АЦП в ATMega8: 8 бит или 10 бит?, Загадка в АЦП ATMega8 (ADC5) Опции

[Sminder]

При использовании АЦП в микроконтроллере ATMega8 была замечена одна интересная особенность. По официальным справочным данным в корпусе DIP микроконтроллер имеет два канала АЦП с разрешением 8 бит (ADC4 и ADC5) и четыре канала с разрешением 10 бит (ADC0...ADC3). Использовался канал ADC5. При считываении данных из регистра ADC в выбранном канале значение менялось от 0 до 1023(!!!), что эквивалентно разрешению 10 бит. Возник вопрос: как это обьяснить?

[SasaVitebsk]

При использовании АЦП в микроконтроллере ATMega8 была замечена одна интересная особенность. По официальным справочным данным в корпусе DIP микроконтроллер имеет два канала АЦП с разрешением 8 бит (ADC4 и ADC5) и четыре канала с разрешением 10 бит (ADC0...ADC3). Использовался канал ADC5. При считываении данных из регистра ADC в выбранном канале значение менялось от 0 до 1023(!!!), что эквивалентно разрешению 10 бит. Возник вопрос: как это обьяснить?

Вы не совсем точно перевели даташит. Разрешение всех каналов составляет 10 бит. Но в DIP корпусе точность не гарантируется более 8 бит.

[Сергей Борщ]

При считываении данных из регистра ADC в выбранном канале значение менялось от 0 до 1023(!!!), что эквивалентно разрешению 10 бит. Возник вопрос: как это обьяснить?

Очень просто - младшим двум битам верить нельзя. Т.е. их достоверность Атмел не гарантирует, в них скорее всего шум.

[singlskv]

При использовании АЦП в микроконтроллере ATMega8 была замечена одна интересная особенность. По официальным справочным данным в корпусе DIP микроконтроллер имеет два канала АЦП с разрешением 8 бит (ADC4 и ADC5) и четыре канала с разрешением 10 бит (ADC0...ADC3). Использовался канал ADC5. При считываении данных из регистра ADC в выбранном канале значение менялось от 0 до 1023(!!!), что эквивалентно разрешению 10 бит. Возник вопрос: как это обьяснить?

Чтобы считывать только 8бит из ADC установите бит ADLAR в ADMUX
и читайте только регистр ADCH, получите 8бит и время на считывание
сэкономите

[=GM=]

При использовании АЦП в микроконтроллере ATMega8 была замечена одна интересная особенность. По официальным справочным данным в корпусе DIP микроконтроллер имеет два канала АЦП с разрешением 8 бит (ADC4 и ADC5) и четыре канала с разрешением 10 бит (ADC0...ADC3). Использовался канал ADC5. При считываении данных из регистра ADC в выбранном канале значение менялось от 0 до 1023(!!!), что эквивалентно разрешению 10 бит. Возник вопрос: как это обьяснить?

Такое было в описаниях до версии М включительно, однако, начиная с версии N, все каналы имеют одинаковую разрядность и одинаковую абсолютную точность НЕЗАВИСИМО от типа корпуса. 1.75 lsb при 200 кГц клока и 3 lsb при 1000 кГц клока ацп. Работают люди(:-).

Объяснений можно дать много, но скорее всего у вас канал висел в воздухе, и вы оцифровывали наводку.

[Sminder]

Объяснений можно дать много, но скорее всего у вас канал висел в воздухе, и вы оцифровывали наводку.

Я, наверное, не совсем понятно обрисовал ситуацию, но вывод в воздухе конечно же не висел - на него подавалось калиброванное напряжение, что и контролировалось с помощью АЦП.

Очень просто - младшим двум битам верить нельзя. Т.е. их достоверность Атмел не гарантирует, в них скорее всего шум.

Вероятно, так оно и есть, измерения особой точностью не блещут, но я правда не ставил режим шумопонижения и фильтры в цепях опорного напряжения.

