THỰC TẬP KỸ THUẬT SỐ - BÀI 15

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

156
lượt xem 42
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bộ chuyển đổi tương tự - số (Analog to Digital Converter) A. Phần tóm tắt lý thuyết 1. Bộ biến đổi t-ơng tự/số (ADC). Hình vẽ sau mô tả chức năng của ADC 4 bit. Bảng chân lý của bộ ADC này có thể lấy toàn bộ số liệu trong bảng chân lý bộ DAC bài tr-ớc. Mạch điện bố trí bên trong của bộ ADC khá phức tạp. D-ới đây chỉ là một ví dụ sơ đồ logic của bộ ADC này bao gồm một DAC, một mạch đếm modun 16, một cửa và, một mạch so sánh điện áp. Mạch so...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: THỰC TẬP KỸ THUẬT SỐ - BÀI 15

Bµi 15: Bé chuyÓn ®æi t−¬ng tù - sè (Analog to Digital Converter) A. PhÇn tãm t¾t lý thuyÕt 1. Bé biÕn ®æi t−¬ng tù/sè (ADC). H×nh vÏ sau m« t¶ chøc n¨ng cña ADC 4 bit. B¶ng ch©n lý cña bé ADC nµy cã thÓ lÊy toµn bé sè liÖu trong b¶ng ch©n lý bé DAC bµi tr−íc. M¹ch ®iÖn bè trÝ bªn trong cña bé ADC kh¸ phøc t¹p. D−íi ®©y chØ lµ mét vÝ dô s¬ ®å logic cña bé ADC nµy bao gåm mét DAC, mét m¹ch ®Õm modun 16, mét cöa vµ, mét m¹ch so s¸nh ®iÖn ¸p. M¹ch so s¸nh thùc hiÖn viÖc so s¸nh ®iÖn ¸p ë ®Çu vµo A vµ ®iÖn ¸p ë ®Çu vµo B. NÕu ®iÖn ¸p lèi vµo A lín h¬n ®iÖn ¸p lèi vµo B (A > B) th× møc logic ®Çu ra X cña Comparator lµ cao (A > B, X = 1). Ng−îc l¹i th× møc logic ®Çu ra thÊp (A < B, X = 0). 196
§Çu vµo §Çu ra t−¬ng tù nhÞ ph©n §−êng Vra(v) DCBA 0 0 00 0 1 0,4 0 00 1 2 0,8 0 01 0 3 1,2 0 01 1 4 0 10 0 5 1,6 0 10 1 6 2,0 0 11 0 7 2,4 0 11 1 8 2,8 1 00 0 9 3,2 1 00 1 10 3,6 1 01 0 11 4,0 1 01 1 12 4,4 1 10 0 13 4,8 1 10 1 14 5,2 1 11 0 15 5,6 1 11 1 16 6,0 Gi¶ sö ®iÖn ¸p Vvµo bé ADC lµ 1,5V vµ m¹ch ®Õm ®· ®−îc xo¸ tr−íc khi ho¹t ®éng. Tr¶i qua 5 chu tr×nh, bé ADC biÕn ®æi ®iÖn ¸p t−¬ng tù ®Çu vµo 1,5V thµnh ®Çu ra nhÞ ph©n 0100 theo ®óng b¶ng ch©n lý. Qu¸ tr×nh diÔn ra nh− sau: Chu M¹ch so s¸nh M¹ch ®Õm ChØ thÞ LED DAC Cöa vµ Tr×nh Sè TT A B X CK X CP QD QC QB QA D C B A Vra 1 1,5v 0 1 CK 1 CP 0 0 0 1 0 00 1 0,4 2 1,5v 0,4 1 CK 1 CP 0 0 1 0 0 01 0 0,8 3 1,5v 0,8 1 CK 1 CP 0 0 1 1 0 01 1 1,2 4 1,5v 1,2 1 CK 1 CP 0 1 0 0 0 10 0 1,6 5 1,5v 1,6 0 CK 1 00100 0 10 0 1,6 Kh«ng cã xung nhÞp (dõng) (dõng) ViÖc ph©n tÝch nh− trªn ®Ó dÔ hiÓu vÒ sù ho¹t ®éng cña mét bé ADC. Qu¸ tr×nh x¶y ra rÊt nhanh tuú theo tÇn sè cña xung nhÞp CK. TÇn sè nµy cã thÓ trªn 1 MHz. Cã nhiÒu kiÓu ADC ®· ®−îc sö dông. KiÓu nãi trªn lµ “kiÓu ®Õm bËc thang”. Cã lo¹i ADC trong ®ã kh«ng dïng m¹ch ®Õm mµ dïng m¹ch ph¸t bËc thang. Lo¹i nµy gäi lµ kiÓu “bËc thang”. Lo¹i cã tèc ®é biÕn ®æi rÊt nhanh gäi lµ “kiÓu gÇn ®óng liªn tiÕp” lo¹i nµy cã cÊu tróc bªn trong phøc t¹p h¬n. 197
