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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik lineare Frequenzänderung erzeugen (AVR)


Autor: Hegy (Gast)
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Hi,

wie kann ich mit einem AVR eine Frequenz erzeugen, die sich konstant 
(z.B. in 2 Hz-Schritten) ändern läst?

Es geht konkret um einen Zähler, der 5000x rauf- und runterzählen kann. 
Bei einem Zählwert von 0 will ich bespielsweise eine Frequenz von 200 Hz 
haben, bei jeden Zählwert hoch, soll die Frequenz z.B. um 2 Hz 
ansteigen. Endfrequenz nach oben wäre also 10200 Hz. Somit könnte man 
den Zählerstand per Frequenz übertragen, messen und als Zahl darstellen.

Mit nem 16 Bit-Timer wird das nach meinem rumgerechne so richtig keiner. 
Gibt da was trikkiges?

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

> Mit nem 16 Bit-Timer wird das nach meinem rumgerechne so richtig keiner.
> Gibt da was trikkiges?

Der 16 Bit Timer wäre meine erste Wahl. Der hat eine CTC (Clear
Timer on Compare) Einheit. Mit der müsste es gehen.
Oops sehe gerade, dass nicht feststeht, welcher AVR es denn
überhaupt ist.
Ich hab jetzt die Zahlen nicht nachgerechnet, das schlimmste
was dir passieren kann ist, dass du zwischendurch mal den
Teilerfaktor ändern musst. Aber ansonsten sollte das mit der
CTC kein Problem sein.

Autor: Gelb (Gast)
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Mit 8MHz und 16-Bit Timer im CTC-Modus ergibt sich eine Abweichung in 
der Frequenz von maximal 0,12%. Bei 10MHz 0,1%. Bei 12,28MHz 0,08%. Ist 
das zu viel? Auf ganze Zahlen gerundet dargestellt fällt das gar nicht 
auf. Bei höheren Taktfrequenzen schlägt bei den mir bekannten AVRs der 
schlecht skalierbare Prescaler zu: nach Teilerfaktor 1 folgt 8, dann 
können die 16 Bit nicht mehr ausgenützt werden.

Eine bessere Frequenzsynthese fällt mir beim AVR nicht ein. (Wäre ein 
Stichwort für Google, um Anregungen zu holen)

Grüße,
Peter

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Besser: DDS. Auflösung theoretisch unendlich hoch, allerdings erhält man 
ein Jitter, und der Rechenaufwand ist höher.

Autor: peter-neu-ulm (Gast)
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Das geht nach dem DDS-Prinzip. Bei der Wahl der passenden Taktfrequenz 
lässt sich auch 2 Hz Schrittweite erreichen.
siehe auch:www.myplace.nu/avr/minidds/minidds.asm

Autor: Hegy (Gast)
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Mit dem 16bit Timer, der übrigens auch im ATmega48 drin ist, habe ich 
rumgerechnet (CTC-Modus), mit glatten Quarzfrequenzen (1MHz bis 12 MHz) 
und eben nur den 2 zu gebrauchenden Prescalerwerten 1 und 8. Damit habe 
ich mir ne Tabelle gebaut und das mal mit Zählerständen von 1 bis 1000 
ausrechnen lassen. Das blöde ist, daß ich nix lineares herausbekomme. Es 
sieht ungefähr so aus:

 Z | Freq.  | delta (sollte annähernd konst. sein)
---+--------+---------
 1 | 200000 |
 2 | 100000 | 100000
 3 |  66666 |  33333
 4 |  50000 |  16666
 5 |  40000 |  10000
 6 |  33333 |   6667
 7 |  28571 |   4762
...
1000 | 200,0 |  0,2
1001 | 199,8 |  0,2
1002 | 199,6 |  0,2
....
4000 |   50  | 0,0125

