مدونة حول دليل إتقان الإدخال/الإخراج التناظري لاكتساب البيانات

هل تساءلت يوماً كيف تدرك الحواسيب درجة الحرارة والضغط أو إشارات أخرى من العالم الحقيقي؟ أو كيف تتحكم في المحركات والصمامات وغيرها من الجهاز؟الجواب يكمن في تكنولوجيا المدخلات / المخرجات التناظريةستقوم هذه المقالة بفك المفاهيم الأساسية والمبادئ التقنية وتطبيقات الإدخال/الإخراج التناظري، مما يوفر رؤى قيمة للمبتدئين والمهندسين ذوي الخبرة.

في الطبيعة، الكميات الفيزيائية مثل درجة الحرارة والضغط ومعدل التدفق موجودة كإشارات تناظرية متغيرة باستمرار. ومع ذلك، فإن أجهزة الكمبيوتر تعالج إشارات رقمية منفصلة فقط.واجهات الدخول والخروج التناظرية بمثابة مترجمين، تحويل الإشارات التناظرية إلى الرقمية (تحويل A / D) والعكس (تحويل D / A).

• أجهزة الدخول التناظرية (محولات A/D):تحويل الإشارات التناظرية الخارجية إلى بيانات رقمية لمعالجة الحاسوب.
• أجهزة الخروج التناظرية (محولات D/A):تحويل الإخراجات الرقمية من أجهزة الكمبيوتر إلى إشارات التناظرية للتحكم بالأجهزة الخارجية.
• أجهزة إدخال/إخراج نظرية مجتمعة:دمج كل من A / D و D / A إمكانات التحويل.

يتضمن تحويل A / D تحويل إشارات التناظرية المستمرة إلى قيم رقمية منفصلة من خلال عمليتين رئيسيتين:

• الكمية:تقسيم الإشارة التناظرية إلى مستويات محدودة مستويات أكثر تعطي دقة أعلى
• أخذ العينات:يلتقط الإشارة التناظرية على فترات منتظمة معدلات أخذ عينات أعلى تحسن ولاء الإشارة

تعكس هذه العملية تحويل A / D ، وإعادة بناء القيم الرقمية إلى فولتاجات أو تيارات تناظرية لتشغيل الأجهزة الخارجية.

لتعزيز الحصانة من الضوضاء والسلامة ، تستخدم أجهزة الإدخال / الإخراج التناظرية العزل:

• عزل الحافلة:يستخدم أجهزة الارتباط الضوئي لفصل دوائر الكمبيوتر من الإدخالات والإخراجات الخارجية، مما يمنع التداخلات الكهربائية.
• العزل بين القنوات:يضيف العزلة بين قنوات الإدخال / الإخراج الفردية، وهو أمر حاسم للأجهزة ذات الإمكانيات الأرضية المختلفة.

يتطلب اختيار جهاز الإدخال / الإخراج التناظري المناسب تقييم هذه المعلمات:

• مدخلات ذات نهاية واحدة:قياس الجهد النسبي للأرض باستخدام خط إشارة واحد بسيط ولكن عرضة للضوضاء
• المدخلات التفاضلية:قياس الجهد بين خطين للإشارة، رفض الضوضاء في الوضع المشترك. أكثر تعقيدا ولكن بدقة أعلى.

يحدد حجم التمثيل الرقمي. على سبيل المثال:

• القرار 16-بيت يقسم الإشارات إلى 65536 مستوى.
• دقة 12 بت توفر 4,096 مستوى

يجب أن تتطابق مع مواصفات جهاز الاستشعار/الجهاز التشغيلي:

• أحادي القطب:تتعامل مع إشارات إيجابية فقط (مثل 0 ′′ 10 فولت).
• ثنائي القطب:تستوعب إشارات إيجابية/سلبية (مثل ± 10 فولت).

حاسمة لدقة الإشارة:

• فرضية نيكوست تفرض أخذ عينات عند ≥2 × تردد الإشارة.
• غالباً ما تستخدم التطبيقات العملية 10 × إعادة أخذ العينات لمنع التعرف على الألقاب.

• مصادر الساعة:داخلي (دقيق) ، خارجي (متزامن) ، أو يعتمد على البرمجيات (أقل دقة).
• أوضاع الإطلاق:أوامر البرمجيات أو الإشارات الخارجية أو التنشيط القائم على الحد

تحسين كفاءة معالجة البيانات:

• (فيفو)التسلسل الأول-في-أول-خارج.
• عازل الحلقة:التخزين الدائري لالتقاط البيانات التي تسببها الأحداث

تمكن من الوصول المباشر إلى الذاكرة (DMA) لنقل البيانات عالية السرعة دون تكاليف CPU.

تكنولوجيا الإدخال والإخراج التناظرية تشكل العمود الفقري للأتمتة الحديثة، حيث تجمع بين الظواهر الفيزيائية والتحكم الرقمي.الأجهزة العلمية، و ما وراء.

• (إل إس بي):القليل من الأهمية
• الـ (إم إس بي):الجزء الأكثر اهمية
• (أف إس آر):النطاق الكامل