do an Mạch ADC 0804

+ Chân số 5CONTROL VOLTAGE: dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối mase.. + Chân số 6THRESHOLD : là ngõ vào của 1 tầng

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

1 Sơ đồ chân IC NE555:

- Dựa vào chế độ tạo xung vuông của IC555 ta có thể xây dựng một bộ tạo xung cho mạch đếm

- Công nghệ chế tạo: TTL-transistor-transistor logic

- Lí do: IC555 phỗ biến và đơn giản

- Chức năng : 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 của 1 tần so áp, mạch so áp dụng các transistor PNP Mức áp chuẩn là 2*Vcc/3

+ Chân số 3(OUTPUT): Ngõ ra trạng thái ngõ ra chỉ xác định theo mức điện áp cao (gần bằng mức áp chân 8) và thấp (gần bằng mức áp chân 1)

+ Chân số 4(RESET): dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số 4 nối masse thì ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6

+ Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối mase Tuy nhiên trong hầu hết các mạch ứngdụng chân số 5 nối masse qua 1 tụ từ 0.01uFà 0.1uF, các tụ cótác dụng lọc bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn ổn định

+ Chân số 6(THRESHOLD) : là ngõ vào của 1 tầng so áp khác mạch so sánh dùng các transistor NPN mức chuẩn là Vcc/3

+ Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem như 1 khóa điện và chịu điều khiển bỡi tầng logic khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại.ngược lại thì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạchR-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động

+ Chân số 8 (Vcc): cấp nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC.Nguồn nuôi cấp cho IC 555 trong khoảng từ +5và +15v và mức tối đa là +18v

- Cấu tạo:

Hình 2: Cấu tạo IC 555

□ Về bản chất thì IC 555 là 1 bộ mạch kết hợp giữa 2 con Opamp , 3 điện trở , 1 con transistor,

và 1 bộ Fipflop(ở đây dùng FFRS )

- 2 OP-amp có tác dụng so sánh điện áp

- Transistor để xả điện

- Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành3 phần Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2 Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3VCC, chân S = [1] và FF được kích Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset

- Nguyên lí hoạt động :

Hình 3: Nguyên lý hoạt động IC 555

+Ký hiệu 0 là mức thấp (L) bằng 0V, 1 là mức cao (H) gần bằng VCC Mạch FF là loại

RS Flip-flop,

+Khi S = [1] thì Q = [1] và Q-= [ 0]

+Sau đó, khi S = [0] thì Q = [1] và Q-= [0]

+Khi R = [1] thìQ- = [1] và Q = [0]

+Tóm lại, khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì Q- = [1], transisitor mở dẫn, cực C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không vượt quá V2 Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset

+Khi mới đóng mạch, tụ C nạp qua Ra, Rb, với thời hằng (Ra+Rb)C

□ Tụ C nạp từ điện Áp 0V -> Vcc/3:

+ Lúc này V+1(V+ của Opamp1) > V-1 Do đó O1 (ngõ ra của Opamp1) có mức logic 1(H)

+ V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) Do đó O2 = 0(L)

+ R = 0, S = 1 > Q = 1, /Q (Q đảo) = 0

+ Q = 1 > Ngõ ra = 1

+Q = 0 > Transistor hồi tiếp không dẫn

□ Tụ C tiếp tụ nạp từ điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3:

+ Lúc này, V+1 < V-1 Do đó O1 = 0

+ V+2 < V-2 Do đó O2 = 0

+ R = 0, S = 0 > Q, /Q sẽ giứ trạng thái trước đó (Q=1, /Q=0)

+ Transistor vẫn ko dẫn

* Tụ C nạp qua ngưỡng 2Vcc/3:

+ Lúc này, V+1 < V-1 Do đó O1 = 0

+ V+2 > V-2 Do đó O2 = 1

+ R = 1, S = 0 > Q=0, /Q = 1

+ Q = 0 > Ngõ ra đảo trạng thái = 0

+ Q = 1 > Transistor dẫn, điện áp trên chân 7 xuống 0V

+ Tụ C xả qua Rb Với thời hằng Rb.C

+ Điện áp trên tụ C giảm xuống do tụ C xả, làm cho điện áp tụ C nhảy xuống dưới

2Vcc/3.4

□ Tụ C tiếp tục "XẢ" từ điện áp 2Vcc/3 > Vcc/3:

+ Lúc này, V+1 < V-1 Do đó O1 = 0

+ V+2 < V-2 Do đó O2 = 0

+ R = 0, S = 0 > Q, /Q sẽ giứ trạng thái trước đó (Q=0, /Q=1)

+ Transistor vẫn dẫn

+ Lúc này V+1 > V-1 Do đó O1 = 1

+ V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) Do đó O2 = 0

+ R = 0, S = 1 > Q = 1, /Q (Q đảo) = 0

+ Q = 1 > Ngõ ra = 1

+Q = 0 > Transistor không dẫn -> chân 7 không = 0V nữa và tụ C lại được nạp điện với điện áp ban đầu là Vcc/3

□ Quá trình lại lặp lại.

