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【遇到難題】硬件解決不了,請教下單片機是怎么解決的

想設計一個輸出0-3V(或5V/10V/30V)電壓的電壓源,聽起來沒難度,具體要求如下:

1. 可預置,即:支持0-9鍵盤設置電壓。

2. 可微調,即:可用編碼器進行實時微調。

3. 可粗調,即:可用左/右鍵來設置微調的位置,如:個位,十分位,百分位。。。。

4. 設置分辨率:1mV或0.1mV

想了解的問題如下:

1. 16位的AD夠不夠用?還是需要24位以上的才行?

2. MCU輸出可變電壓的原理是什么?

3. MCU對輸出電壓的溫飄有沒有影響?

4. 對MCU的性能有什么要求?

本人對軟件不了解,煩請單片機版塊各高手賜教,感謝!

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jiame2006
LV.7
2
2014-04-21 23:32

俺也想知道,沒有耐心從頭學起。。。頂

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javike
LV.12
3
2014-04-21 23:41
@jiame2006
俺也想知道,沒有耐心從頭學起。。。頂

先說說我自己用硬件實現的思路吧:

 鍵盤輸入采用16-4線優先編碼器把0-9進行二進制編碼,采樣1,2,4,8為基數的基準進行二進制的十進制加法運算,這樣可以得到非常準確的輸出電壓值,而且溫飄僅受基準影響,如果不計成本,實現0.1PPM的溫飄都不是問題,但問題是,需要如果按1mV步進,需要1,2,4,8,10,20,40,80。。。。。。1000,2000,4000,8000mV的基準,這陣列下來有點傷不起。。。

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javike
LV.12
4
2014-04-21 23:42
@javike
先說說我自己用硬件實現的思路吧: 鍵盤輸入采用16-4線優先編碼器把0-9進行二進制編碼,采樣1,2,4,8為基數的基準進行二進制的十進制加法運算,這樣可以得到非常準確的輸出電壓值,而且溫飄僅受基準影響,如果不計成本,實現0.1PPM的溫飄都不是問題,但問題是,需要如果按1mV步進,需要1,2,4,8,10,20,40,80。。。。。。1000,2000,4000,8000mV的基準,這陣列下來有點傷不起。。。
粗調微調編碼器用門電路配合二進制可逆計數器就可以搞定,這個不是問題,分辨率也不是問題
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2014-04-22 09:03
術業有專攻!~看來多牛的硬件大蝦,也會遇到軟件的問題啊希望在這里能讓你找到答案J版 ~~
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2014-04-22 09:16
@電源網-娜娜姐
術業有專攻!~看來多牛的硬件大蝦,也會遇到軟件的問題啊[圖片]希望在這里能讓你找到答案J版~~
答復: 
        1.你的輸出精度是比較高的,輸出精度和你的輸出電壓有關系,例如:0-3V  精度為1MV以最大電壓計算
輸出最大電壓/單片機的分辨率=3V/2^16=3/65536=0.000046V  大概是46uV   這個精度是夠的,但是還有個問題,這個精度和你的基準源也有關系,如果基準源精度不夠多少位的AD都是扯淡的。
	2.你得去看看DA的問題了,你這么高的要求是必須要AD和DA芯片來進行處理的,并且DA的分辨率也得高
基準源也不能馬虎,DA的結構也有很多種你去看看。例如:權電阻方式。
	3.如果你只是一般場合應用是沒有問題的,DA輸出的電壓溫飄不大,工業用都影響不大。
	4.MCU本身要求不高,你輸出的電壓精度問題都交給AD和DA去處理了。
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2014-04-22 09:22
@yueyunno1
答復:     1.你的輸出精度是比較高的,輸出精度和你的輸出電壓有關系,例如:0-3V精度為1MV以最大電壓計算輸出最大電壓/單片機的分辨率=3V/2^16=3/65536=0.000046V大概是46uV這個精度是夠的,但是還有個問題,這個精度和你的基準源也有關系,如果基準源精度不夠多少位的AD都是扯淡的。2.你得去看看DA的問題了,你這么高的要求是必須要AD和DA芯片來進行處理的,并且DA的分辨率也得高基準源也不能馬虎,DA的結構也有很多種你去看看。例如:權電阻方式。3.如果你只是一般場合應用是沒有問題的,DA輸出的電壓溫飄不大,工業用都影響不大。4.MCU本身要求不高,你輸出的電壓精度問題都交給AD和DA去處理了。
還有個問題輸出精度必須預留余量,比如你要輸出1MV的精度,你的AD和DA的最小精度必須得比這個還小,例如:最小精度0.5MV就可以滿足,有條件還可以把最小精度設置小點,對輸出的精度有影響,因為芯片制造的時候有一定的誤差。
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ouyjangxi
LV.2
8
2014-04-22 09:54

