Sunday, August 14, 2011

Analog-ke-digital converter


A / D Converters
Analog-ke-digital converter - alias A / D converter - secara luas digunakan oleh banyak insinyur dan ilmuwan dari semua jenis, sering tanpa mereka menyadarinya. Setiap kali mereka membuat pengukuran tegangan, dan pengukuran yang diambil ke dalam komputer, A / D digunakan.
Jika Anda akan mengambil pengukuran - dan insinyur hampir setiap akan melakukan banyak itu - maka Anda akan lebih baik jika Anda memahami beberapa ide dasar di balik A / D converter. Ada dua tujuan sederhana untuk pelajaran ini.
http://www.facstaff.bucknell.edu/mastascu/elessonshtml/Interfaces/Bullet1.gifDiberikan sebuah A / D converter dengan kisaran tertentu dan jumlah bit,
http://www.facstaff.bucknell.edu/mastascu/elessonshtml/Interfaces/Bullet2.gifUntuk dapat menghitung resolusi konverter.
http://www.facstaff.bucknell.edu/mastascu/elessonshtml/Interfaces/Bullet1.gifMengingat sebuah konverter A / D di laboratorium,
http://www.facstaff.bucknell.edu/mastascu/elessonshtml/Interfaces/Bullet2.gifUntuk dapat menentukan resolusi dari converter dan jumlah bit yang digunakan dalam konverter.

Apakah A Converters / D?
Sebuah konverter / D adalah sirkuit listrik yang memiliki karakteristik sebagai berikut.
  • Input ke A / D converter adalah tegangan.
    • A / D converter dapat dirancang untuk tegangan dari 0 sampai 10V, dari -5 sampai +5 v, dll, tetapi mereka hampir selalu mengambil masukan tegangan. (Beberapa pengecualian yang jarang terjadi dengan input saat ini!) Dalam hal apapun, input sinyal tegangan analog untuk kebanyakan kasus.
  • Output dari A / D converter adalah sinyal biner, dan bahwa sinyal biner mengkodekan tegangan input analog. Jadi, output adalah semacam nomor digital.
Komparator dapat digunakan sebagai konverter satu-bit yang sederhana A / D. Meskipun converter dengan hanya satu bit tidak terlalu berguna, Anda dapat mulai melihat bagaimana sebuah A / D converter bekerja dengan puttering dengan itu sejenak. Jika Anda membaca pelajaran pada pembanding Anda mengalami simluation dari komparator.
Apakah Sebuah komparator?
Komparator A adalah sirkuit sederhana yang bergerak sinyal antara dunia analog dan digital. Apa komparator lakukan?
  • Sederhananya, komparator membandingkan dua sinyal analog dan menghasilkan sinyal digital satu bit. Simbol untuk komparator ditampilkan di bawah.
http://www.facstaff.bucknell.edu/mastascu/elessonshtml/Interfaces/ConvComp01.gif
  • Output komparator memenuhi aturan berikut:
    • Ketika V lebih besar dari V - bit output adalah 1.
    • Ketika V lebih kecil dari V - bit output adalah 0
Hanya untuk memberikan gambaran bagaimana komparator bekerja, di sini adalah simulasi menggunakan komparator. Mengatur tegangan pada panel kontrol untuk menyesuaikan masukan tegangan untuk komparator.

Simulasi
SIM1

Apa Tentang komparator Real?
Pembanding yang nyata dapat bekerja seperti yang dalam simulasi, tetapi kadang-kadang ada pertimbangan lain. Sebagai contoh, sebuah komparator umum adalah LM339, yang datang pada sebuah chip dengan empat pembanding. Keempat pembanding semua keluaran kolektor terbuka. Kita perlu untuk membahas itu.
  • Berikut adalah diagram dari sirkuit keluaran komparator menunjukkan bagaimana terhubung ke transistor output, dan bagaimana kolektor transistor dihubungkan ke terminal output pada chip.
http://www.facstaff.bucknell.edu/mastascu/elessonshtml/Interfaces/ConvComp02.gif
Dalam situasi ini, Anda tidak perlu tahu banyak tentang transistor (meskipun itu ide yang baik untuk belajar bahwa jika Anda tidak tahu itu!). Apa yang perlu Anda ketahui adalah bahwa, dalam situasi ini, transistor bertindak seperti switch. Suatu transistor tidak selalu bertindak seperti itu, tetapi tidak dalam situasi ini.
  • Bila output dari komparator adalah, 1 arus mengalir dari komparator melalui basis transistor, keluar emitor ke tanah, seperti yang ditunjukkan.
  • Ketika itu arus mengalir, transistor bertindak seperti sebuah saklar yang memungkinkan arus mengalir dari emitor kumpulkan untuk ke tanah.
http://www.facstaff.bucknell.edu/mastascu/elessonshtml/Interfaces/ConvComp03.gif
Cara Anda menghubungkan komparator adalah untuk meletakkan beban Anda antara lima volt dan sambungan kolektor pada chip - seperti ini.
http://www.facstaff.bucknell.edu/mastascu/elessonshtml/Interfaces/ConvComp04.gif
Akhirnya, jika Anda ingin menggunakan LM339, anda memerlukan ini pin-out.
Pinout untuk komparator LM339 Chip Quad
http://www.facstaff.bucknell.edu/mastascu/elessonshtml/Miscellaneous/LM339PinOut.gif

http://www.facstaff.bucknell.edu/mastascu/elessonshtml/Interfaces/LM339PinOut.gif



Komparator Simulator
SIM1 Berikut adalah simulator komparator. Anda dapat menganggap komparator sebagai sedikit satu-A / D converter. Input sinyal analog, dan output adalah satu bit representasi digital dari sinyal analog. Dalam simulator, Anda dapat mengontrol sumber tegangan simulasi yang merupakan input komparator, dan bit output digital ditandai dengan LED simulasi. Perhatikan berikut.
  • Input dapat berkisar dari nol (0) sampai sepuluh (10) volt.
  • Ketika tegangan masukan berjalan di atas lima (5) volt, output adalah biner satu (1) dan lampu LED. Ketika tegangan masukan kurang dari lima volt, output adalah biner nol (0) dan LED tidak menyala.

