›
›

Giáo trình thực tập Kỹ thuật số - Bài 15: Bộ chuyển đổi tương tự - Số (Analog to Digital Converter)

Download
Bµi 15: Bé chuyÓn ®æi t−¬ng tù - sè  
(Analog to Digital Converter)  
A. PhÇn tãm t¾t lý thuyÕt  
1. Bé biÕn ®æi t−¬ng tù/sè (ADC).  
H×nh vÏ sau m« t¶ chøc n¨ng cña ADC 4 bit.  
B¶ng ch©n lý cña bé ADC nµy cã thÓ lÊy toµn bé sè liÖu trong b¶ng ch©n lý bé  
DAC bµi tr−íc. M¹ch ®iÖn bè trÝ bªn trong cña bé ADC kh¸ phøc t¹p. D−íi ®©y  
chØ lµ mét vÝ dô s¬ ®å logic cña bé ADC nµy bao gåm mét DAC, mét m¹ch ®Õm  
modun 16, mét cöa vµ, mét m¹ch so s¸nh ®iÖn ¸p.  
M¹ch so s¸nh thùc hiÖn viÖc so s¸nh ®iÖn ¸p ë ®Çu vµo A vµ ®iÖn ¸p ë ®Çu vµo  
B. NÕu ®iÖn ¸p lèi vµo A lín h¬n ®iÖn ¸p lèi vµo B (A > B) th× møc logic ®Çu ra X  
cña Comparator lµ cao (A > B, X = 1). Ng−îc l¹i th× møc logic ®Çu ra thÊp (A < B,  
X = 0).  
196  
§Çu vµo  
§Çu ra  
t−¬ng tù  
nhÞ ph©n  
§−êng  
Vra(v)  
D C B A  
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10  
11  
12  
13  
14  
15  
16  
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0,4  
0,8  
1,2  
1,6  
2,0  
2,4  
2,8  
3,2  
3,6  
4,0  
4,4  
4,8  
5,2  
5,6  
6,0  
0 1  
0
1
1
1
1
1
0
0
1
1
Gi¶ sö ®iÖn ¸p Vvµo bé ADC lµ 1,5V vµ m¹ch ®Õm ®· ®−îc xo¸ tr−íc khi ho¹t  
®éng. Tr¶i qua 5 chu tr×nh, bé ADC biÕn ®æi ®iÖn ¸p t−¬ng tù ®Çu vµo 1,5V thµnh  
®Çu ra nhÞ ph©n 0100 theo ®óng b¶ng ch©n lý. Qu¸ tr×nh diÔn ra nh− sau:  
Chu  
Tr×nh  
M¹ch so s¸nh  
M¹ch ®Õm  
ChØ thÞ LED  
DAC  
Vra  
Cöa vµ  
Sè TT  
A
B
X
CK  
X
CP QD QC QB QA  
D
C
B
A
1
2
3
4
5
1,5v  
0
1
1
1
1
0
CK  
CK  
CK  
CK  
CK  
1
1
1
1
1
CP  
CP  
CP  
CP  
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
0,4  
0,8  
1,2  
1,6  
1,6  
1,5v 0,4  
1,5v 0,8  
1,5v 1,2  
1,5v 1,6  
1
0
Kh«ng cã xung nhÞp  
(dõng)  
(dõng)  
ViÖc ph©n tÝch nh− trªn ®Ó dÔ hiÓu vÒ sù ho¹t ®éng cña mét bé ADC. Qu¸  
tr×nh x¶y ra rÊt nhanh tuú theo tÇn sè cña xung nhÞp CK. TÇn sè nµy cã thÓ trªn  
1 MHz. Cã nhiÒu kiÓu ADC ®· ®−îc sö dông. KiÓu nãi trªn lµ “kiÓu ®Õm bËc  
thang”. Cã lo¹i ADC trong ®ã kh«ng dïng m¹ch ®Õm mµ dïng m¹ch ph¸t bËc  
thang. Lo¹i nµy gäi lµ kiÓu “bËc thang”. Lo¹i cã tèc ®é biÕn ®æi rÊt nhanh gäi lµ  
“kiÓu gÇn ®óng liªn tiÕp” lo¹i nµy cã cÊu tróc bªn trong phøc t¹p h¬n.  
