Tài liệu Xây dựng phần mềm điều khiển card lấy mẫu để thực hiện vi lấy mẫu đối với tín hiệu âm tần pdf

Đợc sự đồng ý của khoa Kỹ Thuật Điện Tử I và sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo Lê Minh Tuấn, chúng tôi đã lắp ráp và thi công một ứng dụng cụ thể , đó là phần "Phần mềm điều khiển Card

max 2

1

f

T s 

Xây dựng phần mềm điều khiển Card lấy mẫu để thực hiện vi

lấy mẫu đối với tín hiệu âm tần

1 Mở đầu.

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học và công nghệ thì máy tính điệ tử trở thành một công cụ hỗ trợ đắc lực nhất và hiệu quả nhất Do vậy nhu cầu nghiên cứu và riển khai những ứng dụng do máy tính mang lại là những việc làm hết sức cần thiết đối với Sinh Viên các nghành kỹ thuật đặc biệt là Sinh VIên thuộc nghành Điện Tử Viễn Thông Để dáp ứng đợc những đòi hỏi thiết thực đó, việc đi sâu tìm hiểu về phần cứng máy tính (Hardware) và đi đến xây dựng phần mềm điều khiển là hết sức quan trọng

Đợc sự đồng ý của khoa Kỹ Thuật Điện Tử I và sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo Lê

Minh Tuấn, chúng tôi đã lắp ráp và thi công một ứng dụng cụ thể , đó là phần "Phần mềm

điều khiển Card lấy mẫu đối với tín hiệu âm tần ghép nối với máy tính" Qua đó giúp chúng tôi hiểu thêm về nghuyên lý hoạt động cơ bản của máy tính nói chung và của các thiết bị Ngoại

vi ghép nối với máy tính nói riêng, đồng thời cũng tạo ra dợc một công cụ thực hành thực sự hiệu quả trong việc phân tích và xử lý tín hiệu

2 Nội dung đề tài.

2.1 Cơ sở lý thuyết.

Để lắp ráp thành công Card láy mẫu ta cần nghiên cứu các nội dung sau :

2.1.1 Lấy mẫu tín hiệu

Thờng tín hiệu truyền đi là tín hiệu liên tục, việc lấy mẫu tín hiệu cho phép truyền đi không phải là tất cả các giá trị của hàm mà chỉ truyền đi những giá trị rời rạc của hàm Để đầu thu có

thể khôi phục lại chính xác tín hiệu ban đầu việc lấy mẫu phải tuân theo định lý Kachenhicop :

với Ts là chu kỳ lấy mẫu

2.1.2 Lợng tử hoá

Lợng tử hoá là thay thế một tín hiệu tơng tự đã lấy mẫu bằng tập hữu hạn các mức biên độ tức là biến đổi tín hiệu liên tục theo thời gian thành tín hiệu biên độ rời rạc Ưu điểm của lợng tử hoá là giảm đợc ảnh hởng của tạp âm trong hệ thống Có hai phơng pháp lợng tử hoá thông dụng :

- Lợng tử hoá đều

- Lợng tử hoá không đều

2.1.3 Mã hoá

Mã hoá là quá trình chuyển đổi các giá trị rời rạc nhận đợc từ quá trình lợng tử sang biểu diễn dới dạng tập hợp các ký hiệu cũng chính là quá trình số hoá tín hiệu lấy mẫu Các loại mã thờng dùng để mã hoá :

- Mã BCD (Binary Code Decimal)

- Mã bù hai, bù một

- Mã nhị phân thông thờng

2.1.4 Các phơng pháp chuyển đổi A/D (Analog to Digital)

Tín hiệu xử lý trong máy tính là tín hiệu số, do đó cần có quá trình chuyển đổi tín hiệu thực thờng ở dạng tơng tự thành tín hiệu số Các phơng pháp chuyển đổi A/D thông dụng (Xem thêm

ở tài liệu tham khảo)

