Acquisizione digitale dei segnali Rodolfo Taccani Dipartimento di ingegneria ed architettura Presentazione elaborata dalle lezione del prof. Cigada - POLIMI
Contenuti Conversione analogico/digitale (A/D) Campionamento dei segnali Acquisizione asincrona Acquisizione sincrona 2
Problema 3
Premessa 4
Doppia discretizzazione 5
Analogico/Digitale 6
1- Conversione A/D 7
Convertitori 8
Principali vantaggi sistemi digitali 9
Due fasi conversione A/D 10
La conversione A/D 11
Risoluzione 12
Risoluzione 13
Risoluzione 14
Esempio: conversione a 2 bit 15
Conversione A/D 16
Esempio 17
Esempio: conv. 2 bit 18
Esempio: conv. 2 bit 19
20
Attenzione 21
Sistema binario 22
Sistema binario 23
Sistema binario 24
Sistema binario 25
Livelli 26
Risoluzione = errore quantizzazione 27
Risoluzione 28
Risoluzione 29
Risoluzione 30
Risoluzione 31
Adattare il fondo scala 32
Amplificatore di ingresso 33
Ottimizzazione della risoluzione riducendo il FS 34
N. bit= 3. Vm 0 35
Soppressione della media /amp 37
2) Discretizzazione lungo l asse delle ascisse. Campionamento Discretizzazione lungo l asse dei tempi: Quante volte al secondo osservo il segnale? Cosa succede se osservo troppo spesso? E se osservo troppo raramente? 38
Campionamento di un segnale analogico Conversione di V(t) in una sequenza di dati digitali (Ti, Vi) ad istanti prefissati ti 39
Campionamento di un segnale analogico In un segnale campionato sia la grandezza V(T) che il tempo sono espressi in forma discreta Intervallo di campionamento: tc=ti-ti-1 Frequenza di campionamento: fc=1/ t 40
A che frequenza occorre campionare un segnale per rappresentarlo correttamente? Entrambe vanno bene, ma hanno un diverso dettaglio 41
Aliasing Se la frequenza diminuisce troppo si va incontro al problema dell aliasing Il segnale campionato non è più riconoscibile e sembra avere una frequanza più bassa del segnale originario 42
Condizioni di aliasing 43
Esempio: fs=12 Hz 44
Teorema del campionamento (Nyquist Shannon) 45
Configurazione di ingresso nei sistemi di conversione A/D 46
Configurazione minima 47
Tempo di conversione 48
Sample and hold 49
Sample and hold 50
Acquisizione più canali 51
Acquisizione più canali 52
Massima frequenza di campionamento 53
Cavo BNC 54
Durata del tempo di acquisizione 55
Trigger Quando ha inizio l acquisizione? Ad un istante to scelto dall operatore che comanda l inizio dell acquisizione Ad un istante to sincronizzato con il fenomeno fisico che si sta analizzando: acquisizione a trigger. 56
Trigger Il trigger è un dispositivo che permette di iniziare ad acquisire i dati quando un segnale preso come riferimento supera un prefissato livello (TL: Trigger Level) 57
Riferimento del trigger Può essere: Uno dei canali da acquisire (internal trigger) Un segnale esterno significativo per il fenomeno fisico che si sta analizzando (external trigger) ad esempio una martellata che mette in vibrazione la struttura in analisi 58
Campionamento sincrono/asincrono 59
Campionamento sincrono/asincrono 60
Campionamento sincrono/asincrono Gli istanti di acquisizione sono scanditi da n impulsi per periodo (esempio: ruota fonica) 61
Oscilloscopio 62
Oscilloscopio 63
Oscilloscopio 64
Analogico / digitale 65
Oscilloscopio: note 66
Il segnale di tensione 67
68
Generatore di funzioni 69
Multimetro 70
Obiettivo esercitazione Familiarizzare con gli strumenti Essere capaci di eseguire delle semplici misure seguendo la scheda dell esercitazione consegnata 71
Esempio scheda esercitazione Generatore di funzioni Keysight Agilent 33220A Generare (con ampiezza fissa a 1 V): 1 un onda sinusoidale con frequenza 100 Hz; un onda quadra con frequenza di 1 Hz; Oscilloscopio Tektronix TDS 2012B Generare i segnali con il generatore di funzioni e l alimentatore, e quindi misurare con l oscilloscopio: 2 una tensione costante di 5V valore misurato: un segnale di 5 Hz e ampiezza 600 mv valore misurato: un segnale di 100 khz e ampiezza 1 V valore misurato: Multimetro digitale Usag 075 E Generare con il generatore di funzioni e misurare: 3 una tensione costante di 5V valore misurato: un segnale di 5 Hz (periodo di 200 ms) e ampiezza 600 mv valore misurato: un segnale di 100 khz (periodo di 10 µs) e ampiezza 1 V valore misurato: 72