Làm thế nào chuyển đổi và phân biệt tín hiệu Analog và Digital?

Làm thế nào chuyển đổi và phân biệt tín hiệu Analog và Digital?

Làm thế nào chuyển đổi và phân biệt tín hiệu Analog và Digital?  Đây là một trong những câu hỏi được đông đảo lượng sinh viên năm nhất và năm hai được tìm hiểu. Đa phần điều là những người có sự tìm tòi học hỏi kiến thức liên quan đến lĩnh vực điện tử – tin học… Chính vì vậy, để có thể hiểu rõ thêm về hai loại tín hiệu phổ biến này. Trong bài viết về kiến thức lĩnh vực điện tử này, bài viết sẽ phân tích một góc nhìn tổng quát cho các bạn hiểu rõ thêm về tín hiệu tương tự và tín hiệu số.

Bên cạnh đó, cùng với những module dùng chuyển đổi tín hiệu khác sang dạng tín hiệu Analog hoặc Digital. Nhìn chung, đây thường là những bộ mà nó được sử dụng nhiều trong việc thi công dự án lắp đặt. Ngoài ra, cùng với một số board mạch được chế tạo dùng với mục đích chuyển đổi tín hiệu với giá thành sinh viên. Vì thế đối với những module này sẽ một phần nào đó giúp ích cho việc tìm hiểu tìm tòi kiến thức. Các bạn cùng đọc tham khảo thêm nhé!

Cách phân biệt tín hiệu Analog và Digital

Vì sao hai tín hiệu chúng ta thường bị nhầm lẫn? Câu trả lời đơn giản nhất đó là chúng ta đã chưa hiểu rõ về bản chất của mỗi loại tín hiệu. Hiện nay, đã có rất nhiều tài liệu đã từng đề cập về các khái niệm của hai loại tín hiệu trên.

Nhưng hầu hết, đối với tài liệu chuyên ngành bằng tiếng việt thì hầu như rất ít. Hoặc có rất ít người biết được cuốn sách như vậy. Còn đối với tài liệu tiếng anh thì nhiều vô kể. Nhưng là vì tiếng anh nên nhiều lưới học sinh hoặc sinh viên hạn chế tìm hiểu.

Quá trình tìm hiểu khái niệm về lý thuyệt tín hiệu Analog và Digital
Quá trình tìm hiểu khái niệm về lý thuyệt tín hiệu Analog và Digital

Trước khi tìm hiểu bản chất về các loại tín hiệu Analog và Digital. Thì bạn nên hiểu “tín hiệu” là gì? Các hành động như dơ tay vẫy chào, cử chỉ, nói, hành động…đều mong muốn truyền tải một thông điệp nào đó. Có thể là giữa người với người, người với thú nuôi…

Vậy về cơ bản, tín hiệu là dạng giao tiếp dùng để truyền tải một thông điệp. Như vậy, trong lĩnh vực điện tử hay tin học “tín hiệu” là một dạng ngôn ngữ dùng để cho các bộ phận giao tiếp được với nhau. Chúng thường chứa đựng các thông tin giúp cho thiết bị điện tử hiểu. Và điển hình cho tín hiệu trên đó là Analog và Digital.

Tín hiệu Analog là gì?

Tín hiệu Analog là loại tín hiệu nó mang gồm những thông tin như (điện áp, dòng điện hoặc công suất điện tử). Mặc khác, tín hiệu Analog còn được biết với tên gọi là tín hiệu tương tự. Nếu dùng một số máy đo dòng, chúng ta sẽ thấy rằng dạng biểu đồ tín hiệu Analog. Nó sẽ giống biểu đồ sin hoặc cos mà chúng ta đã được học trong toán.

Tín hiệu Analog là tín hiệu tương tự hình sin
Tín hiệu Analog là tín hiệu tương tự hình sin

Ngoài ra, nó là loại tín hiệu dùng để mô tả sự tương quan của giá trị (điện áp hoặ dòng điện) so với giá trị ở thực tế. Hiển đơn giản là, ví dụ bồn chứa nước cao từ 0-10m. Thì tín hiệu tương tự sẽ là 4-20mA. 4mA ứng với 0m và 20mA sẽ ướng với 10m.

