Что не так с моей схемой для оцифровки сигнала stm32f103t8c6 после маштабирующей схемы?

Question

[HikKira]

Здравствуйте, оцифровываю сигнал с максимально возможно частотой дискритизацией с помощью отладочной платы BLUE PILL. Код для МК пишу в KubeIDE с помощью HALL. Кусок кода отвечающий за оцифровку представлен ниже:

for(int number = 0; number <= Size; number++)
			  {
				  HAL_ADC_Start(&hadc1); // запускаем преобразование сигнала АЦП
				  HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 1); // ожидаем окончания преобразования
				  adc = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); // читаем полученное значение в переменную adc
				  HAL_ADC_Stop(&hadc1); // останавливаем АЦП (не обязательно)
				  buffer_tx[help1] = (adc & 0x00FF); // младший байт
				  buffer_tx[help2] = ((adc & 0xFF00) >> 8 ); // старший байт
				  //буду отправлять буффером 4000к символов
				  help1 = help1 + 2;
				  help2 = help2 + 2;
			  }

Калибровку проводил.
На картинке №1 (ниже) приведена осциллограмма сигнала с U питания МК:
Из чего следует, что вроде код рабочий. Но, когда я попробовал оцифровать 19В импульсного блока питания ноутбука после маштабирующей схемы на LM358n, принципиальная схема (рис №2) ниже:

Я вижу такую картинку (№3):

Если приблизительно оценить, то средний уровень верен приблизительно 2,5 В, если посчитать по формуле (мультик показывает то же самое).
На всякий случай упомяну, что делаю все на макетках (картинка №4) (пожалуйста не пугайтесь, просто времени нет, на нормальную реализацию):



Я рассчитываю на Ваши советы! Что я мог сделать не так? Конедры поставил на 100 и 4, 7 мкФ между ножками питания микросхемы. Заранее спасибо за Ваши ответы!

Answer 1

[Виктор]

Схема подключения повторителя сделана неверно, нельзя подключать ОУ для обработки сигнала, от которого этот же ОУ питается. Сначала надо смасштабировать этот сигнал до уровней линейного диапазона этого ОУ, например, с помощью резисторного делителя на входе ОУ, а его выход напрямую, без делителей, соединить со входом АЦП.
Причина вашей ошибки - скорее всего, даташит, из которого взята вот эта страница:

Тут сказано, что LM358 может обрабатывать сигналы вплоть до -0,3 вольта, т.е. ниже минуса питания. Это правда, он действительно может это делать, такова особенность его схемотехники. и за это мы его так любим. А вот насчёт плюса питания он так не может - входное напряжение не имеет права выходить за пределы плюса, оно должно быть несколько ниже (обычно на 1...1,5 вольт), чтобы входной диффкаскад смог с ним корректно работать. Написанное в даташите, что он может это делать - неверно, он этого не сможет. Гляньте на его схему - если базу входного транзистора соединить непосредственно с питанием, то этот транзистор просто закроется.
Как возникла эта ошибка, и почему до меня её никто не заметил, мы тут обсуждать не будем. А исправить вашу неприятность очень легко - перепаяйте делитель 6ком/1ком с выхода ОУ на его вход, и всё придёт в норму.

Comments

[HikKira]

Очень спасибо, за Ваш развернутый совет!!!! Как здорово, что есть такие отзывчивые люди, как Вы!

[Виктор]

HikKira, спасибо за "спасибо", но спасибом не отделаетесь. Кликайте "Отметить решением".

[HikKira]

Эх, ляпота-то какая!

Я правда еще земли забыл объединить..... Может это еще как-то сказалось?
И может не подскажите, смогу ли я таким образом оцифровать звуковой сигнал?

[Виктор]

HikKira, я не вижу, чтобы это было забыто - GND от АЦП и минус источника питания объединены. Вообще-то правильный выбор точки общего питания бывает важен при проектировании очень чувствительных устройств. Иногда эту точку с целью предельно минимизировать помехи приходится подбирать практически, прямо на работающем аппарате.
Что касается оцифровки звука, то почему бы и нет? Нужно только прикинуть, хватит ли у вашего STM32 производительностти, чтобы оцифровать широкую звуковую полосу (20 Гц...20 кГц) с требуемой точностью (обычно это не менее 16 бит). Но это вы уже самостоятельно, тут я не настолько в теме, чтобы помочь в таком расчёте.

[Александр Волков]

Ну вообще-то стоит посмотреть внимательно на название таблицы в даташите.
Очень внимательно.
Прям очень внимательно.
Совсем внимательно.
И осознать, наконец, что это предельные значения, при которых микросхема сохраняет работоспособность.
Да, на вход можно подать напряжение, не превышающее предельное напряжение питания - не сгорит. И можно допустить падение потенциала до -0.3В - тоже не сгорит.
А более внимательное чтение даташита далее должно было дать понимание, что максимальное выходное напряжение этого ОУ примерно на пару вольт ниже напряжения питания. И это означает, что в режиме буфера, (как в искомой схеме) подача на вход напряжения питания является недопустимым состоянием схемы.
И в целом ОУ в этом празднике жизни даже не особо нужен - сопротивление АЦП микроконтроллера много выше 1кОм и не внесет существенных погрешностей в работу резистивного делителя напряжения.

[Виктор]

Александр Волков, конечно, вы правы по сути, за исключением одного нюанса - LM358 действительно может обрабатывать сигнал с уровнем чуть ниже нуля. Не выдерживать, а именно обрабатывать, чем я не раз пользовался в своих конструкциях - например, для усиления сигнала с заземлённой термопары или с токового шунта амперметра, включённого в минусовой провод. В даташите это не отражено, там утверждается, что допускается только ноль вольт, и не ниже. С плюсом он так не может - да вроде ни один ОУ не может (разве что какие-нибудь экзотические ОУ с полевиками на входе).
А пишу я это больше для автора вопроса, чтобы он знал про эту особенность и пользовался ею в своих разработках.

[HikKira]

Александр Волков, у меня есть генераторная схема и я переживаю, что делитель с моими номиналами внесет изменения в работу схемы, с которой будет считываться сигнал. но подаваемы сигнал будет меньше Uпитания ОУ)

[Александр Волков]

Виктор, я не готов обсуждать подобные высказывания без принципиальной схемы включения ОУ.

[Александр Волков]

HikKira, ОУ тоже обладает входным сопротивлением. Номиналы делителя напряжения тоже выбираются исходя из тока, который должен проходить через делитель и с учетом сопротивления измерительной цепи, подключенный к нижнему плечу делителя.
ОУ в режиме буфера для уменьшения влияния на измеряемый сигнал использовать вполне допустимо. Просто нужно учитывать его параметры. Особенно если измеряться будет не постоянное напряжение.