Thiết kế board giao tiếp - Chương 4 ppt

Chương 4: Analog Interfacen Analog Electronics - Conditioner n Digital to Analog Converters n Analog to Digital Converters 4.1 Analog Signal Interface Overview n Là một hàm của 1 hoặc n

Trang 1

Chương 4: Analog Interface

n Analog Electronics - Conditioner

n Digital to Analog Converters

n Analog to Digital Converters

4.1 Analog Signal Interface Overview

n Là một hàm của 1 (hoặc

nhiều) biến độc lập, đại

lượng vật lý theo thời

gian: như tiếng nói,

nhiệt độ,…theo thời

gian: A = f(t, h)

n Xuất hiện liên tục trong

khoảng thời gian

A

A0

A1

Trang 2

n 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”

các tín hiệu về thời gian và giá trị, dùng thiết bị

chuyển đổi ADC tạo ra các tín hiệu số, để:

n 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

lại các tín hiệu analog

Trang 3

Trang 4

n Process:

n Là các quá trình công nghệ như: dây chuyền làm giấy;

phối-trộn-nghiền-nung => sản xuất cement; dây chuyền

luyện-nung-cán thép; sản xuất-trộn phân bón NPK, các

nhà máy điện,…

n Sensors:

n Là vật liệu/thiết bị dùng để chuyển đổi các đại lượng vật

lý không điện tử (T, Ph,…) thành tín hiệu điện (u, I, R, f)

n Vật liệu: do đặc tính tự nhiên của vật chất – ví dụ Pt100,

cặp nhiệt điện,…

n 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

tuyến => có mạch điện từ analog để xử lý tín hiệu: khuếch

đại, lọc nhiễu, bù phi tuyến,… cho phù hợp

n MUX: analog multiplexer

n Trích mẫu và giữ - Sample & Hold

n ADC: analog to digital convertor:

Trang 5

4.2 Analog Electronics - Conditioner

n Operational Amplifiers - OpAmps – khuếch đại

thuật toán để tạo các bọ conditioners – chuẩn hóa

tín hiệu

n 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 …

4.2 Analog Electronics - OPAMP

n Là vi mạch khuếch đại, xử lý tín hiệu từ 0Hz

Trang 6

n Xử lý tín hiệu DC (0Hx up)

n Hệ số khuếch đại lớn, từ kilo…Mega…and even

more…

n Trở vào lớn vài KΩ đến 1012Ω, trở ra nhỏ, tốt cho

các mạch ghép nối analog, phối hợp trở kháng.

Trang 7

n NON Inverting Amp

n Inverting Amp

Trang 8

n Adder (Mixer)

n Differential

Trang 9

n Instrumentation

n Integrator

Trang 11

n I/U converter

Một số lưu ý khi dùng

n Hệ số khuếch đại chọn tùy thuộc các mạch:

n Mạch kđ thông thường (đảo dấu và không đảo dấu: vài

lần đến 10 lần), nếu hệ số khuếch đại lớn thì nhiều tầng

=> ổn định và dễ dàng kiểm soát

n Mạch khuếch đại vi sai (Differential apmlifier):

từ 10 => 50 lần, vào vi sai – ra vi sai (Instrumentation

Ampl): 30 => 100 lần

Trang 12

n Digital to Analog: số => tín hiệu dòng điện/điện

áp, liên tục về thời gian, rời rạc về giá trị.

n 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 nối trực tiếp với

bus/unlatched cần có out-port, bus 8 hay 16 bit

n Signed – điện áp ra 2 dấu hoặc unsnigned – điên áp ra

n Tái tạo: Âm thanh số, MP3, CD, …

n Ghép nối giữa các hệ thống (PC, PLC, …) => bộ điều

khiển analog, tạo ra các Setpoint

n Bộ nhân tín hiệu analog – 4 góc: nhân hệ số với Uin

thay cho Uref

Trang 13

4.3 Digital to Analog Converters

n Nguyên lý cấu trúc và hoạt động

R-2R Ladder DAC:

n Là phương pháp dùng lưới điện trở R-2R chia

cây nhị phân dòng điện

n Đơn giản

n Chính xác cao

n Chuyển đổi nhanh

Trang 14

R-2R Ladder DAC:

n Mạng R-2R nối kiểu cây nhị phân

n Khi bi = 0 or 1 => ki R or L, Non Inv.Inp of OpAmp

grounded => Inv Inp = #0V => ki luôn đóng xuống đất

Trang 15

R-2R Ladder DAC: Tạo các tín hiệu cơ bản

R-2R Ladder DAC: Sóng điều chế

Trang 16

R-2R Ladder DAC, tham khảo

n Tra cứu các vi mạch DAC: (pdf files)

n www.national.com/product/interface/ad-da

n 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

directly, 200ns

R-2R Ladder DAC

Trang 17

R-2R Ladder DAC

4.3 Analog to Digital Convertors

n 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)

Trang 18

n 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…

không cần nhanh, loại được nhiễu

n Nhanh, độ phân ly thấp hơn [đắt tiền], dùng để thu thập và

xử lý tín hiệu biến thiên nhanh

n Chuyển đổi kiểu xấp xỉ liên tiếp: 10k … 10MSps

n Chuyển đổi song song: 10M … 500 MSps

n 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…

không cần nhanh, loại được nhiễu

n Nhanh, độ phân ly thấp hơn [đắt tiền], dùng để thu thập và

xử lý tín hiệu biến thiên nhanh

n Chuyển đổi kiểu xấp xỉ liên tiếp: 10k … 10MSps

n Chuyển đổi song song: 10M … 500 MSps

Trang 19

n Ðịnh lý lấy mẫu Shannon - Kochennicov:

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

n Định lý này có tính pháp lý

n Để kỹ sư hiểu số mẫu tối thiểu bao nhiêu là đủ,

không quá dày => lãng phí (tốc độ ADC, thời gian

xử lý, bộ nhớ); lấy thưa thì sẽ bị sai

n Dual Slope Integration ADC:

Trang 20

n Successive Approximation ADC:

n 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,

Out: -19999 => +19999, 400 ms converssion time

n 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

Trang 21

n Interfacing to the ICL - 7135 ADC:

n Successive Approximation ADC:

Trang 22

1 Viết chương trình tạo các tín hiệu cơ bản (vuông, răng

cưa, sin, tam giác,…)

2 Giả lập DAC bằng phần mềm.

3 Thiết kế mạch đo nhiệt độ

4 …

Định dạng
Số trang	22
Dung lượng	398,03 KB