Đặc trưng cho loại tín hiệu Analog này đó chính là dạng tín hiệu 4-20mA, 0-20mA, 0-10V, 0-5V…. Đây là hai loại tín hiệu phổ thông nhất. Điển hình là cảm biến điện đung do mức liên tục, đồng hồ đo lưu lượng. cảm biến áp suất…

Các loại cảm biến, đồng hồ đo lường thường là tín hiệu Analog
Các loại cảm biến, đồng hồ đo lường thường là tín hiệu Analog

Tuy nhiên, loại tín hiệu Analog này sẽ có những ưu điểm sau đây:

  • Là tín hiệu dễ dàng xử lý bằng phần mềm.
  • Đây là tín hiệu phù hợp nhất đối với việc truyền tải âm thanh và video.
  • Nó là loại tín hiệu có thể mô phỏng và cung cấp nhiều thông tin. Như là âm thanh, ánh sáng, nhiệt độ, vị trí, lưu lượng và áp suất.
  • Tín hiệu tương tự này cần sử dụng ít băng thông hơn để truyền đạt tín hiệu so với tín hiệu kỹ thuật số.

Tín hiệu Digital là gì?

Tín hiệu Digital hay tín hiệu xung được gọi chung là một dạng tín hiệu kỹ thuật số. Đồng thời, nó cũng là một dạng tín hiệu rời rạc. Bản chất của loại tín hiệu này dùng để truyền tải từng giá trị riêng biệt theo một khoảng thời gian.

Tín hiệu Digital là tín hiệu kỹ thuật số
Tín hiệu Digital là tín hiệu kỹ thuật số

Bên cạnh đó, tín hiệu digital này nó được phân tích ở dưới dạng tín hiệu hệ số nhị phân (binary). Dễ hiểu cho các bạn nào không hiểu về nhị phân đó là 0 và 1. Ngoài ra, giá trị của tín hiệu Digital này thường sẽ là 0V và VCC (1.8V, 3.3V hoặc 5V).

Thế nên, loại tín hiệu này hay được dùng cho video hay âm thanh, MDI, I2S hoặc AC97…Chủ yếu là mạch khuếch đại âm thành, mạch điều khiển xung IC…Do đó, chúng cũng sẽ có một vài ưu điểm được ứng dụng như:

  • Tín hiệu số này ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu, tiếng ồn hay biến dạng so với Analog.
  • Thiết bị xử dụng tín hiệu số này thường có giá thành rẻ hơn.
  • Xử lý tín hiệu linh hoạt hơn vì các hoạt động DPS có thể được thay đổi bằng cách sử dụng các hệ thống lập trình kỹ thuật số. Như C++, ngôn ngữ Arduino, C#…
  • Việc xử lý tín hiệu này sẽ đơn giản hơn nhiều lần so với tín hiệu Analog.
  • Hầu như, dạng tín hiệu kỹ thuật số này có độ chính xác tối ưu hơn.
  • Dễ dàng lưu trữ tín hiệu dựa vào các con IC, phương tiện từ tính hoặc quang học…

Tín hiệu Digital và Analog khác nhau như thế nào?

Dưới đây là bảng so sánh sự khác nhau giữa hai tín hiệu Digital và Analog. Như vậy, bạn sẽ có cái nhìn tổng quá về những ưu và nhược điểm của hai loại tín hiệu này. Và nhờ đó, bạn sẽ có thể phân biệt hai loại tín hiệu này có khác nhau rõ như thế nào.

ANALOG

DIGITAL

Tín hiệu Analog là loại tín hiệu tương tự. Nó dùng để biểu thị tín hiệu đo lường vật lý:Tín hiệu dạng Digital là dạng tín hiệu phân bổ theo thời gian.
Biểu đồ tín hiệu của nó giống hình Sin.Biểu đồ tín hiệu của nó là dạng sóng hình vuông.
Đây là dạng tín hiệu liên tục 4-20mA/ 0-10VĐây là tín hiệu dạng rời rạc 0 và 1
Cảm biến điện dung đo mức liên tục, cảm biến siêu âm, cảm biến radar…Cảm biến tiệm cận, cảm biến điện dung ON-Off, đồng hồ đo lưu lượng…
Băng thông tín hiệu thấpBăng thông tin hiệu cao
Dễ bị nhiễu tín hiệuKhông bị ảnh hưởng nhiều bởi sự nhiễu tín hiệu.
Tín hiệu Analog này không có cung cấp bất kỳ phạm vi (scale) cố định nào.Tín hiệu kỹ thuật số có một số giới hạn (0 hoặc 1)

 

Các thiết bị dùng để chuyển đổi tín hiệu Analog Digital

Có rất nhiều loại tín hiệu mà nhiều bộ PLC không thể nào đọc được. Hầu như, các loại Module công nghiệp hiện nay chúng thường đọc các dạng tín hiệu Analog hoặc Digital.

Ngay cả các loại biến tần hiện nay, chúng cũng dùng để đọc các loại tín hiệu này để điều khiển động cơ. Do đó, chúng ta luôn cần phải dùng thêm một số bộ chuyển đổi tín hiệu thành các dạng tín hiệu tiêu chuẩn công nghiệp.

Ngày nay, có rất nhiều loại bộ module dùng trong việc chuyển đổi. Vì thế, nó sẽ được phân thành 6 loại bộ chuyển đổi. Và nó được ứng dụng trong từng lĩnh vực riêng biệt.

Bộ chuyển đổi nhiệt độ sang Analog

Các bộ chuyển đổi nhiệt độ này thường dùng để chuyển đổi tín hiệu của các loại cảm biến nhiệt độ nói chung. Xét về mảng thiết bị đo lường nói chung, lĩnh vực cảm biến nhiệt độ nói riêng. Thì nó được phân loại về đa dạng các loại cảm biến nhiệt độ.

Điển hình nhiều nhất cho các loại cảm biến nhiệt độ PT100 dạng củ hành, cảm biến nhiệt độ RTD dạng dây cùng với một số loại can nhiệt độ can K, J, R…Đây là những loại cảm biến thường có 2, 3 hoặc 4 dây tín hiệu.

Bộ chuyển đổi pt100 sang 4-20mA Analog
Bộ chuyển đổi pt100 sang 4-20mA Analog

Đặc điểm chung của các loại tín hiệu này là giá trị của nó có thể biến thiên. Tức là giá trị của nó sẽ thay đổi theo nhiệt độ của môi trường. Ngoài ra, các dạng tín hiệu của cảm biến này thường có thể là dạng tín hiệu điện trở mOhm, mV.

Vì vậỵ, để làm cho các bộ điều khiển tự động hay dùng để hiển thị nhiệt độ. Thì chúng ta nên phải dùng kèm thêm các bộ chuyển đổi. Module này sẽ chuyển đổi gián tiếp như là từ 0 – 400 độ C sang 4-20mA.

Bộ chuyển đổi điện trở, biến trở sang Analog

Đối với điện trở thì ứng dụng để chuyển đổi sang Analog thường sẽ khá là hiếm. Nhìn chung, việc chuyển đổi giá trị điện trở thường được ứng dụng nhiều đối với cảm biến hoặc một số loại van tuyến tính. Mục đích dùng để làm ổn định tín hiệu.

Khác với điện trở, biến trở thì sẽ được ứng dụng nhiều hơn. Đặc biệt phổ biến nhất vẫn là trong các loại van cánh bướm. Việc sử dụng biến trở dùng để điều khiển “Actuator” để điều khiển đóng mở van tuyến tính.

