Các phương pháp chuyển đổi ADC và DAC thực nghiệm

Lời nói đầu
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật. Đặc
biệt, trong lĩnh vực công nghệ thông tin đã tạo lên một động lực thúc đẩy và
phát triển các ngành công nghiệp khác nhằm phục vụ và đáp ứng đợc nhu
cầu của con ngời trong cuộc sống. Con ngời với sự trợ giúp của máy móc,
những công cụ thông minh đã không phải trực tiếp làm việc, hay những
công việc mà con ngời không thể làm đợc với khả năng của mình mà chỉ
việc điều khiển chúng hay chúng làm việc hoàn toàn tự động đã mang lại
những lợi ích hết sức to lớn, giảm nhẹ và tối u hoá công việc.Với sự tiến bộ
này đã đáp ứng đợc những nhu cầu của con ngời trong cuộc sống hiện đại
nói chung và trong sự phát triển hơn nữa của những ứng dụng trong việc
nghiên cứu, phát triển của khoa học kỹ thuật của các nhà khoa học nói
riêng
Đối với những học viên công nghệ phần cứng chúng ta thì việc nghiên
cứu, tìm hiểu và thực nghiệm khảo sát các đặc tính của bộ chuyển đổi tín
hiệu tơng tự thành tín hiệu số (ADC) và ngợc lại (DAC) có ý nghĩa thực tế
hết sức quan trọng. Nó không những trang bị cho chúng ta những kiến thức
sâu rộng, hiện đại mà còn tạo cho chúng ta những kỹ năng làm việc cũng
nh những kinh nghiệm quý giá trong lĩnh vực công nghệ thông tin để theo
kịp với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày nay khi tốt nghiệp ra tròng
Trong suốt thời gian qua, với những kiến thức đợc học ở trờng cùng với sự
giúp đỡ của th.s.Hà Mạnh Đào và các thầy cô trong trung tâm, chúng em đi
sâu việc nghiên cứu, tìm hiểu và thực nghiệm khảo sát các đặc tính của bộ
chuyển đổi tín hiệu tơng tự thành tín hiệu số (ADC) và ngợc lại (DAC). Tuy
đề tài không phải là mới nhng hiểu đợc nó và ứng dụng nó có ý nghĩa hết
sức thiết thực. Nó chính là cơ sở để thiết kế những hệ thống tự động hoá
đơn giản, cũng nh là những hệ thống phức tạp đợc ứng dụng rộng rãi trong
khoa học và đời sống

1

Phần mở đầu
Cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử
đang và sẽ tiếp tục đợc ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu qủa
cao trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật cũng nh trong đời sống xã
hội.Tiếp nhận những thành tựu của khoa học- kỹ thuật đó, ngày nay việc
gia công, truyền đạt và xử lý tín hiệu trong các thiết bị điện tử từ đơn giản
đến hiện đại đều dựa trên cơ sở nguyên lý số , vì những thiết bị làm việc
trên cơ sở nguyên lý số có những u điểm hơn hẳn cá thiết bị làm việc trên
cơ sở nguyên lý tơng tự, đặc biệt là trong kỹ thuật tính toán, kỹ thuật đo lờng và điều khiển và đặc biệt hơn với sự giúp đỡ của máy tính đợc ứng
dụng rộng rãi ngày nay.Với sự ra đời các hệ thống số đã cải thiện , tối u
những nhợc điểm mà kỹ thuật tơng tự không đáp ứng đợc chẳng hạn nh sai
số, tốc độ, tần số làm việc, tổn hao .v.v... Tuy nhiên, tín hiệu tự nhiên bao
gồm các đại lợng vật lý, hoá học, sinh học... là các đại lợng biến thiên theo
thời gian hay nói cách khác nó là các đại lợng tơng tự, để phối ghép với
nguồn tín hiệu tơng tự với nguồn xử lý số, nghĩa là để xử lý tín hiệu thông
qua một hệ thống số ta phải có các mạch chuyển đổi tín hiệu từ dạng tơng
tự sang dạng số ADC (The Analog to Digital Convertor), tín hiệu sau khi
đã đợc chuyển đổi đợc xử lý qua một hệ thống xử lý tín hiệu số và đợc trả
lại dạng tín hiệu ban đầu, đó là tín hiệu tơng tự thông qua mạch chuyển đổi
tín hiệu số-tơng tự DAC (The Digital to Analog Convertor ). Ngày nay,
cùng với sự bùng nổ của công nghệ thông tin, máy tính đóng vai trò hết sức
to lớn và thâm nhập ngày càng sâu vào đời sống kinh tế, xã hội và đặc biệt
góp phần vào việc nghin cứu phát triển những ngành khoa học mới, đơn cử
nh những hệ thống tự động hoá đo lờng và điều khiển bằng máy tính mà ta
sẽ đè cập dới đây. Để mở rộng tầm ứng dụng, cũng nh khả năng can thiệp
sâu của kỹ thuật máy tính vào các lĩnh vực khác nhau. Chúng ta phải có
mối quan hệ chặt chẽ giữa chúng, nghĩa là khả năng kết nối máy tính cũng
nh việc kết nối máy tính với thiết bị ngoại vi, tuỳ theo yêu cầu và nhiẹm vụ
cụ thể cũng nh vật t thiết bị có trong tay mà việc thiết kế một hệ thống ghép

nối máy tính khác nhau với nhiều mục đích khác nhau. Đặc biệt đợc ứng
dụng rộng rãi trong đo lờng và điều khiển tự động. Tuy nhiên, để có đợc
điều đó cần phải có sự phối ghép giữa hai nguồn tín hiệu đó là nguồn tín
hiệu tơng tự và nguồn tín hiệu số. Việc này hết sức quan trọng và không thể
thiếu đợc trong hệ thống xử lý số, không những thế việc nghiên cứu tìm
hiểu nó cho ta biết đợc khả năng làm việc, đọ chính xác của hệ thống cũng
nh độ tin cậy của hệ thống

2


Phần 1
Tổng quan về kỹ thuật chuyển đổi tín hiệu ứng dụng
trong đo lờng và điều khiển bằng máy tính

Chơng 1
Chuyển đổi tơng tự số ADC
(The Analog to Digital Convertor)
1 .Nguyên lý cơ bản của chuyển đổi tơng tự số (ADC basic principles)
Tín hiệu tơng tự là tín hiệunbiến thiên liên tục theo thời gian, tín hiệu số
mã hoá là rời rac theo thơi gian. Để chuỷên đổi tín hiệu tơng tự sang dạng
tín hiệu số đòi hỏi phải lợng tử hoá biên độ và rời rạc hoá trục thời gian tín
hiệu số liên tục. Để có đợc điều này, cần phải lấy mẫu tín hiệu tơng tự tại
những khoảng thời gian nh nhau sau đó chuyển đổi các giá trị mẫu thành
số. Nh vậy, nguyên lý chung của sự chuyển đổi là:
- lấy mẫu
- nhớ mẫu
- lợng tử hoá
- mã hoá
1.1. Lấy mẫu tín hiệu (Singnal sample)

Việc lấy mâũ tín hiệu tơng tự tại những khoảng thời gian sao cho tín hiệu
số đợc mã hoá có thể khôi phục lại tín hiệu cũ một cách trung thực, ít ảnh
hởng của nhiễu và sai số do quá trình lấy mẫu. Theo định lý lấy mẫu của
Kacchenikop hay định lý lấy mẫu của Sharnon thì để khôi phục lại tín hiệu
cũ có độ trung thực tối thiểu thì tần số của tín hiệu lấy mẫu phải có độ lớn
tối thiểu bằng hai lần tần số lớn nhất của phổ tín hiệu tơng tự:
Fs 2.Fmax (1).
Với:

Fmax

Fs
Nếu:

là tần số max của dải phổ tín hiệu tơng tự cần chuyển đổi

là tần số lấy mẫu

Fs = 2.Fmax thì ta gọi tần số lấy mẫu này là tàn số Nyguist.

