Nhóm3 Điện4 –K6 GVHD:TS Nguyễn Thu Hà BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ********* BÀI TẬP LỚN MÔN: KĨ THUẬT SỐ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐO TẦN SỐ Giáo viên hướng dẫn : Ts: Nguyễn Thu Hà Nhóm sinh viên thực hiện : 1. Lê Văn Tuấn 2. Chu Văn Hưng 3. Trần Văn Phương 4. Nguyễn Văn Mạnh 5. Bùi Đình Quyền Lớp : ĐH Điện4_K6 Tháng 11 năm 2013 Trang | 1 Nhóm3 Điện4 –K6 GVHD:TS Nguyễn Thu Hà NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MẠCH ĐO TẦN SỐ MÔ TẢ : Mạch dùng để đo và hiển thị tần số xung vuông hoặc tín hiệu xoay chiều. PHẦN THUYẾT MINH : Yêu cầu về bố cục nội dung : Chương 1: Tìm hiểu chung về mạch tổ hợp, mạch dãy và mạch dao động. Chương 2: Thiết kế hệ thống đo và hiển thị tần số. Chương 3: Xây dựng chương trình mô phỏng. Yêu cầu về thời gian : Ngày giao đề : 10/11/2013 Ngày hoàn thành :…. 18/12/2013 Thời gian bảo vệ dự kiến : 30/12/2013 Ngày … tháng … năm 2013 Khoa Điện Bộ môn Giáo viên hướng dẫn NGUYỄN THU HÀ Trang | 2 Nhóm3 Điện4 –K6 GVHD:TS Nguyễn Thu Hà NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN e&f ________________________________________________________________ ____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ _______________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ _____________________________________________________________ Giáo viên hướng dẫn GVC.T.S NGUYỄN THU HÀ Trang | 3 Nhóm3 Điện4 –K6 GVHD:TS Nguyễn Thu Hà MỤC LỤC LỜI Mj ĐẦU Như chúng ta đã biết, khoa học công nghệ đang phát triển một cách nhanh chóng trong những năm gần đây, đặc biệt là ngành kỹ thuật điện-điện tử. Sự xuất hiện của các vi mạch, IC số tổng hợp đã giúp cho kích thước mạch nhỏ gọn, tiện lợi hơn. Trải qua sự phát triển của khoa học công nghệ, giờ đây chúng ta đã chế tạo ra rất nhiều loại tần số, phục vụ trong ngành điện tử viễn thông, công nghệ thông tin, tự động hóa Trang | 4 Nhóm3 Điện4 –K6 GVHD:TS Nguyễn Thu Hà Máy đo tần số là 1 thiết bị cho phép chúng ta biết được tần só của tín hiệu 1 cách chính xác, góp phần vào việc đo và điều khiển tín hiệu.Với những kiến thức được học trên lớp và tìm hiểu thực tế. Trong thời gian yêu cầu nhóm em đã hoàn thành đồ án môn học với nội dung “Mạch Đo Tần Số” . Do kiến thức chuyên ngành còn thiếu nhiều thực tế nên đồ án không tránh khỏi những sai sót, mong các thầy cô góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn Cô Nguyễn Thu Hà và các thầy cô trong bộ môn đã giúp nhóm em hoàn thành đồ án này. Nhóm sinh viên thực hiện. CHƯƠNG I:Mạch tổ hợp, mạch dãy và mạch dao động I: M¹ch dao ®éng 1: Nguyªn lý t¹o dao ®éng 1.1: C¸c vÊn ®Ò chung M¹ch dao ®éng lµ m¹ch ®iÖn tö t¹o ra tÝn hiÖu ®æi theo chu kú. Dùa vµo d¹ng tÝn hiÖu do m¹ch dao ®éng t¹o ra, ngêi ta chia m¹ch dao ®éng ra lµm: m¹ch dao ®éng h×nh sin (dao ®éng ®iÒu hoµ) vµ m¹ch dao ®éng t¹o xung. M¹ch dao ®éng t¹o ®îc tÝn hiÖu cã tÇn sè tõ vµi Hz ®Õn hµng ngh×n MHz. Trang | 5 Nhúm3 in4 K6 GVHD:TS Nguyn Thu H Các mạch dao động sử dụng các phần tử tích cực là: tranzitor ( loại lỡng cực hoặc FET), đi ốt tuy nen, mạch tích hợp KĐTT hoặc các mạch tích hợp với các chức năng khác. Các tham số cơ bản của mạch dao động gồm: tần số tín hiệu ra, công suất ra và hiệu suất của mạch. Ta thờng gặp các nguyên tắc dao động nh: tạo dao động bằng hồi tiếp dơng và tào dao động bằng phơng pháp tổng hợp mạch. 1.2: Điều kiện dao động Ta xét sơ đồ khối mạch dao động mô tả nh trên hình 1.1. Trong đó, ta kí hiệu và gọi X I - tín hiệu vào dạng phức, X O tín hiệu ra dạng phức và X F tín hiệu phản hồi dạng phức. X I a X F a X O Hình 1.1: Mô tả cách xác định điều kiện dao động Khối 1: khối khuếch đại có hàm truyền đạt dạng phức: K = Ke j K Với K là mô đun hàm truyền đạt khối khuếch đại và K là góc pha đầu hàm truyền đạt khối khuếch đại. Khối 2 là khối hồi tiếp đại có hàm truyền đạt dạng phức: K = K F e j F Với K F là mô đun hàm truyền đạt khối phản hồi và F là góc pha đầu hàm truyền đạt khối phản hồi. Giả định có tín hiệu vào dạng phức là X I , tích các hệ số khuếch đại vòng KK F =1, thì tín hiệu phản hồi và tín hiệu vào bằng nhau cả về biên độ góc pha, nghĩa là: X F = X I . Khi đó 2 điểm a và a có thể nối đợc với nhau mà tín hiệu ra X O không thay đổi. Vậy mạch tạo dao động đợc tín hiệu ra mà không cần có kích thích cửa vào. Ta suy ra điều kiện để duy trì dao động là tích các hệ số khuếch đại dạng phức vòng kín bằng 1. Hay có thể viết: KK F =KK F e j( K + F ) (1.1) Có thể tách điều kiện (1.1) ra làm 2 biểu thức: Điều kiện cân bằng biên độ: KK F = 1 Điều kiện cân bằng các góc pha: K + F = 2n với 0,+1,-1, 1.3: Kết luận Mạch dao động là mạch khuếch đại tự điều khiển bằng phản hồi d- ơng ra quay lại đậu vào. Năng lợng tự dao động lấy từ nguồn một chiều đợc cung cấp. Mạch phải bảo đảm cân bằng biên độ và cân bằng pha. Mạch dao động chứa ít nhất một phần tử tích cực làm nhiệm vụ biến đổi năng lợng một chiều thành xoay chiều. Mạch dao động chứa Trang | 6 1 2 Nhúm3 in4 K6 GVHD:TS Nguyn Thu H một phần tử phi tuyến hay một khâu điều chỉnh để bảo đảm cho biên độ dao động không đổi ở trạng thái xác lập. II: Mạch tổ hợp 1: Khái quát Mạch logic tổ hợp là mạch logic ở đó giá trí logic của các tín hiệu ra không phụ thuộc vào trạng thái cũ của mạch, mà hoàn toàn xác định bởi giá trị logic của các cửa vào của mạch ở thời điểm đó. Khi tổng hợp mạch logic tổ hợp ta cần tuân thủ các bớc dới đây: - Lập bảng chức năng logic của mạch. Đó là bảng chân lí hay bảng trạng thái, là bảng giá trị các biến ra tơng ứng với tong tổ hợp của các biến vào. - Từ bảng trạng thái xác định biểu thức hàm logic hoặc bảng Các nô. - Tiến hành tối thiểu hoá hàm logic và đa về dạng thuận lợi để triển khai hàm thông qua các mạch logic cơ bản. 2: Các phơng pháp tối thiểu hoá hàm logic - Tối thiểu hoá hàm logic bằng cách sử dụng các định luật cơ bản của đại số logic. - Tối thiểu hoá hàm logic bằng biểu đồ Các nô. 3: Tổng hợp hàm logic ràng buộc 3.1: Khái niệm về hàm logic ràng buộc Hàm số n biến có 2 n tổ hợp biến, tơng ứng với mỗi tổ hợp biến đó hàm số có giá trị 1 