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.
Diberikan sebuah A / D converter dengan kisaran tertentu dan
jumlah bit, 
Untuk dapat menghitung resolusi konverter. Mengingat sebuah konverter A / D di laboratorium, Untuk dapat menentukan resolusi dari converter dan jumlah bit
yang digunakan dalam konverter.
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.
- 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
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.
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.
Cara Anda menghubungkan komparator
adalah untuk meletakkan beban Anda antara lima volt dan sambungan kolektor pada
chip - seperti ini.
Akhirnya, jika Anda ingin
menggunakan LM339, anda memerlukan ini pin-out.
Pinout untuk
komparator LM339 Chip Quad
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.
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
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.
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.
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).
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.
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.
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
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.
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.
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.
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.
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