Посоветуйте МК с 8-канальным 10-битным самым высокоскоростным АЦП, Нужен для измерения сопротивления около 100 Ом Опции

[maxybox]

Требуется измерять и поддерживать температуру хромоникелевого нагревательного пленочного элемента сопротивлением около 400-600 Ом в диапазоне 40-350 градусов Цельсия с точностью до 0.5-1 градуса. Также требуется измерять сопротивление ванадиевого чувствительного элемента диапазоном 30-200 Ом с точностью 1%. Все это планирую сделать на одном МК. Измерения будут сниматься с шестнадцати параллельно включенных мостов Уитстона (8 - температура, 8 - сопротивление), переключение планирую производить мультиплексорами. Нужна как можно более высокая скорость измерения сопротивления, чтобы как можно меньше нагревать чувствительные элементы. Подскажите, пожалуйста, какой МК лучше выбрать для этих целей.

[VAI]

У AD есть "ADUC7027 Precision Analog Microcontroller, 12-Bit Analog I/O, ARM7TDMI® MCU"
http://www.analog.com/ru/prod/0,,762_0_ADUC7027%2C00.html
там 16 каналов 12 бит быстродействущий АЦП.

Больше сказать не могу, не работал с ней.

[slog]

Сомневаюсь в необходимости скоростного АЦП для измерения температуры. Даже самые медленные АЦП в микроконтроллерах могут делать десятки тысяч измерений в секунду. Тут скорее понадобится многоразрядный АЦП, т.к нужно мерять точнее 0,1 градуса. Чтобы не было саморазогрева просто уменьшают ток. Я бы использовал внешний s-d АЦП. Есть специально заточенные для работы с термометрами сопротивления. Схема получается простая.

[sensor_ua]

Не знаю, что Вам будет лучше, но 2 16-бит АЦП с дифференциатором (подключен к выходам АЦП), со скоростью до 1 MSPS и DMA есть на борту у C8051F06x.

[Сергей Борщ]

Тут скорее понадобится многоразрядный АЦП, т.к нужно мерять точнее 0,1 градуса. Чтобы не было саморазогрева просто уменьшают ток. Я бы использовал внешний s-d АЦП.

Абсолютно согласен и двигался бы в эту же сторону. Серия ADuC8xx имеет на борту многоразрядные сигма-дельта АЦП с неплохими характеристиками. Но помните, что применение сигма-дельта АЦП имеет свои особенности, и чтобы не было неприятных сюрпризов лучше с этими особенностями ознакомиться заранее:
Tutorial MT-022: ADC Architectures III: Sigma-Delta ADC Basics
Tutorial MT-023: ADC Architectures IV: Sigma-Delta ADC Advanced Concepts and Applications
Using Sigma-Delta Converters
Основная ошибка - использование первого же результата преобразования после переключения каналов. Первые несколько отсчетов имеют очень большую погрешность.
И не старайтесь сэкономить на входных усилителях - не пытайтесь собрать инструментальный усилитель из рассыпухи, используйте пусть дорогое, но однокристальное исполнение.

[PrSt]

Основная ошибка - использование первого же результата преобразования после переключения каналов. Первые несколько отсчетов имеют очень большую погрешность.
И не старайтесь сэкономить на входных усилителях - не пытайтесь собрать инструментальный усилитель из рассыпухи, используйте пусть дорогое, но однокристальное исполнение.

100%

[slog]

Тем более что внутри s-d ADC как правило уже есть приличный инструментальный усилитель, которого хватит в большинстве случаев. И источник тока там часто внутри есть и опорное напряжение тоже. Остаётся только подключить вход.

[maxybox]

Сомневаюсь в необходимости скоростного АЦП для измерения температуры. Даже самые медленные АЦП в микроконтроллерах могут делать десятки тысяч измерений в секунду. Тут скорее понадобится многоразрядный АЦП, т.к нужно мерять точнее 0,1 градуса. Чтобы не было саморазогрева просто уменьшают ток. Я бы использовал внешний s-d АЦП. Есть специально заточенные для работы с термометрами сопротивления. Схема получается простая.

