Chương 4 mạch đo

Khái niệm cơ bản Cảm biến Mạch đo Kết quả Mạch đo dùng thực hiện một số chức năng cơ bản -và một số chức năng khác … -Khuếch đại tín hiệu từ cảm biến -Tạo hàm biến đổi bù đặc tính -Bù ản

Chương 4: Mạch đo

1

$1 Khái niệm cơ bản

Cảm biến Mạch đo Kết quả Mạch đo dùng thực hiện một số chức năng cơ bản

-và một số chức năng khác …

-Khuếch đại tín hiệu từ cảm biến -Tạo hàm biến đổi bù đặc tính -Bù ảnh hưởng của nhiễu và các tác động ngẫu nhiên khác -Chuyển đổi ADC

10/23/15

$2: Các ứng dụng của KĐTT

2

Các mạch ứng dụng đã học trong kĩ thuật điện tử 

• Khuếch đại đảo

• Khuếch đại không đảo

• Mạch nhân hai tín hiệu

• Mạch chia hai tín hiệu

• mạch khai căn bậc n

• mạch so sánh 1 mức

• mạch so sánh 2 mức

• mạch dao động đa hài

Sinh viên xem lại những mạch này trong Điện tử ứng dụng

10/23/15

$3 Chuyển đổi DAC

3

DAC- Digital to Analog Convertor: Chuyển đổi số-tương tự

DAC

N bit

Mong muốn là U(t), nhưng thực tế chỉ có Un

Un U(t) khi ∆ U0, nghĩa là số bit phải rất lớn

10/23/15

Sử dụng thiết bị số trong multimedia

Khuếch đại

Nguyên lí chuyển đổi DAC

0

0 1

1 2

2 1

U D

U ref n = ref n − n − + +

n ref

U U

( 0 )

0 1

2 2

1 1

2 2

1 1

0 1

1 2

2 1

0

0 1

1

2 2

2 2

2

2 2

2

) (

d R

U d

R

U d

R

U d

R U

d R

U d

R

U d

R

U d

R U

d

d R

U D

R

U R

U

D R

t U

ref

ref n

n

ref n

n ref

n

ref n

ref n

ref n

ref

n

n n

ref n

n

ref n

+ +

+ +

= +

+ +

+

= +

7Các mạch DAC thông dụng

10/23/15

Các mạch DAC thông dụng

R

t U I

d I d

I

d R

U d

R

U d

R

U d

R

U

n n

ref ref

n n

ref n

2 2

1 1

=

= +

+

= +

+ +

Mạch nguyên lý cộng dòng

Chuyển đổi DAC tốc độ cao

10 10/23/15

Chuyển đổi DAC tốc độ cao

11 10/23/15

12 10/23/15

$4 Chuyển đổi ADC- Analog to Digital Convertor

Rơ le số Máy tính T.Bị đ.khiển Nối A0

Bảo vệ rơ le

Tủ đo lường Giám sát Điện thoại A0

TU

TI

TU TI

10/23/15

Ứng dụng trong mạng công nghiệp

Điều khiển trong mạng công nghiệp

10/23/15 16

10/23/15 17

ADC là gì? ADC? Dễ thôi

Đó là vi mạch dùng để chuyển đổi tín hiệu liên tục(tương tự) thành tín hiệu số

T

T gọi là chu kì lấy mẫu hay chu kì chuyển đổi

10/23/15

ADC một lần tích phân

19

Xung nhịp AND

Chôt n bit

Ux

Udac

Uoa Uđk

Uc

Khởi động

Dữ liệu ra

10/23/15

Biểu đồ thời gian chuyển đổi

20

Ux

Udac

Xung đếm Khởi động

Uđk Uc Điện áp lấy ra

Bắt đầu một chu kì mới

10/23/15

ĐK Logic

Giản đồ thời gian

22

10/23/15

1

'2

222

T T

T T

T

u k

=

=

Một số loại ADC thông dụng

29 10/23/15

30 10/23/15

Một số loại ADC thông dụng

31 10/23/15

32

ADC 14 bit, 8 kênh vào tương tự, loại V1724, tốc độ 100MHz

33 10/23/15

34 10/23/15

35 10/23/15

36 10/23/15

$ 12 C ác mạch dồn kênh, phân kênh, giải mã

I Mạch dồn kênh

hiệu v ào thành một đầu tín hiệu ra (MISO-Multi Input Single Output)

74LS138N

Y0 15Y1 14Y2 13Y3 12Y4 11Y5 10Y6 9Y7 7

A 1 B 2 C 3 G1 6

~G2A 4

~G2B 5

II Mạch phân kênh

đầu v à o th à nh nhiều đầu ra

(SIMO)

dịch nối tiếp hay song song

ghi dich song song

~CLR 9

CLK 8

$9 Mạch cầu

3

4 2

1

R

R R

Điều kiện cân bằng cầu UCD = 0

Thường khi chế tạo, người ta cố gắng sao cho R10=R2=R3=R4=R0

Mạch cầu rất quan trọng trong kĩ thuật đo lường điện

10/23/15

$10 Vi xử lí trong kĩ thuật đo lường VXL- Microprocessor (Microcontroller)

41

Vi xử lí là gì? Vi xử lí là vi mạch, chủ yếu để thực

hiện các phép tính số học, các phép logic và một số chức năng phụ khác

VXL ra đời khi nào

VXL ra đời từ khoảng năm 1969

và không ngừng phát triển cho

đến ngày nay

VXL có phức tạp không, nó chứa những gì trong đó

VXL là một vi mạch khá phức tạp, nó chứa trong đó những transistor, điện trở, diode…, Những VXL đầu tiên chứ khoảng

