Xây dựng phần mềm điều khiển card lấy mẫu để thực hiện vi lấy mẫu đối với tín hiệu âm tần
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học và công nghệ thì máy tính điệ tử trở thành một công cụ hỗ trợ đắc lực nhất và hiệu quả nhất. Do vậy nhu cầu nghiên cứu và riển khai những ứng dụng do máy tính mang lại là những việc làm hết sức cần thiết đối với Sinh Viên các nghành kỹ thuật đặc biệt là Sinh VIên thuộc nghành Điện Tử Viễn Thông . Để dáp ứng được những đòi hỏi thiết thực đó, việc đi sâu tìm hiểu về phần cứng máy tính (Hardware) và đi đến......
X©y dùng phÇn mÒm ®iÒu khiÓn Card lÊy mÉu ®Ó thùc hiÖn vi
lÊy mÉu ®èi víi tÝn hiÖu ©m tÇn
1. Më ®Çu.
Ngµy nay, víi sù ph¸t triÓn cña khoa häc vµ c«ng nghÖ th× m¸y tÝnh
®iÖ tö trë thµnh mét c«ng cô hç trî ®¾c lùc nhÊt vµ hiÖu qu¶ nhÊt. Do vËy
nhu cÇu nghiªn cøu vµ riÓn khai nh÷ng øng dông do m¸y tÝnh mang l¹i lµ
nh÷ng viÖc lµm hÕt søc cÇn thiÕt ®èi víi Sinh Viªn c¸c nghµnh kü thuËt
®Æc biÖt lµ Sinh VIªn thuéc nghµnh §iÖn Tö ViÔn Th«ng . §Ó d¸p øng ®îc
nh÷ng ®ßi hái thiÕt thùc ®ã, viÖc ®i s©u t×m hiÓu vÒ phÇn cøng m¸y tÝnh
(Hardware) vµ ®i ®Õn x©y dùng phÇn mÒm ®iÒu khiÓn lµ hÕt søc quan
träng.
§îc sù ®ång ý cña khoa Kü ThuËt §iÖn Tö I vµ sù gióp ®ì nhiÖt t×nh
cña thÇy gi¸o Lª Minh TuÊn , chóng t«i ®· l¾p r¸p vµ thi c«ng mét øng dông
cô thÓ , ®ã lµ phÇn "PhÇn mÒm ®iÒu khiÓn Card lÊy mÉu ®èi víi tÝn
hiÖu ©m tÇn ghÐp nèi víi m¸y tÝnh". Qua ®ã gióp chóng t«i hiÓu thªm
vÒ nghuyªn lý ho¹t ®éng c¬ b¶n cña m¸y tÝnh nãi chung vµ cña c¸c thiÕt bÞ
Ngo¹i vi ghÐp nèi víi m¸y tÝnh nãi riªng, ®ång thêi còng t¹o ra dîc mét c«ng
cô thùc hµnh thùc sù hiÖu qu¶ trong viÖc ph©n tÝch vµ xö lý tÝn hiÖu.
2. Néi dung ®Ò tµi.
2.1. C¬ së lý thuyÕt.
§Ó l¾p r¸p thµnh c«ng Card l¸y mÉu ta cÇn nghiªn cøu c¸c néi dung sau :
2.1.1. LÊy mÉu tÝn hiÖu
Thêng tÝn hiÖu truyÒn ®i lµ tÝn hiÖu liªn tôc, viÖc lÊy mÉu tÝn hiÖu
cho phÐp truyÒn ®i kh«ng ph¶i lµ tÊt c¶ c¸c gi¸ trÞ cña hµm mµ chØ
truyÒn ®i nh÷ng gi¸ trÞ rêi r¹c cña hµm. §Ó ®Çu thu cã thÓ kh«i phôc l¹i
1
chÝnh x¸c tÝn hiÖu ≤ ®Çu viÖc lÊy mÉu ph¶i tu©n theo ®Þnh lý
Ts ban
Kachenhicop : 2 f max
víi T s lµ chu kú lÊy mÉu.
2.1.2. Lîng tö ho¸
Lîng tö ho¸ lµ thay thÕ mét tÝn hiÖu t ¬ng tù ®· lÊy mÉu b»ng tËp h÷u
h¹n c¸c møc biªn ®é tøc lµ biÕn ®æi tÝn hiÖu liªn tôc theo thêi gian thµnh
tÝn hiÖu biªn ®é rêi r¹c. ¦u ®iÓm cña l îng tö ho¸ lµ gi¶m ®îc ¶nh hëng cña
t¹p ©m trong hÖ thèng. Cã hai ph¬ng ph¸p lîng tö ho¸ th«ng dông :
- Lîng tö ho¸ ®Òu.
- Lîng tö ho¸ kh«ng ®Òu.
2.1.3. M· ho¸
M· ho¸ lµ qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi c¸c gi¸ trÞ rêi r¹c nhËn ®îc tõ qu¸ tr×nh
lîng tö sang biÓu diÔn díi d¹ng tËp hîp c¸c ký hiÖu còng chÝnh lµ qu¸ tr×nh
sè ho¸ tÝn hiÖu lÊy mÉu. C¸c lo¹i m· th êng dïng ®Ó m· ho¸ :
- M· BCD (Binary Code Decimal)
- M· bï hai, bï mét.
- M· nhÞ ph©n th«ng th êng.
2.1.4. C¸c ph¬ng ph¸p chuyÓn ®æi A/D (Analog to Digital)
TÝn hiÖu xö lý trong m¸y tÝnh lµ tÝn hiÖu sè, do ®ã cÇn cã qu¸ tr×nh
chuyÓn ®æi tÝn hiÖu thùc th êng ë d¹ng t ¬ng tù thµnh tÝn hiÖu sè. C¸c ph-
¬ng ph¸p chuyÓn ®æi A/D th«ng dông (Xem thªm ë tµi liÖu tham kh¶o)
2.1.5. C¸c ph¬ng ph¸p chuyÓn ®æi D/A
TÝn hiÖu sè sau khi ®îc xö lý ®îc t¸i t¹o trë vÒ d¹ng tÝn hiÖu ban ®Çu
nhê qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi D/A (Digital to Analog). C¸c ph¬ng ph¸p chuyÓn
®æi D/A th«ng dông (Xem thªm ë tµi liÖu tham kh¶o)
2.2. ThiÕt kÕ Card lÊy mÉu ghÐp nèi víi m¸y tÝnh.
2.2.1. S¬ ®å khèi Card lÊy mÉu.
Cã hai ph¬ng ph¸ph ghÐp nèi mét thiÕt bÞ ngo¹i vi víi m¸y tÝnh :
- Ph¬ng ph¸p ghÐp nèi ngoµi qua cæng nèi tiÕp hoÆc song song
- Ph¬ng ph¸p ghÐp nèi trong qua c¸c khe c¾m më réng cña m¸y tÝnh.
Víi thiÕt bÞ ngo¹i vi lµ Card lÊy mÉu ta sö dông ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn
vµo ra b»ng ch¬ng tr×nh qua cæng vµo ra t¸ch biÖt t¹i slot më réng cña m¸y
tÝnh ,ph¬ng ph¸p nµy cã nhiÒu u ®iÒm ®èi víi bµi to¸n .
HÖ thèng thiÕt kÕ cã c¸c u ®iÓm:
+ ®¶m b¶o ®îc sù ®ång bé gi÷a PC vµ cÊc cæng vµo ra
+ gi¶i m· ®Þa chØ ®Ó chän cæng ®îc phÐp trao ®æi d÷ liÖu víi
PC
+ ®¶m b¶o s thu ph¸t ®ång bé gi÷a BUS d÷ liÖu cña PC vµ BUS d÷
liÖu cña thiÕt bÞ ngo¹i
+ lËp tr×nh ®îc tÇn sè lÊy mÉu.
S¬ ®å khèi cña Card lÊy mÉu nh sau:
M ach giao
M ¹ch
T iÕp
Slot tr Ých vµ T Ýn hiÖu vµo
8255A
cña ADC gi÷ mÉu
m¸y M ¹ch gi¶ i 0809
tÝnh m·
H×nh 1. S¬ ®å khèi cña Card lÊy mÉu ghÐp nèi víi m¸y tÝnh.
Chøc n¨ng c¸c khèi :
2.2.1.1. M¹ch giao tiÕp PPI-8255A (Pheriferal Programmale Interface)
PPI-8255A lµ vi m¹ch phèi ghÐp vµo/ra lËp tr×nh ®îc. Do kh¶ n¨ng
mÒm dÎo trong c¸c øng dông thùc tÕ nã lµ m¹ch phèi ghÐp ®îc dïng
rÊt phæ biÕn cho c¸c hÖ vi xö lý 8-16 bit.
8255A cã bèn chÕ ®é lµm viÖc :
- ChÕ ®é 0 : cßn gäi lµ chÕ ®é vµo ra c¬ së.
- ChÕ ®é 1: lµ chÕ ®é vµo ra cã xung cho phÐp.
- ChÕ ®é 2: lµ chÕ ®é vµo ra hai chiÒu.
- ChÕ ®é lËp xo¸ tõng bit PCi
§Ó ®¬n gi¶n trong thiÕt kÕ ta chän 8255A lµm viÖc ë chÕ ®é 0.
2.2.1.2. Vi m¹ch ADC0809
§©y lµ vi m¹ch chuyÓn ®æi t ¬ng tù sè 8 bit, nã cã u ®iÓm t¬ng
thÝch hä TTL, nã cã 8lèi vµo tÝn hiÖu t ¬ng tù riªng biÖt vµ t ¬ng ®èi
dÔ sö dông ®Ó ghÐp nèi, c¸c ch©n d÷ liÖu cã trë kh¸ng cao cã thÓ nèi
th¼ng vµo BUS mµ kh«ng cÇn ®Öm. Trong s¬ ®å thiÕt kÕ ta sö
dông hai lèi vµo IN- 0 vµ IN- 1 (xem s¬ ®å m¹ch cña Card lÊy mÉu).
trong ®ã mét lèi vµo tÝn hiÖu cã lÊy vµ gi÷ mÉu (IN-0) vµ mét lèi
vµo tÝn hiÑu kh«ng cã lÊy vµ gi÷ mÉu.
2.2.1.3. Khe c¾m më réng (Expansion Slot)
Khe c¾m cña m¸y tÝnh lµ bé phËn trung gian ®Î nèi ghÐp hÖ
thèng m¸y tÝnh víi thiÕt bÞ ngo¹i vi më réng. §©y lµ c¸c khe c¾m më
réng trªn Mainboard cña c¸c PC. Khe c¾m sö dông trong m¹ch thuéc
lo¹i CON AT62B cã 62 ch©n víi 8 bit gi÷ liÖu, 20bit ®Þa chØ.
2.2.1.4. M¹ch lÊy vµ gi÷ mÉu (Sample & Hold)
M¹ch lÊy vÇ gi÷ mÉu th êng ®îc chÕ t¹o ë d¹ng vi chuyªn dông, vi
dô nh LF38. Tuy nhiªn c¸c m¹ch trÝch vµ gi÷ mÉu trªn thÞ tr êng hiÖn
nay rÊt hiÕm. trong khi thiÕt kÕ Card lÊy mÉu chóng t«i ®· l¾p r¸p
thµnh c«ng m¹ch lÊy vµ gi÷ mÉu tõ c¸c linh kiÖn rêi cã s½n (xem s¬
®å m¹ch cña Card lÊy mÉu).
2.2.1.5. M¹ch gi¶i m· ®Þa chØ
§Ó cho 8255A ho¹t ®éng ta ph¶i tiÕn hµnh gi¶i m· ®Þa chØ ®Ó
chän ®óng ®Þa chØ qui ®Þnh cho 8255A. §Þa chØ cho c¸c khèi nh sau
:
+ 300H cho cæng A (cña 8255A).
+ 301H cho cæng B.
+ 302H cho cæng C.
+ 303H cho thanh ghi tõ ®iÒu khiÓn.
Ta cã, ®Þa chØ dµnh cho Card : tõ 300H ®Õn 303H do ®ã ta chØ
cÇn dïng 2 bit ®Þa chØ thÊp nhÊt cña BUS ®Þa chØ A 0, A 1 lµ ®ñ .
