Mạch tương tự là gì

Sự khác nhau giữa tín hiệu tương tự và kỹ thuật số : Bạn đã bao giờ thắc mắc về vấn đề này chưa. Nếu chưa thì bạn có thể theo dõi nó ở dưới đây.

Tải File Điện Tử Cơ Bản

Nhìn chung thông tin tương tự được chuyển thành tín hiệu có biên độ thay đổi. Và Nó phải được trơn tru và liên tục.

//youtu.be/Kpt-v-VQ9sg

Trong công nghệ kỹ thuật số, thông tin ở dạng 1 và 0. Chúng tôi gọi là hệ nhị phân. Mỗi bit là hai biên độ riêng biệt.

Nó là một Dữ liệu liên tục. Có biên độ tín hiệu thay đổi. Sự thay đổi kích thước tín hiệu là dần dần và là một đường cong.

Một đại lượng thay đổi theo thời gian này đại diện cho một đại lượng khác theo thời gian.

Ta có thể thấy :

Chúng ta sẽ thấy loại tín hiệu này hoạt động xung quanh chúng ta, với các giá trị vật lý và tự nhiên. Ví dụ: tần số, giọng nói, gió, sóng, trọng lượng, ánh sáng, v.v.

Bạn có thể nhìn thấy một hình ảnh rõ ràng hơn chưa?

Trong điện tử cũng có rất nhiều dạng tương tự. Ví dụ:

Đầu ra từ LDR (cảm biến ánh sáng) hoặc Micrô, Âm thanh, Tần số bất kỳ, v.v.

Bộ khuếch đại công suất
Đây là một ví dụ khác về hệ thống tương tự. Bộ khuếch đại công suất sẽ tạo ra điện áp đầu ra. Giá trị nào trong phạm vi cung cấp điện của nó.

Đồng hồ đo tương tự Nó có thể hiển thị bất kỳ giá trị nào trong phạm vi có sẵn trên thang đo. Tuy nhiên, độ chính xác bị giới hạn bởi khả năng đọc của chúng ta.

Nhìn vào Điện kế 0-1mA

Ví dụ, Đồng hồ hiển thị 0,25mA. Kim của nó hướng vào khoảng giữa 0,2mA và 0,4mA. Nhưng chúng ta không thể đọc thang đo quá nửa vạch.

Tất cả các mạch điện tử đều bị nhiễu tín hiệu. Đây là một tín hiệu không mong muốn, trộn lẫn với tín hiệu mong muốn.

Ví dụ, một bộ khuếch đại có thể nhận và ngâm nga từ nguồn điện AC (50Hz AC ). Rất khó để loại bỏ nhiễu từ tín hiệu Analog. Bởi vì rất khó để phân biệt giữa nhiễu và tín hiệu mong muốn.

• Dễ dàng hơn trong quá trình xử lý
• Phù hợp nhất để truyền âm thanh và hình ảnh.
• Nó có chi phí thấp và có thể di chuyển được.
• Nó có mật độ cao hơn nhiều để có thể trình bày thông tin tinh tế hơn.
• Không cần thiết phải mua một bo mạch đồ họa mới.
• Sử dụng ít băng thông hơn âm thanh kỹ thuật số
• Cung cấp cách thể hiện âm thanh chính xác hơn
• Nó là dạng tự nhiên của âm thanh.

• Chất lượng tín hiệu thấp hơn kỹ thuật số.
• Các dây cáp rất nhạy cảm với các tác động bên ngoài.
• Giá thành của dây Analog cao và không dễ di chuyển.
• Tính khả dụng thấp của các mô hình có giao diện kỹ thuật số.
• Việc ghi lại âm thanh tương tự trên băng khá tốn kém nếu băng bị hỏng
• Nó cung cấp những hạn chế trong việc chỉnh sửa
• Băng đang trở nên khó tìm
• Khá khó để đồng bộ hóa âm thanh analog
• Chất lượng dễ bị mất
• Dữ liệu có thể bị hỏng
• Nhiều thiết bị ghi và định dạng có thể trở nên khó hiểu khi lưu trữ tín hiệu kỹ thuật số
• Âm thanh kỹ thuật số có thể cắt sóng âm thanh tương tự, có nghĩa là bạn không thể tái tạo hoàn hảo âm thanh
• Cung cấp giao diện nhiều người dùng kém.