Kết quả: Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ ổn định

II Bộ biến đổi ADC (Analog to Digital Converter):

Các bộ chuyển đổi ADC thuộc trong những thiết bị được sử dụng rộng rãi nhất để thu dữ liệu Các máy tính số sử dụng các giá trị nhị phân, nhưng trong thế giới vật lý thì mọi đại lượng ở dạng tương tự (liên tục) Nhiệt độ, áp suất (khí hoặc chất lỏng), độ ẩm và vận tốc và một số ít trong những đại lượng vật lý của thế giới thực mà ta gặp hàng ngày Một đại lượng

vật lý được chuyển về dòng điện hoặc điện áp qua một thiết bị được gọi là các bộ biến đổi Các bộ biến đổi cũng có thể coi như là các bộ cảm biến Mặc dù chỉ có các bộ cảm biến nhiệt, tốc độ, áp suất, ánh sáng và nhiều đại lượng tự nhiên khác nhưng chúng đều cho ra các tín hiệu dạng dòng điện hoặc điện áp ở dạng liên tục Do vậy, ta cần một bộ chuyển đổi tương tự số sao cho bộ vi điều khiển có thể đọc được chúng Có hai loại được sử dụng rộng rãi nhất là ADC0809 và ADC0804

1. Sơ đồ chân IC ADC0804:

Chíp ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự số trong họ các loạt ADC800 từ hãng National Semiconductor Nó cũng được nhiều hãng khác sản xuất, nó làm việc với +5V và có độ phân giải 8 bit Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một yếu tố quan trọng khác khi đánh giá một bộ ADC Thời gian chuyển đổi được định nghĩa như là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một số nhị phân Trong ADC0804 thời gian chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK R và CLK IN nhưng không thể nhanh hơn 110sμ Các chân của ADC0804 được mô tả như sau:

Hình 4: Sơ đồ chân ADC0804

2. Chức năng các chân ADC0804:

 Chân (chân số 1) – chọn chíp: Là một đầu vào tích cực mức thấp được sử dụng để kích hoạt chíp ADC0804 Để truy cập ADC0804 thì chân này phải ở mức thấp

 Chân (chân số 2): Đây là một tín hiệu đầu vào được tích cực mức thấp Các bộ ADC chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân tương đương với nó và giữ nó trong một thanh ghi trong được sử dụng để nhận dữ liệu được chuyển đổi ở đầu ra của ADC0804 Khi = 0 nếu một xung cao – xuống – thấp được áp đến chân thì đầu ra số

8 bit được hiển diện ở các chân dữ liệu D0 – D7 Chân cũng được coi như cho phép đầu ra

 Chân ghi (chân số 3, thực ra tên chính xác là “Bắt đầu chuyển đổi”): Đây là chân đầu vào tích cực mức thấp được dùng để báo cho ADC0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi Nếu = 0 khi tạo ra xung cao – xuống – thấp thì bộ ADC0804 bắt đầu chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin về số nhị phấn 8 bit Lượngthời gian cần thiết để chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đưa đến chân CLK IN và CLK R Khi việc chuyển đổi

dữ liệu được hoàn tất thì chân INTR được ép xuống thấp bởi ADC0804

 Chân CLK IN (chân số 4) và CLK R (chân số 19): Chân CLK IN là một chân đầu vào được nối tới một nguồn đồng hồ ngoài khi đồng hồ ngoài được sử dụng để tạo ra thời gian Tuy nhiên ADC0804 cũng có một máy tạo xung đồng hồ Để sử dụng máy tạo xung đồng hồ trong của ADC0804 thì các chân CLK IN và CLK R được nối tới một

tụ điện và một điện trở (hình 1.4) Trong trường hợp này tần số đồng hồ được xác định bằng biểu thức:

f=

Hình 5: Kiểm tra ADC0804 ở chế độ chạy tự do

 Giá trị tiêu biểu của các đại lượng trên là R = 10kΩ và C = 150pF và tần số nhận được là

f = 606kHz và thời gian chuyển đổi sẽ mất là 110μs

 Chân ngắt (chân số 5): Đây là chân đầu ra tích cực mức thấp Bình thường nó ở trạng thái cao và khi việc chuyển đổi hoàn tất thì nó xuống thấp để báo cho CPU biết là dữ liệu được chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi Sau khi xuống thấp, ta đặt CS = 0 và gửi một xung cao xuống – thấp tới chân lấy dữ liệu ra của ADC0804

 Chân Vin (+) và Vin (-): Đây là các đầu vào tương tự vi sai mà Vin = Vin(+) – Vin(-) Thông thường Vin(-) được nối xuống đất và Vin(+) được dùng như đầu vào tương tự chuyển đổi

về dạng số

 Chân VCC (chân số 20): Đây là chân nguồn nối +5V, nó cũng được dùng như điện áp tham chiếu khi đầu vào VREF/2 (chân số 9) để hở

