Thiết kế board giao tiếp - Chương 4 ppt

1 Chương4: Analog Interface n Analog Signal Interface Overview n Analog Electronics -Conditioner n Digital to Analog Converters n Analog to Digital Converters 4.1 Analog Signal Interface Overview n Làmột hàm của 1 (hoặc nhiều) biến độc lập, đại lượng vật lý theo thời gian: như tiếng nói, nhiệt độ,…theo thời gian: A = f(t, h) n Xuất hiện liên tục trong khoảng thời gian t 0 => t 1 n Giátrị biến thiên liên tục trong khoảng biên độ từ A 0 => A 1 , cóthể đa trị. A A 0 t 0 t 1 t A 1 0 2 4.1 Analog Signal Interface Overview 4.1 Analog Signal Interface Overview n Trongthựctế: Rờirạchóa n TrongMáytínhsố, thôngtin thuvề: n Rờirạchóavềthờigian n Rờirạchóavềgiátrị n => Để máytínhthuthập, cầnphải“rờirạchóa” cáctínhiệuvềthờigianvàgiátrị, dùngthiếtbị chuyển đổiADC tạoracáctínhiệusố, để: n Xử lý, cấtvàokhosốliệu n Truyền đixa n Táitạolạihay tổnghợptínhiệu: DùngthiếtbịDAC tạo lạicáctínhiệuanalog 3 4.1 Analog Signal Interface Overview Đối tượng vật lý, công nghệ ADC DAC CPU, Mem Storage . . . . . . 4.1 Analog Signal Interface Overview 4 4.1 Analog Signal Interface Overview n Process: n Làcácquátrìnhcôngnghệ như: dâychuyềnlàmgiấy; phối-trộn-nghiền-nung=> sảnxuấtcement; dâychuyền luyện-nung-cánthép; sảnxuất-trộnphânbónNPK, các nhàmáy điện,… n Sensors: n Làvậtliệu/thiếtbịdùng để chuyển đổicác đạilượngvật lýkhông điệntử(T, Ph,…) thànhtínhiệu điện(u, I, R, f) n Vậtliệu: do đặctínhtựnhiêncủavậtchất–vídụPt100, cặpnhiệt điện,… n Thiếtbị: Cósựgiacông, chế tác–vídụLM35,… n Conditioners: n VìtínhiệutừSensors rấtnhỏ, cóthể cónhiễuvàphi tuyến=> cómạch điệntừanalog để xử lýtínhiệu: khuếch đại, lọcnhiễu, bùphi tuyến,…chophùhợp. 4.1 Analog Signal Interface Overview n MUX: analog multiplexer n Tríchmẫuvàgiữ -Sample & Hold n ADC: analog to digital convertor: n Central system: hệ nhúng/MT: n DAC: digital to analog convertor n Mạch điệntửanalog n Actuators: Cơ cấuchấphành 5 4.2 Analog Electronics -Conditioner n Operational Amplifiers -OpAmps–khuếch đại thuậttoán để tạocácbọconditioners –chuẩnhóa tínhiệu n Analog Switches & Analog Multiplexers n Reference Voltage Sourcers–nguồnápchuẩn n Sample & Hold –Tríchmẫuvàgiữ n ConverssionErrors –Saisốchuyển đổi n … 4.2 Analog Electronics -OPAMP n Làvi mạchkhuếch đại, xử lýtínhiệutừ0Hz n Tínhiệugồm: n 2 chântínhiệuInv.InpvàNon Inv.Inp n Chân output n Nguồncấp: +Vcc, -Vcc(GND) n Chỉnhoffset n Cóthêmchânnốitụđể bùtầnsố 6 4.2 Analog Electronics -OPAMP n Xử lýtínhiệuDC (0Hx up) n Hệ số khuếch đạilớn, từ kilo…Mega…and even more… n Trở vàolớnvàiKΩđến10 12 Ω, trở ranhỏ, tốtcho cácmạchghépnốianalog, phốihợptrở kháng. E 1 r 1 E 2 r 2 LOAD R in 4.2 Analog Electronics -OPAMP n Comparator 7 4.2 Analog Electronics -OPAMP n NON Inverting Amp 4.2 Analog Electronics -OPAMP n Inverting Amp 8 4.2 Analog Electronics -OPAMP n Adder (Mixer) 4.2 Analog Electronics -OPAMP n Differential 9 4.2 Analog Electronics -OPAMP n Instrumentation 4.2 Analog Electronics -OPAMP n Integrator 10 4.2 Analog Electronics -OPAMP n Differentiator 4.2 Analog Electronics -OPAMP n Follower U out = U in [...]... các tín hiệu cơ bản 4. 3 Digital to Analog Converters R-2R Ladder DAC: Sóng điều chế 15 4. 3 Digital to Analog Converters R-2R Ladder DAC, tham khảo n Tra cứu các vi mạch DAC: (pdf files) n www.national.com/product/interface/ad-da n n n n DAC0808 - single pole, 8 bit, 100ns DAC0800 - signed voltage output, 8 bit, 100ns DAC0832 - latched 8 bit dac - bus interface directly, DAC1210 - latched 12 bit dac... sai 4. 3 Analog to Digital Convertors n Dual Slope Integration ADC: 19 4. 3 Analog to Digital Convertors n Successive Approximation ADC: 4. 3 Analog to Digital Convertors n n Successive Approximation ADC, ICs: ICL 7107 n n n n ICL 7135 n n n In: -2 V 2V, Out: -1 999 => 1999, 4. 