Thiết kế hệ thống xử lý ảnh video trên FPGA (CycloneII), chương 19 ppt

Chương 19: Giao tiếp với mạch bên ngoài Mô hình: Hình: Mô hình giao tiếp giữa mạch đo nhiệt độ với KIT UP2 và với động cơ 1. Mạch nhiệt độ: 12V U9 ICL7107 31 30 32 34 33 36 35 28 29 27 37 40 39 38 21 20 19 23 16 24 15 18 17 22 12 11 10 9 14 13 25 5 4 3 2 8 6 7 1 26 IN HI IN LO COMMON CREF+ CREF- REF HI REF LO BUFF A/Z INT TEST OSC1 OSC2 OSC3 GND POL AB4 A3 B3 C3 D3 E3 F3 G3 A2 B2 C2 D2 E2 F2 G2 A1 B1 C1 D1 E1 F1 G1 V+ V- S13 5V S5 C23 0.1u S14 S1 S18 S17 R17 220 C15 100pF S5 C22 10uF C14 0.1uF S17 S11 S12 S6 S21 R4 2.2K S6 S9 S4 C17 0.1uF S16 S2 -5V S16S2 S11 S7 S19 C13 0.1uF S12 S1 12V S20 -12V S3 S10 D4 LM335 1 2 R5 2.2K S21 R18 22 R10 1M R19 22 S15 R12 100K C16 0.1uF S7 S3 S20 S8 S19 C21 0.1u R6 10K J5 HEADER 7 1 2 3 4 5 6 7 R11 4.7K R20 220 R8 2K 13 2 + - U5A TL084 2 1 411 3 R13 47K J6 HEADER 7 1 2 3 4 5 6 7 S9 S10 R3 10K S14 S4 R9 10K C20 0.1u C18 0.01uF S13 S18 R7 10K J4 HEADER 7 1 2 3 4 5 6 7 5V 1K1 1 3 2 S15 S8 C19 10uF Hình: Sơ đồ mạch đo nhiệt độ a. Cảm biến nhiệt độ: Có nhiều loại như cặp nhiệt điện (Thermocouple), nhiệt trở (Thermistor), IC nhiệt độ còn gọi là cảm biến nhiệt (đầu dò bán dẫn)… đây ta chỉ xét đến IC nhiệt có 2 loại thường dùng như: i. LM334: *Điện thế nguồn nuôi từ 1V đến 40V *Phạm vi dòng hoạt động từ 1µA đến 10mA. *Dãy nhiệt độ: 0 o C đến 70 o C. ii. LM335 : Là đầu đo bán dẫn đơn giản và có độ chính xác cao, có điện thế lối ra tỉ lệ thuận với nhiệt độ. Trong nhiệt độ phòng có độ chính xác cỡ 4 1 o C. LM335 có thể hoạt động với nguồn nuôi đối xứng. Dòng tiêu thụ chỉ cỡ 60uA nên có thể bỏ qua sự tăng nhiệt độ do nguồn nuôi tạo ra. *Điện thế nguồn nuôi 4V…30V. *Thế lối ra 10mV/ o K *Dòng điện tiêu thụ 60µA. *Dãy nhiệt độ từ -40 o C đến 100 o C. b. Mạch chuyển đổi: Hình: Sơ đồ mạch chuyển đổi. Tín hiệu từ LM335 ra với mức thế khoảng 10mV/ o K. Gọi V 1 là điện thế ra tương ứng với nhiệt độ môi trường. V2 là thế tại cầu chia thế R5 và R8. Ta có: V + =V 1 / 2. V + =V - =>V 0 = V 2 – V 1 / 2 V 0 là tín hiệu analog ra từ op_amp TL084 qua mạch lọc thấp qua làm tín hiệu vào COMMON và tín hiệu IN HI của ICL 7107. c. IC 7017 i. Chức năng: +Bảo toàn chức năng đọc mức 0V toàn giai. +Dòng vào đặc trưng 1pA. +Hỗ trợ kích led 7 đoạn, ngõ vào vi sai và V ref chính xác. +Nhiễu thấp hơn 15µVp_p. +Có xung nhòp và V ref trên chip. +Công suất tiêu tán-đặc trưng ít hơn 10mW. +Không cần mạch tác động bên ngoài +Nổi bật tính ổn đònh hiển thò. +3 lần đọc /giây. ii. Mô tả: IC 7107 là IC 3 1 / 2 số chuyển đổi A/D hai độ dốc, công suất thấp, tính năng cao. Bao gồm bộ giải mã led 7 đoạn, bộ điều khiển hiển thò, tham chiếu và xung. ICL 7107 sẽ điều khiển trực tiếp công cụ phát sáng của diod (led), mang tính kết hợp của độ chính xác cao, tính linh hoạt và tính tiết kiệm. Mức 0 nhỏ hơn 10µA, điểm trôi 0 ít hơn 1µV/ o C, ngõ vào dòng