Đồ án Các phương pháp chuyển đổi ADC và DAC thực nghiệm

¬ng tù, ®Ó phèi ghÐp víi nguån tÝn hiÖu t­¬ng tù víi nguån xö lý sè, nghÜa lµ ®Ó xö lý tÝn hiÖu th«ng qua mét hÖ thèng sè ta ph¶i cã c¸c m¹ch chuyÓn ®æi tÝn hiÖu tõ d¹ng t­¬ng tù sang d¹ng sè ADC (The Analog to Digital Convertor), tÝn hiÖu sau khi ®· ®­îc chuyÓn ®æi ®­îc xö lý qua mét hÖ thèng xö lý tÝn hiÖu sè vµ ®­îc tr¶ l¹i d¹ng tÝn hiÖu ban ®Çu, ®ã lµ tÝn hiÖu t­¬ng tù th«ng qua m¹ch chuyÓn ®æi tÝn hiÖu sè-t­¬ng tù DAC (The Digital to Analog Convertor ). Ngµy nay, cïng víi sù bïng næ cña c«ng nghÖ th«ng tin, m¸y tÝnh ®ãng vai trß hÕt søc to lín vµ th©m nhËp ngµy cµng s©u vµo ®êi sèng kinh tÕ, x· héi vµ ®Æc biÖt gãp phÇn vµo viÖc nghin cøu ph¸t triÓn nh÷ng ngµnh khoa häc míi, ®¬n cö nh­ nh÷ng hÖ thèng tù ®éng ho¸ ®o l­êng vµ ®iÒu khiÓn b»ng m¸y tÝnh mµ ta sÏ ®Ì cËp d­íi ®©y. §Ó më réng tÇm øng dông, còng nh­ kh¶ n¨ng can thiÖp s©u cña kü thuËt m¸y tÝnh vµo c¸c lÜnh vùc kh¸c nhau. Chóng ta ph¶i cã mèi quan hÖ chÆt chÏ gi÷a chóng, nghÜa lµ kh¶ n¨ng kÕt nèi m¸y tÝnh còng nh­ viÖc kÕt nèi m¸y tÝnh víi thiÕt bÞ ngo¹i vi, tuú theo yªu cÇu vµ nhiÑm vô cô thÓ còng nh­ vËt t­ thiÕt bÞ cã trong tay mµ viÖc thiÕt kÕ mét hÖ thèng ghÐp nèi m¸y tÝnh kh¸c nhau víi nhiÒu môc ®Ých kh¸c nhau. §Æc biÖt ®­îc øng dông réng r·i trong ®o l­êng vµ ®iÒu khiÓn tù ®éng. Tuy nhiªn, ®Ó cã ®­îc ®iÒu ®ã cÇn ph¶i cã sù phèi ghÐp gi÷a hai nguån tÝn hiÖu ®ã lµ nguån tÝn hiÖu t­¬ng tù vµ nguån tÝn hiÖu sè. ViÖc nµy hÕt søc quan träng vµ kh«ng thÓ thiÕu ®­îc trong hÖ thèng xö lý sè, kh«ng nh÷ng thÕ viÖc nghiªn cøu t×m hiÓu nã cho ta biÕt ®­îc kh¶ n¨ng lµm viÖc, ®ä chÝnh x¸c cña hÖ thèng còng nh­ ®é tin cËy cña hÖ thèng PhÇn 1 Tæng quan vÒ kü thuËt chuyÓn ®æi tÝn hiÖu øng dông trong ®o l­êng vµ ®iÒu khiÓn b»ng m¸y tÝnh Ch­¬ng 1 ChuyÓn ®æi t­¬ng tù – sè ADC (The Analog to Digital Convertor) 1 .Nguyªn lý c¬ b¶n cña chuyÓn ®æi t­¬ng tù – sè (ADC basic principles) TÝn hiÖu t­¬ng tù lµ tÝn hiÖunbiÕn thiªn liªn tôc theo thêi gian, tÝn hiÖu sè m· ho¸ lµ rêi rac theo th¬i gian. §Ó chuûªn ®æi tÝn hiÖu t­¬ng tù sang d¹ng tÝn hiÖu sè ®ßi hái ph¶i l­îng tö ho¸ biªn ®é vµ rêi r¹c ho¸ trôc thêi gian tÝn hiÖu sè liªn tôc. §Ó cã ®­îc ®iÒu nµy, cÇn ph¶i lÊy mÉu tÝn hiÖu t­¬ng tù t¹i nh÷ng kho¶ng thêi gian nh­ nhau sau ®ã chuyÓn ®æi c¸c gi¸ trÞ mÉu thµnh sè. Nh­ vËy, nguyªn lý chung cña sù chuyÓn ®æi lµ: - lÊy mÉu - nhí mÉu - l­îng tö ho¸ - m· ho¸ 1.1. LÊy mÉu tÝn hiÖu (Singnal sample) ViÖc lÊy m©ò tÝn hiÖu t­¬ng tù t¹i nh÷ng kho¶ng thêi gian sao cho tÝn hiÖu sè ®­îc m· ho¸ cã thÓ kh«i phôc l¹i tÝn hiÖu cò mét c¸ch trung thùc, Ýt ¶nh h­ëng cña nhiÔu vµ sai sè do qu¸ tr×nh lÊy mÉu. Theo ®Þnh lý lÊy mÉu cña Kacchenikop hay ®Þnh lý lÊy mÉu cña Sharnon th× ®Ó kh«i phôc l¹i tÝn hiÖu cò cã ®é trung thùc tèi thiÓu th× tÇn sè cña tÝn hiÖu lÊy mÉu ph¶i cã ®é lín tèi thiÓu b»ng hai lÇn tÇn sè lín nhÊt cña phæ tÝn hiÖu t­¬ng tù: (1). Víi: lµ tÇn sè max cña d¶i phæ tÝn hiÖu t­¬ng tù cÇn chuyÓn ®æi lµ tÇn sè lÊy mÉu NÕu: th× ta gäi tÇn sè lÊy mÉu nµy lµ tµn sè Nyguist. Chu kú Nyguist: (2). 0 t U,i 0 t U,i H×nh 1. TÝn hiÖu t­¬ng tù vµ tÝn hiÖu sau khi l­îng tö vµ rêi r¹c ho¸ Nh­ vËy, mét tÝn hiÖu t­¬ng tù cã hµm tin x(t) nµo ®ã x¸c ®Þnh trong kho¶ng () hoµn toµn cã thÓ kh«i phôc tõ c¸c mÉu rêi r¹c cña nã x(k.) theo c«ng thøc: X (t) = .x(k.). (3). Víi : tÇn sè cao nhÊt trong phæ x(t) : b­íc rêi r¹c ho¸ hay tÇn sè lÊy mÉu: (4). (tÇn sè lÊy mÉu lín gÊp hai lÇn tÇn sè cao nhÊt cña x(t) ) Nh­ vËy sè mÉu cÇn lÊy lµ: (5). GØa sö coi nh­ bÒ réng phæ cña ©m thanh chÊt l­îng cao cã tÇn sè lµ : .Nh­ vËy, tÇn sè lÊy mÉu tÝn hiÖu theo ®Þnh lý trªn : 2. L­îng tö ho¸ vµ m· ho¸ tÝn hiÖu (signal Coding and Quantization). Sau khi tÝnh to¸n x¸c ®Þnh tÇn sè lÊy mÉu cña tÝn hiÖu b»ng®Þnh lý lÊy mÉu ta ®­îc d·y c¸c gi¸ trÞ rêi r¹c.Thùc hiÖn viÖc l­îng tö ho¸ biªn ®é cña tÝn hiÖu t­¬ng tù, lµ biÕn d·y c¸c gi¸ trÞ rêi r¹c bÊt kú ®ã thµnh d·y c¸c gi¸ trÞ nguyªn x(k) b»ng c¸ch hÕt søc ®¬n gi¶n lµ quy trß c¸c gi¸ trÞ ®ã. Tuy nhiªn, ph¶i x¸c ®Þnh ®­îc møc quy trßn (gi¸ trÞ nµy gäi lµ møc l­îng tö ho¸), ®iÒu nµy sÏ g©y ra sai sè l­îng tö ho¸ , tÊt nhiªn ta cã thÓ h¹n chÕ sai sè nµy mét c¸ch tèi thiÓu lµ t¨ng tÇn sè lÊy mÉu. Sè mÉu cµng lín th× sai sè cµng nhá, ®iÒu nµy thÓ hiÖn qua sè bit ®Çu ra cñ bé chuyÓn ®æi, ng­êi ta dùa vµo tham sè nµy ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l­äng chuyÓn ®æi còng nh­ ®é trung thùc cña tÝn hiÖu kh«i phôc. C«ng thøc l­îng tö ho¸: (5). Víi: E lµ phÇn nguyªn. VD: Ta cã c¸c gi¸ trÞ rêi r¹c sau khi lÊy mÉu tÝn hiÖu nh­ sau: Gi¸ trÞ rêi r¹c sau khi lÊy mÉu X(k.t) Gi¸ trÞ sau khi quy trßn 11.7 12 10.3 10 13.8 14 18.2 18 22.6 23 24.9 25 14.1 14 B¶ng 1. GÝa trÞ rêi r¹c sau khi lÊy mÉu vµ sau khi quy trßn Sau khi thùc hiÖn xong viÖc l­îng tö ho¸ tõ c¸c tÝn hiÖu rêi r¹c, ta thùc hiÖn viÖc m· ho¸ tÝn hiÖu sè. Tr­íc hÕt, ®Ó tiÕn hµnh m· ho¸ tÝn hiÖu theo m· nhÞ ph©n th× cÇn ph¶i xem tÝn hiÖu cÇn sè tõ m· tèi thiÓu lµ bao nhiªu, ®Ó cã d­îc ®iÒu nµy th× ph¶i dùa vµo gi¸ trÞ lín nhÊt cña mÉu. Víi con sè thËp ph©n, nÕu sö dông 4 con sè hËp ph©n ®Ó viÕt 1 con sè thËp ph©n th× ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn: < sè thËp ph©n < T­¬ng tù víi sè nhÞ ph©n: (6). Nh­ vËy, sè bit cÇn thiÕt ®Ó tho· m· ho¸ lµ n bit. Ch¼ng h¹n: Sè bit trong mçi tõ m· lµ 5 bit. VËy ta cã c«ng thøc ®Ó x¸c ®Þnh sè bit lµ: suy ra: . (7). Ngoµi ra, nÕu con sè biÓu diÔn lµ c¸c con sè ®¹i sè th× cßn cã c¶ sè ©mvµ sè d­¬ng cho nªn trong tõ m· cßn cã thªm mét bit n÷a lµ bit dÊu ®Ó ph©n biÖt sè ©m vµ sè d­¬ng . Trªn c¬ së ®ã ta thùc hiÖn m· ho¸ c¸c gi¸ trÞ trªn : x(0.t) = (12)= 01100 x(1.t) = (10) = 01010 x(2.t) = (14) = 01110 x(3.t) = (18) = 10010 x(4.t) = (23) = 10111 x(5.t) = (25) = 11001 x(6.t) = (14) = 01110 §Ó ®¸nh gi¸ chÊt l­îng chuyÓn ®æi nghÜa lµ ®é trung thùc cña tÝn hiÖu kh«i phôc ng­êi ta x¸c ®Þnh sai sè l­îng tö cùc ®¹i: Sai sè l­îng tö cùc ®¹i: Sai sèl­îng tö cµng nháth× ®é trung thùc cña tÝn hiÖu sau khi kh«i phôc cµng cao Nh­ vËy, sau khi tÝn hiÖu t­¬ng tù ®­îc lÊy mÉu (rêi r¹c ho¸ thêi gian) vµ m· ho¸ (l­îng tö ho¸ vÒ biªn ®é) nã chuyÓn thµnh tÝn hiÖu sè nµy lµ c¸c gi¸ trÞ rêi r¹c ®ã. C¸ch biÓu diÔn theo hÖ thËp ph©n th­êng dïng ®Ó chØ thÞ sè ®o, cßn tr­êng hîp m¹ch biÕn ®æi AD lµ c¸c thiÕt bÞ sè th× th­êng dïng hÖ c¬ sè 2 (m· nhÞ ph©n) ®Ó biÓu diÔn tÝn hiÖu sè. GØa sö gäi tÝn hiÖu t­¬ng tù lµ , tÝn hiÖu sè lµ , ®­îc biÓu diÔn d­íi d¹ng m· nhÞ ph©n nh­ sau:(8). Trong ®ã, c¸c hÖ sè hoÆc b»ng 1 (víi k=0 ®Õn k=n-1) vµ ®­îc gäi lµ bit (binary digit). Trong ®ã, bit cã träng l­îng lín nhÊt ë bªn tr¸i vµ bit cã träng l­îng nhá nhÊt ë bªn ph¶i.