Tài liệu Xây dựng phần mềm điều khiển card lấy mẫu để thực hiện vi lấy mẫu đối với tín hiệu âm tần pdf

max
2
1
f
T
s

Xây dựng phần mềm điều khiển Card lấy mẫu để thực hiện vi
lấy mẫu đối với tín hiệu âm tần
1. Mở đầu.
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học và công nghệ thì máy tính điệ tử trở thành một công
cụ hỗ trợ đắc lực nhất và hiệu quả nhất. Do vậy nhu cầu nghiên cứu và riển khai những ứng dụng
do máy tính mang lại là những việc làm hết sức cần thiết đối với Sinh Viên các nghành kỹ thuật
đặc biệt là Sinh VIên thuộc nghành Điện Tử Viễn Thông . Để dáp ứng đợc những đòi hỏi thiết thực
đó, việc đi sâu tìm hiểu về phần cứng máy tính (Hardware) và đi đến xây dựng phần mềm điều
khiển là hết sức quan trọng.
Đợc sự đồng ý của khoa Kỹ Thuật Điện Tử I và sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo Lê Minh
Tuấn, chúng tôi đ lắp ráp và thi công một ứng dụng cụ thể , đó là phần ã
"Phần mềm điều khiển
Card lấy mẫu đối với tín hiệu âm tần ghép nối với máy tính"
. Qua đó giúp chúng tôi hiểu thêm
về nghuyên lý hoạt động cơ bản của máy tính nói chung và của các thiết bị Ngoại vi ghép nối với
máy tính nói riêng, đồng thời cũng tạo ra dợc một công cụ thực hành thực sự hiệu quả trong việc
phân tích và xử lý tín hiệu.
2. Nội dung đề tài.
2.1. Cơ sở lý thuyết.
Để lắp ráp thành công Card láy mẫu ta cần nghiên cứu các nội dung sau :
2.1.1. Lấy mẫu tín hiệu
Thờng tín hiệu truyền đi là tín hiệu liên tục, việc lấy mẫu tín hiệu cho phép truyền đi không
phải là tất cả các giá trị của hàm mà chỉ truyền đi những giá trị rời rạc của hàm. Để đầu thu có thể
khôi phục lại chính xác tín hiệu ban đầu việc lấy mẫu phải tuân theo định lý Kachenhicop :

với T
s
là chu kỳ lấy mẫu.
2.1.2. Lợng tử hoá
Lợng tử hoá là thay thế một tín hiệu tơng tự đ lấy mẫu bằng tập hữu hạn các mức biên độã
tức là biến đổi tín hiệu liên tục theo thời gian thành tín hiệu biên độ rời rạc. Ưu điểm của lợng tử
hoá là giảm đợc ảnh hởng của tạp âm trong hệ thống. Có hai phơng pháp lợng tử hoá thông
dụng :
- Lợng tử hoá đều.
- Lợng tử hoá không đều.
2.1.3. Mã hoá
M hoá là quá trình chuyển đổi các giá trị rời rạc nhận đã ợc từ quá trình lợng tử sang biểu diễn
dới dạng tập hợp các ký hiệu cũng chính là quá trình số hoá tín hiệu lấy mẫu. Các loại m thã ờng
dùng để m hoá :ã
- M BCD (Binary Code Decimal) ã
- M bù hai, bù một.ã
- M nhị phân thông thã ờng.
2.1.4. Các phơng pháp chuyển đổi A/D (Analog to Digital)
Tín hiệu xử lý trong máy tính là tín hiệu số, do đó cần có quá trình chuyển đổi tín hiệu thực th-
ờng ở dạng tơng tự thành tín hiệu số. Các phơng pháp chuyển đổi A/D thông dụng (Xem thêm ở
tài liệu tham khảo)
2.1.5. Các phơng pháp chuyển đổi D/A
Tín hiệu số sau khi đợc xử lý đợc tái tạo trở về dạng tín hiệu ban đầu nhờ quá trình chuyển
đổi D/A (Digital to Analog). Các phơng pháp chuyển đổi D/A thông dụng (Xem thêm ở tài liệu
tham khảo)
2.2. Thiết kế Card lấy mẫu ghép nối với máy tính.
2.2.1. Sơ đồ khối Card lấy mẫu.
Có hai phơng pháph ghép nối một thiết bị ngoại vi với máy tính :
- Phơng pháp ghép nối ngoài qua cổng nối tiếp hoặc song song
- Phơng pháp ghép nối trong qua các khe cắm mở rộng của máy tính.

