Đồ án vi mạch tương tự và vi mạch số Sử dụng led 7 thanh à uA741 đo điện áp xoay chiều

Đồ án vi mạch tương tự và vi mạch số Sử dụng led 7 thanh à uA741 đo điện áp xoay chiều sử dụng led 7 thanh và mạch khuyếch đại thuật toán ua741. Đồ án cung cấp ứng dụng thực tế của ua741 và bộ giải mã BCD. Liên hệ fb (chấm) comtuankt97 để nhân file mô phỏng Proteus

Chương 1: Tìm hiểu chung về các linh kiện 2

1 Mạch khuếch đại thuật toán µA741 3

2 Biến áp hạ áp 5

3 Mạch chỉnh lưu 6

4 IC ổn áp LM7805 7

5 Bộ chuyển đổi tương tự - số ADC0804 8

6 Bộ cộng nhị phân 4 bit 74LS83 10

7 Bộ giải mã led 7 thanh 11

8 Led 7 thanh Anot chung 13

Chương 2: Thiết kế mạch 14

1 Sơ đồ khối mạch đo điện áp xoay chiều sử dụng IC số: 14

2 Thiết kế mạch đo điện áp xoay chiều 16

2.1 Tính toán, thiết kế khối mạch nguồn 16

2.2 Tính toán mạch chuẩn hóa điện áp 16

2.3 Khối tạo xung 17

2.4 Xây dựng bộ chuyển mã nhị phân 8 bit thành mã BCD và hiển thị trên led 7 thanh 20

Chương 3:Xây dựng chương trình mô phỏng 25

1 Mô phỏng và chạy thử 25

2 Kết luận 27

LỜI NÓI ĐẦU

Như chúng ta đã biết, khoa học công nghệ đã và đang phát triển mạnh mẽtrong những năm gần đây, đặc biệt là ngành kỹ thuật điện điển tử Sự phát triển dẫn đến sự xuất hiện nhanh chóng của các vi mạch tích hợp, IC số tổng hợp đã giúp cho kích thước mạch điện tử ngày càng được thu nhỏ

Điện và các ứng dụng của điện là nhân tố quan trọng nhất trong quá trình công nghiệp hóa và tự động hóa Một trong những thông số quan trọng của điện

đó là Hiệu điện thế Có thể hiểu hiệu điện thế (hay điện áp) là sự chênh lệch về điện thế giữa hai cực Hiệu điện thế là công thực hiện được để di chuyển một hạt điện tích trong trường tĩnh điện từ điểm này đến điểm kia Vôn kế có thể được sử dụng để đo hiệu điện thế giữa hai điểm trong một hệ thống điện Với kiến thức đã học, và tìm tòi kiến thức qua nhiều nguồn khác nhau, Chúng em đã

tìm hiểu và thực hiện đề tài: Nghiên cứu dùng các vi mạch tương tự tính

toán ,thiết kế mạch đo điện áp xoay chiều từ 0-255V Sử dụng ADC0804

(chuyển điện áp sang mã nhị phân ).

Dưới đây là phần trình bày đề tài của nhóm em Do kiến thức còn có nhiều hạn chế nên đồ án không thể tránh khỏi những sai sót

Chúng em kính mong quý thầy giáo góp ý và giúp đỡ để đồ án của chúng em hoàn thiện hơn

CHÚNG EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN THẦY!

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ LINH KIỆN

1 Mạch khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier) µA741

- Trong kỹ thuật đo lường và cảm biến mạch KĐTT, mạch khuếch đại

thuật toán có những ứng dụng trải rộng trong rất nhiều các thiết bị điện

tử thời nay từ các thiết bị điện tử dân dụng, công nghiệp và khoa học Cácmạch khuếch đại thuật toán thông dụng hiện nay có giá bán rất rẻ Các thiết kế hiện đại đã được điện tử hóa chặt chẽ hơn trước đây, và một số thiết kế cho phép mạch điện chịu đựng được tình trạng ngắn mạch đầu ra

mà không làm hư hỏng Chúng rất thông dụng và được sử dụng nhiều với

các chức năng chính: khuếch đại điện áp, dòng điện, khuếch đại công suất, …

Trong phạm vi môn học Vi mạch số - vi mạch tương tự và đề tài này, ta

Hình: Khuếch đại thuật toán µ741 Tên gọi và chức năng của các chân:

2 Inverting Input Cửa vào đảo

3 Non Inverting Input Cửa vào không đảo

8 Not connected Không sử dụng

*/ Khái niệm chung về máy biến áp hạ áp :

Là dụng cụ biến đổi điện áp xoay chiều nhưng không thay đổi tần số, trong đó điện áp đầu ra sẽ nhỏ hơn điện áp đầu vào

*/ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

- Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy

mà có thể N1 > N2 hoặc ngược lại

- Cuộn sơ cấp nối với mạch điện xoay chiều còn cuộn thứ cấp nối với tải tiêu thụ điện.

