Was ist ein Embedded System?

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Peripherie: Analog/Digital-Wandler

Ein Analog/Digital-Wandler (Analog/Digital-Converter, ADC), kurz A/D-Wand-ler, erzeugt aus einem (wert- und zeit-)analogen Signal digitale Signale. Die Um-setzung ist ein vergleichsweise komplexer Prozess, der in Bild 1.4 dargestellt ist. Hierbei handelt es sich nicht um eine Codierung, und der Prozess ist nicht exakt reversibel.

Der technisch eingeschlagene Weg besteht aus der Abtastung zuerst (Bauteil: Sample&Hold- bzw. Track&Hold-Schaltung), gefolgt von einer Quantisierung und der Codierung. Die Abtastung ergibt die Zeitdiskretisierung, die Quantisierung die Wertediskretisierung. Man beachte, dass mit technischen Mitteln sowohl die Abtastfrequenz als auch die Auflösung zwar ”beliebig“ verbessert werden kann, aber niemals kontinuierliche Werte erreicht werden. In eingebetteten Systemen werden diese Werte den Erfordernissen der Applikation angepasst.

Für die Umsetzung von analogen Werten in digiatle Werte sind verschiedene Ver-fahren bekannt: Flash, Half-Flash, Semi-Flash, Sukzessive Approximation, Sigma-Delta-Wandler usw.

Peripherie: Digital/Analog-Wandler

Der Digital/Analog-Wandler, kurz D/A-Wandler (Digital/Analog-Converter, DAC) erzeugt aus digitalen Signalen ein analoges Signal (meist eine Spannung). Dies stellt die Umkehrung der A/D-Wandlung dar. Die Umsetzung erfolgt exakt, abgesehen von Schaltungsfehlern, d.h. ohne prinzipiellen Fehler wie bei der A/D-Wandlung.

Gängige Verfahren sind: Pulsweiten-Modulation (pulse width modulation, PWM) und R-2R-Netzwerke.

Peripherie: Sensoren

Zunächst sei die Definition eines Sensors gegeben:

Ein Sensor ist eine Einrichtung zum Feststellen von physikalischen oder chemischen Eingangsgrößen, die optional eine Messwertzuordnung (Skalierung) der Größen treffen kann, sowie ggf. ein digitales bzw. digitalisierbares Ausgangssignal liefern kann.

Sensoren stellen also das primäre Element in einer Messkette dar und setzen variable, im Allgemeinen nichtelektrische Eingangsgrößen in ein geeignetes, insbesondere elektrisches Messsignal um. Hierbei können ferner rezeptive Sensoren, die nur passiv Signale umsetzen (Beispiel: Mikrofon), sowie signalbearbeitende Sensoren, die die Umwelt stimulieren und die Antwort aufnehmen (Beispiel: Ultraschall-Sensoren zur Entfernungsmessung), unterschieden werden.

Als Smart Sensors bezeichnete Sensoren enthalten bereits eine Vorverarbeitung der Daten. Hierdurch sind Netzwerke von Sensoren möglich, die auch ganz neue Strategien wie gegenseitige Überwachungen bzw. Plausibilitätskontrollen ermöglichen.

Peripherie: Aktuatoren

Aktuatoren bzw. Aktoren verbinden den informationsverarbeitenden Teil eines ein-gebetteten Systems und den Prozess. Sie wandeln Energie z.B. in mechanische Arbeit um.

Die Ansteuerung der Aktuatoren kann analog (Beispiel: Elektromotor) oder auch digital (Beispiel: Schrittmotor) erfolgen.

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