Синусоида на входе АЦП Опции

[sss_beginner]

Здравствуйте! Появился такой вопрос.
Если на вход АЦП подается синусоидальный сигнал, допустим с амплитудой равной трем. Т.е. напряжение будет меняется по гармоническому закону от -3В до +3В.
Я правильно понимаю, что значения напряжения соответствующие отрицательной полуволне будут "срезаться", т.е. я буду получать ноль в регистре АЦП?

[bgc]

А АЦП не сгорит - посмотрите какое предельное напряжение на входе!!1

[sss_beginner]

Я говорю про встроенный АЦП в AVR (atmega). Он измеряет в диапазоне 0-5В. При отрицательных полуволнах действительно может сгореть?

Да, нашел сейчас в книге, что напряжение должно быть в диапазоне от VGND до VCC.
Тогда не подскажете как можно срубить отрицательную полуволну? Если поставить диодный выпрямитель - то напряжение на нем упадет. А как бы сделать, чтобы амплитуду не исказить?

[DS]

Я говорю про встроенный АЦП в AVR (atmega). Он измеряет в диапазоне 0-5В. При отрицательных полуволнах действительно может сгореть?

Да, нашел сейчас в книге, что напряжение должно быть в диапазоне от VGND до VCC.
Тогда не подскажете как можно срубить отрицательную полуволну? Если поставить диодный выпрямитель - то напряжение на нем упадет. А как бы сделать, чтобы амплитуду не исказить?

Например, сместить делителем 0 на входе АЦП до половины шкалы. А входной сигнал уменьшить до нужного уровня. В самом простом случае - 3 резистора - на землю, опору и вход сигнала, общая точка - ко входу АЦП.

[prottoss]

Я говорю про встроенный АЦП в AVR (atmega). Он измеряет в диапазоне 0-5В. При отрицательных полуволнах действительно может сгореть?

Да, нашел сейчас в книге, что напряжение должно быть в диапазоне от VGND до VCC.
Тогда не подскажете как можно срубить отрицательную полуволну? Если поставить диодный выпрямитель - то напряжение на нем упадет. А как бы сделать, чтобы амплитуду не исказить?

Поставьте перед АЦП операционный усилитель - ОУ- со смещением средней точки и будет Вам счастье. Примерно как на рисунке, номиналы предлагаю подобрать самому Усиление ОУ равно единице в конкретном примере, вам, скорее всего, придется масштабировать

Эскизы прикрепленных изображений

 

[sss_beginner]

Спасибо большое за ответы. И особенно за рисунок.

[Валентиныч]

А не проще ли зашунтировать вход АЦП диодом в обратном включении?
Отрицательная полуволна "замкнется" на землю, а положительная останется без изменений.

[prottoss]

А не проще ли зашунтировать вход АЦП диодом в обратном включении?
Отрицательная полуволна "замкнется" на землю, а положительная останется без изменений.

Главное, не забыть в послед со входом, перед диодом, поставить резистор, а то источнику сигнала придется не хорошо... И диод Шоттки должен быть, обычные кремниевые дают падение напряжения 0.6...0.7 вольт у Шоттки, по моему у всех < 0.5 вольт. Но вопрошающему, изначально, необходимо было измерять двуполярное напряжение, по этому я и привел ему схему с ОУ.

[defunct]

И диод Шоттки должен быть, обычные кремниевые дают падение напряжения 0.6...0.7 вольт у Шоттки, по моему у всех < 0.5 вольт. Но вопрошающему, изначально, необходимо было измерять двуполярное напряжение, по этому я и привел ему схему с ОУ.

Диод может быть обычный. Падение на нем не будет иметь значения.
Двуполярное напряжение синусоидальной формы мерять малость расточительно IMHO, восстановить сигнал можно по положительному полупериоду, да и точность будет выше.

[prottoss]

Диод может быть обычный. Падение на нем не будет иметь значения.

