184
Bài 14: Bộ chuyển đổi số tơng tự
(Digital to Analog Converter)
A. Phần tóm tắt lý thuyết
Ngày nay các hệ xử lý tín hiệu số yêu cầu tín hiệu tơng tự phải đợc chuyển
đổi thành tín hiệu số qua bộ biến đổi Tơng tự - Số (Analog to Digital Converter -
ADC). Tín hiệu số đợc truyền đi, hoặc đợc đa vào máy tính xử lý Kết quả
cuối cùng dạng số cần phải chuyển đổi trở lại tín hiệu tơng tự qua bộ biến đổi Số
- Tơng tự (Digital to Analog Converter - DAC) để hiển thị cho ta quan sát. Quá
trình đó biểu diễn mô hình của một hệ xử lý số (Digital Processing
Unit/System). Hệ xử lý số có đầu vào và đầu ra là tín hiệu tơng tự đợc mô tả
trên hình sau:
Điện áp đầu vào có thể thay đổi liên tục từ 0v
ữ
6V. Bộ biến đổi tơng tự / số
ADC chuyển thông tin tơng tự thành thông tin số ở đầu vào. Bộ biến đổi số /
tơng tụ DAC chuyển thông tin số thành thông tin tơng tự ở đầu ra.
1. Bộ biến đổi số / tơng tự (DAC) kiểu mạng điện trở.
Nhiệm vụ của bộ biến đổi số/ tơng tự (DAC) là chuyển đổi tín hiệu số thành
tín hiệu tơng tự. Một tín hiệu nhị phân đợc dẫn đến các đầu vào của DAC sẽ
cho ra một điện áp tơng ứng ở đầu ra. Hình sau mô tả chức năng của DAC và
bảng chân lý kèm theo. Số liệu ghi trên bảng này chỉ là một ví dụ cho dễ hiểu.
DAC nói trên có thể biểu diễn dới dạng tổng quát bằng mạch logic tơng
đơng cho trên hình dới đây.
Đầu vào
nhị phân
Đầu ra
tơng tự
Đờng
D C B A V
ra
(v)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
0 0 0 0

6,0
-12V
+12V
LSB
MSB
Mạng điện trở
Khuếch đại tổng
+
3V
D
C B A
LM339
R4
18.75k
R3
37.5k
R2
75k
R1
150k
Rf
20k
V

186

Theo lý thuyết của mạch khuếch đại thuật toán, ta có phơng trình:
R
V
vao
()
f
ra
R
V
ABCD =+++
0123
2222
Từ đó, công thức tổng quát tính cho V
ra
là :

(
)
ABCD
R
R
VV
f
vaora
0123
2222 +++=

Ngời đọc dễ dàng lập lại bảng chân lý theo công thức trên đây với V
vào

187

Điện áp đầu ra đợc tính theo công thức sau đây :

(
)
ABCD
R
R
VV
f
vaora
0123
2222
16
+++=
Khoá đóng ứng với mức logic 1
Khoá ngắt ứng với mức logic 0

Mạng điện trở
Vin
A
B
C
D
2R
2R
2R
2R
2R
R
R
R
Rf
V
Vo
td
Nguồn tơng đơng
Mạch chia thế không tải
Rtd
V
Vin
R2
R1

188

21
21

không tuỳ thuộc vào mạch có tải hay không có tải. Trở tơng đơng R
tđ

này thay thế cho 2 trở R
1
và R
2
đợc coi nh mắc song song (R
1
// R
2
).
Dựa theo mẫu Thevenin, ta dễ dàng tính cờng độ dòng tại đầu vào đảo (-)
của mạch khuếch đại tổng.
Giả sử đầu vào nhị phân DAC 4 bit này là 0001 ( A = 1, B = 0, C = 0, D = 0)
nghĩa là chỉ có khoá A đóng. Theo mẫu Thevenin, dòng vào sẽ là
R
V
vao
16

Nếu chỉ có khoá B đóng (0010) dòng vào sẽ là
R
V
vao
8

Nếu chỉ có khoá C đóng (0100) dòng vào sẽ là
R
V

ra
/R
f
. Sinh viên có thể tự thiết kế bộ DAC kiểu bậc thang R-2R với
số bit nhiều hơn. Các bộ DAC trên thị trờng cũng phân dòng theo kiểu bậc thang
R-2R.
td
Nguồn tơng đơngMạch chia thế có tải
Rt
Rt
R1
R2
Vin
V
Rtd

189

190
B. Phần thực nghiệm
1. Nghiên cứu sự hoạt động của DAC 8 bít
ở bài này chúng ta cho tín hiệu số 8 bít qua bộ chuyển đổi DAC, thu đợc
tín hiệu lối ra là tín hiệu tơng tự và đợc đo bằng vôn kế .
Sơ đồ thí nghiệm:
D0
5V
D1

Các bớc tiến hành thí nghiệm:
Bớc1:

Thực hiện vẽ mạch nh hình trên bằng cách sử dụng:
01 DAC 8 bít [Data Converters/D-A/DAC8]
08 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s)
04 Vôn kế [Analog/Intruments/Multimeter]
Chú ý:

[ ] Đờng dẫn để lấy linh kiện trong th viện
( ) Ký hiệu phím tắt
Bớc 2:

- Chọn chế độ mô phỏng analog: Simulation -> Analog Mode
- Đặt Multimeter hoạt động ở chế độ đo: DC Voltage
Bớc 3:

- Tiến hành thí nghiệm và điền đầy đủ vào bảng số liệu sau: 1912. DAC 8 bít (tiếp)
Cho sơ đồ khối sau:
D2
D1
D0
Vref-
Vref+
Vout
74LS161
CEP
CET
CP
D3
D2
D1
D0
PE
MR
TC
Q3
Q2
Q1
Q0
5V

Các bớc tiến hành thí nghiệm:
Bớc1:

Thực hiện vẽ mạch nh hình trên bằng cách sử dụng:
Số thập
phân
D

2
D
1
D
0
U
ra
(V)
0 00000000 128 10000000
32 160
64 192
96 224
128 256
Clock
Generator

1KHz
Counter
74LS161
CK
DAC 03
IN
OUT
Dao động ký

192
01 DAC 8 bít [Data Converters/D-A/DAC8]
02 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s)
01 Máy phát chức năng [Analog/Instruments/Signal Gen]
02 IC 74LS161 [Digital by Number/741xx/74161]

1

.

193
- Tính độ phân giải.
- Giải thích tại sao độ thay đổi điện áp giữa hai bậc liên tiếp là
255
10
v

- Sai số phi tuyến cho phép toàn thang đo tính ra % là bao nhiêu?
- Đầu vào nhị phân 0110.0110 ứng với đầu ra là bao nhiêu? 194
C. Phô lôc
Giíi thiÖu DataSheet c¸c h·ng s¶n xuÊt IC trªn thÕ giíi cña mét sè IC th«ng
dông sö dông trong bµi thùc hµnh.
1. Bé chuyÓn ®æi D/A 8 bit tèc ®é nhanh
(8-bit high speed D/A converter)
Tªn IC: DAC08