功率是指能量消耗的速率或者是做功的速率。這意味著在交流(AC)和直流(DC)電路中, 電路板上每個(gè)元件的功率等于通過該元件的電流乘上該元件兩端的電壓(P=VI)。電路板上所有元件的功率和能量都需要精確計(jì)算出來,以決定該電路板的具體功耗要求。因?yàn)槊糠N元件都只能使用某種特定類型的能量,所以可能需要使用AC-DC轉(zhuǎn)換器、DC-AC轉(zhuǎn)換器、直接AC-AC轉(zhuǎn)換器這些設(shè)備。同時(shí),每個(gè)元件工作所需的功率,以及元件所能承受或消耗的功率都有限額,這些計(jì)算結(jié)果可以決定在電路板上使用何種類型的電壓源,以及電壓源的強(qiáng)度。
在嵌入式系統(tǒng)中, AC電壓源和DC電壓源都被采用, 因?yàn)檫@兩種發(fā)電技術(shù)有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。 AC比較容易大量生成,可以使用渦輪驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)來產(chǎn)生, 渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)可以由從風(fēng)力到水力的任何事物來驅(qū)動(dòng)。從電化學(xué)單元(電池)中產(chǎn)生大量約DC是很不實(shí)際的。同時(shí),電流通過長(zhǎng)傳輸線傳輸時(shí),電線的電阻會(huì)導(dǎo)致大量的能量損失,現(xiàn)在多數(shù)的電力公司都以AC電流的方式進(jìn)行電力傳輸時(shí),這是因?yàn)橄鄬?duì)于DC而言AC轉(zhuǎn)換為更高或者更低的電壓要容易得多。使用AC傳輸時(shí),服務(wù)提供商使用稱為變壓器(transformer)的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離低損耗的高效電流傳輸。 變壓器是一種可以將電能從一個(gè)電路傳輸?shù)搅硪粋€(gè)電路的設(shè)備, 并且在傳輸?shù)倪^程中可以改變電壓和電流。 服務(wù)提供商從發(fā)電站中輸送出高電壓低電流的電能,之后用戶端的變壓器將電壓降至所需的值。 在不太重要的方面, 當(dāng)電壓非常高時(shí), 電線傳輸DC時(shí)呈現(xiàn)的電阻要比AC小,所以此時(shí)使用DC進(jìn)行超長(zhǎng)距離傳輸?shù)男室?/span>AC高。
部分嵌入式電路板集成或者通過插頭接入電源(power supply)。電源可以是AC或是DC,使用AC電源為只能使用DC的組件供電時(shí),需要使用AC-DC轉(zhuǎn)換器將AC轉(zhuǎn)換為較低的DC電壓,以滿足嵌入式電路板上各種組件的電壓要求,通常要求是3.3V 、5V或12V。
注意:其他類型的轉(zhuǎn)換器,例如DC-DC轉(zhuǎn)換器、DC-AC轉(zhuǎn)換器或者直接AC-AC轉(zhuǎn)換器,可以用于實(shí)觀有其他要求的設(shè)備所需要的電源轉(zhuǎn)換。
其他的嵌入式電路板或板上組件(如將在第5意詳細(xì)討論的非易失性存儲(chǔ)器)使用電池 (battery)作為電壓源,電池由于其尺寸較小,所以更適于為嵌入式系統(tǒng)供電。電池供電的嵌入式電路板所需要的能量不依賴于發(fā)電站, 不需要插入到電源插座, 從而能夠?yàn)榍度胧皆O(shè)備提供更大的便攜性。同時(shí),因?yàn)殡姵靥峁?/span>DC電流,所以不用將AC轉(zhuǎn)換為DC提供給需要DC的元件, 而依靠電源和電源插座提供AC的嵌入式電路板則需要將AC轉(zhuǎn)換為DC。 但是電池的壽命有限, 需要重新充電或者更換。
模擬與數(shù)字信號(hào)的快捷注釋
