第二十六课--Microduino与运算放大器--差分比例运算/zh

Microduino与运算放大器—差分比例运算

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 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。 实验原理图 文件:Diff358Fritz.jpg 600px 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 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 ///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); } 调试 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。 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