Мерить нужно с точностью 0,5 - 1 градуса, так что 10-разрядного АЦП будет вполне достаточно. А что за специально заточенные сопротивления для работы с термометра Вы имеете в виду? И почему предпочитаете внешний АЦП внутреннему, когда необходимо предусмотреть еще и ввод температуры с компьютера для ее дальнейшего поддержания, а также ввод других данных? Для этого ведь нужен микроконтроллер. Не так ли?

[DmitryM]

Тем более что внутри s-d ADC как правило уже есть приличный инструментальный усилитель, которого хватит в большинстве случаев. И источник тока там часто внутри есть и опорное напряжение тоже. Остаётся только подключить вход.

я бы посмотрел в сторону Texas Instrument MSC12XX

http://focus.ti.com/paramsearch/docs/param...ingPage=null#rt

24 разряда сигма-дельта

[maxybox]

я бы посмотрел в сторону Texas Instrument MSC12XX

http://focus.ti.com/paramsearch/docs/param...ingPage=null#rt

24 разряда сигма-дельта

Такая точность излишна! Я хочу ARM микроконтроллер выбрать. Только вот какой, пока не знаю.

[sensor_ua]

Мерить нужно с точностью 0,5 - 1 градуса, так что 10-разрядного АЦП будет вполне достаточно.

Если не хочется проблем с прогревом, то ток запитки чувствительного элемента должен быть не более 2 мА, т.е. шкала будет порядком 0.6 В. А какую опору будем иметь при встроенном 10 бит АЦП? Обычно это или 2.5 В или напряжение питания. Возьмём 2.5 В и прикинем - получается 2 старших бита уходит. Итого, 8 младших бит (дискретность 0.5% - 3.5 градуса напАпАлам - 1.75 градуса) с 1-2 бита (по 1.7 градуса) в шумах и прочей хрени. Т.е. усилитель придётся ставить, или искать с меньшей опорой АЦП, или разрядностью хотя бы 12 бит.
Высокая скорость измерения не позволит использовать встроенные фильтры дельта-сигма АЦП, а малоразрядные обычно SAR, в результате или попытаемся фильтровать цифру (а сколько при Вашем конкретном умении времени потратится процессором на это?), или загадим младших ещё пару разрядов, а то и больше.
Определитесь, на сколько быстро необходимо мерить (а не управлять), учитывая, что обычно чувствительные элементы типа RTD имеют инерционность от единиц секунд.

[maxybox]

Если не хочется проблем с прогревом, то ток запитки чувствительного элемента должен быть не более 2 мА, т.е. шкала будет порядком 0.6 В. А какую опору будем иметь при встроенном 10 бит АЦП? Обычно это или 2.5 В или напряжение питания. Возьмём 2.5 В и прикинем - получается 2 старших бита уходит. Итого, 8 младших бит (дискретность 0.5% - 3.5 градуса напАпАлам - 1.75 градуса) с 1-2 бита (по 1.7 градуса) в шумах и прочей хрени. Т.е. усилитель придётся ставить, или искать с меньшей опорой АЦП, или разрядностью хотя бы 12 бит.
Высокая скорость измерения не позволит использовать встроенные фильтры дельта-сигма АЦП, а малоразрядные обычно SAR, в результате или попытаемся фильтровать цифру (а сколько при Вашем конкретном умении времени потратится процессором на это?), или загадим младших ещё пару разрядов, а то и больше.
Определитесь, на сколько быстро необходимо мерить (а не управлять), учитывая, что обычно чувствительные элементы типа RTD имеют инерционность от единиц секунд.

Насчет загаживания пары младших разрядов: это в связи с использованием внутреннего опера микроконтроллера? А я думаю поставить внешний опер после мультиплексора перед поступлением на 8-канальный АЦП. Тогда разрядность АЦП сохранится, и этих 10 бит, полагаю, будет достаточно для оцифровки с заданной точностью.
Что значит "малоразрядные обычно SAR"?
Мерить надо по моим предварительным расчетам импульсами тока длительностью порядка 1мкс. Не слишком быстро? По ТЗ каждый чувствительный элемент надо опрашивать в среднем раз в секунду. Измерения будут проводиться максимально 30 минут. Не могу пока учесть остывание чувствительных элементов в расчетах. Осваиваю для этих целей CosmosWorks 2007.
Прошу ответить на поставленные здесь вопросы в предыдущих абзацах.

