nghiên cứu, ứng dụng công nghệ fpga để xây dựng thiết bị đo lường số

Mở đầu Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, yêu cầu về độ chính xác và tốc độ xử lý trong kỹ thuật đo lờng ngày càng đòi hỏi cao hơn. Điều đó không chỉ xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật của các hệ thống thiết bị hiện đại mà còn từ nhu cầu về lợi ích kinh tế và những đòi hỏi ngày càng khắt khe của ngời tiêu dùng. Thiết bị đo lờng số đợc phát triển trên nền tảng kỹ thuật số và công nghệ chế tạo vi mạch đã cải thiện đáng kể các chỉ tiêu về độ tin cậy, độ chính xác và tốc độ đo so với các thiết bị đo tơng tự. Sự ra đời của công nghệ mảng các cổng có thể lập trình theo các lĩnh vực Field Programmable Gate Array (viết tắt là FPGA) đã, đang mở ra triển vọng mới trong thiết kế, chế tạo các thiết bị đo lờng hiện đại với các vi mạch tổ hợp. Với kết cấu linh động có khả năng lập trình nên thực hiện thiết bị đo l- ờng số trên một vi mạch tổ hợp FPGA cho phép nâng cao tốc độ xử lý tín hiệu trong thời gian thực. Thiết bị đo số với công nghệ FPGA không chỉ giải quyết tốt bài toán về tính kinh tế, do tính mềm dẻo trong thiết kế và giá thành ngày càng giảm với sự phát triển của công nghệ tích hợp, mà còn đáp ứng đợc các chỉ tiêu kỹ thuật cao. Với những lý do nêu trên tôi chọn luận văn: Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ FPGA để xây dựng thiết bị đo lờng số. Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu các vấn đề sai số và xử lý sai số trong đo lờng, cũng nh nghiên cứu các thiết bị phần cứng và phần mềm hệ phát triển FPGA của hãng Xilinx. Từ đó ứng dụng công nghệ FPGA để xây dựng bộ lọc số FIR cho thiết bị đo lờng số. Nội dung của luận văn gồm ba chơng: Chơng I : Sai số và xử lý sai số trong đo lờng Nội dung của chơng là nghiên cứu về sai số, nguồn gốc của sai số và các ph- ơng pháp xử lý sai số nhằm nâng cao độ chính xác của thiết bị đo. Chơng II : Nghiên cứu công nghệ FPGA Nội dung của chơng là nghiên cứu thiết bị công nghệ FPGA của hãng Xilinx, vấn đề lập trình có cấu trúc với ngôn ngữ lập trình mô tả phần cứng VHSIC Hardware Description Languages, VHDL, các đặc trng của phần mềm thiết 1 kế ISE, phần mềm mô phỏng ModelSim và các bớc thiết kế vi mạch tổ hợp dựa trên công nghệ FPGA với ISE. Chơng III : ứng dụng công nghệ FPGA để xây dựng thiết bị đo số Nội dung của chơng là nghiên cứu về thiết bị đo số, bộ lọc số và các phơng pháp tổng hợp bộ lọc số FIR. Từ đó thiết kế bộ lọc số FIR của thiết bị đo l- ờng số theo phơng pháp cửa sổ Kaiser, viết chơng trình của bộ lọc bằng ngôn ngữ VHDL cho Spartan 3 XC3S200 và mô phỏng bộ lọc đã đợc thiết kế dùng MathLab và ModelSim. 