Встроенные Рецепты(1)

Я изучал электронику, но во время учебы в университете не задумывался о смысле и необходимости каждого предмета, просто гнался за хорошими оценками. Естественно, после окончания семестра и каникул в моей голове ничего не оставалось… ㅜ_ㅜ

Я нашел эту книгу, когда искал информацию по встраиваемым системам. Быстро просмотрев ее, я понял, что она очень хорошо структурирована, доступно объясняет сложные темы в области встраиваемых систем, но при этом содержание книги очень глубокое.

На этот раз я хочу хоть немного усвоить информацию, поэтому решил структурировать содержание книги в виде записей в блоге!!!

Начинаем!

Глава 1 Hardware Collage - Чтение схем

1. Сигнал и частота

Что такое преобразование Фурье?

Любой сигнал можно представить как сумму функций косинуса или синуса!! → В конечном итоге, сигнал разделяется по частотам.

Например, возьмем прямоугольную функцию,

С точки зрения частоты прямоугольная функция становится функцией sinc. Это означает, что прямоугольная функция состоит из множества непрерывных синусоид, и чем ближе синусоида к частоте 0, тем больше ее амплитуда и период, а чем дальше, тем меньше амплитуда и период.

Таким образом, с точки зрения частоты можно определить, из скольких частот состоит один сигнал, и проанализировать величину и амплитуду каждой из них.

http://www.falstad.com/fourier/ (сайт, на котором можно более наглядно понять преобразование Фурье!)

На этом сайте вы можете более подробно узнать о преобразовании Фурье!!! (Рекомендую поменять прямоугольную волну!)

2. Аналоговый сигнал & Цифровой сигнал & Земля

Аналоговый сигнал обычно состоит из компонентов переменного (AC) и постоянного (DC) тока,ACпредставляет собой сигнал с изменяющейся полярностью, аDCозначает стабильное состояние. В первой части мы узнали, что любой сигнал можно получить, сложив несколько сигналов с разными частотами. То естьлюбой аналоговый сигнал можно создать, сложив несколько составляющих с разными частотами.

Цифровой сигнал в основном состоит из постоянной составляющей (DC). То есть цифровой сигнал также является разновидностью аналогового сигнала. Однако в нём задаётся определенное пороговое значение, и если сигнал превышает это значение, то он считается высоким (High), а если ниже — низким (Low).

При переходе цифрового сигнала от 0 к 1 и от 1 к 0 могут возникать колебания, которые могут привести к проблемам в цифровой системе (снижение напряжения, ошибки распознавания). Поэтому при проектировании необходимо учитывать эти моменты.

GND = GROUND означает эталонный 0В, который также может означать отрицательный полюс батареи. GND — это точка, в которой собирается весь ток, и она служит отправной точкой для различения 0 и 1.

3. Краткие основы теории цепей

Сопротивление : Сопротивление может ограничивать количество тока, протекающего по цепи! При прохождении через сопротивление падает напряжение, равное произведению сопротивления на силу тока. Формула: V=IR

Конденсатор : Конденсатор пропускает переменный ток (AC) и блокирует постоянный ток (DC), то есть его сопротивление различно для переменного и постоянного тока в зависимости от их частоты. dV/dt = I / C, то есть чем больше скорость изменения напряжения во времени, тем легче ток проходит через конденсатор, и тем меньше его сопротивление. Если значение ёмкости C увеличивается, то ток протекает сильнее!!

Ещё одной особенностью конденсатора является его способность накапливать и разряжать ток.

Индуктивность : Индуктивность препятствует изменению тока. V = L dI/dt, то есть пропускает только низкочастотный ток. Это означает, что можно сказать, что индуктивность препятствует резким изменениям сигнала. То есть чем больше L, тем меньше ток!!

Подводя итог, можно сказать, что для заданного напряжения можно регулировать силу тока,

в случае R, чем больше R, тем меньше ток,
в случае C, чем меньше C, тем меньше ток,
в случае L, чем больше L, тем меньше ток.

С точки зрения частоты, при заданных значениях R, L и C
R не зависит от частоты,
C имеет меньшее сопротивление при высоких частотах (ток протекает сильнее),
L имеет большее сопротивление при высоких частотах (току труднее проходить).

Фильтр!

Фильтр нижних частот (LPF) : пропускает только низкочастотные составляющие, обычно используется для подавления шума, который, как правило, имеет высокую частоту.

Конденсатор не пропускает постоянный ток (DC), поэтому он становится разомкнутой цепью. То есть, VinDC = DoutDC

Когда конденсатор пропускает переменный ток (AC), он замыкается, образуя замкнутую цепь. В этом случае ток, протекающий через цепь, зависит от сопротивления R. Таким образом, для уменьшения тока и, следовательно, тепловыделения, можно увеличить сопротивление R.

Транзистор

Транзистор — это элемент, который позволяет свободно регулировать ток!

B — это база (base), E — это эмиттер (Emitter), C — это коллектор (Collector). При включении переключателя с помощью B, E и C соединяются, и ток начинает протекать, а в противном случае ток блокируется. Как же определить величину протекающего тока? Она зависит от того, насколько высокое напряжение подаётся между B и E!!

В зависимости от величины напряжения, подаваемого на базу, возникают области насыщения, активной работы и отсечки. Область активной работы: ток между C и E сильно меняется под воздействием входного сигнала B! Область отсечки: напряжение B слишком низкое, и ток между C и E не течёт! Область насыщения: напряжение B слишком высокое, и ток между C и E больше не течёт!

Отсюда вытекают две основные функции транзистора: усиление и переключение.

Переключение реализуется с использованием областей отсечки и насыщения,

а усиление — с использованием области активной работы.

4. Подтягивающий резистор (Pull up), подтягивающий резистор к земле (Pull down) & Открытый коллектор

Low Active обозначается как CS(chip Select)_, / и т.д. и означает, что устройство работает при низком напряжении. Напротив, High Active — это устройство, которое работает при высоком напряжении.

Как показано на рисунке, если цифровая микросхема имеет большое сопротивление, то при Low Active подтягивающий резистор (Pull up) при включенном переключателе подаёт на цифровую микросхему значение 0, а подтягивающий резистор к земле (Pull down) при выключенном переключателе подаёт на неё значение High. При High Active всё наоборот!!

Pull up & Pull down — это операции, которые определяют, какое значение будет использоваться по умолчанию. В реальных микросхемах, если бы всё было так же, как в примере, то даже небольшое статическое электричество могло бы привести к включению двигателя. Если представить, что этот двигатель — это пушка, то это будет очень опасно.

Транзистор выполняет ту же функцию, что и pull up & pull down.