Frage zu 1-Bit-Analog-Digital-Wandler

Ich glaube, ich verstehe vielleicht , was du vorhast. Sie wollen:

1. Abtasten Sie in regelmäßigen (schnellen) Intervallen eine Impulsfolge, die zwei mögliche Werte hat und die nicht wirklich irgendwelchen Standardspannungen für "normale" digitale Eingänge entsprechen.
2. Melden Sie diese Daten an ein anderes System.

Wenn das stimmt, hier ist mein Schaltungsvorschlag:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

und meine vorgeschlagene Theorie der Operation:

1. Verstehen Sie Nr. 2 dieser Liste und richten Sie den Chip so ein, dass er dies mit minimaler Befehlsanzahl und maximaler Befehlsrate tut. (Möglicherweise müssen Sie die Montage auf einem High-Spec-Chip verwenden, was nicht oft der Fall ist.)
2. Richten Sie in der Software einen Timer-Interrupt ein, der mit der gewünschten Abtastrate ausgelöst wird. Wenn der Interrupt ausgelöst wird:
   1. Eine Byte-Variable um 1 nach oben (links) verschieben.
   2. Lesen Sie den digitalen Eingang in das niedrige Bit dieser Variablen. (leer wegen #1)
   3. Dekrementiere eine Zählervariable.
   4. Wenn der Zähler jetzt Null ist, verschieben Sie die Variable Byte (Akkumulator) in das UART-Senderegister (wie auch immer Ihr Chip es nennt) und setzen Sie den Zähler auf 8 zurück. Der UART sendet das Byte ganz von selbst, während Sie die nächsten 8 Abtastungen erfassen .

Einige Notizen:

• Einige Chips haben den Komparator eingebaut. (das Dreiecksding selbst) Dies kann die Anzahl der Teile reduzieren, wenn es schnell genug ist. Lesen Sie in jedem Fall das Datenblatt für den Komparator, den Sie verwenden möchten.
• Der Impulseingang muss innerhalb der Spannungsversorgung des Komparators liegen. Ich habe hier 5 V gezeigt, weil es ziemlich üblich ist, aber es könnte alles sein, was das Datenblatt erlaubt.
• Der Ausgang des Komparators verwendet die gesamte verfügbare Versorgung, es sei denn, es handelt sich um einen Open-Collector-Typ (Force-Low, Allow -High). In diesem Fall können Sie einen Widerstand zwischen Out und Ihrer digitalen Versorgung hinzufügen.
• Der UART benötigt wahrscheinlich 10 Bit pro Datenbyte - 1 Start, 8 Daten, 1 Stopp -, sodass seine Baudrate tatsächlich schneller ist als Ihre Abtastrate. Stellen Sie sicher, dass es an beiden Enden funktioniert.
• Wenn die Baudrate nicht so schnell sein kann, können Sie eine Form der Datenkomprimierung in Betracht ziehen. Vielleicht nur zu jedem Ereignis (nicht kontinuierlich) einen Bericht senden und die Zeit seit dem vorherigen Ereignis angeben? Das würde eine völlig andere Betriebstheorie erfordern und wahrscheinlich auch viel einfacher zu implementieren sein.

Sie haben die Frage grob geändert, also schreibe ich eine ganz neue Antwort. Obwohl die neue Version einige Dinge klärt, lässt sie immer noch viele Fragen unbeantwortet (obwohl sie von mehreren Personen ausdrücklich gestellt wurden) und weist weiterhin Missverständnisse auf. Der einfachste Weg, dies zu tun, besteht darin, auf einzelne Teile Ihrer Frage zu antworten:

Gerät 1 gibt ein analoges Signal aus.

Nein, das tut es eindeutig nicht.

Dieses analoge Signal bleibt auf niedriger Spannung, bis es für einige Zeit t auf hoch pulsiert. Dann wird es auf niedrige Spannung zurückkehren. Dieses analoge Signal wird immer entweder auf niedriger oder hoher Spannung sein.

Dann ist es kein analoges Signal. Es hat eindeutig nur zwei mögliche Zustände. Sie sagten vorher, dass T fest ist. Dies ist eine Folge von Impulsen.

Die wichtige Frage, die Ihnen wiederholt gestellt wurde, ist die Bedeutung dieses Signals. Die Spannungspegel sind fest, die Puls-High-Zeit ist fest, sodass Informationen nur in der Puls-Low-Zeit codiert werden können. Sie sagten zuvor, dass das Timing dieser Impulse "zufällig" ist (Ihr Wort). Wenn das stimmt, enthält diese Pulssequenz überhaupt keine Informationen, in diesem Fall ist diese ganze Übung sinnlos. Ich nehme an, Sie meinten, dass die Pulszeiten unvorhersehbar sind, was sich sehr von zufällig unterscheidet. Bleibt noch die Frage, welche Daten diese Impulsfolge enthält und wie genau sie kodiert ist?

