Mỏy đo số hiện nay thƣờng đƣợc thiết kế dựa trờn cỏc hệ vi xử lý, hay hệ vi điều khiển cú cấu trỳc nhƣ một mỏy tớnh chuyờn dụng. Sơ đồ cấu trỳc tổng quỏt của một thiết bị đo số (cả mỏy đo và thiết bị tạo tớn hiệu) nhƣ sau:
Trong số đồ trờn, tớn hiệu mang thụng tin đo hoặc tớn hiệu tạo ra đƣợc đƣa vào hoặc đƣa ra từ bộ chuyển đổi /Mạch vào(ra).
– Sơ đồ cấu trỳc thiết bị đo số
- Bộ chuyển đổi (Transducer)/Mạch vào(ra): Biến đổi cỏc đại lƣợng phi điện thành đại lƣợng điện, hoặc biến đổi cỏc dạng năng lƣợng ở đầu vào thành tớn hiệu điện… Nếu đầu vào hoặc đầu ra là tớn hiệu điện thỡ đú là khối Mạch vào, cũn nếu là thiết bị tạo tớn hiệu thỡ đú là Mạch ra. Vớ dụ cỏc bộ chuyển đổi dựng trong đo lƣờng nhƣ sau: Cặp nhiệt điện, Điện trở nhiệt, tinh thể ỏp điện (biến đổi ỏp suất thành điện ỏp), biến đổi cụng suất siờu cao tần thành tớn hiệu điện, cỏc loại bộ cảm biến sensor…
- Khối xử lý tớn hiệu tương tự: Thực hiện cỏc tiền xử lý với tớn hiệu tƣơng tự khuếch đại, lọc nhiễu, phối hợp trở khỏng, đổi tần, phõn ỏp, suy giảm, khuyếch đại cụng suất, lấy mẫu và giữ mẫu… Sử dụng những mạch riờng biệt để tỏch những đặc tớnh riờng trong dạng tớn hiệu vào và cú thể cú chức năng quan trọng nữa là so sỏnh tớn hệu tƣơng tự với một tớn hiệu chuẩn tƣơng tự, tạo ra tớn hiệu cú tỉ lệ biờn độ, tần số, dạng… phự hợp với đầu vào của tầng tiếp theo.
- ADC/DAC: Trong trƣờng hợp là thiết bị đo thỡ thực hiện chức năng ADC - biến đổi tớn hiệu tƣơng tự - tớn hiệu số. Cũn trong trƣờng hợp mỏy tạo tớn hiệu thỡ thực hiện chức năng DAC - biến đổi tớn hiệu số thành tớn hiệu tƣơng tự.
- Khối xử lý tớn hiệu: bản chất nhƣ một mỏy tớnh chuyờn dụng (gồm cú cỏc bộ vi xử lý, bộ nhớ và giao diện vào ra I/O) đƣợc thiết kế phự hợp với những yờu cầu điều khiển và tớnh toỏn trong mỏy đo. Khối này cú thể cú một hay nhiều bộ vi xử lý, bộ vi điều khiển, bộ xử lý tớn hiệu số DSP… để thực hiện việc điều khiển chung cho mỏy đo và thực hiện tớnh toỏn số liệu thụ từ ADC. Số liệu này sẽ đƣợc tớnh toỏn thành cỏc thụng tin đo lƣờng theo một thuật toỏn nào đú. Cỏc thao tỏc xử lý tớn hiệu số chủ yếu ở khối này cú thể là:
+ Chọn lọc thụng tin: vớ dụ nhƣ tớnh toỏn biờn độ, chu kỳ tớn hiệu… Bộ chuyển đổi /Mạch vào(ra) Xử lý tớn hiệu tƣơng tự Giao diện ngƣời sử dụng ADC /DAC Nguồn nuụi
RAM ROM I/O
Vi xử lý (P) vào hoặc ra Giao diện số Tớn hiệu tƣơng tự Tớn hiệu điều khiển Thụng tin Số liệu số Khối xử lý số
50
DFT biến đổi số liệu biểu diễn trong miền thời gian thành số liệu biểu diễn trong miền tần số.
+ Kết hợp với những thụng tớn thớch hợp.
+ Định dạng thụng tin cho truyền thụng qua giao diện thụng tin: giao diện ngƣời sử dụng, giao diện mỏy tớnh…, vớ dụ nhƣ số liệu 3 chiều cú thể miờu tả bằng màn hỡnh 2 chiều…
Chức năng khỏc của khối này là ứng dụng những hệ số chuẩn húa cho số liệu, thực hiệu kết hợp bự sai số, hệ số chuẩn húa với thụng tin để làm tăng độ chớnh xỏc, độ tuyến tớnh, độ tin cậy của phộp đo. Bờn cạnh đú khối này cũn thực hiện điều khiển cỏc khối khỏc.
- Giao diện người sử dụng: Thực hiện chỉ thị cỏc kết quả đo, hay nhận cỏc thao tỏc điều khiển thiết bị từ ngƣời sử dụng nhƣ điều khiển từ bàn phớm, nỳm xoay, chuột..., yờu cầu của khối này là phải hiển thị kết quả dễ dàng cho ngƣời sử dụng, trỏnh hiểu sai thụng tin đƣa ra bởi mỏy đo. Màn hỡnh chỉ thị thƣờng dựng cơ cấu chỉ thị số nhƣ màn hỡnh LCD với nhiều số và nhiều dũng văn bản, màn hỡnh ma trận, màn hỡnh ống tia điện tử…
- Giao diện số: Vớ dụ nhƣ RS232, Ethernet, USB hay một số chuẩn giao diện số đặc biệt dựng trong đo lƣờng nhƣ GPIB..., cho phộp truyền thụng tin giữa mỏy đo với mỏy tớnh hay với cỏc mỏy đo khỏc trong hệ thống thụng tin đo lƣờng. Cỏc chuẩn giao diện này quy định khuụn dạng thụng tin, ngụn ngữ điều khiển, cấu trỳc dữ liệu để thực hiện trao đổi thụng tin và điều khiển giữa mỏy đo và mỏy tớnh.