Az analóg jelek Az analóg jelek digitalizálása, az ADC-k digitalizálása, az ADC-k

típusai működésük.típusai működésük.

Bende Mihály

DE-IK

PTM

e-mail: mizsala@gmail.com

Az analóg jelek digitalizálásaAz analóg jelek digitalizálása

• Analóg jelAnalóg jel• Diszkrét idejű jelDiszkrét idejű jel• Diszkrét amplitúdójú jelDiszkrét amplitúdójú jel• Digitális jelDigitális jel• A digitalizálásA digitalizálás

Amiről szó lesz:Amiről szó lesz:

• Az analóg jel egy adott Az analóg jel egy adott tartományon belül bármilyen tartományon belül bármilyen értéket felvehet.értéket felvehet.

• A jel értelmezési A jel értelmezési tartománya(az idő) és tartománya(az idő) és értékkészlete is értékkészlete is folytonos(analóg).folytonos(analóg).

Analóg jelekAnalóg jelek

Diszkrét idejű jelekDiszkrét idejű jelek

•A jel értelmezési A jel értelmezési tartománya diszkrét, tartománya diszkrét, értékkészlete folytonos.értékkészlete folytonos.

Diszkrét amplitúdójú jelekDiszkrét amplitúdójú jelek

•A jel értelmezési A jel értelmezési tartománya folytonos, tartománya folytonos, értékkészlete diszkrét.értékkészlete diszkrét.

Digitális jelekDigitális jelek•A jel értékkészlete és értelmezési A jel értékkészlete és értelmezési tartománya is diszkrét. tartománya is diszkrét. •Ezen tartományon belül csak Ezen tartományon belül csak diszkrét értékeket vehet fel.diszkrét értékeket vehet fel.•A digitális jelek egyik fajtája a A digitális jelek egyik fajtája a bináris jel, amelynek értékkészlete bináris jel, amelynek értékkészlete két elemet tartalmaz: 0,1.két elemet tartalmaz: 0,1.

A digitalizálásA digitalizálás

Lépések:Lépések:

•Mintavételezés: az adott Mintavételezés: az adott időpillanatban az analóg jel időpillanatban az analóg jel értékével megegyező értékkel értékével megegyező értékkel helyettesítjük a jelet.helyettesítjük a jelet.

•Kvantálás: végessok lehetséges Kvantálás: végessok lehetséges értékre szűkíti a értékre szűkíti a mintavételezéssel nyert mintavételezéssel nyert értékeketértékeket

•Kódolás: a kvantálás által Kódolás: a kvantálás által előállított végessok értékhez előállított végessok értékhez bináris kódokat kell rendelni bináris kódokat kell rendelni (technikák: PCM, DPCM, EPCM (technikák: PCM, DPCM, EPCM stb.)stb.)

A mintavételezés szabályaiA mintavételezés szabályai

A Shannon törvény( C. E. Shannon(1949) ):A Shannon törvény( C. E. Shannon(1949) ):

A mintavételi fA mintavételi fmvmv frekvencia legalább kétszeresen frekvencia legalább kétszeresen

legyen az analóg jel legnagyobb szinuszos legyen az analóg jel legnagyobb szinuszos összetevőjénél: összetevőjénél:

FFmvmv >= 2*f >= 2*fmaxmax

A gyakorlatban legtöbbször a tízszeres mintavételi A gyakorlatban legtöbbször a tízszeres mintavételi frekvencia megfelelő eredményt ad: frekvencia megfelelő eredményt ad:

FFmvmv = 10*f = 10*fmaxmax

És lássuk az egészet egyben:És lássuk az egészet egyben:

1 bites bináris szavak1 bites bináris szavak

(binarizálás)(binarizálás)

Kérdések?Kérdések?

Az ADC-k típusai Az ADC-k típusai működésükműködésük

Analóg/digitál Analóg/digitál átalakítók átalakítók

csoportosításacsoportosítása

Közvetlen A/D Közvetlen A/D átalakítókátalakítók

A közvetlen átalakítók az analóg jelből azonnal A közvetlen átalakítók az analóg jelből azonnal digitális kódot képeznek. digitális kódot képeznek.

Típusai:Típusai:

• Párhuzamos átalakítóPárhuzamos átalakító

• Kétoldali közelítésesKétoldali közelítéses

• SzámlálósSzámlálós

Párhuzamos átalakítóPárhuzamos átalakító

• A leggyorsabb, de egyben a A leggyorsabb, de egyben a legdrágább átalakító. legdrágább átalakító.

• Digitális, tárolós oszcilloszkópokban Digitális, tárolós oszcilloszkópokban használják.használják.

• Az átalakítás egy órajel alatt Az átalakítás egy órajel alatt megtörténik, de ehhez 2megtörténik, de ehhez 2N N számú számú komparátor áramkör szükséges. (pl. 10 komparátor áramkör szükséges. (pl. 10 bites átalakítónál 1024 darab). bites átalakítónál 1024 darab).

Kétoldali közelítéses Kétoldali közelítéses (Successive (Successive

Approximation)Approximation) •Az egyik legelterjedtebb átalakító a Az egyik legelterjedtebb átalakító a számítógépes mérésadatgyűjtő számítógépes mérésadatgyűjtő berendezésekben. berendezésekben.

