intTypePromotion=1
ADSENSE

Ghép nối và điều khiển thiết bị ngoại vi - Chương 6

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:19

117
lượt xem
36
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo giáo trình môn học Ghép nối và điều khiển thiết bị ngoại vi nhằm cung cấp kiến thức cơ bản trong việc tìm hiểu thiết kế mạch ghép nối ngoại vi với máy vi tính - Chương 6 Ghép nối tương tự và số tương tự

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Ghép nối và điều khiển thiết bị ngoại vi - Chương 6

  1. Tài li u môn h c: Ghép n i và ñi u khi n thi t b ngo i vi CHƯƠNG 6: GHÉP N I TƯƠNG T -S VÀ S -TƯƠNG T Ð có th ñi u khi n ñư c các máy móc trong nhà máy, các thi t b y t chúng ta c n quan tâm ñ n các nh hư ng c a môi trư ng bên ngoài như áp su t, nhi t ñ ... Thư ng có m t s bư c ñ nh n ñư c tín hi u ñi n bi u di n cho các y u t ñó và bi n ñ i t d ng tương t sang d ng s ñ các máy tính có th x lý ñư c. Hình 6.1 bi u di n sơ ñ ñơn gi n c a m t h th ng ñi u khi n t ñ ng dùng máy vi tính. H th ng th c Setpoint DAC ðK Kð CCCH CB ADC Kð Máy vi tính Hình 6.1: Sơ ñ c u trúc h th ng ñi u khi n t ñ ng dùng máy vi tính ð u tiên là c m bi n (CB) dùng ñ bi n ñ i các giá tr v t lý như nhi t ñ , áp su t ... sang m t ñi n áp hay dòng tương ng. Sau c m bi n thư ng là b khu ch ñ i (Kð) và l c. Khâu này ñư c th c hi n b i m t s m ch khu ch ñ i thu t toán. Sau ñó, tín hi u tương t này ñư c chuy n sang d ng s b ng b bi n ñ i tương t -s (Analog-Digital Converter-ADC), và ñư c máy vi tính nh n, x lý, lưu tr , so sánh v i tín hi u ñ t, và t o ra tín hi u ñi u khi n (ðK) tương ng. Vì máy vi tính ch làm vi c tín hi u s (logic 0 và 1) nên c n có b chuy n ñ i s -tương t (Digital-Analog Converter-DAC) ñ t o ra tín hi u ñi u khi n d ng tương t . Ti p theo là khâu khu ch ñ i (Kð) và l ch áp ñ t o tín hi u phù h p cung c p cho cơ c u ch p hành (CCCH) c a h th ng th c. 6.1 Gi i thi u m t s m ch khu ch ñ i thu t toán Khu ch ñ i thu t toán là m t trong s nh ng linh ki n ñi n t thư ng g p nh t trong k thu t tương t , vì th trong k thu t ño lư ng và ñi u khi n công nghi p, khu ch ñ i thu t toán cũng có m t trong r t nhi u thi t b và h th ng. Kh năng s d ng c a các b khu ch ñ i thu t toán là r t v n năng, chúng ñư c áp d ng trong nhi u lĩnh v c như các b khu ch ñ i m t chi u, các b khu ch ñ i xoay chi u, b l c tích c c, b dao ñ ng, b bi n ñ i tr kháng, b vi phân, b tích phân... 6.1.1 Các tham s cơ b n c a m ch khu ch ñ i thu t toán Gi ng viên: Nguy n Văn Minh Trí 73
  2. Tài li u môn h c: Ghép n i và ñi u khi n thi t b ngo i vi Hình 6.2: Sơ ñ b khu ch ñ i thu t toán. Ud hi u ñi n áp vào UP , IP ñi n áp vào và dòng ñi n vào c a thu n. UN , IN ñi n áp vào và dòng ñi n vào c a ñ o. Ur , Ir ñi n áp ra và dòng ñi n ra. B khu ch ñ i thu t toán khu ch ñ i hi u ñi n áp Ud = UP - UN v i h s khu ch ñ i K 0 > 0 . Do ñó ñi n áp ra: U r = K 0U d = K 0 (U p − U N ) 1. H s khu ch ñ i hi u K0 Khi không t i ñư c xác ñ nh theo bi u th c sau Ur Ur K0 = = Ud U p − U N 2. H s khu ch ñ i ñ ng pha KCM N u ñ t vào c a thu n và c a ñ o c a b khu ch ñ i thu t toán các ñi n áp b ng nhau, nghĩa là: UP = UN = UCM =0 thì Ud = 0. G i UCM là ñi n áp vào ñ ng pha. Lý tư ng ta có Ur=0. Tuy nhiên, th c t không ph i như v y. Do ñó gi a ñi n áp ra và ñi n áp vào ñ ng pha có quan h t l là h s khu ch ñ i ñ ng pha KCM : ∆U r K CM = ∆U CM KCM nói chung ph thu c vào m c ñi n áp vào ñ ng pha. Gi ng viên: Nguy n Văn Minh Trí 74
  3. Tài li u môn h c: Ghép n i và ñi u khi n thi t b ngo i vi 3. H s nén ñ ng pha CMRR Dùng ñ ñánh giá kh năng làm vi c c a b khu ch ñ i th c so v i b khu ch ñ i lý tư ng (KCM=0) K0 CMRR = K CM 4. Dòng vào tĩnh Là tr trung bình c a dòng vào c a thu n và dòng vào c a ñ o: I p + IN v i UP = UN = 0 It = 2 Dòng vào l ch không là hi u các dòng vào tĩnh hai c a c a b khu ch ñ i thu t toán I0 = IP - IN v i UP = UN = 0 Thông thư ng I0 = 0,1IP. Tr s c a dòng vào l ch không thay ñ i theo nhi t ñ . Hi n tư ng này g i là hi n tư ng trôi dòng l ch không. 6.1.2 Các sơ ñ cơ b n c a b khu ch ñ i thu t toán 1. Sơ ñ khu ch ñ i không ñ o Hình 6.3: Sơ ñ m ch khu ch ñ i không ñ o H s khu ch ñ i c a m ch: 1 K= 1 R2  1   K + R + R 1 − CMRR   2   0 1 M t b khu ch ñ i thu t toán lý tư ng s có: Gi ng viên: Nguy n Văn Minh Trí 75
  4. Tài li u môn h c: Ghép n i và ñi u khi n thi t b ngo i vi H s khu ch ñ i khi không có ph n h i âm l n vô cùng. Ði n tr l i vào l n vô cùng. Ð r ng d i thông l n vô cùng. H s nén ñ ng pha CMRR l n vô cùng. Ði n tr l i ra b ng không . Th i gian ñáp ng b ng không Do ñó, h s khu ch ñ i c a m ch lý tư ng là: R1 + R2 K= R2 2. M ch ñ m Ðây là trư ng h p ñ c bi t c a m ch khu ch ñ i không ñ o Hình 6.4: Sơ ñ m ch ñ m M ch có h s khu ch ñ i b ng K=1 và thư ng dùng ñ ph i h p tr kháng. 3. M ch khu ch ñ i ñ o Hình 6.5: Sơ ñ m ch khu ch ñ i ñ o H s khu ch ñ i c a m ch: R2 K =− R1 Gi ng viên: Nguy n Văn Minh Trí 76
  5. Tài li u môn h c: Ghép n i và ñi u khi n thi t b ngo i vi 4. Sơ ñ bi n ñ i dòng ñi n - ñi n áp Hình 6.6: Sơ ñ bi n ñ i dòng ñi n - ñi n áp Ði n áp ra ñư c tính theo bi u th c: UR = - R.IV 6.2 B chuy n ñ i s -tương t DAC B chuy n ñ i s tương t dùng ñ chuy n tín hi u d ng s sang d ng tương t . Khâu này hay ñư c s d ng trong h th ng ñi u khi n có dùng máy vi tính. Vì máy vi tính ch làm vi c v i tín hi u s , trong khi h th ng th c c n tín hi u ñi u khi n d ng tương t . 6.2.1 Ho t ñ ng c a DAC Hình 6.7: Ví d v b bi n ñ i DA 4 bít M c ñích c a b bi n ñ i DA, như ñã nêu, là bi n ñ i tín hi u nh phân n bít thành dòng hay áp tương ng. Hình 6.7 là m t ví d v m t b bi n ñ i DA 4 bít ñơn gi n. D a vào v trí c a các công t t Bi (1 là ñóng và 0 là m ), ñi n tr ñ u vào s thay ñ i theo. Do ñó ñi n áp ñ u ra cũng s thay ñ i theo : Gi ng viên: Nguy n Văn Minh Trí 77
