PIC mikrodenetleyici ile -2 V ila +2 V analog sinyali nasıl örnekleyebilirim?

300 hz'den daha düşük bir frekansa sahip bir analog sinyalden okuma almak için 10bit ADC'li bir PIC mikro kullanıyorum. Bununla birlikte, analog sinyal -2 V ve +2 V aralığındadır. Sinyali kullanılabilir bir aralığa almak için nasıl koşullandırabilirim (ADC'ye girişin pozitif olması gerektiğini varsayarak) Ayrıca bir pozitif ve negatif güç kaynağı.

önemli not: -20V ila + 20V giriş
problemini çözmek için bu cevap gönderildi , çünkü sorulan buydu. Akıllı bir yöntemdir, ancak giriş voltajı sınırı raylar arasında kalırsa çalışmaz.

-2.5V ile + 2.5V arasında bir voltaj elde edebilmek ve 2.5V eklemek için voltajı bir direnç bölücü ile ölçeklendirmeniz gerekir. (PIC'niz için 5V güç kaynağı olduğunu düşünüyorum).

Aşağıdaki hesaplama uzun görünüyor, ancak bunun nedeni yalnızca her adımı ayrıntılı olarak açıkladığım için. Gerçekte o kadar kolay ki, kafanızda hemen yapabilirsiniz.

İlk önce:

R1, ve arasındaki , R2 ve arasındaki ve R3, ve arasındaki . V O U T + 5 V V O U T V O U T G N $V_{IN}$$V_{OUT}$
$+5V$$V_{OUT}$
$V_{OUT}$$GND$

Kaç tane bilinmezimiz var? Üç, R1, R2 ve R3. Tam olarak değil, bir değeri özgürce seçebiliriz ve diğer ikisi buna bağlıdır. R3 = 1k seçelim. Diğer değerleri bulmanın matematiksel yolu, iki ( , ) çiftinden iki eşzamanlı denklem kümesi oluşturmak ve bilinmeyen direnç değerlerini çözmek. Herhangi bir ( , ) çifti olacak, ancak bu çiftleri, yani aşırı değerleri dikkatlice seçerek işleri çok basitleştirebileceğimizi göreceğiz: ( , ) ve ( , ). V O U T V I N V O U T + 20 V + 5 V - 20 V 0 $V_{IN}$$V_{OUT}$$V_{IN}$$V_{OUT}$$+20V$$+5V$$-20V$$0V$

İlk durum: , R2'nin her iki ucunun da bakın , bu nedenle voltaj düşmesi olmadığından ve akım geçmediğine dikkat edin. R2. Bu, in (KCL) ile aynı olması gerektiği anlamına gelir . . Akımı R1 ve bunun üzerindeki voltajı biliyoruz, böylece direncini hesaplayabiliriz: . İlk bilinmeyenimizi buldum! V O U T = + 5 V + 5 V I R 1 I R 3 I R 3 = + 5 V - 0 $V_{IN} = +20V$$V_{OUT}=+5V$
$+5V$$I_{R1}$$I_{R3}$
R1=+20V-5$I_{R3}=\dfrac{+5V-0V}{1k\Omega}=5mA=I_{R1}$
$R1=\dfrac{+20V-5V}{5mA}=3k\Omega$

İkinci durum: , R2 ile aynı şey şimdi R3 ile gerçekleşiyor: voltaj düşmesi yok, bu yüzden akım yok. Yine göre, şimdi = . . R2'den geçen akımı ve bunun üzerindeki voltajı biliyoruz, böylece direncini hesaplayabiliriz: . Bizim ikinci bilinmeyen bulundu! V O U T = 0 V I R 1 I R 2 I R 1 = - 20 V - 0 $V_{IN} = -20V$$V_{OUT}=0V$
$I_{R1}$$I_{R2}$
R,2=+5V-0$I_{R1}=\dfrac{-20V-0V}{3k\Omega}=6.67mA=I_{R2}$
$R2=\dfrac{+5V-0V}{6.67mA}=0.75k\Omega$

Yani bir çözüm: . $R1 = 3k\Omega, R2 = 0.75k\Omega, R3 = 1k\Omega$

Dediğim gibi sadece bu değerler arasındaki oran önemlidir, bu yüzden da seçebilirim . Bu çözümü başka bir ( , ) çiftine göre kontrol edebiliriz, örn. ( , ). R1 ve R3, artık her ikisi de onların kombine değerini hesaplamak zaman bu yüzden bulmak üstlerine + 2.5V-0 volt olan (paraleldir , R2 tam değeri, ve gerekli değeri elde etmek için den ! Yani çözümümüz gerçekten doğru. [QC damgası buraya geliyor]$R1 = 12k\Omega, R2 = 3k\Omega, R3 = 4k\Omega$
$V_{IN}$$V_{OUT}$$0V$$2.5V$$0.75k\Omega$$+2.5V$$+5V$

