Thiết kế mạch chuyển đổi DAC 16 bít sử dụng vi mạch TDA 1541

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG THIẾT KẾ MẠCH CHUYỂN ĐỔI DAC 16 BIT SỬ DỤNG VI MẠCH TDA 1541 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Hải Phòng – 2016 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG THIẾT KẾ MẠCH CHUYỂN ĐỔI DAC 16 BIT SỬ DỤNG VI MẠCH TDA 1541 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Sinh viên: Nguyễn Văn Lâm Giáo viên hướng dẫn: Th.S Đỗ Anh Dũng Hải Phòng - 2016 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP TỰ DO HẠNH PHÚC o0o - BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Nguyễn Văn Lâm Mã sinh viên: 1212103005 Lớp: ĐT1601 Ngành: Điện Tử Truyền Thông Tên đề tài: Thiết kế mạch chuyển đổi DAC 16 bít sử dụng vi mạch TDA 1541 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (về lý luận, thực tiễn, số liệu tính toán vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán Địa điểm thực tập tốt nghiệp CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ Họ tên : Đỗ Anh Dũng Học hàm, học vị : Thạc si ̃ Cơ quan công tác : Đại Học Dân Lập Hải Phòng Nội dung hướng dẫn : Toàn đề tài Người hướng dẫn thứ hai Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Đề tài giao ngày tháng năm 2016 Yêu cầu phải hoàn thành trước ngày tháng Đã nhận nhiệm vụ Đ T T N năm 2016 Đã nhận nhiệm vụ Đ T T N Cán hướng dẫn Đ T T N Sinh viên Nguyễn Văn Lâm Th.S Đỗ Anh Dũng Hải Phòng, ngày tháng năm 2016 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT Trần Hữu Nghị PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Tinh thần, thái độ sinh viên trình thực đồ án tốt nghiệp Đánh giá chất lượng Đ T T N (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ T T N, mặt lý luận thực tiễn, tính toán giá trị sử dụng, chất lượng vẽ ) Cho điểm cán hướng dẫn: (Điểm ghi số chữ) Ngày tháng năm 2016 Cán hướng dẫn (Họ tên chữ ký) NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp mặt thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý luận chọn phương pháp tối ưu, cách tính toán chất lượng thuyết minh vẽ, giá trị lý luận thực tiễn đề tài Cho điểm cán chấm phản biện (Điểm ghi số chữ) Ngày tháng năm 2016 Người chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) MỞ ĐẦU CHƯƠNG BỘ CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ SANG SỐ ADC .2 1.1 1.2 1.3 1.4 Sơ đồ khối Các tiêu kỹ thuật chủ yếu ADC .3 Các bước chuyển đổi ADC .4 ADC dạng sóng bậc thang 1.5 ADC liên tiếp - xấp xỉ 10 1.6 ADC nhanh 11 CHƯƠNG CHUYỂN ĐỔI SỐ SANG TƯƠNG TỰ DAC 14 2.1 Độ phân giải 15 2.2 Độ xác 16 2.3 Sai số lệch .17 2.4 Thời gian ổn định 2.5 Trạng thái đơn điệu 17 .17 2.6 DAC dùng điện trở có trọng số nhị phân khuếch đại cộng 18 2.7 DAC R/2R ladder .20 2.8 DAC với đầu dòng 21 2.9 DAC điện trở hình T 23 2.10 DAC dùng điện trở có trọng số nhị phân khuếch đại cộng .25 2.11 DAC R/2R ladder .27 2.12 DAC với đầu dòng 28 2.13 DAC điện trở hình T 30 2.14 Sơ đồ khối chức nhiệm vụ khối DAC 33 CHƯƠNG : THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH DAC CHO CÁC THIẾT BỊ ÂM THANH 35 3.0 Giới thiệu ý tưởng mạch 35 3.1 Mạch nguồn 37 3.2 Mạch ổn áp nguồn 5V DC 1A .37 3.3 Mạch nguồn ổn áp 15V DC 41 3.4 Mạch nhận xử lý tín hiệu đầu vào số 42 3.5 Phân tích cấu tạo hoạt động mạch số dùng cs8412 44 3.6 Phân tích cấu tạo hoạt động mạch lọc dùng IC SAA7220 51 3.7 Phân tích cấu tạo hoạt động mạch chuyển đổi DAC dùng IC TDA1541 .56 3.8 Mạch khuếch đại đệm tín hiệu đầu dùng IC AD711 62 3.9 Một số hình