- Mạch chỉnh lưu là một mạch điện bao gồm các linh kiện điện - điện tử,

dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều

(DC) Mạch chỉnh lưu có thể được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp

dòng điện một chiều, hoặc trong các mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến

- Có hai loại mạch chỉnh lưu là:

a Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ:

b.Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ:

4 IC ổn áp LM780

Tổng quan: Họ LM78XX ổn áp +XX(V)

Chức năng: IC thuộc họ LM78xx mạch tích hợp có chức năng tạo điện áp ra

một chiều ổn định khi mức điện áp đầu vào thay đổi, với xx là điện áp ra tương ứng vd: LM7805 có Vout=+5V

Hình ảnh thực tế: về hình dạng cũng như kích thước, khoảng cách chân thì cả 3

IC kể trên gần giống nhau.

Hình: Hình ảnh IC LM780X thực tế Thông số kỹ thuật:

Thông số LM7805

Điện áp đầu vào (Input) 8V÷30VĐiện áp đầu ra (Output) +5V

5 Bộ chuyển đổi tương tự - số ADC0804

-Chức năng: biến đổi tín hiệu điện áp tương tự đầu vào thành tín hiệu số

với độ phân giải 8bit

-Tên và chức năng của từng chân:

Hình: Sơ đồ chân ADC0804

2 Read (RD) Tín hiều đầu vào chuyển từ cao xuống thấp để xuất dữ

liệu đã được chuyển đổi tới các chân đầu ra

6 Vin (+) Điện áp đầu vào mức cao của tín hiệu Analog

7 Vin (-) Điện áp đầu vào mức thấp của tín hiệu Analog

Ground

Chân nối đất cho tín hiệu Analog

9 Vref/2 Chân đầu vào đặt giá trị điện áp tham chiếu cho tín hiệu

Analog

10 Digital

Ground

Chân nối đất cho tín hiệu Digital

11÷8 D7÷D0 Chân ra của tín hiệu Digital

19 Clock R Sử dụng cùng với chân Clock IN khi sử dụng đồng hồ bên

trong của ADC

20 Vcc Chân cấp dương nguồn, hỗ trợ 5V

6 Bộ cộng nhị phân 4 bit 74LS83

- Chức năng: Tương tự như các bộ cộng nhị phân khác, IC số 74LS83 có

là mạch tích hợp với khả năng cộng hai số nhị phân 4 bit cho ra kết quả tương đối nhanh

Hình: Hình ảnh IC 74LS83 thực tế

- Sơ đồ chân 74LS83:

Hình: Sơ đồ chân 74LS83 Chức năng từng chân:

- A1÷A4: các chân đầu vào số 4 bit thứ nhất

- B1÷B4: các chân đầu vào số 4 bit thứ hai

- C0: số nhớ đầu vào

- ∑1÷∑4: các chân đầu ra của phép cộng

- C4: chân đầu ra của số nhớ

- Vcc: chân cấp nguồn 5V

- GND: Chân nối đất

Hình: Sơ đồ logic 74LS83

7 Bộ giải mã LED 7 thanh

- Để xây dựng bộ hiển thị BCD chúng ta sẽ dung IC giải mã BCD sang led 7 thanh, cụ

thể ở đây chúng ta sẽ sử dụng IC 74LS247 để giải mã BCD sang led 7 thanh.

