kỹ thuật số

GIỚI THIỆU ĐỒ ÁNĐề 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.. Do kiến thức chuyên ngành còn thiếu nhiều thực tế nên đồ

GIỚI THIỆU ĐỒ ÁN

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.

Khuyến Khich :

Cho phép chọn các chế độ đo khác nhau (Hz,KHz,MHz ).

LỜI MỞ 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

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

Mục lục

Chương I

Liệt kê các phương pháp đo tần số

Trình bày về nguyên lý đo tần số trong bài

Trình bày về các mạch chức năng sử dụng trong hệ thống

Chương II

Thiết kế mạch đo tần số

Liệt kê các linh kiện sủ dụng trong bản thiết kế

Nêu chức năng, đặc điểm và ứng dụng của từng vi mạch sử dụng

Sơ đồ nguyên lý của mạch

Thuyết minh nguyên lý hoạt động của mạch

Chương III

Xây dựng mô phỏng trên phần mềm Proteus và chạy thử

Chương I

1- Khái niệm chung và các phương pháp đo tàn số

Tần số là một trong các thông số quan trọng nhất của quá trình giao động có chu kì Tần số được xác định bởi số các chu kì lặp lại của sự thay đổi tín hiệu trong một dơn vị thời gian.

Chu kì là khoảng thời gian nhỏ nhất mà giá trị của tín hiệu lặp lại độ lớn và chiều biến thiên.

Khoảng tần số được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau như: vô tuyến điện

tử, tự động hóa, thông tin liên lạc, tự động hóa, từ một phần Hz đến hàng ngìn GHz.

Việc lựa chọn phương pháp đo tần số được xác định theo khoảng đo, theo độ chính xác yêu cầu, theo dạng đường cong và công suất nguồn tín hiệu có tần

số cần đo và một số yếu tố khác Để đo tần số của tín hiệu điện ta sử dụng hai phương pháp biến đổi thẳng và phương pháp so sánh.

Tần số mét là dụng cụ để đo tần số đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng được tiến hành bằng các loại tần số mét cộng hưởng, tần số mét cơ điện, tần số mét tụ điện, tần số mét chỉ thị số đo tần số bằng phương pháp so

sánh được thực hiện nhờ ôsilôscốp, cầu xoay chiều phụ thuộc tần số, tần số mét đổi tần, tần số mét cộng hưởng, …

2 – trình bày về nguyên lý đo tần số trong bài

3 – trình bày về các mạch chức năng sử dụng trong hệ thống

Chương II

1 – liệt kê các linh kiện sử dụng trong mạch

- IC NE 5555 : Dùng tạo dao động đếm thời gian.

- Điện trở 1k,217.0475 k

- Tụ điện (0.01 uF tụ thường)

- IC 4017 để tạo ra bộ đếm thập phân

- Nguồn tín hiệu cần đo

- led 7Vạch cathode chung,

- Ic 74ls190 và Ic 74hc4511,7408

- Cổng NOT, AND

- Điện trở băng rx8(180)

- Switch (Chuyển mạch 2 cổng

2 – chức năng, đặc điểm và ứng dụng của từng vi mạch sừ dụng

1. IC 555

Là IC tạo dao động tần số cấp xung nhịp cho IC 74ls190 đếm giây

Sơ đồ khối ic 555

- Chân 1 (GND):nối đất- cho nối GND để lấy nguồn cấp cho IC hay chân còn gọi là chân chung.

- Chân 2 (TRIGGER input) :ngõ vào xung nảy- đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp Mạch so sanh ở đây dùng các transitor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3 Vcc.

- Chân 3 (OUTPUT) : ngõ ra-chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic Trạng thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1 1 ở đây

là mức cáo nó tương ứng gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng trong thực tế nó không được ở mức 0V mà

nó trong khoảng ( 0.35->0.75V).

- Chân 4 (RESET) : hồi phục-dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân

số 4 nối mass thì ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức cao thì trạng thái ngõ ra phụ thuộc vào điện áp chân 2 và chân 6 Nhưng

mà trong mạch để tạo được dao động thường nối chân này lên Vcc.

- Chân 5 ( CANTROL VOLTAGE):điện áp điều khiển- dùng thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biển áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài nối GND Chân này có thể không nối cũng được nhưng để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện

từ 0.01uF->0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được

ổn định.

- Chân 6 (THRESHOLD):thềm ngưỡng- là một trong những chân đầu vào

so sánh điện áp khác và cũng được dùng như 1 chân chốt dữ liệu.

- Chân 7 (DISCHAGER):xả điện- có thể xem chân này như 1 khóa điện tử

và chịu điều khiển bởi tầng logic của chân 3 Khi chân 3 ở mức điện áp thấp thì khóa này đóng lại , ngược lại thì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho mạch R_C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động.

- Chan 8 (+VCC): nguồn dương-đây là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động không có chân này coi như IC chết Nó được cấp điện áp từ 2->18V.

- Mạch tạo xung :

Cấu trúc của ic 555

2 IC 4017

Ic 4017 để tạo bộ đếm thập phân

- Sơ đồ chân:

Hoạt động :

- Chân 14( CLK) nhận xung.

