THỰC TẬP KỸ THUẬT SỐ - BÀI 14

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

123
lượt xem 33
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bộ chuyển đổi số – tương tự (Digital to Analog Converter) A. Phần tóm tắt lý thuyết Ngày nay các hệ xử lý tín hiệu số yêu cầu tín hiệu t-ơng tự phải đ-ợc chuyển đổi thành tín hiệu số qua bộ biến đổi T-ơng tự - Số (Analog to Digital Converter ADC). Tín hiệu số đ-ợc truyền đi, hoặc đ-ợc đ-a vào máy tính xử lý ... Kết quả cuối cùng dạng số cần phải chuyển đổi trở lại tín hiệu t-ơng tự qua bộ biến đổi Số - T-ơng tự (Digital to Analog Converter - DAC) để hiển thị...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: THỰC TẬP KỸ THUẬT SỐ - BÀI 14

Bµi 14: Bé chuyÓn ®æi sè – t−¬ng tù (Digital to Analog Converter) A. PhÇn tãm t¾t lý thuyÕt Ngµy nay c¸c hÖ xö lý tÝn hiÖu sè yªu cÇu tÝn hiÖu t−¬ng tù ph¶i ®−îc chuyÓn ®æi thµnh tÝn hiÖu sè qua bé biÕn ®æi T−¬ng tù - Sè (Analog to Digital Converter - ADC). TÝn hiÖu sè ®−îc truyÒn ®i, hoÆc ®−îc ®−a vµo m¸y tÝnh xö lý ... KÕt qu¶ cuèi cïng d¹ng sè cÇn ph¶i chuyÓn ®æi trë l¹i tÝn hiÖu t−¬ng tù qua bé biÕn ®æi Sè - T−¬ng tù (Digital to Analog Converter - DAC) ®Ó hiÓn thÞ cho ta quan s¸t. Qu¸ tr×nh ®ã biÓu diÔn m« h×nh cña mét “hÖ xö lý sè” (Digital Processing Unit/System). HÖ xö lý sè cã ®Çu vµo vµ ®Çu ra lµ tÝn hiÖu t−¬ng tù ®−îc m« t¶ trªn h×nh sau: §iÖn ¸p ®Çu vµo cã thÓ thay ®æi liªn tôc tõ 0v ÷ 6V. Bé biÕn ®æi t−¬ng tù / sè ADC chuyÓn th«ng tin t−¬ng tù thµnh th«ng tin sè ë ®Çu vµo. Bé biÕn ®æi sè / t−¬ng tô DAC chuyÓn th«ng tin sè thµnh th«ng tin t−¬ng tù ë ®Çu ra. 1. Bé biÕn ®æi sè / t−¬ng tù (DAC) kiÓu m¹ng ®iÖn trë. NhiÖm vô cña bé biÕn ®æi sè/ t−¬ng tù (DAC) lµ chuyÓn ®æi tÝn hiÖu sè thµnh tÝn hiÖu t−¬ng tù. Mét tÝn hiÖu nhÞ ph©n ®−îc dÉn ®Õn c¸c ®Çu vµo cña DAC sÏ cho ra mét ®iÖn ¸p t−¬ng øng ë ®Çu ra. H×nh sau m« t¶ chøc n¨ng cña DAC vµ b¶ng ch©n lý kÌm theo. Sè liÖu ghi trªn b¶ng nµy chØ lµ mét vÝ dô cho dÔ hiÓu. 184
