Как измерить от -50 В до 50 В с помощью микроконтроллера At-mega

В зависимости от импеданса источника вы можете сделать это всего с 3 резисторами.

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

По сути, это формирует делитель потенциала, смещенный к центру шин питания. Когда напряжение на входе равно$-50\mathrm{V}$, вы можете решить, что в итоге вы получите$0\mathrm{V}$на выходе, а когда на$50\mathrm{V}$вы закончите с$5\mathrm{V}$на выходе.

---

---

Чтобы ответить на комментарий, спрашивающий, как это работает, мы должны немного углубиться в теорию цепей. Давайте сначала изменим приведенную выше схему так, чтобы мы могли делать некоторые выводы. Это показано в верхней левой схеме ниже.

^{смоделируйте эту схему}

Источник напряжения с последовательным сопротивлением можно преобразовать в источник тока с параллельным сопротивлением. В правой верхней схеме на диаграмме выше я сделал это преобразование. Используя это преобразование, мы можем сказать, что:

$$\begin{matrix} I_s=\frac{V_s}{R_1} &&& I_{dd}=\frac{V_{dd}}{R_3}=\frac{5}{R_3} \end{matrix}$$

На самом деле мы можем снова выполнить преобразование. Если сгруппировать сопротивления$R_1$и$R_3$вместе, и сгруппируйте источники тока вместе, затем снова выполните преобразование, мы получим правую нижнюю схему. После преобразования мы можем сказать:

$$\begin{matrix} R_t=\frac{R_1 R_3}{R_1 + R_3} &&& V_i=(I_s + I_{dd})\times R_t \end{matrix}$$

С небольшой заменой получаем:

$$V_i = \left(\frac{V_s}{R_1} + \frac{5}{R_3}\right)\times R_t$$

Из схемы видно, что теперь это просто простой делитель потенциала с довольно уродливым входным напряжением. Итак, мы можем сказать, что:

$$V_o = V_i \frac{R_2}{R_2 + R_t} = \left(\frac{V_s}{R_1} + \frac{5}{R_3}\right)\times\frac{R_2 R_t}{R_2 + R_t}$$

Из самых основ делителя потенциала мы знаем, что существует линейная зависимость между входом и выходом. Когда вход становится ниже, выход уменьшается (хотя и на масштабированную величину). Итак, чтобы начать устанавливать значения для вышеуказанных резисторов, мы можем принять некоторые ограничения. Заданные вопросы:

$$V_{i_{max}} = 50\mathrm{V} \rightarrow V_{o_{max}} = 5\mathrm{V}$$ $$V_{i_{min}} = -50\mathrm{V} \rightarrow V_{o_{min}} = 0\mathrm{V}$$

Итак, давайте работать с этим. Сначала сделаем минимальный лимит. Что это может сказать нам о резисторах?

$$\begin{align} V_o &= \left(\frac{V_s}{R_1} + \frac{5}{R_3}\right)\times\frac{R_2 R_t}{R_2 + R_t}\\\\ 0 &= \left(\frac{-50}{R_1} + \frac{5}{R_3}\right)\times\frac{R_2 R_t}{R_2 + R_t}\\\\ \frac{50}{R_1} &= \frac{5}{R_3}\\\\ R_1 &= 10 R_3 \end{align}$$

Это очень удобно. Это говорит нам о хороших простых отношениях между$R_1$и$R_3$. Это также упрощает отношения$R_t$к:

$$\begin{align} R_t&=\frac{R_1 R_3}{R_1 + R_3}\\\\ R_t&=\frac{10 R_3 R_3}{10 R_3 + R_3}\\\\ R_t&=0.909 R_3 \end{align}$$

Теперь давайте попробуем наш максимальный случай:

$$\begin{align} V_o &= \left(\frac{V_s}{R_1} + \frac{5}{R_3}\right)\times\frac{R_t R_2}{R_t + R_2}\\\\ 5 &= \left(\frac{50}{R_1} + \frac{5}{R_3}\right)\times\frac{R_t R_2}{R_t + R_2}\\\\ 5\frac{R_t + R_2}{R_t R_2} &= \frac{50}{R_1} + \frac{5}{R_3}\\\\ 5\frac{0.909 R_3 + R_2}{ 0.909 R_3 R_2} &= \frac{50}{10 R_3} + \frac{5}{R_3}\\\\ R_2 &= 1.111 R_3 \end{align}$$

Итак, в этом случае мы можем в основном сказать об исходной схеме, что:

$$\begin{matrix} R_1 &= 10 R_3 &&& R_2 &= 1.111 R_3 \end{matrix}$$

Оттуда вы можете легко выбрать значение для$R_3$и используйте его, чтобы найти два других значения резистора.