合理的编码不等于经过验证的输入

一句话总结

仅仅得到一个数字输出，并不能验证输入电压，也不能确认故障原因。

为什么需要了解这些

读取电压的程序始终返回最大值。如果代码把结果截断到可显示范围内，即使输入略微超限，数字看起来也完全正常。但软件中的饱和处理并不能保护物理引脚。阅读数据手册时，必须区分正常输入范围、绝对最大额定值和过压保护条件。本课程是计算实验，不会向真实电路施加电压。

工作原理

12 位无符号编码从 0 到 4095，共有 4096 种状态。本次虚拟 ADC 会计算 floor(Vin/3.3*4096)，再把结果限制在 0～4095。这是明确指定的教学转换约定，并不代表所有 ADC 的真实传递函数。不同数据手册中的代码边界、偏移、饱和处理与校正式都会不同。尤其不要混用以 4095 为除数的两端点校正式，与这里采用的代码宽度 3.3/4096 V。

提高分辨率并不会消除前端负载误差。只有把理想量化误差、参考电压误差、电阻容差和等待时间不足造成的误差分别记录，才能缩小原因范围。即使把开发板数据输入 AI 模型，输入测量错误的问题也无法通过增大模型解决。

生产现场会看到什么

故障假设必须包含预测。如果教学用合成观测值为 2.49 V，允许观测区间为 ±0.02 V，就要分别计算正常、下方断路、负载短路三个模型的预测并加以比较。即使只有一个候选符合，也只能说明“在这三个候选中没有矛盾”。传感器故障、连接错误、电阻值弄错等一开始未列出的原因，仍未被排除。

下一步行动应该是能够区分假设的额外检查。在真实设备上检查电阻时，必须先断电并处理残余能量，再隔离电路中并联路径的影响。本实验不会执行该步骤，只会把它记录为下一项检查内容。不要指导用户在通电电路上使用电阻测量模式。

带单位的数值与编码之间的契约

设想一个同样转换方式的测试 ADC：4 位、范围 0～4 V。代码宽度为 0.25 V，0.62 V 会被转换为 floor(0.62/4×16)=2。如果只保存“代码 2”这个数字，之后就会失去转换时使用的参考电压和位数。数据管道必须同时保存原始代码、转换约定、参考电压和单位，才能重新解释数据。

在虚拟约定中，输入恰好为 4 V 时，中间计算值为 16，但显示上限为 15；负数则会被截断为 0。若要把这两种情况与正常范围内的值区分开，就需要在代码之外另设输入有效性标志。真实 ADC 是否提供这种标志会因产品而异，因此不要把本教材的 JSON 字段解释为硬件寄存器。

电阻负载误差可能是具有固定方向的系统误差。在这种情况下，即使把同一数值平均一百次，也不会回到正确电压。重复测量有助于观察随机波动，却不会改变模型中错误的分压比。“增加平均次数”与“修正错误连接”解决的是不同问题。记录时，比起写下很大的样本数，更应首先说明试图减少的是哪种误差。

报告中必须包含的四项内容

第一是条件：明确电源、电阻、负载、初始状态、时间与 ADC 约定。第二是证据：保存计算公式和输出文件，对并非实测的值标明其来源是合成数据或模型预测。第三是判断：说明使用什么允许区间纳入或排除候选。第四是尚不知道的内容：如果本次计算没有纳入真实元件的温度特性或仪器误差，就不要为了显得成功而填补空白。

本次观测中的 ±0.02 V 不是概率分布的标准差，而是教学中指定的匹配区间。因此，只需比较是否落在以 2.49 V 为中心的 [2.47, 2.51] V 范围内。没有统计依据可以把它称为“95% 置信区间”。真实测量报告应根据仪器准确度规格、分辨率、校准状态与测量方法，单独构建不确定度。

排除某个候选时也必须核对计算条件。理想短路会预测输出为 0 V，但存在真实布线电阻或保护器件时，结果可能并非精确的 0。本实验只允许使用标称电阻与理想故障，因此应在这些条件内作出判断。如果现实观测与所有候选都不一致，不应强行把最接近的候选选为答案，而应重新调查模型或测量方法。

实验中的 JSON 评分只会检查这套记录中的计算值。复制答案文件这一事实，不能证明完整的电路分析能力。请自行把输入电源改为其他值，重新计算并说明预测是否线性变化；再把负载增大，检查结果是否接近空载值。这项额外练习不影响自动评分，作品集中最好同时列出所用条件与自己构造的反例。

下一次实验要做什么

提交七个 JSON 文件，分别描述稳态、时间响应、编码和故障候选。每个文件都是用于确认数值可复现性的计算产物。若要证明真实开发板的验证能力，之后还需要补充仪器设置、原始波形、测量不确定度、重复结果以及元件数据手册审查。