arduino.电压参考

有一个Arduino电压参考（1.1V）内置于某些Arduino 微控制器。 uno和nano都有一个，并且相当多另一个arduinos拥有它们。

这一页：

尝试量化内部电压参考（它有多好？）。
向您展示如何衡量"real"VCC的值（使用参考）。

上面的第二件物品很有趣，因为它使用内部 reference to "calibrate"电源电压使您可以测量电压使用整个电源范围不仅仅是1V1。

您通常使用微控制器电源设置Arduino ADC 供应作为电压参考（因为它很容易！它是默认值 Arduino软件的模式）。这是电源的麻烦然后芯片将定义测量的准确性即，您赢了'如果它与温度准确或稳定，则有一个线索。

笔记： 虽然内部Arduino电压参考是稳定的温度和电压，其初始值在芯片之间变化（可能是由于芯片制造的差异）。它需要校准。

当你不时，Arduino电压参考是有用的'想要加入添加的麻烦 external 芯片弄清楚电压并需要比VCC更稳定的参考或电源电压变化。

例如，Arduino Uno / Nano可以从1V8到5V5操作，并使用两个AA 单元格将允许操作（但仅当您将时钟设置为4MHz时 - 请参阅数据表第29.3节"Speed Grades"）。您可以使用内部电压引用来监视器电池的状态 - 没有额外的组件。

带隙电压参考

Atmega328p中的参考类型是带隙类型。这用途两个元素，一个具有负温度系数和一个具有抵消的正温度系数 temperature effects.

While not 为您提供arduino的超精确电压读数，该电路旨在稳定地防止变化温度和电源电压。

这种类型的电路布局用于现有技术参考。 MAX6143。但是，在Atmega328和类似的过程中，控制布局的过程芯片上的芯片并不明确，不使用激光修剪，因此arduino电压的初始精度差 reference (±9%).

您可以了解如何在此页面后面消除此偏移量。

笔记： 如果使用外部参考ADC 由于您控制芯片规格，测量将更准确。
但是，记得 Arduino中的内部ADC无论如何都不太准确（请参阅Atmega328数据表：绝对精度2LSB（包括INL，DNL，量化，增益和偏移错误）。

警告： 永远不要使用外部 voltage reference 同时启用内部参考 - 有些东西会破坏！

用于Arduino电压参考

Arduino电压参考可以以五种不同的方式之一使用：

用于欠出检测（请参阅数据表以启用）。
作为ADC中的测量值（进入其中一个输入）。
作为ADC测量的参考。
作为比较器的输入。
温度 measurement (The ADC must use the internal reference).

棕色检测

欠压检测允许处理器识别供应时电压已浸到阈值以下，但并未完全消失零。这用于向处理器标记存储器可能已经存在写得很糟糕。它只需提供额外的可靠性 application.

对ADC的输入

测量ADC输入处的参考将允许校准a 不同的参考源例如供应（见这里）或作为原油的比较其他ADC输入（除非您校准 the reference first as shown in 此页面 - 在这种情况下，它可能是非常准确的（〜1％））。

ADC参考

使用Arduino电压参考作为您希望使用它！

提示： 使用1V1参考表示10位ADC具有LSB值〜1mV（1.074mV / LSB）。但是，您可以只测量高达1.1V的电压！

比较器输入

使用电压参考允许原油比较I.E只能将任何输入电压与1V1进行比较。一个有趣的点是任何一个有趣的点 ADC输入可以通过比较器进行比较 - 而且没有使用任何外部组件。请参阅数据表的第23.2节 labelled "模拟比较器多路复用输入".

你可以问这个问题"当你可以时，为什么要使用比较器使用ADC轻松计算结果？"答案是速度。

比较器可以比较100纳秒内的两个电压而ADC是连续近似类型，大约需要13us 收集ADC值。该值必须由处理器检索然后你会将值与极限设置进行比较，持续 more time.

温度 Measurement

由于Arduino电压参考是与其可以的温度无关与温度依赖电路的输出进行比较 - a 芯片内的电路。这允许您测量温度 ATMega328P.

气温 ADC中的传感元件可以设置为ADC输入之一。这数据表指出温度系数为1mV /°C但是由于芯片的过程变化，初始精度为±10°C 生产。（参见标有数据表的第24.8节"Temperature Measurement"）。准确的阅读需要校准此 system.

arduino.电压参考性能

arduino.电压参考的数据表中的信息指出它具有最大值和最小值 1.0V〜1.2V，名义上1V1。除此之外，还没有更多信息。

没有关于重复性或稳定性的信息。它表明电压可能在1.1V左右变化±9％。

所以真正的问题是：

Arduino电压是否参考任何良好的参考 all?

