Einfache Genaue Messungen mit Mikrocontrollern (Teil1)

Referenz-Signal

Als erstes benötigen wir ein Referenz-Signal, wozu brauchen wir das überhaupt?

Die Mikrocontroller werden üblicherweise von Quarzen getaktet, hier in den Beispielen nehmen wir ein 16Mhz Standard an. Normalerweise benötigt man die normalen Quarze, diese reichen für normale Taktungen und Kurzzeitmessungen im Nano/Mikrosekunden Bereich auch aus. Das eigentliche Problem tritt erst auf wenn man Sekunden oder sogar Stunden auf eine Millisekunde genau messen möchte, hier addieren sich die Messfehler dann auf.

Aber wieviel ist das?

Dazu benutze ich ein GPS-Empfänger für knapp 8€, dieser bekommt durchgehend von allen Empfangenen Satelliten ein Mikrosekunden Zeitstempel in Weltzeit mit der genauigkeit einer Atomuhr (Die wirklich in jedem Satellit vorhanden ist).

Durch eine eigene hohe Taktung kann das Empfängermodul aus den Empfangenen Daten der Satelliten die Lokalzeit in Millisekunden fast Nanosekundengenau berechnen. Wir machen uns zum Vorteil das jedes Modul ein PPS “Pulse Per Second” Impuls an einem Pin ausgibt! Bei einem NEO-6M Modul ist dieser Impuls auf 60Nanosekunden genau Langzeitsynchronisiert, das bedeutet das solange wir diesen Puls Empfangen und zählen .. der Abstand der gezählten Impulse den Sekunden entsprechen und das auf 60ns genau.

Praktisch heißt das, wir können mit einem Mikrocontroller als Referenz andere Impulse zwischen zwei PPS Impulsen zählen und können so auf 30-60ns Genau Frequenzen im Mhz Bereich auf 1Hz genau messen.

 

Beispiel:

Man kauft sich ein fertiges Breadboard mit angegebenem 16MHz Resonator/Quarz.. Dank der Messung mit dem PPS Impuls stellt man dann fest das dieser im Schnitt nur 15,95MHz und das auch noch schwankend taktet. Das bedeutet immerhin das für den Mikrocontroller 1 Sekunde nur 997 Millisekunden lang ist und dieser nach 20 Minuten und 1200 Sekunden meint es wäre fast 4 Sekunden später usw usw!

Eine schlechte Stopuhr gegen eine Digitale Armbanduhr mit genauen Sekunden.. dabei hat man sich das ja so gut ausgedacht..

 

 

 

 

 

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