Chương 4: Thiết kế Card ghép nối A/D-D/A docx

Hà Ngọc Thắng

Chơng 4
Thiết kế card ghép nối A/D - D/A


4.1 Khái niệm chung
Ngày nay việc gia công, truyền đạt tín hiệu cũng nh quá trình điều khiển và chỉ thị phần
lớn đợc thực hiện theo phơng pháp số. Trong khi đó tín hiệu trong tự nhiên lại biến đổi
liên tục theo thời gian, nghĩa là có dạng tơng tự. Để phối ghép giữa nguồn tín hiệu tơng
tự và các hệ thống xử lý số, ngời ta dùng các mạch chuyển đổi tơng tự - số (ADC -
Analog Digital Converter) nhằm biến đổi tín hiệu tơng tự sang số hoặc dùng các mạch
chuyển đổi số - tơng tự (DAC - Digital Analog Converter) trong trờng hợp cần biến đổi
tín hiệu số sang tơng tự.

4.2 Chuyển đổi tơng tự - số (ADC Analog Digital Converter)
4.2.1 Nguyên tắc làm việc của ADC
Nguyên lý làm việc của ADC đợc minh hoạ trên sơ đồ khối.
Hình 5.1: Sơ đồ khối nguyên tắc làm việc của ADC

Tín hiệu tơng tự U
A
đợc đa đến mạch lấy mẫu, mạch này có hai nhiệm vụ:
Lấy mẫu những tín hiệu tơng tự tại những thời điểm khác nhau và cách đều. Thực
chất đây là quá trình rời rạc hoá tín hiệu về mặt thời gian.
Giữ cho biên độ tín hiệu tại các thời điểm lấy mẫu không thay đổi trong quá trình
chuyển đổi tiếp theo ( quá trình lợng tử hoá và mã hoá). Quá trình lợng tử hoá

Hà Ngọc Thắng
thực chất là quá trình làm tròn số. Lợng tử hoá đợc thực hiện theo nguyên tắc so
sánh tín hiệu cần chuyển với các tín hiệu chuẩn. Mạch lợng tử hoá làm nhiệm vụ
rời rạc tín hiệu tơng tự về mặt biên độ. Trong mạch mã hoá, kết quả lợng tử hoá
đợc xắp xếp lai theo một quy luật nhất định phụ thuộc loại mã yêu cầu ở đầu ra
bộ chuyển đổi.
Nhiều loại ADC , quá trình lợng tử hoá và mã hoá xảy ra đồng thời, lúc đó không
thể tách rời hai quá trình , phép lợng tử hoá và mã hoá đợc gọi chung là phép
biến đổi AD.

4.2.2 Các tham số cơ bản của ADC

Các tham số cơ bản của bộ biến đổi ADC gồm dải biến đổi của điện áp tơng tự ở đầu
vào, độ chính xác của bộ chuyển đổi, tốc độ chuyển đổi.
- Dải biến đổi của điện áp tín hiệu tơng tự ở đầu vào là khoảng điện áp mà số từ 0 đến
một số dơng hoặc số âm nào đó, hoặc cũng có thể là điện áp hai cực tính:
-U
A
ữ+U
A
.
- Độ chính xác của ADC: Tham số đầu tiên đặc trng cho độ chính xác của ADC là độ
phân giải. Tín hiệu ở đầu ra của một ADC là các giá trị đợc sắp xếp theo một quy luật
của một loại mã nào đó. Số các số hạng của mã số đầu ra ( số bits trong từ mã nhị phân)
tơng ứng với giải biến đổi của điện áp vào cho biết mức chính xác của phép chuyển đổi.
Ví dụ một ADC có số bits ở đầu ra là n = 8 thì sẽ phân biệt đợc 2
8
mức trong dải biến

đổi điện áp vào của nó. Nh vậy trong thực tế dùng số bits để đánh giá độ chính xác của
một ADC khi giải biến đổi điện áp vào là không đổi.
Liên quan đến độ chính xác của một ADC còn có các tham số khác nh: méo phi tuyến,
sai số khuếch đại, sai số lệch không, sai số lợng tử hoá.
- Tốc độ chuyển đổi cho biết số kết quả chuyển đổi trong một giây, đợc gọi là tần số
chuyển đổi f
c
. Cũng có thể dùng tham số thời gian chuyển đổi T
c
để đặc trng cho tốc độ
chuyển đổi. Với một ADC thờng thì f
c
< 1/T
c
vì giữa các lần chuyển đổi phải có một
thời gian cần thiết để ADC phục hồi lại trạng thái ban đầu. Một ADC có tốc độ chuyển
đổi cao thì độ chính xác giảm và ngợc lại.



