Здравствуйте, уважаемые участники форума!

Мне требуется сделать систему измерения напряжения на 8 каналов. Сделал вот по такой схеме(принципиальная схема в архиве).МК- Atmega 8535. Каналы опрашиваются поочередно с 1-го по 8-й. После каждого переключения канала делаю холостое преобразование для исключения взаимовлияния каналов.
Диапазон входных напряжений от 0 до 5 В.
Частотный диапазон входных сигналов хотелось бы хотя бы до 30 кГц, но пока проверяю на постоянных.
Точность мне нужна максимально возможная в данной ситуации, в общем беру все 10 бит.
Использую режим ADC Noise reduction. Результаты через USART на COM-порт PC.
Скорость 4800 бит/c.
В качестве экспериментального варианта сделал вот на такой плате (схема в архиве)
Для проверки подаю напряжение от 2-х батареек через переменные резисторы. (0-3В)

В общем все как бы работает, вот только младшие 2 (часто и 3) разряда очень не стабильны. Дергаются больно сильно.
Переменники вначале на 100 кОм брал, пробовал и меньше - на 4.7 кОм, многооборотный – картина не менялась. Провода, что от резисторов к АЦП шли – пробовал вместо простых экранированные ставить – тоже не помогло. Вначале все делал от внутреннего RC-генератора на 4 МГц, но пробовал и внешний на 8 МГц ставить (правда на проводках, не знаю как там с помехоустойчивостью у него)

Я девайс подобного рода первый раз делаю, опыта практически нет, поэтому возникает немало вопросов:

1) реально ли получить без дерганий все 10 бит ваще и что для этого надо? Или 9-это предел, а колебания младшего бита сглаживать усреднением только?
2) Все ли верно по схеме у меня или может чего-то не хватает и поэтому такой косяк?
3) питание использую от USB порта… в связи с этим хочу спросить-на сколько оно стабильно? Не может ли из-за него косячить? Я его пока никак не стабилизировал…

Кто знаком с этим, подскажите пожалуйста, что можно сделать!
Буду рад услышать все замечания и поправки!

datasheet читали? Где сопротивления по входу? Где сплошная земля. К тому же очень желательно оставить фольгу на стороне компонентов. К тому же, при данных раскладах, МК желательно запаять в схему а не в панельку вставить.

1-2 младших разряда даже на приличных АЦП отбрасывают, а на меге я думаю 9-это предел даже с усреднением.
При этом ни о каких 30кГц по 8 каналам не может быть и речи

1) реально ли получить без дерганий все 10 бит ваще и что для этого надо? Или 9-это предел, а колебания младшего бита сглаживать усреднением только?
Вы пока видите помехи от питания, оно же у Вас и опорное. Поэтому ставить экранированный провод на вход АЦП пока рано, надо с питанием и опорным разобраться...
Про прямое измерение 30 КГц забудьте... Читайте даташит, там указана полоса АЦП. Хотя, если пропускать периоды и синронизироваться как следует, то можно попробовать оцифровывать, например, вершину каждого 10-го импульса. Даже видел такое в реальности, но там дрожало еще больше разрядов :-) Или я Вас не так понял.

2) Все ли верно по схеме у меня или может чего-то не хватает и поэтому такой косяк?
Не стоит AREF вот так на питание заводить. Решите попробовать внутренний опорник программно подключить, он и накроется. И, скорее всего, все АЦП грохнется. Работайте строго по даташиту (пока опыта нет :-)

3) питание использую от USB порта… в связи с этим хочу спросить-на сколько оно стабильно? Не может ли из-за него косячить? Я его пока никак не стабилизировал…
Для такого питания результат неплохой. Если хотите бОльшего - стабилизируйте питание. Тогда будет плясать только младший разряд. Чтобы и он не плясал - применяйте хороший опорник. Даже ТЛ431 даст приемлемый результат. Ограничивайте полосу входного сигнала - для начала, даже после батарейки, прямо около ножек АЦП включите RC фильтр. И все равно может потребоваться программная обработка, но это будет видно после изменения схемы.





У меня все 10 нормально себя ведут, я ничего не отбрасываю. С оверсэмплингом получал, для пробы, 11 стабильных. Но вот 12-13, как в обещалось, уже не получается. Но, сами понимаете, это сумма топологии, фильтрации входного сигнала и прочие программные заморочки. Проще более хороший АЦП применить. Даже микрочиповский, и то выигрыш дает. Но мне этого не надо, мне и так хорошо с 10 разрядами...

Очень категоричное утверждение. К тому же не соответствует действительности. А что касается AVR так 10 разрядов без дрожания совсем не проблема.

