Műszeroldal

### Elektronika és méréstechnika

1. Egyenáramú (DC) áramkörök

1.1 Villamosságtani alapfogalmak
1.2 Alapalkatrészek
1.3 Műveleti erősítők
1.3.1 Tulajdonságok
1.3.2 Jellegzetes kapcsolások

2. Váltóáramú (AC) áramkörök

2.1 Impedancia, átviteli függvény
2.2 Műveleti erősítők AC áramkörökben
2.3 Feszültségforrások

3. Feszültségek mérése

3.1 Analóg feszültségmérő műszerek
3.2 Digitalizálás alapfogalmai: kódolás, pontosság
3.3 AD konverzió áramkörei
3.3.1 Segédáramkörök: SH, számláló
3.3.2 Tipikus AD konverter áramkörök
3.4 Digitális feszültségmérő műszerek
3.5 AC feszültségek mérése
3.5.1 Váltakozó feszültségek jellemzése
3.5.2 Effektív érték (RMS) mérése
3.6 Feszültségmérés hibaforrásai
3.7 Jel-zaj viszony javítása
3.7.1 Zajcsökkentés
3.7.2 Jelátlagolás
3.7.3 Szinkron egyenirányítás, fázisszelektív detektálás

4. Mérések adatgyűjtő kártyákkal és személyi számítógéppel

4.1 Számítógép és vezérlések
4.2 Mérőkártyák
4.3 Műszerek összekapcsolása, interface rendszerek
4.3.1 Soros adatátvitel: RS232 és társai
4.3.2 Párhuzamos adatátvitel: GPIB

### 1. Egyenáramú (DC) áramkörök

#### 1.1 Villamosságtani alapfogalmak

- Fizikai mennyiségek: feszültség U[V], áramerősség I[A], töltés[C].
- Áramkör: olyan vezető, zárt hurkok együttese, ahol áram kering(het).
- Áramköri elemek: feszültségforrás(ok), kapcsoló(k), fogyasztó(k) és ezek kombinációi.
- Áramköri struktúrák: soros, párhuzamos kapcsolás, hidak.
- Áramkörök osztályozása: analóg, digitális; egyenáramú, váltóáramú.
- Áramköri szabályok:
  Kirchhoff I. (csomóponti törvény): a töltésmegmaradás törvénye miatt a nem elágazó áramkörök bármely pontjában az áramerősség ugyanakkora; elágazásnál az elágazásba befolyó áramok összege és a kifolyó áramok összege egyenlő.
  Kirchhoff II. (huroktörvény): az energiamegmaradás törvénye értelmében bármely hurok mentén a feszültségesések összege zérus.
- Mérés: feszültséget párhuzamosan, áramot sorosan mérünk.
- Feszültségforrás: elem, tápegység, stb. Nagyfrekvenciás átalakítás szerepe.
- Kapcsoló: mechanikus, elektromechanikus (mágneskapcsoló, relé), elektronikus.
- Földelés szerepe: referenciapont, életvédelem.

#### 1.2 Alapalkatrészek

Ellenállások:

- Ellenállás definíciója:

| Az ellenálláson időben állandó U feszültség hatására időben állandó áram folyik át. (A ábra.) Ha az I(U) összefüggés lineáris (B ábra, b) akkor az R=U/I feszültségfüggetlen hányadost ellenállásnak nevezzük; melynek egysége 1 Ohm. A nemlineáris I(U) összefüggésű áramköri elemek (B ábra, a és c) az Rint(U)=U/I integrális és a Rdiff(U)=dU/dI differenciális ellenállással jellemzhetők..

- Ellenállások eredője:

Soros kapcsolás: | Re=R1+R2 | Funkció: feszültségosztó
Párhuzamos kapcsolás: | 1/Re=1/R1+1/R2 | Funkció: sönt

- Hídkapcsolás:

A híd két átellenes pontjára U1 feszültséget kapcsolunk, a két másik pont között U2=U1*[R3/(R3+R4)- R1/(R1+R2)] feszültség mérhető.

A hídkapcsolás előnye: ha a mérendő mennyiség (pl. megvilágítás vagy hőmérséklet változása) csak az R1 ellenállást (R1 =R0+ dR) változtatja meg, akkor célszerűen azonos ellenállásokat választva (legyen R2 =R3 =R4 =R0),

U2=U1*dR/2R0, vagyis U2 az eltéréssel arányos.

Felhasználás: hőmérsékletmérés (R1 Pt ellenálláshőmérő), fényintenzitás mérése (R1 fényellenállás), erő-, nyomaték-, tömegmérés (R1 nyúlásmérő bélyeg, erőmérő cella, mérlegcella), nyomásmérés (R1 sziliciummembrán), mágneses tér mérése (R1 magnetorezisztív elem), stb.

- Ellenállások specifikálása: érték, teljesítmény, pontosság szerint;
- változtatható ellenállások: potenciométer, trimmelő potenciométer;
- nemlineáris ellenállás, VCR (voltage controlled resistor);
- hőmérsékletfüggő, fényfüggő, stb. ellenállások.

Kondenzátorok:

- specifikálásuk: érték, max. feszültség, veszteség szerint;
- energiatárolás vagy jw karakterisztika.

Félvezető alapalkatrészek:

- Diódák

| Dióda: igen aszimmetrikus karakterisztika, fő funkció: egyenirányítás Zener-dióda: záróirányú letörés UZ-nél, fő funkció: stabil feszültség beállítása Fotodióda: a záróirányú áram a megvilágítással arányos LED: nyitóirányú áram hatására világít Optocsatoló (LED+fotodióda): galvanikus összeköttetés nélküli kapcsolat

- Tranzisztorok: erősítőként vagy kapcsolóelemként működnek
- Triac és tirisztor: kapcsolóként használjuk, teljesítményszabályozás lehetséges alkalmazásukkal

#### 1.3 Műveleti erősítők

#### 1.3.1 Tulajdonságok

| A műveleti erősítők olyan, integrált áramkörként gyártott erősítők, amelyekkel a hozzácsatolt alkatrészek jellegétől függően a bemenetre kapcsolt Ube feszültség és a kimeneten megjelenő Uki feszültségszintek között különböző matematikai műveleteknek megfelelő, pl. az Uki = -k*Ube, vagy Uki = ňUbedt kapcsolatok valósíthatók meg.

A műveleti erősítők kivezetései:(A ábra):

· Tápfeszültség bemenetek

· A + jelű nem invertáló, és a - jelű invertáló bemenetek.

· Kimenet

A műveleti erősítők szokásos rajzjele a B ábra szerinti (a tápfeszültségeket és a 0 vonalat nem tüntetjük fel).