规范似乎意味着它可能随时改变±9％。事实上，这不是真的，电压引用更好，并且 quite useful.

在此页面上有一些电压参考测量 - 这些并非详尽无遗，但会给你带隙的味道参考性能。

arduino.电压参考问题

此处提出的问题是：

参考电压如何随温度变化？
参考电压如何随VCC而变化？
参考电压一般有多稳定？

请记住，这些测量基于测试几个芯片和一组或两组测量。因此，他们将给予印象而不是绝对答案。

笔记： 所有电压测量都是在突破上使用ADS1115进行的木板。所有电压测量都在ADS1115差分模式下进行。使用MAX6675和J的温度测量 thermocouple.

初始准确性

初始精度在±9％的±9％差，但校准Arduino电压参考允许您消除此错误。

笔记： MAX6143的初始精度为0.05％（更好的180倍，C.f.9％）。

输出稳定性

测量两个板，首先是S标准Arduino Uno板和第二个是Arduino纳米板。这些都使用相同的处理器 ATMega328P.

从USB（集线器）电源供电的Arduino UNO的不同时间/天的测量产生了以下结果：

arduino. UNO USB稳定性测量

arduino. Uno（PDIP）

USB（集线器）电源电压（环境温度）	％错误（5V）	内部的参考	％错误（1v1）
4.806V（21°C）差异	3.9%	1.104V差异	0.36%
4.826V（16°C）差异	3.5%	1.097V差异	0.27%
4.862V（22°C）差异	2.8%	1.0976V差异	0.22%
4.878V（21°C）差异	2.4%	1.0980V差异	0.18%
4.842V（20°C）差异	3.2%	1.0975V Diff.	0.23%
4.809V（19.5°C）差异	3.8%	1.0963V差异	0.34%
4.788V（23°C）差异	4.2%	1.0957V差异	0.39%
4.866V（23°C）差异	2.8%	1.0956V差异	0.39%
4.853V（20°C）差异 17/2/20	2.9%	1.0958V差异	0.38%
4.876V（17°C）差异 18/2/20	2.5%	1.0961V差异	0.35%
4.860V（18°C）Diff 24/2/20	2.8%	1.0957V差异	0.39%

VCC = 4.2 - 2.4 = 1.80％的最大错误
VREF的最大错误更改= 0.39 - 0.18 = 0.21％

在PC USB端口的不同时间/天的不同时间/天进行测量，得到以下结果：

arduino. Nano USB稳定性测量

Arduino Nano (MSOP)

USB（PC）电源电压（环境温度）	％错误（5V）	内部的参考	％错误（1v1）
4.821V（20°C）	3.6%	1.070V	2.72%
4.824V（16°C）	3.5%	1.069V	2.81%
4.831V（17°C）差异	3.4%	1.068V差异	2.91%
4.825V（22°C）差异	3.5%	1.068V差异	2.91%
4.851V（21°C）差异	3.0%	1.068V差异	2.91%
4.852V（15°C）差异	3.0%	1.069V差异	2.81%
4.830V（23°C）差异	3.4%	1.067V差异	3.00%
4.833V（20°C）差异 17/2/20	3.3%	1.067V差异	3.00%
4.862V（17°C）差异 19/2/20	2.8%	1.0691V差异	2.81%
4.879V（20°C）差异21/2/20	2.4%	1.0715V差异	2.69%

vcc = 3.6 - 2.4 = 1.20％的最大错误更改
Vref = 3.00 - 2.69 = 0.31％的最大错误更改

USB电压随比2.4％至3.6％，这没有一个大对参考误差变化的影响（参见电压测量 below).

注意参考电压如何保持常量即，具有常数偏移错误。即使电压引用从值开始关闭 1.070V它保持接近该价值。这可能是由于制造过程似乎随着时间的推移似乎保持不变。

对于最高结果，供应是从USB集线器中获取，其自有电源输出，而底部是直接PC USB输出。后者似乎更稳定（纳米）。

在两种情况下，使用底板内部电压参考将提供更一致的结果，因为它将具有更严格的电压调节。

笔记： 请记住，您要么直接使用5V USB电源（何时在工作台上工作或使用外部电源块。在船上5V调节器 - LD1117AG（与NCP1117相同） - 有一个比USB电源更紧密的错误规格（5V = 2％）（参见下面的供应灵敏度测量）。