要達到0.1mv的分辨率16bit AD 確實達不到 16bit的分辨率是0.4mv

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qinzutaim
LV.11
9
2014-04-22 10:33
@yueyunno1
答復:     1.你的輸出精度是比較高的,輸出精度和你的輸出電壓有關系,例如:0-3V精度為1MV以最大電壓計算輸出最大電壓/單片機的分辨率=3V/2^16=3/65536=0.000046V大概是46uV這個精度是夠的,但是還有個問題,這個精度和你的基準源也有關系,如果基準源精度不夠多少位的AD都是扯淡的。2.你得去看看DA的問題了,你這么高的要求是必須要AD和DA芯片來進行處理的,并且DA的分辨率也得高基準源也不能馬虎,DA的結構也有很多種你去看看。例如:權電阻方式。3.如果你只是一般場合應用是沒有問題的,DA輸出的電壓溫飄不大,工業用都影響不大。4.MCU本身要求不高,你輸出的電壓精度問題都交給AD和DA去處理了。
達到這個要求的基準電壓源有么?什么型號?
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rsszd
LV.6
10
2014-04-22 10:57
@yueyunno1
答復:     1.你的輸出精度是比較高的,輸出精度和你的輸出電壓有關系,例如:0-3V精度為1MV以最大電壓計算輸出最大電壓/單片機的分辨率=3V/2^16=3/65536=0.000046V大概是46uV這個精度是夠的,但是還有個問題,這個精度和你的基準源也有關系,如果基準源精度不夠多少位的AD都是扯淡的。2.你得去看看DA的問題了,你這么高的要求是必須要AD和DA芯片來進行處理的,并且DA的分辨率也得高基準源也不能馬虎,DA的結構也有很多種你去看看。例如:權電阻方式。3.如果你只是一般場合應用是沒有問題的,DA輸出的電壓溫飄不大,工業用都影響不大。4.MCU本身要求不高,你輸出的電壓精度問題都交給AD和DA去處理了。
30V時1mv的分辨率就辦不到了啊
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2014-04-22 13:33
@qinzutaim
達到這個要求的基準電壓源有么?什么型號?

有很多AD  DA芯片內部是自帶基準源的,這樣的芯片要貴點,但是相對來說基準源要準確些,最好選擇AD公司   TI公司的16位芯片~

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2014-04-22 14:08
MCU溫漂確實是個大問題,感覺外部AD基準會比內部溫漂會好點,而且硬件思路也有點問題。硬件思路應該是按鍵譯碼后(其實可以單片機自己解碼)先解碼鍵值,然后轉換成和AD相同的16進制,然后是采樣輸出電壓,設置的16進制和采樣的16進制進行對比,控制MOS管占空比(這個需要復雜的算法)實時采樣AD控制占空比,達到穩定輸出,也可以用高速光耦做隔離,還可以通過軟件起到短路保護,過壓保護,感覺已經像數字電源邁進了,期待樓主到時實物
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2014-04-22 14:12
@wangchuangwccc
MCU溫漂確實是個大問題,感覺外部AD基準會比內部溫漂會好點,而且硬件思路也有點問題。硬件思路應該是按鍵譯碼后(其實可以單片機自己解碼)先解碼鍵值,然后轉換成和AD相同的16進制,然后是采樣輸出電壓,設置的16進制和采樣的16進制進行對比,控制MOS管占空比(這個需要復雜的算法)實時采樣AD控制占空比,達到穩定輸出,也可以用高速光耦做隔離,還可以通過軟件起到短路保護,過壓保護,感覺已經像數字電源邁進了,期待樓主到時實物

還是用DA輸出吧,占空比想達到高精度根本就不可能!

