Bây giờ chúng ta đang xét việc cộng các số nhị phân và mạch được sử dụng để thực hiện chức năng này được gọi là một bộ cộng.. Một mạch đơn giản có thể đưa ra kết quả tổng của 2 bit và bi
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN KỸ THUẬT SỐ
BÀI BÁO CÁO MÔN KỸ THUẬT SỐ
Đề Tài: Đo nhiệt độ dùng cảm biến LM35 hiển thị trên LED 7 đoạn
GVHD: Nguyễn Duy Thảo
Nhóm sinh viên thực hiện:
Trang 2BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ
Hoàng Sơn
Lê Văn Huy
Lương Phú Nhân
Bùi Đức Thanh Long
Nguyễn Tài Trường
Trang 3MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Mục tiêu 1
1.3 Giới hạn 1
CHƯƠNG 2: NỘI DUNG 2
2.1 Giới thiệu lý thuyết liên quan 2
2.1.1 Khảo sát datasheet IC 74192 2-3 2.1.2 IC 74247 giải mã BCD sang led 7 đoạn 3-5 2.1.3 Led 7 đoạn 5
2.1.4 IC CD4511 6
2.1.5 Cổng AND 6-7 2.1.6 Cổng OR 7
2.1.7 IC NE555 7-9 2.2 Tính toán thiết kế 10
2.2.1 Sơ đồ Khối 10
2.2.2 Tính toán khối tạo xung 10
2.3 Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động 11
2.4 Sơ đồ mô phỏng 12
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 13
3.1 Kết quả đạt được 13
3.2 Kết luận 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 4CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề
- Trong thời đại bùng nổ công nghệ như hiện nay, chúng ta không khó để bắt gặp các thiết bị điện tử được ứng dụng rộng rãi trong mọi mặt của đời sống Công nghệ
số ra đời đánh dấu bước tiến lớn trong sự phát triển của nền khoa học công nghệ toàn cầu, thay đổi bộ mặt thế giới từ ti vi trắng đen đến ti vi màu, ti vi màn hình phẳng, màn hình LCD rồi ti vi siêu mỏng OLED, QLED, từ radio, DVD, CD,… đến smartphone, youtube, facebook, tiktok,…lần lượt ra đời Công nghệ ngày càng phát tiển, đời sống vật chất, tinh thần của con người cũng ngày càng đa dạng, phong phú hơn
- Không chỉ nước ta, mà toàn bộ các nước trên thế giới đều hướng tới mục tiêu số hóa tồn cầu Như vậy cũng đủ thấy được tầm quan trọng của công nghệ số trong thời đại hiện nay và việc tìm hiểu về nền tảng công nghệ số cũng như ứng dụng công nghệ số vào cuộc sống là hoàn toàn cần thiết Để hiểu rõ hơn, thông qua đề tài “Đo nhiệt
độ dùng cảm biến LM35 hiển thị trên LED 7 đoạn” sẽ giúp chúng ta tiếp cận một cách cụ thể hơn về quá trình xây dựng,thiết kế và cách thức hoạt động của một mạch số hoàn chỉnh
Trang 5CHƯƠNG 2 NỘI DUNG 2.1 Giới thiệu lý thuyết liên quan
2.1.1 Khảo sát datasheet IC 74LS83
+ Chức năng: 74LS83 là một full adder nhị phân 4 bit tốc độ cao Nó chấp nhận hai từ
nhị phân 4 bit (A1 – A4, B1 – B4) và một đầu vào mang (C0) Nó tạo ra các đầu ra sum nhị phân (R1 – R4) và đầu ra mang (C4) từ bit quan trọng nhất Đầu ra của IC luôn ở dạng TTL giúp dễ dàng làm việc với các thiết bị TTL và vi điều khiển khác IC 74LS83
có kích thước nhỏ và tốc độ nhanh nên đáng tin cậy trong mọi loại thiết bị
+ Sơ đồ chân và sơ đồ kí hiệu của IC 74LS83:
• Chân # 1,3,8,10 là chân đầu vào được sử dụng để cấp dữ liệu bit cho A4 A3 A2 A1 của chuỗi 4 số nhị phân thứ 1
