エンベデッドシステムスペシャリスト試験対策(3) - A/D変換とD/A変換
8日目。続きです。
第2部 第4章 A/D変換とD/A変換
用語の整理
A/D変換
- 二重積分方式
入力電圧を一定時間充放電し、要した時間を基にディジタル信号を出力する。
積分回路で充放電し、比較器の反転入力端子に入力する。充電されると比較器の出力がONになり、クロック信号とカウンタを用いて時間を測定する。
低速だが高精度のため、測定器に使われる。
- 逐次比較方式
あるビット列をD/A変換器に掛けたものを入力電圧と比較し、合っていればそのビット列を出力する。入力電圧と比較して、低い場合はビットを大きくし、高い場合はビットを小さくして正解を絞り込んでいく。
- 並列比較方式
逐次比較方式を並列にして変換する方式。
標本化定理
A/D変換したアナログ信号を再現するためのサンプリング周波数を導ける。サンプリング周波数の1/2（ナイキスト周波数）を超えると再現できなくなる。つまり、元の信号の2倍の周波数でサンプリングすれば再現できる。
分解能
A/D変換器が出力するビット単位が大きければ、それだけ細かく元の信号を表現できる（電圧変化を読み取れる）。
D/A変換
- 重み抵抗方式
ビット数と同じ数の抵抗（抵抗値は変える）を並列につなぎ、それぞれをビットの0･1でON/OFF切替し、出力電圧を得る。
- R-R2ラダー方式
重み抵抗方式と違い、R、2Rの抵抗の組み合わせだけで作れる。
PCM（Pulse Code Modulation）
音声信号をディジタル化して伝送する方式。パルス符号変調。振幅の値を2進数に変換する。
例えばモデムを使うときは、アナログ信号からディジタル信号に変換してデータ転送し、その先でアナログ信号に復号化する。
補間
0･1で表現されるディジタル信号では、アナログ信号の連続的な値を表現しにくい。
D/A変換ではローパスフィルタを用いてアナログ信号の滑らかな振幅を再現する（補間）。
フィルタ
- アナログフィルタ
ローパスフィルタ（低域通過フィルタ）やハイパスフィルタ（高域通過フィルタ）など特定の周波数帯を通過（あるいはブロック）させる仕組み。
- デジタルフィルタ
ディジタル信号に変換してから行う処理。
アナログ信号レベルで行っていた（ハードウェア依存）信号処理をディジタル処理に移行して、ソフトウェアで対応してしまおうという発想から作られた。
所感
他サイトを参考にしつつ、変換の流れはざっくりと理解できたと思います。分野としては対象が絞られているので取り組みやすいです。組み込みシステムの肝となる部分なのであとでブラッシュアップしていきます。
参考資料
エンベデッドシステムスペシャリスト「専門知識＋午後問題」の重点対策 第4版
エンベデッドシステムスペシャリスト試験対策(2) - 入出力とバスアーキテクチャ
4日目。続きです。
第2部 第3章 入出力とバスアーキテクチャ
用語の整理
バスアービタ
CPUやメモリ、入出力装置などを結ぶ通路（バス）でのデータ転送はバスマスタ（CPUやDMAなど）が主体となるが、バスアービタがそれぞれのバスマスタの交通整理を行う。
I2Cバス（Inter Integrated Circuit）
シリアルクロックライン（SCL）とシリアルデータライン（SDA）の2本の線を使う双方向バス。最高でも3.4Mbpsと（現代では）低速だが抵コスト。
DMA（Direct Memory Access）
入出力装置が直接主記憶装置にデータ転送する。データ転送中のCPUの処理負担を減らせる。
- キャッシュメモリには直接データ転送はできない。
- 外部バスを使用するため、CPUと競合する（動作応答性に影響を及ぼす）。
マトリックススイッチ
大量のスイッチを効率良く扱うために、スイッチを碁盤の目状に配置し、どのスイッチが押されたかを交差する位置(縦横)で判断できるようにした回路。
仕組み上、入力ポートも少なくて済む。タッチパネルに使われる。
ウェイト機能、レディ機能
CPUが低速の入出力装置などとやり取りするときに歩調を合わせるための機能。データ転送準備のタイミングを待ち（ウェイト）、準備ができたら開始する（レディ）。
所感
仕組みや特性など憶えることがメインの分野なため、過去問を解いて定着させたいです。
参考資料
エンベデッドシステムスペシャリスト「専門知識＋午後問題」の重点対策 第4版
エンベデッドシステムスペシャリスト試験対策(1) - 論理回路
