Τεχνολογικό Eκπαιδευτικό Ίδρυμα Kρήτης TMHMA MHXANOΛOΓIAΣ. Δρ. Φασουλάς Γιάννης

Σχετικά έγγραφα
Αναλογικά & Ψηφιακά Κυκλώματα ιαφάνειες Μαθήματος ρ. Μηχ. Μαραβελάκης Εμ.

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία

ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ D/A & A/D

Ήχος. Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 04-1

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία ιάλεξη 18

Εισαγωγή στους Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές. 6 ο Μάθημα. Λεωνίδας Αλεξόπουλος Λέκτορας ΕΜΠ. url:

Εισαγωγή στους Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές

Κεφάλαιο 5 Διασύνδεση Αναλογικών & Ψηφιακών Συστημάτων

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Δρ. Π. Ασβεστάς Εργαστήριο Επεξεργασίας Ιατρικού Σήματος & Εικόνας Τμήμα Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 4: Ήχος Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 4 ΠΑΛΜΟΚΩΔΙΚΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ - PCM (ΜΕΡΟΣ Α)

Ημιτονοειδή σήματα Σ.Χ.

ε. Ένα κύκλωμα το οποίο παράγει τετραγωνικούς παλμούς και απαιτείται εξωτερική διέγερση ονομάζεται ασταθής πολυδονητής Λ

Ήχος και φωνή. Τεχνολογία Πολυµέσων 04-1

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

ΠΛΗ21 Κεφάλαιο 1. ΠΛΗ21 Ψηφιακά Συστήματα: Τόμος Α Κεφάλαιο: 1 Εισαγωγή

Ενδεικτικές Ασκήσεις για το μάθημα: «Μετρήσεις Φυσικών Μεγεθών»

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 2: Εισαγωγικά θέματα Ψηφιοποίησης. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

27-Ιαν-2009 ΗΜΥ (ι) Βασική στατιστική (ιι) Μετατροπές: αναλογικό-σεψηφιακό και ψηφιακό-σε-αναλογικό

Αφήγηση Μαρτυρία. Μουσική. Ενίσχυση μηνύματος Μουσική επένδυση Ηχητικά εφέ

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες / Εργαστήριο

Κεφάλαιο 5 Διασύνδεση Αναλογικών & Ψηφιακών Συστηµάτων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες

Αρχές Τηλεπικοινωνιών

Παλμοκωδική Διαμόρφωση. Pulse Code Modulation (PCM)

Εισαγωγή στην Επεξεργασία Σήματος. Νόκας Γιώργος

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά Γ ΕΠΑΛ ιδάσκων: Γεώργιος Μακεδών, Φυσικός M.Sc. Μάθηµα 47ο. Ερωτήσεις κατανόησης 1. Τι είναι οι µετατροπείς A/D

Εφαρμογή στις ψηφιακές επικοινωνίες

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Δρ. Π. Ασβεστάς Εργαστήριο Επεξεργασίας Ιατρικού Σήματος & Εικόνας Τμήμα Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΠΑΤΡΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ 21/06/2011 ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών Τμήμα Μηχανολογίας

Αρχές κωδικοποίησης. Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 08-1

Ενότητα 4: Δειγματοληψία - Αναδίπλωση

Συστήματα Επικοινωνιών ΙI

ΘΕΩΡΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ. Κεφάλαιο 7-8 : Συστήματα Δειγματοληψία Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

Εργαστηριακές ασκήσεις λογικών κυκλωμάτων 11 A/D-D/A

Διάλεξη 3. Δειγματοληψία και Ανακατασκευή Σημάτων. Δειγματοληψία και Ανακατασκευή Σημάτων. (Κεφ & 4.6,4.8)

Παρεμβολή Ενισχυτών μεταξύ γεωφώνων και καταγραφικού

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Συστήματα Επικοινωνιών

Ένα αναλογικό σήμα περιέχει άπειρες πιθανές τιμές. Για παράδειγμα ένας απλός ήχος αν τον βλέπαμε σε ένα παλμογράφο θα έμοιαζε με το παρακάτω:

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες

Θεώρημα δειγματοληψίας

ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ (Π b) ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Ο ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Ζ διακριτές σήματα και συστήματα διακριτού χρόνου χρονοσειρές (time series)

Ευρυζωνικά δίκτυα (2) Αγγελική Αλεξίου

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες / Εργαστήριο

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

O Ψηφιακός Παλμογράφος

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες / Εργαστήριο

Μάθημα 5: Χαρακτηριστικά της Κ.Μ.Ε.