xiên của 10pA (Max) và lỗi nhỏ hơn 1 lần đếm. Ngõ vào vi sai và V ref được sử dụng trong toàn bộ hệ thống nhưng lại đem cho người thiết kế những thuận lợi khi chuyển tải các mức đo lường, máy đo sức căng và các loại cầu chuyển đổi. Cuối cùng, sự tiết kiệm của việc cung cấp nguồn đơn cho phép thi hành đồng hồ đo panel cao để xây dựng với việc thêm vào của chỉ 10 passive components và hiển thò . *Sơ đồ chân IC: +Nguồn cung cấp: nguồn phân cực V + = +5V, V - = -5V. +Điện thế analog vào: V + (IN HI) đến V - (IN LO) +Điện thế ngõ vào Reference: (V - +1V)< Vin < (V + - 5V) +Dòng vào: 1pA +Nối trực tiếp với LED (anod chung) +Tạp âm: 200mV. +Tần số phát: fosc = 0.45 = 38KHz +Vcom = V + -2.8V iii. Cách hoạt động của IC: gồm có 2 phần  Phần analog: Đầu tiên ngõ vào cao và thấp (IN HI và IN LO) không nối các chân và phần bên trong gắn đến COMMON, sau đó các C ref sẽ thay đổi V ref , CAZ bù cho V offset của mạch đệm khuếch đại, mạch tích phân và mạch so sánh. Trong suốt quá trình tích hợp tín hiệu, các vòng A-Z mở, lúc đó các tín hiệu IN HI và IN LO được nối với các chân ngoài. Khi đó bộ đảo sẽ tích phân tín hiệu giữa IN HI và IN LO trong khoảng thời gian xác đònh. Nếu trong chế độ khác, tín hiệu analog vào không quay trở lại với nguồn cung cấp bộ đảo, IN LO có thể giữ tín hiệu analog COMMON để thiết lập hoàn chỉnh cho chế độ V thông thường. Lúc này cực của tín hiệu tích phân được xác đònh. Cuối cùng ngõ vào thấp (IN HI) được nối đến analog COMMON và ngõ vào cao được nối băng qua trước tụ thay đổi C ref . Mạch trong chip chắc rằng tụ sẽ được nối đúng cực. Đó là nguyên nhân làm cho ngõ ra của mạch tích phân trở về 0. Thời gian cho ngõ ra trở về 0 tương ứng với tín hiệu ngõ vào. Tín hiệu số ra là: DISPLAY COUNT=1000( Vref Vin ). Hình: Phần analog của ICL7107 Từ tín hiệu số trên, ta đi vào phần hiển thò:  Phần hiển thò : Hình: Phần hiển thò của ICL7107 Chân 38, 39, 40 là chân cung cấp xung cho IC. Tín hiệu số từ mạch so sánh sẽ đi vào LOGIC CONTROL để điều khiển tín hiệu số trên LED thông qua mạch chốt, tần số cung cấp cho mạch sẽ là tín hiệu xung để cấp cho mạch đếm. IC 7107 là loại điển hình để hiển thò LED anod. Dùng IC này ta có thể dễ dàng trực tiếp để hiển thò nhiệt độ từ mạch chuyển đổi của IC LM 335. . lỗi nhỏ hơn 1 lần đếm. Ngõ vào vi sai và V ref được sử dụng trong toàn bộ hệ thống nhưng lại đem cho người thiết kế những thuận lợi khi chuyển tải các mức đo lường, máy đo sức căng và các. 100pF S5 C22 10uF C14 0.1uF S17 S11 S12 S6 S21 R4 2.2K S6 S9 S4 C17 0.1uF S16 S2 -5V S16S2 S11 S7 S19 C13 0.1uF S12 S1 12V S20 -12V S3 S10 D4 LM335 1 2 R5 2.2K S21 R18 22 R10 1M R19 22 S15 R12 100K C16 0.1uF S7 S3 S20 S8 S19 C21 0.1u R6 10K J5 HEADER 7 1 2 3 4 5 6 7 R11 4.7K R20 220 R8 2K 13 2 + - U5A TL084 2 1 411 3 R13. Chương 19: Giao tiếp với mạch bên ngoài Mô hình: Hình: Mô hình giao tiếp giữa mạch đo nhiệt độ với