Thiết Kế Mạch Đo Tần Số

Nội Dung: Thiết kế mạch đo tần số và giám sát nhiệt độ. Hệ thống gồm hai nút Start và Stop để khởi động và dừng hệ thống, 4 Led 7 thanh để hiện thị giá trị đo tần số - thang đo Hz, (dải đo từ 0Hz ÷ 999Hz), đối tượng đo là xung vuông hoặc tín hiệu xoay chiều. Một cảm biến nhiệt độ LM335 để giám sát nhiệt độ ( dải đo từ 0oC ÷ (100+n)oC). Hoạt đông: Khi ấn nút Start , hệ thống thực hiện đo và hiển thị kết quả đo với thang đo Hz, cảm biến nhiệt đọ cũng cho giá trị đầu ra sau mạch chuẩn hóa, nếu nhiệt độ đạt (80+n)oC thì cảnh báo bằng còi. Khi ấn nút Stop, hệ thống dừng. Sử dụng các thiết bị đo để kiểm tra khi cần thiết. Note: n là số dư của phép chia tổng số cuối cùng trong mã sinh viên của các sinh viên trong nhóm cho 10.

BỘ C ÔNG T HƯƠNG TRƯỜNG ĐẠ I HỌC C ÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

*********

ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH SỐ- VI MẠCH TƯƠNG TỰ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH- ĐO TẦN SỐ Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thu Hà

Sinh viên thực hiện : Nhóm III

Lớp : Điện 4-K8

Mã sinh viên :

Tháng :12 năm: 2015

Nhóm III: (5 người)

1. Nguyễn Trung Đức (0841040291)

2. Phạm Việt Đức (0841040286)

3. Phạm Việt Đức (0841040413)

4. Đào Hữu Duy (0841040282)

5. Phạm Văn Giáp (0841040417)

GIỚI THIỆU ĐỒ ÁN

Đề Tài :

Thiết Kế Mạch Đo Tần Số

Nội Dung:

Thiết kế mạch đo tần số và giám sát nhiệt độ Hệ thống gồm hai nút Start và

Stop để khởi động và dừng hệ thống, 4 Led 7 thanh để hiện thị giá trị đo tần số -

thang đo Hz, (dải đo từ 0Hz ÷ 999Hz), đối tượng đo là xung vuông hoặc tín hiệu xoay chiều Một cảm biến nhiệt độ LM335 để giám sát nhiệt độ ( dải đo từ 0oC ÷

(100+n)oC)

Hoạt đông:

Khi ấn nút Start , hệ thống thực hiện đo và hiển thị kết quả đo với thang đo Hz,

cảm biến nhiệt đọ cũng cho giá trị đầu ra sau mạch chuẩn hóa, nếu nhiệt độ đạt

(80+n)oC thì cảnh báo bằng còi

Khi ấn nút Stop, hệ thống dừng Sử dụng các thiết bị đo để kiểm tra khi cần thiết.

Note: n là số dư của phép chia tổng số cuối cùng trong mã sinh viên của các sinh viên trong nhóm cho 10

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 cám ơn Cô Nguyễn Thu Hà đã giúp em hoàn thành đề tài này.

Mục Lục

Chương 1: Trình bày về các mạch chức năng sử dụng trong hệ thống

1.1 Phân tích yêu cầu công nghệ

1.2 Liệt kê phương pháp đo tần số

1.3 Trình bày về nguyên lý đo tần số trong bài

1.4 Các linh kiện cần dùng trong bài

Chương 2: Thiết kế mạch đo tần sô và giám sát nhiệt độ

2.1 Sơ đồ khối bố trí linh kiện trong bài

2.2 Liệt kê các linh kiện sử dụng trong bản thiết kế

2.3 Xây dựng mạch chuẩn hóa cho cảm biến nhiệt độ với điện áp đầu ra từ (0÷10)V

2.4 Xây dựng mạch phát xung chuẩn cung cấp cho các bộ đếm dùng timer 555

2.5 Trình bày sơ đồ chân lý và ứng dụng các vi mạch sử dụng 2.6 Sơ đồ nguyên lý của mạch

2.7 Thuyết minh nguyên lý hoạt động của mạch

2.8 Xây dựng mạch mô phỏng trên phầm mềm Protues và chạy thử

Chương 3: Kết luận

3.1 Các kết quả đạt được

3.2 Sai số và nguyên nhân sai số của các thiết bị đo

3.3 Các hạn chế tồn tại của bản thiết kế và phương hướng khắc phục

Chương 1 : Trình bày về các mạch chức năng sử dụng

trong hệ thống.

1.1: Phân tích yêu cầu công nghệ.

Dựa vào yêu cầu bài toán “thiết kế mạch đo tần số và giám sát nhiệt độ dùng led 7 thanh để hiển thị giá trị đo tần số “.

