đồ án thiế kế mạch đo tần số

Trường ĐHCN Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN: KĨ THUẬT SỐ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐO TẦN SỐ Giáo Viên Hướng Dẫn : Nguyễn Vũ Linh Lớp : ĐH Điện 3_K6 Sinh Viên Thực Hiện : Lại Văn Hợp (0641040211) Hoàng Văn Hùng (0641040147) Vũ Mạnh Hùng (0641040180) Hoàng Thị Thu Hoài (0641040187) Nguyễn Khắc Hóa (0641040194) 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). 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. Em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Vũ Linh đã giúp đỡ nhóm em hoàn thành đồ án này! Mục Lục Chương 1: Tìm hiểu chung về mạch tổ hợp, mạch dãy và mạch dao dộng I. Mạch tổ hợp………………………………….……………… ……… 6 1.Mã hóa………………………………………………….….….……… 6 2.Mạch giải mã………………………………………….……… ………7 2.1.Giải mã BCD sang led 7 đoạn………………………… ….….…… 7 3. Mạch dãy…………………………………………………… …….… 8 3.1 Thanh ghi và thanh ghi dịch ……………………………… ……… 9 3.2 Bộ đếm……………………………………………………… …… 9 4. Mạch dao động. …………………………………….…………….… 10 Chương 2: Thiết kế hệ thống đo và hiển thị tần số I. Linh kiện trong mạch……………………………….…………….… 10 II. Tìm hiểu về các linh kiện………………………… ……………… 11 1.IC 555………………………………………………………….…… 11 2. IC 4017……………………………………………………….….… 14 NHÓM 3 3. IC đếm BCD 74ls190……………………………………………… 16 4. IC giải mã 74hc4511…………………………………….………… 20 5. Hiển thị( Led 7 thanh) ……………………………………….…… 22 III. Tính toán thiết kế mạch mô phỏng ………………………… …… 23 1. Sơ đồ khối hệ thống : …………………………………………… ….23 2. Khối mạch tạo xung đến giây dùng IC 555: …………………… … 23 3. Khối đếm xung hay đo tốc độ động cơ……………………………… 24 4. Khối tín hiệu cho phép đếm và dừng đếm……………….………… 25 5. Cổng NOT………………………………………………….………….25 6. Cổng AND…………………………………………………….………25 7. Khối tín hiệu cần đo ………………………………………….………26 8. Lắp ghép các sơ đồ ta được mạch hoàn chỉnh : …………….……… 26 9.Thuyết minh nguyên lý hoạt động……………………………….……27 Chương 3 : Mạch mô phỏng……………………………………….……28 1. Khối mạch khi chưa chạy: ………………………………….……….28 2. Khối mạch khi đang chạy: ……………………………………….….29 3. Khối mạch khi dừng đếm sau khi đếm xong kết quả tần số đo được: 30 Kết luận ………………………………………………………….…… 31 Chương 1: Tìm hiểu chung về mạch tổ hợp, mạch dãy và mạch dao dộng I. Mạch tổ hợp 1. Mã hóa Mã hóa và giải mã không có gì xa lạ và là tất yếu trong đời sống chúng ta. Nó được dùng để dễ nhớ, dễ đặt, dễ làm,….là quy ước chung cũng có thể phổ biến cũng có thể bí mật. Chẳng hạn dùng chữ để đặt tên cho 1 con đường, cho 1 con người, dùng số trong mã số sinh viên, trong thi đấu thể thao, quy ước đèn xanh, đỏ, vàng tương ứng là cho phép đi,đứng, dừng trong giao thông, rồi viết bức thư sử dụng chữ viết tắt, kí hiệu riêng để giữ bí mật hay phức tạp hơn là phải mã hoá các thông tin dùng trong tình báo, … Trong các hệ thống số kể cả viễn thông, máy tính, các đường điều khiển tuỳ chọn hay dữ liệu được truyền đi hay xử lí đều phải ở dạng số hệ 2 chỉ gồm 1 và 0, có nhiều đường tín hiệu chỉ có 1 bit như đường điều khiển mở nguồn cho mạch ở mức 1, rồi có nhiều đường địa chỉ nhiều bit chẳng hạn 110100 để CPU xác định địa chỉ trong bộ nhớ, rồi dữ liệu dạng hex gửi xuống máy in cho in ra kí tự. Tất cả các tổ hợp bit đó được gọi là các mã số (code) hay mã. Và mạch tạo ra các mã số gọi là mạch mã hoá (lập mã: encoder). 