在嵌入式開發(fā)中,串口、UART、SPI、USB、紅外等各類通信協(xié)議都離不開數(shù)據(jù)接收環(huán)節(jié),很多開發(fā)者習(xí)慣用延遲等待、標(biāo)志位輪詢的方式實(shí)現(xiàn)接收,不僅代碼耦合度高,移植性差,還容易出現(xiàn)漏字節(jié)、幀錯(cuò)誤等問題。而基于有限狀態(tài)機(jī)(FSM)設(shè)計(jì)的通用接收模塊,憑借結(jié)構(gòu)清晰、可擴(kuò)展性強(qiáng)、可靠性高的優(yōu)勢(shì),成為處理各類異步數(shù)據(jù)接收的標(biāo)準(zhǔn)方案。
在嵌入式開發(fā)調(diào)試過程中,斷點(diǎn)是開發(fā)者定位問題最常用的手段,我們只需要在代碼中設(shè)置一個(gè)斷點(diǎn),運(yùn)行到對(duì)應(yīng)位置程序就會(huì)暫停,方便我們查看寄存器、內(nèi)存變量的數(shù)值,一步步追蹤Bug產(chǎn)生的過程。但很多ARM開發(fā)者對(duì)斷點(diǎn)的認(rèn)知還停留在“IDE點(diǎn)擊設(shè)置”的應(yīng)用層面,不清楚斷點(diǎn)在ARM架構(gòu)下具體是如何實(shí)現(xiàn)的,遇到斷點(diǎn)沖突、硬件斷點(diǎn)數(shù)量限制等問題時(shí)往往無從下手。
在工業(yè)控制、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)、智能家居甚至航空航天領(lǐng)域,我們總能看到PID控制的身影。從恒溫箱的溫度穩(wěn)定到四軸飛行器的懸停平衡,從直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制到汽車巡航定速,PID控制憑借結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、調(diào)試方便的優(yōu)勢(shì),已經(jīng)成為自動(dòng)化控制領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的控制算法,有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示,目前工業(yè)領(lǐng)域90%以上的閉環(huán)控制場(chǎng)景都在使用PID控制。但很多入門學(xué)習(xí)者對(duì)PID的認(rèn)知還停留在公式記憶層面,不清楚它的核心邏輯和實(shí)際應(yīng)用方法。
?在自動(dòng)避障小車、停車場(chǎng)車位檢測(cè)、液位測(cè)量、人體感應(yīng)等場(chǎng)景中,我們經(jīng)常能看到一種低成本非接觸式測(cè)距器件,這就是超聲波模塊。超聲波模塊憑借成本低廉、接口簡(jiǎn)單、不受光線顏色影響等優(yōu)勢(shì),成為嵌入式開發(fā)領(lǐng)域最常用的測(cè)距傳感器之一,從Arduino入門DIY項(xiàng)目到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備,都能看到它的身影。
脈沖寬度調(diào)制(PWM)是嵌入式系統(tǒng)、電源控制、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的調(diào)制技術(shù),傳統(tǒng)PWM設(shè)計(jì)通常采用固定頻率輸出,依靠調(diào)整占空比實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。但在實(shí)際應(yīng)用中,固定頻率PWM存在電磁干擾集中、諧振激發(fā)、音頻噪聲明顯等痛點(diǎn),而跳頻PWM技術(shù)通過動(dòng)態(tài)改變PWM輸出頻率,巧妙解決了這些問題,近年來在開關(guān)電源、LED調(diào)光、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。
在單片機(jī)嵌入式開發(fā)中,PWM(脈沖寬度調(diào)制)是最常用的功能之一,從電機(jī)調(diào)速、LED調(diào)光到電源控制、信號(hào)輸出,都離不開PWM信號(hào)的應(yīng)用。而PWM信號(hào)的核心參數(shù)——頻率與分辨率,都直接和單片機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率綁定,很多初學(xué)者剛接觸PWM時(shí)經(jīng)常會(huì)對(duì)二者的關(guān)系產(chǎn)生困惑:為什么時(shí)鐘頻率越高,能輸出的PWM頻率越高?為什么想要更高的PWM分辨率就要犧牲頻率?搞清楚時(shí)鐘頻率和PWM信號(hào)頻率之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián),是做好PWM應(yīng)用設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
在消費(fèi)電子與小型嵌入式設(shè)備快速普及的今天,電源管理芯片是決定設(shè)備續(xù)航、穩(wěn)定性與使用壽命的核心部件。從充電寶、藍(lán)牙音箱到小型家電控制板,都需要一款成本低、集成度高、性能穩(wěn)定的電源管理方案,H9805-5正是近年來在小型消費(fèi)電子領(lǐng)域廣受認(rèn)可的一款專用電源管理芯片。這款由國(guó)內(nèi)芯片廠商推出的高集成度線性電源管理芯片,憑借其全集成設(shè)計(jì)、過流過壓保護(hù)、低壓差穩(wěn)壓等特性,成為了很多低成本小型電子設(shè)備的首選。
在模擬電路設(shè)計(jì)中,穩(wěn)定精準(zhǔn)的參考電壓是所有測(cè)量、控制電路的核心基礎(chǔ)。從模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)校準(zhǔn),到傳感器的信號(hào)調(diào)理,再到電源的穩(wěn)壓輸出,都依賴一個(gè)低漂移、低噪聲、高精度的參考電壓源。在眾多經(jīng)典參考電壓源芯片中,由德州儀器推出的LM331憑借其平衡的性能與成本優(yōu)勢(shì),至今仍是中小精度場(chǎng)景的主流選擇。很多初學(xué)者常將LM331與V/F轉(zhuǎn)換芯片混淆,實(shí)際上除了頻率轉(zhuǎn)換功能外,LM331片上集成了穩(wěn)定的1.9V參考電壓源,可獨(dú)立輸出供外部電路使用,其獨(dú)特的特性讓它適配了很多低成本參考源需求場(chǎng)景。
