Quá trình vận dụng hệ thống biến đổi nguồn trong xử lý hệ thống hạ tầng băng thông p2

Chia sẻ: Asfaf AfaFaf | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

74
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Comparateur Vref Reference Clock SAR Digital output Hình 2.8 ADC xấp xỉ liên tiếp Phương pháp này được dùng trong kỹ thuật biến đổi AD tốc độ cao – trung bình. Nó cũng dùng một bộ DAC bên trong để tạo ra một điện áp bằng mức vào và của tín hiệu sau đúng bằng n chu kỳ xung Clock cho trường hợp ADC n bit. Phương pháp này cho phép rút ngắn Tc rất nhiều và không phụ thuộc vào tín hiệu vào Vi.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Quá trình vận dụng hệ thống biến đổi nguồn trong xử lý hệ thống hạ tầng băng thông p2

Ñoä chính xaùc cuûa phöông phaùp naøy phuï thuoäc vaøo ñoä tuyeán tính cuûa tín hieäu queùt (sai soá ñoä doác caøng nhoû, ñoä chính xaùc caøng cao), tín hieäu phuï thuoäc vaøo taàn soá cuûa töøng xung. Phöông phaùp naøy coù toác ñoä hoaït ñoäng cao hôn caùc phöông phaùp ban ñaàu, vaø ñoä chính xaùc cuõng cao hôn do khoâng caàn söû duïng boä bieán ñoåi DA. 4 – ADC xaáp xæ lieân tieáp: Analog Input Vi Comparateur Vref Reference Clock SAR DAC Digital output Hình 2.8 ADC xaáp xæ lieân tieáp Phöông phaùp naøy ñöôïc duøng trong kyõ thuaät bieán ñoåi AD toác ñoä cao – trung bình. Noù cuõng duøng moät boä DAC beân trong ñeå taïo ra moät ñieän aùp baèng möùc vaøo vaø cuûa tín hieäu sau ñuùng baèng n chu kyø xung Clock cho tröôøng hôïp ADC n bit. Phöông phaùp naøy cho pheùp ruùt ngaén Tc raát nhieàu vaø khoâng phuï thuoäc vaøo tín hieäu vaøo Vi. Kyõ thuaät naøy phuï thuoäc vaøo söï xaáp xæ tín hieäu vaøo vôùi maõ nhò phaân,
sau ñoù thay ñoåi caùc bit trong maõ naøy moät caùch lieân tieáp cho ñeán khi ñaït ñöôïc maõ gaàn ñuùng nhaát. Taïi moãi böôùc cuûa quaù trình naøy, giaù trò xaáp xæ cuûa maõ nhò phaân thu ñöôïc seõ ñöôïc löu vaøo SAR (Successive Approximate Register). Vieäc bieán ñoåi luoân ñöôïc baét ñaàu taïi MSB (Most Significant Bit) cuûa SAR khi ñoù ñöôïc baät leân. Boä so saùnh seõ so saùnh ñaàu ra cuûa ADC vôùi Vi vaø ra leänh cho boä ñieàu khieån ngaét MSB neáu nhö giaù trò ban ñaàu naøy vöôït quaù ñaàu vaøo AD. Trong chu kyø xung Clock keá tieáp, MSB laïi ñöôïc phaùt trôû laïi. Moät laàn nöõa boä so saùnh seõ quyeát ñònh laáy hay boû MSB naøy. Söï bieán ñoåi naøy seõ tieán daàn ñeán söï ñuùng nhaát so vôùi tín hieäu vaøo xuaát döõ lieäu naøy ra. DAC output 100 MSB LSB SAR output 1 10 Hình 2.9 Ñoà thò daïng soùng cuûa maïch 111 111 110 110 101 101 100 100 010 011 011 010 011 001 000 Hình 2.10 Sô ñoà thay ñoåi möùc logic 5 – ADC tích phaân hai ñoä doác: Kyõ thuaät naøy thaáy roõ treân sô ñoà khoái. Ta thaáy ñieän aùp vaøo ñöôïc tích phaân trong khoaûng thôøi gian t1, ñuùng baèng luùc boä ñeám ñeám heát. Taïi cuoái t1, boä ñeám seõ reset vaø boä tích phaân chuyeån qua möùc tham chieáu aâm, ñaàu ra cuûa boä tích phaân seõ
giaûm tuyeán tính veà zero taïi ñoù boä ñeám ngöng ñeám vaø ñöôïc reset. Ñieän tích naïp tuï trong khoaûng thôøi gian t gaàn baèng ñieän tích xaû trong khoaûng thôøi gian t2: t1 x V1 = t2 x V2  t2 = V1 = x t1 V2 Tæ soá x cuõng chính laø tæ soá maø maõ nhò phaân cuûa boä ñeám lôùn nhaát  giaù trò ñeám ñöôïc vaøo cuoái t2 cuõng laø giaù trò xuaát ra. Kyõ thuaät naøy coù moät soá öu ñieåm, nhaát laø chaát löôïng khöû oàn. Tín hieäu vaøo ñöôïc tích phaân qua moät chu kyø, do ñoù baát kyø möùc oàn naøo cuõng coù taàn soá laø boäi soá cuûa 1/t1 ñeàu bò loaïi. Analog reference + Vr - -+ Vi Clock Control logic Coute Digital Output Hình 2.11 Sô ñoà khoái ADC tích phaân hai ñoä doác
Chuù yù raèng, taàn soá xung Clock khoâng aûnh höôûng gì ñeán ñoä phaân giaûi. Ñoä phaân giaûi cuûa kyõ thuaät naøy chæ bò giôùi haïn bôûi chaát löôïng maïch vaø khoâng phuï thuoäc vaøo ñoä phi tuyeán cuûa boä AD: Do ñoù ñaàu ra cuûa boä tích phaân coù theå nhaûy caáp töï do maø khoâng sôï phaùt sinh maõ loãi ôû ñaàu ra. Vì vaäy maø ñoä phaân giaûi toát raát deã ñaït ñöôïc vaø coù theå thay ñoåi baèng caùch chænh kích thöôùc cuûa voøng ñeám vaø taàn soá xung Clock. Taàn soá thaáp laø nhöôïc ñieåm duy nhaát cuûa phöông phaùp. Phöông phaùp naøy thöôøng ñöôïc duøng cho caùc ñoàng hoà hieän soá, maùy ño ña naêng chæ thò soá, caûm bieán nhieät ñoä vaø nhöõng öùng duïng coù yeâu caàu khoâng cao veà taàn soá laáy maãu. 6 – ADC duøng bieán ñoåi V – F (ñieän aùp – taàn soá): VFC Boä phaùt Boä thu Ñònh thôøi Ñeám Digital output Hình 2.13 Sô ñoà khoái boä bieán ñoåi AD daïng VF Hình treân cho thaáy kyõ thuaät naøy trong boä bieán ñoåi AD. AÙp vaøo Analog ñöôïc moät boä VF chính xaùc bieán thaønh moät daõy xung coù taàn soá tæ leä vôùi aùp vaøo. Moät boä ñeám seõ ñeám soá xung naøy trong moät khoaõng thôøi gian nhaát ñònh roài xuaát soá ñeám cho boä AD. Gioáng kyõ thuaät tích phaân ñoä doác keùp, kyõ thuaät naøy coù taàn soá thaáp nhöng khöû nhieãu toát. Neáu thôøi gian Tc thaáp ôû möùc coù theå chaáp nhaän ñöôïc thì phöông phaùp VF cho pheùp ñaït ñöôïc ñoä phaân giaûi cao vôùi tín hieäu thay ñoåi chaäm vôùi giaù thaønh haï.