Chu kỳ Nyguist:

1
1 (2).
TNyguist = =
F 2.Fa

3

U,i

0
U,i

t

0
t
Hình 1. Tín hiệu tơng tự và tín hiệu sau khi lợng tử và rời rạc hoá
Nh vậy, một tín hiệu tơng tự có hàm tin x(t) nào đó xác định trong
khoảng ( to , to + T ) hoàn toàn có thể khôi phục từ các mẫu rời rạc của nó
x(k. t ) theo công thức:
n 1
sin (t kt )
X (t) = .x(k. t ). (t kt ) (3).
c
Với c : tần số cao nhất trong phổ x(t)


1
t : bớc rời rạc hoá hay tần số lấy mẫu: t = = 2 f (4).
c
c

(tần số lấy mẫu lớn gấp hai lần tần số cao nhất của x(t) )

Nh vậy số mẫu cần lấy là: =
(5).
t

Gỉa sử coi nh bề rộng phổ của âm thanh chất lợng cao có tần số là :
F = 20 KH Z .Nh vậy, tần số lấy mẫu tín hiệu theo định lý trên :
1
1
sny =
=
= 2.5.105 = 2.5às
2 Fa . 2.20000
1. 2. Lợng tử hoá và mã hoá tín hiệu (signal Coding and
Quantization).

4


Sau khi tính toán xác định tần số lấy mẫu của tín hiệu bằngđịnh lý lấy
mẫu ta đợc dãy các giá trị rời rạc.Thực hiện việc lợng tử hoá biên độ của tín
hiệu tơng tự, là biến dãy các giá trị rời rạc bất kỳ đó thành dãy các giá trị
nguyên x(k) bằng cách hết sức đơn giản là quy trò các giá trị đó. Tuy nhiên,
phải xác định đợc mức quy tròn x (giá trị này gọi là mức lợng tử hoá),
điều này sẽ gây ra sai số lợng tử hoá , tất nhiên ta có thể hạn chế sai số này
một cách tối thiểu là tăng tần số lấy mẫu. Số mẫu càng lớn thì sai số càng
nhỏ, điều này thể hiện qua số bit đầu ra củ bộ chuyển đổi, ngời ta dựa vào
tham số này để đánh giá chất lọng chuyển đổi cũng nh độ trung thực của tín
hiệu khôi phục.
Công thức lợng tử hoá: x(k ) = .{ x(k.t ) + 0.5 } (5).
Với: E là phần nguyên.
VD: Ta có các giá trị rời rạc sau khi lấy mẫu tín hiệu nh sau:
Giá trị rời rạc sau khi lấy mẫu
X(k. t)

Giá trị sau khi quy tròn

11.7
10.3
13.8
18.2
22.6
24.9
14.1

12
10
14
18
23
25
14

Bảng 1. Gía trị rời rạc sau khi lấy mẫu và sau khi quy tròn
Sau khi thực hiện xong việc lợng tử hoá từ các tín hiệu rời rạc, ta thực
hiện việc mã hoá tín hiệu số. Trớc hết, để tiến hành mã hoá tín hiệu theo
mã nhị phân thì cần phải xem tín hiệu cần số từ mã tối thiểu là bao nhiêu,
để có dợc điều này thì phải dựa vào giá trị lớn nhất của mẫu.
Với con số thập phân, nếu sử dụng 4 con số hập phân để viết 1 con số thập
phân thì phải thoả mãn điều kiện:
103 < số thập phân < 104
Tơng tự với số nhị phân:
2n1 < max | x(k ) |< 2n (6).
Nh vậy, số bit cần thiết để thoã mã hoá là n bit.
Chẳng hạn: 2n < max | x(k ) |= 25 < 25 Số bit trong mỗi từ mã là 5 bit.

5


Vậy ta có công thức để xác định số bit là:

(n 1)log 2 2 < log 2 max | x(k) | < n.log 2 2

suy ra: n = E.(log2max | x(k) | +1) . (7).

Ngoài ra, nếu con số biểu diễn là các con số đại số thì còn có cả số âmvà
số dơng cho nên trong từ mã còn có thêm một bit nữa là bit dấu để phân
biệt số âm và số dơng .
Trên cơ sở đó ta thực hiện mã hoá các giá trị trên :
x(0. t) = (12) 10 = 01100
x(1. t) = (10) 10 = 01010
x(2. t) = (14) 10 = 01110
x(3. t) = (18) 10 = 10010
x(4. t) = (23) 10 = 10111
x(5. t) = (25) 10 = 11001
x(6. t) = (14) 10 = 01110
Để đánh giá chất lợng chuyển đổi nghĩa là độ trung thực của tín hiệu
khôi phục ngời ta xác định sai số lợng tử cực đại:
- Sai số lợng tử cực đại: x / 2
- Sai sốlợng tử càng nhỏthì độ trung thực của tín hiệu sau khi khôi
phục càng cao
Nh vậy, sau khi tín hiệu tơng tự đợc lấy mẫu (rời rạc hoá thời gian) và
mã hoá (lợng tử hoá về biên độ) nó chuyển thành tín hiệu số này là các giá
trị rời rạc đó. Cách biểu diễn theo hệ thập phân thờng dùng để chỉ thị số đo,
còn trờng hợp mạch biến đổi AD là các thiết bị số thì thờng dùng hệ cơ số 2

(mã nhị phân) để biểu diễn tín hiệu số. Gỉa sử gọi tín hiệu tơng tự là S A (U A )
, tín hiệu số là S D (U D ) , S D đợc biểu diễn dới dạng mã nhị phân nh sau:
n1
n2
0
S D = bn 1 .2
+ bn 2 2
+ ... + b 0 .2 (8).
Trong đó, các hệ số bk =0 hoặc bằng 1 (với k=0 đến k=n-1) và đợc gọi là
bit (binary digit). Trong đó, bit có trọng lợng lớn nhất ở bên trái và bit có
trọng lợng nhỏ nhất ở bên phải.ở đây b0 là bit có trọng lợng nhỏ nhất.
Nh vậy, với một mạch biến đổi có N bit nghĩa là có N số hạng trong dãy mã
nhị phân thì mỗi nấc trên hình chiếm một giá trị:
x = U LSB =

U Am
N
2 1

(9).