Je höher der Zählerstand ist, desto geringer wird der 
Frequenzunterschied zum Zählerstand davor. Bei Zählerständen in der 
oberen Hälfte ist die Änderung nur noch so gering, daß man einen 
Präzisionsfrequenzzähler braucht, Abweichung nur noch im Bereich von 
kleiner 0,01 Hz. Oder gibt es da einen geschickten Algo, der sowas 
weitgehenst kompensiert (Vorschlag v. Karl Heinz B. & Peter (Gelb))? 
Variabel ist ja der Zählerstand des Timers und der Prescalerwert. Die 
Sache mit der Frequenzsynthese kukk ich mir mal nachher an, bin gerade 
auffe Arbeit, ist dafür nicht so die Zeit für vorhanden.

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

> ich mir ne Tabelle gebaut und das mal mit Zählerständen von 1 bis 1000
> ausrechnen lassen. Das blöde ist, daß ich nix lineares herausbekomme. Es
> sieht ungefähr so aus:

Was ist das Z in deiner Tabelle.

Niemand sagt, dass du deinen Zählerwert direkt als CTC Wert
für den Timer nehmen musst. Da dein Zählerwert bis maximal
5000 geht, der CTC Wert im Timer aber bis 65535 gehen kann,
hast du doch einigen Spielraum um dein Z so in einen CTC
Wert umzurechnen, dass jeder Z Wert in einer eindeutigen
Frequenz mündet. Zur Not wirst du wahrscheinlich mitten
in deiner Tabelle irgendwo den Vorteiler umschalten müssen.

Disclaimer: Ich hab die Mathe dahinter jetzt nicht gemacht.
Das du ein nicht konstantes Delta bekommst ist natürlich
blöd, liegt aber in der Natur der Sache. Die ganz kleinen
CTC Werte würde ich aber meiden, wenn irgend geht.

Autor: Hegy (Gast)
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Das Z in der Tabelle, habe ich vergessen zu erklären, ist der 
Zählerstand. Und die Mathe dahinter, genau da liegt nämlich der Hund 
begraben, ist so, daß es nie linear verlaufen kann, weil sieht ungefähr 
so aus (PRSC = 1):

Frequenz = f_Quarz / CTC-Wert

und da der CTC-Wert als Divisor auftaucht (und vom Zählerstand geändert 
werden könnte), wird die Sache keinesfalls mehr linear. Aber vllt. gibt 
es eine Möglichkeit das zu kompensieren oder eben anders zu realisieren.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Irgendwie verstehe ich dein Problem nicht:
In jedem Schritt setzt du den CTC Wert auf f_cpu/Zähler. Und am Ausgang 
erhälst du eine linear zunehmende Frequenz.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Das ist eine 1/x-Funktion, also eine Hyperbel. Die berechnet man mit 
einer Division, das dauert zwar, aber ist dann exakt.
http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR_Arithm...
http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/...
AVR200: Multiply and Divide Routines

Autor: Hegy (Gast)
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@Benedikt K.
Wenn ich so vorgehe, bin ich nix weiter. Zwar ändert sich die Frequenz 
linear, aber nur bis zu einem rel. kleinen Zählerstand. Danach wird der 
Unterschied von einem CTC-Werte zum anderen so klein, daß hintren raus 
keine Frequenzänderung mehr kommt, wenn der Zählerstand hochgezählt 
wird. Dann ändert sich die Frequenz nur noch, wenn der Zähler um 2 
zulegt, dann um 3, 4, 5....; je höher der Zählerstand desto mehr 
Zählerstandsänderungen (in eine Richtung) sind nötig, um einer 
Frequenzänderung zu bekommen.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Bei 10kHz hätte man noch eine Auflösung von 9Hz. Brauchst du wirklich 
2Hz ?
Ansonsten könntest du einen AVR mit PLL (tiny26x, tiny25 usw.) nehmen, 
die haben einen Timer der mit 64MHz läuft. Oder eben DDS. Was für dich 
besser ist, musst du wissen, denn du verrätst ja nicht wozu das gut sein 
soll.

