Подскажите как организовать измерительную схему для измерения биполярных сигналов (-5...+5В) если АЦП микроконтроллера может измерять только напряжения от 0...5В

организовывайте пред усилитель например с ку =1/4 и используйте для него смещение = 1/2 VREF

Подключите к источнику опорного напряжения в 5 вольт резистивный делитель на два (допустим два резистора по 10 ком) а со средней точки этого делителя у вас будут от 0 до +5 при -5 до +5 на входе .

Это как раз вы вводите в заблуждение спрашивающего.. Сигнал с амплитудой 10В пройдя через усилитель с ку=2 будет иметь амплитуду 20В. Чем вы его собрались мерять?

иногда лучше жевать.

Я использовал для этого простую схему на одной ИМС LM358:

Сайта не нашел...
Как сделать так чтобы нормирование в меньшей степени зависило от резисторов (он же имею разброс)...

как на ИМС LM358???

См. вложение!!!!

на этой схеме нормирующего усилителя не вижу...

Не суть важно. А вот то, что вы предлагаете усиливать и без того не входящий в рамки 0-Vref сигнал - это существенно.


Нормировать программно.
Допустить что преобразователь уровня линейный (а если он будет построен так как предложил _artem во втором посте, то он практически таким и будет). При калибровке замерить Umin и Umax и возмножно Const 0В, в программе просто домножать рез-тат преобразования АЦП на коэффициент, полученный при калибровке.

Выражайтесь технически грамотно. Вы вообще знаете, что означает запись Ку=2? Ку это не отношение размахов, Ку это коэффициент усиления.
Kovrov предложил правильный вариант, в то время как вы опять предлагаете какую-то ерунду из оперы:

Обоснуйте почему это 1/4 неправильно? Не вижу ничего плохого в том чтобы Ку был равен 1/4.

И почему вдруг нужно именно 1/2, и соответвует ли Ку=1/2 тому, что вы написали выше Ку=2.

Несколько непонятно почему 1/4 , ведь это размах 2,5В, а смещение 1/2vref это наверное 1,25В (при VREF 2.50В) . отсюда получается что измерения (входное напряжение на АЦП) 0-2.5.
При диапазоне измерений 5В.?! Поправте меня знающие люди пожалуста.

Господин Kertis - у меня просто нет слов.
Позвольте вас спросить
вы это нарошно? или действительно непонимаете смысл онного?

Г-ну Rektisy - курс лечения!

Диапазон измерений 0-Vref.
В такой реализации как предложил Kovrov: Vref может лежать в пределах от 2.5V до Vcc, а условный 0V сигнала всегда придется ровно на середину диапазона значений АЦП.

Опять садитесь в лужу? Или правильней сказать из нее и не вылазите?.. Не будет сигнал после усилителя в диапазоне 0..5В. И вообще глупо подбирать Ку "в притык", любое отклонение напряжения питания приведет к выходу за границы диапазона измерений.

Это вообще какой-то бред..

Веселый электроник, imho вам стоит отдохнуть от этого форума.

Дабы прекратить бесполезный флейм: Kovrov предлагает установить на входе усилитель, который можно описать формулой Uвых=Uвх*k+Uсм. Надеюсь формула не вызывает вопросов?

Теперь имеем два случая Uвх=-5, Uвых=0 и Uвх=5, Uвых=5. Имеем систему:

0=-5*k+Uсм
5=5*k+Uсм

=>

Uсм=5*k
5=5*k+5*k

=>

5=10*k => k=1/2, Uсм=2.5

Правильно?

Вот только сделать такой усилитель довольно проблематично (имеется в виду +Uсм после усиления) - проще 2 резистора.

Сразу возникает вопрос: а имеет ли право на жизнь другая схема, описываемая формулой Uвых=(Uвх+Uсм)*k? При тех же исходных данных имеем

0=(-5+Uсм)*k
5=(5+Uсм)*k

=>

из первого равенства или k=0 (что не имеет смысла) или (-5+Uсм)=0 => Uсм=5 => 5=10*k (второе равенство) => k=1/2

Тут конечно малость попроще сделать усилитель, но опять же 2 резистора решают все проблемы.

