Trọng tâm nghiên cứu - ADC - Cấu tạo phần cứng , nguyên lý hoạt động ADC0804 từ cho ví dụ cụ thể để minh hoạ - DAC - Cấu tạo phần cứng , nguyên lý hoạt động DAC0808 Và có ví dụ chế hoạt động Khái niệm ADC Các chuyển đổi ADC thuộc thiết bị sử dụng rộng rãi để thu liệu Các máy tính số sử dụng giá trị nhị phân, giới vật lý đại lượng dạng tương tự (liên tục) Nhiệt độ, áp suất (khí chất lỏng), độ ẩm vận tốc số trọng đại lượng vật lý giới thực mà ta gặp hàng ngày Một đại lượng vật lý chuyển dòng điện điện áp qua thiết bị gọi biến đổi Các biến đổi coi cảm biến Mặc dù có cảm biến nhiệt, tốc độ, áp suất, ánh sáng nhiều đại lượng tự nhiên khác chúng cho tín hiệu dạng dòng điện điện áp dạng liên tục Do vậy, ta cần chuyển đổi tương tự số cho vi điều khiển đọc chúng Một chíp ADC sử dụng rộng rãi ADC 804 Chip ADC 804 Chíp ADC 804 chuyển đổi tương tự số họ loạt ADC 800 từ hãng National Semiconductor Nó nhiều hãng khác sản xuất, làm việc với +5v có độ phân giải bít Ngồi độ phân giải thời gian chuyển đổi yếu tố quan trọng khác đánh giá ADC Thời gian chuyển đổi định nghĩa thời gian mà ADC cần để chuyển đầu vào tương tự thành số nhị phân Trong ADC 804 thời gian chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ cấp tới chân CLK CLK IN nhanh 110?s Các chân ADC 804 mô tả sau Sơ đồ chân ADC 0804 Các chân ADC 804 1- CS (chip select) - ch?n chip Là đầu vào tích cực mức thấp sử dụng để kích hoạt chíp ADC 804 Để truy cập ADC 804 chân phải mức thấp 2- RD (Read) - D?c Chân (đọc): Đây tín hiệu đầu vào tích cực mức thấp Khi CS = xung cao xuống - thấp áp đến chân đầu số bít hiển diện chân liệu D0 - D7 Chân coi cho phép đầu - WR (Write) -Chân ghi Đây chân đầu vào tích cực mức thấp dùng để báo cho ADC 804 bắt đầu trình chuyển đổi Nếu CS = tạo xung cao - xuống - thấp ADC 804 bắt đầu chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin số nhị phân bít Lượng thời gian cần thiết để chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đưa đến chân CLK IN CLK R Khi việc chuyển đổi liệu hồn tất chân INTR ép xuống thấp ADC 804 - Chân CLK IN CLK R Chân CLK IN chân đầu vào nối tới nguồn đồng hồ đồng hồ sử dụng để tạo thời gian Tuy nhiên 804 có máy tạo xung đồng hồ Để sử dụng máy tạo xung đồng hồ 804 chân CLK IN CLK R nối tới tụ điện điện trở hình 12.5 Trong trường hợp tần số đồng hồ xác định biểu thức: f=1,1/RC R = 10k? C= 150pF tần số nhận f = 606kHz - Ng?t INTR ( interrupt) Đây chân đầu tích cực mức thấp Bình thường trạng thái cao việc chuyển đổi hồn tất xuống thấp để báo cho CPU biết liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy Sau xuống thấp, ta đặt CS = gửi xung cao xuống - thấp tới chân lấy liệu 804 - 7- Chân Vin (+) Vin (-) Đây đầu vào tương tự vi sai mà Vin = Vin (+) - Vin (-) Thông thường Vưin (-) nối xuống đất Vin (+) dùng đầu vào tương tự chuyển đổi dạng số 20 - Chân VCC Đây chân nguồn nuối +5v, dùng điện áp tham chiếu đầu vào Vref/2 (chân 9) để hở - Chân Vref/2 Chân điện áp đầu vào dùng cho điện áp tham chiếu Nếu chân hở (khơng nối) điện áp đầu vào tương tự cho ADC 804 nằm dải đến +5v (giống chân VCC) Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin cần phải khác dải đến 5v Chân Vref/2 đượcdùng để thực thi điện áp đầu vào khác dải - 5v Ví dụ, dải đầu vào tương tự cần phải đến 4v Vref/2 nối với +2v T? 11- 18 Các chân liệu D0 - D7 Các chân liệu D0 - D7 (D7 bít cao MSB D0 bít thấp LSB) chân đầu liệu số Đây chân đệm ba trạng thái liệu chuyển đổi truy cập chân CS = chân bị đưa xuống thấp Để tính điện áp đầu ta sử dụng công thức sau: Với Dout đầu liệu số (dạng thập phân) Vin điện áp đầu vào tương tự độ phân dải thay đổi nhỏ tính (2 ? Vref/2) chia cho 256 ADC bít Chân đất tương tự chân đất số Đây chân đầu vào cấp đất chung cho tín hiệu số tương tự Đất tương tự nối tới đất chân Vin tương tự, đất số nối tới đất chân Vcc Lý mà ta phải có hai đất để cách ly tín hiệu tương tự Vin từ điện áp ký sinh tạo việc chuyển mạch số xác Trong phần trình bày chân nối chung với đất Tóm tắt bước ADC804 chuyển đổi liệu Từ điều ta kết luận bước cần phải thực chuyển đổi liệu ADC 804 là: Bật CS = gửi xung thấp lên cao tới chân để bắt đầu chuyển đổi Duy trì hiển thị chân Nếu xuống thấp việc chuyển đổi hồn tất ta sang bước Nếu cao tiếp tục thăm dò xuống thấp Sau chân xuống thấp, ta bật CS = gửi xung cao - xuống - thấp đến chân để lấy liệu khỏi chíp ADC 804 Phân chia thời gian cho trình trình bày hình Phân chia thời gian đọc ghi ADC 804 Nối ghép ADC 804 với nguồn đồng hồ riêng Ví dụ : Viết chương trình kiểm tra chân INTR chuyển tín hiệu đầu vào tương tự vào ghi A Sau gọi chương trình chuyển mã nh? phân sang hệ 10 hiển thị liệu BEGIN Chuyển đổi liệu từ tương tự sang số Chuyển đổi từ số nhị phân sang thập phân Hiển thị Led END Thuật toán ADC 804 chuyển đổi liệu Bật CS = Gửi xung thấp lên xung cao chân WR Kiem tra chân INTR = Bật CS= Gửi xung cao xuống xung đến chân RD Đưa liệu convert đến 8051 Sai, kiểm tra tiếp Đúng, việc convert hoàn tất CONVERT_ADC: CLR CS NOP CLR WR NOP NOP SETB WR SETB CS HIGHT_INTR: JB INTR,HIGHT_INTR NOP NOP LOW_INTR: CLR CS NOP SETB RD NOP NOP CLR RD MOV DATA_ADC,P0 NOP RET Thuật toán chuyển đổi liệu từ ADC hệ thập phân Dữ liệu ADC chuyển đổi Chia cho 100 Phần dư gán vào tiếp số bị chia Phần nguyên gán vào địa Chia cho 10 Phần nguyên gán vào địa Phần dư gán vào địa Số hàng trăm,kí hiệu LED1 Số hàng chục,kí hiệu LED Số hàng đơn vị, kí hiệu LED CONVERT_DATA_ADC: MOV A,DATA_ADC MOV B,#100 DIV AB MOV LED1,A MOV A,B MOV B,#10 DIV AB MOV LED2,A MOV LED3,B RET Code chương trình Thuật tốn đưa giá trị hiển thị LED Gán gía trị cho trỏ DPTR Chuyển giá trị địa LED vào ghi A MOVC A,@A+DPTR Đưa giá trị A hiển thị led Tại địa trỏ DPTR Đưa nội dung vào địa ROM DISPLAY: MOV DPTR,#TAB MOV A,LED1 MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A MOV A,LED2 MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A MOV A,LED3 MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A RET TAB: DB 00000011B,10011111B,00100101B, 00001111B,10011001B DB 01001001B,01000001B,00011111B, 00000001B,00001001B Bộ biến đổi số - tương tự DAC Bộ biến đổi - tương tự DAC thiết bị sử dụng rộng rãi để chuyển đổi xung số hoá tín hiệu tương tự Xem lại kiến thức điện tử số ta thấy có hai cách tạo DAC: Phương phát trọng số nhị phân phương trình