組み込み系システムやハードウェアの知識や実務経験はほとんどありませんが、気になっていた分野ではあるので試験に挑戦してみようと思います。
つまづいたところ、理解しにくかったところなどをアウトプットしていきます。おそらく、前提知識がなかったり忘れていたりするので初歩の内容だったりします。
まずは広く浅くでも知識を取り入れていきます。下記の書籍を元に進めます。
エンベデッドシステムスペシャリスト「専門知識＋午後問題」の重点対策 第4版
第2部 第2章 論理回路
用語の整理
トランジスタ
論理回路ではスイッチの用途で使われる。ベース（またはゲート）側が切り替え役になり、Highになるとトランジスタに電流が流れる。
- バイポーラ型・・・電流流すとコレクタ、エミッタ間に電流が流れる
- MOS型・・・電圧を掛けると、ドレイン、ソース間に電流が流れる
直列につないでAND回路、並列につないでOR回路を作れる。
ワイヤードOR
並列に接続して作るOR回路。どちらかに電流が流れればONになる。一方向に制限するスイッチとしてダイオードを使う。
スリーステートバッファ
制御信号、入力、出力からなる素子。制御信号がLowになると出力から切り離す（ハイインピーダンス）。制御信号がHighなら入力信号をそのまま出力へ流す。
ハザード
素子の遅延によって起こる意図しない出力になること。
RSフリップフロップ
入力信号を一時的に記憶しておくことができる回路。RSはリセット、セット。
機械的振動でON/OFFが繰り返される（チャタリング）のを防ぐ。ごく短い時間に繰り返す。
同期回路
スイッチのON/OFFなどの非同期信号と同期させるやり方。
Dフリップフロップ（DはDelay）を用いて、入力をクロックのタイミングまで保持する。クロック信号（CK）に論理否定（丸記号）がある場合は、立ち下がりのタイミングで動作する。
メタステーブル
クロックと入力のタイミングがちょうど重なるとどっちつかずになる。Dフリップフロップを直列にすることで解決できる。
積分回路
入力電圧を積分した出力が得られる。抵抗とコンデンサ（出力側に接続）をつないで構成される（厳密にはオペアンプも必要？）。素子を入れ替えると、微分した出力が得られる微分回路になる。
PWM（パルス幅変調）
パルス幅によって電圧の高低を調整できるようにした回路。パルスをONにする時間を長くする（パルス幅を長くする）ことで電圧を高くできる。この電圧の上下によってモータの回転速度を調整できる。
ローパスフィルタ
低い周波数だけ通す。人間が聞き取れる音声を抽出したい場合、ノイズになる高周波数はカットする。
理解不足なところ
PWMと積分回路の関連性
個々の用語はわかったが、2.3の問1はピンと来ず。
2.3の問3の計算
後回し。
反転増幅器
オペアンプとは出力の正負が反転する関係？利用イメージができてない。
所感
理解不足な用語が意外と多く先行き不安ですが、とりあえず先に進みます。
次回は第3章予定です。
参考サイト
参考書籍
エンベデッドシステムスペシャリスト「専門知識＋午後問題」の重点対策 第4版
※今は第5版が出てます。
住宅街に佇む憩いの場、千駄堀池
千駄堀池を散策してきました。
千駄堀池（せんだぼりいけ）
千葉県松戸市にある「21世紀の森と広場」の敷地内にある人工池で、東京ドームと同等の広さだそうです。
あいにくの天気でしたが、人通りはそこそこでした。
池の淵に噴霧装置を備えており、ときどき霧を散布する仕掛けになっています（知らずに行ったため何ごとかと思いました）。
21世紀の森と広場
千駄堀池は「21世紀の森と広場」という自然公園の一画にあります。公園の敷地面積は東京ドーム11個分、ディズニーランドと同等の面積を誇ります。第二の幕張です。
バーベキューやキャンプを楽しめる場所もあるようです。
池の畔には、カフェテラス。晴れの日にテラスでティータイムなんて洒落てますね。
自然豊かな森林公園
奥に進むと野草園があり、おじさんが野草観察中でした。
普段は聞けない川のせせらぎ音は心地良いですね。野草ではなく野鳥観察もできるそうです。自然豊かな場所ならではでしょうか。
あつまれ松戸の森
南エリアには博物館や工芸館があるようです。一度では回りきれませんね。
ちなみに、松戸はコスプレイベントが盛んで、そのあたりの配慮もされているようです。
もう少し暖かいときに来ると、見られなかった野鳥や景色などまた違った楽しみがありそうです。
こたつむりが殻を脱いだらシンプリストに興味を持った話