Öu ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø coù khaû naêng ñieàu khieån töø xa trong moâi tröôøng oàn. Coù theå laøm moät boä VF nhö moät haøm truyeàn döõ lieäu töø xa döôùi daïng soá ñeán traïm kieåm soaùt, taïi ñaây coù boä xöû lyù (tieáp nhaän + boä ñeám + xuaát döõ lieäu). Ñieàu naøy traùnh ñöôïc vieäc truyeàn tín hieäu Analog qua moâi tröôøng nhieãu coù khaû naêng laøm xaáu tín hieäu. Vieäc truyeàn baèng tín hieäu VF cuõng coù khaû naêng trieät nhieãu baèng caùch taïo söï caùch ly giöõa boä bieán ñoåi vôùi thieát bò caûm bieán, moät yeâu caàu quan troïng trong caùc traïm kieåm soaùt vaø ñieàu khieån caùc heä thoáng ñieän cao aùp. Thöïc teá, kyõ thuaät naøy phuï thuoäc vaøo caùc vi maïch VFC thoâng duïng, reû tieàn, coù chaát löôïng toát (tuyeán tính vaø oån ñònh).
7 – ADC song song: Vr Vi R Digital output Encode R r R 2 n-1 2 Comparator Hình 2.14 Sô ñoà khoái AD song song Ñöôïc duøng trong kyõ thuaät caàn bieán ñoåi AD toác ñoä cao, nhö kyõ thuaät Video, kyõ thuaät Radar, dao ñoäng kyù soá. Trong kyõ thuaät naøy tín hieäu vaøo ñöôïc so saùnh ngay laäp töùc vôùi taát caû caùc möùc ngöôõng baèng caùch duøng nhieàu boä so saùnh. Vieäc löôïng töû hoùa do vaäy thöïc hieän hoaøn taát trong cuøng moät luùc. Boä giaûi maõ nhanh laäp töùc ñoåi caùc tín hieäu so saùnh ñöôïc tôùi ñaàu ra. ADC duøng phöông phaùp naøy coù taàn soá laáy naãu phuï thuoäc vaøo toác ñoä (thôøi gian treã) cuûa caùc boä so saùnh. Thoâng thuôøng vi maïch so saùnh coù thôøi gian treã trong khoaûng 10-12ns, vì vaäy treân lyù thuyeát, taàn soá laáy maãu cuûa ADC coù ñoä phaân giaûi 8 Bits caàn tôùi 2 8 – 1=255 boä so saùnh, do vaäy kích thöôùc vi maïch seõ raát lôùn.
III – GIAO TIEÁP PHAÀN MEÀM: Döõ lieäu truyeàn giöõa ADC vaø vi xöû lyù coù theå toå chöùc trong phaàn meàm theo 3 caùch: 1 – Memory – Mapped – Transfers (Truyeàn theo baûn ñoà nhôù): Trong baûn ñoà boä nhôù, ADC ñöôïc chæ ñònh trong moät vuøng boä nhôù thöïc söï chöa söû duïng. Beân caïnh vieäc söû duïng toái ña boä nhôù, ta coù duøng phaàn cöùng giaûi maõ ñòa chæ töø toái thieåu ñeán toái ña ñeå khoâng laõng phí khoâng gian trong boä nhôù. 2 – Input / Output Mapped Tranfers (Truyeàn theo baûn ñoà I/O): Moät vaøi heä thoáng taïo ra vuøng I/O coù ñòa chæ raát rieâng bieät, maø ôû ñoù ñòa chæ coù theå gioáng ñòa chæ boä nhôù, coù theå phaân bieät chuùng vôùi nhau baèng caùch duøng tín hieäu ñieàu khieån ñaëc bieät IOR, IOW treân heä thoáng Bus cuûa IBM – PC. Söï phaân bieät giöõa I/O vaø 2 vuøng boä nhôù laøm cho thieát keá heä thoáng trôû neân toát hôn. Noù cho pheùp giaûi maõ ñòa chæ söû duïng phaàn cöùng laø toái thieåu, giaûi maõ töø vuøng IO ñôn giaûn vaø toát hôn boä nhôù coù giaù trò chöa söû duïng. 3 – DMA (Direct Memory Access : truy maát tröïc tieáp boä nhôù): Khi chæ coù truyeàn döõ lieäu ñôn giaûn giöõa boä nhôù vaø ngoaïi vi ñöôïc duøng tích luõy trong quaù trình chuyeàn laøm chaäm quaù trình moät caùch khoâng caàn thieát. Baèng vieäc söû duïng keát hôïp trong phaàn cöùng trong daïng thieát bò phuïc vuï goïi laø “ñieàu khieån DMA”. Vieäc truyeàn tröïc tieáp coù taùc ñoäng nhanh hôn nhieàu, haàu heát caùc boä vi xöû lyù cho pheùp DMA thöïc hieän ñaày ñuû baèng caùch caáp ñieàu khieån cuûa Bus heä thoáng cho khoaûng ñònh tröôùc. Ñieàu khieån DMA laáy ñòa chæ yeâu caàu vaø tín hieäu ñieàu khieån. Taïi cuoái khoaûng, ñieàu khieån Bus quay laïi vi xöû lyù. Truyeàn döõ lieäu hoaøn toaøn coù theå laáy nhieàu chu kyø DMA ñeå thi haønh. IV – GIAO TIEÁP PHAÀN CÖÙNG: Thieát keá phaàn cöùng theo moâ hình döõ lieäu song song hay noái tieáp. 1 – Döõ lieäu truyeàn song song: Phaàn cöùng cho giao tieáp döõ lieäu song song haàu heát bao goàm ngoõ ra ñeäm ba traïng thaùi maø ADC noái vôùi Bus döõ lieäu cuûa vi xöû lyù. Ñòa chæ giaûi maõ vaø tín hieäu ñieàu khieån ghi ñoïc cuûa cho pheùp ñeäm truyeàn döõ lieäu ADC vaøo P. Giaûi maõ töông öùng vaø tín hieäu ñieàu khieån cuûa P taïo thaønh leänh baét ñaàu cho boä bieán ñoåi. Noù khoâng caàn duøng ñieàu khieån R/W rieâng bieät, duø sao vieäc laøm naøy cho pheùp ñòa chæ gioáng nhau cho vieäc gôûi leänh ñeán ADC vaø ñeå ñoïc ngoõ ra ADC. Caùc ADC môùi hôn coù boä ñeäm ba traïng thaùi vôùi maïch ñieàu khieån cuûa chuùng. Nhöõng ADC naøy coù theå noái tröïc tieáp vôùi Bus döõ lieäu cuûa vi xöû lyù. Giao tieáp nhieàu thieát bò, thì ta phaûi cung caáp giaûi maõ vaø ñoâi khi phaûi moät vaøi coång quaûn lyù tín hieäu ñieàu khieån. Giao tieáp vôùi heä thoáng P thì ñôn giaûn bôûi vì P cung caáp ñòa chæ Port tröïc tieáp vaø vieäc giaûi maõ ñòa chæ laø khoâng caàn thieát. 2 – Moâ hình döõ lieäu noái tieáp :
Duøng trong vieäc truyeàn döõ lieäu ñi xa. Truyeàn ñoàng boä noái tieáp duøng cho tuyeán phuïc vuï hay tuyeán ñieän thoaïi. Thieát bò goïi laø UART (truyeàn nhaän khoâng hoaøn toaøn ñoàng boä). UART nhaän vaø truyeàn döõ lieäu daïng tuaàn töï nhöng giao tieáp vôùi P daïng song song. B – BIEÁN ÑOÅI TÖÔNG TÖÏ SOÁ (DAC) : Bieán ñoåi DA thöôøng laø giai ñoaïn cuoái cuûa moät heä thoáng xöû lyù soá: Sau khi tín hieäu töông töï ôû ñaàu vaøo ñöôïc maïch ADC bieán ñoåi sang daïng soá, noù ñöôïc xöû lyù, löu tröõ döôùi daïng soá bôûi heä xöû lyù trung taâm roài keát quaû xöû lyù seõ ñöôïc ñöa ñeán maïch DAC ñeå xuaát ra döõ lieäu daïng töông töï. Maïch DAC nhaän ôû ñaàu vaøo moät giaù trò soá nhò phaân töï nhieân vaø xuaát ra ôû ngoõ ra moät ñieän aùp daïng töông töï coù giaù trò tæ leä vôùi giaù trò ngoõ vaøo. I – TOÅNG QUAÙT: 1 – Quan heä vaøo ra: Vref V0 (I0) DAC Digital input Hình 2.15 Quan heä vaøo ra boä DAC Bieán ñoåi DA coù tính chaát tæ leä. Tín hieäu vaøo Digital N ñöôïc bieán ñoåi thaønh moät ñieän aùp (hoaëc doøng ñieän) coù giaù trò Q (phuï thuoäc vaøo tín hieäu tham chieáu Vref) baèng caùch so saùnh giaù trò ôû ñaàu vaøo vôùi giaù trò ñaày thang cuûa ñaàu vaøo. Baát kyø moät sai soá tín hieäu Vref naøo cuõng seõ daãn tôùi sai soá möùc ra, vì vaäy ngöôøi ta coá gaéng cho Vref caøng oån ñònh caøng toát. Thoâng thöôøng, ôû caùc boä bieán ñoåi DAC thöông maïi, ngoõ ra seõ xuaát hieän doøng ñieän, vì vaäy ta phaûi maéc theâm moät bieán ñoåi doøng thaønh aùp coù theå nhaän ñöôïc ñieän aùp ra. 2 – Ñaàu vaøo boä DAC: Ña soá caùc boä DAC coù ñaàu vaøo 8 Bits, 10 Bits, 12 Bits, 16 Bits … Ñaàu vaøo caùc boä DAC thöôøng laø caùc maõ nhò phaân töï nhieân hoaëc coù daáu. Neáu maõ ñaàu vaøo ñaàu vaøo coù daáu thì tín hieäu tham chieáu Vref phaûi laø tín hieäu löôõng cöïc. Boä DAC seõ lieân tuïc bieán ñoåi soá ôû ngoõ vaøo thaønh giaù trò töông töï ôû ngoõ ra, thôøi gian cho moät laàn bieán ñoåi nhö vaäy tuøy theo boä DAC. Vì vaäy ñeå ñaûm baûo chính xaùc, ngöôøi ta maéc theâm ôû ngoõ vaøo boä DAC moät maïch choát döõ lieäu ñeå traùnh hieän töôïng boä DAC xuaát ra tín hieäu khoâng xaùc ñònh trong khoaûng thôøi gian töï do giöõa hai laàn caäp nhaät döõ lieäu ôû ngoõ vaøo.