2 Chơng I Sai số và xử lý sai số trong đo lờng 1.1. Sai số và nguồn gốc của sai số Sai số của phép đo là kết quả của phép đo trừ đi giá trị thực của đại lợng đo. ir xxx = trong đó x là sai số đo lờng, r x là giá trị đo đợc, i x là giá trị thực của đại lợng đo. Vì giá trị thực là không thể xác định nên trong thực tế dùng giá trị thực quy ớc. Giá trị thực quy ớc là giá trị quy cho một đại lợng riêng biệt và đợc chấp nhận, đôi khi bằng thoả ớc, có độ không bảo đảm phù hợp với mục đích đã chọn. Sai số của thiết bị đo lờng chỉ có thể xác định trong mối liên hệ với các ph- ơng pháp và thiết bị đo lờng cụ thể. Sai số của kết quả đo bị quy định bởi nhiều đặc điểm của quá trình đo lờng. Những nhân tố cơ bản gây ra sai số đo là: sự không tuyến tính của đặc tính biến đổi đo lờng của bộ cảm biến, ảnh hởng của nhiễu và tạp âm đến tín hiệu đo, sự không ổn định và tính phi tuyến của kênh xử lý tín hiệu đo, sự không tuyến tính của thiết bị chỉ thị kết quả đo, sai số gây bởi phơng pháp đo, sai số chủ quan của ngời thực hiện phép đo v.v Sai số của thiết bị đo phản ảnh đặc trng của thiết bị, tính chất vật liệu của các phần tử, đặc điểm của công nghệ sản xuất, điều chỉnh, khắc độ. Để làm sáng tỏ mọi vấn đề liên quan đến sai số của thiết bị đo trớc tiên cần phải xác định các khái niệm về thiết bị đo lờng. Thiết bị đo là thiết bị có chức năng biến đổi đại lợng đa đến đầu vào thành tín hiệu mang thông tin về số lợng. Trong trờng hợp tổng quát, một quá trình thời gian bất kỳ đa đến đầu vào của thiết bị đo có nhiều tham số, thiết bị đo chỉ xác định một trong các tham số này (hoặc hàm của tham số này) gọi là tham số đo (hay tham số mang tin hay còn đợc gọi là đại lợng vào) của quá trình vào. Quá trình vào đặc trng bởi nhóm tham số nào đó. Điện áp, một quá trình nh vậy, là hàm ngẫu nhiên theo thời gian, đợc đặc trng bởi các tham số: phổ tần số (hay 3 hàm tự tơng quan), giá trị hiệu dụng, giá trị trung bình và giá trị đỉnh. Các tham số này là tổng hợp các giá trị tức thời trên các khoảng thời gian xác định. Một trong các tham số đó hay giá trị tức thời là đại lợng vào thiết bị đo. Mọi tham số của quá trình vào, cả tham số mang tin lẫn tham số không mang tin, đều có thể thay đổi, do đó đợc đặc trng bởi phổ tần số. Phổ tần số phản ánh dải động của các quá trình này. Trờng hợp đơn giản nhất, đại lợng đầu vào đồng nhất với quá trình vào, cụ thể giá trị tức thời của điện áp là đại lợng vào thì nó trùng với quá trình vào. Tín hiệu đầu ra thiết bị đo mang thông tin về giá trị của đại lợng vào (trong trờng hợp tổng quát nó đợc đặc trng bởi nhiều tham số mang thông tin đo lờng gọi là tham số mang thông tin của tín hiệu ra thiết bị đo, ví dụ tần số dao động của tín hiệu ra (tín hiệu đợc đặc trng bởi biên độ và dạng dao động) là tham số mang thông tin của tín hiệu vào một bộ biến đổi một đại lợng nào đó thành tần số. Nh vậy thiết bị đo có chức năng biến đổi tham số mang thông tin của quá trình vào thành tham số mang thông tin của tín hiệu ra. Một thiết bị đo bất kỳ có thể xem là một mạch đợc đặc trng bởi quan hệ phụ thuộc giữa tham số mang thông tin của tín hiệu ra và đại lợng vào. Khái niệm sai số đôi khi có thể