Analog-in mit zu hoher Spannung belegt [Archiv]

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xxrider

25.06.2017, 08:48

i_make_it

25.06.2017, 11:02

Ohne mich mit dem Innenaufbau des µCs zu befassen spekulier ich mal.
A0 "zerschossen" jetzt höhere Stromaufnahme.
Da dürfte sich in dem Strompfad der Innenwiederstand jetzt vermutlich nahe 0Ω befinden. Da alle Strompfade parallel liegen, sinkt der gesammt Innenwiederstand und der Leerlaufstrom steigt an.
Da dürfte siche spätestens jetzt auch nicht mehr viel abschalten lassen.

Das Board solltest du nicht unter 4,44V betreiben wenn es für 5V vorgesehen ist und sich nicht mit 3,3V betreiben lässt.
https://de.wikipedia.org/wiki/Logikpegel

Im Netz gibt es Anleitungen, wie man ein Nano Board von 5V auf 3,3V umbauen kann.
Bsp.:
https://ba0sh1.com/blog/2013/03/30/tutorial-3-3v-hacking-for-arduino-nano/

HaWe

25.06.2017, 12:50

oberallgeier

25.06.2017, 13:12

.. Ich habe bemerkt, dass das Board mit 4V deutlich weniger Spannung brauchtm als mit 5V ..Sorry, darüber war ich (pingelig) gestolpert. Kann es sein, dass Du hier meinst, dass es mit 4V deutlich weniger STROM braucht als mit 5V? Geht ja aus dem Folgetext hervor.

.. Für mich ist ein geringer Stromverbrauch wichtig .. Spricht eigentlich etwas dagegen, das Board auch 4V zu betreiben? ..Heut vormittag hab ich da ein bisschen rumprobiert (vor dem Essen, daher erst jetzt die Antwort).

Abgesehen von i_make_it´s Anmerkungen habe ich mal meinen NanoClone hergenommen und getestet. Nach >meinen< Unterlagen - z.B. User Manual des nano V3.0 - kommt der 3,3-Volt-Pin des nanos vom "FTDI". Mein Clone hat statt des FTDI nen CH340G, den exakten Schaltplans meines Clones habe ich aber noch nicht rausgezeichnet :-/. Egal, bei Anschluss von 9V am VIN des Clones habe ich am 3,3V-Pin 3,3±0,1 Volt, bei 6,5V am VIN sinds aber nur noch 2,8±0,1 Volt. Egal, da müsste/muss man eben den Spannungsabfall vom Eingangs-Spannungsregler berücksichtigen.

Anders rum: ich habe mal testweise Spannung auf den Clone gegeben über den 5V-Pin zwischen A7 und RST; dies ist die "normale" Spannungsversorgung direkt an der Versorgung des mega328p; mein Clone ist mit nem Quarztausch auf 20 MHz aufgebohrt (meine eigene Standardisierung). Es gab keinerlei sonstige Pinbelastungen, aber ein Programm zur Servosteuerung rödelt da drin rum mit Timer, ADC, UART etc.; es ist aber KEINE Peripherie an den Pinnen angeschlossen. Dabei frisst der Clone
bei 5 V .. 26 mA
bei 4 V .. 19 mA und
bei 3,3 V 14 mA

Beim gleichen Testaufbau >aber diesmal mit UART-Ausgabe< funktionierte der >CH340G< auch noch bei 3,3V - und der Controller ebenfalls; nachgewiesen durch die korrekte Ausgabe der Startkennung per UART über den USB-Port des Clones. Allerdings will das Datenblatt beim 3,3V-Betrieb ne andere Verschaltung des CH340G als beim 5V-Betrieb: siehe Datenblatt, dort zu V3 und Vcc.

.. Ich werde das Board natürlich auch bald austauschen, aber trotzdem, diese Fragen, nur interessehalber...Nur interessehalber: Ich hatte den einen oder andern mega328er und auch mega1284er die kranke Pinne hatten. Die hatte ich gelegentlich für Testaufgaben verwendet. Für untergeordnete Zwecke wären die vielleicht für manches zu gebrauchen, aber für lauffähige Controllerplatinen in einer Anwendung nehme ich lieber Platinen die keine nachgewiesenen Fehler haben.

