Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 8: Chuyển đổi tương tự - số, số - tương tự trình bày các nội dung: Chuyển đổi tương tự - số, chuyển đổi số - tương tự, ghép nối bộ chuyển đổi với hệ vi xử lý. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Tr ường Đ ại H ọc Cơng Ngh ệ Thơng Tin KHOA MẠNG & TRUYỀN THƠNG BÀI GIẢNG NHẬP MƠN ĐI Ệ N T Ử THÁNG 9/2012 CHƯƠNG 8: Chuyển đổi tương tựsố, sốtương tự Chuyển đổi tương tựsố Chuyển đổi sốtương tự Ghép nối bộ chuyển đổi với hệ vi xử lý 1. Chuyển đổi tương tựsố Đại bộ phận tín hiệu tự nhiên như tiếng nói, hình ảnh, nhiệt độ, tốc độ,…lại là các đại lượng tương tự => muốn đưa các tín hiệu này vào một hệ thống số để xử lý, ta cần biến đổi chúng sang dạng số => bộ biến đổi tương tự (analog) sang số (Digital), bộ A/D, thực hiện việc số hố tín hiệu tương tự Một mạch logic có chức năng ngược lại được gọi là bộ biến đổi số sang tương tự hay ngắn gọn là bộ D/A 1. Chuyển đổi tương tựsố (tt) a)Khái niệm chung TÝn hiƯu analog đợc chuyển thnh tín hiệu bậc thang với thang l1đại diện số thích hợp Các đại diện số rời rạc có nhiều cách biểu diễn Nếu theo hệ thập phân thìthờng biểu diễn số đo, để xử lý số dùng mã nhị phân 1.Chuynitngtưs (tt) Tổng quát: tín hiệu số l SD, tơng tự lSA SD=bnư12nư1+bnư22nư2++b020 Trong đó các hệ số bk= 0 hoặc 1 (với k = 0 n1) và được gọi là bit bn1 : bit có nghĩa lớn nhất (MSB) tương ứng với cột đứng đầu bên trái của dãy mã số b0 gọi là bit có nghĩa nhỏ nhất (LSB) ứng với cột đứng đầu bên phải của dãy mã số Mỗi biến đổi của tín hiệu là một mức lượng tử (một nấc của hình bậc thang) 1. Chuyển đổi tương tựsố (tt) Với một mạch biến đổi có N bit tức là có N số hạng trong từ mã nhị phân thì một nấc trên hình bậc thang chiếm một giá trị UAmax: giá trị cực đại cho phép tương ứng của điện áp tương tự ở đầu vào A/D. Q : mức lượng tử Do tín hiệu số là tín hiệu rời rạc nên trong q trình chuyển đổi A/D xuất hiện một sai số gọi là sai số lượng tử hố, được xác định: Khi chuyển đổi A/D phải thực hiện lấy mẫu tín hiệu tương tự. Để đảm bảo khơi phục lại tín hiệu một cách trung thực 1.Chuynitngtưs (tt) Theo thuyết lợng tử hoá, trình lợng tử hoá sinh tạp âm, tạp âm ny phản ánh thực phép biến đổi ngợc DA, coi trình lợng tử hoá lquá trình cộng tín hiệu XA vtín hiệu tạp âm Xta, ngời ta chứng minh đợc tạp âm lợng tử hoá coi ltạp âm trắng, -Q/2XA Q/2 Mật độ phổ công suất tạp âm: : giá trị trung bình bình phơng điện áp tạp âm Nếu nối với điện trở tải, công suất tạp âm phản ảnh tải: Tỉ số tín hiệu tạp âm S/N đợc xác đnh: 1.Chuynitngtưs (tt) b)Cỏcthamscbn i.Dải biến đổi của điện áp tín hiệu tương tự ở đầu vào: là khoảng điện áp mà bộ chuyển đổi A/D thực hiện được, có giá trị điện áp từ UAm +Uam ii.Độ chính xác của bộ chuyển đổi A/D Độ phân biệt Q: là giá trị của một mức lượng tử hố (1 LSB) là số các số hạng của mã số đầu ra tương ứng với dải biến đổi của điện áp vào. Ví dụ: 1 bộ A/D có số bit đầu ra N=12 có thể phân biệt được 212= 4096 mức trong dải biến đổi điện áp của nó .Trong thực tế, thường dùng số bit N để đặc trưng cho độ chính xác (dải biên độ điện áp vào coi như khơng đổi). Thơng thường các bộ A/D có số bit từ 3 12. Có những bộ 1. Chuyển đổi tương tựsố (tt) Liªn quan đến độ độ xác có sai số khuếch đại, méo phi tuyến 1.Chuynitngtưs(tt) Tcchuyni:chobitktquchuyni trong1giõycgiltnschuynifC,phản ảnh khả lm việc thời gian thực hệ thèng, hƯ thèng viƠn th«ng nã là th«ng sè tÝch luỹ độ trễ tín hiệu, fC phải cng lớn tèt Tốc độ chuyển đổi fC càng lớn thì độ chính xác Q càng giảm 1. Chuyển đổi tương tựsố (tt) Lấy mẫu tín hiệu tương tự tại những thời điểm khác nhau và cách đều nhau (rời rạc hố tín hiệu về mặt thời gian); Giữ mẫu cho biên độ điện áp tại các thời điểm lấy mẫu khơng đổi trong q trình chuyển đổi tiếp theo Tín hiệu ra mạch lấy mẫu được đưa đến mạch lượng tử hố để làm tròn với độ chính xác ± Q/2 . Mạch lượng tử hố có nhiệm vụ rời rạc tín hiệu tương tự về mặt biên độ. Nhờ q trình lượng tử hố một tín hiệu tương tự bất kỳ được biểu diễn bởi một số ngun lần mức lượng tử, nghĩa là: XAi là tín hiệu tương tự ở thời điểm i ZDi: tín hiệu số ở thời điểm i 1. Chuyển đổi tương tựsố (tt) Trong mạch mã hố, kết quả lượng tử hố được sắp xếp lại theo một quy luật nhất định phụ thuộc vào loại mã u cầu trên đầu ra của bộ chuyển đổi. Trong nhiều loại mạch A/D q trình lượng tử hố và mã hố xảy ra đồng thời, khơng thể tách rời hai q trình Phép lượng tử hố và phép mã hố được gọi chung là mạch chuyển đổi A/D 1. Chuyển đổi tương tựsố (tt) d. Một số phương pháp chuyển đổi A/D: i Biến đổi song song: tín hiệu được so sánh cùng một lúc với nhiugiỏtrchun.Doúttc cỏcbitcxỏcnhngthi vanura .Tại đầu so sánh: điện áp vo >điện áp chuẩn: cho mức logic l1,nếu điện áp vo UC thì SS1=1, khi UA