Сразу же возникает вопрос, а имеет ли право на жизнь именно то, что предлагает Kovrov, что можно описать формулой:

Uвых=Uвх/4 + Vref/2
Имеем те же 2 резистора только других номиналов и то же Uсм.

Вопрос - что мы теряем? Максимум 1 бит разрешения АЦП при Vref=5.
Что приобретаем? Независимость рез-тата измерений от скачков напряжения питания, за счет уменьшения Vref вплоть до 2.5V.

Судя по первому посту:



разговор идет о Vref=5. Исходя из этого - см. мой пред. пост. Про независимость от скачков напряжения питания - у меня в одном из приборов (средстве измерения ) отлично работает запитка проца (VCC) от 78L05, AVCC - через RC фильтр от того-же 78L05, а AREF - от REF195 (5-ти вольтоый опорник).

Разговор идет о возможных путях решения задачи автора вопроса. Если задача автора вопроса решается лучше при Vref = 3V, то почему бы ему не предложить именно такой способ решения? Насчет вашего решения, конечно, оно имеет право на жизнь, только при просадке БП до 6В ваше устройство будет "ошибаться", а при просадке до 5V - устройство будет уже "сильно ошибаться" в то время как с Vref=3V оно может нормально переносить такие просадки питания. ;>

Ну и imho всегда лучше иметь запас диапазона измерений, вместо зашкаливания.

Ну и как это вы умудрились включить ОУ с одноуровневым питанием по схеме инвертирующего усилителя? А раз уж включили, то будьте добры расчитайте-ка значения R1/R2/R3/R4 для того чтобы решить задачу как вы выразились "ровно то что требует ТЗ" с помощью ваших веселых картинок.

А в чём криминал? Будет работать.Что-то не понятно, может проще - R4 = 2 * R2, я бы ещё ёмкость поставил на 3 ногу, 100 нф.
А вообще, непонятно о чем спор, азбука какая-то, не интересный, сор короче. kertis, ты отвали лучше, не засоряй.

Браво kertis! Вот бы раньше так!
Привожу результаты моделирования вышеприведенной схемы:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Поясню второй рисунок.
- зеленая линия - Uвх/2+2.5 - нормированный входной сигнал
- синяя линия - Uвых - выходной сигнал
- красная линия разница между зеленой и синей линиями.

Разница имеет значение около 1.3мВ в середине диапазона. Слева разница около 800мВ, Справа около -57мВ
Вывод: либо снижать диапазон входного сигнала, либо применять Rail-to-Rail ОУ.

ПС kertis, если не секрет, где Вы взяли оригинал рисунка своего калькулятора ОУ? Хотелось бы посмотреть первоисточник.

У него на рисунке написано - OP296
OP296 - Micropower, Rail-to-Rail Input and Output Operational Amplifiers
http://www.analog.com/en/prod/0,,759_786_OP296,00.html

Будет работать только жутко криво. Плюс ко всему еще и питание для ОУ придется ставить отдельное, хотя бы +7В, и резисторы брать с допуском 0,1%.

встречный вопрос, как художества kertis'а можно сопоставить с вопросом автора ветки:

Без резисторов сделать нельзя. Но ответ, который позволяет минимизировать зависимость от номиналов резисторов уже привел Kovrov. Зависимость минимизируется за счет сужения диапазона полезного сигнала по отношению к диапазону измерений АЦП. И делается это как раз с помощью Ку=1/4. Далее производится программная калибровка и все, задача решена.

Задача эта решается невооруженным глазом без особо тщательных расчетов.
всего три резистора - и получаем линейный преобразователь уровня, без дополнительных источников питания.

Операционники и прочие активные элементы, только внесут нелинейность, что было продемонстрировано на модели ortog'ом.

Посыпать голову пеплом следует вам. Т.к. 1/2 здесь явно не подходит.
А насчет 1/3, 1/4, 1/5 у меня нет никаких возражений.