Autor: Joerg Wolfram (joergwolfram)
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Was er damit bezwecken will, steht doch oben drin. Den Zählerstand 
0...5000 in eine Frequenz umzuwandeln um, zu übertragen und dann z.B. 
mit nem Zählfrequenzmesser auszuwerten. Sehe ich zumindest so. Und da 
kann es ruhig DDS sein... wobei ich die Genauigkeit einer solchen 
Methode eher bezweifle.

Gruß Jörg

Autor: Hegy (Gast)
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Sinn und Zweck: Einen Zählerstand (0 bis 5000, Reserve bis -100) in eine 
Frequenz umsetzen, über eine Leitung übertragen (kontinuierlich), 
Frequenz messen, Zählerstand ausrechnen, einfach, preiswert, 
zuverlässig, hineichend genau....

Es muß nicht unbedingt in 2 Hz Schritten erfolgen, war nur ein Beispiel. 
Auf der anderen Seite sollte die Frequenz nicht zu hoch werden. Irgendwo 
zw. 50kHz und 100 kHz sollte schon Schluß sein.

Autor: eProfi (Gast)
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Das Interessante ist ja, dass bei der DDS die Auflösung bei hohen 
Frequenzen höher ist, bei einem Zähler (CTC) bei den niedrigen 
Frequenzen.

Der große Vorteil der DDS ist, dass man mittels LookUpTable beliebige 
Formen erzeugen kann (die oberen Bits des Phasencounters dienen als 
Zeiger in die LUT).

Wenn Du bei 100 kHz noch einigermassen Auflösung haben willst, brauchst 
Du wie gesagt eine hohe Basisfrequenz.
Die Frage ist, ob Du nicht ein fertiges DDS-ICs verwenden solltest.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Hegy (Gast)

>Sinn und Zweck: Einen Zählerstand (0 bis 5000, Reserve bis -100) in eine
>Frequenz umsetzen, über eine Leitung übertragen (kontinuierlich),
>Frequenz messen, Zählerstand ausrechnen, einfach, preiswert,
>zuverlässig, hineichend genau....

Na wenn du schon nen uC hast, dann mach doch gleich RS232 oder so. ALles 
andere ist von hinten durch die Brust ins Auge.

>Es muß nicht unbedingt in 2 Hz Schritten erfolgen, war nur ein Beispiel.
>Auf der anderen Seite sollte die Frequenz nicht zu hoch werden. Irgendwo
>zw. 50kHz und 100 kHz sollte schon Schluß sein.

Ich hab mal sowas in unserer Studienarbeit gemacht. Dabei gings um 
Freqeunzen zwischn 10..15 kHz. Das Ganze per Timer und DDS. Die 
Mathematik ist bissel tricky, dafür hat die CPU dann wenig zu tun und 
kann nebenbei noch viel machen ;-)

Aber nimm lieber RS232 & Co.

MFG
Falk

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Falk Brunner wrote:

> Ich hab mal sowas in unserer Studienarbeit gemacht. Dabei gings um
> Freqeunzen zwischn 10..15 kHz. Das Ganze per Timer und DDS. Die
> Mathematik ist bissel tricky, dafür hat die CPU dann wenig zu tun und
> kann nebenbei noch viel machen ;-)

Mathematik ? Das ist doch ganz simpel:
Ausgangsfrequenz = Taktfrequenz*Wert/Akkumulatorgröße

Das ganze ist ziemlich rechenintensiv, vor allem wenn man wenig Jitter 
möchte. Es sind zwar ganz simple Operationen (Addieren und LUT Ergebnis 
ausgeben), aber bei 1MHz Samplerate kommt ein AVR ziemlich ins 
Schwitzen.

