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
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Einführung
Organisatorisches
Modulplan EnergiewirtschaftModul: Grundlagen der digit. Informationsverarbeitung - Grundlagen Digitaltechnik
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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)
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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
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Einführung
Organisatorisches
Literaturempfehlung
Wöstenkühler, Gerd: Grundlagen der Digitaltechnik. HanserVerlag
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Einführung
Software-, Informations- und Digitaltechnikanwendungen in der Energiewirtschaft
Netzleittechnik: Leitsysteme
© IDS GmbH
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Einführung
Software-, Informations- und Digitaltechnikanwendungen in der Energiewirtschaft
Netzleittechnik: KommunikationsprotokollIEC 60870-5-101/4 (IEC 60870-5-4)
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Einführung
Software-, Informations- und Digitaltechnikanwendungen in der Energiewirtschaft
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
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Einführung
Software-, Informations- und Digitaltechnikanwendungen in der Energiewirtschaft
Mess- und Zählwesen: Smart Metering
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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
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Einführung
Grundlagen digitaler Größen
Digitale Größen
Digitale Größen sindeindeutig
Digitale Größen können mitbeliebiger Genauigkeitangezeigt werden
Digitale Größen bestehen ausabzählbaren Elementen
Digitale Uhr
Digitales Messinstrument
Digitaler Signalverlauf
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Einführung
Grundlagen digitaler Größen
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
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Einführung
Grundlagen digitaler Größen
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
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Einführung
Grundlagen digitaler Größen
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’
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Einführung
Grundlagen digitaler Größen
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
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Einführung
Grundlagen digitaler Größen
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
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Einführung
Grundlagen digitaler Größen
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
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Einführung
Grundlagen digitaler Größen
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
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Einführung
Grundlagen digitaler Größen
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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