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wangshujun
LV.8
14
2014-04-22 16:18
@javike
先說說我自己用硬件實現的思路吧: 鍵盤輸入采用16-4線優先編碼器把0-9進行二進制編碼,采樣1,2,4,8為基數的基準進行二進制的十進制加法運算,這樣可以得到非常準確的輸出電壓值,而且溫飄僅受基準影響,如果不計成本,實現0.1PPM的溫飄都不是問題,但問題是,需要如果按1mV步進,需要1,2,4,8,10,20,40,80。。。。。。1000,2000,4000,8000mV的基準,這陣列下來有點傷不起。。。

基準的精度沒有你想象的好,達到常規溫度范圍1ppm以下溫漂的基準都不便宜,基準芯片常見的標注方式是ppm/攝氏度,換算到全溫度范圍誤差都很大的

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2014-04-22 16:20
@wangshujun
基準的精度沒有你想象的好,達到常規溫度范圍1ppm以下溫漂的基準都不便宜,基準芯片常見的標注方式是ppm/攝氏度,換算到全溫度范圍誤差都很大的
這個有道理,基準源是關鍵,并且很貴!個人建議用好點的AD  DA  內部帶基準源的實惠點~
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wangshujun
LV.8
16
2014-04-22 16:26
@javike
先說說我自己用硬件實現的思路吧: 鍵盤輸入采用16-4線優先編碼器把0-9進行二進制編碼,采樣1,2,4,8為基數的基準進行二進制的十進制加法運算,這樣可以得到非常準確的輸出電壓值,而且溫飄僅受基準影響,如果不計成本,實現0.1PPM的溫飄都不是問題,但問題是,需要如果按1mV步進,需要1,2,4,8,10,20,40,80。。。。。。1000,2000,4000,8000mV的基準,這陣列下來有點傷不起。。。

編碼器之類的就別考慮了,成本比單片機貴多了,實現難度更大

16位ad的分辨數有65536,在3v輸出時可以達到0.046mv的分辨率,但是一般來說16位的可信精度也就是15位甚至更低一些。這時候精度差不多是0.1-0.2mv,還是充分滿足要求的

30v的時候應該能到1-2mv也能有效的滿足需要的

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wangshujun
LV.8
17
2014-04-22 16:29
@wangchuangwccc
MCU溫漂確實是個大問題,感覺外部AD基準會比內部溫漂會好點,而且硬件思路也有點問題。硬件思路應該是按鍵譯碼后(其實可以單片機自己解碼)先解碼鍵值,然后轉換成和AD相同的16進制,然后是采樣輸出電壓,設置的16進制和采樣的16進制進行對比,控制MOS管占空比(這個需要復雜的算法)實時采樣AD控制占空比,達到穩定輸出,也可以用高速光耦做隔離,還可以通過軟件起到短路保護,過壓保護,感覺已經像數字電源邁進了,期待樓主到時實物
獨立的ad和da只和外部的基準源相關和單片機的溫漂沒啥關系的,即使單片機內部的高位的ad和da也有獨立的參考電壓輸入的
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javike
LV.12
18
2014-04-22 16:41
@wangshujun
基準的精度沒有你想象的好,達到常規溫度范圍1ppm以下溫漂的基準都不便宜,基準芯片常見的標注方式是ppm/攝氏度,換算到全溫度范圍誤差都很大的
市場0.1PPM的基準不多,但還是有的,凌特的“老頭子”就有2款,不過單價在250-300RMB,DIY玩玩還是可以接受的,實測過可以達到0.05PPM左右
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javike
LV.12
19
2014-04-22 16:42
@wangshujun
編碼器之類的就別考慮了,成本比單片機貴多了,實現難度更大16位ad的分辨數有65536,在3v輸出時可以達到0.046mv的分辨率,但是一般來說16位的可信精度也就是15位甚至更低一些。這時候精度差不多是0.1-0.2mv,還是充分滿足要求的30v的時候應該能到1-2mv也能有效的滿足需要的
編碼器是必須的,電位器滿載不了壽命和可靠性,編碼器做飛梭應該是不二的選擇
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wangshujun
LV.8
20
2014-04-22 16:43
@javike
市場0.1PPM的基準不多,但還是有的,凌特的“老頭子”就有2款,不過單價在250-300RMB,DIY玩玩還是可以接受的,實測過可以達到0.05PPM左右
這個價格是自帶恒溫的吧,好像國辦也有,開機需要過一會才穩定的,一般產品里面用不起呀
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wangshujun
LV.8
21
2014-04-22 16:44
@javike
編碼器是必須的,電位器滿載不了壽命和可靠性,編碼器做飛梭應該是不二的選擇
我說的編碼器是指16/4的編譯碼器,不是用于輸入的旋轉編碼器
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javike
LV.12
22
2014-04-22 16:47
@yueyunno1
答復:     1.你的輸出精度是比較高的,輸出精度和你的輸出電壓有關系,例如:0-3V精度為1MV以最大電壓計算輸出最大電壓/單片機的分辨率=3V/2^16=3/65536=0.000046V大概是46uV這個精度是夠的,但是還有個問題,這個精度和你的基準源也有關系,如果基準源精度不夠多少位的AD都是扯淡的。2.你得去看看DA的問題了,你這么高的要求是必須要AD和DA芯片來進行處理的,并且DA的分辨率也得高基準源也不能馬虎,DA的結構也有很多種你去看看。例如:權電阻方式。3.如果你只是一般場合應用是沒有問題的,DA輸出的電壓溫飄不大,工業用都影響不大。4.MCU本身要求不高,你輸出的電壓精度問題都交給AD和DA去處理了。