Hà Ngọc Thắng
-
4.2.3 Các phơng pháp chuyển đổi tơng tự - số
Có nhiều cách phân loại ADC, nhng hay dùng hơn cả là phân loại theo quá trình chuyển
đổi về mặt thời gian. Trong đồ án này chỉ giới thiệu một số phơng pháp điển hình.

4.2.3.1 Chuyển đổi A/D theo phơng pháp song song
Nguyên tắc hoạt động.
Tín hiệu tơng tự U
A

đợc đồng thời đa đến các bộ so sánh từ S
1
đến S
m
. Điện áp chuẩn
U
ch
đợc đa đến đầu vào thứ 2 của các bộ so sánh qua thang điện trở R. Do đó các điện áp
chuẩn đặt vào các bộ so sánh lân cận khác nhau một lợng không đổi và giảm dần từ S
1
đến
S
m
. Đầu ra của các bộ so sánh có điện áp lớn hơn điện áp chuẩn lấy trên thang điện trở có
mức logic "1", các đầu ra còn lại có mức logic "0". Các đầu ra của mạch so sánh đợc nối
với mạch AND, một đầu mạch AND đợc nối với mạch tạo xung nhịp. Chỉ khi có xung
nhịp đa đến đầu vào AND thì các xung trên đầu ra của bộ so sánh mới đa vào mạch nhớ
Flip_Flop (FF). Nh vậy cứ sau một khoảng thời gian bằng chu kỳ xung nhịp lại có một tín
hiệu đợc biến đổi và đa đến đầu ra. Xung nhịp đảm bảo quá trình so sánh kết thúc mới
đa xung nhịp vào bộ nhớ. Bộ mã hoá sẽ biến đổi tín hiệu và dới dạng mã đếm thành mã
nhị phân.
Mạch biến đổi song song có tốc độ chuyển đổi nhanh nên đợc gọi là ADC nhanh nhng
kết cấu của mạch rất phức tạp ví dụ nh ADC n bits cần phải dùng
-1 bộ so sánh. Vì vậy
phơng pháp này chủ yếu dùng trong các ADC có tốc độ chuyển đổi cao nhng số bit nhỏ.
n
2

Hà Ngọc Thắng
Hình 5.2: Sơ đồ nguyên lý bộ chuyển đổi A/D theo phơng pháp song song.

4.2.3.2 Chuyển đổi A/D theo phơng pháp bù

Hình 5.3: Mạch nguyên lý A/D theo nguyên tắc bù

Tại thời điểm ban đầu bộ đếm đợc đặt ở trạng thái không bởi xung Cl, nh vậy đầu ra
của nó cũng có tín hiệu không. Mạch so sánh thiết lập giá trị một tín hiệu nhịp H qua cổng
AND đợc đa vào mạch đếm. Mạch đếm làm việc cho ra tín hiệu số từ Q
0
Q
m-1
đồng thời



Hà Ngọc Thắng
qua bộ biến đổi D/A sẽ có điện áp U
0
cho đến khi U
0
U
A
thì bộ so sánh lật giá trị, đầu ra

của nó có giá trị 0 cổng AND sẽ khoá và bộ đếm sẽ dừng. Trên đầu ra bộ đếm Q
0
Q
m-1
ở
dạng số tỉ lệ với điện áp vào U
A
, số này đợc xếp vào bộ ghi. Tiếp theo bộ đếm đợc xoá và
chuẩn bị cho chu kỳ biến đổi tiếp theo. Sau mỗi chu kỳ bộ ghi sẽ ghi số liệu mới của bộ
đếm. Nếu nh bộ đếm nhị phân có m bits thì điện áp vào cực đại U
maxA
:


12U
m
Amax
=
Điện áp U
A
đợc lợng tử theo gia số:
12
U
U
m
Amax
A

=

Điện áp U
A
đợc diễn tả bằng phơng trình.

N.
12
U
U
m
Amax
A

=

Trong đó N là tổng số bớc của bộ đếm và dung lợng của nó đầy sau khi kết thúc qúa
trình đếm.
Thời gian biến đổi

n
A
f
N
T =

Trong đó f
n
là tần số xung nhịp.
Thời gian biến đổi phụ thuộc độ lớn điên áp. Tốc độ thay đổi điện áp có thể đạt giá trị
cực đại.

n
m
maxAn
m
maxAA
max
A
f
12
U
N
f
.
12
N.U
T
U
dt
dU

=



=


=

Nếu tốc độ biến đổi điện áp U
A
lớn hơn tốc độ cực đại thì phát sinh sai số động của bộ
biến đổi. Sai số tĩnh của bộ biến đổi là sai số lợng tử U. Để giảm thời gian biến đổi, ở
bộ đếm nhị phân ta sử dụng mạch điều khiển chơng trình.
4.2.3.3 Bộ biến đổi A/D theo nguyên tắc servo
Bộ biến đổi này có ba phần tử cơ bản: mạch so sánh, mạch đếm hai chiều và bộ biến đổi
D/A.



Hà Ngọc Thắng
Hình 5.4: Mạch biến đổi A/D theo nguyên tắc servo.
Tín hiệu điện áp vào U
A
so sánh với điện áp ra D/A. Nếu U
A
> U
0
thì bộ biến đếm đếm
theo chiều tiến. Nếu U
A
< U
0
thì bộ đếm đếm theo chiều lùi cho đến khi U

A
= U
0
thì bộ đếm
dừng, tơng tự nh cơ cấu servo. Tuy vậy tốc độ biến đổi điện áp vào U
A
luôn luôn phải nhỏ
hơn tốc độ của bộ đếm và bộ biến đổi D/A. Nên thời gian biến đổi phụ thuộc vào tần số
xung nhịp f
H
và phản ứng của bộ so sánh.

4.3 Chuyển đổi số tơng - tự (DAC Digital Analog Converter)
4.3.1 Nguyên tắc làm việc của DAC

Chuyển đổi số tơng tự là quá trình tìm lại tín hiệu từ n số hạng (n bits) đã biết của tín
hiệu số. Bộ chuyển đổi số tơng tự (DAC) tiếp nhận một mã số n bits song song ở đầu vào
và biến đổi thành tín hiệu liên tục ở đầu ra.
Tín hiệu đầu ra của DAC. U
m
là tín hiệu rời rạc theo thời gian.




Hà Ngọc Thắng
Hình 5.6: Tín hiệu ra bộ ADC theo thời gian.

Tín hiệu này đợc đa qua bộ lọc thông thấp. Đầu ra của bộ lọc là tín hiệu tơng tự U
A

biến thiên liên tục theo thời gian, là tín hiệu nội suy của U
m
. Vậy bộ lọc thông thấp đóng vai
trò là bộ nội suy.

4.3.2 Các đặc tính quan trọng của DAC
- Độ phân giải: liên quan đến số bit của một DAC. Nếu số bit là m thì số trạng thái tín
hiệu của số nhị phân đa vào là 2
n
và tín hiệu ra sẽ có 2
n
mức khác nhau, do đó độ phân
giải là 1/ 2
n
. Độ phân giải càng bé thì tín hiệu đầu ra có dạng liên tục gần với thực tế.
- Độ tuyến tính: Trong một DAC lý tởng sự tăng tín hiệu số ở đầu vào sẽ tỷ lệ với sự tăng
tín hiệu số ở đầu ra.
- Độ chính xác của một DAC cho biết sự khác biệt giữa trị số thực tế của U
A
và trị số lý
thuyết cho bởi một giá trị bất kỳ của tín hiệu số ở đầu vào. Sự sai khác này càng nhỏ thì
độ chính xác càng cao.
- Thời gian thiết lập: Khi tín hiệu số ở đầu vào của một DAC thay đổi, tín hiệu ở đầu ra
không thể thay đổi ngay lập tức mà phải sau một khoảng thời gian nào đó gọi là thời
gian thiết lập. Thời gian thiết lập phản ánh tính tác động nhanh của một DAC.

4.3.3 Một số mạch DAC điển hình
4.3.3.1 Biến đổi DAC với mạng điện trở trọng lợng

Mạch gồm một nguồn điện áp chuẩn U
ch
, các bộ chuyển mạch và điện trở có giá trị R,
R/2, R/4 và một mạch khuếch đại thuật toán. Sơ đồ nguyên lý hình 5.7



Hà Ngọc Thắng

Hình 5.7: Sơ đồ nguyên lý biến đổi D/A với mạng điện trở trọng lợng.

Khi một khoá điện nào đó đợc nối với nguồn điện thế chuẩn thì sẽ cung cấp cho bộ
khuếch đại thuật toán dòng điện cờng độ là:

i
ch
i
2.R
U
I =
( i = 0 n-1).
Cờng độ dòng điện này độc lập với các khóa còn lại, có thể thấy ngay bằng biên độ điện
áp U
ra
phụ thuộc vào chỗ khoá nào đợc nối với U
ch
tức là phụ thuộc vào giá trị của bit
tơng ứng trong tín hiệu số đa vào mạch chuyển đổi.
Mạch có u điểm là đơn giản, nhng nhợc điểm là độ chính xác và tính ổn định của
kết quả phụ thuộc nhiều vào trị số của các điện trở và khả năng biến thiên nh nhau theo

môi trờng của các điện trở này. Chế tạo các điện trở theo đúng tỉ lệ chính xác nh vậy
thờng khó khăn và tốn kém. Ngoài ra U
ra
còn phụ thuộc vào cả độ chính xác và tính ổn
định của nguồn điện áp chuẩn.




Hà Ngọc Thắng
4.3.3.2 Bộ biển đổi D/A dùng mạng điện trở R và 2R
Hình 5.8: Sơ đồ biến đổi D/A dùng mạng điện trở R và 2R

DAC với thang điện trở R - 2R khắc phục đợc một số nhợc điểm của DAC mạng điện
trở trọng lợng. Mạch chỉ gồm hai loại điện trở R và 2R với nhiều chuyển mạch ( mỗi
chuyển mạch cho 1 bit) và một nguồn điện áp chuẩn U
ch
. Đại lợng cần tìm là I
th
vào mạch
khuếch đại khi có một số chuyển mạch nối với U
ch
.
Lúc đó ta có:
fthra
R.IU
=
.
Xét tại chuyển mạch tơng ứng với bit thứ i, nút tơng ứng trên mạch là nút 2
i

. Khi bộ
chuyển đổi đóng vào U
ch
thì điện thế tơng đơng tại nút 2
i
sẽ là U
ch
/ 2 và nguồn tơng
đơng có nội trở là R (theo định lý Thevenin). Nh vậy tại nút 2
i+1
ta có nguồn tơng đơng
trị số là U
ch
/ 4 và nội trở là R.
Từ những kết quả trên ta suy ra rằng khi di chuyển về phía mạch khuếch đại thuật toán
điện thế tại mỗi nút bằng nửa trị số của nút kế cận bên trái nó. Nh vậy nếu từ nút thứ 2
i
đến
nút 2
n-2
có k nút (kể cả nút thứ 2
n-2
) thì điện thế tại nút 2
n-2
do chuyển mạch 2
i
gây ra là U
ch
/
2k và dòng điện tơng ứng là U

ch
/(2k.2R). Tại nút 2
n-1
do đặc tính của khuếch đại thuật toán
mà điện thế tại đây đợc coi là 0V.
Tóm lại, một cách tổng quát ta có công thức để tính điện áp ra của một DAC n bit (từ B
0

ữ B
n-1
) với mạng điện trở R - 2R.

()
0
0
2n
2n
in
1n
n
f
chra
B2 B2B2
R2
R
UU +++=

Hà Ngọc Thắng
Trong đó B
0
ữ B
n-1
có giá trị 0 hoặc 1.
Các DAC theo phơng pháp này phải dùng số điện trở khá lớn, ví dụ nh DAC n bit thì
phải dùng 2(n-1) điện trở, trong khi theo phơng pháp điện trở trọng lợng chỉ phải dùng n
điện trở. Nhng bù lại nó không rắc rối vì chỉ cần dùng có 2 loại điện trở mà thôi. Nên độ
chính xác và tính ổn định của tín hiệu ra đợc đảm bảo.

4.4 Thiết kế card chuyển đổi AD - DA
4.4.1 Lựa chọn ADC và DAC trong phơng án thiết kế

DAC dùng để chuyển đổi tín hiệu số từ máy tính thành tín hiệu tơng tự điều khiển động
cơ. Mạch có vòng phản hồi dùng máy phát tốc (FT) có trục gắn liền với trục động cơ. Điện
áp lấy ra từ máy phát tốc qua ADC đa vào máy tính để tự động ổn định tốc độ của động cơ
trong quá trình làm việc.
Hình 5.9: Sơ đồ nguyên tắc phối ghép máy tính điều khiển động cơ một chiều.

Trong sơ đồ có sử dụng ADC và DAC, vì vậy vấn đề đầu tiên khi thiết kế card chuyển đổi
là lựa chọn ADC và DAC nh thế nào để vừa đảm bảo chỉ tiêu kỹ thuật đề ra lại vừa đảm
bảo tính khả thi của phơng án thiết kế (giá thành của card vừa phải, các linh kiện lắp ráp có
sẵn ở thị trờng Việt Nam).
Trong thực tế khi thiết kế ta cần phải chú ý đến các tham số cơ bản của các linh kiện.
Việc thiết kế card chuyển đổi là sử dụng các ADC và DAC đã đợc chế tạo sẵn cùng với các

IC chức năng khác để lắp ráp thành mạch nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đề ra.
Để làm căn cứ cho việc lựa chọn ADC và DAC thì cần phải đặc biệt quan tâm đến độ
chính xác của nó. Tham số đặc trng cho độ chính xác của ADC, DAC là độ phân giải có
liên quan chặt chẽ đến số bit của nó.



Hà Ngọc Thắng
Đồ án này là điều khiển tốc độ động cơ một chiều bằng vi xử lý nên ta chọn ADC 0809
và DAC 0808 là các IC chuyển đổi A/D và D/A 8 bits tơng thích với các họ vi xử lý thông
dụng trên thị trờng. Để đạt đợc độ chính xác cao hơn ta phải chọn các ADC, DAC có độ
phân giải cao hơn.

4.4.2 Bản đồ địa chỉ vào ra trong IBM và PC tơng thích
Trớc khi một Card mở rộng đợc cài đặt trong rãnh cắm của một máy tính PC thì địa chỉ
cổng vào/ra cần phải đợc lựa chọn. Việc lựa chọn địa chỉ cơ bản này rất quan trọng bởi vì
mỗi Card mở rộng đợc cắm vào bản mạch chính của máy tính đều phải có một địa chỉ vào
ra duy nhất. Thông thờng bus PC dự tính một vùng 1024 địa chỉ vào ra. Việc định từng
vùng địa chỉ cho máy tính đã đợc IBM chuẩn hoá, ứng với mỗi vùng địa chỉ có chức năng
riêng mà các thiết bị ngoại vi khác không đợc xâm phạm đến. Vì vậy vùng vào ra của một
Card mở rộng không đợc phép bao trùm lên vùng địa chỉ vào ra của máy tính.
Bản đồ địa chỉ sau đây sẽ chỉ ra từng vùng địa chỉ riêng biệt phục vụ cho các mục đích
khác nhau.


Điạ chỉ vào/ra (Hex) Chức năng
000 - 00F Bộ điều khiển DMA 1(8232).
020 021 Bộ điều khiển ngắt (8259).
040 043 Bộ phát thời gian (8254).
060 063 Bộ kiểm tra bàn phím (8242).

070 - 07F Đồng hồ thời gian thực ( MC 146818)
080 -09F Thanh ghi trang DMA (LS 670).
0A0 0BF Bộ điều khiển ngắt 2 (8259).
0C0 0FF Bộ điều khiển DMA 2 (8237).
0E0 0FF Dự trữ cho bản mạch chính.
0F8 0FF Bộ đồng xử lý 80*87.
1F0 1F8 Bộ điều khiển đĩa cứng.



Hà Ngọc Thắng
200 - 20F Cổng dùng cho trò chơi (game).
278 - 27F Cổng song song 2 (LTP 2).
2B0 2DF Card EGA 2.
2E8 2EF Cổng nối tiếp 4 (com 4).
2E8 2FF Cổng nối tiếp 2 (com 2).
300 - 31F Card mở rộng cho ngời sử dụng.
320 - 32F Bộ điều khiển đĩa cứng.
360 - 36F Cổng nối mạng (LAN).
378 - 37F Cổng song song 1 (LTP 1).
380 - 38F Cổng nối tiếp đồng bộ 2.
3A0 3AF Cổng nối tiếp đồng bộ 1.
3B0 3BF Màn hình đơn sắc.
3C0 3CF Card EGA
3E8 3EF Công nối tiếp 3 (com 3).
3F0 3F7 Bộ điều khiển đĩa mềm.
3F8 3FF Cổng nối tiếp 1 (com 1).


Sơ đồ địa chỉ vào/ra sử dụng cho máy tính IBM và tơng thích với việc thiết kế Card.

Với việc thiết kế Card cắm trên Slot của máy tính ta cần quan tâm đến các tín hiệu trên
Slot của máy tính.
Trong bộ vi xử lý ta cần quan tâm đến 3 phần chính sau đây:
CPU: là bộ vi xử lý trung tâm, tại đây diễn ra các lệnh điều khiển, xử lý và thu
thập các thông tin.
Bộ nhớ thờng: Dùng để chứa chơng trình và số liệu (code, stack, data) của
chơng trình hạt nhân và stack. Có khả năng liên hệ trực tiếp với CPU thông qua
Data bus và Address bus.
Các thiết bị ngoại vi ghép nối với máy tính: Các thiết bị ngoại vi đợc liên hệ với
CPU qua các cổng.



Hà Ngọc Thắng
Sự phân chia này giúp cho ngời sử dụng có thể mở rộng khả năng của máy tính trong
việc bổ sung hay loại bỏ một số các chức năng tuỳ theo yêu cầu của mình.


Sơ đồ chân của Slot 8 bits trên máy tính

Hình 5.10: Sơ đồ Slot máy tính
Sau đây là bảng mô tả chức năng các chân của rãnh cắm ISA ( các chân liên quan đến
việc thiết kế Card mở rộng A/D - D/A).
Tín hiệu Tên Mô tả
0 A19 Bus địa chỉ (vào / ra). 20 bits thấp hơn của bus địa chỉ hệ thống
AEN Cho phép địa chỉ
(Address enable - lối
ra).

Chân Address enable cho phép dùng một card

mở rộng để cắm khối logic giải mã địa chỉ I/O
cục bộ của nó. Nó kích hoạt ở mức cao. Khi
hoạt động Address enable chỉ cho thấy hoặc
quá trình truy nhập trực tiếp bộ nhớ (DMA)
hoặc quá trình làm tơi lại đang đợc điều
khiển trên các bus.



Hà Ngọc Thắng
D0 - D7 Bus dữ liệu 8 bits dữ liệu cho phép truyền giữa bus chủ và
Card mở rộng.
IOR Đọc vào/ra (I/O Read) Tín hiệu đọc vào/ra chỉ cho thấy một chu trình
đọc I/O đang đợc tiến hành. Khi tích cực tín
hiệu này ở mức thấp.
IOW Ghi vào/ra(I/O Write) Tín hiệu lệnh ghi vào/ra chỉ cho thấy một chu
trình bus ghi I/O đang đợc tiến hành

Ngoài ra trên Slot của máy tính còn có các tín hiệu khác nh:
-
5V, 12V, GND: nguồn nuôi cung cấp cho Card mở rộng.
- OSC : tần số máy tính.
- IRQ : yêu cầu ngắt.
- IQRQ: yêu cầu ngoại vi.
- MQQ: yêu cầu bộ nhớ.
Trên đây là các tín hiệu Slot của máy tính mà ta cần phải quan tâm do đó khi lắp Card ta
cần bố trí và phân vùng địa chỉ cho những mục đích khác nhau. Với việc phân vùng nh vậy,
ứng với mỗi vùng có một chức năng riêng mà các thiết bị khác không xâm phạm đợc.

4.4.3 Giới thiệu một số linh kiện sử dụng trong Card
4.4.3.1 IC chuyển đổi ADC 0809



Hà Ngọc Thắng
Hình 5.11: Sơ đồ ADC 0809
ADC 0809 là bộ biến đổi A/D 8 bits chế tạo theo công nghệ CMOS, biến đổi theo nguyên
tắc xấp xỉ liên tiếp. Bộ dồn 8 kênh có thể tiếp cận trực tiếp đến các tín hiệu tơng tự ở đầu
vào.
Vi mạch gồm 28 chân, trong đó có 8 chân vào cho tín hiệu tơng tự từ IN0 đến IN7. 8
chân ra cho tín hiệu số từ D0 đến D7, 3 chân A
0
,

A
1
,

A
2
cho phép giải mã chọn một trong 8
kênh đầu vào tơng tự. Chân CLOCK có tác dụng đa xung nhịp cho quá trình lấy mẫu.
Chân START cho biết bắt đầu giải mã khi trình biến đổi. Chân ENABLE ở mức logic cao
cho phép đa số liệu ra từ D0 đến D7.
Các thông số của vi mạch.

- Độ phân giải 8 bits.
- Nguồn cung cấp đơn 5VDC.
-
Thời gian biến đổi 100às.
- 8 kênh đầu vào.
- Đầu ra 3 trạng thái có chốt.
- Dải điện áp vào tơng tự 0 ữ 5 V.
- Công suất tiêu thụ 15mW.
- Các lối ra tơng thích với TTL.



Hà Ngọc Thắng
- Giải nhiệt độ 40
0
C ữ 85
0
C.
Tám kênh lối vào analog từ IN0 ữ IN7 đợc chọn nhờ ba lối vào địa chỉ A
0
,

A
1
,

A
2
. Khi
đó việc lựa chọn tuân theo bảng sắp xếp dới đây.

A
2
A
1
A
0
Kênh vào
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 mạch chuyển đổi số - tơng tự DAC 0808

Hình 5.12: Sơ đồ DAC 0808

DAC 0808 là bộ biến đổi số - tơng tự 8 bits với thời gian đa dòng ra lớn nhất là 150 ns
trong khi chỉ tiêu thụ 33mW với nguồn

5V.
Các thông số của vi mạch:



Hà Ngọc Thắng
- Độ chính xác 0,19%.

- Dải điện áp cung cấp
4,5V ữ

18V.
- Thời gian biến đổi 150ns.
- Tiêu thụ năng lợng ít: 33mW (

5V).
- Dải điện áp đầu vào số: - 10V ữ +18V
- Cổng vào không đảo giao tiếp đợc với TTL và CMOS.

4.4.3.3 Vi mạch giải mã địa chỉ 74LS138

Hình 5.13: Sơ đồ 74LS138
Bảng chân lý chỉ ra chỉ có một trong tám đầu ra của vi mạch giải mã có mức logic 0 tại
một thời điểm. Để cho phép vi mạch hoạt động đợc thì 3 đầu vào cho phép E
1
, E
2
, E
3
phải
cùng tích cực. Mức tích cực của hai đầu vào E
1
, E
2
là mức logic 0 còn đầu vào E
3
là mức
logic 1.

Khi 74LS138 hoạt động các đầu vào địa chỉ A, B, C chọn đầu ra nào thì đầu ra đó trở
thành mức thấp.


Bảng chân lý của vi mạch giải mã 74LS138.
Đầu vào cho phép Đầu vào địa chỉ Đầu ra giải m



Hà Ngọc Thắng
E
1
E
2
E
3
C B A Y
1
Y
2
Y
3
Y
4
Y
5
Y
6
Y
7

Y
8
1 x x x x x 1 1 1 1 1 1 1 1
x 1 x x x x 1 1 1 1 1 1 1 1
x x 0 x x x 1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1
0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1
0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1
0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1
0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1
0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1
0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

4.4.3.4
Vi mạch so sánh 74LS85
Hình 5.14: Sơ đồ 74LS85
Bộ so sánh 4 bits này thực hiện việc so sánh các mã nhị phân. Thiết bị này hoàn toàn có
thể mở rộng đến bất kỳ số lợng bit nào mà không cần thêm các cổng ngoài. Các bit dài hơn
có thể đợc so sánh bằng cách nối tiếp các bộ so sánh.




Hà Ngọc Thắng
4.4.3.5 Vi mạch đệm có chốt 74LS373

Hình 5.15: Sơ đồ 74LS373.

Vi mạch 8 bits này có đầu ra 3 trạng thái đợc thiết lập để nuôi các tải có dung kháng

lớn, trở kháng tơng đổi thấp. Trạng thái thứ 3 cao trở và tăng mức logic cao khiến cho vi
mạch này có thể đợc nối thẳng tới các đờng bus. 8 chốt của 74LS373 là trong suốt, nghĩa
là khi chân kích hoạt cao thì các đầu ra Q sẽ đúng bằng đầu vào dữ liệu, khi chân kích hoạt
xuống thấp thì chúng đợc chốt ở mức dữ liệu đã đặt.

4.5 Cấu tạo Card
4.5.1 Bộ tạo xung nhịp

Để cho card có thể hoạt động đợc thì phải có tín hiệu clock với tần số cỡ 40kHz ữ 12
MHz. Có 2 cách để phát tín hiệu Clock.
- Lấy từ nguồn xung nhịp của máy tính.
- Tạo mạch cung cấp xung nhịp riêng.



Hà Ngọc Thắng
Theo cách thứ nhất thì có u điểm là không phải tạo ra một bộ xung phát riêng nhng
nhợc điểm lớn nhất của phơng pháp này là Card khó có thể hoạt động tốt trên những máy
tính khác nhau vì mỗi máy tính có tần số xung nhịp khác nhau. Do đó để Card tơng thích
với mọi máy tính ta chọn phơng án 2. Sơ đồ mạch nguyên lý tạo xung nhịp nh sau:

Hình 5.16: Sơ đồ mạch tao xung nhịp

4.5.2 Bộ tạo điện áp chuẩn
Hình 5.17: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo điện áp chuẩn

Ta có thể lấy điện áp chuẩn từ Slot của máy tính, tuy nhiên điện áp này có sai số khá lớn
( khoảng 5 %) trong khi ADC và DAC có độ chính xác tới

1/2 bits. Nh vậy nếu lấy thẳng

nguồn từ Slot ta sẽ gặp phải sai số rất lớn, không đảm bảo yêu cầu điều khiển. Do đó ta sử
dụng một mạch tạo điện áp chuẩn riêng nh hình 5.17.

4.6 Nguyên lý hoạt động của Card



Hà Ngọc Thắng
Trớc khi tìm hiểu nguyên lý hoạt động của Card ta cần quan tâm đến một số vấn đề sau:
4.6.1 Một số tín hiệu cơ bản của máy tính đa ra Card
- Reset: Sau khi bật máy tính, đờng dẫn reset sẽ kích hoạt trạng trong thời gian ngắn để
đa Card đến một trạng thái xác định.
- IOW (Input, Output, Write) tín hiệu này sẽ kích hoạt truy nhập ghi lên một Card mở
rộng.
- IOR (Input, Output, Read) mức thấp của đờng tín hiệu này báo hiệu sự truy nhập đọc
trên Card. Trong thời gian này các dữ liệu có giá trị cần phải sắp xếp để rồi sau đó đợc
đón nhận bắng sờn trớc.
- AEN (Adress Enable) đờng dẫn dùng để nhận biết chu trình truy nhập DMA và chu
trình truy nhập bộ xử lý, đờng này cần sử dụng cho quá trình giải mã địa chỉ của Card.

4.6.2 Địa chỉ cho Card
Nh đã nói ở trên, vùng địa chỉ mà máy tính dành cho Card mở rộng từ 300H đến 31FH.
ở đây địa chỉ của Card đợc giải mã bởi IC 74LS138. Dựa vào nguyên lý ta xác định đợc
địa chỉ nào ra của Card.
- 300H: Địa chỉ cho phép 74LS373 (1) chọn lựa các đầu vào analog (IN0ữ IN7).
- 301H: Địa chỉ cho phép ADC 0809 hoạt động.
- 302H: Địa chỉ của DAC thứ nhất (out 1).
- 303H: Địa chỉ của DAC thứ hai ( out2).

4.6.3 Nguyên lý hoạt động của Card

Khi thu thập tín hiệu máy tính đa tín hiệu chọn kênh qua 8 đờng dữ liệu từ (D0 ữ D7).
Sau đó máy tính đa địa chỉ của 74LS373 (1) qua 20 đờng địa chỉ trên Slot. Vi mạch giải
mã địa chỉ 74LS138 phát tín hiệu để 74LS373(1) làm việc chuyển số thứ tự của kênh tín
hiệu đo vào 3 bits địa chỉ chọn kênh của ADC , địa chỉ này đợc chốt trong 74LS373(1).
Tiếp đó máy ra lệnh bắt đầu biến đổi ADC bằng tín hiệu đa vào chân START của ADC
0809 sau đó một khoảng thời gian chờ cho ADC biến đổi xong máy đa lệnh cho ADC xuất
dữ liệu vào máy tính. Khi xuất dữ liệu ra, dữ liệu từ máy tính qua bus dữ liệu ( D0 ữ D7)



Hà Ngọc Thắng
đa ra các cổng của DAC qua các bộ chốt 74LS373(2) và 74LS373(3). Lúc đó tuỳ theo địa
chỉ máy tính đa ra mà dữ liệu đợc chuyển qua ADC tơng ứng.