max
2
1
f
T
s
≤
X©y dùng phÇn mÒm ®iÒu khiÓn Card lÊy mÉu ®Ó thùc hiÖn vi
lÊy mÉu ®èi víi tÝn hiÖu ©m tÇn
1. Më ®Çu.
Ngµy nay, víi sù ph¸t triÓn cña khoa häc vµ c«ng nghÖ th× m¸y tÝnh
®iÖ tö trë thµnh mét c«ng cô hç trî ®¾c lùc nhÊt vµ hiÖu qu¶ nhÊt. Do vËy
nhu cÇu nghiªn cøu vµ riÓn khai nh÷ng øng dông do m¸y tÝnh mang l¹i lµ
nh÷ng viÖc lµm hÕt søc cÇn thiÕt ®èi víi Sinh Viªn c¸c nghµnh kü thuËt
®Æc biÖt lµ Sinh VIªn thuéc nghµnh §iÖn Tö ViÔn Th«ng . §Ó d¸p øng ®îc
nh÷ng ®ßi hái thiÕt thùc ®ã, viÖc ®i s©u t×m hiÓu vÒ phÇn cøng m¸y tÝnh
(Hardware) vµ ®i ®Õn x©y dùng phÇn mÒm ®iÒu khiÓn lµ hÕt søc quan
träng.
§îc sù ®ång ý cña khoa Kü ThuËt §iÖn Tö I vµ sù gióp ®ì nhiÖt t×nh
cña thÇy gi¸o Lª Minh TuÊn, chóng t«i ®· l¾p r¸p vµ thi c«ng mét øng dông
cô thÓ , ®ã lµ phÇn "PhÇn mÒm ®iÒu khiÓn Card lÊy mÉu ®èi víi tÝn
hiÖu ©m tÇn ghÐp nèi víi m¸y tÝnh". Qua ®ã gióp chóng t«i hiÓu thªm
vÒ nghuyªn lý ho¹t ®éng c¬ b¶n cña m¸y tÝnh nãi chung vµ cña c¸c thiÕt bÞ
Ngo¹i vi ghÐp nèi víi m¸y tÝnh nãi riªng, ®ång thêi còng t¹o ra dîc mét c«ng
cô thùc hµnh thùc sù hiÖu qu trong viÖc ph©n tÝch vµ xö lý tÝn hiÖu.
2. Néi dung ®Ò tµi.
2.1. C¬ së lý thuyÕt.
§Ó l¾p r¸p thµnh c«ng Card l¸y mÉu ta cÇn nghiªn cøu c¸c néi dung sau :
2.1.1. LÊy mÉu tÝn hiÖu
Thêng tÝn hiÖu truyÒn ®i lµ tÝn hiÖu liªn tôc, viÖc lÊy mÉu tÝn hiÖu
cho phÐp truyÒn ®i kh«ng phi lµ tÊt c¶ c¸c gi¸ trÞ cña hµm mµ chØ
truyÒn ®i nh÷ng gi¸ trÞ rêi r¹c cña hµm. §Ó ®Çu thu cã thÓ kh«i phôc l¹i
chÝnh x¸c tÝn hiÖu ban ®Çu viÖc lÊy mÉu phi tu©n theo ®Þnh lý
Kachenhicop :
víi Ts lµ chu kú lÊy mÉu.
2.1.2. Lîng tö ho¸
Lîng tö ho¸ lµ thay thÕ mét tÝn hiÖu t¬ng tù ®· lÊy mÉu b»ng tËp h÷u
h¹n c¸c møc biªn ®é tøc lµ biÕn ®æi tÝn hiÖu liªn tôc theo thêi gian thµnh
tÝn hiÖu biªn ®é rêi r¹c. ¦u ®iÓm cña lîng tö ho¸ lµ gi¶m ®îc ¶nh hëng cña
t¹p ©m trong hÖ thèng. Cã hai ph¬ng ph¸p lîng tö ho¸ th«ng dông :
- Lîng tö ho¸ ®Òu.
- Lîng tö ho¸ kh«ng ®Òu.
2.1.3. M· ho¸
M· ho¸ lµ qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi c¸c gi¸ trÞ rêi r¹c nhËn ®îc tõ qu¸ tr×nh
lîng tö sang biÓu diÔn díi d¹ng tËp hîp c¸c ký hiÖu còng chÝnh lµ qu¸ tr×nh
sè ho¸ tÝn hiÖu lÊy mÉu. C¸c lo¹i m· thêng dïng ®Ó m· ho¸ :
- M· BCD (Binary Code Decimal)
- M· bï hai, bï mét.