Các tín hiệu liên quan đến dữ liệu rời rạc. Có một kích thước nhất định. Chúng có thể nhảy giữa hai giá trị: tín hiệu cao nhất và tín hiệu thấp nhất.

Hoặc các bước rời rạc như 0V hoặc 5V. Đồ thị thời gian của những tín hiệu này trông giống như sóng vuông. Hay chúng tôi gọi là trạng thái Logic.

Nhìn vào tín hiệu sóng vuông

Hệ thống kỹ thuật số được tạo thành từ các thiết bị như cổng logic, flip-flop, thanh ghi dịch chuyển và bộ đếm. Máy tính là một ví dụ về hệ thống kỹ thuật số.

Ngày nay, chúng ta thích sử dụng một Vi điều khiển như Arduino để thay thế một thiết bị tương tự thông thường.

Hơn nữa là gì?

Đồng hồ kỹ thuật số
Một ví dụ về mạch kỹ thuật số gần chúng ta nhất là đồng hồ vạn năng kỹ thuật số. Chúng ta có thể sử dụng nó để đọc nhiều giá trị và có độ chính xác cao hơn đồng hồ đo analog.

Hầu hết các hệ thống kỹ thuật số sử dụng một loại tín hiệu đơn giản. Mà chỉ có hai giá trị Loại tín hiệu này được gọi là tín hiệu logic. Bởi vì hai giá trị (hoặc trạng thái) này có thể được gọi là “true” và “false”. Thông thường, điện áp nguồn dương là + Vs thay vì true và 0V là false.

Ưu điểm rõ ràng của tín hiệu kỹ thuật số, chúng ta có thể loại bỏ tín hiệu nhiễu một cách dễ dàng. Nó là thuận tiện để phân biệt tín hiệu mong muốn. Mà nó có một giá trị cụ thể.

Ví dụ: Nếu tín hiệu logic có nghĩa là + 5V (Đúng) hoặc 0V (Sai) .. nhiễu cao tới 2,5V. Chúng ta có thể cắt nó ra. Chúng ta có thể cách ly tất cả các điện áp trên 2,5V là Đúng và điện áp nhỏ hơn 2,5V là Sai.

• Dữ liệu kỹ thuật số có thể được nén dễ dàng.
• Bất kỳ thông tin nào ở dạng kỹ thuật số đều có thể được mã hóa.
• Thiết bị sử dụng tín hiệu kỹ thuật số phổ biến hơn và ít tốn kém hơn.
• Tín hiệu kỹ thuật số làm cho các thiết bị đang chạy không bị lỗi quan sát như sai số thị sai và sai số xấp xỉ.
• Rất nhiều công cụ chỉnh sửa có sẵn
• Bạn có thể chỉnh sửa âm thanh mà không làm thay đổi bản sao gốc
• Dễ dàng truyền dữ liệu qua mạng

• Việc lấy mẫu có thể làm mất thông tin.
• A / D và D / A yêu cầu phần cứng tín hiệu hỗn hợp
• Tốc độ bộ xử lý bị hạn chế
• Phát triển lượng tử hóa và làm tròn lỗi
• Nó yêu cầu băng thông lớn hơn
• Hệ thống và xử lý phức tạp hơn.

Nhân tiện, chúng ta hãy so sánh chúng.