Разумеется почитываю, поэтому специально отметил:
Если вы в моих постах видите только то, что вам хочется и не видите всего остального, то это ваша проблема.



А что скажете о нелинейности около нуля? Тоже посоветуете питанием исправить или взять более "крутой" ОУ?


Естественно, и продолжаю рекомендовать не работать на краях диапазона. Только с Ку=1/2 (как вы советуете) выполнить эту рекомендацию не удастся.




Веселый электроник, продолжает нас веселить?

Какой моральный человек будет использовать опору с напряжением = AVCC?

А в чем криминал?

Вы правда не понимаете почему потребуется достижение 0 и 5В в вашем случае?



сорри, что ввел в заблуждение вас своим постом.
Я не о работоспособности схемы на двух резисторах, а о том как долго вы к ней приходили. Ведь этот ответ уже был дан _atrem'ом еще во втором посте.

Смешно то, что на вопрос автора были даны исчерпывающе правильные ответы в первых двух постах и если бы не появление вашей, глубокоуважаемой в узких кругах, персоны, то тема давно была бы закрыта.

Ну обычно я считаю что ион - это источник точного напряжения (ну или там... ;-)
и уж что совсем не скажешь о AVcc или Vcc...

Кажется я написал, что AREF - от REF195 (опорник AD-шный), а не от VCC или AVCC. Рассмотрите вопрос "А в чем криминал?" в таком контексте...

В таком случае, гораздо полезнее будет книга "Исскуство схемотехники". Не правда ли?

В том, что после 78L05 с его 5% может быть и 4,75 а REF195 ниже 4,998 никак давать не должен.
И что в этом случае будет с АЦП? Когда AVcc ниже опоры?

Пока не потечет ток через защитные и паразитные диоды (~0.5-0.6В) ничего страшного не будет. Проверенно.

я понимаю что вы используете ref195 а нет от vcc
вот если бы вы использовали от Vcc криминала действительно не было
хотя много чего ещё небыло бы тоже :-)
а так согласен г-ном ТомаТ
ну конечно если полагаться на защитные диоды то конечно
в любом случае сгореть то конечно не сгорит.
Повторюсь ни один моральный чел не будет заводить реф= Vcc
да и на практике я таких случаев не встречал
а вообще жалко что не предложили напряжение опоры вольт эдак в 10 :-)
или высокоточный стоимостью долероф 20
кстати от чего вы его собираетесь питать? а если питание 5в?
;------------------
и потом, господа, не кажется что дискутируем из реального пустяка
и копеечной задачи...
нуна... измерить +- 10 в
имеем однополярное напряжение питания 5в
имеем встроенный ион в авр - пусть будет 2,56в
(ни каких внешних ион - ненадо этих жертв)
делаем делитель 1/4 берем простенький оу с питанием (5в например лм324)
берем нашу опору 2,56 делителем резисторов делим реф/2
сие заводим, как смещение операционника с ку 1
и работаем в диаппазоне + - 512LSB ну +-...
все....
че на 4ре страницы тут расписывать?
кстати если могзги расшарить, моня вообще обойтись без ОУ

Нормальный может и не будет, но на практике я такое встречал, экономия называется.

какая такая экономия когда в кристалле уже есть опорник..?
или ставить внеш ион 5в при питании 5в?
почему нельзя выбрать ион не 5 а 2.5 ну или 4.096 хотябы?
ну или до банальности TL431...
:-)

Не везде же есть, в atmega16 - нетВы серьёзно? Опорник и питание не одно и то же, уход.Зачем???

Ну опорник на кристале имеет никакую точность. В моем случае он отпадает.

В той схеме запитать опорник мне есть от чего, там еще +-9В для аналоговой части.

Скажем так: опыт (да и теоретические рассуждения) показывает, что при уменьшении опорного напряжения характеристики АЦП (и без того не ахти) ухудшаются. Т.е. 5 лучше чем 2.5, хотя при 4.096 было-бы незаметно ухудшение, но в момент разработки прибора 4.096 был недоставаем.

