Bài giảng "Nhập môn điện tử - Chương 8: Chuyển đổi tương tự - số, số - tương tự" trình bày các nội dung: Chuyển đổi tương tự - số, chuyển đổi số - tương tự, ghép nối bộ chuyển đổi với hệ vi xử lý. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 8: Chuyển đổi tương tự - số, số - tương tự
- Tr ường Đ ại H ọc Công Ngh ệ
Thông Tin
KHOA MẠNG & TRUYỀN THÔNG
BÀI GIẢNG
NHẬP MÔN ĐI Ệ
THÁNG 9/2012
N TỬ
1
- CHƯƠNG 8:
Chuyển đổi tương tựsố, sốtương tự
1. Chuyển đổi tương tựsố
2. Chuyển đổi sốtương tự
3. Ghép nối bộ chuyển đổi với hệ vi xử
lý
- 1. Chuyển đổi tương tựsố
Đại bộ phận tín hiệu tự nhiên như tiếng nói, hình
ảnh, nhiệt độ, tốc độ,…lại là các đại lượng tương tự
=> muốn đưa các tín hiệu này vào một hệ thống số
để xử lý, ta cần biến đổi chúng sang dạng số => bộ
biến đổi tương tự (analog) sang số (Digital), bộ A/D,
thực hiện việc số hoá tín hiệu tương tự.
Một mạch logic có chức năng ngược lại được gọi là
bộ biến đổi số sang tương tự hay ngắn gọn là bộ
D/A.
- 1. Chuyển đổi tương tựsố (tt)
a)Khái niệm chung
TÝn hiÖu analog ®ưîc
chuyÓn thành tÝn hiÖu bËc
thang víi mçi thang là 1®¹i
diÖn sè thÝch hîp. C¸c ®¹i
diÖn sè rêi r¹c cã nhiÒu
c¸ch biÓu diÔn. NÕu theo
hÖ thËp ph©n th×thưêng
biÓu diÔn sè ®o, nÕu ®Ó
xö lý sè dïng m· nhÞ ph©n.
- 1. Chuyển đổi tương tựsố
(tt)
Tæng qu¸t: tÝn hiÖu sè là SD, tư¬ng tù là SA
SD = bn1 2n1 + bn2 2n2 +… + b0 20
Trong đó các hệ số bk= 0 hoặc 1 (với k = 0 n1) và
được gọi là bit.
bn1 : bit có nghĩa lớn nhất (MSB) tương ứng với cột
đứng đầu bên trái của dãy mã số.
b0 gọi là bit có nghĩa nhỏ nhất (LSB) ứng với cột đứng
đầu bên phải của dãy mã số.
Mỗi biến đổi của tín hiệu là một mức lượng tử (một
nấc của hình bậc thang).
- 1. Chuyển đổi tương tựsố (tt)
Với một mạch biến đổi có N bit tức là có N số hạng trong từ
mã nhị phân thì một nấc trên hình bậc thang chiếm một giá trị.
UAmax: giá trị cực đại cho phép tương ứng của điện áp
tương tự ở đầu vào A/D. Q : mức lượng tử.
Do tín hiệu số là tín hiệu rời rạc nên trong quá trình chuyển
đổi A/D xuất hiện một sai số gọi là sai số lượng tử hoá, được
xác định:
Khi chuyển đổi A/D phải thực hiện lấy mẫu tín hiệu tương
tự. Để đảm bảo khôi phục lại tín hiệu một cách trung thực
- 1. Chuyển đổi tương tựsố
(tt)
Theo thuyÕt lưîng tö ho¸, qu¸ tr×nh lưîng tö ho¸ sinh ra
t¹p ©m, t¹p ©m này ph¶n ¸nh khi thùc hiÖn phÐp biÕn
®æi ngưîc DA, cã thÓ coi qu¸ tr×nh lưîng tö ho¸ là qu¸
tr×nh céng tÝn hiÖu XA và tÝn hiÖu t¹p ©m Xta, ngưêi
ta chøng minh ®ưîc t¹p ©m lưîng tö ho¸ cã thÓ coi là t¹p
©m tr¾ng, khi -Q/2≤XA ≤Q/2.
