Download
1 / 35
361 likes | 625 Views
Podstawy metrologii. AGH Wydział Zarządzania. Przetworniki C/A i A/C. AGH Wydział Zarządzania. Kwantowanie.
E N D
Podstawy metrologii. AGH Wydział Zarządzania
Przetworniki C/A i A/C AGH Wydział Zarządzania
Kwantowanie • Dyskretyzacja, digitalizacja, kwantowanie (ang. digitizing), zamiana danych analogowych na postać cyfrową, możliwą do zapamiętania w pamięci komputera. Obszar zmienności danych analogowych dzieli się na przedziały (zwane kwantami) i każdemu z przedziałów przypisuje się stałą, uśrednioną wartość liczbową. Im mniejszy przedział tym większa rozdzielczość dyskretyzacji, a jednocześnie większe zużycie pamięci na zapamiętanie jej wyników.
Próbkowanie • Próbkowanie (ang. sampling), wykonywane na bieżąco okresowe pomiary sygnałów analogowych. Próbkowanie jest konieczne, ponieważ dyskretyzacja wyniku pomiaru zabiera pewien czas. Podobieństwo między próbkowaniem, a zdejmowaniem wyników pomiarów przez człowieka jest pełne, różnica tkwi w szybkości – maszyna robi to szybciej.
Kodowanie Odwzorowywanie obiektów w zbiór złożony z zer i jedynek, np. kodowanie liczb naturalnych w ciąg 0, 01, 11, 100,... lub liter, cyfr i innych znaków w kod ASCII; Rodzaje kodów: dwójkowy, ósemkowy , szesnastkowy, Greya, kody dziesiętno-binarne BCD, kody ASCII
Charakterystyka przetwarzania przetwornika analogowo-cyfrowego.
Kody liczbowe Dziesiętna reprezentacja liczb 137 1·102+3·101+7·100 =137 Dwójkowa reprezentacja liczb (naturalna) 10111·23+0·22+1·21+1·20=1110 (dla liczb ujemnych stosuje się kod uzupełnieniowy U2) Szesnastkowa reprezentacja liczb 2F2·161+F(15) = 4710
Kody liczbowe • Kod dwójkowo-dziesiętny, BCD (Binary Coded Decimal) - kodowanie kolejnych cyfr dziesiętnych liczby w systemie dwójkowym z przeznaczeniem 4 bitów na cyfrę. Przykład: Liczba 199 w kodzie BCD: 0001 1001 1001 • Kod ASCII (American Standard Code for Information Interchange) Amerykański Znormalizowany Kod Wymiany Informacji system kodowania znaków za pomocą cyfr.
Zamiana liczb 317 : 2 = 158 r1 280 : 2 = 140 r0 158 : 2 = 79 r0 140 : 2 = 70 r0 79 : 2 = 39 r1 70 : 2 = 35 r0 39 : 2 = 19 r1 35 : 2 = 17 r1 19 : 2 = 9 r1 17 : 2 = 8 r1 9 : 2 = 4 r1 8 : 2 = 4 r0 4 : 2 = 2 r0 4 : 2 = 2 r0 2 : 2 = 1 r0 2 : 2 = 1 r0 1 : 2 = 0 r1 1 : 2 = 0 r1 317d=100111101b 280d=100011000b
Działania na liczbach binarnych • Dodawanie liczb 0+0=0, 0+1=1, 1+0=1, 1+1=1(0) Przykład: Należy dodać dwie liczby: A=0110 oraz B=1110 0110 +1110 10100 Sprawdzenie: 0110 (610) +1110 (1410)= 10100 (2010)
Działania na liczbach binarnych • Mnożenie liczb 1010 x 1100 0000 0000 1010 + 1010 1111000 Sprawdzenie: 1*26 + 1*25 + 1*24 +1*23 +0*22 + 0*21 + 0*20 =12010
Działania na liczbach binarnych • Odejmowanie liczb (dodawanie do odjemnej uzupełnień dwójkowych) Uzupełnienie dwójkowe liczby binarnej może być utworzone przez zamianę zer na jedynki i jedynek na zera i dodanie liczby 1. Przykład: Utworzyć uzupełnienie dwójkowe liczby 1000100 • zamieniamy zera na jedynki i jedynki na zera 0111011
Działania na liczbach binarnych • dodajemy 1 do liczby 0111011 0111011+ 0000001 0111100 • Uzupełnienie dwójkowe liczby 1000100 to liczba 0111100 Przykład: Od liczby 10101 odjąć 10010
Działania na liczbach binarnych • Tworzymy uzupełnienie dwójkowe liczby 10010 tj. 01110 • Dodajemy liczby 10101 +01110 100011Wynikiem odejmowania jest liczba 00011. Uwaga: W przypadku gdy przy sumowaniu najbardziej znaczących cyfr powstanie przeniesienie, to jest ono odrzucane i wynik tego sumowania jest równy wynikowi odejmowania liczb pierwotnych. Jeżeli nie będzie przeniesienia, wynik dodawania należy przekształcić w uzupełnienie dwójkowe i dołączyć znak ujemny.
