หัวข้อ
- #ฝังตัว
ผมเรียนจบวิศวกรรมไฟฟ้า แต่ตอนเรียนปริญญาตรีนั้น ผมไม่ได้คิดถึงความหมายหรือความจำเป็นของแต่ละวิชาเลย แค่เรียนเพื่อเอาเกรดเฉยๆ แน่นอนว่าพอเรียนจบเทอมและผ่านช่วงปิดเทอมไป ความรู้ที่อยู่ในหัวก็หายไปหมดเลย ㅜ_ㅜ
หนังสือเล่มนี้ผมไปเจอตอนที่กำลังหาข้อมูลเพื่อเรียนรู้ด้าน Embedded System พอได้ลองอ่านคร่าวๆ แล้วรู้สึกว่ามันจัดวางเนื้อหาได้ดีมาก สามารถอธิบายเรื่อง Embedded System ที่ค่อนข้างยากให้เข้าใจง่ายขึ้น แต่เนื้อหาของมันก็หนักแน่นในเวลาเดียวกัน
คราวนี้ผมอยากลองใส่ความรู้ลงไปในหัวบ้าง เลยจะลองสรุปเนื้อหาในหนังสือเล่มนี้ลงบล็อกดูครับ!!!
เริ่มเลย!
บทที่ 1 Hardware Collage -การอ่านวงจร
1. สัญญาณและความถี่
การแปลงฟูริเยร์ (Fourier Transform) คืออะไร?
สัญญาณทุกชนิดสามารถแสดงได้ด้วยผลรวมของ Cos หรือ Sin !! → ซึ่งหมายความว่าในที่สุดแล้ว เราจะแยกสัญญาณออกเป็นความถี่ต่างๆ
ยกตัวอย่างเช่น ฟังก์ชันสี่เหลี่ยม
เมื่อมองฟังก์ชันสี่เหลี่ยมจากมุมมองของความถี่ มันจะกลายเป็นฟังก์ชัน sinc ซึ่งหมายความว่า ฟังก์ชันสี่เหลี่ยมนั้นประกอบด้วยคลื่นไซน์จำนวนมากที่ต่อเนื่องกัน และคลื่นไซน์ที่มีความถี่ใกล้ 0 จะมีแอมพลิจูดและคาบที่ยาวกว่า ส่วนคลื่นไซน์ที่อยู่ไกลออกไปจะมีแอมพลิจูดและคาบที่สั้นลง
การมองจากมุมมองของความถี่แบบนี้ช่วยให้เราสามารถตรวจสอบได้ว่าสัญญาณหนึ่งๆ ประกอบด้วยความถี่กี่ความถี่ และสามารถวิเคราะห์ขนาดและแอมพลิจูดของแต่ละสัญญาณได้
เข้าไปที่เว็บไซต์นี้แล้วจะช่วยให้เข้าใจการแปลงฟูริเยร์ได้ง่ายขึ้น!!! (ลองเปลี่ยนเป็นคลื่นสี่เหลี่ยมดูสิครับ!)