  6. Tài li u môn h c: Ghép n i và ñi u khi n thi t b ngo i vi B B4  B B3 U r = 104.5 15 + 2 4 + +  2,5.10 12,5.103  4  10 5.10 V nguyên t c b chuy n ñ i s -tương t ti p nh n m t mã s n bít song song ho c n i ti p l i vào và bi n ñ i ra dòng ñi n ho c ñi n áp tương ng l i ra. Dòng ñi n hay ñi n áp l i ra là hàm bi n thiên phù h p theo mã s l i vào. Hình 6.8: Sơ ñ kh i DAC M t b DAC hoàn ch nh bao g m ba ph n t cơ b n: Ði n áp quy chi u n ñ nh bên ngoài (Vref) DAC cơ s Khu ch ñ i thu t toán Như v y ñi n áp ñ u ra c a b bi n ñ i V0 s ph thu c vào mã nh phân ñ u vào theo công th c sau: V0 = Vref (B020 + B121 + ... + Bn2n)/2n+1 Trong ñó B0 là bít th p nh t và Bn là bít cao nh t c a mã nh phân ñ u vào, Vref là ñi n áp quy chi u. DAC cơ s c u t o b ng các ñi n tr chính xác và nh ng chuy n m ch tương t ñư c ñi u khi n b i mã s ñ u vào . Các chuy n m ch tương t ñi u ch nh dòng ñi n hay ñi n áp trích ra t ñi n áp quy chi u và t o nên dòng ñi n hay ñi n áp ñ u ra tương ng v i mã s ñ u vào. M ch khu ch ñ i thu t toán dùng ñây ñ chuy n ñ i dòng thành áp ñ ng th i có ch c năng t ng ñ m. B bi n ñ i DAC có ñ c ñi m là ñ i lư ng ra tương t không liên t c, ñ r i r c c a ñ u ra ph thu c vào s bít c a b bi n ñ i, nh ng DAC có s bít ñ u vào l n thì t ng s n c ñi n áp ra càng l n và kho ng cách gi a các n c càng nh . Gi ng viên: Nguy n Văn Minh Trí 78
  7. Tài li u môn h c: Ghép n i và ñi u khi n thi t b ngo i vi 6.2.2 Các tham s cơ b n c a b chuy n ñ i DA Ð phân gi i (Solution): Liên quan ñ n s bít c a m t DAC. N u s bít là n thì s tr ng thái c a tín hi u nh phân là 2n nghĩa là s có 2n m c ñi n th (ho c dòng ñi n) khác nhau, do ñó có ñ phân gi i là 1/2n. Ð phân gi i càng bé thì ñi n th (ho c dòng ñi n ñ u ra) càng có d ng liên t c, càng g n v i th c t và ngư c l i. Ð chính xác (Accuracy): Có th ñánh giá ch t lư ng c a m t DAC b ng sai s c a nó. Ð i lư ng bi u di n sai s là ñ l ch t i ña gi a ñ i lư ng ra và m t ñư ng th ng n i ñi m 0 v i ñi m FS (Full Scale) trên ñ c tuy n chuy n ñ i DA. Ð tuy n tính (Linearity): Ð tuy n tính c a DAC cho bi t ñ l ch ñi n áp so v i m t ñư ng th ng ñi qua nh ng ñi m nút c a ñ c tuy n chuy n ñ i. Ðó là ñ c tính thư ng g p nh t v i DAC. Ðư ng cong ñ c tuy n là ñơn ñi u n u s thay ñ i ñ l ch trên là không ñ i d u. Ð có m t DAC ñơn ñi u, ñ l ch này ph i l n hơn 0 cho m i n c thang. Ngoài ra m c ñ tuy n tính c a DAC ph i nh hơn ho c b ng 1/2 LSB (Least Significant Bit- Tham kh o hình 6.14) ñ nó tr nên ñơn ñi u. Như v y 1/2 LSB là ñ c trưng v gi i h n ñơn ñi u c a m t DAC. Phi tuy n vi sai: là ñ i lư ng cho bi t ñ l ch gi a giá tr th c t và lý tư ng cho m t n c ñi n áp ra ng v i m i thay ñ i c a mã s vào. Ð i lư ng này cho bi t v ñ nh n c a ñư ng cong ñ c tuy n ñ i v i DAC. Th i gian thi t l p: ñ i v i m t DAC là th i gian c n thi t ñ ñi n áp ra ñ t t i giá tr t i h n sai s xung quanh giá tr n ñ nh. Gi i h n này thư ng là 1/2 LSB ho c bi u di n b ng giá tr FS. Th i gian thi t l p trư c h t ph thu c vào ki u chuy n m ch, ki u ñi n tr và ki u khu ch ñ i dùng ñ xây d ng b DAC. Thông thư ng nó ñư c ñ nh nghĩa b ng th i gian t khi ñi n áp b t ñ u thay ñ i cho t i khi ñ t t i vùng gi i h n sai s cho trư c. Nó không bao g m th i gian tr tính t khi có s thay ñ i mã s ñ u vào cho t i khi ñi n áp ra b t ñ u ñáp ng. 6.2.3 Các m ch DAC ñi n hình Các DAC có th ñư c xây d ng theo m t trong nh ng ki u m ch sau: Chuy n ñ i DA theo ki u ñi n tr tr ng lư ng Chuy n ñ i DA theo ki u m ch R-2R Chuy n ñ i DA theo phương pháp mã hoá Shannon-Rack Gi ng viên: Nguy n Văn Minh Trí 79
