do an Mạch ADC 0804

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ —–¯—– BÁO CÁO ỨNG DỤNG KĨ THUẬT SỐ TRONG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Mạch ADC 0804 GVHD : Ths LÊ VĂN BẠN SVTH : Trần Đức Bảo LỚP : DH12TD MSSV : 12138017 Tháng 10 năm 2014 A CẤU TẠO, CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: I Bộ tạo xung : IC NE555 Sơ đồ chân IC NE555: - Dựa vào chế độ tạo xung vuông IC555 ta xây dựng tạo xung cho mạch đếm - Công nghệ chế tạo: TTL-transistor-transistor logic - Lí do: IC555 phỗ biến đơn giản - Chức : tạo xung vuông đễ cấp cho mạch đếm -Sơ đồ chân : Hình 1: Sơ đồ chân IC 555 + Chân số 1(GND): cho nối mase để lấy dòng cấp cho IC + Chân số 2(TRIGGER): ngõ vào tần so áp, mạch so áp dụng transistor PNP Mức áp chuẩn 2*Vcc/3 + Chân số 3(OUTPUT): Ngõ trạng thái ngõ xác định theo mức điện áp cao (gần mức áp chân 8) thấp (gần mức áp chân 1) + Chân số 4(RESET): dùng lập định mức trạng thái Khi chân số nối masse ngõ mức thấp Còn chân nối vào mức áp cao trạng thái ngõ tùy theo mức áp chân + Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): dùng làm thay đổi mức áp chuẩn IC 555 theo mức biến áp hay dùng điện trở cho nối mase Tuy nhiên hầu hết mạch ứngdụng chân số nối masse qua tụ từ 0.01uFà 0.1uF, tụ cótác dụng lọc bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn ổn định + Chân số 6(THRESHOLD) : ngõ vào tầng so áp khác mạch so sánh dùng transistor NPN mức chuẩn Vcc/3 + Chân số 7(DISCHAGER) : xem khóa điện chịu điều khiển bỡi tầng logic chân mức áp thấp khóa đóng lại.ngược lại mở Chân tự nạp xả điện cho mạchR-C lúc IC 555 dùng tầng dao động + Chân số (Vcc): cấp nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC.Nguồn nuôi cấp cho IC 555 khoảng từ +5và +15v mức tối đa +18v - Cấu tạo: Hình 2: Cấu tạo IC 555 □ Về chất IC 555 mạch kết hợp Opamp , điện trở , transistor, Fipflop(ở dùng FFRS ) - OP-amp có tác dụng so sánh điện áp - Transistor để xả điện - Bên gồm điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành3 phần Cấu tạo tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương Op-amp điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm Op-amp Khi điện áp chân nhỏ 1/3VCC, chân S = [1] FF kích Khi điện áp chân lớn 2/3 VCC, chân R FF = [1] FF reset - Nguyên lí hoạt động : Hình 3: Nguyên lý hoạt động IC 555 +Ký hiệu mức thấp (L) 0V, mức cao (H) gần VCC Mạch FF loại RS Flip-flop, +Khi S = [1] Q = [1] Q-= [ 0] +Sau đó, S = [0] Q = [1] Q-= [0] +Khi R = [1] thìQ- = [1] Q = [0] +Tóm lại, S = [1] Q = [1] R = [1] Q = [0] Q- = [1], transisitor mở dẫn, cực C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp chân không vượt V2 Do lối Op-amp mức 0, FF không reset +Khi đóng mạch, tụ C nạp qua Ra, Rb, với thời (Ra+Rb)C □ Tụ C nạp từ điện Áp 0V -> Vcc/3: + Lúc V+1(V+ Opamp1) > V-1 Do O1 (ngõ Opamp1) có mức logic 1(H) + V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) Do O2 = 0(L) + R = 0, S = > Q = 1, /Q (Q đảo) = + Q = > Ngõ = +Q = > Transistor hồi tiếp không dẫn □ Tụ C tiếp tụ nạp từ điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3: + Lúc này, V+1 < V-1 Do O1 = + V+2 < V-2 Do O2 = + R = 0, S = > Q, /Q giứ trạng thái trước (Q=1, /Q=0) + Transistor ko dẫn * Tụ C nạp qua ngưỡng 2Vcc/3: + Lúc này, V+1 < V-1 Do O1 = + V+2 > V-2 Do O2 = + R = 1, S = > Q=0, /Q = + Q = > Ngõ đảo trạng thái = + Q = > Transistor dẫn, điện áp chân xuống 0V + Tụ C xả qua Rb Với thời Rb.C + Điện áp tụ C giảm xuống tụ C xả, làm cho điện áp tụ C nhảy xuống 2Vcc/3.4 □ Tụ C tiếp tục "XẢ" từ điện áp 2Vcc/3 > Vcc/3: + Lúc này, V+1 < V-1 Do O1 = + V+2 < V-2 Do O2 = + R = 0, S = > Q, /Q giứ trạng thái trước (Q=0, /Q=1) + Transistor dẫn + Lúc