Trong đó:
- U Am là giá trị cực đại cho phép của diện áp tơng tự đầu vào ADC

6


- x là mức điện tử
2.các tham số cơ bản đặc trng cho chuyển đổi tơng tự số
+ Dải biến đổi của điện áp tơng tựu đầu vào: Là khoảng điện áp mà bộ

chuyển đổi AD có thể thực hiện chuyển đổi đợc. Khoảng điện áp đó có thể
lấy các giá trị số từ 0 đến một số dơng hoặc âm nào đó. Số các số hạng của
mã số của đầu ra (số bit trong mã nhị phân) tơng ứng với dải biến đổi của
điện áp vào cho biết mức chính xác của phép chuyển đổi.
Ví dụ: Một ADC có số bit ở đầu ra N=12, nghĩa là một từ mã có 12 con số
nhị phân thì ADC có thể phân biệt đuợc 212 =4096 mức điện áp trong dải
biến đổi điện áp vào của nó. Độ phân biệt của một ADC đợc ký hiệu là Q (đợc xác định theo công thức (4) ở trên). Nh vạy, ta có thể ngầm hiểu số bit N
để đặc trng cho độ chính xác. Tuy nhiên, ngoài số bit đặc trng cho độ chính
xác của bộ chuyển đổi trong thực tế liên quan đến độ chính xác của ADC
còn có những tham số khác nh: Sai số lệch 0, sai số đơn điệu, sai số
khuyếch đại

Lý tưởng
Thực
111
110
101
100
011
010
001
000

Méo phi tuyến
Sai số khuếch đại
Sai số đơn điệu
Sai số lệch không

Hình 2. đặc tyuến lý tởng và thực của bộ chuyển đổi ADC
Nh vậy, so sánh hai đờng đặt tuyến truyền đạt lý tởng của ADC là một

đờng bậc thang đều và có độ dốc trung bình bằng 1. Đờng đặc tuyến thực
có sai số lệch không và là một hình bậc thang không đều do ảnh hởng của
sai số khuyếch đại, của méo phi tuyến và sai số đơn điệu. Trong đó, sai số
khuyếch đại là sai số giữa độ dốc trung bình của đờng đặc tuyến thực với
độ dốc trung bình của đờng đặc tuyến lý tởng. Sai số phi tuyến đợc đặc trng
bởi sự thay đổi đọ dốc đờng trung bình của đạc tuyến thực trong dải biến

7


đổi của điện áp vào. Sai số này làm cho đặc tuyếnchuyển đổi có dạng hình
bậc thang không đều. Cuối cùng, sai số đơn điệu thực chất cũng do tính phi
tuyến của đờng đặc tính biến đổi gây ra.
3.Cấu tạo, sơ đồ khối và nguyên tắc làm việc của ADC
(ADC Composition, Diagram and Working Principle)
3.1 cấu tạo, sơ đố khối (Diagram and Composition)
UA

Mạch lấy
Mẫu

ADC

UMA
U
Lượng
tử hoá

Mã hoá

UD

hình 3.sơ đồ khối minh hoạ nguyên tắc làm việc của ADC
Nh vậy, một bộ chuyển đổi bao gồm có: Mạch lấy mẫu tín hiệu, mạch lợng tử hoá tín hiệu và mạch mã hoá tín hiệu.
3.2. Nguyên tắc làm việc của ADC (ADC Working Principle)
Trớc hết, mạch láy mẫu tín hiệu tơng tự tại các thời điểm khác nhau đều
và cách đều nhau (rời rạc hoá tín hiệu về mặt thòi gian), giữ cho biên độ
điện áp tại các thời điểm lấy mẫu không đổi trong quá trình chuyển đổi tiếp
theo. Tín hiệu ra mạch lấy mẫu đợc đa tới mạch lợng tử hoá để thực hiện
x
làm tròn với biên độ chính xác:
. Sau mạch lợng tử hoá là mạch mã
2
hoá. Trong mạch mã hoá, kết quả lợng tử hoá đợc sắp xếp lại theo một quy
luật nhất định phụ thuộc vào loại mã yêu cẩutên đầu ra của bộ chuyển đổi.
4. phân loại chuyển đổi tơng tự-số ADC .
Có nhiều cách phân loại chuyển đổi tơng tự-số ADC , tuy nhiên chủ yếu
phân loại theo quá trình chuyển đổi về mặt thời gian theo cách phân loại
này có 4 phơng pháp biến đổi AD nh sau:
a.Phơng pháp chuyển đổi song song: Trong phơng pháp nàytín hiệu đợc
so sánh cùng một lúc với nnhiều giá trị chuẩn. Do đó tất cả các bit đợc xác
định đồng thời và đa đến đầu ra.
b.Biến đổi theo mã đếm: ở đây, quá trình so sánh đợc thực hiện lần lợt
từng bớc theo quy luật của mã đếm. Kết quả chuyển đổi đợc xác định bằng
cách đếm số lợng giá trị chuẩn có thể chứa đợc trong giá trị tín hiệu tơng tự
cần chuyển đổi.

8

c. Biến đỏi nối tiếp theo mã nhị phân: Qúa trình so sánh đựoc thực hiện
lần lợt từng bớc theo quy luật mã nhị phân. Các đơn vị chuản dùng để so
sánh lấy các giá trị giảm dần, do đó các bit đợc xác định lần lợt từng bit có
nghĩa lớn nhất đến bit nhỏ nhất.
d. Biến đổi song-song nối tiếp kết hợp: Trong phơng pháp này mỗi bớc so
sánhcó thể đợc xác định đợc tối thiểu là 2 bit đồng thời.
Nh vậy, có rất nhiều phơng pháp chuyển đổi, tuy nhiên các mạch thc tế
làm việc theo nhiều phơng pháp khác nhau. Nhng về nguyên tắc chuyển đổi
đều làm theo những phơng pháp trên. Trong quá trình thiết kế một hệ thống
đo lờng và điều khiển bằng máy tính, hay một hệ thống đo lờng số nào đó
tuỳ vào yêu cầucủa hệ thống nh tốc độ,độ chính xác vật t hiện có mà lựa
chọn phơng pháp chuyển đổi khác nhau. Mỗi phơng pháp đều có u nhợc
điểm khác nhau, chính vì vậy việc nghin cứu nguyên lý hoạt động , tính
năng kỹ thuạt của từng phơng pháp cũng nh từng mạch cụ thể là nhiệm vụ
của ngời thiết kế. Sau đây ta tìm hiểu từng phơng pháp chuyển đổi:
4.1. Bộ chuyển đổi ADC theo phơng pháp tích phân một sờn dốc (the
Ramp type ADC).
4.1.1. Sơ đồ khối :
U0 + Ux