ảnh thiết kế thực tế mạch 66 KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 Mở Đầu Cùng với tiến khoa học côngnghệ , thiết bị điện tử tiếp tục ứng dụng ngày rộng rãi mang lại hiệu hầu hết lĩnh vực kinh tế , kĩ thuật đời sống xã hội Tiếp nhận thành tựu khoa học ngày việc gia công truyền đạt xử lý tín hiệu thiết bị điện tử từ đơn giản đến đại dựa sở nguyên lý số , thiết bị làm việc sở nguyên lý số có ưu điểm hẳn thiết bị nguyên lý tương tự , đặc biệt kỹ thuật tính toán kĩ thuật đo lường điều khiển đặc biệt với giúp đỡ máy tính ứng dụng rộng rãi ngày Tuy nhiên tín hiệu tự nhiên bao gồm đại lượng vật lý ,hóa học , sinh học đại lượng biến thiên theo thời gian hay nói cách khác đại lượng tương tự , để phối ghép nguồn tín hiệu tương tự với nguồn xử lý số , nghĩa để xử lý tín hiệu thông qua hệ thống số ta phai có mạch chuyển đổi tín hiệu từ dạng tương tự sang dạng số ADC , tín hiệu sau chuyển đổi xử lý qua hệ thống xử lý tín hiệu số trả lại dạng tín hiệu ban đầu , tín hiệu tương tự thông qua mạch chuyển đổi tín hiệu số - tương tự DAC Ngày với bùng nổ công nghệ thông tin máy tính đóng vai trò to lớn thâm nhập ngày sâu vào đời sống kinh tế,xã hội đặc biệt góp phần vào việc nghiên cứu phát triển nghành khoa học hệ thống tự động hóa đo lường điều khiển máy tính mà ta đề cập Để mở rộng tầm ứng dụng khả can thiệp sâu kĩ thuật máy tính vào lĩnh vực khác Chúng ta phải có mối quan hệ chặt chẽ chúng, nghĩa khả kết nối máy tính việc kết nối máy tính với thiết bị ngoại vi , tùy theo yêu cầu nhiệm vụ cụ thể vật tư thiết bị có tay mà việc thiết kế hệ thống ghép nối máy tính khác với nhiều mục đích khác cho ta biết khả làm việc , độ xác hệ thống độ tin cậy hệ thống 10 Hình 3.21 Hình 3.22 Sơ đồ cấu tạo IC TDA1541 Sơ đồ chân TDA 1541 74 Bảng 3.9Các chức TDA 1541 Nguyên lý hoạt động mạch IC TDA 1541 cung cấp nguồn Analog +5V cho chân số 27 28 , cấp nguồn Analog -5V cho chân 26 VA =-15V cho chân 15 75 Với đầu vào OB / TWC kết nối với mass , liệu đầu vào phải chế độ ghép thời gian Nó kèm với từ chọn (WS) từ chân 18 SAA 7220 đưa vào chân số tín hiệu xung clock đưa vào chân (BCK) TDA1541 hệ thống đầu vào xung clock riêng biệt đưa vào chân 4(SCK) TDA 1541 giúp hệ thống hoạt động ổn định tương ứng ta có đầu Analog kênh trái AOL chân 25 kênh phải AOR chân số Với OB / TWC kết nối với VA=+5V chế độ định dạng liệu phải bù nhân Khi đầu vào OB / TWC kết nối (VDD1) hay Va= -5V Data từ chân số 15 SAA 7220 đưa đến chân số TDA 154, kèm với xung clock BCK chốt kích hoạt đầu vào(LE) Với chế độ lựa chọn liệu phải hệ nhị phân Đúng hiệu suất 16-bit thực kênh sử dụng ba ngăn hoạt động 2-bit, hoạt động yếu tố động phù hợp với nguyên tắc, kết hợp với chia dòng thụ động 10-bit, dựa xạ rộng Bảng 3.10Lựa chọn đầu vào Input Bảng 3.11Các thông số kĩ thuật phần cứng 76 Tham số Kí hiệu Pin 28 VDD Pin 26 VDD1 Pin 25 VDD2 Nhiệt độ lưu trữ T stg Phạm vi nhiệt độ môi T amp trường xung quanh Xử lý tĩnh điện Ves Giá trị to +7V to -7V to-17V -55 to 1500C -20 to 700C -1000 to 1000V Các đặc điểm tda1541 77 Định dạng tín hiệu đầu vào; thời gian ghép fsck = fsck (định dạng I2S) 78 Định dạng tín hiệu đầu vào; thời gian ghép fsck = × fsck Định dạng tín hiệu đầu vào; liệu đồng thời 3.8 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐỆM TÍN HIỆU ĐẦU RA DÙNG IC AD711 Giới thiệu mạch Mạch khuếch đại đệm tín hiệu đầu thành phần quan trọng thiếu chuyển đổi DAC, sau chuyển đổi tín hiệu thường nhỏ vài chục mV không đủ để cung cấp cho loa hoạt động