Đang tải... (xem toàn văn)
tài liệu uy tín được biên soạn bởi giảng viên đại học Bách Khoa TPHCM, thuận lợi cho qua trình tự học, nghiên cứu bộ tự động hóa, điện tử, cơ điện tử, cơ khí chế tạo máy, lập trình nhúng, Tài liệu được kiểm duyệt bởi giảng viên, phòng đào tạo trường đại học bách khoa, lưu hành nội bộ
Máy đo thò số BỘ CHỈ THỊ SỐ Diod phát quang (LED) LED phân cực thuận, hạt tải mang điện tích dương âm chất bán dẫn p n tái hợp phát lượng dạng quang GaAs (gallium arsenide): màu đỏ hay xanh GaAsP (gallium arsenide phosphide): màu đỏ hay vàng GaP(gallium phosphide): màu đỏ hay hồng ngoại Màn hình tinh thể lỏng (LCD) LCD loại thò thụ động, tiêu thụ lượng nhỏ có tỉ số tương phản tốt Ngoài có tính chất thông dụng sau đây: - Không tự phát sáng phụ thuộc vào ánh sáng xung quanh ánh sáng - Hoạt động dạng suốt phản chiếu: Điều dẫn đến chất lỏng phân cực trở nên chắn sáng, chất lỏng trở nên đen sậm so với vùng sáng xung quanh Khi điện trường đi, chất lỏng trở dạng tinh thể cũ trở nên suốt trở lại LED đoạn Số thò xếp thành số có đoạn hai dạng, dạng anod chung cathod chung Nhờ có IC giải mã số đoạn hiển thò từ số 0→9 phụ thuộc vào loại anod chung cathod chung số đoạn Chúng ta dùng IC 7447 cho loại anod chung (H.13.4) dùng IC 7448 cho loại cathod chung (H.13.5) BỘ BIẾN ĐỔI A/D Phần lớn tín hiệu đo có dạng analog (dòng, áp…) Để xử lý tín hiệu lónh vực số (digital), người ta chuyển tín hiệu analog sang digital biến đổi A/D (analog-digital converter) Ngược lại từ tín hiệu số, người ta chuyển trở tín hiệu analog để sử dụng có yêu cầu (digital - analog converter) D/A Đặc điểm biến đổi A/D Bộ biến đổi A/D chia làm hai phần hình Trong trình lấy mẫu lượng hóa có đơn vò lượng hóa Tín hiệu analog chuyển sang số (cơ số 2) phụ thuộc vào số bit đếm Bộ đếm (cơ số 2) có dung lượng 2n Với n số bit, đại lượng analog điện áp DC có giá trò lớn (Vi)max đơn vò lượng hóa q q= ( Vi )max 2n Sai số lớn cho biến đổi A/D +1/2 LSB (least significient bit) bit nhỏ Khi ứng dụng biến đổi A/D, hai đặc điểm quan trọng độ xác tốc độ biến đổi Tốc độ biến đổi tỉ lệ nghòch với số bit thời gian biến đổi phụ thuộc vào số bit: tc = nTh đó: - tc thời gian biến đổi ; n - số bit - Th chu kỳ xung clock biến đổi Sự gia tăng mật độ transistor IC tăng tốc độ cho biến đổi A/D, D/A ưu điểm chất gallium arsenide (GaAs) IC đưa đến chế tạo biến đổi 14 bit hoạt động tần số GHz , làm tăng ứng dụng thiết bò “digital” lónh vực đo lường tự động hóa Bộ biến đổi A/D loại “Tracking” VX C R S/s Mono stable CK S Gate T3 S driver IREF T1 T2 t0 t1 t2 Counter VX C R S/s T1 T2 Mono stable CK S Gate IREF S≡ S≡1 S driver Counter t0 t1 T3 t2 t – t1 = T – T t – t0 = T VX VO = − − I REF (t − t O ) C R t O < t < t1 VX VO = − (t − t ) + VO (t ) t1 < t < t RC VX VX (t − t ) − − I REF (t − t ) VO (t ) = = − RC C R VX = RI REF T2 VX ⇔ f1 = T1 RI REF T2 Quá trình biến đổi từ tín hiệu số (digital) sang tín hiệu tương tự (analog) gọi biến đổi D/A Tín hiệu biến đổi D/A điện áp dòng điện Đặc tuyến biểu thò tín hiệu analog theo tín hiệu vào digital Cũng giống biến đổi A/D, biến đổi D/A có sai số tổng sai số sai số offset, sai số hệ số khuếch đại sai số tuyến tính nhà sản xuất xác đònh Bộ biến đổi D/A thường bao gồm mạch khóa điện tử mạch phân áp điện trở Ở ngõ vào mạch