Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 52 Ngõ vào ( input ) Ngõ ra ( output) Display LE BI LT D C B A a b c d E g f X X L X X X X H H H H H H H X L H X X X X L L L L L L L Blank L H H L L L L H H H H H H L 0 L H H L L L H L H H L L L L 1 L H H L L H L H H L H H L H 2 L H H L L H H H H H L L L H 3 L H H L H L L L H H L L H H 4 L H H L H L H H L H H L H H 5 L H H L H H L L L H H H H H 6 L H H L H H H H H H L L L L 7 L H H H L L L H H H H H H H 8 L H H H L L H H H H L L H H 9 L H H H L H L L L L L L L L Blank L H H H L H H L L L L L L L Blank L H H H H L L L L L L L L L Blank L H H H H L H L L L L L L L Blank L H H H H H L L L L L L L L Blank L H H H H H H L L L L L L L Blank H H H X X X X (* ) Trong mạch hiển thò ta cần phải tắt số 0 vô nghiã,ví dụ như kết quả đo làø 10 thì phải hiển thò làø 10 không phải là 0010. Như chúng ta đã biết IC 4511B có ngõ vào BI khi tác động ở mức thấp thì đèn tắt, khi các ngõ ra của IC đếm là 0000 (BCD) thì ngõ vào BI ở mức thấp, một ngõ ra lên trạng thái [1] thì ngõ vào BI ở mức cao. Dạng mạch kết nối như sau: . Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 53 VI./ MẠCH HIỂN THỊ: Mạch đo tần số này không là một thiết bò đo thực dụng mà là một mô hình hoạt động được dùng trong giảng dạy môn đolường điện, có thể dùng làm thiết bò đo trong phòng thí nghiệm đo lường điện. Đối với mô hình dùng để dạy học nên cần phần hiển thò thật rõ để người ở góc có thể quan sát được, với những yêu đó ta chọn phần hiển thò là LED 7 đoạn loại lớn, loại đèn này tiêu tốn năng thấp hơn các loại đèn cathod lạnh hay đèn tim, nguồn cung cấp cho đèn LED thường thấp. Thông số loại LED Điện áp cung cấp : 6 V Dòng điện tối đa : 20mA Kích cở : ( 3. 7 x 5. 5) cm Kích thước mỗi đoạn : 3 cm Loại màu trắng khi phát sáng cho ánh sáng màu đỏ Điện áp và dòng diện các ngõ ra của IC 4511B không đủ kích cho LED sáng vì vậy cần thêm mạch kéo dòng cho LED. Ta dùng linh kiện rời TRANSISTOR để làm mạch thúc, khi ngõ ra của IC 4511B ở trạng thái mức cao thì LED sáng, ở trạng thái mức thấp thì LED tắt nên ta sử dụng transistor loại PNP. . Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 54 Điện áp cấp cho LED là 6V và dòng điện qua tối đa là 15mA. Khi chân B ở mức cao thì transistor ngưng dẫn dòng điện chạy qua R C và R 1 qua LED làm cho đèn phát sáng, lúc này điện áp rơi trên LED là 0.7V. Điện trở R C = LED CCC I VV R C = mA 15 612 = 400 R 1 = mA 15 7.06 = 330 Để transistor làm việc trong vùng bảo hoà thì điện trở R B = 10 R C R B = 4 K Khi chân B ở mức thấp thì transistor dẫn dòng điện đổ từ nguồn V CC = 12V qua mối nối CE xuống mass lúc này V CE = 0.2V làm cho LED tắt. VII./ MẠCH NGUỒN: Trong phần mạch giới hạn biên độ tín hiệu ngõ vào và phần hiển thò đã sử dụng nguồn cung cấp là 12V, nguồn cung cấp cho các loại IC đếm trong mạch là 5V. Như vậy mạch nguồn cho ra 3 cấp điện áp +12 V, -12V, + 5V. Để đơn giản cho việc chọn lựa nguồn và linh kiện ổn áp cho mạch ta chỉ chú trọng đến các phần tử tiêu hao dòng đáng kể nhất trong mạch. Các cổng CMOS đều là loại có dòng tiêu thụ lớn nhất I d = 50 mA ở mức điện nguồn cung cấp là 5V. Dòng điện tổng qua các CMOS là :6 x 50mA = 300 mA IC đếm bao gồm: IC 4518B x 3, 4017B x 4, IC 4040B dòng điện tiêu thụ mỗi IC là 10 mA. Dòng điện tổng là: (8 x 10)mA = 80mA Tổng dòng điện qua các LED là : (4 x 7 x 15) mA = 420 mA Tổng dòng điện toàn mạch là: (300 + 420 + 80 ) = 800 mA Tổng dòng điện trong nguồn cung cấp + 5 V là: (300 + 80) = 380 mA Chọn IC 7805 để tạo nguồn ổn áp + 5 V, các thông số của IC 7805: Dòng điện ngõ ra: I 0 = 1 A . Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 55 Điện áp ngõ vào: V in = 8 35 V Điện áp ngõ ra: V 0 = 4.8 5.2 V Chọn IC LM 317 và LM 337 để tạo nguồn ổn áp + 12V , -12 V Thông số kỹ thuật của IC LM317: Dòng điện ra đònh mức : I 0 = 1.5A Điện áp ngõ ra V 0 = V in - 1.2 Điện áp ngõ vào : V in = 1.2 37V Thông số kỹ thuật của IC LM 337 Dòng điện ra đònh mức : I 0 = 1.5A Điện áp ngõ ra :V 0 = V in + 1.2 Điện áp ngõ vào : V in = 1.2 37 V Trong mạch cần nguồn đối xứng 12V nên chọn biến áp có điểm giữa, điện áp vào là 220 V AC , điện áp lấy ra 12 V AC Tụ 10F nối từ chân ADJ xuống mass để triệt tiêu độ gợn điện áp, tụ 0.1F dùng lọc nhiễu tần số cao làm cho điện áp ngõ ra có dạng phẳng hơn. Điện trở R = 120 và biế trở VR = 2 k tạo thành cầu phân áp để điều chỉnh điện áp cho chân ADJ nhằm điều chỉnh điện áp ngõ ra. Giải thích nguyên lý hoạt động của toàn mạch: Chức năng các linh kiện trong mạch IC 7805 dùng ổn áp nguồn 5V cung cấp cho các IC đếm IC 317 vàø IC 337 dùng ổn áp nguồn +12V, -12V cung cấp cho khuếch đại đầu vào và mạch nguồn cho LED hiển thò IC 40106B chỉnh dạng sóng tín hiệu ngõ vào, một phần dùng lắp mạch dao động chuẩn. IC 4518B (1), IC 4040B và IC 4081(1) dùng để chia tần số xung 32 KHZ xuống tần số xung chuẩn 1HZ. IC 4017B (1) khống chế mạch đếm trong 1 giây, giữ kết quả trong 2 giây và reset mạch đếm trong 1 giây. IC 4518B ( 2,3) đếm BCD đồng bộ. . Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 56 IC 4511B ( 1,2,3,4) giải mã BCD sang LED 7 đoạn IC 741 (1,2 ) khuếch đại biên độ tín hiệu ngõ vào IC 4017B (2 ,3 ) mạch chia tần số tín hiệu ngõ vào tạo các giai đo x1, x10 , x100. Nguyên lý hoạt động: Khi cấp nguồn cho mạch, lúc này chưa có tín hiệu ngõ vào trên màn hình hiển thò là số 0. Khi đưa tín hiệu cần đo tần số vào, chú ý đến biên độ để điều chỉnh công tắc SW 1 ở vò trí phù hợp khi biên độ tín hiệu quá lớn mà không làm hỏng mạch. Tín hiệu cần đo sau khi mạch giới hạn biên được đưa vào IC 40106 để dạng méo xung nếu có hoặc chỉnh dạng sóng sin thành xung vuông. Nếu như ta để công tắc SW 2 ở vò trí (x1) thì kết quả hiển thò chính là kết quả của phép đo, nếu công tắc ở vò trí (x10 hay x100) thì kết qủa của phép đo sẽ bằng kết qủa hiển thò nhân với giai đo( x10 hay x100). Tín hiệu sau khi được sửa dạng được đưa vào một ngõ vào cổng AND ngõ vào còn lại là tín hiệu điều khiển có tần số xung là 1HZ. Phần xung 1HZ được tạo từ dao động chuẩn 32KHZ đưa đến ngõ vào IC 4017, ngõ ra O 0 được nối chân điều khiển cho phép tín hiệu cần đo vào mạch đếm. Khi ngõ ra O 0 = (1) cổng AND được thông tín hiệu vào mạch đếm IC 4518 (2, 3) sau thời gian 1 giây cổng AND được khóa không cho tín hiệu vào. Ngõ ra O 1 = (1) thông qua cổng NOT nối đến chân EL của IC 4511B cho phép tín hiệu đếm vào mạch giải mã sang LED 7 đoạn, sau thời gian 1 giây kết quả được chốt lại ngõ ra O 2 = (1) mạch đếm được Reset và lặp lại chu kì đếm mới. Chân 6 của IC 4518 (2) nối với chân 10 (CP 1b ) để khi mạch đếm (1A) đếm từ 0 đến 9 thì mạch (1B) đếm lên 1 kết qủa hiển thò là 10 HZ, mạch đếm được là từ 0 đến 99 tự động quay về 0. Để hiển thò được 4 LED thì chân (14) cuả 4518B (2) nối qua chân (2) của IC 4518B (3), chân (6) nối với chân 10 (CP 2b ), mạch đếm được số xung lớn nhất là 9999 HZ khi số xung vượt quá thì kết quả hiển thò là 0, kết qủa hiển thò không bò nhấp nháy trong khi mạch làm việc. . Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 57 CHƯƠNG IV THI CÔNG I./ HÌNH DẠNG MÔ HÌNH: . Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 58 II./ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ: 1./ Mạch ngõ vào: . Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 59 2./ Mạch dao động chuẩn: . Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 60 3./ Mạch đếm và giải mã: . Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 61 4./ Mạch hiển thò: . . chỉnh dạng sóng tín hiệu ngõ vào, một phần dùng lắp mạch dao động chu n. IC 451 8B (1), IC 4040B và IC 4081(1) dùng để chia tần số xung 32 KHZ xuống tần số xung chu n 1HZ. IC 4017B (1) khống chế. hiển thò nhân với giai đo( x10 hay x100). Tín hiệu sau khi được sửa dạng được đưa vào một ngõ vào cổng AND ngõ vào còn lại là tín hiệu điều khiển có tần số xung là 1HZ. Phần xung 1HZ được. được 4 LED thì chân (14) cuả 451 8B (2) nối qua chân (2) của IC 451 8B (3), chân (6) nối với chân 10 (CP 2b ), mạch đếm được số xung lớn nhất là 9999 HZ khi số xung vượt quá thì kết quả hiển