А в даташите написанно - низя меньше - 5 вольт подавать, тем паче, неизвестно какое выходное сопротивление у источника сигнала - лучше больше да лучше так чтаааа я бы диод поставил и обязательно Шоттки... А внутренние диоды от статики придуманы, для защиты от внешних сигналов они непригодны, ИМХО.

Двуполярное напряжение синусоидальной формы мерять малость расточительно IMHO, восстановить сигнал можно по положительному полупериоду, да и точность будет выше.

Аппетит приходит во время еды, захочется челу, окрыленному успехом, к примеру, не синусоиду померить, ан это будет не возможно. А так все получится

[sss_beginner]

Кстати, вспомнил, что вот здесь
http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_do...nts/doc2508.pdf (95K)
на вход подают син. сигнал 110-240В. И на графике показано, что он срезается на уровнях -0.5...Vcc+0.5 вольт внутренними ограничительными диодами. Согласно даташиту -0.5...Vcc+0.5В - вполне допустимо. Т.е. вся внешняя схема состоит из одного только резитора.

Применимо ли это к моему случаю? Вообще, единственное, что мне нужно - это измерить амплитуду син. сигнала.

[MaslovVG]

Кстати А какова частота сигнала и какая частота выборок предпалагается? Что то по тону вопросов мне показалось что товарищь хочет при помощи АЦП напрямую померять переменное напряжение.

[prottoss]

Кстати, вспомнил, что вот здесь
http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_do...nts/doc2508.pdf (95K)
на вход подают син. сигнал 110-240В. И на графике показано, что он срезается на уровнях -0.5...Vcc+0.5 вольт внутренними ограничительными диодами. Согласно даташиту -0.5...Vcc+0.5В - вполне допустимо. Т.е. вся внешняя схема состоит из одного только резитора.

Применимо ли это к моему случаю? Вообще, единственное, что мне нужно - это измерить амплитуду син. сигнала.

Вот этот то токоограничительный резистор (он ограничивает ток через внутренние диоды) и служит защитой для внутренних диодов, и они работают. Но, повторюсь еще раз - внутренние диоды не предназначены для ограничения внешних сигналов, они предназначены для защиты от статики и относительно кратковременных бросков напряжения на выводах МК. Поставьте два внешних - будете чувствовать с устройством споконо. По крайней мере в этом, конкретном узле...

[defunct]

Применимо ли это к моему случаю? Вообще, единственное, что мне нужно - это измерить амплитуду син. сигнала.

Я бы поставил резистор и стабилитрон.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[sss_beginner]

Кстати А какова частота сигнала и какая частота выборок предпалагается?

0.1...200Гц.

Благодарю всех.

[Laksus]

Кстати, вспомнил, что вот здесь
http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_do...nts/doc2508.pdf (95K)
на вход подают син. сигнал 110-240В. И на графике показано, что он срезается на уровнях -0.5...Vcc+0.5 вольт внутренними ограничительными диодами. Согласно даташиту -0.5...Vcc+0.5В - вполне допустимо. Т.е. вся внешняя схема состоит из одного только резитора.

Применимо ли это к моему случаю? Вообще, единственное, что мне нужно - это измерить амплитуду син. сигнала.

Ну если сами ATMEL рекомендуют эту схему,
то почему бы и не применять.
В схеме AVR182: Zero Cross Detector применен 1 МОм при
амплитуде 300В, при этом ток не превышает 0.3мА.
Что меньше допустимого 1мА.
Следовательно при амплитуде 3В можно смело
подавать измерямое напряжение на вход через резистор
10...100кОм.
Единственный ньюанс - нельзя последовательно с этим резистором нельзя включать конденсатор.
Иначе он подзарядится через нижний диод и измерять будем не амплитуду, а неизвестно что.
___________________________
А вот резистор со стабилитроном в цепи измерения
я не поставлю никогда. По моему он внесет искажения.
___________________________
И еще. Увеличил схему protoss, которая с операционными усилителями, досмотрел.
Инвертирующий вход должен быть сверху, а так защелка получилась.

