Giáo trình Mô đun Kỹ thuật số - Điện dân dụng

chiếu cho khối so sánh. 
 Nguyên lý hoạt động của sơ đồ khối trên như sau: 
 - Lệnh START bắt đầu quá trình biến đổi 
 - Control unit thay đổi giá trị nhị phân trong thanh ghi 
 - Giá trị nhị phân trong thanh ghi được biến đổi thành giá trị nhị phân VAX 
 - Bộ so sánh so sánh VAX với VA. Khi VAX < VA, đầu ra bộ so sánh ở mức 
cao. Khi VAX > VA, đầu ra có mức thấp, quá trình biến đổi kết thúc, giá trị nhị 
phân nằm trong thanh ghi. Bộ phận điều khiển sẽ phát ra tín hiệu end-of-
conversion signal - EOC. 
4. Các phương pháp chuyển đổi 
Mục tiêu: 
 Trình bày được sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của một số phương 
pháp chuyển đổi A/D. 
4.1. Chuyển đổi A/D theo phương pháp song song (parallel hay flash 
conversion) 
 Đây là mạch đổi có tốc độ chuyển đổi rất nhanh, có thể đạt vài triệu lần 
trong một giây, áp dụng vào việc chuyển đổi tín hiệu hình trong kỹ thuật video. 
Ví dụ để có mạch đổi 3 bit, người ta dùng 7 mạch so sánh ở đầu vào và một 
mạch mã hóa ưu tiên để tạo mã số nhị phân ở đầu ra: 
 - Khi v
a 
< Vr /10, các đầu ra mạch so sánh đều lên cao khiến mã số ra là 
000 
 - Khi Vr /10 <v
a 
< 2Vr /10, đầu ra mạch so sánh 1 xuống thấp khiến mã số 
ra là 001 
 - Khi 2Vr /10 <v
a 
< 3Vr /10, đầu ra mạch so sánh 2 xuống thấp khiến mã 
số ra là 010 
Cứ như thế, ta thấy mã số ra tỷ lệ với điện thế tương tự vào 
4.2. Chuyển đổi A/D theo phương pháp dùng điện thế tham chiếu nấc thang 
 Một cách đơn giản để tạo điện thế tham chiếu có dạng nấc thang là dùng 
một mạch DAC mà số nhị phân vào được lấy từ mạch đếm lên. Khi có xung bắt 
đầu FlipFlop và mạch đếm được đặt về 0 nên đầu ra Q của FF lên 1, mở cổng 
AND cho xung C
K 
vào mạch đếm. Đầu ra mạch đếm tăng dần theo dạng nấc 
thang (V
DAC
), đây chính là điện thế tham chiếu, khi Vr còn nhỏ hơn v
a
, đầu ra 
mạch so sánh còn ở mức thấp và Q vẫn tiếp tục ở mức cao, nhưng khi Vr vừa 
vượt v
a 
đầu ra mạch so sánh lên cao khiến Q xuống thấp, đóng cổng AND không 
cho xung C
K 
qua và mạch đếm dừng. Đồng thời đầu ra Q lên cao báo kết thúc sự 
chuyển đổi. Số đếm ở mạch đếm chính là số nhị phân tương ứng với điện thế 
vào. 
 Gọi thời gian chuyển đổi là t
c
. Thời gian chuyển đổi tùy thuộc điện thế 
cần chuyển đổi. Thời gian lâu nhất ứng với điện thế vào bằng trị lớn nhất: 
t
c
(max) = 2
n 
/ f
CK
=2
n 
.T
CK
 Mạch đổi này có tốc độ chậm. Một cách cải tiến là thay mạch đếm lên bởi 
một mạch đếm lên/xuống. Nếu đầu ra mạch so sánh cho thấy Vr nhỏ hơn v
a
, 
mạch Logic sẽ điều khiển đếm lên và ngược lai thì mạch sẽ đếm xuống. Nếu v
a 
không đổi Vr sẽ dao động quanh trị v
a 
với hai trị số khác nhau 1 LSB 
4.3. Chuyển đổi A/D nối tiếp dùng phương pháp lấy gần đúng kế tiếp 
 Mạch đổi lấy gần đúng kế tiếp dùng cách tạo điện thế tham chiếu một 
cách có hiệu quả hơn khiến việc chuyển đổi ra mã số n bit chỉ tốn n chu kỳ xung 
C
K
. Mạch này bao gồm: một mạch so sánh, một mạch ghi dịch đặc biệt (SAR) 
và một mạch DAC. 
 Mạch SAR (Hình trên) là mạch ghi dịch có kết hợp điều khiển Logic. 
Mạch gồm 6 FF D mắc thành chuỗi, đầu ra FF cuối (F) hồi tiếp về FF đầu (A) , 
khối điều khiển gồm 4 cổng AND và 4 FF RS có đầu vào tác động mức cao, các 
đầu ra Q của các FF RS được đưa vào mạch DAC để tạo điện thế tương tự Vr 
(dùng so sánh với điện thế ra từ mạch lấy mẫu và giữ v
a
), đồng thới đây cũng là 
mã số ra khi sự biến đổi đã kết thúc. 
Nguyên lý hoạt động: Lúc có xung bắt đầu, mạch SAR được đặt về 0. Đầu 
ra DAC được làm lệch 1/2 LSB để tạo đặc tính chuyển đổi như đã nói trong 
phần trước, kế đó SAR đưa bit MSB lên cao (bằng cách preset FF A), các bit 
khác bằng 0, số này được đưa vào mạch DAC để tạo điện thế tham chiếu Vr để 
so sánh với v
a
. Tùy theo kết quả so sánh, nếu Vr > v
a 
thì đầu ra mạch so sánh ở 
mức cao khiến SAR bỏ đi bit MSB khi có xung C
K 
kế tiếp xuất hiện, còn nếu Vr 
< v
a 
thì đầu ra mạch so sánh ở mức thấp, khiến SAR giữ bit MSB lại (FF RS 4 
giữ nguyên trạng thái) đồng thời đưa bit có nghĩa kế tiếp lên cao (do FF 3 được 
set từ giá trị 1 ở đầu ra FF B, trị 1 này được chuyển từ FF A sang). Mạch so sánh 
tiếp tục làm việc và kết quả sẽ được quyết định theo cùng cách thức như đối với 
bit MSB.... Tiếp tục như vậy cho đến bit cuối cùng của SAR, lúc đó v
a 
gần Vr 
nhất và ta được kết quả chuyển đổi trong thời gian tối đa là n chu kỳ xung đồng 
hồ. Mạch chuyển đổi chấm dứt khi đầu ra FF F lên mức cao cho phép mở các 
đệm để cho mã số ra. 
5. Lắp ráp, sửa chữa mạch chuyển đổi A/D 
Mục tiêu: 
 Lắp ráp hàn chỉnh một mạch chuyển đổi A/D. 
5.1. Chuẩn bị vật tư và dụng cụ 
 - Linh kiện kiểm tra xác định theo sơ đồ nguyên lý. 
 - Chuẩn bị máy phát cao tần, máy hiện sóng; Đồng hồ vạn năng số, mỏ 
hàn; Bo mạch in đa năng (có thể chuẩn bị mạch in)  
5.2. Lắp mạch 
 Sơ đồ nguyên lý mạch A/DC 8 bit theo nguyên lý SAC dùng IC 
ADC0804 
Trình tự thực hiện: 
 Khảo sát sơ đồ chân của IC ADC0804 
 Lắp mạch trên bo đa năng: 
 - Yêu cầu chuẩn bị các linh kiện, dây nối được vệ sinh và tráng thiếc trước 
khi dùng làm phần tử kết nối trong mạch. 
 - Bố trí các linh kiện hợp lý 
 - Các đường dây nối trong mạch phải sóng, đẹp, không chồng chéo, dễ 
quan sát khi hiệu chỉnh và sửa chữa. 
 - Mối hàn phải ngấu, bóng. 
 - Phải biết tiến hành kiểm tra nguội mạch để đảm bảo không gây chạm, 
chập, hở mạch hoặc các lỗi khác trước khi cấp nguồn và tín hiệu đầu vào. 
 - Mạch phải đảm bảo hoạt động đúng yêu cầu khi cấp nguồn đúng định 
mức và tín hiệu tương tự ở đầu vào. 
 Lắp mạch dùng IC trên bo mạch in chuẩn bị sẵn: 
 - Yêu cầu mạch in chuẩn bị sẵn (theo các phần mềm thiết kế mạch in đã 
có) phải sạch, các đường mạch in phải liền theo đúng sơ đồ lắp ráp đã được thiết 
kế trước (không có đoạn mạch in nào được thiết kế là liên mà lại bị đứt trên bo 
mạch in chuẩn bị cho lắp ráp). 
 - Có sơ đồ lắp ráp kèm theo. 
 - Khi lắp phải cắm đúng vị trí và chiều các linh kiện theo đúng sơ đồ lắp 
ráp, mối hàn phải ngấu, bóng, gọn, không gây chạm chập trên mạch in. 
 - Phải biết tiến hành kiểm tra nguội mạch để đảm bảo không gây chạm, 
chập, hở mạch hoặc các lỗi khác trước khi cấp nguồn và tín hiệu đầu vào. 
 - Mạch phải đảm bảo hoạt động đúng yêu cầu khi cấp nguồn đúng định 
mức và tín hiệu tương tự ở đầu vào. 
5.3. Thực hành đo và cân chỉnh 
5.4. Sửa chữa một số mạch A/D thường gặp. 
BÀI 12 
MẠCH CHUYỂN ĐỔI D/A 
Mã bài: MĐ26.12 
Giới thiệu: 
Có thể nói sự biến đổi qua lại giữa các tín hiệu từ dạng tương tự sang 
dạng số là cần thiết trong các quá trình thực hiện giao tiếp giữa con người, tự 
nhiên với máy trong thực tế lao động sản xuất và nghiên cứu hàng ngày, có thể 
biểu diễn một cách tương đối theo sơ đồ sau: 
Kết quả từ các hệ thống số là các đại lượng số: Cần thiết phải đổi các tín 
hiệu số đó thành tín hiệu tương tự để có thể tác động vào các hệ thống vật lý và 
thể hiện ra bên ngoài (ví dụ tái tạo âm thanh hay hình ảnh) hay dùng vào việc 
điều khiển sau đó (ví dụ dùng điện thế tương tự để điều khiển vận tốc động cơ). 
Mục tiêu: 
- Trình bày được khái niệm, nguyên lý cơ bản của mạch chuyển đổi D/A. 
- Lắp ráp, sửa chữa được mạch chuyển đổi D/A. 
- Có tính tư duy, tác phong trong công nghiệp 
Nội dung chính: 
1. Khái niệm chung 
Mục tiêu: 
 Trình bày được khái niệm về mạch chuyển đổi D/A. 
 Để làm việc được với mạch chuyển đổi D/A ta phải nắm chắc được các 
khái niệm: 
1.1. Bit có ý nghĩa thấp nhất (LSB) và bit có ý nghĩa cao nhất (MSB) 
 Qua các mạch biến đổi DAC kể trên ta thấy vị trí khác nhau của các bit 
trong số nhị phân cho giá trị biến đổi khác nhau, nói cách khác trị biến đổi của 
một bit tùy thuộc vào trọng lượng của bit đó. 
Nếu ta gọi trị toàn giai là V
FS 
thì bit LSB có giá trị là: LSB = V
FS 
/ (2
n 
- 1) 
và bit MSB = V
FS 
.2
n-1
/ (2
n 
- 1) 
Dưới đây là đặc tuyến chuyển đổi của một số nhị phân 3 bit 
 Hình (a) là đặc tuyến lý tưởng, tuy nhiên, trong thực tế để đường trung 
bình của đặc tính chuyển đổi đi qua điểm 0 điện thế tương tự ra được làm lệch 
(1/2)LSB - Hình (b). Như vậy điện thế tương tự ra được xem như thay đổi ở 
ngay giữa hai mã số nhị phân vào kế nhau. Ví dụ khi mã số nhị phân vào là 000 
thì điện thế tương tự ra là 0 và điện thế tương tự ra sẽ lên nấc kế 000+(1/2)LSB 
rồi nấc kế tiếp ở 001+(1/2)LSB.v.v....Trị tương tự ra ứng với 001 gọi tắt là 
1LSB và trị toàn giai V
FS 
= 7LSB tương ứng với số 111 
1.2. Sai số nguyên lượng hóa (quantization error) 
 Trong sự biến đổi, ta thấy ứng với một giá trị nhị phân vào, ta có một 
khoảng điện thế tương tự ra. Như vậy có một sai số trong biến đổi gọi là sai số 
nguyên lượng hóa và =(1/2)LSB 
1.3. Độ phân giải (resolution) 
 Độ phân giải được hiểu là giá trị thay đổi nhỏ nhất của tín hiệu tương tự ra 
có thể có khi số nhị phân vào thay đổi. Độ phân giải còn được gọi là trị bước 
(step size) và bằng trọng lượng bit LSB. 
 Số nhị phân n bit có 2
n 
giá trị và 2
n 
- 1 bước 
 Hiệu thế tương tự ra xác định bởi v
0 
= k.(B)
2 
 Trong đó k chính là độ phân giải và (B)
2 
là số nhị phân 
 Người ta thường tính phần trăm phân giải: %res = (k / V
FS
)100 % 
 Với số nhị phân n bit %res = [1 / (2
n 
- 1)]100 % 
 Các nhà sản xuất thường dùng số bit của số nhị phân có thể được biến đổi 
để chỉ độ phân giải. Số bit càng lớn thì độ phân giải càng cao (finer resolution). 
1.4. Độ tuyến tính (linearity) 
 Khi điện thế tương tự ra thay đổi đều với số nhị phân vào ta nói mạch 
biến đổi có tính tuyến tính 
1.5. Độ đúng (accuracy) 
 Độ đúng (còn gọi là độ chính xác) tuyệt đối của một DAC là hiệu số giữa 
điện thế tương tự ra và điện thế ra lý thuyết tương ứng với mã số nhị phân vào. 
Hai số nhị phân kế nhau phải cho ra hai điện thế tương tự khác nhau đúng 1LSB, 
nếu không mạch có thể tuyến tính nhưng không đúng. 
2. Các tham số cơ bản 
Mục tiêu: 
 Trình bày được các tham số cơ bản của mạch chuyển đổi D/A. 
 Các bộ DAC có thể được tích hợp vào trong những IC, một số thông số cơ 
bản của nó như sau: 
 - Resolution: Bước nhảy của bộ DAC - Bước nhảy của bộ biến đổi D/A được 
định nghĩa là khoảng thay đổi nhỏ nhất của đầu ra khi có sự thay đổi giá trị đầu 
vào. Một bộ biến đổi D/A N bit: Số mức đầu ra khác nhau là 2N, số bước nhảy sẽ 
là 2N-1. Số bước nhảy quy ước là K thì  = 


 - Accuracy: Sai số sai số của bộ DAC 
 - Offset error: Đầu ra của DAC khi tất cà đầu vào bằng 0 
 - Settling time: Thời gian yêu cầu để DAC thực hiện biến đổi khi đầu vào 
chuyển đổi từ trạng thái all 0 đến trạng thái all 1. 
3. Các phương pháp chuyển đổi 
Mục tiêu: 
 Trình bày được các phương pháp chuyển đổi D/A. 
3.1. Chuyển đổi D/A theo phương pháp thang điện trở 
 Mạch còn có tên gọi khác là phương pháp dùng mạng điện trở hình thang. 
Nội dung của phương pháp như sau: 
 Sơ đồ nguyên lý bộ D/AC 4 bit thực hiện như ở hình dưới đây. 
Cho R
F 
= 2R và lần lượt 
Cho b
3 
= 1 các bit khác = 0, ta được: v
0 
= -8(Vr /24) 
Cho b
2 
= 1 các bit khác = 0, ta được: v
0 
= -4(Vr /24) 
Cho b
1 
= 1 các bit khác = 0, ta được: v
0 
= -2(Vr /24) 
Cho b
0 
= 1 các bit khác = 0, ta được: v
0 
= - (Vr /24) 
Ta thấy v
0 
tỉ lệ với giá trị B của tổ hợp bit 
B = (b
3 
b
2 
b
1 
b
0 
)
2 
v
0 
= - B(Vr /24) 
3.2. Chuyển đổi D/A theo phương pháp mạch điện trở 
 Còn được gọi là phương pháp dùng mạng điện trở có trọng số khác nhau. 
Sơ đồ nguyên lý của mạch điện thực hiện một bộ chuyển đổi D/A 4 bít và 
nguyên lý hoạt động của nó như sau: 
Ở mạch trên, nếu thay OP-AMP bởi một điện trở tải, ta có tín hiệu ra là dòng 
điện. Như vậy OP-AMP giữ vai trò biến dòng điện ra thành điện thế ra, đồng 
thời nó là một mạch cộng 
Ta có v
0 
= - R
F
.I = - (2
3
b
3 
+ 2
2
b
2 
+ 2b
1
+b
0
)Vr.R
F
/2
3
R 
 = - (2
n-1 
b
n-1 
+ 2
n-2 
b
n-2 
+ ........+ 2b
1 
+ b
0
)Vr.R
F 
/2
n-1
.R 
Nếu R
F 
= R thì: 
v
0 
= -(2
n-1 
b
n-1 
+ 2
n-2 
b
n-2 
+ ........+ 2b
1 
+ b
0
)Vr. /2
n-1
. 
Ví dụ: 
 1- Khi số nhị phân là 0000 thì v
0 
= 0 
 1111 thì v
0 
= -15Vr / 8 
 2 - Với Vr = 5V ; R = R
F 
= 1kΩ 
Ta có kết quả chuyển đổi như sau: 
Mạch có một số hạn chế: 
- Sự chính xác tùy thuộc vào điện trở và mức độ ổn định của nguồn tham 
chiếu Vr 
- Với số nhị phân nhiều bit thì cần các điện trở có giá trị rất lớn, khó thực 
hiện. 
3.3. Chuyển đổi D/A theo phương pháp dùng nguồn dòng có trọng số khác nhau. 
 Sơ đồ nguyên lý của mạch điện thực hiện một bộ chuyển đổi D/A 4 bít và 
nguyên lý hoạt động của nó như sau: 
4. Lắp ráp, sửa chữa mạch chuyển đổi D/A 
Mục tiêu: 
 Lắp được mạch chuyển đổi D/A theo sơ đồ nguyên lý; đo và cân chỉnh 
được mạch chuyển đổi vừa lắp đúng yêu cầu kỹ thuật. 
4.1. Chuẩn bị vật tư và dụng cụ 
 - Linh kiện kiểm tra xác định theo sơ đồ nguyên lý. 
 - Chuẩn bị máy phát cao tần, máy hiện sóng; Đồng hồ vạn năng số, mỏ 
hàn; Bo mạch in đa năng (có thể chuẩn bị mạch in)  
4.2. Lắp mạch 
 Sơ đồ nguyên lý mạch D/AC 8 bit theo phương pháp mạng điện trở có 
trọng số khác nhau dùng IC DAC loại AD7524 
Trình tự thực hiện: 
 Khảo sát sơ đồ chân của IC AD7524 
 Lắp mạch trên bo đa năng: 
 - Yêu cầu chuẩn bị các linh kiện, dây nối được vệ sinh và tráng thiếc trước 
khi dùng làm phần tử kết nối trong mạch. 
 - Bố trí các linh kiện hợp lý 
 - Các đường dây nối trong mạch phải sóng, đẹp, không chồng chéo, dễ 
quan sát khi hiệu chỉnh và sửa chữa. 
 - Mối hàn phải ngấu, bóng. 
 - Phải biết tiến hành kiểm tra nguội mạch để đảm bảo không gây chạm, 
chập, hở mạch hoặc các lỗi khác trước khi cấp nguồn và tín hiệu đầu vào. 
 - Mạch phải đảm bảo hoạt động đúng yêu cầu khi cấp nguồn đúng định 
mức và tín hiệu số ở đầu vào. 
 Lắp mạch dùng IC trên bo mạch in chuẩn bị sẵn: 
 - Yêu cầu mạch in chuẩn bị sẵn (theo các phần mềm thiết kế mạch in đã 
có) phải sạch, các đường mạch in phải liền theo đúng sơ đồ lắp ráp đã được thiết 
kế trước (không có đoạn mạch in nào được thiết kế là liên mà lại bị đứt trên bo 
mạch in chuẩn bị cho lắp ráp). 
 - Có sơ đồ lắp ráp kèm theo. 
 - Khi lắp phải cắm đúng vị trí và chiều các linh kiện theo đúng sơ đồ lắp 
ráp, mối hàn phải ngấu, bóng, gọn, không gây chạm chập trên mạch in. 
 - Phải biết tiến hành kiểm tra nguội mạch để đảm bảo không gây chạm, 
chập, hở mạch hoặc các lỗi khác trước khi cấp nguồn và tín hiệu đầu vào. 
 - Mạch phải đảm bảo hoạt động đúng yêu cầu khi cấp nguồn đúng định 
mức và tín hiệu số ở đầu vào. 
4.3. Thực hành đo và cân chỉnh 
4.4. Sửa chữa một số mạch D/A thường gặp. 
Tài liệu tham khảo: 
- Giáo trình kỹ thuật số: Sách dùng cho các trường đào tạo hệ trung học chuyên 
nghiệp – Nguyễn Viết Nguyên – NXB Giáo dục - 2002 
- Nguyễn Thúy Vân – Kỹ thuật số - NXB Khoa học và kỹ thuật – 1996 
- Hồ Tấn Mẫn – Hệ thống kỹ thuật số nhập môn – NXB Đà Nẵng – 2002 
- Giáo trình kỹ thuật số - ĐH SPKT TP. HCM 
- Kỹ thuật xung số - NXB Khoa học và Kỹ thuật 2004 
- Th.s Đặng Ngọc Khoa - Bài giảng Kỹ thuật số - Khoa Điện – Điện tử - ĐHCN 
TP Hồ Chí Minh.