结论稳定性

即使Arduino电压参考有初始偏移误差（可能是由于制造过程）的稳定性参考仍然非常好。这里的测量结果显示 0.21％〜0.31％的变化。

电压供应稳定性

在无焊接面包板上使用ATMEGA382P并连接到可变电源电压。

提供稳定性测量

电源电压	内部的参考	％初始错误更改（1v1）。
5.261V（20°C）差异	1.0995V Diff.	0.05%
4.948V（20°C）差异	1.0988V差异	0.11%
4.389V（20°C）差异	1.0980V差异	0.18%
4.056V（20°C）差异	1.0975V Diff.	0.23%
3.615V（20°C）差异	1.0971V差异	0.26%
3.370V（20°C）差异	1.0968V差异	0.29%
2.759V（20°C）差异	1.0965V差异	0.32%

注意：引用在2.3V下产生奇数值它们不包括在内。原因是最大时钟速度允许与电源电压成比例 - 应较低时钟速度在1V8的操作中运行4MHz（参见数据表第29.3节速度等级 - 安全操作区域）。

在从5.26V开始时，误差会在每个电源VIL下降到每电源VIL下降-1.2mV
这是每电源伏下降的-11％。

计算：[（1.0965-1.0995）/（2.759-5.261）]。

TCL.
proc perr {max val} {
puts [expr {（（$ max-$ val）/ $ max）* 100.0}]
}

结论供电电压

带隙电压参考似乎非常好，不敏感电源电压变化。它下降1.2mV，每个电源伏下降开始在5.26V供电时误差0.05％。如果供应保持不变，那么这还可以通过校准引用来消除偏移误差。

温度 Stability

使用带有MAX6675芯片和MSOP Arduino的热电偶（j）纳米。加热芯片一分钟并等待温度稳定。 MAX6675热电偶具有偏移温度误差，但我们真正想要的是温度的变化以及如何涉及参考输出。环境温度也使用不同的设备测量以提供参考点 the thermocouple.

arduino.纳米温度测量

对于通过热电偶测量的纳米环境温度为24.5°C （原始温度计表示23°C）所以非常接近。芯片温度是 30°C.

第一测量：

Vref是1.0674V。
VREF将1.0659kV加热芯片至75°C

下降是：-1.5mv

改变温度

对于35°C温度，更改参考电压变为-1.5mV。大约为-1.5 / 35 = -0.043mV /°C。但这只能基于一个设备 and one measurement!

更改为-0.043mv /°C

温度从25°C增加至125°C（100°C Delta）该参考应该下降4.28mV。在百分比术语（4.28e-3 / 1.1）* 100 = 0.39%.

对于将25°C的温度降低至-40°C（-65°C delta）参考应该增加2.79mV。在百分比术语（2.79e-3 / 1.1）* 65 = 0.16%.

如果考虑一个具有-2.1mV /°C温度的简单晶体管随后改变，对于相同的温度增量，您将获得201mV电压更改（18.2％的变化）所以带隙电路做得很好！

第二测量：

VREF为1.0665V.TEMP 30°C
VREF将1.0652kV加热芯片加热至75°C

下降是：-1.3mv - 所以这是第一个的结果。

第3次测量：

VREF为1.0688V.TEMP 30°C
VREF是1.0683kV加热芯片至75°C

下降是：-0.5mv - 有点不同，但在相同的范围内。

结论温度

温度性能良好，仅参考0.55％在全温度范围内更换（估计35°C至75°C results).

参考电压变化0.003％/℃（估计）[0.55％/ 165（估计）]。

注意：MAX6143在3ppm /°C的温度性能上具有1000倍。

在全温度范围内（-40°C至+ 125°C）参考将会变化约0.55％（0.39％+ 0.16％）= 0.55％（1V1），这不是太糟糕。

电压参考应在这些温度下达到2.79mV〜4.28mV（从1v1）。

关于Arduino电压参考的结论

参考可以具有大的偏移量（由于制造过程）±9％，因此其初始精度可能是坏的。

电源电压灵敏度：每电源伏下降〜-1.2mV。
这是每个电源伏下降~.11％。

温度 stability: ~0.003% per °C (estimated)
在全温范围内〜0.55％。

输出电压稳定性：〜0.31％

为了获得Arduino电压的最佳结果，您应该校准它。这将消除由于偏移电压制造工艺和供应伏灵敏度（如果电压源保持常数，即通过监管机构提供）。

然后将其稳定为0.55±0.31 =〜0.86％。

请记住，这是基于极少的样本的估计，所以你的结果可能会有所不同，但确实表明可以更多地制作参考如果校准，则稳定。它还表明Arduino电压参考可能比你想象更有用。

如何测量电源电压

您可以从中操作微控制器（Atmega328p - Uno，Nano）在1V8和5V5之间。这微控制器无法检测到这一点"real"电源电压的值除非您使用已知的参考搞定的电压。这是因为ADC测量一切相对于参考即，电源电压是参考！