MËt ®é phæ c«ng suÊt cña t¹p ©m:
◦ : gi¸ trÞ trung b×nh b×nh phư¬ng cña ®iÖn ¸p t¹p ©m
NÕu nèi víi mét ®iÖn trë t¶i, c«ng suÊt t¹p ©m ph¶n ¶nh
ë t¶i:
TØ sè tÝn hiÖu t¹p ©m S/N ®ưîc x¸c ®ịnh:
- 1. Chuyển đổi tương tựsố
(tt)
b) Các tham số cơ bản
i.Dải biến đổi của điện áp tín hiệu tương tự ở đầu vào:
là khoảng điện áp mà bộ chuyển đổi A/D thực hiện được,
có giá trị điện áp từ UAm +Uam
ii.Độ chính xác của bộ chuyển đổi A/D
. Độ phân biệt Q: là giá trị của một mức lượng tử hoá (1
LSB) là số các số hạng của mã số đầu ra tương ứng với
dải biến đổi của điện áp vào.
Ví dụ: 1 bộ A/D có số bit đầu ra N=12 có thể phân biệt được
212= 4096 mức trong dải biến đổi điện áp của nó.
.Trong thực tế, thường dùng số bit N để đặc trưng cho độ
chính xác (dải biên độ điện áp vào coi như không đổi).
. Thông thường các bộ A/D có số bit từ 3 12. Có những bộ
- 1. Chuyển đổi tương tựsố (tt)
Liªn quan ®Õn ®é chÝnh ®é chÝnh x¸c cßn cã
c¸c sai sè khuÕch ®¹i, mÐo phi tuyÕn…
- 1. Chuyển đổi tương tựsố (tt)
Tốc độ chuyển đổi: cho biết kết quả chuyển đổi
trong 1giây được gọi là tần số chuyển đổi fC, ph¶n
¶nh kh¶ n¨ng làm viÖc thêi gian thùc cña hÖ thèng,
trong hÖ thèng viÔn th«ng nã là th«ng sè tÝch luü
®é trÔ cña tÝn hiÖu, fC ph¶i càng lín càng tèt. Tốc
độ chuyển đổi fC càng lớn thì độ chính xác Q càng
giảm.
- 1. Chuyển đổi tương tựsố
(tt)
Các bước cơ bản của quá trình biến đổi A/D
c.
Để chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số phải qua 3
bước sau:
Lấy mẫu, giữ mẫu.
Lượng tử hoá.
Mã hoá.
- 1. Chuyển đổi tương tựsố (tt)
Lấy mẫu tín hiệu tương tự tại những thời điểm khác nhau
và cách đều nhau (rời rạc hoá tín hiệu về mặt thời gian);
Giữ mẫu 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 được đưa đến mạch lượng tử
hoá để làm tròn với độ chính xác ± Q/2 . Mạch lượng tử hoá
có nhiệm vụ rời rạc tín hiệu tương tự về mặt biên độ. Nhờ
quá trình lượng tử hoá một tín hiệu tương tự bất kỳ được
biểu diễn bởi một số nguyên lần mức lượng tử, nghĩa là:
.XAi là tín hiệu tương tự ở thời điểm i
.ZDi: tín hiệu số ở thời điểm i
.
- 1. Chuyển đổi tương tựsố
(tt)
Trong mạch mã hoá, kết quả lượng tử hoá được sắp
xếp lại theo một quy luật nhất định phụ thuộc vào
loại mã yêu cầu trên đầu ra của bộ chuyển đổi. Trong
nhiều loại mạch A/D quá trình lượng tử hoá và mã
hoá xảy ra đồng thời, không thể tách rời hai quá trình
đó.
Phép lượng tử hoá và phép mã hoá được gọi chung là
mạch chuyển đổi A/D.