HaWe

25.06.2017, 14:04

Hallo,
mir ist es passiert, dass ich einen Analog-EIngang (A0) eines Nano Boards (China) kurzzeitig mit zu hoher Spannung (12V) berührt habe.
Normalerweise nehme ich einen Spannungsteiler, doch da ging beim Versuchsaufbau etwas schief...
Jedenfalls habe ich bemerkt, dass A0 wohl nicht mehr funktioniert.
Dafür geht A1 noch, also hab ich gewechselt.
Doch ich hab noch etwas bemerkt, denn der "Leerlaufstrom" ist ab dem Defekt von ca. 10mA auf 50mA gestiegen.
Liegt wohl am defekten A0?
Kann man den irgendwie ganz abschalten?
Für mich ist ein geringer Stromverbrauch wichtig.
Ich habe bemerkt, dass das Board mit 4V deutlich weniger Spannung brauchtm als mit 5V, aber trotzdem noch alles funktioniert. Av 3,8V ist aber Schluss.
Spricht eigentlich etwas dagegen, das Board auch 4V zu betreiben?
Ich werde das Board natürlich auch bald austauschen, aber trotzdem, diese Fragen, nur interessehalber...
ich würde den zerschossenen Nano auch nur noch für Experimente nehmen, und einen neuen für den endgültigen Betrieb. Klone kosten ja fast nichts.
Wenn es dir aber ums Strom-Sparen geht und du beim 5V Nano bleiben willst (oder auch wenn du einen 3.3V ProMini hast und noch mehr Strom sparen willst), kannst du viel erreichen, wenn du den µC zwischen den Messungen schlafen legst, und nur alle 2sec oder was auch immer kurz zum Messen aufweckst.
Das geht mit einem Timer Interrupt: seine Programmierung ist allerdings schon recht kompliziert für Anfänger.

Peter(TOO)

25.06.2017, 14:59

Hallo,

mir ist es passiert, dass ich einen Analog-EIngang (A0) eines Nano Boards (China) kurzzeitig mit zu hoher Spannung (12V) berührt habe.

Doch ich hab noch etwas bemerkt, denn der "Leerlaufstrom" ist ab dem Defekt von ca. 10mA auf 50mA gestiegen.
Liegt wohl am defekten A0?
Die Eingangsschutzschaltung besteht aus Dioden, wobei positive Überspannung auf Vcc abgeleitet wird. Dein ganzer µC lief also kurzzeitig mit 12V. Da der Vcc-Anschluss in beide Richtungen funktioniert, sind auch alle anderen ICs, welche an Vcc hängen mit 12V versorgt worden. OK, die Leiterbahnen auf dem Chip sind sehr fein und haben einen entsprechenden Widerstand.
Du hast auf alle Fälle einen Totalschaden.
Keiner weiss was alles beschädigt und welche Leiterbahnen auf den Chips weggebrannt wurden. Das deine CPU noch scheinbar funktioniert ist mehr ein Zufall. Die andere Frage ist, was noch wirklich richtig funktioniert?
Das kann jetzt zu einer lustigen Geisterjagd führen, weil nicht mehr sicher ist, dass die Software richtig ausgeführt wird.

Ich habe bemerkt, dass das Board mit 4V deutlich weniger Spannung brauchtm als mit 5V, aber trotzdem noch alles funktioniert. Av 3,8V ist aber Schluss.
Spricht eigentlich etwas dagegen, das Board auch 4V zu betreiben?
Können schon, aber keiner garantiert, dass es richtig funktioniert!
Im Datenblatt steht die Zulässige Versorgungsspannung. Über diesen Spannungsbereich garantiert der Herstelle über den zulässigen Temperaturbereich die richtige Funktion.
Bei µC mit grossem Spannungsbereich, ist bei kleineren Spannung auch die maximale Taktrate kleiner.