Działania na liczbach binarnych Od liczby 00011 odejmujemy 10001 • Tworzymy uzupełnienie dwójkowe ostatniej liczby 01110 + 00001 01111 • Dodajemy 00011 + 01111 10010 • Wynikiem jest liczba ujemna, której wartość bezwzględną określa się wyznaczając uzupełnienie dwójkowe wyniku tj. 01110
Przetwornik Analogowo-Cyfrowy A/C • Przetwornik a-c wykonuje dwie operacje: kwantowanie, czyli zastąpienie ciągłego przebiegu wejściowego ciągiem wartości dyskretnych tego przebiegu, oraz kodowanie, tj. przypisanie kodu cyfrowego każdej wartości dyskretnej. Przetwornik a/c może być n-bitowy tzn. że zakres pracy przetwornika dzielony jest na 2n jednakowych przedziałów.
Parametry przetworników A/C · błąd kwantyzacji; · rozdzielczość; · zakres przetwarzania (nominalny i rzeczywisty); · błąd całkowania; · błąd przesunięcia zera; · błąd wzmocnienia (skalowania); · czas przetwarzania; · częstotliwość przetwarzania;
Parametry przetworników A/C Nominalny zakres przetwarzania - jest wartością napięcia przetwarzanego UFS = 2 * qn odpowiadającą maksymalnej wartości słowa wyjściowego powiększonej o 1. Rzeczywisty zakres przetwarzania - jest wartością napięcia przetwarzanego odpowiadającą maksymalnej wartości słowa wyjściowego. Rozdzielczość (zdolność rozdzielcza) - wyraża najmniejszą wielkość sygnału wejściowego rozróżnialną przez przetwornik.
Parametry przetworników A/C Czas przetwarzania - jest to czas potrzebny do jednego całkowitego przetworzenia na wielkość cyfrową z określoną rozdzielczością sygnału cyfrowego o wartości równej pełnemu zakresowi przetwarzania. Częstotliwość przetwarzania - jest to maksymalna częstotliwość z jaką mogą następować kolejne przetworzenia sygnału wejściowego z zachowaniem określonej rozdzielczości i dokładności przetwarzania.
Błędy Błąd całkowania - jest określany jako maksymalne odchylenie rzeczywistej charakterystyki przetwarzania od charakterystyki idealnej będącej prostą łączącą skrajne punkty przetwarzania. Błąd przesunięcia zera (błąd niezrównoważenia) - jest określany przez wartość przesunięcia rzeczywistej charakterystyki w stosunku do charakterystyki idealnej przechodzącej przez punkt zerowy. Błąd jest wyrażany w jednostkach napięcia wejściowego lub jako procentowa wartość względna odniesiona do pełnego zakresu przetwarzania.
Charakterystyka przetwornika a/c z błędem niezrównoważenia (przesunięcia zera).
Błąd wzmocnienia Błąd wzmocnienia (skalowania) - wynika ze zmiany nachylenia rzeczywistej charakterystyki przetwarzania w stosunku do charakterystyki idealnej i jest określany przez odchylenie rzeczywistej wartości nominalnego zakresu przetwarzania od wartości idealnej.
Charakterystyka przetwornika a/c z błędem wzmocnienia (skalowania).
Wagowe przetworniki C/A MSB – Most Significant Bit LSB – Least Significant Bit
Układ scalony Scalony układ ( intergrated circuit), chip, zminiaturyzowany półprzewodnikowy układ elektroniczny zawierający od setek do wielu mln elementów składowych (czynnych - tranzystorów lub diod, oraz biernych - rezystorów lub kondensatorów) powstających równocześnie w jednym cyklu produkcyjnym.
