Учебное пособие по аналого-цифровому преобразованию: 7 шагов

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

Привет, ребята, в этом семестре я работаю ассистентом преподавателя для введения в инженерный класс для специальностей биомедицинской инженерии в Университете Вандербильта. Я создал это видео, чтобы объяснить им аналого-цифровое преобразование, потому что время на уроке истекло, а я не дошел до этого момента на лекции. Я наткнулся на Teach It! Конкурс Instructables и подумал, если у меня уже есть видео, почему бы не принять участие в конкурсе, так что вот оно.

Видео дает простое введение в аналого-цифровое преобразование, а затем объясняет, как это связано с чтением данных с акселерометра с помощью Arduino. Для тех из вас, кто не знает, как следует из названия, акселерометр измеряет силу тяжести на устройстве. Этот акселерометр, в частности, измеряет ускорение по осям x, y и z. В демонстрации я использую акселерометр MMA7361, а его техническое описание можно найти в Интернете. Таблица даст более подробную информацию о самом акселерометре. Если вы выполните поиск в Google "MMA7361 filetype: pdf", оно должно сразу же появиться. Он также прилагается к данному Руководству. Если вы не привыкли читать таблицы данных, это может немного напугать. Не стесняйтесь спрашивать, есть ли у вас какие-либо вопросы. Кроме того, если вам интересно, модуль акселерометра, который я использую, был куплен на Amazon у Virtuabotix. В любом случае, вот мое видео. Само видео самодостаточно, но я выделил основные его части поэтапно, если вы хотите краткое изложение. Надеюсь, ты чему-нибудь научишься. И если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь их задавать.

Если вам нравится мой учебник, пожалуйста, проголосуйте за него в учебном пособии «Учите это!». Конкурс.

Шаг 1. Что такое аналого-цифровое преобразование

Аналого-цифровое преобразование (АЦП) - это процесс получения переменного сигнала и его «оцифровки», чтобы компьютер мог его обработать.

Шаг 2. Биты или… количество состояний

Arduino имеет 10-битный АЦП, что означает, что напряжения, которые Arduino считывает с какого-либо датчика (в нашем случае датчик является акселерометром), представлены числом в диапазоне 0-1023. Максимальное напряжение, которое считывает Arduino, составляет 5 В, а наименьшее - 0 В. Эти напряжения представлены цифрами 1023 и 0 соответственно.

Обсуждение битов может быть немного более обширным и немного выходящим за рамки этого руководства, поэтому не стесняйтесь исследовать это немного больше самостоятельно или спросите меня в разделе комментариев.

Шаг 3: преобразование напряжения в выход АЦП и наоборот

Если вы читаете напряжение 2,5 В, вы можете рассчитать выход АЦП Arduino, выполнив простую пропорцию. Часто вы читаете неизвестное напряжение и хотите использовать выход АЦП Arduino, чтобы определить, какое напряжение вы ощущаете. Просто измените пропорцию соответствующим образом.

Шаг 4. Общие сведения об акселерометрах

Мы можем использовать Arduino для измерения напряжения, выдаваемого акселерометром. Это напряжение соответствует ускорению.

Шаг 5: акселерометр верхней стороной вверх

Если у нас есть акселерометр сверху, это значения, которые мы можем ожидать от АЦП Arduino.

Извините, я использовал "x" в качестве переменной в этом примере. Мы вычисляем ускорение по «оси z». Использовать «x» в качестве переменной - привычка. «x» была первой переменной, которую я выбрал на уроках алгебры.

Шаг 6: акселерометр снизу вверх

Если у нас акселерометр расположен снизу вверх (ось z вниз), это ожидаемые значения.

Опять же, мы вычисляем ускорение по оси Z, а не по оси «x».

Шаг 7. Подведение итогов

В любом случае, вот и все. Надеюсь, вы кое-что узнали из этого.

Если вам понравился мой учебник, пожалуйста, проголосуйте за него в учебном пособии «Учите это!». Конкурс.