Вы не совсем точно перевели даташит. Разрешение всех каналов составляет 10 бит. Но в DIP корпусе точность не гарантируется более 8 бит

Я являюсь обладателем справочника А.В. Евстифеева "Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы Atmel", где в принципе и написано, цитирую: "... Кроме того, во всех моделях ATMega8x два канала (ADC4 и ADC5) являются 8-разрядными." Даташит на английском я тоже имею, но и в нем ничего путевого не нашел.

[arttab]

Верить надо даташитам на ту версию мк на которую хотите узнать. Книги фиксируют актуальность на момент редакции. Вы же не ищите современные элементы по старым справочникам.

Такое было в описаниях до версии М включительно, однако, начиная с версии N, все каналы имеют одинаковую разрядность и одинаковую абсолютную точность НЕЗАВИСИМО от типа корпуса. 1.75 lsb при 200 кГц клока и 3 lsb при 1000 кГц клока ацп. Работают люди(:-).

[Sminder]

Извиняюсь, я был неправ. Действительно, просмотрев версию мануала ревизии Р (раньше была Н), я убедился, что все каналы АЦП 10-разрядные.

[=GM=]

Извиняюсь, я был неправ. Действительно, просмотрев версию мануала ревизии Р (раньше была Н), я убедился, что все каналы АЦП 10-разрядные.

Да уже версия Q есть, октябрь 2006, полгода прошло, что ж вы всё старые качаете(:-).

[arttab]

а если документ с историей изменений? что то не попадался мне такой.

[=GM=]

а есть ли документ с историей изменений? что то не попадался мне такой.

Конечно, раздел называется Datasheet Revision History. Стр. 297 упоминавшейся версии Q.

[umup]

во всех моделях ATMega8x два канала (ADC4 и ADC5) являются 8-разрядными

там наверно имеется ввиду не буквальная 8-разрядность, а точность измерения по этим каналам (измерение проходит в нормальном 10-битном режиме, но младшие 2 разряда должны прыгать), возможно связано это с совмещением этих выводов с TWI. Хотя я не заметил существенной разницы между этими и другими каналами АЦП, наверно в более новых кристаллах переразвели аналоговую часть.

[defunct]

канала (ADC4 и ADC5) являются 8-разрядными." Даташит на английском я тоже имею, но и в нем ничего путевого не нашел.

Если под "путевым" имеется в виду та чушь из справочника А.В. Евстифеева, то вы ее там не найдете потому что в даташите ее нет...

В даташите есть достоверная инфа про конкретный чип, его просто надо читать, а не картинки рассматривать...

[kv_addr]

Если под "путевым" имеется в виду та чушь из справочника А.В. Евстифеева, то вы ее там не найдете потому что в даташите ее нет...

В даташите есть достоверная инфа про конкретный чип, его просто надо читать, а не картинки рассматривать...

Та ну, не стоит так набрасываться, и на Евстифеева в том числе. Было такое дело, 6+2 или 4+2 каналов, два из которых позиционировались как 8-битной точности. Именно в дейташите. Правда, древнем. Могу ревизию указать, поскольку и антиквариат храню Rev. 2486I–AVR–12/02.

А что Евсифеев, он тоже ведь мог оным дейташитом пользоваться, просто на момент написания книги более новых не существовало.

Мало того, в старом дейташите есть упоминание об одном хитром бите регистра SFIOR. Это - Bit 4 – ADHSM: ADC High Speed Mode. Вот что о нем написано: Writing this bit to one enables the ADC High Speed mode. This mode enables higher conversion rate at the expense of higher power consumption. В более поздних ревизиях дейташитов это упоминание было изъято. Хотя бит, как ни странно, работает.

Вот такие пироги.

[defunct]

Вот такие пироги.

Извиняюсь погорячился.. Понедельник - день тяжелый ;>
А ДШ свежий желательно иметь всегда, особливо когда возникают спорные вопросы.

[kv_addr]

Извиняюсь погорячился.. Понедельник - день тяжелый ;>

В понедельник бывает.