§Çu vµo §Çu ra nhÞ ph©n t−¬ng tù §−êng DCBA Vra(v) 0 1 0 00 0 0,4 2 0 00 1 0,8 3 0 01 0 1,2 4 0 01 1 1,6 5 0 10 0 6 0 10 1 2,0 7 0 11 0 2,4 8 0 11 1 2,8 9 1 00 0 3,2 10 1 00 1 3,6 11 1 01 0 4,0 12 1 01 1 4,4 13 1 10 0 4,8 14 1 10 1 5,2 15 1 11 0 5,6 16 1 11 1 6,0 DAC cã hai bé phËn chøc n¨ng lµ m¹ng ®iÖn trë vµ m¹ch “khuÕch ®¹i tæng” ®−îc m« t¶ trªn h×nh sau. M¹ch khuÕch ®¹i tæng th−êng lµ m¹ch khuÕch ®ai thuËt to¸n. M¹ng ®iÖn trë t¹o nªn c¸c ®Çu vµo ABCD víi c¸c träng sè t−¬ng øng 1, 2, 4, 8. M¹ch khuÕch ®¹i tæng t¹o nªn ®iÖn ¸p ®Çu ra phï hîp víi b¶ng ch©n lý. LSB : Bit cã ý nghÜa nhá nhÊt (Least Significant Bit). MSB : Bit cã ý nghÜa lín nhÊt (Most Significant Bit). LSB MSB C B A D Rf + 20k 3V R4 R3 R2 R1 18.75k 37.5k 75k 150k +12V V M¹ng ®iÖn trë - 12V LM339 KhuÕch ®¹i tæng DAC nãi trªn cã thÓ biÓu diÔn d−íi d¹ng tæng qu¸t b»ng m¹ch logic t−¬ng ®−¬ng cho trªn h×nh d−íi ®©y. 185
Vin LSB MSB C B A D Rf R/2 R/8 R/4 R V M¹ng ®iÖn trë KhuÕch ®¹i tæng ë ®©y A, B, C, D lµ c¸c kho¸, chóng cã thÓ lµ lo¹i c¬ khÝ nh−ng chóng cã thÓ lµ kho¸ b¸n dÉn (FET). Ký hiÖu logic, b¶ng ch©n lý vµ s¬ ®å khèi chøc n¨ng cña mét kho¸ b¸n dÉn cho trªn h×nh sau. Tæng dßng ®iÖn vµo cöa ®¶o (-) b»ng : (2 D + 2 ) Vvao Vvao V Vvao V D+ C + vao B + A = vao C + 21 B + 2 0 A 3 2 R8 R4 R2 R R Theo lý thuyÕt cña m¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n, ta cã ph−¬ng tr×nh: ( ) V vao 3 V 2 D + 2 2 C + 21 B + 2 0 A = − ra R Rf Tõ ®ã, c«ng thøc tæng qu¸t tÝnh cho Vra lµ : ( ) Rf 3 Vra = − Vvao 2 D + 2 2 C + 21 B + 2 0 A R Ng−êi ®äc dÔ dµng lËp l¹i b¶ng ch©n lý theo c«ng thøc trªn ®©y víi Vvµo = 3V; R = 150K Ω ; Rf = 20K Ω . Bé DAC nãi trªn lµ bé DAC 4 bit. Ng−êi ®äc cã thÓ tù thiÕt kÕ bé DAC 5 bit, 6 bit ... 2. Bé biÕn ®æi sè/t−¬ng tù kiÓu bËc thang(Ladder). Bé DAC tr×nh bµy trªn ®©y kh«ng thuËn tiÖn trong thùc tÕ v× ph¶i chän nhiÒu ®iÖn trë cã gi¸ trÞ kh¸c nhau. Bé DAC kiÓu bËc thang chØ yªu cÇu chän hai lo¹i ®iÖn trë víi lo¹i nä cã gi¸ trÞ gÊp ®«i lo¹i kia. Do ®ã, bé biÕn ®æi sè / t−¬ng tù lo¹i nµy cßn cã tªn gäi lµ “DAC kiÓu bËc thang R - 2R”. H×nh sau lµ s¬ ®å m¹ch cña DAC 4 bit. C¸c ®iÖn trë 2R (phÝa tr¸i m¹ng ®iÖn trë) ®−îc nèi víi Vvµo khi kho¸ ®ãng (logic “1”) vµ nèi ®Êt khi kho¸ ng¾t (logic “0”). 186
M¹ng ®iÖn trë Vin A 2R 2R R B 2R R C 2R R Rf D 2R V KhuÕch ®¹i tæng §iÖn ¸p ®Çu ra ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau ®©y : ( ) Rf 3 Vra = − Vvao 2 D + 2 2 C + 21 B + 2 0 A 16R Kho¸ ®ãng øng víi møc logic “1” Kho¸ ng¾t øng víi møc logic “0” Ghi chó : ViÖc rót ra c«ng thøc trªn ®©y ph¶i dùa vµo ®Þnh lý Thevenin (Thevenin Theorem) hay mÉu Thevenin (Thevenin Model). ë ®©y chØ tr×nh bµy ng¾n gän mµ kh«ng chøng minh c¸ch chuyÓn mét m¹ch chia thÕ thµnh nguån thÕ. Quan hÖ m¹ch chia thÕ vµ nguån thÕ thÓ hiÖn trªn trªn h×nh sau. R2 Rtd Vin Vtd = Vi = V0 R1 + R 2 R1 Vo R 1R 2 = Vtd Vtd R1 + R 2 R2 M¹ch chia thÕ kh«ng t¶i Nguån t−¬ng ®−¬ng 187