Yapılacak son şey i bağlamaktır . ADC'ler genellikle oldukça düşük giriş dirençlerine sahiptir, bu nedenle dikkatle hesaplanan dengeyi bozabilir. Endişelenecek bir şey yok, sadece R3'ü arttırmamız gerekiyor, böylece . Diyelim ki , sonra Bundan buluyoruz . R 3 / / R A D C = 1 k Ω R A D C = 5 k Ω $V_{OUT}$$R3 // R_{ADC} = 1k\Omega$$R_{ADC} = 5k\Omega$ R3=1,25k$\dfrac{1}{1k\Omega}=\dfrac{1}{R3}+\dfrac{1}{R_{ADC}}=\dfrac{1}{R3}+\dfrac{1}{5k\Omega}$$R3=1.25k\Omega$

Diğer anlamları: düzenlemek
OK, that it is clever and very simple, i it so soself. ;-) Fakat giriş voltajı raylar arasında kalırsa neden bu işe yaramasın ki? Yukarıdaki durumlarda, her zaman içinden akım akmayan bir direnç vardı, böylece sonra, bir direnç yoluyla düğümüne gelen akım diğerinden geçecekti. Bu, bir voltajın dan yüksek , diğerinin daha düşük olması gerektiği anlamına geliyordu . Her iki voltaj da daha düşükse, sadece o düğümden akım akabilir ve KCL bunu yasaklar. V O U $V_{OUT}$$V_{OUT}$

En kolay yol bir "direnç bölücü" kullanmaktır.

Bu PIC'nin hangi voltajda çalıştığını söylemediniz ve bu nedenle A / D giriş aralığı, bu yüzden örnek için 5V kullanalım. Giriş voltaj aralığınız 40V ve çıkış 5V'dir, bu nedenle en az 8 zayıflayan bir şeye ihtiyacınız vardır. Ayrıca sonucun 2,5V olan 1/2 Vdd üzerinde ortalanması gerekirken, giriş voltajınız 0V üzerinde ortalanır. .

Bu, 3 direnç ile gerçekleştirilebilir. Her üç direncin bir ucu birbirine ve PIC A / D giriş pimine bağlanır. R1'in diğer ucu giriş sinyaline, R2 Vdd'ye ve R3 toprağa gider. Direnç bölücü R1 ve R2 ve R3'ün paralel kombinasyonu tarafından oluşturulur. R2 ve R3'ü elde edilen aralığı 2.5V'de ortalayacak şekilde ayarlayabilirsiniz, ancak bunu açıklamak için basitçe basitçe biraz asimetri ile yaşayacağız ve her iki ucun Vss-Vdd aralığıyla sınırlı olduğundan emin olmak için biraz daha zayıflayacağız.

PIC'nin analog sinyalin 10 kΩ veya daha düşük bir empedansa sahip olmasını istediğini varsayalım. Yine basitlik için R2 ve R3 20 kΩ yapalım. PIC'yi besleyen empedans, 10 kΩ olanların paralel kombinasyonundan daha fazla olmayacaktır. 8'in zayıflamasını elde etmek için, R1'in 7 kez R2 // R3, yani 70 kΩ olması gerekir. Bununla birlikte, sonuç tam olarak simetrik olmayacağından, -20V'nin PIC'ye 0V'den daha az sonuç vermeyeceğinden emin olmak için biraz daha zayıflamamız gerekir. Bu aslında 9 zayıflamayı gerektirir, bu nedenle R1, R2 // R3'ün en az 8 katı, yani 80 kΩ olmalıdır. Standart 82 k standard değeri bir miktar eğime ve kenar boşluğuna izin verir, ancak orijinal sinyali ölçmek için hala A / D aralığının çoğunu alırsınız.

Katma:

İşte benzer bir soruna kesin çözümü bulma örneği. Bunun bir asimetrisi yoktur ve belirli bir çıkış empedansı vardır. Bu çözüm formu, A / D aralığı tamamen giriş voltajı aralığında olduğunda her zaman kullanılabilir.

Bunun için standart devre budur. Gerekli empedansınız için direnç değerlerini ölçeklendirmeniz gerekir.

Sinyal DC değilse veya bir DC referansı önemli değilse, sinyal kapasitif olarak ADC girişine bağlanabilir.

Alternatif olarak, PIC için toprağınız yüzüyorsa, sinyal toprağınızı PIC'nin 1/2 VDD'sine bağlayabilirsiniz.

Aşağıdaki devre işi yapmalıdır:

3.3V
 +
 |
 \
 / 1k
 \
 |
 +-- ADC input
 |
 \
 /  1k
 \
 |
 +-- Signal input (-2V to +2V)

Potansiyel bir bölücü. -2V'de, çıkış 0.65V olacaktır; + 2V, 2.65V'de.

3.3V rayı üzerindeki tüm gürültü girişe aktarılacaktır, bu nedenle bu sorunu azaltmak için iyi bir voltaj referansı kullanın.

Bu, diğer sarf malzemeleriyle de çalışır, ancak ofset kayacaktır.

$V_{ADCREF-}$
$V_{ADC}$$V_{DD}$$V_{ADC}$$V_{ADCREF+}$

$V_{DD}$$\frac{2V}{3.3V}$$V_{ADC}$