Сообщение отредактировал Laksus - May 20 2007, 18:07

[sss_beginner]

А вот резистор со стабилитроном в цепи измерения
я не поставлю никогда. По моему он внесет искажения.

Спасибо за ответ! Из всего предложенного здесь, похоже только вариант с внешними ограничительными диодами не подвергался сомнению. Или Вы считаете, что они также, как и резистор со стабилитроном, могут внести искажения?

Прикрепленные изображения

 

[Laksus]

Спасибо за ответ! Из всего предложенного здесь, похоже только вариант с внешними ограничительными диодами не подвергался сомнению. Или Вы считаете, что они также, как и резистор со стабилитроном, могут внести искажения?

По поводу схемы смещения нулевой точки на операционном усилителе Вы меня неверное
неправильно поняли. Это схема очень хорошая, просто в ней опечатка.
Инвертирующий вывод, (который с кружком), должен быть в цепи отрицательной
обратной связи. То есть верхним по схеме.
А если подавать сигнал обратной связи на неинвертирующий вход,
то получится защелка, триггер Шмитта.
_________________
А от внешних ограничительных диодов никакого вреда не будет,
(правда и пользы тоже, внутренние и сами прекрасно справятся).
_________________
По поводу защиты входа стабилитроном, взгляните например сюда
http://www.telesys.ru/wwwboards/mcontrol/1...ges/72616.shtml
и обратите внимание на вольтамперные характеристики при малых токах.
То есть проблема не в том, что при больших токах напряжение лезет вверх,
что обсуждается по этой ссылке,
а в том, что при малых токах напряжение на стабилитроне ниже его рабочего.
Есть у стабилитрона величина "минимальный ток стабилизации".

[sss_beginner]

По поводу схемы смещения нулевой точки на операционном усилителе Вы меня неверное неправильно поняли. Это схема очень хорошая, просто в ней опечатка.

Да, но она, вроде, посложней чем с диодами.

Еще раз спасибо. Теперь, вроде, все ясно.

[smk]

Я бы поставил резистор и стабилитрон.

и ничего не выйдет... из-за большого входного сопротивления и емкости стабилитрона. Делитель нужен. Т.е. параллельно стабилитрону резистор.

[Laksus]

Вот взгляните:
http://caxapa.ru/28070.html?todo=full

обратите внимание, что в случае схемы с операционником
ему или же нужно двухполярное питание,
или использовать rail-to-rail, а они во первых намного дороже,
а во вторых все равно не перекрывают полностью весь диапазон от 0 до +5В.
И еще может иногда быть важно то, что на выход источника сигнала
через входной резистор будет подано +2.5В.

[defunct]

из-за большого входного сопротивления и емкости стабилитрона.
Делитель нужен. Т.е. параллельно стабилитрону резистор.

Спасибо за поправку.
Да, действительно нужен еще один резистор.

[MaslovVG]

Если нужна только амплитуда то по моему проще поставить на входе АЦП пиковый детектор (тогда ваш вопрос отпадет сам собой) а вычислительные мощности AVR направить на другие аспекты задачи.

[aai_m]

Проблему точного выпрямителя решал следующим образом(см. Det.pdf) . Диоды лучше взять Шотки.
Полоса пропускания зависит от "шустрости" ОУ и диодов.

Прикрепленные файлы

 Det.pdf ( 15.54 килобайт ) Кол-во скачиваний: 112

 

[sss_beginner]

Спасибо, господа!

[sss_beginner]

Насчет пикового детектора - заманчивая идея. Только при уменьшении амплитуды, конденсатор будет сохранять старое накопленное значение, если я не ошибаюсь.

Как бы не слишком сложно так сделать, чтобы перед тем как померить амплитуду МК имел возможность разрядить конденсатор, а затем подождать пока он зарядится до корректного значения.

Прикрепленные изображения

 

[defunct]

Насчет пикового детектора - заманчивая идея. Только при уменьшении амплитуды, конденсатор будет сохранять старое накопленное значение, если я не ошибаюсь.