Bộ tạo cửa
thời gian

Bộ so sánh
2

Bộ
đếm
xung

Bộ tạo
U
tuyến
tính
U0

Bộ điều
khiển

2n

Bộ tạo
xung đệm

Bộ so sánh
1

Hình 4. Sơ đồ khối phơng pháp tích phân một sờn dốc

9

21
20


u

U0 + Ux
U0
t

USS1

t

USS2

Uxung

t

∆T

cöa

Uxung

t

chuÈn

Uxung

t

®iÓm

t

H×nh 5 : Gi¶n ®å thêi gian

10


4.1.2.Nguyên lý làm việc
Bộ điều khỉên tạo xung điều khiển(Xung Clock), xung này có nhiệm vụ
xoá 0 bộ đếm và tạo điện áp răng ca.Nó chính làbộ tạo điện áp mẫu có độ
méo % nhỏ
Bộ so sánh có nhiệm vụ so sánh điện áp cần đo với điện áp chuẩn U 0 .
Bộ so sánh

2 đầu vào

Một đầu ra

hình 6. bộ so sánh
Khi đặt 2 điện áp đầu vào bằng nhau thì có xung ra tại thời điển t1
.Xung ra này kích bộ tạo cửa thời gian là Triger ó hai trạng thái ổn định và
làm cho bộ cửa thời gian từ trạng thái 0 chuyển sang trạng thái 1. Sau
khi có điện áp U ũ + U 0 vào bộ so sánh 2 thì nó sẽ so sánh giá trị và đa ra
xung đếm tại thời điểm t2 . Xung đếm này làm cho bộ tạo xung chuyển
trạng thái từ trạng thái 1 sang trạng thái 0 , đồng thời mở cửa để bộ tạo
xung đếm lọt qua, các xung này sẽ đợc lu trữ tại các thanh ghi của bộ đếm
xung. Trong thực tế, thờng sử dụng các vi mạch khuyếch đại thuật toán làm
bộ so sánh.
Ta thấy rằng ở sơ đồ nguyên lý ngoài điện áp U x cần cho điện áp U 0
.Điện áp U 0 là điện áp đợc tạon ra nhằm mục đích đo chính xác giá trị của
điện áp U x vì khi bắt đầu quá trình chuyển đổi nó cha ổn định do tính
không đờng thẳng.
du

Ta có: U x =T.tg =T.
(10)
dt
n

Với: T = t2 t1 = n.Tch = f (11)
ch
u

du

Suy ra: U x = f . dt (12).
ch

f
du
U x = n.10 i
= const f ch =
f
dt
Giả sử i = 0 U x = n.

Vì

4.1.3 Sai số chuyển đổi và cách khắc phục.
Để thực hiện đo lờng và chuyển đổi bằng máy tính thông qua card ghép
nối chuyển đổi tơng tự-số ADC ngoài việc phải hiểu nguyên lý hoạt động
của nó, ta còn phải biết tính năng đo lờng cũng nh độ chính xác của từng bộ
chuyển đổi.

Vậy độ chính xác của bộ chuyển đổi sử dụng phơng pháp trên phụ
thuộc vào các yếu tố gì ?
* Để trả lời cho câu hỏi trên ta phải xem xet từng yếu tố tuỳ thuộc:

11


Các điện áp chuẩn U ch
+ Diện áp răng ca khong tuyến tính <méo % nhỏ>
+ Tần số không ổn định có sai số tơng đối lớn

f
lớn
f

Do nhiễu xung can thiệp vao mạch biến đổi

Do sự không đồng bộ giữa xung mở cửa và chuỗi xung chuẩn
dẫn đến sai số phơng pháp đo
* cách khắc phục:
Trớc hết phải tạo điện áp chuẩn U ch thật chuẩn % nhỏ, sai số doTần
số nhỏ

f
nhỏ
f

Giảm sai số phơng pháp, tăng tần số xung chuẩn, tuy nhiên cũng
phải phụ thuộc vào độ phân giải của bộ đếm xung.
4.2. Bộ chuyển đổi AD theo phơng pháp tích phân hai sờn rốc.

(The dual-slope integerating type A/D converter)
4.2.1. Sơ đồ khối cấu tạo.
c
R

Uc

Uch

Ua

Mạch tích
phân A1

Bộ so sánh A2
Mạch ADN

Mạch
Logic

Bộ
đệ
m

U0

Đếm Z0
Tạo
xung
nhịp

Hình 7. sơ đồ khối cấu tạo bộ chuyển đổi theo phơng pháp hai sờn dốc
UC

U


c1

U

U

0

t1


c2

A

t2



t2
Hình 8. giản đồ thời gian
4.2.2. Nguyên lý hoạt động.

12

t


Mạch logic điều khiển, điều khiển cho khoá K ở vị trí 1 thì điện áp tơng
tự cần chuyển đổi U A nạp điện cho tụ C thông qua điện trở R tại thời điểm
t1 . Khi đó ở đầu ra của mạch tích phân A1 Có điện áp đợc tính theo công
thức sau:
U c (t1 ) =

1
1
U A dt =
U A t1 (13).

RC
RC

C
R

U

U

c

chuẩn

Hình 9. mạch tích phân
Nh vậy, U c tỷ lệ với U A . Tuỳ theo U A lớn hay bé mà đặc tuyến của
U c (t1 ) có độ dốc khác nhau. Trong thời gian t1 , bộ đếm 0 cũng đếm các
xung nhịp. Sau khi nạp điện áp cần đo U A cho tụ điện C, mạch logic điều
khiển sẽ chuyển khoá K sang vị trí 2 đồng thời tín hiệu từ mạch logic cũng
đợc đa đến mạch AND ( mạch Và) và làm chomạch AND thông khi có
xung nhịp tác động. Tại thời điểm này, mạch đếm ở đầu ra bắt đầu thực
hiện đếm và mạch đếm 0 đợc mạch logic điều khiển về vị trí nghỉ.
Khi K ở vị trí 2, điện áp chuẩn U ch bắt đầu nạp điện cho tụ C theo chiều
ngợc lại, phờng trình nạp là:
U
U c" (t 2 ) = ch t 2 (14).
RC

Gỉa thiết sau thời gian t 2 thì | U c' = U c" | , nghĩa là điện áp U c trên tụ C
bằng 0 vì hai điện áp đợc nạp vào tụ có nhiều cách khác nhau.
Nh vậy ta có:
U
U
t1 = ch t 2 t 2 = A t1
RC
RC
U ch

UA

(15)

Số xung đa đến mạch đếm 0 trong thời gian
0 = t1 . f n (16).

Trong đó f n là tần số của dãy xung nhịp

t1

z
từ đó suy ra t1 = 0 . Thay vào (15) ta đợc:
fn

t2 =

U A Z0
.
(17).
U
f
ch n

13

là:


Do đó xung nhịp đếm đợc nhờ mạch đếm ở đầu ra trong khoảng thời
gian

t2

UA

là: Z = t 2. f n U

ch

.Z 0 (18).

