Điều khiển động cơ điện một chiều P4

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

Hµ Ngäc Th¾ng

chuyÓn ®æi tiÕp theo ( qu¸ tr×nh l−îng tö ho¸ vµ m· ho¸). Qu¸ tr×nh l−îng tö ho¸

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

Hµ Ngäc Th¾ng

®æi cao th× ®é chÝnh x¸c gi¶m vµ ng−îc l¹i.

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

-1 bé so s¸nh. V× vËy kÕt cÊu cña m¹ch rÊt phøc t¹p vÝ dô nh− ADC n bits cÇn ph¶i dïng

Hµ Ngäc Th¾ng

ph−¬ng ph¸p nµy chñ yÕu dïng trong c¸c ADC cã tèc ®é chuyÓn ®æi cao nh−ng sè bit nhá.

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

Hµ Ngäc Th¾ng

AND ®−îc ®−a vµo m¹ch ®Õm. M¹ch ®Õm lµm viÖc cho ra tÝn hiÖu sè tõ Q0…Qm-1 ®ång thêi

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:

Amax

∆

U Amax m − 1 2

§iÖn ¸p UA ®−îc l−îng tö theo gia sè:

∆

U Amax m − 1 2

§iÖn ¸p UA ®−îc diÔn t¶ b»ng ph−¬ng tr×nh.

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.

T = A

N f

Thêi gian biÕn ®æi

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

∆ N.

A m

f ∆

dU dt

∆ U A ∆ T

n N

max m −

A 2

max − 1

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

max

cùc ®¹i.

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

Hµ Ngäc Th¾ng

D/A.

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.

Hµ Ngäc Th¾ng

TÝn hiÖu ®Çu ra cña DAC. Um lµ tÝn hiÖu rêi r¹c theo thêi gian.

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,

Hµ Ngäc Th¾ng

R/2, R/4... vµ mét m¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n. S¬ ®å nguyªn lý h×nh 5.7

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

I = i

khuÕch ®¹i thuËt to¸n dßng ®iÖn c−êng ®é lµ:

ch i 2.R

( i = 0..n-1).

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

Hµ Ngäc Th¾ng

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.

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:

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.

− 1n

− 2n

−=

.....

0 B2

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

− in

− 2n

÷ Bn-1) víi m¹ng ®iÖn trë R - 2R. ( 2

)0

R f n R2

Hµ Ngäc Th¾ng

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

Hµ Ngäc Th¾ng

liªn quan chÆt chÏ ®Õn sè bit cña nã.

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.

Chøc n¨ng

§i¹ chØ vµo/ra (Hex)

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.

Hµ Ngäc Th¾ng

1F0 – 1F8 Bé ®iÒu khiÓn ®Üa cøng.

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

Hµ Ngäc Th¾ng

CPU qua c¸c cæng.

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

Hµ Ngäc Th¾ng

khiÓn trªn c¸c bus.

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 TÝn hiÖu lÖnh ghi vµo/ra chØ cho thÊy mét chu Ghi vµo/ra(I/O Write)

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

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.

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.

cho phÐp ®−a sè liÖu ra tõ D0 ®Õn D7.

C¸c th«ng sè cña vi m¹ch.

- 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.

Hµ Ngäc Th¾ng

- C¸c lèi ra t−¬ng thÝch víi TTL.

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

Kªnh vµo

A2

A1

A0

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.

Hµ Ngäc Th¾ng

C¸c th«ng sè cña vi m¹ch:

Nguyenvanbientbd47@gmaill.com - §é chÝnh x¸c 0,19%.

± 18V.

- D¶i ®iÖn ¸p cung cÊp 4,5V ÷

- 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

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.

Hµ Ngäc Th¾ng

§Çu vµo cho phÐp §Çu vµo ®Þa chØ §Çu ra gi¶i m∙

Nguyenvanbientbd47@gmaill.com C B E1 E2 E3 A Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8

x x x x x 1 1 1 1 1 1 1 1 1

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 x

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 0

4.4.3.4 Vi m¹ch so s¸nh 74LS85

H×nh 5.14: S¬ ®å 74LS85

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

Hµ Ngäc Th¾ng

cã thÓ ®−îc so s¸nh b»ng c¸ch nèi tiÕp c¸c bé so s¸nh.

