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Grundlagen Digitaltechnik(_GDT_WS2012_01.pdf)

Prof. Dr. Kai Luppa

Fachhochschule Dortmund

Wintersemester 2012

Inhaltsverzeichnis

1 Einführung

Inhaltsverzeichnis

1 Einführung1.1 Organisatorisches1.2 Software-, Informations- und Digitaltechnikanwendungen in der

Energiewirtschaft1.3 Grundlagen digitaler Größen

Einführung

Lernziele (Grundlagen digitaler Größen)

Digitale Darstellung und digitale Auflösung erklären können

Öffner und Schliesser erklären können

Die Begriffe Bit, Byte, Nibble und Wort erklären können

Prof. Dr. Kai Luppa Fachhochschule Dortmund

Grundlagen Digitaltechnik (_GDT_WS2012_01.pdf)

Einführung

Organisatorisches

Modulplan EnergiewirtschaftModul: Grundlagen der digit. Informationsverarbeitung - Grundlagen Digitaltechnik



Einführung

Organisatorisches

Veranstaltungen

Vorlesung:Donnerstags, 11:00 - 12:40 Uhr (04 - 05 Stunde)Raum B201

Übungen:Mittwochs, 11:55 - 12:40 Uhr (05 Stunde), Raum A116Mittwochs, 12:50 - 13:35 Uhr (06 Stunde), Raum A116

Abschluss:KlausurECTS-Punkte: 4 (nur Grundlagen Digitaltechnik)



Einführung

Organisatorisches

Spielregeln für eine gute Zusammenarbeit und eineerfolgreiche Veranstaltung

Meine Annahme: Sie sind freiwillig und aus Interesse hier ;-)

Die Veranstaltungen beginnen pünktlich:Vorlesung: Donnerstags um 11:00 UhrÜbungen: Mittwochs um 11:55 Uhr und 12:50 Uhr

Handys sind lautlos oder aus - in den Räumen B201 und A116wird nicht telefoniert

In den Räumen B201 und A116 wird nicht gegessen

Konstruktive Kritik zur Veranstaltung und zum Skript isterwünscht



Einführung

Organisatorisches

Literaturempfehlung

Wöstenkühler, Gerd: Grundlagen der Digitaltechnik. HanserVerlag



Einführung

Software-, Informations- und Digitaltechnikanwendungen in der Energiewirtschaft

Netzleittechnik: Leitsysteme

© IDS GmbH



Einführung


Netzleittechnik: KommunikationsprotokollIEC 60870-5-101/4 (IEC 60870-5-4)



Einführung


Stationsautomatisierung: Schaltfehlerschutz einesHöchstspannungsfeldes

&

-Q11 -Q11

-Q15

-Q1 -Q2 -Q3

-Q51

-Q0

-Q52-Q9 >1

-Q11Aus-Q11Ein

-Q15 Aus-Q52 Aus-Q51 Aus-Q3 Aus-Q2 Aus-Q1 Aus-Q0 Aus

=1

&

-Q15 Ein-Q52 Ein

Freigabe Q1

© IDS GmbH



Einführung


Mess- und Zählwesen: Smart Metering



Einführung

Grundlagen digitaler Größen

Analoge Größen

Analoge Größen könnenkontinuierlich jeden Wertstufenlos zwischen einemMinimum und einemMaximum annehmen

Die analogeGrößendarstellung hat denVorteil großer Anschaulichkeit

Analoge Uhr

Analoges Messinstrument

Analoger Signalverlauf



Einführung


Digitale Größen

Digitale Größen sindeindeutig

Digitale Größen können mitbeliebiger Genauigkeitangezeigt werden

Digitale Größen bestehen ausabzählbaren Elementen

Digitale Uhr

Digitales Messinstrument

Digitaler Signalverlauf



Einführung


Analoge und Digitale Signalew

ert-

kont

inui

erlic

hw

ert-

disk

ret

zeitkontinuierlich zeitdiskret

Zeit t

Wert u

Zeit t

Wert u

Zeit t

Wert u

Zeit t

Wert u

analog

digital



Einführung


Digitale Darstellung

Was bedeutet digital?

Digital kommt vom lateinischen Wort digitus = Finger und bedeutetmit den Fingern abzählbare diskrete Werte. Digitale Darstellungbedeutet, dass von der darzustellenden Information abstrahiert wirdund sie in fest definierten Zuständen beschrieben wird.

Für eine digitale Darstellung werden binäre (zweiwertige)Variablen eingesetzt

Mit n binären Variablen können N = 2n digitale Zuständebeschrieben werden



Einführung


Binärsystem

Zweiwertiges Zahlensystem

Das Binärsystem ist ein Zahlensystem, das zur Darstellung vonZahlen nur zwei verschiedene Ziffern benutzt. Die im Binärsystemverwendeten Ziffern sind 0 (null) und 1 (eins).

Ein einzelnes binäres Zeichen wird Bit genannt

Je nach Anwendungsbereich werden die Zustände eines binärenZeichens unterschiedlich bezeichnet

Digitaltechnik: ’1’ oder ’0’Aussagelogik: ’wahr’ oder ’falsch’ (’true’ oder ’false’)Elektronik: ’high’ oder ’low’



Einführung


Öffner und Schliesser

Eine binäre Variable (ein Bit) wird in der Schaltungstechnik durcheinen Öffner oder einen Schliesser repräsentiert

+U

R

x

y

Öffner (Ruhestromkontakt): wenn ernicht betätigt wird (also ruht) macht erKontakt

+U

R

x

y

Schliesser (Arbeitsstromkontakt):wenn er betätigt wird (also arbeitet)macht er Kontakt



Einführung


Vom Bit zum Byte

Werden mehrere (n) binäre Variable (Bits) verwendet ist eineendliche (von der Anzahl der Bits abhängige) Anzahl (N) vonZuständen möglich.

Mit n binären Variablen können N = 2n digitale Zustände(von 0 bis 2n − 1) beschrieben werdenFolgende Anzahl von Bits werden bezeichnet als:

4 Bits = 1 Halbbyte bzw. Nibble bzw. Tetrade8 Bits = 1 Byte bzw. Oktett16 Bits = 1 Wort32 Bits = 1 Doppelwort



Einführung


Digitale Darstellung mit drei binären Variablen

Anzahl der binären Variablen ist n = 3Anzahl der digitalen Zustände ist N = 2n=3 = 8

x2 x1 x0 dezimal

0 0 0 00 0 1 10 1 0 20 1 1 31 0 0 41 0 1 51 1 0 61 1 1 7



Einführung


Digitale Auflösung

Ein Intervall I wird in N = 2n äquidistante Ziffernschritte (Digits) derBreite I/2n unterteilt

n ist die Anzahl der Bits

Die darstellbaren Werte in dem Intervall I sind von 0 bis 2n − 1Die relative Auflösung ergibt sich zu 1/2n

00

000

0001

001 010 011 100 101 110 111

01 10 11

0000

0011

0010

0101

0100

0111

0110

1001

1000

1011

1010

1101

1100

1111

1110

n=2n=3n=4



Einführung


Digitale Auflösung

Eine analoge Eingangsgröße wird auf eine digitale Ausgangsgrößeabgebildet

00

01

10

11

0 2,5 5 7,5 10 Eingangs-größe

Ausgangs-größe

Der Eingangsbereich liegtzwischen 0 und 10 (z. B. V)

Die Auflösung ist 2 Bit(n = 2), es ergeben sich2n=2 = 4 Ausgangswerte

Die relative Auflösung ist 25%



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