hiểu theo một vài nghĩa khác nhau. Nếu coi khái niệm sai số phản ánh tính chất của chỉ bản thân thiết bị thì đó là sai số tĩnh. Còn khái niệm sai số động đặc trng cho mức độ sai lệch giữa quan hệ phụ thuộc thực tế so với quan hệ phụ thuộc lý tởng của tham số mang thông tin của tín hiệu ra vào đại lợng vào khi quá trình vào và đại lợng vào thay đổi. Các đặc tính này bị quy định không chỉ bởi tính chất của thiết bị mà còn phụ thuộc vào đặc tính thay đổi của quá trình vào. Ngời ta sử dụng quan hệ phụ thuộc của tham số mang thông tin của tín hiệu ra vào đại lợng vào trong điều kiện tần số và dạng dao động của quá trình vào không thay đổi (ví dụ các chuỗi xung có tần số chuẩn v.v ) làm đặc tính cơ bản của thiết bị. Sự phụ thuộc này có thể xem nh là sự phụ thuộc tĩnh (nếu quá trình vào là đại l- ợng không đổi thì quá trình đó gọi là quá trình tĩnh) và gọi là hàm biến đổi thực tĩnh của thiết bị. Sự phụ thuộc tham số của hàm vào thay đổi của các nhân tố khác 4 (nh nhiệt độ môi trờng xung quanh) quy định các thành phần sai số đo lờng có nguyên do từ những thay đổi của các tham số đó (ví dụ sai số phép đo do nhiệt độ). Để đánh giá tác động của thiết bị vào sai số động cần phải xem thiết bị là một hệ thống động và tác động của thiết bị vào sai số động đợc xác định theo dạng hoạt động và các tham số của nó (gọi là đặc tính động của thiết bị). Dạng hàm biến đổi tĩnh của thiết bị đo đợc xác định bởi sơ đồ và cấu trúc của thiết bị. Các tham số của hàm này đợc xác định bởi tham số của các phần tử sơ đồ khối, cấu trúc của thiết bị và có thể thay đổi không ngẫu nhiên khi các nhân tố bên ngoài thiết bị đo thay đổi (ta sẽ ký hiệu những nhân tố này là , ví dụ nh nhiệt độ môi trờng xung quanh thiết bị đo, điện áp nguồn nuôi) hay dới ảnh hởng của một vài tham số không mang thông tin của quá trình vào thiết bị đo. Ví dụ ở các máy đo cao tần, máy đo tổn hao, việc thay đổi các tham số nh nhiệt độ, độ ẩm không khí, (đối với máy đo cao tần), nhiệt độ, áp xuất không khí (đối với máy đo tổn hao) làm thay đổi tín hiệu ra của thiết bị này, cụ thể, là các tham số mang thông tin của nó. Các tham số không mang thông tin của quá trình vào ảnh hởng lên các tham số của hàm biến đổi thực tĩnh, sau này sẽ ký hiệu qua . Sự thay đổi ngẫu nhiên của tham số hàm biến đổi thực tĩnh sẽ ký hiệu qua . Khi sử dụng thiết bị, để xác định kết qủa đo lờng, ngời ta sử dụng đặc tính biến đổi danh định, là hàm biến đổi tĩnh lý tởng của thiết bị. Đặc tính này ứng với các điều kiện sử dụng nhất định: khi tất cả các nhân tố ảnh hởng , là hằng số và bằng danh định; sai lệch là hằng số và bằng kỳ vọng toán học (thờng là 0); đại l- ợng vào không đổi (dù có thể nhận giá trị bất kỳ trong dải đo của thiết bị); đại lợng vào là một tham số của quá trình vào tuần hoàn có tần số danh định. Mặc dù đặc tính biến đổi danh định ứng với điều kiện bình thờng, song ngời ta thờng dùng trong các điều kiện làm