2.1.5 Các phơng pháp chuyển đổi D/A

Tín hiệu số sau khi đợc xử lý đợc tái tạo trở về dạng tín hiệu ban đầu nhờ quá trình chuyển

đổi D/A (Digital to Analog) Các phơng pháp chuyển đổi D/A thông dụng (Xem thêm ở tài liệu tham khảo)

2.2 Thiết kế Card lấy mẫu ghép nối với máy tính.

2.2.1 Sơ đồ khối Card lấy mẫu.

Có hai phơng pháph ghép nối một thiết bị ngoại vi với máy tính :

- Phơng pháp ghép nối ngoài qua cổng nối tiếp hoặc song song

- Phơng pháp ghép nối trong qua các khe cắm mở rộng của máy tính

Với thiết bị ngoại vi là Card lấy mẫu ta sử dụng phơng pháp điều khiển vào ra bằng chơng trình qua cổng vào ra tách biệt tại slot mở rộng của máy tính ,phơng pháp này có nhiều u điềm đối với bài toán

Hệ thống thiết kế có các u điểm:

+ đảm bảo đợc sự đồng bộ giữa PC và cấc cổng vào ra

+ giải mã địa chỉ để chọn cổng đợc phép trao đổi dữ liệu với PC

+ đảm bảo s thu phát đồng bộ giữa BUS dữ liệu của PC và BUS dữ liệu của thiết bị ngoại

+ lập trình đợc tần số lấy mẫu

Sơ đồ khối của Card lấy mẫu nh sau:

Hình 1 Sơ đồ khối của Card lấy mẫu ghép nối với máy tính

Chức năng các khối :

2.2.1.1 Mạch giao tiếp PPI-8255A (Pheriferal Programmale Interface)

PPI-8255A là vi mạch phối ghép vào/ra lập trình đợc Do khả năng mềm dẻo trong các ứng dụng thực tế nó là mạch phối ghép đợc dùng rất phổ biến cho các hệ vi xử lý 8-16 bit

8255A có bốn chế độ làm việc :

- Chế độ 0 : còn gọi là chế độ vào ra cơ sở

- Chế độ 1: là chế độ vào ra có xung cho phép

- Chế độ 2: là chế độ vào ra hai chiều

- Chế độ lập xoá từng bit PCi

Để đơn giản trong thiết kế ta chọn 8255A làm việc ở chế độ 0

2.2.1.2 Vi mạch ADC0809

Đây là vi mạch chuyển đổi tơng tự số 8 bit, nó có u điểm tơng thích họ TTL, nó có 8lối vào tín hiệu tơng tự riêng biệt và tơng đối dễ sử dụng để ghép nối, các chân dữ liệu

có trở kháng cao có thể nối thẳng vào BUS mà không cần đệm Trong sơ đồ thiết kế ta

sử dụng hai lối vào IN-0 và IN-1 (xem sơ đồ mạch của Card lấy mẫu) trong đó một lối vào tín hiệu có lấy và giữ mẫu (IN-0) và một lối vào tín hiẹu không có lấy và giữ mẫu

2.2.1.3 Khe cắm mở rộng (Expansion Slot)

Slot

của

máy

tính

Mạch giải mã

ADC

0809

Mạch trích và giữ mẫu Tín hiệu vào Mach giao

Tiếp 8255A

Khe cắm của máy tính là bộ phận trung gian đẻ nối ghép hệ thống máy tính với thiết

bị ngoại vi mở rộng Đây là các khe cắm mở rộng trên Mainboard của các PC Khe cắm

sử dụng trong mạch thuộc loại CON AT62B có 62 chân với 8 bit giữ liệu, 20bit địa chỉ

2.2.1.4 Mạch lấy và giữ mẫu (Sample & Hold)

Mạch lấy vầ giữ mẫu thờng đợc chế tạo ở dạng vi chuyên dụng, vi dụ nh LF38 Tuy nhiên các mạch trích và giữ mẫu trên thị trờng hiện nay rất hiếm trong khi thiết kế Card lấy mẫu chúng tôi đã lắp ráp thành công mạch lấy và giữ mẫu từ các linh kiện rời có sẵn (xem sơ đồ mạch của Card lấy mẫu)

