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DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona Ricostruzione e distribuzione del segnale analogico.

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Presentazione sul tema: "DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona Ricostruzione e distribuzione del segnale analogico."— Transcript della presentazione:

1 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona Ricostruzione e distribuzione del segnale analogico

2 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona 1. Tecniche di ricostruzione. 2. Distribuzione dati. 3. Tipi di distribuzione: 3.1-N DAC per N canali duscita DAC+N S&H DAC+1 ADEMUX+N Hold DAC+1ADEMUX.

3 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona 1. Tecniche di ricostruzione

4 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR4 Tecniche di ricostruzione (1/3) I segnali analogici forniti dai DAC presentano inevitabilmente un andamento discontinuo a causa del processo di quantizzazione intrinseco alla conversione. Questo fatto è fonte di problemi in fase di distribuzione, quando si vuole riportare il segnale ad una forma tale da poter essere letto e utilizzato (ricostruzione del segnale).

5 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR5 Tecniche di ricostruzione (2/3) La conversione D/A effettua una sola operazione: interpolazione dei tempi (dal tempo discreto al tempo continuo), in quanto gli effetti della quantizzazione sono irreversibili, e quindi non può esistere una operazione inversa di dequantizzazione. Interpolare un segnale a tempo discreto significa ricostruire landamento del segnale tra due campioni consecutivi spaziati di T c (periodo di campionamento). Linterpolazione può essere considerata come loperazione inversa del campionamento.

6 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR6 Tecniche di ricostruzione (3/3) Per effetto dellerrore di quantizzazione (anche se supponiamo il campionamento ideale), alluscita del DAC risulterà in generale che il segnale analogico ricostruito sarà sempre un po diverso dal segnale analogico originario.

7 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR7 Ricostruzione ideale (1/2) In base al teorema del campionamento, la ricostruzione perfetta del segnale analogico originario a partire dalla sequenza dei suoi campioni può essere ottenuta utilizzando un filtro ideale passa-basso, a valle del DAC. Scopo: lasciar passare tutte le frequenze fino alla frequenza massima del segnale (B) ed eliminare tutte le frequenze >B, permettendo di estrarre dallo spettro del segnale campionato solo quel pacchetto di armoniche che costituiva il bagaglio di informazioni del segnale originario.

8 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR8 Ricostruzione ideale (2/2)

9 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR9 Ricostruzione non ideale (1/5) In pratica dobbiamo fare i conti con filtri fisicamente realizzabili (non ideali) che presentano una certa banda di transizione tra la banda permessa e la banda proibita. Tale non idealità comporta una certa distorsione, che peraltro diminuisce allaumentare della qualità (e del costo) dei filtri.

10 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR10 Ricostruzione non ideale (2/5)

11 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR11 Ricostruzione non ideale (3/5) Normalmente, per ridurre la complessità dei convertitori D/A, si utilizzano tecniche di interpolazione poco complesse, che tuttavia consentono di approssimare abbastanza bene linterpolazione ideale, soprattutto se accompagnate da un moderato sovracampionamento (f>2f c ): A.Interpolazione con mantenimento; B.Interpolazione lineare.

12 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR12 Ricostruzione non ideale (4/5) A. Interpolazione con mantenimento. Detta anche interpolazione di ordine zero, (ZOH, Zero-Order- Hold), consiste nel mantenere costante il valore del segnale fino al campione successivo. Cattiva approssimazione del segnale analogico; Effetto scalettatura. Si può migliorare lapprossimazione effettuando un filtraggio passabasso del segnale scalettato si eliminano le transizioni brusche e si addolcisce landamento del segnale.

13 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR13 Ricostruzione non ideale (5/5) B. Interpolazione lineare. È detta anche interpolazione del primo ordine (FOH, First Order Hold). Si ricostruisce un andamento lineare tra due campioni consecutivi migliore dellinterpolazione con mantenimento. Richiede tuttavia la conoscenza di due campioni consecutivi del segnale e quindi introduce un ritardo di elaborazione.

14 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona 2. Distribuzione dati

15 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR15 Distribuzione dati (1/2) La struttura di un sistema di distribuzione dati dipende da molti fattori, tra i quali: 1)la distanza a cui devono essere trasferiti i segnali (che condiziona il tipo di mezzo trasmissivo e la modalità di trasmissione); 2)Il numero dei dispositivi di uscita (canali di uscita) a cui trasferire linformazione e quindi le modalità di Demultiplex; 3)La velocità con cui deve essere effettuata la distribuzione. 4)Tipo di attuatori o utilizzatori.

16 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR16 Distribuzione dati (2/2) Spesso gli utilizzatori sono digitali (visualizzatori numerici, stampanti, motori passo-passo, ecc.), ma nella maggior parte dei casi sono di tipo analogico. Spesso, come abbiamo visto, oltre alla conversione D/A, sono necessarie operazioni di filtraggio – amplificazione - ricostruzione al fine di adattare i segnali alle caratteristiche degli utilizzatori.

17 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona 3. Tipi di distribuzione: N DAC per N canali duscita DAC+N S&H DAC+1 ADEMUX+N Hold DAC+1ADEMUX.