Sekarang, pertimbangkan pengamatan berikut tentang konverter di atas.
  • Ada empat bit converter simulasi.
  • Berkisar mulai dari 0V untuk 10V, 10V atau rentang total.
  • Dengan empat bit, ada 16 nilai yang berbeda menghitung (0 sampai 15).
  • Dengan demikian, 10V dibagi menjadi 16 bagian yang berbeda, masing-masing bagian adalah:
    • 10 / 16 = 0,625 volt lebar.
Sekarang, mari kita pertimbangkan pertanyaan contoh.

Contoh
E1 Berapa banyak bit yang akan Anda perlu untuk membagi 10 v ke v interval 0,01? Untuk mendapatkan jawaban atas pertanyaan pertimbangkan hal berikut.
  • Jika Anda membagi 10 v ke v .01 interval interval yang Anda butuhkan 1000.
  • Jika Anda perlu 1000 interval yang Anda harus berpikir tentang kekuatan dari 2 yang lebih besar dari 1000.
    • Kekuatan terkecil dari 2 yang lebih besar dari 1000 adalah 2 10 yang sama dengan 1024.
  • Itu berarti bahwa Anda membutuhkan 10 bit dalam konverter, dan menghitung di counter / mendaftar akan berjalan 0-1023.
  • Dan itu membawa kita untuk mengamati bahwa konverter nyata sering pergi ke 10.23v, bukan 10V karena yang memberikan kenaikan 0,01 v sempurna antara tegangan diatasi.
    • Dan konverter lain mungkin lari dari-5.12v ke 5,11 v untuk alasan yang sama.

Hampir semua A / D converter menggunakan skema di mana tegangan analog pertama diubah menjadi integer biner ("perhitungan", seperti dalam simulator di atas) saat konversi dilakukan. Dalam beberapa kasus, mungkin ada beberapa perangkat lunak yang memberikan Anda jumlah yang sebenarnya - integer biner. Dalam kasus lain konversi mungkin dikonversi - perangkat lunak menggunakan - untuk nilai numerik aa atau representasi karakter nilai numerik.

Contoh
E2 Sebuah GPIB (IEEE-488) voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan DC. Instrumen menggunakan konverter A / yang menghasilkan bilangan biner D. Dalam instrumen, bahwa bilangan biner dikonversi menjadi string karakter yang, pada gilirannya, dikirim ke komputer yang terhubung ke instrumen.


Untuk menggambarkan konsep dalam contoh, pertimbangkan simulator direvisi di bawah ini. Dalam simulator ini, algoritma konversi - dari hitungan di register ke tegangan analog - diberikan oleh:
  • V penguku = Count * 0,625
    • Catatan: 0,625 = 10/16 = Rentang / # Hitungan
Berikut adalah simulasi.

Empat Bit A / D Converter Simulator (Revisi)
Sim3 Berikut ini adalah simulasi revisi sedikit empat A / D converter. Perhatikan berikut ini:
  • V penguku = Count * 0,625
    • V penguku ditampilkan pada simulasi.

Tentu saja, simulasi hanya menimbulkan masalah lagi.
  • Masalah terbesar adalah bahwa tegangan dihitung selalu lebih rendah dari tegangan yang sebenarnya.
    • Kesalahan rata-rata mungkin akan kurang jika kita menggunakan cara yang berbeda untuk menghitung tegangan dihitung.
    • Rumus untuk tegangan dihitung adalah:
      • V penguku = Count * 0,625
Menggunakan ekspresi ini untuk tegangan dihitung, kita bisa plot tegangan dihitung sebagai fungsi dari menghitung. Itu ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
http://www.facstaff.bucknell.edu/mastascu/elessonshtml/Interfaces/ConvAD01.gif
Bahkan lebih menarik adalah plot dari tegangan dihitung terhadap tegangan masukan yang sedang diukur. Itu ditunjukkan berikut ini. Kami juga termasuk plot (garis biru) yang menunjukkan apa output akan ideal (Dan yang mungkin mengambil banyak, banyak bit dalam konverter). Perhatikan bahwa tegangan dihitung selalu lebih rendah dari tegangan input dengan menggunakan metode perhitungan diasumsikan di atas. Perhatikan juga bahwa kesalahan terbesar terjadi tepat sebelum konverter switch ketika tegangan meningkat. Misalnya, sebagai tegangan meningkat dari 0V ke 3v, ada waktu ketika keluaran konverter beralih dari 0V ke 0.625v. Kesalahan terbesar terjadi sebelum titik itu, sehingga terikat pada kesalahan adalah:
Kesalahan <0,625
http://www.facstaff.bucknell.edu/mastascu/elessonshtml/Interfaces/ConvAD02.gif
Kita dapat mengurangi kesalahan jika kita menghitung tegangan berbeda. Kita dapat memeriksa apa yang terjadi jika kita menggunakan ekspresi yang berbeda untuk tegangan dihitung. Kami akan menggunakan:
      • V penguku = Count * 0,625 + 0,3125
Hasilnya ditampilkan di simulator berikutnya.
Sekarang, di sini adalah plot dari tegangan dihitung terhadap masukan tegangan yang diukur. Perhatikan bahwa batas kesalahan adalah setengah dari apa itu menggunakan metode perhitungan pertama.
http://www.facstaff.bucknell.edu/mastascu/elessonshtml/Interfaces/ConvAD03.gif
Kesimpulannya adalah bahwa cara tegangan dihitung dapat mempengaruhi kesalahan rata-rata saat A / D digunakan untuk mengukur nilai tegangan.
Setiap kali Anda membeli sebuah A / D converter, atau voltmeter, atau unit akuisisi data, Anda perlu menyadari bagaimana data disajikan kepada pengguna sebenarnya dihitung. Itu biasanya tidak masalah dalam instrumen, tetapi ada A / kartu komputer D yang menggunakan metode pertama di atas untuk menghitung tegangan, dan Anda harus menyadari bahwa ketika itu terjadi. Hal ini kurang penting ketika jumlah bit dalam konverter lebih tinggi, tetapi bila Anda memiliki persyaratan yang tinggi untuk accuracty Anda harus memikirkan apa yang mungkin terjadi.