172Hình 1.1Trong kỹ thuật điện tử mạch tương tự là mạch xử lý các tín hiệu tương tự códạng như hình vẽ có nghĩa là trong cùng một khoảng thời gian xác định mạchphải xử lý n mức tín hiệu khác nhau- Tín hiệu số ( hình 1.2)Tín hiệu số là tín hiệu có biên độ gián đoạn theo thời gian. Biên độ chỉ cóhai mức như hình vẽ, mức (1) đại diện cho biên độ cao, mức (0) đại diện chobiên độ thấp.Hình 1.2Mạch số chỉ xử lý hai mức tín hiệu 0 hoặc1 trong cùng một khoảng thờigian mà thôi.1.2 Ưu và nhược điểm của kỹ thuật số so với kỹ thuật tương tựKỹ thuật số có nhiều ưu điểm so với kỹ thuật mạch tương tự khiến cho kỹthật số ngày càng phổ biến ở gần như hầu hết các lĩnh vực như: đo lường, điềukhiển tính toán, thông tin…Tuy nhiên kỹ thuật mạch tương tự cũng có những đặctính riêng mà mạch số không thể thay thế. Ưu điểm:Nhìn chung thiết bị số dễ thiết kế hơn: Đó là do mạch được sử dụng các vimạch chuyên dùng đã được thiết kế với chức năng định trước. Khả năng chống173nhiễu và sự méo dạng cao: Do đặc thù của hệ thống là chỉ xử lí hai mức tín hiệu1 và 0 và thời gian chuyển tiếp giữa chúng là rất nhanh nên khả năng chốngnhiễu rất cao, hơn nữa biên độ của tín hiệu nhiễu không đủ khả năng làm thayđổi giữa hai mức tín hiệu từ 0 sang 1 và ngược lại từ 1 sang 0. Trong khi đó ởthiết bị tương tự độ chính xác bị giới hạn vì mạch phải xử lí các tín hiệu liên tụctheo thời gian, hơn nữa các linh kiện sử dụng không thực sự tuyến tính.Do đó biên độ của tín hiệu nhiễu dễ dàng xâm nhập vào hệ thống và làmmất tính ổn định của hệ thống.Lưu trữ và truy cập dễ dàng, nhanh chóng: Do tín hiệu số chỉ có hai mứcnên việc lưu trữ ở những môi trường khác nhau (bộ nhớ bán dẫn, băng từ…) vàtruy cập rất thuận tiện.Độ chính xác và độ phân giải cao: Trong việc đo đạc thời gian, tần số , điệnthế v.v…kỹ thuật số cho độ chính xác và độ phân giải cao hơn kỹ thuật tương tự.Có thể lập trình hoạt động của hệ thống kỹ thuật số: Hoạt động của hệthống kỹ thuật có thể điều khiển theo một qui luật định trước bằng một tập lệnhgọi là chương trình. Cùng với việc ra đời của các vi xử lí và vi điều khiển làmcho việc tự động điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng hơn. Nhược điểmHầu hết các đại lượng vật lý điều mang bản chất của tín hiệu tương tự.Chính những đại lượng này thường là đầu vào và đầu ra của các hệ thống điềukhiển. Ví dụ như các đại lượng nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, vận tốc…Phân tíchcác đại lượng này theo thời gian đó chính là các đại lượng tương tự.Trong kỹ thuật người ta thường phải thực hiện biến đổi từ tín hiệu tương tựsang tín hiệu số và ngược lại. Điều này làm cho thiết bị thêm phức tạp và giáthành cao hơn. Tuy nhiên những bất lợi này bị lấn lướt bởi ưu điểm của kỹ thuậtsố nên việc chuyển đổi qua lại giữa kỹ thuật số và kỹ thuật tương tự là việc cầnthiết và trở nên phổ biến trong công nghệ ngày nay.