  8. Tài li u môn h c: Ghép n i và ñi u khi n thi t b ngo i vi 1. B chuy n ñ i DA theo ki u ñi n tr tr ng lư ng (Weighted resistor DAC) Hình 6.9: DAC theo phương pháp ñi n tr tr ng lư ng M ch g m m t ngu n ñi n áp chu n Uch, các chuy n m ch, các ñi n tr có giá tr l n lư t là R, R/2, R/4, ... , R/2n-1 và các m ch khu ch ñ i thu t toán. V i m ch như trên, khi m t khoá ñi n th i nào ñư c n i v i ngu n ñi n th chu n thì s cung c p cho b KÐTT dòng ñi n có giá tr là: U ch Ii = Ri 2 Dòng ñi n này ñ c l p v i các khoá còn l i. Như v y có th th y ngay r ng biên ñ ñi n áp ra ph thu c vào các v trí ñư c ñóng hay m khoá nghĩa là ñư c n i v i ñi n áp chu n Uch hay nói cách khác ph thu c vào giá tr các bít tương ng trong tín hi u s ñưa vào m ch chuy n ñ i. M t cách t ng quát, v i m t DAC có n bít thì tín hi u ra ñư c tính theo công th c: Rf (2 ) n −1 .Bn −1 + L + 20.B0 U r = −U ch R Trong ñó B0 ÷ Bn-1 có giá tr "0" ho c "1". M ch có ưu ñi m là ñơn gi n, nhưng như c ñi m là ñ chính xác và tính n ñ nh c a k t qu ph thu c nhi u vào tr s tuy t ñ i c a các ñi n tr và s n ñ nh c a chúng trong các môi trư ng khác nhau. Ngoài ra còn ph thu c vào tính n ñ nh và ñ chính xác c a ngu n ñi n áp chu n. Gi ng viên: Nguy n Văn Minh Trí 80
  9. Tài li u môn h c: Ghép n i và ñi u khi n thi t b ngo i vi 2. B chuy n ñ i DA theo ki u thang ñi n tr R-2R (R-2R ladder) Hình 6.10: DAC theo phương pháp m ch R-2R DAC v i thang ñi n tr R-2R kh c ph c ñư c m t s như c ñi m c a DAC ñi n tr tr ng lư ng. M ch ch g m hai ñi n tr R và 2R m c theo hình thang v i nhi u khoá ñi n (m i khoá ñi n cho m t bít) và m t ngu n ñi n áp chu n Uch. Ð i lư ng c n tìm là dòng Ith ch y vào m ch KÐTT khi có m t s khoá ñi n ñư c n i v i Uch. Theo m ch ñi n ta có: Ura = -Ith.Rf Xét t i chuy n m ch tương ng v i bít th i, nút tương ng trên m ch hình thang là 2i . S d ng ñ nh lý Thevenin, khi ñóng chuy n m ch vào Uch thì ñi n th tương ñương Thevenin t i nút 20 s là Uch/2 và ngu n tương có n i tr là R, như v y t i nút 21 (ti n v phía m ch KÐTT) ta có ngu n tương ñương Thevenin có tr s là Uch/4 và n i tr là R. T nh ng k t qu trên suy ra r ng khi di chuy n v phía m ch KÐTT thì tr s ñi n th Thevenin t i m i nút b ng m t n a tr s t i nút k c n bên trái nó, và t i nút 2n-1 do ñ c tính c a b KÐTT ñi n th ñư c coi b ng 0V. M t cách t ng quát, ta có công th c ñ tính ñi n áp ra c a m t DAC n bít v i ñi n tr hình thang R-2R như sau: Rf (2 ) n −1 .Bn −1 + L + 20.B0 U r = −U ch 2 .R n Trong ñó B0 ÷ Bn-1 có giá tr "0" ho c "1". Gi ng viên: Nguy n Văn Minh Trí 81
  10. Tài li u môn h c: Ghép n i và ñi u khi n thi t b ngo i vi Các DAC theo thang ñi n tr ph i dùng s ñi n tr khá l n, ví d n u m t DAC n bít thì c n dùng 2(n-1) ñi n tr trong khi phương pháp ñi n tr tr ng lư ng ch ph i dùng n thôi. Nhưng bù l i ñ chính xác và tính n ñ nh c a tín hi u ra ñư c ñ m b o t t hơn. 6.2.4 Ghép n i v i DAC V nguyên t c m t b DAC có th ghép n i tương thích v i h u h t các b VXL. Ð i v i các b DAC 8 bít, công vi c th m chí còn r t ñơn gi n khi ghép n i v i các VXL, lý do là các VXL ñ u có BUS d li u là b i c a 