Với thiết bị ngoại vi là Card lấy mẫu ta sử dụng phơng pháp điều khiển vào ra bằng chơng trình
qua cổng vào ra tách biệt tại slot mở rộng của máy tính ,phơng pháp này có nhiều u điềm đối với
bài toán .
Hệ thống thiết kế có các u điểm:
+ đảm bảo đợc sự đồng bộ giữa PC và cấc cổng vào ra
+ giải m địa chỉ để chọn cổng đã ợc phép trao đổi dữ liệu với PC
+ đảm bảo s thu phát đồng bộ giữa BUS dữ liệu của PC và BUS dữ liệu của thiết bị
ngoại
+ lập trình đợc tần số lấy mẫu.
Sơ đồ khối của Card lấy mẫu nh sau:
Hình 1. Sơ đồ khối của Card lấy mẫu ghép nối với máy tính.
Chức năng các khối :
Slot
của
máy
tính
Mạch giải
mã
ADC
0809
Mạch trích
và
giữ mẫu
Tín hiệu vào
Mach giao
Tiếp 8255A
2.2.1.1. Mạch giao tiếp PPI-8255A (Pheriferal Programmale Interface)
PPI-8255A là vi mạch phối ghép vào/ra lập trình đợc. Do khả năng mềm dẻo trong các
ứng dụng thực tế nó là mạch phối ghép đợc dùng rất phổ biến cho các hệ vi xử lý 8-16
bit.

8255A có bốn chế độ làm việc :
- Chế độ 0 : còn gọi là chế độ vào ra cơ sở.
- Chế độ 1: là chế độ vào ra có xung cho phép.
- Chế độ 2: là chế độ vào ra hai chiều.
- Chế độ lập xoá từng bit PC
i
Để đơn giản trong thiết kế ta chọn 8255A làm việc ở chế độ 0.
2.2.1.2. Vi mạch ADC0809
Đây là vi mạch chuyển đổi tơng tự số 8 bit, nó có u điểm tơng thích họ TTL, nó có 8lối
vào tín hiệu tơng tự riêng biệt và tơng đối dễ sử dụng để ghép nối, các chân dữ liệu có trở
kháng cao có thể nối thẳng vào BUS mà không cần đệm. Trong sơ đồ thiết kế ta sử dụng
hai lối vào IN-0 và IN-1 (xem sơ đồ mạch của Card lấy mẫu). trong đó một lối vào tín hiệu
có lấy và giữ mẫu (IN-0) và một lối vào tín hiẹu không có lấy và giữ mẫu.
2.2.1.3. Khe cắm mở rộng (Expansion Slot)
Khe cắm của máy tính là bộ phận trung gian đẻ nối ghép hệ thống máy tính với thiết bị
ngoại vi mở rộng. Đây là các khe cắm mở rộng trên Mainboard của các PC. Khe cắm sử
dụng trong mạch thuộc loại CON AT62B có 62 chân với 8 bit giữ liệu, 20bit địa chỉ.
2.2.1.4. Mạch lấy và giữ mẫu (Sample & Hold)
Mạch lấy vầ giữ mẫu thờng đợc chế tạo ở dạng vi chuyên dụng, vi dụ nh LF38. Tuy
nhiên các mạch trích và giữ mẫu trên thị trờng hiện nay rất hiếm. trong khi thiết kế Card
lấy mẫu chúng tôi đ lắp ráp thành công mạch lấy và giữ mẫu từ các linh kiện rời có sẵnã
(xem sơ đồ mạch của Card lấy mẫu).
2.2.1.5. Mạch giải mã địa chỉ
Để cho 8255A hoạt động ta phải tiến hành giải m địa chỉ để chọn đúng địa chỉ quiã
định cho 8255A. Địa chỉ cho các khối nh sau :
+ 300H cho cổng A (của 8255A).
+ 301H cho cổng B.
+ 302H cho cổng C.
+ 303H cho thanh ghi từ điều khiển.
Ta có, địa chỉ dành cho Card : từ 300H đến 303H do đó ta chỉ cần dùng 2 bit địa chỉ

