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电子系统基础

信号质量:模拟世界进入数字系统

14 分钟

温度和光照来自连续物理量,进入控制器后成为采样数字。这个过程包含传感器误差、模拟调理、量化、采样和软件换算。屏幕显示更多小数,不代表系统获得了更多真实信息。

量程与分辨率

ADC把参考电压范围分成有限等级。若信号只占很小范围,有效分辨率被浪费;若超过量程则饱和。量程设计要覆盖正常与合理异常,并尽量利用可用范围。

采样率匹配变化速度

室温变化慢,每毫秒采样既浪费资源又主要看到噪声;按键边沿变化快,需要更及时采样或中断。采样率不是越高越好,要由信号带宽和控制需求决定。

噪声与滤波

均值可减小随机波动,中值能抑制孤立尖峰,低通滤波让曲线平滑但引入延迟。报警系统必须把滤波延迟计入响应时间需求。

接地与布线

高电流蜂鸣器回流若与微弱模拟信号共享不合理路径,会把压降叠加到测量。分清回流路径、缩短高阻节点,并避免模拟线靠近快速开关线。

校准和原始数据

用已知参考点建立换算,保存原始ADC值、处理值与单位。若只记录最终温度,难以判断问题出在传感器、换算还是滤波。

测量记录还应带时间戳。

实验:记录静态传感器100次原始值,比较均值与中值滤波,并测量各自响应延迟。

小纸条

传感器数值滤波为什么会影响系统响应时间?