197  
2. Th«ng sè ®Æc tr−ng.  
H×nh vÏ sau gióp ta hiÓu râ ý nghÜa cña mét sè th«ng sè.  
§iÖn ¸p (hay dßng) biÕn ®æi theo bËc (step) , mçi bËc t−¬ng øng víi mét l−îng  
t¨ng ®iÖn ¸p gäi lµ l−îng t¨ng 1LSB. Danh tõ nµy b¾t nguån tõ chç ®iÖn ¸p thay  
®æi ngay tõ bit cã ý nghÜa nhá nhÊt. ChÊt l−îng cña mét bé biÕn ®æi ®−îc ®¸nh gi¸  
b»ng ®é ph©n gi¶i. §é ph©n gi¶i tÝnh b»ng tû sè l−îng t¨ng 1 LSB víi gi¸ trÞ cùc  
®¹i cña ®¹i l−îng t−¬ng tù. VÝ dô trong bé DAC 4 bit mµ ta ®−a ra vÝ dô ë trªn ®é  
ph©n gi¶i b»ng :  
0,4  
6,0  
1
=
15  
C«ng thøc tæng qu¸t nh− sau:  
1
§é ph©n gi¶i =  
; n lµ sè bit  
2n −1  
Sè bit cµng lín vµ do ®ã ®é ph©n gi¶i cµng nhá th× chÊt l−îng cµng cao. §é  
1
1
1
ph©n gi¶i cña bé biÕn ®æi 6 bit lµ  
, 8 bit lµ  
, 10 bit lµ  
vµ 12 bit lµ  
63  
255  
1.023  
1
...  
4.095  
Sù thay ®æi nhÞp nhµng (hay ®¬n ®iÖu) cña mét bé biÕn ®æi lµ rÊt cÇn thiÕt,  
nhÊt lµ bé DAC (h×nh a phÇn trªn). H×nh b lµ kh«ng nhÞp nhµng bëi v× cã ®o¹n mµ  
®iÖn ¸p kh«ng t¨ng ®óng 1 LSB khi sè nhÞ ph©n thay ®æi. So víi ®−êng chuÈn  
1
1
(chÊm chÊm), sai sè gÆp ph¶i lµ + LSB vµ tiÕp theo ®ã lµ − LSB. Sai sè cho  
2
2
1
2
phÐp lµ ph¶i nhá h¬n ±  
LSB cho toµn thang ®o.  
198  
Thêi gian thiÕt lËp tS cña DAC lµ thêi gian cÇn thiÕt ®Ó ®iÖn ¸p ®Çu ra ®¹t  
1
®−îc gi¸ trÞ æn ®Þnh trong ph¹m vi sai sè ± LSB (tS = ns ÷ µ s).  
2
Cã rÊt nhiÒu lo¹i DAC vµ ADC víi ph¹m vi øng dông kh¸c nhau. Do vËy, khi  
dïng DAC hoÆc ADC ta ph¶i biÕt ®Çy ®ñ c¸c ®Æc tr−ng vµ kh¶ n¨ng øng dông cña  
chóng.  
199  
B. PhÇn thùc nghiÖm  
1. Nghiªn cøu bé biÕn ®æi t−¬ng tù - sè (ADC) theo kiÓu ®Õm bËc thang  
ƒ Ngµy nay ng−êi ta ®· s¶n xuÊt nhiÒu bé ADC d−íi d¹ng chÝp hoµn chØnh.  
Tuy nhiªn s¬ ®å nguyªn lý cña m¹ch ®iÖn tö bªn trong chÝp vÉn theo  
nguyªn t¾c chung nh− ta tr×nh bµy trong lý thuyÕt. Bé ADC nµo còng cã  
m¹ch so s¸nh vµ bé DAC. Sù kh¸c nhau ë chç ng−êi ta sö dông lo¹i m¹ch  
nµo n»m gi÷a Comparator vµ DAC ®Ó t¹o tÝn hiÖu bËc thang. NÕu dïng  
m¹ch ®Õm nh− ta nãi ë trªn th× ®ã lµ Counter – Ramp ADC. NÕu lµ m¹ch  
ph¸t bËc thang (Ram Generator) ®ã lµ Ramp ADC, nÕu lµ m¹ch ghi gÇn  
®óng liªn tiÕp (Successive aproximation Register = Sar) ®ã lµ SAR ADC.  
ƒ
Sau ®©y ta sÏ nghiªn cøu bé biÕn ®æi ADC kiÓu bËc thang cã s¬ ®å khèi  
nh− sau:  
CLR  
CLOCK  
Generator  
Binary  
CK  
1Hz  
8
Output  
74LS161  
Counter  
(leddisplaY)  
8
Vi  
Hex –  
7 seg  
DAC – 03  
8
display  
(D/A Converterr)  
V0  
ƒ S¬ ®å thÝ nghiÖm:  
200  
CLR  
5V  
5V  
74LS161A  
0/5V  
CEP  
CET  
CP  
PE  
MR  
1
TC  
Q3  
Q2  
Q1  
Q0  
1
Hz  
3
2
1
0
D3  
D2  
D1  
D0  
7
Q7  
6
5
4
3
Q6  
Q5  
Q4  
Q3  
Q2  
Q1  
5V  
74LS161A  
CEP  
CET  
CP  
PE  
MR  
5V  
TC  
Q3  
Q2  
Q1  
Q0  
7
6
5
4
D3  
D2  
D1  
D0  
Data in  
Bé so s¸nh  
2
1
___  
2.5V  
V+  
OUT  
OUT  
GND  
Vi  
IN+  
IN-  
0
Q0  
V- LATCH  
DAC8  
7
6
5
4
3
2
1
0
D7  
D6  
D5  
D4  
Vout  
5V  
Vref+ D3  
Vref- D2  
D1  
2.500  
V
Vo  
DC  
V
D0  
ƒ C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm:  
B−íc1:  
Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông:  
01 DAC 8 bÝt [Data Converters/D-A/DAC8]  
01 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch]  
(s)  
(9)  
01 V«n kÕ [Analog/Intruments/Multimeter]  
01 Bé so s¸nh [Comparaters/Comparators/AD 8561]  
08 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display]  
01 M¸y ph¸t chøc n¨ng [Analog/Instruments/Signal Gen]  
02 IC 74LS161 [Digital by Number/741xx/74161]  
Chó ý:  
[ ]  
( )  
§−êng dÉn ®Ó lÊy linh kiÖn trong th− viÖn  
Ký hiÖu phÝm t¾t  
B−íc 2:  
-
-
-
Chän chÕ ®é m« pháng analog: Simulation -> Analog Mode  
§Æt Multimeter ho¹t ®éng ë chÕ ®é ®o: DC Voltage  
§Æt chÕ ®é m¸y ph¸t:  
201  
KÝch ®óp chuét vµo biÓu t−îng m¸y ph¸t. Chän d¹ng sãng ph¸t lµ “Sin  
Wawe Data”. Sau ®ã ®Æt c¸c gi¸ trÞ theo b¶ng sau:  
B−íc 3:  
- TiÕn hµnh thÝ nghiÖm vµ ®iÒn ®Çy ®ñ vµo b¶ng sè liÖu sau:  
Vi (V)  
Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 VO  
0 0 0 0 0 0 0 0  
CLR  
0
x
0
0,96  
1,80  
2,50  
3,20  
5,00  
1
1
1
1
1
- Thay ®æi tÇn sè xung nhÞp CK, tiÕn hµnh l¹i thÝ nghiÖm vµ so s¸nh víi kÕt  
qu¶ trªn (chó ý tiÕn hµnh thÝ nghiÖm víi c¸c Vi nh− trªn):  
2. Nghiªn cøu bé biÕn ®æi t−¬ng tù - sè (ADC) theo kiÓu gÇn ®óng liªn  
tiÕp (Suceesive – Approximation – Type ADC)  
ƒ ë ®©y cã sö dông “m¹ch ghi gÇn ®óng liªn tiÕp” (SAR) ®Æt xen gi÷a m¹ch  
so s¸nh vµ DAC. ¦u viÖt cña ADC theo kiÓu nµy lµ tèc ®é nhanh. NÕu dïng  
ADC 8 bit th× chØ cÇn 8 xung nhÞp lµ ®ñ ®Ó ®iÖn ¸p ra V0 cña DAC tiÕn tíi  
l©n cËn gi¸ trÞ ®iÖn ¸p vµo Vi.  
ƒ S¬ ®å khèi ®−îc bè trÝ nh− sau:  
202  
START  
CK  
EOC  
74LS502`  
SAR  
8
Vi  
Binary  
DAC - 03  
output  
8
8
(D/A Converter)  
(lED dispay)  
V0  
ƒ S¬ ®å thÝ nghiÖm:  
0V  
Start  
1
0/5V  
7
Q7  
74LS502  
Q7  
7
6
5
4
3
2
1
0
1
Hz  
6
5
4
3
CK  
Q6  
Q6  
Q5  
Q4  
Q3  
Q2  
Q1  
Q5  
Start  
Q4  
Q3  
Qd  
Q2  
5V  
Q1  
Q0  
D
Data in  
Bé so s¸nh  
2
1
___  
2.5V  
Vi  
V+  
OUT  
OUT  
GND  
IN+  
IN-  
0
Q0  
V- LATCH  
DAC8  
D7  
7
6
5
4
3
2
1
0
D6  
Vout  
D5  
D4  
5V  
Vref+ D3  
Vref- D2  
D1  
2.500  
V
Vo  
DC  
V
D0  
ƒ C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm:  
B−íc1:  
Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông:  
01 DAC 8 bÝt [Data Converters/D-A/DAC8]  
01 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch]  
(s)  
203  
01 V«n kÕ [Analog/Intruments/Multimeter]  
01 Bé so s¸nh [Comparaters/Comparators/AD 8561]  
08 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display]  
01 M¸y ph¸t chøc n¨ng [Analog/Instruments/Signal Gen]  
01 IC 74LS502 [User Difined/Macro/74LS502]  
(9)  
B−íc 2:  
-
-
-
Chän chÕ ®é m« pháng analog: Simulation -> Analog Mode  
§Æt Multimeter ho¹t ®éng ë chÕ ®é ®o: DC Voltage  
§Æt chÕ ®é m¸y ph¸t:  
KÝch ®óp chuét vµo biÓu t−îng m¸y ph¸t. Chän d¹ng sãng ph¸t lµ “Sin  
Wawe Data”. Sau ®ã ®Æt c¸c gi¸ trÞ theo b¶ng sau:  
B−íc 3:  
- TiÕn hµnh thÝ nghiÖm vµ ®iÒn ®Çy ®ñ vµo b¶ng sè liÖu sau:  
Vi (V)  
Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 VO  
0 0 0 0 0 0 0 0  
CLR  
0
x
0
0,96  
1,80  
2,50  
3,20  
5,00  
1
1
1
1
1
- Thay ®æi tÇn sè xung nhÞp CK, tiÕn hµnh l¹i thÝ nghiÖm vµ so s¸nh víi kÕt  
qu¶ trªn (chó ý tiÕn hµnh thÝ nghiÖm víi c¸c Vi nh− trªn):  
204  
C. Phô lôc  
Giíi thiÖu DataSheet c¸c h·ng s¶n xuÊt IC trªn thÕ giíi cña mét sè IC th«ng  
dông sö dông trong bµi thùc hµnh.  
1. Bé chuyÓn ®æi A/D 8 bit víi 8 kªnh lèi vµo  
(8-bit µP Compatible A/D Converters with 8-channel Multiplexer)  
Tªn IC: ADC0808, ADC0809  
205  
2. Bé chuyÓn ®æi A/D 8 bit  
(8-bit A/D Converters)  
Tªn IC: ADC0802, ADC0803, ADC0804  
206  
207  
3. Bé chuyÓn ®æi A/D hiÖn thÞ 3 sè r−ìi  
Tªn IC: ADC7106, ADC7107  
208  
4. Bé chuyÓn ®æi A/D 12 bit  
Tªn IC: ADC7109  
209  
210  
pdf 15 trang myanh 21340 Free
Download
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình thực tập Kỹ thuật số - Bài 15: Bộ chuyển đổi tương tự - Số (Analog to Digital Converter)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_thuc_tap_ky_thuat_so_bai_15_bo_chuyen_doi_tuong_t.pdf