Để tận dụng được những ưu điểm của kỹ thuật số và kỹ thuật tương tựngười ta sử dụng cả hai loại vào trong một hệ thống. Ở những hệ thống này khâuthiết kế cần quyết định khâu nào dùng kỹ thuật tương tự và khâu nào dùng kỹthuật số.2 . Hệ thống số và mã số- Mục tiêu: Phân biệt và chuyển đổi giữa các hệ thống số với nhau, ưu và nhượcđiểm của hệ thống mã số.2.1 Hệ thống số thập phân (Decimal system)174Trong hệ thập phân người ta sử dụng 10 ký tự từ 0 đến 9 kết hợp với cácdấu chấm, dấu phẩy để chỉ về lượng:Trong dãy số thập phân: dn-1…d2d1d0 theo qui ước từ phải qua trái vị trí củachúng thể hiện hàng đơn vị, hàng chục, hàng trăm, hàng nghìn . . . với phầnnguyên và ngược lại từ trái qua phải là phần chục, phần trăm, phần nghìn . . . đốivới phần lẻ sau dấu phẩy.Ví dụ: Hình 1.3, cho số thập phân 379,153 với phần nguyên là 379 và phầnlẻ là 153 được biểu diễn như sau:- 379,15310 = 3.102+7.101+9.100+1.10-1+5.10-2+3.10-3- 199910 = 1.103 + 9.102 + 9.101 +9.100 = 1000 + 900 + 90 + 9- 1,25 = 1.100 + 2.10-1 + 5.10-2 = 1,00 + 0,2 + 0,05 = 3,62510Nói tóm lại bất kì số nào cũng là tổng các tích giữa giá trị của mỗi chữ sốvới giá trị (gọi là trọng số) của nó.Hình 1.3Đối với một dãy số thập phân có n số hạng thì có 10 n giá trị và giữa hai giátrị liền kề nhau chênh lệch nhau 10 lần2.2 Hệ thống số nhị phân (Binary system)- Ký tự số : 0,1- Cơ số: 2Để biểu diễn số nhị phân người ta dùng hai kí số (digit) 0 và 1 để diễn tả vềlượng của một đại lượng nào đó.Một dãy số nhị phân chỉ tính phần nguyên đượcbiểu diễn như sau:bn-1bn-2. . .b2b1b0Qui ước mỗi số hạng là một bit. Bit tận cùng bên trái gọi là MSB (tức là bitcó giá trị lớn nhất) và bit ở tận cùng bên phải gọi là LSB (tức là bit có giá trị nhỏnhất).175Như vậy số nhị phân có n bit thì sẽ có 2 n giá trị khác nhau. Giá trị nhỏ nhấtlà 0. . .000 và giá trị lớn nhất là 1. . .111. Trọng số các bit từ thấp đến cao lầnlượt là 1, 2, 4, 8 và giữa hai bit kề nhau chênh lệch nhau 2 lần.Ví dụ: Số nhị phân 101012 = 1.24 + 0.23 + 1.22 + 0.21 + 1.20- 11,1012 = 1.21 +1.20 + 1.2-1 + 0.2-2 + 1.2-3 Chuyển đổi từ số nhị phân sang thập phân.Quy tắc chuyển như sau:bn-1bn-2. . .b2b1b0 = bn-1.2n-1+bn-2.2n-2. . . b2.22+b1.21+b0.20Ví dụ: Chuyển đổi số nhị phân sau sang số thập phân.a) 100111b) 11,1010Giải54a) 1001112 = 1.2 +0.2 +0.23+1.22+1.21+1.20= 32 + 0 + 0 + 4 +2 + 1 = 3910b) 11,10102 = 1.21+1.20+1.2-1+0.2-2+1.2-3+0.2-4= 2 + 1 + 1/2 + 1/8 Chuyển đổi từ số thập phân sang nhị phân.Quy tắc chuyển như sau:Sử dụng qui tắc chia 2 liên tiếp số A10 và lấy phần dư- Phần dư đầu tiên của phép chia là bit LSB- Phần dư cuối cùng cùng của phép chia là bit MSBVí dụ: Chuyển số thập phân A10 = 20 sang số nhị phânViệc chuyển đổi được tiến hành như sau:Kết quả: A2 = 010012.3 Hệ thống số bát phân (Octal system)- Ký tự số : 0,1,2,3,4,5,6,7- cơ số: 8Trong hệ thống số bát phân người ta dùng các số từ 0 đến 7 để mô tả vềlượng của một đại lượng và cũng theo luật vị trí trọng số của 8 m (m=. . .