Bài giảng cung cấp cho người học các kiến thức: Biến đổi A/D, D/A. Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên đang theo học môn dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu.
Bài 7: BIẾN ĐỔI A/D, D/A ANALOG INPUT ĐẠI LƯN G VẬT LÝ CẢM BIẾN DIGITAL INPUT ADC HỆ THỐNG XỬ LÝ SỐ (MÁY TÍNH) ĐIỀU KHIỂN, ĐLVL KHÁC DIGITAL OUTPUT ANALOG OUTPUT DAC I. BIẾN ĐỔI D/A D DIGITAL C INPUTS B A D/A CONVERTER (DAC) ANALOG OUTPUT DAC 4 BIT D C B A V out 0V 15V 0 1 Toång quát: Analog output = K digital intput K: thừa số (độ phân giải) TD: K = 1V Vout = (1V) digital input Do đó, ta tính Vout ứng với digital input 11002 = 1210 Vout = 1V 12 = 12V TD: DAC bit với ngõ vào 10100, dòng ngõ 10mA Tính Iout ngõ vào 11101 Giải Ta có: 101002 = 2010 Iout = 10mA K = 0,5 mA Do đó: 111012 = 2910 Iout = 0,5mA 29 = 14,5mA TD: DAC bit với ngõ 1.0V ngõ vào 001100102 Xác đònh Vout lớn DAC Giải Ta coù: 001100102 = 5010 1V = K 50 K = 20 mV Do đó, ngõ Vout(max) ngõ vào là: 1111 11112 = 25510 Độ phân giải K: độ phân giải biến đổi = 20mV 255 =nhất 5,1V ngõ out(max) D/A Vsự thay đổi nhỏ analog có thay đổi ngõ vào digital Clock Đếm bit DAC Vout 2V 3V 1V 0V Độ phân giải 1V DAC N bit có 2N mức khác nhau, số bước nhảy 2N – TD: K = 0,2V Xác đònh Vout ngõ vào 10001 100012 = 1710 Vout = 0,2V 17 = 3,4V II. BIẾN ĐỔI A/D đầu vào analog vA + OPAMP vAX So sánh Bộ biến đổi DA Thanh ghi . Kết digital Đơn vò điều khiển Start Clock EOC (kết thúc chuyển đổi) ộ biến đổi hoạt động theo bước: Tín hiệu Start để bắt đầu biến đổi Cứ xung clock, đơn vò điều khiển sửa đổi số nhò phân đầu đưa vào lưu trữ ghi Số nhò phân ghi chuyển đổi thành áp analog vAX qua biến đổi DA OPAMP so sánh vAX với áp đầu vào vA Nếu vAX < vA đầu mức cao, ngược lại, v vượt qua v lượng v đầu vào analog vA Clock + OPAMP EOC Start So saùnh vA vAX Reset Counter EOC Clock tC Start . vAX Bộâ biến đổi DA Kết digital Bộ biến đổi A/D theo hàm dốc Khi chuyển đổi hoàn tất, counter ngừng đếm •Bộ biến đổi AD xấp xỉ liên tiếp Đây biến dùng rộng rãi biến đổi AD Nó có cấu tạo phức tạp biến đổi AD theo hàm dốc tốc độ biến đổi nhanh nhiều Hơn nữa, thời gian biến đổi số cố đònh không phụ thuộc giá trò điện áp đầu vào Sơ đồ mạch tương tự biến đổi AD theo hàm dốc không dùng counter cung cấp giá trò cho biến đổi DA mà dùng ghi Đơn vò điều khiển sửa đổi bit ghi có giá trò analog xấp xỉ áp vào theo độ phân giải Bộ biến đổi A/D xấp xỉ liên tiếp đầu vào analog + vA START So sánh Đơn vò điều khiển . Thanh ghi MSB ……… LSB . Bộâ biến đổi DA vAX Start Xóa tất bit Bắt đầu MSB EOC Set bit = 1 Clock OPAMP VAX > VA ? Đú ng Clear bit = 0 Sai Đến Sai bit thấp kế Xong hết bit ? Đú ng Quá trình biến đổi kết thúc giá trò biến đổi nằm ghi END Bộ biến đổi Flash AD Bộ biến đổi loại có tốc độ nhanh cần nhiều linh kiện cấu thành Có thể làm phép so sánh: flash AD 6-bit cần 63 OPAMP, 8-bit cần 255 OPAMP, 10-bit cần 1023 OPAMP Vì lẽ mà biến đổi AD loại bò giới hạn số bit, thường đến 8-bit nàyAD có độ: phân giải 1V, cầu Ví dụ Mạch flash 3-bit chia điện áp thiết lập nên điện áp so sánh (7 mức tương ứng 1V, 2V, …) với điện áp cần biến đổi Đầu OPAMP nối đến priority encoder đầu giá trò digital xấp xỉ điện áp đầu vào Các biến đổi có nhiều bit dễ +1 0V 1K - 1K - 1K - I5 C4 I4 - 1K - C2 I2 C1 I1 + 1V I3 + 2V C3 + 1K - 3V C5 MSB Priority encoder C B A 1K 1K I6 + 4V C6 + 5V I7 + 6V C7 + 7V - 3K Aùp analog đầu vào Bộ biến đổi AD theo hàm dốc dạng lên xuống (tracking ADC) Bộ biến đổi loại cải tiến từ biến đổi AD theo hàm dốc Ta thấy tốc độ biến đổi AD theo hàm dốc chậm counter reset bắt đầu trình biến đổi Giá trò V AX lúc bắt đầu tăng dần vượt qua VA Rõ ràng thời gian hoàn toàn lãng phí điện áp analog thay đổi cách liên tục, giá trò sau nằm lân cận giá trò trước Bộ biến đổi AD theo hàm dốc dạng lên xuống dùng counter đếm lên/xuống thay cho counter đếm lên biến đổi AD theo hàm dốc không reset bắt ... Start . vAX Bộâ biến đổi DA Kết digital Bộ biến đổi A/D theo hàm dốc Khi chuyển đổi hoàn tất, counter ngừng đếm •Bộ biến đổi AD xấp xỉ liên tiếp Đây biến dùng rộng rãi biến đổi AD Nó có cấu... biến đổi Đầu OPAMP nối đến priority encoder đầu giá trò digital xấp xỉ điện áp đầu vào Các biến đổi có nhiều bit dễ +1 0V 1K - 1K - 1K - I5 C4 I4 - 1K - C2 I2 C1 I1 + 1V I3 + 2V C3 + 1K -. .. cấu tạo phức tạp biến đổi AD theo hàm dốc tốc độ biến đổi nhanh nhiều Hơn nữa, thời gian biến đổi số cố đònh không phụ thuộc giá trò điện áp đầu vào Sơ đồ mạch tương tự biến đổi AD theo hàm dốc