基準可以達到的,但我擔心單片機對基準做分壓的精度,而且不懂單片機是如何實現分壓的,如果是PWM積分,估計誤差不小。

DA/AD用16位的應該差不多了吧,權電阻還是串電阻?我了解過威世和安捷倫的電阻網絡模塊芯片,都是需要比較特殊的分壓,不是二進制也不是十進制的,比較郁悶。

我擔心的不是DA的溫飄,擔心是MCU輸出的溫飄

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javike
LV.12
23
2014-04-22 16:48
@yueyunno1
有很多AD DA芯片內部是自帶基準源的,這樣的芯片要貴點,但是相對來說基準源要準確些,最好選擇AD公司  TI公司的16位芯片~

自帶基準的基準肯定達不到要求。

我預計的基準和AD,DA加起來估計500RMB左右

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javike
LV.12
24
2014-04-22 16:49
@ouyjangxi
要達到0.1mv的分辨率16bitAD確實達不到16bit的分辨率是0.4mv
這個怎么算來的?
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javike
LV.12
25
2014-04-22 16:51
@wangchuangwccc
MCU溫漂確實是個大問題,感覺外部AD基準會比內部溫漂會好點,而且硬件思路也有點問題。硬件思路應該是按鍵譯碼后(其實可以單片機自己解碼)先解碼鍵值,然后轉換成和AD相同的16進制,然后是采樣輸出電壓,設置的16進制和采樣的16進制進行對比,控制MOS管占空比(這個需要復雜的算法)實時采樣AD控制占空比,達到穩定輸出,也可以用高速光耦做隔離,還可以通過軟件起到短路保護,過壓保護,感覺已經像數字電源邁進了,期待樓主到時實物
控制占空比的方式誤差會比較大吧
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javike
LV.12
26
2014-04-22 16:52
@wangshujun
我說的編碼器是指16/4的編譯碼器,不是用于輸入的旋轉編碼器
16-4的編碼器用CD4000系列的芯片就可以搞定,幾塊錢的東西,很便宜的
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wangshujun
LV.8
27
2014-04-22 17:06
@javike
16-4的編碼器用CD4000系列的芯片就可以搞定,幾塊錢的東西,很便宜的

你需要的功能用單片的話全算上5塊錢就夠了(不算adda和基準,那個要求高就沒邊了),而且就是一片芯片,布線簡單方便

3-4塊錢的單片機加上驅動數碼管的595一類的芯片

如果控制精度在1mv,連ad和da都算上用一個10塊錢的芯片就足夠了

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wangshujun
LV.8
28
2014-04-22 17:07
@javike
基準可以達到的,但我擔心單片機對基準做分壓的精度,而且不懂單片機是如何實現分壓的,如果是PWM積分,估計誤差不小。DA/AD用16位的應該差不多了吧,權電阻還是串電阻?我了解過威世和安捷倫的電阻網絡模塊芯片,都是需要比較特殊的分壓,不是二進制也不是十進制的,比較郁悶。我擔心的不是DA的溫飄,擔心是MCU輸出的溫飄
mcu又不參與ad和da,處理的都是數字信號,票一點沒影響
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wangshujun
LV.8
29
2014-04-22 17:21
@javike
控制占空比的方式誤差會比較大吧
在你追求的精度上pwm是沒有任何意義的,反應慢,精細度差
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javike
LV.12
30
2014-04-22 17:23
@wangshujun
你需要的功能用單片的話全算上5塊錢就夠了(不算adda和基準,那個要求高就沒邊了),而且就是一片芯片,布線簡單方便3-4塊錢的單片機加上驅動數碼管的595一類的芯片如果控制精度在1mv,連ad和da都算上用一個10塊錢的芯片就足夠了
10塊錢肯定是達不到這個要求的,這個不用算,我預算成本500塊做到就不錯了。
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javike
LV.12
31
2014-04-22 17:24
@wangshujun
mcu又不參與ad和da,處理的都是數字信號,票一點沒影響

那輸出的電壓不是MCU輸出的?是DA?

比如基準源是7V的,要輸出1V,分壓是AD完成的?這個我有點不理解了,是如何完成的,精度如何保證?

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