Chương 4: Thiết kế Card ghép nối A/D - D/A

Chia sẻ: Bùi Tiến Tuần | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

0
92
lượt xem
28
download

Chương 4: Thiết kế Card ghép nối A/D - D/A

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ngày nay việc gia công, truyền đạt tín hiệu cũng như quá trình điều khiển và chỉ thị phần lớn được thực hiện theo phương pháp số.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Chương 4: Thiết kế Card ghép nối A/D - D/A

  1. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Ch−¬ng 4 ThiÕt kÕ card ghÐp nèi A/D - D/A 4.1 Kh¸i niÖm chung Ngµy nay viÖc gia c«ng, truyÒn ®¹t tÝn hiÖu còng nh− qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn vµ chØ thÞ phÇn lín ®−îc thùc hiÖn theo ph−¬ng ph¸p sè. Trong khi ®ã tÝn hiÖu trong tù nhiªn l¹i biÕn ®æi liªn tôc theo thêi gian, nghÜa lµ cã d¹ng t−¬ng tù. §Ó phèi ghÐp gi÷a nguån tÝn hiÖu t−¬ng tù vµ c¸c hÖ thèng xö lý sè, ng−êi ta dïng c¸c m¹ch chuyÓn ®æi t−¬ng tù - sè (ADC - Analog Digital Converter) nh»m biÕn ®æi tÝn hiÖu t−¬ng tù sang sè hoÆc dïng c¸c m¹ch chuyÓn ®æi sè - t−¬ng tù (DAC - Digital Analog Converter) trong tr−êng hîp cÇn biÕn ®æi tÝn hiÖu sè sang t−¬ng tù. 4.2 ChuyÓn ®æi t−¬ng tù - sè (ADC – Analog Digital Converter) 4.2.1 Nguyªn t¾c lµm viÖc cña ADC Nguyªn lý lµm viÖc cña ADC ®−îc minh ho¹ trªn s¬ ®å khèi. H×nh 5.1: S¬ ®å khèi nguyªn t¾c lµm viÖc cña ADC TÝn hiÖu t−¬ng tù UA ®−îc ®−a ®Õn m¹ch lÊy mÉu, m¹ch nµy cã hai nhiÖm vô: • LÊy mÉu nh÷ng tÝn hiÖu t−¬ng tù t¹i nh÷ng thêi ®iÓm kh¸c nhau vµ c¸ch ®Òu. Thùc chÊt ®©y lµ qu¸ tr×nh rêi r¹c ho¸ tÝn hiÖu vÒ mÆt thêi gian. • Gi÷ cho biªn ®é tÝn hiÖu t¹i c¸c thêi ®iÓm lÊy mÉu kh«ng thay ®æi trong qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi tiÕp theo ( qu¸ tr×nh l−îng tö ho¸ vµ m· ho¸). Qu¸ tr×nh l−îng tö ho¸ Hµ Ngäc Th¾ng
  2. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com thùc chÊt lµ qu¸ tr×nh lµm trßn sè. L−îng tö ho¸ ®−îc thùc hiÖn theo nguyªn t¾c so s¸nh tÝn hiÖu cÇn chuyÓn víi c¸c tÝn hiÖu chuÈn. M¹ch l−îng tö ho¸ lµm nhiÖm vô rêi r¹c tÝn hiÖu t−¬ng tù vÒ mÆt biªn ®é. Trong m¹ch m· ho¸, kÕt qu¶ l−îng tö ho¸ ®−îc x¾p xÕp lai theo mét quy luËt nhÊt ®Þnh phô thuéc lo¹i m· yªu cÇu ë ®Çu ra bé chuyÓn ®æi. NhiÒu lo¹i ADC , qu¸ tr×nh l−îng tö ho¸ vµ m· ho¸ x¶y ra ®ång thêi, lóc ®ã kh«ng thÓ t¸ch rêi hai qu¸ tr×nh , phÐp l−îng tö ho¸ vµ m· ho¸ ®−îc gäi chung lµ phÐp biÕn ®æi AD. 4.2.2 C¸c tham sè c¬ b¶n cña ADC C¸c tham sè c¬ b¶n cña bé biÕn ®æi ADC gåm d¶i biÕn ®æi cña ®iÖn ¸p t−¬ng tù ë ®Çu vµo, ®é chÝnh x¸c cña bé chuyÓn ®æi, tèc ®é chuyÓn ®æi. - D¶i biÕn ®æi cña ®iÖn ¸p tÝn hiÖu t−¬ng tù ë ®Çu vµo lµ kho¶ng ®iÖn ¸p mµ sè tõ 0 ®Õn mét sè d−¬ng hoÆc sè ©m nµo ®ã, hoÆc còng cã thÓ lµ ®iÖn ¸p hai cùc tÝnh: -UA ÷+UA. - §é chÝnh x¸c cña ADC: Tham sè ®Çu tiªn ®Æc tr−ng cho ®é chÝnh x¸c cña ADC lµ ®é ph©n gi¶i. TÝn hiÖu ë ®Çu ra cña mét ADC lµ c¸c gi¸ trÞ ®−îc s¾p xÕp theo