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

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.

Hµ Ngäc Th¾ng

- T¹o m¹ch cung cÊp xung nhÞp riªng.

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

4.6.1 Mét sè tÝn hiÖu c¬ b¶n cña m¸y tÝnh ®−a ra Card

- Reset: Sau khi bËt m¸y tÝnh, ®−êng dÉn reset sÏ kÝch ho¹t tr¹ng trong thêi gian ng¾n ®Ó

®−a Card ®Õn mét tr¹ng th¸i x¸c ®Þnh.

- IOW (Input, Output, Write) tÝn hiÖu nµy sÏ kÝch ho¹t truy nhËp ghi lªn mét Card më

réng.

- IOR (Input, Output, Read) møc thÊp cña ®−êng tÝn hiÖu nµy b¸o hiÖu sù truy nhËp ®äc

trªn Card. Trong thêi gian nµy c¸c d÷ liÖu cã gi¸ trÞ cÇn ph¶i s¾p xÕp ®Ó råi sau ®ã ®−îc

®ãn nhËn b¾ng s−ên tr−íc.

- AEN (Adress Enable) ®−êng dÉn dïng ®Ó nhËn biÕt chu tr×nh truy nhËp DMA vµ chu

tr×nh truy nhËp bé xö lý, ®−êng nµy cÇn sö dông cho qu¸ tr×nh gi¶i m· ®Þa chØ cña Card.

4.6.2 §Þa chØ cho Card

Nh− ®· nãi ë trªn, vïng ®Þa chØ mµ m¸y tÝnh dµnh cho Card më réng tõ 300H ®Õn 31FH.

®Þa chØ nµo ra cña Card.

- 300H: §Þa chØ cho phÐp 74LS373 (1) chän lùa c¸c ®Çu vµo analog (IN0÷ IN7).

- 301H: §Þa chØ cho phÐp ADC 0809 ho¹t ®éng.

- 302H: §Þa chØ cña DAC thø nhÊt (out 1).

- 303H: §Þa chØ cña DAC thø hai ( out2).

4.6.3 Nguyªn lý ho¹t ®éng cña Card

Khi thu thËp tÝn hiÖu m¸y tÝnh ®−a tÝn hiÖu chän kªnh qua 8 ®−êng d÷ liÖu tõ (D0 ÷ D7).

Sau ®ã m¸y tÝnh ®−a ®Þa chØ cña 74LS373 (1) qua 20 ®−êng ®Þa chØ trªn Slot. Vi m¹ch gi¶i

m· ®Þa chØ 74LS138 ph¸t tÝn hiÖu ®Ó 74LS373(1) lµm viÖc chuyÓn sè thø tù cña kªnh tÝn

hiÖu ®o vµo 3 bits ®Þa chØ chän kªnh cña ADC , ®Þa chØ nµy ®−îc chèt trong 74LS373(1).

0809 sau ®ã mét kho¶ng thêi gian chê cho ADC biÕn ®æi xong m¸y ®−a lÖnh cho ADC xuÊt

Hµ Ngäc Th¾ng

d÷ liÖu vµo m¸y tÝnh. Khi xuÊt d÷ liÖu ra, d÷ liÖu tõ m¸y tÝnh qua bus d÷ liÖu ( D0 ÷ D7)

Nguyenvanbientbd47@gmaill.com ®−a ra c¸c cæng cña DAC qua c¸c bé chèt 74LS373(2) vµ 74LS373(3). Lóc ®ã tuú theo ®Þa

Hµ Ngäc Th¾ng

chØ m¸y tÝnh ®−a ra mµ d÷ liÖu ®−îc chuyÓn qua ADC t−¬ng øng.

Điều khiển động cơ điện một chiều P4

Thiết kế Card ghép nối A/D - D/A

Chủ đề: