Komparator vs ADC do lf'a

[aixI]

Witajcie.

Mam do Was pytanie, co lepiej zastosować do robota typu line follower do odczytów stanów czujników? ADC - w mojej atmedze8A jest tylko 8 tych kanałów i mogę mieć tylko 8 czujników, a jak użyję komparatorów to mogę mieć, np. 15/16 czujników (taka liczba jest już znacznie lepsza) ale w moim odczuciu gorzej z ustawianiem wag czujników jak i wyliczania średniej, pod którymi czujnikami jest linia. Bo jak korzystam z ADC to mniej więcej wiem jak to zrobić, ale jak bym chciał się przesiąść na komparatory (lm339) to mam problem. Jak to jest u Was? Jak wy to robicie?

Z góry dzięki za odpowiedź.

[qcn]

Poczytaj o multipleksowaniu: link

[aixI]

Czytałem, jak przeglądałem roboty opisane na Forbocie, np. https://www.forbot.pl/forum/topics7/line-follower-funsiasty-vt5458.htm Ale nie rozjaśnia mi to sprawy, jak miałbym używać multipleksowania ADC to użyłbym gotowego scalaka, np. 4051 ( http://www.tme.eu/pl/details/4051/uklady-logiczne-rodziny-cmos/# ) tylko nie wiem, czy akurat jest on analogowy, ponieważ pisze: Typ układu scalonego cyfrowy, albo tego: 74HC4051 ( http://www.tme.eu/pl/katalog/?cleanParameters=1&searchClick=1&search=74HC4051 ).

Nasuwa się drugie pytanie, jak w ogóle używa się multipleksera, np. analogowego, który będzie potrzebny do zwielokrotnienia ADC? (byłoby to moje pierwsze starcie z nimi 😉)

A jakbym chciał użyć komparatorów (lm339) to jak wyliczać średnią pozycję? Jak przypisać wagi czujnikom, które dają 1/0 od razu na piny uC? (ogólnie jaka liczba czujników jest dobra? parzysta, czy nieparzysta? Lepiej mieć jeden czujnik na środku czy dwa?)

[marek1707]

Zwykły 4051 należy do tzw. serii 4000. Została ona wymyślona niewiele później niż słynna 74xx ale bardzo się od niej różniła. Najważniejsze to zupełnie inny zakres zasilań (3-15V zamiast 5V ±5%) oraz znikomy pobór mocy związany z technologią CMOS. Dzisiaj to standard, ale w dawniej był to wyczyn. W CMOSie dawało się robić - obok zwykłych bramek AND czy OR również przełączniki analogowe i było oczywiste, że w serii 4000 pojawią się w końcu takie układy jak 4066 czy seria multiplekserów analogowych 4051, 52 i 53. Do dzisiaj można je kupić i choć mają wielu konkurentów (Analog robi chyba z 50 rodzajów kluczy analogowych, to samo Maxim, Linear, ST itd..) to ceną i rozpowszechnieniem chyba nikt ich nie przebije. Niestety jako stare układy mają swoje cechy, do których trzeba się przyzwyczaić i pamiętać o nich przy projektowaniu. Najważniejsze to relatywnie duża rezystancja przejścia. Jeżeli po drugiej stronie klucza masz duża impedancję obciążenia to nie przeszkadza, choć - szczególnie przy małych napięciach zasilania - dodatkowe prawie 1kΩ szeregowo włączonego klucza może być problemem przy większych częstotliwościach. Rodzina 4000 była generalnie dużo wolniejsza niż 74xx i miała tragicznie słabe obciążalności wyjść. Pojedyncza bramka serii 4000 nie była w stanie wysterować nawet jednej diody LED (których wtedy nie było, a te pierwsze potrzebowały grubo ponad 20mA żeby w ogóle zacząć) nie mówiąc o czymś poważniejszym. Problemem było nawet przejście sygnału 4000 -> 74xx nie tylko z uwagi na poziom zasilań bo przecież można było oba puścić z 5V, ale właśnie z uwagi na prąd obciążenia. W drugą stronę z kolei 5-woltowe 74xx nie zapewniało odpowiednio wysokiej jedynki na wyjściu (tylko 2.4V) co nie wystarczało CMOS-om itd. Rodzina 4000 nadrabiała swoje słabości dużymi marginesami zakłóceń bo przecież przy zasilaniu 15V szpilki musiały mieć wysokość aż 8V by przekroczyć próg przełączania wejść. Często przesądzało to o jej stosowaniu w środowiskach o dużych zakłóceniach np. w sterownikach przemysłowych - to były czasy przedprocesorowe.