- M· nhÞ ph©n th«ng thêng.
2.1.4. C¸c ph¬ng ph¸p chuyÓn ®æi A/D (Analog to Digital)
TÝn hiÖu xö lý trong m¸y tÝnh lµ tÝn hiÖu sè, do ®ã cÇn cã qu¸ tr×nh
chuyÓn ®æi tÝn hiÖu thùc thêng ë d¹ng t¬ng tù thµnh tÝn hiÖu sè. C¸c ph-
¬ng ph¸p chuyÓn ®æi A/D th«ng dông (Xem thªm ë tµi liÖu tham kho)
2.1.5. C¸c ph¬ng ph¸p chuyÓn ®æi D/A
TÝn hiÖu sè sau khi ®îc xö lý ®îc t¸i t¹o trë vÒ d¹ng tÝn hiÖu ban ®Çu
nhê qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi D/A (Digital to Analog). C¸c ph¬ng ph¸p chuyÓn
®æi D/A th«ng dông (Xem thªm ë tµi liÖu tham kh¶o)
2.2. ThiÕt kÕ Card lÊy mÉu ghÐp nèi víi m¸y tÝnh.
2.2.1. S¬ ®å khèi Card lÊy mÉu.
Cã hai ph¬ng ph¸ph ghÐp nèi mét thiÕt bÞ ngo¹i vi víi m¸y tÝnh :
- Ph¬ng ph¸p ghÐp nèi ngoµi qua cæng nèi tiÕp hoÆc song song
- Ph¬ng ph¸p ghÐp nèi trong qua c¸c khe c¾m më réng cña m¸y tÝnh.
Víi thiÕt bÞ ngo¹i vi lµ Card lÊy mÉu ta sö dông ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn
vµo ra b»ng ch¬ng tr×nh qua cæng vµo ra t¸ch biÖt t¹i slot më réng cña m¸y
tÝnh ,ph¬ng ph¸p nµy cã nhiÒu u ®iÒm ®èi víi bµi to¸n .
HÖ thèng thiÕt kÕ cã c¸c u ®iÓm:
+ ®¶m bo ®îc sù ®ång bé gi÷a PC vµ cÊc cæng vµo ra
+ gi¶i m· ®Þa chØ ®Ó chän cæng ®îc phÐp trao ®æi d÷ liÖu víi
PC
+ ®¶m b¶o s thu ph¸t ®ång bé gi÷a BUS d÷ liÖu cña PC vµ BUS d÷
liÖu cña thiÕt bÞ ngo¹i
+ lËp tr×nh ®îc tÇn sè lÊy mÉu.
S¬ ®å khèi cña Card lÊy mÉu nh sau:
H×nh 1. S¬ ®å khèi cña Card lÊy mÉu ghÐp nèi víi m¸y tÝnh.
Chøc n¨ng c¸c khèi :
2.2.1.1. M¹ch giao tiÕp PPI-8255A (Pheriferal Programmale Interface)
PPI-8255A lµ vi m¹ch phèi ghÐp vµo/ra lËp tr×nh ®îc. Do kh n¨ng
mÒm dÎo trong c¸c øng dông thùc tÕ nã lµ m¹ch phèi ghÐp ®îc dïng
rÊt phæ biÕn cho c¸c hÖ vi xö lý 8-16 bit.
8255A cã bèn chÕ ®é lµm viÖc :
- ChÕ ®é 0 : cßn gäi lµ chÕ ®é vµo ra c¬ së.
- ChÕ ®é 1: lµ chÕ ®é vµo ra cã xung cho phÐp.
- ChÕ ®é 2: lµ chÕ ®é vµo ra hai chiÒu.
Slot
cña
m¸y
tÝnh
M¹ch gi i
m·
ADC
0809
M¹ch
trÝch vµ
gi÷ mÉu
TÝn hiÖu vµo
Mach giao
TiÕp
8255A
- ChÕ ®é lËp xo¸ tõng bit PCi
§Ó ®¬n gin trong thiÕt kÕ ta chän 8255A lµm viÖc ë chÕ ®é 0.
