土法DIY 5位半山寨电压表，量程2.56V

mapleft

土法DIY 5位半山寨电压表，量程2.56V
国庆时，在家无聊到极点，在广坛和矿坛乱转；
看到有个叫“考拉杂货”的网友在卖一个叫什么“地下流体数据模块”的东西（只要50块，你没听错是50块，赶快买下）；
就是这个东西：




207_1314.jpg (147.52 KB)
2009-12-5 23:18
心想，这东西不是测地震的吧？？？
里面还有个手机模块，不过被人拆了；当然这不是最大的兴趣；
而是这个：




207_1297.jpg (206.21 KB)
2009-12-5 23:18
AD7718 24位的ADC  （上面被拆下那个就是了，为什么要拆，容后再说）
这IC在淘宝的报价要100多呀，这下我可挣翻了；赶紧要了这宝贝；




01.JPG (31.63 KB)
2009-12-5 23:36
AD7718是 24位的ADC 带8路输入选择；
还带一个可编程放大器 支持重20mv 到2.56V 8个量程的切换；
带一个斩波变换（不知这样翻译可对否？）
芯片的滤波器可抑制 50HZ 和60HZ 的 噪声




02.JPG (23.55 KB)
2009-12-5 23:36
后来把AD7718的手册认真学习了一遍；写了个测试程序，打算把原来的单片机拔了，换成我自己的程序，
把电压读出来，送到串口上，做个建议的电压表；
这个东西，使用了AD780的基准，电压为2.56v 按照理论计算，AD7718的分辨率达到  2.56/16777215 = 0.152 uV
心想，做6位半都可以了
程序写好了：把单片机换成我的SST89E516RD2




207_1298.jpg (213.13 KB)
2009-12-6 00:16
通电测试，发现并没有任何的数据发回给电脑；
一检查有个MAX232的通讯IC坏了，更换了；在换的时候想，那个AD7718可别坏了
从新上电测试，有数据发出，可是全为0，调试程序，并用示波器看AD7718上的波形，
不太正常，单片机的电平从5V被拉低到4伏左右；
用万用表测试AD780基准的电压 为 0V，我想呀，不会是基准坏了吧
测试AD7718基准输入， 对地短路


测试AD7718的模拟通道输入，有3个通道对地短路；


这个AD7718的IC 是坏的。。。。。 唉
后来，就把这事放一边了；
过来一段日子；
打算在淘宝买一片，一看包快递要100多块钱， 这下可把豆腐做成肉价了；
我等低烧的仪表档，本着低成本发烧的原则；随后使用了某些非违法道德上受谴责心灵上被折磨的手段
搞到2片全新的AD7718，






207_1300.jpg (247.69 KB)
2009-12-6 00:16
换上AD7718，在修改一些程序的问题；
关键时刻来了：




2.5.JPG (56.45 KB)
2009-12-6 00:16
电压出来了：
为了对比AD7718的性能；我用HP的3478 一同测试了 3000多组数据
基准使用MAX6350; 经一个精密电位器分压后测试；结果如下：




03.JPG (74.29 KB)
2009-12-6 00:16
总体的电压相差了30多个uv 这个是AD780的基准误差，我程序的基准值是按照2.5伏计算，但是实际的基准值
并非2.5v ；
总体上的变化趋势同3478接近；
AD7718线性手头上并没有设备测试；故放弃；
但是看AD7718的手册，也好不了那里去




4.JPG (10.01 KB)
2009-12-6 00:16
而且从调试的整个过程来看，AD7718采集会的数据有200多个点的变化， 由于一个点代表的电压是0.14uv；所 以200多个点的变化
导致最后计算的电压值， 10微伏内的值是跳动的；所以最后实际精度约为5位半
有200多个点的变化，我自己分析原因如下：
  1.基准的噪声
  2.PCB设计并非十分合理，还可以优化，以降低噪声
  3.单片机的干扰，通过滤波器件隔离模拟电源和数字电源，原设计只有2个电感的东西隔离
  4.AD7718转换的噪声；





5.JPG (64.54 KB)
2009-12-6 00:16
从手册可看到。20mv量程是，噪声的分布

xplore

高手 ， 比俺实干多了

3609

高手,佩服!没啥可说的

yanjian

高手！厉害，当时我也看到了，

亏得没买。
原来AD是坏的，是我的话，肯定搞不定的

csclz

5位半表现也不错了

zy_sh_npk

很不错的文章，AD7718性能一般，能做到5位半算不错的了。等看看其它网友测试ADS1281的结果。

xukaiming

原来是坏的,好的50块肯定买不到....50快就买了一块光PCB板子

逆风草

强，这个5位半表不错。

lymex

超强！
10uV的跳动，看来是无法避免了，ADC决定了。不过，很感兴趣楼主的“某些非违法道德上受谴责心灵上被折磨的手段”[s:30]