Autor: Hegy (Gast)
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@Falk
Mit RS232 habe ich auch schonmal dran gedacht, aber das wird keiner, 
weil die Leitungsenden an einem Meßgerät enden und nicht am PC oder 
sonstwas. Außerdem  ist wird das nicht nur ein Zähler, sondern 4 und das 
jetzt noch auf einen Bus zu bringen oder auf 4 serielle 
Schnitten......neee. Das einzige, was die analog-Daten entgegennimmt ist 
ein Meßgerät. Derzeit funktioniert die Kiste noch mit Spannungen von 0 
bis 5V (oder mehr), ist super ungenau (Poti) und nicht zuverlässig (Poti 
wird zerbröselt durch Radialkräfte). Beste Datenaufnahme geschieht zurch 
zählen, beste Übertragungsart ist meiner Meinung nach eben Frequenz und 
da spielt die Spg. kaum ne Rolle.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Benedikt K. (benedikt)

>> Ich hab mal sowas in unserer Studienarbeit gemacht. Dabei gings um
>> Freqeunzen zwischn 10..15 kHz. Das Ganze per Timer und DDS. Die
>> Mathematik ist bissel tricky, dafür hat die CPU dann wenig zu tun und
>> kann nebenbei noch viel machen ;-)

>Mathematik ? Das ist doch ganz simpel:
>Ausgangsfrequenz = Taktfrequenz*Wert/Akkumulatorgröße

Denkst DU. Lies nochmal GENAU!

>Das ganze ist ziemlich rechenintensiv,

Eben NICHT, wenn man es clever (tm) macht. Man muss "nur" den Timer im 
richtigen Abstand klingeln lassen, soga das Pin togglen kann man per OCP 
machen. Der "normale" Ansatz, bei dem mit jedem Takt ein Akku 
inkrementiert wird, geht da natürlich nicht.

> vor allem wenn man wenig Jitter möchte.

Ist für ne Frequenzmessung hier egal.

> Es sind zwar ganz simple Operationen (Addieren und LUT Ergebnis
>ausgeben), aber bei 1MHz Samplerate kommt ein AVR ziemlich ins
>Schwitzen.

Das ist NICHT clever, nur Brute Force.

MFG
Falk

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Hegy (Gast)

>Schnitten......neee. Das einzige, was die analog-Daten entgegennimmt ist
>ein Meßgerät.

WAS für eins?

> Derzeit funktioniert die Kiste noch mit Spannungen von 0
>bis 5V (oder mehr), ist super ungenau (Poti) und nicht zuverlässig (Poti
>wird zerbröselt durch Radialkräfte).

Was ist das denn für ein Aufbau?

> Beste Datenaufnahme geschieht zurch
>zählen, beste Übertragungsart ist meiner Meinung nach eben Frequenz und
>da spielt die Spg. kaum ne Rolle.

Du legst dich vorzeitg fest, ohne die Alternativen wirklich geprüft zu 
haben. Naja.

MFG
Falk

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Falk Brunner wrote:

> Eben NICHT, wenn man es clever (tm) macht. Man muss "nur" den Timer im
> richtigen Abstand klingeln lassen, soga das Pin togglen kann man per OCP
> machen. Der "normale" Ansatz, bei dem mit jedem Takt ein Akku
> inkrementiert wird, geht da natürlich nicht.

Du meint einen fractional Divider (bzw. auch Dual Modulus Teiler 
gennant) ?
Das ist afaik aber keine DDS.
Nichtdestotrotz, hättest du einen Programmausschnitt, der die 
Berechnungen der beiden Werte macht ? Ich hatte sowas auch mal 
ausprobiert, musste aber die Werte durch ausprobieren anpassen, da sie 
sich ja gegenseitig beeinflussen und unterschiedlich gewichtet werden 
müssen.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Benedikt K. (benedikt)

>Du meint einen fractional Divider (bzw. auch Dual Modulus Teiler
>gennant) ?

nöö, DDS.