R2 Rtd Vin Vtd = Vi R1 + R 2 R1 R 1R 2 Vtd = Vtd R1 + R 2 Rt R2 Rt M¹ch chia thÕ cã t¶i Nguån t−¬ng ®−¬ng NhËn xÐt : Vt® kh«ng tuú thuéc vµo m¹ch cã t¶i RT hay kh«ng cã t¶i. Khi tÝnh Vt® ta chØ coi nh− tÝnh V0 cña m¹ch chia thÕ. Rt® kh«ng tuú thuéc vµo m¹ch cã t¶i hay kh«ng cã t¶i. Trë t−¬ng ®−¬ng Rt® nµy thay thÕ cho 2 trë R1 vµ R2 ®−îc coi nh− m¾c song song (R1 // R2). Dùa theo mÉu Thevenin, ta dÔ dµng tÝnh c−êng ®é dßng t¹i ®Çu vµo ®¶o (-) cña m¹ch khuÕch ®¹i tæng. Gi¶ sö ®Çu vµo nhÞ ph©n DAC 4 bit nµy lµ 0001 ( A = 1, B = 0, C = 0, D = 0) Vvao nghÜa lµ chØ cã kho¸ A ®ãng. Theo mÉu Thevenin, dßng vµo sÏ lµ 16R V vao NÕu chØ cã kho¸ B ®ãng (0010) dßng vµo sÏ lµ 8R V vao NÕu chØ cã kho¸ C ®ãng (0100) dßng vµo sÏ lµ 4R V vao NÕu chØ cã kho¸ D ®ãng (1000) dßng vµo sÏ lµ 2R Tr−êng hîp c¶ 4 kho¸ ®Òu ®ãng, dßng vµo sÏ lµ tæng 4 dßng trªn: (2 D + 2 C + 2 B + 2 A ) Vvao Vvao Vvao Vvao + + + 3 2 1 0 2R 4R 8R 16R ë ®©y D = C = B = A = 1 v× c¸c kho¸ ®Òu ®ãng. Dßng nµy cã trÞ sè tuyÖt ®èi b»ng dßng ra: Vra/Rf . Sinh viªn cã thÓ tù thiÕt kÕ bé DAC kiÓu bËc thang R-2R víi sè bit nhiÒu h¬n. C¸c bé DAC trªn thÞ tr−êng còng ph©n dßng theo kiÓu bËc thang R-2R. 188
189
B. PhÇn thùc nghiÖm 1. Nghiªn cøu sù ho¹t ®éng cña DAC 8 bÝt ë bµi nµy chóng ta cho tÝn hiÖu sè 8 bÝt qua bé chuyÓn ®æi DAC, thu ®−îc tÝn hiÖu lèi ra lµ tÝn hiÖu t−¬ng tù vµ ®−îc ®o b»ng v«n kÕ . S¬ ®å thÝ nghiÖm: 5V 5.05V D7 +V 5V D6 5V DAC8 5.030 V D5 D7 DC V D6 5V D5 Vout D4 D4 D3 Vref+ 5V D2 Vref- D1 D3 D0 5V D2 5V D1 5V D0 C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm: B−íc1: Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông: 01 DAC 8 bÝt [Data Converters/D-A/DAC8] 08 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 04 V«n kÕ [Analog/Intruments/Multimeter] Chó ý: [] §−êng dÉn ®Ó lÊy linh kiÖn trong th− viÖn () Ký hiÖu phÝm t¾t B−íc 2: - Chän chÕ ®é m« pháng analog: Simulation -> Analog Mode - §Æt Multimeter ho¹t ®éng ë chÕ ®é ®o: DC Voltage B−íc 3: - TiÕn hµnh thÝ nghiÖm vµ ®iÒn ®Çy ®ñ vµo b¶ng sè liÖu sau: 190