Gerät 2 möchte dieses Signal lesen. Es kann jedoch nur Signale mit einem UART-Protokoll mit seiner internen Baudrate empfangen.

OK, was ist diese Baudrate? Beachten Sie, dass dies die Bandbreite der Informationen begrenzt, die Gerät 2 empfangen kann. Die schnellste gemeinsame UART-Geschwindigkeit beträgt 115,2 kBaud, kann aber schneller sein. Alles über 1 Mbit/s ist jedoch sehr unwahrscheinlich.

Dolmetscher ist, was ich will.

Nein, dieser Dolmetscher ist das, was Sie sich als Lösung vorstellen. Sie möchten anscheinend die im Impulsstrom codierten Informationen über einen UART an Gerät 2 übertragen. Ich überspringe den Rest Ihrer Frage, da es sich um sinnlose Details zu Ihrer imaginären Lösung anstelle des tatsächlichen Problems handelt.

Nun, da das eigentliche Problem etwas klarer ist, ist auch klarer, was wir wissen müssen. Um etwas zu finden, das zwischen dem Impulsstrom und dem UART liegt, müssen wir wissen:

1. Welche Art von Daten werden in diesem Impulsstrom codiert? Ist es ein einzelner Skalarwert? Es wäre hilfreich zu wissen, was es physikalisch darstellt.

2. Was ist die feste Pulshochzeit?

3. Was ist die minimal mögliche Puls-Low-Zeit? Dies gibt uns zusammen mit #2 auch die maximale Pulsfrequenz an.

4. Wie genau ist der Datenwert in diesem Pulsstrom kodiert?

5. Welche UART-Baudrate erwartet Gerät 2?

6. Was sind die hohen und niedrigen Spannungspegel des Impulssignals?

Ich erwarte klare und spezifische Antworten auf jede dieser Fragen, sonst bin ich hier raus. Diese werden alle nach einem Grund gefragt. Sie müssen alle beantwortet werden, unabhängig davon, ob Sie verstehen, warum sie gefragt werden oder nicht. Und nein, Sie können diese Fragen nicht „interpretieren“ und fragen, was ich Ihrer Meinung nach wissen möchte oder was Sie mir lieber sagen möchten.

Hinzugefügt

Sie haben jetzt echte Spezifikationen für den eingehenden Impulsstrom angegeben. Es kommt von einem Photonendetektor, und jeder Impuls repräsentiert ein Photon. Das Signal ist TTL digital, mit Low ≤ 800 mV und High ≥ 3,5 V. Jeder Impuls dauert 30 ns, und zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen liegen mindestens 50 ns. Damit beträgt die minimale Pulsperiode 80 ns und die maximale Pulsfrequenz 12,5 MHz.

Die Aufgabe besteht darin, die Informationen in diesem Impulsstrom irgendwie über eine UART-Verbindung an ein zweites Gerät zu übermitteln. Die UART-Baudrate ist nicht bekannt, daher gehe ich vorerst von der schnellsten gängigen Rate von 115,2 kBaud aus.

Der elektrische Empfang des Impulssignals ist einfach, da alles mit einem TTL-kompatiblen Eingang direkt funktioniert. Dies könnte beispielsweise ein beliebiges 74HCTxxx-Gate sein, das mit 5 V betrieben wird. Gewöhnliche CMOS-Eingänge funktionieren möglicherweise nicht, je nachdem, was ihr minimaler garantierter logischer High-Pegel ist. Das Datenblatt dessen, was dieses Signal empfängt, muss überprüft werden, aber es wird kein Problem sein, etwas Kompatibles zu finden. Außer der Auswahl des richtigen Digitaleingangs für den Empfang dieses Signals ist nichts Besonderes zu tun.

Um das Ding zwischen dem Impulsstrom und dem UART zu entwerfen, müssen wir wissen, welche Informationen aus dem Impulsstrom relevant sind. Interessieren Sie sich nur für die durchschnittliche Lichtstärke? Wenn ja, was ist die höchste Frequenz des Lichtniveaus, das Ihnen wichtig ist? Oder müssen Sie wissen, wann einzelne Impulse auftreten? Das wäre viel schwerer. Das grundlegende Problem besteht darin, dass der Impulsstrom viel mehr Informationen enthält, als Sie möglicherweise über die UART-Verbindung kommunizieren können. Daher muss eine gewisse Datenreduktion durchgeführt werden.

