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 CÔNG THƯƠNG Trường ĐHCN Hà TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN Bộ Môn ********* 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 : Nhóm III Lớp : Điện 4-K8 Mã sinh viên : Tháng :12 năm: 2015 NHÓM TRANG Nhóm III: (5 người) Nguyễn Trung Đức (0841040291) Phạm Việt Đức (0841040286) Phạm Việt Đức (0841040413) Đào Hữu Duy (0841040282) Phạm Văn Giáp (0841040417) GIỚI THIỆU ĐỒ ÁN Đề Tài: Thiết Kế Mạch Đo Tần Số Nội Dung: Thiết kế mạch đo tần số giám sát nhiệt độ Hệ thống gồm hai nút Start Stop để khởi động dừng hệ thống, Led để thị giá trị đo tần số thang đo Hz, (dải đo từ 0Hz ÷ 999Hz), đối tượng đo xung vuông 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 đo hiển thị kết đo với thang đo Hz, cảm biến nhiệt đọ cho giá trị đầu sau mạch chuẩn hóa, nhiệt độ đạt (80+n)oC cảnh báo còi Khi ấn nút Stop, hệ thống dừng Sử dụng thiết bị đo để kiểm tra cần thiết Note: n số dư phép chia tổng số cuối mã sinh viên sinh viên nhóm cho 10 LỜI MỞ ĐẦU Như biết, khoa học công nghệ phát triển cách nhanh chóng năm gần đây, đặc biệt ngành kỹ thuật điện-điện tử Sự xuất vi mạch, IC số tổng hợp giúp cho kích thước mạch nhỏ gọn, tiện lợi Trải qua phát triển khoa học công nghệ, chế tạo nhiều loại tần số, phục vụ ngành điện tử viễn thông, công nghệ thông tin, tự động hóa Máy đo tần số thiết bị cho phép biết tần só tín hiệu cách xác, góp phần vào việc đo điều khiển tín hiệu.Với kiến thức học lớp tìm hiểu thực tế Trong thời gian yêu cầu nhóm em hoàn thành đồ án môn học với nội dung “Mạch Đo Tần Số” Do kiến thức chuyên ngành thiếu nhiều thực tế nên đồ án không tránh khỏi sai sót, mong thầy cô góp ý kiến để đồ án hoàn thiện Em xin cám ơn Cô Nguyễn Thu Hà giúp em hoàn thành đề tài Mục Lục Chương 1: Trình bày mạch chức sử dụng hệ thống 1.1 1.2 1.3 1.4 Phân tích yêu cầu công nghệ Liệt kê phương pháp đo tần số Trình bày nguyên lý đo tần số Các linh kiện cần dùng Chương 2: Thiết kế mạch đo tần sô giám sát nhiệt độ 2.1 Sơ đồ khối bố trí linh kiện 2.2 Liệt kê linh kiện sử dụng thiết kế 2.3 Xây dựng mạch chuẩn hóa cho cảm biến nhiệt độ với điện áp đầu từ (0÷10)V 2.4 Xây dựng mạch phát xung chuẩn cung cấp cho đếm dùng timer 555 2.5 Trình bày sơ đồ chân lý ứng dụng vi mạch sử dụng 2.6 Sơ đồ nguyên lý mạch 2.7 Thuyết minh nguyên lý hoạt động mạch 2.8 Xây dựng mạch mô phầm mềm Protues chạy thử Chương 3: Kết luận 3.1 Các kết đạt 3.2 Sai số nguyên nhân sai số thiết bị đo 3.3 Các hạn chế tồn thiết kế phương hướng khắc phục Chương 1: Trình bày mạch chức sử dụng hệ thống 1.1: Phân tích yêu cầu công nghệ • • • Dựa vào yêu cầu toán “thiết kế mạch đo tần số giám sát nhiệt độ dùng led để hiển thị giá trị đo tần số “ sử dụng cảm biến nhiệt độ LM335 : + LM335 cảm biến nhiệt độ cho mức điện áp tương ứng với độ Kelvin + dòng LM335 dòng mạch tích hợp cảm biến xác nhiệt độ, có điện áp tỉ lệ tuyến tính với nhiệt độ (°C) có lợi so với cảm biến nhiệt độ tuyến tính hiệu chuẩn + LM335 không cần hiệu chuẩn hay chỉnh sửa để đưa nhiệt độ xác +/- 1°C khoảng -55°C đến 150°C sai số thấp vi mạch điều chỉnh + trở kháng đầu LM335 thấp, đầu tuyến tính hiệu chuẩn xác giúp đọc kiểm soat mạch dễ dàng +hoạt động dải từ 400µA – 5mA Sử dụng IC555 vì: +IC 555 có cấu tạo đơn giản hoạt động tốt + mạch tạo xung ổn định + điêù chế độ rộng xung + điều chế vị trí xung sử dụng led để hiển thị : + led hợp với thiết bị hiển thị tần số led công cụ thông dụng dùng để thị thông số dạng số từ đến 1.2: Liệt kê phương pháp đo tần số Việc lựa chọn phương pháp đo tần số xác định theo khoảng đo, theo độ xác yêu, theo dạng