Przetwarzanie C/C

Przetwarzanie C/C
Przetwarzanie cyfrowo-cyfrowe (C/C) realizowane jest poprzez
układy cyfrowe (od elementarnych po mikroprocesorowe), które
operują sygnałami cyfrowymi zarówno na wejściu jak i na wyjściu.
Sygnały cyfrowe są najczęściej dwuwartościowe czyli dwójkowe
(binarne).
W zależności od przyporządkowanych poziomów do stanów 0 i 1,
rozróżnia się logikę dodatnią i ujemną. Dokładne wartości
poziomów determinują technologie układów np. TTL, ECL lub
CMOS
Zapis kombinacji cyfr 0 i 1 nosi nazwę słowa cyfrowego, w którym
pierwszy bit z lewej to bit najbardziej znaczący (MSB) a z prawej to
najmniej znaczący (LSB).
Przetworniki C/C
„
„
„
„
„
„
„
Bramki logiczne: AND, OR, NOT, NOR, NAND, XOR
NAND, XOR
Przerzutniki bistabilne (pamięciowe): R-S, J-K,
D, T
Rejestry (przesuwne, szeregowe, równoległe)
Liczniki
Dekodery (np. do wyświetlaczy)
Komutatory: multipleksery i demultipleksery
Mikroprocesory (zaawansowane funkcje
2
Mierniki cyfrowe
∆X = ∆ p + ∆ d
δx =
a%
X
100
b
∆ d = % X zakr = n∆ r
100
Mierniki, których wskazania są
dyskretną funkcją wartości wielkości
mierzonej.
„ Realizowane głównie jako multimetry
„ Zaciski pomiarowe
∆X
X
∆p =
‹
‹
δr =
∆r
X
=
1
N
+: wysoki, High, Hi, Czerwony
-- : niski, Low, Lo, Czarny, Zielony,
Common, Com
Urządzenie odczytowe: wyświetlacz, liczba cyfr, rozdzielczość
Odczyt: bezpośrednio wartość zmierzona
Błąd wskazań: błąd podstawowy (∆p) i dyskretyzacji (∆d),
rozdzielczość (∆r), liczba niepewnych jednostek ostatniej cyfry
(n)
3
Mierniki cyfrowe - Woltomierz cyfrowy
„
Schemat funkcjonalny woltomierza napięć stałych
Informacja o zakresie i biegunowości
Ux
Układ
wejściowy
Przetwornik
A/C
Dekoder
Wskaźnik
Układ sterujący
„
Ux
Schemat funkcjonalny woltomierza mikroprocesorowego
Układ
wejściowy
Przetwornik
A/C
System
mikroprocesorowy
Wskaźnik
4
Mierniki cyfrowe - omomierz cyfrowy
„
Zamiana rezystancji na napięcie
U = Rx I o
I0
Rx
„
V
Stany nieustalone
uC = U o (1 − e
R
U0
uC
C
−t
RC
)
1
1
Nx =
Rx C =
RC x
Tw
Tw
Dla t=RC=τ, otrzymujemy uC=U0(1-e-1)= U00,632.
Wystarczy zmierzyć czas od włączenia klucza do osiągnięcia
napięcia (U00,632), czyli czas ładowania kondensatora
5
Systemy pomiarowe
„
Budowane w celu pomiaru wartości wielu różnych wielkości
„
„
Oprogramowanie
systemów pomiarowych
może być skupione na
jednej jednostce
komputerowej lub
rozproszone na wielu
jednostkach
Inteligentny
czujnik wyposażony w
mikroprocesor i
stanowić może
odrębny
podsystem
6
Obiekty pomiarowe - modele i
parametry
„
Sygnały (prąd, napięcie)
‹
‹
Stałe – niezmienne w czasie.
Zmienne – zmieniające swą wartość w czasie:


Okresowe (sinusoidalne, prostokątne, trójkątne)
Nieokresowe:
• Krótkotrwałe (impulsowe, zanikające)
• Długotrwałe (prawie okresowe, losowe)
„
„
„
„
Parametry obwodów elektrycznych: impedancja (Z),
rezystancja (R), reaktancja (X), indukcyjność (L), pojemność
(C)
Moc (czynna, bierna, pozorna), energia
Pola magnetyczne
Wielkości nieelektryczne: temperatura, ciśnienie, przepływ,
wymiary geometryczne, siły i momenty, parametry ruchu
7
Obiekty pomiarowe – sygnały i ich
parametry
„
u(t)=U
T
1
U śr = ∫ u (t )dt
T 0
U
0
t
u(t)=Umsin(2πft)
u(t1)
Um
tf
0
T
Up-p
t1
t
T=1/f
0
1 2
U sk =
u (t )dt
∫
T 0
T ↔ 2π ; t f ↔ ϕ
u(t)=U0+Umsin(2πft)
U0
Sygnały (prąd, napięcie)
Um
t
2π
ϕ = tf
T
8
Obiekty pomiarowe - parametry
„
„
„
„
„
„
„
„
„
„
Uśr – wartość średnia (składowa stała, DC)
Usk – wartość skuteczna
Um – amplituda
Upp – wartość międzyszczytowa
u(t1) – wartość chwilowa (w danej chwili)
T - okres – czas trwania jednego pełnego cyklu
f – częstotliwość – liczba cykli na jednostkę czasu (f=1/T)
ϕ - przesunięcie fazowe (tylko dla sygnałów o jednakowych
częstotliwościach)
Współczynniki: kształtu krzywej (kk), amplitudy lub szczytu (ka),
odkształcenia (kod)
Współczynnik zniekształceń nieliniowych lub zawartości
harmonicznych h, zawartości n-tej harmonicznej hn
9
Obiekty pomiarowe - parametry
„
Wartości skuteczne sygnałów: sinusoidalnego, trójkątnego, prostokątnego
U sk sin
Um
=
2
U sk
kk =
U śr
U sktr
Um
ka =
U sk
Um
=
3
kod
U skpr = U m
U1sk
=
U sk
U 22m + U 32m + ...
U 22sk + U 32sk + ...
h=
=
2
2
2
2
2
2
U1m + U 2 m + U 3m + ...
U1sk + U 2 sk + U 3 sk + ...
h1 =
U
2
2 sk
+ U + ...
U12sk
2
3 sk
U nm U nsk
hn =
=
U1m U1sk
10
Obiekty pomiarowe - modele
„
„
„
Model Thevenina
Modele rzeczywistych elementów R, L i C
Prawa, twierdzenia i zależności
R
L
E
R
Rw
C
S = U sk I sk
[VA]
P = U sk I sk cos ϕ [W ]
2
U
U
2
R=
P = UI =
=I R
I
R
U sk
jϕ
Z=
= R + jX =| Z | e
I sk
S 2 = P2 + Q2
P
Q = U sk I sk sin ϕ [var] cos ϕ = S
11
Pomiar częstotliwości
„
Częstościomierz - metoda bezpośrednia
ux
t
Nx
fx =
Tw
t
uw
Tw=Nx/fx
δ f = δT + δ N
x
w
x
1
= δ Tw +
Nx
12
Pomiar okresu (czasu)
„
Częstościomierz - metoda pośrednia
uw
t
Tx = N xTw
t
ux
Tx=NxTw
δT = δT + δ N
x
w
x
1
= δ Tw +
Nx
13
Pomiar fazy
„
Faza chwilowa
u2
u1
t
tx
t
Tx=NTTw
Nx
Tx = N T Tw
t x = N xTw
tx
Nx
ϕ x = 360 =
360
Tx
NT
14
Pomiar fazy
„
Faza średnia
Tx = N T Tw
u1
u2
t
tx
t x = N xTw
tb = kTw = aTx
t
Tx=NTTw
Nx
tb
tb t x kTw t x
ϕx
360
=
=k
⇒ ϕx =
N = aN x =
N
360
Tx Tw
Tx Tw
k
15