Przetwornik analogowo-cyfrowy

Podobne dokumenty
Notatka lekcja_#3_1; na podstawie W.Kapica 2017 Strona 1

Podstawowe funkcje przetwornika C/A

Sygnał a informacja. Nośnikiem informacji mogą być: liczby, słowa, dźwięki, obrazy, zapachy, prąd itp. czyli różnorakie sygnały.

O sygnałach cyfrowych

Teoria przetwarzania A/C i C/A.

Przetworniki cyfrowo analogowe oraz analogowo - cyfrowe

Uczeń/Uczennica po zestawieniu połączeń zgłasza nauczycielowi gotowość do sprawdzenia układu i wszystkich połączeń.

Przetworniki A/C i C/A w systemach mikroprocesorowych

Przetworniki analogowo-cyfrowe

Zastosowania mikrokontrolerów w przemyśle

Pomiar odległości z Arduino czujniki, schematy, przykładowe kody

Przetwarzanie analogowo-cyfrowe sygnałów

Przetworniki cyfrowo-analogowe C-A CELE ĆWICZEŃ PODSTAWY TEORETYCZNE

Przetworniki analogowo - cyfrowe CELE ĆWICZEŃ PODSTAWY TEORETYCZNE Zasada pracy przetwornika A/C

Uwaga: dioda na wyjściu 13 świeci gdy na wyjście podamy 0.

Rys. Podstawowy system przetwarzania cyfrowego sygnałów analogowych

Realizacja regulatora PID w komputerze PC z kartą akwizycji danych. Opracował na podstawie dokumentacji dr inż. Jarosław Tarnawski

Konwersja dźwięku analogowego do postaci cyfrowej

Metody numeryczne Technika obliczeniowa i symulacyjna Sem. 2, EiT, 2014/2015

Techniki multimedialne

Spis treści. 1. Cyfrowy zapis i synteza dźwięku Schemat blokowy i zadania karty dźwiękowej UTK. Karty dźwiękowe. 1

Przetworniki A/C i C/A w systemach mikroprocesorowych

Przykładowe zadanie praktyczne

Przetworniki analogowo-cyfrowe - budowa i działanie" anie"

Parametryzacja przetworników analogowocyfrowych

12. Wprowadzenie Sygnały techniki cyfrowej Systemy liczbowe. Matematyka: Elektronika:

BADANIE STATYCZNYCH WŁAŚCIWOŚCI PRZETWORNIKÓW POMIAROWYCH

Schemat funkcjonalny układu automatycznej regulacji

Przetwarzanie A/C i C/A

Pomiar natężenia światła (005; ; arduino, processing)

Uniwersytet Pedagogiczny im. Komisji Edukacji Narodowej w Krakowie

Wykład II. Reprezentacja danych w technice cyfrowej. Studia Podyplomowe INFORMATYKA Podstawy Informatyki

PRZETWORNIKI C / A PODSTAWOWE PARAMETRY

L6.1 Systemy liczenia stosowane w informatyce

Systemy liczbowe. 1. Przedstawić w postaci sumy wag poszczególnych cyfr liczbę rzeczywistą R = (10).

Systemy plezjochroniczne (PDH) synchroniczne (SDH), Transmisja w sieci elektroenergetycznej (PLC Power Line Communication)

AKADEMIA MORSKA KATEDRA NAWIGACJI TECHNICZEJ

Ćw. 7 Przetworniki A/C i C/A

Pomiary i przyrządy cyfrowe

Przetwarzanie AC i CA

Cechy karty dzwiękowej

Technika audio część 1

Technologie Informacyjne

Oscyloskop (007; ; arduino; processing)

PRZETWORNIKI A/C I C/A.