• sử dụng cảm biến nhiệt độ LM335 vì :

+ LM335 là cảm biến nhiệt độ cho ra các mức điện áp tương ứng với độ Kelvin

+ dòng LM335 là dòng mạch tích hợp cảm biến chính xác nhiệt độ, có điện

áp tỉ lệ tuyến tính với nhiệt độ ( ° C) do đó có lợi thế so với cảm biến nhiệt

độ tuyến tính hiệu chuẩn

+ LM335 không cần hiệu chuẩn hay chỉnh sửa để đưa về nhiệt độ chính xác như +/- 1 ° C trong khoảng -55 ° C đến 150 ° C sai số thấp vì được vi mạch điều chỉnh.

+ trở kháng đầu ra của LM335 thấp, đầu ra tuyến tính và hiệu chuẩn chính xác giúp đọc và kiểm soat mạch dễ dàng.

+hoạt động ở dải từ 400 µ A – 5mA.

• Sử dụng IC555 vì:

+IC 555 có cấu tạo đơn giản nhưng hoạt động tốt

+ mạch tạo xung ổn định

+ điêù chế được độ rộng xung

+ điều chế vị trí xung

• sử dụng led 7 thanh để hiển thị vì :

+ led 7 thanh hợp với thiết bị hiển thị tần số vì led 7 thanh là một công cụ thông dụng được dùng để hiện thị các thông số dưới dạng các số từ 0 đến 9.

1.2: Liệt kê phương pháp đo tần số.

Việc lựa chọn phương pháp đo tần số được xác định theo khoảng đo, theo độ chính xác yêu, theo dạng đường cong và công suất nguồn tín hiệu có tần số cần đo và một số yếu

tố khác Để đo tần số ta có thể sử dụng các phương pháp:

- Phương pháp biến đổi thẳng

- Phương pháp so sánh

1.3: Trình bày về nguyên lý đo tần số trong bài.

Trong bài này ta dùng con phương pháp so sánh để đo tần số của đối tượng là xung vuông hoặc tín hiệu xoay chiều

Nguyên lý của phương pháp đo so sánh là: để đo được xung của vuông, ta dùng xung vuông so sánh với con timer 555 rồi cho qua bộ so sánh AND và NOT để so sánh rùi đưa vào bộ đếm để hiện thị trên LED 7 thanh

1.4: Các linh kiện cần dùng trong bài.

• Điện trở

• Tụ điện

• Transistor

• Các IC đếm, giải mã, tạo xung, …

• Nút ấn

• Khuyếch đại thuật toán

• Cảm biến nhiệt độ LM335

• AND, NOT

• Chuông cảnh báo

Chương 2: Thiết kế mạch đo tần sô và giám sát nhiệt độ

2.1 : Sơ đồ khối bố trí linh kiện trong bài.

2.1.1: Sơ đồ khối bố trí linh kiện trong mạch nhiệt độ.

2.1.2: Sơ đồ khối bố trí linh kiện trong mạch tần số.

2.1 :Liệt kê các linh kiện sử dụng trong bản thiết kế.

2.1.1:Trong mạch nhiệt độ ta sử dụng những con:

• 10 con Điện trở (0,5k, 0,81926k, 1k, 4k, 1,06k,…)

• 3 con khuyếch đại thuật toán ( 2 con APAMP, 1 con LM 358)

• 1 chuông cảnh báo (Buzzer)

• 1 đèn led cảnh báo

• 1 cảm biến nhiệt độ LM335

• 1 con trasistor (2N3392)

• Nguồn điện (8v,12v, )

2.1.2: Các linh kiện trong mạch tần số ta sử dụng là:

• 3 con Điện Trở ( 1k, 217,045)

• 2 con Tụ điện 0,01uF

• Khuyếch đại thuật toán ( OPAMP, LM 358)

• Nguồn (+12v, +5v)

• 1 con IC Timer 555 ( tạo xung)

• 4 con Led 7 thanh ( 7SEG-COM-CAT-BLUE để hiện thị kết quả đo tần số)

• 4 con IC 74HC4511(IC giải mã)

• 4 con IC 74LS190 ( IC đếm BCD)

• 2 con AND, 2 con NOT ( Bộ Cộng và Bộ Đảo)

• 1 con IC 4017 ( IC tạo bộ đếm)

• 4 con RX8(180) ( Điện trở băng)

• 1 SW-DPST-MOM ( nút ấn chuyển mạch 2 cổng)

• 1 Button ( Nút ấn chuyển mạch 1 cổng)

2.2 Xây dựng mạch chuẩn hóa cho cảm biến nhiệt độ với điện áp đầu ra từ (0÷10)V

2.3 Xây dựng mạch phát xung chuẩn cung cấp cho các bộ đếm

dùng timer 555

2.4 Trình bày sơ đồ chân lý và ứng dụng các vi mạch sử dụng 2.4.1 IC 555

Là IC tạo dao động tần số cấp xung nhịp cho IC 74ls190 đếm giây

Sơ đồ khối 555 :

• Chân 1 (GND): cho nối GND để lấy nguồn cấp cho IC hay chân còn gọi là chân

chung

•Chân 2 (TRIGGER) : đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp Mạch so sanh ở đây dùng các transito PNP với mức điện áp chuẩn 2/3 Vcc.Chân 3 (OUTPUT) : chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic Trạng

• thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1 1 ở đây là mức cáo nó tương ứng gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng trong thực tế nó không được ở mức 0V mà nó trong khoảng (

0.35-o >0.75V)

• Chân 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 cao thì trạng thái ngõ ra phụ thuộc vào điện áp chân 2 và chân 6 Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường nối chân này lên Vcc

• Chân 5 ( CANTROL VOLTAGE): dùng thay đổi mức áp chuẩn trong IC

555 theo các mức biển áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài nối GND Chân này có thể không nối cũng được nhưng để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF->0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định

• Chân 6 (THRESHOLD): là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp

khác và cũng được dùng như 1 chân chốt dữ liệu

•Chân 7 (DISCHAGER): có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu điều khiển bởi tầng logic của chân 3 Khi chân 3 ở mức điện áp thấp thì khóa 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): đây là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động không có

chân này coi như IC chết Nó được cấp điện áp từ 2->18V

2.4.2: IC giải mã 74HC4511

- Đây là một IC giải mã , nó làm nhiệm vụ giải mã từ mã nhị phân logíc (dạng

0,1) 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 có thể làm được ,nhưng điều đó khiến chúng ta mất thời gian ,không đảm bảo chất lượng sử dụng , =>dùng IC tích hợp cho tiện

- Chúng ta tìm hiểu sơ đồ chân của nó như sau :

-Chú ý là loại này dùng cho seg 7 vạch loại cathot chung có nghĩa là tất cả cathot của led nốí chung với nhau và nối với đất ,như vậy dữ liệu đẩy vào led sẽ tích cực ở mức cao tức là mức 1 thì mới làm led sang

- 4511 Có 16 chân

- Chân 16 luôn là chân nối với nguồn dương (5 v ), chân số 8 nối với đất

- Chân 1,2,7,6 là chân đưa dữ liệu đầu vào ,chúng ta có thể chọn dữ liệu loại này

là dữ liệu logic tức là dạng 1,0,1,0…

- 7 chân đầu ra là chân 9 ,10,11,12,13,14,15.sẽ xuất ra dữ liệu của dạng 7 vạch

- Chân số 5 là chân dùng để điều khỉên tế bào nhớ ,chần này = 0 thì IC hoạt động bình thường , còn = 1 thì dữ nguyên trạng thái ở các đầu ra ,và dữ cho đến khi nó trở

về chân này được chuyển về 0 thì đầu ra lại tiếp tục hoạt động (nếu hiểu sâu sa thì chúng ta hiểu khi IC hoạt động thì dữ liệu tại đầu ra sẽ luân

phiên nhau được nhớ trong tế bào 4 bít ,vậy khi chân số 5 này ở mức 0 giả sự

gọi là đóng cửa thì IC hoạt động bình thường không vấn đề gì ,nhưng khi nó = 1 tức là

mở cửa thì dữ liệu trong tế bào nhớ trào ra và đẩy liên tục vào cửa 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 đoạn

,bất chấp đầu vào là thế nào )

- Chân số 4 thì có tác dụng ngược lại chân số 3

Bảng chân lý:

2.4.3 IC đếm BCD 74LS190

Là IC tích hợ bộ đếm thập phân đồng bộ, đầu ra song song Nó có chức năng đếm thuận hoặc nghịch.Đặc biệt có thể đặt trước giá trị đếm với chân điều khiển giá nạp giá trị

Chức năng các chân:

- Chân cấp nguồn : 16 (VCC) và chân 8(GND).

- Nhóm chân dữ liệu nạp vào : A(15) B(1) C (10) D(9)

- Nhóm chân dữ liệu đầu ra : Qa (3) Qb(2) Qc(6) Qd(7)

- Chân cấp xung clock CLK :14

- Chân chọn chế độ đếm thuận nghịch D/U :5

- Chân cho phép đếm Enable :4

- Chân nạp giá trị load :11

- Chân xung đếm ra RCO :13

2.6 Sơ đồ nguyên lý của mạch

2.7 Thuyết minh nguyên lý hoạt động của mạch.

2.7.1 Nguyên lý hoạt động của mcahj tần số

-Khi ta ấn nut START/STOP mạch 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 tần số thì đầu

ra của cổng 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 ta muốn đo lại ta ấn nút RESET mach sẽ về trạng thái 0 Muốn tiếp tục

đo ta ấn RESET lần 2.

-Khi muốn dùng mạch ta ấn nút START/STOP mạch sẽ dừng lại cả khối đếm xung và đếm thời gian đều dừng lại.

2.8 Xây dựng mạch mô phỏng trên phầm mềm Protues và chạy thử.

Mô phỏng và mạch chạy thử là:

Chương 3: Kết luận

3.1 Các kết quả đặt được.

3.2 Sai số và nguyên nhân sai số của các thiết bị đo.

3.3 Các hạn chế tồn tại của bản thiết kế và phương hướng khắc phục.

Lời Nhận Xét Của Giáo Viên