Εισαγωγή στα ψηφιακά Συστήµατα Μετρήσεων

ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΙ (ΨΗΦΙΑΚΑ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ) 3 η ΟΜΑΔΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Γ ΕΠΑΛ 14 / 04 / 2019

Μετάδοση πληροφορίας - Διαμόρφωση

ΠΛΗ 21 - Τι είναι Ψηφιακό Σύστημα

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ ΝΕΟ ΚΑΙ ΠΑΛΑΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ

2. Να γράψετε τους αριθμούς 1, 2, 3, 4, 5 από τη στήλη Α και δίπλα το γράμμα α, β, γ, δ, ε και στ της στήλης Β που δίνει τη σωστή αντιστοίχιση.

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες / Εργαστήριο

Παλμοκωδική Διαμόρφωση. Pulse Code Modulation (PCM)

Συστήματα Επικοινωνιών ΙI

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Δρ. Π. Ασβεστάς Εργαστήριο Επεξεργασίας Ιατρικού Σήματος & Εικόνας Τμήμα Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Περιεχόµενα ΕΠΛ 422: στα Συστήµατα Πολυµέσων. Βιβλιογραφία. ειγµατοληψία. ηµιουργία ψηφιακής µορφής πληροφορίας στα Συστήµατα Πολυµέσων

Μετάδοση πληροφορίας - Διαμόρφωση

ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΠΑΛ (ΟΜΑΔΑ Α ) ΚΑΙ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ ΕΙΔΙΚΟΤΗΤΑΣ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΠΑΛ (ΟΜΑΔΑ Α ΚΑΙ Β ) ΠΕΜΠΤΗ 21 ΙΟΥΝΙΟΥ 2018

Μετατροπή Αναλογικού Σήµατος σε. Ψηφιακό (A/D Conversion) Μετατροπή Ψηφιακού Σήµατος σε Αναλογικό (D/A Conversion)

ΨΗΦΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΕΙΚΟΝΕΣ

CAD / CAM. Ενότητα #10: Βιομηχανικά Συστήματα Ελέγχου. Δημήτριος Τσελές Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού T.E.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

ΑΝΑLOG TO DIGITAL CONVERTER (ADC)

Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

Κεφάλαιο 2 Διαχείριση Σηµάτων σε Ψηφιακά Συστήµατα Ελέγχου

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 8: Αρχές κωδικοποίησης Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΠΑΤΡΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ 24/01/2012 ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ

Συλλογή & Επεξεργασία Δεδομένων Εργαστήριο 9 Ανάλυση Fourier: Από τη Θεωρία στην Πρακτική Εφαρμογή των Μαθηματικών

Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 3: Θεωρία Ψηφιοποίησης

Ομάδα εργασίας Ιονίου Πανεπιστημίου στο Πρόγραμμα ΛΑΕΡΤΗΣ. Εργαστήριο Υπολογιστικής Μοντελοποίησης (CMODLAB)

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα ΙΙ

ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ, ΔΙΚΤΥΑ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ

ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ

ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙ ΩΝ: ΠΕΝΤΕ (5)

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα 3: Ψηφιοποίηση της Πληροφορίας. Νικολάου Σπύρος Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

ΕΝΟΤΗΤΑ 5 Αναλογικά σήματα

ΠΑΛΜΟΓΡΑΦΟΣ ΤΡΟΦΟ ΟΤΙΚΟ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ

1/3/2009. Τα ψηφιακά ηχητικά συστήματα πρέπει να επικοινωνήσουν με τον «αναλογικό» ανθρώπινο κόσμο. Φλώρος Ανδρέας Επίκ. Καθηγητής.

Αρχές κωδικοποίησης. Τεχνολογία Πολυµέσων 08-1

Στοιχεία λήψης και επεξεργασίας βιοϊατρικών σημάτων

Συστήµατα DAQ. 6.1 Εισαγωγή

Τμήμα Λογιστικής. Εισαγωγή στους Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές. Μαθήματα 6 και 7 Αναπαράσταση της Πληροφορίας στον Υπολογιστή. 1 Στέργιος Παλαμάς

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Transcript:

Τεχνολογικό Eκπαιδευτικό Ίδρυμα Kρήτης TMHMA MHXANOΛOΓIAΣ Δρ. Φασουλάς Γιάννης jfasoulas@staff.teicrete.gr