mét quy luËt cña mét lo¹i m· nµo ®ã. Sè c¸c sè h¹ng cña m· sè ®Çu ra ( sè bits trong tõ m· nhÞ ph©n) t−¬ng øng víi gi¶i biÕn ®æi cña ®iÖn ¸p vµo cho biÕt møc chÝnh x¸c cña phÐp chuyÓn ®æi. VÝ dô mét ADC cã sè bits ë ®Çu ra lµ n = 8 th× sÏ ph©n biÖt ®−îc 28 møc trong d¶i biÕn ®æi ®iÖn ¸p vµo cña nã. Nh− vËy trong thùc tÕ dïng sè bits ®Ó ®¸nh gi¸ ®é chÝnh x¸c cña mét ADC khi gi¶i biÕn ®æi ®iÖn ¸p vµo lµ kh«ng ®æi. Liªn quan ®Õn ®é chÝnh x¸c cña mét ADC cßn cã c¸c tham sè kh¸c nh−: mÐo phi tuyÕn, sai sè khuÕch ®¹i, sai sè lÖch kh«ng, sai sè l−îng tö ho¸. - Tèc ®é chuyÓn ®æi cho biÕt sè kÕt qu¶ chuyÓn ®æi trong mét gi©y, ®−îc gäi lµ tÇn sè chuyÓn ®æi fc. Còng cã thÓ dïng tham sè thêi gian chuyÓn ®æi Tc ®Ó ®Æc tr−ng cho tèc ®é chuyÓn ®æi. Víi mét ADC th−êng th× fc < 1/Tc v× gi÷a c¸c lÇn chuyÓn ®æi ph¶i cã mét thêi gian cÇn thiÕt ®Ó ADC phôc håi l¹i tr¹ng th¸i ban ®Çu. Mét ADC cã tèc ®é chuyÓn ®æi cao th× ®é chÝnh x¸c gi¶m vµ ng−îc l¹i. Hµ Ngäc Th¾ng
  3. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com - 4.2.3 C¸c ph−¬ng ph¸p chuyÓn ®æi t−¬ng tù - sè Cã nhiÒu c¸ch ph©n lo¹i ADC, nh−ng hay dïng h¬n c¶ lµ ph©n lo¹i theo qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi vÒ mÆt thêi gian. Trong ®å ¸n nµy chØ giíi thiÖu mét sè ph−¬ng ph¸p ®iÓn h×nh. 4.2.3.1 ChuyÓn ®æi A/D theo ph−¬ng ph¸p song song Nguyªn t¾c ho¹t ®éng. TÝn hiÖu t−¬ng tù UA ®−îc ®ång thêi ®−a ®Õn c¸c bé so s¸nh tõ S1 ®Õn Sm. §iÖn ¸p chuÈn Uch ®−îc ®−a ®Õn ®Çu vµo thø 2 cña c¸c bé so s¸nh qua thang ®iÖn trë R. Do ®ã c¸c ®iÖn ¸p chuÈn ®Æt vµo c¸c bé so s¸nh l©n cËn kh¸c nhau mét l−îng kh«ng ®æi vµ gi¶m dÇn tõ S1 ®Õn Sm. §Çu ra cña c¸c bé so s¸nh cã ®iÖn ¸p lín h¬n ®iÖn ¸p chuÈn lÊy trªn thang ®iÖn trë cã møc logic "1", c¸c ®Çu ra cßn l¹i cã møc logic "0". C¸c ®Çu ra cña m¹ch so s¸nh ®−îc nèi víi m¹ch AND, mét ®Çu m¹ch AND ®−îc nèi víi m¹ch t¹o xung nhÞp. ChØ khi cã xung nhÞp ®−a ®Õn ®Çu vµo AND th× c¸c xung trªn ®Çu ra cña bé so s¸nh míi ®−a vµo m¹ch nhí Flip_Flop (FF). Nh− vËy cø sau mét kho¶ng thêi gian b»ng chu kú xung nhÞp l¹i cã mét tÝn hiÖu ®−îc biÕn ®æi vµ ®−a ®Õn ®Çu ra. Xung nhÞp ®¶m b¶o qu¸ tr×nh so s¸nh kÕt thóc míi ®−a xung nhÞp vµo bé nhí. Bé m· ho¸ sÏ biÕn ®æi tÝn hiÖu vµ d−íi d¹ng m· ®Õm thµnh m· nhÞ ph©n. M¹ch biÕn ®æi song song cã tèc ®é chuyÓn ®æi nhanh nªn ®−îc gäi lµ ADC nhanh nh−ng kÕt cÊu cña m¹ch rÊt phøc t¹p vÝ dô nh− ADC n bits cÇn ph¶i dïng 2n -1 bé so s¸nh. V× vËy ph−¬ng ph¸p nµy chñ yÕu dïng trong c¸c ADC cã tèc ®é chuyÓn ®æi cao nh−ng sè bit nhá. Hµ Ngäc Th¾ng
  4. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com H×nh 5.2: S¬ ®å nguyªn lý bé chuyÓn ®æi A/D theo ph−¬ng ph¸p song song. 4.2.3.2 ChuyÓn ®æi A/D theo ph−¬ng ph¸p bï H×nh 5.3: M¹ch nguyªn lý A/D theo nguyªn t¾c bï T¹i thêi ®iÓm ban ®Çu bé ®Õm ®−îc ®Æt ë tr¹ng th¸i kh«ng bëi xung Cl, nh− vËy ®Çu ra cña nã còng cã tÝn hiÖu kh«ng. M¹ch so s¸nh thiÕt lËp gi¸ trÞ mét tÝn hiÖu nhÞp H qua cæng AND ®−îc ®−a vµo m¹ch ®Õm. M¹ch ®Õm lµm viÖc cho ra tÝn hiÖu sè tõ Q0…Qm-1 ®ång thêi Hµ Ngäc Th¾ng
