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
Document Outline