3 – Ñaàu ra boä DAC Tuøy theo coâng ngheä cheá taïo maø ñaàu ra cuûa boä DAC coù theå laø doøng hoaëc aùp. 4 – Tín hieäu ñieàu khieån: Haàu heát caùc boä DAC ñeàu khoâng caàn tín hieäu ñieàu khieån. II – GIAO TIEÁP DAC VÔÙI VI XÖÛ LYÙ: 1 – Xuaát döõ lieäu tuaàn töï: Khi coù yeâu caàu xuaát moät chuoãi döõ lieäu ra coång, phaàn meàm xöû lyù seõ tuaàn töï xuaát töøng Byte döõ lieäu trong boä ñeäm ra coång. Ñeå taïo ñöôïc taàn soá xuaát theo mong muoán, ñaàu tieân chöông trình phaûi tính ñöôïc toác ñoä cuûa CPU coù theå xuaát ra coång giao tieáp trong moät dòch vuï thôøi gian (1 giaây). Töø thoâng tin ñoù, phaàn meàm coù theå tính ñöôïc thôøi gian treã (Delay) giöaõ hai laàn xuaát döõ lieäu ñeå taïo ra taàn soá xuaát theo yeâu caàu. Phöông phaùp naøy taïo ra taàn soá xuaát döõ lieäu raát cao (leân tôùi khoaûng 40Khz hoaëc cao hôn tuøy theo kieåu maùy tính), nhöng taàn soá raát khoù ñeå coù theå taïo ra moät caùch chính xaùc. Maët khaùc CPU cuõng seõ bò baän trong suoát quaù trình xuaát döõ lieäu. 2 – Caøi ñaët moät ngaét ngoaïi vi: Phöông phaùp naøy söû duïng xung Start ñeå maïch laáy maãu ADC ñeå kích hoaït moät chöông trình phuïc vuï ngaét, chöông trình phuïc vuï naøy seõ laøm nhieäm vuï xuaát moät Byte döõ lieäu ra coång. Xung Start ôû ñöôïc lôïi duïng ñeå taïo ra moät taàn soá kích ngaét baèng taàn soá laáy maãu. 3 – Söû duïng ngaét ñoàng hoà: Ta bieát raèng trong heä thoáng cuûa maùy tính coù ngaét soá 8 laø moät ngaét coù kích hoaït ñònh kyø theo thôøi gian, goïi laø ngaét ñoàng hoà, chu kyø kích ngaét coù theå coù theå thay ñoåi ñöôïc baèng caùch laäp trình cho boä ñònh thì 8253. Lôïi duïng ngaét coù saün naøy, ta coù caøi theâm moät chöông trình phuïc vuï ngaét cuûa maùy roài laäp trình cho boä 8253 ñeå taïo ra moät taàn soá kích ngaét theo mong muoán.
Chöông II GIAO TIEÁP NGOAÏI VI 8255A PPI 8255A (PROGRAMABLE PARALLEL INTERFACE) I – TOÅNG QUAÙT: 1 – Boä ñeäm truyeàn döõ lieäu: Boä ñeäm 8 Bits, 2 chieàu, 3 traïng thaùi duøng ñeå giao tieáp 8255 vôùi CPU. Döõ kieän ñöôïc phaùt hay nhaän bôûi boä ñeäm khi thöïc hieän leänh IN, OUT bôûi CPU. Caùc töø ñieàu khieån cuõng truyeàn qua döõ kieän. I/O Nhoùm A Ñieàu khieån Cöûa A PA0-DA7 Nhoùm A Ñeäm Nhoùm A I/O döõ Cöûa C kieän PC4-PC7 Phaàn cao Nhoùm B I/O Cöûa C Phaàn thaáp PC0-PO3 Kieåm soaùt I/O ñoïc Ñieàu khieån Nhoùm B ghi nhoùm B Cöûa B PB0-PB7 Hình 3.1 Caáu truùc khoái cuûa 8255 2 – Phaàn kieåm soaùt ñoïc ghi: Chöùc naêng cuûa khoái naøy laø kieåm soaùt taát caû caùc söï truyeàn ñaït beân trong vaø beân ngoaøi cuûa töø ñieàu khieån vaø döõ kieän. Noù nhaän ngoõ vaøo töø tuyeán ñòa chæ vaø söï ñieàu khieån cuûa CPU, phaùt ra caùc leänh caàn thieát cho caû hai nhoùm A vaø B. CS: ngoõ vaøo = 0 cho pheùp truyeàn tin giöõa 8255 vaø CPU. RD: = 0 cho pheùp 8255 gôûi döõ kieän ñeán CPU treân tuyeán döõ kieän chuû yeáu laø cho pheùp CPU ñoïc döõ kieän töø 8255. WR=0 – CPU töø ñieàu khieån hay döõ kieän ra 8255.