  5. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com qua bé biÕn ®æi D/A sÏ cã ®iÖn ¸p U0 cho ®Õn khi U0 ≥ UA th× bé so s¸nh lËt gi¸ trÞ, ®Çu ra cña nã cã gi¸ trÞ 0 cæng AND sÏ kho¸ vµ bé ®Õm sÏ dõng. Trªn ®Çu ra bé ®Õm Q0…Qm-1 ë d¹ng sè tØ lÖ víi ®iÖn ¸p vµo UA, sè nµy ®−îc xÕp vµo bé ghi. TiÕp theo bé ®Õm ®−îc xo¸ vµ chuÈn bÞ cho chu kú biÕn ®æi tiÕp theo. Sau mçi chu kú bé ghi sÏ ghi sè liÖu míi cña bé ®Õm. NÕu nh− bé ®Õm nhÞ ph©n cã m bits th× ®iÖn ¸p vµo cùc ®¹i UmaxA: U max A = 2 m − 1 §iÖn ¸p UA ®−îc l−îng tö theo gia sè: U max A ∆U A = 2m − 1 §iÖn ¸p UA ®−îc diÔn t¶ b»ng ph−¬ng tr×nh. U max A ∆U A = .N 2m − 1 Trong ®ã N lµ tæng sè b−íc cña bé ®Õm vµ dung l−îng cña nã ®Çy sau khi kÕt thóc qóa tr×nh ®Õm. Thêi gian biÕn ®æi N TA = fn Trong ®ã fn lµ tÇn sè xung nhÞp. Thêi gian biÕn ®æi phô thuéc ®é lín ®iªn ¸p. Tèc ®é thay ®æi ®iÖn ¸p cã thÓ ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i. ⎛ dU A ⎞ ∆U A U .∆ N f n UA ⎜ ⎟ = = A max . = m max f n ⎝ dt ⎠ max ∆T 2 −1 m ∆N 2 −1 NÕu tèc ®é biÕn ®æi ®iÖn ¸p UA lín h¬n tèc ®é cùc ®¹i th× ph¸t sinh sai sè ®éng cña bé biÕn ®æi. Sai sè tÜnh cña bé biÕn ®æi lµ sai sè l−îng tö ± ∆ U. §Ó gi¶m thêi gian biÕn ®æi, ë bé ®Õm nhÞ ph©n ta sö dông m¹ch ®iÒu khiÓn ch−¬ng tr×nh. 4.2.3.3 Bé biÕn ®æi A/D theo nguyªn t¾c servo Bé biÕn ®æi nµy cã ba phÇn tö c¬ b¶n: m¹ch so s¸nh, m¹ch ®Õm hai chiÒu vµ bé biÕn ®æi D/A. Hµ Ngäc Th¾ng
  6. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com H×nh 5.4: M¹ch biÕn ®æi A/D theo nguyªn t¾c servo. TÝn hiÖu ®iÖn ¸p vµo UA so s¸nh víi ®iÖn ¸p ra D/A. NÕu UA > U0 th× bé biÕn ®Õm ®Õm theo chiÒu tiÕn. NÕu UA < U0 th× bé ®Õm ®Õm theo chiÒu lïi cho ®Õn khi UA = U0 th× bé ®Õm dõng, t−¬ng tù nh− c¬ cÊu servo. Tuy vËy tèc ®é biÕn ®æi ®iÖn ¸p vµo UA lu«n lu«n ph¶i nhá h¬n tèc ®é cña bé ®Õm vµ bé biÕn ®æi D/A. Nªn thêi gian biÕn ®æi phô thuéc vµo tÇn sè xung nhÞp fH vµ ph¶n øng cña bé so s¸nh. 4.3 ChuyÓn ®æi sè t−¬ng - tù (DAC –Digital Analog Converter) 4.3.1 Nguyªn t¾c lµm viÖc cña DAC ChuyÓn ®æi sè t−¬ng tù lµ qu¸ tr×nh t×m l¹i tÝn hiÖu tõ n sè h¹ng (n bits) ®· biÕt cña tÝn hiÖu sè. Bé chuyÓn ®æi sè t−¬ng tù (DAC) tiÕp nhËn mét m· sè n bits song song ë ®Çu vµo vµ biÕn ®æi thµnh tÝn hiÖu liªn tôc ë ®Çu ra. TÝn hiÖu ®Çu ra cña DAC. Um lµ tÝn hiÖu rêi r¹c theo thêi gian. Hµ Ngäc Th¾ng
  7. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com H×nh 5.6: TÝn hiÖu ra bé ADC theo thêi gian. TÝn hiÖu nµy ®−îc ®−a qua bé läc th«ng thÊp. §Çu ra cña bé läc lµ tÝn hiÖu t−¬ng tù UA biÕn thiªn liªn tôc theo thêi gian, lµ tÝn hiÖu néi suy cña Um. VËy bé läc th«ng thÊp ®ãng vai trß lµ bé néi suy. 4.3.2 C¸c ®Æc tÝnh quan träng cña DAC - §é ph©n gi¶i: liªn quan ®Õn sè bit cña mét DAC. NÕu sè bit lµ m th× sè tr¹ng th¸i tÝn hiÖu cña sè nhÞ ph©n ®−a vµo lµ 2n vµ tÝn hiÖu ra sÏ cã 