2.2.1.2. Vi m¹ch ADC0809
§©y lµ vi m¹ch chuyÓn ®æi t¬ng tù sè 8 bit, nã cã u ®iÓm t¬ng
thÝch hä TTL, nã cã 8lèi vµo tÝn hiÖu t¬ng tù riªng biÖt vµ t¬ng ®èi
dÔ sö dông ®Ó ghÐp nèi, c¸c ch©n d÷ liÖu cã trë kh¸ng cao cã thÓ nèi
th¼ng vµo BUS mµ kh«ng cÇn ®Öm. Trong s¬ ®å thiÕt kÕ ta sö
dông hai lèi vµo IN-0 vµ IN-1 (xem s¬ ®å m¹ch cña Card lÊy mÉu).
trong ®ã mét lèi vµo tÝn hiÖu cã lÊy vµ gi÷ mÉu (IN-0) vµ mét lèi
vµo tÝn hiÑu kh«ng cã lÊy vµ gi÷ mÉu.
2.2.1.3. Khe c¾m më réng (Expansion Slot)
Khe c¾m cña m¸y tÝnh lµ bé phËn trung gian ®Î nèi ghÐp hÖ
thèng m¸y tÝnh víi thiÕt bÞ ngo¹i vi më réng. §©y lµ c¸c khe c¾m më
réng trªn Mainboard cña c¸c PC. Khe c¾m sö dông trong m¹ch thuéc
lo¹i CON AT62B cã 62 ch©n víi 8 bit gi÷ liÖu, 20bit ®Þa chØ.
2.2.1.4. M¹ch lÊy vµ gi÷ mÉu (Sample & Hold)
M¹ch lÊy vÇ gi÷ mÉu thêng ®îc chÕ t¹o ë d¹ng vi chuyªn dông, vi
dô nh LF38. Tuy nhiªn c¸c m¹ch trÝch vµ gi÷ mÉu trªn thÞ tr êng hiÖn
nay rÊt hiÕm. trong khi thiÕt kÕ Card lÊy mÉu chóng t«i ®· l¾p r¸p
thµnh c«ng m¹ch lÊy vµ gi÷ mÉu tõ c¸c linh kiÖn rêi cã s½n (xem s¬
®å m¹ch cña Card lÊy mÉu).
2.2.1.5. M¹ch gii m· ®Þa chØ
§Ó cho 8255A ho¹t ®éng ta phi tiÕn hµnh gi¶i m· ®Þa chØ ®Ó
chän ®óng ®Þa chØ qui ®Þnh cho 8255A. §Þa chØ cho c¸c khèi nh sau
:
+ 300H cho cæng A (cña 8255A).
+ 301H cho cæng B.
+ 302H cho cæng C.
+ 303H cho thanh ghi tõ ®iÒu khiÓn.
Ta cã, ®Þa chØ dµnh cho Card : tõ 300H ®Õn 303H do ®ã ta chØ
cÇn dïng 2 bit ®Þa chØ thÊp nhÊt cña BUS ®Þa chØ A0, A1 lµ ®ñ .
Mét ®Þa chØ vµo ra 10 bit ®îc biÓu diÔn nh sau :
A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1
A0
Tõ nh÷ng ph©n tÝch trªn chóng t«i ®· l¾p thiÕt kÕ thµnh c«ng Card lÊy
mÉu cã s¬ ®å m¹ch nh ®· dÉn. Trong m¹ch cßn dïng bé biÕn ®æi D/A 0808
®Ó lÊy tÝn hiÖu t¬ng tù ra.
2.3. ThuËt to¸n vµ ch¬ng tr×nh.
Dùa trªn s¬ ®å khèi cña Card ghÐp nèi, nghuyªn t¾c ho¹t ®éng cña c¸c vi
m¹ch ®· dïng, chóng t«i ®· x©y dùng phÇn mÒm ®iÒu khiÓn Card lÊy mÉu
víi thuËt to¸n nh sau :
1 1 0 0 0 0 0 0 A
1
A
0
i=npt ?
EOC=1?
§Æt chÕ ®é cho
8255 A
NhËp sè ®iÓm tÝn
hiÖu ( npt) , i=1
§äc d÷ liÖu tõ
cæng A , i=i+1
Chän chÕ ®é
(cã sample&hold
hay kh«ng)
§äc bÝt EOC
B¾t
KÕt thóc
§
§
S
S