通过模拟输入引脚选择4位总线地址：蒙特卡洛模拟显示重叠的地址值

我使用ATtiny44微控制器为硕士论文设计了一个小型传感器PCB 。我的应用程序需要约200个这些板，并且16个始终在本地连接至控制器板。整个网络如下所示：

为了在控制器和传感器板上进行通信，我编写了自己的1针总线（基于时序）。唯一的问题是，当我将其数据发送到控制器板上时，传感器板必须具有一个地址才能知道其在网络中的位置。

因为我在ATtiny上只剩下了1个引脚，所以我想到了一个基于跳线的DAC电路，该电路应根据四个跳线的设置生成一个模拟电压。由于传感器电路使用值（47、470、1k，3k，4k7、10k，100k和220k），并且我想针对生产进行优化，因此我使用了以下DAC值（基本上是100k，50k，20k和10k） ）。根据跳线设置，这应该给我一个介于0 V和760 mV之间的不错的值。正是我需要使用ATtiny的内部1.1 V参考电压作为模拟电压读取的内容。启动时，ATtiny会读取该电压并应知道其位置。

^{模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

从理论上讲，这很好。考虑电阻的公差时，我什至在LTspice中进行了蒙特卡洛分析，以确认没有重叠区域（所有电阻均为1％BTW）。您可以在下面找到此分析的图片。

现在，我生产了几块（幸运的是不是200块）这些板，但是有些板未能正确读取其地址（特别是在所有容差立即发挥作用的较高地址区域）。我测量了所有可能的解决方案，最后找出了我的问题。我最初的分析不包括5 V电源电压的容差，该电压是在每个控制器板上通过MC7805从12 V本地产生的。根据数据表，MC7805的输出电压在4.8至5.2 V之间。

在弄清楚这一点之后，我修改了蒙特卡洛分析。现在看起来像这样：

如您所见，有很多重叠的区域，我不能肯定地说这个电压只能表示这个地址。基本上所有的地址都以no开头。8可能会得到错误的读数（对于更高的地址，错误读数的可能性更高）。

我不喜欢比已经使用上板（作为论文我想优化生产）的一个添加不同的电阻值。

我不喜欢加电压参考（例如，齐纳二极管）喂DAC电阻网络。

我不能再修改控制板（并在那里使用更精确的稳压器）。

我仍然可以修改PCB设计/传感器板的原理图！

如何确保始终获得正确的地址读数（通过程序或通过更改电路）？

根据您的仿真，只要考虑电阻值的不确定性，您的寻址方案就可以正常工作。电压的不确定性使其失效。

我的建议是通过将其用作ADC来消除VCC的波动。您可以通过REFS对ADMUX寄存器中的位进行编程来实现，如数据表中所述：

一旦切换到VCC作为ADC的参考电压，就不再测量电压，而是电阻值之间的比率，精确到1％。原理图不需要更改（尽管您可能希望增加R7的值以使测量值处于ADC转换范围的中间），仅需更新Attiny的固件即可。

如果您仍然愿意重新设计传感器板，则可以按照Cano64的建议，用R-2R梯形图替换原理图：

^{模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

通过使梯形图中的所有步长相等，可以优化分辨率。1％的电阻器的精度足以构建高达5位的单调阶梯。

我不得不解决一次类似的问题。我需要将4个按钮连接到arduino上的一个模拟引脚，但是我需要识别同时按下的按钮（所有组合）。我想出了与您相同的电路，然后编写了一个程序来搜索所有可能的电阻值组合，因此，当您按按钮时，最终值要尽可能地分开。你猜怎么了？我们被搞砸了，这是不可能的。就是这样，祝您有美好的一天。

我了解到，开关的最佳电阻值接近R，2R，4R，8R，分压器的底部具有R值。您的电路已经接近最佳值，您只需用10k代替R7电阻。

但是对您来说有个好消息。由于您只需要设置一个地址（设备运行时就不会操作该开关），因此我建议使用SPDT开关和R2R阶梯 。