Sè thËp D7D6D5D4D3D2D1D0 Ura(V) Sè thËp D7D6D5D4D3D2D1D0 Ura(V) ph©n ph©n 0 00000000 128 10000000 32 160 64 192 96 224 128 256 2. DAC 8 bÝt (tiÕp) Cho s¬ ®å khèi sau: Dao ®éng ký Clock Counter DAC – 03 Generator 74LS161 IN 1KHz CK OUT S¬ ®å thÝ nghiÖm: MR 5V 5V 5V 5V V1 DAC8 74LS161 0/5V D7 CEP PE A D6 CET MR D5 Vout CP D4 D3 Vref+ TC 1kHz D2 Vref- D3 Q3 D1 D2 Q2 D0 D1 Q1 D0 Q0 74LS161 CEP PE CET MR CP TC D3 Q3 D2 Q2 D1 Q1 D0 Q0 C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm: B−íc1: Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông: 191
01 DAC 8 bÝt [Data Converters/D-A/DAC8] 02 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 01 M¸y ph¸t chøc n¨ng [Analog/Instruments/Signal Gen] 02 IC 74LS161 [Digital by Number/741xx/74161] B−íc 2: - Chän chÕ ®é m« pháng analog: Simulation -> Analog Mode - §Æt chÕ ®é m¸y ph¸t: KÝch ®óp chuét vµo biÓu t−îng m¸y ph¸t. Chän d¹ng sãng ph¸t lµ “Sin Wawe Data”. Sau ®ã ®Æt c¸c gi¸ trÞ theo b¶ng sau: - Ch¹y ch−¬ng tr×nh. Quan s¸t tÝn hiÖu t¹i ®iÓm A trªn cöa sæ Transient Analysis - Chóng ta cã thÓ dïng c«ng cô “Probe” ®Ó quan s¸t tÝn hiÖu t¹i bÊt cø ®iÓm nµo b»ng c¸nh chän Probe tõ thanh c«ng cô (hoÆc kÝch chuét ph¶i sau ®ã chän Probe) sau ®ã kÝch vµo ®iÓm muèn quan s¸t. Muèn hiÖn thÞ tÝn hiÖu cña nhiÒu ®iÓm ®ång thêi th× khi kÝch vµo c¸c ®iÓm cÇn quan s¸t ta ph¶i gi÷ phÝm Shift. B−íc 3: - TiÕn hµnh thÝ nghiÖm víi c¸c gi¸ trÞ kh¸c cña m¸y ph¸t nh−: 100 KHz, 1 MHz, 2 MHz, 4 MHz. Quan s¸t d¹ng tÝn hiÖu ë lèi ra. - Hai khèi Clock generator vµ Counter cã thÓ thay thÕ b»ng khèi Data sequencer ë ®Þa chØ [Analog/Intruments/Data Seq]. Sinh viªn cã thÓ tù lµm phÇn nµy. 3. KiÓm tra kiÕn thøc Bé DAC 8 bit cã ®Çu ra n»m trong d¶i tõ 0 ®Õn 10v (Vout = 0 ÷ 10v). Sai sè phi 1 tuyÕn cho phÐp toµn thang ®o lµ ± LSB . 4 192
TÝnh ®é ph©n gi¶i. - 10v Gi¶i thÝch t¹i sao ®é thay ®æi ®iÖn ¸p gi÷a hai bËc liªn tiÕp lµ - 255 Sai sè phi tuyÕn cho phÐp toµn thang ®o tÝnh ra % lµ bao nhiªu? - §Çu vµo nhÞ ph©n 0110.0110 øng víi ®Çu ra lµ bao nhiªu? - 193
C. Phô lôc Giíi thiÖu DataSheet c¸c h·ng s¶n xuÊt IC trªn thÕ giíi cña mét sè IC th«ng dông sö dông trong bµi thùc hµnh. 1. Bé chuyÓn ®æi D/A 8 bit tèc ®é nhanh (8-bit high speed D/A converter) Tªn IC: DAC08 194
2. Bé chuyÓn ®æi D/A 12 bit (12-bit D/A converter) Tªn IC: DAC80 195