ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH SỐ VI MẠCH TƯƠNG TỰ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCHĐO TẦN SỐ

ĐềTài: Thiết KếMạch 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.

NHÓM 3 TRANG 1

TRƯỜNGĐẠ IHỌCC ÔNGNGHIỆPHÀNỘI

KHOAĐIỆN

*********

ĐỒ ÁN MÔN: VIMẠCHSỐ- VIMẠCH TƯƠNG TỰ

ĐỀ TÀI: THIẾTKẾMẠCH-ĐO TẦN SỐ Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thu Hà

Sinh viên thực hiện : Nhóm III

Lớp : Điện 4-K8

Mãsinh viên :

Tháng :12 năm: 2015

NHÓM 3 TRANG 2

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)

NHÓM 3 TRANG 4

GIỚITHIỆU ĐỒ ÁN ĐềTài :

Thiết KếMạch 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

LỜIMỞ ĐẦU

Như chúng ta đãbiết,khoahọc công nghệ đangphát triểnmột cách nhanh chóng trong những năm gần đây, đặc biệtlàngành kỹthuật điện-điệntử Sựxuất hiệncủacác vi mạch,ICsố tổng hợp đãgiúp chokíchthước mạch nhỏgọn,tiện lợihơn.

Trải quasự phát triểncủakhoa học công nghệ, giờđây chúng tađã chế tạo

ra rất nhiềuloại tầnsố, phục vụ trong ngành điện tử viễnthông, công nghệ thông tin, tự động hóa

Máy đotầnsốlà1thiếtbị chophépchúng tabiếtđượctầnsócủatínhiệu1 cách chínhxác,gópphầnvàoviệc đovà điềukhiểntínhiệu.Vớinhữngkiếnthức đượchọctrênlớpvàtìmhiểuthựctế.Trongthờigianyêucầunhómem đãhoàn thànhđồánmônhọcvớinộidung“MạchĐoTầnSố”.Dokiếnthứcchuyên

ngànhcònthiếu nhiềuthựctếnênđồánkhông tránh khỏinhững saisót,mong các thầy cô góp ý kiến để đồ án được hoàn thiệnhơn.

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

NHÓM 3 TRANG 6

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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

NHÓM 3 TRANG 8

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

 Led

 Các IC đếm, giải mã, tạo xung, …

 Nút ấn

 Khuyếch đại thuật toán

 Cảm biến nhiệt độ LM335

 AND, NOT

 Chuông cảnh báo

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.

NHÓM 3 TRANG 10

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 ICtạo dao độngtầnsố cấp xung nhịpcho IC74ls190đếm giây

Sơ đồ khối555 :

NHÓM 3 TRANG 12

 Chân1 (GND): chonốiGNDđể lấy nguồn cấp cho IChay châncòngọi là chân chung

 Chân2 (TRIGGER) : đây là chân đầu vàothấphơnđiệnáp sosánh vàđược dùng như 1 chân chốt hay ngõvàocủa1 tần soáp Mạch sosanh ở đây dùng các transitoPNP vớimức điệnáp chuẩn 2/3 Vcc.Chân3 (OUTPUT): chân này làchândùng để lấy tínhiệuralogic.Trạng

 tháicủatín hiệu ra được xác định theomức 0 và1 1 ở đây là mức cáo nó tương ứng gần bằng Vccnếu (PWM=100%)vàmức 0 tương đương với0V nhưng trong thực tế

nó không được ở mức 0V mà nó trong khoảng (

0.35-o >0.75V)

 Chân4 (RESET) : dùng lậpđịnh mứctrạng tháira Khichân số4 nối masse thìngõ raở mức thấp Còn khi chân 4 nối vàomức caothìtrạng tháingõ ra phụ thuộc vào điệnáp chân2 vàchân 6 Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường nốichânnày lênVcc

 Chân5 ( CANTROL VOLTAGE): dùng thay đổimức áp chuẩntrong IC

nàycóthểkhông nốicũng được nhưng để giảm trừ nhiễu ngườita thường nốichân số5 xuống GND thông qua tụ điệntừ 0.01uF->0.1uF các tụ này lọc nhiễu vàgiữ cho điệnáp chuẩnđược ổn định

 Chân6 (THRESHOLD): là một trong những chânđầu vào sosánh điệnáp

khácvàcũng được dùng như 1 chân chốt dữ liệu

 Chân7 (DISCHAGER): có thểxem chânnày như 1 khóađiện tử vàchịu điều

khiểnbởi tầng logic củachân3 Khi chân 3 ở mức điện áp thấp thìkhóa nàyđóng lại, ngược lạithìnó mở ra Chân7 tự nạp xảđiệnchomạch R_C lúc IC555 dùng như 1 tầng dao động