-2,1,0,1,2. . .). Một dãy số octal được biểu diễn như sau:0n-10n-2. . .020100176Trong đó một dãy số bát phân có n số hạng thì sẽ có 8 n giá trị khác nhau, giátrị thấp nhất là 0. . .000 và giá trị lớn nhất là 7. . .777. Trọng số các bit từ thấpđến cao lần lượt là 1, 8, 64. . .và giữa hai số liền kề nhau chênh lệch nhau 8 lần Chuyển đổi từ bát phân sang thập phânQuy tắc chuyển như sau:0n-10n-2. . .020100 Chuyển đổi số thập phân sang biểu diễn số bát phânQuy tắc chuyển như sau:Để thực hiện chuyển từ A10 sang A8 ta thực hiện phép chia của A10 cho A8rồi lấy phần dưVí dụ: Cho A10 = 435 hãy tìm A8=?GiảiTa có: 435/8 = 54 + dư 3 (LSO)54/8 = 6 + dư 66/8 = 0 + dư 6 (MSO)Kết quả: A8 = 663 Chuyển đổi một số bát phân sang số nhị phânĐể thực hiện chuyển đổi ta thay thế một ký tự số bằng một số nhị phân 3bit tương ứng theo bảng sau:Ví dụ: - 4 7 28 = 100 111 0102 ; 108 = 001 0002;2.4 Hệ thống số thập lục phân (Hexadecimal system)- Ký tự số : 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F- Cơ số: 16Hệ HEX sử dụng 16 kí tự bao gồm 10 số tự nhiên từ 0 đến 9 và các chữ cái inhoa gồm A, B, C, D, E, F để diễn tả 16 số thập phân từ 0 đến 15.Lý do dùng hệ thập lục phân là vì một số nhị phân 4 bit có thể diễn tả được42 = 16 giá trị khác nhau nên rất thuận lợi cho hệ thống số nào đó chỉ dùng mộtký tự mà có thể tương ứng với số nhị phân 4 bit, đó là hệ thập lục phân.177Một dãy Hex được biểu diễn như sau: hn-1hn-2. . .h2h1h0Như vậy trong dãy số Hex có n số hạng thì sẽ có 16 n giá trị khác nhau, giá trị nhỏnhất là 0. . .000 và giá trị lớn nhất là F. . .FFF. Trọng số các bit lần lượt là 1, 16,256. . . và trọng số của hai số hạng kề nhau chênh lệch nhau 16 lần. Chuyển đổi số thập lục phân sang số thập phânVí dụ: 2 E16 = 2.161 + 14.160 = 46100 1 2 C , D16 = 0.163 + 1.162 + 2.161 + 12.160 + 13.16-1=0 + 256 + 32 + 12 + 0,0625 = 300,06510Ghi chú: nếu số thập lục phân bắt đầu bằng chữ thì khi viết phải thêm số 0 vàotrước, ví dụ: EF → 0EF. Chuyễn đổi số thập phân sang số thập lục phân- Thực hiện theo quy tắc lấy A10 chia cho A16 rồi lấy phần dưVí dụ: Cho A10 = 5001 tìm A16 = ?GiảiTa có: 5001/16 = 312 + dư 9312/16 = 19 + dư 819/16 = 1 + dư 31/16 = 0 + dư 1Kết quả: A16 = 1389 Chuyển đổi thập lục phân sang biểu diễn số nhị phân- Thực hiện theo quy tắc biểu diễn một ký số thập lục phân bằng mộtnhóm tổ hợp 4 bit nhị phânVí dụ: Với A16 = 4EFB suy ra A2 = 0100 1110 1111 1011Với A16 = BCD2 suy ra A2 = 1011 1100 1101 0010- Bảng hình 1.4 mô tả quan hệ giữa hệ thập