Да вообщем тоже не самый лучший вариант по точности.

Самое интересное, что все изготовленные приборы не имели проблем в этой части схемы, однако пришлось выполнить на дискретных элементах источник питания -9В, т.к. 79L09 (отрицательный аналого 78L09) сильно звенела при резком изменении тока потребления (а в связи со взрывозащитой нельзя было установить на выходе конденсатор с большой емкостью, было всего примерно 0.5мкФ). За 78L09 такого замечено не было.

а почему не устроил? из за темп дрейфа?


да в том то и беда что если vcc меньше опоры макс конверс значение будет ниже
что для меня мне как то не посебе из за этого ;-)

Ну во-первых, проц у меня тогда был AT90S4433, там опорником и не пахло. А потом - мега8, но начальный разброс и нестабильность (от температуры тоже) - хуже некуда.

Я и имел в виду, что намерям черте-что, а не то, что сгорит что-нибудь. Atmel'овские МК вообще довольно кондовые, его спалить -- постараться еще нужно.

ЗЫ это к посту Kovrov'a

Ой ребяты....ОГРОМНОЕ спасибо за веселое обсуждение и прекрасное настроение, давно так не смеялся. Особый за перепалку в стиле
- Ты дурак...
- а вот и нет
- а вот и да
- нет, нет, нет
- да, да, да

Вообщем как я понял нет ничего подходящего кроме включения делителя напряжения на двух резиках, правда - тут необходимо чтобы у них разброс был 1%.
И еще не понятно разве ОУ имет коэф-т усиления <1

ставье лучше 3 резистора (3-й - к земле) расчитать по "звезде", чтобы сигнал у вас попадал в 1/2..3/4 диапазона значений АЦП. Тогда отпадет необходимость в однопроцентниках.


Могут иметь меньше 1 по модулю в инвертирующей схеме включения. Ку = -R2/R1. Только без двухполярного питания лучше и не пытаться мудрить.

Вообще-то совет типа "ставьте что под руку попадется, а остальное откалибруем" суть медвежья услуга Дело в том, что у резисторов, которые имеют точность 10% и долговременная стабильность такого-же порядка. Значит вы один раз откалибруете ваш измеритель, а через годик-другой он поплывет и все. Если есть возможность перекалибровывать регулярно, тогда можно экономию навести, хотя 2-3 прецизионных резистора не увеличат себестоимость схемы особо. Лично я ставлю обычно C2-29 и не плачу. Кроме того, в применении именно C2-29 есть один плюс - их легко идентифицировать, т.е. убедиться, что это именно они, а применение номиналов из сетки E192, причем таких, которых нет в сетках E96 и хуже, позволяет недопустить запаивания "что под руку попалось" девочками-монтажницами

сам по себе ОУ имеет теоретически бесконечный коэф.усиления.
Говорилось только о усилителе с ОУ с инв. схемой включения последнего.

Да что вы говорите. ;>
Вот это да.. Научите как в неинвертирующей схеме добиться КУ по модулю меньше 1.

Шутите? Или вы физический смысл ваших же веселых картинок не понимаете?

Да, нехорошо.

Обождите совет был ставить три резистора, а не "что под руку попадется", а уж то, что 1% качественнее чем 10% не вызывает никаких сомнений. Просто в схеме на двух резисторах 10 процентники использовать вообще нельзя.

kertis,пастулируйте у себя в кратком курсе,товарищ Сталин,блин.
А тут факты передергивать не надо,резистивный делитель после ОУ,как и до него,к схеме включения ОУ никакого отношения не имеет.
Кстати,я считал,что теперешние обычные резисторы (типа МЛТ)имеют погрешность 5%,а 10%(типа ВС)
ушли в прошлое.И с долговременной нестабильностью у наших углеродистых все впорядке.
Если не прав,поправьте.

Я понимаю, что это жестокий офф, но так хочется поделиться открытиями чудными имени кертиса