一個A/D 的系統應用問題--- 高解析度

這是一篇補之前關於一個A/D 的系統應用問題的延伸篇。

1. 一個A/D 的系統應用問題

2.一個A/D 的系統應用問題（續篇-實驗結果）

3.一個A/D 的系統應用問題（續篇-精進版）

4.一個A/D 的系統應用問題（續篇-範例版）

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隨著現在MCU 的應用精準度的提升，所以我們常用的A/D 有時也會覺得 8 bits 不夠用，

但是現在MCU 隨隨便便送您個  10 bits ...12 bits 的A/D 也好像不是什麼大不了的事。

反而，沒有的～或是解析度不夠的...還會被客人打槍，要求降價以求取市場機會。

但實際系統應用上，是不是真的需要用到這麼高的解析度？！可能還見仁見智。

不管如何，有越好的A/D 在我們系統應用上，當然是可以提升量測的精準度。

但不一定完全是好事啊...因為我們在數學運算與處理上，也會變得比較複雜。

對於一般常用的 8 bits MCU 來說：更是額外的負擔。

譬如以我們之前所舉的例子來說，明明是電池 40 V的東西，如果我們用到

8 bits 的表示方式，就算外加求到小數點來說：頂多用到 16 bits 變數就偷笑了。

但如果您是超過 8 bits 來說：您又要求達到一樣小數點的話....您可能也不能用

24 bits 這麼奇怪的變數常數，您就非得要宣告成  32 bits 了。

然後您又要用 8 bits 運算能力的MCU來處理運算 32 bits 的變數...唉～系統應用上的

解析度能力還沒提升，當場MCU運算能力當場先變差了。

所以啦....您不要覺得您可以用那一種超過8 bits ADC 的MCU 就很偉大了，

如果您沒有搞清楚您系統應用上額外所帶來的負擔的話，您也沒多厲害啊。

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所以啦，從此您應該更可以體會到我一直強調的 32 bits MCU 的未來重要性。

他所帶來的不只是一些高階IC 設計製造技術的提升，最重要的還有這一層的系統

應用的觀點...否則，像搞那些I2C 、SPI 或是這一種高解析度的 A/D ...他們所帶來

的便利性當然可以在IC 設計與規劃下，一直提升其性能...這是無容置疑的。

但是呢？您MCU 本身的處理能力夠嗎？...塞給您真正好的周邊，但您卻又處理不來？

那又何必強求呢？---- 但是可悲的是：您不做又不行。因為別人可以這樣子搞啊。

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以我的觀點來看：現在您想玩 8bits MCU ？！沒有什麼好講的，您也只能從系統應用端

去強化自己的系統應用能力，否則，別無他途...您不想搞這麼累、辛苦的系統應用？！

那您就選擇 32 bits  MCU 產品本身的市場吧。

但真的...對國內許多傳統MCU 廠來說：他們就是想像以前一樣：賺Easy Money...

但您覺得可能嗎？就像我之前回答讀者問題說的：18 年前可以寫8051 韌體程式

養家活口，但現在行嗎？！...現在您想開雜貨店養家活口？！您怎麼不去觀察7-11

便利商店的經營模式呢？...哪有這好康的事呢？！

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所以啦...像我們這一種也沒啥能力可以玩得起   32 bits MCU 的LKK 工程師，

我們也只好回頭好好的搞好我們自己的系統應用價值了。

所以，我們也就不得不提昇自己的系統應用價值， 一樣拿 8 bits MCU ...