Bộ chuyển đổi biến trở, điện trở sang 4-20mA
Bộ chuyển đổi biến trở, điện trở sang 4-20mA

Vậy, để có thể điều khiển được dạng tín hiệu van tuyến tính này. Hiển nhiên, đa số các loại PLC hay biến tần sẽ không thể điều khiển được giá trị biến trở để mà có thể tùy chỉnh van đóng dần hoặc mở dần.

Chính vì thế, để điều khiển tín hiệu điện trở bằng tín hiệu 4-20mA. Thì ta sẽ sử dụng module chuyển đổi giữa biến trở sang 4-20mA. Lúc này, nếu dùng PLC để điều khiển biến trở thì sẽ dễ dàng thay đổi giá trị nó bằng 4-20mA.

Bộ chuyển đổi Digital sang Analog

Thông thường các dạng tín hiệu Digital này là dạng tín hiệu xung. Tín hiệu dạng xung này được bắt gặp nhiều ở trong các đồng hồ đo lưu lượng, flowmeter hay gần gũi nhất đó là các loại encoder…

Nhưng, việc sử dụng một số bộ module để chuyển đổi tín hiệu xung vuông này sang hình sin thì có sự hạn chế đáng kể. Bởi vì, hầu hết đa số các bộ điều khiển như PLC chúng có khả năng đọc các dạng tín hiệu như vậy.

Bộ chuyển đổi tín hiệu Digital sang Analog
Bộ chuyển đổi tín hiệu Digital sang Analog

Điển hình như các dòng PLC FX1N, FX2N…Các cổng Input hoặc Output của nó chủ yếu là dạng PNP hoặc NPN. Tuy nhiên, đối với trong các hệ thống đo lường liên tục thì sẽ cần dùng.

Chẳng hạn như đồng hồ đo lưu lượng. Nó loại đồng hồ dùng để đo lưu lượng nước sạch, nước thải hay thậm chí là một số chất lỏng hóa chất có độ ăn mòn cao. Vì tín hiệu ngõ ra của nó là dạng Digital, nên không thể biểu thị sự tuyến tính của dòng nước như thế nào trên PLC. Như là về tốc độ dòng chảy bao nhiêu…

Do đó, ưu điểm lớn đối với việc chuyển đổi Analog đó là sẽ dễ dàng biểu thị sự tuyến tính. Đồng thời sẽ dễ dàng lập trình và hiển thị trên một số màn hình HMI…

Bài viết tham khảo kỹ thuật: Tín hiệu xung là gì? Bộ chuyển đổi tín hiệu xung có thông số như thế nào?

Bộ chuyển đổi 0-10V sang 4-20mA (ngược lại)

Việc chuyển đổi tín hiệu từ 0-10V sang 4-20mA. Hoặc từ 4-20mA sang 0-10V thường dùng để cho các loại cảm biến, đồng hồ đo lường điện tử và PLC sẽ dễ dàng đọc tín hiệu lẫn nhau.

Bộ chuyển đổi 0-10V sang 4-20mA
Bộ chuyển đổi 0-10V sang 4-20mA

Hiện nay, cũng sẽ có một số module hay board mạch tự làm. Hay được dùng để chuyển đổi hai tín hiệu này qua lại. Thêm vào đó, thì các bộ Module này còn có giá thành khá là khiêm tốn và hay được các bạn sinh viên dùng để làm đồ án.

Còn trong công nghiệp thì việc chuyển đổi qua lại tín giữa tín hiệu 0-10V sang 4-20mA sẽ còn bất cập nhiều vấn đề. Đơn giản là tín hiệu có thể bị nhiễu, tín hiệu không ổn định do đường truyền dài hoặc là sử dụng lâu năm.

Vì thế, ngoài việc chuyển đổi tín hiệu qua lại. Ứng dụng khác của một số bộ module công nghiệp này dùng để chống hiện tượng bị nhiễu. Và còn dùng để Calib tín hiệu nếu như tín hiệu không được tròn giá trị. Hiểu như là tín hiệu đáng nhẽ có là 4-20mA, nhưng do dùng lâu năm thì tín hiệu còn 4-19,85mA.