mạch cài (latch) để giữ tín hiệu số cần biến đổi Khóa điện tử nối mạch phân áp điện trở với điện áp chuẩn điện áp “0” (ground) Còn mạch khuếch đại thuật toán (opamp) mạch cộng điện áp để đưa tín hiệu analog Hình 13.20: Sơ đồ khối mạch biến đổi D/A Sơ đồ khối mạch biến đổi D/A * Trò số lượng hóa nhò phân dòng điện dạng “baäc thang” (binary - weighted current ladder) VREF S4 S3 S2 S1 k3 k4 8R LSB 4R k2 2R k1 R Rf MSB Vref 1 1 VO = − k1 + k + k3 + k R f R 2 2 VREF S8 S7 k8 S6 k7 16R LSB VREF S8 8R LSB k4 k3 k2 2R R Hình b S3 k4 RA 8R k1 R Rf MSB S4 k5 k6 S1 2R 4R 8R S5 S6 k7 4R S2 S3 Hình a S7 k8 k5 k6 32R 64R 128R S4 S5 k3 4R S1 S2 k2 2R k1 R MSB Rf R R R analog Khi khóa K1 đóng vò trí S1 K2 , K3 , K4 nối “mass” ta có mạch tương đương hình VREF 2R N0 2R R 2R N1 R N2 2R VREF 2R N2 R N3 2R 2R R VREF 2R N1 R N2 R N3 2R 2R 2R N3 2R VREF 2R N3 2R VREF R N3 16 R VO Khi khoùa K2 đóng vò trí S2 K1 , K3 , K4 nối “mass” ta có mạch tương đương hình VREF 2R N0 R 2R 2R R N1 R N2 N3 N3 2R 2R VREF 2R VREF 2R N2 R N3 2R 2R VREF R N3 2R Xếp chồng ( R VO VREF VO = − K1 + 21 K + 2 K + 23 K ) Vậy số bit tăng lên ví dụ bit 10 bit độ phân giải biến đổi D/A giảm nhỏ xuống Ví dụ VREF =10 V D/A bit cho 256 mức điện áp khác với độ phân giải 10/256 (V) Sai số biến đổi D/A phụ thuộc vào ổn đònh điện áp chuẩn VREF Sai số phi tuyến biến đổi độ xác trò số điện trở hoạt động khóa điện tử không hoàn chỉnh kết hợp với phi tuyến mạch khuếch đại Sự phi tuyến biến đổi D/A DMM khác EMM phần biến đổi A/D để kết đo hiển thò số (digit display) có thêm phần D/A để kết hợp với thiết bò ghi trò số đo dạng analog thiết bò điều khiển dạng analog cho đối tượng đo giúp phần tự động chuyển tầm đo (autoranging) Đối với thiết bò đo chu kỳ tần số tín hiệu thò số, người ta dùng phương pháp "đếm tần số" (frequency counter) trường hợp tín hiệu có tần số từ vài chục Hz trở lên Còn tín hiệu có tần số thấp (nhỏ 10Hz) đo chu kỳ phương pháp "đếm" số xung "đồng hồ" (clock) Phương pháp "đếm tần số" Khi tần số tín hiệu đo lớn thời gian mở cổng nhỏ số xung đếm vào đếm không vượt dung lượng mạch đếm Ví dụ: Mạch đếm có n=10 bit, dung lượng đếm 2n = 210 = 1024 Tín hiệu có tần số fx=10KHz qua mạch kích Schmitt FF cho 10.000 xung đếm sec (giây) Như cho mở cổng logic thời gian 1s số xung đếm vào vượt dung lượng đếm Cho nên ta phải chuyển tầm đo cách thay đổi thời gian mở cổng 100ms 10ms 1ms để phù hợp dung lượng đếm Mạch chi tiết dùng IC cho đếm tần số Đối với tần số tín hiệu từ vài chục Hertz trở xuống, tần số nhỏ 1Hz, người ta dùng phương pháp đo chu kỳ tín hiệu cách đo thời gian mở cổng đóng cổng logic chu kỳ tín hiệu Độ xác (sai số) cho cộng trừ số đếm dùng phương pháp đếm số xung ... R f R 2 2 VREF S8 S7 k8 S6 k7 16R LSB VREF S8 8R LSB k4 k3 k2 2R R Hình b S3 k4 RA 8R k1 R Rf MSB S4 k5 k6 S1 2R 4R 8R S5 S6 k7 4R S2 S3 Hình a S7 k8 k5 k6 32R 64 R 128R S4 S5 k3 4R S1 S2 k2... bit độ phân giải biến đổi D/A giảm nhỏ xuống Ví dụ VREF =10 V D/A bit cho 2 56 mức điện áp khác với độ phân giải 10/2 56 (V) Sai số biến đổi D/A phụ thuộc vào ổn đònh điện áp chuẩn VREF Sai số... nhanh phương pháp Tracking Thời gian biến đổi cố đònh cho tín hiệu vào Ví dụ biến đổi bit có 2 56 mức trạng thái xảy cần có chu kỳ lệnh (phase 1) để so sánh cho bit Bộ biến đổi không dùng