Sau thời gian t 2. mạch đếm ra bị ngắt vì điện áp trên tụ U c = 0 và mạch
logic đóng cổng AND .Qúa trình lặp lại tơng tự trong quá trìng chuyển đổi
tiếp theo.
Nh vậy, theo công thức ta thấy số xung đếm đợc ở đầu ra tỷ lệ với điện
áp tơng tự U A cần chuyển đổi. ở đây, kết quả đếm không phụ thuộc vào các
thông số RC của mạch và cũng không phụ thuộc vào tần số fn . chính vì lẽ
đó kết qủa chuyển đổi cũng khá chính xác, tuy nhiên yêu cầu cần thiết là
tần số nhịp phải có độ ổn định cao nghĩa là giá trị tần số xung nhịp phải nh
nhau trong khoảng thới gian t1 ,t2
Tóm lại, trong phơng pháp này.ta dã làm cho điện áp cần chuyển đổi UA
Tỷ lệ với thời gian (t1,t2 ) rồi đếm số xung nhịp xuất hiện trong khoảng thời
gian đó. Phơng pháp này cho ta chuyển đổi tín hiệu tơng tự thành tín hiệu
số có độ chính xác cao.
4.3 Phơng pháp chuyển đổi song song hay phơng pháp so sánh trực tiếp.
(Comparaison directe).
4.3.1. Sơ đồ nguyên lý.
UA

Uch
R

7V/8

R

3V/8

R

5V/8

R

V/2

R

3V/8

R

V/4

R

V/8

R

V/2

Mã Hoá
Bit 1
Lối vào Lối ra
1111111 000

0111111 001
0011111 010
0001111 011
0000111 100
0000011 101
0000001 110
0000000 111

Bit 2

Bit 3

Hình 10. sơ đồ nguyên lý phơng pháp chuyển đổi song song
4.3.2.Nguyên lý hoạt động
Trong phơng pháp chuyển đổi này, tín hiệu tơng tự cần chuyển đổi UA
cần chuyển đổi đợc đa đồng thời tới đầu vào cá bộ so sánh. Điện áp chuẩn

14


Uch đợc đa đến đầu vào còn lại của các bộ so sánh qua thanh điện trở R. Do
đó các điện áp chuẩn đặt vào bộ so sánh lân cận khác nhau một lợng không
đổi và giảm dần. Đầu ra của các bộ so sánh có điện áp vào lớn hơn điện áp
chuẩn lấy trên thanh điện trở có mức logic 1, ngợc lại các đầu ra của các
bộ so sánh co điện áp vào nhỏ hơn điện áp chuẩn có mức logic 0. Tất cả
các đầu ra của các bộ so sánh đợc nối vào mạch AND có một đầu đợc nối
vào một mạch tạo xung nhịp. Chỉ khi có xung nhịp đợc đa đến tác động vào
đầu mạch AND thì các xung ra của các bộ so sánh mới đợc nạp vào bộ nhớ
là các Flip-Flop.Các xung sau khi đợc nhớ vào mạch nhớ nó đợc ma hoá
thành dạng nhị phân. Nh vậy, cúu sau một khoảng thời gian bằng một chu

kỳ xung nhịp thì lại có một tín hiệu đợc chuyển đổi.
Nh vậy, bộ chuỷên đổi tơng tự-số làm việc theo phơng pháp chuyển đổi
song song có tốc độ chuyển đổi nhanh vì quá trình so sánh đợc thực hiện
song song cùng một khoảng thời gian. Tuy nhiên, kết cấu mạch phức tạp
với số linh kiện quá lớn. Với bộ chuỷên đổi N bit, để phân biệt đợc 2n mức
lợng tử hoá thì phải dùng tới (2N - 1) bộ so sánh. Chính vì lẽ đó bộ chuyển
đổi sử dụng phơng pháp chuyển đổi này chỉ đựoc sử dụng trong hệ thống
chuyên dụng có yêuc cầu số bit N nhỏ và tốc độ chuyển đổi cao. Ngày nay,
ngời ta đã chế tạo đợ card ADC7 bit tần số fC = 15MHZ.
4.4.Bộ chuyển đổi ADC theo phơng pháp xấp xỉ liên tiếp
(The Successive-approximation type ADC)
4.4.1. sơ đồ khối cấu tạo.
Phơng pháp chuyển đổi xấp xỉ liên tiếp là phơng pháp phổ biến cho các
kiểu ADC do tính năng tốc độ, độ chín xác và tính dễ thiết kế của nó. Nó
hoạt động nhờ việc so sánh thế đợc sinh ra với thế nối vào. Một mạch
dãy và một mạch chuyển đổi số-tơng tự ADC, một đồng hồ xung nhịp và
một thanh ghi xấp xỉ liên tiếp SAR .

Mạch dãy liên tục tạo
ra các mức điện áp so
sánh
Xung nhịp điều khiển
khởi động qua trình
chuyển đổi

DAC N-Bit

Bit 1
Bit
N

Hình 11. Sơ đồ khối phơng pháp chuyển đổi xấp xỉ liên tiếp

4.4.2. Nguyên lý hoạt động.
Nguyên tắc làm việc chủ yếu là dựa trên cơ sở đúng và sai . Tín
hiệu lối vào đợc xấp xỉ liên tiếp bằng một nửa độ lớn của bớc trớc đó.
Ban đầu nó kiểm tra xem nếu điện thế lối vào Vin lớn hơn một nửa khoảng

15


điện thế (VRanger ) của ADC. Gỉa sử rằng lối ra là đúng thì phép xấp xỉ
tiếp theo sẽ kiểm tra xem nếu V in lớn hơn (1/2 + ẳ) giải điện áp V Ranger .Qúa
trình này sẽ lặp lại cho đến khi thế vào xấp xỉ đủ chính xác .
Các điện áp mẫu đợc tạo ra bằng bộ chia mẫu điện áp. Số lợng điện áp
mẫu tơng ứng với số bậc của bộ biến đổi hay là só bit của từ mã nhị phân ở
đầu ra bộ chuyển đổi

t
V max
V xấp xỉ
1/2V ranger

1

0

0

1

0

1

0

t

Hình 12. Giản đồ thời gian
Bộ khuyếch đại thật toán ở đây sử dụng để so sánh hai giá trị điện thế ở
cùng độ lớn (Biên độ của tín hiệu tơng tự), nếu không sử dụng ở chế độ
phản hồi. Lối ra của bộ khuyếch đại lý tởng là +0.5 volt, nếu V+ > V- và
bằng 15 volt nếu V+ < V- Những mạch nh vậy đợc gọi là bộ so
sánh(comparator) .Trong trờng hợp này, Vout là giới hạn về không tơng
ứng với 5 volt đẻ lối ra có thể tơng thích mức TTL .
Ngoài bộ so sánh đợc sử dụng trong bộ chuyển đổi này còn có mạch
chuyển đổi DAC có nhiệm vụ chuyển đổi số nhị phân thành thế tơng tự tơng
ứng với độ lớn (Biên độ của tín hiệu tơng tự) với giá trị số đó .
Hiệu suất chuyển đổi của kỹ thuật này là chuyển đổi có độ phân giải
cao,
có thể làm việc trong thời gian rất ngắn hay tốc độ chuyển đổi cao.
Tuy nhiên, tốc độ chuyển đổi còn phụ thuộc vào các mạch nối dặc biệt là
bộ DAC và bộ so sánh.
Ngoài ra, sai số của phép chuyển đổi này phụ thuộc vào độ chính xác, độ
ổn định của điện áp mẫu và sai số cả các thiết bị so sánh.

