マイクロコントローラーのアプリケーションでは、電圧測定と信号調整が非常に重要な関係となります。マイクロコントローラーの ADC (アナログ - デジタル コンバーター) の入力電圧範囲が限られているため、高電圧信号を直接測定すると、マイクロコントローラーが損傷したり、不正確な測定が行われる可能性があります。現時点では、抵抗分圧回路は簡単で効果的な解決策となります。この記事では、マイコンの抵抗を分割して電圧を計算する方法を詳しく紹介し、分圧回路の設計と電圧計算のコアスキルを習得するのに役立ちます。
1. 抵抗分圧回路の基本原理抵抗分割回路は通常、入力電圧を抵抗に比例してより低い電圧出力に分割するために直列に接続された 2 つの抵抗で構成されます。オームの法則と電圧分配の原理によると、分圧電圧 V_out の計算式は次のようになります。
\[ V_{out} = V_{in} \times \frac{R_2}{R_1 + R_2} \]
このうち、V_inは入力電圧、R1とR2は2つの直列抵抗の抵抗値、V_outは分圧後の出力電圧です。
2. 適切な抵抗値を選択します抵抗値を選択する場合は、電流の大きさ、消費電力、測定精度を総合的に考慮する必要があります。一般に、過剰な電流と消費電力の増加を避けるために、抵抗器の抵抗値は小さすぎてはなりません。また、ADC 入力端でのノイズや干渉を避けるために大きすぎてもいけません。一般的に使用される抵抗値の範囲は1kΩから100kΩです。
3. 分圧電圧の計算方法分圧器を計算するときは、まず入力電圧範囲を決定し、次に必要な出力電圧範囲 (通常はマイクロコントローラー ADC の最大入力電圧) に基づいて抵抗値の比率を反転します。式は次のように変換されます。
\[ \frac{R_2}{R_1 + R_2} = \frac{V_{アウト}}{V_{イン}} \]
この比率を使用して、適切な R1 と R2 を選択します。
4. 分圧精度に対する抵抗誤差の影響を考慮する抵抗器の製造公差は、分圧された出力電圧の精度に影響を与える可能性があります。より高い精度 (1% 以上の精度など) の抵抗を選択するか、校正ソフトウェアで誤差を補正することをお勧めします。
5. 分圧回路の消費電力計算分圧回路は一定の静止電流を生成します。消費電力の計算式は次のとおりです。
\[ P = \frac{V_{in}^2}{R_1 + R_2} \]
エネルギーを節約するには、より大きな抵抗の組み合わせを選択する必要がありますが、信号の安定性を考慮する必要があります。
6. 複数入力の分圧設計複数のアナログ信号が入力される場合、信号間の干渉を避けるために、信号ごとに独立した分圧回路を設計する必要があります。正確な測定を行うために、抵抗値と接地方法を適切に調整してください。
7. 実測時の注意事項分圧回路の出力は、浮遊グランドとコモンモード干渉を避けるように注意して、マイクロコントローラーの ADC 入力に接続する必要があります。測定の際は、オシロスコープやマルチメータを使用して、分圧電圧が計算値と一致しているかどうかを確認することをお勧めします。
8. ソフトウェア上の電圧換算式マイクロコントローラーによって読み取られる ADC 値は通常デジタル量であり、ソフトウェアを通じて実際の電圧に変換する必要があります。変換式は次のとおりです。
\[ V_{in} = V_{adc} \times \frac{R_1 + R_2}{R_2} \]
ここで、V_adc は ADC によって測定された電圧値です。
マイクロコントローラーの抵抗電圧を分圧して電圧を計算する方法は、組み込みシステムで一般的に使用される電圧測定方式です。抵抗値を合理的に選択し、分圧電圧を正確に計算し、ソフトウェアキャリブレーションと組み合わせることで、高精度の電圧測定を効果的に実現でき、マイクロコントローラーの入力ポートを保護し、システムの安定性を向上させます。分圧設計の上記のポイントをマスターすると、マイクロコントローラー プロジェクトでの電圧収集の強固な基盤が得られます。
