Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B



Page 1



MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN ĐỔI TƢƠNG TỰ - SỐ 3
1.1. Sơ đồ khối 3
1.2. Các bƣớc chuyển đổi AD 4
1.2.1. Lấy mẫu 4
1.2.2. Lƣợng tử hóa và mã hóa 5
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI ADC SONG SONG 6
2.1 Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp chuyển đổi ADC song song 6
2.2 Tìm hiểu các phần tử đƣợc sử dụng để thiết kế mạch 7
2.2.1. Điện áp tham chiếu ( điện áp chuẩn) 7
2.2.2. Mạch chia áp 7
2.2.3. Các bộ so sánh điện áp 8
2.2.4. Bộ giải mã 8
2.3. Tính toán thiết kế mạch theo lý thuyết 9
2.4. Các bƣớc thiết kế mạch bằng phần mềm Multisim 11
2.5. So sánh với lý thuyết và nhận xét. 18
CHƢƠNG 3: CHUYỂN ĐỔI TƢƠNG TỰ - SỐ THEO PHƢƠNG PHÁP
PHÂN ĐOẠN BIT HAI TẦNG 19
3.1. Cơ sở lý thuyết của chuyển đổi ADC theo phƣơng pháp phân đoạn từng
bit (chuyển đổi nối tiếp theo mã nhị phân) 19
3.2. Tìm hiểu các phần tử đƣợc sử dụng để thiết kế mạch 20
3.2.1. Bộ so sánh LM339 20

3.2.2. Mạch trừ 20
3.3. Tính toán thiết kế mạch theo lý thuyết 21
3.4. Các bƣớc thiết kế và mô phỏng mạch trên Multisim 22
3.5. So sánh với lý thuyết và nhận xét 29
KẾT LUẬN 30
CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 31

Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B



Page 2



LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện
tử đang và sẽ tiếp tục đƣợc ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao
trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật cũng nhƣ trong đời sống xã hội. Tiếp
nhận những thành tựu 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 hoạt động trên cơ sở nguyên lý số có ƣu điểm
hơn hẳn các thiết bị làm việc trên cơ sở nguyên lý tƣơng tự, nhất là trong các kỹ
thuật tính toán, kỹ thuật đo lƣờng và điều khiển. đặc biệt hơn với sự giúp đỡ của
máy tính đƣợc ứng dụng rộng rãi ngày nay. Tuy nhiên, tín hiệu trong tự nhiên bao
gồm các đâị lƣợng vật lý, hóa học, sinh học… là các đại lƣợng biến thiên theo thời
gian hay nói cách khác, nó là các đại lƣợng tƣơng tự, để phối ghép giữa nguồn tín
hiệu tƣơng tự và nguồn tín hiệu xử lý số, nghĩa là để xử lý tín hiệu thông qua một
hệ thống số ta phải có các mạch chuyển đổi từ dạng tƣơng tự sang dạng số ADC (
The analog digital convertor). Trong thực tế, có rất nhiều phƣơng pháp chuyển đổi

từ tín hiệu tƣơng tự sang tín hiệu số, tuy nhiên những phƣơng pháp đƣợc ứng dụng
phổ biến hiện nay là phương pháp song song và phương pháp phân đoạn bít. Để cụ
thể hóa các kiến thức đã học về chuyển đổi ADC trong môn học Kỹ thuật điện tử
tƣơng tự, nhóm nghiên cứu chúng em đã tiến hành mô phỏng mạch chuyển đổi ADC
theo phương pháp song song và phương pháp phân đoạn bít 2 tầng bằng phần mềm
mô phỏng Multisim
Để hoàn thành bài tập lớn này, ngoài sự nỗ lực cố gắng của các thành viên
trong nhóm, sự trợ giúp của các tài liệu chuyên ngành, nhóm nghiên cứu chúng em
còn nhận đƣợc rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện của các thầy cô trong
khoa Điện tử - Viễn thông, đặc biệt là thầy Ths Nguyễn Văn Tài. Mặc dù đã có rất
nhiều cố gắng song trong quá trình thực hiện đề tài này vẫn không thể tránh đƣợc
những thiếu xót, chúng em rất mong nhận đƣợc những ý kiến góp ý từ các thầy cô để
bài báo cáo của nhóm em đƣợc hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!





Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B



Page 3



CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN ĐỔI TƢƠNG TỰ - SỐ
1.1. Sơ đồ khối
Bộ chuyển đổi tƣơng tự sang số – ADC (Analog to Digital Converter) lấy mức

điện thế vào tƣơng tự sau đó một thời gian sẽ sinh ra mã đầu ra dạng số biểu diễn đầu
vào tƣơng tự. Tiến trình biến đổi A/D thƣờng phức tạp và mất nhiều thời gian hơn
tiến trình chuyển đổi D/A. Do đó có nhiều phƣơng pháp khác nhau để chuyển đổi từ
tƣơng tự sang số. Hình dƣới là sơ đồ khối của một lớp ADC đơn giản.





Hình 1.1. Sơ đồ tổng quan của một lớp ADC
Hoạt động cơ bản của lớp ADC thuộc loại này như sau:
- Xung lệnh START khởi động sự hoạt động của hệ thống.
- Xung Clock quyết định bộ điều khiển liên tục chỉnh sửa số nhị phân lƣu
trong thanh ghi.
- Số nhị phân trong thanh ghi đƣợc DAC chuyển đổi thành mức điện thế tƣơng
tự VAX.
- Bộ so sánh so sánh V
AX
với đầu vào trƣơng tự VA. Nếu V
AX
< V
A
đầu ra
của bộ so sánh lên mức cao. Nếu V
AX
> V
A
ít nhất bằng một khoảng V
T
(điện thế

ngƣỡng), đầu ra của bộ so sánh sẽ xuống mức thấp và ngừng tiến trình biến đổi số nhị
Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B



Page 4



phân ở thanh ghi. Tại thời điểm này V
AX
xấp xỉ V
A
. Giá trị nhị phân ở thanh ghi là đại
lƣợng số tƣơng đƣơng V
AX
và cũng là đại lƣợng số tƣơng đƣơng V
A
, trong giới hạn
độ phân giải và độ chính xác của hệ thống.
- Logic điều khiển kích hoạt tín hiệu ECO khi chu kỳ chuyển đổi kết thúc.
Tiến trình này có thể có nhiều thay đổi đối với một số loại ADC khác, chủ yếu là sự
khác nhau ở cách thức bộ điều khiển sửa đổi số nhị phân trong thanh ghi.
1.2. Các bƣớc chuyển đổi AD
Quá trình chuyển đổi A/D nhìn chung đƣợc thực hiện qua 3 bƣớc cơ bản, đó là:
lấy mẫu; lƣợng tử hóa và mã hóa. Các bƣớc đó luôn luôn kết hợp với nhau trong một
quá trình thống nhất.
1.2.1. Lấy mẫu
Đối với tín hiệu tƣơng tự V
I

thì tín hiệu lấy mẫu V
S
sau quá trình lấy mẫu có
thể khôi phục trở lại V
I
một cách trung thực nếu điều kiện sau đây thỏa mản:
f
S
= 2f
Imax
(*)
Trong đó f
S
: tần số lấy mẫu
f
Imax
: là giới hạn trên của giải tần số tƣơng tự
Hình dƣới biểu diển cách lấy mẫu tín hiệu tƣơng tự đầu vào. Nếu biểu thức (*)
đƣợc thỏa mản thì ta có thể dùng bộ tụ lọc thông thấp để khôi phục V
I
từ V
S
.
Vì mỗi lần chuyển đổi điện áp lấy mẫu thành tín hiệu số tƣơng ứng đều cần có
một thời gian nhất định nên phải nhớ mẫu trong một khoảng thời gian cần thiết sau
mỗi lần lấy mẫu. Điện áp tƣơng tự đầu vào đƣợc thực hiện chuyển đổi A/D trên thực
tế là giá trị V
I
đại diện, giá trị này là kết quả của mỗi lần lấy mẫu.




Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B



Page 5




Hình 1.2. Lấy mẫu tín hiệu tương tự đầu vào
1.2.2. Lƣợng tử hóa và mã hóa
Tín hiệu số không những rời rạc trong thời gian mà còn không liên tục trong
biến đổi giá trị. Một giá trị bất kỳ của tín hiệu số đều phải biểu thị bằng bội số nguyên
lần giá trị đơn vị nào đó, giá trị này là nhỏ nhất đƣợc chọn. Nghĩa là nếu dùng tín hiệu
số biểu thị điện áp lấy mẫu thì phải bắt điện áp lấy mẫu hóa thành bội số nguyên lần
giá trị đơn vị. Quá trình này gọi là lượng tử hóa. Đơn vị đƣợc chọn theo qui định này
gọi là đơn vị lƣợng tử, kí hiệu D. Nhƣ vậy giá trị bit 1 của LSB tín hiệu số bằng D.
Việc dùng mã nhị phân biểu thị giá trị tín hiệu số là mã hóa. Mã nhị phân có đƣợc sau
quá trình trên chính là tín hiệu đầu ra của chuyên đổi A/D.