8. Ð i v i các b DAC 12 hay 16 bít ta ph i s d ng các ñ m trung gian có s bít tương ng sau ñó ti n hành trao ñ i s li u nhi u l n. Hình 6.11 và 6.12 bi u di n m ch ghép n i h VXL v i m t DAC 8 bit và DAC 16 bit. ð a ch A0…A15 Gi i mã WR D0 - D1 DAC + 8 bit D7 Bus MVT BGN Hình 6.11: M ch ghép n i h VXL v i m t DAC 8 bits ð a ch A0…A15 Gi i mã WR (3) D0 - 74 74 D7 273 273 DAC + 16 (1) bit 74 273 Bus MVT BGN (2) Hình 6.12: M ch ghép n i h VXL v i m t DAC 16 bit Gi ng viên: Nguy n Văn Minh Trí 82
  11. Tài li u môn h c: Ghép n i và ñi u khi n thi t b ngo i vi 6.2.5 L p trình xu t d li u ra cho DAC ð i v i DAC 8 bit, ta ch c n dùng l nh xu t d li u Port[addr_port] := data; Trong ñó ñ a ch c ng addr_port s qua m ch gi i mã ñ a ch t o xung kích m m ch ñ m ñưa d li u s vào ñ u vào DAC. S li u c n chuy n ñ i ñư c ñ t trong data. ð i v i DAC 16 bit, ta c n hai l nh xu t: Port[addr_port1] := data1; Port[addr_port2] := data2; Trong ñó ñ a ch c ng addr_port1 qua m ch gi i mã ñ a ch t o xung th nh t kích m m ch ch t ñ m 74273 th nh t, lưu gi 8 bit th p c a d li u, th hi n trong data1. L nh xu t d li u th hai theo ñ a ch addr_port2 s t o xung th hai kích m m ch ch t ñ m 74273 th hai (phía dư i) ñ ñưa 8 bit cao c a d li u, th hi n trong data2. ð ng th i xung th hai này cũng m ch t ñ m 74273 th ba ñ truy n s li u 8 bit th p ñ u ra 74273 th nh t sang ñ u ra 74273 th ba. K t qu là DAC nh n ñư c 16 bit d li u cùng m t lúc. 6.3 B bi n ñ i tương t s ADC Trong ph n ñ u ñã gi i thi u ñ n vi c thu nh n các tín hi u thông qua các sensor nhi t, áp su t ... và các m ch khu ch ñ i thu t toán dùng ñ khu ch ñ i và l c các tín hi u ñi n này. Bư c ti p theo là b bi n ñ i AD bi n ñ i tín hi u tương t sang d ng s ñ có th làm vi c ñư c v i CPU. 6.3.1. Nguyên t c làm vi c c a ADC ADC Lư ng t Mã hoá hoá Hình 6.13: Sơ ñ minh ho nguyên t c làm vi c c a ADC Tín hi u tương t sau khi qua x lý ñư c ñưa vào m ch l y m u. M ch l y m u có hai nhi m v chính: L y m u tín hi u tương t t i các th i ñi m khác nhau và cách ñ u nhau, nói cách khác ñây là quá trình r i r c hoá tín hi u v m t th i gian. Lư ng t hoá và mã hoá tín hi u. Quá trình lư ng t hoá v b n ch t là quá trình làm tròn s ñư c th c hi n theo nguyên t c so sánh, tín hi u c n chuy n ñ i ñư c Gi ng viên: Nguy n Văn Minh Trí 83
  12. Tài li u môn h c: Ghép n i và ñi u khi n thi t b ngo i vi so sánh v i m t ñơn v chu n. Còn mã hoá là quá trình x p x p l i k t qu ñã lư ng t theo m t quy lu t nh t ñ nh tuỳ thu c vào lo i mã yêu c u ñ u ra b bi n ñ i (có th là mã nh phân ho c mã hexa). 6.3.2. Các tham s cơ b n c a b chuy n ñ i AD Các tham s cơ b n c a b chuy n ñ i g m có: D i chuy n ñ i c a ñi n áp tương t ñ u vào, ñ chính xác b chuy n ñ i và t c ñ chuy n ñ i. D i bi n ñ i c a ñi n áp tương t ñ u vào là kho ng ñi n áp mà ADC có th th c hi n chuy n ñ i ñư c. Kho ng ñi n áp này có th l y giá tr t 0 ñ n m t giá tr âm hay dương, ho c cũng có th là ñi n áp hai c c tính -UAM ÷ + UAM. Ð chính xác c a ADC: Tham s ñ c trưng cho ñ chính xác c a ADC là ñ phân gi i (Resolution). Tín hi u ñ u ra c a m t ADC là các giá tr s ñư c x p x p theo m t quy lu t nào ñó. S các s h ng mã ñ u ra (s bít trong t mã nh phân) tương ng v i d i bi n ñ i ñi n áp vào cho bi t m c chính xác c a phép bi n ñ i. Hình 6.14: Sai s c a các b chuy n ñ i AD và DA Ví d m t b bi n ñ i AD có s bít ñ u ra là N=12 thì s phân bi t ñư c 212=2096 m c trong d i bi n ñ i ñi n áp ñ u vào c a nó - UAM ch ng h n. Như v y m i m c ADC phân bi t ñư c ñ u vào là UAM/2096. Trong th c t ngư i ta dùng s bít N ñ ñ c trưng cho ñ chính xác c a m t ADC khi d i bi n ñ i ñi n áp ñ u vào là không ñ i. T c ñ chuy n ñ i cho bi t s k t qu chuy n ñ i trong m t giây, còn ñư c g i là t n s chuy n ñ i fc. Cũng có th dùng tham s th i gian chuy n ñ i Tc ñ ñ c trưng cho t c ñ chuy n ñ i (Tc = 1/fc). T c ñ chuy n ñ i càng cao thì ñ chính xác càng gi m và ngư c l i. Gi ng viên: Nguy n Văn Minh Trí 84
  13. Tài li u môn h c: Ghép n i và ñi u khi n thi t b ngo i vi 6.3.3. Các phương pháp chuy n ñ i AD Có nhi u cách ñ phân lo i các b bi n ñ i AD, hay dùng hơn c là phương pháp phân lo i v m t th i gian. Phương pháp này có ưu ñi m là cho phép phán ñoán m t cách t ng quát v t c ñ chuy n ñ i. Chuy n ñ i song song (Parallel Comparator ADC): Tín hi u c n chuy n ñ i ñư c so sánh cùng m t lúc v i nhi u giá tr chu n, vì v y các bít ñư c xác ñ nh ñ ng th i và ñưa ñ n ñ u ra. Chuy n ñ i n i ti p theo mã ñ m: Quá trình so sánh ñư c th c hi n t ng bư c theo quy lu t mã ñ m. K t qu chuy n ñ i ñư c xác ñ nh b ng cách ñ m s lư ng giá tr tín hi u tương t c n chuy n ñ i. Chuy n ñ i n i ti p theo mã nh phân: Quá trình so sánh ñư c th c hi n t ng bư c theo quy lu t c a mã nh phân. Các ñơn v chu n dùng ñ so sánh l y các giá tr gi m d n theo mã nh phân, do ñó các bít ñư c xác ñ nh l n lư t t bít có ý nghĩa nh t MSB (Most Significant Bit) ñ n bít có ít ý nghĩa nh t LSB (Least Significant Bit). Chuy n ñ i song song - n i ti p k t h p: Trong phương pháp này qua m i bư c so sánh có th xác ñ nh ñư c t i thi u là 2 bít ñ ng th i. 1. Chuy n ñ i theo phương pháp song song Hình 6.15: Sơ ñ nguyên lý b chuy n ñ i AD theo phương pháp song song Gi ng viên: Nguy n Văn Minh Trí 85
  14. Tài li u môn h c: Ghép n i và ñi u khi n thi t b ngo i vi Nguyên t c ho t ñ ng c a b chuy n ñ i: Tín hi u tương t UA ñư c ñ ng th i ñưa ñ n các b so sánh t S1 ÷ Sm. Ði n áp chu n Uch ñư c ñưa ñ n ñ u vào th hai c a b so sánh qua thang ñi n tr R. Do ñó các ñi n áp chu n ñ t vào b so sánh lân c n khác nhau m t lư ng không ñ i và gi m d n t S1 ÷ Sm. Ð u ra c a các b so sánh có ñi n áp chu n l y trên thang ñi n tr thì có m c logic "1", còn ngư c l i có m c logic "0". Các ñ u ra c a m ch ñư c n i v i m t m ch "AND", ñ u còn l i c a m ch "AND" n i v i xung nh p. Ch khi xu t hi n xung nh p ñ u vào m ch "AND" thì xung ra c a b so sánh ñư c vào m ch nh Flip - Flop (FF). Như v y xung nh p ñóng vai trò ñ m b o cho quá trình so sánh và ñưa tín hi u vào b nh , sau ñó b mã hoá s bi n ñ i tín hi u vào dư i d ng mã ñ m thành mã nh phân (có th là d ng khác). M ch bi n ñ i song song có ưu ñi m là t c ñ chuy n ñ i nhanh , nhưng k t c u m ch khá ph c t p n u ta tăng ñ phân gi i c a phép bi