Pengaruh Jumlah Bits
Jumlah bit yang digunakan di counter juga mempengaruhi akurasi konversi. Sekali lagi, kita akan menggunakan simulasi untuk menunjukkan pengaruh jumlah bit.

Enam Bit A / D Converter Simulator
Sim4 Berikut ini adalah simulasi sedikit enam A / D converter.
Jalankan simulator, dan membandingkan hasil dengan empat simulator sedikit di atas.

Kita bisa berpikir sedikit tentang kesalahan dalam A / D. Pertama, perhatikan bahwa batas kesalahan tergantung pada jangkauan dan jumlah bit.
  • Jika ada bit N, jumlah divisi adalah 2 N -1.
  • Jika rentang tegangan total adalah V Rentang, maka ukuran divisi adalah:
    • SmallestDivision = V Rentang / 2 N
  • Kesalahan ini terkait dengan ukuran Divisi.
    • Jika tegangan yang dihitung SmallestDivision * Count, kesalahan adalah ukuran yang sama seperti divisi terkecil.
    • Jika tegangan yang dihitung SmallestDivision * Hitung + SmallestDivision / 2, kesalahan adalah SmallestDivision / 2, yaitu setengah ukuran divisi terkecil.
    • Lihat simulasi di atas untuk apresiasi yang lebih baik / pemahaman dari kesalahan.
Kami tidak akan memberikan Anda simulator lagi dengan lebih banyak bit. Sebenarnya, kita sudah hampir mencapai batas resolusi untuk layar. Simulator dengan "sentuhan tombol" hanya menyenggol kontrol dengan piksel tunggal, dan yang terlalu banyak untuk sebuah konverter sedikit dua belas, misalnya.

Contoh
E3 Sebuah populer A / D papan memberikan menghitung dan mengharuskan Anda untuk melakukan perhitungan ditampilkan dalam baris kode C ditunjukkan di bawah ini. Biner variabel adalah nilai hitungan yang dikembalikan.
MeasuredVolts = (((biner-2048) * 20) / 4096);
A / D mengkonversi tegangan dari 10V sampai +10-ay Kita dapat menyimpulkan sebagai berikut.
    • Konverter memiliki 12 bit. Anda mendapatkan kesimpulan bahwa dengan mencatat bahwa menghitung dapat bervariasi 0-4095. Ketika hitungan adalah 0, MeasuredVolts = 0.


Mari kita meringkas beberapa poin.
  • Lebih banyak lebih baik ketika datang ke bit di A / D. Tegangan ditunjukkan akan lebih dekat dengan nilai aktual dari tegangan yang diukur ketika ada lebih banyak bit.
  • Lebih pricier ketika datang ke bit di A / D. Dibutuhkan lebih banyak bagian, dan mereka harus dibuat lebih akurat jika ada lebih banyak bit.


Bagaimana A / D Kerja?
Sementara kita telah membahas A / D konverter di atas, kami belum memberi Anda wawasan apapun ke dalam bagaimana Anda bisa membangun sebuah A / D. Di sini kita akan membahas cara sederhana untuk membangun sebuah A / D. Ini mungkin bukan yang tercepat A / D mungkin, tetapi akan mulai memberi Anda wawasan tentang apa yang terjadi di A / D.
Rangkaian ditampilkan di simulator di bawah ini.

Simulator - Menampilkan Bagaimana Anda Bisa Membangun A / D
Sim 5 Simulator ini adalah sedikit empat A / D, dan terdiri dari komponen sebagai berikut.
  • Sebuah generator pulsa yang menghasilkan urutan 0 dan 1.
  • Sebuah counter yang menghitung pulsa dan menghasilkan hitungan meningkat.
    • Counter memiliki "Stop" masukan. Ketika input yang masuk yang tinggi, counter berhenti untuk menghitung.
  • AD / A yang menghasilkan sinyal analog output sebanding dengan menghitung dari konter.
  • Sebuah sumber tegangan disesuaikan masukan.
  • Sebuah komparator yang menghasilkan "1" ketika D / output A lebih besar dari tegangan input.
    • Output dari komparator digunakan untuk menghentikan counter.
Berikut adalah sirkuit.
Berikut adalah bagaimana A / D bekerja Simulator.
  • Pertama, menetapkan tegangan DC dari sumber disesuaikan.
  • Kedua, klik "Convert" tombol.
    • Penghitung mulai menghitung, dan menghitung ditampilkan pada LED dan nilai numerik dari hitungan ditampilkan.
    • Sinyal digital yang menghitung (empat bit dari sinyal dalam kasus ini) membentuk masukan ke D / A converter yang menghasilkan tegangan output sebanding dengan menghitung.
    • Tegangan keluaran dari D / A dibandingkan dengan tegangan masukan.
    • Ketika tegangan output dari / D A menjadi lebih besar dari tegangan input komparator mengembangkan "Stop" sinyal yang digunakan untuk menghentikan counter.
    • Jumlah yang tersisa di counter adalah representasi digital dari tegangan masukan.
Cobalah simulator, menggunakan tegangan yang berbeda dalam rentang yang diijinkan, yaitu 0-5v.