Ich hatte schon µCs bei welchen 2.0V als kleinste Spannung für den Datenerhalt im RAM garantiert wurden. Zumindest bei Raumtemperatur haben diese aber die Daten noch mit 0.2V gehalten. Allerdings habe ich dies dann nicht bei höheren Temperaturen getestet. Aufgefallen ist mir dies, weil die Daten im RAM mit einer Prüfsumme gesichert wurden. Beim Testen also die Spannung ausgeschaltet und wieder mit Spannung kam keine Fehlermeldung. Dann ging die Suche nach dem Fehler los. :-) Ich hatte da nicht einmal ein speziell gutes Exemplar, alle 100 Geräte haben sich so verhalten.

Die Parameter von Transistoren ändern sich sehr stark mit der Temperatur. z.B. nehmen die Leckströme mit der Temperatur zu. Aber auch die Schaltgeschwindigkeit ändert sich.
Damit auch die Montagsware die Bedingungen noch erfüllt, müssen die typischen µCs etwas besser sein, als im Datenblatt angegeben.
Wenn ich eine 10MhZ-CPU herstelle und in der Fabrikation eine Toleranz von +/-20% habe, bekomme ich theoretisch 50% Ausschuss. Ein Teil der CPUs funktioniert nur bis 8MHz und andere dafür bis 12MHz. Wenn ich jetzt intern 12.5MHz-Cpus herstelle, funktionieren die schlechtesten noch mit 10MHz und die besten schaffen 15MHz. Aber ich habe 100% Ausbeute. Je nach Marktlage, kann ich dann die schnelleren ausmessen und teurer verkaufen. Heute ist es oft so, dass eigentlich nur die schnellste Variante fabriziert wird und anschliessend wird ausgemessen und entsprechend markiert. Je besser der Hersteller die Fabrikation im Griff hat, umso weniger langsame CPUs fallen an. Dann werden halt auch schnelle CPUs als langsame Variante markiert um die Stückzahlen zu erreichen.

Die ersten 80386 hatten eine gemeinen Bug. Wenn die CPU warm hatte, rechnete sie bei der 32-Bit Multiplikation falsch, Dies war noch innerhalb des garantierten Temperaturbereichs.

Ich selbst hatte ein ähnlicher Problem mit den 6502 aus den ersten Serien. Wenn der Chip unter 20°C hatte, hatte die CPU den Rest nicht richtig ausgeführt. Ich im Labor und bei der Fabrikation nicht aufgefallen. Der Kunde hatte aber die Geräte in seinem Keller und da wurde es über Nacht unter 20°C. Man musste Einschalten, etwa 10s warten, bis der Chip sich aufgeheizt hatte und dann nochmals Aus/Einschalten. Dann funktionierte alles Problemlos.

MfG Peter(TOO)

- - - Aktualisiert - - -

Wenn es dir aber ums Strom-Sparen geht und du beim 5V Nano bleiben willst (oder auch wenn du einen 3.3V ProMini hast und noch mehr Strom sparen willst), kannst du viel erreichen, wenn du den µC zwischen den Messungen schlafen legst, und nur alle 2sec oder was auch immer kurz zum Messen aufweckst.
Wenn man genügend Reserve bei der Rechenleistung hat, kann man auch den Takt herunter setzen. Bei CMOS ist der Eigenstromverbrauch direkt proportional zur Taktfrequenz.
Der Gesamtstrom setzt sich aus den Leckströmen, einem direkt zur Frequent proportionalen Anteil und natürlich demjenigen Strom, welcher an die Peripherie geliefert wird zusammen.
Der Frequenzabhängige Strom kommt von den Kondensatoren, welche bei jedem Takt umgeladen werden müssen. Deshalb kann man bei vielen Prozessoren nicht benötigte Einheiten auch abschalten, dies senkt den Stromverbrauch.