[slog]

Требуется измерять и поддерживать температуру ... в диапазоне 40-350 градусов Цельсия с точностью до 0.5-1 градуса. Также требуется измерять сопротивление ванадиевого чувствительного элемента диапазоном 30-200 Ом с точностью 1%. Все это планирую сделать на одном МК.

С 10-ю разрядами АЦП это будет не просто. Я бы не стал так делать. Взял бы внешний сигма дельта 16 разрядов. Если хочется именно внутри контроллера, то у AD есть ARM с сигма-дельта АЦП внутри.
http://www.analog.com/en/subCat/0,2879,762...F0%255F,00.html



Из каких соображений время измерения 1uS ? Что-то очень мало. Саморазогрев датчика?

[sensor_ua]

Мерить надо по моим предварительным расчетам импульсами тока длительностью порядка 1мкс. Не слишком быстро?

Слишком. Время у Вас на каждый примерно 1/16 секунды 1мкс просто чумовая идея.
Точность и разрядность тоже лучше не путать

Насчет загаживания пары младших разрядов: это в связи с использованием внутреннего опера микроконтроллера?

Не знаю, что Вы имеете в виду, когда говорите об "операх в контроллере" (мне известны только PSoCи старинные ASIC от Matra). Я предполагаю, что 8-16 сенсоров держать прямо на плате не резон - разумно предположить, что они удаленные, посему наличие наводок - обычное дело. Они и могут Вам доставить неприятности. Подумайте, ведь не зря в сигма-дельта АЦП фильтры проточены так, чтобы как минимум сетевые наводки подавлять. Вам же при использовании АЦП без фильтра придётся это учитывать и, вероятно, бороться.
А что такое CosmosWorks 2007 и для каких целей оно Вам?

[Сергей Борщ]

у AD есть ARM с сигма-дельта АЦП внутри.

Увы, с сигма-дельта пока только 52-е ядро. ARM анонсированы, это будет серия ADuC703x, но там будет всего 16 бит сигма-дельта и всего 20(!)МГц ядро. Серия 702x вся имеет 12-бит АЦП последовательного приближения (SAR).

[etoja]

LPC2138 имеет 16 каналов по 10бит, 450KSPS каждый.

[maxybox]

Слишком. Время у Вас на каждый примерно 1/16 секунды 1мкс просто чумовая идея.
Точность и разрядность тоже лучше не путать

Не знаю, что Вы имеете в виду, когда говорите об "операх в контроллере" (мне известны только PSoCи старинные ASIC от Matra). Я предполагаю, что 8-16 сенсоров держать прямо на плате не резон - разумно предположить, что они удаленные, посему наличие наводок - обычное дело. Они и могут Вам доставить неприятности. Подумайте, ведь не зря в сигма-дельта АЦП фильтры проточены так, чтобы как минимум сетевые наводки подавлять. Вам же при использовании АЦП без фильтра придётся это учитывать и, вероятно, бороться.
А что такое CosmosWorks 2007 и для каких целей оно Вам?

Оперы в микроконтроллерах - это внутренние операционные усилители с изменяемым коэффициентом усиления. Они есть сейчас во многих микроконтроллерах. Только вот их использование загаживает 1-2 разряда АЦП. Я бы хотел знать, как оценить величину наводок. CosmosWorks 2007- это приложение к Solid Works 2007, САПР 3D-моделирования и построения чертежей, служит для выполнения разнообразных инженерных расчетов. Мне нужно провести тепловой расчет, чтобы оценить оптимальное время измерения сопротивления чувствительного элемента во избежание его нагрева, могущего значительно изменить сопротивление датчика (точность измерения сопротивления должна быть не менее 1%).
Видите ли, у нас на кафедре, где я выполняю свой дипломный проект, есть отладочная плата для микроконтроллеров ARM, поэтому я и хочу заказать именно такой МК, чтобы в ближайшем будущем (а времени осталось совсем мало) сделать макет устройства. Как можно сделать фильтр от наводок на входе 10-битного АЦП микроконтролера, не прибегая к использованию сигма-дельта АЦП?
Прошу ответить.