>Nichtdestotrotz, hättest du einen Programmausschnitt, der die
>Berechnungen der beiden Werte macht ? Ich hatte sowas auch mal

Als Assembler. Nur bedingt verdaulich ;-)

>ausprobiert, musste aber die Werte durch ausprobieren anpassen, da sie
>sich ja gegenseitig beeinflussen und unterschiedlich gewichtet werden
>müssen.

Kann man alles korrekt berechnen.

MFG
Falk

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Falk Brunner wrote:
> @ Benedikt K. (benedikt)
>
>>Du meint einen fractional Divider (bzw. auch Dual Modulus Teiler
>>gennant) ?
>
> nöö, DDS.

Jetzt habe ich ehrlich gesagt garkeine Ahnung was das sein soll. Ich 
kenne nur die klassische DDS und eben den fraktionalen Teiler.

Autor: Hegy (Gast)
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@Falk
Meßgerät: So'n Multimeter (MM) eben, kann Spannung, Strom (beides 
AC/DC), Ohms, Periodendauer, Frequenz und Temperatur. Diese Werte können 
mit einem PC ausgelesen werden. Vor dem MM sitzt noch ein 
Mehrfach-Umschalter, der die einzelenen Leitungen auf den Eingang des MM 
schaltet. Der Umschalter wird ebenfalls vom PC gesteuert. Und das ist 
fest, so fest fest, da gibt's nix dran zu rütteln. Kann ich nicht 
ändern. Ich will nur die Meßwertaufnahme präzisieren, zuverlässiger 
gestalten und vorallen austauschbar. Ich will hier den Gesamtaufbau 
garnicht erlären, ist nicht ganz einfach und schon Jahre alt. Deswegen 
gibt es auch keine tiefgreigfende Änderung am Konzept.

Und diese Mechanik mit irgenwelchen Stiften die in irgendwelche Poti 
eingreifen und die dann drehen, ist eine Konstruktion von -keine 
Ahnung-, jedenfalls nicht auf meinem Mist gewachsen. Die Stifte haben in 
den Potis die Eigenschaft auch mal radial auszuscheren, was dann 
irgendwannmal jedes Poti zerbröseln läst & das wird auf Dauer ziemlich 
nervig. Und das ist der Jetzt-Zustand. Und aufgrund der Stifte in den 
Potis, die sich in fast jeder Position plazieren lassen, sind alle 
Stifte in den Potis unterschiedlich drin, weswegen der Austausch auf die 
schnelle nicht gemacht werden kann und auch künftig nicht mehr braucht, 
wenn alles ganz bleiben würde. Und ich will die Stifte in den Potis 
durch Kontakt und Zähler nach Frequenzumsetzung ersetzen, meiner Meinung 
nach die einfachste Möglichkeit.

Alternativen zu diesem Konzept sind mir in den letzten Wochen/Monaten 
nicht eingefallen.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Benedikt K. (benedikt)

>Jetzt habe ich ehrlich gesagt garkeine Ahnung was das sein soll. Ich
>kenne nur die klassische DDS und eben den fraktionalen Teiler.

Es IST ja auch ne DDS, aber eben nur zur Erzeugeung eines Taktsignals. 
Es wird nur das MSB des Akkus ausgegeben. Und anstatt x Takte zu machen 
bis das MSB sich ändert, bei dem jedesmal der Akku erhöht werden muss, 
berechnet man vorher, wieviel Takte das sind, wartet die per Timer die 
Zeit und ändert dann das MSB.

;-)
Falk

Autor: eProfi (Gast)
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Geht es euch auch so: ich kann mir (noch) überhaupt nicht vorstellen, um 
was es eigentlich geht. Die Erklärung ohben geht überhaupt nicht darauf 
ein, was jetzt mit der Frequenz passiert. Oder verstehe das nur ich 
nicht?

@Falk: jetzt machst Du mich aber auch neugierig. Her mit dem Code, mein 
Magen ist so einiges gewöhnt.

