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为什么要在嵌入式系统中加入数字输入采样
为什么要在嵌入式系统中加入数字输入采样
在嵌入式系统中，数字输入信号在告诉系统下一步行动的过程中起着重要作用。我意识到，当我正在维修的停车机器决定在豪华车通过前撞掉自动障碍物时，数字输入采样是多么重要。这是您可以使用数字输入采样来避免必须处理此类情况的方式。
什么是输入采样及其重要性
我在大学时代就学习到的第一个信号采样概念是奈奎斯特采样定理，其中以至少两倍于其原始频率的采样率可以重构带宽受限的信号。在我的设计中，我发现这种方法很有用，这不仅有助于重构波形，而且有助于消除系统的不稳定行为。
从理论上讲，数字信号被转换为逻辑1和0。在嵌入式系统中，它们通常由电压值表示。如果微控制器以3.3V工作，则逻辑1将为3.3V，逻辑0将为0V。在纸上，这些逻辑电平看起来像一条完美的水平线，它连续运行直到逻辑状态改变为止。实际上，这些信号通常会被电噪声打断，从而引起电压电平的突然尖峰或下降。
在自动付款停车系统中，指定停车区的入口和出口处均设有自动障碍物。驾驶员通常通过从机器上取票或刷一张感应卡来进入这些区域。保护入口和出口的停车机配备了车辆检测器。这些检测器使用逻辑电平来指示车辆在其感应区域中的存在。
在自动障碍物降落在豪华车上的情况下，当车辆通过时，系统会错误地检测到来自入口检测器的负信号。车辆在障碍物下方时，它关闭了障碍物。当此事件在几个不同的地方再次发生时，我要求调查机器的固件。我惊骇地意识到，关闭障碍物的决定是通过评估车辆检测器信号的单个实例而做出的。
如何在嵌入式系统中对数字输入进行采样
通常，数字采样涉及以特定间隔捕获信号值并将其存储在循环缓冲区中。循环缓冲区是在微控制器中进行缓冲的一种方法。值作为变量数组存储在静态随机存取存储器（SRAM）中，当值到达末尾时，它将在开始时覆盖。根据应用的不同，样本数量可能在5到10之间变化，采样周期为1毫秒。
使用这种方法，微控制器具有多个值，以根据其逻辑算法执行下一步操作。对于车辆检测器中的电子噪声，微控制器可能会从10个样本中读取一个错误值，并防止在汽车通过之前关闭自动屏障。在关键应用中，程序员可以对评估样品提出更严格的要求。通过要求所有样本在执行算法之前都具有相同的逻辑来完成此操作。
在固件中实施数字采样很容易，并且它们可以有效地稳定系统。
在停车系统的情况下，我对包含此简单采样方法的固件进行了快速修复。这样一来，有问题的停车系统就不会对其他车辆造成更大的破坏。部署更新的固件后，停车机会意外地停止关闭障碍物。当然，不用说，如果PCB本身在设计时没有考虑信号完整性，固件中的数字采样效率可能会降低。
由于停车机需要在坚固的环境中可靠地运行并且会经受大量使用，因此稳定性和耐用性都是重要的设计标准。