2n møc kh¸c nhau, do ®ã ®é ph©n gi¶i lµ 1/ 2n. §é ph©n gi¶i cµng bÐ th× tÝn hiÖu ®Çu ra cã d¹ng liªn tôc gÇn víi thùc tÕ. - §é tuyÕn tÝnh: Trong mét DAC lý t−ëng sù t¨ng tÝn hiÖu sè ë ®Çu vµo sÏ tû lÖ víi sù t¨ng tÝn hiÖu sè ë ®Çu ra. - §é chÝnh x¸c cña mét DAC cho biÕt sù kh¸c biÖt gi÷a trÞ sè thùc tÕ cña UA vµ trÞ sè lý thuyÕt cho bëi mét gi¸ trÞ bÊt kú cña tÝn hiÖu sè ë ®Çu vµo. Sù sai kh¸c nµy cµng nhá th× ®é chÝnh x¸c cµng cao. - Thêi gian thiÕt lËp: Khi tÝn hiÖu sè ë ®Çu vµo cña mét DAC thay ®æi, tÝn hiÖu ë ®Çu ra kh«ng thÓ thay ®æi ngay lËp tøc mµ ph¶i sau mét kho¶ng thêi gian nµo ®ã gäi lµ thêi gian thiÕt lËp. Thêi gian thiÕt lËp ph¶n ¸nh tÝnh t¸c ®éng nhanh cña mét DAC. 4.3.3 Mét sè m¹ch DAC ®iÓn h×nh 4.3.3.1 BiÕn ®æi DAC víi m¹ng ®iÖn trë träng l−îng M¹ch gåm mét nguån ®iÖn ¸p chuÈn Uch, c¸c bé chuyÓn m¹ch vµ ®iÖn trë cã gi¸ trÞ R, R/2, R/4... vµ mét m¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n. S¬ ®å nguyªn lý h×nh 5.7 Hµ Ngäc Th¾ng
  8. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com H×nh 5.7: S¬ ®å nguyªn lý biÕn ®æi D/A víi m¹ng ®iÖn trë träng l−îng. Khi mét kho¸ ®iÖn nµo ®ã ®−îc nèi víi nguån ®iÖn thÕ chuÈn th× sÏ cung cÊp cho bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n dßng ®iÖn c−êng ®é lµ: U ch Ii = ( i = 0..n-1). R .2 i C−êng ®é dßng ®iÖn nµy ®éc lËp víi c¸c khãa cßn l¹i, cã thÓ thÊy ngay b»ng biªn ®é ®iÖn ¸p Ura phô thuéc vµo chç kho¸ nµo ®−îc nèi víi Uch tøc lµ phô thuéc vµo gi¸ trÞ cña bit t−¬ng øng trong tÝn hiÖu sè ®−a vµo m¹ch chuyÓn ®æi. M¹ch cã −u ®iÓm lµ ®¬n gi¶n, nh−ng nh−îc ®iÓm lµ ®é chÝnh x¸c vµ tÝnh æn ®Þnh cña kÕt qu¶ phô thuéc nhiÒu vµo trÞ sè cña c¸c ®iÖn trë vµ kh¶ n¨ng biÕn thiªn nh− nhau theo m«i tr−êng cña c¸c ®iÖn trë nµy. ChÕ t¹o c¸c ®iÖn trë theo ®óng tØ lÖ chÝnh x¸c nh− vËy th−êng khã kh¨n vµ tèn kÐm. Ngoµi ra Ura cßn phô thuéc vµo c¶ ®é chÝnh x¸c vµ tÝnh æn ®Þnh cña nguån ®iÖn ¸p chuÈn. Hµ Ngäc Th¾ng
  9. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com 4.3.3.2 Bé biÓn ®æi D/A dïng m¹ng ®iÖn trë R vµ 2R H×nh 5.8: S¬ ®å biÕn ®æi D/A dïng m¹ng ®iÖn trë R vµ 2R DAC víi thang ®iÖn trë R - 2R kh¾c phôc ®−îc mét sè nh−îc ®iÓm cña DAC m¹ng ®iÖn trë träng l−îng. M¹ch chØ gåm hai lo¹i ®iÖn trë R vµ 2R víi nhiÒu chuyÓn m¹ch ( mçi chuyÓn m¹ch cho 1 bit) vµ mét nguån ®iÖn ¸p chuÈn Uch. §¹i l−îng cÇn t×m lµ Ith vµo m¹ch khuÕch ®¹i khi cã mét sè chuyÓn m¹ch nèi víi Uch. Lóc ®ã ta cã: U ra = − I th .R f . XÐt t¹i chuyÓn m¹ch t−¬ng øng víi bit thø i, nót t−¬ng øng trªn m¹ch lµ nót 2i. Khi bé chuyÓn ®æi ®ãng vµo Uch th× ®iÖn thÕ t−¬ng ®−¬ng t¹i nót 2i sÏ lµ Uch/ 2 vµ nguån t−¬ng ®−¬ng cã néi trë lµ R (theo ®Þnh lý Thevenin). Nh− vËy t¹i nót 2i+1 ta cã nguån t−¬ng ®−¬ng trÞ sè lµ Uch/ 4 vµ néi trë lµ R. Tõ nh÷ng kÕt qu¶ trªn ta suy ra r»ng khi di chuyÓn vÒ phÝa m¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n ®iÖn thÕ t¹i mçi nót b»ng nöa trÞ sè cña nót kÕ cËn bªn tr¸i