警告： 一台电视_CC.=4.5V时钟可以是20MHz和v_CC.=2.7V 时钟速度必须是<= 10MHz, and for V_CC.=1.8V 时钟速度必须是<= 4MHz）。见部分"29.3 Speed Grades" 这表明时钟频率必须线性地减少降低电源电压。

它是ADC测量的一种反向方法。而不是使用电压引用作为"reference" you use the 供应电压作为参考和"Arduino内部电压 reference"作为要测量的数量。

自从你可以以这种方式完成'T选择VCC电压作为ADC的输入。看看"ADC MUX块图" below.

在这种情况下，电源电压"reference" is worth:

V_箱 = V_CC./ 1024 v / lsb [pow（2,10）= 1024]

在上面的等式V_CC. 未知（到微控制器！）。

通过测量1V1参考，并获得它的ADC值，您可以解决方程

V_箱 = V_裁判/ ADC_价值

所以：

V_CC./ 1024 = v_裁判/ ADC_价值

所以

V_CC. = 1024 * (V_裁判/ ADC_价值)

和...

V_CC. = 1024 * (1V1 / ADC_价值)

这里1024是正确的（1024是 VCC的除法对于参考电压）。

提示： 提示：有更好的结果校准Arduino电压参考。

要使用Arduino电压参考弄清楚电源电压的值：

将ADC参考源设置为VCC。
（这是ADC MUX中的选项 - 见下图）
采用带隙电压的ADC读数（Arduino电压参考）。

您可以使用上面的方程来计算电源电压或按照下面的示例进行操作。

示例速度1测量电源电压

将以下代码放入Setup（）函数中的草图中。

如果你校准 the reference 然后改变...的价值

	arduinoADCcal

......到你的测量值。 1.1V的表示是11000 是一个固定的小数点表示，小数点是假设是右边的一个地方。所以你可以想到11000 表示实际电压中的0.1mV的数量.11000 x 0.1e-3 = 1.1V

使用ADS1115或Good Voltmeter将为您提供足够的数字。如果您使用标准DVM，那么您只会获得3位数（在2伏范围内）设置最后两位数字到零。

////////////////////////////////////////////////////////////////
void selfMeasureVcc(char *buf) {
uint8_t low,high; // ADC bytes.
// Default reference value. Set this to your measured reference voltage (or leave as is).
// The value uses an integer fixed point representation
// with the assumed decimal point one place to the right.
static unsigned long arduinoADCcal = 11000;

   if (strlen(buf)>1) {
      if (strlen(buf)<6)
         Serial.print(F("Not enough digits"));

      else if (strlen(buf)>6)
         Serial.print(F("Too many digits"));
      else
         arduinoADCcal = atoi(&buf[1]);

   } else if (strlen(buf)==1)
      Serial.print(F("Ref calibration value: ")); Serial.println(arduinoADCcal);


   // ADCSRA |= _BV(ADEN); // Enable ADC. Enabled by init() in Arduino code.

   ADMUX = _BV(裁判S0) | _BV(MUX3) | _BV(MUX2) | _BV(MUX1); // Set VCC ref and band gap as input.
   delay(2); // Vref settling time delay

   // Throw away 1st result as datasheet says
   // After switch, ref may be invalid.
   // Datasheet: "24.5.2 ADC电压参考".
   ADCSRA |= _BV(ADSC); // Start conversion
   while ( bit_is_set(ADCSRA, ADSC) ); // Wait for conversion complete.

   ADCSRA |= _BV(ADSC); // Start conversion
   while ( bit_is_set(ADCSRA, ADSC) ); // Wait for conversion complete.

   // ADCL must be read first, then ADCH, to ensure that the content
   // of the Data Registers belongs to the same conversion
   // Datasheet Section "24.2 Overview"
   low = ADCL;  // Read ADCL first which blocks ADCH updates.
   high = ADCH; // After reading ADCH both registers can be updated by the chip.

   long ADCValue = (high << 8) | low;
   Serial.print(F("ADC value of 1V1 ref: "));  Serial.println(ADCValue);

   #define BINS 1024L // VCC/1024 is the value of each LSB of the ADC.