 Chân VREF/2 (chân số 9): Là một điện áp đầu vào được dùng cho điện áp tham chiếu Nếu chân này hở (không được nối) thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm trong dãy 05V→(giống như chân VCC) Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến

Vin cần phải khác ngoài dãy 0→5V Chân VREF/2 được dùng để thực thi các điện áp đầu vào khác ngoài dãy 0→5V Ví dụ: Nếu dãy đầu vào tương tự cần phải là 0 →4V thì

VREF/2 được nối với +2V

VREF/2(V) Vin(V) Step size(V) Hở* 0 đến 5 5/256=19.53 2.0 0 đến 4 4/256=15.62 1.5 0 đến 3 3/256=11.71 1.28 0 đến 2.56 2.56/256=10 1.0 0 đến 2 2/256=7.81 0.5 0 đến 1 1/256=3.90

Hình 6: Biểu diễn dãy điện áp V in đối với các đầu vào V REF/2 khác nhau.

 Các chân dữ liệu D0 – D7 (Từ chân 11 đến chân 18): Các chân dữ liệu D0 – D7 (D7 là các bit cao nhất MSB và D0 là bit thấp LSB) là các chân đầu ra dữ liệu số Đây là những chân được đệm ba trạng thái và dữ liệu được chuyển đổi chỉ được truy cập khi chân CS =

0 và chân bị đưa xuống thấp Để tính điện áp đầu ra ta có thể sử dụng công thức sau:

Dout=

 Với Dout là đầu ra dữ liệu số (dạng thập phân) Vin là điện áp đầu vào tương tự và độ phân dãy là sự thay đổi nhỏ nhất được tính như là (2VREF/2) chia cho 256 đối với ADC 8 bit

 Chân GND (chân số 10): Đây là những chân đầu vào cấp đất chung cho cả tín hiệu số và tương tự Đất tương tự được nối tới đất của chân Vin tương tự, còn đất số được nối tới đất của chân VCC Lý do mà ta phải có hai đất là để cách ly tín hiệu tương tự Vin từ các điện

áp ký sinh tạo ra việc chuyển mạch số được chính xác Trong phần trình bày thì các chân được nối chung với một đất Tuy nhiên, trong thực tế thu đo dữ liệu các chân đất này được nối tách biệt

 Từ những điều trên ta kết luận rằng các bước cần phải thực hiện khi chuyển đổi dữ liệu bởi ADC0804 là:

 Bật CS = 0 và gửi một xung thấp lên cao tới chân để bắt đầu chuyển đổi

 Duy trì hiển thị chân Nếu xuống thấp thì việc chuyển đổi được hoàn tất và ta có thể sang bước kế tiếp Nếu cao tiếp tục thăm dò cho đến khi nó xuống thấp

 Sau khi chân xuống thấp, ta bật CS = 0 và gửi một xung cao xuống thấp đến chân

để lấy dữ liệu ra khỏi chip ADC0804 Phân chia thời gian cho quá trình này được trình bày như hình 7:

Hình 7: Phân chia thời gian đọc và ghi của ADC0804

3. Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của ADC:

• Độ phân giải.

Độ phân gải của một ADC biểu thị bằng số bit của tín hiệu số đầu ra Số lượng bit nhiều sai số lượng tử càng nhỏ, độ chính xác càng cao

• Dải động, điện trở đầu vào.

Mức logic của tín hiệu số đầu ra và khả năng chịu tải (nối vào đầu vào)

• Độ chính xác tương đối.

Nếu lý tưởng hóa thì tất cả các điểm chuyển đổiphải nằm trên một đường thẳng Độ chính xác tương đối là sai dsố của các điểm chuyển đổi thực tế so với đặc tuyến chuyển đổi lý tưởng Ngoài ra còn yêu cầu ADC không bị mất bit trong toàn bộ phạm vi công tác

• Tốc độ chuyển đổi.

Tốc độ chuyển đổi được xác định thời gian bởi thời gian cần thiết hoàn thành một lần chuyển đổi A/D Thời gian này tính từ khi xuất hiện tín hiệu điều khiển chuyển đổi đến khi tín hiệu số đầu ra đã ổn định

• Hệ số nhiệt độ.

Hệ số nhiệt độ là biến thiên tương đối tín hiệu số đầu ra khi nhiệt độ biến đổi 10C trong 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.

Giả sử điện áp tương tự đầu vào không đổi, nếu nguồn cung cấp cho ADC biến thiên mà ảnh hưởng đến tín hiệu số đầu ra càng lớn thì tỉ số phụ thuộc nguồn càng lớn

• Công suất tiêu hao.

B. THIẾT KẾ:

Hình 8: Sơ đồ mạch nguyên lý ADC0804

II. Mạch layout:

Hình 9: Sơ đồ mạch layout ADC0804

Hình 10: Sơ đồ mạch in ADC0804