Werfen wir einen ersten Blick auf das Ausmaß der Datenreduktion. Angenommen, Sie müssten nur die Anzahl der Photonen pro Zeitintervall kennen. Jedes UART-Byte benötigt bei 115,2 kBaud 10 Bitzeiten, also 87 µs. Bei der maximalen Impulsrate von 12,5 MHz sind bis zu 1085 Impulse pro UART-Byte möglich. Da ein Byte 0-255 ausdrücken kann, könnten Sie die Anzahl der Impulse, die jedes Byte-Zeitintervall beobachtet werden, um 0,235 skalieren. Das würde Ihnen den Lichtpegel geben, der auf ungefähr 4 Photonen aufgelöst ist, die bei 11,5 kHz abgetastet werden. Die maximale Lichtpegelfrequenz beträgt daher 5,7 kHz. Ist das gut genug?

Ein möglicher Trick besteht darin, den Fehler vom vorherigen Byte auf das nächste Byte zu übertragen. Das gibt Ihnen den langfristigen Countdown auf einzelne Photonen auf Kosten von etwas Rauschen bei jeder Messung.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, in jedem Zählintervall zwei Bytes zu senden. Jetzt können Sie bis zu 2170 Zählungen pro Abtastintervall haben, aber das kann direkt in zwei Bytes übertragen werden. Sie erhalten die volle Auflösung, aber die maximale Frequenz sinkt auf 2,9 kHz. Mit ein wenig Geschick können Sie zwei Messwerte in 3 Bytes packen, um die volle Auflösung bei einer höheren Frequenz zu erhalten, wenn auch mit mehr Latenz.

Es gibt viele mögliche Datenreduktionsschemata. Es ist unmöglich, eine auszuwählen, ohne zu wissen, welcher Aspekt der Daten Sie interessiert.

Es gibt zu viel Verwirrung, um es hier realistisch zu klären, also nur ein paar Punkte:

1. TTL ist kein Protokoll. Es handelt sich um eine Logikfamilie, obwohl die Bezugnahme auf TTL manchmal bedeuten kann, dass die Spannungspegel dieser Logikfamilie verwendet werden, unabhängig davon, ob die TTL-Logik tatsächlich verwendet wird oder nicht.

2. Anscheinend haben Sie eine Folge von Impulsen, aber es ist nicht klar, wie der analoge Pegel in diesen Impuls codiert wird. Sie sagen, die Spannungspegel und die hohe Impulszeit sind fest, wird der analoge Pegel also durch die Zeit zwischen den Impulsen codiert? Diese Kodierung muss man kennen, wenn man den analogen Pegel zurückgewinnen will. Vielleicht ist der durchschnittliche DC-Pegel dieser Impulse der analoge Pegel?

3. "8 bit, no parity, 1 stop" bezieht sich auf ein UART-Protokoll, das in Bezug auf Ihre Impulsfolge überhaupt keinen Sinn ergibt. Ich kann nicht ansatzweise erraten, was Sie meinen, wenn Sie sich darauf beziehen.

4. Das Entwerfen eines A/D-Systems, das mit 500 Millionen Abtastungen/Sekunde läuft, ist nicht trivial. Es gibt zu viele Probleme, um hier darauf einzugehen. Bei Ihrem aktuellen Stand der Elektronikkenntnisse lautet die Antwort, jemanden zu finden, der sich damit auskennt, um dies für Sie zu tun. Dies ist kein Anfängerprojekt.

5. Sie sprechen davon, diese Impulsfolge bereits zu haben, also ist es ein völliges Rätsel, wie dieser A/D in das System passen soll.

Ich würde eine MCU mit einem Hardware-Timer verwenden, der auf die Bitrate des Eingangssignals abgestimmt ist, zusammen mit einer Art Pegelumwandlung (Schmitt-Trigger-Puffer usw.), um das Signal auf Masse und Vcc der MCU zu verschieben.

Der Zeitgeber wird verwendet, um das Signal abzutasten, unmittelbar nachdem ein 1-Übergang hätte auftreten sollen. Ein Interrupt kann verwendet werden, um den Timer zunächst zu synchronisieren, wonach er basierend auf den Eigenschaften des Eingangssignals selbst möglicherweise frei läuft.

Sobald 8 Bits abgetastet wurden, wird der UART der MCU verwendet, um das Ergebnis stromaufwärts zu übertragen.