Hình 1.3. Lượng tử hóa tín hiệu rời rạc

Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B



Page 6




CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI ADC SONG SONG
2.1 Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp chuyển đổi ADC song song
Trong phƣơng pháp biến đổi song song, tín hiệu đƣợc so sánh một lúc với
nhiều giá trị chuẩn. Do đó tất cả các bít đƣợc xác định đồng thời và đƣợc đƣa đến
đầu ra
Điện áp 

đƣợc đƣa đồng thời tới đầu vào 1 của bộ so sánh SS1, SS2…,SSm,
điện áp chuẩn Uch đƣợc đƣa đến đầu vào thứ 2 qua thang điện trở R, do vậy các điện
áp chuẩn đặt vào các bộ so sánh lân cận khác nhau một lƣợng không đổi và giảm dần
từ SS1 -> SSm.
Tại các đầu ra bộ so sánh: nếu điện áp vào lớn hơn điện áp chuẩn: cho mức
logic là 1, và nếu điện áp vào nhỏ hơn điện áp chuẩn: cho mức logic là 0. Bộ mã hóa
biến đổi tín hiệu vào dƣới dạng mã đếm thành mã nhị phân.
Trong phƣơng pháp này, điện áp cần lƣợng tử hóa 

đƣợc so sánh đồng thời
với các mức điện áp chuẩn, sai khác nhau một bƣớc lƣợng tử q. Kết quả so sánh xuất
hiện đồng thời ở đầu ra các bộ so sánh tƣơng tự và chúng đƣợc chuyển thành số nhị
phân n bit ở cửa ra mạch chuyển đổi mã.

Hình 1.4. Sơ đồ khối mạch chuyển đổi ADC song song
Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B



Page 7




Sơ đồ trên là mạch chuyển đổi ADC 3 bit. Phân áp điện trở thành các mức
điện áp chuẩn 

 

. Bƣớc lƣợng tử q đƣợc xác định nhƣ sau:
q =





; với n = 3  q =




Tín hiệu logic ở đầu ra bộ so sánh phụ thuộc vào quan hệ giữa 

và 

với


là các giá trị điện áp vào chân âm của các bộ so sánh ( k = 1, 2, 3,…,7). Mạch
chuyển đổi mã biến mã ở đầu ra của các bộ so sánh thành tín hiệu nhị phân.
Để giải quyết nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu đầu ra của bộ so sánh thành các bit
nhị phân, ngƣời ta thƣờng dùng các bộ giải mã 8-3

2.2 Tìm hiểu các phần tử đƣợc sử dụng để thiết kế mạch
2.2.1. Điện áp tham chiếu ( điện áp chuẩn)
Ta thấy cùng một bộ chuyển đổi ADC nhƣng có ngƣời muốn dùng cho các mức
điện áp khác nhau, ví dụ ngƣời A muốn chuyển đổi điện áp trong khoảng 0-1V trong
khi ngƣời B muốn dùng cho điện áp từ 0V đến 5V. Rõ ràng nếu hai ngƣời này dùng 2
bộ chuyển đổi ADC đều có khả năng chuyển đổi đến điện áp 5V thì ngƣời A đang “phí
phạm” tính chính xác của thiết bị. Vấn đề sẽ đƣợc giải quyết bằng một đại lƣợng gọi là
điện áp tham chiếu 

 Điện áp tham chiếu thƣờng là giá trị điện áp lớn nhất mà bộ
ADC có thể chuyển đổi. Trong các bộ ADC, 

thƣờng là thông số đƣợc đặt bởi
ngƣời dùng, nó là điện áp lớn nhất mà thiết bị có thể chuyển đổi. Ví dụ, một bộ ADC
10 bit (độ phân giải) có 

