Tài liệu Đề tài: các phương pháp chuyển đổi ADC và DAC thực nghiệm doc

Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật viên cntt

Đề tài: các phương pháp chuyển đổi ADC và DAC thực nghiệm

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 được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu qủa

cao trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật cũng như 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 ưu điểm hơn hẳn cá thiết bị làm việc

trên cơ sở nguyên lý tương tự, đặc biệt là trong kỹ thuật tính toán, kỹ thuật

đo lường và điều khiển và đặc biệt hơn với sự giúp đỡ của máy tính được

ứng dụng rộng rãi ngày nay.Với sự ra đời các hệ thống số đã cải thiện , tối

ưu những nhược điểm mà kỹ thuật tương tự không đáp ứng được chẳng

hạn như sai số, tốc độ, tần số làm việc, tổn hao .v.v... Tuy nhiên, tín hiệu tự

nhiên bao gồm các đại lượng vật lý, hoá học, sinh học... là các đại lượng

biến thiên theo thời gian hay nói cách khác nó là các đại lượng tương tự,

để phối ghép với nguồn tín hiệu tương 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 tương tự sang dạng số ADC (The Analog to Digital

Convertor), tín hiệu sau khi đã được chuyển đổi được xử lý qua một hệ

thống xử lý tín hiệu số và được trả lại dạng tín hiệu ban đầu, đó là tín hiệu

tương tự thông qua mạch chuyển đổi tín hiệu số-tương 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 như những hệ thống tự

động hoá đo lường và điều khiển bằng máy tính mà ta sẽ đè cập dưới đây.

Để mở rộng tầm ứng dụng, cũng như 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 như việc kết nối

máy tính với thiết bị ngoại vi, tuỳ theo yêu cầu và nhiẹm vụ cụ thể cũng

như vật tư 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 được ứng dụng

rộng rãi trong đo lường và điều khiển tự động. Tuy nhiên, để có được điều

đó cần phải có sự phối ghép giữa hai nguồn tín hiệu đó là nguồn tín hiệu

tương tự và nguồn tín hiệu số. Việc này hết sức quan trọng và không thể

thiếu được trong hệ thống xử lý số, không những thế việc nghiên cứu tìm

Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật viên cntt

Đề tài: các phương pháp chuyển đổi ADC và DAC thực nghiệm

2

hiểu nó cho ta biết được khả năng làm việc, đọ chính xác của hệ thống

cũng như độ tin cậy của hệ thống

PHẦN 1

TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN ĐỔI TÍN HIỆU ỨNG

DỤNG TRONG ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH

Chương 1

CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ – SỐ ADC

(The Analog to Digital Convertor)

1 .Nguyên lý cơ bản của chuyển đổi tương tự – số (ADC basic principles)

Tín hiệu tương 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 tương tự sang

dạng tín hiệu số đòi hỏi phải lượng tử hoá biên độ và rời rạc hoá trục thời

gian tín hiệu số liên tục. Để có được điều này, cần phải lấy mẫu tín hiệu

tương tự tại những khoảng thời gian như nhau sau đó chuyển đổi các giá trị

mẫu thành số. Như vậy, nguyên lý chung của sự chuyển đổi là:

- lấy mẫu

- nhớ mẫu

- lượng tử hoá

- mã hoá

1.1. Lấy mẫu tín hiệu (Singnal sample)

Việc lấy mâũ tín hiệu tương tự tại những khoảng thời gian sao cho tín

hiệu số được mã hoá có thể khôi phục lại tín hiệu cũ một cách trung thực, ít

ảnh hưởng 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 tương tự:

F s ≥ 2.F max (1).

Với: F max là tần số max của dải phổ tín hiệu tương tự cần chuyển đổi

F s là tần số lấy mẫu

Nếu: F s = 2.F max thì ta gọi tần số lấy mẫu này là tàn số Nyguist.

Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật viên cntt

Đề tài: các phương pháp chuyển đổi ADC và DAC thực nghiệm

3

Chu kỳ Nyguist:

2.Fa

1

F

1

Nyguist T = = (2).

Hình 1. Tín hiệu tương tự và tín hiệu sau khi lượng tử và rời rạc

hoá

Như vậy, một tín hiệu tương tự có hàm tin x(t) nào đó xác định trong

khoảng ( T o ,t ot + ) hoàn toàn có thể khôi phục từ các mẫu rời rạc của nó

x(k.Δt ) theo công thức:

X (t) = ∑

n−1

.x(k.Δt ). ( )

sin ( )

t k t

c

t k t

− Δ

− Δ

ω

ω (3).

Với ωc : tần số cao nhất trong phổ x(t)

Δt : bước rời rạc hoá hay tần số lấy mẫu:

cf c

t 2

1 Δ = = ω

π (4).

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

Như vậy số mẫu cần lấy là: Δt

Τ Ν = (5).

0

U,i t

0

t

U,i