Если речь идет только о сигнале синусоидальной формы, то IMHO выгоднее всего применять не Пик-детектор, а мерять интегральное напряжение. Между интегральным напряжением и амплитудой - прямая зависимость. Вы сразу убъете двух зайцев одним выстрелом - упроститите входную часть и избавитесь от нелинейных искажений АЦП+ОУ.

[prottoss]

Поставьте перед АЦП операционный усилитель - ОУ- со смещением средней точки и будет Вам счастье. Примерно как на рисунке, номиналы предлагаю подобрать самому Усиление ОУ равно единице в конкретном примере, вам, скорее всего, придется масштабировать

В схеме, конечно же ошибка - инверсный и прямой вход надо поменять местами. Надеюсь, все меня поняли правильно

[sss_beginner]

Если речь идет только о сигнале синусоидальной формы, то IMHO выгоднее всего применять не Пик-детектор, а мерять интегральное напряжение.

Извиняюсь, а можно в 2-х словах что такое интегральное напряжение и как его измерить?

[defunct]

Извиняюсь, а можно в 2-х словах что такое интегральное напряжение и как его измерить?

В двух словах: сумма N семплов за интервал измерения T включающий M (целое число) периодов измеряемого сигнала, с частотой дискретизации Fd (Fd больше чаcтоты измеряемого сигнала хотя бы раз в 50) разделенная на N (сумма/N).

Чем больше Fd и M, тем точнее результат.

[aai_m]

Двумя словами трудновато, а двумя формулами по определению(1,2) см. Ud.rtf.

Usm-среднее по модулю значение(оно же средневыпрямленное значение).

Ud - средневкадратичное значение(оно же действующее значение)

Применительно к дискретным значениям снимаемым с ADC вычисления по формулам 3, 4.

Измерял среднее по модулю значение медленно меняющегося по амплитуде сигнала частотой около 1кГц(частота тоже немного дрейфовала). Для достижения требуемой точности приходилось делать выборку временного ряда 1024 отсчета.

Прикрепленные файлы

 Ud.rtf ( 21.52 килобайт ) Кол-во скачиваний: 68

 

[Laksus]

Для aai_m

Проблему точного выпрямителя решал следующим образом(см. Det.pdf) .

По моему у Вас в схеме тоже опечатка. Или я чего не понял.
По моему, правильно надо так:

иначе будет влиять падение напряжения на диодах.
Мало того, что большое - сотни милливольт даже на Шоттки,
но, еще и зависящее от температуры.
_______________________
Для sss_beginner

Как бы не слишком сложно так сделать, чтобы перед тем как померить амплитуду МК имел возможность разрядить конденсатор, а затем подождать пока он зарядится до корректного значения.

Вариант 1.
Включить между конденсатором и входом ADC0 резистор
больше 5В/40мА=150 Ом и разряжайте его включая ножку
микроконтроллера как выход и устанавливая на ней ноль,
а затем сделать обратно входом и подождать пока
конденсатор зарядится.
При этом необходимо последовательно с диодом включить резистор
намного большего сопрротивления.
И еще надо иметь ввиду, что разряд будет не до нуля.
И еще не на всех микроконтроллерах все выводы ADC можно
перевести в режим выхода.

Вариант 2.
Паралельно конденсатору включить резистор.
Сопротивление которого выбрать так, чтобы постоянная времени
RC была больше нескольких периодов при наименьшей частоте,
но достаточно малой, чтобы достаточно быстро разряжаться.

__________________

defunct

(smk @ May 20 2007, 22:31)
из-за большого входного сопротивления и емкости стабилитрона.
Делитель нужен. Т.е. параллельно стабилитрону резистор.

Спасибо за поправку.
Да, действительно нужен еще один резистор.

А не могли бы Вы дать схемку как двумя резисторами
устранить нелинейность стабилитрона?
_________
Александр

[aai_m]

Уважаемый Laksus, большое сласибо за замеченную и исправленную опечатку. Вы все правильно понимаете.