Chơng 2.
Chuyển đổi số - tơng tự DAC
(The Digital to Analog Convertor)

16


Chuyển đổi số tơng tự (DAC) là một khâu không kém phần quan
trọng trong một hệ thống đo lờng và điều khiển bằng máy tính. Để điều
khiển một hệ thống nh điều khiển tăng, giảm ổn nhiệt của một lò nhiệt
dùng trong công nghiệp haynh điều khiển động cơ điện ... thì máy tính cần
phát ra tín hiệu điều khiển. Tín hiệu này là tín hiệu số vì thế trong hâù hết
các hệ thống tự động hoá cần phải chuyển tín hiệu này thành tín hiệu tơng
tự (dòng điện và điện áp biến thiên liên tục).Mạch điện thực hiện chức năng
này là mạch chuyển đổi số- tơng tự(DAC).
Nh vậy, mạch chuyển đổi tơng tự-số sẽ thực hiện chuyển đổi từ n
bit(Binary Digit) thành 2n giá trị điện áp khác nhau, các điện áp này đựơc
lấy ra từ một diện áp so sánh xác định. Nguồn điện áp so sánh có thể tìm
thấy ở chính bên trong bộ chuỷên đổi DA hoặc từ một nguồn điện áp từ bên
ngoài. Độ phân giải đợc chỉ ra nh là độ rộng của giá trị số đợc biến đổi.Vì
thế, một bộ biến đổi D/A n bit có thể tạo ra 2 n giá trị lối ra khác nhau. Khi
ta chọn dải điều chỉnh có độ rộng 10v nh thờng thấy trong công nghiệp, thì
sẽ có những bớc nhảy điện áp nhỏ nhất nh sau:
N

Độ phân giải

Điện áp nhỏ nhất

8
10
12
16

1/256
1/1024
1/4096
1/65536

39.1 mV
0.97 mV
0.24 mV
0.015 mV

Bảng 2. Độ phân dải của DAC tơng ứng với số bit
1.Sơ đồ khối-nguyên tắc làm việc.
Chuyển đổi số-tơng tự (DAC) là quá trình làm lại tín hiệu tơng tự từ N số
hạng hay nói cách khác từ N bit đã biết của tín hiệu so với độ chính xác là
một mức lợng tử là LBS .
UD

DAC

UM

LTD

UA

Hình 13. sơ đồ khối quá trình khôi phục tín hiệu tơng tự
Để lấy đợc tín hiệu tơng tự từ tín hiệu số là tín hiệu rời rạc theo thời
gian, tín hiệu nàyđợc đa qua một bộ lọc thông thấp lý tởng.Trên đầu ra của
bộ lọc có tín hiệu UA biến thiên liên tục theo thời gian, là tín hiệu nội suy

của Um . ở đây bộ loc thông thấp đóng vai trò nh một bộ nội suy
UM

0

17

t


Hình 14. Giản đồ thời gian
2.các phơng pháp chuyển đổi số- tơng tự
2.1.Chuyển đổi số-tơng tự bằng phơng pháp đấu điện trở R-2R
Phơng pháp này đợc sử dụng rộng rãi nhất ở các bộ chuyển đổi DA. Sự
sắp xếp khá đặc biệt của các điện trở đã mang lại nhỡng u
điểm nổi bật so với các phơng pháp khác .Phần chính của
mạng các điện trở có thể xem nh là một bộ chia điện áp. Bộ
chia này có đặc tính là mỗi điểm nút đợc đấu tải bằng một
điện trở R.Nhờ vậy mà mỗi điểm nút dòng điện di qua đợc
chia theo tỷ lệ 1:1 và đối vói bit cao nhất đi qua điện trở đợc
tính bằng công thức:
I = Uref / 2R (15)
Còn dòngqua điện trở tiếp theo sẽ là:
I = Uref / 2R.0.5(16).
Ngoài ra một bộ phận chuyển mạch qua lại sẽ xác định liệu dòng điện sẽ
đi xuống mass hay là đi qua điểm lấy tổng của mạch. Mức High đặt ở
chuyển mạch sao cho dòng điện đi qua điểm lấy tổng và do vậy đóg góp
vào dòng điện tổng cộng. Dòng điẹn tổng cộng ở lối ra OUT1 sau đó đợc
tính theo công thức :
I =Uref.n/256.R

n ở đây là giá trị byte dữ liệu (kề sát lối ra). Khi chân ra OUT1 với lối vào
không đảo của một bộ khuyếch đại thuật toán có điện trở R đợc đáu nh điện
trở phản hồi thì điện áp đợc tính nh sau:
RN
2N
R

Ua =-IR = -Uref .n/256
2N-1

21

R
2

R
UM

2 N 1

K

Tín hiệu điều khiển số
Uch

18


Hình 15. Sơ đồ nguyên lý ADC thang điện trở
2.2.2. Nguyên tắc hoạt động

Sơ đồ trên mô tả nguyên tắc hoạt động của bộ chuyển đổi AD theo phơng pháp thang điẹn trở. ở đầu vào của bbộ khuyếch đại thuật toán là một
thang điện trở mà trị số của chúng phân bố theo mã nhị phân, các điện trở
lân cận nhau có trị số hơn kém nhau 2 lần.Tín hiệu điều khiển chính là tín
hiệu số cần chuyển đổi. Bit có trọng số nhỏ nhất ( LBS) đợc đa đến điều
khiển khoá nối với điện trở lớn nhất (R), bit có trọng số lớn hơn, tiếp đó đa
đến điều khiển khoá nối với điện trở nhỏ hơn (R/2)... và MSB nối với điện
trở nhỏ nhất (R/2N-1). Nừu 1 bit có giá trị 0 thì khoá tơng ứng
Nối với đất và nếu một bit có giá tri 1 thì khoá tơng ứng nối với nguồn
điện áp chuẩn Uch để tạo nên dòng điện tỷ lệ nghịch với trị số điện trởcủa
nhánh đó, nghĩa là I0 có trị số nhỏ nhất và IN-1có trị số lớn nhất. Dòng điện
sinh ra trong các nhánh điện trở đợc đa đến đầu vào bộ khuyếch đại thuật
toán, ở đầu ra bộ khuyếch đại thuật toán có điện ra đợc tính bằng công
thức: UM = -RN.

N 1

In
n =o

(19).

Để thực hiện chuyển mạch K trong sơ đồ trên ta có thể sử dụng sơ đồ sau:

T2

T1

Tín hiệu điều
khiển số
U

ch

19


Hình 16. sơ đồ nguyên lý chuyển mạch K
2.3.chuyển đổi số-tơng tự bằng phơng pháp Shannon-Rack.
2.3.1. sơ đồ nguyên lý.