А ДШ свежий желательно иметь всегда, особливо когда возникают спорные вопросы.

Тут - без каких-либо возражений.

[NVade]

немного не по теме, но сталкивался с ситуацией с тексасовскими ЦАПами. Как это принято имеется семейство с одинаковой цоколевкой и разрядностью 8/10/12 в зависимости от типа (и цены в геометрической прогрессии естественно). Брали 10 -разрядный, а оказалось что у него все 12 разрядов работают. Для себя объяснил что так делается по маркетинговым соображениям.
Может и здесь Atmel пытался покончить с архаичным dip'ом. Явно кристаллы одинаковые идут в разные корпуса. В том, что разрядность может в 4 раза пострадать из-за большей длины от кристалла до пина сильно сомневаюсь.

[arttab]

В старых ревизиях было 8 бит. Потом в новой ревизии стало 10 bit ADC. Ограничение по корпусам не видел, т.е. на всех корпуса 10 bit. Или я что то проглядел.

[Anjey_N]

Я новичок, поэтому наверное сейчас задам глупый вопрос!
Пишу прогу для вольтметра, использую Мегу16 со встроенным АЦП. Делаю 128 выборок, суммирую и затем делю на 128. Получаю результат. Мне сказали, что теперь нужно применить вычисление скользящего среднего. А как это сделать, я не знаю! Может, кто-нибудь подскажет или даст ссылку на это чудо!

Сообщение отредактировал Anjey_N - Apr 24 2007, 19:51

[Сергей Борщ]

Мне сказали, что теперь нужно применить вычисление скользящего среднего. А как это сделать, я не знаю!

Поиск по форуму по словосочетанию "скользящее среднее" дает несколько результатов, уже не говоря о том, сколько результатов на такое же словосочетание дает google.

[arttab]

я делал простое усреднение так:
Xi = (Xi + Xi+1) / 2
Xi+1 результат нового измерения
только частоты выборок должна быть больше скорости изменения сигнала иначе фигня получиться.
в общем вмде можно так записать:
Xi = (k/n)*Xi + (p/n)*Xi+1
от коэффициентов будет зависеть скорость приближения к устоявшемуся значению.

[IgorKossak]

Я новичок, поэтому наверное сейчас задам глупый вопрос!
Пишу прогу для вольтметра, использую Мегу16 со встроенным АЦП. Делаю 128 выборок, суммирую и затем делю на 128. Получаю результат. Мне сказали, что теперь нужно применить вычисление скользящего среднего. А как это сделать, я не знаю! Может, кто-нибудь подскажет или даст ссылку на это чудо!

Делаете кольцевой массив на количество выборок и переменную для суммы.
С каждой новой выборкой вычитаете из суммы самое старое значение из массива, пишете на его место значение выборки, прибавляете к сумме значение выборки и делите сумму на количество элементов в массиве (константа).
Как проинициализировать массив решайте сами.

[defunct]

Мне сказали, что теперь нужно применить вычисление скользящего среднего. А как это сделать, я не знаю!

Пример скользящего усреднения по 16-ти точкам (без использования массивов)

Код

int UpdateAverage( int CurrVal )
{
    static int Sum = 0;
    int tmp = (Sum + (16 >> 1)) >> 4; // среднее = (Sum + n/2) / n, где n = 16
    Sum += CurrVal - tmp;
    return tmp;
}

<Усредненное значение АЦП> = UpdateAverage( <Текущее значение АЦП> );

[Snaky]

Пример скользящего усреднения по 16-ти точкам (без использования массивов)

Код

int UpdateAverage( int CurrVal )
{
    static int Sum = 0;
    int tmp = (Sum + (16 >> 1)) >> 4; // среднее = (Sum + n/2) / n, где n = 16
    Sum += CurrVal - tmp;
    return tmp;
}

<Усредненное значение АЦП> = UpdateAverage( <Текущее значение АЦП> );

нерабочий примерчик-то. вызвал 16 раз функцию с аргументом CurrVal = 10, в результате получил 6. через 20 итераций получил 7.
и вообще странный какой-то алгоритм - возвращать результат целочисленного деления (накопленной суммы + константа) на константу.