• Chân # 16,4,7,11 là các chân đầu vào được sử dụng cấp dữ liệu bit B4 B3 B2 B1 thuộc chuỗi 4 số nhị phân thứ 2
• Chân # 13 là một chân đầu vào được sử dụng cho bit carry-in
• Chân # 15,2,6,9 là các chân đầu ra được sử dụng để đưa kết quả phép cộng hai số nhị phân 4 bit trên là S4 S3 S2 S1
• Chân # 14 là chân đầu ra kết quả bit carry của phép cộng
Trang 6Sơ đồ logic được bên trong 74LS83 sử dụng các cổng logic được đưa ra rõ ràng dưới đây:
Trang 7+ Bảng trạng thái vi mạch của IC 74LS83:
+ Nguyên lý hoạt động bộ cộng full 4 bit
Để hiểu nguyên lý hoạt động của 74LS83, trước tiên, chúng ta cần hiểu được mạch cộng half và cộng full Bây giờ chúng ta sẽ tìm hiểu từng mạch một
trong lĩnh vực điện / điện tử Thông thường, trong lĩnh vực điện tử / kỹ thuật số, các số được biểu thị ở định dạng nhị phân trong đó 0 đại diện cho mức logic thấp
và 1 đại diện cho mức logic cao
Trang 8• Để thực hiện các chức năng phức tạp trong kỹ thuật số, các số 0 và 1 đơn giản này được xử lý bằng các phép toán số học là cộng, trừ, nhân và chia Bây giờ chúng ta đang xét việc cộng các số nhị phân và mạch được sử dụng để thực hiện chức năng này được gọi là một bộ cộng
bày trong bảng dưới đây
Một mạch đơn giản có thể đưa ra kết quả tổng của 2 bit và bit carry ở đầu ra có thể được thiết kế bằng cách sử dụng các cổng logic đơn giản như hình dưới đây:
Mạch trên thực hiện phép cộng logic giống bảng trạng thái của bộ cộng half Vì nó chỉ có thể xử lý 2 bit đơn nên một mạch logic khác có thể xử lý 3 bit đơn ra đời và được gọi là bộ cộng full
Bộ cộng full
Trong bộ cộng full, 3 bit đơn được xử lý Có tổng cộng ba đầu vào trong bộ cộng này Hai đầu vào là 2 bit muốn công và đầu vào thứ ba là bit carry Nó có hai đầu
ra được là sum và carry Bảng logic bộ cộng full được đưa ra dưới đây
Mạch có thể thực hiện chức này có thể được thiết kế bằng các cổng logic như sau
Ưu điểm của bộ cộng full là có thể kết hợp xếp tầng hai hoặc nhiều bộ cộng full, nên chúng ta có thể thực hiện phép cộng các số có nhiều bit
Bộ cộng 4 bit
Bộ cộng 4 bit là một mạch logic thực hiện phép cộng hai số 4 bit Bảng logic cho
bộ cộng 4 bit được đưa ra dưới đây
Trang 9Một mạch gồm sự kết hợp của bộ cộng half và full, kết hợp xếp tầng với nhau để cho ra kết quả tổng của 4 bit mong muốn
Bộ cộng full sử dụng cổng logic
Ở đây, điều đáng chú ý là các bộ cộng half và full gồm các transistor được kết hợp
để có các đầu ra logic được trình bày ở trên
Để việc sử dụng trở nên quen thuộc và để mở rộng các cổng logic, các nhà sản xuất bắt đầu phát triển các mạch tích hợp trong đó họ đã thực hiện các phép logic này bằng cách sử dụng transistor
Khi đó chúng ta chỉ cần lấy một vi mạch duy nhất thay vì sử dụng các transistor riêng lẻ để phát triển
Một vài ví dụ về các IC này như sau
• 74LS86 là vi mạch có cổng XOR bên trong
• 74LS08 là vi mạch có cổng AND bên trong
• 74LS32 là IC có cổng OR bên trong
Vì vậy, các vi mạch này có thể được sử dụng để thực hiện phép logic của bộ cộng full như hình dưới đây:
Cách sử dụng bộ cộng 4 bit sử dụng 74LS83