18 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR N DAC per N canali duscita (1/3) Il seguente sistema realizza una distribuzione digitale dei dati e una successiva conversione in forma analogica, utilizzando tanti DAC quanti sono i canali duscita:

19 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR N DAC per N canali duscita (2/3) Principio di funzionamento. I registri di ingresso, attivati dal proprio pin LE (Latch Enable), memorizzano i dati digitali dopo ogni aggiornamento, facendo in modo che le uscite dei DAC rimangano stabili (molti DAC commerciali contengono già al loro interno il registro di ingresso, ossia un buffer-latch). La struttura può venire assimilata ad una multiplazione digitale (DDEMUX).

20 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR N DAC per N canali duscita (3/3) Vantaggi: 1) Elevata velocità di distribuzione dei dati; 2) Possibilità di memorizzare i dati (in formato digitale) senza che nel tempo subiscano alterazioni; 3) Possibilità di impiegare una doppia bufferizzazione (due registri in cascata), in modo da avere un aggiornamento contemporaneo dei dati alluscita del sistema di distribuzione, grazie allattivazione simultanea di tutti i registri analoghi allingresso dei DAC. Svantaggi: 1) Elevato numero di DAC, quindi costi relativamente alti; 2) Complessità delle connessioni se i convertitori sono distanti dal sistema di elaborazione. approfondimento

21 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR DAC+N S&H (1/3) Un metodo alternativo di distribuzione dei dati consiste nellimpiegare 1 solo DAC ed N circuiti di S/H, quindi di effettuare, oltre ad una conversione, anche una distribuzione di tipo analogico (ADEMUX).

22 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR DAC+N S&H (2/3) Principio di funzionamento. Il DAC riceve i segnali digitali, eventualmente in sincronismo con un segnale di abilitazione proveniente dalla Logica di controllo; La sua unica uscita analogica è connessa ad N circuiti di Sample/Hold. A questi ultimi vengono inviati in sequenza i comandi di campionamento non appena il rispettivo dato digitale viene convertito. In questo modo si ha una memorizzazione del campione analogico tramite il condensatore del blocco S/H.

23 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR DAC+N S&H (3/3) Vantaggi. 1)Impiego di 1 solo DAC, quindi costi più contenuti; 2)Minor complessità delle connessioni nel caso in cui i circuiti S/H siano distanti dal sistema di elaborazione. Svantaggi. 1)Velocità di trasferimento dei dati più bassa, a causa del tempo di acquisizione e mantenimento del blocco S/H. 2)Vi è una alterazione nel tempo dei segnali analogici memorizzati nel condensatore del circuito S/H, a causa della scarica dei condensatori (drop rate). approfondimento

24 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR DAC+1 ADEMUX+N Hold (1/2) Prestazioni analoghe a quelle relative alla struttura appena vista, sono offerte dalla soluzione seguente, in cui la parte di Sample del blocco S/H viene sostituita da un vero e proprio DEMUX Analogico.

25 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR DAC+1 ADEMUX+N Hold (2/2) Vantaggio: Caratteristiche del tipo di quella a 1 solo DAC, però col vantaggio di essere più semplice e meno costosa. Svantaggi: derivanti dallimpiego dei demultiplatori: 1)possibili interazioni fra canali contigui; 2)le correnti di dispersione del DEMUX possono provocare una più rapida scarica dei condensatori di Hold, durante la fase di mantenimento.

26 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR DAC +1 ADEMUX (1/2) DISTRIBUZIONE DATI CHE SFRUTTA LINERZIA DEGLI UTILIZZATORI. Le uscite dell ADEMUX sono collegate direttamente agli attuatori. Il segnale fornito a ciascun attuatore è in realtà costituito da una serie di impulsi (campioni) di ampiezza proporzionale al codice digitale allingresso del DAC. La durata degli impulsi è pari al tempo in cui la rispettiva linea di uscita dell ADEMUX rimane attivata e la frequenza degli impulsi è pari alla frequenza di scansione delle linee di uscita.

27 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR DAC +1 ADEMUX (2/2) DISTRIBUZIONE DATI CHE SFRUTTA LINERZIA DEGLI UTILIZZATORI. Tecnica adatta quando gli attuatori presentano una elevata inerzia intrinseca, ossia presentano una notevole costante di tempo in ingresso: in tal modo i dispositivi eseguono lintegrazione degli impulsi ricevuti. Dispositivi di questo genere potrebbero essere gli elementi riscaldatori o strumenti indicatori elettromeccanici.

28 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR28 Approfondimenti

29 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR29 N DAC per N canali duscita Linconveniente dellelevato numero dei DAC non si pone se gli attuatori da pilotare sono digitali (visualizzatori, stampanti e motori passo-passo) in quanto non richiedono limpiego di convertitori D/A. Il problema dellelevato numero di linee (complessità delle connessioni) può essere superato, con lutilizzo di un convertitore P/S, realizzando una trasmissione seriale dei dati (al prezzo, però, di una riduzione della velocità di trasmissione). torna

30 DISTRETTO FORMATIVO ROBOTICA - Verona giugno 2008Prof. Tozzi-ITIS Marconi-VR30 1 DAC+N S&H Si può limitare il secondo svantaggio scegliendo circuiti S/H con tempi di acquisizione o di campionamento piuttosto brevi (per rendere più veloce laggiornamento di tutti i dispositivi S/H). Ma soprattutto devono presentare tempi di mantenimento il più possibile lunghi, per evitare di dover provvedere a cicli di aggiornamento periodici (refresh) dei dati digitali anche se questi non hanno subìto variazioni. torna


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