Thiết kế board giao tiếp - Chương 4

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

76
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Parallel - principle n In/Out nhiều bit đồng thời, tốc độ nhanh nhưng khoảng cách gần n Một đầu IO n Output Port: latched Output (chốt ra), D-Flip-Flops n Unlatched In Input

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế board giao tiếp - Chương 4

Chương 4: Analog Interface Analog Signal Interface Overview n Analog Electronics - Conditioner n Digital to Analog Converters n Analog to Digital Converters n 4.1 Analog Signal Interface Overview Là một hàm của 1 (hoặc n nhiều) biến độc lập, đại A lượng vật lý theo thời A1 gian: như tiếng nói, nhiệt độ,…theo thời gian: A = f(t, h) Xuất hiện liên tục trong n A0 khoảng thời gian 0 t0 t1 t t0 => t1 Giá trị biến thiên liên n tục trong khoảng biên độ từ A0 => A1, có thể đa trị. 1
4.1 Analog Signal Interface Overview 4.1 Analog Signal Interface Overview Trong thực tế: Rời rạc hóa n Trong Máy tính số, thông tin thu về: n Rời rạc hóa về thời gian n Rời rạc hóa về giá trị n => Để máy tính thu thập, cần phải “rời rạc hóa” n các tín hiệu về thời gian và giá trị, dùng thiết bị chuyển đổi ADC tạo ra các tín hiệu số, để: Xử lý, cất vào kho số liệu n Truyền đi xa n Tái tạo lại hay tổng hợp tín hiệu: Dùng thiết bị DAC tạo n lại các tín hiệu analog 2
4.1 Analog Signal Interface Overview . . ADC . Đối tượng CPU, vật lý, Storage Mem công nghệ . . . DAC 4.1 Analog Signal Interface Overview 3
4.1 Analog Signal Interface Overview Process: n Là các quá trình công nghệ như: dây chuyền làm giấy; n phố i-trộn-nghiền-nung => sản xuất cement; dây chuyền luyện-nung-cán thép; sản xuất-trộn phân bón NPK, các nhà máy điện,… Sensors: n Là vật liệu/thiết bị dùng để chuyển đổi các đại lượng vật n lý không điện tử (T, Ph,…) thành tín hiệu điện (u, I, R, f) Vật liệu: do đặc tính tự nhiên của vật chất – ví dụ Pt100, n cặp nhiệt điện,… Thiết bị: Có sự gia công, chế tác – ví dụ LM35,… n Conditioners: n Vì tín hiệu từ Sensors rất nhỏ, có thể có nhiễu và phi n tuyến => có mạch điện từ analog để xử lý tín hiệu: khuếch đại, lọc nhiễu, bù phi tuyến,… cho phù hợp. 4.1 Analog Signal Interface Overview MUX: analog multiplexer n Trích mẫu và giữ - Sample & Hold n ADC: analog to digital convertor: n Central system: hệ nhúng/MT: n DAC: digital to analog convertor n Mạch điện tử analog n Actuators: Cơ cấu chấp hành n 4
4.2 Analog Electronics - Conditioner Operational Amplifiers - OpAmps – khuếch đại n thuật toán để tạo các bọ conditioners – chuẩn hóa tín hiệu Analog Switches & Analog Multiplexers n Reference Voltage Sourcers – nguồn áp chuẩn n Sample & Hold – Trích mẫu và giữ n Converssion Errors – Sai số chuyển đổi n … n 4.2 Analog Electronics - OPAMP Là vi mạch khuếch đại, xử lý tín hiệu từ 0Hz n Tín hiệu gồm: n 2 chân tín hiệu Inv.Inp và Non Inv.Inp n Chân output n Nguồn cấp: +Vcc, -Vcc (GND) n Chỉnh offset n Có thêm chân nố i tụ để bù tần số n 5