thấp nhất của BUS địa chỉ A
0
, A
1
là đủ .
Một địa chỉ vào ra 10 bit đợc biểu diễn nh sau :
A
9
A
8
A
7
A
6
A
5
A
4
A
3
A
2
A
1
A
0
Từ những phân tích trên chúng tôi đ lắp thiết kế thành công Card lấy mẫu có sơ đồ mạch nhã
đ dẫn. Trong mạch còn dùng bộ biến đổi D/A 0808 để lấy tín hiệu tã ơng tự ra.
1 1 0 0 0 0 0 0 A
1

A
0
2.3. Thuật toán và chơng trình.
Dựa trên sơ đồ khối của Card ghép nối, nghuyên tắc hoạt động của các vi mạch đ dùng,ã
chúng tôi đ xây dựng phần mềm điều khiển Card lấy mẫu với thuật toán nhã sau :

3. Phơng pháp nghiên cứu
Tuỳ vào khả năng và kinh nghiệm của ngời thực hiện mà có nhiều phơng pháp nghiên cứu khác
nhau. Trong quá trình làm việc chúng tôi đ sử dụng phã ơng pháp nghiên cứu nh sau :
i=npt ?
EOC=1?
Đặt chế độ cho
8255 A
Nhập số điểm tín
hiệu ( npt) , i=1
Đọc dữ liệu từ
cổng A , i=i+1
Chọn chế độ
(có sample&hold
hay không)
Điều khiển quá trình lấy
mẫu và chuyển đổi
Đọc bít EOC
Bắt đầu
Kết thúc
Đ
Đ
S
S
3.1. Xác định đợc nội dung chính của đề tài, xác định đợc các bớc thực hiện.

3.2. Nghiên cứu tài liệu: từ yêu cầu của đề tài tìm liệu tham khảo. Sau khi nghiên cứu kỹ tài
liệu viết đợc sẽ hoàn thành cơ sở lý thuyết phục vụ cho công việc thiết kế mạch điện.
3.3. Xây dựng phơng án: Từ cơ sở lý thuyết, xây dựng các phơng án có thể có. Thiết kế
mạch điện theo phơng án đ lựa chọn. Chọn ngôn ngữ lập trình thích hợp để viết chã ơng
trình điều khiển.
3.4. Thiết kế và lắp ráp: Trên cơ sở phơng án đ chọn tiến hành thiết kế và lắp ráp mạch.ã
Chạy thử bằng phần mềm đ viết đã ợc. Kiểm tra, đấnh giá và hoàn thiện lại toàn bộ ch-
ơng trình.
4. Khả năng ứng dụng trong thực tiễn:
Nh ở trên đ trình bày, hiện nay việc trang bị các thiết bị thí nghiệm cho các phòng thí nghiệmã
điện tử là cấp thiết. Mà các thiết bị này đều đợc nhập ngoại. Đề tài đợc đặt ra muốn nghiên cứu kỹ
về khả năng chế tạo thiết bị đo và ứng dụng đề tài vào thực tiễn : dùng làm thiết bị để thực
hành.
Tuy đ có rất nhiều cố gắng, nhã ng do trình độ hạn chế và thời gian gấp rút nên đề tài còn
nhiều thiếu sót. Mong rằng đợc sự góp ý chân tình của các thầy cô giáo cùng toàn thể cấc bạn
Sinh viên để hoàn thành đề tài tốt hơn ở những lần sau.