Technische Grundlagen eingebetteter Systeme: Elektronik, Systemtheorie, Komponenten und Analyse
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| Main Authors: | , , |
|---|---|
| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Wiesbaden
Springer Vieweg
[2019]
|
| Series: | Lehrbuch
|
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| Online Access: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | XII, 397 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm x 16.8 cm, 688 g |
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|---|---|
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1
EINLEITUNG
...............................................................................................................
1
1.1
DER
AUTONOME
GABELSTAPLER
ALS
BEISPIELSYSTEM
........................................
3
LITERATUR
....................................................................................................................
6
TEIL
I
ELEKTRISCHE
UND
ELEKTRONISCHE
GRUNDLAGEN
2
ELEKTROTECHNISCHE
GRUNDLAGEN
.........................................................................
9
2.1
ELEKTROTECHNISCHE
BETRACHTUNG
EINGEBETTETER
SYSTEME
...........................
10
2.2
DIE
ELEKTRISCHE
LADUNG
..............................................................................
10
2.3
DER
ELEKTRISCHE
STROM
................................................................................
11
2.4
DER
ELEKTRISCHE
WIDERSTAND
.......................................................................
12
2.5
DER
ELEKTRISCHE
STROMKREIS
.........................................................................
13
2.6
DAS
OHMSCHE
GESETZ
..................................................................................
14
2.7
ENERGIE
UND
LEISTUNG
..................................................................................
15
2.8
ZEITLICHER
VERLAUF
VON
SPANNUNGEN
...........................................................
16
LITERATUR
...................................................................................................................
18
3
ELEKTRISCHE
NETZWERKE
........................................................................................
19
3.1
UEBERTRAGUNGSFUNKTION
ELEKTRISCHER
NETZWERKE
........................................
20
3.2
WIDERSTANDSNETZWERKE
................................................................................
21
3.2.1
REIHENSCHALTUNG
VON
WIDERSTAENDEN
............................................
22
3.2.2
PARALLELSCHALTUNG
VON
WIDERSTAENDEN
..........................................
24
3.2.3
ERSTE
KIRCHHOFFSCHE
REGEL
(KNOTENREGEL)
..................................
25
3.2.4
ZWEITE
KIRCHHOFFSCHE
REGEL
(MASCHENREGEL)
...........................
26
3.3
ZWEIPOLE
UND
VIERPOLE
................................................................................
28
3.4
WIDERSTANDS-KONDENSATOR-NETZWERKE
......................................................
28
3.4.1
DER
KONDENSATOR
ALS
ZWEIPOL
......................................................
29
3.4.2
PARALLELSCHALTUNG
VON
KONDENSATOREN
........................................
31
3.4.3
REIHENSCHALTUNG
VON
KONDENSATOREN
..........................................
31
3.4.4
IMPEDANZ
......................................................................................
32
VII
VIII
INHALTSVERZEICHNIS
3.5
SCHALTVERHALTEN
VON
RC-GLIEDEM
.............................................................
33
3.5.1
DER
ELEKTRISCHE
TIEFPASS
...............................................................
34
3.5.2
SCHALTVERHALTEN
EINES
HOCHPASSES
..............................................
39
3.6
WIDERSTANDS-KONDENSATOR-SPULE-NETZWERKE
............................................
40
3.6.1
SPULE
...............................................................................................
40
3.6.2
RLC-KREIS
....................................................................................
41
4
ELEKTRONISCHE
GRUNDSCHALTUNGEN
......................................................................
45
4.1
GRUNDLAGEN
DER
HALBLEITERTECHNIK
.............................................................
46
4.2
DOTIERUNG
VON
HALBLEITERN
..........................................................................
46
4.3
DER
PN-UEBERGANG
.........................................................................................
47
4.4
DIODEN
..........................................................................................................
49
4.4.1
SCHALTUNGSBEISPIELE
......................................................................
50
4.4.2
DIODEN
ALS
SCHALTER
......................................................................
54
4.4.3
SPEZIALDIODEN
................................................................................
55
4.5
BIPOLAR-TRANSISTOR
.......................................................................................
57
4.6
FELDEFFEKTTRANSISTOREN
..................................................................................
64
4.6.1
SELBSTSPERRENDE
MOSFETS
.........................................................
