02.26 cpu如何處理模擬電壓信號的?

專打出頭鳥之辯心術心


CPU是數字電路時代的產物,只能處理數字信號而不能處理模擬信號 ,如果要處理模擬信號只能通過AD來實現,即模擬量轉化為數字量,並且只能處理模擬電壓信號。

AD採樣的過程

所謂AD採樣就是將模擬信號轉化為數字量信號的過程,單片機在進行AD採樣時都需要一個參考電壓,並且AD採樣時都一個位數如10位、12位。被採集的電壓信號不能超過參考電壓。例如,被採集電壓是2.5V,參考電壓是5V,而採樣位數位10位,在採樣過程如下:

10位的AD採樣的數字量範圍為0-1023,共有1024份,CPU將(0-5)V的電壓信號量化到0-1023,即0V時對應0,5V時對應最大數1023,如果被採集電壓是2.5V為5V的一般,則對應512,計算公式為:

對應的數字量 = 1024× 被採集電壓/參考電壓。

AD採樣的實現方法

目前很多單片就都帶有AD片上資源,可以直接進行AD採樣,如果沒有片上資源可以通過專用的AD採樣芯片來實現,如AD7789、AD7920等。很多的AD採樣芯片是多通道的,具有IIC或者SPI通信接口與單片機通信,如ADS1015等。

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首先CPU只能處理數字信號,模擬電壓信號必須轉換為數字信號,CPU才可以處理

摸擬信號是怎麼轉換為數字信號的?

  • 以5V電壓為基準,分為1024
  • 每份電壓為:5/1024=0.0049V
  • 0V~0.0049V=0
  • 0.0049V~2*0.0049V=1
  • 2*0.0049~3*0.0049=2
  • 如此類推
  • 1022*0.0049~1023*0.0049=1023

這樣就可以把摸擬信號變為數字信號了

使用專用IC把摸擬信號轉換為數字信號

  • 用不同的分辨率可選

  • 有多通道可選

單片機(MCU)模擬輸入口(ADC)輸入進行模擬信號轉換

一般的單片機(MCU)都會集成ADC模塊,使用很方便。可以按需求選用需要的精度和通道數就可以了。當然要自己寫一個簡單的單片機程序了。使用的時候要注意設定參考電壓,參考電壓不穩定,轉換出來的結果就不準確了哦!

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模擬電壓必須先轉換成數字信號才能被cpu處理,轉換方法有很多種,也有很多現成的轉換模塊,平常使用只需考慮模擬信號最大幅度以及轉換精度即可。



雲裡霧裡說物理


簡單而言,晶體管就是微型電子開關,它們是構建CPU的基石,你可以把一個晶體管當作一個電燈開關,它們有個操作位,分別代表兩種狀態:ON(開)和OFF(關)。

1.這一開一關就相當於晶體管的連通與斷開,而這兩種狀態正好與二進制中的基礎狀態“0”和“1”對應!這樣,計算機就具備了處理信息的能力。但你不要以為,只有簡單的“0”和“1”兩種狀態的晶體管的原理很簡單,其實它們的發展是經過科學家們多年的辛苦研究得來的。

2.在晶體管之前,計算機依靠速度緩慢、低效率的真空電子管和機械開關來處理信息。後來,科研人員把兩個晶體管放置到一個硅晶體中,這樣便創作出第一個集成電路,再後來才有了微處理器。

看到這裡,你一定想知道,晶體管是如何利用“0”和“1”這兩種電子信號來執行指令和處理數據的呢?

3.其實,所有電子設備都有自己的電路和開關,電子在電路中流動或斷開,完全由開關來控制,如果你將開關設置為OFF,電子將停止流動,如果你再將其設置為ON,電子又會繼續流動。晶體管的這種ON與OFF的切換隻由電子信號控制,我們可以將晶體管稱之為二進制設備。

4.晶體管的ON狀態用“1”來表示,而OFF狀態則用“0”來表示,就可以組成最簡單的二進制數。眾多晶體管產生的多個“1”與“0”的特殊次序和模式能代表不同的情況,將其定義為字母、數字、顏色和圖形。舉個例子,十進位中的1在二進位模式時也是“1”,2在二進位模式時是“10”,3是“11”,4是“100”,5是“101”,6是“110”等等,依此類推,這就組成了計算機工作採用的二進制語言和數據。

5.成組的晶體管聯合起來可以存儲數值,也可以進行邏輯運算和數字運算。加上石英時鐘的控制,晶體管組就像一部複雜的機器那樣同步地執行它們的功能。







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