Một vi mạch được tích hợp thực hiện phép logic cộng full 4 bit bên trong Chúng
ta chỉ cần cấp 2 số 4 bit ở đầu vào và nguồn cấp, không cần nối mạch như sơ đồ trên và nó giúp giảm bớt tác vụ để thiết kế mạch cộng full 4 bit
2.1.2 ADC0804
+ Chức năng
ADC0804 là IC chuyển đổi tín hiệu analog sang digital 8bit có thể chuyển đồng thời 8 đầu vào analog Giá trị đầu ra digital có thể thay đổi trong khoảng từ 0 đến 255 Nó sử dụng bộ chuyển đổi xấp xỉ (Successive approximation converter) dựa vào thang đo điện
áp vi sai (Differential potentiometric ladder)
+ Sơ đồ chân và sơ đồ kí hiệu của ADC0804:
Trang 10Sơ đồ chân ADC0804
• WR: Là chân đầu vào Write được sử dụng để bắt đầu chuyển đổi tín hiệu khi được cấp xung thay đổi từ cao xuống thấp
Trang 11• CLK IN: Là chân đầu vào sử dụng để nhận xung clock bên ngoài
• INTR: Là chân ngắt báo quá trình chuyển đổi tín hiệu đã hoàn tất Nó sẽ ở mức logic thấp khi quá trình chuyển đổi hoàn tất
• Vin (+): Là chân đầu vào analog cho tín hiệu đảo Hầu hết các thiết bị cấp tín hiệu analog ở dạng không đảo nên sử dụng chân này làm đầu vào analog
• Vin (-): Là chân đầu vào analog cho tín hiệu đảo Do bản chất tín hiệu hầu hết ở dạng không đảo, nên mắc chân vào mass
• AGND : Chân mass cho đầu vào analog
• View : Được sử dụng để cấp điện áp tham chiếu cho phép đọc đầy đủ thang đo giá trị dòng điện
• DGND : Chân này mắc vào mass của linh kiện nhận đầu ra digital
• DB0 - DB7: Là đầu ra digital ở dạng 8-bit
• CLK R: Chân này dùng để định thời RC sử dụng xung nhịp bên trong
• VCC: Chân cấp nguồn Không được lớn hơn +6,5 V Chủ yếu sử dụng nguồn +5.0
V
Các tính năng của ADC0804
• Tương thích với tất cả các bộ vi điều khiển và bộ vi xử lý hoạt động ở 5 V
• Có thể tính điện áp khác nhau từ 0 đến 5V bằng cách chỉ sử dụng một nguồn cấp 5V duy nhất
• Hoạt động với mức điện áp tham chiếu khác nhau Mức tối thiểu là 2,5 V
• Hỗ trợ các linh kiện điện tử CMOS và TTL
• Nó có một xung nhịp bên trong với tần số 640KHz
• Vận hành không cần hiệu chỉnh về 0
• Thời gian chuyển đổi tín hiệu tối thiểu 110us
• Cí chiều rộng 0,3 inch với package DIP 20 chân
• Có đầu vào điện áp analog khác nhau
• Dải giá trị đầu ra digital từ 0 - 255
• Dải điện áp đầu vào 2,5V - 6,5V
• Hoạt động độc lập với bộ vi xử lý 8 bit bên trong
Trang 12• Khi Vref = 5V, cứ mỗi lần tăng 19,53mV giá trị analog thì sẽ tăng một bit ở đầu ra digital
Nơi ứng dụng và cách sử dụng ADC0804
+ ADC0804 được sử dụng ở bất kỳ điểm nhận một giá trị analog với điện áp từ 2,5V - 6,5V Để sử dụng ADC0804, cần tuân theo một số quy tắc Nguồn DCV sẽ mắc vào chân Vcc và GND mắc chân GND
+ Để bật thiết bị, hãy cấp logic thấp vào chân CS Ngoài ra, để linh kiện đọc và ghi dữ liệu cần cấp logic thấp vào chân RD và WR Để sử dụng xung clock bên trong cần sử dụng mạch RC với điện trở 10K và điện dung 100pF ở chân CLK Tuân theo những điều trên, ADC0804 sẽ có thể hoạt động
2.1.3 Led 7 đoạn
Led 7 đoạn cấu tạo từ 7 led đơn được nối lại với nhau như hình Ngoài ra, còn 1 led nhỏ