A műveleti erősítők kivezetései a következő tulajdonságuak:

· Tápfeszültség bemenetek: a műveleti erősítők ún. kettős tápfeszültséggel működnek, melyet két, sorba kapcsolt feszültségforrás (tápegység) állít elő. Ezek közös pontja lesz a készülék 0 potenciálú pontja (e pontot ill. feszültséget "közös" potenciálnak nevezik; a készülékek e pontját szokás földelni). A tápegységek másik két pontja a +Ut ill. -Ut . Ut típustól függően 3..22 V; tipikus érték 15 V.

· Bemenetek: a + jelű nem invertáló, és a - jelű invertáló bemenetek. Ezek nagyon nagy ellenállásúak (a bemenő áram típustól függően 10-13..10-7A)

· A kimeneten Uki = A * [U+ - U-]

feszültség jelenik meg, ahol A az ún. nyílthurkú erősítés (A>>1, tipikus érték 106). A kimenet kis ellenállású, 1 mA (teljesítményfokozattal épített műveleti erősítő akár 100 mA..10 A) áramot képes kiadni.

A műveleti erősítők alkalmazásakor (általában negatív) visszacsatolást, azaz a kimenet és a bemenet közötti összeköttetést alkalmazunk.

· Negatív visszacsatolás: kapcsolat a kimenet és az invertáló bemenet között. Ilyen kell a "normális" üzemmódokhoz.

· Pozitív visszacsatolás: kapcsolat a kimenet és a neminvertáló bemenet között. Hatására a kimenet "kiül" vagy az erősítő oszcillál (a kimeneten periodikusan változó feszültség jelenik meg).

Szabályok:

Az ideális műveleti erősítő úgy működik, hogy:

1. szabály: A bemeneteken át be az erősítőbe áram nem folyik;

2. szabály: A kimeneten Uki = A * [ U+ - U- ] feszültség (A) jelenik meg, mely értelemszerűen nem lehet nagyobb a tápfeszültségnél. Emiatt, hacsak a kimenet nincs kiült állapotban, a két bemenet (gyakorlatilag) azonos potenciálon van.

#### 1.3.2 Jellegzetes kapcsolások

Komparátor

Egyszerű alkalmazás: a komparátor

a: A kimenet feszültsége, Uki

Uki» +Ut ha U+ > U-, ill.

Uki» -Ut ha U+ < U-.

b: Egyszerű alkalmazás digitális elektronikai célokra, 5V-os Zener-dióda felhasználásával:

Uki » +5V (high) ha Ube < 0 ill.

Uki » 0 V (low) ha Ube > 0.

Feszültségkövető, I.

Egyszerű alkalmazás: a feszültségkövető.

Minthogy a negatív visszacsatolás miatt

U- = Uki, ezért

Uki = A * ( U+ - U- ) = A * ( U+ - Uki )

ahonnan átrendezéssel azt kapjuk, hogy

Uki = U+ * A / (1+A).

Minthogy A, Uki = U+ = Ube.

A feszültségkövető fő szerepe, hogy nem terhelhető feszültségforrások feszültségét terhelhetővé alakítja át..

Feszültségkövető, II.

Terhelhető feszültség előállításának módja, hogy hogy feszültségkövetőt alkalmazunk. A műveleti erősítős kapcsolásoknál alternatív megoldások lehetségesek. Például, stabil feszültség előállításának (egy stabil elem által szolgáltatott E feszültség "lekövetésenek") az ábrán látható két módja van. Mindkét módszer alkalmazásakor Uki = E és az elemen át nem folyik áram (hiszen a bemeneteken át az erősítőbe áram nem folyhat).

Általában ilyen alternatív megoldások közül azt választjuk, amelynél mindkét bemenet földön van (B).

Invertáló erősítő | A csomóponti törvény és az 1. szabály miatt Ube / R1 = - Uki / R2 így Uki = - Ube * R2 / R1. Megjegyzés: a nem invertáló bemenetet rendszerint egy R1 * R2 / [ R1 + R2 ] ellenálláson keresztül földeljük.
Összegző invertáló | A csomóponti törvény és az 1. szabály miatt U1/R1 + U2/R2 +...+ Un/Rn = -Uki/Rn így Uki = - åUi * [ Rv / Ri ] . Ha Rv = R1 = R2 = ... = Rn, akkor Uki = - åUi; egyébként Uki a bemenő feszültségek súlyozott összege.
DA konverter: | DA konverzió tipikus technikai megvalósítás összegző erősítővel

Nem invertáló erősítő

A csomóponti törvény miatt és az 1. szabály miatt
(Uki - U-) / R2 = (U- - 0) / R2.

A 2. szabály miatt U- = U+, így

Uki = Ube * (R1 + R2) / R1.

A nem invertáló erősítő kimenő feszültsége tehát
Uki = +k*Ube

Kivonó

A csomóponti törvény miatt és az 1. szabály miatt

(Uki - U-) / R2 = (U- - U2) / R1 és

(U1 - U+) / R3 = (U+ - 0) / R4.

A 2. szabály miatt U- = U+ ; a három egyenletből átrendezéssel azt kapjuk, hogy

Uki = +U1 * [ ( 1 + R2/R1) / ( 1 + R3/R4)] -

- U2 * [ R2/R1 ]

Speciális esetek:

· ha R1 = R2 és R3 = R4, akkor

Uki = +U1 - U2 (az áramkör egyszerű kivonó áramkör.)

· ha R1 = R3 = R4 = R, és R2 = R + d

és U1 = U2 (a bemeneteket összekapcsoljuk) akkor Uki = -2 d U1 / R (hídkapcsolás).

Műszererősítő (instrumentációs erősítő) | Uki = k*(U1 - U2) ahol k = 1 + 2*R2 / R1. Az R1 ellenállás cseréjével a k erősítés pontosan szabályozható, ezért változtatható erősítésű erősítőfokozatokban alkalmazzák.
Áram-feszültség átalakító: | Minthogy a mindkét bemenet földpotenciálon van, és az Rm mérőellenálláson I*Rm feszültség esik, Uki = I * Rm Áramerősség mérésére használjuk.

Logaritmikus erősítő

A diódák exponenciális karakterisztikájúak, vagyis I = k1 * exp(k2U). A neminvertáló bemenet földön van, ezért az invertáló bemenet potenciálja is mindig 0.

Legyen Ube pozitív és elegendően nagy, hogy a visszacsatoló ágban gyakorlatilag csak a felső, nyitóirányban lévő diódán folyjon át lényeges nagyságú I áram. A diódán

I = (0 - Ube) / R1 erősségű áram folyik át, tehát

I = k1 * exp(k2Uki) = (0 -Ube) / R1 vagyis Uki = - k3 * log ( k4 Ube ) .

A visszacsatoló ágban azért van két dióda, hogy pozitív és negatív feszültségek logaritmusát egyaránt lehessen képezni.

Exponenciális erősítő

A diódák exponenciális karakterisztikájúak, vagyis I = k1 * exp(k2U). A neminvertáló bemenet földön van, ezért az invertáló bemenet potenciálja is mindig 0. Legyen Ube pozitív és elegendően nagy, hogy gyakorlatilag csak a felső, nyitóirányban lévő diódán folyjon át lényeges nagyságú I áram. Mindkét bemenet földön van, így a visszacsatoló ágon I = (0 - Uki) / R1, a diódán pedig I = k1 * exp(k2Ube) erősségű áram folyik át. Innen Uki = - k1 R1* exp ( k2 Ube ).

A bemenetnél azért van két dióda, hogy pozitív és negatív feszültségek exponenciálisát egyaránt lehessen képezni.

A logaritmáló és az exponencializáló erősítők összehasonlításával észrevehetjük, hogy ha a visszacsatoló ágban lévő elemet felcseréljük az invertáló bemenethez vezető elemmel akkor az inverz matematikai függvényt állítjuk elő. (Ugyanez a reláció figyelhető meg a differenciáló és az integráló erősítők esetében is.)

Analóg szorzó: Két feszültség szorzata a log(U1*U2) = log(U1) + log(U2) azonosság felhasználásával állítható elő: A feszültségeket logaritmáljuk, összeadjuk, majd exponencializáljuk.

### 2. Váltóáramú (AC) áramkörök

| Olyan áramkörök, amelyeknél U(t) általában nem követi I(t) függvényt Példa: kondenzátoron (szigetelő vezetők között) áthaladó áram I = dQ/dt = C*dU/dt; azaz I nem U-val, hanem annak deriváltjával arányos. A kondenzátor, mint áramköri elem, csak időtől függő feszültségek esetén "működik".

#### 2.1 Impedancia, átviteli függvény

A "legegyszerűbb" váltakozó feszültség szinuszos időfüggésű:

U(t)=Uo sin(wt+q); [amplitudó, körfrekvencia, (w=2pf), fázis (radián egységben)].

Példa: a hálózati feszültség [Ueff=230 V, f=50 Hz], U = Uo sin(2p *50t) ahol Uo = Ueff Ö2

= 325 V* sin(2p *50t) .

Komplex formalizmus: exp(jq)= cos(q) + j*sin (q) ahol j = Ö-1 az imaginárius egység;

U(t) = Uo cos(wt) komplex formalizmussal U(t) = Uo exp(jwt)

Impedancia definíciója:

Általánosságban, egy lineáris elemen U(t) = Uo*sin(wt) feszültség hatására I(t) = Iosin(wt+f) áram halad át; a két mennyiség viszonyát az áramköri elem impedanciája fejezi ki.

A lineáris áramköri elemet az Uo/Io amplitudóarány és a f fáziskülönbség jellemzi, mert
Z º [Uo exp(jwt)] / [Io exp(j(wt + f)]) = [Uo / Io]* exp(-jf) = [Uo / Io] * (cos (f) - j sin(f))

Az impedancia: frekvenciafüggvény; ábrázolása Bode ill. Nyquist diagramon

Bode diagram: log Zabs és f, log(f) függvényében ln(Z(w))=ln(Z*exp(if))=ln(Zabs(w))+jf(w);

Nyquist diagram: (komplex síkon): Im(Z(w)) Re(Z(w)) függvényében;

Két (feszültségfüggő) ellenállásból és egy kondenzátorból álló hálózat impedanciadiagramja komplex (Nyquist, felül) illetve Bode reprezentációban (lent).

Impedancia szerepe: az áramkörszámítási szabályokat impedanciákra lehet alkalmazni:

· Ellenállás impedanciája: f = 0, ZR =R = Uo / Io;

· Kondenzátor impedanciája: f = -p/2 (áram siet), ZC = 1 / jwC;

I = C*dU/dt, tehát, ha U(t)=Uo sin(wt), akkor I = C w Uo sin(wt +p/2);

· Tekercs impedanciája: f = -p/2 (feszültség siet), ZL = jwL.

· soros kapcsolásra: Z = Z1 + Z2,

· párhuzamos kapcsolásra: 1/Z = 1/Z1 + 1/Z2.

Impedancia ismeretében tetszés szerinti RLC hálózatra meg tudjuk mondani, hogy egy adott frekvenciát átvisz-e (adott AC feszültség hatására mekkora áram halad át rajta).

Az áramkörön áthaladó áramot az alábbi meggondolásokkal számíthatjuk ki:

1. Szinuszos U amplitudójú feszültség hatására áthaladó szinuszos áram komplex amlitudója
2. Ha az áramkörön nem szinuszos, de (w0 alapharmonikusu) periodikus feszültség halad át, akkor az w=kw0 frekvenciáju felharmonikusok bármelyikére az előző egyenlet.
3. A periodikus U(t) és I(t) és a megfelelő és komplex amplitudók között a Fourier-transzformáció teremt kapcsolatot. Ugyanis a periodikus, w0 alapharmonikusú f(t) időfüggvény előállítható Fourier-sorként:
   . Az komplex amplitudók, azaz az amplitudók ill fázisok az f(t) függvényből Fourier-transzformációval határozhatók meg. A Fporier-transzformációval tehát időfüggvényből állítunk elő frekvenciafüggvényt (spektrumot).Ez az összefüggés két szempontból hasznos:
   a. egy lineáris, passzív áramkör impedanciáját meghatározhatjuk aként, hogy valamely periodikus U(t) feszültséget alkalmazva megmérjük az I(t) áramerősséget; mindkét időfüggvényt Fourier-transzformáljuk, azaz meghatározzuk az egyes w frekvenciákhoz tartozó és komplex amplitudókat; ezek hányadosa a Z(w) impedancia.
   b. Ha ismerjük a Z(w) impedanciát, akkor ki tudjuk számítani, milyen I(t) áramerősség fog áthaladni az ismert U(t) periodikus feszültség hatására: Konkrétan,
   hatására lesz az áramerősség.
   Ez utóbbi szummázást (vagyis amikor a frekvenciafüggvényből (spektrumból) állítunk elő időfüggvényt) inverz Fourier-transzformációnak nevezzük.
4. Megemlítendő, hogy ha az U(t) vagy a I(t) függvény nem periodikus (pl. ugrásfüggvény) akkor is kiszámítható az impedanciafüggvény ismeretében I(t) U(t)-ből, vagy fordítva, a Laplace transzformáció alkalmazásával.

Az impedancia általánosítása az átviteli függvény, amely valamely négypólus kimenete és bemenete közötti viszonyt fejezi - tipikusan Uki/Ube w (vagy f=w /2p ) függvényében.

Az átviteli függvény jellegzetes egysége az erősítés, A, logaritmikus egysége a dB. A*[dB]=20*lg(Uki/Ube). Tipikus ábrázolása A (f) és f(f).

Az elektromos rendszereket tehát az alábbi függvényekkel lehet jellemezni:

Lineáris rendszerek:

- Kétpólus: impedancia (admittancia): frekvencia (f) függvény; ábrázolása Bode, Nyquist
- Négypólus: bemenet - kimenet - átviteli függvény (Uki/Ube f függvényében).

Nemlineáris rendszerek: áram-feszültség-karakterisztika az időtől független, sztatikus nemlineáris tulajdonságok jellemzésére.

#### 2.2 Műveleti erősítők AC áramkörökben

Integráló erősítő: | A C kapacitású kondenzátor feszültsége és a rajta áthaladó I áram között az I=C*dU/dt összefüggés áll fenn; a műveleti erősítőre vonatkozó szabályok értelmében I = (Ube - 0) / R = C * d(0 - Uki)/dt, ahonnan Uki = - (1/RC) ňUbedt
Aluláteresztő szűrő I.: | RC aluláteresztő szűrő feszültségkövetővel. Átviteli függvénye: Uki/Ube = 1/[1+jwRC] Az aluláteresztő (felülvágó ) szűrők funkciója zajszűrés, átlagolás.
Aluláteresztő szűrő II.: | Invertáló aluláteresztő szűrő. Átviteli függvénye: A=Uki/Ube = -R2/R1/[1+jwR1C1]
Differenciáló erősítő: | A C kapacitású kondenzátor feszültsége és a rajta áthaladó I áram között az I=C*dU/dt összefüggés áll fenn; a műveleti erősítőre vonatkozó szabályok értelmében I = (Uki - 0) / R = C * d(0 - Ube)/dt, ahonnan Uki = - (1/RC) * dUbe/dt
Felüláteresztő szűrő I.: | RC felüláteresztő szűrő feszültségkövetővel. Átviteli függvénye: Uki/Ube = jwRC /[1+ jwRC] A felüláteresztő (alulvágó ) szűrők funkciója a DC szint illetve a lassú "csúszások" levágása.
Felüláteresztő szűrő II.: | Invertáló felüláteresztő szűrő. Átviteli függvénye A=Uki/Ube = -jwR2C1[1+jwR1C]

| Különböző időállandójú, elsőfokú aluláteresztő szűrők hatása 1 Hz-es négyszögjelre. A szűrők időállandója 0, 11 ms, 58 ms, 120 ms ill. 0.5 s.

Magasabb rendű szűrők:

Megmutatható, hogy minden aluláteresztő szűrőkarakterisztika felírható az

alakban. A nevezőben lévő polinom jellege, a ki együtthatók értéke szerint különböző szűrőtípusokat készíthetünk, melyek közül a nevezetesebbek:

Butterworth, Csebisev: meredek levágás, de túllövéses négyszögjel-válasz.

Bessel-szűrők: ideális négyszögjelátvitel

Realizálásuk: első és másodfoku szűrők sorbakapcsolásával.

Példa:

Tizedfoku 0.5 dB ingadozású Csebisev-szűrő átvitelének frekvenciamenete, valamint az öt alaptag karakterisztikája.

Egyéb szűrőfajták: sávszűrők (sáváteresztők és sávkizárók). | Műveleti erősítő sávszélessége és visszacsatolt erősítése közötti összefüggés

#### 2.3 Feszültségforrások

Vezérelhető feszültség- és áramforrások

Invertáló erősítő , mint feszültségforrás, árammérővel | Módosítás: áramerősség szabályozáshoz

Potenciosztát

| Az elektrokémiai cellában három elektród van, a w jelű munkaelektród,a ref jelű referenciaelektród, és a c jelű ellenelektród. Az 1. jelű műveleti erősítő (a c és w elektródok között) mindig akkora áramot folyat át a cellán, hogy a referenciaelektródon a földhöz (azaz a w-hez képest) kialakuló potenciálja, Uref,w =-Uprog legyen. Így tehát a potenciált az Uprog -gal állíthatjuk be, ezt a 2. erősítő kimenetén vissza is mérhetjük. A 3. erősítő kimenetén megjelenő feszültség pedig a cellán átfolyó áramerősséggel arányos.
| Általános célú elektromos mérőműszer, négy kontaktussal: Az 1. erősítő a CI (current input) kontaktusokon keresztül mindig akkora áramot folyat át a cellán, hogy a potenciálmérő S (sensing) bemenetek közötti feszültségkülönbség Us1,s2=-Uprog legyen. A KKE egy különbségképző, pl. egy műszererősítő.

AC feszültségforrások

- oszcillátor - függvénygenerátor (jelalak, amplitudó, offset, frekvencia)
- VCO bemenet - burst
- arbitrary generator
- digitális oszcillátor: astabil multivibrátor
- kvarcoszcillátor - óra, mikromérleg (párologtatás, tömegnövekedés)

### 3 Feszültségek mérése

#### 3.1 Analóg feszültségmérő műszerek

Deprez műszer, X-t író, X-Y író. Átlagoló regisztráló, magnószalag

Oszcilloszkóp:

- katódsugárcső (gyors, hosszú utánvilágítás, tárolás)
- jelcsatorna (bemenet: AC-DC-GND, aszimmetrikus, differencia, chopped üzemmód
- időalap (pl kettős)
- triggerelési mód (normál, egyes, automata) triggerforrás: (külső, jel) triggerszint (DC, AC, logikai él, hálózat)
- analizálás: vizuálisan, dokumentálás fényképpel (polaroid)
- digitális oszcilloszkóp - (tranziens rekorder) kiolvasható, poszttrigger, jel eleje, hazárd analízis

#### 3.2 Digitalizálás alapfogalmai: kódolás, pontosság

Kódolás:

- Bináris: kettes számrendszer, hexadecimális számrendszer
- szöveges információra: ASCII, kódlapok
- számokra: BCD, bináris (hexadecimális), Gray kód (pl. szögmérésre)
- offset bináris, és kettes komplemens ábrázolás - számábrázolás (word, integer, floating)
- hibafelismerés: modulo (pl. parity bit)

Pontosság:

- Felbontás (resolution [bit]): a legkisebb kijelezhető rész (12 bit: 1/4096; 3 1/2 digit: 1/1999 vagy 1/(2*1999), LSB, MSB, csonkítás
- Érzékenység (sensitivity [V]): a legkisebb érzékelhető változás (=legkisebb méréshatár/felbontás). Példák: 3 1/2 digit, 2V-os méréshatárnál: 1 mV; 16 bit (65536), 2V-os méréshatárnál: 30 mV; 8 1/2 digit, 200mV-os méréshatárnál: 1 nV;
- Valódiság (abszolút pontosság): valamilyen abszolút (feszültség)standardhoz képest
- Precizitás (relatív pontosság): valamilyen belső standardhoz képest (amikor csak valamilyen változás a lényeges)
- Reprodukálhatóság: (megismételhetőség) - valamely konstans érték mérésekor a mért érték eloszlásának félértékszélessége.
- Szisztematikus és statisztikus hiba illusztrációja:

| Felbontás Pontosság Reprodukálhatóság 1 jó jó jó 2 jó rossz jó 3 rossz rossz jó 4 rossz rossz rossz

- Linearitás: eltérés a lineáris analóg - digitális összefüggéstől. Jellemzés pl. <1/2 LSB. Példa: rossz DAC.
- Konverziós idő: tipikus 1m s-1 ms.

#### 3.3 AD konverzió áramkörei

#### 3.3.1 Segédáramkörök: SH, számláló

Mintavevő tartó (sample and hold, S&H) |
Fel-le számláló (reverzibilis számlánc) |
Alapegység: olyan billenőkör, amely valamelyik élre billen át - így a bemenetre adott négyszögsorozat frekvenciáját felezi. | A kimeneten a bemenet frekvenciája leosztva jelenik meg

#### 3.3.2 Tipikus AD konverter áramkörök

1. Ellenállásláncon direkt komparációs eljárás (flash ADC): |
2. Fokozatos megközelítés (Successive approximation ADC): | 3. Számlánc-követés (tracking ADC)

4. Kettős integrálás (dual slope ADC) | Működése: 1. lépés: Ux mérése tref ideig (addig, hogy a számláló tulcsorduljon - ismét 0) 2. lépés: Uref mérése tx ideig (addig, hogy a komparátor ismét 0-t mérjen) Ekkor tx=Ux/Uref*tref.

#### 3.4 Digitális feszültségmérő műszerek

- Bemenet általában földfüggetlen (1 Mohm) HI LO bemenetek, instrumentációs erősítő, megadott U(HI-LO)max és U(LO-GND)max
- DVM (DC U mérés); DMM (UIR, DC,AC mérés); 1 - 1000 MOhm bemenő ellenállás, elektrométer: 10 -100 TOhm
- Számítógépbe helyezett AD-DA kártyák - virtuális műszerek.
- Feszültségmérők pontosságának megadása: = erősítési hiba (gain error) + nullponthiba (offset error) és/vagy leolvasás hibája (%) + méréshatár hibája (%) Például egy 4 1/2 digites DVM leolvasási hibája 0.005% (± 0.0001), ha a 2 V-os méréshatár hibája 0.01%, akkor egy pontosan 1.0000 V-os feszültséget a DVM ± (0.0001+ 1*0.0001) =0.0002 bizonytalansággal méri meg.
- Mintavételi idő (sampling rate): Mintavételi idő> konverziós idő. Shannon-Nyquist-féle mintavételi törvény: a mintavétel frekvenciája legalább duplája legyen a jelben lévő legnagyobb frekvenciáju komponens frekvenciájának (aliasing error, anti-aliasing filtering)
- Feszültségmérők kalibrálása: Gyakran ellenőrizni, szükség esetén beállítani.

#### 3.5 AC feszültségek mérése

#### 3.5.1 Váltakozó feszültségek jellemzése

- : Uo: amplitudó, 2Uo:: p-p amplitude. Uo mérése: csúcsmérő
- effektív érték, (RMS):
- abszolút érték átlaga, mérése egyszerű, olcsó
- Uo, , Ueff különböző értékű és jelalakfüggő, pl. szinuszosra jelre ; ; négyszögjelre

#### 3.5.2 Effektív érték (RMS) mérése

a. analóg megoldás

2. digitális megoldás: digitalizálás, négyzetelés, összegzés (alapharmonikus periódusidejéig), gyökvonás

#### 3.6 Feszültségmérés hibaforrásai

1. Kontaktusellenállás hatása

Példa: ellenállásmérés:

2. Nagy forrásimpedancia (ellenállás) hatása

DC eset - ellenállásosztó, kontrollálható

AC eset - lassú felfutási idő (szórt kapacitás lecsökkentendő előerősítővel vagy aktív árnyékolással)

3. Hőmérsékletkülönbségek hatása

Nem azonos hőmérsékletű kontaktusok termopárt képeznek (mV nagyságrendű hiba)

4. Földhurok hatása

| Elkerülése: a mérőrendszerből csak egy elemet földeljünk, vagy pedig mindent azonos ponthoz földeljünk (kerüljük a földhurkokat).

#### 3.7 Jel-zaj viszony javítása

#### 3.7.1 Zajcsökkentés

A. Árnyékolás

- Faraday-kalitka (belülre elektromos tér nem tud behatolni; elektromos tér eredetű zajokat rézzel, mágneses eredetűeket vassal)
- Az árnyékolást jól definiált potenciálu ponthoz kell kapcsolni (legtöbbször földhöz)
- Földelt illetve védett kábelek (guard), ábra, felfutási idő szerep

B. Mágneses eredetű zajok

Motorok, generátorok váltakozó mágneses teret hoznak létre, ezek a fix vezető hurkokban áramot indukálnak. Sztatikus mágneses térben változó felületű áramvezető hurkokban is áram indukálódik. Ezen áram minimalizálása végett:

- motorokat, generátorokat - lehetőség szerint - érzékeny mérés környékén ne üzemeltessünk;
- a vezető hurkok felületét minimalizáljuk pl. csavart érpárú vezeték alkalmazásával;
- a vezetékeket célszerű mágnesesen árnyékolni (vas) és fixen (pl. rezgésmentesre) szerelni.

3. Földhurok: (lásd fent): megszüntetendő
4. Periódusidőnyi átlagolás 20 ms átlagolással

Hálózati 50Hz-es eredetű zajokat legjobban a 20 ms-os átlagolással csökkenthetjük le. Ugyanis, ; emiatt általában a periódusidő egész számu többszöröséig cészerű integrálni (példák: 100 ms, 220ms, Windows alatt futó programok-megszakítások hatásai).

#### 3.7.2 Jelátlagolás

Analóg AC jeleknél: szinkron egyenirányítás, lock-ines méréstechnika

Repetitív, zajos jelek átlagolása: Ezek digitálizálva az X[k] tömbbe kerülnek, melyeket az Y[k] tömbben átlagolunk. A műveletet pascal nyelven az alábbi procedúra fejezi ki:

    for k:=1 to Npoints do Y[k]:=0;         {nullázzuk az Y tömböt}
    for i:=1 to Ntransients do begin
    	repeat until Trigger;                 {triggerre várunk}
    	for k:=1 to Npoints do begin
    		X[k]:=ResultsOfADConversion;        {AD konverzió}
    		Y[k]:=Y[k]+X[k];                    {összegezünk}
    	end;
    end;
    for k:=1 to Npoints do Y[k]:=Y[k]/Ntransients;    {normáljuk az Y tömböt}

Ha a repetitív X[k]= T[k]+ Z[k], azaz a jel a tényleges T[k] tranziens és a Z[k] zaj összege, akkor, feltéve hogy hogy Z[k] időbeli átlaga zérus, átlagolással Y[k]® T[k].

Megjegyzések:

1. Célszerű a fenti algoritmust kicsit átrendezni oly módon, hogy Y[k] mindenkor az addigi jelek átlagát mutassa, tehát a normálást már az összegzésbe beépítjük. Ekkor az összegző sor Y[k]:=Y[k]+X[k]/Ntransients alaku, az utolsó, normáló sor elhagyható.

2. Segédeszköz: digitális aluláteresztő szűrő. Mérünk egy X(t) feszültségfüggvényt Dt időnkénti mintavételezéssel. Az X[k] tömbből az Y[k] tömböt az Y[k+1]:= w*X[k]+(1-w)*Y[k] képlet szerint számítjuk, ahol 0<w<1 sulyfaktor. Ez egy t=D t*(1-w)/w időállandóju aluláteresztő szűrő. Célszerű w=1/2j értéket (pl 1/16 vagy 1/64, akkor t =D t*(2j-1)) választani, ui. a 2j -vel való osztás bináris eltolássá egyszerűsödik pl. 1001111 div 2 = 0100111. A fenti képlet átírható a Y[k+1]:= Y[k]+w*(X[k]-Y[k]) alakba, melyben csak összegzések és 2j -vel való osztás, tehát bináris eltolás szerepel. Az ilyen digitális szűrő igen egyszerű hardware eszközökkel (bináris összeadókkal, és shiftregiszterekkel) megvalósítható, tehát gyors.

A hardware összegzés és a digitális szűrő összekombinálható: ha az összegzés Y[k]:=(1-w)*Y[k] + w*X[k]/Ntransients alakú, akkor az összegben a régi tagok "elfelejtődnek", az új tagok átlaga dominál.

3. Az átlagolás egyszerű hardware eszközökkel (bináris összeadókkal) megvalósítható, tehát gyors és üzembiztos.

4. Az átlagolásnak két célja van: zajcsökkentés és felbontásnövelés. Elvileg az összegzés során a felbontás nő (pl. 12 bites felbontásu jel 16-szor összeátlagolva legjobb esetben 16 bitessé változik). A zaj szerepe kettős: ha túl kicsi (pl. 1 bitnél sokkal kisebb, akkor az 1 bites lépcsők 4 bitessé változnak, tehát az AD konverzió által okozott csonkítás továbbra is fennmarad. Ha a zaj nagyon nagy, akkor sokat kell átlagolni. Az optimum kb. az, ha néhány LSB-nyi zaj van a jelen - sokszor mesterségesen adunk zajt (dither) a jelhez.

5. Példák: radarvisszhang a Holdról, impulzus fotokémia, radiokémia

#### 3.7.3 Szinkron egyenirányítás, fázisszelektív detektálás

Alapja: csak akkor nem zérus, ha k természetes egész szám.

Spektroszkópiai példák: kis fényintenzitás mérése

1. példa: Kis intenzitású (pl. monokromátorból jövő) fény mérése fényszaggatással, és a szaggatással szinkron egyenirányítással.

2. példa: fény spektrumának mérése a monokromátor hullámhosszának modulálásával és azzal szinkron egyenirányítással. A kimeneten a spektrum hullámhossz szerinti deriváltjával arányos feszültség jelenik meg.

3. példa: A K1 és K2 küvettákban a mérendő ill. összehasonlító oldat van. A kimeneten az a fényelnyelés különbségével arányos feszültségjel jelenik meg.

Fázisszelektív detektálás

- Fázistoló áramkör van a referenciaágban: fázisérzékeny detektálás (lock-in erősítő)
- Analóg (klasszikus) lock-in erősítő: Kapuzás (kapcsolgatás), négyszögjellel szorzás;
- Digitális (modern) lock-in erősítő: szinusz-szal, koszinusszal szorzás (numerikusan): így a Fourier-együtthatókat kapjuk meg.
- Fourier-analizátor, spektrumanalizátor: szimultán sok frekvencián számítja a Fourier-együtthatókat
- FRA, (frequency response analyzer), vektorvoltmérő: van (Ux2+ Uy2)1/2 kimenet

Digitális lock-in erősítő blokkvázlata

Az Ube mérendő feszültség az EE előerősítő után a Sz szűrőn keresztül jut az ACE jelű AC erősítőre, majd onnan az x-szel jelölt szorzóegységekbe. A referenciacsatorna kulcseleme az Osz jelű oszcillátor. Ez beállítható frekvenciáju és amplitudójú szinuszjelet állít elő, amely egyfelől a KE erősítő kimenetén megjelenve külső modulációhoz felhasználható. Másfelől, az oszcillátor a Refbe bemeneten keresztül bejövő külső referenciajelhez szinkronizálható a PLL (phase locked loop) egység segítségével. Az oszcillátor szolgáltatta szinuszjel fázisa az FT fázistoló egységben megváltoztatható. Az alsó, és felső szorzóegységben tehát a jelcsatornán kierősített feszültség szinuszjellel, illetve a FT90 90 fokos fázistoló egységben képzett koszinuszjellel szorzódik össze. A szorzóegységek kimenetén megjelenő feszültségeket a DCE jelű erősítőkben egyenszint leválasztása után tovább erősítjük; ezek (az Uxki és Uyki feszültségek) a kimenő feszültségek. Ezekből a Psz jelű polárkoordináta számító egységben abszolut érték és fázisszög is számítódik és kerül az Uabski ill. f ki kimenetére.

Modern, digitális lock-in erősítőkben a nagy téglalapon belüli egységek nem feszültségjeleket, hanem AD konverterekkel digitalizált jeleket (számokat) dolgoznak fel (pl. a szorzóegység egy numerikus processzor). Ilyenkor a nagy téglalappal jelölt funkcionális egység neve DSP (digital signal processor).

### 4 Mérések adatgyűjtő kártyákkal és személyi számítógéppel

#### 4.1 Számítógép és vezérlések

Számítógép:

- logikai -aritmetikai egység - programtár - adattár - külvilág (IO)
- adatok is, parancsok is byte-okban vannak (k*8 vezeték + föld = busz)
- belül párhuzamos adatátvitel (ISA, PCI)
- külvilág felé rendszerint soros (pl egér, klaviatúra, modem); hagyományok miatt párhuzamos a GPIB és a printer)
- memória: volatilis:RAM, permanens:ROM, EEPROM, flash memória, kis fogyasztású: CMOS;
- címek: bizonyos címeken rendszerparaméterek találhatók - táblázat; portcímek (IO célokra)

Mikroprocesszor:

- A logikai-aritmetikai egység egyszerű műveletekre képes: byte-ok összehasonlítása, összeadás, fixpontos számok szorzása; lebegőpontos művelet: koprocesszor
- timer: funkcionálisan 8254-es; ami 55 ms-onként a $46C-t megnöveli eggyel.
- két mikroprocesszorcsalád van: Motorola 6800 és Intel 8080 utódai.

Vezérlések:

- vezérlések elvégzéshez a logikai -aritmetikai egység - programtár - adattár külvilág (IO) egységek össze vannak integrálva - ezek a mikrokontrollerek.
- fejlesztőrendszer; program (1-2 kByte esetleg) beégetés, vagy letöltés
- nem programozhatók - mikrokontroller: mosógép, fényképezőgép, pH mérő
- programozható:PLC (bit ki, be, relés kapcsolások, ADC, DAC ) egyszerű, megbízható (közlekedési lámpa)
- bonyolultabb: folyamatvezérlő számítógép - ujabban PC (ipari PC: üzembiztonság, megbízhatóság, egyszerűség, párhuzamos, tartalék, watchdog)

#### 4.2 Mérőkártyák

- információ: AD-DA, timer (analóg) DIO, léptetőmotor vezérlő (digitális), frame grabber (kép)
- általános célu műszerek: sokcsatornás analizátor, oszcilloszkóp, spektrofotométer, potenciosztát
- egyedi berendezések vezérléséhez: 8255 alapu kártyák
- kommersz elektronikai megoldások felhasználhatók: DIO-ra a printerport, ellenállásmérésre a gameport, AD-DA (sajnos csak hangfrekvenciás AC alkalmazáshoz) hangkártyák
- jelkondicionálás (mechanikai csatlakoztatás, erősítés, szűrés, galvanikus leválasztás, szimultán mintavételezés) rendszerint a felhasználó feladata
- beállítandó: interrupt level, DMA channel, alapcím

Programozásuk

- címkiosztás, példaprogramokkal;
- driver - parancskészlet, (pascal,C), Labview driver
- komplett virtuális műszer program

Programozási példák:

1. példa: egy polarográfiás függőcsepp elektródot egy PCL-812 PG típusú kártya vezérel. A kapilláris zárt, ha a DIO14 nevű IO byte 6. bitje 1, nyitott, ha 0.

    procedure PSDropHalt(b:byte);	{DIO14, 6.bit}
    begin
    	if b>0 then b:=1;
    	DIO14:=(DIO14 and 191);
    	if b=1 then DIO14:=DIO14+64;
    	{vagy: DIO14:=(DIO14 and 191) or (b shl 6);}
    	port[base_address+14]:=DIO14;
    end;

2. példa: feszültségmérés: {egyszeri AD konverzió a PCL/812PG-vel}

    function MeasV:integer;
    var i:integer; hib,lob:byte;

    begin
      port[base_address+11]:=1;   {software trigger enable}
      hib:=port[base_address+5];  {törli az EOC (end of conversion) bitet}
      port[base_address+12]:=1;   {software trigger}
      i:=0;
      repeat
        hib:=port[base_address+5]; i:=i+1;
      until (hib<16) or (i=100);  {Fontos: timeout lekezelés}
      lob:=port[base_address+4];
      mv:=hib shl 8 + lob;           {mv=256*hib+lob}
      if i=100 then MeasV:=9999 else MeasV:=mv;
    end;

3. példa: feszültségmérés 20 ms-os integrálással

    function measV20ms:real;
    var i:integer; vl:longint; mv: real; vv:integer;
    begin
    	i:=0; vl:=0;
    	StartTimer;   {Timer: egy számláló, amely másodpercben adja
    					 meg a StartTimer kiadása óta eltelt időt,
    					 pl. a kártyán lévő 8254-es kiolvasásával}
    	repeat
    		vv:=MeasV;
    		if not (vv=9999) then begin
    			i:=i+1; vl:=vl+vv;
    		end;
    until ReadTimer>0.02;
    if i>0 then MeasV20ms:=vl/i else MeasV20ms:=9999.0;
    end;

4. példa: Leállás elleni védekezés: keretprogramból (Main.exe) exec-kel hajtjuk végre magát a mérőprogramot (Measure.exe) ami pl. esc megnyomással állítható le.

    Program Measure;
    ....
    procedure EscTest;
    begin
     KeyTest; if EscPressed then CloseAll; halt(27);
    end;
    ....
    begin
      repeat Measurements; EscTest; until világvége;
    end.

    Program Main;
    ...
    repeat
      exec('Measure.exe',''); i:=DosexitCode;
      WriteDEClogFile(i);      {Egy naplófájlba kiirja a hibakódot}
    until (i=27);
    end.

Ezzel csak a runtime error-ok küszöbölhetők ki, a tényleges lefagyások csak resettel - watchdog.

#### 4.3 Műszerek összekapcsolása, interface rendszerek

Analóg adatátvitel: telefon, hangfrekvencián 48 V ac, modem

#### 4.3.1 Soros adatátvitel: RS232 és társai

1. RS232C. Legegyszerűbb soros rendszer

Fizikailag:

- ± 3..12V; 0 (LO) = +3V..+15V; 1 (HI) = -15V..-3V
- minimum 3 vezeték (jel oda, vissza, föld), legáltalánosabban 9 vezeték (TxD, RxD (transmit data, recieve data: jel oda , vissza); RTS, CTS (request to send, clear to send: küldj, küldök), DSR, DTR (data set ready, data terminal ready: adatpuffer üres/tele), DCD (data carrier detect, van telefonvonal), RI (ring indicator: telefon kicseng), GND: jelföld.
- csatlakozó 9 pólusu, 25 pólusu (lásd még áramhurok)
- műszerhez (Data Communication Equipmenthez: modemhez, printerhez, műszerhez) direkt vezetékek (pl RxD <-> RxD, TxD <--> TxD, GND <-> GND; a kábelen számítógépnél anya, műszernél apa)
- másik számítógéphez (Data Terminal Equipmenthez) felcserélt vezetékek (pl RxD <-> TxD, TxD <--> RxD, GND <-> GND; anya-anya kábel)
- Handshake: RTS/CTS; handshake vonalak földelhetők.

Adatátvitel protokollja: megadandó a

baud rate (bit/s) szokásosan 9600 baud, 38400 stb.

adatátvitel: 7 vagy 8 bit (klasszikus vagy ékezetes karakterek is)

paritásbit, stopbit

Tipikus bitsorozat (frame):

2. Javított RS232:

- RS 423A: ± 3.6 V; 2 koaxiális kábel (oda és vissza); 300kBaud 30m vezetékhossznál; efelett rohamosan lecsökken.
- RS 422A: ± 2 V; 2 csavart érpár; 2MBaud 60m vezetékhossznál; efelett rohamosan lecsökken.
- RS 485: ipari szabvány, csavart érpár, címezhető

3. Áramhurok (current loop, TTY interface)

20 mA (optocsatolt, zavarvédett); 4 vezeték (jel oda, jel vissza, + földek); max 1000 m távolságra használható.