PS я всегда пользуюсь методом с кольцевым массивом, как описал IgorKossak

[defunct]

нерабочий примерчик-то. вызвал 16 раз функцию с аргументом CurrVal = 10, в результате получил 6. через 20 итераций получил 7.

Пример рабочий. Вы дальше повызывайте.
Хотите чтоб быстрее получался рез-тат усредняйте по 8-ми или по 4-м точкам.

и вообще странный какой-то алгоритм - возвращать результат целочисленного деления (накопленной суммы + константа)

Почитайте какую-нить книжку по усреднению прежде чем выступать.
Константа эта для устранения абсолютной погрешности в 0.5LSB при накоплении суммы.

PS я всегда пользуюсь методом с кольцевым массивом

У вас видать памяти в МК всегда много..

[Lepeksiy]

В общем виде фильтрация выглядит примерно так (для чайников):

Код

// Размер массива - должен быть степенью двойки!!
#define ARRAY_SIZE 16

// Функция берет текущее значение и возвращает отфильтрованное
int GetMovingAverage(int current_value)
{
    static int filter_array[ARRAY_SIZE];
    static unsigned int index = 0;
    static int sum = 0;

    // Вычитаем удаляемое значение из суммы и прибавляем текущее
    sum += current_value - filter_array[index];
    // Вставляем текущее значение в массив
    filter_array[index] = current_value;
    // Изменяем индекс. Не забывать, что ARRAY_SIZE должен быть степенью двойки!!
    index = (index + 1) & (ARRAY_SIZE - 1);
    // Возвращаем отфильтрованное значение.
    return sum / ARRAY_SIZE;
}

Реальные типы переменных должны быть согласованы с размерностью данных. Данные считаются недостоверными, пока функция не будет вызвана ARRAY_SIZE раз.

[VladimirYU]

Можно испоьзовать алгоритм апериодического звена. Строится он по принципу интегратора ( сумматора накопителя) охваченного отрицательной обратной связью. Это позволяет уйти от скользящего массива, правда требуется сумматор (интегратор) двойной длины по сравнению с длиной результатов измерений и переменная для хранения предыдущего фильтрованного результата.

[Lepeksiy]

VladimirYU
А как это выражается формулами?

[Anjey_N]

В общем виде фильтрация выглядит примерно так (для чайников):

Код

// Размер массива - должен быть степенью двойки!!
#define ARRAY_SIZE 16

// Функция берет текущее значение и возвращает отфильтрованное
int GetMovingAverage(int current_value)
{
    static int filter_array[ARRAY_SIZE];
    static unsigned int index = 0;
    static int sum = 0;

    // Вычитаем удаляемое значение из суммы и прибавляем текущее
    sum += current_value - filter_array[index];
    // Вставляем текущее значение в массив
    filter_array[index] = current_value;
    // Изменяем индекс. Не забывать, что ARRAY_SIZE должен быть степенью двойки!!
    index = (index + 1) & (ARRAY_SIZE - 1);
    // Возвращаем отфильтрованное значение.
    return sum / ARRAY_SIZE;
}

Реальные типы переменных должны быть согласованы с размерностью данных. Данные считаются недостоверными, пока функция не будет вызвана ARRAY_SIZE раз.

Спасибо, буду разбираться и учиться!

[ReAl]

Пример рабочий. Вы дальше повызывайте.
Хотите чтоб быстрее получался рез-тат усредняйте по 8-ми или по 4-м точкам.

Фильтр неплохой, сам пользуюсь :-)
Но это, IMHO, не скользящее среднее.
Реакция скользящего среднего на единичный скачок - прямая линия с выходом на уровень, т.е. если у нас было "много" нулей и вдруг пошло 32, то на 16-ом значении (при скользящем усреднении окном в 16 отсчётов) на выходе уже будет 32.
А этот "экспоненциальный" фильтр имеет поведение как у RC-цепочки.