V+1 > V-1 Do O1 = + V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) Do O2 = + R = 0, S = > Q = 1, /Q (Q đảo) = + Q = > Ngõ = +Q = > Transistor không dẫn -> chân không = 0V tụ C lại nạp điện với điện áp ban đầu Vcc/3 □ Quá trình lại lặp lại Kết quả: Ngõ OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ ổn định II Bộ biến đổi ADC (Analog to Digital Converter): Các chuyển đổi ADC thuộc thiết bị sử dụng rộng rãi để thu liệu Các máy tính số sử dụng giá trị nhị phân, giới vật lý đại lượng dạng tương tự (liên tục) Nhiệt độ, áp suất (khí chất lỏng), độ ẩm vận tốc số đại lượng vật lý giới thực mà ta gặp hàng ngày Một đại lượng vật lý chuyển dòng điện điện áp qua thiết bị gọi biến đổi Các biến đổi coi cảm biến Mặc dù có cảm biến nhiệt, tốc độ, áp suất, ánh sáng nhiều đại lượng tự nhiên khác chúng cho tín hiệu dạng dòng điện điện áp dạng liên tục Do vậy, ta cần chuyển đổi tương tự số cho vi điều khiển đọc chúng Có hai loại sử dụng rộng rãi ADC0809 ADC0804 Sơ đồ chân IC ADC0804: Chíp ADC0804 chuyển đổi tương tự số họ loạt ADC800 từ hãng National Semiconductor Nó nhiều hãng khác sản xuất, làm việc với +5V có độ phân giải bit Ngoài độ phân giải thời gian chuyển đổi yếu tố quan trọng khác đánh giá ADC Thời gian chuyển đổi định nghĩa thời gian mà ADC cần để chuyển đầu vào tương tự thành số nhị phân Trong ADC0804 thời gian chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ cấp tới chân CLK R CLK IN nhanh 110sμ Các chân ADC0804 mô tả sau: Hình 4: Sơ đồ chân ADC0804 Chức các chân ADC0804:  Chân (chân số 1) – chọn chíp: Là đầu vào tích cực mức thấp sử dụng để kích hoạt chíp ADC0804 Để truy cập ADC0804 chân phải mức thấp  Chân (chân số 2): Đây tín hiệu đầu vào tích cực mức thấp Các ADC chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân tương đương với giữ ghi sử dụng để nhận liệu chuyển đổi đầu ADC0804 Khi = xung cao – xuống – thấp áp đến chân đầu số bit hiển diện chân liệu D0 – D7 Chân coi cho phép đầu  Chân ghi (chân số 3, thực tên xác “Bắt đầu chuyển đổi”): Đây chân đầu vào tích cực mức thấp dùng để báo cho ADC0804 bắt đầu trình chuyển đổi Nếu = tạo xung cao – xuống – thấp ADC0804 bắt đầu chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin số nhị phấn bit Lượngthời gian cần thiết để chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đưa đến chân CLK IN CLK R Khi việc chuyển đổi liệu hoàn tất chân INTR ép xuống thấp ADC0804  Chân CLK IN (chân số 4) CLK R (chân số 19): Chân CLK IN chân đầu vào nối tới nguồn đồng hồ đồng hồ sử dụng để tạo thời gian Tuy nhiên ADC0804 có máy tạo xung đồng hồ Để sử dụng máy tạo xung đồng hồ ADC0804 chân CLK IN CLK R nối tới tụ điện điện trở (hình 1.4) Trong trường hợp tần số đồng hồ xác định biểu thức: f= Hình 5: Kiểm tra ADC0804 chế độ chạy tự  Giá trị tiêu biểu đại lượng R = 10kΩ C = 150pF tần số nhận f = 606kHz thời gian chuyển đổi 110μs  Chân ngắt (chân số 5): Đây chân đầu tích cực mức thấp Bình thường trạng thái cao việc chuyển đổi hoàn tất xuống thấp để báo cho CPU biết liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy Sau xuống thấp, ta đặt CS = gửi xung cao xuống – thấp tới chân lấy liệu ADC0804  Chân Vin (+) Vin (-): Đây đầu vào tương tự vi sai mà Vin = Vin(+) – Vin(-) Thông thường Vin(-) nối xuống đất Vin(+) dùng đầu vào tương tự chuyển đổi dạng số  Chân VCC (chân số 20): Đây chân nguồn nối +5V, dùng điện áp tham chiếu đầu vào VREF/2 (chân số 9) để hở  Chân VREF/2 (chân số 9): Là điện áp đầu vào dùng cho điện áp tham chiếu Nếu chân hở (không nối) điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm dãy 05V→(giống chân VCC) Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin cần phải khác dãy 0→5V Chân