n ñ i AD (resolution). Th c v y ñ thi t l p m t b bi n ñ i có ñ phân gi i n bít thì c n ph i có (2n -1) b so sánh, do v y phương pháp này ch dùng cho các b ADC t c ñ cao và ñ phân gi i th p. 2. Chuy n ñ i AD theo phương pháp ñ m Hình 6.16: Sơ ñ kh i m ch ADC ki u ñ m M ch bao g m các ph n t : B so sánh, RS Flip-Flop, c ng "AND" dùng ñ ñóng m xung nh p, b ñ m n bít và m t DAC n bít. Các ph n t ñư c m c thành m ch h i ti p. Ho t ñ ng c a m ch: Lúc ñ u m ch Flip-Flop và m ch ñ m ñư c Reset, l i ra Q c a FF m c logic "0", b ñ m cũng xoá v 0, do ñó ñi n áp ra UDAC c a DAC là 0V. C ng AND m ñ cho các xung nh p vào m ch ñ m. Lúc này ñi n áp vào Ua l n hơn UADC nên Uss tr th p. UDAC tăng d n theo hình b c thang vì m ch ñ m liên t c ñ i tr ng thái t Gi ng viên: Nguy n Văn Minh Trí 86
  15. Tài li u môn h c: Ghép n i và ñi u khi n thi t b ngo i vi th p lên cao, khi UDAC ñ l n hơn Ua thì Uss chuy n lên cao làm cho l i ra Q c a FF chuy n lên m c logic "0" làm c ng AND ñóng l i. Lúc này n i dung b ñ m là tín hi u s n bít tương ng v i tín hi u tương t Ua c n chuy n ñ i. Như v y th i gian chuy n ñ i c a ADC ki u ñ m ph thu c vào ñ l n c a tín hi u tương t Ua và t n s xung nh p. N u Ua càng l n thì th i gian chuy n ñ i càng dài, n u xung nh p cao thì th i gian chuy n ñ i ng n. Ngoài ra ADC ki u ñ m còn có m t ñ c ñi m là th i gian chuy n ñ i c a m ch s h n ch t n s bi n thiên cao nh t c a tín hi u tương t ñ u vào Ua. 3. Chuy n ñ i AD theo phương pháp x p x liên ti p Hình 6.17: Sơ ñ kh i m ch ADC x p x liên ti p Chuy n ñ i AD theo phương pháp x p x liên ti p có ưu ñi m l n là th i gian chuy n ñ i t l thu n v i s bít c a mã s và th i gian thi t l p c a m ch ghi ch không ph thu c vào ñ l n c a tín hi u chuy n ñ i. Kh i ñ u m ch ghi tr ng thái Reset, sau ñó m ch ñi u khi n kích thích ñ bít l n nh t U xu t hi n Bn −1 = 1 . ð u ra DAC s tr thành U ADC = ch . Khi ñó s x y ra m t trong 2 hai trư ng h p: N u UDAC > Ua thì bít này ñư c b qua (thi t l p "0") N u UADC < Ua thì bít này ñư c duy trì (thi t l p "1") Gi ng viên: Nguy n Văn Minh Trí 87
  16. Tài li u môn h c: Ghép n i và ñi u khi n thi t b ngo i vi Sau ñó l i kích thích ñ bít k ti p xu t hi n Bn − 2 = 1 . Lúc này ñ u ra DAC s ñ t ñư c là U U U ADC = Bn −1 ch + ch . Và công vi c so sánh tương t trên ñ xác l p bit Bn − 2 . 2 4 Công vi c so sánh c ti p t c ñ n khi UDAC = Ua thì quá trình chuy n ñ i k t thúc. 4. Chuy n ñ i AD theo phương pháp song song- n i ti p k t h p B1 B 2 B N1 ADC DAC TÁÖNG song song N1 bit THÆÏ HAI Maûch Nhán TÁÖNG THÆÏ NHÁÚT N1 hiãûu 2 Hình 6.18: B chuy n ñ i AD theo phương pháp song song n i ti p k t h p. ðây là s k t h p phương pháp song song và phương pháp n i ti p nh m dung hòa ưu khuy t ñi m c a hai phương pháp này: gi m b t ñ ph c t p c a phương pháp song song và tăng t c ñ chuy n ñ i so v i phương pháp n i ti p. Cũng có th g i ñây là phương pháp phân ño n t ng nhóm bit, v i s bit trong m i nhóm N ≥ 2. 5. Chuy n ñ i AD theo phương pháp tích phân hai sư n d c Gi ng viên: Nguy n Văn Minh Trí 88