4.2 Analog Electronics - OPAMP Xử lý tín hiệu DC (0Hx up) n Hệ số khuếch đại lớn, từ kilo…Mega…and even n more… Trở vào lớn vài KΩ đến 1012Ω, trở ra nhỏ, tốt cho n các mạch ghép nối analog, phối hợp trở kháng. E1 E2 LOAD Rin r1 r2 4.2 Analog Electronics - OPAMP Comparator n 6
4.2 Analog Electronics - OPAMP NON Inverting Amp n 4.2 Analog Electronics - OPAMP Inverting Amp n 7
4.2 Analog Electronics - OPAMP Adder (Mixer) n 4.2 Analog Electronics - OPAMP Differential n 8
4.2 Analog Electronics - OPAMP Instrumentation n 4.2 Analog Electronics - OPAMP Integrator n 9
4.2 Analog Electronics - OPAMP Differentiator n 4.2 Analog Electronics - OPAMP Follower n Uout = Uin 10
4.2 Analog Electronics - OPAMP I/U converter n 4.2 Analog Electronics - OPAMP Một số lưu ý khi dùng n Hệ số khuếch đại chọn tùy thuộc các mạch: Mạch kđ thông thường (đảo dấu và không đảo dấu: vài n lần đến 10 lần), nếu hệ số khuếch đại lớn thì nhiều tầng => ổn định và dễ dàng kiểm soát. Mạch khuếch đại vi sai (Differential apmlifier): n từ 10 => 50 lần, vào vi sai – ra vi sai (Instrumentation Ampl): 30 => 100 lần Chọn hệ số khuếch đại càng lớn: n Băng thông giảm bấy nhiêu lần n Điện trở vào giảm bấy nhiêu lần n Độ ổn định của mạch giảm: trôi zero theo thời gian, nhiệt độ, … n 11
4.3 Digital to Analog Converters Digital to Analog: số => tín hiệu dòng điện/điện n áp, liên tục về thời gian, rời rạc về giá trị. Phân loại: n Công nghệ chế tạo n Số bit (reslution) n Thời gian chuyển đổi 10s ns .. 100s ns, n Cấu trúc: Built-in latched – ghép nố i trực tiếp với n bus/unlatched cần có out-port, bus 8 hay 16 bit Signed – điện áp ra 2 dấu hoặc unsnigned – điên áp ra n 1 dấu 4.3 Digital to Analog Converters Ứng dụng n Tổng hợp tín hiệu n Đàn Organ n Phát tín hiệu chuẩn n Voice chip n VGA/SVGA: RAM-DAC n Tái tạo: Âm thanh số, MP3, CD, … n Ghép nố i giữa các hệ thống (PC, PLC, …) => bộ điều n khiển analog, tạo ra các Setpoint Bộ nhân tín hiệu analog – 4 góc: nhân hệ số với Uin n thay cho Uref 12
4.3 Digital to Analog Converters Nguyên lý cấu trúc và hoạt động n 4.3 Digital to Analog Converters R-2R Ladder DAC: n Là phươ ng pháp dùng lướ i điện trở R-2R chia cây nhị phân dòng điện n Đơn giản n Chính xác cao n Chuyển đổi nhanh n Rẻ n Trên thị trường dùng phươ ng pháp này 13
4.3 Digital to Analog Converters R-2R Ladder DAC: Mạng R-2R nố i kiểu cây nhị phân n Khi bi = 0 or 1 => ki R or L, Non Inv.Inp of OpAmp n grounded => Inv. Inp = #0V => ki luôn đóng xuống đất bất kể bi = x 4.3 Digital to Analog Converters R-2R Ladder DAC: n Nếu muốn thay đổi giá trị? n Ví dụ: Uref = 5,12V, n = 10 => Uout = ? 14
4.3 Digital to Analog Converters R-2R Ladder DAC: Tạo các tín hiệu cơ bản 4.3 Digital to Analog Converters R-2R Ladder DAC: Sóng điều chế 15