nã. Nh− vËy nÕu tõ nót thø 2i ®Õn nót 2n-2 cã k nót (kÓ c¶ nót thø 2n-2) th× ®iÖn thÕ t¹i nót 2n-2 do chuyÓn m¹ch 2i g©y ra lµ Uch/ 2k vµ dßng ®iÖn t−¬ng øng lµ Uch/(2k.2R). T¹i nót 2n-1 do ®Æc tÝnh cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n mµ ®iÖn thÕ t¹i ®©y ®−îc coi lµ 0V. Tãm l¹i, mét c¸ch tæng qu¸t ta cã c«ng thøc ®Ó tÝnh ®iÖn ¸p ra cña mét DAC n bit (tõ B0 ÷ Bn-1) víi m¹ng ®iÖn trë R - 2R. U ra = −U ch Rf n 2 R (2 n −1 B n−i + 2 n−2 B n−2 + ..... + 2 0 B 0 ) Hµ Ngäc Th¾ng
  10. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Trong ®ã B0 ÷ Bn-1 cã gi¸ trÞ 0 hoÆc 1. C¸c DAC theo ph−¬ng ph¸p nµy ph¶i dïng sè ®iÖn trë kh¸ lín, vÝ dô nh− DAC n bit th× ph¶i dïng 2(n-1) ®iÖn trë, trong khi theo ph−¬ng ph¸p ®iÖn trë träng l−îng chØ ph¶i dïng n ®iÖn trë. Nh−ng bï l¹i nã kh«ng r¾c rèi v× chØ cÇn dïng cã 2 lo¹i ®iÖn trë mµ th«i. Nªn ®é chÝnh x¸c vµ tÝnh æn ®Þnh cña tÝn hiÖu ra ®−îc ®¶m b¶o. 4.4 ThiÕt kÕ card chuyÓn ®æi AD - DA 4.4.1 Lùa chän ADC vµ DAC trong ph−¬ng ¸n thiÕt kÕ DAC dïng ®Ó chuyÓn ®æi tÝn hiÖu sè tõ m¸y tÝnh thµnh tÝn hiÖu t−¬ng tù ®iÒu khiÓn ®éng c¬. M¹ch cã vßng ph¶n håi dïng m¸y ph¸t tèc (FT) cã trôc g¾n liÒn víi trôc ®éng c¬. §iÖn ¸p lÊy ra tõ m¸y ph¸t tèc qua ADC ®−a vµo m¸y tÝnh ®Ó tù ®éng æn ®Þnh tèc ®é cña ®éng c¬ trong qu¸ tr×nh lµm viÖc. H×nh 5.9: S¬ ®å nguyªn t¾c phèi ghÐp m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn ®éng c¬ mét chiÒu. Trong s¬ ®å cã sö dông ADC vµ DAC, v× vËy vÊn ®Ò ®Çu tiªn khi thiÕt kÕ card chuyÓn ®æi lµ lùa chän ADC vµ DAC nh− thÕ nµo ®Ó võa ®¶m b¶o chØ tiªu kü thuËt ®Ò ra l¹i võa ®¶m b¶o tÝnh kh¶ thi cña ph−¬ng ¸n thiÕt kÕ (gi¸ thµnh cña card võa ph¶i, c¸c linh kiÖn l¾p r¸p cã s½n ë thÞ tr−êng ViÖt Nam). Trong thùc tÕ khi thiÕt kÕ ta cÇn ph¶i chó ý ®Õn c¸c tham sè c¬ b¶n cña c¸c linh kiÖn. ViÖc thiÕt kÕ card chuyÓn ®æi lµ sö dông c¸c ADC vµ DAC ®· ®−îc chÕ t¹o s½n cïng víi c¸c IC chøc n¨ng kh¸c ®Ó l¾p r¸p thµnh m¹ch nh»m ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu kü thuËt ®Ò ra. §Ó lµm c¨n cø cho viÖc lùa chän ADC vµ DAC th× cÇn ph¶i ®Æc biÖt quan t©m ®Õn ®é chÝnh x¸c cña nã. Tham sè ®Æc tr−ng cho ®é chÝnh x¸c cña ADC, DAC lµ ®é ph©n gi¶i cã liªn quan chÆt chÏ ®Õn sè bit cña nã. Hµ Ngäc Th¾ng
  11. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com §å ¸n nµy lµ ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ mét chiÒu b»ng vi xö lý nªn ta chän ADC 0809 vµ DAC 0808 lµ c¸c IC chuyÓn ®æi A/D vµ D/A 8 bits t−¬ng thÝch víi c¸c hä vi xö lý th«ng dông trªn thÞ tr−êng. §Ó ®¹t ®−îc ®é chÝnh x¸c cao h¬n ta ph¶i chän c¸c ADC, DAC cã ®é ph©n gi¶i cao h¬n. 4.4.2 B¶n ®å ®Þa chØ vµo ra trong IBM vµ PC t−¬ng thÝch Tr−íc khi mét Card më réng ®−îc cµi ®Æt trong r·nh c¾m cña mét m¸y tÝnh PC th× ®Þa chØ cæng vµo/ra cÇn ph¶i ®−îc lùa chän. ViÖc lùa chän ®Þa chØ c¬ b¶n nµy rÊt quan träng bëi v× mçi Card më réng ®−îc c¾m vµo b¶n m¹ch chÝnh cña m¸y tÝnh ®Òu ph¶i cã mét ®Þa chØ vµo ra duy nhÊt. Th«ng th−êng bus PC dù tÝnh mét vïng 1024 ®Þa chØ vµo ra. ViÖc ®Þnh tõng vïng ®Þa chØ cho m¸y tÝnh ®· ®−îc IBM chuÈn ho¸, øng víi mçi vïng ®Þa chØ cã chøc n¨ng riªng mµ c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi kh¸c kh«ng ®−îc x©m ph¹m ®Õn. V× vËy vïng vµo ra cña mét Card më réng kh«ng ®−îc phÐp bao trïm lªn vïng ®Þa chØ vµo ra cña m¸y tÝnh. B¶n ®å ®Þa chØ sau ®©y sÏ chØ ra tõng vïng ®Þa chØ riªng biÖt phôc vô cho c¸c môc ®Ých kh¸c nhau. §i¹ chØ vµo/ra (Hex) Chøc n¨ng 000 - 00F Bé ®iÒu khiÓn DMA 1(8232). 020 – 021 Bé ®iÒu khiÓn ng¾t (8259). 040 – 043 Bé ph¸t thêi gian (8254). 060 – 063 Bé kiÓm tra bµn phÝm (8242). 070 - 07F §ång hå thêi gian thùc ( MC 146818) 080 -09F Thanh ghi trang DMA (LS 670). 0A0 – 0BF Bé ®iÒu khiÓn ng¾t 2 (8259). 0C0 – 0FF Bé ®iÒu khiÓn DMA 2 (8237). 0E0 – 0FF Dù tr÷ cho b¶n m¹ch chÝnh. 0F8 – 0FF Bé ®ång xö lý 80*87. 1F0 – 1F8 Bé ®iÒu khiÓn ®Üa cøng. Hµ Ngäc Th¾ng
  12. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com 200 - 20F Cæng dïng cho trß ch¬i (game). 278 - 27F Cæng song song 2 (LTP 2). 2B0 – 2DF Card EGA 2. 2E8 – 2EF Cæng nèi tiÕp 4 (com 4). 2E8 – 2FF Cæng nèi tiÕp 2 (com 2). 300 - 31F Card më réng cho ng−êi sö dông. 320 - 32F Bé ®iÒu khiÓn ®Üa cøng. 360 - 36F Cæng nèi m¹ng (LAN). 378 - 37F Cæng song song 1 (LTP 1). 380 - 38F Cæng nèi tiÕp ®ång bé 2. 3A0 – 3AF Cæng nèi tiÕp ®ång bé 1. 3B0 – 3BF Mµn h×nh ®¬n s¾c. 3C0 – 3CF Card EGA 3E8 – 3EF C«ng nèi tiÕp 3 (com 3). 3F0 – 3F7 Bé ®iÒu khiÓn ®Üa mÒm. 3F8 – 3FF Cæng nèi tiÕp 1 (com 1). S¬ ®å ®Þa chØ vµo/ra sö dông cho m¸y tÝnh IBM vµ t−¬ng thÝch víi viÖc thiÕt kÕ Card. Víi viÖc thiÕt kÕ Card c¾m trªn Slot cña m¸y tÝnh ta cÇn quan t©m ®Õn c¸c tÝn hiÖu trªn Slot cña m¸y tÝnh. Trong bé vi xö lý ta cÇn quan t©m ®Õn 3 phÇn chÝnh sau ®©y: • CPU: lµ bé vi xö lý trung t©m, t¹i ®©y diÔn ra c¸c lÖnh ®iÒu khiÓn, xö lý vµ thu thËp c¸c th«ng tin. • Bé nhí th−êng: Dïng ®Ó chøa ch−¬ng tr×nh vµ sè liÖu (code, stack, data) cña ch−¬ng tr×nh h¹t nh©n vµ stack. Cã kh¶ n¨ng liªn hÖ trùc tiÕp víi CPU th«ng qua Data bus vµ Address bus. • C¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi ghÐp nèi víi m¸y tÝnh: C¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi ®−îc liªn hÖ víi CPU qua c¸c cæng. Hµ Ngäc Th¾ng
  13. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Sù ph©n chia nµy gióp cho ng−êi sö dông cã thÓ më réng kh¶ n¨ng cña m¸y tÝnh trong viÖc bæ sung hay lo¹i bá mét sè c¸c chøc n¨ng tuú theo yªu cÇu cña m×nh. S¬ ®å ch©n cña Slot 8 bits trªn m¸y tÝnh H×nh 5.10: S¬ ®å Slot m¸y tÝnh Sau ®©y lµ b¶ng m« t¶ chøc n¨ng c¸c ch©n cña r·nh c¾m ISA ( c¸c ch©n liªn quan ®Õn viÖc thiÕt kÕ Card më réng A/D - D/A). TÝn hiÖu Tªn M« t¶ 0 – A19 Bus ®Þa chØ (vµo / ra). 20 bits thÊp h¬n cña bus ®Þa chØ hÖ thèng AEN Cho phÐp ®Þa chØ Ch©n Address enable cho phÐp dïng mét card (Address enable - lèi më réng ®Ó c¾m khèi logic gi¶i m· ®Þa chØ I/O ra). côc bé cña nã. Nã kÝch ho¹t ë møc cao. Khi ho¹t ®éng Address enable chØ cho thÊy hoÆc qu¸ tr×nh truy nhËp trùc tiÕp bé nhí (DMA) hoÆc qu¸ tr×nh lµm t−¬i l¹i ®ang ®−îc ®iÒu khiÓn trªn c¸c bus. Hµ Ngäc Th¾ng