2. สัญญาณอนาล็อก & สัญญาณดิจิทัล & กราวด์
สัญญาณอนาล็อกโดยทั่วไปจะประกอบด้วยส่วนประกอบ AC และ DC (กระแสสลับและกระแสตรง) โดยACเป็นสัญญาณที่มีขั้วเปลี่ยนแปลง และDCหมายถึงสถานะที่คงที่ จากบทที่ 1 เราได้เรียนรู้ว่าสัญญาณทุกชนิดสามารถสร้างขึ้นได้จากการนำสัญญาณหลายความถี่มาบวกกัน นั่นหมายความว่าสัญญาณอนาล็อกทุกชนิดสามารถสร้างขึ้นได้จากการนำสัญญาณหลายความถี่มาบวกกัน
สัญญาณดิจิทัลส่วนใหญ่ประกอบด้วยส่วนประกอบ DC กล่าวคือ สัญญาณดิจิทัลก็เป็นสัญญาณอนาล็อกชนิดหนึ่ง เพียงแต่เราจะกำหนดค่าเกณฑ์ (threshold) ไว้ ถ้าค่าสัญญาณเกินค่าเกณฑ์ก็จะถือว่าเป็น High ถ้าต่ำกว่าก็จะถือว่าเป็น Low
เมื่อสัญญาณดิจิทัลเปลี่ยนจาก 0 → 1 หรือ 1→ 0 มันจะเกิดการกระเพื่อม (Bounce) ขึ้น ซึ่งส่วนนี้สามารถทำให้เกิดปัญหาในระบบดิจิทัลได้ (เช่น แรงดันไฟฟ้าลดลง หรือเกิดข้อผิดพลาดในการรับรู้) ดังนั้น เราจึงต้องออกแบบระบบโดยคำนึงถึงส่วนนี้ด้วย
GND = GROUND หมายถึง 0V ที่เป็นจุดอ้างอิง และบางครั้งก็หมายถึงขั้วลบของแบตเตอรี่ด้วย GND เป็นจุดที่กระแสไฟฟ้าทั้งหมดไหลมารวมกัน และเป็นจุดอ้างอิงในการแยกแยะระหว่าง 0 และ 1
3. ทฤษฎีวงจรเบื้องต้น
ตัวต้านทาน : ตัวต้านทานสามารถจำกัดปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวงจรได้! เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวต้านทาน แรงดันไฟฟ้าจะลดลงตามค่าของตัวต้านทานคูณกับค่ากระแสไฟฟ้า สามารถเขียนเป็นสูตรได้ดังนี้ V=IR
ตัวเก็บประจุ : ตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์ที่อนุญาตให้ส่วนประกอบกระแสสลับ (AC) ผ่านได้ แต่ไม่อนุญาตให้ส่วนประกอบกระแสตรง (DC) ผ่าน กล่าวคือ ค่าความต้านทานของตัวเก็บประจุจะแตกต่างกันไปตามความถี่ของส่วนประกอบกระแสสลับและกระแสตรง dV/dt = I / C นั่นคือ ยิ่งอัตราการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าตามเวลาสูงเท่าไหร่ ก็ยิ่งผ่านได้ง่ายและมีความต้านทานน้อยลงเท่านั้น ถ้าค่า C สูงขึ้น กระแสไฟฟ้าก็จะไหลมากขึ้น!!
คุณสมบัติอีกอย่างหนึ่งของตัวเก็บประจุคือสามารถเก็บประจุไฟฟ้าและคายประจุไฟฟ้าได้
ตัวเหนี่ยวนำ : ตัวเหนี่ยวนำทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้กระแสไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง V = L dI/dt นั่นคือ กระแสไฟฟ้าความถี่ต่ำเท่านั้นที่จะผ่านได้ หมายความว่า มันสามารถป้องกันการไหลของสัญญาณที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วได้ กล่าวคือ ยิ่งค่า L สูงขึ้น กระแสไฟฟ้าก็จะยิ่งน้อยลง!!
สรุปแล้ว เราสามารถกำหนดปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ต้องการสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดได้ โดย
กรณี R ยิ่งค่า R สูงขึ้น กระแสไฟฟ้าก็จะไหลน้อยลง
กรณี C ยิ่งค่า C ต่ำลง กระแสไฟฟ้าก็จะไหลน้อยลง
กรณี L ยิ่งค่า L สูงขึ้น กระแสไฟฟ้าก็จะไหลน้อยลง
เมื่อพิจารณาจากมุมมองของความถี่ สำหรับค่า RLC ที่กำหนดไว้
R จะไม่ขึ้นกับความถี่
C ยิ่งความถี่สูงขึ้น ความต้านทานก็จะยิ่งน้อยลง (กระแสไฟฟ้าไหลมากขึ้น)
L ยิ่งความถี่สูงขึ้น ความต้านทานก็จะยิ่งมากขึ้น (กระแสไฟฟ้าไหลได้ยาก)
ตัวกรอง!
