Giáo trình Kỹ thuật xung số (Nghề Điện công nghiệp)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ LÀO CAI GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN: KỸ THUẬT XUNG-SỐ NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP (áp dụng cho Trình độ Cao đẳng) LƯU HÀNH NỘI BỘ Năm 2017 LỜI GIỚI THIỆU Trong năm gần công nghệ kỹ thuật số phát triển vô mạnh mẽ Sự đời vi mạch số góp phần khơng nhỏ vào phát triển hãng sản xuất điện tử… hàng đầu giới Tất sản phẩm có xu hướng nhỏ, gọn, mỏng, nhẹ tích hợp nhiều chức ưu việt Toàn tập đề cương bao gồm kiến thức hệ thống số đếm, cổng logic, mạch mã hóa giải mã, dồn kênh, phân kênh, Flip Flop, họ vi mạch số thông dụng, khái niệm chuyển đổi số - tương tự tương tự - số Cách cấu trúc tập đề cương từ đơn giản đến phức tạp, từ dễ đến khó, phần trước tạo tiền đề cho phần sau Trên sở kiến thức giáo trình cố gắng tiếp cận vấn đề đại, đồng thời liên hệ với thực tế kĩ thuật Đọc tập đề cương này, độc giả mau chóng nắm vấn đề cốt lõi kỹ thuật điện tử số, tăng cường lực giải vấn đề kĩ thuật thực tế bồi dưỡng lực tự học Tập đề cương thích hợp cho độc giả muốn tự học, dùng làm tài liệu bổ trợ cho học sinh, sinh viên cho tất quan tâm đến kĩ thuật điện tử số Với mong muốn truyền tải nhiều thơng tin bổ ích, tài liệu sử dụng tập đề cương chon lọc kỹ Tuy nhiên q trình biên soạn nên khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp từ độc giả bạn đồng nghiệp để tập đề cương hoàn chỉnh Xin trân trọng cảm ơn! MỤC LỤC Phần 1: Kỹ thuật Xung BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Phần: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT Phần: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH 15 BÀI : MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI 20 Phần: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT 20 Phần: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH 41 Phần : Kỹ thuật số 44 Bài ĐẠI CƯƠNG 44 Phần: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT 44 Phần: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH 61 Bài FLIP – FLOP 70 Phần: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT 71 Phần: KIẾN THỨC THỰC HÀNH 77 Bài 3: MẠCH LOGIC MSI 79 Phần: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT 79 Phần: KIẾN THỨC THỰC HÀNH 97 Bài 4: MẠCH ĐẾM VÀ THANH GHI 102 Phần: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT 102 Phần: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH 112 Bài 5: BỘ NHỚ 115 Phần: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT 116 Phần: KIẾN THỨC THỰC HÀNH 124 BÀI 6: KỸ THUẬT ADC – DAC 125 Phần: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT………………………………………….127 6.1 Mạch chuyển đổi số - tương tự (DAC) 125 6.2 Mạch chuyển đổi tương tự - số (ADC) 132 Phần: KIẾN THỨC THỰC HÀNH 141 NỘI DUNG CHI TIẾT TẬP BÀI GIẢNG MÔ ĐUN I Mục tiêu mô đun: - Về kiến thức: + Phát biểu