Rodzina 74xx szybko "pozazdrościła" CMOS-om ich kostek analogowych. Trzeba tu przypomnieć, że rodziny te nie są kompatybilne nóżkowo: 4 bramki NAND są inaczej ułożone w 4011 niż w 7400. To samo z rejestrami, licznikami i wszystkim innym. Szybko więc wymyślono rozwiązanie pośrednie: zrobimy układy CMOS które będą miały wyprowadzenia serii 4000 ale będą fajnie i szybko pracować przy 5V i współpracować z rodzinami 74xx. Wzięto początek nazwy z jednej rodziny a koniec z drugiej i tak powstały układy np. 74HC4051 - multiplekser analogowy mający dobre parametry przy 5V kompatybilny wyprowadzeniami z dziadkiem 4051. Oczywiście podłączenie tego nowego układu do 15V załatwi go na 100%. Jeśli projektujesz system na 5V i musisz użyć multipleksera analogowego, to stosuj układy serii 74HC4000 zamiast zwykłych 4000 choć w odpowiednio zaprojektowanym układzie oba będą działać wymiennie.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[aixI]

Dobrze, więc postanowiłem sobie rozkminić jak działa ten multiplekser (74HC4051 - http://www.tme.eu/pl/Document/50ea3802c0be00bd6987902b2938070f/74HC_HCT4051.pdf )

1. Jeżeli czujnik (Y0) wykrył linie, to kanał Y0 "każe" wszystkim wyjściom S0, S1, S2 być na 0 - czyli stan L.

2. Jeżeli czujnik (Y5) wykrył linie, to kanał Y5 "każe" wyjściom S0, S1, S2 być kolejno na: S0 - 1 (H), S1 - 0 (L), S2 - 1 (H).

Dobrze rozumiem?

(mówię, np. czujnik (Yx), bo chyba do tych pinów Yx (Y0 - Y7) są podłączone wyjścia czujników, tak?)

[marek1707]

Nie, tak działa koder priorytetowy. Ma kilka wejść (np. 4, 8 lub 16) na które podajemy jedynki i zera oraz kilka wyjść (odpowiednio 2, 3 lub 4) na których koder odpowiada binarnym numerem wejścia na którym zobaczył stan aktywny. Priorytetowy dlatego, że zawsze odpowiada numerem najstarszego wejścia. Gdy zgłosisz się na wejścia numer np. 1, 2 i 5 to dostaniesz odpowiedź 101 czyli 5 dziesiętnie.

Multiplekser analogowy to zwykły przełącznik. Po jednej stronie ma jeden pin - nazwijmy go Y a po drugiej np. 4, 8 lub 16 pinów X. Na cyfrowe wejścia adresowe (np. A, B, C, ew. D) podajesz numer jednej z 4, 8 lub 16 linii X która zostaje połączona z Y. Koniec. To cała filozofia. 4051 jest multiplekserem analogowym czyli rzeczywiście łączy jak zwykły drut jedną stronę z drugą a sygnały możesz przesyłać w dowolną stronę. Jeżeli do X0..X7 podłączysz czujniki a do Y wejście przetwornika ADC, to wysyłając z procesora do multipleksera trzy sygnały adresu (ABC) podłączasz wybrane wejście Xn do Y czyli do wejścia przetwornika.

Dodatkowo masz jeszcze wejście INHIBIT które w stanie 1 blokuje działanie multipleksera i niezależnie od stanu wejść adresowych, żadne Xn nie jest podłączone do Y.

Multipleksery/demultipleksery/dekodery cyfrowe (np. 74151 lub 74138) działają troszkę inaczej, ale to temat na inną okazję.

EDIT:

1. Nazwy X-Y z mojego opisu można zamienić miejscami jeśli akurat w danych katalogowych Twojego scalaka są odwrotnie, tj masz dużo pinów Yn i jeden X (a może Z).

2. Czasem multipleksery są wielokanałowe (4052, 4053) i wtedy działa to jak kilka przełączników równoległych, adresowanych wspólnymi wejściami A, B.. itd.

3. Multipleksery analogowe obu serii (74HC4000 i zwykłe 4000) mają jeszcze jedną fajną właściwość. Dzięki obecności nóżki dodatkowego zasilania Vee mogą przenosić sygnały zarówno ujemne jak i dodatnie względem masy. Zwykle w prostych systemach z jednym zasilaniem nie jest to potrzebne i wtedy Vee=GND, ale gdy podłączymy Vcc do +5V a Vee do -5V to mamy możliwość pracy z sygnałami w zakresie ±5V. Co ciekawe sygnały logiczne na wejściach adresowych wciąż są odniesione do GND i to jest najfajniejsze w tym wszystkim, bo można je podłączyć wprost do wyjść np. procesora bez pośrednictwa jakichś konwerterów poziomów.

[aixI]

Czyli tak:

*Mam podłączone piny: S0, S1, S2 do trzech pinów uC, aby dokonać pomiaru, np. na Y4 (pin 1), to muszę ustawić S0 - L, S1 - L, S2 - H, tak? (pomijam pin 6 - E, bo go chyba podłączam do masy, tak?) A pin 3, czyli Z muszę podłączyć do dowolnego pinu ADC?

3. Multipleksery analogowe obu serii (74HC4000 i zwykłe 4000) mają jeszcze jedną fajną właściwość. Dzięki obecności nóżki dodatkowego zasilania Vee mogą przenosić sygnały zarówno ujemne jak i dodatnie względem masy. Zwykle w prostych systemach z jednym zasilaniem nie jest to potrzebne i wtedy Vee=GND, ale gdy podłączymy Vcc do +5V a Vee do -5V to mamy możliwość pracy z sygnałami w zakresie ±5V. Co ciekawe sygnały logiczne na wejściach adresowych wciąż są odniesione do GND i to jest najfajniejsze w tym wszystkim, bo można je podłączyć wprost do wyjść np. procesora bez pośrednictwa jakichś konwerterów poziomów.

*Ok, ale mi chyba -5V nie potrzebne : ), czyli jak robię układ zasilany napięciem 5V, to Vee podłączam do masy.

[marek1707]

Dokładnie tak 🙂