MfG Peter(TOO)

HaWe

25.06.2017, 15:32

Wenn man genügend Reserve bei der Rechenleistung hat, kann man auch den Takt herunter setzen. Bei CMOS ist der Eigenstromverbrauch direkt proportional zur Taktfrequenz.
Der Gesamtstrom setzt sich aus den Leckströmen, einem direkt zur Frequent proportionalen Anteil und natürlich demjenigen Strom, welcher an die Peripherie geliefert wird zusammen.
Der Frequenzabhängige Strom kommt von den Kondensatoren, welche bei jedem Takt umgeladen werden müssen. Deshalb kann man bei vielen Prozessoren nicht benötigte Einheiten auch abschalten, dies senkt den Stromverbrauch.

MfG Peter(TOO)
ja, ich weiß, allerdings habe ich keine Erfahrung damit, wie man es beim Nano macht und deshalb wollte ich es nicht "ins Blaue hinein" empfehlen.
Allerdings ist das auch genau das, was der ProMini selbstständig macht, wenn man ihn mit 3.3V betreibt: er senkt dann auch seinen Takt automatisch von 16MHz auf 8MHz.
Insgesamt hat man daher also wirklich jede Menge Möglichkeiten, den Stromverbrauch noch viel weiter - und vor allem "lege artis" - zu senken 8)

Peter(TOO)

25.06.2017, 17:48

ja, ich weiß, allerdings habe ich keine Erfahrung damit, wie man es beim Nano macht und deshalb wollte ich es nicht "ins Blaue hinein" empfehlen.
Der Nano hat einen externen Quarz. Allerdings hat der ATMEGA328P nur einen Anschluss für den Quarz, man muss sich zwischen dem 32kHz Quarze und einem schnelleren (auf dem Nano ist einer mit 16MHz) entscheiden. Allerdings gibt es noch den RC-Oszillator, mit 8MHz, welcher dann noch Teiler nachgeschaltet hat (bis zu 256:1). Zusätzlich gibt es noch einen, nicht so genauen, 128kHz-Oszillator mit sehr geringen Stromverbrauch.

Also eine ganze Menge an Registern und Fuses mit denen man rumspielen kann, ganz ohne löten zu müssen. :-)

HaWe

25.06.2017, 17:53

Der Nano hat einen externen Quarz. Allerdings hat der ATMEGA328P nur einen Anschluss für den Quarz, man muss sich zwischen dem 32kHz Quarze und einem schnelleren (auf dem Nano ist einer mit 16MHz) entscheiden. Allerdings gibt es noch den RC-Oszillator, mit 8MHz, welcher dann noch Teiler nachgeschaltet hat (bis zu 256:1). Zusätzlich gibt es noch einen, nicht so genauen, 128kHz-Oszillator mit sehr geringen Stromverbrauch.

Also eine ganze Menge an Registern und Fuses mit denen man rumspielen kann, ganz ohne löten zu müssen. :-)
nun gut, dann kannst du das sicher dem OP genau und anfängertauglich erklären, was er dann exakt, Schritt für Schritt und Buchstabe für Buchstabe machen muss - ich könnte es nicht.... :confused:

xxrider

25.06.2017, 21:02

Interessant zu wissen, danke für die vielen Informationen.
Dann muss ich mich korrigieren, ich war am falschen Eingang zum Erfassen der Stromwerte. Ich wusste wusste garnicht, , dass bei Vin ein Spannungsregler drin ist und auch >5V möglich ist!!
Also, bei Vin gingen bei mir minimal 4V.
Beim Pin "5V" (also direkt an uC) kann ich runter bis auf 3V, also hat der Spannungsregler wohl einen Spannungsabfall von ca. 1V.

Stromsparende 3,3V Boards gehen in meiner Anwendung wohl leider nicht da ich noch ein 5V Relais schalten muss (bistabil).
Aber vielleicht geht es auch an 3,3V das muss ich noch ausprobieren. Wenn es schaltet dann müsste ich mir keine Sorgen machen wegen dam Kontakt machen, es ist ja bistabil...(aber wer weiß ob das dann auch wieder Temperaturabhängig ist...)
Hier sind nun meine korrekten Messwerte (Pin 5V):
5V: 40mA
4V: 31mA
3V: 22mA

Ich gehe davon aus, dass die Messwerte von oberallgeier deshalb geringer sind, weil mein Board eben defekt ist...

