Embedded Systems 1
25.10.2016
Embedded Systems I Themen am 25.10.16 (ES1_16_V4): Wie funktionieren A/D- und D/A-Wandler?; Übung 3: Analog – Digital-Wandler ... Wandlungs-Prinzipien Register-Auswahl und Initialisierung für Praktikum 4, Beachten Sie bitte die zusätzlichen Infos auf Proki und Tafel!
© Ulrich Schaarschmidt FH Düsseldorf, WS 2016/17
Literaturhinweise
(unbewertete Reihenfolge!)
ATmega8535, Datenblätter und Application Notes der Fa. Atmel, AVR-GCC-Tutorial http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-GCC-Tutorial
Interrupt http://www.mikrocontroller.net/articles/Interrupt
Include-Files (C) http://www.mikrocontroller.net/articles/Include-Files_(C)
Bitmanipulation
(in AVR-Assembler und Standard C)
http://www.mikrocontroller.net/articles/Bitmanipulation
http://www.itwissen.info Schmitt, Günter.: Mikrocomputertechnik mit Controllern der Atmel AVR-RISC- Familie 3. Aufl., 2007,Oldenbourg Wissenschaftsverlag GmbH, München 25.10.2016
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Literaturhinweise
(unbewertete Reihenfolge!)
Rieger, Martin : Digital/Analog-Umsetzer und Analog/Digital-Umsetzer In Siemers, Chr.; Sikora, A.: Taschenbuch der Digitaltechnik Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2007
Schwabl-Schmidt: AVR-Programmierung (Buch 1: Grundlagen und der Aufbau von Programmstrukturen) Elektor Academy, Elektor Verlag Aachen, 1. Aufl. 2010
Schwabl-Schmidt: Systemprogrammierung für AVR-Mikrocontroller (Interrupts, Multitasking, Fließkommaarithmetik und Zufallszahlen) Elektor Academy, Elektor Verlag Aachen, 2. Aufl. 2010
Schwabl-Schmidt: Systemprogrammierung II für AVR-Mikrocontroller (Callbacks Fließkommafunktionen und BCD-Arithmetik) Elektor Academy, Elektor Verlag Aachen, 2011 25.10.2016
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Dokumentation Minimum Name des Programmes, Funktion (-sbeschreibung) des Programmes, Name der / des Autoren/Autors, Datum der Erstellung / letzten Änderung (oder richtige Historie der Änderungen mit Datum), Datenbeschreibung; Beschreibung der aufgerufenen Funktionen (aus anderen Modulen / Programmen / Bibliotheken), Versionsnummer (Versionenchronik), 25.10.2016
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AVR – MCUs mit 10 Bit A/DWandler (und n Kanälen)
ATtiny13, ATtiny15L (4 CH) ATtiny26L, ATtiny26 (11 CH) AT90S8535, AT90LS8535 (8 CH) AT90S4433, AT90LS4433 (6 CH) ATmega8, ATmega8L (8 CH), ATmega48, ATmega88 (8 CH) ATmega8535, ATmega8535L (8 CH) ATmega16, ATmega16L (8 CH) ATmega163, ATmega163L (8 CH) ATmega169, ATmega169L (8 CH), ATmega256 (8 CH) ATmega323, ATmega323L (8 CH), ATmega329 (8 CH) ATmega32, ATmega32L (8 CH) ATmega64, ATmega64L (8 CH) ATmega103, ATmega103L (8 CH) ATmega128, ATmega128L (8 CH), AT43USB3xxM/E (12 CH)
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Analog – Digital – Wandler A/D-C Kenngrössen (zu folg. Abb.) Auflösung, Wandlungszeit, Abtast-Halteschaltung (Sample and Hold), Apertur – Verzögerung Zeitspanne zw. Anlegen des Haltemodus und tatsächlichem Übergang i d Haltemod.), Apertur – Jitter (Variation der Aperturverzögerung), Offset – und Verstärkungsfehler, Monotonie (- Fehler -> Missing Codes), Integrale Nichtlinearität (Fehler zwischen quantisiertem und idealem kontinuierlichen Wert), Differenzielle Nichtlinearität (max. Stufenbreitenfehler) 25.10.2016
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Digital / Analog-Wandler Prinzip (als Basis zum A/D-C)
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Analog-Digital-Wandler Prinzip-Schaltbild
[Schmitt, 2007] 25.10.2016
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Wieso ist da nur 1 Komparator? Es handelt sich bei den einfachen A/DWandlern in der Regel um
SAR – Wandler (successive approximation register) Wandler mit schrittweiser Annäherung des digitalisierten Ergebnisses an das analoge Eingangssignal. Es bleibt maximal ein Fehler von einem Halben digit (Bit). 25.10.2016
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SAR – Prinzip (Wägeverfahren)
[IT-Wissen] 25.10.2016
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Sample & Hold - Schaltung
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Idealer Analog-DigitalWandler
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Idealer A/D-Wandler mit begrenzter Auflösung Auch dieser A/D-Wandler hat einen Fehler: Mindestens ½ LSB
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Einfache A / D – Wandler – Fehler: Positiver / Negativer Offset
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Fehler bezogen auf den Single Ended Modus
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Etwas anderer Fehler: Verstärkungs-Fehler
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Blöder Fehler: Monotoniefehler
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Integrale Nichtlinearität (INL)
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Differenzielle Nichtlinearität
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Schaltungstechnik Besonderheiten bei der Zusammenschaltung von Analog-DigitalWandlern und digitalen Schaltungen, wie z.B. Mikrocontrollern. Getrennte Stromversorgung! Kurze Leitungslängen!
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Analog Digital Converter Blockdiagramm
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Vorteiler für den A/D-C
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Timing der AD-Wandlung im Single Conversion Modus mit erweiterter Umwandlung
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Timing der AD-Wandlung für den Single Conversion Modus
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Timing der AD-Wandlung für den Free Running Modus
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Auswahl des Eingangskanals
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A/D-C – Vorteiler Auswahl
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Übungsaufgabe 4 Schreiben Sie die Konfigurations-Bytes für Ihren AD-Wandler-Versuch auf das Übungsblatt und erläutern die von Ihnen ausgewählten Bits! Warum benutzen Sie welchen Modus? Wie ist Ihr vermuteter Ablauf?
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