Arduino数字引脚和IC之间有多长时间?


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我目前的项目涉及使用74HC595移位寄存器来控制LED显示屏,但是该显示屏距离Arduino板可能长达5米左右。计划是在带有Arduino的盒子和带有显示器的外壳之间使用一些DB9 / RS232电缆。长度是否太长,以至于数字信号不能从数字输出引脚传输到移位寄存器而不会下降?


传输的比特率/速度是多少?您是否尝试过并观察示波器上的波浪?
endlith 2010年

感谢大家的回应,特别是Mark和justjeff。我没有真正的示波器进行测量,因此明天我将购买一些电线,然后看看会发生什么。

Answers:


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74HC595是CMOS技术,因此几乎不需要任何电流来驱动它,因此IR下降将不成问题。

只要将信号频率保持在100kHz以下,就不必担心传输线的影响。假设您打算让LED的观察者成为人眼,则无论如何您都不必担心高速。例如,7个分段的8位数字和一个小数点分别是64个LED元素,而仅仅9600 bps,您可以在不到7毫秒的时间内更新显示。

我唯一担心的是Arduino的数字高输出电平是否会在移位寄存器中注册为高输入。只要移位寄存器是由5V电源供电(而不是像6那样奇特的电压),那么在那里也应该没问题。(如果将成为一个问题,那么它会在仅仅10厘米的电线上显现出来,因此很容易检查)

简短的答案:从arduino到电缆再到74HC595s的可能性非常高。


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我的感觉是,您应该在这个长度上没事。最好的选择是尝试一下,看看它是否有效。

如果不起作用,可以采取以下措施来帮助您:-使用屏蔽双绞线电缆,或将电缆绞合在一起。-最后放一个小电容(0.01 uF左右)。这应该有助于消除一些噪声(使用太大的电容器将不起作用,因此,在这种情况下,更大的电容器不是更好的选择)。-使用比常规下拉电阻低的电阻。-使用低阻抗电缆。

作为数据点,Arduino可以通过非屏蔽电缆运行9600串行50'(也许更多?)。


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无论如何,您都应该确定其范围,以确保其正确执行,但这是确定传输线影响时需要考虑的思想过程/方法。

  • 与此处发表的内容相反,边缘的上升和下降时间,在确定何时需要考虑传输线影响时信号的频率根本不重要。通常,高频信号具有更快的上升/下降时间,但是如果低频信号由具有高压摆率的收发器以低频驱动,则低频信号也可以具有非常快的上升和下降时间。由于始终使用最慢的上升/下降时间来保持所用部件的规格,因此您可以在信号源处使用RC滤波器来减少上升和下降时间。通常,如果导线的长度大于Tr /(2 * Td),则需要考虑传输线的影响,其中Tr =表示信号源的信号上升时间,而Td =表示您单位电缆长度的传播延迟正在使用。如果负载是高电容性的,您可能还需要正确端​​接较短电缆上的信号线,由于这种系统中有许多具有电容性影响的项目,因此很难预先计算。如果您有此问题,您会注意到信号中出现振铃(边缘上的上下射击)。

  • 电缆中的电流,这将在接收IC的规格表中定义为输入电流。考虑到接收IC的规格,再加上电缆的电阻将告诉您电压降是否可以接受。这只是一个平均电流值。实际峰值电流可能取决于所使用的端接类型,在确定驱动IC是否可以处理负载或是否需要线路驱动器时需要考虑实际峰值电流。峰值电流应仅持续与电路的往返传播延迟一样长的时间。

如果需要考虑传输线的影响,还需要了解电缆的特性阻抗和驱动IC的输出阻抗。

如果确实需要处理传输线效果,则可以使用几种终止样式。我只会考虑的两个是电源端接和AC偏置端接。

在源端接中,您需要将电阻放置在尽可能靠近驱动IC的位置,该电阻的值等于电缆的特性阻抗减去驱动IC的输出阻抗,您可能需要对其进行微调才能使规格达到极限。电缆连接器的阻抗也会影响系统,并且一如既往地将驱动和接收IC放置在尽可能靠近连接器的位置,以减少反射。在这种情况下,这可能是最简单的方法,也可能是最好的方法。峰值电流为(Vhigh-Vlow)/(2 * Z0),其中Z0 =电缆的特性阻抗。

在交流偏置端接中,您应将信号线连接到尽可能靠近接收IC的地方,并且将电阻与电容串联,并将电容接地。电阻器的值应为电缆的特征阻抗,电容器的值由信号的频率确定(R和C形成低通滤波器)。峰值驱动电流与电源端接相同。平均驱动电流取决于信号的占空比,如果其非常接近50%,则将大致等于接收IC的输入电流,如果超过50%,则平均驱动电流会更高。由于R和C形成低通滤波器,因此这种端接样式将滤除一些高频噪声。

请记住其他几点:

  • 对单端信号使用双绞线根本不会减少噪声拾取。确实会导致传输线的特性阻抗更加一致。如果您确实应该正确终止信号但没有终止信号,这可能会使输出看起来更好。它无助于减少线路上的外部EM噪声。

  • 最好不要在单端系统上使用屏蔽电缆。您经常会遇到这样的情况,外部噪声电容性地耦合到屏蔽层,导致电流在屏蔽层上流动,然后耦合到信号线。除非您使用差分信号,否则我不会使用屏蔽电缆。屏蔽高频噪声的效用还取决于对地的电感,低电感路径通常需要特殊的连接器。

您可以在任何线路上使用几乎相同的思想处理方法,无论是电缆还是2英寸PCB迹线。


我有很多评论,但是我现在只有时间可以输入。当我说信号的频率时,我指的是信号的频率分量。这完全取决于数字信号的上升/下降时间。
科尔图克

我假设整个帖子都使用数字信号,当我说数字信号的“频率”时,是指信号的最大开关频率。虽然在频域中讨论模拟信号的内容很常见,但在该域中讨论数字信号通常没有用。
标记

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您可能需要缓冲器来驱动该长度的电缆-应该适合使用74HC244缓冲器/线路驱动器之类的东西。

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