BÀI 07 : KỸ THUẬT ADC – DAC
3. Giới thiệu IC
Hiện nay trên thị trường cĩ nhiều loại IC cĩ chức năng chuyển đ i từ s sacng tư ng t . Ở đ y chỉ giới thiệu 2 loại IC thơng dụng, các loại khác bạn đọc cĩ thể tham khảo trong Datasheet hay trên Internet.
3.1. IC AD7524
IC AD7524 ( IC CMOS) là IC chuyên dụng dùng để chuyển đ i từ s sang tư ng t . AD7524 là bộ chuyển đ i D/A 8 bit, dùng mạng R/2R ladder. Cĩ s đồ bên trong như hình 10.14.
148
Hình 10.14: Sơ đồ b n trong IC AD7524
AD7524 cĩ đ u vào 8 bit, cĩ thể bị ch t trong dưới s điều khiển c a đ u vào CHỌN CHIP (CS) và đ u vào ghi (WR) khi cả hai đ u vào điều khiển này đều ở mức thấp, thì 8 đ u vào d liệu D7 ÷ D0 sinh ra dịng tư ng t OUT1 và OUT2 (thường OUT2 n i đất).
Nếu một trong hai đ u vào điều khiển lên cao thì lúc này d liệu vào bị ch t lại và đ u ra tư ng t duy trì tại mức ứng với d liệu s bị ch t đĩ. Nh ng thay đ i kế tiếp ở đ u vào sẽ khơng tác động đến ngõ ra tư ng t OUT1 ở trạng thái ch t này. Các thơng s c a IC được liệt kê ở bảng sau:
Bảng thơng s c a IC DA7524
VDD = 5V VDD = 15V Đ n vị MIN NOM
MAX
MIN NOM MAX Điện áp nguồn cấp, VDD 4,75 5
5,25
14,5 15 15,5 V
Điện áp tham chiếu, Vref +10 +10 V
Điện áp đ u vào mức cao, VIH 2,4 13,5 V
Điện áp đ u vào mức thấp, VIL 0,8 1,5 V
CS thời gian cài đặc, tSU(CS) 40 40 ns
CS thời gian gi , th(CS) 0 0 ns
Cài đặc thời gian d liệu đ u vào, tSU(CS)
25 25 ns
Gi thời gian d liệu đ u vào, tSU(CS)
10 10 ns
Chu kỳ xung, WR low, tw(WR) 40 40 ns
Nhiệt độ mơi trường hoạt động, TA
-55 125
-55 125 0C
Quan hệ ngõ vào và ngõ ra tư ng ứng được trình bày ở bảng sau: Bảng quan hệ ngõ vào và ngõ ra
Đ u vào s (Digital input)
(Xem trong chú 1) Đ u ra tư ng t (Analog output)
149 11111111 10000001 10000000 01111111 00000000 -Vref (255/256) -Vref (129/256) -Vref (128/256) = -Vref /2 -Vref (1/256) 0 Chú 1: LSB = 1/256 (Vref ) Bảng quan hệ ngõ vào và ngõ ra Đ u vào s (Digital input)
(Xem trong chú 2) Đ u ra tư ng t (Analog output)
MSB LSB 11111111 10000001 10000000 01111111 00000001 00000000 Vref (127/128) Vref (128) 0 -Vref (128) -Vref (127/128) -Vref Chú 2: LSB = 1/128 (Vref )
Ứng dụng c a IC AD7524 thường dùng giao tiếp với các vi xử l và vi điều khiển để chuyển đ i tín hiệu s sang tư ng t nhằm điều khiển các đ i tượng c n điều khiển. Sau đ y là một s ứng dụng c a IC AD7524 giao tiếp với các IC khác như hình 10.15
Hình 10.15a: Giao tiếp giữa AD7524 với 6800
150
Hình 10.15c: Giao tiếp giữa AD7524 với Z-80A
3. 2 IC DAC0830
DAC 0830 là IC thuộc họ CMOS. Là bộ chuyển đ i D/A 8 bit dùng mạng R/2R ladder. Cĩ thể giao tiếp tr c tiếp với các vi xử l để mở rộng hoạt động chuyển đ i D/A.
S đồ ch n và cấu trúc bên trong c a DAC0830 như hình 10.16
Hình 10.16: Cấu trúc b n trong của ICDAC0804
151
- (CS )( CHIP SELECT) là ch n chọn hoạt động ở mức thấp. Được kết hợp với ch n ITL để cĩ thể viết d liệu.
- ITL (INPUT LACTH ENABLE) là ch n cho phép ch t ngõ vào, hoạt động ở mức cao. ITL kết hợp với (CS ) để cho phép viết.
- WR1 (WRITE) hoạt động ở mức thấp. Được sử dụng để nạp các bit d liệu ngõ vào ch t. D liệu được ch t khi WR1 ở mức cao. Để ch t được d liệu vào thì (CS) và WR1 phải ở mức thấp trong khi đĩ ITL phải ở mức cao.
- WR1 (WRITE) tác động ở mức thấp. Ch n này kết hợp với ch n WR1 cho phép d liệu ch t ở ngõ vào mạch ch t được truyền tới thanh nghi DAC trong IC.
- WR1 (TRANSFER CONTROL SIGNAL) tác động ở mức thấp. Cho phép WR1 được viết.
- DI0 – DI7 là các ngõ vào s trong đĩ DI0 là LSB cịn DI7 là MSB.
- I01 ngõ ra dịng DAC1. Cĩ trị s c c đại khi tất cả các bit vào đều bằng 1, cịn bằng 0 khi tất cả các bit vào đều bằng 0.
- I02 ngõ ra dịng DAC2. Nếu I01 tăng từ 0 cho đến c c đại thì I02 sẽ giảm từ c c đại về 0 để sao cho I01 + I02 = hằng s .
- Rfb điện trở hồi tiếp nằm trong IC. Luơn được sử dụng để hồi tiếp cho Op Amp mắc ở ngồi.
- Vref ngõ vào điện áp tham chiếu từ -10 đến +10V. - VCC điện áp nguồn cấp cho IC hoạt động từ 5 đến 15V. - GND (mass) chung cho I01 và I02.
Sau đ y là một s ứng dụng c a DAC0830 chuyển đ i từ s sang tư ng t + Điều khiển volume bằng s như hình 10.17
Hình 10.17: Ứng dụng DAC0830 để điều khiển Volume
152
Hình 10.18: Ứng dụng DAC 0830 để điều khiển máy phát sĩng
153 A2 6 VREF+ 14 VEE 3 A1 5 IOUT 4 A3 7 A4 8 A5 9 A6 10 A7 11 A8 12 VREF- 15 COMP 16 DAC0808 -5V R1 4k7 R2 4k7 +5V R3 4k7 C1 0.1u +88.8 Volts SW5 SW6 SW1 SW2 SW3 SW4 +5 SW7 SW8 Hình 10.19: Bộ điều khiển dịng bằng số Cơng thức tính dịng ra: 2 1 3 1 1 256 OUT REF FB R D I V R R R
+ DAC8030 cĩ thể điều khiển được dịng ra thay đ i theo d liệu s vào. Dịng ra thay đ i từ 4mA (khi D = 0) đến 19.9mA (khi D = 255).
+ Mạch điện trên sử dụng cho các mức điện áp vào khác nhau từ 16V đến 55V. + P2 thay đ i giá trị dịng.
* Lắp ráp mạch
+ Mạch chuyển đổi số - tƣơng tự (DAC)
Th c tế cĩ một s IC chuyển đ i s - tư ng t như: DAC 0808, DAC 0806,...Ở đ y ta khảo sát IC DAC 0808.
154 * Yêu c u:
- Lắp mạch như hình vẽ.
- N i 8 ngõ vào từ A1 đến A8 lên 1, đo điện áp Vo bằng bao nhiêu? - N i 8 ngõ vào từ A1 đến A8 xu ng 0, đo điện áp Vo cĩ bằng khơng? (l tưởng bằng 0)
- Như vậy mạch đ c n chỉnh xong. B y giờ ta thay đ i từ 00000000 đến 11111111 thì điện áp ra sẽ thay đ i từng nấc từ 0V đến 5V.
+ Mạch chuyển đổi tƣơng tự - số (ADC)
Hiện nay trên thị trường cĩ rất nhiều loại ADC c a nhiều h ng sản xuất khác nhau,... Ở đ y chỉ giới thiệu IC ADC080x, cụ thể là IC ADC0804:
IC ADC0804 là bộ chuyển đ i tư ng t sang s thuộc họ ADC800 c a h ng National Semiconductor. Chip này c ng được nhiều h ng khác sản xuất. Chip cĩ điện áp nuơi +5V và độ ph n giải 8 bit. Ngồi độ ph n giải thì thời gian chuyển đ i c ng là một tham s quan trọng khi đánh giá bộ ADC. Thời gian chuyển đ i được định ngh a là thời gian mà bộ ADC c n để chuyển một đ u vào tư ng t thành một s nhị ph n. Đ i với ADC0804 thì thời gian chuyển đ i phụ thuộc vào t n s đồng hồ được cấp tới ch n CLK và CLK IN và khơng bé h n 110s.
* Chứa năng các ch n c a ADC0804:
- CS (Chip select) : Ch n s 1, là ch n chọn Chip, đ u vào tích c c mức thấp được sử dụng để kích hoạt Chip ADC0804. Để truy cập ADC0804 thì ch n này phải ở mức thấp.
- RD (Read): Ch n s 2, là một tín hiệu vào, tích c c ở mức thấp. Các bộ chuyển đ i đ u vào tư ng t thành s nhị ph n và gi nĩ ở một thanh ghi trong. RD được sử dụng để cĩ d liệu đ được chuyển đ i tới đ u ra c a ADC0804. Khi CS = 0 nếu cĩ một xung cao xu ng thấp áp đến ch n RD thì d liệu ra dạng s 8 bit được đưa tới các ch n d liệu (DB0 – DB7).
