Sisteme de conversie și achiziție de date

Se pune problema generala de a obtine informatii despre procese fizice pentru memorare si redare, pentru comunicatie sau pentru control. Procesele fizice sunt caracterizate prin marimi fizice care pot fi transformate în semnale electrice (analogice) utilizând traductoare. Rezulta ca, prin prelucrarea acestor semnale, se pot obtine informatii despre procesele fizice. Prelucrarea semnalelor se poate realiza prin tehnici analogice sau numerice. Prelucrarea numerica presupune transformarea semnalelor analogice în semnale numerice cu un sistem de achizitie de date, figura 1. În acest scop, semnalele electrice de la iesirile traductoarelor sunt supuse unor prelucrari analogice initiale si transformate în tensiuni electrice. Aceste functii sunt realizate cu circuite de conditionare a semnalelor si constau în: divizare, amplificare, filtrare, izolare, conversie curent-tensiune etc. Semnalele numerice se obtin prin prelevarea, la momente de timp date, a valorilor semnalelor analogice si conversia acestor valori sub forma numerica. Astfel, componentele de baza ale sistemelor de achizitie de date sunt circuitele de esantionare si memorare si convertoarele analog numerice. Operatiile realizate de sistemul de prelucrare numerica (SPN) asupra semnalelor numerice pot fi: filtrare, reprezentare în domeniul frecventa, clasificare, identificare etc. Astfel, se obtin semnalele numerice prelucrate care contin informatii¬le despre procesele fizice, în reprezentari corespunzatoare aplicatiilor. Semnalele numerice rezultate din prelucrare pot fi transformate în semnale analogice cu convertoare numeric analogice în sistemul de distributie de date, figura 1. Semnalele numerice si analogice rezultate din prelucrare pot fi utilizate pentru memorarea si redarea informatiei sau pentru comanda elementelor de executie (motoare, relee, electrovalve etc), prin care se realizeaza controlul proceselor fizice.

Caracteristicile sistemelor de prelucrare numerica din care rezulta avantajele utilizarii acestora în comparatie cu sistemele de prelucrare analogica sunt:

- repetabilitatea;

- reprogramabilitatea;

- adaptabilitatea;

- sensibilitatea redusa fata de perturbatii;

- stabilitatea pe termen lung si la variatiile factorilor de influenta externa temperatura,

umiditate, presiune etc).

Repetabilitatea reprezinta proprietatea SPN de acelasi tip de a conduce la rezultate identice ale prelucrarii, pentru aceleasi semnale numerice de intrare si pentru acelasi algoritm de prelucrare.

Reprogramabilitatea reprezinta capacitatea de modificare a algoritmului de prelucrare numerica prin reprogramare, deci fara a modifica structura SPN.

Adaptabilitatea reprezinta posibilitatea de modificare a functiei de transfer corespunzatoare unui algoritm de prelucrare numerica, în concordanta cu caracteristicile semnalelor de intrare sau cu caracteristici de mediu. Adaptarea se realizeaza prin masurarea acestor caracteristici si modificarea, functie de rezultatele masurarilor, a unor parametri care intervin în functia de transfer corespunzatoare algoritmului de prelucrare.

Sensibilitatea redusa fata de perturbatii si stabilitatea rezulta din structura discreta a semnalelor numerice cu diferenta mare între valorile de tensiune corespunzatoare celor doua niveluri logice ale variabilelor binare.

Semnalele numerice se utilizeaza, de asemenea, ca suport pentru informatie în comunicatii, în acest caz, prelucrarea numerica se poate utiliza pentru compresia de date, adica pentru reprezentarea informatiei printr-un numar redus de biti.

Tehnicile de prelucrare numerica permit implementarea unor functii care nu pot fi obtinute prin prelucrare analogica si care corespund unor circuite, ca de exemplu: filtre cu ras¬puns caracterizat prin faza liniara în functie de frecventa (filtre cu raspuns finit la impuls, FIR) si filtre cu caracteristici de tip ac.

Utilizarea tehnicilor de prelucrare numerica este limitata din punctul de vedere al frecventei maxime a semnalelor analogice de intrare si al vitezei de prelucrare numerica. într-o aplicatie, aceste limitari sunt functie de caracteristicile sistemului de achizitie de date, de viteza de lucru a SPN si de complexitatea algoritmului de prelucrare numerica. Practic, orice algoritm de prelucrare numerica poate fi implementat pe orice SPN (cu microprocesor, microcontroler sau procesor numeric de semnal), cu observatia ca performantele privind viteza de prelucrare numerica trebuie sa corespunda aplicatiei. Astfel, exista aplicatii în care se impune prelucrarea în timp real, adica algoritmii de prelucrare sa se desfasoare la viteza de acces a datelor, ca de exemplu: compresia semnalului vocal în comunicatii si prelucrarea semnalului numeric de pe disc CD ROM pentru redare. De asemenea, exista aplicatii în care nu se impune prelucrarea în timp real,