Tricky Circuit

分辨率与量化

把电压变成数字

ADC 是 Analog to Digital Converter,模数转换器,将输入电压映射为数字。位数决定分辨率,共有 2^bits 个码。量化把连续范围分为小台阶。参考电压设定范围上端。 一位是一个二进制数字,只能为 0 或 1。

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实验台

改变电路设置,预测读数,再检查挑战结果。这些是教学模型,每课都会说明模型的假设。

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工作原理

理想转换向下取整并限制码值。不模拟噪声、输入负载、采样延迟或校准误差。传感器滑块表示 0–5 V。

步长 = Vref/2^bits。码 = floor(Vin/步长),限制为 0…2^bits − 1。floor 表示向下取整。较小步长能区分较小电压变化。 Vin 是输入电压,Vref 是参考电压。

难度
  1. 搭建 · 搭建

    通电,设置 8 位、5 V 参考和 50% 传感器,得到码 128。

    需要提示?

    8; 5 V; 50% → 128

  2. 探索 · 改变一个参数

    选择 10 位、5 V 参考和 25% 传感器,得到 256。

    需要提示?

    10; 5 V; 25% → 256

  3. 独立解题 · 完成挑战

    选择 12 位、2.5 V 参考和 80% 传感器,观察饱和码 4095。

    需要提示?

    12; 2.5 V; 80% → 4095

延伸阅读与电路配方

把电压变成数字

有用的规律

8 位有 256 个码,从 0 到 255。

模型之外

位数增加可缩小理想步长;实际噪声和误差可能限制有效分辨率。

值得避开的误区

数值截断不会保护实体输入免受过高电压;必须检查实际器件的输入限制。

理想 8 位 ADC 输入正好等于参考电压,码是……

  1. 256
  2. 255
  3. 128
延伸阅读

256 个码从零开始,因此最大值为 255。

Texas Instruments