Bài viết tóm tắt nội dung của cuốn sách, bao gồm các chủ đề như biến đổi Fourier, tín hiệu tương tự và số, lý thuyết mạch cơ bản, nhằm giúp người đọc dễ dàng tiếp cận lĩnh vực nhúng.
Bài viết giải thích đặc điểm và nguyên lý hoạt động của các linh kiện như điện trở, tụ điện, cuộn cảm, transistor, đồng thời giới thiệu các khái niệm như pull-up, pull-down, open collector.
Bài viết giúp người đọc nắm vững kiến thức cơ bản cần thiết cho việc thiết kế và hiểu biết về hệ thống nhúng, đồng thời hiểu rõ vai trò và tương tác giữa các thành phần trong mạch điện tử.
Tôi đã theo học ngành Kỹ thuật điện tử, nhưng trong thời gian học đại học, tôi đã không suy nghĩ về ý nghĩa và sự cần thiết của việc học từng môn học, chỉ chăm chăm vào việc lấy điểm. Tất nhiên, sau khi kết thúc học kỳ và qua kỳ nghỉ hè, những gì còn đọng lại trong đầu tôi là con số 0… ㅜ_ㅜ
Cuốn sách này là cuốn sách tôi tìm thấy khi tìm kiếm thông tin để học về lĩnh vực nhúng, và khi lướt qua, tôi thấy nó được sắp xếp rất hợp lý, giải thích lĩnh vực nhúng phức tạp một cách dễ hiểu nhất có thể, nhưng nội dung lại rất sâu sắc.
Lần này, tôi muốn ghi nhớ kiến thức vào đầu óc mình nên sẽ tóm tắt nội dung sách vào blog!!!
Bắt đầu ngay bây giờ!
Chương 1 Hardware Collage - Đọc sơ đồ mạch
1. Tín hiệu và tần số
Biến đổi Fourier là gì?
Mọi tín hiệu đều có thể biểu diễn dưới dạng tổng của các hàm Cos hoặc Sin!! → Về cơ bản là phân tách tín hiệu theo từng tần số.
Lấy ví dụ hàm bậc thang,
Khi nhìn hàm bậc thang từ góc độ tần số, nó trở thành hàm sinc, điều này có nghĩa là hàm bậc thang được tạo thành từ vô số sóng sin liên tục, và sóng sin xung quanh tần số 0 có biên độ và chu kỳ dài, trong khi các sóng sin xa hơn có biên độ và chu kỳ ngắn hơn.
Nhìn từ góc độ tần số như vậy, chúng ta có thể xác định một tín hiệu được tạo thành từ bao nhiêu tần số và có thể phân tích biên độ và cường độ của từng tín hiệu đó.
Truy cập vào trang web này, bạn sẽ hiểu rõ hơn về biến đổi Fourier!!! (Hãy thử thay đổi sóng vuông để xem nhé!)
2. Tín hiệu Analog & Tín hiệu Digital & Ground
Tín hiệu analog thường được tạo thành từ các thành phần AC và DC (dòng xoay chiều và dòng một chiều), AClà tín hiệu có cực tính thay đổi, trong khi DCbiểu thị trạng thái ổn định. Ở phần 1, chúng ta đã học rằng mọi tín hiệu đều có thể được tạo ra bằng cách cộng các tín hiệu có nhiều tần số khác nhau. Nói cách khác, mọi tín hiệu analog đều có thể được tạo ra bằng cách cộng các thành phần tần số khác nhau.
Tín hiệu kỹ thuật số chủ yếu được tạo thành từ thành phần DC. Nói cách khác, tín hiệu kỹ thuật số cũng là một dạng tín hiệu analog. Tuy nhiên, nó thiết lập một giá trị ngưỡng nhất định, nếu giá trị vượt quá ngưỡng thì được coi là High, còn nếu thấp hơn thì được coi là Low.
Khi tín hiệu kỹ thuật số chuyển đổi từ 0 → 1 hoặc 1 → 0, nó sẽ tạo ra hiện tượng dội (bounce), và điều này có thể gây ra vấn đề trong hệ thống kỹ thuật số (điện áp giảm hoặc lỗi nhận dạng). Vì vậy, chúng ta cần phải tính đến điều này trong quá trình thiết kế.
GND = GROUND biểu thị 0V làm chuẩn và cũng có thể biểu thị cực âm của pin. GND là điểm hội tụ của tất cả các dòng điện và là điểm chuẩn để phân biệt 0 và 1.