Simulator ini memungkinkan Anda melihat inner satu jenis A / D converter. Perhatikan berikut tentang setiap A / D converter.
  • Konversi membutuhkan waktu. Dalam simulator, ada sejumlah variabel waktu sampai counter mencapai jumlah yang benar. Kami telah melambat simulator sehingga Anda dapat melihat apa yang terjadi, tetapi bahkan di terbaik A / Ds ada beberapa waktu yang harus berlalu antara awal konversi dan akhir konversi. Itu batas waktu berapa banyak konversi bisa dilakukan per detik. Orang-orang telah bekerja pada masalah itu dan ada jenis lain dari konverter yang mengkonversi lebih cepat.
  • Konversi tidak tepat, dan akurasi tergantung pada jumlah bit dalam counter.
  • Hasil konversi integer, dan integer yang masih harus diterjemahkan menjadi tegangan setara (meskipun konversi tidak sulit untuk dilakukan).

Praktis A / Ds
Sekarang, perhatikan apa yang terjadi dalam aplikasi khas A / D. Kita akan melihat sebuah voltmeter. Dalam sebuah voltmeter, ini adalah apa yang terjadi.
  • Sebuah tegangan diterapkan pada voltmeter, dan A / D mengubah tegangan untuk menghitung.
  • Menghitung dikonversi menjadi angka floating point.
  • Jumlah floating point ditampilkan pada layar LCD atau LED.
Jika voltmeter terhubung ke komputer (katakanlah melalui bus IEEE-488) berikut ini juga terjadi.
  • Data floating point dikonversi ke representasi karakter untuk mengirimkan lebih dari koneksi IEEE-488 atau internet.
Anda dapat melihat bahwa ada beberapa konversi yang telah berlangsung dalam proses ini. Ada beberapa pertimbangan lain di sini juga.
  • Jumlah bit dalam A / D converter akan mempengaruhi keakuratan voltmeter. Ada banyak legenda dan cerita di daerah itu. Klik di sini untuk memeriksa itu.
  • Anda harus menyadari bagaimana membuat konversi. Sebenarnya, Anda perlu untuk menjadi pengetahuan tentang representasi yang berbeda serta bagaimana program mereka konversi dalam berbagai lingkungan pemrograman seperti C, C + +, Visual Basic dan LabView.
Digital voltmeter
Voltmeter digital adalah kasus khusus dari A / Ds. Jelas, jika pengukuran tegangan diambil dan hasilnya ditampilkan digital dengan LED atau LCD display, instrumen harus mengandung A / D converter. Voltmeter digital memiliki beberapa karakteristik yang mungkin Anda butuhkan untuk memahami. Anda dapat klik di sini untuk bahan lebih lanjut tentang angka dalam voltmeter digital.
  • Voltmeter digital biasanya memiliki skala yang 0-0.3V, 0-3v, 0-30V, 0-300V, dll
Anda perlu belajar terminologi sedikit dan alasan untuk terminologi. Mari kita melihat voltmeter sampel.