1.1.1 Bộ mã hóa nhị phân – thập phân ( bộ mã hoa BCD) Bộ mã hóa nhị-thập phân là mạch điện có nhiệm vụ chuyển 10 chữ số hệ thập phân thành mã hệ nhị phân. Dạng mã này còn được gọi là mã BCD Bảng chân lí bộ mã hóa BCD 2. Mạch giải mã Mạch giải mã là mạch có chức năng ngược lại với mạch mã hoá tức là nếu có 1 mã số áp vào ngõ vào thì tương ứng sẽ có 1 ngõ ra được tác động, mã ngõ vào thường ít hơn mã ngõ ra. Tất nhiên ngõ vào cho phép phải được bật lên cho chức năng giải mã. Mạch giải mã được ứng dụng chính trong ghép kênh dữ liệu, hiển thị led 7 đoạn, giải mã địa chỉ bộ nhớ. 2.1. Giải mã BCD sang led 7 đoạn Một dạng mạch giải mã khác rất hay sử dụng trong hiển thị led 7 đoạn đó là mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn. Mạch này phức tạp hơn nhiều so với mạch giải mã BCD sang thập phân đã nói ở phần trước bởi vì mạch khi này phải cho ra tổ hợp có nhiều ngõ ra lên cao xuống thấp hơn (tuỳ loại đèn led anode chung hay cathode chung) để làm các đoạn led cần thiết sáng tạo nên các số hay kí tự. Trước hết hãy xem qua cấu trúc và loại đèn led 7 đoạn của một số đèn được cấu tạo bởi 7 đoạn led có chung anode (AC) hay cathode (KC); được sắp xếp hình số 8 vuông (như hình trên) ngoài ra còn có 1 led con được đặt làm dấu phẩy thập phân cho số hiện thị; nó được điều khiển riêng biệt không qua mạch giải mã. Các chân ra của led được sắp xếp thành 2 hàng chân ở giữa mỗi hàng chân là A chung hay K chung. Thứ tự sắp xếp cho 2 loại như trình bày ở dưới đây : Hình 2.3 Cấu trúc và chân ra của 1 dạng led 7 đoạn Để đèn led hiển thị 1 số nào thì các thanh led tương ứng phải sáng lên, do đó, các thanh led đều phải được phân cực bởi các điện trở khoảng 180 đến 390 ohm với nguồn cấp chuẩn thường là 5V. IC giải mã sẽ có nhiệm vụ nối các chân a, b, g của led xuống mass hay lên nguồn (tuỳ A chung hay K chung). 3. Mạch dãy Mạch dãy là mạch logic có các phần tử nhớ được tạo bởi các mạch lật và các mạch logic cơ bản và các biến ra của mạch không chỉ phụ thuộc vào tổ hợp biến vào mà còn phụ thuộc vào cả trạng thái hiện tại của mạch. 3.1. Thanh ghi và thanh ghi dịch Thanh ghi là dãy mạch nhớ có chức năng lưu giữ dưc liệu hoặc biến đổi dữ liệu số từ nối tiếp sang song song và ngược lại. mỗi mạch lật chỉ lưu giữ được 1 bit, vậy thanh ghi dài bao nhiêu bit phải tạo từ bấy nhiêu mạch lật. Thanh ghi nhận dữ liệu song song Mạch chốt dữ liệu Bộ ghi dịch 3.2. Bộ đếm Bộ đếm là thiết bị đếm được số xung cửa vào, đầu ra của bộ đếm là số lượng xung đếm được. - Bộ đếm nhị phân đồng bộ - Bộ đếm thập phân đồng bộ 4. Mạch dao động. Mạch dao động được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị điện tử, như mạch dao động nội trong khối RF Radio, trong bộ kênh Tivi mầu, Mạch dao động tạo xung dòng , xung mành trong Tivi, tạo sóng hình sin cho IC Vi xử lý hoạt động v v Mạch dao động hình Sin. Mạch dao động đa hài. Mạch dao động nghẹt. Mạch dao động dùng IC. Chương 2: Thiết kế hệ thống đo và hiển thị tần số I. Linh kiện 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) ,(0.001 .ph - IC 4017 để tạo ra bộ đếm thập phân - Nguồn tín hiệu cần đo : Cho 1500H - SEG 7Vạch cathode chung, - Ic 74ls190 và Ic 74hc4511,7408 - Cổng NOT, AND - Điện trở băng rx8(180) - Switch (Chuyển mạch 2 cổng ) II. Tìm hiểu về các linh kiện 1. IC 555 Là IC tạo dao động tần số cấp xung nhịp cho IC 74ls190 đếm giây [...]... 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 muốn chuyển thang đo ta ấn nút MODE Khi muốn dùng mạch ta ấn nút STOP mạch sẽ dừng lại cả khối đếm xung và đếm thời gian đều dừng lại Chương 3 : Mạch mô phỏng Ta vẽ mạch trên protous ta được khối mạch mô phỏng theo... theo ý muốn: 1.Khối mạch khi chưa chạy: 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: Trong quá trình đo có thể xuất hiện sai số, sai số trong mức không ảnh hưởng quá lớn đến độ chính xác, nên có thể chấp nhận được Kết Luận :Sau một thời gian tìm hiểu tài liệu và kiến thức có được của môn kĩ thuật số, được hướng dẫn của... cathode chung III Tính toán thiết kế mạch mô phỏng Sơ đồ khối hệ thống 1 Khối mạch tạo xung đến giây dùng IC 555 Ta có công thức tính toán đó là f=1/T=1/0.69(R2+2R1)C2 chỉ số BCD -t ton=0.69(R1+R2)C2 - toff=0.69.R1.C2 t Theo yêu cầu đề bài lên ta chọn chu kì 1 giây tức là T=1s Ta chọn : ton= 0.85s t0ff= 0.15s 2.Khối đếm xung hay đo tần số Nguyên lý hoạt động: Khi ấn nút START mạch sẽ hoạt động đếm... tín hiệu cần đo tín hiệu xung vuông hoặc xoay chiều Tại bài : Ta chọn tín hiệu xoay chiều tần số 1500Hz 7.Lắp ghép các sơ đồ ta được mạch hoàn chỉnh : 7 Lắp ghép các sơ đồ ta được mạch hoàn chỉnh : Khi ta ấn nut START mạch hoạt động 8.Thuyết minh nguyên lý 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... 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 (dạng0,1) 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 , việc thiết kế một mạch như vậy không hẳn là quá khó ,chỉ cần xây dựng mạch tổ hợp lả chúng ta hoàn toàn... ra nên giữ tại đầu ra một mức dữ liệu cố định ) - 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 đo n ,bất chấp đầu vào là thế nào ) - Chân số 4 thì có tác dụng ngược lại chân số 3 Bảng chân lí 5 Hiển thị( Led77con led xếp với nhau thành một hình, nhằm thể hiện các con số Led 7 thanh: là thanh) Một chân của các con led được nối... Chân 6cũng được dùng như một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác và (THRESHOLD): là 1 chân chốt dữ liệu điều khiển bởi tầng logic có thể xem chân này ở mức điện áp tử thì khóa - Chân 7 (DISCHAGER):của chân 3 Khi chân 3như 1 khóa điệnthấp và chịu 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): đâychết Nó được cấp điện... dao động - Chan 8 (VCC): đâychết Nó được cấp điện dòng cho IC hoạt động không có chân này coi như IC là chân cung cấp áp và áp từ 2->18V Mạch tạo xung : Có tần số dao động có công thức : f=1/T=1/0.69(R1+2R2)C 2 IC 4017 IC 4017 để tạo ra 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) (Q0-Q9) đưa dữ liệu ra ngoài, mỗi lần kích một xung... :Sau một thời gian tìm hiểu tài liệu và kiến thức có được của môn kĩ thuật số, được hướng dẫn của thầy giáo bộ môn nhóm 3 đã hoàn thành bài tập lớn về mạch đo tần số, do kiến thức về mạch điện tử chưa có kinh nghiệm nên trong quá trính thiết kế vẫn dựa nhiều vào lí thuyết nên khi áp dụng vào thực tế có những sai sót ngoài ý tưởng ban đầu Nên mong muốn nhận được tư vấn góp ý của thầy giáo và các bạn... Nguyên lý hoạt động: Khi ấn nút START mạch sẽ hoạt động đếm xung hay tần số đến khi nhận được tín hiệu dừng thì mạch dừng đếm 2 Khối tín hiệu cho phép đếm và dừng đếm Khối tín hiệu được sử dụng băng cổng AND 7408 khi mạch ở chế độ hoạt đông đầu ra của cổng là mức thấp 0 và khi đạt mức cao thì mạch sẽ dừng 4.Cổng Q ở mức cao khi bộ đảo) A là đảo (Not) của mức cao, ngõ ra là đảo Ngõ ra NOT (inverter - . (0641040194) 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). . 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. Nội Bộ Môn ĐLĐK BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN: KĨ THUẬT SỐ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐO TẦN SỐ Giáo Viên Hướng Dẫn : Nguyễn Vũ Linh Lớp : ĐH Điện 3_K6 Sinh