У Вас три проблемы:

1. Надо поставить на Aref хороший опорник. 


2. Надо сделать так, чтобы к пинам АЦП подводились сигналы от источника с выходным сопротивлением не более, если не ошибаюсь, 2кОм

3. Отфильтровать полосу сигнала.  Кстати, 30 кГц на каждый канал  Вы никогда не получите.

Так это, может быть повторитель на ОУ поставить? С согласованием импедансов проблемы тогда отпадут. Ну и конечно RC фильтры по входу не повредят (ИМХО).

Большое спасибо всем за ответы!! в ближайшее время переделаю схему с учетом всего сказанного, и посмотрим.




а какой предел по частоте?
а не на каждый можно?
как это можно правильно посчитать?

Дейтшит по Мега8535, стр. 206 внизу:

Перевод:
По умолчанию для схемы последовательного приближения что бы получить максимальное
разрешение требуется входная частота в диапазоне от 50 до 200 кГц. Если нужно разрешение
меньшее, чем 10 бит, то для получения максимальной скорости входная частота АЦП может
быть и выше 200 кГц.

Пояснение:
Зная, что для преобразования требуется 13 (и в некоторых случаях более) тактов, то,
соответственно, получаем максимальную скорость ощифровки

(50..200) / 13 = 3.85 .. 15.4 кГц

А поскольку у Вас не один канал, а восемь, то полученное значение нужно поделить еще
на весемь. Таким образом, если Вы хотите получить максимальное разрешение (10 бит) по всем
каналам, то максимум, на что Вы можете рассчитывать, -- это 0.5 .. 2 кГц.

Я Вас разочаровал?

Я Вам больше скажу. Заявленным методом передачи данных

можно будет просунуть всего-то 48 измерений в секунду в каждом канале Смысл в полосе 30кГц, если информационный канал позволит максимум 24Гц. Даже если топикстартер каким-либо образом асилит 8 каналов по 60ксемплов/с (для обеспечения заявленной полосы в 30кГц), то общий поток будет 4.8Мбит/с. Тут в пору эзернетом лить.

Надо бы осетра некисло урезать

Может немного не в тему, но может кто скажет (а лучше ткнет носом) каков разброс (а если есть и другие параметры) внутренней опоры?

Простите, я что-то не совсем понял, как вы посчитали...
1) я вот до конца не пойму-о какой частоте здесь идет речь в даташите: "требуется входная частота в диапазоне от 50 до 200 кГц"-это частота работы самого АЦП? или частота дискретизации входного сигнала? или это одно и то же?

2)не пойму формулу, по которой вы считали... Почему так?

Плюс задержки на переключение, иначе будем мерить переходные процессы

1.
Имеется ввиду тактовая частота АЦП. Действительно, она не совсем корректно названа "входной", т.к. такое
определение вносит путаницу между тактовой частотой и входным (измеряемым, нашим) сигналом, который
тоже может носить периодический характер. На самом деле, входная частота -- это тактовая частота АЦП, т.е.
частота для последовательного приближения.

2.
Сложно ничего нет. Все очень даже просто. (Смотрите ДШ.) Для одного измерения АЦП требуется 13 (13.5 и 25
тактов тактовой частоты, в зависимости от режима работы.) Предположим, что у нас "ручной" запуск и к тому же
не первый, значит на одно преобразование нам потребуется 13 тактов. Если мы тактируем АЦП частотой 200 кГц,
то максимальная частота, с которой мы будем получать измеренные значения составит

200 / 13 = 15.4 кГц.

И это, как заметил MrYuran без учета задержек на переходные процессы.

Поскольку АЦП у нас один на все восемь каналов, то мы вынуждены его "по кругу" подключать к каждому
каналу. Таким образом, пока мы оцифровываем один канал, остальные семь находжятся в "свободном полете".
Это значит, что если мы выберем какой-то канал, то в лучшем случае, мы сможем его обрабатывать один раз
из восьми, т.е. скорость (частота), с которой мы можем получать данные с канала будет в весемь раз меньше
скорости оцифровки АЦП. Скорость получения 10-разрядных данных мы уже посчитали, она чуть более 15
тысяч отсчетов в секунду. Следовательно, для каждого из восьми каналов, частота получения отсчетов
составит

15.4 / 8 = 1925 отсчетов в секунду.

Извините, если я очень подробно разжевал механику расчетов. Откройте ДШ и посмотрите на приведенные там
диагшраммы сигналов. Сложного там ничего нет.

Спасибо за ответ. Теперь все вполне понятно.



RST7, У меня к вам похожий вопрос: каким образом считали? нельзя ли поподробнее алгоритм расчета?