Contoh
E4 Pertimbangkan voltmeter dibangun di sekitar sedikit 10 Sebuah konverter / D. Kita akan mengasumsikan sebagai berikut.
  • Kisaran voltmeter adalah dari 0-3v, dan tidak pengukuran tegangan DC. Ini tidak mengukur tegangan negatif.
Kemudian, dengan 10 bit kita dapat menarik kesimpulan ini.
  • Sepuluh bit akan menghasilkan 2 10 interval. Itu 1024 interval.
  • Jika ada 1024 interval rentang 3v, masing-masing interval akan 3 / 1024 = 0,00293 v.
  • Hal ini lebih mudah untuk menghitung tegangan ditampilkan jika interval disesuaikan dengan 0,003 ay
    • Itu akan membuat kisaran 0-3.072v. (Itu 0,003 x 1024.)
    • Jika Anda mengukur tegangan yang bervariasi sekitar 3v, yang akan memungkinkan Anda untuk menjaga kisaran yang sama, tapi masih mengubah rentang ketika tegangan mendapat cukup besar. Produsen ingin membangun dalam "histeresis" kecil untuk mencegah perubahan konstan dalam berbagai situasi seperti itu dan mungkin menjadi sangat keras pada otomatis mulai meter.
  • Jika Anda ingin mengukur tegangan negatif dan memiliki rentang berasal dari-3v menjadi +3 v, Anda akan memiliki interval 0,006 v, dan meter akan mengukur dari-3.072v ke 3,072 v.
  • Jika Anda ingin mengukur tegangan pada skala 0-30V, Anda mungkin akan menggunakan pembagi tegangan atau beberapa cara lain untuk mengurangi tegangan dengan faktor (persis) 10 (yaitu, kalikan dengan persis 0,1) dan kemudian menggunakan yang sama konverter seperti pada skala 0-3v.
Jika kita bisa menggunakan sedikit 12 A / D, maka beberapa kesimpulan akan berubah.
  • Dua belas bit akan menghasilkan 2 12 interval. Itu 4096 interval.
  • Jika ada 4096 interval rentang 3v, masing-masing interval akan 3 / 4096 = 0,000732 v.
  • Hal ini lebih mudah untuk menghitung tegangan ditampilkan jika interval disesuaikan dengan 0,0075 v.
    • Itu akan membuat kisaran 0-3.072v - seperti itu dalam kasus converter 10 bit,
    • Yang menghasilkan keuntungan yang sama seperti yang Anda miliki dengan converter 10 bit.
  • Jika Anda ingin mengukur tegangan negatif dan memiliki rentang berasal dari-3v menjadi +3 v, Anda akan memiliki interval 0,0015 v, dan meter akan mengukur dari-3.072v ke 3,072 v.
Pada titik ini, Anda harus memiliki ide yang baik tentang bagaimana jumlah bit dalam sebuah A / D converter menentukan akurasi dari converter - yaitu resolusi konverter.
Mendapatkan Jumlah Bits Dalam Instrumen An A / D
Di laboratorium ini Anda akan mendapatkan beberapa data untuk bekerja dengan. Pertama, Anda perlu memastikan bahwa Anda memahami instrumen yang Anda gunakan. Anda akan melakukan hal berikut untuk instrumen Anda.
  • Tentukan selisih tegangan terkecil yang dapat diselesaikan oleh instrumen.
  • Tentukan seberapa besar A / D adalah dalam instrumen. Dengan kata lain, berapa banyak bit dalam output dari A / D?
  • Pastikan Anda mengetahui kisaran instrumen. Jika instrumen auto-rentang, pastikan Anda tahu yang berkisar itu digunakan.
Dalam setiap kasus prosedur Anda akan menjadi sebagai berikut:
  • Dapatkan sumber tegangan yang baik - yang dapat disesuaikan sedikit demi sedikit.
  • Ukur tegangan sumber dengan instrumen.
    • Ada beberapa strategi di sini, tapi satu satu yang baik adalah untuk mengatur tegangan dan mengukur berulang kali.
    • Dalam beberapa kasus, anda dapat melakukannya dengan mendapatkan pengukuran tegangan selama periode waktu.
    • Tegangan tidak akan tinggal konstan tepat, dan Anda dapat menggunakan perubahan kecil dalam sumber yang hampir konstan untuk membantu Anda menentukan resolusi instrumen.
    • Jika sumber tegangan output memegang benar-benar konstan, Anda masih dapat bekerja untuk mengubah tegangan output dengan jumlah terkecil mungkin dan mengamati nilai-nilai Anda mengukur.
Mari kita berasumsi bahwa Anda telah mengukur tegangan dengan instrumen selama periode waktu. Jika Anda adalah untuk plot pengukuran Anda akan melihat sesuatu seperti plot di bawah ini. Pengukuran individu ditunjukkan di titik-titik merah, dan waktu - nomor atau pengukuran - kemajuan ke kanan.
http://www.facstaff.bucknell.edu/mastascu/elessonshtml/Labs/Interfaces/ConvADLab1A01.gif
Pengukuran akan mengambil nilai-nilai diskrit yang berbeda dengan kenaikan terkecil yang dapat dibedakan oleh instrumen. Dengan kata lain, nilai-nilai yang berbeda berbeda oleh satu atau dua hal. (Dan tidak pernah satu setengah menghitung!) Anda harus mengamati bahwa Anda hanya mendapatkan tegangan diskrit tertentu dan ada nilai-nilai tegangan antara pengamatan Anda yang tidak diukur. Pada gambar di atas tidak ada nilai yang terukur antara garis putus-putus. Hanya tiga nilai diskrit dari tegangan yang diamati di atas.
Dalam contoh di atas, titik-titik tengah datang dari pengukuran dengan jumlah N, yang lebih tinggi dari pengukuran dengan N +1 jumlah, dan yang lebih rendah dari N-1 jumlah.
Sekarang, mari kita asumsikan bahwa Anda memiliki satu set pengukuran. Jika Anda merencanakan pengukuran tersebut, Anda akan melihat sesuatu seperti ini. Pengukuran Anda akan mengambil nilai-nilai diskrit seperti yang ditunjukkan dalam sketsa.
http://www.facstaff.bucknell.edu/mastascu/elessonshtml/Labs/Interfaces/ConvADLab1A02.gif
Apa yang harus Anda lakukan adalah mengambil nilai untuk titik-titik tertinggi (N +1), dan mengurangi nilai dari tegangan untuk titik tengah (N). Itu akan memberikan kenaikan tegangan yang sesuai dengan perbedaan terkecil antara dua pengukuran tegangan. Anda juga bisa mengambil perbedaan antara titik tengah (N) dan nilai-nilai yang lebih rendah (N-1). Perbedaan itu harus sama dengan perbedaan pertama yang Anda diukur. Panggilan yang nilai V V  Ditampilkan pada diagram di atas.
Setelah Anda memiliki V, maka maka jika Anda tahu berbagai instrumen, Anda dapat menghitung jumlah bit cukup mudah.
  • Berikut bagian pertama dari perhitungan.
    • Jumlah Perkiraan Interval = Rentang / V
  • Berikut Teladan.
    • Anda mengukur dengan papan A / D yang memiliki jangkauan nominal-5v ke 5 v, untuk berbagai total 10V.
    • Anda mengukur tegangan yang seharusnya 2,0 volt.
    • Anda mendapatkan nilai 2.01v, 2.00v dan 1.99v, dan angka V = .01
    • Anda memperkirakan jumlah interval sebagai 10/.01 = 1000.
    • Anda menghitung jumlah bit sebagai 10 sejak 2 10 = 1024. Sepuluh (10) adalah kekuatan dari dua (2) bahwa sebagian besar datang menutup untuk jumlah interval yang Anda amati.
Kita perlu memeriksa contoh lebih dekat.
  • Nilai diukur dari 2.01v, 2.00v dan 1.99v pasti tidak tepat. Mereka lebih cenderung nilai terdekat yang dapat ditampilkan.
  • Jumlah langkah juga mungkin tidak 1000.
  • Para produsen alat membuat pilihan. Di sini ada dua kemungkinan untuk pilihan yang dibuat.
    • Biarkan tegangan diukur lari dari-5.12v ke 5,11 v (1024 langkah) dan membiarkan bertahap persis .01 ay
  • Biarkan tegangan diukur lari dari-5.00v ke 5,00 (or4.99) v dan dengan 1024 langkah, bertahap akan 10/1024, dan bertahap akan 0,00977 v - dekat dengan .01, tapi tidak tepat.
Situasi mana yang Anda miliki untuk instrumen Anda? Jawaban setelah Anda membuat pengukuran Anda.
Sekarang, mari kita berpikir sedikit lebih tentang instrumen ini.
  • Dengan penambahan tegangan 0,01 v, Anda tidak akan berharap untuk menemukan sebuah alat menampilkan tegangan seperti 2.039527v.
  • Itu hanya cara desimal terlalu banyak.
  • Anda akan berharap bahwa 2.039527v akan dibaca sebagai dan ditampilkan sebagai 2.04v, dan Anda mungkin akan benar. Logika digital dalam instrumen tersebut akan dibangun untuk melakukan itu. (Meskipun "logika digital" mungkin sebuah program komputer kecil yang sedang berjalan dalam instrumen.)
  • Jika Anda memiliki data ini dalam program komputer, maka program akan menyimpan data dalam file, Anda akan mengharapkan untuk menyimpan 2,04 - dan itu berarti menghemat empat karakter - "." "2" + + "0" + "4".
    • Program ini mungkin juga append (menggabungkan) sebuah carriage return (CR) atau line feed (LF) atau keduanya. Itu akan berarti bahwa data adalah data terakhir berturut-turut saat data diimpor ke spreadsheet.
    • Program ini mungkin juga menambahkan koma (,) atau karakter tab. Melakukan yang akan menunjukkan bahwa ada lebih banyak data dalam baris.
  • Dalam pelajaran yang lain kita menggali sedikit lebih dalam topik ini! Klik di sini untuk pergi ke pelajaran itu.
Bagaimanapun, jika Anda ingin mendapatkan jumlah bit dalam instrumen, mengikuti metode di atas. Ada beberapa instrumen yang dapat Anda check out.