Mét ®Þa chØ vµo ra 10 bit ®îc biÓu diÔn nh sau :
A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1
A0
Tõ nh÷ng ph©n tÝch trªn chóng t«i ®· l¾p thiÕt kÕ thµnh c«ng Card lÊy
mÉu cã s¬ ®å m¹ch nh ®· dÉn. Trong m¹ch cßn dïng bé biÕn ®æi D/A 0808
®Ó lÊy tÝn hiÖu t¬ng tù ra.
2.3. ThuËt to¸n vµ ch¬ng tr×nh.
Dùa trªn s¬ ®å khèi cña Card ghÐp nèi, nghuyªn t¾c ho¹t ®éng cña c¸c vi
m¹ch ®· dïng, chóng t«i ®· x©y dùng phÇn mÒm ®iÒu khiÓn Card lÊy mÉu
víi thuËt to¸n nh sau : B¾t
§Æt chÕ ®é cho
8255 A
Chän chÕ ®é
(cã sample& hold
hay k h«ng)
N hËp sè ®iÓm tÝn
hiÖu ( npt) , i=1
§iÒu k hiÓn qu¸ tr ×nh
lÊy mÉu vµ chuyÓn
®æi
§äc bÝt EOC
1 1 0 0 0 0 0 0 A A
S EOC=1? 1 0
§
§äc d÷ liÖu tõ
cæng A , i=i+1
S §
i=npt ? KÕt thóc
3. Ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu
Tuú vµo kh¶ n¨ng vµ kinh nghiÖm cña ngêi thùc hiÖn mµ cã nhiÒu ph¬ng
ph¸p nghiªn cøu kh¸c nhau. Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc chóng t«i ®· sö dông
ph¬ng ph¸p nghiªn cøu nh sau :
3.1. X¸c ®Þnh ®îc néi dung chÝnh cña ®Ò tµi, x¸c ®Þnh ®îc c¸c b-
íc thùc hiÖn.
3.2. Nghiªn cøu tµi liÖu: tõ yªu cÇu cña ®Ò tµi t×m liÖu tham
kh¶o. Sau khi nghiªn cøu kü tµi liÖu viÕt ®îc sÏ hoµn thµnh c¬ së lý
thuyÕt phôc vô cho c«ng viÖc thiÕt kÕ m¹ch ®iÖn.
3.3. X©y dùng ph¬ng ¸n: Tõ c¬ së lý thuyÕt, x©y dùng c¸c ph¬ng ¸n
cã thÓ cã. ThiÕt kÕ m¹ch ®iÖn theo ph¬ng ¸n ®· lùa chän. Chän
ng«n ng÷ lËp tr×nh thÝch hîp ®Ó viÕt ch¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn.
3.4. ThiÕt kÕ vµ l¾p r¸p: Trªn c¬ së ph¬ng ¸n ®· chän tiÕn hµnh
thiÕt kÕ vµ l¾p r¸p m¹ch. Ch¹y thö b»ng phÇn mÒm ®· viÕt ®îc.
KiÓm tra, ®Ênh gi¸ vµ hoµn thiÖn l¹i toµn bé ch¬ng tr×nh.
4. Kh¶ n¨ng øng dông trong thùc tiÔn:
Nh ë trªn ®· tr×nh bµy, hiÖn nay viÖc trang bÞ c¸c thiÕt bÞ thÝ nghiÖm
cho c¸c phßng thÝ nghiÖm ®iÖn tö lµ cÊp thiÕt. Mµ c¸c thiÕt bÞ nµy ®Òu
®îc nhËp ngo¹i. §Ò tµi ®îc ®Æt ra muèn nghiªn cøu kü vÒ kh¶ n¨ng chÕ t¹o
thiÕt bÞ ®o vµ øng dông ®Ò tµi vµo thùc tiÔn : dïng lµm thiÕt bÞ ®Ó
thùc hµnh.
Tuy ®· cã rÊt nhiÒu cè g¾ng, nhng do tr×nh ®é h¹n chÕ vµ thêi gian
gÊp rót nªn ®Ò tµi cßn nhiÒu thiÕu sãt. Mong r»ng ®îc sù gãp ý ch©n t×nh
cña c¸c thÇy c« gi¸o cïng toµn thÓ cÊc b¹n Sinh viªn ®Ó hoµn thµnh ®Ò tµi
tèt h¬n ë nh÷ng lÇn sau.