Wieviel verbraucht denn die helle rote Status-LED am Board (auf das könnte ich verzichten)?

Wie kann ich denn die Taktrate heruntersetzen bzw. den internen verwenden, ich fand da nicht viel im Netz und gerade auch nichts anfängertaugliches.
Sleep Modus ist etwas schlecht, da ich selber noch 2 Signal LEDs betreiben muss, die während Sleep ja dann nicht gehen, oder?
Mit meinem geschrotteten Board könnte ich es ja risikolos ausprobieren...außer dass ich, wenn etwas schief geht, ich wieder auf dem Trockenen sitze.
(Ich warte noch auf den Clon-Nachschub aus China...ach dauert das lange...)

Sleep Modus ist wohl nicht möglich, da ich noch 2 Signal LEDs betreiben muss, die während Sleep ja dann nicht gehen, oder?

021aet04

25.06.2017, 22:17

Die Taktrate stellst du mit den Fuses (Fusebits) um. Wenn du da aber etwas falsches einstellst kann es sein das du auf den Controller nicht mehr zugreifen kannst.

MfG Hannes

xxrider

25.06.2017, 22:23

Gibt es eine Hilfestellung?
Sehe gerade, es geht mit einem mySmartUSB light, diesen habe ich, weil ich mal mit BASCOM...:)

oberallgeier

26.06.2017, 08:01

Hilfestellung zum Setzen der Fusebits ? Mein clone (mega328p) z.B. hat : EXTENDED 0xFD , HIGH 0xD7 , LOW 0xEE. Siehe dazu hier (http://www.engbedded.com/fusecalc/) und deutlich ausführlicher hier (https://www.mikrocontroller.net/articles/AVR_Fuses).
Dabei ist der Quarz eingeschaltet, EEPROM wird nur auf Anforderung gelöscht, Brown-out ist auf 2,7V und die Start-up-time ist ziemlich kurz, Bootloader ist ausgeschaltet. Nur so - ganz grob beschrieben.

xxrider

01.07.2017, 20:26

So, nun bin ich wieder aktiv, nachdem ich einen neuen Arduino bekommen habe...
Also ich könnte nun die Fusebits umstellen,
es wird angeboten:
Intern 8 MHz
oder
Intern 128 kHz
Gehen auch die 128 kHz?
Rechnen muss er ja nicht viel.
Und wenn ich sonst nichts anderes umstelle, dürfte es ja gehen.
Was hat es mit dem Teiler (Clock divide:8 auf sich?

...o.k.o.k. ich habs gewagt:
8 MHz, 1:8 Teiler und siehe da:
der uC funktioniert noch und ist ansprechbar und das Board benötigt jetzt so ca.
10 mA @ 5V

021aet04

02.07.2017, 08:12

Wenn man einen neuen AVR bekommt (nur das IC) ist Standardmäßig 8MHz und CKDIV8 eingestellt. Beim Arduino weiß ich es nicht. Somit hat man 8MHz/8=1MHz bei einem neuen AVR. Das CKDIV8 Fuse teilt den Takt nocheinmal um den Faktor 8 herunter.

MfG Hannes

oberallgeier

02.07.2017, 09:25

.. Also ich könnte nun die Fusebits umstellen .. Intern 8 MHz oder Intern 128 kHz Gehen auch die 128 kHz?
...o.k.o.k. ich habs gewagt:
8 MHz, 1:8 Teiler und siehe da:
der uC funktioniert noch und ist ansprechbar und das Board benötigt jetzt so ca. 10 mA @ 5V

Messungen zum atmega328p auf (arduino)NanoClone von heute.
Messaufbau: NanoClone-Platine mit dem üblichen Quarz 16 MHz, kleines Programm ist aufgespielt und läuft. Der Clone trägt an seinen Anschlüssen KEINERLEI Peripherie - nur ISP-Stecker und Zuführung vom Labornetzteil zu den PLATINEN-Anschlüssen VIN und GND. User defined LED ist off. Die Messwerte sind Angaben des Netzteils, aber "5V-Pinn" wird separat am entsprechenden Pinn per DMM gemessen.