3. Lý thuyết mạch siêu đơn giản
Điện trở : Điện trở có thể hạn chế lượng dòng điện chạy trong mạch! Khi dòng điện đi qua điện trở, điện áp sẽ giảm xuống một lượng bằng điện trở nhân với dòng điện. Công thức biểu diễn là V=IR
Tụ điện : Tụ điện là linh kiện cho phép dòng xoay chiều (AC) đi qua nhưng ngăn dòng một chiều (DC) đi qua, nghĩa là điện trở của nó thay đổi tùy thuộc vào tần số của dòng xoay chiều và dòng một chiều. dV/dt = I / C, nghĩa là tốc độ thay đổi điện áp theo thời gian càng lớn thì dòng điện càng dễ đi qua và điện trở càng nhỏ. Giá trị C càng lớn thì dòng điện càng mạnh!!
Một đặc tính khác của tụ điện là khả năng tích trữ và phóng điện.
Cuộn cảm : Cuộn cảm ngăn cản sự thay đổi của dòng điện. V = L dI/dt, nghĩa là chỉ có dòng điện có tần số thấp mới đi qua được. Điều này có nghĩa là nó có thể ngăn chặn sự thay đổi đột ngột của tín hiệu. Nói cách khác, giá trị L càng lớn thì dòng điện càng nhỏ!!
Tóm lại, đối với một điện áp nhất định, chúng ta có thể điều chỉnh lượng dòng điện,
Đối với R, giá trị R càng lớn thì dòng điện càng nhỏ, Đối với C, giá trị C càng nhỏ thì dòng điện càng nhỏ, Đối với L, giá trị L càng lớn thì dòng điện càng nhỏ.
Xét từ góc độ tần số, với các giá trị RLC nhất định, R không bị ảnh hưởng bởi tần số, C có điện trở càng nhỏ khi tần số càng cao (dòng điện càng mạnh), L có điện trở càng lớn khi tần số càng cao (dòng điện khó chảy hơn).
Bộ lọc!
Bộ lọc thông thấp (LPF): Bộ lọc chỉ cho phép các thành phần tần số thấp đi qua, thường được sử dụng để loại bỏ nhiễu vì nhiễu thường là các thành phần tần số cao.
Tụ điện không cho phép DC đi qua, vì vậy nó trở thành mạch hở. Nghĩa là, VinDC = DoutDC
Khi tụ điện cho phép AC đi qua, nó sẽ trở thành mạch kín. Ở đây, cường độ dòng điện sẽ thay đổi tùy thuộc vào giá trị điện trở R. Do đó, để giảm dòng điện, tức là giảm nhiệt, ta có thể tăng giá trị R.
Transistor
Transistor có chức năng điều chỉnh dòng điện một cách linh hoạt!
B là Base, E là Emitter, C là Collector. Khi B bật, nó sẽ kết nối E-C để cho phép dòng điện chạy qua, nếu không thì sẽ ngắt dòng điện. Vậy làm thế nào để xác định lượng dòng điện chạy qua? Điều này phụ thuộc vào việc bạn cấp điện áp mạnh đến mức nào vào giữa B-E!!
Tùy thuộc vào lượng điện áp được cấp vào base, sẽ có các vùng bão hòa, vùng hoạt động và vùng cắt. Vùng hoạt động: dòng điện giữa C-E thay đổi đáng kể do tín hiệu đầu vào của B! Vùng cắt: Điện áp B quá thấp nên dòng điện giữa C-E không thể chạy! Vùng bão hòa: Điện áp B quá cao nên dòng điện giữa C-E không thể chảy thêm nữa!
Hai chức năng của transistor xuất phát từ đây là chức năng khuếch đại & chức năng chuyển mạch!
Chức năng chuyển mạch được thể hiện bằng cách sử dụng vùng cắt và vùng bão hòa
Chức năng khuếch đại có thể được thể hiện bằng cách sử dụng vùng hoạt động.
4. Pull up, Pull down, & Open Collector
Low Active được ký hiệu là CS(chip Select)_, /, v.v. và có nghĩa là hoạt động khi điện áp thấp. Ngược lại, hoạt động khi điện áp cao được gọi là High Active.
Như hình vẽ, nếu Digital Chip là một điện trở lớn, thì trong Low Active, Pull up sẽ đưa giá trị 0 vào Digital Chip khi công tắc bật, và Pull down sẽ đưa giá trị cao vào chip khi công tắc tắt. Trong High Active thì ngược lại!!
Pull up & Pull down có thể được coi là việc xác định mức mặc định là gì. Trong thực tế, nếu chip hoạt động như ví dụ trên, thì ngay cả điện tích tĩnh nhỏ cũng có thể khiến động cơ hoạt động. Nếu động cơ đó là một khẩu pháo thì thật nguy hiểm.
Transistor cũng có chức năng tương tự như Pull up & Pull down.