既然有了双重经验，可以再搞个好一些的ADC，重新做个6位半出来。

chuxp

强大。不过AD7718性能远远不止5位半的水平。

提个观点大家讨论，我总觉得我们这种人好像太陶醉于自己的硬件能力，从而忽视软件在研究中的作用！

楼主所说“电压有200多点变化”，进而推断出最后实际精度约为5位半，明显保守了，因为电压表并不是显示单次采样的结果，而是累计一段时间并经过软件处理后的数据。Agilent的3458就是明显的例子，8位半的表随着其采样速率的提升，分辨力明显下降，最快时就剩下4位半了！
楼主贴出7718的噪声图，其实噪声并不大，而且其影响可能还需进一步评估。照理说对直流测量影响非常有限，因为直流测量本质是按时间进行平均，请注意AD7718的噪声定义是有效值（RMS）而不是平均值，从波形上也可看出，如果取平均值其噪声就很小了，也就是把测量数据多次平均后，噪声影响就可从测量结果中消除。
建议楼主把3000个实际测量数据重新计算一下，例如：相邻的10个取平均，可得到300个结果；。。。。。。然后再100个平均，得到30个结果。。。。。。
然后再重新评估你的DIY成果。

lymex

很多高位表，都是速度越快、噪音就越大，因此测试周期与噪音的乘积甚至几乎是一个常数。

但是，不同的表，这个常数不仅不同，而且相差很大。其中3458的这个常数在所有的表中最小，仅为大约0.01微秒。
其它的表，比如6位半的34401大约0.15微秒。

而通过计算，AD7718的这个常数，是1.5微秒。因此与6位半的差距还是明显的。延长采样时间，或者多次采样平均，是可以减弱噪音的影响，是可以做出6位半来，但速度变慢，类似老表了，比如7081的常数是0.3微秒，人家是8位半。

zy_sh_npk

LS老大的算法很新颖呀,怎么算出来的? 按照这个数据,选个更快的24Bit的ADC,
应该能做出更精确的高位表了.
当然ADC的线性也要很好.

lymex

这个是测试出来的，测试方法见我的“几个8位半的短稳测试”：https://bbs.38hot.net/read.php?tid=719
为了比较，里面也包括了个别7位半和6位半。
例如34401A在采样周期为2秒的场合下测试噪音为0.07ppm，乘起来就是0.14微秒。
对于AD7718的计算，图上已有0.58uVrms噪音，因此相对噪音就是0.58u/20m=29ppm，再除上19.79Hz就得到1.5uV。

rms噪音、短稳、方差，可以认为是类似的东西，只是偏重不同，叫法不同。
噪音到底多少，很多表自己避而不谈，原因大概是指标不太好，说出去怕人家误解、笑话。
只有3458A的噪音指标超好，所以在spec里专门有个表用于描述噪音。
有关噪音，可以在这里讨论：https://bbs.38hot.net/read.php?tid=998

zy_sh_npk

多谢LS老大的回复。噪声只是衡量指标的其中一个，应该理解这个参数对短稳的影响很大。

chq1

强大。

chuxp

lymex老大的这个理论不错，有时间一定仔细研究下。

曾经仔细测试过几种用24位AD制作的数据采集器，发现其中的一些参数考核比较奇怪，与过去对数字电压表的测试有很大的不同。我大致描述一下测试方法：

设置好采样速率，例如50次/秒；设置数字滤波方式，例如最小相位数字滤波；设置增益，例如1；设置采集时间，例如20秒。

1.输入5V ，启动采集，然后通过串口读取采集结果，共1000个数据。数值大约为6000000左右，变化范围很大，最大1000多，一般都相差几百（这与楼主的200字有些类似）。
取这1000个数据的平均值，5V除以这个平均值 ，认为这个参数是灵敏度，也就是一个最低位所对应的电压值，结果为0.12微伏左右。这个好像可以对应电压表的分辨力。
2. 输入短路，启动采集，然后通过串口读取采集结果，共1000个数据。数值在20~40之间。
取这1000个数据的平均值，然后1000个数据依次减去这个平均值，获得1000个差值，对这些差值逐个平方，然后求和，然后平均，最后再开方，得到一个数值，认为这个参数是噪声。从计算过程看，噪声电压的单位还确实是交流有效值。其中减平均值的步骤是消除放大器的直流偏移，确保噪声电压的测试准确。这个是否可以对应电压表的末位跳变？
3.噪声电压作分母，6000000作分子，取对数后乘20，得到所谓动态范围，大约130多dB。这个是否接近电压表的有效位数？

还有一大堆其它测试，都是输入交流信号，测试滤波和频响等交流特性。总体感觉与电压表比较接近，但还有差异。

最关键之处是这种AD自身参数的设置与最终性能严重相关，例如选择不同的数字滤波方式，不同的采集速率，50Hz抑制是否打开，后续的软件处理方式等。
所以在软件方面加强研究，可能还是比较有实际意义。

chuxp

说到这里才想起来，看了一下AD7718的手册，7718也有50Hz抑制功能，这个对电源干扰还是比较有用的，接近60dB（1000倍）呢 ！这个功能楼主是否打开了呢？

pc128

图怎么看不到？？

biterliu