66
4.6.2
SELBSTLEITENDE
MOSFETS
.............................................................
67
4.7
GRUNDLEGENDE
TRANSISTORSCHALTUNGEN
.........................................................
68
4.7.1
TRANSISTOR
ALS
INVERTER
...................................................................
68
4.7.2
DIFFERENZVERSTAERKER
........................................................................
69
4.7.3
OPERATIONSVERSTAERKER
...................................................................
71
4.8
ANWENDUNG
VON
OPERATIONSVERSTAERKERN
.....................................................
73
4.8.1
RUECKKOPPLUNG
..............................................................................
75
4.9
VERSTAERKERSCHALTUNGEN
................................................................................
76
4.9.1
INVERTIERENDER
VERSTAERKER
.............................................................
76
4.9.2
ELEKTROMETERVERSTAERKER
(NICHT-INVERTIERENDER
VERSTAERKER)
....................................................................................
77
4.10
FUNKTIONSGLIEDER
.........................................................................................
79
4.10.1
ANALOG-ADDIERER
..........................................................................
79
4.10.2
ANALOG-SUBTRAHIERER
......................................................................
80
4.10.3
INTEGRIERER
........................................................................................
81
LITERATUR
....................................................................................................................
83
TEIL
II
SYSTEMTHEORIE
UND
REGELUNG
5
SYSTEMTHEORIE
.......................................................................................................
87
5.1
MODELLIERUNG
DES
EINGEBETTETEN
SYSTEMS
.................................................
88
5.2
SIGNALE
.........................................................................................................
89
5.2.1
STOCHASTISCHE
UND
DETERMINISTISCHE
SIGNALE
................................
90
5.2.2
KONTINUIERLICHE
UND
DISKRETE
SIGNALE
..........................................
90
5.2.3
ENERGIE-
UND
LEISTUNGSSIGNALE
.....................................................
93
INHALTSVERZEICHNIS
IX
5.2.4
BESCHREIBUNG
VON
SIGNALEN
IM
ZEITBEREICH
................................
95
5.2.5
UEBERTRAGUNGSSYSTEME
...................................................................
96
5.3
FALTUNG
.........................................................................................................
99
5.3.1
GRAFISCHE
DARSTELLUNG
DER
FALTUNG
..............................................
103
5.3.2
ZEITDISKRETE
FALTUNG
.....................................................................
106
5.4
MODELLIERUNG
DYNAMISCHER
SYSTEME
.........................................................
108
5.4.1
FOURIERREIHE
UND
-TRANSFORMATION
................................................
110
5.4.2
LAPLACE-TRANSFORMATION
...............................................................
117
LITERATUR
...................................................................................................................
120
6
REGELUNG
.................................................................................................................
121
6.1
EINFUEHRUNG
IN
DIE
REGELUNGSTECHNIK
.........................................................
123
6.2
KLASSISCHE
REGELUNG
..................................................................................
126
6.2.1
ZIELPARAMETERFESTLEGUNG
...............................................................
127
6.2.2
GRAFISCHE
DARSTELLUNG
UND
MODELLBILDUNG
..................................
130
6.2.3
IDENTIFIKATION
................................................................................
138
6.2.4
REGLERAUSWAHL
..............................................................................
168
6.2.5
PARAMETERFESTLEGUNG
.....................................................................
170
6.2.6
HEURISTISCHES
VERFAHREN
NACH
ZIEGLER-NICHOLS
...........................
182
6.3
FUZZY-REGELUNG
..........................................................................................
189
LITERATUR
...................................................................................................................
202
TEIL
III
SYSTEMKOMPONENTEN
EINGEBETTETER
SYSTEME
7
SIGNALVERARBEITUNGSPROZESS
................................................................................
205
7.1
DER
MSR-KREISLAUF
....................................................................................
206
7.2
SIGNALVERARBEITUNG
......................................................................................
208
7.3
ABTASTUNG
.....................................................................................................
209
7.3.1
ABTASTTHEOREM
..............................................................................
209
7.3.2
(ANTI-)ALIASING-FILTER
...................................................................
212
7.4
S&H-VERSTAERKER
..........................................................................................
213
7.5
A/D-WANDLER
..............................................................................................
214
7.5.1
WAEGEVERFAHREN...