khái niệm xung điện, thông số xung điện, ý nghĩa xung điện kỹ thuật điện tử + Trình bày cấu tạo mạch dao động tạo xung mạch xử lí dạng xung + Trình bày khái niệm kỹ thuật số, cổng logic Kí hiệu, nguyên lí hoạt động, bảng thật cổng lơgic + Trình bày cấu tạo, nguyên lý mạch số thông dụng như: Mạch đếm, mạch đóng ngắt, mạch chuyển đổi, mạch ghi dịch, mạch điều khiển - Về kỹ năng: + Lắp ráp, kiểm tra mạch tạo xung xử lí dạng xung + Lắp ráp, kiểm tra mạch số panel thực tế - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Tuân thủ quy định an toàn điện + Rèn luyện cho học sinh thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, xác học tập thực công việc II Nội dung mô đun: Phần 1: Kỹ thuật Xung BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN BÀI : MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI Phần : Kỹ thuật số Bài ĐẠI CƯƠNG Bài FLIP – FLOP Bài MẠCH LOGIC MSI Bài MẠCH ĐẾM VÀ THANH GHI Bài BỘ NHỚ Bài KỸ THUẬT ADC – DAC Phần 1: Kỹ thuật Xung BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Phần: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT 1.1 Định nghĩa xung điện, tham số dãy xung 1.1.1 Định nghĩa Xung điện tín hiệu sin có giá trị biến đổi gián đoạn khoảng thời gian ngắn so sánh với trình độ mạch điện Xung điện kỹ thuật chia làm loại: loại xung xuất ngẫu nhiên mạch điện, mong muốn, gọi xung nhiễu, xung nhiễu thường có hình dạng (Hình 1.1) (u,t (u,t (u,t t t t Hình 1.1: Các dạng xung nhiễu Các dạng xung tạo từ mạch điện thiết kế thường có số dạng bản: (u,t (u,t t (u, (u,t t t t Hình 1.2: Các dạng xung mạch điện thiết kế Dãy xung vng xuất hình máy sóng điều chỉnh tốc độ quét chậm., thấy có đường vạch ngang Khi điều chỉnh tốc độ quét nhanh, hình máy sóng xuất rõ đường vạch tạo nên hình dạng xung với đường dốc lên dốc xuống - Cạnh xuất trước xung gọi sườn trước xung - Cạnh nằm đỉnh có giá trị cực đại gọi đỉnh xung - Cạnh xuất sau xung để trở trạng thái ban đầu gọi sườn sau xung - Cạnh nối khỏang cách từ sườn trước sườn sau trục tọa độ xung gọi đáy xung 1.1.2 Các thông số xung điện dãy xung 1.1.2.1 Các tham số xung điện Dạng xung vng lý tưởng trình bày U, off t on Hình 1.3: Các thơng số xung a Độ rộng xung Là thời gian xuất xung mạch điện, thời gian thường gọi thời gian mở ton Thời gian khơng có xuất xung gọi thời gian nghỉ t off b Chu kỳ xung Là khỏang thời gian lần xuất xung liên tiếp, tính theo công thức: T= t on + t off (1.1) Tần số xung tính theo cơng thức: f= T (1.2) c Độ rỗng hệ số đầy xung Độ rỗng xung: Là tỷ số chu kỳ độ rộng xung, tính theo cơng thức: Q= T Ton (1.3) Hệ số đầy xung: nghịch đảo độ rỗng, tính theo cơng thức: n= Ton T (1.4) Trong thực tế, người ta quan tâm đến tham số này, người ta quan tâm thiết kế nguồn kiểu xung, để đảm bảo điện áp chiều tạo sau mạch chỉnh lưu, mạch lọc mạch điều chỉnh cho mạch điện cấp đủ dịng, đủ cơng suất, cung cấp cho tải d Độ rộng sườn trước, độ rộng sườn sau Trong thực tế, xung vuông, xung chữ nhật khơng có cấu trúc cách lí tưởng Khi đại lượng điện tăng hay giảm để tạo xung, thường có thời gian tăng trưởng (thời gian độ)nhất mạch có tổng trở vào nhỏ có thành phần điện kháng nên sườn trước sau khơng thẳng đứng cách lí tưởng Do thời gian xung tính theo cơng thức: ton = tt + tđ + ts (1.5) Trong đó: ton: Độ rộng xung tt : Độ rộng sườn trước tđ : Độ rộng đỉnh xung ts : Độ rộng sườn sau U ,I Sườn trước đỉnh xung Sườn sau t Hình 1.4: Cách gọi tên cạnh xung Độ rộng sườn trước t1 tính từ thời điểm điện áp xung tăng lên từ 10% đến 90% trị số biên độ xung độ rộng sườn sau t2 tính từ thời điểm điện áp xung giảm từ 90% đến 10% trị số biên độ xung Trong xét trạng tháI ngưng dẫn hay bão hòa mạch điện điều khiển Ví dụ, xung nhịp điều khiển mạch logic có mức cao H tương ứng với điện áp +5V Sườn trước xung nhịp tính từ xung nhịp tăng từ +0,5V lên đến +4,5V sườn sau xung nhịp tính từ xung nhịp giảm từ mức điện áp +4,5V xuống đến +0,5V 10% giá trị điện áp đáy đỉnh xung dùng cho việc chuyển chế độ phân cực mạch điện Do mạch tạo xung nguồn cung cấp cho mạch địi hỏi độ xác tính ổn định cao e Biên độ xung cực tính xung Biên độ xung giá trị lớn xung với mức thềm 0V (U, I)Max Hình 1.6 mơ tả dạng xung tăng thời gian quét máy sóng Lúc ta thấy vach nằm song song (Hình 1.6b) khơng thấy vạch hình thành sườn trước sườn sau xung nhịp Khi giảm thời gian quét ta thấy rõ dạng xung với sườn trước sườn sau xung (Hình 1.6c) Hình 1.5: Xung vng hình máy sóng Hình 1.5 a: Xung vng lý tưởng Hình 1.5 b: xung vng tăng thời gian qt Hình 1.5 c: xung vng giảm thời gian quét Giá trị đỉnh xung giá trị tính từ đỉnh xung liền kề U, I t Hình 1.6: Giá trị đỉnh xung Cực tính xung giá trị xung so với điện áp thềm phân cực xung U, I U, I t t xung dương xung âm Hình 1.7: Các dạng xung dương xung âm Trong thực tế xung điện tảng kỹ thuật điều khiển Các thiết bị điều khiển đời điều khiển mạch điện có chức đơn giản thường cần điều khiển xung Ví dụ Mạch đóng mở cửa tự động: Khi có người vào qua hệ thống cảm biến nhận dạng tạo xung tác động vào mạch điều khiển đóng mạch rơ le điều khiển động mở cửa 1.1.2.2 Chuỗi xung Trong kỹ thuật, để điều khiển, mạch điện thường không dùng xung để điều khiển, mà dùng nhiều xung khỏang thời gian định, gọi chuỗi xung hay dãy xung Trong chuỗi xung, xung có hình dạng giống biên độ Nếu chuỗi xung tạo liên tục trình làm việc gọi chuỗi xung liên tục Nếu chuỗi xung tạo khỏang thời gian định gọi chuỗi xung gián đọan Đối với chuỗi xung gián đọan, ngồi thơng số xung cịn có thêm thơng số: - Số lượng xung chuỗi - Độ rộng chuỗi xung - Tần số chuỗi xung U, I U, I t t a) b) Hình 1.8: Chuỗi xung liên tục (a) chuỗi xung gián đoạn (b) 1.2 Tác dụng R-C xung 1.2.1 Tác dụng mạch RC xung 1.2.1.1 Mạch tích phân: Là mạch mà tín hiệu ngõ tích phân theo thời gian điện áp tín hiệu ngõ vào Vo(t) = KVi(t)dt V0: điện áp ngõ Vi: điện áp ngõ vào K: hệ số tỉ lệ K < Vi R Vo C Hình 1.9: Mạch tích phân a Đối với xung vng Nếu gọi  = R.C số thời gian nạp, xả tụ Có trường hợp xãy sau:  > Ti Khi  > Ti thời gian nạp vào xả tụ chậm nên biên độ xung Vo thấp đường cong nạp xả điện gần tuyến tính (đường thẳng) Vi t Ti V t V Khi  > T t - Độ phân giải mạch DAC với trọng số LSB, nghĩa x 5V = 0.625V Nhìn vào bảng ta thấy đầu tương tự tăng 0.625V số nhị phân đầu vào tăng lên bậc 6.1.4 Mạch DAC sử dụng nguồn dòng - Trong thiết bị kỹ thuật số đơi lúc địi hỏi q trình điều khiển dịng điện Do người ta tạo DAC với ngõ dòng để đáp ứng yêu cầu - Mạch DAC với ngõ dịng tương tự tỷ lệ với đầu vào nhị phân Hình 6.4 Mạch DAC sử dụng nguồn dòng - Mạch DAC bit, có đường dẫn dịng song song đường có chuyển mạch điều khiển Trạng thái chuyển mạch bị chi phối mức logic đầu vào nhị phân - Dòng chảy qua đường mức điện quy chiếu VREF giá trị điện trở đường dẫn định Giá trị điện trở có trọng số theo số 2, nên cường độ dịng điện có trọng số theo hệ số tổng cường độ dòng điện IOUT tổng dòng nhánh - DAC với đầu dịng chuyển thành DAC có đầu điện cách dùng khuếch đại thuật tốn (Op-Amp) 129 Hình 6.5 DAC với đầu dịng chuyển thành DAC có đầu điện cách dùng khuếch đại thuật toán - Ở hình IOUT từ DAC phải nối đến đầu vào “ – ” khuếch đại thuật toán Hồi tiếp âm khuếch đại thuật toán buộc dòng IOUT phải chạy qua RFvà tạo điện áp ngõ VOUT tính theo cơng thức: - Do VOUT mức điện tương tự, tỷ lệ với đầu vào nhị phân DAC 6.1.5 Mạch ADC dùng điện trở R 2R - Mạch DAC sử dụng điện trở có trọng số nhị phân tạo trọng số thích hợp cho bit vào Tuy nhiên có nhiều hạn chế thực tế Hạn chế lớn khoảng cách chênh lệch đáng kể giá trị điện trở LSB MSB, DAC có độ phân giải cao (nhiều bit) Ví dụ điện trở MSB = 1k DAC 12 bit, điện trở LSB có giá trị 2M Điều khó cho việc chế tạo IC có độ biến thiên rộng điện trở để trì tỷ lệ xác - Để khắc phục nhược điểm này, người ta tìm mạch DAC đáp ứng yêu cầu mạch DAC mạng R/2R ladder Các điện trở mạch biến thiên khoảng từ đến - Mạch DAC R/2R ladder 130 Hình 6.6 Mạch DAC R/2R ladder - Từ mạch ta thấy cách xếp điện trở có hai giá trị sử dụng R 2R Dịng IOUT phụ thuộc vào vị trí chuyển mạch, đầu vào nhị phân B0B1B2B3 chi phối trạng thái chuyển mạch Dòng IOUT phép chạy qua biến đổi dòng thành điện (Op-Amp) để biến dòng thành điện VOUT Điện ngõ VOUT tính theo cơng thức: Với B giá trị đầu vào nhị phân, biến thiên từ 0000 (0) đến 1111(15) Ví dụ : Giả sử VREF = 5V DAC hình 5.4 Tính độ phân giải đầu cực đại DAC này? Giải Độ phân giải với trọng số LSB, ta xác định trọng số LSB cách gán B = 00012 = Theo công thức (5), ta có: Đầu cực đại xác định B = 1111 = 1510 Áp dụng công thức (5) ta có: Có nhiều loại mạch biến đổi DAC áp dụng lĩnh vực kỹ thuật số chế tạo theo nhiều công nghệ khác nhau, chúng sản xuất dạng IC hóa Mạch điện DAC mạch điện có tốc độ xử lý cao 131 - Cấu trúc IC chuyển đổi Hình 6.7 Cấu trúc IC chuyển đổi - Mạch chuyển đổi số sang tương tự (DAC) Hình 6.8 Mạch chuyển đổi số sang tương tự 6.2 Mạch chuyển đổi tương tự - số (ADC) - Bộ chuyển đổi tương tự sang số – ADC (Analog to Digital Converter) lấy mức điện vào tương tự sau thời gian sinh mã đầu dạng số biểu diễn đầu vào tương tự Tiến trình biến đổi A/D thường phức tạp nhiều thời gian tiến trình chuyển đổi D/A - Do có nhiều phương pháp khác để chuyển đổi từ tương tự sang số 6.2.1 Tổng quát chuyển đổi ADC a Sơ đồ tổng quát 132 Hình 6.9 Sơ đồ tổng quát chuyển đổi ADC b Ngun lý hoạt động - Xung lệnh START khởi đợng hoạt động hệ thống - Xung Clock định điều khiển liên tục chỉnh sửa số nhị phân lưu ghi - Số nhị phân ghi DAC chuyển đổi thành mức điện tương tự VAX - Bộ so sánh so sánh VAX với đầu vào trương tự VA Nếu VAX < VA đầu so sánh lên mức cao Nếu VAX > VA khoảng VT (điện ngưỡng), đầu dra so sánh xuống mức thấp ngừng tiến trình biến đổi số nhị phân ghi Tại thời điểm VAX xấp xỉ VA giá dtrị nhị phân ghi đại lượng số tương đương VAX đại lượng số tương đương VAX , giới hạn độ phân giải độ xác hệ thống - Logic điều khiển kích hoạt tín hiệu ECO chu kỳ chuyển đổi kết thúc Tiến trình có nhiều thay dổi số loại ADC khác, chủ yếu khác cách thức điều khiển sửa đổi số nhị phân ghi c Các tiêu kỹ thuật chủ yếu ADC - Độ phân giải: Độ phân gải ADC biểu thị số bit tín hiệu số đầu Số lượng bit nhiều sai số lượng tử nhỏ, độ xác cao - Dải động, điện trở đầu vào: Mức logic tín hiệu số đầu khả chịu tải (nối vào đầu vào) - Độ xác tương đối: Nếu lý tưởng hóa tất điểm chuyển đổiphải nằm đường thẳng Độ xác tương đối sai dsố điểm chuyển đổi thực tế so với đặc tuyến chuyển đổi lý tưởng Ngồi cịn u cầu ADC khơng bị bit tồn phạm vi công tác - Tốc độ chuyển đổi: Tốc độ chuyển đổi xác định thời gian thời gian cần thiết hoàn thành lần chuyển đổi A/D Thời gian tính từ xuất tín hiệu điều khiển chuyển đổi đến tín hiệu số đầu ổn định 133 - Hệ số nhiệt độ: Hệ số nhiệt độ biến thiên tương đối tín hiệu số đầu nhiệt độ biến đổi 10C phạm vi nhiệt độ công tác cho ph ép với điều kiện mức tương tự đầu vào không đổi - Tỉ số phụ thuộc công suất: Giả sử điện áp tương tự đầu vào không đổi, nguồn cung cấp cho ADC biến thiên mà ảnh hưởng đến tín hiệu số đầu lớn tỉ số phụ thuộc nguồn lớn 6.2.2 Vấn đề lấy mẫu giữ - Để biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, người ta khơng thể biến đổi giá trị tín hiệu tương tự mà biến đổi số gía trị cụ thể cách lấy mẫu tín hiệu theo chu kỳ xác định nhờ tín hiệu có dạng xung Ngồi ra, mạch biến đổi cần khoảng thời gian cụ thể (khoảng 1µs - 1ms) cần giữ mức tín hiệu biến đổi khoảng thời gian để mạch thực việc biến đổi xác Đó nhiệm vụ mạch lấy mẫu giữ Điện tương tự cần biến đổi lấy mẫu thời gian ngắn tụ nạp điện nhanh qua tổng trở thấp OP-AMP transistor dẫn giữ giá trị khoảng thời gian transistor ngưng (tụ phóng chậm qua tổng trở vào lớn OP-AMP) 6.2.3 Mạch ADC dùng điện áp tham chiếu nấc thang - Quá trình chuyển đổi A/D nhìn chung thực qua bước bản, là: lấy mẫu; nhớ mẫu; lượng tử hóa mã hóa Các bước ln ln kết hợp với trình thống - Định lý lấy mẫu: Đối với tín hiệu tương tự VI tín hiệu lấy mẫu VS sau q trình lấy mẫu khơi phục trở lại VI cách trung thực điều kiện sau thỏa mản: fS ³ 2fImax Trong fS : tần số lấy mẫu fImax : giới hạn giải tần số tương tự - Hình biểu diển cách lấy mẫu tín hiệu tương tự đầu vào Nếu biểu thức (10) thỏa mản ta dùng tụ lọc thơng thấp để khơi phục VI từ VS Hình 6.10 Lấy mẫu tín hiệu tương tự đầu vào - Vì lần chuyển đổi điện áp lấy mẫu thành tín hiệu số tương ứng cần có thời gian định nên phải nhớ mẫu khoảng thời gian cần thiết sau 134 lần lấy mẫu Điện áp tương tự đầu vào thực chuyển đổi A/D thực tế giá trị VI đại diện, giá trị kết lần lấy mẫu - Lượng tử hóa mã hóa: Tín hiệu số khơng rời rạc thời gian mà cịn khơng liên tục biến đổi giá trị Một giá trị tín hiệu số phải biểu thị bội số nguyên lần giá trị đơn vị đó, giá trị nhỏ chọn Nghĩa dùng tín hiệu số biểu thị điện áp lấy mẫu phải bắt điện áp lấy mẫu hóa thành bội số nguyên lần giá trị đơn vị Quá trình gọi lượng tử hóa Đơn vị chọn theo qui định gọi đơn vị lượng tử, kí hiệu D Như giá trị bit LSB tín hiệu số D Việc dùng mã nhị phân biểu thị giá trị tín hiệu số mã hóa Mã nhị phân có sau q trình tín hiệu đầu chuyên đổi A/D - Mạch lấy mẫu nhớ mẫu: Khi nối trực tiếp điện tương tự với đầu vào ADC, tiến trình biến đổi bị tác động ngược điện tương tự thay đổi tiến trình biến đổi Ta cải thiện tính ổn định tiến trình chuyển đổi cách sử dụng mạch lấy mẫu nhớ mẫu để ghi nhớ điện tương tự không đổi chu kỳ chuyển đổi diễn Hình 6.11 Mạch lấy mẫu nhớ mẫu - Khi đầu vào điều khiển = lúc chuyển mạch đóng mạch chế độ lấy mẫu - Khi đầu vào điều khiển = lúc chuyển mạch hở mạch chế độ giữ mẫu - Chuyển mạch đóng thời gian đủ dài để tụ Ch nạp đến giá trị dịng điện tín hiệu tương tự Ví dụ chuyển mạch đóng thời điểm t0 đầu A1 nạp nhanh tụ Ch lên đến điện tương tự V0 chuyển mạch mở tụ Ch trì điện để đầu A2 cung cấp mức điện cho ADC Bộ khuếch đại đệm A2 đặt trở kháng cao đầu vào nhằm không xả điện tụ cách đáng kể thời gian chuyển đổi ADC ADC chủ yếu nhận đựơc điện DC vào, tức V0 - Trong thực tế người ta sử dụng vi mạch LF198 mạch S/H tích hợp có thời gian thu nhận liệu tiêu biểu 4ms ứng với Ch = 1000pF, 20ms ứng với Ch = 135 0.01mF Tín hiệu máy tính sau mở chuyển mạch phép Ch trì giá trị cung cấp mức điện tương tự tương đối ổn định đầu A2 Hình 6.12 Vi mạch LF198 - Cấu trúc IC chuyển đổi tương tự - số Hình 6.13 Cấu trúc IC chuyển đổi tương tự - số - Mạch chuyển đổi tương tự - số (ADC) 136 +5V DIP SW1 VR1 SW1 A0 SW2 A1 SW3 A2 ADC0809 SW4 STR/ALE +5V RV1 L1 D7 L2 D6 L3 D5 L4 D4 L5 D3 L6 D2 