[defunct]

Snaky

Ради интереса попробуйте вот это (по 4м точкам):

Код

int UpdateAverage( int CurrVal )
{
    static int Sum = 0;
    int tmp = (Sum + 2) >> 2;
    Sum += CurrVal - tmp;
    return tmp;
}

за 12 итераций будет вам 10. ;>
А алгоритм прост до ужаса, упрощенно:

среднее = Sum / кол-во выборок по который усредняем.
Sum = Sum + Текущее значение - среднее.

Но это, IMHO, не скользящее среднее.
...
А этот "экспоненциальный" фильтр имеет поведение как у RC-цепочки.

Согласен

[Snaky]

Пример рабочий. Вы дальше повызывайте.
Хотите чтоб быстрее получался рез-тат усредняйте по 8-ми или по 4-м точкам.
Почитайте какую-нить книжку по усреднению прежде чем выступать.
Константа эта для устранения абсолютной погрешности в 0.5LSB при накоплении суммы.
У вас видать памяти в МК всегда много..

Тогда называйте вещи своими именами сразу. А то человек спросил про скользящее среднее, а вы ему совсем другое под этим названием подсовываете. Метод скользящего среднего - это то,что описал IgorKossak и Lepeksiy. Иначе захочется кому-нибудь сэкономить на памяти под массив, и будет потом долго удивляться, что результат поменялся.

PS Да, памяти у меня в МК всегда много - не жалуюсь.

[defunct]

Тогда называйте вещи своими именами сразу. А то человек спросил про скользящее среднее, а вы ему совсем другое под этим названием подсовываете.

Свои имена не всегда упомнишь.
Я не подсовываю, а делюсь примером, мог бы ведь и не делиться. Он сам решит подходит ему пример или нет.

[ReAl]

Иначе захочется кому-нибудь сэкономить на памяти под массив, и будет потом долго удивляться, что результат поменялся.

Да, реакция на выбросы у них отличается.
Кстати, а в чём вообще смысл скользящего среднего? Фильтрует он не лучше, чем "экспоненциальный", памяти жрёт. Раз уж есть массив - так сделать бы фильтр с "более нормальным" откликом, чем прямоугольник. Да, счёту больше, ну так а жалко счёту - вон он, экспоненциальный, заодно и памяти меньше :-)

[Anjey_N]

Спасибо всем! Благодаря вашим советам мне удалось запустить АЦП.
Только врёт он немножко.

Эталон --- АЦП
96 мВ --- 89 мВ
207 мВ --- 201 мВ
500 мВ --- 496 мВ
1 В --- 1 В
1.49 мВ --- 1.492 мВ
2 В --- 2.011 В
2.52 В --- 2.532 В

Как это исправить, подскажите!

Сообщение отредактировал Anjey_N - Apr 27 2007, 22:06

[Сергей Борщ]

Как это исправить, подскажите!

Если эталон - китайский мультиметр, то сменить мультиметр. Если же эталон заслуживает доверия, то давайте думать. Это не похоже на погрешность источника опорного напряжения, ибо отклонения имеют разный знак на концах шкалы. Какое у вас выходное сопротивление источника сигнала? И что вы используете в качестве опорного напряжения? Если внешняя опора, то какое выходное сопротивление ее источника?