2.2.1.5 Mạch giải mã địa chỉ

Để cho 8255A hoạt động ta phải tiến hành giải mã địa chỉ để chọn đúng địa chỉ qui

định cho 8255A Địa chỉ cho các khối nh sau :

+ 300H cho cổng A (của 8255A)

+ 301H cho cổng B

+ 302H cho cổng C

+ 303H cho thanh ghi từ điều khiển

Ta có, địa chỉ dành cho Card : từ 300H đến 303H do đó ta chỉ cần dùng 2 bit địa chỉ thấp nhất của BUS địa chỉ A0, A1 là đủ

Một địa chỉ vào ra 10 bit đợc biểu diễn nh sau :

A 9 A 8 A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0

Từ những phân tích trên chúng tôi đã lắp thiết kế thành công Card lấy mẫu có sơ đồ mạch

nh đã dẫn Trong mạch còn dùng bộ biến đổi D/A 0808 để lấy tín hiệu tơng tự ra

2.3 Thuật toán và chơng trình.

Dựa trên sơ đồ khối của Card ghép nối, nghuyên tắc hoạt động của các vi mạch đã dùng, chúng tôi đã xây dựng phần mềm điều khiển Card lấy mẫu với thuật toán nh sau :

1 1 0 0 0 0 0 0 A 1 A 0

i=npt ? EOC=1?

Đặt chế độ cho

8255 A

Nhập số điểm tín hiệu ( npt) , i=1

Đọc dữ liệu từ cổng A , i=i+1

Chọn chế độ (có sample&hold hay không)

Điều khiển quá trình lấy mẫu và chuyển đổi

Đọc bít EOC

Bắt đầu

Kết thúc

Đ

Đ S

S

3 Phơng pháp nghiên cứu

Tuỳ vào khả năng và kinh nghiệm của ngời thực hiện mà có nhiều phơng pháp nghiên cứu khác

nhau Trong quá trình làm việc chúng tôi đã sử dụng phơng pháp nghiên cứu nh sau :

3.1 Xác định đợc nội dung chính của đề tài, xác định đợc các bớc thực hiện.

3.2 Nghiên cứu tài liệu: từ yêu cầu của đề tài tìm liệu tham khảo Sau khi nghiên cứu kỹ

tài liệu viết đợc sẽ hoàn thành cơ sở lý thuyết phục vụ cho công việc thiết kế mạch

điện

3.3 Xây dựng phơng án: Từ cơ sở lý thuyết, xây dựng các phơng án có thể có Thiết kế

mạch điện theo phơng án đã lựa chọn Chọn ngôn ngữ lập trình thích hợp để viết

ch-ơng trình điều khiển

3.4 Thiết kế và lắp ráp: Trên cơ sở phơng án đã chọn tiến hành thiết kế và lắp ráp

mạch Chạy thử bằng phần mềm đã viết đợc Kiểm tra, đấnh giá và hoàn thiện lại toàn bộ chơng trình

4 Khả năng ứng dụng trong thực tiễn:

Nh ở trên đã trình bày, hiện nay việc trang bị các thiết bị thí nghiệm cho các phòng thí nghiệm điện tử là cấp thiết Mà các thiết bị này đều đợc nhập ngoại Đề tài đợc đặt ra muốn

nghiên cứu kỹ về khả năng chế tạo thiết bị đo và ứng dụng đề tài vào thực tiễn : dùng làm thiết

bị để thực hành.

Tuy đã có rất nhiều cố gắng, nhng do trình độ hạn chế và thời gian gấp rút nên đề tài còn nhiều thiếu sót Mong rằng đợc sự góp ý chân tình của các thầy cô giáo cùng toàn thể cấc bạn Sinh viên để hoàn thành đề tài tốt hơn ở những lần sau