L7 D1 L8 IN1 D8 EOC L10 Vref Hình 6.14 Mạch chuyển đổi tương tự - số 6.2.4 Mạch ADC gần lấy liên tiếp Do công nghiệp chế tạo cho ADC nhanh rẻ, nên tiêu tần số số hóa chip thường cao nhu cầu mạch ứng dụng Mặt khác, mạch ứng dụng thường thiết kế với nhiều nhịp số hóa chọn Nhằm khai thác tối đa lực ADC tránh phải bố trí mạch lọc anti-alias cho mức nhịp số hóa, kỹ thuật Oversampling vận dụng Nội dung kỹ thuật Oversampling là, tín hiệu số hóa tần cao K lần tần yêu cầu làm việc, sau kết xử lý "kỹ thuật lọc số", cộng chúng lại theo bước số hóa yêu cầu.[7] Giải thich ngưỡng độ phân giải Oversampling Kết cộng cho độ phân giải cao độ phân giải danh định ∆V chip, ví dụ đạt mức 20 bit ADC 16 bit, tức tăng bit Nếu cộng K số lại (cộng khơng có phủ chồng) gia tăng bit cao cỡ log2(K)/2, nhiên 137 độ phân giải thực tế bị chặn độ rộng dải bất định comparator chuyển mức hai mức kề nhau, tùy thuộc chất lượng chip sử dụng.[8] Trường hợp ADC lý tưởng ngưỡng phân biệt mức tín hiệu L L+1 ∆V nằm Trong thực tế comparator có dải bất định δV, giá trị tín hiệu rơi vào dải δV cho L L+1 Oversampling dùng chip có độ phân giải ∆V đạt độ phân giải cao cỡ δV Song quan sát tín hiệu DC biến đổi q chậm, ví dụ tín hiệu DC vào mức L + 0,7 ∆V, kết số hóa ln L+1, Oversampling khơng tăng Để khắc phục người ta đưa vào lượng nhiễu cưa nhỏ biết trước, loại kết cộng 6.2.5 Mạch ADC chuyển đổi song song Mạch đổi song song bit, bậc tiến trình 1v Cầu chia điện lập mức điện tham khảo cho mạch so sánh Ta thấy có mức mà trị giá 1, 2, 3, 4, 5,6,7v Điện tương tự vào VA đưa vào ngõ vào mạch so sánh 138 Hình 6.15 Sơ đồ mach ADC song song 3bit bảng chân lý Nếu V A1v, có ngõ mạch so sánh xuống thấp Các ngõ đưa vào mạch mã hoá ưu tiên tác động thấp, tạo số nhị phân tương ứng với chân mạch so sánh có hiệu lực Chân mạch so sánh có hịêu lực chân có số cao (nếu đồng thời có nhiều chân xuống thấp) Thí dụ, VA nằm 4v Các chân C1, C2 C3 thấp Tất chân khác cao Mạch mã hoá ưu tiên thực với trị giá thấp C3, cho ngõ CBA=011 (biễu diễn cho số nhị phân tương đương V A với độ phân giải 1v) Khi VA cao 7v, C1-C7 thấp Ngõ mạch mã hố CBA=111 Mạch ADC song song khơng cần xung đồng hồ, khơng có mạch đếm đồng thao tác tiến trình Tiến trình đổi gần tức thời, đặt V A vào Thời gian chuyển đổi tuỳ thuộc trễ mạch so sánh mạch mã hoá Mã hoá PCM thực tế : Khối mã hoá PCM ( Pulse Code Modulation.- Biến điệu mã xung ) thực tế xây dựng theo sơ đồ khối phần trước Hầu hết đặt IC 139 CÂU HỎI ÔN TẬP Câu hỏi Trình bày sơ đồ tổng qt, thơng số kỹ thuật chuyển đổi DAC ? Câu hỏi Trình bày kiến thức mạch DAC dùng điện trở có trị số khác ? Câu hỏi Trình bày kiến thức mạch ADC dùng điện trở R 2R ? Câu hỏi Trình bày kiến thức mạch DAC sử dụng nguồn dịng ? Câu hỏi Trình bày sơ đồ tổng quát, nguyên lý hoạt động, tiêu kỹ thuật chủ yếu ADC ? Câu hỏi Trình bày vấn đề lấy mẫu giữ mạch ADC ? Câu hỏi Trình bày kiến thức mạch ADC dùng điện áp tham chiếu nấc thang ? 