=3V, nếu điện áp ở ngõ vào là 1V thì giá trị số thu đƣợc
sau khi chuyển đổi sẽ là: 1023x(1/3)=314. Trong đó 1023 là giá trị lớn nhất mà một bộ
ADC 10 bit có thể tạo ra (1023=2
10
-1). Vì điện áp tham chiếu ảnh hƣởng đến độ chính
xác của quá trình chuyển đổi, chúng ta cần tính toán để chọn 1 điện áp tham chiếu phù
hợp, không đƣợc nhỏ hơn giá trị lớn nhất của input nhƣng cũng đừng quá lớn, ở phần
thiết kế này, chúng em chọn 

= 15V
2.2.2. Mạch chia áp
Trong phần thiết kế mạch, nhóm chúng tôi sử dụng 1 mạch chia áp, thực chất nó
là một thang điện trở mắc nối tiếp từ điện áp 


đến ground. Thang điện trở này làm
nhiệm vụ chia điện áp 

thành các mức điện áp giảm dần cấp vào chân âm của các
bộ so sánh. Thang điện trở đƣợc thiết kế đảm bảo cho các mức điện áp chuẩn giảm dần
đều theo các bƣớc lƣợng tử q =






Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B



Page 8



2.2.3. Các bộ so sánh điện áp
Trong phần thiết kế này đƣợc sử dụng các bộ sánh các giá trị điện áp 

với các
mức 

. Thực chất đây là các bộ khuếch đại thuật toán lý tƣởng OPAMP.

Hình 1.5. Sơ đồ khối bộ so sánh
Hiểu một cách đơn giản thì bộ so sánh này so sánh 2 mức tín hiệu đầu vào. Nếu



< 

( với 

là điện áp tín hiệu cần so sánh, 

là mức điện áp chuẩn) thì tại đầu ra
(

) mang mức giá trị 1; nếu 

 

thì tại đầu ra (

) mang mức giá trị 0.
2.2.4. Bộ giải mã
Với mạch chuyển đổi ADC song song có độ phân giải 3bit, ta có 

-1= 7 bộ so
sánh, nhƣ vậy ta có 7 tín hiệu đầu ra ứng với 7 bộ so sánh. Mặt khác độ phân giải của
mạch là 3 bit nên cần phải có bộ giải mã chuyển 7 tín hiệu đầu ra từ các bộ so sánh
sang 3 bit nhị phân. Trong phần thiết kế này, chúng tôi sử dụng IC 74LS148D. Đây là
bộ giải mã 8-3 (từ 8 đƣờng sang 3 đƣờng)
Mạch mã hoá 8 đƣờng sang 3 đƣờng còn
gọi là mã hoá bát phân sang nhị phân (có 8
ngõ vào chuyển thành 3 ngõ ra dạng số nhị
phân 3 bit. Trong bất cứ lúc nào cũng chỉ

có 1 ngõ vào ở mức tích cực tƣơng ứng với
chỉ một tổ hợp mã số 3 ngõ ra; tức là mỗi 1
ngõ vào sẽ cho ra 1 mã 3 số bit khác nhau.


Hình 1.6. Khối mã hoá 8- 3
Với 8 ngõ vào (I
0
đến I
7
) thì sẽ có 8 tổ hợp ngõ ra nên chỉ cần 3 ngõ ra (Y
2
, Y
1
,
Y
0
). Bảng trạng thái mạch mã hoá 8 sang 3 nhƣ sau:


Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B



Page 9




Bảng 1.7. bảng trạng thái mã hóa 8 – 3

Từ bảng trên, ta có :
Y0 = I1 + I3 + I5 + I7
Y1 = I2 + I3 + I6 + I7
Y2 = I4 + I5 + I6 +I7
Dựa vào 3 biểu thức trên ta có thể vẽ đƣợc mạch logic nhƣ hình dƣới đây :

Hình 1.8. Cấu trúc mạch mã hoá 8 sang 3
2.3. Tính toán thiết kế mạch theo lý thuyết
Tiến hành thực hiện thiết kế mạch chuyển đổi ADC 3 bit. Vì vậy cần 

 
bộ so sánh điện áp.
Chọn điện áp 

= 15 (V).
Nhƣ vậy: bƣớc lƣợng tử q =





; với n = 3  q =



=



Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B




Page 10



Chọn thang điện trở với các điện trở R2=R3=R4=R5=R6=R7=2R1=2R8 đảm
bảo cho điện áp tham chiếu 

giảm đều tại chân âm của các bộ so sánh.
Với 

  khi 



và 

  khi 



Ta có bảng mô tả hoạt
động của ADC theo lý thuyết nhƣ sau:



S7
S6

S5
S4
S3
S2
S1
b1
b2
b3
0 ≤ 

≤ q/2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
q/2 ≤ 

≤ 3q/2
0
0
0
0
0
0

1
0
0
1
3q/2 ≤ 

≤ 5q/2
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
5q/2 ≤ 

≤ 7q/2
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1

7q/2 ≤ 

≤ 9q/2
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
9q/2 ≤ 

≤ 11q/2
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
11q/2 ≤ 

≤ 13q/2
0

1
1
1
1
1
1
1
1
0
13q≤ 


1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Bảng 1.2. Bảng mô tả hoạt động của ADC theo lý thuyết
Với Uch = 15 (v), q =


ta có:




S7
S6
S5
S4
S3
S2
S1
b1
b2
b3
0(v) ≤ 

≤ 1,07 (v)
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1,07(v) ≤ 

≤ 3,21(v)
0
0
0
0

0
0
1
0
0
1
3,21(v) ≤ 

≤ 5,35 (v)
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
5,35(v) ≤ 

≤ 7,5(v)
0
0
0
0
1
1
1
0

1
1
7,5(v)≤ 

≤ 9,64(v)
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
9,64(v) ≤ 

≤ 11.78(v)
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
11,78(v) ≤ 


≤ 13,92(v)
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
13,92(v) (v)≤ 


1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Bảng 1.3. Bảng mô tả hoạt động của ADC theo tính toán
Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B



Page 11




2.4. Các bƣớc thiết kế mạch bằng phần mềm Multisim
Các bộ chuyển đổi ADC theo phƣơng pháp song song đƣợc cấu thành từ một
dãy các bộ so sánh (nhƣ opamp), với mạch chuyển đổi N bit, để phân biệt 2
N
bít, ta
cần phải có 2
N-1
bộ so sánh nên cần rất nhiều linh kiện, mạch phức tạp. Vì vậy, để
đơn giản hóa mạch điện trong bài này, nhóm chỉ thiết kế mạch với số bít nhỏ (3bit).
Các bộ so sánh đƣợc mắc song song và đƣợc kết nối trực tiếp với tín hiệu analog cần
chuyển đổi. Một điện áp tham chiếu Uch (reference) và một mạch chia áp đƣợc sử
dụng để tạo ra các mức điện áp so sánh khác nhau cho mỗi bộ so sánh.
Với mạch ADC 3 bit, một bộ chuyển đổi ADC có 7 bộ so sánh. Do ảnh hƣởng
của mạch chia áp (các điện trở mắc nối tiếp từ điện áp vcc đến ground), điện áp trên
chân âm (-) của các bộ so sánh sẽ khác nhau và giảm dần từ trên xuống dƣới. Trong
lúc chuyển đổi, giả sử điện áp 

lớn hơn điện áp 

tại các chân (-) của các bộ so
sánh, khi đó ngõ ra của bộ so sánh sẽ ở mức 1 và ở mức 0 trong trƣờng hợp ngƣợc
lại. Tín hiệu đầu ra của các opamp đƣợc đƣa đến bộ giải mã 8-3 (sử dụng IC
74LS148N) để đƣa ra tín hiệu số dạng 3 bít. Các bƣớc thiết kế quá trình thiết kế mạch
đƣợc thực hiện nhƣ sau:
Bƣớc 1 : Mở Multisim
Chọn Start >> All program >> Mulisim 12.0
( hoặc kích đúp vào biểu tượng trên màn hình máy tính)

Bƣớc 2 : Chọn các linh kiện cần thiết trong thƣ viện Place >> Component
1.Chọn linh kiện điện trở (Resistor)
Basic >> Resistor >> chọn giá trị điện trở thích hợp
Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B



Page 12





Hình 1.9. chọn linh kiện điện trở trên multisim
Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B



Page 13



2.Chọn linh kiện Opamp
Analog >> Opamp_3T_Virtual


Hình 1.10. chọn bộ khuếch đại thuật toán trên multisim
Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B




Page 14



3.Chọn IC
Chọn TLT >> 74LS >> 74LS148D


Hình 1.11. chọn IC 74LS148D trên multisi
Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B



Page 15



4.Chọn LED
Diodes >> LED


Hình 1.12. chọn LED trong multisim
Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B



Page 16




5.Chọn nguồn và nối đất
Sources >> Power_Sources >> DC_Power, VDD,Ground


Hình 1.13. Chọn nguồn và nối đất
Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B