K1

K2

I
C

R

Hình17.sơ đồ nguyên lý bộ chuyển đổi D-A theo phơng pháp mã hoá
Shannon-Rack.
2.3.2.Nguyên lý hoạt động.
Đây là một quá trìng chuyển đổi nối tiếp từng bit một. Tín hiệu điều
khiển số đợc đa lần lợt từ LBS đến MSB đến điều khiển K 1.Giả sử _gọi thời
gian chuyển đổi 1 bit là T thì trong khoảng đầu T/2, K 2mở, K1đóng, nếu tín
hiệu điều khiển là 1 và mở khi tín hiệu điều khiển là 0. Khi K đóng thì
tụ đợc nạp. Sang nửa sau của T/2, K1mở, K2đóng, C phóng điệnqua R và UC
giảm rần. Quá trình đó lặp lại khi lần lợt đa ra các bit đến điều khiển K1.
Nếu cần chuyển đổi N bit thì thời gian cần chuyển đổi là NT. Sau khoảng
thời gian NT điện áp còn lại trên tụ điện chính là điện áp tơng tự cần tìm.

Tuy nhiên, để có điện áp UC sau mỗi bit (sau khoảng thời gian T) tỉ lệ với
bit tơng ứng, phải chộn thời gian phóng của tụ điện qua điện trở R theo điều
kiện T/2 = 0.7RC sao cho nếu điện áp trên tụ là U 0thì sau khi phóng, điện
áp còn lại là UC= U0 e- 0.7 = 0.496 U0

phần 2
ứng dụng của máy tính trong đo lờng và điều
khiển

20


Máy tính (computer) có cấu trúc do Phonnerman đề xuất bao gồm có
khối xử lý trung tâm CPU (Center Processing Unit) có chức năng thực hiện
các chuỗi lệnh của chơng trình đã đợc ghi vào trong bộ nhớ, bộ nhớ M
(Memory) lu trữ dữ liệu và các chơng trình. Ngoài ra còn các cửa vào ra I/O
(In/Out Port) đóng vai trò là các khối ghép nối giữa máy tính và các thiết bị
ngoài , làm nhiệm vụ rao đổi tin giữa máy tính và môi trờng bên ngoài.
Ngoài ra còn có các cửa vào ra I/O (In/Out Port) đóng vai trò là các khối
ghép nối giữa máy tính và các thiết bị ngoài, làm nhiệm vụ trao đổi tin giữa
máy tính và môi trờng bên ngoài.
Nh vậy, ngoài chế độ tự trị (of-line) không nối với các thiết bị ngoài
thông dụng nh: bàn phím, màn hình, chuột, đĩa từ (đĩa cứng, đĩa mềm, đĩa
quang), máy đọc, máy in...Máy tính còn hoạt dộng ở chế độ nối mạch (online) hay thời gian thực (real time). ở chế độ này, máy tính nhận các thông
số về thông số đo vật lý(nhiệt độ, áp suất,điện áp, dòng điện...) và đa ra tín
hiệu điều khiển cần thiết để điều chỉnh nhằm có một thông số ổn điịnh
hoặc tối u.Ngời máy(robot) là một ví dụ đặc trng của việc ứng dụng kỹ
thuật máy tính trong đo lờng và điều khiển tự động trong công nghiệp.
Muốn thiết kế, bảo quản tốt hệ đo-điều khiểncông nghiệp ứng dụng kỹ
thuật ghép nối điều quan trọng thiết yếu là phải nắm vững kỹ thuật máy

tính, kỹ thuật viết chơng trình điều khiển. Ngoài ra còn phải nắm vững các
kỹ thuật ghép nối theo các chế độ song song, nối tiếp, trực tiếp khối
nhớ(DMA).
Dể thực hiện việc ghép nối máy tính ta có các khả năng lựa chọn:
Ghép nối qua cổng song song (cổng máy in hay LPT)
Ghép nối qua cổng nối tiếp (cổng COM)
Qua rãnh cắm mở rộng

Chơng 1
Ghép nối qua cổng song song (lpt)
1 cấu tạo cổng song song:
Cổng song song có mặt ở hầu hết trên các máy tính PC .cấu trúc của
cổng song song rất đơn giản với 8 đờng dẫn dữ liệu, 4 đờng dẫn điều khiển

21


để chuyển các tín hiệu diều khiển, 5 đờng dẫn trạng thái để truyền các
thông tin trạng thái từ thiết bị ghép nối trở lại máy tính, một đờng dẫn mass
chung. Giao diện song song sử dụng các mức TLL, chính vì vậy việc sử
dụng cổng song song cho mục đích đo lờng đièu khiển rất thuận lợi và đơn
giản. tuy nhiên, khoảng cách cực đại giữa cổng song song maý tính PC và
thiết bị ngoại vi bị hạn chế vì điện dung ký sinh và hiện tợng cảm ứng giữa
các đờng dẫn có thể làm biến dạng tín hiệu. Khoảng cách ghép nối trên 3m
nên xoắn các đờng dẫn tín hiệu với đờng nối đất theo kiểu cặp dây xôắn
hoặc dùng loại dây cáp dẹp nhiều sợi trong đó mỗi đờng dẫn dữ liệu đều
nằm giữa hai đờng dây nối mass
1

Máy tính

Máy in

Hình 17.các đờng dẫn tín hiệu giữa máy tính và máy in
Cổng song song có 8 dờng dẫn song song đều đợc dùng để truyền dữ liệu từ
máy tính sang máy in. Trong những trờng hợp này, khi chuyển sang các
úng dụng để thực hiện nhiệm vụ đo lờng ta phải chuyển dữ liệu từ mạch
ngoại vi vào máy tính để thu thập và xử ý. Vì vậy, ta phải tận dụng một
trong 5 đờng dẫn theo hớng ngợc lại nghĩa là từ bên ngoài về máy tính để
chuyển số liệu đo lờng .

22


Bảng 3.sự sắp xếp các chân trên 2 loại ổ cắm
Tên của tín hiệu Chân số Chân số
(ô cắm
(ô cắm
25
36 chân)
chân)
strobe
1
1
2
2
D0
3
3
D1

4
4
D2
5
5
D3
6
6
D4
7
7
D5
8
8
D6
9
9
D7
Achowledge
10
10
Busy (báo bận)
11
11
Paperempty
12
12
(hết giấy)
Select (lựa
13

13
chọn)
Auto linfeed (tự
14
14
động nạp dòng)
Error (mắc lỗi)
15
32
Reset (thiết lập
16
31
lại)
Select Input
17
36
(lựa chọn lối
vào)
Ground (nối đất 18-25 19-30,33
của tín hiệu)
Chassis-Ground
17
(nối đất vỏ
máy)
+5 V
18
Không sử dụng
34,35

Truy cập

Hớng dữ liệu

ĐCCS (Bit0)
ĐCCS (Bit1)

ĐCCS+1(Bit6)
ĐCCS+1(Bit7)
ĐCCS+1(Bit5)

Lối ra
Lối ra
Lối ra
Lối ra
Lối ra
Lối ra
Lối ra
Lối ra
Lối ra
Lối vào
Lối vào đảo
Lối vào

ĐCCS+1(Bit4)

Lối vào

ĐCCS+2(Bit1)

Lối vào/ra đảo

ĐCCS+1(Bit3)
ĐCCS+1(Bit2)

Lối vào
Lối vào/ra

ĐCCS+2(Bit3)

Lối vào/ra đảo

ĐCCS (Bit7)

Chức năng của từng chân đợc mô tả sau dây:

23



Strobe: với một chức năng logic thấp (Low) ở chân này, máy
tính thông báo cho máy in biết có một byte sẵn sàng trên đờng dẫn tín hiệu
để đợc truyền.
D0-D7: các đờng dẫn dữ liệu.