4.3 Digital to Analog Converters R-2R Ladder DAC, tham khảo n Tra cứu các vi mạch DAC: (pdf files) n www.national.com/product/interface/ad-da DAC0808 - single pole, 8 bit, 100ns n DAC0800 - signed voltage output, 8 bit, 100ns n DAC0832 - latched 8 bit dac - bus interface directly, n DAC1210 - latched 12 bit dac – 8/16 bit bus interface n directly, 200ns 4.3 Digital to Analog Converters R-2R Ladder DAC 16
4.3 Digital to Analog Converters R-2R Ladder DAC 4.3 Analog to Digital Convertors Là thiết bị có hai chức năng (lượng tử hóa): n Rời rạc hóa tín hiệu về thời gian n Rời rạc hóa tín hiệu về biên độ n Phân loại: n Theo từng ứng dụng: ADC để xử lý tín hiệu và đo n Chuyển đổi gián tiếp: u(t) => time (đại lượng trung gian) => code n Chuyển đổi trực tiếp: u(t) => code n Chuyển đổi phi tuyến: CODE (TP3057 – Mitel hay AC’97 Intel) n 17
4.3 Analog to Digital Convertors Chuyển đổi gián tiếp: Tích phân hai sườn dốc n u(t) => Time Interval/f/T => code n Chậm, rẻ tiền ($s), độ phân ly và chính xác cao n Dùng trong đo lường, thu thập số liệu trong công nghiệp… n không cần nhanh, loại được nhiễu Chuyển đổi trực tiếp: u(t) => code n Nhanh, độ phân ly thấp hơn [đắt tiền], dùng để thu thập và n xử lý tín hiệu biến thiên nhanh Chuyển đổ i kiểu xấp xỉ liên tiếp: 10k … 10MSps n Chuyển đổ i song song: 10M … 500 MSps n 4.3 Analog to Digital Convertors Chuyển đổi gián tiếp: Tích phân hai sườn dốc n u(t) => Time Interval/f/T => code n Chậm, rẻ tiền ($s), độ phân ly và chính xác cao n Dùng trong đo lường, thu thập số liệu trong công nghiệp… n không cần nhanh, loại được nhiễu Chuyển đổi trực tiếp: u(t) => code n Nhanh, độ phân ly thấp hơn [đắt tiền], dùng để thu thập và n xử lý tín hiệu biến thiên nhanh Chuyển đổ i kiểu xấp xỉ liên tiếp: 10k … 10MSps n Chuyển đổ i song song: 10M … 500 MSps n 18
4.3 Analog to Digital Convertors Ðịnh lý lấy mẫu Shannon - Kochennicov: n Tín hiệu u(t) liên tục, trong nó có chứa thành phần fmax, (năng lượng của tín hiệu fmax = 0) thì có thể khôi phục lại tín hiệu không bị sai từ những giá trị gián đoạn, với điều kiện: fSAMPLE >= 2fMAX Định lý này có tính pháp lý n Để kỹ sư hiểu số mẫu tối thiểu bao nhiêu là đủ, n không quá dày => lãng phí (tốc độ ADC, thời gian xử lý, bộ nhớ); lấy thưa thì sẽ bị sai 4.3 Analog to Digital Convertors Dual Slope Integration ADC: n 19
4.3 Analog to Digital Convertors Successive Approximation ADC: n 4.3 Analog to Digital Convertors Successive Approximation ADC, ICs: n ICL 7107 n In: -2V..2V, Out: -1999 => 1999, 4.000 counts 12 bit, n LED 7 Seg drive directly w current soursers for display n Converssion time: 20..40ms n ICL 7135 n Inp: -0.2V… +02.V ho.c -2V..+2V, 40.000 count > 15bit, n Out: -19999 => +19999, 400 ms converssion time De-Multiplexed Out BCD for 5 digits of 7 Seg, scanned n ICL 7109, w REF & Clock n Inp: -2V..+2V, Out: 12 bin + pole, 8/16 bit interface to CS n 20