第二十六课--Microduino与运算放大器--差分比例运算/zh - 版本历史

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Microduino与运算放大器—差分比例运算
{| style="width: 800px;"
|-
|
==目的==
本教程提供了运算放大器的基础知识，该示例为差分比例运算电路。通过更改输入电压，观察输出结果，理解差分比例运算电路的使用方法。
==设备==
*'''[[Microduino-Core]]'''
Microduino-Core 是以 Atmel ATmega328P为核心的8位单片机开发核心板，是一个开源的、与 Arduino UNO 兼容的控制器模块。

*'''[[Microduino-USBTTL]]'''
下载程序模块，可直接与 Microduino-Core 或者Microduino-Core+ 相连，让他们与计算机通讯。它的下载接口用的是MicUSB，这也是Microduino小巧的一部分。Microduino大小与一枚一元硬币差不多大。下载线与绝大多数智能手机usb数据线是一样的，方便实用。

*其他硬件设备
{|class="wikitable"
|-
|相关硬件||数量||功能
|-
|LM358||1个常用双路运算放大器，可方便实现数学运算电路。
|-
|30K电阻 ||2个||用于差分比例运算。
|-
|3K电阻||2个||用于差分比例运算。
|-
|可调直流电源 ||1个||通过调节旋钮，可以改变直流输出电压。本示例采用的是0-60V可调直流电源。调试时请不要超过36V安全电压。
|-
|USB数据连接线 ||1条||连通Microduino模块与计算机。
|-
|面包板 ||1块 ||各个元器件汇聚于此。
|-
|面包板跳线 ||1盒||电气连接线。
|-
|}
===可调直流电源===
直流可调电源在我们实验时会经常用到。通过调节电位器旋钮，输出电压值会随着旋钮的调节而改变，输出电压值会显示在LED显示屏上（也有指针指示的）。可调直流电源允许输出的最高电压值与电流值依需求而定。
常见的可调直流电源分两种，一种是开关电源形式，输出效率高，但是输出会有些毛刺。一种是线性调整管形式，输出纹波系数好，效率相比开关电源形式低，线性调整管形式的可调直流电源外观最明显的地方
是电源的散热片上会有金属封装的调整管（一般为铁封的三极管）。该示例采用的是输出0-60V可调的直流电源，电流最高输出20A，开关电源形式。
[[File: 可调直流电源实物.jpg|600px|center|thumb]]

==实验原理图==
[[File: diff358Protel.jpg|600px|center|thumb]]
[[File: diff358Fritz.jpg|600px|center|thumb]]
如果需要测量一个24V左右蓄电池的电压，然后由Microduino输出该电压值，你会
怎么试验?最先想到是可能是通过电阻分压的方法，把24V电压降低为原来的十分之一，2.4V电压再由Microduino的模拟口识别。
通过电阻分压的这种方法是可行的。电阻分压的这种方式被测量的电压负极端需要和Microduino的GND连接在一起。
本示例通过LM358差分比例运算电路也可以实现测量24V电压值，并且蓄电池的负极端没有
和Microduino的GND连接在一起。该示例中Vout=Vin*（R2/R1），前提是R1=R3，R2=R4。如果R1=R3=3M，R2=R4=30K该电路还可以测试相对更高电压，笔者曾用该参数测试过400V的直流电压
(备注：3M的电阻由1M与2M的电阻串联而得，1M与2M的电阻功率均为1/4W)。测试高电压时需注意安全。
==程序==

<source lang="cpp">
///A0 connect amp358 output
int anaValueAmp; //amp value map(0--1023)
float anaVoltageAmp; //amp output voltage
void setup()
{
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
anaValueAmp=analogRead(A0);
anaVoltageAmp=anaValueAmp/1023.0*5;
Serial.print("Amp358 output voltage is ");
Serial.print(anaVoltageAmp);
Serial.println("V");
delay(1000);
Serial.print("The actual voltage is ");
Serial.print(anaVoltageAmp*10);
Serial.println("V");
delay(1000);
}
</source>

==调试==
[[File: 差分比例运算实物.jpg|600px|center|thumb]]
*参考上图用导线连接完毕并确认无误。
*把程序复制到arduinoIDE中。
*编译程序，选择正确的板卡与相应串口。
*点击Upload，下载完毕后打开arduinoIDE自带的串口监视器，观察结果。
[[File: diffComOutput.jpg|600px|center|thumb]]
*调节直流可调电源，可观察到串口监视器输出电压值的变化。上图为输入12V（电源LED显示值）与24V（电源LED显示值）时串口监视器的实际输出值。