.......................................................................
215
7.5.2
PARALLELE
WANDLER
.........................................................................
216
7.5.3
PRIORITAETSDEKODIERER
.....................................................................
218
7.5.4
DUAL-SLOPE-VERFAHREN
.................................................................
219
7.5.5
MULTI-SLOPE-WANDLER
...................................................................
222
7.5.6
CHARGE-BALANCING-VERFAHREN
.......................................................
222
7.5.7
DELTA-MODULATION
.........................................................................
224
7.6
RUECKFUEHRUNGSPROZESS
..................................................................................
227
7.7
D/A-WANDLUNG
............................................................................................
228
7.7.1
PARALLELE
UMSETZER
........................................................................
228
7.7.2
R-2-R-KETTENLEITER
.......................................................................
229
X
INHALTSVERZEICHNIS
7.7.3
PULSWEITEN-MODULATION
(PWM)
...................................................
231
7.7.4
DELTA-SIGMA-UMSETZER
.................................................................
232
7.8
DEGLITCHER
.....................................................................................................
233
7.9
FILTER
IM
RUECKFUEHRUNGSPROZESS
.................................................................
234
LITERATUR
....................................................................................................................
235
8
SENSORDATENVERARBEITUNG
....................................................................................
237
8.1
DER
BEGRIFF
SENSORIK
..................................................................................
238
8.2
MESSFEHLER
...................................................................................................
240
8.2.1
FEHLERFORTPFLANZUNG
......................................................................
242
8.3
UEBERTRAGUNGSFUNKTION
VON
SENSOREN
.........................................................
244
8.3.1
EIGENSCHAFTEN
VON
SENSORUEBERTRAGUNGSFUNKTIONEN
...................
245
8.4
DIGITALE
VERARBEITUNG
..................................................................................
249
8.4.1
FIR-FILTER
......................................................................................
250
8.4.2
IIR-FILTER
.......................................................................................
253
8.5
INTERNE
(INTRINSISCHE)
SENSOREN
.................................................................
255
8.5.1
OPTISCHE
ENCODER
...........................................................................
255
8.5.2
BESCHLEUNIGUNGSSENSOREN
...........................................................
257
8.6
EXTERNE
(EXTRINSISCHE)
SENSOREN
.................................................................
260
8.6.1
DEHNUNGSMESSSTREIFEN
.................................................................
260
8.6.2
KRAFT-MOMENTEN-SENSOREN
...........................................................
263
LITERATUR
....................................................................................................................
264
9
AKTUATORIK
..............................................................................................................
265
9.1
KOMPONENTEN
DER
AKTUATORIK
.......................................................................
266
9.2
LEISTUNGSELEKTRONIK
....................................................................................
268
9.3
ELEKTRISCHE
ANTRIEBE
....................................................................................
269
9.3.1
GLEICHSTROMMOTOREN
......................................................................
269
9.3.2
SCHRITTMOTOREN
(STEPPER
MOTORS)
.................................................
273
9.4
GETRIEBE
.......................................................................................................
274
9.5
WEITERE
AKTUATOREN
....................................................................................
276
9.5.1
RHEOLOGISCHE
FLUESSIGKEITEN
.........................................................
276
9.5.2
PIEZOELEKTRISCHE
AKTUATOREN
.........................................................
277
9.5.3
THERMISCHE
AKTUATOREN
...............................................................
280
LITERATUR
....................................................................................................................
283
10
RECHENEINHEITEN
FUER
EINGEBETTETE
SYSTEME
.......................................................
285
10.1
DIE
AUFGABE
DER
RECHENEINHEIT
.................................................................
286
10.2
ANFORDERUNGEN
.............................................................................................
286
10.3
RECHENEINHEITEN
-
TYPENUEBERBLICK
...........................................................
287
INHALTSVERZEICHNIS
XI
10.3.1
GENERISCHE,
SOFTWAREPROGRAMMIERBARE
RECHENEINHEITEN
...........
288
10.3.2
ANWENDUNGSOPTIMIERTE,
SOFTWAREPROGRAMMIERBARE
RECHENEINHEITEN
............................................................................
290
10.3.3
ANWENDUNGSSPEZIFISCHE,
HARDWAREPROGRAMMIERBARE
RECHENEINHEITEN
............................................................................
