Thiết kế card ghép nối A/D - D/A

Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Hµ Ngäc Th¾ng Ch−¬ng 4 ThiÕt kÕ card ghÐp nèi A/D - D/A 4.1 Kh¸i niÖm chung Ngµy nay viÖc gia c«ng, truyÒn ®¹t tÝn hiÖu còng nh− qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn vµ chØ thÞ phÇn lín ®−îc thùc hiÖn theo ph−¬ng ph¸p sè. Trong khi ®ã tÝn hiÖu trong tù nhiªn l¹i biÕn ®æi liªn tôc theo thêi gian, nghÜa lµ cã d¹ng t−¬ng tù. §Ó phèi ghÐp gi÷a nguån tÝn hiÖu t−¬ng tù vµ c¸c hÖ thèng xö lý sè, ng−êi ta dïng c¸c m¹ch chuyÓn ®æi t−¬ng tù - sè (ADC - Analog Digital Converter) nh»m biÕn ®æi tÝn hiÖu t−¬ng tù sang sè hoÆc dïng c¸c m¹ch chuyÓn ®æi sè - t−¬ng tù (DAC - Digital Analog Converter) trong tr−êng hîp cÇn biÕn ®æi tÝn hiÖu sè sang t−¬ng tù. 4.2 ChuyÓn ®æi t−¬ng tù - sè (ADC – Analog Digital Converter) 4.2.1 Nguyªn t¾c lµm viÖc cña ADC Nguyªn lý lµm viÖc cña ADC ®−îc minh ho¹ trªn s¬ ®å khèi. H×nh 5.1: S¬ ®å khèi nguyªn t¾c lµm viÖc cña ADC TÝn hiÖu t−¬ng tù UA ®−îc ®−a ®Õn m¹ch lÊy mÉu, m¹ch nµy cã hai nhiÖm vô: • LÊy mÉu nh÷ng tÝn hiÖu t−¬ng tù t¹i nh÷ng thêi ®iÓm kh¸c nhau vµ c¸ch ®Òu. Thùc chÊt ®©y lµ qu¸ tr×nh rêi r¹c ho¸ tÝn hiÖu vÒ mÆt thêi gian. • Gi÷ cho biªn ®é tÝn hiÖu t¹i c¸c thêi ®iÓm lÊy mÉu kh«ng thay ®æi trong qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi tiÕp theo ( qu¸ tr×nh l−îng tö ho¸ vµ m· ho¸). Qu¸ tr×nh l−îng tö ho¸ Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Hµ Ngäc Th¾ng thùc chÊt lµ qu¸ tr×nh lµm trßn sè. L−îng tö ho¸ ®−îc thùc hiÖn theo nguyªn t¾c so s¸nh tÝn hiÖu cÇn chuyÓn víi c¸c tÝn hiÖu chuÈn. M¹ch l−îng tö ho¸ lµm nhiÖm vô rêi r¹c tÝn hiÖu t−¬ng tù vÒ mÆt biªn ®é. Trong m¹ch m· ho¸, kÕt qu¶ l−îng tö ho¸ ®−îc x¾p xÕp lai theo mét quy luËt nhÊt ®Þnh phô thuéc lo¹i m· yªu cÇu ë ®Çu ra bé chuyÓn ®æi. NhiÒu lo¹i ADC , qu¸ tr×nh l−îng tö ho¸ vµ m· ho¸ x¶y ra ®ång thêi, lóc ®ã kh«ng thÓ t¸ch rêi hai qu¸ tr×nh , phÐp l−îng tö ho¸ vµ m· ho¸ ®−îc gäi chung lµ phÐp biÕn ®æi AD. 4.2.2 C¸c tham sè c¬ b¶n cña ADC C¸c tham sè c¬ b¶n cña bé biÕn ®æi ADC gåm d¶i biÕn ®æi cña ®iÖn ¸p t−¬ng tù ë ®Çu vµo, ®é chÝnh x¸c cña bé chuyÓn ®æi, tèc ®é chuyÓn ®æi. - D¶i biÕn ®æi cña ®iÖn ¸p tÝn hiÖu t−¬ng tù ë ®Çu vµo lµ kho¶ng ®iÖn ¸p mµ sè tõ 0 ®Õn mét sè d−¬ng hoÆc sè ©m nµo ®ã, hoÆc còng cã thÓ lµ ®iÖn ¸p hai cùc tÝnh: -UA ÷+UA. - §é chÝnh x¸c cña ADC: Tham sè ®Çu tiªn ®Æc tr−ng cho ®é chÝnh x¸c cña ADC lµ ®é ph©n gi¶i. TÝn hiÖu ë ®Çu ra cña mét ADC lµ c¸c gi¸ trÞ ®−îc s¾p xÕp theo mét quy luËt cña mét lo¹i m· nµo ®ã. Sè c¸c sè h¹ng cña m· sè ®Çu ra ( sè bits trong tõ m· nhÞ ph©n) t−¬ng øng víi gi¶i biÕn ®æi cña ®iÖn ¸p vµo cho biÕt møc chÝnh x¸c cña phÐp chuyÓn ®æi. VÝ dô mét ADC cã sè bits ë ®Çu ra lµ n = 8 th× sÏ ph©n biÖt ®−îc 28 møc trong d¶i biÕn ®æi ®iÖn ¸p vµo cña nã. Nh− vËy trong thùc tÕ dïng sè bits ®Ó ®¸nh gi¸ ®é chÝnh x¸c cña mét ADC khi gi¶i biÕn ®æi ®iÖn ¸p vµo lµ kh«ng ®æi. Liªn quan ®Õn ®é chÝnh x¸c cña mét ADC cßn cã c¸c tham sè kh¸c nh−: mÐo phi tuyÕn, sai sè khuÕch ®¹i, sai sè lÖch kh«ng, sai sè l−îng tö ho¸. - Tèc ®é chuyÓn ®æi cho biÕt sè kÕt qu¶ chuyÓn ®æi trong mét gi©y, ®−îc gäi lµ tÇn sè chuyÓn ®æi fc. Còng cã thÓ dïng tham sè thêi gian chuyÓn ®æi Tc ®Ó ®Æc tr−ng cho tèc ®é chuyÓn ®æi. Víi mét ADC th−êng th× fc < 1/Tc v× gi÷a c¸c lÇn chuyÓn ®æi ph¶i cã mét thêi gian cÇn thiÕt ®Ó ADC phôc håi l¹i tr¹ng th¸i ban ®Çu. Mét ADC cã tèc ®é chuyÓn ®æi cao th× ®é chÝnh x¸c gi¶m vµ ng−îc l¹i. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Hµ Ngäc Th¾ng - 4.2.3 C¸c ph−¬ng ph¸p chuyÓn ®æi t−¬ng tù - sè Cã nhiÒu c¸ch ph©n lo¹i ADC, nh−ng hay dïng h¬n c¶ lµ ph©n lo¹i theo qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi vÒ mÆt thêi gian. Trong ®å ¸n nµy chØ giíi thiÖu mét sè ph−¬ng ph¸p ®iÓn h×nh. 4.2.3.1 ChuyÓn ®æi A/D theo ph−¬ng ph¸p song song Nguyªn t¾c ho¹t ®éng. TÝn hiÖu t−¬ng tù UA ®−îc ®ång thêi ®−a ®Õn c¸c bé so s¸nh tõ S1 ®Õn Sm. §iÖn ¸p chuÈn Uch ®−îc ®−a ®Õn ®Çu vµo thø 2 cña c¸c bé so s¸nh qua thang ®iÖn trë R. Do ®ã c¸c ®iÖn ¸p chuÈn ®Æt vµo c¸c bé so s¸nh l©n cËn kh¸c nhau mét l−îng kh«ng ®æi vµ gi¶m dÇn tõ S1 ®Õn Sm. §Çu ra cña c¸c bé so s¸nh cã ®iÖn ¸p lín h¬n ®iÖn ¸p chuÈn lÊy trªn thang ®iÖn trë cã møc logic "1", c¸c ®Çu ra cßn l¹i cã møc logic "0". C¸c ®Çu ra cña m¹ch so s¸nh ®−îc nèi víi m¹ch AND, mét ®Çu m¹ch AND ®−îc nèi víi m¹ch t¹o xung nhÞp. ChØ khi cã xung nhÞp ®−a ®Õn ®Çu vµo AND th× c¸c xung trªn ®Çu ra cña bé so s¸nh míi ®−a vµo m¹ch nhí Flip_Flop (FF). Nh− vËy cø sau mét kho¶ng thêi gian b»ng chu kú xung nhÞp l¹i cã mét tÝn hiÖu ®−îc biÕn ®æi vµ ®−a ®Õn ®Çu ra. Xung nhÞp ®¶m b¶o qu¸ tr×nh so s¸nh kÕt thóc míi ®−a xung nhÞp vµo bé nhí. Bé m· ho¸ sÏ biÕn ®æi tÝn hiÖu vµ d−íi d¹ng m· ®Õm thµnh m· nhÞ ph©n. M¹ch biÕn ®æi song song cã tèc ®é chuyÓn ®æi nhanh nªn ®−îc gäi lµ ADC nhanh nh−ng kÕt cÊu cña m¹ch rÊt phøc t¹p vÝ dô nh− ADC n bits cÇn ph¶i dïng -1 bé so s¸nh. V× vËy ph−¬ng ph¸p nµy chñ yÕu dïng trong c¸c ADC cã tèc ®é chuyÓn ®æi cao nh−ng sè bit nhá. n2 Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Hµ Ngäc Th¾ng H×nh 5.2: S¬ ®å nguyªn lý bé