Instrumen
A. DVM
Instrumen pertama untuk mengukur adalah DVM. ( Klik di sini untuk beberapa latar belakang DVMs.) Catatan, Anda mungkin memiliki DVM atau Anda mungkin memiliki DAU (Data Unit Akuisisi). DAU DVM dengan kemampuan untuk mengukur suhu. Pikirkan DAU sebagai + DVM.
Lakukan berikut ini.
  • Hubungkan sumber tegangan disesuaikan dengan DVM Anda.
  • Amati pembacaan tegangan.
    • Dengan sedikit keberuntungan kombinasi sumber / tegangan DVM akan menampilkan 2 atau 3 nilai tegangan yang sangat dekat. Jika demikian, merekam nilai-nilai.
    • Jika pembacaan DVM tidak berfluktuasi, mengatur sumber tegangan jumlah minimum yang mungkin dan merekam nilai-nilai. Tujuannya adalah untuk mendapatkan pembacaan tegangan beberapa yang dipisahkan oleh jumlah minimum.
    • Jika Anda memiliki program yang akan memantau pembacaan DVM dan merekam mereka dalam sebuah file, gunakan itu, tapi bekerja untuk memastikan bahwa Anda memiliki jenis bacaan yang Anda butuhkan.
  • Ikuti prosedur di atas dan menghitung jumlah bit di A / D di DVM.
B. AD / Sebuah dewan
Lain "instrumen" mungkin Anda alami adalah sebuah papan yang berada di dalam sebuah komputer. Ada banyak papan dengan A / D dan D / Seperti yang digunakan untuk mengukur tegangan dengan komputer dan untuk menghasilkan tegangan output dengan komputer (membuat komputer menjadi controller digital dalam sistem kontrol dalam banyak kasus). Ikuti prosedur di atas (untuk DVM) setelah menghubungkan sumber tegangan disesuaikan ke terminal input dari papan. Perhatikan bahwa sebagian besar jenis papan datang dengan program yang akan membiarkan Anda memantau tegangan dan nilai catatan dalam dapat digunakan file dalam spreadsheet. Gunakan metode bahwa jika sesuai.



Sebuah konverter / D ditemukan di banyak tempat - termasuk tempat-tempat di mana Anda mungkin tidak berpikir bahwa Anda akan menemukan mereka. Berikut adalah beberapa.
  • Voltmeter adalah digital saat ini. Untuk menampilkan hasil digital untuk pengukuran tegangan tegangan adalah pertama dikonversi ke bentuk digital dalam sebuah A / D, dan kemudian diubah ke format desimal yang akan ditampilkan.
  • A / Ds digunakan dalam termometer digital, jadi jika Anda telah menghabiskan beberapa waktu di rumah sakit, Anda telah menggunakan A / D.
Dan, Anda mendapatkan ide.
Namun, ada situasi penting di mana Anda perlu menggali lebih dalam bagaimana A / D beroperasi, dan bagaimana mereka antarmuka dengan perangkat lunak dan perangkat keras yang sering digunakan dalam situasi pengukuran dan kontrol. Mari kita berpikir tentang beberapa situasi khas.
  • Asumsikan bahwa Anda merekam suhu di empat titik dalam oven panas-mengobati. Anda perlu melakukan hal berikut.
    • Anda perlu untuk mendapatkan data ke komputer dan Anda perlu untuk menghitung dan mencatat suhu rata-rata (suhu data empat poin).
  • Anda memiliki tiga tank yang digunakan untuk pengolahan kimia. Anda perlu untuk mengontrol tingkat cairan dalam tiga tangki. Setiap tangki memiliki sebuah komputer kecil dengan papan A / D yang mengukur dan mengontrol tingkat cairan di dalam tangki masing-masing dan juga mengukur suhu. Setiap komputer memiliki kartu jaringan yang terhubung ke sebuah Ethernet LAN. Ada sebuah komputer pusat di LAN dan Anda perlu mengirimkan informasi dari masing-masing komputer kontrol ke komputer pusat.
    • Anda perlu mengambil data di komputer masing-masing dan Anda perlu mengirimkan melalui jaringan ke komputer pusat sehingga dapat direkam di sana dan tersedia untuk setiap perhitungan yang mungkin diperlukan.
Dalam kedua situasi ini, anda perlu mempertimbangkan bagaimana untuk memanipulasi data yang Anda mengukur dan ingin menyimpan. Berikut adalah beberapa pertimbangan.
  • Jika Anda mengambil data dengan instrumen terhubung ke komputer (seperti unit data akuisisi atau voltmeter) instrumen dapat dihubungkan ke komputer dengan koneksi IEEE-488 (GPIB). ( Klik di sini untuk mempelajari lebih lanjut tentang IEEE-488.) IEEE-488 koneksi memiliki beberapa pertimbangan.
    • Kebanyakan IEEE-488 instrumen mengkonversi data ke dalam string karakter dan mereka string ditransmisikan ke komputer.
  • Jika Anda mengirim data melalui jaringan, Anda harus mengirim string karakter.
Sebuah Pengantar IEEE-488 Pengukuran


