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1 I n h a l t 1. Ziel des Buches 2. Messen - was und wie? 2.1. Was ist

EinbettenHerunterladen
Messtechnik mit dem ATmega
G.Schönfelder
Inhalt
1.
Ziel des Buches
2.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
Messen - was und wie?
Was ist Messen?
Steuerung und Regelung als Grundanwendung
Die Welt ist analog - warum digitale Messtechnik
Eine andere Seite des Messens
Wie genau soll man messen
Hardware oder Software
Ein Wort zur Programmierung
3.
3.1.
3.2.
Messen - mit Hardware oder Software?
Was nehme ich wann?
Der Prozessor in der Messtechnik
4.
4.1
4.2
4.2.1
4.2.2
4.3
4.4
4.4.1
4.4.2
4.4.3
4.4.4
4.4.6
4.4.7
4.4.8
4.4.9
4.4.10
4.4.11
4.4.13
4.5
Die Simulation
Grundlage der Simulation
Verwendung des Simulators
Installation
Starten des Simulators
Prinzip des Simulators
Beschreibung der Simulationsobjekte
Analog – Digital-Umsetzer (ADU)
ADU-Blackbox
ATmega128
DAU
Integrator
Komparator
LED
LED-Matrix
Regelstrecke
Schalter
Taster
Problemlösung & Update
5.
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
5.2.
5.2.1.
Messdatenerfassung und Auswertung
Grundgrößen bei Messreihen
Methoden der Messwertwandlung (AD, Uf, …)
Verfahren der Messstochastik
Das Problem der Messfehler
Übung - Erfassen und Bewerten von Messreihen
Erfassen ungestörter Funktionen
1
Messtechnik mit dem ATmega
G.Schönfelder
5.2.2. Erfassen zufälliger Messwerte
5.2.3. Erfassen gestörter Messwerte
5.5. Lösungshinweise zum Kapitel
6.
6.1.
6.1.1.
6.1.2.
6.1.3.
6.2.
6.2.1.
6.2.2.
6.2.3.
6.2.4.
6.3.
6.4.
6.4.1.
6.4.2.
6.4.3.
6.4.4.
6.4.5.
6.5.
6.6.
6.6.1.
6.6.2.
6.6.3.
6.6.4.
6.7.
6.7.1.
6.7.2.
Sensoren zur Messwertgewinnung
Temperaturmessung
Das Widerstandsthermometer
Der Heißleiter
Der pn-Übergang als Sensor
Kraft- und Druckmessung
Aufnehmer mit Metall-Dehnmessstreifen
Piezoresistive Aufnehmer
Piezoelektrische Aufnehmer
Kapazitive und induktive Aufnehmer
Beschleunigung
Helligkeit
Fotozelle, Fotovervielfacher
Fotowiderstand
Fotodiode
Fotoelement / Solarzellen
Fototransistor
Magnetfelder
Weg- und Winkelerfassung
Messung über Tauchkern
Messung über Messpotentiometer
Messung über Codelineal
Messung über inkrementelle Geber
Schalter
Entprellung durch Hardware
Entprellung durch Software
7.
7.1.
7.1.1.
7.1.2.
7.1.3.
7.1.4.
7.2.
7.2.1.
7.2.2.
Die Messwertübertragung
Störungen bei der Übertragung
Störungen durch Felder
Störungen durch Potentialdifferenzen
Störungen durch Leitungsreflexionen
Fehler durch das Übertragungsmedium
Varianten der Datenübertragung
Übertragung analoger Messwerte
Übertragung digitaler Werte
2
Messtechnik mit dem ATmega
8.
8.1.
8.2.
8.2.1.
8.2.2.
8.2.3.
8.3.
8.3.1.
8.3.2.
8.3.3.
8.4.
8.4.1.
8.4.2.
8.5.
8.5.1.
8.5.2.
8.6.
8.6.1.
8.6.2.
8.7.
8.7.1.
8.7.2.
8.7.3.
Die Messwertaufbereitung
analoge Filterschaltungen
digitale Filter
Mittelwertbildung
akkumulierender Mittelwert
Median-Filter
Gleichrichter
Einweg-Gleichrichter
Vollweg-Gleichrichter
Fehler beim aktiven Gleichrichter
Multiplexer
Passive Analogschalter
CMOS-Schalter
Sample&Hold-Stufen
Diskrete Sample&Hold-Stufen
Integrierte Sample&Hold-Stufen
Referenzquellen
Spannungsreferenzen
Stromreferenzen
Sonderbaugruppen
Logarithmierer
Schaltbare Inverter
Schaltbare Verstärker
9.
9.1.
9.2.
9.2.1.
9.2.2.
9.2.3.
9.2.4.
9.2.5.
9.2.6.
9.2.7.
9.3.
9.3.1.
9.3.2.
9.3.3.
9.3.4.
9.3.5.
9.3.6.