[slog]

С внешним s-d схема измерения получается примитивная. Вот например
http://www.caxapa.ru/sch/rtd.html
С внутренним ADC будет сложнее и дороже. Чтобы выжать 11 разрядов тебе надо будет растянуть входное напряжение с датчика на всю шкалу АЦП. Чтобы избавиться от диференциальных наводок на вход придется ставить инструментальный усилитель. Ток через датчики тоже надо будет чем-то задавать. В s-d ADC это все уже есть. После него ставь любой контроллер, хоть АRМ. Мерять температуру мегагерцовым АЦП неправильная идея, чтобы не влиял нагрев датчика ток делают порядка 10-1000 микроампер. CosmosWorks вроде и незачем. s-d ADC с 8 входами может и не быть подходящего, в этом случае вместо мультиплексора может оказаться выгоднее просто поставить еще один ADC, стоит он 2...7$.

[maxybox]

Слишком. Время у Вас на каждый примерно 1/16 секунды 1мкс просто чумовая идея.
Точность и разрядность тоже лучше не путать

Не знаю, что Вы имеете в виду, когда говорите об "операх в контроллере" (мне известны только PSoCи старинные ASIC от Matra). Я предполагаю, что 8-16 сенсоров держать прямо на плате не резон - разумно предположить, что они удаленные, посему наличие наводок - обычное дело. Они и могут Вам доставить неприятности. Подумайте, ведь не зря в сигма-дельта АЦП фильтры проточены так, чтобы как минимум сетевые наводки подавлять. Вам же при использовании АЦП без фильтра придётся это учитывать и, вероятно, бороться.
А что такое CosmosWorks 2007 и для каких целей оно Вам?

С внешним s-d схема измерения получается примитивная. Вот например
http://www.caxapa.ru/sch/rtd.html
С внутренним ADC будет сложнее и дороже. Чтобы выжать 11 разрядов тебе надо будет растянуть входное напряжение с датчика на всю шкалу АЦП. Чтобы избавиться от диференциальных наводок на вход придется ставить инструментальный усилитель. Ток через датчики тоже надо будет чем-то задавать. В s-d ADC это все уже есть. После него ставь любой контроллер, хоть АRМ. Мерять температуру мегагерцовым АЦП неправильная идея, чтобы не влиял нагрев датчика ток делают порядка 10-1000 микроампер. CosmosWorks вроде и незачем. s-d ADC с 8 входами может и не быть подходящего, в этом случае вместо мультиплексора может оказаться выгоднее просто поставить еще один ADC, стоит он 2...7$.

Будут ли дифференциальные наводки на АЦП последовательного приближения, если они должны компенсироваться, потому как на опорное АЦП и на вход моста Уитстона подается одно и то же напряжение (6-проводная схема)?
Зачем ставить еще один АЦП вместо мультиплексора, если перед АЦП поставить мультиплексор, а после АЦП поставить микроконтроллер, который будет управлять мультиплексором?
Датчики будут стоять возле плазменного генератора атомарного водорода (они будут мерить его поток в зависимости от сопротивления пленки переходного металла - чувствительного элемента), от разрядов плазмы возможны, по-моему, значительные наводки. На предыдущей установке сопротивление чувствительных элементов для уменьшения влияния наводок мерили током около 70 мА, видимо, и импульсы были микросекундными, чтобы не нагревать датчики. Микроконтроллер использовался примитивный, такие сейчас даже не выпускаются.

Сообщение отредактировал maxybox - Apr 23 2007, 10:31

[slog]

1. Наводки будут всегда. Чтобы их уменьшить применяют экранированную витую пару и дифференциальный вход, лучше на инструментальном ОУ.
2. Хороший мультиплексор стоит примерно как дешевый АЦП, к тому же схема будет проще. Тебе надо мультиплексор на 8 дифференциальных входов, в одном корпусе такое вряд ли есть из доступного.
3. Если у тебя там еще и плазма.... первостепенное внимание борьбе с наводками.

В сигма-дельта АЦП внутри есть цифровой фильтр с подавлением 50-80Дб, максимум на 50(60)гц, это никогда не лишнее.

70ма в 100омный датчик температуры - это нужны сильные основания к такому. Сначала следует выжать максимум из входного усилителя в смысле подавления помех, а уж потом ток увеличивать.