  17. Tài li u môn h c: Ghép n i và ñi u khi n thi t b ngo i vi C K R Nguäön dao 1 2 âäüng CÄØNG UA Uch Maûch Flip Flop Bäü âãûm traìn logic Kãút quaí Hình 6.19: B chuy n ñ i AD theo phương pháp tích phân hai sư n d c. VC Âäü däúc do Uch taûo ra t t2 t1 VSS t Z0 Z t Hình 6.20: ð th bi u di n nguyên lý ho t ñ ng c a m ch. Trong ñó, t1 là th i gian ñ m ng v i s xung làm b ñ m b tràn. t2 là th i gian tích ñi n áp chu n Vch. VC là ñi n áp răng cưa ñ u ra c a b tích phân. VSS là ñi n áp ra c a b so sánh. Z là s xung ñ m ñư c. Zo là s xung trong th i gian t0. Vch là ñi n áp chu n có c c tính như hình v . VA là ñi n áp vào (c c tính như hình v ). Gi ng viên: Nguy n Văn Minh Trí 89
  18. Tài li u môn h c: Ghép n i và ñi u khi n thi t b ngo i vi tr ng thái ñ u tiên, khóa K luôn ñ t v trí 1. M ch tích phân s tích phân VA, trong khi ñó b ñ m s ñ m xung t ngu n dao ñ ng chu n t n s fn. VA ñư c tích phân trong th i gian t1 cho ñ n khi b ñ m b tràn (th i ñi m t1). Lúc này m ch logic s ñi u khi n chuy n khóa K sang v trí 2 và m ch tích phân s ti p t c tích phân Vch nhưng v i chi u ngư c l i vì Vch có c c tính ngư c c c tính VA. Khi tín hi u ra c a b tích phân VC gi m xu ng b ng 0 thì m ch so sánh s ñóng c ng. N i dung ghi trong b ñ m là k t qu bi n ñ i. Nó t l v i th i gian tích phân ñi n áp chu n t2. 6.3.4. Ghép n i v i ADC Ph n l n các ADC c n m t tín hi u Start ñ b t ñ u quá trình chuy n ñ i. Sau khi k t thúc chuy n ñ i, m t tín hi u Finish ñư c thi t l p ñ báo hi u quá trình chuy n ñ i ñã k t thúc. Do ñó ta có th dùng m ch ghép n i ra s li u ñơn gi n có ñ i tho i ñ ghép n i v i ADC. Hình 6.18 bi u di n m t m ch ghép n i v i m t ADC 8 bit. Quá trình chuy n ñ i ñư c kh i ñ ng b ng m t xung dương Start. K t thúc quá trình này, s li u s ñư c ñưa ra l i ra ADC, ñ ng th i tín hi u Finish chuy n t “0” lên “1” . L i ra ADC ñư c n i v i m ch ñ m ba trang thái 74244. Chân xu t c a 74244 ñư c n i v i chân Clear c a m ch l t 7474 ñ xóa tr ng thái s n sàng s li u c a ADC. M t xung ñ c s li u ADC s ñ ng th i xóa luôn ñ u ra Q c a 7474 v “0” ñ tránh vi c ñ c hai l n cùng 1 s li u. Xung Finish ñưa m c “1” ra chân Q c a m ch l t 7474 r i qua m ch ñ m 3 tr ng thái 74125 ñ ñưa vào ñư ng d li u D0. D7 74 D7 244 Vin D0 D0 ADC 8 bit IOW 74 Cl IOR Finish 138 7474 A0 DQ 1 An 74125 Start Bus 7404 GN MVT Hình 6.18: Sơ ñ ghép n i ADC v i h VXL Gi ng viên: Nguy n Văn Minh Trí 90
  19. Tài li u môn h c: Ghép n i và ñi u khi n thi t b ngo i vi ð i v i ADC 16 bit, chúng ta c n m t b ch t ñ m th hai ñ ñ c s li u 8 bit cao theo m t ñ a ch th hai. 6.3.5 L p trình nh n d li u t ADC Quá trình nh n d li u t ADC trên hình 6.18 ñư c th c hi n qua các bư c sau: + T o xung Start ñ b t ñ u quá trình chuy n ñ i AD + Ki m tra vi c chuy n ñ i ñã th c hi n xong ? + ð c d li u vào ð a ch ñ t o tín hi u Start t 74138 : addr_St ð a ch ñ t o tín hi u m ch t 74125 : addr_Fh ð a ch ñ t o tín hi u m ñ m 74244: addr_ADC Port[addr_St]:=0; Repeat Var1 := port[addr_Fh]; Until ((Var1 AND 1)=1) //Delay(thoigianchuyendoi) -> khong dung mach doc finish Data :=port[addr_ADC]; Gi ng viên: Nguy n Văn Minh Trí 91
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2