Low Pass Filter (LPF) : ตัวกรองที่อนุญาตให้ส่วนประกอบความถี่ต่ำผ่านได้ โดยทั่วไปแล้ว สัญญาณรบกวนจะเป็นส่วนประกอบความถี่สูง จึงมักใช้ LPF
ตัวเก็บประจุไม่อนุญาตให้ DC ผ่าน ดังนั้นจึงเป็นวงจรเปิด (Open Circuit) กล่าวคือ VinDC = DoutDC
เมื่อตัวเก็บประจุอนุญาตให้ AC ผ่าน มันจะกลายเป็นวงจรปิด (Short Circuit) ในส่วนนี้ ค่าความต้านทานของ R จะส่งผลต่อค่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน ดังนั้น เพื่อลดการไหลของกระแสไฟฟ้า ซึ่งก็คือการลดความร้อน เราสามารถเพิ่มขนาดของส่วนประกอบ R ได้
ทรานซิสเตอร์
ทรานซิสเตอร์ทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยให้เราสามารถควบคุมกระแสไฟฟ้าได้อย่างอิสระ!
B คือ Base E คือ Emitter C คือ Collector เมื่อ B เปิดสวิตช์ มันจะเชื่อมต่อ E-C เพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน และถ้าไม่เปิดก็จะตัดการเชื่อมต่อ ในที่นี้ เราจะกำหนดปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านได้อย่างไร? คำตอบคือขึ้นอยู่กับว่าเราจ่ายแรงดันไฟฟ้าเข้าไปที่ B-E มากน้อยแค่ไหน!!
ขึ้นอยู่กับปริมาณแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายเข้าไปที่ Base จะทำให้เกิดบริเวณต่างๆ ได้แก่ บริเวณอิ่มตัว บริเวณใช้งาน และบริเวณตัด โดยบริเวณใช้งาน : กระแสไฟฟ้าระหว่าง C-E จะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วตามค่าอินพุตของ B! บริเวณตัด : แรงดันไฟฟ้าของ B ต่ำเกินไปจนกระแสไฟฟ้าระหว่าง C-E ไหลผ่านไม่ได้! บริเวณอิ่มตัว : แรงดันไฟฟ้าของ B สูงเกินไปจนกระแสไฟฟ้าระหว่าง C-E ไหลผ่านไม่ได้อีกต่อไป!
ฟังก์ชัน 2 อย่างของทรานซิสเตอร์มาจากตรงนี้ คือ ฟังก์ชันขยายสัญญาณ & สวิตช์!
การสวิตช์ใช้บริเวณตัดและบริเวณอิ่มตัวในการแสดงออก
ฟังก์ชันขยายสัญญาณสามารถแสดงออกได้โดยใช้บริเวณใช้งาน
4. Pull up, Pull down, & Open Collector
Low Active เขียนแทนด้วย CS(Chip Select)_ / ฯลฯ และหมายถึงการทำงานเมื่อแรงดันไฟฟ้าต่ำ ในทางกลับกัน High Active หมายถึงการทำงานเมื่อแรงดันไฟฟ้าสูง
ดังรูป ถ้า Digital Chip เป็นตัวต้านทานขนาดใหญ่ ใน Low Active Pull up จะทำให้แรงดันไฟฟ้า 0 ถูกจ่ายไปยัง Digital Chip เมื่อสวิตช์เปิด และ Pull down จะทำให้แรงดันไฟฟ้าสูงถูกจ่ายไปยังชิปเมื่อสวิตช์ปิด ใน High Active จะตรงกันข้าม!!
Pull up & Pull down เป็นการทำงานที่ขึ้นอยู่กับว่าเราจะกำหนดระดับค่าเริ่มต้น (default level) เป็นอะไร ในความเป็นจริง ชิปในโลกภายนอกอาจทำงานได้แม้มีไฟฟ้าสถิตย์เพียงเล็กน้อย ถ้าคิดว่ามอเตอร์นั้นคือปืนใหญ่ ก็คงจะเกิดเรื่องใหญ่ได้
ทรานซิสเตอร์ก็มีหน้าที่เหมือน Pull up & Pull down
ความคิดเห็น0