==结果==
按照原理图连接好电路。程序下载后，可在arduino IDE自带的串口监视器中观察输出电压。分析串口监视器输出数据，可以看出该差分比例运算电路可以测量输入电压值。
串口实际输出电压与输入有些误差， Microduino的5V端实际电压值略低于5V，而程序中有anaVoltageAmp=anaValueAmp/1023.0*5;语句。如果把Microduino的3V3端接入
VREF，然后修改程序，会减小该误差。

==视频==
|}

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		+	{{Language\|Lesson_26--Microduino & Operational Amplifier--Differential Ratio Operation}}
	Microduino与运算放大器—差分比例运算		Microduino与运算放大器—差分比例运算
	{\| style="width: 800px;"		{\| style="width: 800px;"

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 ==结果==
 按照原理图连接好电路。程序下载后，可在arduinoIDE自带的串口监视器中观察输出电压。分析串口监视器输出数据，可以看出该差分比例运算电路可以测量输入电压值。
-串口实际输出电压与输入有些误差， Microduino的5V端实际电压值略低于5V，而程序中有anaVoltageAmp=anaValueAmp/1023.0*5;语句。如果把Microduino的3V3端接入VREF，然后修改程序，会减小该误差。
+串口实际输出电压与输入有些误差， Microduino的5V端实际电压值略低于5V，而程序中有anaVoltageAmp=anaValueAmp/1023.0*5;语句。如果把Microduino的3V3端接入模拟量参考输入REF端，然后修改程序，会减小该误差。
 ==视频==
 |}

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 本教程提供了运算放大器的基础知识，该示例为差分比例运算电路。通过更改输入电压，观察输出结果，理解差分比例运算电路的使用方法。
 ==设备==
-*'''[[Microduino-Core]]'''
+*'''[[Microduino-Core/zh]]'''
 Microduino-Core 是以 Atmel ATmega328P为核心的8位单片机开发核心板，是一个开源的、与 Arduino UNO 兼容的控制器模块。
-*'''[[Microduino-USBTTL]]'''
+*'''[[Microduino-USBTTL/zh]]'''
 下载程序模块，可直接与 Microduino-Core 或者Microduino-Core+ 相连，让他们与计算机通讯。它的下载接口用的是MicUSB，这也是Microduino小巧的一部分。Microduino大小与一枚一元硬币差不多大。下载线与绝大多数智能手机usb数据线是一样的，方便实用。

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 |3K电阻||2个||用于差分比例运算。
 |-
-|可调直流电源 ||1个||通过调节旋钮，可以改变直流输出电压。本示例采用的是0-60V可调直流电源。调试时请不要超过36V安全电压。
+|可调直流电源 ||1个||通过调节旋钮，可以改变直流输出电压。本示例采用的是0-60V可调直流电源。调试时未超过36V安全电压。
 |-
 |USB数据连接线 ||1条||连通Microduino模块与计算机。

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 |相关硬件||数量||功能
 |-
-|LM358||1||个常用双路运算放大器，可方便实现数学运算电路。
+|LM358||1个||常用双路运算放大器，可方便实现数学运算电路。
 |-
 |30K电阻 ||2个||用于差分比例运算。

@@ 第41行： / 第41行： @@
 [[File: diff358Protel.jpg|600px|center|thumb]]
 [[File: diff358Fritz.jpg|600px|center|thumb]]
-如果需要测量一个24V左右蓄电池的电压，然后由Microduino输出该电压值，你会怎么试验?最先想到是可能是通过电阻分压的方法，把24V电压降低为原来的十分之一，2.4V电压再由Microduino的模拟口识别。
+如果需要测量一个24V左右蓄电池的电压，然后由Microduino输出该电压值，你会怎么试验?最先想到的可能是通过电阻分压的方法，把24V电压降低为原来的十分之一，2.4V电压再由Microduino的模拟口识别。
 通过电阻分压的这种方法是可行的。电阻分压的这种方式被测量的电压负极端需要和Microduino的GND连接在一起。
 本示例通过LM358差分比例运算电路也可以实现测量24V电压值，并且蓄电池的负极端没有