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Data Acquisition System
I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica
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Data Acquisition System

ARGOMENTI TRATTATI
L’impostazione Sperimentale
Evoluzione della strumentazione
Metodo tradizionale e metodo on-line per
l’acquisizione dati
Descrizione della struttura generale di un Data
Aquisition System (DAS) per grandezze analogiche
e per eventi
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Data Acquisition System

(L’impostazione Sperimentale)
L’IMPOSTAZIONE
SPERIMENTALE
Fasi di impostazione
ed elaborazione
comuni ad ogni
esperimento in fisica,
indipendentemente
dalle tecnologie usate:
1 OSSERVAZIONE DI UN FENOMENO FISICO
2
DEDUZIONE O IPOTESI DI LEGGE FISICA
3 INDIVIDUAZIONE DELLE MISURE SPERIMENTALI
CHE POSSONO CONFERMARE O CONTRADDIRE
L’IPOTESI TEORICA FORMULATA
* 4 RICERCA DEGLI STRUMENTI PIU’ ADATTI AD
EFFETTUARE LE MISURE SPERIMENTALI
* 5 ALLESTIMENTO DELL’APPARATO SPERIMENTALE
CHE REALIZZA LE MISURE
* 6 REALIZZAZIONE DELLE MISURE E RACCOLTA DEI DATI
* 7 ELABORAZIONE DEI DATI SPERIMENTALI E
VERIFICA CRITICA DELL’IPOTESI TEORICA
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
Evoluzione della strumentazione
• Strumenti analogici a lettura discreta (nel tempo)
• Strumenti a lettura “continua” :
•registratori XY(stazioni metereologiche, elettrocardiografi)
•oscilloscopi
• Strumentazione digitale
•digitalizzazione strumentazione analogica
•oscilloscopi digitali
•data logger (sistemi di acquisizione dati e memorizzazione su nastro
o disco magnetico)
• Strumentazione on-line con computer
•con inserimento di schede
•con computer di interfaccia
•Strumenti digitali collegati con linea seriale RS-232
•Strumenti digitali collegati con bus parallelo IEEE488
•Strumenti virtuali
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Data Acquisition System
 (Metodo tradizionale e metodo on-line)
TRASDUTTORI
Trasformano una grandezza fisica in un’altra più accessibile
all’operatore o alla macchina che deve controllare la grandezza fisica
Trasduttori “CONTINUI”
Monitorare una grandezza
analogica(pressione, ..) che varia
in modo continuo in ampiezza
e
con continuità nel tempo
Trasduttori On-Off
Rilevare eventi aleatoriche
possono essere o veri o falsi
(2 soli stati): passaggio
particelle, interruttori aperti
o chiusi….
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Data Acquisition System
 (Metodo tradizionale e metodo on-line )
INPUT FISICO:
FORZA, PRESSIONE,
TEMPERATURA, ETC
TRASDUTTORE
“CONTINUO”
SCALA GRADUATA
a) TRASDUTTORE PER MISURA TRADIZIONALE
ALIMENTAZIONE
ELETTRICA
INPUT FISICO:
FORZA, PRESSIONE,
TEMPERATURA, ETC
TRASDUTTORE
OUTPUT
ELETTRICO
b) TRASDUTTORE
I° Modulo(DAS)PER
CorsoMISURA
di Elettronica
ON LINE
SISTEMA DI
ACQUISIZIONE
DATI (DAS )
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Data Acquisition System
(schema generale)

Filtri
TRASDUTTORE
“CONTINUO”
Amplificazione
e Offset
Circuito di
Sample/Hold
Elaborazione Elettronica del
SEGNALE prodotto dal
TRASDUTTORE (ES)
CONVERTITORE
ANALOGICO
DIGITALE (A/D)
COMPUTER
TRASDUTTORE
ON_OFF
Adattamento della tensione di
uscita del trasduttore per gli stati
fisici “on” e “off” allev tensioni
corrispondenti a”1” e “0” logico
Schema a blocchi di un DAS
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Data Acquisition System
 (circuito di condizionamento del segnale)
Segnale dal trasduttore
0.1V
2.5V
20V
AMPLIFICAZIONE
o
ATTENUAZIONE
e
OFFSET
0V
Dinamica del convertitore A/D
+0.1V
-0.2V
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Data Acquisition System

