I n h a l t. 1. Ziel des Buches

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1 I n h a l t 1. Ziel des Buches 2. Messen - was und wie? 2.1. Was ist Messen? 2.2. Steuerung und Regelung als Grundanwendung 2.3. Die Welt ist analog - warum digitale Messtechnik 2.4. Eine andere Seite des Messens 2.5. Wie genau soll man messen 2.6. Hardware oder Software 2.7. Ein Wort zur Programmierung 3. Messen - mit Hardware oder Software? 3.1. Was nehme ich wann? 3.2. Der Prozessor in der Messtechnik 4. Die Simulation 4.1 Grundlage der Simulation 4.2 Verwendung des Simulators Installation Starten des Simulators 4.3 Prinzip des Simulators 4.4 Beschreibung der Simulationsobjekte Analog Digital-Umsetzer (ADU) ADU-Blackbox ATmega DAU Integrator Komparator LED LED-Matrix Regelstrecke Schalter Taster 4.5 Problemlösung & Update 5. Messdatenerfassung und Auswertung 5.1. Grundgrößen bei Messreihen 5.2. Methoden der Messwertwandlung (AD, Uf, ) 5.3. Verfahren der Messstochastik 5.4. Das Problem der Messfehler 5.2. Übung - Erfassen und Bewerten von Messreihen Erfassen ungestörter Funktionen 1

2 Erfassen zufälliger Messwerte Erfassen gestörter Messwerte 5.5. Lösungshinweise zum Kapitel 6. Sensoren zur Messwertgewinnung 6.1. Temperaturmessung Das Widerstandsthermometer Der Heißleiter Der pn-übergang als Sensor 6.2. Kraft- und Druckmessung Aufnehmer mit Metall-Dehnmessstreifen Piezoresistive Aufnehmer Piezoelektrische Aufnehmer Kapazitive und induktive Aufnehmer 6.3. Beschleunigung 6.4. Helligkeit Fotozelle, Fotovervielfacher Fotowiderstand Fotodiode Fotoelement / Solarzellen Fototransistor 6.5. Magnetfelder 6.6. Weg- und Winkelerfassung Messung über Tauchkern Messung über Messpotentiometer Messung über Codelineal Messung über inkrementelle Geber 6.7. Schalter Entprellung durch Hardware Entprellung durch Software 7. Die Messwertübertragung 7.1. Störungen bei der Übertragung Störungen durch Felder Störungen durch Potentialdifferenzen Störungen durch Leitungsreflexionen Fehler durch das Übertragungsmedium 7.2. Varianten der Datenübertragung Übertragung analoger Messwerte Übertragung digitaler Werte 2

3 8. Die Messwertaufbereitung 8.1. analoge Filterschaltungen 8.2. digitale Filter Mittelwertbildung akkumulierender Mittelwert Median-Filter 8.3. Gleichrichter Einweg-Gleichrichter Vollweg-Gleichrichter Fehler beim aktiven Gleichrichter 8.4. Multiplexer Passive Analogschalter CMOS-Schalter 8.5. Sample&Hold-Stufen Diskrete Sample&Hold-Stufen Integrierte Sample&Hold-Stufen 8.6. Referenzquellen Spannungsreferenzen Stromreferenzen 8.7. Sonderbaugruppen Logarithmierer Schaltbare Inverter Schaltbare Verstärker 9. Analog-Digital-Wandler 9.1. Klassifizierung der Wandler 9.2. Vergleichende Wandler Parallelumsetzer Einflankenumsetzer (Sägezahnumsetzer) Stufenumsetzer Servoumsetzer Sukzessive Approximation Fehler bei vergleichenden AD-Wandlern Bewertung der Umsetzer 9.3. Integrierende Wandler Zweiflankenumsetzer Spannungs-Frequenz-Wandler Mehrflankenumsetzer Charge-balancing-Umsetzer Sigma-Delta PWM-Umsetzer (MSP) 3

4 Fehler integrierender AD-Wandler 9.4. Allgemeine Fehler bei AD-Wandlern 9.5. Das Aliasing 9.6. Kommerzielle Wandlerschaltkreise AD-Wandlerschaltungen Datenerfassungssysteme Multimeter-Schaltkreise Die andere Lösung 9.7. Lösungshinweise zum Kapitel 10. Digital-Analog-Wandler Summation gewichteter Ströme Das R2R-Netzwerk Frequenz-Spannungs-Umsetzer Wandlung durch Impulsbreitenmodulation (PWM) Fehler von DA-Wandlern Integrierte Umsetzer Einsatzbeispiele für DA-Wandler Multiplikation von Spannungen Lautstärkeregelung mit DA-Wandlern Digital einstellbarer Komparator 11. Verknüpfung von Messwerteingabe und Messwertausgabe - eine einfache Regelung Einige Grundlagen Die stetigen linearen Regler Die diskontinuierlichen Regler Der Regelkreis am Beispiel Der Zweipunktregler Der Mehrpunktregler Die fast stetige Regelung Einfluss des Zeitverhaltens der Regelstrecke Lösungshinweise zum Kapitel 12. Darstellung von Messwerten auf Displays Einige grundlegende Gedanken Die alphanumerische Darstellung Die graphische Darstellung 4

5 13. Darstellung von Zuständen und Messwerten Ausgabe durch Leuchtdioden Arbeit mit Einzeldioden Nutzung von Diodenanordnungen Das Verfahren der zeitmultiplexen Ansteuerung Der Einsatz von LCD-Displays Schaltkreise für die Anzeigesteuerung 14. Ansteuerung von Lasten Probleme beim Anschluss größerer Lasten Treiberschaltkreise Der Einsatz von Thyristoren (an Gleichspannung) Thyristor an Netzspannung 15. Erzeugung von Signalen Die Grenzen beim Rechnereinsatz Rechtecksignale Frequenz- und Impulserzeugung mittels Software Impulserzeugung mit der Controller-Hardware Impulserzeugung mit externer Zusatzhardware Sinussignale Digitale Sinusgeneratoren DDS Digital Direct Synthese Analoge Sinusgeneratoren Spezielle Funktionsformen Analoge Erzeugung von monotonen Spannungsverläufen Digitale Erzeugung von Funktionsverläufen Digitale Impulsmuster Funktionsgenerator-IC 16. Messung von Frequenz und Zeit Die Frequenzmessung Fehler bei der Frequenzmessung Messmöglichkeiten mit einem Zähler Frequenzmessung mit dem Mikrocontroller Der Aufbau von Digitalzählern 5

6 17. Messschaltungen und Hilfsmittel Widerstandsmessung Messung von Kapazitäten Messung des Frequenzganges Hilfsskala für den Oszillograph 18. Messungen in digitalen Schaltungen Bestimmung von Pegeln und Zuständen Bestimmung von Zeitabläufen Logik-Komparatoren Signaturanalyse 19. Interfaces industrieller Sensoren 19.1 Analoge Interfaces Spannungsausgang Ratiometrischer Spannungsausgang Stromausgang Frequenzausgang und Pulsweitenmodulation /6-Draht-Interface 19.2 Digitale Interfaces CAN-Gruppe LON HART RS Profibus I 2 C SPI IEEE Inhalt der CD 21. Literatur und Quellen 6