Badanie przetworników AC różnych typów

Przetworniki analogowo-cyfrowe (A/C)

Kodowanie informacji. Przygotował: Ryszard Kijanka

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

Zakres wymaganych wiadomości do testów z przedmiotu Metrologia. Wprowadzenie do obsługi multimetrów analogowych i cyfrowych

ARCHITEKTURA SYSTEMÓW KOMPUTEROWYCH

Obsługa przetwornika ADC na mikrokontrolerze ATmega8 CEZARY KLIMASZ OBSŁUGA PRZETWORNIKA ADC NA MIKROKONTROLERZE ATMEGA8

ĆWICZENIE. TEMAT: OBSŁUGA PRZETWORNIKA A/C W ukontrolerze 80C535 KEILuVISON

Wstęp do informatyki- wykład 1

BADANIE UKŁADÓW CYFROWYCH. CEL: Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości statycznych układów cyfrowych serii TTL. PRZEBIEG ĆWICZENIA

POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Elektryczny Instytut Elektroenergetyki Zakład Elektrowni i Gospodarki Elektroenergetycznej

Architektura przetworników A/C. Adam Drózd

SCL > Pin 21 SDA > Pin 20 VCC > 5V GND > GND

Karta katalogowa V E3XB. Moduł wejść/wyjść Snap. 18 (podzielone na dwie grupy) Typ wejść

f we DZIELNIKI I PODZIELNIKI CZĘSTOTLIWOŚCI Dzielnik częstotliwości: układ dający impuls na wyjściu co P impulsów na wejściu

Komputerowe systemy pomiarowe. Podstawowe elementy sprzętowe elektronicznych układów pomiarowych

Podstawy Informatyki. Inżynieria Ciepła, I rok. Wykład 5 Liczby w komputerze

Sprawdzian wiadomości z jednostki szkoleniowej M3.JM1.JS3 Użytkowanie kart dźwiękowych, głośników i mikrofonów

Wielkość analogowa w danym przedziale swojej zmienności przyjmuje nieskończoną liczbę wartości.

Liczby rzeczywiste są reprezentowane w komputerze przez liczby zmiennopozycyjne. Liczbę k można przedstawid w postaci:

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

PRZENOŚNY MIERNIK MOCY RF-1000

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

Jacek Szlachciak. Urządzenia wirtualne systemu wieloparametrycznego

Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki

Stan wysoki (H) i stan niski (L)

ZAKŁAD SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH I TELEKOMUNIKACYJNYCH Laboratorium Podstaw Telekomunikacji WPŁYW SZUMÓW NA TRANSMISJĘ CYFROWĄ

Przetworniki AC i CA

Kwantowanie sygnałów analogowych na przykładzie sygnału mowy

2.11 MODUŁY WEJŚĆ ANALOGOWYCH

FFT i dyskretny splot. Aplikacje w DSP

EUROELEKTRA. Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej. Rok szkolny 2013/2014

Instytut Teleinformatyki

Zmierzyć się z żywiołami, czyli jak zbudować własną stację badawczą! Zaczynamy! Pole komunikatów programu. Nawigacja w programie Arduino

Szczegółowy Opis Przedmiotu Zamówienia: Zestaw do badania cyfrowych układów logicznych

Przetworniki A/C. Ryszard J. Barczyński, Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Arytmetyka. Arytmetyka. Magdalena Lemańska. Magdalena Lemańska,

Struktury specjalizowane wykorzystywane w mikrokontrolerach

MCAR Robot mobilny z procesorem AVR Atmega32

Laboratoryjny multimetr cyfrowy Escort 3145A Dane techniczne

Kod U2 Opracował: Andrzej Nowak

Wprowadzenie do architektury komputerów systemy liczbowe, operacje arytmetyczne i logiczne

4. Schemat układu pomiarowego do badania przetwornika

PL B1. Sposób i układ pomiaru całkowitego współczynnika odkształcenia THD sygnałów elektrycznych w systemach zasilających

Wstęp do Informatyki

Arytmetyka komputera. Na podstawie podręcznika Urządzenia techniki komputerowej Tomasza Marciniuka. Opracował: Kamil Kowalski klasa III TI

Badanie przetworników A/C i C/A

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

Laboratorium Asemblerów, WZEW, AGH WFiIS Tester NMOS ów

Projektowanie systemów pomiarowych

Systemy liczenia. 333= 3*100+3*10+3*1

1.1. Pozycyjne systemy liczbowe

CL600. Precyzyjny cyfrowy miernik tablicowy serii CL 600. Zastosowanie

Pilot RF 4-kanałowy + odbiornik XY-DJM-5V umożliwia zdalne sterowanie do czterech urządzeń. Nadajnik pilot MX804. Odbiornik XY-DJM.

