Metódy zvýšenie presnosti A/D prevodu
Zo stránky SensorWiki
Záverečný projekt predmetu MIPS / LS2025 - René Roger
Zadanie
Porovnáme dve možnosti ako spresniť výsledok A/D prevodu v mikroprocesore. Výsledky porovnáme v tabuľke pre 3 rozličné vstupné napätia (0,2.5 a Vcc) pri jednom meraní, priemere zo 64 meraní a pri meraní s uspatými perifériami procesora. Meranie zopakujeme 100x a vyhodnotíme štatisticky.
Literatúra:
Analýza a opis riešenia
Cielom zadania je porovnat 3 odlisne metody ziskavania dat z A/D prevodnika. Po interakcii s uzivatelom, ktory mu zada napatie VREF (potrebne na prepocet nameranej hodnoty v bitoch na realnu hodnotu v mV) a realneho meraneho napatia (potrebne na statisticke vyhodnotenie posunu), program automaticky zoberie potrebne mnozstvo vzoriek z kazdej meracej metody a vykona aj statisticke vyhodnotenie ktore zobrazi uzivatelovi. Interakcia s uzivatelom prebieha prostrednictvom seriovej linky - cez terminal PuTTy.
Vyhodnocovacie metody
Pre vyhodnotenie dat vyuzijeme nasledujuce ukazovatele kvality namernaych udajov, aby sme mohli jednotlive meracie metody porovnat.
Priemerna hodnota
Je aritmeticky priemer nameranych hodnot, je vyuzivany pri pocitani otatnych ukazovatelov a hovori nam, aka bola priemerna namerana hodnota
Najvacsia odchylka
Je najvacsia odchylka nameranej hodnoty od priemernej hodnoty. (mensie = lepsie)
Offset
Je rozdiel nameranej priemernej hodnoty a realnej hodnoty napatia na meranom pine. (mensie = lepsie)
ISE
Je suma stvorcov odchylok. Casto sa pouziva ako ukazovatel kvality (mensie = lepsie)
Porovnanie metod
Kedze porovnam viacero metod, tu je ich teoreticke porovnaie.
Jednotlive maranie
Tato metoda je najrychlejsia a zaroven najmenej presna. Je najrychlejsia vdaka tomu, ze berie iba 1 vzorku. Po odstatovani merania moze navyse procesor vykonavat ine instrukcie a vzorku vyhodnotit az po dokonceni A/D prevodu. Nepouziva sa pri tom ziadne opatrenie na zvysenie presnosti prevodu.
Meranie s uspatym procesorom
Procesor ATmega 328P ma niekolko rezimov spanku, tato metoda vyuziva rezim "ADC Noise Reduction". V tomto rezime je vypnuty hodinovy signal pre procesor, flash a aj pre input/output. Tieto hodinove signaly su pri A/D prevode zdrojom rusenia, teda ich vypnutim toto rusenie odstanime a dostaneme menej zasumeny prevod. Navyse ma pocas prevodu procesor mensi odber prudu co moze byt uzitocne pri niektorych aplikaciach. Procesor sa prebudi zo spanku po dokonceni A/D prevodu (prerusenie). Medzi nevyhody (v niektorych pripadoch) patri napriklad to, ze pocas prevodu procesor spi, teda nemoze vykonavat instrukcie.
Priemerovanie 64 vzoriek
Pri tejto metode sa zoberie 64 vzoriek a tie sa aritmeticky spriemeruju. Vyhodou je velmi presne meranie, ktore filtuje napatove spicky vo vstupnom siganle (moze but aj nevyhoda, ked chceme tieto spicky detekovat). Hlavnou nevyhodou je, ze toto trvanie trva podstatne dlhsie ako meranie 1 vzorky.
Meranie
Zdroj Z2 sluzi na nastavenie meraneho napatia (na pine A7). Napatie z presneho (linearneho) zdroja je navyse filtrovane cez RC clen s casovou konstantou 0.7s, teda napatie je v case velmi stabilne. Ako napajanie je zvoleny zdroj Z1 a to z dovodu, ze napatie dodavane z USB portu moze vyrazne kolisat, s cim by kolisalo aj referencne napatie pre A/D prevodnik. Po pripojeni externeho zdroju napatia na pin VIN ide toto napatie do linearnecho regulatoru napatia pritomneho na doske Arduino NANO. Arduino NANO si v pripade, ze su pritomne 2 zdroje napatia (USB a VIN), zvoli vzdy VIN. Cela doska je teda napajana z linearneho regulatoru, ktory ma podstatne stabilnejsie napatie.