Pengenalan
IEEE488 adalah standar - ditulis oleh IEEE - untuk komunikasi antara komputer dan instrumen. Standar ini mencakup baik aspek perangkat keras dan perangkat lunak komputer-instrumentasi komunikasi. Di sini kita akan memeriksa hal-hal dasar yang perlu Anda lakukan untuk membuat instrumen khas IEEE488 berkomunikasi dengan komputer.
Meskipun Anda dapat menulis program di banyak lingkungan termasuk C (Console dan aplikasi Visual), Visual Basic dan LabView, konsep dasar apa yang terjadi adalah semua sama. Kami akan memeriksa tugas yang sederhana - sebuah pengukuran tunggal - dan meneliti bagaimana untuk melakukan itu di umum, dan kemudian memeriksa beberapa lingkungan tertentu.

Masalah hardware
Ada beberapa hal yang perlu Anda mengurus sebelum Anda dapat mengatasi masalah apapun perangkat lunak. Berikut adalah hal-hal yang Anda butuhkan untuk memeriksa.
  • IEEE488 memerlukan kabel khusus yang menghubungkan instrumen ke komputer. Sebenarnya, menghubungkan ke kartu khusus di komputer, dan jika kartu yang tidak hadir Anda tidak akan dapat menggunakan IEEE488 instrumen dengan komputer itu. Semua komputer di departemen EE memiliki kartu itu, tapi PC Anda sendiri mungkin tidak memilikinya. Kartu yang kita gunakan adalah diproduksi oleh National Instruments (NI). Periksa untuk memastikan bahwa "lemak" kabel terhubung antara komputer dan instrumen yang ingin Anda gunakan.
  • Instrumen dan komputer keduanya harus diaktifkan. Itu tidak selucu tampaknya. IEEE488 koneksi tidak dapat menyalakan instrumen melalui perangkat lunak, sehingga, meskipun setiap asumsi yang telah Anda buat, Anda harus menyalakannya.
  • Akhirnya, ketika kartu IEEE488 dipasang di komputer, perangkat lunak juga harus telah diinstal sehingga Anda dapat antarmuka antara lingkungan pemrograman (C / C + +, Visual Basic, LabView, dll) dan kartu IEEE488. Kita akan membahas apa yang diperlukan dalam masing-masing lingkungan saat yang tepat.
Setelah Anda memiliki semua perawatan di atas diambil dari, Anda siap untuk menggunakan perangkat lunak untuk mengendalikan alat.

Urutan operasi
Jika Anda ingin menggunakan alat IEEE488 untuk melakukan pengukuran, urutan berikut operasi khas.
  • Pertama, Anda perlu tahu alamat dari instrumen. Sistem IEEE488 menggunakan bus yang berbagai instrumen semua dapat dihubungkan. Setiap instrumen harus memiliki alamat unik pada bus itu.
    • Instrumen contoh kami akan menjadi kebetulan / Hydra Akuisisi Data Unit (DAU), dan di laboratorium kami, kami telah menetapkan instrumen-instrumen untuk memiliki alamat 3.
    • Perhatikan juga bahwa beberapa lingkungan perangkat lunak menggunakan "alias" atau "julukan" untuk alamat. Default untuk alamat 3 adalah "DEV3", tapi kita harus mencoba untuk mengatur alias untuk "DAU" atau "DAU1".
  • Kedua, Anda mungkin perlu mendapatkan pegangan untuk perangkat menggunakan alias. Itu terjadi di C, tetapi tidak dalam LabView, misalnya.
  • Berikutnya, Anda menggunakan alamat atau menangani untuk me-reset instrumen.
    • Bila Anda mengatur ulang instrumen Anda membersihkan pengukuran tua dan setiap "start-up noise" yang mungkin ada dalam memori instrumen. Anda juga mengembalikan instrumen ke keadaan awal yang ditetapkan.
    • Dalam Fluke / Hydra Anda dapat menggunakan string perintah * RST.
  • Setelah pengaturan ulang instrment yang Anda butuhkan untuk mengirim string perintah untuk instrumen. String ini perintah ditindaklanjuti oleh instrumen untuk mengatur dan mengambil skala pengukuran.
    • Untuk Fluke / Hydra string ini dikirim ke instrumen.
      • FUNC 0, VDC, AUTO - yang menetapkan fungsi di Channel 0 menjadi VDC (DC Voltage pengukuran) dengan AUTO-mulai.
      • * TRG - yang memicu mesurement ketika instrumen menerima perintah ini.
      • TERAKHIR? 0 - yang meminta untuk menyiapkan instrumen pengukuran terakhir di Channel 0 untuk transmisi ke komputer.
  • Setelah menyiapkan instrumen, mengambil pengukuran dan menyiapkan data, Anda harus mendapatkan instrumen untuk mengatur string ke komputer. Lingkungan pemrograman yang berbeda melakukan itu dengan cara yang berbeda.