việc rộng hơn, nên quyết định phần lớn sai số phép đo do sai số của thiết bị. Đặc tính biến đổi danh định có hàm biến đổi tĩnh ứng với các điều kiện sử dụng nhất định. Khác với đặc tính khắc độ, đặc tính này là đặc tính mẫu. Ngời ta xác định đặc tính khắc độ riêng lẻ đối với mẫu thiết bị đo cụ thể bằng cách khảo sát thực nghiệm mẫu đó ở các điều kiện thông thờng. Sự tồn tại sai lệch ngẫu nhiên 5 bắt buộc ở bộ phận khắc độ của thiết bị đo phải xử lý thống kê các kết quả nhận đợc và thiết lập đặc tính khắc độ theo đặc tính trung bình. Đặc tính biến đổi danh định đợc thiết lập khi tổng hợp thiết bị với sơ đồ và cấu trúc xác định. Đặc tính này đợc xác định trớc tiên bằng sơ đồ cấu trúc lý thuyết của thiết bị đo, sau đó, đợc xác định rõ thêm trong nghiên cứu thực nghiệm. Do vậy, hàm biến đổi tĩnh của một mẫu thiết bị cụ thể ở điều kiện làm việc bình thờng có thể khác với đặc tính biến đổi danh định của thiết bị mẫu. Khi đó ngời ta điều chỉnh các tham số của nó để sai lệch của đặc tính biến đổi danh định với hàm biến đổi tĩnh ở điều kiện làm việc bình thờng là nhỏ nhất có thể. Ví dụ, nếu hàm biến đổi tĩnh của thiết bị đo ở điều kiện làm việc bình thờng khác với đờng thẳng không nhiều, thì ng- ời ta thờng xấp xỉ đặc tính biến đổi danh định bằng đờng thẳng. Thiết bị đo sử dụng trong quá trình đo lờng để xác định giá trị của đại lợng vào theo giá trị của tham số mang thông tin của tín hiệu ra. Khi đó đặc tính biến đổi danh định đợc sử dụng. Sự sai lệch giữa giá trị danh định với giá trị thực của đại l- ợng vào bị quyết định bởi sai lệch giữa hàm biến đổi thực tĩnh ở điều kiện làm việc thực với đặc tính biến đổi danh định của thiết bị. Sai lệch này xác định chất lợng đo lờng của thiết bị. Vì vậy sẽ là hợp lý khi định nghĩa sai số thiết bị đo là hiệu số giữa đặc tính biến đổi danh định và hàm biến đổi thực tĩnh, nó thay đổi theo dải đo. Sai số nh vậy (ta ký hiệu là ) là hàm của tín hiệu đầu vào =F(x). Nh vậy, sai số thiết bị đo là do sai lệch giữa hàm biến đổi tĩnh f 0 (x) ở điều kiện thờng và đặc tính biến đổi danh định f (x) , ký hiệu là c, và do sai khác giữa f 0 (x) và hàm biến đổi thực tĩnh f(x) (bị quyết định bởi sai lệch ngẫu nhiên và ảnh hởng của các nhân tố và tham số ). Sai số thiết bị đo có thể biểu diễn theo tỷ lệ của tham số mang thông tin của tín hiệu ra, ký hiệu là B và theo tỷ lệ của đại lợng vào, ký hiệu là . 1.2. Phân loại sai số của thiết bị đo và các đặc trng 6 Trong kỹ thuật đo lờng ngời ta thờng phân biệt sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên. Sai số hệ thống là hàm của các tham số không ngẫu nhiên, các tham số này gây ra sai lệch hàm biến đổi thực với đặc tính biến đổi danh định. Cụ thể, sai số hệ thống là sai số bị gây ra bởi sự ảnh hởng của các nhân tố , , thậm chí sai số c. Sai số ngẫu nhiên là sai số không cố định và không thể biết trớc. Cụ thể, sai số ngẫu nhiên là sai số bị quyết định bởi ảnh