[singlskv]

Да, реакция на выбросы у них отличается.
Кстати, а в чём вообще смысл скользящего среднего? Фильтрует он не лучше, чем "экспоненциальный", памяти жрёт. Раз уж есть массив - так сделать бы фильтр с "более нормальным" откликом, чем прямоугольник. Да, счёту больше, ну так а жалко счёту - вон он, экспоненциальный, заодно и памяти меньше :-)

Разница между скользящим средним и "экспоненциальным" заключается в том что
"экспоненциальный" дает сдвиг фазы сигнала до 1/2 частоты сигнала
То есть если сигнал "постоянный" то разницы нет никакой, а вот если
изменяющийся, то тогда в каждом конкретном случае нужно рассчитывать
в какой момент времени данные уже устаканились и устраивает ли нас такой сдвиг фазы

[Snaky]

Да, реакция на выбросы у них отличается.
Кстати, а в чём вообще смысл скользящего среднего? Фильтрует он не лучше, чем "экспоненциальный", памяти жрёт. Раз уж есть массив - так сделать бы фильтр с "более нормальным" откликом, чем прямоугольник. Да, счёту больше, ну так а жалко счёту - вон он, экспоненциальный, заодно и памяти меньше :-)

Оба фильтра по сути цифровая реализация ФНЧ. Просто фильтр скользящего среднего с массивом - это КИХ фильтр, экспоненциальный - БИХ. В моих задачах нужна конечная по времени реакция на отклик - я иду на затраты памяти.
Олссон/Пиани интерпретируют экспоненциальный фильтр как авторегрессионный фильтр скользящего среднего первого порядка (признаю, тут можно согласиться с defunct). Подробнее - см. аттач (имхо лучше не объяснишь).

PS Что значит "с более нормальным откликом" - я не понял

Прикрепленные файлы

 filtr.zip ( 495.18 килобайт ) Кол-во скачиваний: 85

 

[VladimirYU]

VladimirYU
А как это выражается формулами?

Все очень просто, привожу не код, а алгоритм:

Исходно имеем

Summator - переменная двойной длины,
Current - результат текущих измерений (данные с прибора, АЦП ...)
Previos - предыдущий фильтрованный результат

Далее

error = Current - Previos
Summator = Summator +error
Previos = Summator>>N

N определяет степень фильтрации ( количество результатов по которым идет усреднение).
Ньюансы кода, как понимаете, зависят от формы предсавления результатов (разрядность, тип и т.д.)

А математика за этим следующая

1/(TS+1) представить можно как интегратор 1/TS охваченный единичной отрицательной
обратной связью.

W(S) = Wпр(S)/(Wпр(S)*Wос(S) + 1)

[yod]

Вот такой вот рабочий код приведен в документе
slaa037.pdf - апликэшн репорт от тексаса

Код

*****************************************************************************
* Anti–bias results
* answer = input + (0.875 * lasty) – lastx;
* lasty = answer;
* lastx = input;
*****************************************************************************

[Anjey_N]

Если эталон - китайский мультиметр, то сменить мультиметр. Если же эталон заслуживает доверия, то давайте думать. Это не похоже на погрешность источника опорного напряжения, ибо отклонения имеют разный знак на концах шкалы. Какое у вас выходное сопротивление источника сигнала? И что вы используете в качестве опорного напряжения? Если внешняя опора, то какое выходное сопротивление ее источника?

1) Мультимер UNI-T M890F, купленный 4 года назад за 20 баксов. На него я ещё не разу не жаловался!
2) В качестве источника входного сигнала я ис пользую такую сему
3) ИОН внутренний с конденсатором на ножке AREF, равен 2.66 В


Может я чего намутил в программе,посмотрите, пожалуйста, код

Сообщение отредактировал Anjey_N - Apr 29 2007, 09:18

Эскизы прикрепленных изображений

 

Прикрепленные файлы

 ADC_new.rar ( 30.77 килобайт ) Кол-во скачиваний: 36

 

[Сергей Борщ]

На него я ещё не разу не жаловался!

Это не значит что он показывает правильно.

2) В качестве источника входного сигнала я ис пользую такую сему

Выходное сопротивление вашей цепи близко к предельному:

The ADC is optimized for analog signals with an output impedance of approximately 10k or less. If such a source is used, the sampling time will be negligible.

Попробуйте увеличить время выборки (sampling time) снизив тактовую частоту АЦП или возьмите потенциометр на 10К