Digitale Messtechnik für Fahrzeugtechniker

Was bedeutet Digitalisieren?

Es ist bekannt, dass ein analoges Signal in digitale Medien (ROM, Flash, I²C, CD, DVD etc.) nicht gespeichert werden kann. Die Umwandlung des analogen Momentanwerts in eine digitale Zahl wird vom Analog/Digital-Umsetzer (engl.: analog digital converter, ADC) durchgeführt und wird noch Digitalisieren genannt.

Der Vorgang des Digitalisierens besteht aus drei Hauptschritten: diskretisieren, quantisieren und codieren.

bedeutet, dass nur Momentanwerte aufgenommen werden. Das analoge Signal wird vorzugsweise in gleichen Zeitabständen abgetastet (Bild 8). Dieser Vorgang entspricht dem Zeichnen mit einem XY-Schreiber, bei dem aber nur in gleichmäßigen Zeitabständen der Stift das Papier berührt und dadurch Punkte statt einer durchgängigen Linie entstehen.

Jobangebote+ passend zum Thema

Ingenieur/Elektroingenieur/Elektrotechniker als Field Application Engineer

GEYER Electronic GmbH, Planegg

---

Alle Jobangebote im Elektroniknet Karrierebereich anzeigen

Jeder Punkt in Bild 8b repräsentiert den exakten Momentanwert des Signals (Bild 8a), die Amplitude hat somit immer noch einen analogen Charakter. Das Signal wurde zeitlich quantisiert, wobei ein zeitliches Quantum der Abtastperiode T_s entspricht (Bild 8a). Es ist offensichtlich, dass die Signalwerte zwischen zwei Abtastungen bei der Diskretisierung verlorengehen. Es stellt sich also die Frage, wie schnell ein Signal abgetastet werden muss, damit alle in ihm enthaltenen Informationen auch nach der Diskretisierung erhalten bleiben. Dieses Thema wird aufgrund der Komplexität allerdings erst im nächsten Beitrag behandelt.

Um einen Messwert zu digitalisieren, wird die jeweilige Amplitude ebenfalls diskretisiert. Dieser Vorgang wird auch Quantisieren genannt, wobei die Anzahl der Quantisierungsstufen durch die interne Wortlänge des ADC (gegeben in Bitanzahl) bereits vorgegeben ist. In Bild 9 wird die jeweilige Amplitude mit drei Bits quantisiert – dadurch entstehen acht Quantisierungsstufen: N = 2^b (N ist die Anzahl der Quantisierungsstufen, b ist die interne Wortlänge des ADC). In der Digitaltechnik beginnt die Nummerierung der Indizes bei Null und endet bei N – 1.

Jeder Quantisierungsstufe wird ein Größenwert zugeordnet, welcher durch das Produkt der Höhe der Quantisierungsstufen und des jeweiligen Index berechnet wird:

Höhe der Quantisierungsstufe:

 (1)

Jeweiliger Größenwert:

 (2)

N ist die Anzahl der Quantisierungsstufen, q ist der Index der Quantisierungsstufe (0 ... N – 1) und X_M ist die Messspanne.

In Bild 9 wurde zum Zeitpunkt t_i der Wert U_i aufgenommen. Dieser stimmt exakt mit dem Wert der Quantisierungsstufe 6 überein und es wird dem Messwert U_i der Größenwert U[6] zugeordnet. Für die digitale Weiterverarbeitung gilt:

 (3)

Für b = 3; q = 6 und eine Messpanne von XM = 10 V ergibt sich:

 (4)

Daraus folgt: U(ti) = U_i = 7,5 V

1. Digitale Messtechnik für Fahrzeugtechniker
2. Signalparameter müssen genau definiert sein
3. Genauigkeit (accuracy):
4. Was bedeutet Digitalisieren?
5. Digitale Messtechnik für Fahrzeugtechniker