hởng của sai lệch . Phơng pháp làm giảm sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên là rất khác nhau. Sai số hệ thống là đại lợng hay hàm xác định, còn sai số ngẫu nhiên là sai số đợc đánh giá theo quy luật xác suất và thống kê toán học. Sự phân loại sai số trên về nguyên tắc là đúng song thờng không cho phép tính toán và đánh giá sai số thực của thiết bị đo khi nó đợc khai thác sử dụng trong các điều kiện thay đổi một cách ngẫu nhiên. Cụ thể sự phân loại trên ta chia chúng ra trên ba nhóm: Sai số c thuộc nhóm đầu tiên, nó chỉ chịu sự chi phối của sai lệch giữa đặc tính biến đổi danh định với hàm biến đổi tĩnh của thiết bị ở các điều kiện thông th- ờng. Các sai số này là hàm không ngẫu nhiên của đại lợng đầu vào. Điều này đúng cho bất cứ mẫu thiết bị nào. Để tổng hợp thiết bị đo có dạng nhất định, sai số c là ngẫu nhiên và phụ thuộc vào dung sai cho phép của tham số phần tử thiết bị đo và công nghệ và kỹ thuật sản xuất chúng. Sai số thuộc nhóm 2 là hàm xác định của các đối số ngẫu nhiên, trong thực tế chúng là các tham số ,. Các tham số này là các hàm ngẫu nhiên theo thời gian. Sai số thuộc nhóm thứ 3 là sai số ngẫu nhiên bị quy định bởi ảnh hởng sai lệch . Ta có thể phân chúng thành hai nhóm: +Sai số là hàm tơng quan yếu, hay nói chung, là hàm ngẫu nhiên không tơng quan theo thời gian (phổ rộng), ví dụ, sai số do tạp âm riêng của các phần tử điện tử, bán dẫn của thiết bị đo. +Sai số là hàm ngẫu nhiên tơng quan mạnh (phổ hẹp) gần tần số 0 ví dụ sai số do tham số của thiết bị đo lờng trôi theo thời gian. 7 Đối với các thiết bị đo làm việc trong thực tế ta thờng xem các nhân tố và là hàm ngẫu nhiên theo thời gian. Tuy nhiên chỉ có thể đánh giá sai số khi , đợc cho là các hàm xác định. Việc xác định giới hạn thay đổi của , làm cho việc đánh giá sai số thiết bị đo không chính xác. Mỗi tham số của hàm biến đổi thực tĩnh là đợc xác định trong sự phụ thuộc của các tham số với nhau: 1, Quá trình tơng quan và không tơng quan trong thiết bị đo 2, Các tham số ảnh hởng , là hàm ngẫu nhiên theo thời gian Nh vậy, sai số của thiết bị =F(x) thờng đợc xem là hàm ngẫu nhiên theo thời gian, có thể viết nó ở dạng =F(x,t). Khi biết c và các tham số của hàm biến đổi, là hàm ngẫu nhiên, thì có thể đánh giá =F(x,t) Khi xem xét đánh giá sai số của thiết bị đo, là một hàm ngẫu nhiên của tạp âm riêng và ,, về nguyên tắc ta sử dụng tất cả các đặc trng , , trong hàm biến đổi thực tĩnh bất kỳ, thậm chí không chỉ đối với thiết bị đo tơng tự mà còn với thiết bị đo số. Tuy nhiên khả năng thực tế của việc sử dụng phơng pháp này bị hạn chế bởi sự phát triển của toán học hiện đại về lý thuyết hàm ngẫu nhiên. Nếu các hàm ngẫu nhiên đợc tính toán (,) là không dừng thì không thể biểu diễn chúng ở dạng tổng của kỳ vọng toán học, là hàm không ngẫu nhiên theo thời gian, với các hàm ngẫu nhiên tập trung dừng. Do đó với công cụ lý thuyết hiện đại về hàm ngẫu