Achowledge: Với một mức logic thấp (Low) ở chân này, máy in
thông báo cho máy tính biết đã nhận đợc ký tự vừa gửi và có thể tiếp tục
nhận

Busy: máy in gửi một mức logic cao (High) trong khi đang
đón nhận hoặc in ra dữ liệu để thông báo là các bộ đệm của máy in đã bị

đầy (Máy in đang ở trạng thái bận) khi đó mý in đặt ở trạng thái Off-Line

Paper Empty: Chân này ở mức cao (High) có nghĩa là máy in
thông báo giấy đã đợc dùng hết

Select: chân này ở mức cao (High) có nghĩa là máy in đang ở
trạng thái kích hoạt (On-line).

Auto Linefeed: bằng mộtmức thấp (Low) ở chân này, máy in
thông báo cho máy tính biết đã có một lỗi, chẳng hạn bị kẹ giấy hoặc máy
in đang ở trạng thái Off-Line

Reset: bằng một mức thấp (Low) ở chân này, máy in đợc đặt
trở lại trạng thái đợc xác định lúc ban đầu
Select Input: bằn mộ mức thấp (Low) ở chân này, máy in đợc lựa
chon bởi máy tính
Nh vậy, thông qua chức năng của các chân này ta thấy đợc nguyêntắc
điều khiển của máy in. Ngoài ra với 8 đờng dẫn dữ liệu song song để truyền
dữ liệu từ máy tính sang máy in. Trong trờng hợp khi chuyển sang các ứng
dụng đo lờng và điều khiển ta phải chuyển dữ liệu từ máy tính trở lại máy
in để thu thập và xử lý, vì thế ta phải tận dụng một trong năm đờng dẫn theo
hớg ngợc lại đẻ máy tính thu thập và xử lý. Tuy nhiên , khi tiến hành ghép
nối với cổng song song cần hết sức thận trọng. Khác với cổng nối tiếp , ta
có thẻ làm hỏng cổng song song do nhầm lẫ bởi vì các lối ra cổng song
song đều là các đờng dẫn tơng thích TTL không đợc bảo vệ chống qua tải
chính vì lẽ đó khi tiến hànhghép nối với cổng song song cần phải tuân thủ
theo các quy tắc sau:
+ Thiết bị chỉ đựoc ghép nối với cổng song song khi máy tính ở trạng
thái ngắt diện
+ các lối vào chỉ đợc phép tiếp nhận điện áp giữa 0v-5v

+ các lối ra không đợc phép ngắn mạch hoặc đấu nối với các lối ra
khác và các lối ra không đợc phép nối với các nguồn tín hiệu điện áp
mà không biết rõ thông số
Để có thể ghép nối máy tính với các thiết bị ngoại vi, các mạch điện ứng
dụng trong đo lờng và điều khiển với cổng song song ta phải tìm hiểu cách
trao đổi cách trao đổi với các thanh ghi thông qua sự sắp xếp và địa chỉ của
các thanh ghi đó.

24


Các đòng dẫn của cổng song song đợc nối với 3 thanh ghi 8 bit khác
nhau:
+ Thanh ghi dữ liệu: có địa chỉ cơ sở là 0x387 đối với cổng LPT1 và
0x278 đối với cổng LPT2
+Thang ghi điều khiển: có địa chỉ cơ sở +1
+ Thanh ghi trạng thái: có địa chỉ cơ sở +2
Nh vậy, có 8 đờng dẫn dữ liệu dẫn tới thanh ghi dữ liệu, còn 4 đờng
dẫn điều khiển (Strobe, auto Linefeed, Reset, Select Input) dẫn đến thanh
ghi điều khiển, cuối cùng là 5 đờng dẫn trạng thái (Acknowledge, Busy,
Paper Emty, Select, Error) dẫn đến thanh ghi trạng thái . Trong đó các đờng
dẫn phụ trợ dùng cho máy in có 5 lối vào của các thanh ghi trạng thái
(Error, Select, Paper Empty, Ackowledge, Busy), từ các lối vào này có một
trạng thái đợc đọc và lấy đảo (Busy) .Các đờng dẫn này đều tơng thích
TTL, nghĩa là cac slối vào hở mạch đợc xem là đặt lên mức High, do đó
chuyển mạch có thể đợc thực hiệnmột cách đơn giản là nối với mass. Còn
địa chỉ cổng (ĐCCS+2) cho phép truy cập lên thanh ghi điều khiển với 4 đờng phụ trợ (Strobe, Auto linefeed, Rết, Select Input) qua đó các thông tin
điều khiển đợc xuất từ máy tính sang máy in nhng đồng thời 4 đờng dẫn
này cũng có thể đợc sử dụng để đọc. Dữ liệu đợc xuất ra qua các lối ra cực
góp hở. Các điện trở có trị giá khoảng 3.3K nối các lối ra lên nguồn +5v.

Khi xuất ra các trạng thái High, các đờng dẫn có điện trở tơng đối cao và có
thể chuyển sang trạng thái Low bằng mạch điện bên ngoài. Mỗi trạng thái
điều đợc đọc trở lại qua các lối vào TTL, do đó 4 đờng dẫn này có thể sử
dụng theo hai hớng dữ liệu. Khi đó ta cần phải chú ý là 3 trong số các đờng
dẫn (Strobe, Auto Linefeed, Select Input ) đựoc lấy đảo và chỉ có một đờng
dẫn còn lại (Reset) đợc giữ nguuyên.
3.Ghép nối máy tính qua cổng song song.
Giao diện song song có khả năng xuất ra 8 bit dữ liệu cùng một lúc,
thông thờng qua giao diện máy in có thể điều khiển, chẳng hạn các mạch
logic hoặc các bộ đệm công suất (chịu dòng lớn). Trái ngợc với việc xuất ra
nối tiếp, việc xuất ra cổng song song với một lệnh cổng đơn giản nhng cực
nhanh, chính vì đăc tính này mà nó đợc ứng dụng để tạo ra các tín hiệu
Analog tần số thấp nhng với chất lợng cực cao. Bên cạnh đó nó còn đợc sử
dụng để điều khiển những máy móc đơn giản. Để có thể ghép nối máy tính
qua cổng song song, ngoài phải biết chính xác địa chỉ của tổng đài, ta còn
phải quan tâm đến cổng là loại một hớng hay hai hớng. Sở dĩ ta quan tâm
đến điều này bởi vì trong các máy tính đời mới cổng song song có khác hơn
so với cổng song song tiêu chuẩn ở trên. Cụ thể là thanh ghi dữ liệu và
thanh ghi điều khiển (trong những điêu kiện nhất định) chỉ là một hớng,
nghĩa là dữ liệu chỉ có thể trao đổi( đọc hoặc ghi) theo một chiều. Chính vì
điều này đã gây không mấy hấp dẫn đối với những ứng dụng đo lờng, điều
khiển. Trớc hết để có thể kể đến sự hạn chế đáng kể khi sử dụng cổng song

25