Chính trước xuất lao cần phải khuếch đại Mạch khuếch đại sử dụng mạch Opam đơn, có hai nhiệm vụ khuếch đại dòng phù hợp với tải đầu khuếch đại áp lên khoảng vài vôn để loa nhận 79 Hình 3.24IC khuếch đại đơn AD711 Nó đánh giá Opam đơn hoạt động với hiệu suất khuếch đại cao, nhiễu tiếng ồn sinh thấp, cải thiện chất lượng tín hiệu, giá thành linh kiện rẻ dễ tìm kiếm Sau sơ đồ mạch khuếch đại kênh, kênh lại tương tự Với nhiều ưu điểm vượt trội sơ đồ đơn giản AD711 có mặt nhiều sản phẩm hãng tiếng sản xuất amply Sony , Phillip Chính việc tìm hiểu mạch việc nghiên cứu cấu tạo thông số IC AD711 Sơ đồ nguyên lý cách hoạt động mạch Hình 3.25 Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch khuếch đại đệm Chân chân IC hai chân cấp nguồn 15V DC -15V DC 18V DC -18V DC cho mạch hoạt động Tín hiệu nhỏ đưa vào chân số khuếch đại không đảo qua IC thông qua tụ lọc R23 C39 Chân số 80 chân out tầng khuếch đại đệm trước đưa vào chân chân vào tầng công suất Một phần tín hiệu đưa trở lại chân để sửa lỗi có Cuối tín hiệu đưa qua chân số tầng công suất sau khuếch đại đủ lớn qua tụ C75 C73 điện trở R15 Cấu tạo thông số kĩ thuật mạch Hình 3.26Sơ đồ chân chức AD 711 Bảng 3.12 Chức chân AD711 Số chân Chức offset null Đầu vào đảo A Đầu vào không đảo A Cấp nguồn -18V Offset null Ngõ Cấp nguồn +18V nc Các thông số phần cứng AD711  Băng thông tín hiệu nhỏ  Đầu tối đa 600Ω , 10 V  Công suất băng thông 140KHz 81  Tốc độ xoay 90v/us  Điện áp cung cấp -12V +12V -18V +18V  Có khả bù để đạt ổn định  Nhiệt độ hoạt động từ -400C đến 800C Đặc tuyến đặc điểm điển hình Điện áp vào Nhiệt độ 82 3.9 MỘT SỐ HÌNH ẢNH MẠCH VÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ Hình 3.27 Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi DAC 16 bit 83 Hình 3.28 Sơ đồ mạch in vẽ phần mềm proteus 8.1 84 Hình 3.29Hình ảnh thực tế mạch Hình 3.30 Mạch nguồn 85 Hình 3.31 Mạch chuyển đổi DAC nối với mạch nguồn KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu tìm hiểu đề tài , em hiểu thêm nhiều kiến thức cách thức làm việc cấu tạo chuyển đổi DAC Đồ án trình bày tổng quan chuyển đổi số tương tự, tương tự - số vị trí , vai trò , thông số kiến trúc chuyển đổi Tuy mạch DAC đóng phần vai trò hệ thống âm quan trọng va thiếu Mạch ứng dụng nhiều hệ thống âm thị trường DAC rời Mạch thiết kế với tiêu chí chất lượng tốt, thực đơn giản chi phí tối ưu phù hợp với ưu cầu công việc thời gian hoàn thành Mạch đảm bảo ưu cầu đặt trước hki thiết kế thực Tuy nhiên 86 dừng lại mức độ nghiên cứu thực thủ công nên mạch tính thẩm mỹ cao , đường mạch tính chuyên nghiệp chất lượng thiết bị tương đương thị trường Em cố gắng thực hoàn thiện mạch cách tốt với khả tránh sai sót , em mong nhận góp ý chân thành từ thầy cô giáo khoa điên – điện tử trường để sản phẩm hoàn thiện phát triển Em xin chân thành cảm ơn thầy cô trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng dạy dỗ em suốt trình học tập trường Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn tới thầy Đỗ Anh Dũng tận tình hướng dẫn để em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn ! Hải phòng ngày 27 tháng năm 2016 Sinh viên thực Nguyễn Văn Lâm 87 Phạm Minh Hà 1997 , Kỹ thuật mạch điện tử , NXB Khoa học Kỹ thuật http://vinacel.hcmute.edu.vn http:/vnav.vn http:/members.chello.n http://www.dientuvietnam.net/forums/forum.php http://www.alldatasheet.jp/datasheetpdf/pdf/56849/BURBROWN/PCM56.html http:/www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/87252/ CIRRUS/CS8414.html 88