nhiên không cho phép đánh giá hàm ngẫu nhiên kết qủa, là sai số của thiết bị đo. Nếu hàm , , , có thể biểu diễn ở dạng tổng đã chỉ, nhng hàm ngẫu nhiên tập trung dừng có các quy luật phân bố khác nhau, thì việc đánh giá sai số của thiết bị đo là khá phức tạp. Ngoài ra, tính egodic của các hàm ngẫu nhiên dừng là điều kiện cần thiết để giải bài toán trên thực tế, trong trờng hợp ngợc lại đánh giá thực nghiệm các đặc trng, , , , là rất khó khăn. Với độ chính xác đảm bảo, trong các mạch thực tế nhiều trờng hợp, , , , có thể biểu diễn ở dạng tổng của các kỳ vọng toán học và các hàm ngẫu nhiên dừng tập trung egodic, các quy luật phân bố đều của nó thờng tiến gần đến quy luật 8 phân bố chuẩn hay trong nhiều trờng hợp tơng ứng với các quy luật phân bố xác suất đã biết. Cần phải nhấn mạnh rằng, khi tính đến các nhân tố bên ngoài là quá trình ngẫu nhiên, không thể xác định quy luật phân bố cụ thể của các nhân tố bên ngoài đối với mỗi thiết bị đo nào đó. Thực tế, ta phân loại các điều kiện sử dụng thiết bị và thiết lập quy luật phân bố trung bình của các nhân tố này ứng với mỗi trờng hợp. Với nhiều trờng hợp thực tế, thiết bị đo đợc đặc trng bởi quy luật phân bố xác suất của sai số là đối xứng. Để đánh giá sai số có căn cứ cần phải biết kỳ vọng, hàm tự tơng quan hay mật độ phổ, phơng sai, nếu quy luật phân bố sai số cha biết. Ta sẽ đánh giá sai số của thiết bị đo theo các đặc trng đã nêu, ở đó ta giả sử rằng, sai số của thiết bị là quá trình ngẫu nhiên không dừng, có thể đợc biểu diễn bằng tổng của kỳ vọng toán học, là hàm xác định theo thời gian, với quá trình ngẫu nhiên, tập trung, dừng, egodic. 1.3. Mô hình phân tích tính toán sai số 1.3.1. Sai số của thiết bị đo đợc quy về đầu vào và đầu ra Sai số của thiết bị đo, là đặc trng phản ánh khả năng tiến gần đến chân lý khi đo giá trị của đại lợng vào, cần phải đợc biểu diễn theo tỷ lệ của đại lợng vào tức cần phải đợc quy về đầu vào. Nếu ký hiệu x H là giá trị danh định của đại lợng vào đợc xác định theo đặc tính biến đổi danh định )( 1 yf H (là đặc tính biến đổi danh định ngợc của f H (x)) khi biết giá trị của tham số mang thông tin của tín hiệu ra thiết bị đo, thì sai số của thiết bị đo quy về đầu vào có thể đợc biểu diễn là: xxffxF H == )]([)( 1 (1.1) hay xx H = Việc phân tích sai số của thiết bị đo đôi khi thuận tiện với biểu diễn sai số theo tỷ lệ của tham số mang thông tin của tín hiệu ra tức là sai số đợc quy về đầu ra hệ thống. Sai số B của thiết bị đo đợc quy về đầu ra có thể đợc biểu diễn ở dạng: HHB yyxfxf == )()( (1.2) Quan hệ giữa và B ứng với cùng giá trị x đợc thiết lập nh sau: 9 Từ (1.1) ta có: += xxff H )]([ 1 (1.3) Lấy hàm f H cho cả hai vế của phơng trình: f(x)=f H (x+) (1.4) So sánh (1.2) và (1.4): f H (x+)=f H (x)+ B (1.5) Biểu thức (1.4) và (1.5) cho phép biểu diễn thiết bị đo có hàm biến đổi thực dừng f(x), trong các điều kiện làm việc thực, bằng thiết bị đo lý tởng có