VREF/2 dùng để thực thi điện áp đầu vào khác dãy 0→5V Ví dụ: Nếu dãy đầu vào tương tự cần phải →4V VREF/2 nối với +2V VREF/2(V) Vin(V) Step size(V) Hở* đến 5/256=19.53 2.0 đến 4/256=15.62 1.5 đến 3/256=11.71 1.28 đến 2.56 2.56/256=10 1.0 đến 2/256=7.81 0.5 đến 1/256=3.90 Hình 6: Biểu diễn dãy điện áp Vin đầu vào VREF/2 khác  Các chân liệu D0 – D7 (Từ chân 11 đến chân 18): Các chân liệu D0 – D7 (D7 bit cao MSB D0 bit thấp LSB) chân đầu liệu số Đây chân đệm ba trạng thái liệu chuyển đổi truy cập chân CS = chân bị đưa xuống thấp Để tính điện áp đầu ta sử dụng công thức sau: Dout=  Với Dout đầu liệu số (dạng thập phân) Vin điện áp đầu vào tương tự độ phân dãy thay đổi nhỏ tính (2VREF/2) chia cho 256 ADC bit  Chân GND (chân số 10): Đây chân đầu vào cấp đất chung cho tín hiệu số tương tự Đất tương tự nối tới đất chân Vin tương tự, đất số nối tới đất chân VCC Lý mà ta phải có hai đất để cách ly tín hiệu tương tự Vin từ điện áp ký sinh tạo việc chuyển mạch số xác Trong phần trình bày chân nối chung với đất Tuy nhiên, thực tế thu đo liệu chân đất nối tách biệt  Từ điều ta kết luận bước cần phải thực chuyển đổi liệu ADC0804 là:  Bật CS = gửi xung thấp lên cao tới chân để bắt đầu chuyển đổi  Duy trì hiển thị chân Nếu xuống thấp việc chuyển đổi hoàn tất ta sang bước Nếu cao tiếp tục thăm dò xuống thấp  Sau chân xuống thấp, ta bật CS = gửi xung cao xuống thấp đến chân để lấy liệu khỏi chip ADC0804 Phân chia thời gian cho trình trình bày hình 7: Hình 7: Phân chia thời gian đọc ghi ADC0804 Các tiêu • Độ phân giải kỹ thuật chủ yếu ADC: Độ phân gải ADC biểu thị số bit tín hiệu số đầu Số lượng bit nhiều • • sai số lượng tử nhỏ, độ xác cao Dải động, điện trở đầu vào Mức logic tín hiệu số đầu khả chịu tải (nối vào đầu vào) Độ xác tương đối Nếu lý tưởng hóa tất điểm chuyển đổiphải nằm đường thẳng Độ xác tương đối sai dsố điểm chuyển đổi thực tế so với đặc tuyến chuyển đổi lý • tưởng Ngoài yêu cầu ADC không bị bit toàn phạm vi công tác Tốc độ chuyển đổi Tốc độ chuyển đổi xác định thời gian thời gian cần thiết hoàn thành lần chuyển đổi A/D Thời gian tính từ xuất tín hiệu điều khiển chuyển đổi đến • • tín hiệu số đầu ổn định Hệ số nhiệt độ Hệ số nhiệt độ biến thiên tương đối tín hiệu số đầu nhiệt độ biến đổi 10C phạm vi nhiệt độ công tác cho ph ép với điều kiện mức tương tự đầu vào không đổi Tỉ số phụ thuộc công suất 10 Giả sử điện áp tương tự đầu vào không đổi, nguồn cung cấp cho ADC biến thiên mà • B ảnh hưởng đến tín hiệu số đầu lớn tỉ số phụ thuộc nguồn lớn Công suất tiêu hao THIẾT KẾ: I Mạch nguyên lý: Hình 8: Sơ đồ mạch nguyên lý ADC0804 11 II Mạch layout: Hình 9: Sơ đồ mạch layout ADC0804 III Mạch in: Hình 10: Sơ đồ mạch in ADC0804 12 [...]...Giả sử điện áp tương tự đầu vào không đổi, nếu nguồn cung cấp cho ADC biến thiên mà • B ảnh hưởng đến tín hiệu số đầu ra càng lớn thì tỉ số phụ thuộc nguồn càng lớn Công suất tiêu hao THIẾT KẾ: I Mạch nguyên lý: Hình 8: Sơ đồ mạch nguyên lý ADC0 804 11 II Mạch layout: Hình 9: Sơ đồ mạch layout ADC0 804 III Mạch in: Hình 10: Sơ đồ mạch in ADC0 804 12 ... Trong ADC08 04 thời gian chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ cấp tới chân CLK R CLK IN nhanh 110sμ Các chân ADC08 04 mô tả sau: Hình 4: Sơ đồ chân ADC08 04 Chức các chân ADC08 04:  Chân... tự số cho vi điều khiển đọc chúng Có hai loại sử dụng rộng rãi ADC0809 ADC08 04 Sơ đồ chân IC ADC08 04: Chíp ADC08 04 chuyển đổi tương tự số họ loạt ADC800 từ hãng National Semiconductor Nó nhiều... INTR ép xuống thấp ADC08 04  Chân CLK IN (chân số 4) CLK R (chân số 19): Chân CLK IN chân đầu vào nối tới nguồn đồng hồ đồng hồ sử dụng để tạo thời gian Tuy nhiên ADC08 04 có máy tạo xung đồng hồ