Θα μάθετε: Έννοιες που σχετίζονται με την μετατροπή μεταξύ αναλογικών και ψηφιακών σημάτων Πώς πρέπει να λαμβάνεται το δείγμα ενός σήματος για ψηφιακή επεξεργασία Πώς κωδικοποιούνται τα ψηφιακά δεδομένα Τα βασικά εξαρτήματα ενός A/D μετατροπέα Πώς λειτουργούν οι μετατροπείς A/D και D/A και ποιοι είναι οι περιορισμοί τους Τι μπορείς να κάνεις με τους A/D μετατροπείς; 2

Καταγραφή της μετατόπισης με: Αναλογική συσκευή σε Χαρτί (καταγραφέας διαγραμμάτων) Ποτενσιόμετρο και παλμογράφο Μικροεπεξεργαστή ή υπολογιστή (data acquisiton) Συμπαγή αποθήκευση δεδομένων (μαγνητικά μέσα) Μεγαλύτερη ακρίβεια των δεδομένων Χρήση σε συστήματα πραγματικού χρόνου (real bme) Επεξεργασία δεδομένων πολύ αργότερα από το χρόνο που ελήφθησαν Για να είναι δυνατή η εισαγωγή αναλογικών δεδομένων σε ψηφιακά κυκλώματα ή μικροεπεξεργαστή, πρέπει αυτά να μετατραπούν σε ψηφιακές τιμές. 3

Καταγραφή δεδομένων με την βοήθεια μικροεπεξεργαστή Θεωρήστε το σήμα ενός αισθητήριου, όπως απεικονίζεται από το αναλογικό σήμα του σχήματος 2.1. Η αποθήκευση των δεδομένων μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας έναν μικροεπεξεργαστή, ή έναν υπολογιστή. Η συλλογή δεδομένων (data acquisibon) μέσω υπολογιστή, έχει σαν αποτέλεσμα την καταγραφή τους με μεγάλη ακρίβεια επιτρέποντας τη χρήση τους σε συστήματα ελέγχου πραγματικού χρόνου (real bme) όπως επίσης και την επεξεργασία τους πολύ αργότερα από το χρόνο που ελήφθησαν. Για να είναι εφικτή η εισαγωγή αναλογικών δεδομένων σε ένα ψηφιακό κύκλωμα ή μικροεπεξεργαστή, πρέπει αυτά να μετατραπούν σε ψηφιακές τιμές. Το πρώτο βήμα είναι η δειγματοληψία (sampling) και το αποτέλεσμα είναι ένα ψηφιοποιημένο σήμα (digibzed signal), το οποίο αποτελείται από διακεκριμένες τιμές, που αντιστοιχούν σε κάθε δείγμα, όπως φαίνεται στο σχήμα. 4

Βήματα μετατροπής αναλογικού σήματος σε ψηφιακό 1. Ορισμός διακεκριμένων χρονικών στιγμών Δt για την αριθμητική αξιολόγηση του σήματος 2. Λήψη δείγματος (sampling) από το αναλογικό σήμα 3. Ψηφιοποιημένο σήμα (digibzed signal) (σχήμα) 4. Ακολουθία αριθμών που προσεγγίζει το αναλογικό σήμα 5. Η χρονική σχέση μεταξύ των ψηφιοποιημένων αριθμών είναι μια έμφυτη ιδιότητα της διαδικασίας και δεν καταγράφεται ξεχωριστά 6. Δημιουργία πίνακα των ληφθέντων σημείων που είναι ικανή να περιγράψει με ακρίβεια το αρχικό αναλογικό σήμα 5

Πόσο γρήγορα ή πόσο συχνά πρέπει να γίνεται η δειγματοληψία του αναλογικού σήματος για να επιτευχθεί η ακριβής του αναπαραγωγή μετά την δειγματολυψία; Όσο γρήγορα μπορείτε; ΟΧΙ γιατί απαιτούνται: Ταχύτατα κυκλώματα Πολύ μεγάλα ποσά μνήμης Ο ελάχιστος ρυθμός δειγματοληψίας εξαρτάται από την δεδομένη εφαρμογή ώστε να διατηρούνται όλες οι σημαντικές πληροφορίες του σήματος 6

Ο ρυθμός δειγματοληψίας συχνότητα του αναλογικού σήματος: πρέπει να είναι τουλάχιστον διπλάσιος από τη μέγιστη Συχνότητα Nyquist 7

Ανάλυση σήματος μέσω μίας σειράς Fourier Αν προσεγγίσουμε το σήμα μέσω μιας σειράς Fourier, τότε f max, είναι η αρμονική συνιστώσα με την μέγιστη τιμή της συχνότητας 8