- 1. Chuyển đổi tương tựsố (tt)
d. Một số phương pháp chuyển
đổi A/D:
i. Biến đổi song song: tín hiệu
được so sánh cùng một lúc với
nhiều giá trị chuẩn. Do đó tất cả
các bit được xác định đồng thời
và đưa đến đầu ra.
.T¹i c¸c ®Çu ra bé so s¸nh:
nÕu ®iÖn ¸p vào >®iÖn ¸p
chuÈn: cho møc logic là 1, nÕu
®iÖn ¸p vào
- 1. Chuyển đổi tương tựsố
(tt)ii.Biến đổi nối tiếp theo mã đếm
Ở đây quá trình so sánh được thực hiện lần lượt từng bước theo
.
quy luật của mã đếm. Kết quả chuyển đổi được xác định bằng
cách đếm số lượng giá trị chuẩn có thể chứa được trong giá trị
tín hiệu tương tự cần chuyển đổi.
◦ Điện áp vào UA được so sánh với điện áp chuẩn dạng răng cưa
UC nhờ bộ so sánh SS1. Khi UA>UC thì SS1=1, khi UA
- 1. Chuyển đổi tương tựsố (tt)
ii. Biến đổi nối tiếp theo mã đếm
(tt)
oBộ so sánh SS2 so sánh điện áp răng
cưa với mức 0V (đất). Uss1 và Uss2
được đưa đến một mạch "Và".
oXung ra UG có độ rộng tỷ lệ với độ
lớn của điện áp vào tương tự UA, với
giả thiết xung chuẩn dạng răng cưa có
độ dốc không đổi.
oMạch "Và" thứ 2 chỉ cho ra các xung
nhịp khi tồn tại UG, nghĩa là trong
khoảng thời gian 0
- ii. Biến đổi nối tiếp theo mã đếm (tt)
o Bộ tạo xung răng cưa là một bộ tích phân:
o Giả sử tại t = tM thì UC = UA, ta có:
o
o Số xung nhịp đếm được trong thời gian tM: Z = fn.tM
o Z tỷ lệ với UA như mong muốn, nhưng Z còn phụ thuộc vào R,
C và fn. Nếu những tham số này không ổn định thì kết quả đếm
có sai số. fn tần số xung nhịp, phải đủ lớn để đạt được độ chính
xác cần thiết.
- 1. Chuyển đổi tương tựsố
(tt)Biến đổi nối tiếp theo mã nhị phân
iii.
o.Quá trình so sánh được thực hiện lần lượt từng bước
theo quy luật mã nhị phân. Các đơn vị chuẩn dùng để so
sánh lấy các giá trị giảm dần theo quy luật mã nhị phân,
do đó các bit được xác định lần lượt từ bit có nghĩa lớn
nhất (MSB) đến bit có nghĩa nhỏ nhất (LSB)
iv. Biến đổi song song nối tiếp kết hợp
◦ Trong phương pháp này, qua mỗi bước so sánh có thể
xác định được tối thiểu là 2 bit đồngthời.
- 2. Chuyển đổi sốtương tự
a) Khái niệm chung:
Chuyển đổi sốtương tự (D/A) là quá trình tìm lại tín hiệu
tương tự từ N số hạng (N bit) đã biết của tín hiệu số, với độ
chính xác là một mức lượng tử từ 1 LSB.
Chuyển đổi D/A không phải là phép nghịch đảo của chuyển
đổi A/D, vì không thể thực hiện phép nghịch đảo của quá trình
lượng tử hóa.
- b. Tham số chính của bộ D/A
i.Độ phân giải:
= (Kích thước bước /VFS) × 100%
n là số bit vào
VFS là điện thế ra lớn nhất hay hay điện thế toàn
thang.
Độ phân giải cho biết khả năng phục hồi chính xác
điện thế tương tự của một bộ biến đổi.
iii.Độ chính xác:
.Độ sai lệch toàn thang: là độ lệch cực đại của
điện thế ra toàn thang so với giá trị thực của nó.
◦
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