hàm biến đổi tĩnh là đặc tính biến đổi danh định; tổng của đại lợng vào và sai số quy về đầu vào của thiết bị đo thực là đại lợng vào của thiết bị lý tởng ; tổng giá trị danh định y H =f H (x) của tham số mang thông tin của tín hiệu đầu ra thiết bị đo lý tởng và sai số của thiết bị đo thực quy về đầu ra là tham số mang thông tin của tín hiệu ra thiết bị đo lý tởng (hình 1.1); Hình 1.1: Biểu diễn thiết bị đo thực ở dạng lý tởng với sai số tơng đơng tác động lên đầu vào và đầu ra Nếu lấy vi phân đặc tính biến đổi danh định của thiết bị đo theo x, thì khi sai số của thiết bị đo là đại lợng nhỏ, biểu thức (1.5) có thể viết: + = 2 )( )]([ )()( x x h B dx xfd xx (1.6) tức sai số B quy về đầu vào của thiết bị đo ở điểm x của dải đo bằng sai số quy về đầu vào (ở cùng điểm x của dải đo) nhân với giá trị đạo hàm theo x của đặc tính biến đổi danh định ở điểm x+(x)/2 của dải đo. Biểu thức (1.6) là đúng với các thiết bị tuyến tính (hàm biến đổi tuyến tính) cũng nh đúng cho thiết bị tạo hàm, còn không đúng cho các bộ biến đổi A/D và các 10 Thiết bị đo thực x y=f(x) Thiết bị đo lý tởng x+ F H (x)+ B [...]... thiết bị đo Tín hiệu hiệu chỉnh zK đợc xử lý theo ba cách sau: 1, Đo các nhân tố ảnh hởng 1,2,3, Và tính toán sai số theo quan hệ phụ thuộc : =(1,2,n); 2, Đo sai số thiết bị đo đợc quy về đầu ra B 3, Đo sai số thiết bị đo đợc quy về đầu vào Phơng pháp thứ nhất đợc chỉ trên hình 1.5 Các nhân tố 1, 2 ,, n gây ra sai số thiết bị đợc đo bằng thiết bị đo phụ, thiết bị 1, thiết bị 2,Tín hiệu ra của nó Thiết. .. ra của nó Thiết bị thiết zK và đợc đa đến thiết bị tính toán để thực hiện phân tích hàm của sai số tính bị () các nhân tố Thiết bị tính toán tạo ra tín hiệu hiệu chỉnh zK() Thiết bị đo phụ 1 1 x toán Thiết bị Thiết bị đoSơ đồ cấu trúc củaphụ n pháp đo phụ phụ 2 đo phơng Hình 1.5: 2 n Thiết bị đo y 21 Phơng pháp thứ hai đợc nêu ở hình 1.6 Sai số của thiết bị đo quy về đầu ra là hiệu số giữa các giá... đồ tơng đơng gồm: thiết bị đo tơng tự; tín hiệu bằng tổng của sai số KB lợng tử hoá 13 theo mức và các sai số khác của thiết bị đo số đợc quy về đầu vào; bộ lợng tử hoá tín hiệu đầu ra theo thời gian (hình 1.3) x y=f(x) Thiết bị đo số x+ Thiết bị đo tương tự Bộ lượng tử hoá y=f(x) Hình 1.3: Biểu diễn thiết bị đo số ở dạng tơng tự có tín hiệu tác động lên đầu vào tơng đơng về sai số và bộ lợng tử hoá... các hệ sử lý số đợc xây dựng trên kỹ thuật công nghệ hiện đại, mặt khác tận dụng đợc khả năng ngày càng cao về xử lý tín hiệu của nó Đó là sự lựa chọn có tính tất yếu Sử dụng công nghệ FPGA trong thiết kế thiết bị số nói chung và thiết bị đo nói riêng là một xu hớng phát triển do tính đơn giản trong thiết kế và xử lý trong thời gian thực, rất thích hợp sử dụng trong các quy trình công nghệ đòi hỏi... Các thành phần sai số của thiết bị đo Từ phân tích ta thấy rằng, thiết bị đo tơng tự có thể đợc biểu diễn gần đúng ở dạng hệ thống động tuyến tính