- Chân (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 11, 10, 9) (Q 0 -Q 9 ) đưa dữ liệu ra ngoài, mỗi lần kích một xung vào, một chân sé được đưa lên mức cao một cách tuần

tự, các chân còn lại ở mức thấp.

- Chân 13(E): Tích cực mức thấp.

- Chân 15(MR): Chân reset, mỗi khi kích lên mức cao, IC được reset.

- Chân 12 (CO): Trong 5 xung đầu ( từ Q 0 - Q 4 lần lượt lên mức cao) CO ở mức cao, 5 xung tiếp theo (từ Q 5 – Q 9 lần lượt lên mức cao) CO ở mức thấp.

Sơ đồ xung ra ở các chân:

Mạch dùng IC 4017 tạo ra bộ đếm :

IC đếm BCD 74ls190

Là IC tích hợ bộ đếm thập phân đồng bộ, đầu ra song song Nó có chức năng đếm thuận hoặc nghịch.Đặc biệt có thể đặt trước giá trị đếm với chân điều khiển giá nạp giá trị.

Chức năng các chân:

- Chân cấp nguồn : 16 (VCC) và chân 8(GND).

- Nhóm chân dữ liệu nạp vào : A(15) B(1) C (10) D(9)

- Nhóm chân dữ liệu đầu ra : Qa (3) Qb(2) Qc(6) Qd(7)

- Chân cấp xung clock CLK :14

- Chân chọn chế độ đếm thuận nghịch D/U :5

- Chân cho phép đếm Enable :4

- Chân nạp giá trị load :11

- Chân xung đếm ra RCO :13

Bảng trạng thái các chân chức năng đặc biệt :

Giản đồ xung của 74ls190 :

4. IC giải mã 74hc4511

- Đây là một IC giải mã , nó làm nhiệm vụ giải mã từ mã nhị phân logíc (dạng 0,1) sang mã của led 7 vạch để xuất ra led 7 vạch về cấu tạo nó là một tập hợp các mạch tổ hợp gồm cách linh kiện số logic như các cổng and , or , - Chúng ta tìm hiểu sơ đồ chân của nó như sau :

-Chú ý là loại này dùng cho led 7 vạch loại cathot chung có nghĩa là tất cả cathot của led nốí chung với nhau và nối với đất ,như vậy dữ liệu đẩy vào led sẽ tích cực ở mức cao tức là mức 1 thì mới làm led sang

- 4511 Có 16 chân

- Chân 16 luôn là chân nối với nguồn dương (5 v ), chân số 8 nối với đất

- Chân 1,2,7,6 là chân đưa dữ liệu đầu vào ,chúng ta có thể chọn dữ liệu

loại này là dữ liệu logic tức là dạng 1,0,1,0…

- 7 chân đầu ra là chân 9 ,10,11,12,13,14,15.sẽ xuất ra dữ liệu của dạng 7 vạch

- Chân số 5 là chân dùng để điều khỉên tế bào nhớ ,chần này = 0 thì IC hoạt động bình thường , còn = 1 thì dữ nguyên trạng thái ở các đầu ra ,và dữ cho đến khi nó trở về chân này được chuyển về 0 thì đầu ra lại tiếp tục hoạt động - Trong sơ đồ mạch chúng ta nối nó với đất

- Chân số 3 nếu =0 thì tất cả đầu ra sẽ là mức logic 1.(dùng kiểm tra led 7 đoạn ,bất chấp đầu vào là thế nào )

- Chân số 4 thì có tác dụng ngược lại chân số 3.

Bảng chân lí

4. Hiển thị( Led 7 thanh)

Led 7 thanh: là 7 con led xếp với nhau thành một hình, nhằm thể hiện các con

số Một chân của các con led được nối với nhau ( Katot chung hoặc Anot chung), các chân còn lại được đưa ra nhằm phân cực các con led.

Với yêu cầu đề tài ta chọn led cathode chung.

3 – sơ đồ nguyên lý của mạch

4 – thuyết minh nguyên lý hoạt động của mạch

Khi ta ấn nut START/STOP mạch hoạt động IC 555 cấp xung cho bộ đếm thời gian và nguồn tín hiệu cần đo cấp xung cho bộ đếm xung hoat động Khi mạch đếm chưa hết tần số thì đầu ra của cổng 7408 vẫn ở mức thấp mạch hoạt động khi đạt hết quá trình đếm xung thì đầu ra của 7408 đạt mức cao hệ thống ngừng đếm Và đó chính là kết quả đo tần sô của nguồn tín hiệu cần đo.

Khi ta muốn đo lại ta ấn nút RESET mach sẽ về trạng thái 0 Muốn tiếp tục đo ta ấn RESET lần 2.

Khi muốn chuyển thang đo từ Hz sang Khz và ngược lại ta nhấn nút mode.

Khi muốn dùng mạch ta ấn nút START/STOP mạch sẽ dừng lại cả khối đếm xung và đếm thời gian đều dừng lại.

Chương IIImạch mô phỏng

Chương 3 : Mạch mô phỏng

Ta vẽ mạch trên protous ta được khối mạch mô phỏng theo ý muốn:

1. Khối mạch khi chưa chạy:

2. Khối mạch khi đang chạy:

3. Khối mạch khi dừng đếm sau khi đếm xong kết quả tần số đo được: