Linh kieơn thu thaơp dữ lieơu ADC0809 là linh kieơn CMOS đơn tinh theơ, có mách biên đoơi tương tự sang sô A/D (analog to digital converter), mách đa hợp 8 keđnh (8 – channel multiplexer) và mách logic đieău khieơn tương thích với boơ vi xử lý. Mách biên đoơi A/D 8 bit sử dúng phép xâp xư lieđn tiêp làm kỹ thuaơt biên đoơi. Mách biên đoơi được đaịc trưng
baỉng mách so sánh, mách chia đieơn áp 256 đieơn trở có cađy chuyeơn mách tương tự (analog swich tree) và thanh ghi xâp xư lieđn tiêp (successive approximation register). Mách đa hợp 8 keđnh có theơ truy caơp trực tiêp bât kỳ tín hieơu nào trong 8 tín hieơu tương tự ở ngõ vào cụa ADC0809.
Linh kieơn này lối bỏ các nhu caău hieơu chưnh zero và toàn giai (full-scale) beđn ngoài. Tính giao dieơn deê dàng với các boơ vi xử lý được cung câp bởi các ngõ vào địa chư mách ghép keđnh được chôt và được giại mã, và các ngõ ra 3-tráng thái TTL được chôt.
Thiêt kê cụa ADC0809 được tôi ưu hóa baỉng cách kêt hợp chaịt chẽ các khía cánh được ưa chuoơng nhât cụa kỹ thuaơt biên đoơi A/D. ADC0809 cho ta tôc đoơ cao, đoơ chính xác cao, phú thuoơc tôi thieơu vào nhieơt đoơ, đoơ chính xác và tính laịp lái trong thời gian dài rât tôt, cođng suât tieđu thú ít nhât. Với các tính chât này làm cho linh kieơn phù hợp lý tưởng trong các ứng dúng, từ xử lý và đieău khieơn máy móc đên các ứng dúng cụa người tieđu thú và các ứng dúng tự đoơng.
Sơ đoă chađn cụa ADC0809
Ý nghĩa các chađn
• IN0 đên IN7 : 8 keđnh ngõ vào tương tự.
• A, B, C : ba chađn giại mã chĩn moơt trong 8 ngõ vào IN0 đên IN7.
• 2-1 đên 2-8 : ngõ ra song song 8 bit.
• ALE : cho phép chôt địa chư.
• START : xung cho phép baĩt đaău quá trình chuyeơn đoêi.
• CLK : xung clock.
• REF (+) : đieơn thê tham chiêu dương.
• REF ( - ) : đieơn thê tham chiêu ađm.
• VCC : nguoăn cung câp DC cho chip ADC hốt đoơng.
Các đaịc đieơm cụa ADC0809
• Chip ADC0809 có đoơ phađn giại 8 bit.
• Có 8 ngõ thu nhaơn tín hieơu, cho phép ta thu nhaơn cùng lúc các tín hieơu đieơn tim thuaơn tieơn cho vieơc so sánh.
• Sai sô toơng khođng hieơu chưnh là ± 1/2 LSB và ±1 LSB.
• Thời gian chuyeơn đoơi là 100µs ở taăn sô 640 kHz.
• Nguoăn cung câp VCC = +5V.
• Đieơn áp ở 8 keđnh ngõ vào bị giới hán trong khạng 0 đên +5V.
• Taăn sô xung clock 10 kHz đên 1280 kHz.
• Nhieơt đoơ hốt đoơng -40o đên 85o.
• Cođng suât thâp khoạng 15mW.
• Khođng caăn đieău chưnh zero hoaịc toàn giai.
• Hốt đoơng với chuaơn đieơn áp 5 VDC hoaịc chuaơn đieơn áp được hieơu chưnh theo khoạng đieơn áp tương tự ở ngõ vào.
• Các ngõ ra tương thích với các đaịc tính cụa mức đieơn áp TTL.
Câu táo cụa ADC
Hình 3.24. Sơ đoă khôi cụa ADC 0809
Các tín hieơu cụa ba đáo trình chuaơn cụa sóng đieơn tim sẽ ở dáng tương tự (analog)
được đưa vào 3 keđnh ngõ vào cụa ADC 0809. Tái moơt thời đieơm thì boơ chĩn keđnh chư cho
moơt tín hieơu đi qua ở moơt keđnh. Sau khi qua taăng đeơm và taăng khuêch đái sẽ được lây
mău đeơ đưa vào boơ chuyeơn đoơi A/D. Sau 100µs ở 8 keđnh ngõ ra ta thu được 8 bit nhị phađn
là tín hieơu sô (digital).
Nguyeđn lý hốt đoơng cụa ADC0809
Nguyeđn lý hốt đoơng chính cụa ADC là dựa tređn phương pháp làm rời rác tín hieơu thođng qua vieơc lây mău theo bieđn đoơ hoaịc theo thời gian. Sau đó các mău này sẽ được cho xâp xư lieđn tiêp. Neđn tín hieơu ngõ ra sẽ được lây xâp xư cụa tín hieơu ngõ vào.
Hình 3.25. Nguyeđn lý hốt đoơng cụa ADC0809
Chip ADC0809 có 8 keđnh ngõ vào tương tự cho phép giám sát đoăng thời 8 boơ cạm biên đưa vào các chađn từ IN0 đên IN7. Ngõ ra 8 bit có theơ chĩn 1 trong 8 ngõ vào tương tự đeơ chuyeơn đoơi sang sô 8 bit.
Các ngõ vào được chĩn baỉng cách giại mã địa chư nhờ 3 chađn: ADD A, ADD B, ADD C như bạng tráng thái sau :
Sau khi chĩn keđnh thì ta chôt địa chư baỉng cách kích hốt chađn cho phép chôt địa chư ALE (Adress Latch Enable), tức là đưa moơt xung thâp leđn cao đeơ chôt địa chư.
Sau khi kích xung START thì boơ chuyeơn đoơi baĩt đâu hốt đoơng ở cánh xuông cụa xung START, quá trình chuyeơn đoơi baĩt đaău được thực hieơn trong thời gian khoạng 100µs ,
tức là khoạng 8 xung clock (tính từ cánh cuông cụa xung START) thì quá trình chuyeơn đoơi kêt thúc và được báo hieơu baỉng ngõ ra EOC xuông mức thâp. [4]
Thanh ghi xâp xư lieđn tiêp SAR (successive approximation register) thực hieơn 8 laăn laịp lái đeơ xâp xư đieơn áp ngõ vào. Đôi với bât kì mách chuyeơn đoơi nào thuoơc lối SAR, sô laăn laịp lái là n laăn cho mách biên đoơi n-bit. Hình 3. dưới đađy trình bày moơt thí dú đieơn hình cho mách biên đoơi 3-bit. Ở các chip ADC0808 và ADC0809, kỹ thuaơt xâp xư được mở roơng đên 8-bit sử dúng máng 256R.
Giạ sử chip ADC biên đoơi 3-bit thì ta có 23 = 8 mức, tức là đieơn áp moêi mức sẽ tương ứng với đieơn áp ngõ vào chia cho 8, đó cũng chính là đoơ phađn giại cụa ADC.
Nhưng với ADC0809 có khạ naíng chuyeơn đoơi 8 bit thì ta có 28 = 256 mức, vaơy đoơ phađn giại cụa ADC0809 sẽ baỉng đieơn áp vào chia cho 256.
Các đieơn áp VREF (+) và VREF (-) sẽ thiêt laơp neđn đieơn áp tham chiêu.
Nêu VREF (-) = GND và VREF (+) = +5V thì đoơ phađn giại là 5V/256 = 19.53mV≈ 20mV.
Lúc này bit có trĩng sô lớn nhât (MSB _ ngõ ra ở chađn 2-1) được tích cực, tât cạ các bit còn lái khođng tích cực, đoăng thời ADC táo ra đieơn thê có giá trị VREF /2 được đem so sánh với đieơn thê ngõ vào VIN.
Nêu VIN ≥ VREF /2 thì bit MSB ở mức 1, ngược lái thì bit MSB ở mức 0. Tương tự như vaơy cho bit kê bit MSB (ngõ ra ở chađn 2-2) được tích cực và ADC táo ra đieơn thê có giá trị VREF /4 và cũng được so sánh với đieơn áp ngõ vào VIN. Nêu VIN ≥ VREF /4 thì bit này ở mức 1 và ngược lái ở mức 0. Cứ như vaơy cho đên bit LSB thì đieơn áp ADC táo ra là VREF / 256 được đem so sánh với VIN.
Vaơy nêu ta có đieơn áp vào là 1V thì ta có 1V/19.53mV ≈ 51 mức, tín hieơu ra ở dáng sô Binary thì 51D = 00110011B.
Trong suôt quá trình chuyeơn đoơi thì chađn OE (Output Enable) được đaịt ở mức 1, muôn đĩc được dữ lieơu ra thì chađn OE phại xuông mức 0. Nêu trong quá trình chuyeơn đoơi có moơt xung START tác đoơng thì laơp tức ADC sẽ ngưng quá trình chuyeơn đoơi.
Tóm lái quá trình chuyeơn đoơi cụa ADC baĩt đaău từ vieơc chĩn keđnh ngõ vào, sau đó cho moơt xung kích đên chađn START và chôt địa chư baỉng moơt xung thâp leđn cao đên chađn ALE, kê đên là cho phép tín hieơu ngõ ra OE và cuôi cùng là vieơc kieơm tra chađn EOC đeơ biêt quá trình chuyeơn đoơi đã kêt thúc hay chưa. Tât cạ những cođng vieơc đieău khieơn tređn đeău do vi đieău khieơn hĩ 8051 thực hieơn và đieău này sẽ được trình bày ở phaăn kê tiêp veă vi đieău khieơn).