phân, thập lục phân và nhị phân4 bitThập phânThập lụcNhị phânphân0000001100012200103300114401005501016601107701111788910111213141589ABCDEF10001001101010111100110111101111Hình 1.42.5 Mã BCD (Binary code decimal)Thông tin được xử lí trên mạch số điều là các số nhị phân nên mọi thông tindữ liệu dù là số lượng, các chữ, các dấu, các mệnh lệnh sau cùng phải ở dạng nhịphân thì mạch số mới hiểu và xử lí được. Do đó phải qui định cách thức mà cácsố nhị phân dùng để biểu diễn các dữ liệu khác nhau từ đó xuất hiện các mã số.Trước tiên mã thập phân thông dụng nhất là mã BCD (Binary code decimal: mãcủa số thập phân được mã hóa theo số nhị phân).Vì ký số thập phân lớn nhất là 9 nên ta cần 4 bit để mã hóa mỗi kí số thậpphânVí du: Để minh họa mã BCD ta tiến hành mã hóa số thập phân 2352sangmã BCD. Trong đó mỗi kí số của hệ thập phân được biểu diễn bởi một tổ hợp mãBCD như sau:Mỗi số thập phân được đổi sang số nhị phân tương đương và luôn luôndùng 4 bít cho từng số thập phânMã BCD biểu diễn mỗi số thập phân bằng một số nhị phân 4 bit và ta nhậnthấy rằng chỉ có các số từ 0000 đến 1001 được sử dụng, ngoài các nhóm số nhịphân 4 bit này không được dùng làm mã BCD.Ví dụ: Đổi số BCD sang số thập phâna) 1000100100100110BCDb) 1100100001010111BCDGiảia) Chia số BCD thành từng nhóm 4 bit và đổi mỗi nhóm sang thập phân179Kết quả số thập phân tương ứng là: 892610b) Tương tự như câu a ta có Ưu điểm : Chính của mã BCD là dễ dàng chuyển đổi từ mã thập phân sang nhịphân và ngược lại bằng cách chỉ cần nhớ các nhóm mã 4 bit ứng với các kí sốthập phân từ o đến 9.- So sánh mã BCD và mã nhị phânTa cần phải hiểu rằng mã BCD không phải là một hệ thống số như hệ thốngsố thập phân, nhị phân, bát phân và thập lục phân. Mà thật ra, BCD là hệ thậpphân với từng kí số được mã hóa thành giá trị nhị phân tương ứng và cũng phảihiểu rằng mã BCD không phải là một mã nhị phân quy ước.Mã nhị phân quy ước biểu diễn số thập phân hoàn chỉnh ở dạng nhị phân,còn mã BCD chỉ chuyển đổi từng ký số thập phân sang số nhị phân tương ứng2.6 Mã ASCIINgoài dữ liệu dạng số máy tính còn có khả năng thao tác thông tin khác sốnhư mã biểu thị mẫu tự abc, dấu chấm câu, những ký tự đặc biệt cũng như ký tựsố. Những mã này được gọi chung là mã chữ số. Bộ mã chữ số hoàn chỉnh baogồm 26 chữ thường, 26 chữ hoa, 10 ký tự số, 7 dấu chấm câu và chừng độ 20đến 40 ký tự khác. Ta có thể nói rằng mã chữ số biểu diễn mọi ký tự và chữ sốcó trên bàn phím máy tính.Mã chữ số được sử dụng rộng rãi hiện nay là mã ASCII( AmericanStandard Code Information Interchange).Mã ASCII là bộ mã có 7 bit nên có 2 7= 128 nhóm mã đủ để biểu thị tất cảcác ký tự trên bàn phím máy tính.Bảng danh sách bảng mã ASCIIKý tựMã ASCII 7 bitOctalHexaA100 000110141B100 001010242C100 001110343D100 010010444E100 010110545