Escort 3146A - dane techniczne

Transkrypt:

Przetwornik analogowo-cyfrowy Przetwornik analogowo-cyfrowy A/C (ang. A/D analog to digital; lub angielski akronim ADC - od słów: Analog to Digital Converter), to układ służący do zamiany sygnału analogowego na sygnał cyfrowy. Dzięki temu możliwe jest przetwarzanie sygnałów analogowych w urządzeniach elektronicznych opartych o architekturę zero-jedynkową oraz gromadzenie na dostosowanych do tej architektury nośnikach danych. Przetwarzanie analogowo-cyfrowe składa się z trzech procesów: 1. próbkowania 2. kwantowania 3. kodowania Próbkowanie polega na wyznaczeniu momentów pomiarów wartości napięcia elektrycznego (ang. voltage) podawanego na wejście przetwornika A/C (reprezentującego sygnał ciągły, analogowy), w taki sposób aby otrzymany ciąg liczb możliwie wiernie odwzorowywał zmiany tego sygnału. Najczęściej pomiar, czyli "pobieranie próbki" odbywa się co stały okres Dt zwany okresem próbkowania (ang.: sampling period, sampling time), a jego odwrotność to częstotliwość próbkowania fp=1/dt. Im większa częstotliwość próbkowania (czyli krótszy okres próbkowania) tym większa szybkość konwersji (conversion rate) i tym dokładniejsze może być odwzorowanie zmian przebiegu wejściowego co pokazuje poniższy rysunek. Kwantowanie to cyfrowy pomiar czyli przedstawienie mierzonej wartości jako liczby elementarnych kwantów (najczęściej liczby binarnej - w układzie dwójkowym). Precyzja pomiaru zależy od liczby poziomów (kwantów) odpowiadających pełnemu zakresowi mierzonego napięcia, a nazywanej rozdzielczością przetwornika. Najwcześniejszą metodą kwantowania była metoda kwantowania równomiernego, popularnie zwana modulacją kodowo-impulsową (PCM ang. Pulse-Code Modulation). Polega ona na podzieleniu całego zakresu, w jakim może zmieniać się sygnał wejściowy, na k (np. 1024) równomiernie rozłożonych

przedziałów kwantowania o stałych szerokościach. Jeżeli n bitów jest przeznaczonych do reprezentowania każdej wartości próbki, wtedy całkowita liczba reprezentowanych wartości sygnału wynosi: 2 n =k n=log 2k Dla k=1024, n=10 (bitów), liczba reprezentowanych wartości to 2 n, maksymalna wartość to 2 n -1. Rozdzielczość podawana jest jako liczba bitów przeznaczonych do zapisu wyniku pomiaru. Ponieważ przy pomocy n bitów można zapisać wartości od zera do 2 n -1 więc n bitowa rozdzielczość odpowiada 2 n poziomom kwantowania. Na przykład cztero-bitowy przetwornik dzieli zakres pomiaru na 2 4 =16. Każdej z liczb odpowiada wartość zero-jedynkowa: 0 0000 1 0001 2 0010 3 0011 4 0100 5 0101 6 0110 7 0111 8 1000 9 1001 10 1010 11 1011 12 1100 13 1101 14 1110 15 1111 Najmniejsza wartość, jaka może być zapisana na 4 bitach to 0000 0. Największa wartość, jaka może być zapisana na 4 bitach to 1111 2 4-1 = 15. Dla liczby 11 mamy 1011 (reszty dzielenia przez 2): Kod dwójkowy Numer bitu Liczba Reszty dzielenia przez 2 Waga 4 11 1 8 3 5 1 4 2 2 0 2 1 1 1 1 Do jej zapisu potrzebne są 4 bity.