140 Phần: KIẾN THỨC THỰC HÀNH Mạch chuyển đổi số sang tương tự (DAC) dùng IC DAC 0808 PHIẾU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH CÔNG VTÊC: Lắp ráp, khảo sát mạch chuyển đổi số sang tương tự (DAC) dùng IC DAC 0808 Bước công việc Bước Nội dung Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ, trang thiết bị - Lựa chọn dụng cụ, thiết bị, vật tư - Lựa chọn đủ - Dao, kìm cắt, bo cắm dụng cụ, thiết bị, - Đồng hồ vạn năng, vật tư - Nguồn điện DC - Điện trở, IC… Bước - Kiểm tra dụng cụ, thiết bị, vật tư - Lựa chọn phù hợp - Dao, kìm cắt, bo cắm - Thao tác đúng, chuẩn xác - Đồng hồ vạn năng, - Nguồn điện DC - Điện trở, IC… Bước - Lắp IC - Lắp R - Lắp Led - Dây nối Bước - Các linh kiện, dây - Điện trở, IC… kết nối bố trí hợp lý, chắn, vng góc, gọn gàng - Cấp nguồn - Lựa chọn phù hợp - Nguồn điện DC - Khảo sát trường hợp, kiểm nghiệm lại theo bảng chân lý - Thao tác đúng, chuẩn xác 141 1/B4/MĐ19 Ghi Mạch chuyển đổi tương tự sang số (ADC) dùng IC ADC 0809 PHIẾU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH CÔNG VTÊC: Lắp ráp, khảo sát mạch chuyển đổi tương tự sang số (ADC) dùng IC ADC 0809 Bước công việc Bước Nội dung Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ, trang thiết bị - Lựa chọn dụng cụ, thiết bị, vật tư - Lựa chọn đủ - Dao, kìm cắt, bo cắm dụng cụ, thiết bị, - Đồng hồ vạn năng, vật tư - Nguồn điện DC - Điện trở, IC… Bước - Kiểm tra dụng cụ, thiết bị, vật tư - Lựa chọn phù hợp - Dao, kìm cắt, bo cắm - Thao tác đúng, chuẩn xác - Đồng hồ vạn năng, - Nguồn điện DC - Điện trở, IC… Bước - Lắp IC - Lắp R - Lắp Led - Dây nối Bước - Các linh kiện, dây - Điện trở, IC… kết nối bố trí hợp lý, chắn, vng góc, gọn gàng - Cấp nguồn - Lựa chọn phù hợp - Nguồn điện DC - Khảo sát trường hợp, kiểm nghiệm lại theo bảng chân lý - Thao tác đúng, chuẩn xác 142 2/B4/MĐ19 Ghi XÁC NHẬN KHOA Bài giảng môn học/mô đun “Kỹ thuật xung số” bám sát nội dung chương trình mơn học, mơ đun Đáp ứng đầy đủ nội dung kiến thức, kỹ năng, lực tự chủ chương trình mơn học, mơ đun Đồng ý đưa vào làm Bài giảng cho môn học, mô đun Kỹ thuật xung sơ thay cho giáo trình Người biên soạn Lãnh đạo Khoa ( Ký, ghi rõ họ tên) ( Ký, ghi rõ họ tên) Đinh Phương Thùy Đỗ Xuân Sinh 143 ... biểu khái niệm xung điện, thông số xung điện, ý nghĩa xung điện kỹ thuật điện tử + Trình bày cấu tạo mạch dao động tạo xung mạch xử lí dạng xung + Trình bày khái niệm kỹ thuật số, cổng logic... trục tọa độ xung gọi đáy xung 1.1.2 Các thông số xung điện dãy xung 1.1.2.1 Các tham số xung điện Dạng xung vng lý tưởng trình bày U, off t on Hình 1.3: Các thơng số xung a Độ rộng xung Là thời... đoạn khoảng thời gian ngắn so sánh với trình độ mạch điện Xung điện kỹ thuật chia làm loại: loại xung xuất ngẫu nhiên mạch điện, mong muốn, gọi xung nhiễu, xung nhiễu thường có hình dạng (Hình