ở chân dp dùng để hiển thị dấu chấm nhưng ở mạch này sẽ không sử dụng đến led này
Trang 13Vì led 7 đoạn chứa các led đơn bên trong nên muốn bảo vệ led ta sẽ dùng điện trở, dòng điện để led hoạt động là khoảng từ 15mA đến 25mA
2.1.4 IC CD4511
+ Hình dạng và sơ đồ chân
IC CD4511 là một trình điều khiển hiển thị led 7 đoạn Nó là một bộ giải mã BCD và hiển thị trên led 7 đoạn, cách khác là chuyển đổi một số nhị phân sang một số thập phân
+ Sơ đồ sơ đồ chân CD4511
+ Chi tiết cấu hình chân
CD4511 này có bốn đầu vào BCD, 3 đầu vào điều khiển và 7 đầu ra Chi tiết của tất cả các chân này được đề cập trong bảng dưới đây:
Trang 14Các tính năng của bộ giải mã CD4511 BCD
• Nó có thể kiểm tra độ sáng và đầu vào bỏ trống
• Điện năng tiêu thụ thấp
• Độ trễ cân bằng
• Thời gian giữ bằng 0
• Đầu vào chốt để lưu mã BCD
• Thời gian chuyển đổi cân bằng
• Phạm vi nhiệt độ hoạt động: -40 ° C đến 85 ° C
• Đầu ra có dòng điện nguồn cao lên đến 25mA
Cách sử dụng Bộ giải mã BCD CD4511
IC CD4511 có một chốt cùng với bộ giải mã bên trong IC như trong sơ đồ chức
năng Để sử dụng IC này, hãy kết nối các chân đầu vào với các nút bấm và các chân đầu
ra với màn hình led 7 đoạn
Trang 15Bảng trạng thái hiển thị mô tả đầu ra khi áp dụng các đầu vào khác nhau được đưa ra trong bảng
Chân điều khiển
Ngoài các chân đầu vào, trình điều khiển biến đổi BCD CD4511 có ba đầu vào điều khiển ~ LT, ~ BLE và LE Đầu vào kiểm tra đèn được sử dụng để kiểm tra màn hình Khi tín hiệu THẤP được kích ở đầu vào này, nó sẽ BẬT tất cả các đoạn của led 7
đoạn Mặt khác, đầu vào bỏ trống hoạt động theo cách ngược lại
Nó tắt tất cả các thanh của led 7 đoạn khi nó được kích mức logic THẤP Đầu vào cho phép chốt phụ thuộc vào ~ LT Khi ~ LT ở mức THẤP, đầu ra sẽ bằng 0 ngay cả khi LE
Trang 16Bảng chi tiết chuyển đổi BCD để hiển thị trên led 7 đoạn
Trang 17+ Đặc điểm của IC định thời 555
• Có hai loại IC 555: NE555 và SE555 Trong khi NE555 có thể được sử dụng trong phạm vi nhiệt độ 0-70°C, SE555 có thể được sử dụng trong phạm vi nhiệt độ từ -55°C đến 125°C
Trang 18• Nó có thể hoạt động với các nguồn điện khác nhau, từ 5 V đến 18 V
• Nó có thể được sử dụng như một bộ tạo xung hoặc một bộ dao động bằng cách vận hành nó ở các chế độ khác nhau
• Tên gọi 555 xuất phát từ thực tế là nó chứa ba điện trở 5 Kilo-Ohm mắc nối tiếp
để tạo thành mô hình phân áp
• Có thể điều khiển cả Transistor-Transistor Logic (TTL) do dòng điện đầu ra cao và các mạch logic CMOS
• Có dòng điện đầu ra cao và chu kỳ làm việc có thể điều chỉnh
• IC 555 có thể hoạt động trong cả hai chế động không ổn định và chế độ đơn ổn
• Ngõ ra có thể cung cấp cho tải một dòng điện 200mA theo kiểu sink hoặc source
• Có chứa 24 transistor, 2 diode và 17 điện trở
• IC 555 có sẵn dưới dạng IC 8 chân (DIP)
• Thời gian định thời có thể từ micro giây đến hàng giờ
+ Sơ đồ chân IC 555
• Chân 1 Ground (GND): Chân này cho nối mass để lấy dòng cấp cho IC
• Chân 2 Trigger (Ngõ vào xung kích): Nó chịu trách nhiệm chuyển đổi SET và RESET của flip-flop Biên độ của xung kích hoạt bên ngoài sẽ ảnh hưởng đến ngõ
