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

).

2

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

3

Mierniki cyfrowe

Mierniki, których wskazania są

dyskretną funkcją

wartości wielkości

mierzonej.

„

Realizowane głównie jako multimetry

„

Zaciski pomiarowe

‹

+

: 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)

N

X

r

r

zakr

d

p

X

X

x

d

p

r

n

X

b

X

a

X

1

%

%

100

100

=

=

∆

=

=

∆

=

∆

=

∆

+

∆

=

∆

∆

∆

δ

δ

4

Mierniki cyfrowe -

Woltomierz cyfrowy

„

Schemat funkcjonalny woltomierza napięć stałych

Układ

wejściowy

Przetwornik

A/C

Dekoder

Układ sterujący

Wskaźnik

U

x

Informacja o zakresie i biegunowości

Układ

wejściowy

Przetwornik

A/C

System

mikroprocesorowy

Wskaźnik

U

x

„

Schemat funkcjonalny woltomierza mikroprocesorowego

5

Mierniki cyfrowe -

omomierz cyfrowy

„

Zamiana rezystancji na napięcie

„

Stany nieustalone

R

C

U

0

u

C

I

0

V

R

x

o

x

I

R

U

=

)

1

(

RC

t

o

C

e

U

u

−

−

=

Dla t=RC=

τ, otrzymujemy u

C

=U

0

(1-e

-1

)= U

0

0,632.

Wystarczy zmierzyć czas od włączenia klucza do osiągnięcia
napięcia (U

0

0,632), czyli czas ładowania kondensatora

x

w

x

w

x

RC

T

C

R

T

N

1

1

=

=

6

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

7

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

8

Obiekty pomiarowe – sygnały i ich

parametry

„

Sygnały (prąd, napięcie)

u(t)=U

t

U

0

u(t)=U

m

sin(2

πft)

t

t

1

T=1/f

U

m

0

u(t

1

)

U

p-p

t

f

u(t)=U

0

+U

m

sin(2

πft)

t

U

m

0

U

0

dt

t

u

T

U

T

śr

∫

=

0

)

(

1

dt

t

u

T

U

T

sk

∫

=

0

2

)

(

1

T

t

t

T

f

f

π

ϕ

ϕ

π

2

;

2

=

↔

↔

9

Obiekty pomiarowe - parametry

„

U

śr

– wartość średnia (składowa stała, DC)

„

U

sk

– wartość skuteczna

„

U

m

– amplituda

„

U

pp

– 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 (k

k

), amplitudy lub szczytu (k

a

),

odkształcenia (k

od

)

„

Współczynnik zniekształceń nieliniowych lub zawartości

harmonicznych h, zawartości n-tej harmonicznej h

n

10

Obiekty pomiarowe - parametry

„

Wartości skuteczne sygnałów: sinusoidalnego, trójkątnego, prostokątnego

3

tr

m

sk

U

U

=

2

sin

m

sk

U

U

=

m

sk

U

U

=

pr

śr

sk

k

U

U

k

=

sk

m

a

U

U

k

=

sk

sk

od

U

U

k

1

=

...

...

...

...

2

3

2

2

2

1

2

3

2

2

2

3

2

2

2

1

2

3

2

2

+

+

+

+

+

=

+

+

+

+

+

=

sk

sk

sk

sk

sk

m

m

m

m

m

U

U

U

U

U

U

U

U

U

U

h

sk

nsk

m

nm

n

U

U

U

U

h

1

1

=

=

2

1

2

3

2

2

1

...

sk

sk

sk

U

U

U

h

+

+

=

11

Obiekty pomiarowe - modele

„

Model Thevenina

„

Modele rzeczywistych elementów R, L i C

„

Prawa, twierdzenia i zależności

R

R

L

C

R

w

E

ϕ

j

sk

sk

e

Z

jX

R

I

U

Z

|

|

=

+

=

=

I

U

R

=

R

I

R

U

UI

P

2

2

=

=

=

]

[VA

I

U

S

sk

sk

=

]

[

cos

W

I

U

P

sk

sk

ϕ

=

[var]

sin

ϕ

sk

sk

I

U

Q

=

2

2

2

Q

P

S

+

=

S

P

=

ϕ

cos

12

Pomiar częstotliwości

„

Częstościomierz - metoda bezpośrednia

t

T

w

=N

x

/f

x

t

u

w

u

x

w

x

x

T

N

f

=

x

T

N

T

f

N

w

x

w

x

1

+

=

+

=

δ

δ

δ

δ

13

Pomiar okresu (czasu)

„

Częstościomierz - metoda pośrednia

t

T

x

=N

x

T

w

t

u

x

u

w

w

x

x

T

N

T

=

x

T

N

T

T

N

w

x

w

x

1

+

=

+

=

δ

δ

δ

δ

14

Pomiar fazy

„

Faza chwilowa

t

t

t

x

u

1

u

2

T

x

=N

T

T

w

N

x

360

360

T

x

x

x

x

N

N

T

t

=

=

ϕ

w

T

x

T

N

T

=

w

x

x

T

N

t

=

15

Pomiar fazy

„

Faza średnia

t

t

t

x

u

1

u

2

T

x

=N

T

T

w

t

b

N

x

w

T

x

T

N

T

=

w

x

x

T

N

t

=

x

w

b

aT

kT

t

=

=

N

k

k

T

t

T

kT

T

t

T

t

aN

N

x

x

w

x

x

w

w

x

x

b

x

360

360

=

⇒

=

=

=

=

ϕ

ϕ