 Chan8 (VCC): đâylà châncung cấpáp vàdòng cho IChoạt động không cóchânnày coi như ICchết Nóđược cấp điện áptừ 2->18V

2.4.2: IC giải mã 74HC4511

- Đây là một ICgiảimã , nó làm nhiệmvụgiải mãtừ mãnhịphânlogíc (dạng

0,1) sang mãcủaled 7 vạch đểxuất ra led 7 vạch vềcấu tạonó làmột tậphợp các mạch tổhợpgồmcách linh kiệnsố logicnhư các cổng and, or, việc thiết kế một mạch như vậy không hẳnlàquákhó,chỉ cầnxây dựng mạch tổhợplả chúng ta hoàntoàncóthể làm được ,nhưng điều đó khiếnchúng ta mất thời gian ,không đảmbảochất lượng sử dụng , =>dùng ICtíchhợpchotiện

- Chúng ta tìm hiểu sơđồ chân của nó như sau :

-Chú ý là loạinàydùng cho seg 7 vạch loạicathot chung có nghĩalàtất cả cathot củaled nốíchung với nhau vànối với đất ,như vậy dữ liệuđẩy vào led sẽ tích cực ở mức cao tức là mức 1 thì mới làm led sang

- 4511 Có 16 chân

NHÓM 3 TRANG 14

dữ liệu logic tức là dạng 1,0,1,0…

- 7 chân đầura là chân 9 ,10,11,12,13,14,15.sẽxuất radữ liệu củadạng 7 vạch

- Chân số5 làchân dùng đểđiềukhỉêntế bàonhớ ,chần này= 0 thìIChoạt độngbình thường , còn = 1 thì dữ nguyêntrạng thái ở các đầura ,và dữ cho đến khi nó trởvềchân nàyđược chuyểnvề0 thì đầu ra lạitiếptục hoạt động (nếu hiểu sâu sathì chúng

tahiểukhi IChoạt động thì dữ liệutại đầu rasẽ luân

phiên nhau được nhớtrong tế bào4 bít ,vậy khi chânsố 5 nàyở mức 0 giả sự

gọilà đóngcửa thìIChoạtđộng bình thường không vấnđề gì ,nhưng khinó = 1 tức là mở cửa thìdữ liệutrong tế bàonhớtràora vàđẩy liêntục vàocửaranên giữ tạiđầura một mức

dữ liệucố định )

- Trong sơđồ mạch chúng tanốinó với đất

- Chân số3 nếu =0thì tất cảđầura sẽ làmức logic1.(dùng kiểm traled 7 đoạn,bất

chấpđầu vàolà thế nào )

- Chân số4 thì cótác dụng ngược lạichân số3

Bảng chân lý:

2.4.3.IC đếm BCD 74LS190

Là ICtích hợ bộ đếm thập phân đồngbộ, đầu ra song song Nó cóchức năng đếm thuận hoặc nghịch.Đặc biệt có thể đặttrước giátrị đếm với chân điều khiển giánạpgiátrị

Chức năng các chân:

- Châncấp nguồn : 16 (VCC)vàchân8(GND).

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

NHÓM 3 TRANG 16

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

- Châncấp xung clockCLK :14

- Chânchọnchế độ đếm thuận nghịch D/U:5

- Chânchophépđếm Enable :4

- Chânnạp giátrị load :11

- Chânxung đếm raRCO :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

-Khita ấnnutSTART/STOP mạch hoạt độngIC555 cấp xung

chobộđếm thờigian vànguồn tín hiệu cầnđo cấpxung

chobộđếm xung hoat động Khimạch đếm chưahết tầnsố

thìđầura của cổng 7408 vẫnở mức thấp mạch hoạtđộng khiđạt

hết quátrình đếm xung thìđầu ra của7408 đạt mức caohệ thống

ngừng đếm Vàđó chính là kết quả đo tần sôcủanguồn tín hiệu

cầnđo.

Khita muốn đo lạita ấn nút RESET mach sẽ vềtrạng thái 0 Muốn tiếptục

đo ta ấnRESET lần 2.

-Khimuốn dùng mạch ta ấn nút START/STOP mạch sẽ dừng lạicảkhối đếm xung vàđếm thờigianđều dừng lại.

NHÓM 3 TRANG 17

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.

NHÓM 3 TRANG 18

NHÓM 3 TRANG 19

Lời Nhận Xét Của Giáo Viên