[maxybox]

1. Наводки будут всегда. Чтобы их уменьшить применяют экранированную витую пару и дифференциальный вход, лучше на инструментальном ОУ.
2. Хороший мультиплексор стоит примерно как дешевый АЦП, к тому же схема будет проще. Тебе надо мультиплексор на 8 дифференциальных входов, в одном корпусе такое вряд ли есть из доступного.
3. Если у тебя там еще и плазма.... первостепенное внимание борьбе с наводками.

В сигма-дельта АЦП внутри есть цифровой фильтр с подавлением 50-80Дб, максимум на 50(60)гц, это никогда не лишнее.

70ма в 100омный датчик температуры - это нужны сильные основания к такому. Сначала следует выжать максимум из входного усилителя в смысле подавления помех, а уж потом ток увеличивать.

Во-первых, мультиплексоры с 8 дифференциальными входами есть, я уже такие нашел, есть такие, у которых очень низкое собственное сопротивление (единицы Ом).

Во-вторых, там помимо восьми датчиков температуры есть восемь датчиков сопротивления, именно их нужно обезопасить от излишнего нагрева, который может паразитно изменить их сопротивление. Датчики сопротивления на основе пленок из ванадия, палладия и их комбинации, сопротивление этих металлов напрямую зависит от потока атомарного водорода, попадающего на них. Этот поток и нужно мерить. А генератор атомарного водорода плазменный.

В-третьих, скажите мне, почему предпочтительнее использовать отдельный s-d АЦП, нежели такой же АЦП внутри микроконтроллера? В микроконтроллере происходят цифровые наводки? Или что еще?

Сообщение отредактировал maxybox - Apr 23 2007, 13:47

[slog]

Несколько я знаю многоразрядные сигма-дельта в контроллере только у AD, и то оказывается контроллер с 51-м ядром. В остальных МК АЦП последовательного приближения 10-ти, максимум 12 бит. Из которых надо еще постараться чтобы вытянуть 11.

Что за мультиплексоры с 8 дифференциальными входами? Как называются сколько стоят?

Можно конечно по разному схему сделать, хозяин-барин. Я конечно не знаю целиком твоей задачи, но я бы не стал мерять сингал с термосопротивления с точностью 0,5 градуса 10-ти разрядным АЦП.

[Сергей Борщ]

В-третьих, скажите мне, почему предпочтительнее использовать отдельный s-d АЦП, нежели такой же АЦП внутри микроконтроллера?

Насчет "предпочтительнее" - это решать вам. Но плюсы есть, и вот они -
1) Гораздо проще обеспечить точность и шумы если АЦП поставить непосредственно у датчика, а к процессору тащить цифру.
2) Ничего не мешает поставить еще один (два, три...) АЦП. В случае с контроллером вы ограничены числом входов.
3) Выбор отдельно сигма-дельта АЦП гораздо больше, чем выбор контроллеров с сигма-дельта АЦП, поэтому можно подобрать наиболее подходящий под задачу.
4) Если АЦП не одно, они могут осуществлять преобразование одновременно. Это сильно увеличивает частоту получения результатов (вспомните что я писал выше про переключение каналов для сигма-дельта).

Несколько я знаю многоразрядные сигма-дельта в контроллере только у AD, и то оказывается контроллер с 51-м ядром.

Есть еще у TI в серии MSP430. Больше я тоже не знаю.

[maxybox]

Насчет "предпочтительнее" - это решать вам. Но плюсы есть, и вот они -
1) Гораздо проще обеспечить точность и шумы если АЦП поставить непосредственно у датчика, а к процессору тащить цифру.
2) Ничего не мешает поставить еще один (два, три...) АЦП. В случае с контроллером вы ограничены числом входов.
3) Выбор отдельно сигма-дельта АЦП гораздо больше, чем выбор контроллеров с сигма-дельта АЦП, поэтому можно подобрать наиболее подходящий под задачу.
4) Если АЦП не одно, они могут осуществлять преобразование одновременно. Это сильно увеличивает частоту получения результатов (вспомните что я писал выше про переключение каналов для сигма-дельта).

Есть еще у TI в серии MSP430. Больше я тоже не знаю.

