A bejegyzés durumis AI által generált összefoglalója
A beágyazott terület könnyebb megértése érdekében összefoglaltuk a könyv tartalmát, amely a Fourier-transzformációt, az analóg és digitális jeleket, valamint az alapvető áramkör-elméletet tárgyalja.
Elmagyarázza az ellenállások, kondenzátorok, tekercsek és tranzisztorok tulajdonságait és működési elvét, valamint bemutatja a pull-up, pull-down és nyitott kollektor fogalmakat.
Segítségével elsajátíthatók a beágyazott rendszerek tervezéséhez és megértéséhez szükséges alapvető ismeretek, valamint megérthetjük az elektronikus áramkörök alkotóelemeinek szerepét és kölcsönhatását.
Villamosmérnöki szakon végeztem, de az egyetemi éveim alatt nem gondolkoztam azon, hogy mit jelent és mire van szükség az egyes tantárgyak elvégzéséhez, csak a jegyekért jártam rájuk. Természetesen a félév vége és a szünet után semmi sem maradt meg a fejemben… ㅜ_ㅜ
Ezt a könyvet akkor találtam meg, amikor az beágyazott rendszerek (embedded systems) témakörében keresgéltem, és amikor átfutottam rajta, nagyon jól felépítettnek találtam. A nehéz beágyazott rendszerek területét igyekezett a lehető legegyszerűbben elmagyarázni, de a tartalom mégis súlyosnak tűnt.
Most szeretnék legalább egy kis tudást beépíteni a fejembe, ezért a könyv tartalmát szeretném összefoglalni a blogon!!!
Kezdjük!
1. fejezet Hardware Collage - Áramkörök olvasása
1. Jel és frekvencia
Mi a Fourier-transzformáció?
Minden jel cos vagy sin függvények összegével írható le!! → Végül a jel frekvenciák szerint van szétválasztva.
Példaként vegyük a téglalapfüggvényt,
A téglalapfüggvény frekvencia szempontjából nézve sinc függvény lesz, ami azt jelenti, hogy a téglalapfüggvény számos egymást követő szinusz hullám összegéből áll, és a 0 frekvencia körüli szinusz hullámok amplitúdója és periódusa nagyobb, míg a távolabbi szinusz hullámok amplitúdója és periódusa kisebb.
Így a frekvenciák szempontjából nézve ellenőrizhető, hogy egy jel hány frekvenciából áll, és elemezhető az egyes jelek nagysága és amplitúdója.
Ha ellátogat erre az oldalra, könnyebben megértheti a Fourier-transzformációt!!! (Próbálja ki a téglalap hullámot!)
2. Analóg jel és digitális jel és föld
Az analóg jelek általában AC és DC (váltóáram és egyenáram) komponensekből állnak, ACa polaritásváltozó jelet jelenti, DCpedig az állandó állapotot jelenti. Az 1. részben megtanultuk, hogy minden jel több frekvenciájú jel összegeként állítható elő. Vagyis minden analóg jel több frekvenciakomponens összegével állítható elő.
A digitális jelek túlnyomórészt DC komponensekből állnak. Vagyis a digitális jelek is az analóg jelek egy fajtái. Csak egy bizonyos küszöbértéket határozunk meg, és ha a jel értéke a küszöbérték felett van, akkor High, ha pedig alatta, akkor Low értéket kap.
A digitális jel 0 → 1, 1→ 0. változásakor pattogást (bounce) okoz, ami problémákat okozhat a digitális rendszerben (túl alacsony feszültség vagy hibás felismerés). Ezért a tervezés során ezt figyelembe kell venni.
A GND = GROUND a 0V-os referenciaértéket jelenti, és az elem negatív pólusát is jelölheti. A GND az a pont, ahová minden áram befolyik, és ez jelenti a 0 és 1 közötti megkülönböztetés alapját.
3. Szuper egyszerű áramköri elmélet
Ellenállás : Az ellenállás korlátozhatja az áramkörben áramló áram mennyiségét! Az ellenálláson való áthaladáskor az ellenállás x áram értékével egyenlő feszültség esik. Képlettel kifejezve: V=IR
Kondenzátor : A kondenzátor a váltakozóáramú (AC) komponenseket átengedi, az egyenáramú (DC) komponenseket pedig nem, vagyis a váltakozóáramú és egyenáramú komponensek frekvenciájától függően változik az ellenállása. dV/dt = I / C Vagyis minél nagyobb a feszültség idő szerinti változása, annál jobban átengedi, és annál kisebb az ellenállása. Ha a C értéke nagyobb, akkor több áram folyik!!
Egy másik tulajdonsága, hogy képes az áramot tárolni és kisütni.
Tegnap : A tekercs megakadályozza az áram változását. V = L dI/dt Vagyis csak az alacsony frekvenciájú áram áramlik át. Ez azt jelenti, hogy megakadályozza a hirtelen jelek áramlását. Vagyis minél nagyobb az L, annál kisebb az áram!!
Összefoglalva, egy adott feszültségre állítható az áram erőssége,
R esetén, minél nagyobb az R, annál kisebb az áram, C esetén, minél kisebb a C, annál kisebb az áram, L esetén, minél nagyobb az L, annál kisebb az áram.
Frekvencia szempontjából nézve, egy adott RLC értéknél R nem függ a frekvenciától, C esetén, minél nagyobb a frekvencia, annál kisebb az ellenállás, (több áram folyik át), L esetén, minél nagyobb a frekvencia, annál nagyobb az ellenállás. (Nehéz az áram átáramlása)
Szűrő!
Aluláteresztő szűrő (LPF) : Olyan szűrő, amely csak az alacsony frekvenciájú komponenseket engedi át, és mivel a zaj általában magas frekvenciájú komponens, ezért az LPF-et gyakran használják.
A kondenzátor nem engedi át az egyenáramot (DC), ezért nyitott áramkör lesz. Vagyis, VinDC = DoutDC
Amikor a kondenzátor átengedi a váltakozóáramot (AC), rövidzárlatos lesz, és zárt áramkör keletkezik. Itt az R ellenállásértékétől függ az áramló áram értéke. Ezért az áram áramlásának, vagyis a hőtermelésnek a csökkentése érdekében növelhető az R komponens nagysága.
Tranzisztor
A tranzisztor feladata, hogy lehetővé tegye az áram tetszőleges szabályozását!
A B a bázist (base), az E az emittert (emitter), a C pedig a kollektor (collector) jelenti, és ha a B bekapcsolja a kapcsolót, akkor az E-C össze van kötve, és áram folyik át rajta, különben le van tiltva. Hogyan határozzuk meg az áramló áram mennyiségét? Attól függ, hogy mekkora feszültséget adunk a B-E közé!!
A bázisba adott feszültség mennyiségétől függően telítési tartomány, aktív tartomány és leállítási tartomány keletkezik. Aktív tartomány: A C-E közötti áram nagymértékben megváltozik a B bemenetének hatására! Leállítási tartomány: A B feszültsége túl alacsony ahhoz, hogy áram folyjon a C-E között! Telítési tartomány: A B feszültsége túl magas ahhoz, hogy további áram folyjon a C-E között!
A tranzisztor két funkciója itt jön létre: erősítés és kapcsolási funkció!
A kapcsolási funkció a leállítási és a telítési tartomány segítségével valósítható meg,
Az erősítő funkció pedig az aktív tartomány segítségével valósítható meg.
4. Felhúzás, lehúzás és nyitott kollektor
A Low Active (alacsony aktív) CS(chip Select)_, / stb. jelöli, és azt jelenti, hogy a jel alacsony szintjén működik. Ezzel szemben a 1-es szinten működő jelet High Active (magas aktív)-nak nevezzük.
A képen látható módon, ha a digitális chip nagy ellenállású, akkor Low Active esetén a felhúzás azt jelenti, hogy a kapcsoló bekapcsolt állapotában 0 érték kerül a digitális chipre, a lehúzás pedig azt, hogy a kapcsoló kikapcsolt állapotában magas érték kerül a chipre. High Active esetén fordítva van!!
A felhúzás és a lehúzás meghatározza, hogy milyen alapértelmezett szintet állítsunk be. A valós világban lévő chipeknél a fenti példában bemutatott módon még egy kis elektrosztatikus kisülés is elindíthatja a motort. Ha ez a motor egy ágyú, akkor nagyon nagy baj van.
A felhúzás és a lehúzás funkcióját a tranzisztor is elláthatja.