Om het embedded-domein beter te begrijpen, hebben we de inhoud van dit boek samengevat, waarin onderwerpen als Fourier-transformatie, analoge en digitale signalen en basisprincipes van schakelingen worden behandeld.
We leggen de kenmerken en werkingsprincipes van componenten zoals weerstanden, condensatoren, spoelen en transistoren uit, en introduceren concepten zoals pull-up, pull-down en open collector.
Dit kan helpen bij het verwerven van basiskennis die nodig is voor het ontwerpen en begrijpen van embedded systemen, en het begrijpen van de rol en interactie van elektronische schakelingselementen.
Ik heb elektrotechniek gestudeerd, maar tijdens mijn studietijd heb ik nooit nagedacht over de betekenis en noodzaak van de verschillende vakken die ik volgde. Ik volgde ze gewoon om mijn cijfers te halen. En natuurlijk, zodra de semester voorbij was en de vakantie begon, was er niets meer van over in mijn hoofd… ㅜ_ㅜ
Ik kwam dit boek tegen tijdens het zoeken naar informatie over embedded systemen. Na er even doorheen te bladeren, vond ik de structuur erg goed doordacht. Het behandelt het complexe onderwerp van embedded systemen op een toegankelijke manier, maar de inhoud is toch diepgaand.
Deze keer wil ik echt proberen om de kennis in mijn hoofd te krijgen, dus ik ga de inhoud van het boek samenvatten in een blogpost!!!
Elk signaal kan worden weergegeven als de som van cosinus- of sinusfuncties!! → Kortom, het signaal wordt gescheiden op basis van frequentie.
Neem bijvoorbeeld een rechthoekfunctie,
Vanuit frequentieperspectief gezien, wordt de rechthoekfunctie een sinc-functie. Dit betekent dat een rechthoekfunctie is opgebouwd uit een oneindig aantal sinusgolven. De sinusgolven rond frequentie 0 hebben een grote amplitude en periode, terwijl de sinusgolven verder weg een kleinere amplitude en kortere periode hebben.
Door naar een signaal vanuit een frequentieperspectief te kijken, kunnen we zien uit hoeveel frequenties het bestaat en de grootte en amplitude van elke frequentie analyseren.
Op deze website kunt u de Fouriertransformatie beter begrijpen!!! (Verander de rechthoekgolf om het te zien!)
2. Analoog signaal & Digitaal signaal & Aarde
Een analoog signaal bestaat doorgaans uit AC- en DC-componenten (wisselstroom en gelijkstroom), ACis een signaal waarvan de polariteit verandert, en DCgeeft een stabiele toestand aan. In hoofdstuk 1 hebben we geleerd dat elk signaal kan worden opgebouwd uit meerdere frequentiesignalen. Dat wil zeggen,elk analoog signaal kan worden gegenereerd door meerdere frequentiecomponenten op te tellen.
Een digitaal signaal bestaat voornamelijk uit DC-componenten. Dat wil zeggen, een digitaal signaal is ook een soort analoog signaal. Het verschil is dat er een bepaalde drempelwaarde wordt ingesteld, en als de waarde boven deze drempelwaarde ligt, wordt het als 'Hoog' beschouwd, en als de waarde eronder ligt, wordt het als 'Laag' beschouwd.
Wanneer een digitaal signaal van 0 naar 1 of van 1 naar 0 verandert, kan er 'Bounce' optreden. Dit kan problemen veroorzaken in digitale systemen (de spanning kan te laag worden of er kunnen herkenningsfouten optreden). Daarom moet dit bij het ontwerp worden meegenomen.
GND = GROUND staat voor de referentiewaarde van 0V en kan ook worden gezien als de negatieve pool van een batterij. GND is het punt waar alle stroom naartoe stroomt en dient als referentiepunt om 0 en 1 te onderscheiden.