•Az átalakítást a számítógép Az átalakítást a számítógép kezdeményezheti egy START jellel. Az kezdeményezheti egy START jellel. Az átalakítás befejeződését az átalakító átalakítás befejeződését az átalakító End of Conversion (EOC) jellel jelzi a End of Conversion (EOC) jellel jelzi a számítógép felé.számítógép felé.

Közvetett A/D Közvetett A/D átalakítókátalakítók

Ezek az átalakítók az analóg jelből egy paraméter (pl. Ezek az átalakítók az analóg jelből egy paraméter (pl. idő, frekvencia, villamos töltés stb.) közbeiktatásával, idő, frekvencia, villamos töltés stb.) közbeiktatásával, két lépésben készítik el a digitális kódot. két lépésben készítik el a digitális kódot.

Típusai:Típusai:• Kétszeresen integráló átalakító Kétszeresen integráló átalakító • Mintavevő-tartó áramkörökMintavevő-tartó áramkörök

MCA-k és ADC-k kapcsolataMCA-k és ADC-k kapcsolata

MCA = MultiChannel Analyzer MCA = MultiChannel Analyzer (sokcsatornás analizátor)(sokcsatornás analizátor)

Az MCA-kat felváltották az ADC-kAz MCA-kat felváltották az ADC-k(A nagy instabilitása miatt kiszorították)(A nagy instabilitása miatt kiszorították)

A modern MCA-k többfunkciós, összetett A modern MCA-k többfunkciós, összetett eszközök, melyek fő komponensei:eszközök, melyek fő komponensei:

•ADCADC

•MemóriaMemória

•KijelzőKijelző

•Stb.Stb.

Az ADC-k illetve az MCA-k fő Az ADC-k illetve az MCA-k fő jellemzőijellemzői

• Integrális nonlinearitás: az impulzusamplitúdó Integrális nonlinearitás: az impulzusamplitúdó és a csatornaszám közötti eltérést jelenti az és a csatornaszám közötti eltérést jelenti az ideálistól (megengedett 1%)ideálistól (megengedett 1%)

• Csatornaszám: az alkalmazandó Csatornaszám: az alkalmazandó csatornaszámot elsősorban az adott detektor csatornaszámot elsősorban az adott detektor energia-felbontóképessége és a mérendő energia-felbontóképessége és a mérendő energiatartomány szabják megenergiatartomány szabják meg

• Konverziós tartomány: az az Konverziós tartomány: az az impulzusamplitúdó-tartomány amit az MCA impulzusamplitúdó-tartomány amit az MCA elfogadelfogad

• Konverziós csatornaszám: az MCA maximális Konverziós csatornaszám: az MCA maximális csatornaszáma (amire az ADC teljes bemenete csatornaszáma (amire az ADC teljes bemenete felosztható)felosztható)

• Alsó és felső diszkriminációs szintek(LLD és Alsó és felső diszkriminációs szintek(LLD és ULD): az ADC-ben egy lineáris kapu, segítségével ULD): az ADC-ben egy lineáris kapu, segítségével a spektrum kis- ill. nagyenergiájú „végei” a spektrum kis- ill. nagyenergiájú „végei” levághatók (zajok, kozmikus sugárzás stb.)levághatók (zajok, kozmikus sugárzás stb.)

• Holtidő (DT – Dead Time): az ADC-k egy időben Holtidő (DT – Dead Time): az ADC-k egy időben egy analóg impulzust képesek feldolgozni egy analóg impulzust képesek feldolgozni (elvesznek impulzusok)(elvesznek impulzusok)

• Memória kapacitás: az egy csatornában tárolható Memória kapacitás: az egy csatornában tárolható maximális impulzusszám (maiak: 2maximális impulzusszám (maiak: 23232-1) -1)

Kérdések?Kérdések?

Programozható logikai Programozható logikai vezérlőkvezérlők

(Programmable Logical Controller, PLC)(Programmable Logical Controller, PLC)

PLC:PLC:•az ipari szabályozások, illetve vezérlések az ipari szabályozások, illetve vezérlések megvalósítására elterjedten alkalmazott ipari kivitelű megvalósítására elterjedten alkalmazott ipari kivitelű mikroszámítógépmikroszámítógép

•a PLC nem operációs rendszerrel, hanem firmware-a PLC nem operációs rendszerrel, hanem firmware-rel rendelkezikrel rendelkezik

•a PLC-k vezérlőszoftverét magán a PLC-n nem lehet a PLC-k vezérlőszoftverét magán a PLC-n nem lehet fejleszteni.fejleszteni.

Egy PLC rendszerben az alábbi egységeket Egy PLC rendszerben az alábbi egységeket találhatjuk meg:találhatjuk meg:

• • Központi feldolgozó egység (CPU),Központi feldolgozó egység (CPU),

• • Tápegység,Tápegység,

• • Bemeneti és kimeneti egységek (I/O),Bemeneti és kimeneti egységek (I/O),

• • Intelligens egységek,Intelligens egységek,

• • Kommunikációs egységek.Kommunikációs egységek.

És most már tényleg vége És most már tényleg vége

(Elfogyott a back up slide is…)(Elfogyott a back up slide is…)