   Serial.println( (arduinoADCcal)* 箱S );
   Serial.println( ((arduinoADCcal * 箱S)+5L) );
   Serial.println( ((arduinoADCcal * 箱S)+5L) / 10L );

   // Note +5 = middle of LSB bin
   // Calculate Vcc (in mV); 1125300 = 1.1*1024*1000
   // Here ccal value is 1.1*10e4 so no need for *1000 and must divide by 10.

   uint32_t res = (((arduinoADCcal * 箱S)+5L) / 10L) / ADCValue;

   // Calculate Vcc (in mV); 1126400 = 1.1*1024*1000
   // should be 1024 / ADCValue = 1125300L / ADCValue; // Calculate Vcc (in mV); 1125300 = 1.1*1023*1000
   // internal1.1Ref = 1.1 * Vcc1 (per voltmeter) / Vcc2 (per readVcc() function)
   Serial.print(F("Measured (mV) ")); Serial.print(res); Serial.println(F(" mV"));
}

arduino.电压参考框图

arduino. Uno/Nano ADC MUX块图

资料来源：ATMEGA328P数据表

Attiny85内部电压参考

ADC的ATTINY85电压参考可选择为1V1或2.56V，布置在ADC中略微不同。 A._裁判 PIN只能设置为输入（没有切换FET将内部参考MUX连接到A._裁判别针）。因此，您无法在A中设置Arduino电压参考以进行测量_裁判别针。

因此你可以't直接校准它。你要么假设它具有所述值或准确测量VCC供应然后采取 ADC阅读（但记住ADC也有自己的错误！）。

将消除ADC误差的一种方式是在可变电压中馈送到ADC输入 - 你测量的。然后将它与阅读进行比较从电压参考（ADC读数）。一旦两个读数匹配输入电压然后显示真正的Arduino参考电压（当然仅限于1LSB精度）。

arduino. ATTiny85 ADC MUX块图

资料来源：Attiny85数据表

校准Arduino电压参考

校准UNO或NANO中的参考您只需打开参考并测量参考引脚处的电压。记住这一点只有销钉上的东西应该是电容器，没有其他驱动电路（如果要保留芯片！）。

警告： 请勿连接到V的任何其他电压参考_裁判在切换Arduino（UNO / NANO）电压参考时引脚 - 没有保护，您可能会损坏外部参考或内部参考电路。

开启参考是简单地使用以下Arduino代码：

    analogreenere（内部）;

但是，您需要激活ADC以启用参考，因此简单的读取将执行。

    analogread（0）; //可以是任何频道

这是由于"wiring"代码写入 - Mux寄存器并且refs0 / 1仅在ADC READ命令之前写入（在Analogread（）函数中）。

对于Arduino Mega，您可以选择以下内容：
    INTERNAL1V1
    INTERNAL2V56

将上面的代码放在Arduino草图的Setup（）部分中。

现在将万用表连接到v_裁判引脚并记下结果（用于在代码中使用 - 请参阅测量电源电压，具体来说）。

提示： 使用标准万用表，或用于更多数字使用差分模式或侥幸计（非常昂贵）的ADS1115。

提示： 将电容器添加到VREF引脚以进行额外降噪。我使用100nf电容器。

要将引用设置为供应使用：

analogreference（默认）;

......再次接下来......

analogread（0）; //可以是任何频道

此处找到模拟操作代码：
"C：/程序文件（x86）/ darduino/hardware/arduino/avr/cores/arduino/wiring_analog.c"

定义（#define）在这里：
C：/程序文件（x86）/ darduino/hardware/arduino/avr/cores/arduino/arduino.h

上面的Arduino代码（对于内部参考选择）将设置寄存器如下（数据表部分：24.9.1控制器ADC多路复用器 Selection Register):

Acmux位7和6设置高（REFS1和REFS0）。
Ambux比特3..0设置为B1110。

注意：数据表状态：

"开关参考电压后的第一个ADC转换结果源可能不准确，建议用户丢弃此 result."

（见Datasheet部分"24.5.2 ADC电压参考").

所以你应该扔掉第一个ADC结果。

arduino.电压参考
   带隙电压参考

用于Arduino电压参考
   棕色检测
   对ADC的输入
   ADC参考
   比较器输入
   温度 Measurement

arduino.电压参考性能
   arduino.电压参考问题
   初始准确性
   输出稳定性
      arduino. UNO USB稳定性测量
      arduino. Nano USB稳定性测量
      结论稳定性
   电压供应稳定性
      提供稳定性测量
      结论供电电压
   温度 Stability
      arduino.纳米温度测量
      改变温度
      结论温度

关于Arduino电压参考的结论

如何测量电源电压
   示例速度1测量电源电压

arduino.电压参考框图
      arduino. Uno/Nano ADC MUX块图
   Attiny85内部电压参考
      arduino. ATTiny85 ADC MUX块图

校准Arduino电压参考

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