I. ADC:
3.3.Nguyên lý hoạt động:
2. Nguyên lý chuyển đổi:
3.3.Nguyên lý hoạt động:
Để biến đổi ADC phải có điện áp tham chiếu, sự so sánh Vin với áp tham chiếu sẽ cho kết quả biến đổi.
Có thể hình dung bộ ADC là một dãy các cặp mạch so sánh và mạch trừ, các giá trị VREF/2, VREF/4, VREF/8, VREF/16, VREF/32, VREF/64, VREF/128, VREF/256, VREF/512, VREF/1024 là những ngưỡng so sánh (hai giá trị cuối chỉ có ở bộ ADC 10 bit). Nếu Vin lớn hơn ngưỡng lớn nhất thì bit tương ứng bằng 1, mạch trừ thực hiện, kết quả sẽ so sánh với ngưỡng liền kề, nến Vin nhỏ hơn ngưỡng này thì bit 0 được tạo ra, mạch trừ sẽ trừ cho 0, kết quả lại so sánh với ngưỡng liền kề. Cứ thế so sánh và trừ cho đến ngưỡng cuối cùng. Hình vẽ sau mô tả cơ chế biến đổi tínhiệu tương tự thành số nhị phân 10 bit (giá trị lớn nhất là 1023, nhỏ nhất là 0).
Ví dụ1: Với mạch ADC 10 bit như trên, áp VREF là 5 Volt, Vin = 3 Volt thì kết quả biến đổi là bao nhiêu?
Ta có VREF/2 = 2.5 volt <Vin = 3 V → bit 1 = 1.
Mạch trừ cho kết quả là 0.5 Volt, VREF/4 = 1.250 V > 0.5 → bit 2 = 0 Mạch trừ cho kết quả là 0.5 Volt, VREF/8 = 0.625 V > 0.5 → bit 3 = 0 Mạch trừ cho kết quả là 0.5 Volt, VREF/16 = 0.3125 V < 0.5 → bit 4 = 1
Mạch trừ cho kết quả là 0.1875 Volt, VREF/32 = 0.15625 V < 0.1875 → bit 5 = 1 Mạch trừ cho kết quả là 0.03125 Volt, VREF/64 = 0.078125 V > 0.03125 → bit 6 = 0 Mạch trừ cho kết quả là 0.03125 Volt, VREF/128 = 0.0390625 V > 0.03125 → bit 7 = 0 Mạch trừ cho kết quả là 0.03125 Volt, VREF/256 = 0.01953125V< 0.03125 → bit 8 = 1 Mạch trừ cho kết quả là 0.01171875 Volt, VREF/512 = 0.009765625V < 0.01171875 → bit 9 = 1.
Mạch trừ cho kết quả là 0.001953125 Volt, VREF/1024 = 0.0048828125V > 0.001953125 → bit 10 = 0.
Vậy giá trị số thu được sau biến đổi là 10011001102 = 614.
Nghĩa là: b9b8b7b6b5b4b3b2b1b0 = 1001100110
Lưu ý: [3x1024/5] = [614.4] = 614
Vậy Vin = 3 V, VREF = 5 V và số bit ngõ ra (10 bit) hay cụ thể hơn là số 210 =1024 có mối quan hệ như thế nào?
Đặt tên cho số bit kết quả là n, kết quả là KQ, do có n bit nên có thể có 2n giá trị mà KQ có thể nhận được đi từ 000…02 đến 111…12.
2020 TRANG 41
Trên một trục ngang tượng trưng cho điện áp, người ta chia đoạn [0, VREF] thành 2n
khoảng đều nhau, mỗi khoảng có độ rộng.
Ví dụ: với VREF = 5V, n = 10 thì V = 5/1024 = 0.0048828125 V. Ta có hình vẽ sau:
Với điện áp Vin thỏa k ≤ Vi ≤ (k+1) thì kết quả biến đổi của Vin là k.
Tổng quát ta có công thức mô tả quan hệ điện áp vào với VREF và số bit ngõ ra như sau: n in REF 2 KQ= V . V (lấy phần nguyên). n : Số bit ngõ ra củ bộ ADC.
VREF : Điện áp tham chiếu (ứng với ngõ ra là số nhị phân lớn nhất) Vin : Điện áp vào.
Trở lại ví dụ 1 trên, thay vì ta phải phân tích, so sánh, lấy hiệu 10 lần để có 10 bit ngõ ra ta có thể áp dụng ngay công thức biến đổi này để có kết quả ADC:
n 10 in REF 2 2 KQ = V . 3. 614.4 614 V 5
Trong bài toán biến đổi ADC, việc xây dựng công thức tính giá trị của đại lượng lấy mẫu theo KQ biến đổi là việc bắt buộc phải thực hiện được. Có mối quan hệ này ta mới biểu biễn kết quả một cách phù hợp và chính xác cho từng đối tượng đo. Trong từng trường hợp, quan hệ đại lượng đo-điện áp ra, hệ số mạch khuếch đại khác nhau, bắt buộc người viết chương trình phải hiểu rõ quan hệ này.
Một lưu ý rất quan trọng khi thiết kế mạch phục vụ cho ADC: Tín hiệu sau khi khuếch đại sẽ thay đổi theo sự thay đổi của đại lượng đo, tuy nhiên việc khuếch đại cần đảm bảo khi đại lượng cần đo thay đổi trong toàn bộ tầm đo thì giá trị điện áp lấy mẫu cũng thay đổi và lấp đầy dãy giá trị [0, VREF], điều này giúp bộ biến đổi ADC có thể thực hiện với độ chính xác cao nhất của nó.
Ví dụ 2: Với mạch ADC 8 bit như trên, áp VREF = 5 Volt, Vin = 3.7 Volt thì kết quả biến đổi là bao nhiêu?
2020 TRANG 42 n in REF 2 KQ= V . V = 3.7x256/5 = 189 = 1011 11012 => b7b6b5b4 b3b2b1b0 = 1011 1101. II. ADC: 1. Khái niệm:
DAC là bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu điện áp (DAC hay D/A converter).
2. Nguyên lý chuyển đổi:
2.1 Sơ đồ khối của bộ chuyển đổi:
Hình 3.3. Sơ đồ khối bộ biến đổi tín hiệu tương tự sang số ADC.
2.2 Cấu trúc bộ chuyển đổi:
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});