今回は、こたつの処分をきっかけに考え方や習慣が変わったというお話です。私は寒がりな方ですが、こたつ無しでも意外と乗り切れるものです。季節外れの話ではありますが、お付き合いください。
こたつ生活を断つ
こたつに入ってゴロゴロ。出不精も相まってこたつむりと化していました。こたつがある限りこの生活リズムから抜け出せないと思い、こたつとの決別にいたりました。悪いのは誘惑に負けてしまう自分です。こたつは悪くありません。
冬の寒さはどうしのぐ？
こたつ以外の暖房器具ではエアコンがありましたが、こたつむりが耐えうる室温を維持する電気代を考えると、常時稼働させるのは躊躇してしまいます。
参考）東京電力 従量電灯B 第2段階料金(約27円)
エアコン(暖房) 1kW を10時間/日 使用すると およそ8,100円/月（！）
お高いですね。温める範囲や温度、電気代を考えて電気ストーブと併用することにしました。
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最大ワット数までは使いませんし、ON/OFF切り替えもしやすいので、電気代も抑えられます。エアコンを併用する（どうしても寒いとき）場合、扇風機で暖気を循環させる方法も効果的です。
持たない人の暮らし
こたつやラグマット、座椅子が鎮座していると掃除が面倒でした（面倒くさがりな性格もあります。冬は動きたくない）。ミニマリストやシンプリストと呼ばれる方々は必要なものを厳選しているため、掃除が非常にやりやすそうです。シンプルイズベスト。こたつの代わりとなるテーブルを探していましたが、ローテーブルである必要はないよね、と思い、なるべく掃除の手間を減らすことを考えはじめました。
部屋の模様替えに発展
このあたりから家具は良いモノを選ぼうと、他人の部屋を覗くようになりました（合法的に）。
今まではこたつ中心のレイアウトでしたが、こたつやその他不要な家具も処分できたので自由が利くようになりました。不要品を整理した話についてはまた改めて書きたいと思います。
行動することで思考が変わりはじめる
こたつの処分という些細なきっかけから、生活や環境を見直すようになりました。正確には、改善するのが苦ではなくなった、でしょうか。
面倒くさがりは今も変わりませんが、環境を整えたことで面倒くささは軽減され、掃除の回数は増えました。何事もやってみないとわからないものです。
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ブログ初心者がブログを始めたい人の背中を押したい
ブログはじめました。
投稿の練習も兼ねて簡単にこれからのことなどお話ししていきます。同じようにブログを始めようとしている方の一助になれば幸いです。
なぜブログ？
考えていることや感じたこと、実践したことを掲載し、ひとりでも参考にしてもらえればと思い筆を取りました。文章を書いたり表現することは得意ではありませんが、わかりやすくお伝えできればと思います。文章能力の向上も理由の一つです。
はてなブログは以前読んだITインフラ系の技術書で印象に残っていました。また、調べ物をする際にも、はてなブログの記事に辿り着くことが多く、お世話になっているブログサービスです。同じように何かのお役に立てたらと思います。デザインもシンプルで好きです。
これから何を書く
- 何かに挑戦した話
- IT技術系の話
- バイクの話（近々購入予定）
- 参考になった本や記事の話
これだけだとフワッとしてますが、書きたいことを少しずつ積み重ねていければと考えています。
ブログを始めたいと考えている方へ*1
これだけでは背中に触れてもいないので、さいごに。
興味はあるけど重い腰が上がらない、と中々始められない方もおられるかと思います。
- 文章が拙い
- 内容に自信がない
- 書くネタが少ない
- 書き続けていく自信がない
理由は様々あると思います。失敗したくない、入念に準備してから挑みたいと構えてしまう気持ちは共感できます。
ブログに限らずですが、始めてみて見えてくるものもあります。何となく書き始めたら意外と手が進んだ。書いている途中で別の書きたいことが増えた。書くネタがなくなったから何か始めてみよう。など、思わぬ拾い物があるかもしれません。
ブログはTwitterやFacebookのようなひとつのサービスです。途中で止めることもできます。気負わずに始めてみてはいかがでしょうか。下記のリンクは初心者用ガイドですが、これから始める方には参考になるかと思います。*2