Bộ chia tín hiệu dòng 4-20mA

Bộ chia tín hiệu dòng 4-20mA, là một độ Module dùng để chia đôi hay nhân đôi các dạng tín hiệu điện tử. Có thể là dạng tín hiệu RTD, biến trở, điện trở, cảm biến can K, R, T…

Bộ chia tín hiệu dòng 4-20mA trong tủ điện
Bộ chia tín hiệu dòng 4-20mA trong tủ điện

Việc sử dụng bộ chia này thường có nhiều ứng dụng phổ biến. Có thể là:

  • Dùng để truyền tín hiệu đến PLC và dùng để hiển thị tín hiệu.
  • Dùng để truyền tín hiệu đến hai bộ PLC

Mua bộ chuyển đổi tín hiệu Analog ở đâu?

Vậy cuối cùng, câu hỏi “Làm thế nào chuyển đổi và phân biệt tín hiệu Analog và digital?” Trong bài viết này hẳn một phần nào đó đã giải thích rõ cho bạn hiểu làm cách nào để hiểu rõ hai loại tín hiệu trên.

Bên cạnh đó, bài viết cũng đã chỉ ra một vài phương pháp dùng để chuyển đổi một số tín hiệu qua Analog hay Digital.

Để tìm hiểu rõ thêm về một số giải pháp liên quan đến sự chuyển đổi tín hiệu. Các bạn có thể liên hệ thông tin bên dưới để mình tư vấn thêm cũng như giải đáp những vấn đề kỹ thuật công nghiệp.

Không chỉ về những bộ chuyển đổi tín hiệu, bên mình còn có cung cấp thêm một vài giải pháp liên quan đến sự đo lường. Gần gũi nhất là những cảm biến điện dung, cảm biến radar, đồng hồ đo áp suất…

Cảm ơn các bạn đã đọc bài viết của mình. Chúc các bạn một ngày tốt lành.

Consulting Solutions Engineer

Nguyễn Thành Đạt



Bài viết liên quan

Bộ chống sét tin hiệu 4-20mA

Bộ chống sét tín hiệu 4-20mA | Khi nào dùng bộ chống sét tín hiệu Analog?

Tóm Tắt Nội Dung1 3 nguyên nhân làm lỗi tín hiệu analog và digital1.1 Nhiễu tín hiệu tuyến tính 4-20mA1.2 Lỗi tín hiệu dòng 4-20mA1.3 Bị sét đánh lên thiết bị điện tử-đo lường2 Bộ chống sét tín hiệu 4-20mA Analog/Digital2.1 Nguyên lý chống sét tín hiệu Analog2.2 Thông số kỹ thuật bộ chống sét2.3 […]

Bộ phát dòng 4-20mA 0-10V

Bộ phát dòng 4-20mA 0-10V | SENECA – TEST 4

Tóm Tắt Nội Dung1 Bộ phát dòng 4-20mA 0-10V là gì?1.1 Khi nào cần dùng bộ phát dòng 4-20mA?1.2 Thông số kỹ thuật bộ phát dòng 4-20mA 0-10V1.3 Ưu và nhược điểm bộ phát dòng2 Ứng dụng bộ phát dòng 4-20mA 0-10V2.1 Dùng để phát tín hiệu Analog 4-20mA 0-10V2.2 Dùng để đo tín hiệu […]

Bộ chia tín hiệu dòng 4-20mA SENECA Z170REG-1

Bộ chia tín hiệu dòng 4-20mA | Ứng dụng bộ chia tín hiệu công nghiệp

Tóm Tắt Nội Dung1 Khi nào dùng bộ chia tín hiệu dòng 4-20mA?1.1 Dùng chia tín hiệu cảm biến nhiệt độ PT1001.2 Dùng chia tín hiệu cảm biến can nhiệt1.3 Dùng chia tín hiệu biến trở1.4 Dùng chia tín hiệu dòng 4-20mA/0-10V2 Bộ chia tín hiệu dòng 4-20mA SENECA2.1 Ưu và nhược điểm bộ chia […]