Overordnede kursusmål
Kurset udbygger et indledende kendskab til analoge og digitale
sensorsystemer med integration af mere avancerede analoge kredsløb
og mere avanceret anvendelse af mikrocontrollere. I første del af
kurset læres om systemer til måling af elektriske signaler,
herunder AC kredsløbsteori til design af filtre og
instrumenteringsforstærkere. Herefter udvides kendskabet til
mikrocontroller-undersystemer, herunder afbrydere, timere og ADC
således at Arduino Uno R3 kan programmeres til at udføre præcis
timer-styret analog til digital konvertering. Kurset inkluderer
prototypingopgaver, hvor der designes en instrumenteringsforstærker
med høj- og lavpas filtre, og en Arduino Uno R3 programmeres til at
foretage timer-styret streaming-to-disk med brug af afbrydere.
Læringsmål
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
- forklare, analysere og designe kredsløb med
operationsforstærkere. Herunder inverterende og ikke inverterende
forstærkere og summerende forstærkere og kredsløb til justering af
offset.
- anvende kredsløbsteori til at opstille systemligninger til
beregning af strømme og spændinger i kredsløb med modstande,
kondensatorer og spoler. Herunder beregne transiente
udgangssignaler ved løsning af første- og andenordens
differentialligninger.
- gøre brug af fasor-notation til at udføre AC kredsløbsanalyse
på både passive kredsløb og på aktive kredsløb med
operationsforstærkere.
- analysere elektriske filtres frekvenskarakteristik og plotte
amplitude og fasekarakteristikker på standardiseret form.
- udføre frekvens- og impedansskalering af analoge filterkredsløb
og med dette designe filterkredsløb med vilkårlige
knækfrekvenser.
- designe DC og AC-koblede instrumenteringsforstærkere til
differentiel forstærkning af elektriske signaler.
- udføre kvantitative simuleringer af elektriske kredsløb med
brug af digitale simuleringsværktøjer.
- udføre registerbaseret programmering af en Arduino Uno R3 i
standard C for at bruge eksterne afbrydere samt afbrydere udløst af
pinændringer.
- udføre registerbaseret programmering af en Arduino Uno R3 i
standard C til at benytte timere i både overflow mode og i
clear-timer-on-compare (CTC) mode.
- udføre registerbaseret programmering af en Arduino Uno R3 i
standard C til at foretage analog-til-digital konvertering styret
af en timer og med brug af afbrydere.
- udføre biblioteksbaseret programmering af en Arduino Uno R3 til
at kommunikere med digitale enheder ved brug af SPI-protokollen og
med dette streame målte data til et SD kort.
- efterleve reglerne for deltagelse i laboratorieøvelser,
herunder at møde til tiden, vise hensyn til medstuderende, undgå at
ødelægge udstyr og komponenter og rydde arbejdspladsen op efter
endt øvelse.
Kursusindhold
Operationsforstærkerkredsløb: Inverterende, ikke-inverterende og
summerende forstærkerkredsløb, samt kredsløb til justering af
offset. Instrumenteringsforstærker.
DC-kredsløbsanalyse: Kondensatorer og spoler, udregning af
transiente udgangssignaler ved opstilling og løsning af første- og
andenordens differentialligninger.
AC-kredsløbsanalyse: Fasor notation, impedans, DC- og AC-koblede
instrumenteringsforstærkere, passive og aktive lavpas- og
højpasfiltre, frekvenskarakteristikker.
Digitale begreber: Registerbaseret programmering af
mikrocontroller, herunder afbrydere, timere og ADC.
Interfacing analoge systemer: Sampling, kvantiseringsstøj,
aliasering. Pulsbredde modulation (PWM).
Prototyping øvelser: Forstærkning, filtrering, digitalisering,
lagring og display af digitaliseret signal.
Litteraturhenvisninger
J.D. Irwin, R.M. Nelms, Engineering Circuit Analysis. International
Adaptation. Wiley. Kapitel 4, 5, 6, 7, 11.
N. Dunbar, Arduino Interrupts, Apress. Kapitel 1, 2, 3, 4, 6, 7, 9.
Bemærkninger
Studerende skal medbringe og bruge deres eget Arduino udviklingskit
i de digitale øvelser.
Sidst opdateret
02. maj, 2024