Отвечу вместо RST7, надеюсь он не сильно обидится
8(каналов)*10(бит)*60 000(семплов) = 4,8 Мбит. И это только теория, на практике раза в 1,5 можно смело увеличивать и получим требуемую пропускную способность канала

а 60 кСэмплов (при 30 кГц) - это из расчета, что частота дискретизации должна быть минимум в 2 раза выше частоты самого сигнала? я правильно понимаю?

Безусловно. А расчет про 24 Гц полосы получен так - 4800 бод через USART - это 480 байт в секунду (фрейм же 10 бит), 3840 полезных бит в секунду, делим на 10 бит на семпл и на 8 каналов, получаем 48 семплов в секунду по каждому каналу, следовательно полоса - 24 Гц.

Ну по крайней мере вторая часть утверждения очень даже соответвует действительности. 30ksps по 8-ми каналам (да даже по одному) без потерь в точности не получить.

Афтар! При использовании встроенного АЦП АВРки, при всем желании и 8 бит точности, максимум что светит - 1KSPS на канал.

Выходы такие:
1. Если принципиально пользовать AVR - запараллельте 8 штук относительно дешевых и качественных АЦП - ADS7822 (75KSPS) и одновременно считывайте все 8 каналов. (Но тут возникает проблема пропускной способности канала связи с PC, как уже упоминали выше. AVRка просто не справится с потоком данных ~1MB/s даже на макс частоте, не то что на 4Mhz как Вы планируете..., ну разве только взять AVR с внешней шиной (m162/m64/m128) подключить внешний толстый EMAC или ПЛИС и гнать данные туда).

2. Взять проц помощнее, из Атмелов под Вашу задачу так и просится AT91SAM7xxx, там уже есть встроенный достаточно быстрый АЦП (500KSPS --> 500/8 = 62KSPS на канал, ровно то что требуется) и быстрые интерфейсы - USB/EMAC. Плюс обрабатывать поток 1MB/s 32-х битному процу на 55Mhz всяко полегче чем 8-ми битной AVRке на 16Mhz.

Спасибо за предложенные решения! есть над чем подумать..
только хотелось бы понять еще одно - почему не получается нормальной передачи данных через Com на скорости выше 9600 бод. Там ведь на сколько я знаю до 230 кбод можно доходить (если длину провода укорачивать)У меня провод чуть больше полуметра, а на 19200 бод уже данные какие-то левые приходят. С чем это связано?

С несовпадением частот. Кварц у вас на сколько на АВРе стоит?

на данный момент от внутреннего работает на 4 МГц (с записью калибровочного байта в OSCCAL )
Но пробовал и внешний на 8 МГц ставить - тоже самое...

Причин может быть много.

Одну из них указал bloodden.

Другая, например, -- у Вас что-нибудь со скоростью работы программы. Т.е. приняв байт, прога
может его долго обрабатывать, и на принятый второй байт в UARTe может быть записан третий
принятый байт. Правда, в UARTe имеется буфер FIFO на одн байт, и это улучшает ситуацию, но
но ведь не устраняет полностью проблему быстрого потока и медленной обработки. Что там
конкретно у Вас проге, я не знаю. Поэтому, это только предположения.

Еще одна из причин, может оказаться, что у Вас линия связи имеет большую емкость, и фронты
импульсов завалены. Т.е., опять же, так сходу и не угадать, надо смотреть осциллографом.

Межет быть еще что-нибудь. Народ при желании помочь легко накидает Вам кучу своих
предположений.

При правильной подходе к вопросам передачи данных по телефонной лапше, например, на
скорости 230 кбод, Вы должны легко преодалеть расстояние 500 м и чуть более. Что там у Вас
конктретно происходит, надо смотреть по месту. Угадывать сложно.


-- Доктор, у меня в боку колет уже третий день. Вы случайно не занете что это может быть?

Вообще то для больших скоростей уарта нужны кварцы с "правильной" частотой, непример 7,3728 MHz или 14,7456. А, если на 4 или 8 - смотрите табличку в даташите, какая там получается ошибка.

Я имел в виду, что, например: 18 432 000 ГЦ разделить на (ровно!, это важно) 160, получится 115200. Так, как УСАПП делает 16 выборок входного сигнала, получается входная частота для него надо: 115200(например такая скорость надо) *16*10 = 18,432МГц. Если опорная частота не будет нацело делиться(тоже не всегда, это зависит от предделителя) на скорость, то у вас будет ошибка. Её можно посмотреть в даташите на МК для разных скоростей и частот в разделе, посвящённому УСАПП, в конце.
ЗЫ: Извините за сумбурность, воскресенье - день праздников и пива с водкой