3. Zeer eenvoudige schakelingstheorie
Weerstand : Een weerstand kan de hoeveelheid stroom die door een schakeling stroomt beperken! Na het passeren van een weerstand, zal de spanning met weerstand x stroom dalen. In een formule: V=IR
Capacitor : Een capacitor laat AC-componenten (wisselstroom) door, maar blokkeert DC-componenten (gelijkstroom). Dit betekent dat de weerstand anders is voor AC- en DC-componenten, afhankelijk van hun frequentie. dV/dt = I / C, wat betekent dat hoe groter de veranderingssnelheid van de spanning is, hoe beter het doorgelaten wordt en hoe lager de weerstand. Als de waarde van C toeneemt, zal er meer stroom gaan stromen!!
Een andere eigenschap is dat het stroom kan opslaan en vervolgens weer loslaten.
Inductor : Een inductor voorkomt dat de stroom verandert. V = L dI/dt, wat betekent dat alleen lage frequenties doorstromen. Dit betekent dat het de stroom van plotselinge signalen blokkeert. Met andere woorden, hoe groter L, hoe kleiner de stroom!!
Samengevat kunnen we voor een bepaalde spanning de hoeveelheid stroom bepalen,
In het geval van R, hoe groter R, hoe minder stroom er stroomt, In het geval van C, hoe kleiner C, hoe minder stroom er stroomt, In het geval van L, hoe groter L, hoe minder stroom er stroomt.
Vanuit frequentieperspectief gezien, voor bepaalde RLC-waarden, R is niet afhankelijk van de frequentie, C heeft een lagere weerstand bij hogere frequenties (er stroomt meer stroom), L heeft een hogere weerstand bij hogere frequenties (de stroom kan er moeilijker doorheen).
Filter!
Low Pass Filter (LPF): Dit is een filter dat alleen lage frequenties doorlaat. Omdat ruis vaak een hoge frequentie heeft, wordt LPF vaak gebruikt.
Omdat een capacitor DC niet doorlaat, wordt het een onderbroken, open schakeling. Dus VinDC = DoutDC
Wanneer een capacitor AC doorlaat, wordt het kortgesloten en ontstaat er een gesloten schakeling. Hierbij hangt de stroomsterkte af van de weerstand van R. Daarom kan de grootte van de R-component worden vergroot om de stroom, en dus de warmteontwikkeling, te verminderen.
Transistor
De functie van een transistor is om de stroom te kunnen regelen!
B staat voor base, E voor emitter en C voor collector. Als B wordt geactiveerd, wordt E-C verbonden en gaat er stroom lopen. Anders wordt het onderbroken. Hoe wordt de hoeveelheid stroom die door de transistor stroomt bepaald? Dat hangt af van de spanning die tussen B-E wordt aangelegd!!
Afhankelijk van de aangelegde spanning op de base ontstaan er een verzadigingsgebied, een actief gebied en een afsnijgebied. Actief gebied: het gebied waar de stroom tussen C-E sterk verandert door de ingang op B! Afsnijgebied: het gebied waar de spanning op B te laag is en er geen stroom tussen C-E stroomt! Verzadigingsgebied: het gebied waar de spanning op B te hoog is en er geen stroom meer tussen C-E stroomt!
De twee functies van een transistor komen hier vandaan: versterking en schakelen!
Schakelen wordt weergegeven met behulp van het afsnijgebied en het verzadigingsgebied,
Versterken kan worden weergegeven met behulp van het actieve gebied.
4. Pull-up, Pull-down & Open Collector
Low Active wordt aangegeven met CS(chip Select)_, /, etc. en betekent dat het actief is bij een lage spanning. Omgekeerd wordt een functie die actief is bij een hoge spanning High Active genoemd.
Zoals te zien is in de afbeelding, als de digitale chip een grote weerstand heeft, wordt bij Low Active de waarde 0 naar de digitale chip gestuurd als de schakelaar aan staat in het geval van Pull-up, en wordt de waarde High naar de chip gestuurd als de schakelaar uit staat in het geval van Pull-down. Bij High Active is het precies andersom!!
Pull-up en Pull-down bepalen welke standaardwaarde wordt gebruikt. In de praktijk kan een chip, zoals in het bovenstaande voorbeeld, zelfs door een kleine statische lading een motor laten draaien. Als die motor een kanon is, kan dat tot grote problemen leiden.
Een transistor kan dezelfde functie vervullen als Pull-up en Pull-down.