А у Silabs тоже есть. Микроконтроллеры С8051F35Х с 16 и даже 24-разрядными сигма-дельта АЦП

Несколько я знаю многоразрядные сигма-дельта в контроллере только у AD, и то оказывается контроллер с 51-м ядром. В остальных МК АЦП последовательного приближения 10-ти, максимум 12 бит. Из которых надо еще постараться чтобы вытянуть 11.

Что за мультиплексоры с 8 дифференциальными входами? Как называются сколько стоят?

Можно конечно по разному схему сделать, хозяин-барин. Я конечно не знаю целиком твоей задачи, но я бы не стал мерять сингал с термосопротивления с точностью 0,5 градуса 10-ти разрядным АЦП.

Мультиплексоры с 8 диф. входами ADG707. Стоимость пока не узнавал.

51-е ядро считается хуже других?

Еще такие МК есть, к примеру, у SiLabs С8051F35Х

Сообщение отредактировал maxybox - Apr 23 2007, 18:48

[slog]

А у Silabs тоже есть. Микроконтроллеры С8051F35Х с 16 и даже 24-разрядными сигма-дельта АЦП
Мультиплексоры с 8 диф. входами ADG707. Стоимость пока не узнавал.

51-е ядро считается хуже других?

Еще такие МК есть, к примеру, у SiLabs С8051F35Х

ADG707 стоит 5$. Внешний сигма-дельта АЦП стоит примерно столько же, только это будет решение БЕЗ коммутатора на входе.

51-е не то чтобы "хуже других", просто он старенький, сейчас есть много контроллеров удобнее 51-х.
SiLabs в россии не на каждом углу продаются.

[sensor_ua]

C8051F350 покупаем в Киеве по $6.5.

Внешний сигма-дельта АЦП стоит примерно столько же, только это будет решение БЕЗ коммутатора на входе.

Для указанных погрешностей вполне подойдут коммутаторы 74HC4051(8-1), а то и MC14067 (16-1) - грубо - 25 центов. А какой-нибудь ADS1245 5$ в розницу.

[maxybox]

Знаете, что я подумал? Что мы зациклились на точности измерения температуры? Измерить ее, -собственно, второстепенная задача, нужно поддерживать ее постоянной на заданном уровне (40-350 С), с точностью 0,5 - 1 градуса. Вот это будет задача посложнее. Тут тепловой расчет надо делать.

[maxybox]

Знаете, что я подумал? Что мы зациклились на точности измерения температуры? Измерить ее, -собственно, второстепенная задача, нужно поддерживать ее постоянной на заданном уровне (40-350 С), с точностью 0,5 - 1 градуса. Вот это будет задача посложнее. Тут тепловой расчет надо делать.

Короче, я забил на эти тепловые расчеты. Мне надо диплом через месяц доделать. Выбрал микроконтроллер C8051F353 (с 16 битным сигма-дельта АЦП, программируемым коэффициентом усиления на входе) и мультиплексор на 16 диф входов (и такие есть, цена в США 4.51$). Сейчас думаю, какой источник питания на 3 В, мощностью свыше 0.135 Вт с суперстабилизацией напряжения и защитой от помех выбрать. Подскажите, пожалуйста!

[wodya]

За месяц вы такое устройство точно не сделаете. Можете даже не пытаться.
И что значит суперстабилизация напряжения?
LM1117 - нормальный стабилизатор для МК.

[slog]

За месяц вы такое устройство точно не сделаете. Можете даже не пытаться.

Полностью устройство, да не успеть. Тут вроде диплом надо. Это вообще всё за последнюю ночь делается, так что еще куча времени.

[gormih]

51-е не то чтобы "хуже других", просто он старенький, сейчас есть много контроллеров удобнее 51-х.
SiLabs в россии не на каждом углу продаются.

А в Silabs не совсем 51 ядро! В том то все и дело, что при той же самой системе команд что и 51 там соблюден принцип один такт - одна команда. Контроллеры очень широко используются в последнее время в измерительных приложениях.

И кстати, если Вы сравните систему команд 51 ядра с любым пиком или авром - вопрос об его немодности и причин распространнености сразу отпадет. Ну а с армом конечно не сравнить :-)


А что касается не на каждом углу - то есть информация, что ЭФО например очень мощно сейчас продвигает Silabs. Так что распротранненость - дело времени.