Kesimpulan yang Anda butuhkan untuk mencapai adalah bahwa Anda perlu mengetahui bagaimana data harus dikonversi dalam jenis-jenis situasi. Mari kita lihat urutan operasi yang mungkin Anda hadapi.
  • A / D converter mendapatkan beberapa data mentah atau informasi dan itu adalah dalam bentuk hitungan integer. Seringkali hanyalah sebuah bilangan biner diwakili dengan beberapa nomor tetap bit.
    • Hitungannya bisa menjadi nomor seperti 10001000 (atau 129 dalam jumlah desimal).
    • Jika A / D converter memiliki delapan (8) bit atau kurang, data akan mengambil satu byte.
    • Jika A / D converter memiliki lebih dari delapan bit (yang khas) data akan mengambil lebih dari satu byte. Biasanya, untuk konverter paling, data akan mengambil dua byte, karena kebanyakan konverter 10, 12 atau lebih bit.
  • Menghitung dikonversi ke nomor yang mewakili tegangan (atau mungkin beberapa variabel fisik lainnya). Itu membutuhkan beberapa kode komputer (Dan mungkin akan ada semacam chip komputasi dalam instrumen.) Dan hasil proses di nomor yang mungkin angka floating point.
    • Jumlah floating point mungkin sesuatu seperti 3.1416v.
  • Jika Anda mengirimkan nomor floating point yang Anda butuhkan untuk menghasilkan string karakter.
    • String karakter mungkin sesuatu seperti "3", periode ("."), "1", "4", dll
    • Dalam banyak kasus Anda mungkin perlu menambahkan satu atau lebih karakter untuk menandakan akhir dari string. Itu bisa menjadi carriage return dan pakan garis, misalnya.

Mewakili data Instrumen
Mengambil data dengan instrumen segera membawa Anda untuk mempertimbangkan beberapa hal tentang data. Berikut adalah sampel.
  • Jika Anda mengambil banyak data, Anda perlu mengetahui bagaimana data direpresentasikan.
  • Jika Anda mengambil banyak data, Anda perlu mengetahui bagaimana data ditransmisikan dari instrumen ke komputer.
  • Jika Anda mengambil banyak data, Anda perlu mengetahui bagaimana data Anda akan disimpan jika Anda menyimpannya dalam file komputer.

Digital voltmeter
Voltmeter digital adalah kasus khusus dari A / Ds. Jelas, jika pengukuran tegangan diambil dan hasilnya ditampilkan digital dengan LED atau LCD display, instrumen harus mengandung A / D converter. Voltmeter digital memiliki beberapa karakteristik yang mungkin Anda butuhkan untuk memahami. Anda dapat klik di sini untuk bahan lebih lanjut tentang angka dalam voltmeter digital.
  • Voltmeter digital biasanya memiliki skala yang 0-0.3V, 0-3v, 0-30V, 0-300V, dll
Anda perlu belajar terminologi sedikit dan alasan untuk terminologi. Mari kita melihat voltmeter sampel.

Contoh
E4 Pertimbangkan voltmeter dibangun di sekitar sedikit 10 Sebuah konverter / D. Kita akan mengasumsikan sebagai berikut.
  • Kisaran voltmeter adalah dari 0-3v, dan tidak pengukuran tegangan DC. Ini tidak mengukur tegangan negatif.
Kemudian, dengan 10 bit kita dapat menarik kesimpulan ini.
  • Sepuluh bit akan menghasilkan 2 10 interval. Itu 1024 interval.
  • Jika ada 1024 interval rentang 3v, masing-masing interval akan 3 / 1024 = 0,00293 v.
  • Hal ini lebih mudah untuk menghitung tegangan ditampilkan jika interval disesuaikan dengan 0,003 ay
    • Itu akan membuat kisaran 0-3.072v. (Itu 0,003 x 1024.)
    • Jika Anda mengukur tegangan yang bervariasi sekitar 3v, yang akan memungkinkan Anda untuk menjaga kisaran yang sama, tapi masih mengubah rentang ketika tegangan mendapat cukup besar. Produsen ingin membangun dalam "histeresis" kecil untuk mencegah perubahan konstan dalam berbagai situasi seperti itu dan mungkin menjadi sangat keras pada otomatis mulai meter.
  • Jika Anda ingin mengukur tegangan negatif dan memiliki rentang berasal dari-3v menjadi +3 v, Anda akan memiliki interval 0,006 v, dan meter akan mengukur dari-3.072v ke 3,072 v.
  • Jika Anda ingin mengukur tegangan pada skala 0-30V, Anda mungkin akan menggunakan pembagi tegangan atau beberapa cara lain untuk mengurangi tegangan dengan faktor (persis) 10 (yaitu, kalikan dengan persis 0,1) dan kemudian menggunakan yang sama konverter seperti pada skala 0-3v.
Jika kita bisa menggunakan sedikit 12 A / D, maka beberapa kesimpulan akan berubah.
  • Dua belas bit akan menghasilkan 2 12 interval. Itu 4096 interval.
  • Jika ada 4096 interval rentang 3v, masing-masing interval akan 3 / 4096 = 0,000732 v.
  • Hal ini lebih mudah untuk menghitung tegangan ditampilkan jika interval disesuaikan dengan 0,0075 v.
    • Itu akan membuat kisaran 0-3.072v - seperti itu dalam kasus converter 10 bit,
    • Yang menghasilkan keuntungan yang sama seperti yang Anda miliki dengan converter 10 bit.
  • Jika Anda ingin mengukur tegangan negatif dan memiliki rentang berasal dari-3v menjadi +3 v, Anda akan memiliki interval 0,0015 v, dan meter akan mengukur dari-3.072v ke 3,072 v.
Pada titik ini, Anda harus memiliki ide yang baik tentang bagaimana jumlah bit dalam sebuah A / D converter menentukan akurasi dari converter - yaitu resolusi konverter.

No comments:

Post a Comment