कंपनी की खबर डेटा अधिग्रहण के लिए एनालॉग IO में महारत हासिल करने के लिए गाइड

क्या आपने कभी सोचा है कि कंप्यूटर तापमान, दबाव, या अन्य वास्तविक दुनिया के अनुरूप संकेतों को कैसे समझते हैं? या वे मोटर्स, वाल्व और अन्य एक्ट्यूएटर्स को कैसे नियंत्रित करते हैं? इसका उत्तर एनालॉग इनपुट/आउटपुट (I/O) तकनीक में निहित है। यह लेख एनालॉग I/O की मूल अवधारणाओं, तकनीकी सिद्धांतों और अनुप्रयोगों को स्पष्ट करेगा, जो शुरुआती और अनुभवी इंजीनियरों दोनों के लिए मूल्यवान अंतर्दृष्टि प्रदान करता है।

प्रकृति में, तापमान, दबाव और प्रवाह दर जैसी भौतिक मात्राएँ लगातार बदलते एनालॉग संकेतों के रूप में मौजूद हैं। हालाँकि, कंप्यूटर केवल असतत डिजिटल संकेतों को संसाधित करते हैं। एनालॉग I/O इंटरफेस अनुवादक के रूप में कार्य करते हैं, एनालॉग संकेतों को डिजिटल (A/D रूपांतरण) में और इसके विपरीत (D/A रूपांतरण) में परिवर्तित करते हैं।

• एनालॉग इनपुट डिवाइस (A/D कन्वर्टर्स): बाहरी एनालॉग संकेतों को कंप्यूटर प्रसंस्करण के लिए डिजिटल डेटा में परिवर्तित करें।
• एनालॉग आउटपुट डिवाइस (D/A कन्वर्टर्स): कंप्यूटर से डिजिटल आउटपुट को बाहरी उपकरणों को नियंत्रित करने के लिए एनालॉग संकेतों में बदलें।
• संयुक्त एनालॉग I/O डिवाइस: A/D और D/A रूपांतरण दोनों क्षमताओं को एकीकृत करें।

A/D रूपांतरण में दो प्रमुख प्रक्रियाओं के माध्यम से निरंतर एनालॉग संकेतों को असतत डिजिटल मानों में बदलना शामिल है:

• मात्राकरण: एनालॉग सिग्नल को सीमित स्तरों में विभाजित करता है। अधिक स्तर उच्च परिशुद्धता उत्पन्न करते हैं।
• नमूनाकरण: नियमित अंतराल पर एनालॉग सिग्नल को कैप्चर करता है। उच्च नमूनाकरण दरें सिग्नल निष्ठा में सुधार करती हैं।

यह प्रक्रिया A/D रूपांतरण को उलट देती है, डिजिटल मानों को एनालॉग वोल्टेज या धाराओं में पुनर्निर्माण करती है ताकि बाहरी उपकरणों को चलाया जा सके।

शोर प्रतिरक्षा और सुरक्षा को बढ़ाने के लिए, एनालॉग I/O डिवाइस अलगाव का उपयोग करते हैं:

• बस अलगाव: बाहरी I/O से कंप्यूटर सर्किट को अलग करने के लिए ऑप्टोकॉपलर का उपयोग करता है, जिससे विद्युत हस्तक्षेप को रोका जा सकता है।
• चैनल-से-चैनल अलगाव: अलग-अलग I/O चैनलों के बीच अलगाव जोड़ता है, जो अलग-अलग ग्राउंड क्षमता वाले उपकरणों के लिए महत्वपूर्ण है।

सही एनालॉग I/O डिवाइस का चयन करने के लिए इन मापदंडों का मूल्यांकन करना आवश्यक है:

• सिंगल-एंडेड इनपुट: एक सिग्नल लाइन का उपयोग करके ग्राउंड के सापेक्ष वोल्टेज को मापें। सरल लेकिन शोर-प्रवण।
• विभेदक इनपुट: दो सिग्नल लाइनों के बीच वोल्टेज को मापें, सामान्य-मोड शोर को अस्वीकार करें। अधिक जटिल लेकिन उच्च परिशुद्धता।

डिजिटल प्रतिनिधित्व की दानेदारी को परिभाषित करता है। उदाहरण के लिए:

• 16-बिट रिज़ॉल्यूशन संकेतों को 65,536 स्तरों में विभाजित करता है।
• 12-बिट रिज़ॉल्यूशन 4,096 स्तर प्रदान करता है।

सेंसर/एक्ट्यूएटर विनिर्देशों से मेल खाना चाहिए:

• यूनिपोलर: केवल-सकारात्मक संकेतों को संभालता है (उदाहरण के लिए, 0–10V)।
• बाइपोलर: सकारात्मक/नकारात्मक संकेतों को समायोजित करता है (उदाहरण के लिए, ±10V)।

सिग्नल सटीकता के लिए महत्वपूर्ण:

• Nyquist प्रमेय ≥2× सिग्नल आवृत्ति पर नमूनाकरण अनिवार्य करता है।
• व्यावहारिक अनुप्रयोग अक्सर एलियासिंग को रोकने के लिए 10× ओवरसैंपलिंग का उपयोग करते हैं।

• क्लॉक स्रोत: आंतरिक (सटीक), बाहरी (सिंक्रनाइज़), या सॉफ़्टवेयर-आधारित (कम सटीक)।
• ट्रिगर मोड: सॉफ़्टवेयर कमांड, बाहरी सिग्नल, या थ्रेशोल्ड-आधारित सक्रियण।

डेटा हैंडलिंग दक्षता को बढ़ाता है:

• FIFO: फर्स्ट-इन-फर्स्ट-आउट सीक्वेंसिंग।
• रिंग बफर: घटना-ट्रिगर डेटा कैप्चर के लिए गोलाकार भंडारण।

CPU ओवरहेड के बिना उच्च गति डेटा ट्रांसफ़र के लिए डायरेक्ट मेमोरी एक्सेस (DMA) को सक्षम करता है।

एनालॉग I/O तकनीक आधुनिक स्वचालन की रीढ़ है, जो भौतिक घटनाओं को डिजिटल नियंत्रण से जोड़ती है। इन सिद्धांतों में महारत हासिल करने से औद्योगिक स्वचालन, वैज्ञानिक उपकरणों और उससे आगे की क्षमताओं का पता चलता है।

• LSB: सबसे कम महत्वपूर्ण बिट
• MSB: सबसे महत्वपूर्ण बिट
• FSR: पूर्ण पैमाने की सीमा