đường cong công suất nguồn tín hiệu có tần số cần đo số yếu tố khác Để đo tần số ta sử dụng phương pháp: - Phương pháp biến đổi thẳng - Phương pháp so sánh 1.3: Trình bày nguyên lý đo tần số Trong ta dùng phương pháp so sánh để đo tần số đối tượng xung vuông tín hiệu xoay chiều Nguyên lý phương pháp đo so sánh là: để đo xung vuông, ta dùng xung vuông so sánh với timer 555 cho qua so sánh AND NOT để so sánh rùi đưa vào đếm để thị LED 1.4: Các linh kiện cần dùng • • • • • • • • • • Điện trở Tụ điện Transistor Led 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: 2.1 Thiết kế mạch đo tần sô giám sát nhiệt độ : Sơ đồ khối bố trí linh kiện 2.1.1: Sơ đồ khối bố trí linh kiện mạch nhiệt độ 2.1.2: Sơ đồ khối bố trí linh kiện mạch tần số 2.1 :Liệt kê linh kiện sử dụng thiết kế 2.1.1:Trong mạch nhiệt độ ta sử dụng con: • 10 Điện trở (0,5k, 0,81926k, 1k, 4k, 1,06k,…) • khuyếch đại thuật toán ( APAMP, LM 358) • chuông cảnh báo (Buzzer) • đèn led cảnh báo • cảm biến nhiệt độ LM335 • trasistor (2N3392) • Nguồn điện (8v,12v, ) 2.1.2: Các linh kiện mạch tần số ta sử dụng là: • Điện Trở ( 1k, 217,045) • Tụ điện 0,01uF • Khuyếch đại thuật toán ( OPAMP, LM 358) • Nguồn (+12v, +5v) • IC Timer 555 ( tạo xung) • Led ( 7SEG-COM-CAT-BLUE để thị kết đo tần số) • IC 74HC4511(IC giải mã) • IC 74LS190 ( IC đếm BCD) • AND, NOT ( Bộ Cộng Bộ Đảo) • IC 4017 ( IC tạo đếm) • RX8(180) ( Điện trở băng) • SW-DPST-MOM ( nút ấn chuyển mạch cổng) • Button ( Nút ấn chuyển mạch cổng) Xây dựng mạch chuẩn hóa cho cảm biến nhiệt độ với điện áp đầu từ (0÷10)V 2.2 2.3 Xây dựng mạch phát xung chuẩn cung cấp cho đếm dùng timer 555 2.4 Trình bày sơ đồ chân lý ứng dụng 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 (GND): cho nối GND để lấy nguồn cấp cho IC hay chân gọi chân chung • Chân (TRIGGER) : chân đầu vào thấp điện áp so sánh dùng chân chốt hay ngõ vào tần so áp Mạch so sanh dùng transito Chân (OUTPUT) : chân chân dùng để PNP với mức điện áp chuẩn 2/3 Vcc lấy tín hiệu logic Trạng thái tín hiệu xác định theo mức 1 mức cáo tương ứng gần Vcc (PWM=100%) mức tương đương với 0V thực tế không mức 0V mà khoảng ( 0.35o >0.75V) • Chân (RESET) : dùng lập định mức trạng thái Khi chân số nối masse ngõ mức thấp Còn chân nối vào mức cao trạng thái ngõ phụ thuộc vào điện áp chân chân Nhưng mà mạch để tạo dao động thường nối chân lên Vcc • • • Chân ( CANTROL VOLTAGE): dùng thay đổi mức áp chuẩn IC 555 theo mức biển áp hay dùng điện trở nối GND Chân không nối để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF->0.1uF tụ lọc nhiễu giữ cho điện chuẩn ổn định Chânáp (THRESHOLD): chân đầu vào so sánh điện áp khác dùng chân chốt liệu • Chân (DISCHAGER): xem chân khóa điện tử chịu điều khiển tầng logic chân Khi chân mức điện áp thấp khóa đóng lại , ngược lại mở Chân tự nạp xả điện cho mạch R_C lúc IC 555 dùng tầng dao động • Chan (VCC): chân cung cấp áp dòng cho IC hoạt động coi IC chết Nó cấp điện áp từ 2->18V chân 2.4.2: IC giải mã 74HC4511 - Đây IC giải mã , làm nhiệm vụ giải mã từ mã nhị phân logíc (dạng 0,1) sang mã led vạch để xuất led vạch cấu tạo tập hợp mạch tổ hợp gồm cách linh kiện số logic cổng and , or , việc thiết kế mạch không khó ,chỉ cần xây dựng mạch tổ hợp lả hoàn toàn làm ,nhưng điều khiến thời gian ,không đảm bảo chất lượng sử dụng , =>dùng IC tích hợp cho tiện - Chúng ta tìm hiểu sơ đồ chân sau : -Chú ý loại dùng cho seg vạch loại cathot chung có nghĩa tất cathot led nốí chung với nối với đất ,như liệu đẩy vào led tích cực mức cao tức mức làm led sang - 4511 Có 16 chân - Chân 16 chân nối với nguồn dương (5 v ), chân số nối với đất - Chân 1,2,7,6 chân đưa liệu đầu vào ,chúng ta chọn liệu loại liệu logic tức dạng 1,0,1,0… - chân đầu chân ,10,11,12,13,14,15.sẽ xuất liệu dạng vạch - Chân số chân dùng để điều khỉên tế bào nhớ ,chần = IC hoạt động bình thường , = nguyên trạng thái đầu ,và trở chân chuyển đầu lại tiếp tục hoạt động (nếu hiểu sâu sa hiểu IC hoạt động liệu đầu luân phiên nhớ tế bào bít ,vậy chân số mức giả gọi đóng cửa IC hoạt động bình thường không vấn đề ,nhưng = tức mở cửa liệu tế bào nhớ trào đẩy liên tục vào cửa nên giữ đầu mức liệu cố định ) - Trong sơ đồ mạch nối với đất - Chân số =0 tất đầu mức logic 1.(dùng kiểm tra led đoạn ,bất chấp đầu vào ) - Chân số có tác dụng ngược lại chân số Bảng chân lý: 2.4.3 IC đếm BCD 74LS190 Là IC tích hợ đếm thập phân đồng bộ, đầu song song Nó có chức đếm thuận nghịch.Đặc biệt đặt trước giá trị đếm với chân điều khiển giá nạp giá trị Chức chân: - Chân cấp nguồn : 16 (VCC) chân 8(GND) - Nhóm chân liệu nạp vào : A(15) B(1) C (10) D(9) - Nhóm chân liệu đầu : 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 RCO :13 2.6 Sơ đồ nguyên lý mạch 2.7 Thuyết minh nguyên lý hoạt động mạch 2.7.1 Nguyên lý hoạt động mcahj tần số -Khi ta ấn nut START/STOP mạch hoạt động IC 555 cấp xung cho đếm thời gian nguồn tín hiệu cần đo cấp xung cho đếm xung hoat động Khi mạch đếm chưa hết tần số đầu cổng 7408 mức thấp mạch hoạt động đạt hết trình đếm xung đầu 7408 đạt mức cao hệ thống ngừng đếm Và kết đo tần sô nguồn tín hiệu đo đo lại ta ấn nút RESET mach trạng thái Muốn tiếp Khi tacần muốn tục đo ta ấn RESET lần -Khi muốn dùng mạch ta ấn nút START/STOP mạch dừng lại khối đếm xung đếm thời gian dừng lại 2.8 Xây dựng mạch mô phầm mềm Protues chạy thử Mô mạch chạy thử là: Chương 3: Kết luận 3.1 Các kết đặt 3.2 Sai số nguyên nhân sai số thiết bị đo 3.3 Các hạn chế tồn thiết kế phương hướng khắc phục Lời Nhận Xét Của Giáo Viên [...]... chính là kết quả đo tần sô của nguồn tín hiệu đo đo lại ta ấn nút RESET mach sẽ về trạng thái 0 Muốn tiếp Khi tacần muốn 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... - 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... 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 đo n ,bất chấp đầu vào là thế nào ) - Chân số 4 thì... 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 ... 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 này coi như IC chết Nó được cấp điện áp từ 2->18V chân 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... 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...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... 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 chuẩn được ổn định Chânáp 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... • 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 Chân 3 (OUTPUT) : chân này là chân dùng để PNP với mức điện áp chuẩn 2/3 Vcc lấy tín hiệu ra logic Trạng thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1 1 ở... trong thực tế nó không được ở mức 0V mà nó trong khoảng ( 0.35o >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 ...Nhóm III: (5 người) Nguyễn Trung Đức (0841040291) Phạm Vi t Đức (0841040286) Phạm Vi t Đức (0841040413) Đào Hữu Duy (0841040282) Phạm Văn Giáp... tổng số cuối mã sinh vi n sinh vi n nhóm cho 10 LỜI MỞ ĐẦU Như biết, khoa học công nghệ phát triển cách nhanh chóng năm gần đây, đặc biệt ngành kỹ thuật điện-điện tử Sự xuất vi mạch, IC số tổng... loại tần số, phục vụ ngành điện tử vi n thông, công nghệ thông tin, tự động hóa Máy đo tần số thiết bị cho phép biết tần só tín hiệu cách xác, góp phần vào vi c đo điều khiển tín hiệu.Với kiến