thang R/2R Nhiều DAC dựa mạch tổ hợp, bao gồm MC1408 (DAC808) sử dụng phần sử dụng phương pháp hình thang R/2R đạt độ xác cao Tiêu chuẩn đánh giá DAC độ phân giải hàm số đầu vào nhị phân Các độ phân giải chúng 8, 10 12 bít Số đầu vào bít liệu định độ phân giải DAC, số mức đầu tương tự 2n với n đầu vào bít liệu Do vậy, DAC bít DAC808 chẳng hạn có 256 mức đầu điện áp (dòng điện) rời rạc Tương tự vậy, DAC 12 bít cho 4096 mức điện áp rời rạc Bộ biến đổi DAC MC1408 (hay DAC808) Trong ADC808 đầu vào số chuyển đổi thành dòng (Iout) việc nối điện trở tới chân Iout ta chuyển kết thành điện áp dòng tổng cấp chân Iout hàm số nhị phân đầu vào D0 - D7 DAC808 tham chiếu Iref sau: Trong D0 bít thấp LSB D7 bít cao MSB đầu vào Chuyển Iout sang điện áp DAC808 Nếu nối điện trở tới chân Iout dòng chuyển thành điện áp kiểm tra đầu máy sóng Tuy nhiên, làm giảm độ xác bị thay đổi trở kháng đầu vào tải Vì , dòng Iref cần cách ly khuếch đại thuật toán Sơ đồ DAC 0808 Nối ghép 8051 với DAC 0808 Ví dụ : Cho R= k ,I = 2mA, tính Vout đầu vào mã nhị phân sau: a) 10011001 (99H) b) 11001000 (C8H) Giải a) Iout = 2mA.(1/2 +1/16 +1/32 +1/256) = 1,195mA Vout = 1,195mA x 5k = 5,975 v b) Iout = 2mA.( 1/2 + 1/4 + 1/32) = 1,562 mA Vout = 1,562mA x 5k = 7,8125 v Ví dụ: Để tạo điện áp dạng bậc thang , hình13.7 nối máy sóng tới đầu ra.Hãy viết chương trình gửi liệu tới DAC để tạo sóng bậc thang Giải CLR A Again: MOV P1, A ; gửi liệu đến DAC INC A ACALL DELAY ; khơi phục lại tín hiệu SJMP AGAIN Ví dụ :Hãy kiểm tra giá trị cho góc sau a)30 ; b) 60 Giải Vout = 5v + (5v x sin ) = 5v + x 0,5 = 7,5 v DAC = 7,5v x 25,6 = 192 Vout = 5v + (5v x sin ) = 5v + x 0,866 = 9,33 v DAC = 9,33v x 25,6 = 238 Quan hệ góc điện áp sóng hình sin Quan hệ điện áp – góc sóng hình sin Tạo sóng hình sin Để tạo sóng hình sin,đầu tiên thiết lập bảng giá trị hình sin theo góc từ đến 360độ Trong khoảng này,biên độ hình sin thay đổi khoảng -1,+1.Vì vậy,bảng giá trị số nguyên biểu diễn biên độ điện áp theo góc teta.phương pháp đảm bảo rằng,chỉ có số ngun tín hiệu DAC nối tới 8051.Bảng 13.5biểu diễn quan hệ góc với giá trị biên độ hình sin,biên độ điện áp số nguyên tương ứng.Để tạo bảng 13.5,chúng ta giả thiết điện áp đầy thang 10v đầu DAC.Tín hiệu DAC lớn nhất(hết thang) tất liệu đầu vào DAC mức cao.Vì vậy,để tín hiệu đầy thang,chúng ta sử dụng phương trình sau: Vout = 5v+(5x sin ) Để tìm giá trị gửi đến DAC với giá trị góc khác nhau,chúng ta cần đơn giản nhân điện áp Vout với 256.Để rõ hơn,hãy xem đoạn chương trình sau.Chương trình gửi giá trị liên tục tới DAC để tạo sóng hình sin dạng thơ.Xem hình 13.8 Ví Dụ: quan hệ góc điện áp sóng hình sin AGAIN: MOV DPTR,#TABLE MOV R2,#COUNT BACK: CLR A MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A INC DPTR DJNZ R2,BACK SJMP AGAIN ORG 300 TABLE: DB 128,192,238,255,238,192 DB 128,64,17,0,17,64,128 ;bạn tham khảo thêm bảng 13.5 ;để biết giá trị cụ thể sóng hình sin Thuật tốn gửi giá trị liên tục tới DAC để tạo sóng hình sin Gán gía trị TABLE cho trỏ DPTR Xố ghi A MOVC A,@A+DPTR A mang thơng số điện áp , góc ứng với giá trị gửi tới DAC Tại địa trỏ DPTR Đưa nội dung vào địa thứ tự ROM