Chương IV: BIẾN ĐỔI A/D VÀ LẬP TRÌNH GHÉP NỐI MÁY TÍNH

Các tín hiệu trong môi trường tự nhiên phần lớn là các tín hiệu tương tự.Nghĩa là các tham số cơ bản của nó là các hàm liên tục của thời gian. Mặt khác vấnđề trao đổi thông tin với bên ngoài lại là nhiêm vụ trọng yếu của hệ vi xử lý.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương IV: BIẾN ĐỔI A/D VÀ LẬP TRÌNH GHÉP NỐI MÁY TÍNHChương IV: BIẾN ĐỔI A/D VÀ LẬP TRÌNH GHÉP NỐI MÁY TÍNH Các tín hiệu trong môi trường tự nhiên phần lớn là các tín hiệu tương tự.Nghĩa là các tham số cơ bản của nó là các hàm liên tục của thời gian. Mặt khác vấnđề trao đổi thông tin với bên ngoài lại là nhiêm vụ trọng yếu của hệ vi xử lý. Nên đểcó thể giao tiếp được với môi trường bên ngoài hệ phải được trang bị khả năng biếnđổi tín hiệu từ tương tự số sang số khi nhận vào và từ tín hiệu số sang tương tự khixuất thông tin ra. Các bộ biến đổi đó được gọi là bộ biến đổi số - tương tự DAC(Digital To Analog Converter) và bộ biến đổi tương tự - số ADC (Analog To DigitalConverter) Chương này sẽ nghiên cứu nguyên tắc làm việc và phương pháp ghép nốichúng với hệ vi xử lý.4.1. ADC (Analog to Digital Converter)4.1.1. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ BIẾN ĐỔI TƯƠNG TỰ- SỐ Bộ biến đổi tương tự số DAC đóng vai trò quan trọng trong xử lý thông tinkhi mà các luồng tín hiệu đưa vào hệ vi xử lí là tín hiệu dạng tương tự. Các bộ chuyển đổi ADC thực hiện 2 chức năng cơ bản là lượng tử hoá và mãhoá. Lượng tử hoá là gán các giá trị của 1 tín hiệu tương tự vào vùng các giá trị rời rạccó thể xảy trong quá trình lượng tử hoá. Mã hoá là gán giá trị nhị phân cho từng giá trịrời rạc sinh ra trong quátrình lượng tử hoá. Đốivới DAC ta cũng dùng các 111loại mã số như nhị phân, 110BCD bù 2, bù 1 . Hình 4-1cho biết đặc tính của 101ADC 3bit làm việc với 100mã nhị phân tự nhiên một 011ADC n bit có 2n tổ hợpmã ra khác nhau, chúng 010được biếu diễn trên trục 001tung của đồ thị thời gian. Trên trục hoành 0 1/8 2/8 3/8 4 5ị biến đổi của 6 7 Scale)biểu diễn giá trị của Hình 4-1: Đồ th ADC 3 bit (FS-Full 8điện áp vào tương tự.Độ lớn của mỗi đơn vị lấy mẫu do phép lượng tử hoá quy định là : Q=FS/2 n. Điểmgiữ mỗi mẫu là giá trị điện áp tương tự được biểu diễn bằng 1 mã nhị phân ra BộmônKTMTNV&GD Trang41Chương IV: BIẾN ĐỔI A/D VÀ LẬP TRÌNH GHÉP NỐI MÁY TÍNH 3 1 1tương ứng với mẫu đó. Thí dụ giữa 16 FS và FS là điểm FS. giá trị điện áp vào 16 8 3 1tương tự trong khoảng từ 16 FS đến FS được chuyển sang mã số là 001 ưng với 16 1 FS. Như vậy phép lượng tử hoá tự nó đã bao hàm sai số là +giá trị điện áp vào là 8Q Q ở trường hợp lí tưởng, giá trị M ở lối ra cho biết một gía trị là M + ở lối vào2 2 FS(M + ). Như vậy chỉ có thể giảm sai số này bằng cách tăng số bit cho ADC. 2 n +1 Trong thực tiễn vì có những sai số như sai số độ lệch.sai số phi tuyên nênviệc xác định nhưng điểm giá trị của điện áp vào không chính xác. Đồng thời do saisố toàn bộ của một ADC bao gồm cả sai số lượng tử hoá nên không thể tăng số bitnên quá nhiều, tới mức sai số lượng tử hoá có thể so sánh được với sai số kể trên. Một ADC n bit được xây dựng theo 1 trong 2 phương pháp là phương pháp trựctiếp và phương pháp gian tiếp. Trong pháp trực tiếp, điện áp tương tự cần chuyển đổiđược so sánh liên tục với điện áp ra của một DAC khi mã nhị phân ở lối vào của nóliên tục thay đổi, khi có sự cân bằng giữ hai điện áp này, mã nhị phân ở lối vào củaDAC bây giờ chính là kết quả. Trong phương pháp chuyển đổi gián tiếp, điện áp cầnchuyển đổi trước hết được chuyển đổi sang một đại lượng trung gian, sau đó đạilượng này mới được chuyển đổi sang mã số. Phương pháp này nói chung có tốc đọchuyển đổi chậm hơn nhiều so với phương pháp trực tiếp. Vì vậy phương phápchuyển đổi trực tiếp được sử dụng phổ biến. Có hai phương pháp chuyển đổi trựctiếp là phương pháp ADC có đếm (counting ADC) và phương pháp ADC xấp xỉ liêntiếp. Trong thực tế thường sử dụng loại ADC xấp xỉ liên tiếp. Trong phương phápnày có một ưu điểm lớn là thời gian chuyển đổi chỉ tỉ lệ thuận với số lượng bit củamã số và thời gian của thanh ghi xấp xỉ liên tiếp chứ không phụ thuộc vào đ ộ l ớncủa điện áp cần chuyển đổi. Để thực hiện quá trình chuyển đổi, người ta cần đ ặtlần lượt mỗi bit của mã số lên một, bắt đầu từ bit cao nhất (MSB). Sơ đồ mô tảADC kiểu này được mô tả ở hình 4-2. Thanh ghi SAR (xấp xỉ liên tiếp) điều khiểnnối vào của DAC theo thụât toán sau: ...