1.1. Khái niệm và các thơng số kỹ thuật
a. Khái niệm
Bộ chuyển đổi tương tự sang số – ADC (Analog to Digital Converter) lấy mức điện
thế vào tương tự sau đĩ một thời gian sẽ sinh ra mã đầu ra dạng số biểu diễn đầu vào tương tự. Tiến trình biến đổi A/D thường phức tạp và mất nhiều thời gian hơn tiến trình chuyển đổi D/A. Do đĩ cĩ nhiều phương pháp khác nhau để chuyển đổi từ tương tự sang số. Hình vẽ 7.7 là sơ đồ khối của một lớp ADC đơn giản.
Hoạt động cơ bản của lớp ADC thuộc loại này như sau:
- Xung lệnh START khởi đợng sự hoạt động của hệ thống.
-Xung Clock quyết định bộ điều khiển liên tục chỉnh sửa số nhị phân lưu trong
thanh ghi.
-Số nhị phân trong thanh ghi được DAC chuyển đổi thành mức điện thế tương tự
VAX.
-Bộ so sánh so sánh VAXvới đầu vào trương tự VA. Nếu VAX < VA đầu ra của bộ
so sánh lên mức cao. Nếu VAX > VAít nhất bằng một khoảng VT(điện thế ngưỡng), đầu
ra của bộ so sánh sẽ xuống mức thấp và ngừng tiến trình biến đổi số nhị phân ở thanh ghi.
Tại thời điểm này VAXxấp xỉ VA. giá dtrị nhị phân ở thanh ghi là đại lượng số tương
đương VAXvà cũng là đại lượng số tương đương VA, trong giới hạn độ phân giải và độ
chính xác của hệ thống.
-Logic điều khiển kích hoạt tín hiệu ECO khi chu kỳ chuyển đổi kết thúc.
Tiến trình này cĩ thể cĩ nhiều thay dổi đối với một số loại ADC khác, chủ yếu là sự
khác nhau ở cách thức bộ điều khiển sửa đổi số nhị phân trong thanh ghi.
b. Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của ADC
- Độ phân giải
Độ phân gải của một ADC biểu thị bằng số bit của tín hiệu số đầu ra. Số lượng bit nhiều sai số lượng tử càng nhỏ, độ chính xác càng cao.
- Dải động, điện trở đầu vào.
Mức logic của tín hiệu số đầu ra và khả năng chịu tải (nối vào đầu vào).
- Độ chính xác tương đối
Nếu lý tưởng hĩa thì tất cả các điểm chuyển đổi phải nằm trên một đường thẳng. Độ chính xác tương đối là sai số của các điểm chuyển đổi thực tế so với đặc tuyến chuyển đổi lý tưởng. Ngồi ra cịn yêu cầu ADC khơng bị mất bit trong tồn bộ phạm vi cơng tác.
- Tốc độ chuyển đổi
Tốc độ chuyển đổi được xác định thời gian bởi thời gian cần thiết hồn thành một lần chuyển đổi A/D. Thời gian này tính từ khi xuất hiện tín hiệu điều khiển chuyển đổi đến khi tín hiệu số đầu ra đã ổn định.
Hệ số nhiệt độ là biến thiên tương đối tín hiệu số đầu ra khi nhiệt độ biến đổi 10C trong phạm vi nhiệt độ cơng tác cho ph ép với điều kiện mức tương tự đầu vào khơng đổi.
- Tỉ số phụ thuộc cơng suất
Giả sử điện áp tương tự đầu vào khơng đổi, nếu nguồn cung cấp cho ADC biến thiên mà ảnh hưởng đến tín hiệu số đầu ra càng lớn thì tỉ số phụ thuộc nguồn càng lớn.
- Cơng suất tiêu hao.
1.2. IC chuyển đổi ADC
Trong kĩ thuật điện tử thì việc chuyển đổi các dạng tín hiệu rất là quan trọng .Trong nhiều
trường hợp chúng ta phải chuyển đổi từ dạng tín hiệu tương tự sang tín hiệu tín hiệu số
và ngược lại .Vậy nĩ chuyển đổi như nào và Ic thực tế ra sao ,hơm nay chúng tơi xin giới
thiệu 1 loại Ic dùng rất phổ biến trong thực tế đĩ làADC 0804 - Ic chuyển đổi tương tự
sang số ,Vậy nĩ cĩ cấu tạo chân như nào và nguyên lí hoạt động ra sao,các bạn hãy cùng
chúng tơi đi tìm hiểu nĩ nhé .
Hình; 7.2 IC ADC0804
Ta cĩ thể hiểu đơn giản bơ chuyển đổi tương tự số ADC(Anaolog to Digital Converter)
thực hiện 3 bước đĩ theo thứ tự là tín hiệu vào là tương tự sau đĩ qua bước lấy mẫu ,lượng tử hĩa ,mã hĩa thì sẽ cho ra được tín hiệu số.Việc xử lý 3 quá trình trên rất phức tạp yêu cầu độ chính xác rất cao nên mạch điện yêu cầu điện dung,điện cảm lắp ráp phải cực bé,tốc độ làm việc lớn nên mạch khơng thể thực hiện bằng cách lắp mạch lắp bằng linh kiện dời nên các nhà sản xuất linh kiện đã đĩng gĩi mạch điện thực hiện 3 quá trình
trên vào 1 vỏ gọi là chip ADC .Các chip này được sử dụng rất rộng rãi trong mạch điện tử.Trên thị trường hiện nay phổ biến là ADC 0804 ,ADC 0809, ADC 0804 và bài viết này
sẽ giới thiệu cơ bảnvề ADC 0804
Cấu hình Chíp ADC 0804
Hình:7.3 Sơ đồ chân của IC Chức năng của từng chân .
Chân 1(chân CS : Chip Seclect) : là chân chọn chíp tích cực ở mức thấp nghĩa là muốn
chân này làm việc thì ta phải nối mass cịn khơng làm việc thì ta nối lên V+.
Chân 2(chân RD : Read Data) : Đây là chân cho phép đọc dữ liệu ra tích cực ở mức thấp
nghĩa là tín hiệu tương tự ở đầu vào Vin (+) và Vin(-) sau khi được chuyển đổi thành tín
hiệu số nĩ sẽ được lưu ở trong thanh ghi chọn chíp chưa được phép xuất ra chân DB0 đến
DB7 và chỉ khi nào điện áp từ chân 2 từ mức cao xuống mức thấp thì dữ liệu mới được
xuất ra chân 11 đến chân 18 để ta lấy đi .
Chân 3(chân WR : Write Data) :là chân ghi dư liệu,là chân cho phép thực hiện chuyển
đổi,chân này cũng tích cực ở mức thấpnghĩa là khi chân này ở mức cao kéo xuống mức
thấp thì tín hiệu vào Vin mới được phép chuyển đổi thành tín hiệu số.Chú ý khi đang thực
hiện chuyển đổi,tín hiệu ở đầu ra DB0 đến DB7vẫn chốt ở thời điểm trước đĩ
Chân 4,9( chân CLK IN và CLK R ) : là các chân của mạch dao động tạo xung
timer 555 vào chân 4,khi đĩ chân 9 nối mass.Nhưng để tiện cho người sử dụng ,nhà sản xuất đã lắp trong chíp 1 bộ dao động và 2 chân CLK IN và CLK R sẽ nối tụ điện và điện trở bên ngồi.Đây chính là mạch thời hằng của mạch dao động và nĩ quyết định tần số .
Chân 5( chân INTR : Interrupt) : Chânngắt cũng tích cực ở mức thấp .Chân này cũng là
1 trong các chân ra của chip,nĩ báo cho ta biết quá trình chuyển đổi đã kết thúc hay chưa ,bình thường chân này ở mức cao và khi quá trình chuyển đổi kết thúc thì chân này xuống mức thấp để báo cho ta biết là nĩ đã chuyển đổi xong cịn nĩ vẫn ở mức cao tức là quá trình vẫn chưa xong .
Chân 6,7 (chân Vin) : là các chân vào của tín hiệu tương tự
Chân 8,10 ( chân AGND ,DGND ) là các chân mass của tín hiệu tương tự và tín hiệu số :
AGND (Analog GND),DGND(Digital GND)
Chân 9(chân VREF/2) là chân cấp điện áp tham chiếu nếu điện áp chuyển đổi đưa vào
đầu vào Vin từ 0V đến 5V thì chân này sẽ cĩ điện áp là 2.5V. Chú ý nếu điện áp đưa vào đầu vào chuyển đổi Vin từ 0 đến 5V thì chân này cĩ thể bỏ hở vì nguồn cấp cho Ic là 5V khi đĩ chân này sẽ hiểu cĩ điện áp là 2.5V.
Chân 18,17,16,15,14,13,12,11 (chân DB0 đến DB7) là các chân ra ở dạng số .
Chân 20(V+) là chân cấp nguồn cho Ic .Bất kìa một Ic nào muốn hoạt động thì ta phải
cấp nguồn nuơi cho nĩ và Ic DAC 0804 cũng vậy .và nĩ được cấp nguồn là 5V.
Theo cấu trúc và nguyên lí hoạt động của chíp này mà ta nghiên cứu ở trên và các chip ADC nĩ chúng thì để sử dụng Ic này cách tốt nhất là kết hợp nĩ với các Ic vi xử lý và lập trinh để xử dụng nĩ ví dụ như 8051.
Ví dụ Mạch giao tiếp cảm biến .