Lời giới thiệu: Mối liên kết quan trọng
Bạn đã bao giờ tự hỏi máy tính nhận thức được nhiệt độ, áp suất hoặc các tín hiệu tương tự khác trong thế giới thực như thế nào?Câu trả lời nằm trong công nghệ đầu vào / đầu ra tương tự (I / O)Bài viết này sẽ giải thích các khái niệm cốt lõi, các nguyên tắc kỹ thuật và các ứng dụng của I / O tương tự, cung cấp những hiểu biết có giá trị cho cả người mới bắt đầu và các kỹ sư có kinh nghiệm.
I/O tương tự là gì?
Trong tự nhiên, các số lượng vật lý như nhiệt độ, áp suất và dòng chảy tồn tại dưới dạng tín hiệu tương tự liên tục thay đổi. Tuy nhiên, máy tính chỉ xử lý tín hiệu kỹ thuật số riêng biệt.Giao diện I / O tương tự phục vụ như các phiên dịch, chuyển đổi tín hiệu analog sang kỹ thuật số (chuyển đổi A / D) và ngược lại (chuyển đổi D / A).
Các loại thiết bị I/O tương tự
-
Thiết bị đầu vào analog (máy chuyển đổi A/D):Chuyển đổi tín hiệu tương tự bên ngoài thành dữ liệu kỹ thuật số để xử lý máy tính.
-
Thiết bị đầu ra tương tự (máy chuyển đổi D/A):Biến đầu ra kỹ thuật số từ máy tính thành tín hiệu tương tự để điều khiển các thiết bị bên ngoài.
-
Thiết bị I/O tương tự kết hợp:Tích hợp cả khả năng chuyển đổi A / D và D / A.
Chuyển đổi A / D: Từ analog sang kỹ thuật số
Chuyển đổi A / D liên quan đến việc chuyển đổi tín hiệu analog liên tục thành các giá trị kỹ thuật số rời rạc thông qua hai quy trình chính:
-
Số hóa:Phân chia tín hiệu tương tự thành các mức hữu hạn.
-
Lấy mẫu:Thu thập tín hiệu tương tự ở khoảng thời gian đều đặn.
Chuyển đổi D / A: Từ kỹ thuật số trở lại analog
Quá trình này đảo ngược chuyển đổi A / D, tái cấu trúc các giá trị số thành điện áp hoặc dòng tương tự để điều khiển các thiết bị bên ngoài.
Kỹ thuật cô lập cho tính toàn vẹn của hệ thống
Để tăng cường khả năng chống tiếng ồn và an toàn, các thiết bị I/O tương tự sử dụng cách ly:
-
Phân biệt bus:Sử dụng các máy kết nối quang để tách các mạch máy tính khỏi I / O bên ngoài, ngăn chặn sự can thiệp điện.
-
Phân biệt kênh qua kênh:Thêm cách ly giữa các kênh I / O riêng lẻ, rất quan trọng đối với các thiết bị có tiềm năng mặt đất khác nhau.
Các thông số kỹ thuật chính
Chọn thiết bị I/O tương tự phù hợp đòi hỏi phải đánh giá các thông số sau:
Cấu hình kênh I/O
-
Các đầu vào đơn:Đo điện áp tương đối với mặt đất bằng một đường tín hiệu đơn giản nhưng dễ gây ồn.
-
Các đầu vào khác biệt:Đo điện áp giữa hai đường tín hiệu, loại bỏ tiếng ồn chế độ chung.
Nghị quyết
Định nghĩa độ chi tiết của đại diện kỹ thuật số. Ví dụ:
- Độ phân giải 16 bit chia tín hiệu thành 65.536 mức.
- Độ phân giải 12 bit cung cấp 4.096 cấp độ.
Phạm vi I/O
Cần phù hợp với các thông số kỹ thuật cảm biến/điện tử:
-
Đơn cực:xử lý tín hiệu chỉ tích cực (ví dụ: 0 ′′ 10V).
-
Bipolar:Có khả năng chứa tín hiệu dương / âm (ví dụ: ± 10V).
Tỷ lệ lấy mẫu
Quan trọng đối với độ chính xác tín hiệu:
- Định lý Nyquist yêu cầu lấy mẫu ở tần số tín hiệu ≥ 2 ×.
- Các ứng dụng thực tiễn thường sử dụng 10 × quá nhiều mẫu để ngăn chặn giả mạo.
Các tính năng nâng cao
Hệ thống đồng hồ và kích hoạt
-
Nguồn đồng hồ:Nội bộ (chính xác), bên ngoài (đồng bộ) hoặc dựa trên phần mềm (chưa chính xác).
-
Chế độ kích hoạt:Các lệnh phần mềm, tín hiệu bên ngoài, hoặc kích hoạt dựa trên ngưỡng.
Bộ nhớ đệm
Tăng hiệu quả xử lý dữ liệu:
-
FIFO:Thứ tự đầu vào đầu ra.
-
Bộ đệm vòng:Lưu trữ vòng tròn để thu thập dữ liệu do sự kiện kích hoạt.
Bus Mastering
Cho phép truy cập bộ nhớ trực tiếp (DMA) để chuyển dữ liệu tốc độ cao mà không cần CPU overhead.
Kết luận: Cho phép các hệ thống thông minh
Công nghệ I / O tương tự tạo thành xương sống của tự động hóa hiện đại, kết nối các hiện tượng vật lý với điều khiển kỹ thuật số.dụng cụ khoa học, và hơn thế nữa.
Phụ lục: Các viết tắt phổ biến
-
LSB:Một chút ít quan trọng
-
MSB:Điều quan trọng nhất
-
FSR:Phạm vi quy mô đầy đủ
Vietnamese