2. Th«ng sè ®Æc tr−ng. H×nh vÏ sau gióp ta hiÓu râ ý nghÜa cña mét sè th«ng sè. §iÖn ¸p (hay dßng) biÕn ®æi theo bËc (step) , mçi bËc t−¬ng øng víi mét l−îng t¨ng ®iÖn ¸p gäi lµ l−îng t¨ng 1LSB. Danh tõ nµy b¾t nguån tõ chç ®iÖn ¸p thay ®æi ngay tõ bit cã ý nghÜa nhá nhÊt. ChÊt l−îng cña mét bé biÕn ®æi ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng ®é ph©n gi¶i. §é ph©n gi¶i tÝnh b»ng tû sè l−îng t¨ng 1 LSB víi gi¸ trÞ cùc ®¹i cña ®¹i l−îng t−¬ng tù. VÝ dô trong bé DAC 4 bit mµ ta ®−a ra vÝ dô ë trªn ®é ph©n gi¶i b»ng : 0,4 1 = 6,0 15 C«ng thøc tæng qu¸t nh− sau: 1 §é ph©n gi¶i = ; n lµ sè bit 2 −1 n Sè bit cµng lín vµ do ®ã ®é ph©n gi¶i cµng nhá th× chÊt l−îng cµng cao. §é 1 1 1 ph©n gi¶i cña bé biÕn ®æi 6 bit lµ , 8 bit lµ , 10 bit lµ vµ 12 bit lµ 63 255 1.023 1 ... 4.095 Sù thay ®æi nhÞp nhµng (hay ®¬n ®iÖu) cña mét bé biÕn ®æi lµ rÊt cÇn thiÕt, nhÊt lµ bé DAC (h×nh a phÇn trªn). H×nh b lµ kh«ng nhÞp nhµng bëi v× cã ®o¹n mµ ®iÖn ¸p kh«ng t¨ng ®óng 1 LSB khi sè nhÞ ph©n thay ®æi. So víi ®−êng chuÈn 1 1 (chÊm chÊm), sai sè gÆp ph¶i lµ + LSB vµ tiÕp theo ®ã lµ − LSB. Sai sè cho 2 2 1 phÐp lµ ph¶i nhá h¬n ± LSB cho toµn thang ®o. 2 198
Thêi gian thiÕt lËp tS cña DAC lµ thêi gian cÇn thiÕt ®Ó ®iÖn ¸p ®Çu ra ®¹t 1 LSB (tS = ns ÷ µ s). ®−îc gi¸ trÞ æn ®Þnh trong ph¹m vi sai sè ± 2 Cã rÊt nhiÒu lo¹i DAC vµ ADC víi ph¹m vi øng dông kh¸c nhau. Do vËy, khi dïng DAC hoÆc ADC ta ph¶i biÕt ®Çy ®ñ c¸c ®Æc tr−ng vµ kh¶ n¨ng øng dông cña chóng. 199
B. PhÇn thùc nghiÖm 1. Nghiªn cøu bé biÕn ®æi t−¬ng tù - sè (ADC) theo kiÓu ®Õm bËc thang Ngµy nay ng−êi ta ®· s¶n xuÊt nhiÒu bé ADC d−íi d¹ng chÝp hoµn chØnh. Tuy nhiªn s¬ ®å nguyªn lý cña m¹ch ®iÖn tö bªn trong chÝp vÉn theo nguyªn t¾c chung nh− ta tr×nh bµy trong lý thuyÕt. Bé ADC nµo còng cã m¹ch so s¸nh vµ bé DAC. Sù kh¸c nhau ë chç ng−êi ta sö dông lo¹i m¹ch nµo n»m gi÷a Comparator vµ DAC ®Ó t¹o tÝn hiÖu bËc thang. NÕu dïng m¹ch ®Õm nh− ta nãi ë trªn th× ®ã lµ Counter – Ramp ADC. NÕu lµ m¹ch ph¸t bËc thang (Ram Generator) ®ã lµ Ramp ADC, nÕu lµ m¹ch ghi gÇn ®óng liªn tiÕp (Successive aproximation Register = Sar) ®ã lµ SAR ADC. Sau ®©y ta sÏ nghiªn cøu bé biÕn ®æi ADC kiÓu bËc thang cã s¬ ®å khèi nh− sau: CLR CLOCK Generator Binary CK 1Hz 8 Output 74LS161 (leddisplaY) Counter 8 Vi Hex – DAC – 03 7 seg 8 display (D/A Converterr) V0 S¬ ®å thÝ nghiÖm: 200
CLR 5V 5V 74LS161A 0/5V CEP PE 1 CET MR CP TC 1 Hz 3 D3 Q3 2 D2 Q2 1 D1 Q1 0 D0 Q0 7 Q7 6 Q6 5V 74LS161A CEP PE 5 Q5 CET MR CP 4 Q4 5V TC 3 Q3 7 Data in D3 Q3 Bé so s¸nh 6 D2 Q2 2 Q2 5 ___ D1 Q1 4 2.5V V+ OUT Vi D0 Q0 1 Q1 IN+ OUT IN- GND 0 Q0 V- LATCH DAC8 7 D7 6 D6 5 Vout D5 4 5V D4 3 Vref+ D3 2 Vref- D2 2.500 V Vo 1 D1 0 DC V 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] 01 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 01 V«n kÕ [Analog/Intruments/Multimeter] 01 Bé so s¸nh [Comparaters/Comparators/AD 8561] 08 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) 01 M¸y ph¸t chøc n¨ng [Analog/Instruments/Signal Gen] 02 IC 74LS161 [Digital by Number/741xx/74161] 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 - §Æt chÕ ®é m¸y ph¸t: 201