Page 17



Bƣớc 3 : Nối các linh kiện

Hình 1.14. Nối các linh kiện
Bƣớc 4 : Chạy mô phỏng với các giá trị điện áp đầu vào V1

Hình 1.15. Mô phỏng mạch điện trên multisim
Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B



Page 18



2.5. So sánh với lý thuyết và nhận xét.
Qua quá trình tính toán trên lý thuyết và tiến hành mô phỏng phân tích mạch

bằng thực nghiệm ta thấy:
- Đã mô phỏng đƣợc tín hiệu theo đúng sơ đồ nguyên lý của mạch chuyển đổi
ADC theo phƣơng pháp song song.
- Tín hiệu lấy ra trên mạch mô phỏng có giá trị đúng với tính toán trên lý
thuyết, các giá trị số đầu ra tƣơng ứng với khoảng giá trị 

đầu vào.
- Mạch mô phỏng có độ chính xác cao.
Mạch chuyển đổi ADC theo phƣơng pháp song song có tốc độ chuyển đổi
nhanh. Vì vậy nó đƣợc sử dụng nhiều trong thực tế đặc biệt là với các mạch chuyển
đổi ADC có độ phân giải không quá cao.

















Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B




Page 19



CHƢƠNG 3: CHUYỂN ĐỔI TƢƠNG TỰ - SỐ
THEO PHƢƠNG PHÁP PHÂN ĐOẠN BIT HAI TẦNG
3.1. Cơ sở lý thuyết của chuyển đổi ADC theo phƣơng pháp phân đoạn
từng bit (chuyển đổi nối tiếp theo mã nhị phân)
Mạch chuyển đổi ADC theo phƣơng pháp phân đoạn từng bit có số tầng bằng
số bit cần xác định, mỗi tầng cho ra một bit nhị phân.

Hình 3.1. Mạch chuyển đổi ADC theo phương pháp phân đoạn bit 2 tầng
Phƣơng pháp phân đoạn đƣợc thực hiện nhƣ sau:
Giả sử tín hiệu vào biến thiên trong phạm vi 0÷

. Chia dải làm việc làm
hai phần bằng nhau, lúc đó, ranh giới giữa 2 phần là



.
Tín hiệu cần biến đổi 

đƣợc so sánh với mức



. Khi 


<



thì


=0, ngƣợc lại nếu 

>



thì 

=1. Vậy



chính là điện áp chuẩn của
bộ biến đổi AD 1 bit (nó là một bộ so sánh). Tín hiệu số ứng với bit thứ nhất 

một
mặt đƣợc đƣa ra chỉ thị, một mặt đƣợc đƣa đến bộ chuyển đổi ngƣợc DA. Trên đầu
ra của mạch chuyển đổi DA 1 bit là tín hiệu tƣơng tự ứng với bit có nghĩa lớn nhất.
khi 

=0 thì tín hiệu tƣơng tự ứng với nó 


= 0, còn khi 

=1 thì 

=



.
Mạch trừ cho ra giá trị hiệu giữa tín hiệu vào 

và tín hiệu tƣơng tự ứng với bit
thứ nhất. Đây chính là số dƣ tín hiệu sau khi đã xác định bit thứ nhất. Số dƣ này
đƣợc đƣa đến tầng thứ hai để tiếp tục xác định bit tiếp theo bằng cách so sánh nó với
Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B



Page 20



một tín hiệu chuẩn có giá trị



. Tƣơng tự nhƣ vậy, để xác định bit thứ ba phải so
sánh nó với giá trị tín hiệu chuẩn 




và bit thứ N có 

=




.
3.2. Tìm hiểu các phần tử đƣợc sử dụng để thiết kế mạch
3.2.1. Bộ so sánh LM339
IC LM339 là IC tích hợp sẵn bốn bộ so sánh. IC LM339 nhận điện áp từ
hồng ngoại để đƣa vào một mức điện áp chuẩn cho mạch.