291
10.3.4
GENERISCHE,
HARDWAREPROGRAMMIERBARE
RECHENEINHEITEN
........
291
10.4
MICROCONTROLLER
..........................................................................................
292
10.4.1
BESCHALTUNG
..................................................................................
297
10.5
FIELD-PROGRAMMABLE-GATE-ARRAY
(FPGA)
................................................
299
LITERATUR
....................................................................................................................
301
11
KOMMUNIKATION
...................................................................................................
303
11.1
KOMMUNIKATIONSKOMPONENTEN
EINGEBETTETER
SYSTEME
...........................
304
11.2
ANFORDERUNGEN
AN
KOMMUNIKATIONSSYSTEME
............................................
306
11.3
SCHICHTENMODELL
..........................................................................................
307
11.4
BITUEBERTRAGUNGSSCHICHT
..............................................................................
308
11.4.1
BANDBREITE
UND
MAXIMALE
UEBERTRAGUNGSFREQUENZ
.....................
309
11.4.2
STOERUNGSUNTERDRUECKUNG
...............................................................
311
11.4.3
TAKTRUECKGEWINNUNG
.....................................................................
313
11.5
SICHERUNGSSCHICHT
......................................................................................
314
11.5.1
FEHLERSICHERUNG
............................................................................
316
11.5.2
MEDIENZUGRIFF
................................................................................
319
11.6
BEISPIELE
KOMMERZIELLER
BUSSYSTEME
.......................................................
324
11.6.1
SENSOR-AKTUATOR-BUSSE
...............................................................
325
11.6.2
FELDBUSSE
......................................................................................
328
LITERATUR
...................................................................................................................
332
TEIL
IV
ANALYSE
UND
ECHTZEIT
12
SOFTWAREMODELLIERUNG
UND
ANALYSE
...................................................................
335
12.1
ABSTRAKTION
TECHNISCHER
SYSTEME
...............................................................
336
12.2
UML
.............................................................................................................
338
12.2.1
AKTIVITAETSDIAGRAMME
...................................................................
339
12.2.2
ZEITVERLAUFSDIAGRAMME
...............................................................
340
12.2.3
INTERAKTIONS(UEBERSICHTS)DIAGRAMME
............................................
341
12.2.4
KLASSENDIAGRAMME
.......................................................................
342
12.2.5
ZUSTANDSDIAGRAMME
.....................................................................
344
12.2.6
KOMPONENTENDIAGRAMME
.............................................................
346
12.3
SDL
.............................................................................................................
347
XII
INHALTSVERZEICHNIS
12.4
PETRINETZE
......................................................................................................
350
12.4.1
ANALYSE
VON
PETRINETZEN
...............................................................
353
12.4.2
ZEITERWEITERTE
PETRINETZE
.............................................................
355
LITERATUR
....................................................................................................................
356
13
ECHTZEITSYSTEME
......................................................................................................
357
13.1
ECHTZEIT
IN
EINGEBETTETEN
SYSTEMEN
...........................................................
358
13.2
ALLOKATION
...................................................................................................
360
13.2.1
ALLOKATION
ALS
GRAPHPROBLEM
.......................................................
361
13.3
PROZESSE
UND
PLAENE
......................................................................................
363
13.3.1
SPORADISCHE
PROZESSE
...................................................................
365
13.3.2
PERIODISCHE
PROZESSE
...................................................................
366
13.3.3
PROBLEMKLASSEN
............................................................................
366
13.4
PLANUNGSVERFAHREN
......................................................................................
367
13.4.1
PLANEN
DURCH
SUCHEN
...................................................................
367
13.4.2
EARLIEST
DEADLINE
FIRST
.................................................................
371
13.4.3
LEAST
LAXITY
..................................................................................
375
13.4.4
RATE-MONOTONIC
SCHEDULING
.......................................................
379
LITERATUR
....................................................................................................................
381
ANHANG
A:
PHYSIKALISCHE
EINHEITEN
UND
GROESSEN
.....................................................
383
ANHANG
B:
WIDERSTANDSWERTE,
SCHALTZEICHEN
UND
DIODENTYPEN
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385
ANHANG
C:
FOURIER-
UND
LAPLACE-TABELLEN
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389
STICHWORTVERZEICHNIS
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