- WR (Write): Ch n s 3, đ y là ch n vào tích c c mức thấp được dùng để báo cho ADC biết bắt đ u quá trình chuyển đ i. Nếu CS = 0 khi WR tạo ra xung cao xu ng thấp thì bộ ADC0804 bắt đ u quá trình chuyển đ i giá trị đ u vào tư ng t Vin về s nhị ph n 8 bit. Khi việc chuyển đ i hồn tất thì ch n
155 R2 10k +5 VIN+ 6 VIN- 7 VREF/2 9 CLK IN 4 A GND 8 RD 2 WR 3 INTR 5 CS 1 D GND 10 DB7(MSB) 11 DB6 12 DB5 13 DB4 14 DB3 15 DB2 16 DB1 17 DB0(LSB) 18 CLK R 19 VCC 20 U1 ADC0804 C2 33p ? ? ? ? ? ? ? ? RV2 10k RV1 10k +88.8 Volts R1 10k +88.8 Volts +88.8 Volts
- CLK IN và CLK R : CLK IN (ch n s 4), là ch n vào n i tới đồng hồ ngồi được sử dụng để tạo thời gian. Tuy nhiên ADC0804 c ng cĩ một bộ tạo xung đồng hồ riêng. Để dùng đồng hồ riêng thì các ch n CLK IN và CLK R (ch n s 19) được n i với một tụ điện và một điện trở (như hình vẽ). Khi ấy t n s được xác định bằng biểu thức: RC f 1 , 1 1
- Ngắt INTR (Interupt): Ch n s 5, là ch n ra tích c c mức thấp. Bình thường ch n này ở trạng thái cao và khi việc chuyển đ i hồn tất thì nĩ xu ng thấp để báo cho CPU biết là d liệu chuyển đ i sẵn sàng để lấy đi. Sau khi INTR xu ng thấp, c n đặt CS = 0 và gửi một xung cao xu ng thấp tới ch n RD để đưa d liệu ra.
- Vin (+) và Vin (-): Ch n s 6 và ch n s 7, đ y là 2 đ u vào tư ng t vi sai, trong đĩ Vin = Vin (+) – Vin (-). Thơng thường Vin (-) được n i tới đất và Vin (+) được dùng làm đ u vào tượng t và sẽ được chuyển đ i về dạng s .
- Vcc: Ch n s 20, là ch n nguồn nuơi +5V. Ch n này cịn được dùng làm điện áp tham chiếu khi đ u vào VREF/2 để hở.
- VREF/2: Ch n s 9, là ch n điện áp đ u vào được dùng làm điện áp tham chiếu. Nếu ch n này hở thì điện áp đ u vào tư ng t cho ADC0804 nằm trong dải 0 ÷ +5V. Tuy nhiên, cĩ nhiều ứng dụng mà đ u vào tư ng t áp đến Vin khác với
dải 0 ÷ +5V. Ch n VREF/2 được dùng để th c hiện các điện áp đ u ra khác 0 ÷ +5V.
- D0 - D7: ch n s 18 – 11, là các ch n ra d liệu s (D7 là bit cao nhất MSB và D0 là bit thấp nhất LSB). Các ch n này được đệm ba trạng thái và d liệu đ được chuyển đ i chỉ được truy cập khi ch n CS = 0 và ch n RD đưa xu ng mức thấp. Để tính điện áp đ u ra ta tính theo cơng thức sau:
Lắp mạch, kiểm tra: S đồ mạch uochhhhh i kichthuocb V D in out \ Kích thước bước
156 Yêu c u: Lắp mạch như hình vẽ.
Đo các thơng s c a mạch:
- Chỉnh VR1 sao cho điện áp vào ch n s 6 là 0V, Chỉnh VR2 sao cho điện áp vào ch n s 6 là 0V. D0D1D2D3D3D5D6D7=.....................................?
- Chỉnh VR1 sao cho điện áp vào ch n s 6 là 2,5V, Chỉnh VR2 sao cho điện áp vào ch n s 6 là 0V. D0D1D2D3D3D5D6D7=.....................................?
- Chỉnh VR1 sao cho điện áp vào ch n s 6 là 0V, Chỉnh VR2 sao cho điện áp vào ch n s 6 là 0V. D0D1D2D3D3D5D6D7=.....................................?
- Chỉnh VR1 sao cho điện áp vào ch n s 6 là 5V, Chỉnh VR2 sao cho điện áp vào ch n s 6 là 0V. D0D1D2D3D3D5D6D7=.....................................?
157
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Mạch điện tử (tập 1 – 2), Nguyễn Tấn Phước, NXB TP HCM, 2005
[2] Kỹ thuật xung c bản và n ng cao, Nguyễn Tấn Phước, NXB TP HCM, 2002 [3] Kỹ thuật s , Nguyễn Thu V n, NXB KHKT, 2004
[4] Kỹ thuật điện tử s , Đặng Văn Chuyết, NXB Giáo dục. [5] C sở kỹ thuật điện tử s , V Đức Thọ, NXB Giáo dục.