Sistemi digitali: convertitori

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1 Sistemi digitali: convertitori Vantaggi sistema digitale: -immunità ai disturbi elettrici -possibilità di utilizzare sistemi di elaborazione digitali (basati su microprocessore) programmabili e flessibili -possibilità di trasmettere i dati su linea digitale (fibra, ethernet, internet, etc.) -possibilità di registrare dati in forma digitale (cd, dvd, memorie, etc)

2 Convertitore Analogico Digitale ADC Misura la tensione applicata in ingresso e fornisce in uscita un numero binario proporzionale ad essa ingresso analogico Vi ADC VFS D3 D2 D1 D0 uscita digitale Maggiore è il numero di bit in uscita, maggiore è l accuratezza della misura.

3 V FS :Tensione di fondo scala n: Numero di bit uscita Risoluzione Q=V FS /2 n Errore di quantizzazione Er=Q/2 Es: V FS =8V n=4 bit Vi=3,2V TROVO Risoluzione Q, Errore Er, dato in uscita D Q=8/2 4 =8/16=0,5V Er=0,5/2=0,25 Costruisco una tabella in cui a ogni codice binario corrisponde un gradino di tensione pari a Q. La tensione che più si avvicina a Vi corrisponde al dato in uscita D D3D2D1D0 V , , , , , , , ,5 D=0110

4 Es: V FS =4V n=4 bit Vi=1,1V TROVO Risoluzione Q, Errore Er, dato in uscita D

5 Q=4/2 4 =4/16=0,25V Er=0,25/2=0,125V D=0100 D3D2D1D0 V , , , , , , , , , , , ,75 +0,25V Vi=1,1V

6 Es: V FS =1V Q=1/2 n=4 bit 4 =1/16=0,0625V Vi=0,235V Er=0,0625/2=0,03125V TROVO Risoluzione Q, D=0100 Errore Er, dato in uscita D +0,0625V D3D2D1D , , , , , , , , , , , , , , ,9375 Vi=0,235V

7 Convertitore Digitale Analogico DAC Fornisce in uscita una tensione proporzionale al dato digitale applicato in ingresso ingresso digitale D = 5 D3 D2 D1 D0 DAC VRIF 8V uscita analogica Vo =5*0,5=2,5V Kc=8V/2 4 =0,5V Kc=V RIF /2 n Vo=Kc*D

8 V RIF :Tensione di riferimento n: Numero di bit ingresso Costante conversione Kc=V RIF /2 n Tensione in uscita Es: V RIF =8V n=4 bit D=0101=5 TROVO Costante conversione Kc, tensione in uscita Vo Vo=Kc*D D=dato in ingresso Kc=8/2 4 =8/16=0,5V Vo=0,5*5=2,5V Decimale D3D2D1D0 Vo V ,5V V ,5V V ,5V V ,5V V ,5V V ,5V V ,5V V ,5V Vomax

9

10 Vo

11 5V 1k gnd 5V gnd

12 V RIF :Tensione di riferimento n: Numero di bit uscita Costante conversione Tensione in uscita Es: V RIF =2V n=4 bit D=0111 TROVO Costante conversione Kc, tensione in uscita Vo, tensione massima di uscita Vomax

13 D=0111=7 Kc=2/2 4 =2/16=0,125V Vo=0,125*7=0,875V Vomax=1,875V Decimale D3D2D1D , , , , , , , , , , , , , ,875

14 campione

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17 ADC DAC

18 Es: Termometro digitale con ADC Temperatura di fondo scala T FS =32 C Temperatura minima T MIN =0 C Tensione di fondo scala ADC V FS =4V Tensione minima ADC V MIN =0V Numero di bit n=4 bit TROVO Risoluzione Q T [ C], Q V [V], Errore Er T, Er V, Data la temperatura di Ti=15,4 C, trovo tensione corrispondente Vi sull ADC e dato in uscita D

19 QV=4/2 4 =4/16=0,25V ErV=0,25/2=0,125V QT=32/2 4 =32/16=2 C ErT=2/2=1 C D=1000 Vi=2V circa D3D2D1D0 V T , , , , , , , , , , , , ,25V QV +2 C QT <-Ti=15,4 C

20 VFS 4V 15,4 C Sensore temperatura Vi ADC D3 D2 D1 D0 uscita digitale

21 Es: Bilancia digitale con ADC Peso di fondo scala P FS =64g Peso minimo P MIN =0g Tensione di fondo scala ADC V FS =8V Tensione minima ADC V MIN =0V Numero di bit n=4 bit TROVO Risoluzione Q P [g], Q V [V], Errore Er P, Er V Dato ilpeso di Ti=41g, trovo tensione corrispondente Vi sull ADC e dato in uscita D

22 QV=8/2 4 =8/16=0,5V ErV=0,5/2=0,25V QP=64/2 4 =64/16=4g ErP=4/2=2 C D=1010 Vi=5V circa D3D2D1D0 V T , , , , , , , , ,5V QV +4g QP <-Pi=41g

23 Es: Termometro digitale con ADC Temperatura di fondo scala T FS =32 C Temperatura minima T MIN =0 C Tensione di fondo scala ADC V FS =4V Tensione minima ADC V MIN =0V Numero di bit n=8 bit TROVO Risoluzione Q T [ C], Q V [V], Errore Er T, Er V, Data la temperatura di Ti=1,25 C, trovo tensione corrispondente Vi sull ADC e dato in uscita D

24 QV=4/2 8 =4/256=0,015625V ErV=0,25/2=0, V QT=32/2 8 =32/256=0,125 C ErT=2/2=0,0625 C Calcolo risoluzione QV e QT con la formula Posso trovare anche l errore di quantizzazione ErV e ErT

25 Preparo la tabella in Excel; selezionando le caselle A1 e A2 e trascinando costruisco la serie di numeri sulla colonna A. Inserisco la formula che converte i numeri decimali in binario.

26 Selezionio la cella B1 e trascino per copiare la formula sulla colonna B.

27 Inserisco i valori 0 e QV come indicato, seleziono e trascino. Faccio la stessa operazione sulla colonna D usando QT.

28 Individuo il valore nella tabella che più si avvicina alla temperatura Ti; trovo in corrispondenza la tensione Vi e il dato binario.