ra của bộ định thời Ngõ ra lên mức cao và khoảng định thời bắt đầu khi ngõ vào tại chân kích kích hoạt giảm xuống dưới một nửa điện áp điều khiển (tức là 1/3 của VCC)
• Chân 3 Output: Dạng sóng ngõ ra sẽ xuất hiện ở chân này Điện áp ngõ ra nằm
Trang 19trong khoảng từ 1,7 V đến dưới VCC Hai loại tải có thể được kết nối với ngõ ra Một là tải tích cực mức cao, được kết nối giữa các chân 3 và 1 (GND) và một là tải kích cực mức thấp, được nối giữa các chân 3 và 8 (VCC)
• Chân 4 Reset: Một xung âm tác động vào chân này sẽ vô hiệu hóa hoặc reset bộ định thời Bộ định thời chỉ bắt đầu hoạt động khi điện áp trên chân này lớn hơn 0,7
V và do đó nó thường được kết nối với VCC khi không được sử dụng
• Chân 5 Control Voltage (Điện áp điều khiển): Nó điều khiển ngưỡng và mức kích hoạt và do đó điều khiển được thời gian định thời của 555 Độ rộng của xung ngõ
ra được xác định bởi điện áp điều khiển Điện áp ngõ ra có thể được điều chế bởi một điện áp bên ngoài được đưa vào chân này Trong thực tế, chân này có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định
• Chân 6 Threshold (Ngưỡng): Điện áp đặt vào chân này được so sánh với điện áp tham chiếu 2/3 VCC Khi điện áp tại chân này lớn hơn 2/3 VCC, flip-flop bị RESET
và ngõ ra chuyển từ Cao xuống Thấp
• Chân 7 Discharge (Xả điện): Chân này được kết nối với cực thu hở của transistor NPN bên trong để cho phép tụ định thời xả điện Khi điện áp tại chân này đạt đến 2/3 VCC, ngõ ra sẽ chuyển từ Cao xuống Thấp
• Chân 8 VCC: Điện áp cung cấp trong phạm vi 4.5V đến 16V được cấp vào chân này
Sơ đồ bên trong IC 555
Bên trong của một IC định thời 555 bao gồm những thành phần sau đây:
• Hai bộ so sánh
• Một SR flip-flop
• Hai transistor
• Một mạng điện trở
Trang 21o LM35 là một cảm biến nhiệt độ analog, hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi nhiệt độ thành điện áp tuyến tính
o Cảm biến này cung cấp điện áp đầu ra tỷ lệ thuận với nhiệt độ đo được, với
độ nhạy 10mV/°C Ví dụ, tại nhiệt độ 25°C, điện áp đầu ra là 250mV
2 Bộ chuyển đổi ADC:
o Vi điều khiển sử dụng bộ chuyển đổi tương tự số (ADC) để chuyển đổi điện áp đầu ra của LM35 thành giá trị số
o Giá trị số này sau đó được xử lý để tính toán ra nhiệt độ tương ứng
3 Giải mã và hiển thị:
o Vi điều khiển sẽ giải mã giá trị số từ ADC thành các giá trị để hiển thị trên LED 7 đoạn
o Các số được chuyển đổi thành mã hiển thị cho từng đoạn của LED (ví dụ:
số 0 tương ứng với mã "0xC0" cho LED 7 đoạn)
o Sau đó, các mã này được xuất ra các cổng nối với các đoạn của LED để hiển thị nhiệt độ
Các bước chi tiết:
1 Đọc giá trị nhiệt độ từ LM35: Vi điều khiển đọc tín hiệu đầu ra của LM35 và
chuyển đổi nó thành giá trị số thông qua ADC
2 Chuyển đổi giá trị số thành nhiệt độ: Giá trị số từ ADC được tính toán để ra
nhiệt độ thực tế
3 Giải mã nhiệt độ: Nhiệt độ được giải mã thành các giá trị hiển thị cho LED 7
đoạn
4 Xuất giá trị ra LED 7 đoạn: Các giá trị giải mã được xuất ra các cổng tương
ứng để hiển thị nhiệt độ trên LED 7 đoạn