Po zapojeni napajacieho napatia (Z1, U=9V) som zmeral napatie VREF (= napatie na 5V pine). Nasledne som nastavil napatie na zdroji Z2 podla zadania a pockal na jeho ustalenie. Ustalene napatie som tiez zadal mikroprocesoru. Namerane udaje su v uvedene v tabulke nizsie.
| Merane napatie | Metoda merania | Priemerna hodnota [mV] | Najvacsia odchylka [mV] | Offset [mV] | ISE [-] |
|---|---|---|---|---|---|
| 0V | Jednotlive merania | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Meranie s usp. proc. | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Priemerovanie 64 vz. | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 2.5V (=2.495V) | Jednotlive merania | 2485 | 5 | -10 | 28 |
| Meranie s usp. proc. | 2485 | 5 | -10 | 7 | |
| Priemerovanie 64 vz. | 2485 | 0 | -10 | 0 | |
| Vcc (=5.133V) | Jednotlive merania | 5129 | 0 | -4 | 0 |
| Meranie s usp. proc. | 5129 | 0 | -4 | 0 | |
| Priemerovanie 64 vz. | 5129 | 0 | -4 | 0 |
Vidimez meranie 2.5V, ze najlepsie je meranie za pomoci priemerovania 64 vzoriek a najhorsie za pomoci jednotlivych vozriek. Kedze hodnoty 0V a Vcc su zaroven aj krajne hodnoty pre A/D prevod, maju 0 odchylky.
Algoritmus a program
Algoritmus programu využíva toto a toto, základné funkcie sú takéto a voláma ich tuto... Výpis kódu je nižšie...
#include <avr/io.h>
int main(void)
{
unsigned int measuredValue;
while (1)
{
/* relax */
}
return(0);
}
#include <avr/io.h>
void adc_init(void); // A/D converter initialization
unsigned int adc_read(char a_pin);
Vitaj!
Zadaj napatie Vcc [mV]:
Vcc je 5131 mV
----------------------------------------------------------------
Zadaj napatie na meranom pine [mV]:
merane napatie: 0 mV
JEDNOTLIVE merania vyhodnotenie:
priemerna hodnota: 0 mV
max odchylka: 0 mV
posunutie: 0 mV
ISE: 0
SPANOK vyhodnotenie:
priemerna hodnota: 0 mV
max odchylka: 0 mV
posunutie: 0 mV
ISE: 0
PRIEMER z 64 vyhodnotenie:
priemerna hodnota: 0 mV
max odchylka: 0 mV
posunutie: 0 mV
ISE: 0
----------------------------------------------------------------
Zadaj napatie na meranom pine [mV]:
merane napatie: 2495 mV
JEDNOTLIVE merania vyhodnotenie:
priemerna hodnota: 2485 mV
max odchylka: 5 mV
posunutie: -10 mV
ISE: 28
SPANOK vyhodnotenie:
priemerna hodnota: 2485 mV
max odchylka: 5 mV
posunutie: -10 mV
ISE: 7
PRIEMER z 64 vyhodnotenie:
priemerna hodnota: 2485 mV
max odchylka: 0 mV
posunutie: -10 mV
ISE: 0
----------------------------------------------------------------
Zadaj napatie na meranom pine [mV]:
merane napatie: 5133 mV
JEDNOTLIVE merania vyhodnotenie:
priemerna hodnota: 5129 mV
max odchylka: 0 mV
posunutie: -4 mV
ISE: 0
SPANOK vyhodnotenie:
priemerna hodnota: 5129 mV
max odchylka: 0 mV
posunutie: -4 mV
ISE: 0
PRIEMER z 64 vyhodnotenie:
priemerna hodnota: 5129 mV
max odchylka: 0 mV
posunutie: -4 mV
ISE: 0Pridajte sem aj zbalený kompletný projekt, napríklad takto (použite jednoznačné pomenovanie, nemôžeme mať na serveri 10x zdrojaky.zip:
Zdrojový kód: zdrojaky.zip
Overenie
Postup merania je v sekcii "Meranie". Vykonanie merania je intuitivne, nakolko uzivatel je navadzany textom v terminali. Fotografia hotoveho zariadnia nizsie.
Video:
Kľúčové slová 'Category', ktoré sú na konci stránky nemeňte.