Es geht aber um die grundsätzliche Vorgehensweise bzw.
Betrachtungsweise.

>
>
> das mit dem Widerstand bei VCC ist quatsch - stimmt;
>
> max. dürfen also 200mA fließen.. d.h. an jedem pin nicht mehr als 200mA
> - das was der AVR benötigt... dann sollte ich mit 150mA auf der sicheren
> seite sein, oder?
>
> DC Current per I/O Pin ...................................40.0 mA
>
> DC Current VCC and GND Pins................. 200.0mA PDIP / 400.0mA
> TQFP/MLF
>
> mit diesen Werten komm ich noch nicht ganz zurecht.... wo dürfen max.
> die 40mA fließen - an den I/0???

Ja.
An jedem I/O max. 40 mA. In Summe (also an allen I/O zusammen)
aber nicht mehr als 200 mA.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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David wrote:
>
>
> hmm..
>
> zwischen VCC und GND befindet sich ja ein 100nF Kondensator, der die
> Spannung konstant halten soll... sonst nichts..

Die Aufgabe dieses 100nF ist es kurze Spannungseinbrüche
die beim Schalten von Ports entstehen auszugleichen.

>
> bei der Spannungsquelle gib ich an wieviele Volt.. über den
> Innenwiderstand der Spannungsquelle gibt sich dann auch ein Strom...

Der Innenwiderstand der Spannungsquelle bestimmt wieviel Strom
die Quelle maximal abgegben kann bevor sie in die Knie geht.

Wieviel Strom tatsächlich fliest, wird vom Innenwiderstand
des Verbrauchers bestimmt. Die Spannungsquelle liefert eine
Spannnug. Die meisten Verbaucher haben einen (einigermassen)
konstanten Innenwiderstand. I = U / R. Daraus ergibt sich
dann wieviel Strom tatsächlich fliesst. Kann die Spannungs-
quelle diesen Strom liefern, ist alles ok. Kann sie es nicht,
dann wird die Spannungsquelle in die Knie gehen.

Das ist ein Verbraucher - Lieferant Spielchen.
Wenn der Lieferant mehr liefern könnte als der Verbraucher
braucht -> kein Problem. Der Verbraucher nimmt ab was er brauchen
kann und der Lieferant bleibt auf dem Rest sitzen.
Will der Verbraucher aber mehr als der Lieferant liefern kann,
dann hat der Lieferant (und der Verbaucher) ein Problem.

>
> und dieser Strom, der muss dann kleiner als 200mA sein??? Und wenn
> nicht, dann andere Spannungsquelle auswählen?

Nein. Am Verbraucher dafür sorgen, dass nicht mehr Strom benötigt
wird.

Siehs mal so: Beim AVR muss der gesamte Strom, der über die
I/O rausgeht, ja auch irgendwo in den Chip hineinkommen.
Der Chip erzeugt sich ja den Strom den er auf den I/O Pins
hinausgibt nicht selbst.
Strom rinnt über den Vcc Anschluss in den Chip hinein. Und
der verkraftet nicht mehr als 200mA.
Ist doch ganz einfach.


Autor: David (Gast)
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vielen dank Karl Heinz.... jetzt ist es schon viel klarer...

noch eine Frage zur Größenordnung:

max. 200mA in der PDIP-Ausführung (muss noch nachschauen, was dies genau 
bedeutet) können über VCC aufgenommen werden; diese werden beim Atmega16 
auf 32 I/O Ports aufgeteilt - 200mA / 32 = 6.25mA pro Port.

1. reicht das aus, wenn man alle I/O Ports verwendet? Zu dem Optokoppler 
6N137 müssen ja schon 10mA geschickt werden... (was ich in der 
TQFP-Ausführung zur Verfügung hätte); wieviel mA pro Port benötigt man 
so (kann man das grob überschlagen bzw. ist 200mA ein Standardwert von 
µC und für die meisten Anwendungen ausreichend?



Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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David wrote:
> vielen dank Karl Heinz.... jetzt ist es schon viel klarer...
>
> noch eine Frage zur Größenordnung:
>
> max. 200mA in der PDIP-Ausführung (muss noch nachschauen, was dies genau
> bedeutet) können über VCC aufgenommen werden; diese werden beim Atmega16
> auf 32 I/O Ports aufgeteilt - 200mA / 32 = 6.25mA pro Port.