Αν τα δείγματα που λαμβάνονται από το αναλογικό σήμα είναι λιγότερα από όσο πρέπει, τότε παρουσιάζεται το φαινόμενο της επικάλυψης (aliasing), όπου έχουμε την εμφάνιση ενός σήματος διαφορετικής συχνότητας από αυτή που έχει το σήμα εσόδου. 9

Πρότυπο 10

11

12

13

14

15

Παράδειγμα 16

Παράδειγμα συνέχεια... Τα πρώτα δεδομένα σχεδιάζονται με χρόνο δειγματοληψίας μεταξύ δύο δειγμάτων 0.01 sec (ρυθμός δειγματοληψίας 100 Hz), παρέχοντας μια επαρκή απεικόνιση της κυματομορφή. Το δεύτερο σύνολο δεδομένων σχεδιάζεται με χρόνο δειγματοληψίας 0.75 sec (ρυθμός δειγματοληψίας 1.33 Hz), ρυθμός, που είναι μικρότερος από το διπλάσιο της μέγιστης συχνότητας της κυματομορφής (2 Hz). Τότε το σήμα είναι υποδειγματοληφθέν (undersampled). Η ληφθείσα κυματομορφή αποτελεί λανθασμένη απεικόνιση της αρχικής. 17

Θεωρία βαθμιδοποίησης (κβαντοποίησης) Βαθμιδοποίηση : ορίζεται η μετατροπή ενός συνεχούς αναλογικού σήματος σε ένα σύνολο διακριτών καταστάσεων (βημάτων) εξόδου Κωδικοποίηση: είναι η αντιστοίχιση μίας ψηφιακής κωδικής λέξης ή αριθμού σε κάθε κατάστασης εξόδου 5 volt A/D 1 0 1 Χαρακτηριστικά των μετατροπέων :Αριθμός bits του μετατροπέα (resolubon) ( ανάλυση του μετατροπέα) (συνήθως 8,10,12 bits ή 256, 1024, και 4096 καταστάσεις εξόδου αντιστοίχως) : Αριθμός πιθανών καταστάσεων εξόδου του μετατροπέα, οι οποίες αριθμούνται διαδοχικά από 0 έως το (Ν- 1) :Αριθμός αναλογικών σημείων απόφασης 18

Βήμα αναλογικής βαθμιδοποίησης Βήμα αναλογικής βαθμιδοποίησης (analog quanbzabon size) (σε volt) σημεία απόφασης κωδικοποίηση Καθορίζει την διακριτική ικανότητα του μετατροπέα, δηλαδή το μέγιστο λάθος σε volt. Επίσης ορίζει ότι τα σημεία απόφασης είναι κατανεμημένα στο μέγιστο εύρος του σήματος εισόδου (V max - V min ) ανα Q volt 19

Τύποι μετατροπέων Μετατροπέας A/D διαδοχικής προσέγγισης (successive approximabon) Μετατροπέας A/D Flash (flash converter) Μετατροπέας D/A (DAC) κλίμακας αντιστατών ακριβείας (resistor ladder network) 20

Εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται στην μετατροπή A/D, κάρτες και χαρακτηριστικά τους Υπάρχουν σε κάρτες επέκτασης για PC που υποστηρίζουν διάφορες γλώσσες προγραμματισμού (C, FORTRAN, BVASIC, ). Επίσης οι κάρτες διαθέτουν επιπρόσθετες εισόδους και εξόδους Ι/Ο, μετρητές (counters) και άλλα... Σημαντικά χαρακτηριστικά για την επιλογή μιας κάρτας A/D και D/A: resolubon + max sampling rate Για ένα μετατροπέα με ανάλυση 10 ή 18 bit ο χρόνος μετατροπής είναι της τάξης των nsec. 21

Συμπεράσματα Τα σωστά χαρακτηριστικά της συχνότητας του αναλογικού σήματος τα εξασφαλίζουμε με συχνότητα δειγματοληψίας τουλάχιστον αυτής της Nyquist. Τα σωστά χαρακτηριστικά σχετικά με το μέτρο (πλάτος) του αναλογικού σήματος τα εξασφαλίζουμε με ένα αρκετά μικρό χρόνο μετατροπής του A/D μετατροπέα Άλλες σημαντικές παράμετροι στην επιλογή ενός μετατροπέα A/D είναι: το εύρος της τάσης εισόδου, η ανάλυση εξόδου και ο χρόνος μετατροπής 24

25

Ασκήσεις Μηχατρονικής 31

32

33