ë ®©y lµ bit cã träng l­îng nhá nhÊt. Nh­ vËy, víi mét m¹ch biÕn ®æi cã N bit nghÜa lµ cã N sè h¹ng trong d·y m· nhÞ ph©n th× mçi nÊc trªn h×nh chiÕm mét gi¸ trÞ: (9). Trong ®ã: - lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cho phÐp cña diÖn ¸p t­¬ng tù ®Çu vµo ADC - lµ møc ®iÖn tö 2.c¸c tham sè c¬ b¶n ®Æc tr­ng cho chuyÓn ®æi t­¬ng tù sè + D¶i biÕn ®æi cña ®iÖn ¸p t­¬ng tùu ®Çu vµo: Lµ kho¶ng ®iÖn ¸p mµ bé chuyÓn ®æi AD cã thÓ thùc hiÖn chuyÓn ®æi ®­îc. Kho¶ng ®iÖn ¸p ®ã cã thÓ lÊy c¸c gi¸ trÞ sè tõ 0 ®Õn mét sè d­¬ng hoÆc ©m nµo ®ã. Sè c¸c sè h¹ng cña m· sè cña ®Çu ra (sè bit trong m· nhÞ ph©n) t­¬ng øng víi d¶i biÕn ®æi cña ®iÖn ¸p vµo cho biÕt møc chÝnh x¸c cña phÐp chuyÓn ®æi. VÝ dô: Mét ADC cã sè bit ë ®Çu ra N=12, nghÜa lµ mét tõ m· cã 12 con sè nhÞ ph©n th× ADC cã thÓ ph©n biÖt ®uîc =4096 møc ®iÖn ¸p trong d¶i biÕn ®æi ®iÖn ¸p vµo cña nã. §é ph©n biÖt cña mét ADC ®­îc ký hiÖu lµ Q (®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (4) ë trªn). Nh­ v¹y, ta cã thÓ ngÇm hiÓu sè bit N ®Ó ®Æc tr­ng cho ®é chÝnh x¸c. Tuy nhiªn, ngoµi sè bit ®Æc tr­ng cho ®é chÝnh x¸c cña bé chuyÓn ®æi trong thùc tÕ liªn quan ®Õn ®é chÝnh x¸c cña ADC cßn cã nh÷ng tham sè kh¸c nh­: Sai sè lÖch 0, sai sè ®¬n ®iÖu, sai sè khuyÕch ®¹i Lý t­ëng Thùc MÐo phi tuyÕn Sai sè khuÕch ®¹i Sai sè ®¬n ®iÖu Sai sè lÖch kh«ng 000 001 010 011 100 101 110 111 H×nh 2. ®Æc tyuÕn lý t­ëng vµ thùc cña bé chuyÓn ®æi ADC Nh­ vËy, so s¸nh hai ®­êng ®Æt tuyÕn truyÒn ®¹t lý t­ëng cña ADC lµ mét ®­êng bËc thang ®Òu vµ cã ®é dèc trung b×nh b»ng 1. §­êng ®Æc tuyÕn thùc cã sai sè lÖch kh«ng vµ lµ mét h×nh bËc thang kh«ng ®Òu do ¶nh h­ëng cña sai sè khuyÕch ®¹i, cña mÐo phi tuyÕn vµ sai sè ®¬n ®iÖu. Trong ®ã, sai sè khuyÕch ®¹i lµ sai sè gi÷a ®é dèc trung b×nh cña ®­êng ®Æc tuyÕn thùc víi ®é dèc trung b×nh cña ®­êng ®Æc tuyÕn lý t­ëng. Sai sè phi tuyÕn ®­îc ®Æc tr­ng bëi sù thay ®æi ®ä dèc ®­êng trung b×nh cña ®¹c tuyÕn thùc trong d¶i biÕn ®æi cña ®iÖn ¸p vµo. Sai sè nµy lµm cho ®Æc tuyÕnchuyÓn ®æi cã d¹ng h×nh bËc thang kh«ng ®Òu. Cuèi cïng, sai sè ®¬n ®iÖu thùc chÊt còng do tÝnh phi tuyÕn cña ®­êng ®Æc tÝnh biÕn ®æi g©y ra. 3.CÊu t¹o, s¬ ®å khèi vµ nguyªn t¾c lµm viÖc cña ADC (ADC Composition, Diagram and Working Principle) 3.1 cÊu t¹o, s¬ ®è khèi (Diagram and Composition) M¹ch lÊy MÉu ADC L­îng tö ho¸ M· ho¸ UM UA UA UA UA h×nh 3.s¬ ®å khèi minh ho¹ nguyªn t¾c lµm viÖc cña ADC Nh­ vËy, mét bé chuyÓn ®æi bao gåm cã: M¹ch lÊy mÉu tÝn hiÖu, m¹ch l­îng tö ho¸ tÝn hiÖu vµ m¹ch m· ho¸ tÝn hiÖu. 3.2. Nguyªn t¾c lµm viÖc cña ADC (ADC Working Principle) Tr­íc hÕt, m¹ch l¸y mÉu tÝn hiÖu t­¬ng tù t¹i c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau ®Òu vµ c¸ch ®Òu nhau (rêi r¹c ho¸ tÝn hiÖu vÒ mÆt thßi gian), gi÷ cho biªn ®é ®iÖn ¸p t¹i c¸c thêi ®iÓm lÊy mÉu kh«ng ®æi trong qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi tiÕp theo. TÝn hiÖu ra m¹ch lÊy mÉu ®­îc ®­a tíi m¹ch l­îng tö ho¸ ®Ó thùc hiÖn lµm trßn víi biªn ®é chÝnh x¸c: . Sau m¹ch l­îng tö ho¸ lµ m¹ch m· ho¸. Trong m¹ch m· ho¸, kÕt qu¶ l­îng tö ho¸ ®­îc s¾p xÕp l¹i theo mét quy luËt nhÊt ®Þnh phô thuéc vµo lo¹i m· yªu cÈutªn ®Çu ra cña bé chuyÓn ®æi. 4. ph©n lo¹i chuyÓn ®æi t­¬ng tù-sè ADC . Cã nhiÒu c¸ch ph©n lo¹i chuyÓn ®æi t­¬ng tù-sè ADC , tuy nhiªn chñ yÕu ph©n lo¹i theo qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi vÒ mÆt thêi gian theo c¸ch ph©n lo¹i nµy cã 4 ph­¬ng ph¸p biÕn ®æi AD nh­ sau: a.Ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi song song: Trong ph­¬ng ph¸p nµytÝn hiÖu ®­îc so s¸nh cïng mét lóc víi nnhiÒu gi¸ trÞ chuÈn. Do ®ã tÊt c¶ c¸c bit ®­îc x¸c ®Þnh ®ång thêi vµ ®­a ®Õn ®Çu ra. b.BiÕn ®æi theo m· ®Õm: ë ®©y, qu¸ tr×nh so s¸nh ®­îc thùc hiÖn lÇn l­ît tõng b­íc theo quy luËt cña m· ®Õm. KÕt qu¶ chuyÓn ®æi ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch ®Õm sè l­îng gi¸ trÞ chuÈn cã thÓ chøa ®­îc trong gi¸ trÞ tÝn hiÖu t­¬ng tù cÇn chuyÓn ®æi. c. BiÕn ®ái nèi tiÕp theo m· nhÞ ph©n: Qóa tr×nh so s¸nh ®ùoc thùc hiÖn lÇn l­ît tõng b­íc theo quy luËt m· nhÞ ph©n. C¸c ®¬n vÞ chu¶n dïng ®Ó so s¸nh lÊy c¸c gi¸ trÞ gi¶m dÇn, do ®ã c¸c bit ®­îc x¸c ®Þnh lÇn l­ît tõng bit cã nghÜa lín nhÊt ®Õn bit nhá nhÊt. d. BiÕn ®æi song-song nèi tiÕp kÕt hîp: Trong ph­¬ng ph¸p nµy mçi b­íc so s¸nhcã thÓ ®­îc x¸c ®Þnh ®­îc tèi thiÓu lµ 2 bit ®ång thêi. Nh­ vËy, cã rÊt nhiÒu ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi, tuy nhiªn c¸c m¹ch th­c tÕ lµm viÖc theo nhiÒu ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau. Nh­ng vÒ nguyªn t¾c chuyÓn ®æi ®Òu lµm theo nh÷ng ph­¬ng ph¸p trªn. Trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ mét hÖ thèng ®o l­êng vµ ®iÒu khiÓn b»ng m¸y tÝnh, hay mét hÖ thèng ®o l­êng sè nµo ®ã tuú vµo yªu cÇucña hÖ thèng nh­ tèc ®é,®é chÝnh x¸c vËt t­ hiÖn cã mµ lùa chän ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi kh¸c nhau. Mçi ph­¬ng ph¸p ®Òu cã ­u nh­îc ®iÓm kh¸c nhau, chÝnh v× vËy viÖc nghin cøu nguyªn lý ho¹t ®éng , tÝnh n¨ng kü thu¹t cña tõng ph­¬ng ph¸p còng nh­ tõng m¹ch cô thÓ lµ nhiÖm vô cña ng­êi thiÕt kÕ. Sau ®©y ta t×m hiÓu tõng ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi: 4.1. Bé chuyÓn ®æi ADC theo ph­¬ng ph¸p tÝch ph©n mét s­ên dèc (the Ramp type ADC). 4.1.1. S¬ ®å khèi : Bé t¹o U tuyÕn tÝnh Bé so s¸nh 2 Bé t¹o cöa thêi gian Bé ®Õm xung Bé t¹o xung ®Öm Bé ®iÒu khiÓn Bé so s¸nh 1 U0 + Ux U0 2n 21 20 H×nh 4. S¬ ®å khèi ph­¬ng ph¸p tÝch ph©n mét s­ên dèc u U0 + Ux U0 t USS1 t USS2 t Uxung cöa DT Uxung chuÈn Uxung ®iÓm t t t H×nh 5 : Gi¶n ®å thêi gian  4.1.2.Nguyªn lý lµm viÖc Bé ®iÒu khتn t¹o xung ®iÒu khiÓn(Xung Clock), xung nµy cã nhiÖm vô xo¸ “0” bé ®Õm vµ t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a.Nã chÝnh lµbé t¹o ®iÖn ¸p mÉu cã ®é mÐo nhá Bé so s¸nh cã nhiÖm vô so s¸nh ®iÖn ¸p cÇn ®o víi ®iÖn ¸p chuÈn. Mét ®Çu ra Bé so s¸nh 2 ®Çu vµo h×nh 6. bé so s¸nh Khi ®Æt 2 ®iÖn ¸p ®Çu vµo b»ng nhau th× cã xung ra t¹i thêi ®iÓn .Xung ra nµy kÝch bé t¹o cöa thêi gian lµ Triger ã hai tr¹ng th¸i æn ®Þnh vµ lµm cho bé cöa thêi gian tõ tr¹ng th¸i “0” chuyÓn sang tr¹ng th¸i “1”. Sau khi cã ®iÖn ¸p vµo bé so s¸nh 2 th× nã sÏ so s¸nh gi¸ trÞ vµ ®­a ra xung ®Õm t¹i thêi ®iÓm . Xung ®Õm nµy lµm cho bé t¹o xung chuyÓn tr¹ng th¸i tõ tr¹ng th¸i “1” sang tr¹ng th¸i “0” , ®ång thêi më cöa ®Ó bé t¹o xung ®Õm lät qua, c¸c xung nµy sÏ ®­îc l­u tr÷ t¹i c¸c thanh ghi cña bé ®Õm xung. Trong thùc tÕ, th­êng sö dông c¸c vi m¹ch khuyÕch ®¹i thuËt to¸n lµm bé so s¸nh. Ta thÊy r»ng ë s¬ ®å nguyªn lý ngoµi ®iÖn ¸p cÇn cho ®iÖn ¸p .§iÖn ¸p lµ ®iÖn ¸p ®­îc t¹on ra nh»m môc ®Ých ®o chÝnh x¸c gi¸ trÞ cña ®iÖn ¸p v× khi b¾t ®Çu qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi nã ch­a æn ®Þnh do tÝnh kh«ng ®­êng th¼ng. Ta cã: (10) Víi: (11) Suy ra: (12). V× = const = Gi¶ sö i = 0 = n. 4.1.3 Sai sè chuyÓn ®æi vµ c¸ch kh¾c phôc. §Ó thùc hiÖn ®o l­êng vµ chuyÓn ®æi b»ng m¸y tÝnh th«ng qua card ghÐp nèi chuyÓn ®æi t­¬ng tù-sè ADC ngoµi viÖc ph¶i hiÓu nguyªn lý ho¹t ®éng cña nã, ta cßn ph¶i biÕt tÝnh n¨ng ®o l­êng còng nh­ ®é chÝnh x¸c cña tõng bé chuyÓn ®æi. VËy ®é chÝnh x¸c cña bé chuyÓn ®æi sö dông ph­¬ng ph¸p trªn phô thuéc vµo c¸c yÕu tè g× ? * §Ó tr¶ lêi cho c©u hái trªn ta ph¶i xem xet tõng yÕu tè tuú thuéc: C¸c ®iÖn ¸p chuÈn + DiÖn ¸p r¨ng c­a khong tuyÕn tÝnh + TÇn sè kh«ng æn ®Þnh cã sai sè t­¬ng ®èi lín lín Do nhiÔu xung can thiÖp vao m¹ch biÕn ®æi Do sù kh«ng ®ång bé gi÷a xung më cöa vµ chuçi xung chuÈn dÉn ®Õn sai sè ph­¬ng ph¸p ®o * c¸ch kh¾c phôc: Tr­íc hÕt ph¶i t¹o ®iÖn ¸p chuÈn thËt chuÈn g% nhá, sai sè doTÇn sè nhá nhá Gi¶m sai sè ph­¬ng ph¸p, t¨ng tÇn sè xung chuÈn, tuy nhiªn còng ph¶i phô thuéc vµo ®é ph©n gi¶i cña bé ®Õm xung. 4.2. Bé chuyÓn ®æi AD theo ph­¬ng ph¸p tÝch ph©n hai s­ên rèc. (The dual-slope integerating type A/D converter) 4.2.1. S¬ ®å khèi cÊu t¹o. Bé ®Öm M¹ch Logic §Õm Z0 T¹o xung nhÞp R c Uc Uch Ua M¹ch tÝch ph©n A1 Bé so s¸nh A2 M¹ch ADN U0 H×nh 7. s¬ ®å khèi cÊu t¹o bé chuyÓn ®æi theo ph­¬ng ph¸p hai s­ên dèc UC UA t t1 t2 t’2 0 U’c1 U’c2 H×nh 8. gi¶n ®å thêi gian 4.2.2. Nguyªn lý ho¹t ®éng. M¹ch logic ®iÒu khiÓn, ®iÒu khiÓn cho kho¸ K ë vÞ trÝ 1 th× ®iÖn ¸p t­¬ng tù cÇn chuyÓn ®æi n¹p ®iÖn cho tô C th«ng qua ®iÖn trë R t¹i thêi ®iÓm . Khi ®ã ë ®Çu ra cña m¹ch tÝch ph©n Cã ®iÖn ¸p ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau: (13). R C UchuÈn Uc H×nh 9. m¹ch tÝch ph©n Nh­ vËy, tû lÖ víi. Tuú theo lín hay bÐ mµ ®Æc tuyÕn cña cã ®é dèc kh¸c nhau. Trong thêi gian , bé ®Õm còng ®Õm c¸c xung nhÞp. Sau khi n¹p ®iÖn ¸p cÇn ®o cho tô ®iÖn C, m¹ch logic ®iÒu khiÓn sÏ chuyÓn kho¸ K sang vÞ trÝ 2 ®ång thêi tÝn hiÖu tõ m¹ch logic còng ®­îc ®­a ®Õn m¹ch AND ( m¹ch “Vµ”) vµ lµm chom¹ch AND th«ng khi cã xung nhÞp t¸c ®éng. T¹i thêi ®iÓm nµy, m¹ch ®Õm ë ®Çu ra b¾t ®Çu thùc hiÖn ®Õm vµ m¹ch ®Õm ®­îc m¹ch logic ®iÒu khiÓn vÒ vÞ trÝ nghØ. Khi K ë vÞ trÝ 2, ®iÖn ¸p chuÈn b¾t ®Çu n¹p ®iÖn cho tô C theo chiÒu ng­îc l¹i, ph­êng tr×nh n¹p lµ: (14). GØa thiÕt sau thêi gian th× , nghÜa lµ ®iÖn ¸p trªn tô C b»ng “0” v× hai ®iÖn ¸p ®­îc n¹p vµo tô cã nhiÒu c¸ch kh¸c nhau. Nh­ vËy ta cã: (15) Sè xung ®­a ®Õn m¹ch ®Õm trong thêi gian lµ: (16). Trong ®ã lµ tÇn sè cña d·y xung nhÞp tõ ®ã suy ra . Thay vµo (15) ta ®­îc: (17). Do ®ã xung nhÞp ®Õm ®­îc nhê m¹ch ®Õm ë ®Çu ra trong kho¶ng thêi gian lµ: (18). Sau thêi gian m¹ch ®Õm ra bÞ ng¾t v× ®iÖn ¸p trªn tô = 0 vµ m¹ch logic ®ãng cæng AND .Qóa tr×nh lÆp l¹i t­¬ng tù trong qu¸ tr×ng chuyÓn ®æi tiÕp theo. Nh­ vËy, theo c«ng thøc ta thÊy sè xung ®Õm ®­îc ë ®Çu ra tû lÖ víi ®iÖn ¸p t­¬ng tù cÇn chuyÓn ®æi. ë ®©y, kÕt qu¶ ®Õm kh«ng phô thuéc vµo c¸c th«ng sè RC cña m¹ch vµ còng kh«ng phô thuéc vµo tÇn sè fn . chÝnh v× lÏ ®ã kÕt qña chuyÓn ®æi còng kh¸ chÝnh x¸c, tuy nhiªn yªu cÇu cÇn thiÕt lµ tÇn sè nhÞp ph¶i cã ®é æn ®Þnh cao nghÜa lµ gi¸ trÞ tÇn sè xung nhÞp ph¶i nh­ nhau trong kho¶ng thíi gian t1 ,t2 Tãm l¹i, trong ph­¬ng ph¸p nµy.ta d· lµm cho ®iÖn ¸p cÇn chuyÓn ®æi UA Tû lÖ víi thêi gian (t1,t2 ) råi ®Õm sè xung nhÞp xuÊt hiÖn trong kho¶ng thêi gian ®ã. Ph­¬ng ph¸p nµy cho ta chuyÓn ®æi tÝn hiÖu t­¬ng tù thµnh tÝn hiÖu sè cã ®é chÝnh x¸c cao. 4.3 Ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi song song hay ph­¬ng ph¸p so s¸nh trùc tiÕp. (Comparaison directe). 4.3.1. S¬ ®å nguyªn lý. UA Uch 7V/8 3V/8 5V/8 V/2 3V/8 V/4 V/8 V/2 R R R R R R R R M· Ho¸ Lèi vµo Lèi ra 1111111 000 0111111 001 0011111 010 0001111 011 0000111 100 0000011 101 0000001 110 0000000 111 Bit 1 Bit 2 Bit 3 H×nh 10. s¬ ®å nguyªn lý ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi song song 4.3.2.Nguyªn lý ho¹t ®éng Trong ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi nµy, tÝn hiÖu t­¬ng tù cÇn chuyÓn ®æi UA cÇn chuyÓn ®æi ®­îc ®­a ®ång thêi tíi ®Çu vµo c¸ bé so s¸nh. §iÖn ¸p chuÈn Uch ®­îc ®­a ®Õn ®Çu vµo cßn l¹i cña c¸c bé so s¸nh qua thanh ®iÖn trë R. Do ®ã c¸c ®iÖn ¸p chuÈn ®Æt vµo bé so s¸nh l©n cËn kh¸c nhau mét l­îng kh«ng ®æi vµ gi¶m dÇn. §Çu ra cña c¸c bé so s¸nh cã ®iÖn ¸p vµo lín h¬n ®iÖn ¸p chuÈn lÊy trªn thanh ®iÖn trë cã møc logic “1”, ng­îc l¹i c¸c ®Çu ra cña c¸c bé so s¸nh co ®iÖn ¸p vµo nhá h¬n ®iÖn ¸p chuÈn cã møc logic “0. TÊt c¶ c¸c ®Çu ra cña c¸c bé so s¸nh ®­îc nèi vµo m¹ch AND cã mét ®Çu ®­îc nèi vµo mét m¹ch t¹o xung nhÞp. ChØ khi cã xung nhÞp ®­îc ®­a ®Õn t¸c ®éng vµo ®Çu m¹ch AND th× c¸c xung ra cña c¸c bé so s¸nh míi ®­îc n¹p vµo bé nhí lµ c¸c Flip-Flop.C¸c xung sau khi ®­îc nhí vµo m¹ch nhí nã ®­îc ma ho¸ thµnh d¹ng nhÞ ph©n. Nh­ vËy, cóu sau mét kho¶ng thêi gian b»ng mét chu kú xung nhÞp th× l¹i cã mét tÝn hiÖu ®­îc chuyÓn ®æi. Nh­ vËy, bé chuûªn ®æi t­¬ng tù-sè lµm viÖc theo ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi song song cã tèc ®é chuyÓn ®æi nhanh v× qu¸ tr×nh so s¸nh ®­îc thùc hiÖn song song cïng mét kho¶ng thêi gian. Tuy nhiªn, kÕt cÊu m¹ch phøc t¹p víi sè linh kiÖn qu¸ lín. Víi bé chuûªn ®æi N bit, ®Ó ph©n biÖt ®­îc 2n møc l­îng tö ho¸ th× ph¶i dïng tíi (2N - 1) bé so s¸nh. ChÝnh v× lÏ ®ã bé chuyÓn ®æi sö dông ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi nµy chØ ®ùoc sö dông trong hÖ thèng chuyªn dông cã yªuc cÇu sè bit N nhá vµ tèc ®é chuyÓn ®æi cao. Ngµy nay, ng­êi ta ®· chÕ t¹o ®­î card ADC7 bit tÇn sè fC = 15MHZ. 4.4.Bé chuyÓn ®æi ADC theo ph­¬ng ph¸p xÊp xØ liªn tiÕp (The Successive-approximation type ADC) 4.4.1. s¬ ®å khèi cÊu t¹o. Ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi xÊp xØ liªn tiÕp lµ ph­¬ng ph¸p phæ biÕn cho c¸c kiÓu ADC do tÝnh n¨ng tèc ®é, ®é chÝn x¸c vµ tÝnh dÔ thiÕt kÕ cña nã. Nã ho¹t ®éng nhê viÖc so s¸nh thÕ ®­îc sinh ra víi thÕ nèi vµo. Mét m¹ch d·y vµ mét m¹ch chuyÓn ®æi sè-t­¬ng tù ADC, mét ®ång hå xung nhÞp vµ mét thanh ghi xÊp xØ liªn tiÕp SAR . M¹ch d·y liªn tôc t¹o ra c¸c møc ®iÖn ¸p so s¸nh DAC N-Bit Xung nhÞp ®iÒu khiÓn khëi ®éng qua tr×nh chuyÓn ®æi Bit 1 Bit N H×nh 11. S¬ ®å khèi ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi xÊp xØ liªn tiÕp 4.4.2. Nguyªn lý ho¹t ®éng. Nguyªn t¾c lµm viÖc chñ yÕu lµ dùa trªn c¬ së “®óng” vµ “sai”. TÝn hiÖu lèi vµo ®­îc xÊp xØ liªn tiÕp b»ng mét nöa ®é lín cña b­íc tr­íc ®ã. Ban ®Çu nã kiÓm tra xem nÕu ®iÖn thÕ lèi vµo Vin lín h¬n mét nöa kho¶ng ®iÖn thÕ (VRanger ) cña ADC. GØa sö r»ng lèi ra “lµ ®óng” th× phÐp xÊp xØ tiÕp theo sÏ kiÓm tra xem nÕu Vin lín h¬n (1/2 + ¼) gi¶i ®iÖn ¸p VRanger .Qóa tr×nh nµy sÏ lÆp l¹i cho ®Õn khi thÕ vµo xÊp xØ ®ñ chÝnh x¸c . C¸c ®iÖn ¸p mÉu ®­îc t¹o ra b»ng bé chia mÉu ®iÖn ¸p. Sè l­îng ®iÖn ¸p mÉu t­¬ng øng víi sè bËc cña bé biÕn ®æi hay lµ sã bit cña tõ m· nhÞ ph©n ë ®Çu ra bé chuyÓn ®æi t t 1 0 0 1 0 1 0 V max V xÊp xØ 1/2V ranger H×nh 12. Gi¶n ®å thêi gian Bé khuyÕch ®¹i thËt to¸n ë ®©y sö dông ®Ó so s¸nh hai gi¸ trÞ ®iÖn thÕ ë cïng ®é lín (Biªn ®é cña tÝn hiÖu t­¬ng tù), nÕu kh«ng sö dông ë chÕ ®é ph¶n håi. Lèi ra cña bé khuyÕch ®¹i lý t­ëng lµ +0.5 volt, nÕu V+ > V- vµ b»ng –15 volt nÕu V+ < V- Nh÷ng m¹ch nh­ vËy ®­îc gäi lµ bé so s¸nh(comparator) .Trong tr­êng hîp nµy, Vout lµ giíi h¹n vÒ kh«ng t­¬ng øng víi 5 volt ®Î lèi ra cã thÓ t­¬ng thÝch møc TTL . Ngoµi bé so s¸nh ®­îc sö dông trong bé chuyÓn ®æi nµy cßn cã m¹ch chuyÓn ®æi DAC cã nhiÖm vô chuyÓn ®æi sè nhÞ ph©n thµnh thÕ t­¬ng tù t­¬ng øng víi ®é lín (Biªn ®é cña tÝn hiÖu t­¬ng tù) víi gi¸ trÞ sè ®ã . HiÖu suÊt chuyÓn ®æi cña kü thuËt nµy lµ chuyÓn ®æi cã ®é ph©n gi¶i cao, cã thÓ lµm viÖc trong thêi gian rÊt ng¾n hay tèc ®é chuyÓn ®æi cao. Tuy nhiªn, tèc ®é chuyÓn ®æi cßn phô thuéc vµo c¸c m¹ch nèi dÆc biÖt lµ bé DAC vµ bé so s¸nh. Ngoµi ra, sai sè cña phÐp chuyÓn ®æi nµy phô thuéc vµo ®é chÝnh x¸c, ®é æn ®Þnh cña ®iÖn ¸p mÉu vµ sai sè c¶ c¸c thiÕt bÞ so s¸nh. Ch­¬ng 2. ChuyÓn ®æi sè - t­¬ng tù DAC (The Digital to Analog Convertor) ChuyÓn ®æi sè –t­¬ng tù (DAC) lµ mét kh©u kh«ng kÐm phÇn quan träng trong mét hÖ thèng ®o l­êng vµ ®iÒu khiÓn b»ng m¸y tÝnh. §Ó ®iÒu khiÓn mét hÖ thèng nh­ ®iÒu khiÓn t¨ng, gi¶m æn nhiÖt cña mét lß nhiÖt dïng trong c«ng nghiÖp haynh­ ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn ... th× m¸y tÝnh cÇn ph¸t ra tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. TÝn hiÖu nµy lµ tÝn hiÖu sè v× thÕ trong h©ï hÕt c¸c hÖ thèng tù ®éng ho¸ cÇn ph¶i chuyÓn tÝn hiÖu nµy thµnh tÝn hiÖu t­¬ng tù (dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p biÕn thiªn liªn tôc).M¹ch ®iÖn thùc hiÖn chøc n¨ng nµy lµ m¹ch chuyÓn ®æi sè- t­¬ng tù(DAC). Nh­ vËy, m¹ch chuyÓn ®æi t­¬ng tù-sè sÏ thùc hiÖn chuyÓn ®æi tõ n bit(Binary Digit) thµnh 2n gi¸ trÞ ®iÖn ¸p kh¸c nhau, c¸c ®iÖn ¸p nµy ®ù¬c lÊy ra tõ mét diÖn ¸p so s¸nh x¸c ®Þnh. Nguån ®iÖn ¸p so s¸nh cã thÓ t×m thÊy ë chÝnh bªn trong bé chuûªn ®æi DA hoÆc tõ mét nguån ®iÖn ¸p tõ bªn ngoµi. §é ph©n gi¶i ®­îc chØ ra nh­ lµ ®é réng cña gi¸ trÞ sè ®­îc biÕn ®æi.V× thÕ, mét bé biÕn ®æi D/A n bit cã thÓ t¹o ra 2n gi¸ trÞ lèi ra kh¸c nhau. Khi ta chän d¶i ®iÒu chØnh cã ®é réng 10v nh­ th­êng thÊy trong c«ng nghiÖp, th× sÏ cã nh÷ng b­íc nh¶y ®iÖn ¸p nhá nhÊt nh­ sau: N §é ph©n gi¶i §iÖn ¸p nhá nhÊt 8 1/256 39.1 mV 10 1/1024 0.97 mV 12 1/4096 0.24 mV 16 1/65536 0.015 mV B¶ng 2. §é ph©n d¶i cña DAC t­¬ng øng víi sè bit 1.S¬ ®å khèi-nguyªn t¾c lµm viÖc. ChuyÓn ®æi sè-t­¬ng tù (DAC) lµ qu¸ tr×nh lµm l¹i tÝn hiÖu t­¬ng tù tõ N sè h¹ng hay nãi c¸ch kh¸c tõ N bit ®· biÕt cña tÝn hiÖu so víi ®é chÝnh x¸c lµ mét møc l­îng tö lµ LBS . DAC LTD UD UM UA H×nh 13. s¬ ®å khèi qu¸ tr×nh kh«i phôc tÝn hiÖu t­¬ng tù §Ó lÊy ®­îc tÝn hiÖu t­¬ng tù tõ tÝn hiÖu sè lµ tÝn hiÖu rêi r¹c theo thêi gian, tÝn hiÖu nµy®­îc ®­a qua mét bé läc th«ng thÊp lý t­ëng.Trªn ®Çu ra cña bé läc cã tÝn hiÖu UA biÕn thiªn liªn tôc theo thêi gian, lµ tÝn hiÖu néi suy cña Um . ë ®©y bé loc th«ng thÊp ®ãng vai trß nh­ mét bé néi suy UM t 0 H×nh 14. Gi¶n ®å thêi gian 2.c¸c ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi sè- t­¬ng tù 2.1.ChuyÓn ®æi sè-t­¬ng tù b»ng ph­¬ng ph¸p ®Êu ®iÖn trë R-2R Ph­¬ng ph¸p nµy ®­îc sö dông réng r·i nhÊt ë c¸c bé chuyÓn ®æi DA. Sù s¾p xÕp kh¸ ®Æc biÖt cña c¸c ®iÖn trë ®· mang l¹i nh­ìng ­u ®iÓm næi bËt so víi c¸c ph­¬ng ph¸p kh¸c .PhÇn chÝnh cña m¹ng c¸c ®iÖn trë cã thÓ xem nh­ lµ mét bé chia ®iÖn ¸p. Bé chia nµy cã ®Æc tÝnh lµ mçi ®iÓm nót ®­îc ®Êu t¶i b»ng mét ®iÖn trë R.Nhê vËy mµ mçi ®iÓm nót dßng ®iÖn di qua ®­îc chia theo tû lÖ 1:1 vµ ®èi vãi bit cao nhÊt ®i qua ®iÖn trë ®­îc tÝnh b»ng c«ng thøc: I = Uref / 2R (15) Cßn dßngqua ®iÖn trë tiÕp theo sÏ lµ: I = Uref / 2R.0.5(16). Ngoµi ra mét bé phËn chuyÓn m¹ch qua l¹i sÏ x¸c ®Þnh liÖu dßng ®iÖn sÏ ®i xuèng mass hay lµ ®i qua ®iÓm lÊy tæng cña m¹ch. Møc High ®Æt ë chuyÓn m¹ch sao cho dßng ®iÖn ®i qua ®iÓm lÊy tæng vµ do vËy ®ãg gãp vµo dßng ®iÖn tæng céng. Dßng ®iÑn tæng céng ë lèi ra OUT1 sau ®ã ®­îc tÝnh theo c«ng thøc : I =Uref.n/256.R n ë ®©y lµ gi¸ trÞ byte d÷ liÖu (kÒ s¸t lèi ra). Khi ch©n ra OUT1 víi lèi vµo kh«ng ®¶o cña mét bé khuyÕch ®¹i thuËt to¸n cã ®iÖn trë R ®­îc ®¸u nh­ ®iÖn trë ph¶n håi th× ®iÖn ¸p ®­îc tÝnh nh­ sau: Ua =-IR = -Uref .n/256 K Uch R 2N 21 2N-1 RN UM TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn sè H×nh 15. S¬ ®å nguyªn lý ADC thang ®iÖn trë 2.2.2. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng S¬ ®å trªn m« t¶ nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña bé chuyÓn ®æi AD theo ph­¬ng ph¸p thang ®iÑn trë. ë ®Çu vµo cña bbé khuyÕch ®¹i thuËt to¸n lµ mét thang ®iÖn trë mµ trÞ sè cña chóng ph©n bè theo m· nhÞ ph©n, c¸c ®iÖn trë l©n cËn nhau cã trÞ sè h¬n kÐm nhau 2 lÇn.TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn chÝnh lµ tÝn hiÖu sè cÇn chuyÓn ®æi. Bit cã träng sè nhá nhÊt (LBS) ®­îc ®­a ®Õn ®iÒu khiÓn kho¸ nèi víi ®iÖn trë lín nhÊt (R), bit cã träng sè lín h¬n, tiÕp ®ã ®­a ®Õn ®iÒu khiÓn kho¸ nèi víi ®iÖn trë nhá h¬n (R/2)... vµ MSB nèi víi ®iÖn trë nhá nhÊt (R/2N-1). Nõu 1 bit cã gi¸ trÞ “0” th× kho¸ t­¬ng øng Nèi víi ®Êt vµ nÕu mét bit cã gi¸ tri “1” th× kho¸ t­¬ng øng nèi víi nguån ®iÖn ¸p chuÈn Uch ®Ó t¹o nªn dßng ®iÖn tû lÖ nghÞch víi trÞ sè ®iÖn trëcña nh¸nh ®ã, nghÜa lµ I0 cã trÞ sè nhá nhÊt vµ IN-1cã trÞ sè lín nhÊt. Dßng ®iÖn sinh ra trong c¸c nh¸nh ®iÖn trë ®­îc ®­a ®Õn ®Çu vµo bé khuyÕch ®¹i thuËt to¸n, ë ®Çu ra bé khuyÕch ®¹i thuËt to¸n cã ®iÖn ra ®­îc tÝnh b»ng c«ng thøc: UM = -RN. (19). §Ó thùc hiÖn chuyÓn m¹ch K trong s¬ ®å trªn ta cã thÓ sö dông s¬ ®å sau: Uch T2 TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn sè T1 H×nh 16. s¬ ®å nguyªn lý chuyÓn m¹ch K 2.3.chuyÓn ®æi sè-t­¬ng tù b»ng ph­¬ng ph¸p Shannon-Rack. 2.3.1. s¬ ®å nguyªn lý. K2 K1 C R I H×nh17.s¬ ®å nguyªn lý bé chuyÓn ®æi D-A theo ph­¬ng ph¸p m· ho¸ Shannon-Rack. 2.3.2.Nguyªn lý ho¹t ®éng. §©y lµ mét qu¸ tr×ng chuyÓn ®æi nèi tiÕp tõng bit mét. TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn sè ®­îc ®­a lÇn l­ît tõ LBS ®Õn MSB ®Õn ®iÒu khiÓn K1.Gi¶ sö _gäi thêi gian chuyÓn ®æi 1 bit lµ T th× trong kho¶ng ®Çu T/2, K2më, K1®ãng, nÕu tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn lµ “1” vµ më khi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn lµ “0”. Khi K ®ãng th× tô ®­îc n¹p. Sang nöa sau cña T/2, K1më, K2®ãng, C phãng ®iÖnqua R vµ UC gi¶m rÇn. Qu¸ tr×nh ®ã lÆp l¹i khi lÇn l­ît ®­a ra c¸c bit ®Õn ®iÒu khiÓn K1. NÕu cÇn chuyÓn ®æi N bit th× thêi gian cÇn chuyÓn ®æi lµ NT. Sau kho¶ng thêi gian NT ®iÖn ¸p cßn l¹i trªn tô ®iÖn chÝnh lµ ®iÖn ¸p t­¬ng tù cÇn t×m. Tuy nhiªn, ®Ó cã ®iÖn ¸p UC sau mçi bit (sau kho¶ng thêi gian T) tØ lÖ víi bit t­¬ng øng, ph¶i chén thêi gian phãng cña tô ®iÖn qua ®iÖn trë R theo ®iÒu kiÖn T/2 = 0.7RC sao cho nÕu ®iÖn ¸p trªn tô lµ U0th× sau khi phãng, ®iÖn ¸p cßn l¹i lµ UC= U0 e- 0.7 = 0.496 U0 phÇn 2 øng dông cña m¸y tÝnh trong ®o l­êng vµ ®iÒu khiÓn M¸y tÝnh (computer) cã cÊu tróc do Phonnerman ®Ò xuÊt bao gåm cã khèi xö lý trung t©m CPU (Center Processing Unit) cã chøc n¨ng thùc hiÖn c¸c chuçi lÖnh cña ch­¬ng tr×nh ®· ®­îc ghi vµo trong bé nhí, bé nhí M (Memory) l­u tr÷ d÷ liÖu vµ c¸c ch­¬ng tr×nh. Ngoµi ra cßn c¸c cöa vµo ra I/O (In/Out Port) ®ãng vai trß lµ c¸c khèi ghÐp nèi gi÷a m¸y tÝnh vµ c¸c thiÕt bÞ ngoµi , lµm nhiÖm vô rao ®æi tin gi÷a m¸y tÝnh vµ m«i tr­êng bªn ngoµi. Ngoµi ra cßn cã c¸c cöa vµo ra I/O (In/Out Port) ®ãng vai trß lµ c¸c khèi ghÐp nèi gi÷a m¸y tÝnh vµ c¸c thiÕt bÞ ngoµi, lµm nhiÖm vô trao ®æi tin gi÷a m¸y tÝnh vµ m«i tr­êng bªn ngoµi. Nh­ vËy, ngoµi chÕ ®é tù trÞ (of-line) kh«ng nèi víi c¸c thiÕt bÞ ngoµi th«ng dông nh­: bµn phÝm, mµn h×nh, chuét, ®Üa tõ (®Üa cøng, ®Üa mÒm, ®Üa quang), m¸y ®äc, m¸y in...M¸y tÝnh cßn ho¹t déng ë chÕ ®é nèi m¹ch (on-line) hay thêi gian thùc (real time). ë chÕ ®é nµy, m¸y tÝnh nhËn c¸c th«ng sè vÒ th«ng sè ®o vËt lý(nhiÖt ®é, ¸p suÊt,®iÖn ¸p, dßng ®iÖn...) vµ ®­a ra tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn cÇn thiÕt ®Ó ®iÒu chØnh nh»m cã mét th«ng sè æn ®iÞnh hoÆc tèi ­u.Ng­êi m¸y(robot) lµ mét vÝ dô ®Æc tr­ng cña viÖc øng dông kü thuËt m¸y tÝnh trong ®o l­êng vµ ®iÒu khiÓn tù ®éng trong c«ng nghiÖp. Muèn thiÕt kÕ, b¶o qu¶n tèt hÖ ®o-®iÒu khiÓnc«ng nghiÖp øng dông kü thuËt ghÐp nèi ®iÒu quan träng thiÕt yÕu lµ ph¶i n¾m v÷ng kü thuËt m¸y tÝnh, kü thuËt viÕt ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn. Ngoµi ra cßn ph¶i n¾m v÷ng c¸c kü thuËt ghÐp nèi theo c¸c chÕ ®é song song, nèi tiÕp, trùc tiÕp khèi nhí(DMA). DÓ thùc hiÖn viÖc ghÐp nèi m¸y tÝnh ta cã c¸c kh¶ n¨ng lùa chän: GhÐp nèi qua cæng song song (cæng m¸y in hay LPT) GhÐp nèi qua cæng nèi tiÕp (cæng COM) Qua r·nh c¾m më réng Ch­¬ng 1 GhÐp nèi qua cæng song song (lpt) 1 cÊu t¹o cæng song song: Cæng song song cã mÆt ë hÇu hÕt trªn c¸c m¸y tÝnh PC .cÊu tróc cña cæng song song rÊt ®¬n gi¶n víi 8 ®­êng dÉn d÷ liÖu, 4 ®­êng dÉn ®iÒu khiÓn ®Ó chuyÓn c¸c tÝn hiÖu diÒu khiÓn, 5 ®­êng dÉn tr¹ng th¸i ®Ó truyÒn c¸c th«ng tin tr¹ng th¸i tõ thiÕt bÞ ghÐp nèi trë l¹i m¸y tÝnh, mét ®­êng dÉn mass chung. Giao diÖn song song sö dông c¸c møc TLL, chÝnh v× vËy viÖc sö dông cæng song song cho môc ®Ých ®o l­êng ®iÌu khiÓn rÊt thuËn lîi vµ ®¬n gi¶n. tuy nhiªn, kho¶ng c¸ch cùc ®¹i gi÷a cæng song song maý tÝnh PC vµ thiÕt bÞ ngo¹i vi bÞ h¹n chÕ v× ®iÖn dung ký sinh vµ hiÖn t­îng c¶m øng gi÷a c¸c ®­êng dÉn cã thÓ lµm biÕn d¹ng tÝn hiÖu. Kho¶ng c¸ch ghÐp nèi trªn 3m nªn xo¾n c¸c ®­êng dÉn tÝn hiÖu víi ®­êng nèi ®Êt theo kiÓu cÆp d©y x«¾n hoÆc dïng lo¹i d©y c¸p dÑp nhiÒu sîi trong ®ã mçi ®­êng dÉn d÷ liÖu ®Òu n»m gi÷a hai ®­êng d©y nèi mass M¸y tÝnh 1 M¸y in H×nh 17.c¸c ®­êng dÉn tÝn hiÖu gi÷a m¸y tÝnh vµ m¸y in Cæng song song cã 8 d­êng dÉn song song ®Òu ®­îc dïng ®Ó truyÒn d÷ liÖu tõ m¸y tÝnh sang m¸y in. Trong nh÷ng tr­êng hîp nµy, khi chuyÓn sang c¸c óng dông ®Ó thùc hiÖn nhiÖm vô ®o l­êng ta ph¶i chuyÓn d÷ liÖu tõ m¹ch ngo¹i vi vµo m¸y tÝnh ®Ó thu thËp vµ xö ý. V× vËy, ta ph¶i tËn dông mét trong 5 ®­êng dÉn theo h­íng ng­îc l¹i nghÜa lµ tõ bªn ngoµi vÒ m¸y tÝnh ®Ó chuyÓn sè liÖu ®o l­êng . Tªn cña tÝn hiÖu Ch©n sè (« c¾m 25 ch©n) Ch©n sè (« c¾m 36 ch©n) Truy cËp H­íng d÷ liÖu strobe 1 1 §CCS (Bit0) Lèi ra D0 2 2 §CCS (Bit1) Lèi ra D1 3 3 Lèi ra D2 4 4 Lèi ra D3 5 5 Lèi ra D4 6 6 Lèi ra D5 7 7 Lèi ra D6 8 8 Lèi ra D7 9 9 §CCS (Bit7) Lèi ra Achowledge 10 10 §CCS+1(Bit6) Lèi vµo Busy (b¸o bËn) 11 11 §CCS+1(Bit7) Lèi vµo ®¶o Paperempty (hÕt giÊy) 12 12 §CCS+1(Bit5) Lèi vµo Select (lùa chän) 13 13 §CCS+1(Bit4) Lèi vµo Auto linfeed (tù ®éng n¹p dßng) 14 14 §CCS+2(Bit1) Lèi vµo/ra ®¶o Error (m¾c lçi) 15 32 §CCS+1(Bit3) Lèi vµo Reset (thiÕt lËp l¹i) 16 31 §CCS+1(Bit2) Lèi vµo/ra Select Input (lùa chän lèi vµo) 17 36 §CCS+2(Bit3) Lèi vµo/ra ®¶o Ground (nèi ®Êt cña tÝn hiÖu) 18-25 19-30,33 Chassis-Ground (nèi ®Êt vá m¸y) 17 +5 V 18 Kh«ng sö dông 34,35 B¶ng 3.sù s¾p xÕp c¸c ch©n trªn 2 lo¹i æ c¾m Chøc n¨ng cña tõng ch©n ®­îc m« t¶ sau d©y: Strobe: víi mét chøc n¨ng logic thÊp (Low) ë ch©n nµy, m¸y tÝnh th«ng b¸o cho m¸y in biÕt cã mét byte s½n sµng trªn ®­êng dÉn tÝn hiÖu ®Ó ®­îc truyÒn. D0-D7: c¸c ®­êng dÉn d÷ liÖu. Achowledge: Víi mét møc logic thÊp (Low) ë ch©n nµy, m¸y in th«ng b¸o cho m¸y tÝnh biÕt ®· nhËn ®­îc ký tù võa göi vµ cã thÓ tiÕp tôc nhËn Busy: m¸y in göi mét møc logic cao (High) trong khi ®ang ®ãn nhËn hoÆc in ra d÷ liÖu ®Ó th«ng b¸o lµ c¸c bé ®Öm cña m¸y in ®· bÞ ®Çy (M¸y in ®ang ë tr¹ng th¸i bËn) khi ®ã mý in ®Æt ë tr¹ng th¸i Off-Line Paper Empty: Ch©n nµy ë møc cao (High) cã nghÜa lµ m¸y in th«ng b¸o giÊy ®· ®­îc dïng hÕt Select: ch©n nµy ë møc cao (High) cã nghÜa lµ m¸y in ®ang ë tr¹ng th¸i kÝch ho¹t (On-line). Auto Linefeed: b»ng métmøc thÊp (Low) ë ch©n nµy, m¸y in th«ng b¸o cho m¸y tÝnh biÕt ®· cã mét lçi, ch¼ng h¹n bÞ kÑ giÊy hoÆc m¸y in ®ang ë tr¹ng th¸i Off-Line Reset: b»ng mét møc thÊp (Low) ë ch©n nµy, m¸y in ®­îc ®Æt trë l¹i tr¹ng th¸i ®­îc x¸c ®Þnh lóc ban ®Çu Select Input: b»n mé møc thÊp (Low) ë ch©n nµy, m¸y in ®­îc lùa chon bëi m¸y tÝnh Nh­ vËy, th«ng qua chøc n¨ng cña c¸c ch©n nµy ta thÊy ®­îc nguyªnt¾c ®iÒu khiÓn cña m¸y in. Ngoµi ra víi 8 ®­êng dÉn d÷ liÖu song song ®Ó truyÒn d÷ liÖu tõ m¸y tÝnh sang m¸y in. Trong tr­êng hîp khi chuyÓn sang c¸c øng dông ®o l­êng vµ ®iÒu khiÓn ta ph¶i chuyÓn d÷ liÖu tõ m¸y tÝnh trë l¹i m¸y in ®Ó thu thËp vµ xö lý, v× thÕ ta ph¶i tËn dông mét trong n¨m ®­êng dÉn theo h­íg ng­îc l¹i ®Î m¸y tÝnh thu thËp vµ xö lý. Tuy nhiªn , khi tiÕn hµnh ghÐp nèi víi cæng song song cÇn hÕt søc thËn träng. Kh¸c víi cæng nèi tiÕp , ta cã thÎ lµm háng cæng song song do nhÇm lÉ bëi v× c¸c lèi ra cæng song song ®Òu lµ c¸c ®­êng dÉn t­¬ng thÝch TTL kh«ng ®­îc b¶o vÖ chèng qua t¶i chÝnh v× lÏ ®ã khi tiÕn hµnhghÐp nèi víi cæng song song cÇn ph¶i tu©n thñ theo c¸c quy t¾c sau: + ThiÕt bÞ chØ ®ùoc ghÐp nèi víi cæng song song khi m¸y tÝnh ë tr¹ng th¸i ng¾t diÖn + c¸c lèi vµo chØ ®­îc phÐp tiÕp nhËn ®iÖn ¸p gi÷a 0v-5v + c¸c lèi ra kh«ng ®­îc phÐp ng¾n m¹ch hoÆc ®Êu nèi víi c¸c lèi ra kh¸c vµ c¸c lèi ra kh«ng ®­îc phÐp nèi víi c¸c nguån tÝn hiÖu ®iÖn ¸p mµ kh«ng biÕt râ th«ng sè §Ó cã thÓ ghÐp nèi m¸y tÝnh víi c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi, c¸c m¹ch ®iÖn øng dông trong ®o l­êng vµ ®iÒu khiÓn víi cæng song song ta ph¶i t×m hiÓu c¸ch trao ®æi c¸ch trao ®æi víi c¸c thanh ghi th«ng qua sù s¾p xÕp vµ ®Þa chØ cña c¸c thanh ghi ®ã. C¸c ®­ßng dÉn cña cæng song song ®­îc nèi víi 3 thanh ghi 8 bit kh¸c nhau: + Thanh ghi d÷ liÖu: cã ®Þa chØ c¬ së lµ 0x387 ®èi víi cæng LPT1 vµ 0x278 ®èi víi cæng LPT2 +Thang ghi ®iÒu khiÓn: cã ®Þa chØ c¬ së +1 + Thanh ghi tr¹ng th¸i: cã ®Þa chØ c¬ së +2 Nh­ vËy, cã 8 ®­êng dÉn d÷ liÖu dÉn tíi thanh ghi d÷ liÖu, cßn 4 ®­êng dÉn ®iÒu khiÓn (Strobe, auto Linefeed, Reset, Select Input) dÉn ®Õn thanh ghi ®iÒu khiÓn, cuèi cïng lµ 5 ®­êng dÉn tr¹ng th¸i (Acknowledge, Busy, Paper Emty, Select, Error) dÉn ®Õn thanh ghi tr¹ng th¸i . Trong ®ã c¸c ®­êng dÉn phô trî dïng cho m¸y in cã 5 lèi vµo cña c¸c thanh ghi tr¹ng th¸i (Error, Select, Paper Empty, Ackowledge, Busy), tõ c¸c lèi vµo nµy cã mét tr¹ng th¸i ®­îc ®äc vµ lÊy ®¶o (Busy) .C¸c ®­êng dÉn nµy ®Òu t­¬ng thÝch TTL, nghÜa lµ cac slèi vµo hë m¹ch ®­îc xem lµ ®Æt lªn møc High, do ®ã chuyÓn m¹ch cã thÓ ®­îc thùc hiÖnmét c¸ch ®¬n gi¶n lµ nèi víi mass. Cßn ®Þa chØ cæng (§CCS+2) cho phÐp truy cËp lªn thanh ghi ®iÒu khiÓn víi 4 ®­êng phô trî (Strobe, Auto linefeed, RÕt, Select Input) qua ®ã c¸c th«ng tin ®iÒu khiÓn ®­îc xuÊt tõ m¸y tÝnh sang m¸y in nh­ng ®ång thêi 4 ®­êng dÉn nµy còng cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó ®äc. D÷ liÖu ®­îc xuÊt ra qua c¸c lèi ra cùc gãp hë. C¸c ®iÖn trë cã trÞ gi¸ kho¶ng 3.3KW nèi c¸c lèi ra lªn nguån +5v. Khi xuÊt ra c¸c tr¹ng th¸i High, c¸c ®­êng dÉn cã ®iÖn trë t­¬ng ®èi cao vµ cã thÓ chuyÓn sang tr¹ng th¸i Low b»ng m¹ch ®iÖn bªn ngoµi. Mçi tr¹ng th¸i ®iÒu ®­îc ®äc trë l¹i qua c¸c lèi vµo TTL, do ®ã 4 ®­êng dÉn nµy cã thÓ sö dông theo hai h­íng d÷ liÖu. Khi ®ã ta cÇn ph¶i chó ý lµ 3 trong sè c¸c ®­êng dÉn (Strobe, Auto Linefeed, Select Input ) ®ùoc lÊy ®¶o vµ chØ cã mét ®­êng dÉn cßn l¹i (Reset) ®­îc gi÷ nguuyªn. 3.GhÐp nèi m¸y tÝnh qua cæng song song. Giao diÖn song song cã kh¶ n¨ng xuÊt ra 8 bit d÷ liÖu cïng mét lóc, th«ng th­êng qua giao diÖn m¸y in cã thÓ ®iÒu khiÓn, ch¼ng h¹n c¸c m¹ch logic hoÆc c¸c bé ®Öm c«ng suÊt (chÞu dßng lín). Tr¸i ng­îc víi viÖc xuÊt ra nèi tiÕp, viÖc xuÊt ra cæng song song víi mét lÖnh cæng ®¬n gi¶n nh­ng cùc nhanh, chÝnh v× ®¨c tÝnh nµy mµ nã ®­îc øng dông ®Ó t¹o ra c¸c tÝn hiÖu Analog tÇn sè thÊp nh­ng víi chÊt l­îng cùc cao. Bªn c¹nh ®ã nã cßn ®­îc sö dông ®Ó ®iÒu khiÓn nh÷ng m¸y mãc ®¬n gi¶n. §Ó cã thÓ ghÐp nèi m¸y tÝnh qua cæng song song, ngoµi ph¶i biÕt chÝnh x¸c ®Þa chØ cña tæng ®µi, ta cßn ph¶i quan t©m ®Õn cæng lµ lo¹i mét h­íng hay hai h­íng. Së dÜ ta quan t©m ®Õn ®iÒu nµy bëi v× trong c¸c m¸y tÝnh ®êi míi cæng song song cã kh¸c h¬n so víi cæng song song tiªu chuÈn ë trªn. Cô thÓ lµ thanh ghi d÷ liÖu vµ thanh ghi ®iÒu khiÓn (trong nh÷ng ®iªu kiÖn nhÊt ®Þnh) chØ lµ mét h­íng, nghÜa lµ d÷ liÖu chØ cã thÓ trao ®æi( ®äc hoÆc ghi) theo mét chiÒu. ChÝnh v× ®iÒu nµy ®· g©y kh«ng mÊy hÊp dÉn ®èi víi nh÷ng øng dông ®o l­êng, ®iÒu khiÓn. Tr­íc hÕt ®Ó cã thÓ kÓ ®Õn sù h¹n chÕ ®¸ng kÓ khi sö dông cæng song song vµo môc ®Ých ®o l­êng bëi v× ta ph¶i ®äc c¸c g¸i trÞ sè ®· ®­îc biÕn ®æi tõ c¸c gi¸ trÞ ©nlog. Tuy nhiªn, ta cã thÓ gi¶i quyÕt ®­îc b»ng mét vµi thñ thuËt trong phÇn cøng vµ phÇn mÒm, cho dï cã thÓ cã nh÷ng h¹n chÕ. H×nh 18. Giao diÖn song song dïng cho mét qua tr×nh ®iÒu khiÓn H×nh 19. Giao diÖn song song dïng cho mét qua tr×nh ®iÒu chØnh Do c¸c m¸y tÝnh ®êi míi cã cæng song song cho phÐp trao ®æi d÷ liÖu theo kiÓu hai h­íng, cã nghÜa lµ cã hai thanh ghi mét h­íng vµ hai h­íng nªn cã thÓ tËn dông m¸y tÝnh cho c¸c øng dông ®o l­êng vµ ®iÒu khiÓn. Tuy vËy, tr­íc khi tiÕn hµnh ghÐp nèi ta ph¶i kiÓm tra xem cæng song song nµy cã hç trî trao ®æi d÷ liÖu hai h­íng hay kh«ng. C«ng viÖc nµy chñ yÕu xem tµi liÖu nãi vÒ phÇn cøng. Sau ®©y ta sÏ lÇn l­ît t×m hiÓu vÒ giao diÖn song song mét h­íng vµ hai h­íng. 3.1 Giao diÖn song song mét h­íng §Ó xÐt xem giao diÖn song song mét h­íng co nh÷ng kh¶ n¨ng øng dông nµo trong ®o l­êng vµ ®iÒu khiÓn: H×nh20.M« t¶giao diÖn song song mét h­íng cho mét qu¸ tr×nh ®iÒukhiÓn Trong c¸ch l¾p ®Æt nh­ h×nh trªn dïng ®Õn 12 ®­êng dÉn lèi ra vµ 5 ®­êng dÉn lèi vµo. V× vËy mµ cã thÓ h×nh thµnh mét qua tr×nh ®iÒu khiÓn theo kiÓu tû lÖ qua mét bé biÕn ®æi sè/t­¬ng tù 8 bit ho¨ch 12 bit víi 5 ®­êng dÉn th«ng b¸o trë l¹i. Ngoµi ra cã thÓ sö dông 4 ®­êng dÉn lèi ra lµ 4 ®­êng dÉn lÊy tõ thanh ghi ®iÒu khiÓn. §ay thùc ch¸t lµ thñ thuËt mang tÝnh kü thuËt mµ ta ®· nãi ë trªn- mét bé chuyÓn ®æi AD theo ph­¬ng ph¸p xÊp xØ liªn tiÕp nhê mét bé chuyÓn ®æi DA trong ®ã ta cÇn thªm mét ®­êng dÉn th«ng b¸o trë l¹i. Nhê vËy mµ ta m« pháng viÖc nhËp d÷ liÖu tõng phÇn 8 bit hoÆc 12 bit. 3.2Giao diÖn song song hai h­íng « 25 ch©n « 9 ch©n Tªn ViÕt t¾t Chøc n¨ng 1 Frame Ground FG Ch©n nµy ®­îc nèi víi vá bäc kim cña d©y c¸p, víi vá m¸y hoÆc tiÕp ®Êt 2 3 Transmit Data TxD D÷ liÖu ®­îc göi tõ DCE( m¸y tÝnh hay thiÕt bÞ ®Çu cuèi) tíi DTE qua ®­êng dÉn TD 3 2 Recive to data RxG D÷ liÖu ®­îc göi tõ DCE tíi DTE qua RD 4 7 Request to Send RTS DTE ®Æt ®­êng nµy lªn møc ho¹t ®éng khi s½n sµng truyÒn d÷ liÖu 5 8 Clear to Send CTS DCE ®Æt ®­êng nµy lªn møc ho¹t ®éng ®Ó th«ng b¸o cho DTE biÕt lµ nã s½n sµng nhËn d÷ liÖu 6 6 Data set Ready DSR TÝnh ho¹t ®éng gièng víi CTS nh­ng ®­îc kÝch ho¹t bëi DTE khi nã s½n sµng nhËn d÷ liÖu 7 5 Signal ground SG TÊt c¶ c¸c tÝn hiÖu ®­îc so s¸nh víi ®Êt tÝn hiÖu(GND) 8 1 Data Carrier detect DCD Ph¸t tÝn hiÖu mang d÷ liÖu 20 4 Data Terminal Ready DTR TÝnh ho¹t ®éng rèng víi RTS nh­ng ®­îc kÝch ho¹t bëi DCE khi muèn truyÒn d÷ liÖu 22 9 Ring Indicate rI ChØ b¸o cho DCE ®ang nhËn tÝn hiÖu rung chu«ng B¶ng 4. B¶ng c¸c ch©n vµ chøc n¨ng trªn ®Çu nèi 25 ch©n vµ 9 ch©n ViÖc truyÒn d÷ liÖu x¶y ra ë trªn hai ®­êng dÉn. Qua ch©n c¾m ra TxD (transmit data), m¸y tÝnh göi c¸c d÷ kiÖu ®i, trong khi ®ã c¸c d÷ liÖu mµ m¸y tÝnh nhËn ®­îc l¹i ®­îc ®­a ®Õn ch©n RxD (Receive Data), cßn c¸c ®ãng vai trß nh­ nh÷ng tÝn hiªô hç trî khi trao ®æi th«ng tin mµ th«i. ViÖc truyÒn tÝn hiÖu trªn ch©n ra RxD tuú thuéc vµo ®­êng dÉn TxD. Th«ng th­êng, møc tÝn hiÖu n»m trong kho¶ng gi÷a tõ –12 ®Õn +12v. C¸c bit d÷ liÖu ®­îc göi ®¶o l¹i. Møc ®iÖn ¸p ra ®èi møc cao (high) n»m gi÷a –3v vµ -12v, móc thÊp(low) n»m gi÷a –3v vµ +12v Start Bit +12v -12v H×nh 22. dßng d÷ liÖu trªn cæng nèi tiÕp RS 232 ë tr¹ng th¸i tÜnh trªn ®­êng dÉn cã ®iÖn ¸p -12v. mét bit khëi ®éng (Startbit) sÏ më ®Çu viÖc truyÒn d÷ liÖu. TiÕp ®ã lµ c¸c bit d÷ liÖi riªng lÎ sÏ ®­îc truyÒn, trong ®ã c¸c gi¸ trÞ d÷ liÖu thÊp nhÊt sÏ ®­îc göi tr­íc tiªn. ë cuèi dßng d÷ liÖu cã 1 bit dõng (StopBit) ®Î dÆt trë l¹i tr¹ng th¸i lèi ra(-12v). Tèc ®é truúªn d÷ liÖu ®­îc ®¸nh gi¸ b»ng tèc ®é baud t­¬ng øng víi sè bit ®­îc truyÒn trong 1 gi©y. ch¼ng h¹n, tèc ®é baud b»ng 9600 cã nghÜa lµ cã 9600 bit ®­îc truyÒn trong mét gi©y, trong ®ã cã c¶ bit d÷ liÖu, bit khëi ®Çu vµ bit kÕt thóc. ChuÈn Rs-232 cho phÐp truyÒn tÝn hiÖu trùc tiÕp trong vßng ph¹m vi 25m víi tèc ®é lªn tíi 19200 baud. Mét ®iÒu cÇn l­u ý vÒ khu«n mÉu d¹ng d÷ liÖu cÇn ph¶i ®­îc thiÕt lËp nh­ nhau c¶ bªn göi vµ bªn nhËn. C¸c th«ng sè truyÒn cã thÓ ®­îc thiÕt lËp trong nÒn hÖ ®iÒu hµnh Dã hoÆc window. §iÒu khiÓn cæng COM §Ó t¹o ®iÒu kiÖn dÓ dµng cho viÖc phèi ghÐp ®iÒu khiÓn ®­êng truyÒn vµ truyÒn d÷ liÓuten cæng COM víi hÖ VXL 8086, ng­êi ta ®· chÕ t¹o vi m¹ch tæ hîp cì lín cã kh¶ n¨ng lËp tr×nh ®­îc. §ã lµ vi m¹ch thu ph¸t kh«ng ®ång bé v¹n n¨ng (UART-Universal Asyncleronous Receiver/Transmitter) IN8250/16550 vµ vi m¹ch thu ph¸t ®ång bé- kh«ng ®ång bé v¹n n¨ng (usart) 8251A. DLA A2 A1 A0 Thanh ghi 0 0 0 0 RBR, THR 0 0 0 1 IE 1 0 0 0 LSB 1 0 0 1 MSB X 0 1 0 iI X 0 1 1 LCR X 1 0 0 MCR X 1 0 1 LSR X 1 1 0 MSR X 1 1 1 Thanh ghi nh¸p B¶ng 5. §Þa chØ c¸c thanh ghi bªn trong vi m¹ch 8250A Chóng ta cã thÓ truy cËp vµ ®iÒu khiÓn cæng COM b»ng phÇn mÒm th«ng qua c¸c thanh ghi ®Öm d÷ liÖu thu (RBR), thanh ghi ®Öm d÷ liÖu ph¸t (THR), thanh ghi cho phÐp t¹o yªu cÇu ng¾t (IE), thanh ghi cho sè chia phÇn cao (MSB), thanh ghi ®iÒu khiÓn ®­êng d©y (LCR), thanh ghi tr¹ng th¸i ®­êng truyÒn(LSR), thanh ghi ®iÒu khiÓn Modem (MCR), thanh ghi tr¹ng th¸i Modem(MSR) bªn trong vi m¹ch 8250A th«ng qua ®Þa chØ cæng. §Þa chØ cæng cña thanh ghi cô thÓ b»ng ®Þa chØ cæng c¬ b¶n + ®Þa chØ t­¬ng ®èi trªn vi m¹ch. Cæng §Þa chØ c¬ b¶n COM1 Cæng nèi tiÕp 1 3F8 COM2 Cæng nèi tiÕp 2 2F8 B¶ng 6. §Þa chØ c¬ b¶n cña cæng COM1 vµ COM2 Néi dung cña c¸c thanh ghi: Thanh ghi ®iÒu khiÓn ®­êng truyÒn(LCR): Thanh ghi ®Öm d÷ liÖu ph¸t: Ký tù cÇn phat ph¶i ®­îc ghi vµo thanh ghi nµy khi DLAB = 0 Thanh ghi ®Öm d÷ liÖu thu (RBR): D÷ liÖu qua ®­êng truyÒn ®äc ®ùoc khi DLAP = 0 Thanh ghi cho phÐp t¹o yªu cÇu ng¾t (IER): Thanh ghi nhËn d¹ng nguån yªu cÇu ng¾t(IR): C¸c møc yªu tiªng¸n cho c¸c nguån g©y ng¾t ®­îc ghi trªn hai bit ID2, ID1. thø tù ­u tiªn ®ù¬c m« t¶ trªn b¶ng sau: ID2 ID1 Møc Tªn lo¹i ng¾t Nguån gèc ID bÞ xo¸ khi 1 1 Tr¹ng th¸i ®­êng thu Lçi khung,thu ®Ì, lçi Parity, gi·n ®o¹n ®­êng truyÒn lóc thu §äc LSB 1 0 §ªm thu ®Çy §Öm thu ®Çy §äc RBR 0 1 §Öm gi÷ ph¸t rçng §ªm ph¸t gi÷ rçng §äc IIR ghi THR 0 0 Tr¹ng th¸i Mordem DCTR, DDSR, DRI, DRLST §oc MSR B¶ng 7. c¸c møc ­u tiªn g¸n cho c¸c nguån g©y ng¾t trong 8250A Thanh ghi ®iÒu khiÓn Mordem(MCR): Thanh ghi tr¹ng th¸i Mordem (MSD): Thanh ghi tr¹ng th¸i ®­êng d©y(LSR): ý nghÜa cña c¸c bit trong thanh ghi LSR: + RxDR =1: §· nhËn ®­îc mét ký tù vµ ®Ó nã trong thanh ghi ®Öm thu (RBR) > BÝt nµy bÞ xo¸ khi CPU ®äc thanh ghi RBR. + OE = 1: Cã lçi Parity. BÝt nµy bÞ xo¸ khi CPU ®äc thanh ghi LSR. + FE = 1: Cã lçi khung. BÝt nµy bÞ xo¸ khi CPU ®äc thanh ghi LSR. + BI = 1: Khi cã tÝn hiÖu ë ®Çu vµo ch©n thu ë møc thÊp l©u h¬n thêi gian b×nh th­êng. Bit nµy bÞ xo¸ khi CPU ®äc thanh ghi LSR + THRE = 1: Khi ký tù ®­îc chuyÓn tõ THR ®Õn TSR. BÝt nµy bÞ xo¸ khi CPU ®äc thanh ghi THR. + TERE + 1: Khi mét ký tù ®· ®­îc ph¸t ®i. BÝt nµy bÞ xo¸ khi cã mét ký tù ®­îc chuyÓn tõ THR ®Õn TSR Trong c¸c øng dông ghÐp nèi ®ãng vai trß ®¨c biÖt quan träng lµ thanh ghi ®iÒu khiÓn Mordem vµ thanh ghi tr¹ng th¸i Mordem v× qua c¸c ®­êng dÉn ®ã c¸c ®­êng dÉn phô trî giao diÖn ®­îc tiÕp cËn trùc tÕp. M¸y tÝnh truy nhËp lªn c¸c thanh ghi th«ng qua ®Þa chØ cña giao diÖn.Cæng nèi tiÕp thø nhÊt (COM1) sö dông ®Þa chØ c¬ së 3F8, nh­ vËy c¸c thanh ghi xÕp theo vïng tõ 3F8 ®Õn 3FF. Kho¶ng c¸ch tõ mét thanh ghi tíi ®Þa chØ c¬ së ®­îc gäi lµ offset. Nh­ vËy, viÖc xuÊt ra trùc tiÕp qua DTR vµ RST ®­îc tiÕn hµnh qua ®Þa chØ 3F8+4 §Þa chØ Bit Ch©n 3F8+4 0 DTS 1 RTS B¶ng 8. ch©n DTS, DRS t­¬ng øng víi c¸c møc Nh­ vËy, ®­êng dÉn RTS cÇn ®­îc ®Æt lªn møc ®iÖn ¸p (enable). Bit 1 ®­îc trao ®æi qua gi¸ trÞ b»ng sè 21=2. Do ®ã chØ cÇn xuÊt sè 2 qua ®Þa chØ cæng b»ng lÖnh outprt cña th­ viÖn PORT.DLL, cßn gi¸ trÞ 20=1 sÏ ®­îc ®Æt møct­¬ng øng víi ®­êng dÉn DTR vµ gi¸ trÞ 3 víi c¶ hai ®­êng dÉn. Tuy nhiªn b»ng lÖnh. outprt cña th­ viÖn PORT.DLL chØ ®­îc thùc hiÖn khi giao diÖn kh«ng thuécÓ­ lý cña window cã nghÜa lµ ®Ó thùc hiÖn viÖc truy cËp trùc tiÕp th× ph¶i lo¹i giao diÖn ra khái hÖ thèng th«ng qua Divicce Manager. Ph­¬ng ph¸p nµy chØ cã ý nghÜa khi muèn ®éc quúªn sö dông giao diÖn cßn thõa mµ hÖ thèng kh«ng sö dông ®Õn cho c¸c øng dôngghÐp nèi ®¬n gi¶n. Cßn gi¶i ph¸p tèt h¬n c¶ cho viÖc truy cËp lªn gÝao diÖn nèi tiÕp mµ vÉn chÞu sù qu¶n lý cña Win dow ®ã lµ sö dông hµm openCom cña th­ viÖn DLL, nÕu Window cho phÐp më giao diÖn th× nã sÏ th«ng b¸o, ng­îc l¹i th× nã sÏ th«ng b¸o lµ giao diÖn ®ang bËn cho ph­¬ng tr×nh kh¸c. vÝ dô: sö dông cæng COM ®Ó ph¸t mét xung vu«ng cã tÇn sè 500Hz qua ®­êng dÉn RTS cña giao diÖn : M· lÖnh cña ch­¬ng tr×nh ph¸t xung vu«ng: Option expicit Private Declare Function outport Lib “port.dll” (By val PortAddress As Integer, By Val portData As Integer) As Integer Private Declare Function Inport Lib “port.dll” (By val PortAddress As Integer) As Integer Dim PortAdd, n As Integer Private Sub Form_Load() PortAdd = 3F8 If OPENCOM (“COM2.9600,N,8,1”) = 0 then Msgbox(“COM2 ®ang bËn”) End Sub Private Sub Form_ Unloand (Cacel as integer) CLOSE COM End Sub Private Sub Command1_Click() Dim n as integer For n=1 to 100 OutPort(portAdd+4,2) Delay T(1) OutPort (PortAdd+4,0) Delay T(1) Next n End Sub Pulic Sub DelayT(dd As Long) J = 0 For i = 1 To dd J = j +1 Next i EndSub Ch­¬ng 3. GhÐp nèi qua r·nh c¾m më réng. Khi nghiªn cøu vÒ cÊu tróc m¸y tÝnh ta th­êng ®Ò cËp ®Õn c¸c cÊu tróc Bus, c¸c ®­êng dÉn Bus nh­: Bus d÷ liÖu, Bus ®iÒu khiÓn. .v.v. C¸c r·nh c¾m më réng lµ mét d¹ng thÓ hiÖn b»ng phÇn cøng cña bus trªn b¶ng m¹ch chÝnh, trªn ®ã cã thÓ c¾m thªm c¸c card më réng ®Ó thay ®æi hoÆc n©ng cÊp cÊu h×nh cña m¸y tÝnh. ChÝnh v× vËy viÖc nghin cøu, t×m hiÓu c¸c d¹ng bus còng nh­ c¸c tÝnh n¨ng kü thuËt cña tõng lo¹i bus cã ý nghÜa rÊt lín trong viÖc n©ng cÊp cÊu h×nh m¸y tÝnh nh­ c¾m thªm c¸c card më réng chøa bé ®iÒu khiÓn dïng cho truy cËp bé nhí, card mµn h×nh, ®Üa cøng vµ ®Üa mÒm, xuÊt d÷ liÖu ra m¸y in, c¸c cæng modem,vµo/ra nèi tiÕp .v .v. Ngoµi ra trong nhiÒu øng dông c«ng nghiÖp viÖc sö dông m¸y tÝnh nh­ mét hÖ thèng ®o l­êng, ®iÒu khiÓn sè viÖc t×m hiÓu bó m¸y tÝnh cho c¸c card chuyªn dông ch¼ng h¹n nh­ card chuyÓn ®æi AD?DA øng dông trong ®o l­êng, ®iÒu khiÓn c«ng nghiÖp. Th«ng th­êng, cã ®Õn 8 r·nh c¾m më réng ®­îc l¾p r¸p s½n trªn b¶n m¹ch chÝnh t­¬ng øng víi 8 kiÓu bus më réng ®­îc sö dông cho m¸y tÝnh c¸c nh©n. ViÖc ph©n lo¹i bó më réng th­êng dùa trªn sè c¸c bit d÷ liÖu mµ chóng sö lý ®ång thêi. §ã lµ c¸c bus: Bus PC ( cßn gäi lµ ISA 8 bit) Bus EISA (32 bit) Bus VESA Local (32 bit) Bus SCSI (16/32 bit ) Bus ISA (16 bit) Bus MCA(32 bit) Bus PCI (32/64 bit) Bus PC/MCIA (16 bit) C¸c lo¹i líp nµy ra ®êi kÕ tiÕp nhau, lo¹i sau lu«n ®­îc chøng minh lµ cã ­u ®iÓm vµ phñ ®Þnh lo¹i tr­íc, ®Æc biÖt lµ cã sù kh¸c nhau vÒ tèc ®é truyÒn. Cô thÓ víi c¸c bus PC, bus IAS vµ bus EISA tèc ®é truyÒn d÷ liÖu ®­îc cè ®Þnh ë tÇn sè 8,33MHz, trong khi bus PCI vµ bó VESA Local sö dông ®ång hå ®o hÖ thèng (th«ng th­êng lµ 33Hz hoÆc 50Hz). ®èi víi nhiÒu øng dông, bus ISA lµ ph­¬ng tiÖn tèt nhÊt vµ t­¬ng ®èi phæ dông bëi lÎ nã ®­îc sö dông trong mét thêi gian dµi vµ cho phÐp truyÒn mét l­u l­îng d÷ liÖu lín víi gi¸ thµnh t­¬ng ®èi rÎ, ®é tin cËy cao. Trong hÇu hÕt c¸c m¸y tÝnh PC ®Òu cã 3 r·nh c¾m ISA trªn b¶n m¹ch chÝnh (Main board), cã thÓ c¾m ®­îc c¸c card sound, card video... §Æc biÖt lµ c¸c card ghÐp nèi kh¸c nhau dïng cho nh÷ng môc ®Ých chuyªn dông trong c«ng nghiÖp ®o l­êng vµ ®iÒu khiÓn b»ng m¸y nh­ : card chuyÓn ®æi t­¬ng tù-sè (A/D), card chuyÓn ®æi sè-t­¬ng tù ( D/A), card ghÐp nèi m¹ng, card ®Ó t¹o ra c¸c cæng ghÐp nèi kh¸c (GPIB, RS-485 v.v..). ChÝnh v× lÏ ®ã trong b¶n ®å ¸n nµy,chóng ta sÏ chØ ®i s©u s©u t×m hiÓu cÊu t¹o,tÝnh n¨ng kü thuËt còng nh­ nh÷ng øng dông ghÐp nèi víi bus ISA. Bus ISA 8 bit (bus PC). Bus ISA 8 bit hay cßn ®­îc gäi lµ bus PC lµ lo¹i bus xuÊt hiÖn trªn m¸y tÝnh PC/XT ®Çu tiªn. Lo¹i bus nµy tËn dông kiÕ tróc cña bé vi xö lý intel 8088, nªn cã mét bus d÷ liÖu 8 bit vµ bus ®Þa chØ 20 bit. R·ng c¾m nèi víi bus PC cã 62 ch©n cho phÐp c¾m mét card më réng lµm tõ tÊm m¹ch in 2 mÆt còng cã 62 tiÕp ®iÓm. V× trªn bus nµy cã 8 bit d÷ liÖu nªn ®­îc gäi lµ bus IAS 8 bit hay bus PC ®Ó ph©n biÖt víi bus ISA 16 bit. V× nã sö dông mét bus ®Þa chØ 20 bit nªn nã cã thÓ ®Þnh ®Þa chØ ®Õn mét vïng nhí cùc ®¹i ®Õn 1Mbyte tèc ®é truyÒn ®­îc cè ®Þnh ë 4,772727 MHz, nh­ vËy cã nhiÒu nhÊt lµ 4.772.727 byte cã thÓ ®­îc truyÒn trong mçi d©y. h­íng cña tÝn hiÖu ®­îc chän lµ ®i vµo nÕu tÝn hiÖu ®Õn tõ bé ®iÒu khiÓn Bus PC vµ ®i ra nÕu nh­ nã ®Õn tõ thiÕt bÞ bªn ngoµi bus, cô thÓ lµ tõ card ghÐp nèi më réng. Mét tÝn hiÖu ®­îc x¸c ®Þnh lµ ®i vµo/®i ra khi tÝn hiÖu ®ã cã thÓ khi tÝn hiÖu ®ã cã thÓ b¾t nguån hoÆc tõ bé ®iÒu khiÓn bus PC hoÆc tõ card më réng. Nh­ vËy, muèn ghÐp nèi v¬is m¸y tÝnh qua r·nh c¾m më réng ®iÒu quan träng thiÕt yÕu lµ ph¶i cã trong tay mét card më réng phôc vô cho môc ®Ých ghÐp nèi Sau ®©y lµ mét phÇn mÒm cµi ®Æt ®Ó chÝnh thøc “®¨ng ký” card më réngnµy vµo trong hÖ thèng m¸y tÝnh vµ nh­ vËy c«ng viÖc ghÐp nèi coi nh­ ®­îc hoµn thµnh. Víi nh÷ng card chuyªn dông nh­ card ©m thanh, card mµn h×nh,card modem th× viÖc lùa chängi¶i ph¸p mua lµ tiÖn lîi nhÊt v× gi¸ thµnh rÎ vµ chÊt l­îng còng ®¶m b¶o. Tuy nhiªn, víi nh÷ng môc ®Ých chuyªn dông ch¼ng h¹n nh­ trong ®o l­êng vµ ®iÒu khiÓn b»ng m¸y tÝnh trªn thùc tÕ ta cÇn. 2.Bus IAS 16 bit. §©y lµ lo¹i bus ®­îc cÊu tróc theo tiªu chuÈn c«ng nghiÖp (Industry Standard archtecture). §Æc ®iÓm râ nÐt cña bus nµy lµ cã thÓ cho phÐp cïng mét lóc xö lý hoÆc trao ®æi víi 16 bit d÷ liÑu. ViÖc më réng thªm mét r·nh c¾m bæ xung cho phÐp cã ®­îc tÝnh t­¬ng thÝch víi bus PC, r·ng c¾m thø 2th¼ng hµng víi r·nh c¾m PC 8bit, trªn ®ã 8 bit d÷ liÖu vµ 4 ®­ßng dÉn ®Þa chØ. Nh­ vËy, bus IAS cã 16 bit d÷ liÖu vµ 24 bit ®Þa chØ v× thÕ cho phÐp nhiÒu nhÊt 16 Mbyte bé nhí cã thÓ ®Þnh ®Þa chØ ®ù¬c, còng gièng nh­ bus PC (bus IAS 8 bit) nã sö dông tèc ®é ®ång hå 8 MHz, nh­ vËy tèc ®é truyÒn d÷ liÖu cùc ®¹i lµ 2byte trong mçi chu kú gi÷ nhÞp. C¸c card ISA r¸t phæ biÕn víi tÝnh n¨ng ­u viÖt ®èi víi hÇu hÕt c¸c øng dông ghÐp nèi. C¸c ling kiÖn trªn card ®Òu rÊt rÎ, cho nªn thùc tÕ viÖc ghÐp nèi b»ng c¸c card më réng rÊt thuËn lîi vµ ®¸ng tin cËy. PhÇn II Thùc nghiÖm Card AT-MIO-16XE-10 §©y lµ card ®a n¨ng, bao gåm: 16 kªnh AI, 2 kªnh AO, 8 kªnh DIO vµ c¸c m¹ch ®Õm, c¸c m¹ch ph¸t xung. S¬ ®å khèi cña card thÓ hiÖn nh­ h×nh vÏ 7 H×nh 7. S¬ ®å khèi card AT-MIO-16XE-10