Ich kann mir nur vorstellen, dass relativ selten ein relativ hoher 
variabler (jeweils berechneter) Wert addiert wird.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Hegy (Gast)

>garnicht erlären, ist nicht ganz einfach und schon Jahre alt. Deswegen
>gibt es auch keine tiefgreigfende Änderung am Konzept.

Naja, OK. Legacy Support halt.

>wenn alles ganz bleiben würde. Und ich will die Stifte in den Potis
>durch Kontakt und Zähler nach Frequenzumsetzung ersetzen, meiner Meinung
>nach die einfachste Möglichkeit.

Geht es um eine Drehzahlmessung? Wozu der AVR? Ne Lichtschranke oder 
Hallsensor und gut ist.

>Alternativen zu diesem Konzept sind mir in den letzten Wochen/Monaten
>nicht eingefallen.

Dazu müsst erstmal klar dargestellt werden, WAS gemessen werden soll. 
Das WIE kommt weit danach.

MFG
Falk

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ eProfi (Gast)

>Geht es euch auch so: ich kann mir (noch) überhaupt nicht vorstellen, um
>was es eigentlich geht. Die Erklärung ohben geht überhaupt nicht darauf
>ein, was jetzt mit der Frequenz passiert. Oder verstehe das nur ich
>nicht?

Willkommen im Club. ;-)

>@Falk: jetzt machst Du mich aber auch neugierig. Her mit dem Code, mein
>Magen ist so einiges gewöhnt.

Morgen, komm ich jetz auf die Schnelle nicht ran.

>Ich kann mir nur vorstellen, dass relativ selten ein relativ hoher
>variabler (jeweils berechneter) Wert addiert wird.

In die Richtung.

MfG
Falk

Autor: Hegy (Gast)
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Noch ne Airklärung
Was gemessen wird, sind die Umdrehungszahlen von einem Motor. Aber am 
Motor direkt geht nicht, ist so und wird nicht geändert. An der 
Motorachse sitzt ein Getrieb mit heftiger Untersetzung, daran gekoppel 
jener ominöser Stift, der in ein Poti greift. Hat irgendwann mal 
irgendwer zusammengebastelt. Aufgrund der Untersetzung sind die 
Drehmoment ziemlichz hoch. Läuft der Motor  gegen den Anschlag, stoppt 
der Motor nicht umbedingt, sondern wird weiter bestromt, nicht schlimm, 
brennt nix ab, ist so, bleibt so......jedenfalls bringt diese hohe 
Drehmoment das Getriebe in eine leichte "Schräglage", was die 
Radialkräfte am Poti freisetzt und dann evtl. das Poti zum zerbröseln 
bringt. Um zu wissen, wieviel Umdrehungen der Motor gemacht hat bzw. um 
zu wissen, wo die Karre steht, wird gezählt mittels eines Kontakt (meine 
Idee). Zählen soll der AVR, wer sonst. Der Motor stoppt übrigens auch 
zwischendurch und läuft dann weiter oder wieder zurück. Um die 
Drehrichtung festzustellen sind daher 2 Kontakte nötig, das aber soll 
der AVR auswerten und daraus eine Frequenz bilden. Am Pezeh wird die 
Frequenz dann zur Umdrehungszahl zurückgerechnet, z.B. so: (Istfrequenz 
- Grundfrequenz) / Schrittweite der Frequenz, konkret nen beispiel: 
(18355 Hz - 500 Hz) / 5 Hz (Schrittweite der Frequenz je Umdrehung) = 
3571 gelaufene Umdrehnugen.

So, ich mach mal Feierabend, war ja nicht besonders produktiv heute :-}
Heute abend nach'm Trehnink kukk ich dann nochmal hier rein, wenn's 
@home nicht noch Streß gibt, sonst morgen abend.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ eProfi (Gast)

>@Falk: jetzt machst Du mich aber auch neugierig. Her mit dem Code, mein
>Magen ist so einiges gewöhnt.

Bon Apetit!

MFG
Falk

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