chuyÓn ®æi A/D theo ph−¬ng ph¸p song song. 4.2.3.2 ChuyÓn ®æi A/D theo ph−¬ng ph¸p bï H×nh 5.3: M¹ch nguyªn lý A/D theo nguyªn t¾c bï T¹i thêi ®iÓm ban ®Çu bé ®Õm ®−îc ®Æt ë tr¹ng th¸i kh«ng bëi xung Cl, nh− vËy ®Çu ra cña nã còng cã tÝn hiÖu kh«ng. M¹ch so s¸nh thiÕt lËp gi¸ trÞ mét tÝn hiÖu nhÞp H qua cæng AND ®−îc ®−a vµo m¹ch ®Õm. M¹ch ®Õm lµm viÖc cho ra tÝn hiÖu sè tõ Q0…Qm-1 ®ång thêi Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Hµ Ngäc Th¾ng qua bé biÕn ®æi D/A sÏ cã ®iÖn ¸p U0 cho ®Õn khi U0 ≥ UA th× bé so s¸nh lËt gi¸ trÞ, ®Çu ra cña nã cã gi¸ trÞ 0 cæng AND sÏ kho¸ vµ bé ®Õm sÏ dõng. Trªn ®Çu ra bé ®Õm Q0…Qm-1 ë d¹ng sè tØ lÖ víi ®iÖn ¸p vµo UA, sè nµy ®−îc xÕp vµo bé ghi. TiÕp theo bé ®Õm ®−îc xo¸ vµ chuÈn bÞ cho chu kú biÕn ®æi tiÕp theo. Sau mçi chu kú bé ghi sÏ ghi sè liÖu míi cña bé ®Õm. NÕu nh− bé ®Õm nhÞ ph©n cã m bits th× ®iÖn ¸p vµo cùc ®¹i UmaxA: 12U mAmax −= §iÖn ¸p UA ®−îc l−îng tö theo gia sè: 12 U U m Amax A −=∆ §iÖn ¸p UA ®−îc diÔn t¶ b»ng ph−¬ng tr×nh. N. 12 U U m Amax A −=∆ Trong ®ã N lµ tæng sè b−íc cña bé ®Õm vµ dung l−îng cña nã ®Çy sau khi kÕt thóc qóa tr×nh ®Õm. Thêi gian biÕn ®æi n A f N T = Trong ®ã fn lµ tÇn sè xung nhÞp. Thêi gian biÕn ®æi phô thuéc ®é lín ®iªn ¸p. Tèc ®é thay ®æi ®iÖn ¸p cã thÓ ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i. nm maxAn m maxAA max A f 12 U N f . 12 N.U T U dt dU −=∆− ∆=∆ ∆=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ NÕu tèc ®é biÕn ®æi ®iÖn ¸p UA lín h¬n tèc ®é cùc ®¹i th× ph¸t sinh sai sè ®éng cña bé biÕn ®æi. Sai sè tÜnh cña bé biÕn ®æi lµ sai sè l−îng tö ± ∆ U. §Ó gi¶m thêi gian biÕn ®æi, ë bé ®Õm nhÞ ph©n ta sö dông m¹ch ®iÒu khiÓn ch−¬ng tr×nh. 4.2.3.3 Bé biÕn ®æi A/D theo nguyªn t¾c servo Bé biÕn ®æi nµy cã ba phÇn tö c¬ b¶n: m¹ch so s¸nh, m¹ch ®Õm hai chiÒu vµ bé biÕn ®æi D/A. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Hµ Ngäc Th¾ng H×nh 5.4: M¹ch biÕn ®æi A/D theo nguyªn t¾c servo. TÝn hiÖu ®iÖn ¸p vµo UA so s¸nh víi ®iÖn ¸p ra D/A. NÕu UA > U0 th× bé biÕn ®Õm ®Õm theo chiÒu tiÕn. NÕu UA < U0 th× bé ®Õm ®Õm theo chiÒu lïi cho ®Õn khi UA = U0 th× bé ®Õm dõng, t−¬ng tù nh− c¬ cÊu servo. Tuy vËy tèc ®é biÕn ®æi ®iÖn ¸p vµo UA lu«n lu«n ph¶i nhá h¬n tèc ®é cña bé ®Õm vµ bé biÕn ®æi D/A. Nªn thêi gian biÕn ®æi phô thuéc vµo tÇn sè xung nhÞp fH vµ ph¶n øng cña bé so s¸nh. 4.3 ChuyÓn ®æi sè t−¬ng - tù (DAC –Digital Analog Converter) 4.3.1 Nguyªn t¾c lµm viÖc cña DAC ChuyÓn ®æi sè t−¬ng tù lµ qu¸ tr×nh t×m l¹i tÝn hiÖu tõ n sè h¹ng (n bits) ®· biÕt cña tÝn hiÖu sè. Bé chuyÓn ®æi sè t−¬ng tù (DAC) tiÕp nhËn mét m· sè n bits song song ë ®Çu vµo vµ biÕn ®æi thµnh tÝn hiÖu liªn tôc ë ®Çu ra. TÝn hiÖu ®Çu ra cña DAC. Um lµ tÝn hiÖu rêi r¹c theo thêi gian. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Hµ Ngäc Th¾ng H×nh 5.6: TÝn hiÖu ra bé ADC theo thêi gian. TÝn hiÖu nµy ®−îc ®−a qua bé läc th«ng thÊp. §Çu ra cña bé läc lµ tÝn hiÖu t−¬ng tù UA biÕn thiªn liªn tôc theo thêi gian, lµ tÝn hiÖu néi suy cña Um. VËy bé läc th«ng thÊp ®ãng vai trß lµ bé néi suy. 4.3.2 C¸c ®Æc tÝnh quan träng cña DAC - §é ph©n gi¶i: liªn quan ®Õn sè bit cña mét DAC. NÕu sè bit lµ m th× sè tr¹ng th¸i tÝn hiÖu cña sè nhÞ ph©n ®−a vµo lµ 2n vµ tÝn hiÖu ra sÏ cã 2n møc kh¸c nhau, do ®ã ®é ph©n gi¶i lµ 1/ 2n. §é ph©n gi¶i cµng bÐ th× tÝn hiÖu ®Çu ra cã d¹ng liªn tôc gÇn víi thùc tÕ. - §é tuyÕn tÝnh: Trong mét DAC lý t−ëng sù t¨ng tÝn hiÖu sè ë ®Çu vµo sÏ tû lÖ víi sù t¨ng tÝn hiÖu sè ë ®Çu ra. - §é chÝnh x¸c cña mét DAC cho biÕt sù kh¸c biÖt gi÷a trÞ sè thùc tÕ cña UA vµ trÞ sè lý thuyÕt cho bëi mét gi¸ trÞ bÊt kú cña tÝn hiÖu sè ë ®Çu vµo. Sù sai kh¸c nµy cµng nhá th× ®é chÝnh x¸c cµng cao. - Thêi gian thiÕt lËp: Khi tÝn hiÖu sè ë ®Çu vµo cña mét DAC thay ®æi, tÝn hiÖu ë ®Çu ra kh«ng thÓ thay ®æi ngay lËp tøc mµ ph¶i sau mét kho¶ng thêi gian nµo ®ã gäi lµ thêi gian thiÕt lËp. Thêi gian thiÕt lËp ph¶n ¸nh tÝnh t¸c ®éng nhanh cña mét DAC. 4.3.3 Mét sè m¹ch DAC ®iÓn h×nh 4.3.3.1 BiÕn ®æi DAC víi m¹ng ®iÖn trë träng l−îng M¹ch gåm mét nguån ®iÖn ¸p chuÈn Uch, c¸c bé chuyÓn m¹ch vµ ®iÖn trë cã gi¸ trÞ R, R/2, R/4... vµ mét m¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n. S¬ ®å nguyªn lý h×nh 5.7 Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Hµ Ngäc Th¾ng H×nh 5.7: S¬ ®å nguyªn lý biÕn ®æi D/A víi m¹ng ®iÖn trë träng l−îng. Khi mét kho¸ ®iÖn nµo ®ã ®−îc nèi víi nguån ®iÖn thÕ chuÈn th× sÏ cung cÊp cho bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n dßng ®iÖn c−êng ®é lµ: i ch i 2.R U I = ( i = 0..n-1). C−êng ®é dßng ®iÖn nµy ®éc lËp víi c¸c khãa cßn l¹i, cã thÓ thÊy ngay b»ng biªn ®é ®iÖn ¸p Ura phô thuéc vµo chç kho¸ nµo ®−îc nèi víi Uch tøc lµ phô thuéc vµo gi¸ trÞ cña bit t−¬ng øng trong tÝn hiÖu sè ®−a vµo m¹ch chuyÓn ®æi. M¹ch cã −u ®iÓm lµ ®¬n gi¶n, nh−ng nh−îc ®iÓm lµ ®é chÝnh x¸c vµ tÝnh æn ®Þnh cña kÕt qu¶ phô thuéc nhiÒu vµo trÞ sè cña c¸c ®iÖn trë vµ kh¶ n¨ng biÕn thiªn nh− nhau theo m«i tr−êng cña c¸c ®iÖn trë nµy. ChÕ t¹o c¸c ®iÖn trë theo ®óng tØ lÖ chÝnh x¸c nh− vËy th−êng khã kh¨n vµ tèn kÐm. Ngoµi ra Ura cßn phô thuéc vµo c¶ ®é chÝnh x¸c vµ tÝnh æn ®Þnh cña nguån ®iÖn ¸p chuÈn. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Hµ Ngäc Th¾ng 4.3.3.2 Bé biÓn ®æi D/A dïng m¹ng ®iÖn trë R vµ 2R H×nh 5.8: S¬ ®å biÕn ®æi D/A dïng m¹ng ®iÖn trë R vµ 2R DAC víi thang ®iÖn trë R - 2R kh¾c phôc ®−îc mét sè nh−îc ®iÓm cña DAC m¹ng ®iÖn trë träng l−îng. M¹ch chØ gåm hai lo¹i ®iÖn trë R vµ 2R víi nhiÒu chuyÓn m¹ch ( mçi chuyÓn m¹ch cho 1 bit) vµ mét nguån ®iÖn ¸p chuÈn Uch. §¹i l−îng cÇn t×m lµ Ith vµo m¹ch khuÕch ®¹i khi cã mét sè chuyÓn m¹ch nèi víi Uch. Lóc ®ã ta cã: fthra R.IU −= . XÐt t¹i chuyÓn m¹ch t−¬ng øng víi bit thø i, nót t−¬ng øng trªn m¹ch lµ nót 2i. Khi bé chuyÓn ®æi ®ãng vµo Uch th× ®iÖn thÕ t−¬ng ®−¬ng t¹i nót 2i sÏ lµ Uch/ 2 vµ nguån t−¬ng ®−¬ng cã néi trë lµ R (theo ®Þnh lý Thevenin). Nh− vËy t¹i nót 2i+1 ta cã nguån t−¬ng ®−¬ng trÞ sè lµ Uch/ 4 vµ néi trë lµ R. Tõ nh÷ng kÕt qu¶ trªn ta suy ra r»ng khi di chuyÓn vÒ phÝa m¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n ®iÖn thÕ t¹i mçi nót b»ng nöa trÞ sè cña nót kÕ cËn bªn tr¸i nã. Nh− vËy nÕu tõ nót thø 2i ®Õn nót 2n-2 cã k nót (kÓ c¶ nót thø 2n-2) th× ®iÖn thÕ t¹i nót 2n-2 do chuyÓn m¹ch 2i g©y ra lµ Uch/ 2k vµ dßng ®iÖn t−¬ng øng lµ Uch/(2k.2R). T¹i nót 2n-1 do ®Æc tÝnh cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n mµ ®iÖn thÕ t¹i ®©y ®−îc coi lµ 0V. Tãm l¹i, mét c¸ch tæng qu¸t ta cã c«ng thøc ®Ó tÝnh ®iÖn ¸p ra cña mét DAC n bit (tõ B0 ÷ Bn-1) víi m¹ng ®iÖn trë R - 2R. ( )002n2nin1nn fchra B2.....B2B2R2RUU +++−= −−−− Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Hµ Ngäc Th¾ng Trong ®ã B0 ÷ Bn-1 cã gi¸ trÞ 0 hoÆc 1. C¸c DAC theo ph−¬ng ph¸p nµy ph¶i dïng sè ®iÖn trë kh¸ lín, vÝ dô nh− DAC n bit th× ph¶i dïng 2(n-1) ®iÖn trë, trong khi theo ph−¬ng ph¸p ®iÖn trë träng l−îng chØ ph¶i dïng n ®iÖn trë. Nh−ng bï l¹i nã kh«ng r¾c rèi v× chØ cÇn dïng cã 2 lo¹i ®iÖn trë mµ th«i. Nªn ®é chÝnh x¸c vµ tÝnh æn ®Þnh cña tÝn hiÖu ra ®−îc ®¶m b¶o. 4.4 ThiÕt kÕ card chuyÓn ®æi AD - DA 4.4.1 Lùa chän ADC vµ DAC trong ph−¬ng ¸n thiÕt kÕ DAC dïng ®Ó chuyÓn ®æi tÝn hiÖu sè tõ m¸y tÝnh thµnh tÝn hiÖu t−¬ng tù ®iÒu khiÓn ®éng c¬. M¹ch cã vßng ph¶n håi dïng m¸y ph¸t tèc (FT) cã trôc g¾n liÒn víi trôc ®éng c¬. §iÖn ¸p lÊy ra tõ m¸y ph¸t tèc qua ADC ®−a vµo m¸y tÝnh ®Ó tù ®éng æn ®Þnh tèc ®é cña ®éng c¬ trong qu¸ tr×nh lµm viÖc. H×nh 5.9: S¬ ®å nguyªn t¾c phèi ghÐp m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn ®éng c¬ mét chiÒu. Trong s¬ ®å cã sö dông ADC vµ DAC, v× vËy vÊn ®Ò ®Çu tiªn khi thiÕt kÕ card chuyÓn ®æi lµ lùa chän ADC vµ DAC nh− thÕ nµo ®Ó võa ®¶m b¶o chØ tiªu kü thuËt ®Ò ra l¹i võa ®¶m b¶o tÝnh kh¶ thi cña ph−¬ng ¸n thiÕt kÕ (gi¸ thµnh cña card võa ph¶i, c¸c linh kiÖn l¾p r¸p cã s½n ë thÞ tr−êng ViÖt Nam). Trong thùc tÕ khi thiÕt kÕ ta cÇn ph¶i chó ý ®Õn c¸c tham sè c¬ b¶n cña c¸c linh kiÖn. ViÖc thiÕt kÕ card chuyÓn ®æi lµ sö dông c¸c ADC vµ DAC ®· ®−îc chÕ t¹o s½n cïng víi c¸c IC chøc n¨ng kh¸c ®Ó l¾p r¸p thµnh m¹ch nh»m ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu kü thuËt ®Ò ra. §Ó lµm c¨n cø cho viÖc lùa chän ADC vµ DAC th× cÇn ph¶i ®Æc biÖt quan t©m ®Õn ®é chÝnh x¸c cña nã. Tham sè ®Æc tr−ng cho ®é chÝnh x¸c cña ADC, DAC lµ ®é ph©n gi¶i cã liªn quan chÆt chÏ ®Õn sè bit cña nã. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Hµ Ngäc Th¾ng §å ¸n nµy lµ ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ mét chiÒu b»ng vi xö lý nªn ta chän ADC 0809 vµ DAC 0808 lµ c¸c IC chuyÓn ®æi A/D vµ D/A 8 bits t−¬ng thÝch víi c¸c hä vi xö lý th«ng dông trªn thÞ tr−êng. §Ó ®¹t ®−îc ®é chÝnh x¸c cao h¬n ta ph¶i chän c¸c ADC, DAC cã ®é ph©n gi¶i cao h¬n. 4.4.2 B¶n ®å ®Þa chØ vµo ra trong IBM vµ PC t−¬ng thÝch Tr−íc khi mét Card më réng ®−îc cµi ®Æt trong r·nh c¾m cña mét m¸y tÝnh PC th× ®Þa chØ cæng vµo/ra cÇn ph¶i ®−îc lùa chän. ViÖc lùa chän ®Þa chØ c¬ b¶n nµy rÊt quan träng bëi v× mçi Card më réng ®−îc c¾m vµo b¶n m¹ch chÝnh cña m¸y tÝnh ®Òu ph¶i cã mét ®Þa chØ vµo ra duy nhÊt. Th«ng th−êng bus PC dù tÝnh mét vïng 1024 ®Þa chØ vµo ra. ViÖc ®Þnh tõng vïng ®Þa chØ cho m¸y tÝnh ®· ®−îc IBM chuÈn ho¸, øng víi mçi vïng ®Þa chØ cã chøc n¨ng riªng mµ c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi kh¸c kh«ng ®−îc x©m ph¹m ®Õn. V× vËy vïng vµo ra cña mét Card më réng kh«ng ®−îc phÐp bao trïm lªn vïng ®Þa chØ vµo ra cña m¸y tÝnh. B¶n ®å ®Þa chØ sau ®©y sÏ chØ ra tõng vïng ®Þa chØ riªng biÖt phôc vô cho c¸c môc ®Ých kh¸c nhau. §i¹ chØ vµo/ra (Hex) Chøc n¨ng 000 - 00F Bé ®iÒu khiÓn DMA 1(8232). 020 – 021 Bé ®iÒu khiÓn ng¾t (8259). 040 – 043 Bé ph¸t thêi gian (8254). 060 – 063 Bé kiÓm tra bµn phÝm (8242). 070 - 07F §ång hå thêi gian thùc ( MC 146818) 080 -09F Thanh ghi trang DMA (LS 670). 0A0 – 0BF Bé ®iÒu khiÓn ng¾t 2 (8259). 0C0 – 0FF Bé ®iÒu khiÓn DMA 2 (8237). 0E0 – 0FF Dù tr÷ cho b¶n m¹ch chÝnh. 0F8 – 0FF Bé ®ång xö lý 80*87. 1F0 – 1F8 Bé ®iÒu khiÓn ®Üa cøng. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Hµ Ngäc Th¾ng 200 - 20F Cæng dïng cho trß ch¬i (game). 278 - 27F Cæng song song 2 (LTP 2). 2B0 – 2DF Card EGA 2. 2E8 – 2EF Cæng nèi tiÕp 4 (com 4). 2E8 – 2FF Cæng nèi tiÕp 2 (com 2). 300 - 31F Card më réng cho ng−êi sö dông. 320 - 32F Bé ®iÒu khiÓn ®Üa cøng. 360 - 36F Cæng nèi m¹ng (LAN). 378 - 37F Cæng song song 1 (LTP 1). 380 - 38F Cæng nèi tiÕp ®ång bé 2. 3A0 – 3AF Cæng nèi tiÕp ®ång bé 1. 3B0 – 3BF Mµn h×nh ®¬n s¾c. 3C0 – 3CF Card EGA 3E8 – 3EF C«ng nèi tiÕp 3 (com 3). 3F0 – 3F7 Bé ®iÒu khiÓn ®Üa mÒm. 3F8 – 3FF Cæng nèi tiÕp 1 (com 1). S¬ ®å ®Þa chØ vµo/ra sö dông cho m¸y tÝnh IBM vµ t−¬ng thÝch víi viÖc thiÕt kÕ Card. Víi viÖc thiÕt kÕ Card c¾m trªn Slot cña m¸y tÝnh ta cÇn quan t©m ®Õn c¸c tÝn hiÖu trªn Slot cña m¸y tÝnh. Trong bé vi xö lý ta cÇn quan t©m ®Õn 3 phÇn chÝnh sau ®©y: • CPU: lµ bé vi xö lý trung t©m, t¹i ®©y diÔn ra c¸c lÖnh ®iÒu khiÓn, xö lý vµ thu thËp c¸c th«ng tin. • Bé nhí th−êng: Dïng ®Ó chøa ch−¬ng tr×nh vµ sè liÖu (code, stack, data) cña ch−¬ng tr×nh h¹t nh©n vµ stack. Cã kh¶ n¨ng liªn hÖ trùc tiÕp víi CPU th«ng qua Data bus vµ Address bus. • C¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi ghÐp nèi víi m¸y tÝnh: C¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi ®−îc liªn hÖ víi CPU qua c¸c cæng. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Hµ Ngäc Th¾ng Sù ph©n chia nµy gióp cho ng−êi sö dông cã thÓ më réng kh¶ n¨ng cña m¸y tÝnh trong viÖc bæ sung hay lo¹i bá mét sè c¸c chøc n¨ng tuú theo yªu cÇu cña m×nh. S¬ ®å ch©n cña Slot 8 bits trªn m¸y tÝnh H×nh 5.10: S¬ ®å Slot m¸y tÝnh Sau ®©y lµ b¶ng m« t¶ chøc n¨ng c¸c ch©n cña r·nh c¾m ISA ( c¸c ch©n liªn quan ®Õn viÖc thiÕt kÕ Card më réng A/D - D/A). TÝn hiÖu Tªn M« t¶ 0 – A19 Bus ®Þa chØ (vµo / ra). 20 bits thÊp h¬n cña bus ®Þa chØ hÖ thèng AEN Cho phÐp ®Þa chØ (Address enable - lèi ra). Ch©n Address enable cho phÐp dïng mét card më réng ®Ó c¾m khèi logic gi¶i m· ®Þa chØ I/O côc bé cña nã. Nã kÝch ho¹t ë møc cao. Khi ho¹t ®éng Address enable chØ cho thÊy hoÆc qu¸ tr×nh truy nhËp trùc tiÕp bé nhí (DMA) hoÆc qu¸ tr×nh lµm t−¬i l¹i ®ang ®−îc ®iÒu khiÓn trªn c¸c bus. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Hµ Ngäc Th¾ng D0 - D7 Bus d÷ liÖu 8 bits d÷ liÖu cho phÐp truyÒn gi÷a bus chñ vµ Card më réng. IOR §äc vµo/ra (I/O Read) TÝn hiÖu ®äc vµo/ra chØ cho thÊy mét chu tr×nh ®äc I/O ®ang ®−îc tiÕn hµnh. Khi tÝch cùc tÝn hiÖu nµy ë møc thÊp. IOW Ghi vµo/ra(I/O Write) TÝn hiÖu lÖnh ghi vµo/ra chØ cho thÊy mét chu tr×nh bus ghi I/O ®ang ®−îc tiÕn hµnh Ngoµi ra trªn Slot cña m¸y tÝnh cßn cã c¸c tÝn hiÖu kh¸c nh−: - 5V, 12V, GND: nguån nu«i cung cÊp cho Card më réng. ± ± - OSC : tÇn sè m¸y tÝnh. - IRQ : yªu cÇu ng¾t. - IQRQ: yªu cÇu ngo¹i vi. - MQQ: yªu cÇu bé nhí. Trªn ®©y lµ c¸c tÝn hiÖu Slot cña m¸y tÝnh mµ ta cÇn ph¶i quan t©m do ®ã khi l¾p Card ta cÇn bè trÝ vµ ph©n vïng ®Þa chØ cho nh÷ng môc ®Ých kh¸c nhau. Víi viÖc ph©n vïng nh− vËy, øng víi mçi vïng cã mét chøc n¨ng riªng mµ c¸c thiÕt bÞ kh¸c kh«ng x©m ph¹m ®−îc. 4.4.3 Giíi thiÖu mét sè linh kiÖn sö dông trong Card 4.4.3.1 IC chuyÓn ®æi ADC 0809 Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Hµ Ngäc Th¾ng H×nh 5.11: S¬ ®å ADC 0809 ADC 0809 lµ bé biÕn ®æi A/D 8 bits chÕ t¹o theo c«ng nghÖ CMOS, biÕn ®æi theo nguyªn t¾c xÊp xØ liªn tiÕp. Bé dån 8 kªnh cã thÓ tiÕp cËn trùc tiÕp ®Õn c¸c tÝn hiÖu t−¬ng tù ë ®Çu vµo. Vi m¹ch gåm 28 ch©n, trong ®ã cã 8 ch©n vµo cho tÝn hiÖu t−¬ng tù tõ IN0 ®Õn IN7. 8 ch©n ra cho tÝn hiÖu sè tõ D0 ®Õn D7, 3 ch©n A0, A1, A2 cho phÐp gi¶i m· chän mét trong 8 kªnh ®Çu vµo t−¬ng tù. Ch©n CLOCK cã t¸c dông ®−a xung nhÞp cho qu¸ tr×nh lÊy mÉu. Ch©n START cho biÕt b¾t ®Çu gi¶i m· khi tr×nh biÕn ®æi. Ch©n ENABLE ë møc logic cao cho phÐp ®−a sè liÖu ra tõ D0 ®Õn D7. C¸c th«ng sè cña vi m¹ch. - §é ph©n gi¶i 8 bits. - Nguån cung cÊp ®¬n 5VDC. - Thêi gian biÕn ®æi 100µs. - 8 kªnh ®Çu vµo. - §Çu ra 3 tr¹ng th¸i cã chèt. - D¶i ®iÖn ¸p vµo t−¬ng tù 0 ÷ 5 V. - C«ng suÊt tiªu thô 15mW. - C¸c lèi ra t−¬ng thÝch víi TTL. Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Hµ Ngäc Th¾ng - Gi¶i nhiÖt ®é 400C ÷ 850C. T¸m kªnh lèi vµo analog tõ IN0 ÷ IN7 ®−îc chän nhê ba lèi vµo ®Þa chØ A0, A1, A2. Khi ®ã viÖc lùa chän tu©n theo b¶ng s¾p xÕp d−íi ®©y. A2 A1 A0 Kªnh vµo 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 4.4.3.2 Vi m¹ch chuyÓn ®æi sè - t−¬ng tù DAC 0808 H×nh 5.12: S¬ ®å DAC 0808 DAC 0808 lµ bé biÕn ®æi sè - t−¬ng tù 8 bits víi thêi gian ®−a dßng ra lín nhÊt lµ 150 ns trong khi chØ tiªu thô 33mW víi nguån ± 5V. C¸c th«ng sè cña vi m¹ch: Nguyenvanbientbd47@gmaill.com Hµ Ngäc Th¾ng - §é chÝnh x¸c 0,19%. ± - D¶i ®iÖn ¸p cung cÊp 4,5V ÷ ± ± 18V. - Thêi gian biÕn ®æi 150ns. - Tiªu thô n¨ng l−îng Ýt: 33mW (± 5V). - D¶i ®iÖn ¸p ®Çu vµo sè: - 10V ÷ +18V - Cæng vµo kh«ng ®¶o giao tiÕp ®−îc víi TTL vµ CMOS. 4.4.3.3 Vi m¹ch gi¶i m· ®Þa chØ 74LS138 H×nh 5.13: S¬ ®å 74LS138 B¶ng ch©n lý chØ ra chØ cã mét trong t¸m ®Çu ra cña vi m¹ch gi¶i m· cã møc logic 0 t¹i mét thêi ®iÓm. §Ó cho phÐp vi m¹ch ho¹t ®éng ®−îc th× 3 ®Çu vµo cho phÐp E1, E2, E3 ph¶i cïng tÝch cùc. Møc tÝch cùc cña hai ®Çu vµo E1, E2 lµ møc logic 0 cßn ®Çu vµo E3 lµ møc logic 1. Khi 74LS138 ho¹t ®éng c¸c ®Çu vµo ®Þa chØ A, B, C chän ®Çu ra nµo th× ®Çu ra ®