Das kannst du so nicht rechnen.
Wie gesagt: maximal kannst du an einem Port um die 40mA herausziehen.
In vielen Fällen braucht man aber sehr viel weniger. Die gesparten
mA stehen dann für einen anderen Pin zur Verfügung.

>
> 1. reicht das aus, wenn man alle I/O Ports verwendet?

Das kommt immer darauf an, was an diesen I/O Ports hängt.

> Zu dem Optokoppler
> 6N137 müssen ja schon 10mA geschickt werden... (was ich in der
> TQFP-Ausführung zur Verfügung hätte); wieviel mA pro Port benötigt man
> so

Auch das hängt davon ab, was da dran hängt.
Noch mehr Strom als eine LED braucht eigentlich nur noch ein
Relais. Das dann aber gleich soviel, dass der Ausgang sowieso
heillos überfordert ist und über einen Transistor angesteuert
wird (und dann braucht man am I/O Pin wieder irgendwas in der
Größenordnung von 1 bis 2 mA)

> (kann man das grob überschlagen bzw. ist 200mA ein Standardwert von
> µC und für die meisten Anwendungen ausreichend?

Das reicht Dicke. Und wenn nicht, dann kann man die Verbraucher immer
noch über eine Treiberstufe an den I/O Port anhängen. Das kann
im einfachsten Fall ein Schalttransistor sein oder ein 2803
als Treiber oder man nimmt anstelle eines normalen Relais ein
Solid State Relais oder ...



Autor: David (Gast)
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vielen dank nochmal-...


noch zwei fragen zu den im datenblatt angegebenen spannungen:

1. maximum operating voltage 6.0V (wo tritt diese Spannung denn 
überhaupt auf, wenn VCC maximal 5.5V sein darf? Und welche Bedeutung hat 
sie?

2. warum darf die Spannung am RST-Pin sogar 13V betragen bzw. warum wird 
hier eine Ausnahme gegenüber den anderen Pins gemacht, die max. VCC+0.5V 
besitzen dürfen?



Autor: Jadeclaw Dinosaur (jadeclaw)
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David wrote:
> vielen dank nochmal-...
>
>
> noch zwei fragen zu den im datenblatt angegebenen spannungen:
>
> 1. maximum operating voltage 6.0V (wo tritt diese Spannung denn
> überhaupt auf, wenn VCC maximal 5.5V sein darf? Und welche Bedeutung hat
> sie?
Ab 6 Volt ist die Wahrscheinlichkeit sehr hoch, daß der Controller 
stirbt. Die Angabe ist die absolute Obergrenze und nicht als normaler 
Betriebszustand gedacht.

> 2. warum darf die Spannung am RST-Pin sogar 13V betragen bzw. warum wird
> hier eine Ausnahme gegenüber den anderen Pins gemacht, die max. VCC+0.5V
> besitzen dürfen?
Es gibt bei AVR-Controllern einen sogenannten Hochvolt-Parallel- oder 
Seriell-Programmiermodus. Dieser wird aktiviert, in dem auf den 
Reset-Pin 12V aufgeschaltet werden. Der Controllerkern als solches 
schaltet ab, das Flash-ROM wird über eine Logik auf die Anschlüsse 
geschaltet. Damit lassen sich auch zerprogrammierte Controller wieder 
zum Leben erwecken. So 12V auf den Pin zu geben, ist nicht zu empfehlen, 
man überlasse das entsprechenden Programmiergeräten, z.B. dem STK500 
oder dem Dragon von Atmel, da hier ein spezielles Timing einzuhalten 
ist.

PS: Auch die weiter oben behandelten Stromlimits sind als Grenzwert 
anzusehen und keinesfalls als normaler Betriebszustand. Im Sinne langer 
Lebensdauer belaste ich die Controllerpins grundsätzlich mit maximal 
20mA, und nur 160mA gesamt pro Controller. Meist weniger, wenn das 
Display weniger für eine ausreichende Helligkeit benötigt.

Gruss
Jadeclaw.

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