(il circuito di Sample and Hold)
INGRESSO DI
CONTROLLO
A/D
INPUT
S/H
OUTPUT
SCHEMA ELETTRICO DEL SAMPLE AND HOLD
Tempo di conversione
non nullo Tc
Vi
V
Vo
Vo
Vo= Vi
Vi
Vi
Vo= Vi
Vo= Vi
S
Vo
H
Tc
S
H
Tc
S
H
Vo= Vi
S
Tc
Tc
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Data Acquisition System

(situazioni con n trasduttori)
MUX
ANALOGICO
I0
I1
I2
I3
I4
I5
I6
I7
OUT
SELETTORI
DIGITALI
A B C
TRASDUTTORE 1
ES
MUX
ES
A/D
COMPUTER
TRASDUTTORE N
SCHEMA DI UN DAS con N trasduttori
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(situazioni con n trasduttori)

T1
T2
MUX
AMPLIFICAZIONE
E OFFSET
S/H
A/D
COMPUTER
Tn
DAS DA TRASDUTTORI DELLO STESSO TIPO
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Data Acquisition System
(situazioni con n trasduttori)

T1
AMPLIFICAZIONE
E OFFSET
T2
AMPLIFICAZIONE
E OFFSET
MUX
Tn
S/H
ADC
COMPUTER
AMPLIFICAZIONE
E OFFSET
SISTEMA DI ACQUISIZIONE DATI DA TRASDUTTORI DIVERSI
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
(le 3 fasi della conversione A/D)
CONVERSIONE A/D
Campionamento:
la forma d’onda continua d’ingresso xc(t)
viene trasformata nella sequenza xs[n].
xc(t)
Campionatore
xs[n]
Quantizzazione:
i valori assunti da xs[n] vengono discretizzati
ottenendo così la sequenza x^[n].
Quantizzatore
x^[n]
Codifica:
ai valori assunti da x^[n] viene associato un
codice, tipicamente binario; la sequenza
x^B[n] così costruita costituisce il risultato
della conversione.
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Codificatore
x^B[n]
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
(il Campionatore)
FUNZIONI DEL CAMPIONATORE
xc(t)
xs(t)
campionatore
s(t)
-2T -T
s(t)
0
T 2T 3T
xc(t)
-2T -T
0
X
xs[n] = xs(nT)
xc(t)
xs[n]
-2
T 2T 3T
xs(t)
Conversione dal
treno di impulsi
alla sequenza
discreta
-1
0
1
2
3
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
(il Codificatore)
QUANTIZZAZIONE E CODIFICA DEL SEGNALE
xs[n]
X^[n]
11B,3D
10B,2
D
10B,2
D
01B,1
D
-2
Xs[n]
Quantizzatore
-1
X^[n]
0
1
Codificatore
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2
3
X^B[n]= 01,10,10,10,11,11
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
(Nyquist)
Xc(j)
TEOREMA DI NYQUIST
Condizione necessaria e
sufficiente perché il segnale
limitato in banda xc(t) sia
univocamente determinato
dalla sequenza dei suoi
campioni x[n] è che la
frequenza di campionamento
sia almeno il doppio della
banda del segnale (Nyquist
1928, Shannon 1949)
1
-N
s > 2N
N

X(ejw)
1/T
...
...

-TN 0 TN
s< 2N
X(ejw)
1/T
...
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...
-TN 0 TN
 16
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
(i traduttori on-off)
Il trasduttore on-off è un elemento che trasforma una
determinata grandezza fisica in una informazione di tipo binario
(1-0, si-no, aperto-chiuso)
“1” se è accaduto
l’evento
EVENTO
TRASDUTTORE
ON-OFF
“0” se non è accaduto
l’evento
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
trasduttori on-off
L’interruttore è un esempio di dispositivo che può
svolgere il ruolo di trasduttore on-off
(0 VOLT)
+5V
“0”
R
(5 VOLT) “1”
+5V
R
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