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: B−íc 3: - TiÕn hµnh thÝ nghiÖm vµ ®iÒn ®Çy ®ñ vµo b¶ng sè liÖu sau: Vi (V) Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 VO CLR x 0 00 0 0 0 0 00 0 0,96 1 1,80 1 2,50 1 3,20 1 5,00 1 - Thay ®æi tÇn sè xung nhÞp CK, tiÕn hµnh l¹i thÝ nghiÖm vµ so s¸nh víi kÕt qu¶ trªn (chó ý tiÕn hµnh thÝ nghiÖm víi c¸c Vi nh− trªn): 2. Nghiªn cøu bé biÕn ®æi t−¬ng tù - sè (ADC) theo kiÓu gÇn ®óng liªn tiÕp (Suceesive – Approximation – Type ADC) ë ®©y cã sö dông “m¹ch ghi gÇn ®óng liªn tiÕp” (SAR) ®Æt xen gi÷a m¹ch so s¸nh vµ DAC. ¦u viÖt cña ADC theo kiÓu nµy lµ tèc ®é nhanh. NÕu dïng ADC 8 bit th× chØ cÇn 8 xung nhÞp lµ ®ñ ®Ó ®iÖn ¸p ra V0 cña DAC tiÕn tíi l©n cËn gi¸ trÞ ®iÖn ¸p vµo Vi. S¬ ®å khèi ®−îc bè trÝ nh− sau: 202
START CK EOC 74LS502` SAR 8 Vi Binary DAC - 03 output 8 8 (D/A Converter) (lED dispay) V0 S¬ ®å thÝ nghiÖm: 0V Start 1 0/5V 7 Q7 74LS502 7 1 Hz Q7 6 6 CK Q6 Q6 5 Q5 5 Start 4 Q5 Q4 3 Q3 Qd 4 2 Q4 Q2 5V 1 Q1 3 D 0 Q3 Q0 Data in Bé so s¸nh 2 Q2 ___ 2.5V V+ OUT Vi 1 Q1 IN+ OUT IN- GND 0 Q0 V- LATCH DAC8 7 D7 6 D6 5 Vout D5 4 5V D4 3 Vref+ D3 2 Vref- D2 2.500 V Vo 1 D1 0 DC V 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] 01 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s) 203
01 V«n kÕ [Analog/Intruments/Multimeter] 01 Bé so s¸nh [Comparaters/Comparators/AD 8561] 08 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9) 01 M¸y ph¸t chøc n¨ng [Analog/Instruments/Signal Gen] 01 IC 74LS502 [User Difined/Macro/74LS502] B−íc 2: - Chän chÕ ®é m« pháng analog: Simulation -> Analog Mode - §Æt Multimeter ho¹t ®éng ë chÕ ®é ®o: DC Voltage - §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: B−íc 3: - TiÕn hµnh thÝ nghiÖm vµ ®iÒn ®Çy ®ñ vµo b¶ng sè liÖu sau: Vi (V) Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 VO CLR x 0 00 000000 0 0,96 1 1,80 1 2,50 1 3,20 1 5,00 1 - Thay ®æi tÇn sè xung nhÞp CK, tiÕn hµnh l¹i thÝ nghiÖm vµ so s¸nh víi kÕt qu¶ trªn (chó ý tiÕn hµnh thÝ nghiÖm víi c¸c Vi nh− trªn): 204
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 A/D 8 bit víi 8 kªnh lèi vµo (8-bit µP Compatible A/D Converters with 8-channel Multiplexer) Tªn IC: ADC0808, ADC0809 205
2. Bé chuyÓn ®æi A/D 8 bit (8-bit A/D Converters) Tªn IC: ADC0802, ADC0803, ADC0804 206
207
3. Bé chuyÓn ®æi A/D hiÖn thÞ 3 sè r−ìi Tªn IC: ADC7106, ADC7107 208
4. Bé chuyÓn ®æi A/D 12 bit Tªn IC: ADC7109 209
210