  14. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com D0 - D7 Bus d÷ liÖu 8 bits d÷ liÖu cho phÐp truyÒn gi÷a bus chñ vµ Card më réng. IOR §äc vµo/ra (I/O Read) TÝn hiÖu ®äc vµo/ra chØ cho thÊy mét chu tr×nh ®äc I/O ®ang ®−îc tiÕn hµnh. Khi tÝch cùc tÝn hiÖu nµy ë møc thÊp. IOW Ghi vµo/ra(I/O Write) TÝn hiÖu lÖnh ghi vµo/ra chØ cho thÊy mét chu tr×nh bus ghi I/O ®ang ®−îc tiÕn hµnh Ngoµi ra trªn Slot cña m¸y tÝnh cßn cã c¸c tÝn hiÖu kh¸c nh−: - ± 5V, ± 12V, GND: nguån nu«i cung cÊp cho Card më réng. - OSC : tÇn sè m¸y tÝnh. - IRQ : yªu cÇu ng¾t. - IQRQ: yªu cÇu ngo¹i vi. - MQQ: yªu cÇu bé nhí. Trªn ®©y lµ c¸c tÝn hiÖu Slot cña m¸y tÝnh mµ ta cÇn ph¶i quan t©m do ®ã khi l¾p Card ta cÇn bè trÝ vµ ph©n vïng ®Þa chØ cho nh÷ng môc ®Ých kh¸c nhau. Víi viÖc ph©n vïng nh− vËy, øng víi mçi vïng cã mét chøc n¨ng riªng mµ c¸c thiÕt bÞ kh¸c kh«ng x©m ph¹m ®−îc. 4.4.3 Giíi thiÖu mét sè linh kiÖn sö dông trong Card 4.4.3.1 IC chuyÓn ®æi ADC 0809 Hµ Ngäc Th¾ng
  15. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com H×nh 5.11: S¬ ®å ADC 0809 ADC 0809 lµ bé biÕn ®æi A/D 8 bits chÕ t¹o theo c«ng nghÖ CMOS, biÕn ®æi theo nguyªn t¾c xÊp xØ liªn tiÕp. Bé dån 8 kªnh cã thÓ tiÕp cËn trùc tiÕp ®Õn c¸c tÝn hiÖu t−¬ng tù ë ®Çu vµo. Vi m¹ch gåm 28 ch©n, trong ®ã cã 8 ch©n vµo cho tÝn hiÖu t−¬ng tù tõ IN0 ®Õn IN7. 8 ch©n ra cho tÝn hiÖu sè tõ D0 ®Õn D7, 3 ch©n A0, A1, A2 cho phÐp gi¶i m· chän mét trong 8 kªnh ®Çu vµo t−¬ng tù. Ch©n CLOCK cã t¸c dông ®−a xung nhÞp cho qu¸ tr×nh lÊy mÉu. Ch©n START cho biÕt b¾t ®Çu gi¶i m· khi tr×nh biÕn ®æi. Ch©n ENABLE ë møc logic cao cho phÐp ®−a sè liÖu ra tõ D0 ®Õn D7. C¸c th«ng sè cña vi m¹ch. - §é ph©n gi¶i 8 bits. - Nguån cung cÊp ®¬n 5VDC. - Thêi gian biÕn ®æi 100µs. - 8 kªnh ®Çu vµo. - §Çu ra 3 tr¹ng th¸i cã chèt. - D¶i ®iÖn ¸p vµo t−¬ng tù 0 ÷ 5 V. - C«ng suÊt tiªu thô 15mW. - C¸c lèi ra t−¬ng thÝch víi TTL. Hµ Ngäc Th¾ng
  16. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com - Gi¶i nhiÖt ®é 400C ÷ 850C. T¸m kªnh lèi vµo analog tõ IN0 ÷ IN7 ®−îc chän nhê ba lèi vµo ®Þa chØ A0, A1, A2. Khi ®ã viÖc lùa chän tu©n theo b¶ng s¾p xÕp d−íi ®©y. A2 A1 A0 Kªnh vµo 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 4.4.3.2 Vi m¹ch chuyÓn ®æi sè - t−¬ng tù DAC 0808 H×nh 5.12: S¬ ®å DAC 0808 DAC 0808 lµ bé biÕn ®æi sè - t−¬ng tù 8 bits víi thêi gian ®−a dßng ra lín nhÊt lµ 150 ns trong khi chØ tiªu thô 33mW víi nguån ± 5V. C¸c th«ng sè cña vi m¹ch: Hµ Ngäc Th¾ng