hoặc 0. Nhng cũng có những trờng hợp với một số tổ hợp biến số hàm số của các biến đó không xác định đợc giá trị theo một điều kiện nào đó. Phần tử ràng buộc hay số hạng ràng buộc là tổ hợp biến tơng ứng với trờng hợp hàm số không xác định, số hạng ràng buộc luôn bằng 0. Điều kiện ràng buộc là biểu thức logic tạo bởi tổng các phần tử ràng buộc. Vậy điều kiện ràng buộc cũng luôn bằng 0. Hàm logic ràng buộc là hàm số logic xác định với điều kiện ràng buộc. Tối thiểu hoá hàm logic ràng buộc có 2 cách: tối thiểu hoá bằng công thức hoặc bằng bảng các nô. 4: Bộ mã hoá và bộ giải mã - Hệ chuyển mã: Trang | 7 Nhúm3 in4 K6 GVHD:TS Nguyn Thu H Hệ chuyển mã Hệ chuyển mã là hệ tổ hợp có nhiệm vụ làm cho 2 hệ thống tơng thích nhau, mặc dù 2 hệ thống sử dụng2 mã nhị phân khác nhau. Hệ chuyển mã có số lợng ngõ vào và ngõ ra bằng nhau. -Hệ giải mã Hệ giải mã là hệ chuyển mã có nhiệm vụ chuyển từ số nhị phân cơ bản n bit ngõ vào sang mã nhị phân 1 trong m ở ngõ ra. Với các giá trị i ở tổ hợp ngõ vào thì ngõ ra Yi sẽ tích cực và các ngõ còn lại không tích cực. Có 2 dạng: tích cực mức cao và tích cực mức thấp. Giải mã số BCD sang mã LED 7 thanh: Led 7 thanh: là loại đèn LED ding để hiển thị các số thập phân (từ 0 đến 9). Các số thập phân đợc hiển thị bởi LED 7 thanh Ngoài ra LED 7 thanh còn hiển thị đợc 1 số chữ cái và các kí tự đặc biệt. Có 2 loại LED 7 thanh: Anot chung và Katot chung Trang | 8 Nhóm3 Điện4 –K6 GVHD:TS Nguyễn Thu Hà LED Katot chung vµ Anot chung M¹ch gi¶i m· sè BCD sang led 7 thanh: M¹ch cã 4 ngâ vµo t¬ng øng víi tæ hîp BCD vµ 7 ngâ ra t¬ng øng 7 thanh cña LED. X©y dung hÖ gi¶i m· cho led 7 thanh anode chung. B¶ng ch©n lý: Input Output D C B A a b c d e f g 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 X X X X X X X 1 0 1 1 X X X X X X X 1 1 0 0 X X X X X X X 1 1 0 1 X X X X X X X 1 1 1 0 X X X X X X X 1 1 1 1 X X X X X X X Trang | 9 Nhúm3 in4 K6 GVHD:TS Nguyn Thu H Các hiển thị tơng ứng của LED 7 thanh với lần lợt các đầu vào: Sơ đồ logic: * Phơng trình logic Từ các kết quả ta có thể kết hợp các cổng logic để tạo mã cho LED 7 thanh.Trong bài ta sẽ sử dụng IC 74ls47 để giải mã cho LED 7 thanh. III: Mạch dãy 1: Khái niệm mạch dãy Mạch dãy là mạch logic có các phần tử nhớ đợc tạo bởi các mạch lật, các mạch cơ bản và các biến ra của mạch không chỉ phụ thuộc vào tổ hợp biến vào mà còn phụ thuộc cả vào trạng thái hiện tại của mạch. Trang | 10 . số. Chương 3: Xây dựng chương trình mô phỏng. Yêu cầu về thời gian : Ngày giao đề : 10/11/20 13 Ngày hoàn thành :…. 18/12/20 13 Thời gian bảo vệ dự kiến : 30 /12/20 13 Ngày … tháng … năm 20 13 Khoa Điện. lên. Ta có: 2 2 < 6 < 2 3 sử dụng 3FF. Bảng trạng thái: S Trang | 11 Nhúm3 in4 K6 GVHD:TS Nguyn Thu H 0 0 0 0 1 0 0 1 2 0 1 0 3 0 1 1 4 1 0 0 5 1 0 1 1 1 0 3. 3: Ghép các hệ đếm Nếu có hai. chân 3. + Nếu mức áp chân 2 xuống thấp hơn (1 /3) Vcc thì ngả ra trên chân 3 sẽ tăng lên mức áp cao. Trang | 18 Nhóm3 Điện4 –K6 GVHD:TS Nguyễn Thu Hà + Nếu mức áp trên chân 6 lên cao hơn (2 /3) Vcc