18000 transistor, ngày nay khoảng 830 triệu transistor trong một chip Core 2 Duo

Có bao nhiêu hãng sản xuất VXL hiện nay

Rất nhiều, có thể kể một số hãng tiêu biểu như Intel, Motorola, Philips, Zilog, Sony, Toshiba,

Siemens…

10/23/15

VXL có tác dụng gì trong đo lường VXL được dùng để tính toán hàm số, bù các đặc tính phi tuyến,

xây dựng các thuật toán đánh giá, nhận dạng và dự báo số liệu, cho phép lưu trữ, truyền dẫn số liệu, nối mạng các thiết bị

đo trong một dây chuyền sản xuất hay mạng công nghiệp, tăng cường chức năng giám sát và điều khiển, hiệu chỉnh tối ưu các quá trình, giảm thiểu sức lao động của con người…

VXL nối với đầu đo như thế nào?

VXL chỉ dùng tín hiệu số, do vậy đầu tiên các tín hiệu liên tục phải được chuyển đổi thành tín hiệu số, sau đó mới ghép nối với VXL Khả năng tính toán là do các nhà sản xuất VXL đã thiết kế cho nó một kiến trúc như vậy

Dụng cụ đo dùng VXL chắc phải rất đắt tiền, những hệ thống đo thông thường có nên dùng không

So với khả năng VXL thực hiện thì dung cụ đo có VXL không đắt lắm, nếu

so sánh một hệ đo

cổ điển dùng chỉ thị

cơ điện kết hợp các mạch so sánh, lưu trữ, điều khiển … thì dụng cụ có VXL lại

rẻ hơn rất nhiều lần, gọn nhẹ và tin cậy hơn

Vậy tại sao

có nhiều nơi vẫn dùng các dụng cụ chỉ thị cơ điện

mà không dùng dụng cụ

đo VXL

Điều này một phần

do yêu cầu tại đó chỉ cần đo để hiển thị, một phần do thói quen sử dụng Phần quan trọng nữa là giá thành đơn chiếc loại

cơ điện rẻ hơn

Những nơi nào trong ngành điện hiện nay dùng dụng cụ đo có VXL?

Hầu hết các dụng cụ đo kĩ thuật số đều có gắn VXL, ở các trạm biến áp, các nhà máy điện, các phân xưởng… đều sử dụng để vừa đo lường, vừa điều khiển, lưu trữ, in ấn số liệu… và nhiều chức năng khác nữa

Nếu không có VXL thì có tự động hóa được không Nói một cách đầy đủ thì tự động

hóa ra đời trước khi có VXL

Nhưng các nhà máy TĐH hiện đại, nối mạng như SCADA thì không thể thiếu VXL, đồng thời VXL lại tăng cường khả năng TĐH cao hơn, xây dựng được những hệ biết tư duy logic

Vậy tương lai của VXL thật tươi sáng?

Cũng không hẳn như vậy, một là có những chỗ không dùng VXL, hai nữa là kiến trúc VXL gần đạt đến mức trần, sẽ có những vi mạch với công nghệ nano (<10-9m) ra đời, các vi mạch lượng tử làm việc theo hiệu ứng lượng tử, trong khi VXL làm việc theo hiệu ứng điện tử chậm hơn rất nhiều Tương lai máy tính lượng tử(quantum computor) sẽ thay thế máy tính điện tử Loài người sẽ được sử dụng những máy tính với nguyên tắc khác hẳn hiện nay Công nghệ chế tạo VXL đang đạt đến mức mỏng hết cỡ, hiện nay đang có xu hướng là chế tạo các VXL song song trong một chip để tiết kiệm dây dẫn và năng lượng, tuy nhiên đó vẫn là giải pháp tình thế khi chưa có loại VXL công nghệ mới Gần 3 năm nay tốc độ làm việc của chip tăng không đáng kể, nhưng nhờ giải pháp song song mà tốc độ

tính toán của VXL lại tăng lên khá nhiều

10/23/15

Ngoài VXL còn có loại nào nữa

không ?

Có, hiện nay còn loại VXL on-chip gọi

là vi điều khiển

Vậy VĐK là

gì?

VĐK là một hệ vi xử lí, nó bao gồm CPU, RAM, EEROM, ngắt, TIME, COUNTER, ADC, DAC và một số mạch phụ trợ khác, được tích hợp trong một

chip

Vậy chắc ứng dụng nó thật tiện

lợi?

Đúng vậy, những thiết bị dùng VĐK

có kích thước nhỏ hơn dùng VXL đơn chiếc đến hàng chúc lần, độ tin cậy cao hơn và tuổi thọ cũng lớn hơn linh kiện lắp rời

Thế thì phải hoan hô VĐK

Phải, vì VĐK có thể điều khiển đến từng bit nên rất tiện lợi khi dùng các đầu ra rơle, còn VXL thì chỉ điều khiển theo byte thôi, nhưng VXL lại có tốc độ tính toán cao hơn Nói tóm lại, VXL nhiệm vụ chính là tính toán dữ liệu nên được thiết kế để xử lí những mảng dữ liệu lớn, còn VĐK là điều khiển dữ liệu theo công nghệ yêu cầu nên tốc độ không

cao bằng VXL

10/23/15