  17. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com - §é chÝnh x¸c ± 0,19%. - D¶i ®iÖn ¸p cung cÊp ± 4,5V ÷ ± 18V. - Thêi gian biÕn ®æi 150ns. - Tiªu thô n¨ng l−îng Ýt: 33mW ( ± 5V). - D¶i ®iÖn ¸p ®Çu vµo sè: - 10V ÷ +18V - Cæng vµo kh«ng ®¶o giao tiÕp ®−îc víi TTL vµ CMOS. 4.4.3.3 Vi m¹ch gi¶i m· ®Þa chØ 74LS138 H×nh 5.13: S¬ ®å 74LS138 B¶ng ch©n lý chØ ra chØ cã mét trong t¸m ®Çu ra cña vi m¹ch gi¶i m· cã møc logic 0 t¹i mét thêi ®iÓm. §Ó cho phÐp vi m¹ch ho¹t ®éng ®−îc th× 3 ®Çu vµo cho phÐp E1, E2, E3 ph¶i cïng tÝch cùc. Møc tÝch cùc cña hai ®Çu vµo E1, E2 lµ møc logic 0 cßn ®Çu vµo E3 lµ møc logic 1. Khi 74LS138 ho¹t ®éng c¸c ®Çu vµo ®Þa chØ A, B, C chän ®Çu ra nµo th× ®Çu ra ®ã trë thµnh møc thÊp. B¶ng ch©n lý cña vi m¹ch gi¶i m· 74LS138. §Çu vµo cho phÐp §Çu vµo ®Þa chØ §Çu ra gi¶i m∙ Hµ Ngäc Th¾ng
  18. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com E1 E2 E3 C B A Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 1 x x x x x 1 1 1 1 1 1 1 1 x 1 x x x x 1 1 1 1 1 1 1 1 x x 0 x x x 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 4.4.3.4 Vi m¹ch so s¸nh 74LS85 H×nh 5.14: S¬ ®å 74LS85 Bé so s¸nh 4 bits nµy thùc hiÖn viÖc so s¸nh c¸c m· nhÞ ph©n. ThiÕt bÞ nµy hoµn toµn cã thÓ më réng ®Õn bÊt kú sè l−îng bit nµo mµ kh«ng cÇn thªm c¸c cæng ngoµi. C¸c bit dµi h¬n cã thÓ ®−îc so s¸nh b»ng c¸ch nèi tiÕp c¸c bé so s¸nh. Hµ Ngäc Th¾ng
  19. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com 4.4.3.5 Vi m¹ch ®Öm cã chèt 74LS373 H×nh 5.15: S¬ ®å 74LS373. Vi m¹ch 8 bits nµy cã ®Çu ra 3 tr¹ng th¸i ®−îc thiÕt lËp ®Ó nu«i c¸c t¶i cã dung kh¸ng lín, trë kh¸ng t−¬ng ®æi thÊp. Tr¹ng th¸i thø 3 cao trë vµ t¨ng møc logic cao khiÕn cho vi m¹ch nµy cã thÓ ®−îc nèi th¼ng tíi c¸c ®−êng bus. 8 chèt cña 74LS373 lµ trong suèt, nghÜa lµ khi ch©n kÝch ho¹t cao th× c¸c ®Çu ra Q sÏ ®óng b»ng ®Çu vµo d÷ liÖu, khi ch©n kÝch ho¹t xuèng thÊp th× chóng ®−îc chèt ë møc d÷ liÖu ®· ®Æt. 4.5 CÊu t¹o Card 4.5.1 Bé t¹o xung nhÞp §Ó cho card cã thÓ ho¹t ®éng ®−îc th× ph¶i cã tÝn hiÖu clock víi tÇn sè cì 40kHz ÷ 12 MHz. Cã 2 c¸ch ®Ó ph¸t tÝn hiÖu Clock. - LÊy tõ nguån xung nhÞp cña m¸y tÝnh. - T¹o m¹ch cung cÊp xung nhÞp riªng. Hµ Ngäc Th¾ng
  20. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Theo c¸ch thø nhÊt th× cã −u ®iÓm lµ kh«ng ph¶i t¹o ra mét bé xung ph¸t riªng nh−ng nh−îc ®iÓm lín nhÊt cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ Card khã cã thÓ ho¹t ®éng tèt trªn nh÷ng m¸y tÝnh kh¸c nhau v× mçi m¸y tÝnh cã tÇn sè xung nhÞp kh¸c nhau. Do ®ã ®Ó Card t−¬ng thÝch víi mäi m¸y tÝnh ta chän ph−¬ng ¸n 2. S¬ ®å m¹ch nguyªn lý t¹o xung nhÞp nh− sau: H×nh 5.16: S¬ ®å m¹ch tao xung nhÞp 4.5.2 Bé t¹o ®iÖn ¸p chuÈn H×nh 5.17: S¬ ®å nguyªn lý m¹ch t¹o ®iÖn ¸p chuÈn Ta cã thÓ lÊy ®iÖn ¸p chuÈn tõ Slot cña m¸y tÝnh, tuy nhiªn ®iÖn ¸p nµy cã sai sè kh¸ lín ( kho¶ng 5 %) trong khi ADC vµ DAC cã ®é chÝnh x¸c tíi ± 1/2 bits. Nh− vËy nÕu lÊy th¼ng nguån tõ Slot ta sÏ gÆp ph¶i sai sè rÊt lín, kh«ng ®¶m b¶o yªu cÇu ®iÒu khiÓn. Do ®ã ta sö dông mét m¹ch t¹o ®iÖn ¸p chuÈn riªng nh− h×nh 5.17. 4.6 Nguyªn lý ho¹t ®éng cña Card Hµ Ngäc Th¾ng

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản