Thiết kế hệ thống xử lý ảnh video trên FPGA (CycloneII), chương 19 ppt

Chương 19: Giao tiếp với mạch bên
ngoài
Mô hình:
Hình: Mô hình giao tiếp giữa mạch đo nhiệt độ với KIT UP2
và với động cơ
1. Mạch nhiệt độ:
12V
U9
ICL7107
31
30
32
34
33
36
35
28
29
27
37
40
39
38
21
20
19
23
16
24
15
18

17
22
12
11
10
9
14
13
25
5
4
3
2
8
6
7
1
26
IN HI
IN LO
COMMON
CREF+
CREF-
REF HI
REF LO
BUFF
A/Z
INT
TEST
OSC1

OSC2
OSC3
GND
POL
AB4
A3
B3
C3
D3
E3
F3
G3
A2
B2
C2
D2
E2
F2
G2
A1
B1
C1
D1
E1
F1
G1
V+
V-
S13
5V

S5
C23
0.1u
S14
S1
S18
S17
R17
220
C15 100pF
S5
C22
10uF
C14
0.1uF
S17
S11
S12
S6
S21
R4
2.2K
S6
S9
S4
C17 0.1uF
S16
S2
-5V
S16S2

S11
S7
S19
C13
0.1uF
S12
S1
12V
S20
-12V
S3 S10
D4
LM335
1 2
R5
2.2K
S21
R18
22
R10
1M
R19
22
S15
R12
100K
C16 0.1uF
S7
S3
S20

S8
S19
C21
0.1u
R6
10K
J5
HEADER 7
1
2
3
4
5
6
7
R11
4.7K
R20
220
R8
2K
13
2
+
-
U5A
TL084
2
1
411

3
R13 47K
J6
HEADER 7
1
2
3
4
5
6
7
S9
S10
R3
10K
S14
S4
R9
10K
C20
0.1u
C18
0.01uF
S13
S18
R7
10K
J4
HEADER 7
1

2
3
4
5
6
7
5V
1K1
1 3
2
S15
S8
C19
10uF
Hình: Sơ đồ mạch đo nhiệt độ
a. Cảm biến nhiệt độ:
Có nhiều loại như cặp nhiệt điện (Thermocouple), nhiệt trở
(Thermistor), IC nhiệt độ còn gọi là cảm biến nhiệt (đầu dò bán
dẫn)…
đây ta chỉ xét đến IC nhiệt có 2 loại thường dùng như:
i. LM334:
*Điện thế nguồn nuôi từ 1V đến 40V
*Phạm vi dòng hoạt động từ 1µA đến 10mA.
*Dãy nhiệt độ: 0
o
C đến 70
o
C.
ii. LM335 :
Là đầu đo bán dẫn đơn giản và có độ chính xác cao, có

điện thế lối ra tỉ lệ thuận với nhiệt độ. Trong nhiệt độ phòng có
độ chính xác cỡ
4
1
o
C. LM335 có thể hoạt động với nguồn nuôi
đối xứng. Dòng tiêu thụ chỉ cỡ 60uA nên có thể bỏ qua sự tăng
nhiệt độ do nguồn nuôi tạo ra.
*Điện thế nguồn nuôi 4V…30V.
*Thế lối ra 10mV/
o
K
*Dòng điện tiêu thụ 60µA.
*Dãy nhiệt độ từ -40
o
C đến 100
o
C.
b. Mạch chuyển đổi:
Hình: Sơ đồ mạch chuyển đổi.
Tín hiệu từ LM335 ra với mức thế khoảng 10mV/
o
K. Gọi V
1
là điện thế ra tương ứng với nhiệt độ môi trường. V2 là thế tại
cầu chia thế R5 và R8.
Ta có:
V
+
=V

1
/ 2.
V
+
=V
-
=>V
0
= V
2
– V
1
/ 2
V
0
là tín hiệu analog ra từ op_amp TL084 qua mạch lọc
thấp qua làm tín hiệu vào COMMON và tín hiệu IN HI của ICL
7107.
c. IC 7017
i. Chức năng:
+Bảo toàn chức năng đọc mức 0V toàn giai.
+Dòng vào đặc trưng 1pA.
+Hỗ trợ kích led 7 đoạn, ngõ vào vi sai và V
ref
chính xác.
+Nhiễu thấp hơn 15µVp_p.
+Có xung nhòp và V
ref
trên chip.
+Công suất tiêu tán-đặc trưng ít hơn 10mW.

+Không cần mạch tác động bên ngoài
+Nổi bật tính ổn đònh hiển thò.
+3 lần đọc /giây.

ii. Mô tả:
IC 7107 là IC 3
1
/
2
số chuyển đổi A/D hai độ dốc, công suất
thấp, tính năng cao. Bao gồm bộ giải mã led 7 đoạn, bộ điều
khiển hiển thò, tham chiếu và xung. ICL 7107 sẽ điều khiển trực
tiếp công cụ phát sáng của diod (led), mang tính kết hợp của độ
chính xác cao, tính linh hoạt và tính tiết kiệm. Mức 0 nhỏ hơn
10µA, điểm trôi 0 ít hơn 1µV/
o
C, ngõ vào dòng xiên của 10pA
(Max) và lỗi nhỏ hơn 1 lần đếm. Ngõ vào vi sai và V
ref
được sử
dụng trong toàn bộ hệ thống nhưng lại đem cho người thiết kế
những thuận lợi khi chuyển tải các mức đo lường, máy đo sức
căng và các loại cầu chuyển đổi. Cuối cùng, sự tiết kiệm của
việc cung cấp nguồn đơn cho phép thi hành đồng hồ đo panel
cao để xây dựng với việc thêm vào của chỉ 10 passive
components và hiển thò .
*Sơ đồ chân IC:
+Nguồn cung cấp: nguồn phân cực V
+
= +5V, V

-
= -5V.
+Điện thế analog vào: V
+
(IN HI) đến V
-
(IN LO)
+Điện thế ngõ vào Reference: (V
-
+1V)< Vin < (V
+
- 5V)
+Dòng vào: 1pA
+Nối trực tiếp với LED (anod chung)
+Tạp âm: 200mV.
+Tần số phát: fosc = 0.45 = 38KHz
+Vcom = V
+
-2.8V
iii. Cách hoạt động của IC: gồm có 2 phần
 Phần analog:
Đầu tiên ngõ vào cao và thấp (IN HI và IN LO) không nối
các chân và phần bên trong gắn đến COMMON, sau đó các C
ref
sẽ thay đổi V
ref
, CAZ bù cho V
offset
của mạch đệm khuếch đại,
mạch tích phân và mạch so sánh. Trong suốt quá trình tích hợp

tín hiệu, các vòng A-Z mở, lúc đó các tín hiệu IN HI và IN LO
được nối với các chân ngoài. Khi đó bộ đảo sẽ tích phân tín hiệu
giữa IN HI và IN LO trong khoảng thời gian xác đònh. Nếu trong
chế độ khác, tín hiệu analog vào không quay trở lại với nguồn
cung cấp bộ đảo, IN LO có thể giữ tín hiệu analog COMMON
để thiết lập hoàn chỉnh cho chế độ V thông thường. Lúc này cực
của tín hiệu tích phân được xác đònh. Cuối cùng ngõ vào thấp
(IN HI) được nối đến analog COMMON và ngõ vào cao được
nối băng qua trước tụ thay đổi C
ref
. Mạch trong chip chắc rằng tụ
sẽ được nối đúng cực. Đó là nguyên nhân làm cho ngõ ra của
mạch tích phân trở về 0. Thời gian cho ngõ ra trở về 0 tương ứng
với tín hiệu ngõ vào. Tín hiệu số ra là:
DISPLAY COUNT=1000(
Vref
Vin
).
Hình: Phần analog của ICL7107
Từ tín hiệu số trên, ta đi vào phần hiển thò:
 Phần hiển thò :
Hình: Phần hiển thò của ICL7107
Chân 38, 39, 40 là chân cung cấp xung cho IC. Tín hiệu số
từ mạch so sánh sẽ đi vào LOGIC CONTROL để điều khiển tín
hiệu số trên LED thông qua mạch chốt, tần số cung cấp cho
mạch sẽ là tín hiệu xung để cấp cho mạch đếm. IC 7107 là loại
điển hình để hiển thò LED anod.
Dùng IC này ta có thể dễ dàng trực tiếp để hiển thò nhiệt độ từ
mạch chuyển đổi của IC LM 335.