Giới thiệu IC

BÀI 07 : KỸ THUẬT ADC – DAC

3. Giới thiệu IC

Hiện nay trên thị trường cĩ nhiều loại IC cĩ chức năng chuyển đổi từ sớ sacng tương tự. Ở đây 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 đổi từ sớ sang tương tự. AD7524 là bộ chuyển đổi D/A 8 bit, dùng mạng R/2R ladder. Cĩ sơ đồ bên trong như hình 10.14.

148

Hình 10.14: Sơ đồ bên trong IC AD7524

AD7524 cĩ đầu vào 8 bit, cĩ thể bị chớt trong dưới sự điều khiển của đầu vào CHỌN CHIP (CS ) và đầu vào ghi (WR) khi cả hai đầu vào điều khiển này đều ở

mức thấp, thì 8 đầu vào dữ liệu D7 ÷ D0 sinh ra dịng tương tự OUT1 và OUT2 (thường OUT2 nới đất).

Nếu một trong hai đầu vào điều khiển lên cao thì lúc này dữ liệu vào bị chớt lại và đầu ra tương tự duy trì tại mức ứng với dữ liệu sớ bị chớt đĩ. Những thay đổi kế tiếp ở đầu vào sẽ khơng tác động đến ngõ ra tương tự OUT1 ở trạng thái chớt này. Các

thơng sớ của IC được liệt kê ở bảng sau: Bảng thơng sớ của IC DA7524

VDD = 5V VDD = 15V Đơn

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 đầu vào mức cao, VIH 2,4 13,5 V

Điện áp đầu vào mức thấp, VIL 0,8 1,5 V

CS thời gian cài đặc, tSU(CS) 40 40 ns

CS thời gian giữ, th(CS) 0 0 ns

Cài đặc thời gian dữ liệu đầu

vào, tSU(CS) 25 25 ns

Giữ thời gian dữ liệu đầu 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 tương ứng được trình bày ở bảng sau: Bảng quan hệ ngõ vào và ngõ ra

Đầu vào sớ (Digital input)

(Xem trong chú ý 1) Đầu ra tương tự

(Analog output)

149 11111111 10000001 10000000 01111111 00000000 -Vref (255/256) -Vref (129/256) -Vref (128/256) = -Vref /2 -Vref (1/256) 0 Chú ý 1: LSB = 1/256 (Vref ) Bảng quan hệ ngõ vào và ngõ ra Đầu vào sớ (Digital input)

(Xem trong chú ý 2) Đầu ra tương tự

(Analog output) MSB LSB 11111111 10000001 10000000 01111111 00000001 00000000 Vref (127/128) Vref (128) 0 -Vref (128) -Vref (127/128) -Vref Chú ý 2: LSB = 1/128 (Vref )

Ứng dụng của IC AD7524 thường dùng giao tiếp với các vi xử lý và vi điều khiển để chuyển đổi tín hiệu sớ sang tương tự nhằm điều khiển các đới tượng cần điều khiển. Sau đây là một sớ ứng dụng của 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 đổi D/A 8 bit dùng mạng R/2R ladder. Cĩ thể giao tiếp trực tiếp với các vi xử lý để mở rộng hoạt động chuyển đổi

D/A.

Sơ đồ chân và cấu trúc bên trong của DAC0830 như hình 10.16

Hình 10.16: Cấu trúc bên trong của ICDAC0804

151

- (CS )( CHIP SELECT) là chân chọn hoạt động ở mức thấp. Được kết hợp với

chân ITL để cĩ thể viết dữ liệu.

- ITL (INPUT LACTH ENABLE) là chân cho phép chớt 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 dữ liệu ngõ

vào chớt. Dữ liệu được chớt khi WR1 ở mức cao. Để chớt được dữ 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. Chân này kết hợp với chân WR1 cho phép

dữ liệu chớt ở ngõ vào mạch chớt 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 sớ trong đĩ DI0 là LSB cịn DI7 là MSB.

- I01 ngõ ra dịng DAC1. Cĩ trị sớ cực 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 cực đại thì I02 sẽ giảm từ cực

đại về 0 để sao cho I01 + I02 = hằng sớ.

- 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 đây là một sớ ứng dụng của DAC0830 chuyển đổi từ sớ sang tương tự

+ Điều khiển volume bằng sớ 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 đổi theo dữ liệu sớ vào. Dịng ra

thay đổi 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 đổi giá trị dịng.

* Lắp ráp mạch

+ Mạch chuyển đổi số - tương tự (DAC)

Thực tế cĩ một sớ IC chuyển đổi sớ - tương tự như: DAC 0808, DAC 0806,...Ở đây ta khảo sát IC DAC 0808.

154

* Yêu cầu:

- Lắp mạch như hình vẽ.

- Nới 8 ngõ vào từ A1 đến A8 lên 1, đo điện áp Vo bằng bao nhiêu? - Nới 8 ngõ vào từ A1 đến A8 xuớng 0, đo điện áp Vo cĩ bằng khơng? (lý tưởng bằng 0)

- Như vậy mạch đã cân chỉnh xong. Bây giờ ta thay đổi từ 00000000 đến 11111111 thì điện áp ra sẽ thay đổi từng nấc từ 0V đến 5V.

+ Mạch chuyển đổi tương tự - số (ADC)

Hiện nay trên thị trường cĩ rất nhiều loại ADC của nhiều hãng sản xuất khác nhau,... Ởđây chỉ giới thiệu IC ADC080x, cụ thể là IC ADC0804:

IC ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự sang sớ thuộc họ ADC800 của hãng National Semiconductor. Chip này cũng được nhiều hãng khác sản xuất. Chip cĩ điện áp nuơi +5V và độ phân giải 8 bit. Ngồi độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một tham sớ quan trọng khi đánh giá bộ ADC. Thời gian chuyển đổi được định nghĩa là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một sớ nhị phân. Đới với ADC0804 thì thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần sớ đồng hồ được cấp tới chân CLK và CLK IN và khơng bé hơn 110s.

* Chứa năng các chân của ADC0804:

- CS (Chip select) : Chân sớ 1, là chân chọn Chip, đầu vào tích cực mức thấp được sử dụng để kích hoạt Chip ADC0804. Để truy cập ADC0804 thì chân này phải ở mức thấp.

- RD (Read): Chân sớ 2, là một tín hiệu vào, tích cực ở mức thấp. Các bộ chuyển đổi đầu vào tương tự thành sớ nhị phân và giữ nĩ ở một thanh ghi trong. RD được sử dụng để cĩ dữ liệu đã được chuyển đổi tới đầu ra của ADC0804. Khi CS = 0 nếu cĩ một xung cao xuớng thấp áp đến chân RD thì dữ liệu ra dạng sớ 8 bit được đưa tới các chân dữ liệu (DB0 – DB7).

- WR (Write): Chân sớ 3, đây là chân vào tích cực mức thấp được dùng để báo cho ADC biết bắt đầu quá trình chuyển đổi. Nếu CS = 0 khi WR tạo ra xung cao xuớng thấp thì bộ ADC0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin về sớ nhị phân 8 bit. Khi việc chuyển đổi hồn tất thì chân INTR được ADC hạ xuớng thấp.

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 (chân sớ 4), là chân vào nới tới đồng hồ ngồi được sử dụng để tạo thời gian. Tuy nhiên ADC0804 cũng cĩ một bộ tạo xung đồng hồ riêng. Để dùng đồng hồ riêng thì các chân CLK IN và CLK R (chân sớ 19) được nới với một tụ điện và một điện trở (như hình vẽ). Khi ấy tần sớ được xác định bằng biểu thức: RC f 1 , 1 1 =

- Ngắt INTR (Interupt): Chân sớ 5, là chân ra tích cực mức thấp. Bình thường chân này ở trạng thái cao và khi việc chuyển đổi hồn tất thì nĩ xuớng thấp để báo cho CPU biết là dữ liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi. Sau khi INTR xuớng thấp, cần đặt CS = 0 và gửi một xung cao xuớng thấp tới chân RD để đưa dữ liệu ra.

- Vin (+) và Vin (-): Chân sớ 6 và chân sớ 7, đây là 2 đầu vào tương tự vi sai, trong đĩ Vin = Vin (+) – Vin (-). Thơng thường Vin (-) được nới tới đất và Vin (+) được dùng làm đầu vào tượng tự và sẽ được chuyển đổi về dạng sớ.

- Vcc: Chân sớ 20, là chân nguồn nuơi +5V. Chân này cịn được dùng làm điện

áp tham chiếu khi đầu vào VREF/2 để hở.

- VREF/2: Chân sớ 9, là chân điện áp đầu vào được dùng làm điện áp tham chiếu.

Nếu chân này hở thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm trong dải 0 ÷

+5V. Tuy nhiên, cĩ nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin khác với dải 0 ÷ +5V. Chân VREF/2 được dùng để thực hiện các điện áp đầu ra khác 0 ÷

+5V.

- D0 - D7: chân sớ 18 – 11, là các chân ra dữ liệu sớ (D7 là bit cao nhất MSB và

D0 là bit thấp nhất LSB). Các chân này được đệm ba trạng thái và dữ liệu đã được chuyển đổi chỉ được truy cập khi chân CS = 0 và chân RD đưa xuớng mức thấp. Để tính điện áp đầu ra ta tính theo cơng thức sau:

Lắp mạch, kiểm tra: Sơ đồ mạch uochhhhh i kichthuocb V D in out \ = Kích thước bước

156

Yêu cầu: Lắp mạch như hình vẽ.

Đo các thơng sớ của mạch:

- Chỉnh VR1 sao cho điện áp vào chân sớ 6 là 0V, Chỉnh VR2 sao cho điện

áp vào chân sớ 6 là 0V. D0D1D2D3D3D5D6D7=.....................................? - Chỉnh VR1 sao cho điện áp vào chân sớ 6 là 2,5V, Chỉnh VR2 sao cho

điện áp vào chân sớ 6 là 0V. D0D1D2D3D3D5D6D7=.....................................? - Chỉnh VR1 sao cho điện áp vào chân sớ 6 là 0V, Chỉnh VR2 sao cho điện

áp vào chân sớ 6 là 0V. D0D1D2D3D3D5D6D7=.....................................?

- Chỉnh VR1 sao cho điện áp vào chân sớ 6 là 5V, Chỉnh VR2 sao cho điện

157

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Mạch điện tử (tập 1 – 2), Nguyễn Tấn Phước, NXB TP HCM, 2005

[2] Kỹ thuật xung cơ bản và nâng cao, Nguyễn Tấn Phước, NXB TP HCM, 2002 [3] Kỹ thuật sớ, Nguyễn Thuý Vân, NXB KHKT, 2004

[4] Kỹ thuật điện tử sớ, Đặng Văn Chuyết, NXB Giáo dục. [5] Cơ sở kỹ thuật điện tử sớ, Vũ Đức Thọ, NXB Giáo dục.