DatortillŠmpningar. Det har hšnt nœgot!

Transkript

1 DatortillŠmpningar Det har hšnt nœgot!

2 1945: 1995:

3 DatortillŠmpningar? Vad skall vi egentligen prata om? DatortillŠmpning?

4 DatortillŠmpning? DatortillŠmpning?

5 DatortillŠmpning? Nej! Vi har sett: n en bil n en TV n en kamera n ett flygplan...

6 ... men de har nœgot gemensamt: n Det gœr att gšra bilar, TV-apparater, kameror och flygplan som fungerar utan datorer. n Ingen av de moderna ÒapparaternaÓ fungerar utan datorer. n Detta faktum gšr dem inte till datortillšmpningar. Slutsatser: Datorer Šr všsentliga komponenter i ett všxande antal vardagsprodukter Ordet ÒdatortillŠmpningÓ Šr inte intressant. Vi bšr prata om bilar, kameror etc.

7 Det kan dšremot vara intressant att studera vad som kršvs nšr en dator skall anvšndas i en teknisk apparat. Vi vill att datorn skall kunna styra apparaten. Fšr att kunna styra rštt mœste datorn kunna mšta viktiga storheter.

8 Vi bšrjar med mštproblemet... Datorn Šr en elektronisk apparat! Det innebšr att de storheter som vi vill mšta mœste omvandlas till en lšmplig elektrisk storhet (stršm, spšnning...) MŠtkedjan: Intressant storhet Dator

9 Givare: Vi behšver en givare fšr att šversštta den intressanta storheten till nœgot elektriskt mštbart. Exempel: Termistor, Tachometer, Accelerometer, Potentiometer och mœnga fler... MŠtkedjan: Intressant storhet Givare Dator

10 FšrstŠrkare: Givarsignalen Šr i regel svag och mœste fšrstšrkas fšr att bli: - mindre kšnslig fšr stšrningar - anpassad till nyttjade signalnivœer MŠtkedjan: Intressant storhet Givare FšrstŠrkare Dator

11 AD-omvandlaren: SŒ hšr lœngt har vi en kontinuerligt varierande signal. AD-omvandlaren šversštter vid bestšmda tidpunkter denna till kvantiserade všrden. Signalen Šr nu en talfšljd som datorn kan hantera. MŠtkedjan: Intressant storhet Givare FšrstŠrkare AD-omv. Dator

12 terstœende problem: Signalen mšts av AD-omvandlaren vid vissa tidpunkter. AvstŒndet mellan dessa utgšr det s k samplingsintervallet. (Ibland talar vi om samplingsfrekvensen i stšllet.) FrŒga: Hur ofta (med vilken frekvens) mœste vi sampla (mšta) signalen? En signal: Hur ofta mœste vi sampla? 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,

13 10 gœnger per period? 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, gœnger per period? 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,

14 2 gœnger per period? 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, OcksŒ 2 gœnger per period! 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,

15 0,75 gœnger per period: 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Obs! Bara 2,5 perioder! JŠmfšr ,5 3 2,5 2 1,5 1 0,

16 Vad var det som hšnde? Vad var det som hšnde? Vi passerade gršnsen fšr hur ofta vi mœste sampla!

17 Vad var det som hšnde? NŠr vi samplade fšr lœngsamt sœ ser det ut som om signalen fœr lšgre frekvens Šn i verkligheten. SŒ ser Šven datorn de signaler som samplas. Samplingsteoremet: En signal mœste samplas mer Šn tvœ gœnger per period alternativt Samplingsfrekvensen mœste vara mer Šn tvœ gœnger hšgre Šn signalens maxfrekvens

18 Signalens maximala frekvens? Varje periodisk signal kan beskrivas med en Fourierserie. DŠr kan vi se vilken hšgsta frekvens som ingœr. Motsvarande kan gšras fšr en icke periodisk signaler med Fouriertransform. Verkligheten dœ? LŒgpassfilter Med ett lœgpassfilter kan vi begršnsa frekvensinnehœllet i en signal. Filtret Šr nšdvšndigt; det finns alltid brus och stšrningar i signalen som ligger šver den hšgsta teoretiska frekvensen. Dessa Œterges lœgfrekvent och ger felaktiga resultat!

19 LŒgpassfilter Det finns ett litet problem kvar: Filtret Šr inte idealt. Det slšpper igenom signaler šver brytfrekvensen, dock allt mer dšmpade. Vi mœste dšrfšr normalt sampla med en frekvens som Šr betydligt hšgre Šn dubbla brytfrekvensen. MŠtkedjan: Intressant storhet Givare FšrstŠrkare Filter AD-omv. Dator

20 Vi hœller pœ med att datorn skall kunna styra apparaten. Vi har just tittat pœ hur datorn kan mšta viktiga storheter. Styrproblemet: Det handlar om att datorn skall skicka styrsignaler till den utrustning som skall styras. Styrsignalerna pœverkar datorns ÒmusklerÓ.

21 Muskler? Med muskler avser vi den utrustning som i nœgon mening kan ÒsŠtta fartó pœ omgivningen, t ex: elektrisk motor všrmeelement hydraulkolv solenoid Digitala muskler kan styras med en bit (digital signal som kan vara Ò1Ó eller Ò0Ó), t ex stršmbrytare (till všrmeelement, ventil, belysning, motor etc). Vi fœr antingen full effekt eller inget alls. pulstœg (signal som všxlar mellan Ò1Ó och Ò0Ó) kan styra t ex en stegmotor.

22 Analoga muskler kršver flera bitar (ettor och nollor) och kan styras till šnskad effekt, t ex varvtalskontrollerad motor všrmeelement med flera effektnivœer belysning i flera nivœer Styrkedjan: Dator Muskel

23 Utsignal frœn datorn: Vi mœste se till att datorn kan leverera rštt slags utsignal: Analog utsignal ges via en D/Aomvandlare Digital utsignal ges via en parallell port eller en timer Styrkedjan: Dator Digital eller analog utgœng Muskel

24 Anpassning till muskeln: Utsignalen frœn datorn Šr en lœg spšnning eller svag stršm. De flesta muskler kršver betydligt mer effekt Šn vad den signalen kan lšmna. Vissa muskler kan styras effektivare om signalerna frœn datorn vidarefšršdlas i en sšrskild styrkrets. Anpassning till muskeln: Vi sštter dšrfšr in en anpassningskrets som dels kan leverera tillršcklig effekt, dels (ibland) bidra till fšrenklad styrning av muskeln.

25 Styrkedjan: Dator Digital eller analog utgœng Extra energi Anpassning till muskel Muskel Hur ofta mœste vi styra dœ?

26 Hur ofta mœste vi styra dœ? Det beror pœ hur god kontroll vi vill ha pœ det vi styr! Om vi mšter t ex temperatur eller varvtal och jšmfšr med bšrvšrdet kan vi hela tiden berškna nya styrsignaler. Samplingsteoremet bestšmmer hur ofta vi behšver gšra det. Reglering NŠr vi kopplat samman mšt- och styrkedjorna kan mštresultatet pœverka hur datorn skall styra. Detta kallas Œterkoppling och studeras bland annat i Šmnet reglerteknik.

27 Det kompletta systemet: Dator Digital eller analog utgœng Extra energi Anpassning till muskel Muskel Intressant storhet Givare FšrstŠrkare Filter A/D-omv.