Analog-Digital-Wandler
Klassifizierung der Wandler
Vergleichende Wandler
Parallelumsetzer
Einflankenumsetzer (Sägezahnumsetzer)
Stufenumsetzer
Servoumsetzer
Sukzessive Approximation
Fehler bei vergleichenden AD-Wandlern
Bewertung der Umsetzer
Integrierende Wandler
Zweiflankenumsetzer
Spannungs-Frequenz-Wandler
Mehrflankenumsetzer
Charge-balancing-Umsetzer
Sigma-Delta
PWM-Umsetzer (MSP)
G.Schönfelder
3
Messtechnik mit dem ATmega
9.3.7.
9.4.
9.5.
9.6.
9.6.1.
9.6.2.
9.6.3.
9.6.4.
9.7.
G.Schönfelder
Fehler integrierender AD-Wandler
Allgemeine Fehler bei AD-Wandlern
Das Aliasing
Kommerzielle Wandlerschaltkreise
AD-Wandlerschaltungen
Datenerfassungssysteme
Multimeter-Schaltkreise
Die andere Lösung
Lösungshinweise zum Kapitel
10.
Digital-Analog-Wandler
10.1. Summation gewichteter Ströme
10.2. Das R2R-Netzwerk
10.3. Frequenz-Spannungs-Umsetzer
10.4. Wandlung durch Impulsbreitenmodulation (PWM)
10.5. Fehler von DA-Wandlern
10.6. Integrierte Umsetzer
10.7. Einsatzbeispiele für DA-Wandler
10.7.1. Multiplikation von Spannungen
10.7.2. Lautstärkeregelung mit DA-Wandlern
10.7.3. Digital einstellbarer Komparator
11.
11.1.
11.1.1.
11.1.2.
11.2.
11.2.1.
11.2.2.
11.2.3.
11.2.4.
11.3.
Verknüpfung von Messwerteingabe und Messwertausgabe
- eine einfache Regelung
Einige Grundlagen
Die stetigen linearen Regler
Die diskontinuierlichen Regler
Der Regelkreis am Beispiel
Der Zweipunktregler
Der Mehrpunktregler
Die fast stetige Regelung
Einfluss des Zeitverhaltens der Regelstrecke
Lösungshinweise zum Kapitel
12.
Darstellung von Messwerten auf Displays
12.1. Einige grundlegende Gedanken
12.2. Die alphanumerische Darstellung
12.3. Die graphische Darstellung
4
Messtechnik mit dem ATmega
13.
13.1.
13.1.1.
13.1.2.
13.2.
13.3.
13.4.
G.Schönfelder
Darstellung von Zuständen und Messwerten
Ausgabe durch Leuchtdioden
Arbeit mit Einzeldioden
Nutzung von Diodenanordnungen
Das Verfahren der zeitmultiplexen Ansteuerung
Der Einsatz von LCD-Displays
Schaltkreise für die Anzeigesteuerung
14.
Ansteuerung von Lasten
14.1. Probleme beim Anschluss größerer Lasten
14.2. Treiberschaltkreise
14.3. Der Einsatz von Thyristoren (an Gleichspannung)
14.4. Thyristor an Netzspannung
15.
15.1.
15.2.
15.2.1.
15.2.2.
15.2.3.
15.3.
15.3.1.
15.3.2.
15.3.3.
15.4.
15.4.1.
15.4.2.
15.5.
15.6.
Erzeugung von Signalen
Die Grenzen beim Rechnereinsatz
Rechtecksignale
Frequenz- und Impulserzeugung mittels Software
Impulserzeugung mit der Controller-Hardware
Impulserzeugung mit externer Zusatzhardware
Sinussignale
Digitale Sinusgeneratoren
DDS – Digital Direct Synthese
Analoge Sinusgeneratoren
Spezielle Funktionsformen
Analoge Erzeugung von monotonen Spannungsverläufen
Digitale Erzeugung von Funktionsverläufen
Digitale Impulsmuster
Funktionsgenerator-IC
16.
16.1.
16.2.
16.3.
16.4.
16.5.
Messung von Frequenz und Zeit
Die Frequenzmessung
Fehler bei der Frequenzmessung
Messmöglichkeiten mit einem Zähler
Frequenzmessung mit dem Mikrocontroller
Der Aufbau von Digitalzählern
5
Messtechnik mit dem ATmega
G.Schönfelder
17.
17.1.
17.2.
17.3.
17.4.
Messschaltungen und Hilfsmittel
Widerstandsmessung
Messung von Kapazitäten
Messung des Frequenzganges
Hilfsskala für den Oszillograph
18.
18.1.
18.2.
18.3.
18.4.
Messungen in digitalen Schaltungen
Bestimmung von Pegeln und Zuständen
Bestimmung von Zeitabläufen
Logik-Komparatoren
Signaturanalyse
19.
19.1
19.1.1
19.1.2
19.1.3
19.1.4
19.1.5
19.2
19.2.1
19.2.2
19.2.3
19.2.4
19.2.5
19.2.6
19.2.7
19.2.8
Interfaces industrieller Sensoren
Analoge Interfaces
Spannungsausgang
Ratiometrischer Spannungsausgang
Stromausgang
Frequenzausgang und Pulsweitenmodulation
4-/6-Draht-Interface
Digitale Interfaces
CAN-Gruppe
LON
HART
RS485
Profibus
I2 C
SPI
IEEE 1451
20.
Inhalt der CD
21.
Literatur und Quellen
6
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