Dla liczby 965 mamy 1111000101 (reszty dzielenia przez 2): Kod dwójkowy Numer bitu Liczba Reszty Waga 10 965 1 512 9 482 0 256 8 241 1 128 7 120 0 64 6 60 0 32 5 30 0 16 4 15 1 8 3 7 1 4 2 3 1 2 1 1 1 1 Do jej zapisu potrzebnych jest 10 bitów. Kodowanie polega na dostosowaniu otrzymanych wyników do sposobu transmisji i przechowywania w pamięci komputera. Czujniki stosowane w elektronice mogą przetwarzać sygnał nieelektryczny na napięcie. W uproszczeniu można w wielu zastosowaniach przyjąć, że odwzorowanie to jest funkcją liniową. Wtedy pomiar polegałby na odczytaniu napięcia np. z zakresu analogowego 0-5V. Zmiana wartości wyjściowej z czujnika na wartość cyfrową daje możliwości interpretacji w systemach mikroprocesorowych. Poprawną interpretację zapewnia czułość przyrządu pomiarowego definiowana jako najmniejsza zmiana wartości mierzonej wielkości fizycznej, którą może zarejestrować dany przyrząd pomiarowy. Czułość (sensitivity)jest to iloraz zmiany wskazania układu pomiarowego ( p) i odpowiadającej jej zmiany wartości wielkości mierzonej ( m). SE = p/ m Weźmy przetwornik A/C 10-bitowy. Maksymalna liczba, jaką można zapisać na wyjściu takiego przetwornika to 2 10-1=1023. W analizowanej sytuacji mamy: p=1023 m= u=5000mv SE=0,2046 1/mV Wskazanie przyrządu pomiarowego p <0;1023> jest iloczynem czułości i wartości sygnału wejściowego: p =SE* m Oznacza to, że przy zmianie napięcia o ~4,89mV nastąpi zmiana wartości na wyjściu przetwornika A/C o wartość 1. Znając czułość SE i wartość odczytaną z przetwornika A/C można wyprowadzić wzór na wielkość mierzonej wartości wejściowej: m=p/se

Niech wartością mierzoną będzie napięcie U, wtedy U=p/SE=p/ p/ m=p* m/ p=p*5/1023, gdzie p <0,1023> Przykładem pomiaru napięcia może być analiza dzielnika rezystancyjnego na wejściu A0 Arduino. Przykładowy kod programu pokazujący pomiar napięcia: // Potencjometr, zasilanie 5V // Odczyt pin analogowy 0 #define pinan A0 void setup() { pinmode(pinan, INPUT); Serial.begin(9600); //initialize serial port 9600 } void loop() { float p=analogread(pinan); //dalsze działania w zbiorze R float u=p*5/1023; Serial.print(p); Serial.print(" "); Serial.print(u); Serial.println(" V"); delay(500); //okres próbkowania, częstotliwość fp= 1/500ms = 2Hz (2 razy na sekundę) } Oznaczmy przez R d wartość rezystancji potencjometra. p=1023 Rd=10000 SE=0,1023 1/ Wskazanie przyrządu pomiarowego p<0;1023> jest iloczynem czułości i wartości sygnału wejściowego: p =SE* Rd

Oznacza to, że przy zmianie napięcia o ~9,76 nastąpi zmiana wartości na wyjściu przetwornika A/C o wartość 1. Znając czułość SE i wartość odczytaną z przetwornika A/C można wyprowadzić wzór na wielkość mierzonej wartości wejściowej: R d=p/se=p/ p/ Rd=p* Rd/ p=p*10000/1023, gdzie p <0,1023> Dodatkowy fragment kodu w sekcji loop(): float p=analogread(pinan); //dalsze działania w zbiorze R float Rd=p*10/1023; Serial.print(Rd); Serial.print(" kohm");