BÀI GIẢNG MẠCH SỐ - BÀI 7 ppsx

Bộ biến đổi hoạt động theo các bước:phân đầu ra và đưa vào lưu trữ trong thanh ghi.. · Số nhị phân trong thanh ghi được chuyển đổi thành áp nhị phân chứa trong thanh ghi chính là giá trị

Bài 7: BIẾN ĐỔI A/D, D/A

HỆ THỐNG

XỬ LÝ SỐ (MÁY TÍNH)

DAC

ĐẠI

LƯỢNG

VẬT LÝ

ANALOG INPUT

ANALOG OUTPUT

DIGITAL INPUT

DIGITAL OUTPUT

ĐIỀU KHIỂN, ĐLVL KHÁC

I BIẾN ĐỔI D/A

D/A

CONVERTER

(DAC)

D C B A

ANALOG OUTPUT

DIGITAL INPUTS

DAC 4 BIT

D C B A Vout

0 0 0 0

1 1 1 1

0V

15V

Tổng quát:

Analog output = K  digital intput

K: thừa số (độ phân giải)

TD: K = 1V  Vout = (1V)  digital input

Do đó, ta có thể tính Vout ứng với digital input

11002 = 1210  Vout = 1V  12 = 12V

TD: DAC 5 bit với ngõ vào là 10100, dòng ngõ ra là 10mA

Tính Iout khi ngõ vào là 11101

Giải

Ta có: 101002 = 2010 khi Iout = 10mA

 K = 0,5 mA

Do đó: 111012 = 2910

 Iout = 0,5mA  29 = 14,5mA

TD: DAC 8 bit với ngõ ra là 1.0V khi ngõ vào là 001100102

Xác định Vout lớn nhất của DAC

Giải

Ta có: 001100102 = 5010

1V = K  50

 K = 20 mV

Do đó, ngõ ra Vout(max) khi ngõ vào là: 1111 11112 = 25510

 Vout(max) = 20mV  255 = 5,1V

nhất của ngõ ra analog khi có sự thay đổi của ngõ vào digital

Độ phân giải 1V

0V 1V 2V 3V

DAC N bit sẽ có 2N mức khác nhau, số bước nhảy sẽ là 2N – 1

TD: K = 0,2V Xác định Vout khi ngõ vào là 10001

100012 = 1710

 Vout = 0,2V  17 = 3,4V

II BIẾN ĐỔI A/D

+

-vA

đầu vào analog

Đơn vị điều khiển

1

0

Thanh ghi

Bộ biến đổi DA .

vAX

Kết quả digital

So sánh

OPAMP

EOC (kết thúc chuyển đổi)

Start

Clock

Bộ biến đổi hoạt động theo các bước:

phân đầu ra và đưa vào lưu trữ trong thanh ghi.

· Số nhị phân trong thanh ghi được chuyển đổi thành áp

nhị phân chứa trong thanh ghi chính là giá trị digital xấp xỉ

hệ thống).

kết thúc quá trình biến đổi.

+

-vA

đầu vào analog

Counter

Bộâ biến đổi DA .

vAX

Kết quả digital

So sánh

OPAMP

EOC

Start Clock

Reset

Clock

vAX

Start

vA

EOC

tC

Khi chuyển đổi hoàn tất, counter ngừng đếm

Bộ biến đổi A/D theo hàm dốc

•Bộ biến đổi AD xấp xỉ liên tiếp

Đây là bộ biến được dùng rộng rãi nhất trong các bộ biến đổi

AD Nó có cấu tạo phức tạp hơn bộ biến đổi AD theo hàm dốc nhưng tốc độ biến đổi nhanh hơn rất nhiều Hơn nữa, thời gian biến đổi là một số cố định không phụ thuộc giá trị điện áp đầu vào

Sơ đồ mạch tương tự như bộ biến đổi AD theo hàm dốc nhưng không dùng counter cung cấp giá trị cho bộ biến đổi DA mà dùng một thanh ghi Đơn vị điều khiển sửa đổi từng bit của thanh ghi này cho đến khi có giá trị analog xấp xỉ áp vào theo một độ phân giải

-vA

đầu vào analog

Đơn vị điều khiển

Thanh ghi MSB ………

LSB

Bộâ biến đổi DA

.

vAX

So sánh

OPAMP

EOC

Clock

.

Start

START

Xóa tất cả các bit

Bắt đầu ở MSB

Set bit = 1

VAX > VA? Clear bit = 0

Xong hết bit ?

Quá trình biến đổi kết thúc và giá trị biến đổi nằm trong thanh ghi

END

Đúng

Sai

Đến bit thấp kế

Sai

Đúng

Bộ biến đổi A/D xấp xỉ liên tiếp

Bộ biến đổi Flash AD

Bộ biến đổi loại này có tốc độ nhanh nhất và cũng cần nhiều linh kiện cấu thành nhất

Có thể làm một phép so sánh: flash AD 6-bit cần 63 OPAMP, 8-bit cần 255 OPAMP, và 10-bit cần 1023 OPAMP Vì

lẽ đó mà bộ biến đổi AD loại này bị giới hạn bởi số bit, thường là

2 đến 8-bit

Ví dụ một flash AD 3-bit :

Mạch này có độ phân giải là 1V, cầu chia điện áp thiết lập nên các điện áp so sánh (7 mức tương ứng 1V, 2V, …) với điện áp cần biến đổi Đầu ra của các OPAMP được nối đến một priority encoder và đầu ra của nó chính là giá trị digital xấp xỉ của điện áp đầu vào

Các bộ biến đổi có nhiều bit hơn dễ dàng suy ra theo mạch này

1K

1K

1K

1K

1K

3K

1K

1K

+

-+

-+

-+

-+

-+

-+

-5V

6V

4V

3V

2V

1V

7V

C1 C2 C3 C4 C5 C6

C7 I7

I6

I5

I4

I3

I2

I1

Priority encoder

MSB

C

B

A

Aùp analog đầu vào

Bộ biến đổi AD theo hàm dốc dạng lên xuống (tracking ADC)

Bộ biến đổi loại này được cải tiến từ bộ biến đổi AD theo hàm dốc Ta thấy rằng tốc độ của bộ biến đổi AD theo hàm dốc khá chậm bởi vì counter được reset về 0 mỗi khi bắt đầu quá trình biến đổi Giá trị VAX là 0 lúc bắt đầu và tăng dần cho đến khi vượt qua

VA Rõ ràng là thời gian này là hoàn toàn lãng phí bởi vì điện áp analog thay đổi một cách liên tục, giá trị sau nằm trong lân cận giá trị trước

Bộ biến đổi AD theo hàm dốc dạng lên xuống dùng một counter đếm lên/xuống thay cho counter chỉ đếm lên ở bộ biến đổi

AD theo hàm dốc và không reset về 0 khi bắt đầu Thay vì vậy, nó giữ nguyên giá trị của lần biến đổi trước và tăng giảm tùy thuộc vào giá trị điện áp mới so với giá trị điện áp cũ