Ergebnisse bei den genannten Einstellungen:
Fuses: Ext. Crystal Osc. 8.0- MHz; Start-up time PWRDWN/RESET: 1KCK/14CK + 0 ms
16 MHz 5Vin => 14 mA Verbrauch und 3,88 V am "5V-Pinn"

Fuses: Int. RC Osc. 8 MHz; Start-up time PWRDWN/RESET: 6KCK/14CK + 0 ms
8 MHz 5Vin => 11 mA Verbrauch und 4,08 V am "5V-Pinn" ............................................ ##>> Dies dürfte Deinem Aufbau entsprechen

Fuses: Int. RC Osc. 128 kHz; Start-up time PWRDWN/RESET: 6KCK/14CK + 0 ms
128 kHz 5Vin => 6 mA Verbrauch und 4,12 V am "5V-Pinn"

Sonstige Fuses:
BOD 2.7 V
SPIEN BootSZ 3F00
EESAVE
BOOTRST

Bitte denke dran:
1) 5V an VIN sind NICHT 5V am Controllereingang. Dort ist der Spannungsabfall am Spannungsregler zu berücksichtigen, siehe Angaben oben "5V-Pinn".
2) WENN der Controllertakt (im Datenblatt "CLCK" oder "Clock" oder so) auf 128 kHz liegt, dann muss der Programmiertakt zum Flashen auf weniger als 1/4 des Prozessortaktes gestellt werden, z.B. 4 kHz! Diese Forderung - weniger als 1/4 - gilt für jeden 8-Bit-Atmel-Prozessortyp.

xxrider

02.07.2017, 09:47

Danke für die Infos.
Also ich würde dann eigentlich gerne auf 128 kHz umstellen.
Nur, wo kann ich den Programmiertakt beim Arduino Programm einstellen???
Und bei Bascom ? (Options, Programmer, com-port, clock ->4000 manuell eingeben)?

oberallgeier

02.07.2017, 10:08

.. würde dann eigentlich gerne auf 128 kHz umstellen. Nur, wo kann ich den Programmiertakt beim Arduino Programm einstellen??? ..Die arduino-Programmierumgebung kenne ich nicht, auch nicht Bascom. Ich programmiere in C und stelle z.B. beim AVR-Studio4 den Takt in "Edit Current Configuration Options" ein oder im Studio4 bzw. Studio7 am Beginn des Quellcodes mit der Zeile " #define F_CPU 20e6". Ob der Wert 20e6 von anderen Compilern/Umgebungen verstanden wird weiß ich nicht, da könnte die Angabe #define F_CPU 20000000UL oder so "richtiger" sein.

HaWe

02.07.2017, 11:41

So, nun bin ich wieder aktiv, nachdem ich einen neuen Arduino bekommen habe...
Also ich könnte nun die Fusebits umstellen,
...
...o.k.o.k. ich habs gewagt:
8 MHz, 1:8 Teiler und siehe da:
der uC funktioniert noch und ist ansprechbar und das Board benötigt jetzt so ca.
10 mA @ 5V

wo ist denn jetzt der Unterschied zu vorher? 10mA hattest du doch auch schon ganz zu Anfang...?

Hallo,
...
Doch ich hab noch etwas bemerkt, denn der "Leerlaufstrom" ist ab dem Defekt von ca. 10mA auf 50mA gestiegen.
Liegt wohl am defekten A0?
Kann man den irgendwie ganz abschalten?
Für mich ist ein geringer Stromverbrauch wichtig.
Ich habe bemerkt, dass das Board mit 4V deutlich weniger Spannung brauchtm als mit 5V, aber trotzdem noch alles funktioniert. Av 3,8V ist aber Schluss.
Spricht eigentlich etwas dagegen, das Board auch 4V zu betreiben?
....

i.Ü rate ich eher zu Tipps, die speziell für Arduino maßgeschneidert sind...