在晶體管收音機(jī)發(fā)展史上,來復(fù)式收音機(jī)是極具代表性的經(jīng)典結(jié)構(gòu),它誕生于電子元器件短缺的年代,用最少的元件實(shí)現(xiàn)了可接受的收音效果,成為了業(yè)余無線電愛好者入門制作的經(jīng)典選題。而熟悉來復(fù)式收音機(jī)的愛好者都會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)共性:幾乎所有經(jīng)典來復(fù)式電路都采用倍壓檢波結(jié)構(gòu),很少會(huì)用普通的單二極管檢波。
在電力電子、工業(yè)控制、新能源汽車等領(lǐng)域,精準(zhǔn)的電流檢測(cè)是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的核心基礎(chǔ)。從電機(jī)變頻器的電流閉環(huán)控制,到動(dòng)力電池包的充放電監(jiān)測(cè),再到光伏逆變器的功率調(diào)節(jié),都需要一款精度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)的電流檢測(cè)方案。在眾多電流檢測(cè)技術(shù)中,基于霍爾效應(yīng)的閉環(huán)電流傳感器憑借其優(yōu)異的性能,成為了中大功率場(chǎng)景的主流選擇。想要用好霍爾閉環(huán)電流傳感器,必須先深入理解其核心原理,才能在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中正確選型、合理布線,充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。
在嵌入式Linux開發(fā)中,管腳配置與GPIO控制是驅(qū)動(dòng)開發(fā)的核心基礎(chǔ)工作。從嵌入式單板到桌面級(jí)服務(wù)器,幾乎所有硬件交互都離不開對(duì)芯片管腳的配置與管理。早期Linux內(nèi)核沒有統(tǒng)一的管腳管理框架,各個(gè)廠商的BSP代碼各自為政,大量重復(fù)冗余的配置代碼散落在內(nèi)核各處,不僅維護(hù)成本極高,也讓驅(qū)動(dòng)開發(fā)者難以統(tǒng)一開發(fā)。為了解決這個(gè)問題,內(nèi)核引入了Pinctrl子系統(tǒng)和GPIO子系統(tǒng),形成了一套統(tǒng)一、規(guī)范的管腳管理體系。如今,這兩個(gè)子系統(tǒng)已經(jīng)成為L(zhǎng)inux內(nèi)核中管腳配置的標(biāo)準(zhǔn)框架,理解它們的設(shè)計(jì)原理與工作機(jī)制,是每一個(gè)嵌入式Linux驅(qū)動(dòng)開發(fā)者必須掌握的基礎(chǔ)。
在日常使用電腦的過程中,幾乎每個(gè)人都遭遇過這樣的困擾:打開網(wǎng)頁(yè)半天加載不出,點(diǎn)擊軟件半天沒有響應(yīng),鼠標(biāo)移動(dòng)卡頓掉幀,甚至彈出系統(tǒng)提示“CPU占用過高,請(qǐng)關(guān)閉程序”。CPU作為電腦的核心計(jì)算部件,就像整個(gè)設(shè)備的“心臟”,一旦長(zhǎng)期處于高負(fù)載運(yùn)行狀態(tài),不僅會(huì)拖慢系統(tǒng)運(yùn)行速度,還可能導(dǎo)致程序閃退、文件丟失,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)硬件過熱降頻、系統(tǒng)崩潰重啟等問題,影響使用體驗(yàn)和硬件壽命。
在電子電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域,將高壓交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電是最常見的需求之一。傳統(tǒng)方案多采用變壓器降壓搭配整流濾波,但在體積、成本受限的場(chǎng)景下,一種更簡(jiǎn)潔的方案應(yīng)運(yùn)而生——阻容降壓。這種依靠電阻與電容協(xié)同實(shí)現(xiàn)降壓的電路結(jié)構(gòu),憑借成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小巧的優(yōu)勢(shì),至今仍在小功率電子設(shè)備中廣泛應(yīng)用,從家用LED燈泡到小家電控制面板,從智能電表到酒店門控系統(tǒng),都能看到它的身影。想要用好阻容降壓,必須先深入理解其核心工作原理,才能在設(shè)計(jì)中規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。
在現(xiàn)代電力電子、工業(yè)自動(dòng)化、新能源汽車與智能電網(wǎng)領(lǐng)域,電流檢測(cè)是保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的核心環(huán)節(jié),小到家用充電樁的電量計(jì)量,大到風(fēng)電變流器的功率控制,都離不開高精度的電流傳感器。在眾多電流檢測(cè)方案中,基于磁平衡原理的霍爾閉環(huán)電流傳感器憑借精度高、響應(yīng)快、溫漂小的優(yōu)勢(shì),成為了中高端應(yīng)用場(chǎng)景的首選。
在小功率電子設(shè)備領(lǐng)域,阻容降壓是一種應(yīng)用極為廣泛的電源方案——從家用LED小夜燈到智能電表的信號(hào)采集模塊,從空調(diào)遙控器到酒店門控感應(yīng)裝置,都能看到它的身影。相比傳統(tǒng)的變壓器降壓方案,阻容降壓憑借結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、體積小巧的優(yōu)勢(shì),成為了低電流直流供電場(chǎng)景的首選。但很多電子設(shè)計(jì)初學(xué)者對(duì)其工作原理一知半解,常常在元件選型時(shí)出錯(cuò),甚至引發(fā)安全問題。