Wprowadzenie: Kluczowe powiązanie
Czy zastanawialiście się kiedyś, jak komputery rozpoznają temperaturę, ciśnienie lub inne sygnały analogowe z rzeczywistego świata?Odpowiedź leży w analogowej technologii wejścia/wyjścia (I/O)Ten artykuł demystifikuje podstawowe koncepcje, zasady techniczne i zastosowania analogowego I/O, oferując cenne informacje zarówno dla początkujących, jak i doświadczonych inżynierów.
Co to jest analogiczne wprowadzenie/wyjście?
W przyrodzie wielkości fizyczne, takie jak temperatura, ciśnienie i przepływ, istnieją jako ciągle zmieniające się sygnały analogowe.Analogiczne interfejsy I/O służą jako tłumacze, konwersja sygnałów analogowych na cyfrowe (konwersja A/D) i odwrotnie (konwersja D/A).
Rodzaje urządzeń I/O analogowych
-
Urządzenia wejściowe analogowe (przetworniki A/D):Konwersja zewnętrznych sygnałów analogowych na dane cyfrowe do przetwarzania komputerowego.
-
Urządzenia wyjściowe analogowe (przetworniki D/A):Przekształcanie cyfrowych wyjść z komputerów w sygnały analogowe do sterowania zewnętrznymi urządzeniami.
-
Kombinowane urządzenia analogiczne do wprowadzania/wyprowadzania:Zintegrowanie możliwości konwersji A/D i D/A.
Konwersja A/D: od analogowej do cyfrowej
Konwersja A/D polega na przekształcaniu ciągłych sygnałów analogowych w wartości cyfrowe poprzez dwa kluczowe procesy:
-
Kwantizacja:Więcej poziomów daje większą precyzję.
-
Pobieranie próbek:Wykrywa sygnał analogowy w regularnych odstępach czasu.
Konwersja D/A: z cyfrowego z powrotem do analogowego
Proces ten odwraca konwersję A/D, odtwarzając wartości cyfrowe w napięcia analogowe lub prądy do napędzania urządzeń zewnętrznych.
Techniki izolacji dla integralności systemu
Aby zwiększyć odporność na hałas i bezpieczeństwo, analogowe urządzenia I/O wykorzystują izolację:
-
Izolacja autobusu:Wykorzystuje optokoplery do oddzielenia obwodów komputerowych od zewnętrznych I/O, zapobiegając zakłóceniom elektrycznym.
-
Izolacja między kanałami:Dodanie izolacji między poszczególnymi kanałami I/O, kluczowe dla urządzeń o różnym potencjale naziemnym.
Główne specyfikacje techniczne
Wybór odpowiedniego urządzenia analogicznego W/W wymaga oceny następujących parametrów:
Konfiguracja kanału I/O
-
Wpływy jednoosobowe:Pomiar napięcia w stosunku do ziemi przy użyciu jednej linii sygnałowej.
-
Wprowadzane różnice:Mierzyć napięcie między dwoma liniami sygnałowymi, odrzucając hałas w trybie wspólnym.
Rozstrzygnięcie
Definiuje granularność reprezentacji cyfrowej.
- 16-bitowa rozdzielczość dzieli sygnały na 65 536 poziomów.
- 12-bitowa rozdzielczość oferuje 4,096 poziomów.
Zakres I/O
Muszą być zgodne ze specyfikacjami czujnika/aktora:
-
Jednobiegunowe:Obsługuje tylko sygnały pozytywne (np. 010V).
-
Bipolarny:Wykorzystuje sygnały pozytywne/negatywne (np. ± 10 V).
Wskaźnik pobierania próbek
Krytyczne dla dokładności sygnału:
- Zdanie Nyquista nakazuje pobieranie próbek przy częstotliwości sygnału ≥ 2x.
- W praktycznych zastosowaniach często używa się 10x nadmiernego pobierania próbek, aby zapobiec aliasowi.
Zaawansowane funkcje
Systemy zegarkowe i wyzwalające
-
Źródła zegara:Wewnętrzne (dokładne), zewnętrzne (synchronizowane) lub oparte na oprogramowaniu (mniej dokładne).
-
Tryby uruchamiania:Komendy oprogramowania, sygnały zewnętrzne lub aktywacja oparta na progu.
Pamięć buforowa
Poprawia efektywność obsługi danych:
-
FIFO:Pierwsza w pierwszej sekwencji.
-
Bufor pierścieniowy:Przechowywanie w trybie okrągłym do przechwytywania danych wywołanych zdarzeniami.
Mastering autobusu
Umożliwia bezpośredni dostęp do pamięci (DMA) do szybkiego przesyłania danych bez przeciążenia procesora.
Wniosek: Umożliwienie inteligentnych systemów
Technologia I/O analogowa stanowi kręgosłup nowoczesnej automatyki, łącząc zjawiska fizyczne z cyfrowym sterowaniem.instrumenty naukowe, i dalej.
Załącznik: Powszechne skróty
-
LSB:Najmniej znaczące
-
MSB:Najważniejszy fragment
-
FSR:Pełny zakres skali
Polish