với hàm truyền W (s), trên đầu vào của nó cùng với quá trình vào còn có các tín hiệu C và a tơng ứng là sai số đợc quy về đầu vào thiết bị đo (C(x) bị biến đổi bởi hàm truyền W(0); Thiết bị đo số tổng quát có thể biểu diễn ở dạng thiết bị đo tơng tự với sơ... tham số i cần phải có các thiết bị đo phụ riêng rẽ 3.Cần biết hàm () về quan hệ phụ thuộc của sai số thiết bị đo vào tác động chung của tất cả các tham số Cần phải có thiết bị tính toán để tính giá trị của hàm () theo các kết quả đo các nhân tố i Khi tự hiệu chuẩn, hàm () điều khiển thay đổi các tham số phần tử của sơ đồ thiết bị đo Khi áp dụng điều chỉnh sử dụng thiết bị tính toán, ngoài việc đa vào... các tham số của sơ đồ thiết bị đo (khi tự hiệu chuẩn) hay để xử lý hiệu chỉnh, chỉ đại lợng vào chịu sự biến đổi của thiết bị đo 1.5 ứng dụng xử lý tín hiệu số trong kỹ thuật đo lờng 1.5.1 Khái niệm Xử lý tín hiệu số là xử lý tín hiệu bằng các phơng pháp số Chất lợng của các bộ xử lý số đang có những bớc tiến nhảy vọt do sự phát triển của công nghệ chế tạo vi mạch và có sự tham gia của các công nghệ mới...11 thiết bị đo số xây dựng dựa trên chúng do đặc tính biến đổi danh định của thiết bị đo nh thế là đờng bậc thang là hàm không vi phân đợc Quan hệ giữa giá trị sai số quy về đầu vào và đầu ra đối với các thiết bị đo số là phức tạp hơn đáng kể Cần nhớ rằng, đặc điểm của lợng tử theo mức đợc biểu hiện trên quan hệ giữa sai số quy về đầu vào và đầu ra của thiết bị đo số chừng nào nhỏ hơn... danh định, tức sai số của thiết bị đo Do vậy một trong các thao tác cơ bản của quá trình tự động hiệu chỉnh sai số thiết bị đo là đánh giá sai số này và xử lý tín hiệu hiệu chỉnh Việc đánh giá sai số thiết bị đo có thể thực hiện bằng tính toán hay thực nghiệm Đánh giá bằng thực nghiệm là phổ biến hơn do nó cho sai số tổng cộng không phụ thuộc vào tính chất của thiết bị đo Xác định sai số bằng tính toán... (đối với thiết bị đo tuyến tính); ở biến đổi ngợc, tín hiệu ra từ bộ biến đổi ngợc nhất thiết tỷ lệ với đại lợng đầu vào Khi dùng phản hồi âm, hiệu số giữa đại lợng vào thiết bị đo và tín hiệu ra bộ biến đổi ngợc trực tiếp bị thiết bị đo biến đổi sao cho tín hiệu ra là hàm của hiệu số này Trong phơng pháp biến đổi ngợc, hiệu số giữa đại lợng vào thiết bị đo và tín hiệu ra bộ biến đổi ngợc dùng để thay . các bớc thiết kế vi mạch tổ hợp dựa trên công nghệ FPGA với ISE. Chơng III : ứng dụng công nghệ FPGA để xây dựng thiết bị đo số Nội dung của chơng là nghiên cứu về thiết bị đo số, bộ lọc số và. ứng dụng công nghệ FPGA để xây dựng thiết bị đo lờng số. Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu các vấn đề sai số và xử lý sai số trong đo lờng, cũng nh nghiên cứu các thiết bị phần cứng và phần. triển FPGA của hãng Xilinx. Từ đó ứng dụng công nghệ FPGA để xây dựng bộ lọc số FIR cho thiết bị đo lờng số. Nội dung của luận văn gồm ba chơng: Chơng I : Sai số và xử lý sai số trong đo lờng Nội