一樣要把超過 8 bits A/D 搞到可以輕鬆使用。

以下就是我們得搞定的系統應用結果：

我們舉一樣的例子：從目前簡單系統值，取得新的只差10 的量測值...來看如何處理吧。

當然我們底層的轉換運算副程式就得改寫...又不能佔太多程式或運算時間...也不能犧牲

運算準確值（如果犧牲了運算準確性...那幹嘛還要用高解析度的A/D 啊？！）。

以下是就運算結果： 從290 到 300 的結果...(290, 300 都是> 8 bits 值）。

一樣的隨著迭代運算可以往新值 300 逼近。

當然啊...當您隨著兩者之間誤差變大，您所需的時間就越長...您當然就得調整您

系統上的時間常數。（這是順便回答有某位讀者問我的問題...）這些都是跟您所專注

的系統應用條件所需要定義的...譬如：量電池，跟量無刷馬達感應電動勢是不一定的

特性的。....這個就是我說的：您自己本身的系統應用專業領域的分析能力。

（所以啦...您不要以為在學校念那些工程數學或是在自動控制理論上玩那些MATLab

是幹什麼用的？！...寫程式不是Try and Error ，上班也不是每天打完卡，就坐下來

用十根手指頭拼命寫程式的啦！）

譬如：我們舉另一個例子...兩者之間的誤差變化量較小一點。（就是他的濾波能力

不需要這麼大的時間常數...）我們也順便看一下同樣的程式來處理負方向的運算能力

...

我們就可以發現...他的迭代運算時間就變得比較短了。也達到我們在系統應用的要求。

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從這些例子裡，我還是要一直強調一點...寫程式本身真的不是什麼大學問，現在這個時代

您會寫程式不是什麼多偉大的事。您自己不努力建立自己的系統整合分析能力...

您就不要怪人家老闆怎麼會虧待您呢？

當然啊...同理，您會搞一棵 8 bits MCU ，再給您外加一組 12 bits ADC...

您也不一定會賣得比較好，因為我說了：公司內請的就是庸庸碌碌的工程師，

每天為著無知的客戶疲於奔命...大家都一樣的啦。

如何要把一棵MCU 發揮的淋漓盡致，真的您要回頭想一想：您自己本身在學校裡，

有沒有真的努力用功唸書...不是叫您考試考一百分，而是您自己有沒有從學習研讀中，

瞭解這些理論基礎真正延伸到實際工程應用端？那是培養一種工程分析的靈敏度...

一種Sense...一種Feeling...

最後舉一個簡單的例子：上回有讀者提到他用 32 bits ARM MCU 之ADC ...搭配

硬體上的DMA，來做外部狀態量測，但總覺得量測數據不準，也不穩...甚至懷疑

此32 bits ARM MCU 不好用，懷疑此MCU有問題之疑慮。

當然啊...有合理的懷疑是沒錯啦...但您又能如何證明您是對的呢？！

我的座右銘：當您證明別人是錯的時，您自己本身也不一定對啊。

當我聽到這一個現象時，我就先質疑從量測到DMA 資料傳輸的資料匯流排的頻寬問題：

當您的ADC 是一般SAR ADC （串列轉換方式）...譬如他的轉換速率是 200 kpbs ...

（很厲害了啦...如果他還是 10 bits 或12 bits 的）他的一組資料Ready 好...也得要

200/10 或200/12 ...當場只剩下20 kbps 或更低...那覺得您的DMA 要跑多快啊？

超過100 kbps ，可能嗎？！那DMA 抓的是什麼資料？！第二點：那您要不要

加入這篇文章的簡單的 First order Lag filter ？！那自己估的系統應用上的

時間常數為何？自己的程式處理能力夠嗎？！（當然對32 bits ARM MCU 應該

輕鬆一點吧！）....這些總總的疑問，您有沒有真的從頭思考過一次？！

那您為何沒有如此思考？！很簡單...因為您以前沒有好好的唸過書，因為您心裡

根本沒有建立過這樣的系統分析觀念與能力，就像您叫一位小學畢業生，

要他用解聯立方程式的方式來求取一些未知數一樣。....

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我還是要一直強調：真的有點擔心...12 年免試升學會讓許多學生不會努力用功唸書，

這些都是很基礎的數理解析能力的培養，美國的高中生最令人詬病的就是：數理能力

比東方國家差，...只是因為他們國家資源到處充沛，他們的學生可以在未來社會環境

或是企業中培養，但是我們國內企業的在職進修與教育訓練條件真的比較差...

一旦過了那個黃金學習時間...最後辛苦的還是您自己本身啊。

如果您是其中受害者的話，您就應該懂得這一種道理啊。

文章中的範例結果，就當作參考值看吧。...