Hình 3.2. cấu tạo của bộ so sánh LM 339
Chức năng khối so sánh: dùng để so sánh các mức điện áp khi đƣa vào tín
hiệu xử lý.
Nguyên lý hoạt động: khi điện áp của khối thu đƣa về là mức điện áp để so
sánh với mức điện áp chuẩn của biến trở tinh chỉnh 104, ta cũng có thể thay đổi điện
áp khi vặn biến trở. Điện áp khi đã đƣợc so sánh sẽ đƣa về khối chỉnh xung.
3.2.2. Mạch trừ
Bản chất đây là mạch khuếch đại vi sai dùng các bộ khuếch đại thuật toán.
Mạch điện này dùng để tìm ra hiệu số, hoặc sai số giữa 2 điện áp mà mỗi điện áp có
thể đƣợc nhân với một vài hằng số nào đó. Các hằng số này xác định nhờ các điện
trở

Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B




Page 21




Hình 3.3. Mạch trừ
Giá trị điện áp hiệu tại đầu ra của mạch trừ đƣợc tính theo công thức:


Tổng trở vi sai (giữa 2 chân đầu vào) : Z
in
= R
1
+R
2

Hệ số khuếch đại vi sai:
Nếu R
1
=R
2
và R
f
=R
g
 V
out
=A(V
2
-V

1
) và A =





3.3. Tính toán thiết kế mạch theo lý thuyết
Tín hiệu vào biến thiên trong khoảng điện áp 0 – 10V (0 – U
Amax
). Với bộ
chuyển đổi tƣơng tự - số phân đoạn bit 2 tầng đƣợc chia làm 2 phần bằng nhau, lúc
đó ranh giới là


tức là 5 (V).Tín hiệu đƣợc biến đổi U
A
đƣợc so sánh với mức
5 (V).
* Xét trường hợp U
A1
= 1(V). Khi đó U
A1
< 5 V => B
1
= 0.
Lúc này tín hiệu ra khỏi bộ so sánh qua bộ chuyển đổi DA là U’
A1
= 0 V. Một
mặt đƣợc đƣa ra bộ chỉ thị một mặt đƣợc đƣa tới mạch trừ. Tại đầu ra của mạch trừ

sẽ là hiệu của tín hiệu vào U
A1
và số dƣ tín hiệu của bit B1.
U’
A1
= 0 Tín hiệu ra khỏi mạch trừ sẽ là:
V
out
= U
A1











– U’
A1




 











   
Tƣơng tự tín hiệu này đƣợc đƣa vào tầng 2 và so sánh giống nhƣ tầng 1. Ta
đƣợc B
2
= 0
Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B



Page 22



* Xét trường hợp U
A1
= 8V. Khi đó U
A1
> 5 V => B
1
= 1
Lúc này tín hiệu ra khỏi bộ so sánh qua bộ chuyển đổi DA là U’
A1

= 5V một
mặt đƣợc đƣa qua bộ chỉ thị, một mặt đƣợc đƣa tới mạch trừ. Tại đầu ra mạch trừ sẽ
là hiệu của tín hiệu vào U
A1
và số dƣ tín hiệu của B
1
.
U’
A1
= 0. Tín hiệu ra khỏi mạch trừ sẽ là:
V
out
= U
A1











– U’
A1





 










 




 

Tƣơng tự tín hiệu này đƣa vào tầng 2 và U so sánh lúc này nhỏ hơn 5 V
=> B
2
=0
3.4. Các bƣớc thiết kế và mô phỏng mạch trên Multisim
Bƣớc 1 : Mở Multisim
Chọn Start >> All program >> Mulisim 12.0
( hoặc kích đúp vào biểu tượng trên màn hình máy tính)
Bƣớc 2 : Chọn các linh kiện cần thiết trong thƣ viện Place >>Component
1.Chọn linh kiện điện trở (Resistor)
Basic >> Resistor >> chọn giá trị điện trở thích hợp


Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B



Page 23




Hình 3.4. Chọn linh kiện điện trở
Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B



Page 24



2. Chọn linh kiện Opamp
Place Analog >> OPAMP >> LM339AD
( Hoặc có thể chọn bằng cách vào Place Analog >> All group >> gõ LM339)


Hình 3.5. Chọn bộ so sánh LM 339
3. Chọn nguồn cung cấp cho các OPAMP
Place Source >> POWER_SOURCE >> DC_POWER >>
Chọn nguồn 5V
Báo cáo bài tập lớn Nhóm 1 – B3-D1B




Page 25




Hình 3.6. Chọn nguồn cung cấp cho LM 339
4. Cấp nguồn >> Chọn các đầu kết nối cùng tên On_Page Connectors
Chọn Place >> Connector >> On-Page connector

Hình 3.7. Chọn các đầu kết nối cùng tên On_Page Connectors