數(shù)字系統(tǒng)只能處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),其中數(shù)據(jù)只能由0和1表示。 在大多數(shù)嵌入式電路板上, 用兩種電壓分別代表 “0” 和 “1”, 因?yàn)樗袛?shù)據(jù)都是由1和0的某種組合來表示的。 無電壓(0V)稱為地、VSS或者LOW,而3V、5V或12 V通常稱為VCC、VDD或者HIGH。系統(tǒng)中的所有信號(hào)都是兩種電壓中的一種,或是正在轉(zhuǎn)換到兩種電壓中的某一種。系統(tǒng)可以定義“0”作為低電壓,“1”作為高電壓,或者0V-1V的范圍作為LOW,4V-5V的范圍作為HIGH。系統(tǒng)也可以基于邊沿(低到高)或(高到低)來定義“0” 或“1”。
因?yàn)榍度胧诫娐钒迳洗蠖鄶?shù)的主要組件,例如處理器,本質(zhì)就是處理1和0的數(shù)字信號(hào), 所以許多的嵌入式硬件本質(zhì)上是數(shù)字的。盡管如此,嵌入式系統(tǒng)依然可以處理模擬信號(hào),模擬信號(hào)是連續(xù)的,也就是說,不僅僅是1和0,還可以是0-1之間的任何值。顯然,電路板上需要有某種機(jī)制將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)可以通過采樣處理而被數(shù)字化,得到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)也可以被轉(zhuǎn)換成反映原始模擬波形的電壓“波”。
實(shí)際的建議
不精確的信號(hào):模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)中的噪聲問題
模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)中最嚴(yán)重的問題之一是噪聲導(dǎo)致輸入信號(hào)發(fā)生失真,從而影響(惡化)
數(shù)據(jù)的精確度。噪聲一般是來自輸入信號(hào)源的不期望的信號(hào)變化,如除了傳感器外的其他任何信號(hào)輸入,或是傳感器本身產(chǎn)生的噪聲。嗓聲是模擬信號(hào)中的常見問題。另一方面,如果提供給嵌入式處理器的數(shù)字信號(hào)不是本地產(chǎn)生的,那么受噪聲影響的危險(xiǎn)性會(huì)更大,因此如果數(shù)字信號(hào)經(jīng)過很長(zhǎng)的傳輸介質(zhì)的傳送,則極其容易受到噪聲問題的影響。
模擬噪聲可以產(chǎn)生自很多種噪聲源-一射頻信號(hào)、閃電、輸電線、微處理器、模擬傳感電子設(shè)備本身等。這一點(diǎn)對(duì)于數(shù)字噪聲也是成立的,數(shù)字噪聲可以來自作為計(jì)算機(jī)輸入的機(jī)械接頭、傳輸電源/數(shù)據(jù)的不潔集電環(huán)、輸入信號(hào)源的精度/可靠性局限等。
減小模擬或數(shù)字噪聲的關(guān)鍵手段是:(1)遵從基本的設(shè)計(jì)指導(dǎo)方針以避免噪聲問題。對(duì)于模 擬嗓聲而言,這些指導(dǎo)方針包括不要混合模擬地和數(shù)字地,保持電路板上敏感的電子元件遠(yuǎn)離切換電流的元件,限制低信號(hào)/高阻擾線路的長(zhǎng)度。對(duì)于數(shù)字信號(hào)而言,信號(hào)走線應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離噪聲感應(yīng)的高電流電纜,屏蔽走線,使用正確的技術(shù)傳輸信號(hào)等;(2)確定問題的根源,即明確地知道是什么引起的噪聲。一旦確定了噪聲的根源,可以使用硬件或軟件進(jìn)行修正。減小模擬嗓聲的技術(shù)包括濾除不需要的頻率,均衡輸入信號(hào)等,而數(shù)字噪聲通常通過傳輸糾錯(cuò)碼或奇偶校驗(yàn)位來確定,并且/或者在電路板上添加額外的硬件用于糾正接收數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤。
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