000 counts 12 bit, LED 7 Seg drive directly w current soursers for display Converssion time: 20 40 ms Inp: -0 .2V… +02.V ho.c -2 V... +02.V ho.c -2 V +2V, 40 .000 count > 15bit, Out: -1 9999 => +19999, 40 0 ms converssion time De-Multiplexed Out BCD for 5 digits of 7 Seg, scanned ICL 7109, w REF & Clock n Inp: -2 V +2V, Out: 12 bin + pole, 8/16 bit interface to CS 20 4. 3 Analog to Digital Convertors n Interfacing to the ICL - 7135 ADC: 4. 3 Analog to Digital Convertors n Successive Approximation ADC: 21 Bài tập 1 Viết chương trình tạo các... dùng phương pháp này 13 4. 3 Digital to Analog Converters R-2R Ladder DAC: n Mạng R-2R nối kiểu cây nhị phân n Khi bi = 0 or 1 => ki R or L, Non Inv.Inp of OpAmp grounded => Inv Inp = #0V => ki luôn đóng xuống đất bất kể bi = x 4. 3 Digital to Analog Converters R-2R Ladder DAC: n Nếu muốn thay đổi giá trị? n Ví dụ: Uref = 5,12V, n = 10 => Uout = ? 14 4.3 Digital to Analog Converters R-2R Ladder DAC: Tạo... bit bus interface directly, 200ns 4. 3 Digital to Analog Converters R-2R Ladder DAC 16 4. 3 Digital to Analog Converters R-2R Ladder DAC 4. 3 Analog to Digital Convertors n Là thiết bị có hai chức năng (lượng tử hóa): n n n Rời rạc hóa tín hiệu về thời gian Rời rạc hóa tín hiệu về biên độ Phân loại: n n n n Theo từng ứng dụng: ADC để xử lý tín hiệu và đo Chuyển đổi gián tiếp: u(t) => time (đại lượng trung... chuẩn Voice chip VGA/SVGA: RAM-DAC Tái tạo: Âm thanh số, MP3, CD, … Ghép nối giữa các hệ thống (PC, PLC, …) => bộ điều khiển analog, tạo ra các Setpoint Bộ nhân tín hiệu analog – 4 góc: nhân hệ số với Uin thay cho Uref 12 4. 3 Digital to Analog Converters n Nguyên lý cấu trúc và hoạt động 4. 3 Digital to Analog Converters R-2R Ladder DAC: n Là phương pháp dùng lưới điện trở R-2R chia cây nhị phân dòng điện... độ, … 11 4. 3 Digital to Analog Converters n n Digital to Analog: số => tín hiệu dòng điện/điện áp, liên tục về thời gian, rời rạc về giá trị Phân loại: n n n n n Công nghệ chế tạo Số bit (reslution) Thời gian chuyển đổi 10s ns 100s ns, Cấu trúc: Built-in latched – ghép nối trực tiếp với bus/unlatched cần có out-port, bus 8 hay 16 bit Signed – điện áp ra 2 dấu hoặc unsnigned – điên áp ra 1 dấu 4. 3 Digital... nhanh Chuyển đổi kiểu xấp xỉ liên tiếp: 10k … 10MSps Chuyển đổi song song: 10M … 500 MSps 4. 3 Analog to Digital Convertors n Chuyển đổi gián tiếp: Tích phân hai sườn dốc n n n n u(t) => Time Interval/f/T => code Chậm, rẻ tiền ($s), độ phân ly và chính xác cao Dùng trong đo lường, thu thập số liệu trong công nghiệp… không cần nhanh, loại được nhiễu Chuyển đổi trực tiếp: u(t) => code n n n Nhanh, độ.. .4. 2 Analog Electronics - OPAMP n I/U converter 4. 2 Analog Electronics - OPAMP Một số lưu ý khi dùng n Hệ số khuếch đại chọn tùy thuộc các mạch: n n n Mạch kđ thông thường (đảo dấu và không đảo dấu: vài lần đến 10 lần), nếu hệ số khuếch... code Chuyển đổi trực tiếp: u(t) => code Chuyển đổi phi tuyến: CODE (TP3057 – Mitel hay AC’97 Intel) 17 4. 3 Analog to Digital Convertors n Chuyển đổi gián tiếp: Tích phân hai sườn dốc n n n n u(t) => Time Interval/f/T => code Chậm, rẻ tiền ($s), độ phân ly và chính xác cao Dùng trong đo lường, thu thập số liệu trong công nghiệp… không cần nhanh, loại được nhiễu Chuyển đổi trực tiếp: u(t) => code n n . kháng. E 1 r 1 E 2 r 2 LOAD R in 4. 2 Analog Electronics -OPAMP n Comparator 7 4. 2 Analog Electronics -OPAMP n NON Inverting Amp 4. 2 Analog Electronics -OPAMP n Inverting Amp 8 4. 2 Analog Electronics -OPAMP n Adder (Mixer) 4. 2. Electronics -OPAMP n Differential 9 4. 2 Analog Electronics -OPAMP n Instrumentation 4. 2 Analog Electronics -OPAMP n Integrator 10 4. 2 Analog Electronics -OPAMP n Differentiator 4. 2 Analog Electronics -OPAMP n. nghệ ADC DAC CPU, Mem Storage . . . . . . 4. 1 Analog Signal Interface Overview 4 4.1 Analog Signal Interface Overview n Process: n Làcácquátrìnhcôngnghệ như: dâychuyềnlàmgiấy; phối-trộn-nghiền-nung=> sảnxuấtcement;