#### 4.3.2 Párhuzamos adatátvitel: GPIB

Printerport - szükség esetén DIO (digitális vezérlési) célokra felhasználható

GPIB: General Purpose Interface Bus; HPIB (1965), Hewlett-Packard Interface Bus, IEEE-488, IEC-625

Általános felépítés: vezérlő(k) (controller (számítógép)); + max. 31 műszer; kábelezés (összes hossz < 2 méter*készülékek száma<20 m; 24 pólusu piggyback, Amphenol késes, csillag v. lánc; 25 pólusu tűs csatlakozó, metrikus - amerikai rögzítés) - open collectoros meghajtások (negatív logika, zajvédettség)

Használat:

Vezérlő: manapság rendszerint PC + NI (National Instruments) kártya + pascal, C, Labview, Labwindows software

Konfigurálás: címek beállításával + konfigurálóprogrammal: címek, szimbolikus nevek, adattranszfer adatai (hány bit, hogyan végződjön az adatforgalom (tipikusan CRLF), EOI jelezzen, timeout)

Tesztprogramok: egyedi parancsok kiadhatók pl ibwrt r2; ibrd; ibspoll;

Általában, a küldött adatok lehetnek vezérlőparancsok és mérési adatok (számok). A GPIB kompatibilis műszerekhez tartozik egy, az adott típusra jellemző parancskészlet (stringek) amelyekkel az előlapi kezelőszervek hatását lehet programból elérni. Például, egy adott típusú feszültségmérőnek a GPIB-n keresztül elküldött "R2" ill. "R3" stringek a 2 V-os ill. 20V-os méréshatárba állítják a műszert, a műszer által mutatott feszültség értékét pedig általában egy stringként (tehát digitenként 1 byte-ként) lehet kiolvasni.

A műszerek kezeléséhez tehát mérőprogramokat kell írni (vagy venni); a programozás manapság nem bonyolult: író és olvasó utasítások sorozatát kell megszerkeszteni. Például, az alábbi pascal nyelvű programban a WriteGPIB(fra, 'IP1,1'); WriteGPIB(fra, 'FR10000'); procedurák azt eredményezik, hogy az fra azonosítóju műszer az 'IP1,1' utasítás hatására a hátlapi csatlakozókon az 'FR10000' stringnek megfelelően 10000Hz-es frekvenciáju jelet fog kibocsájtani. Az s:=ReadGPIB(fra) függvény meghívása pedig azt jelenti, hogy az fra azonosítóju műszerből az s a vezérlő számítógép az s stringet kiolvassa (ez több szám együttese, amit persze majd egyedi számokra szét kell bontani). Egyszerűsíti a programozást, hogy az utóbbi időben a készülékgyártók igyekeznek azonos hatásu utasításoknak azonos nevet adni - tehát szabványos parancskészletek alakulnak ki.

Modern grafikus programozási nyelv a LabView, amely tartalmazza a GPIB-vel kompatibilis műszerek meghajtóit (tehát a fenti stringkészleteket). E nyelv különösen alkalmas arra, hogy szemléletes működésű mérőrendszereket hozzunk létre.

Működés:

8 adatvezeték + 8 vezérlővezeték (címbusz nincs, ha ATN, akkor ami megy az adatbuszon, akkor az adat az éppen cím)

A 8 vezérlővezeték 3 handshake és 5 rendszeradminisztrációs vonal.

A vezérlő a címmel azonosított egyes készülékeket beszélőknek illetve hallgatóknak jelöli ki; ezután a beszélő adatot küld a hallgatónak. Az adatátvitel hardware handshake szinkronizálással megy (hiszen különböző sebességű készülékek lehetnek jelen). A handshake vonalak jele DAV (Data Valid), NDAC (Not Data Accepted), és NRFD (Not Ready For Data). Ezek negatív logikájuak, tehát ha DAV logikailag igaz, akkor fizikailag LO állapotban vannak; un. nyitott kollektoros kimenetek, vagyis a vezetéken áram folyik és kis feszültség van. Két vagy több nyitott kollektoros kimenet ÉS kapcsolatot jelent, vagyis a vonal akkor lesz csak HI állapotban, ha mindegyik kimenet HI. Pl. a NRFD vonal akkor lesz HI állapotu (logikailag: az összes készülék kész adatot fogadni, fizikailag HI állapotu) ha minden egyes készülék NRFD kapuja HI állapotu. A handshake a következő időzítés szerint megy:

1. A kijelölt hallgatók felengedik a NRFD vonalat, amikor mindegyik felengedik, akkor az HI állapotba kerül ("mindegyikünk kész az adatfogadásra").

2. A beszélő a jelvezetékekre kiteszi az adatot (bájtot) és lehuzza a DAV vonalat ("van érvényes adatom")

3. A hallgatók beolvassák az adatot, és amelyik kész van, felengedné a NDAC ("megkaptam") és lehuzza a NRFD vonalat ("további adatot most nem tudok fogadni, meg kell emésztenem a mostanit").Ám a NDAC vonal akkor lesz ténylegesen fent, ha már mindegyik hallgató bevette az adatot. Ezt a beszélő felismeri, és a DAV-ot felengedi, az adatot törli a buszról. Ezt érzékelvén a hallgatók is lehuzzák a NDAC vonalat; majd idővel az NRFD vonalat is felengedik.

4. Innentől a következő byte küldése ugyanebben a sorrendben az 1. pontban leirtaktól kezdve történik.

Vegyes lehetőségek:

Egyszerre több vezérlő is lehet jelen, de csak mindig egy lehet aktív, és az egyiknek ún. rendszervezérlőnek kell lennie (ő a főnök). A vezérlés tehát átadható.

Hibalekezelés:

Parallel poll: ATN és EOI hatására az első 8 készülék - egy bizonyos feltételrendszert (parallel poll mask) kielégülése esetén kitehet 1 bitet.

Serial poll: Az a készülék, amelyiknek valamilyen baja van (a status byte 6. bitje 1) az lehuzza ezt a vonalat. Ezzel megszakítást (interruptot) lehet generálni. Ezután egyesével végig kell kérdezni az egyes készülékeket, lekezelni a bajt.

Törlés: IFC - interface clear; (interface reset); DCL - device clear (készülék reset) - vezérlővezetékek; SDC: selective device clear - csak a megcimzett készülékeket reseteli

GET (group enable trigger) parancs

REN - van local, remote és local lockout állás

Parancskészlet: egy adott készüléknek nem kell az összes funkciót teljesíteni tudnia - pl egy GPIB printernek lehet listen only, egy voltmérő talk only (és akkor nem is kell vezérlő), van ami nem érti a GET-et stb.