Tín hiệu trong thế giới thực thường ở dạng tương tự (analog), nên mạch điều khiển thu thập dữ liệu từ đối tượng điều khiển về (thông qua các cảm biến) cũng ở dạng tương tự. Trong khi đó, bộ điều khiển ngày nay thường là các µP, µC xử lý dữ liệu ở dạng số (digital). Vì vậy, cần phải chuyển đổi tín hiệu ở dạng tương tự thành tín hiệu ở dạng số thông qua bộ biến đổi AD.
Có nhiều phương pháp biến đổi AD khác nhau, ở đây chỉ giới thiệu một số phương pháp điển hình.
Trong phương pháp này, bộ biến đổi DA được dùng như một thành phần trong mạch. Khoảng thời gian biến đổi được chia bởi nguồn xung clock bên ngoài. Đơn vị điều khiển là một mạch logic cho phép đáp ứng với tín hiệu Start để bắt đầu biến đổi. Khi đó, OPAMP so sánh hai tín hiệu vào analog để tạo ra tín hiệu digital biến đổi trạng thái của đơn vị điều khiển phụ thuộc vào tín hiệu analog nào có giá trị lớn hơn. Bộ biến đổi hoạt động theo các bước :
• Tín hiệu Start để bắt đầu biến đổi.
• Cứ mỗi xung clock, đơn vị điều khiển sửa đổi số nhị phân đầu ra và đưa vào lưu trữ trong thanh ghi.
• Số nhị phân trong thanh ghi được chuyển đổi thành áp analog vAX qua bộ biến đổi DA.
• OPAMP so sánh vAX với điện áp đầu vào vA. Nếu vAX < vA thì đầu ra ở mức cao, còn ngược lại, nếu vAX vượt qua vA một lượng vT (áp ngưỡng) thì đầu ra ở mức thấp và kết thúc quá trình biến đổi. Ở thời điểm này, vAX
được xấp xỉ bằng vA số nhị phân chứa trong thanh ghi chính l giá trị digital xấp xỉ của vA (theo một độ phân giải và chính xác nhất định của từng hệ thống).
• Đơn vị điều khiển kích hoạt tín hiệu EOC, báo rằng được kết theo quá
trình biến đổi. Dựa theo phương pháp này, có nhiều bộ biến đổi như sau :
+ -
vA
Đầu vào analog
Counter Bộ biến đổi DA . . . vAX Kết quả digital So snh OPAMP EOC S ta rt Clock Reset Clock v AX Start vA EOC tC Khi chuyển đổi hoàn tất, counter ngừng đếm
2.2. Giới thiệu về IC ADC 0804
Bộ ADC 0804 là một thiết bị CMOS tích hợp với một bộ chuyển đổi từ tương tự sang số 8 bit, bộ chọn 1 kênh với một bộ logic điều khiển tương thích. Bộ chuyển đổi AD 8 bit này dùng phương pháp chuyển đổi xấp xỉ tiếp.
Thiết bị này loại trừ khả năng cần thiết điều chỉnh điểm 0 bên ngoài và khả năng điều chỉnh tỉ số làm tròn ADC 0804 dễ dàng giao tiếp với các bộ vi xử lý.
• Sơ đồ chân ADC 0804:
Chức năng các chân:
CS: Ngõ vào cho phép RD,WR: Đọc ghi
INTR :cho phép chốt địa chỉ
DB0…DB7 : ngõ ra song song 8 bit CLK : xung đồng hồ
VREF : điện thế tham chiếu Vin+, Vin-: ngõ vào tương tự VCC, GND: nguồn cung cấp
Các đặc điểm của ADC 0804:
Độ phân giải 8 bit
. Tổng sai số chưa chỉnh định ± ½ LSB; ± 1 LSB . Thời gian chuyển đổi: 100µs ở tần số 640 kHz . Nguồn cung cấp + 5V
. Điện áp ngõ vào 0 – 5V
. Tần số xung clock 10kHz – 1280 kHz . Nhiệt độ hoạt động - 40oC đến 85oC
. Dễ dàng giao tiếp với vi xử lý hoặc dùng riêng . Không cần điều chỉnh zero hoặc đầy thang Nguyên lý hoạt động:
ADC 0804 có 1 vào tương tự để chuyển đổi sang số 8 bit.
Sau khi kích xung start thì bộ chuyển đổi bắt đầu hoạt động ở cạnh xuống của xung INTR, lúc này bit cơ trọng số lớn nhất (MSB) được đặt lên mức 1, tất cả các bit còn lại ở mức 0, đồng thời tạo ra điện thế có giá trị Vref/2, điện thế này được so sánh với điện thế vào in. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Nếu Vin > Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 1. + Nếu Vin < Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 0.
Tương tự như vậy bit kế tiếp MSB được đặt lên 1 và tạo ra điện thế có giá trị Vref/4 và cũng so sánh với điện áp ngõ vào Vin. Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi xác định được bit cuối cùng. Khi đó chân INTR lên mức 1 báo cho biết đã kết thúc chuyển đổi.
Trong suốt quá trình chuyển đổi nếu có 1 xung start tác động thì ADC sẽ ngưng chuyển đổi.
Mã ra N cho một ngõ vào tùy ý là một số nguyên.
) ( ) ( ) ( ) .( 256 − + − − − = ref ref ref IN V V V V N
Trong đó Vin: điện áp ngõ vào hệ so sánh. Vref(+): điện áp tại chân REF(+). Vref(-): điện áp tại chân REF(-).
Nếu chọn Vref(-) = 0 thì N = 256. ) (+ ref in V V
Vref(+) = Vcc = 5V thì đầy thang là 256.
• Mạch tạo xung clock cho ADC 0804: Sử dụng mạch dao động dùng RC để tạo dao động cho ADC như sau:
C 1 1 0 0 p R 1 1 0 K Tần số dao động của mạch là f = RC 1 . 1 1 Tần số dao động chuẩn là 600 kHz đến 700Khz Với R từ 1kΩ đến vài chục kΩ chọn R =15 kΩ⇒ C = 100 pF => f = 3 9 10 . 100 . 10 . 15 1 − = 667Khz
Từ những điều trên ta kết luận rằng các bước cần phải thực hiện khi chuyển đổi dữ liệu bởi ADC0804 là:
Bật CS = 0 và gửi một xung thấp lên cao tới chân WR để bắt đầu chuyển đổi.
Duy trì hiển thị chân INTR. Nếu INTR xuống thấp thì việc chuyển đổi được hoàn tất và ta có thể sang bước kế tiếp. Nếu INTR cao tiếp tục thăm dò cho đến khi nó xuống thấp.
Sau khi chân INTR xuống thấp, ta bật CS = 0 và gửi một xung cao xuống thấp đến chân RD để lấy dữ liệu ra khỏi chip ADC0804. Phân chia thời gian cho quá trình này được trình bày như hình 8.
Hình 8: Phân chia thời gian đọc và ghi của ADC0804
CHƯƠNG 4
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 1.SƠ ĐỒ KHỐI
Hệ hoạt động theo chương trình đã nạp trên ROM , qua sự điều khiển của MCU 8051 phần cảm biến nhiệt đặt ở nơi ta muốn đo, nó sẽ đọc tín hiệu của nhiệt độ qua mức điện áp tín hiệu analog được chuyển thành tín hiệu số và giao tiếp với hệ thống qua data bus.
Trên cơ sở chương trình được nạp trên ROM và tín hiệu nhận được, MCU cho phép thiết bị ngoại vi hoạt động như : hiển thị giá trị nhiệt độ tương ứng điều khiển nhiệt độ thích hợp.