Digitalvoltmeter
Hier möchte ich am Beispiel des Analog/Digital Converters (ADC) eines ATmega8 Controllers zeigen, wie man ohne großen Aufwand ein Digitalvoltmeter mit einem Messbereich von 0 – 100V realisieren kann.
Der ADC hat eine Auflösung von 10 Bit, kann also 1024 Spannungs-Stufen unterscheiden. Das reicht zum Bau eines Panelmeters, z.B. als Anzeige in einem Netzteil völlig aus.
Nutzt man die Controller interne Referenzspannung von 2,56V, so ergibt sich als kleinste Auflösung: 2,56V / 1024 = 2,5mV. Um zu einer Auflösung von 10mV zu kommen, muss die Eingangsspannung mit 1:4 untersetzt werden. Das lässt sich leicht mit einem Spannungsteiler 120k/40k (=39k+1k) aus Standard Festwiderständen der E12-Reihe realisieren. Hiermit ergibt sich als Grundmessbereich 0-10,23V. Auf die Messbarkeit von negativen Gleichspannungen wird zu Gunsten einer besseren Auflösung bewusst verzichtet.
Da die interne Referenzspannung des ATmega8 laut Datenblatt je nach Exemplar zwischen 2,3V und 2,9V liegen kann, muss man den Spannungsteiler ggf. noch etwas anpassen. Alternativ kann man in der Firmware auch eine Kalibrierung vornehmen.
Wählt man als Auflösung 100mV, so ergibt sich ein größerer Messbereich bis 102,3V. Die Eingangsspannung muss dann mit 1:40 untersetzt werden. Hierzu schaltet man einen weiteren Widerstand von 3,33k parallel zum 40k Widerstand. Genau diese Umschaltung wird von der in "C“ erstellten Firmware automatisch durchgeführt, wenn die jeweiligen Bereichsgrenzen über- oder unterschritten werden. Statt des 3,33k Widerstands wird ein 25-Gang Trimmer (5k) eingesetzt. Die Umschaltung erfolgt direkt durch einen Portpin des Controllers, der einmal als Ausgang den Widerstand gegen Masse schaltet oder als Eingang konfiguriert, die Verbindung trennt. Es werden also keinerlei zusätzlichen Bauteile für die Bereichsumschaltung benötigt.
Entsprechend einfach gestaltet sich das Hardware Design. Trotz der Verwendung bedrahteter Bauteile findet das Digitalvoltmeter auf einer Platine der Größe 3,5 x 4,5 cm mit einseitiger Leiterbahnführung Platz. Als Anzeige dient ein 4-stelliges LED Display mit 10mm Ziffernhöhe, bei dem die gleichnamigen Segmente bereits fertig verschaltet sind.
Digitalvoltmeter