- Sơ đồ chân của IC như sau:

Hình: Sơ đồ chân 74LS247

- Chức năng các chân

- VCC, GND: Chân cấp nguồn dương và mass cho IC

- TEST: Chân test đèn

- RBI: Xuất các số khác 0 qua LED bên trái

- BI: Không hiển thị số 0 vô nghĩa

- P0, P1, P2, P3: Các ngõ vào IC

- A, B, C, D, E, F, G: Các ngõ ra của IC

- Hoạt động của IC được mô tả tóm tắt như sau :

- Nhận thấy các ngõ ra mạch giải mã tác động ở mức thấp (0) thì led tương ứng sáng

- Ngoài 10 số từ 0 đến 9 được giải mã, mạch cũng còn giải mã được 6 trạng thái khác, ở đây không dùng đến (ghi chú 2)

- Để hoạt động giải mã xảy ra bình thường thì chân TEST và BI/RBO phải

ở mức cao

- Muốn thử đèn led để các led đều sáng hết thì kéo chân TEST xuống thấp (ghi chú 5)

- Muốn xoá các số (tắt hết led) thì kéo chân BI xuống thấp (ghi chú 3)

- Khi cần giải mã nhiều led 7 đoạn ta cũng có thể ghép nhiều tầng IC, muốn xoá số 0 vô nghĩa ở trước thì nối chân RBI của tầng đầu xuống thấp, khi này chân ra RBO cũng xuống thấp và được nối tới tầng sau nếu muốn xoá tiếp số 0 vô nghĩa của tầng đó (ghi chú 4) Riêng tầng cuối cũng thì RBI để trống hay để mức cao để vẫn hiển thị số 0 cuối cùng

Hình : Bảng trạng thái 74LS247

8 Led 7 thanh Anot chung

-Chức năng: Led 7 thanh là một linh kiện được sử dụng khá là phổ biến

trong các mạch điện tử hiển thị số Tùy vào nhu cầu hiển thị mà người ta chia thành các loại led khác nhau: led đơn, led đôi, led ba,… theo cách kết nối: led 7 thanh kiểu Anot chung, led 7 thanh kiểu Catot chung.Cụ thểtrong bài này chúng ta dùng led 7 thanh anot chung

Hình: Ảnh thực tế

Hình: Sơ đồ chân led 7 thanh

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH

1 Sơ đồ khối mạch đo điện áp xoay chiều sử dụng IC số:

- Mạch đo gồm 4 khối cơ bản sau:

- Khối nguồn: Cung cấp nguồn nuôi cho cả hệ thống

- Khối chỉnh lưu: Chỉnh lưu dòng điện AC thành dòng DC

- Khối chuẩn hóa: Biến đổi dòng điện biến đổi từ 0 đến 5V

- Khối chuyển đổi

- Khối hiển thị:

- Khối tạo xung

Hình: Sơ đồ khối mạch đo điện áp xoay chiều

Chức năng chính của từng khối:

- Khối nguồn: cấp nguồn chuẩn cho các khối còn lại làm việc

- Khối chỉnh lưu: chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành một chiều

- Khối chuẩn hóa: điện áp vào lấy từ khối chỉnh lưu được chuẩn hóa thành chuẩn với tín hiệu điện áp U: 0 ÷ 5V

- Khối chuyển đổi: Chuyển đổi tín hiệu analog thành nhị phân 8 bit rồi đó chuyển đổi tín hiệu nhị phân 8 bit thành mã BCD rồi giải mã

- Khối hiển thi: hiển thị điện áp đo được tren led 7 thanh

- Khối tạo xung: tạo xung vuông cấp cho ADC0804

Khối chỉnh

lưu

0 - > 255V

Khối chuẩnhóa

0 -> 5V

Khối tạo xung

2 Thiết kế mạch đo điện áp xoay chiều

2.1 Tính toán, thiết kế KHỐI CẤP NGUỒN

a) Tính toán, lựa chọn linh kiện

- Sử dụng 2 IC ổn áp LM7812 và LM7912 để tạo nguồn đối xứng DC

±12VDC ; IC ổn áp LM7805 để tạo nguồn áp 5VDC;

- Chọn điện áp đầu vào khối cấp nguồn là: 220VAC

Để IC ổn áp có thể làm việc được ổn định cần tạo ra nguồn áp một chiều đầu vào lớn hơn điện áp cần ổn định từ 3÷5V nên:

Chọn hệ số biến đổi của biến áp: 220V/12V;

-Chọn C1=1000µF, C2 ta chọn tụ gốm bằng 100nF để lọc các hài cao, bởi

Hình: Sơ đồ mạch nguyên lý khối cấp nguồn

2.2 Tính toán mạch chuẩn hóa điện áp

a Sơ mạch KHỐI CHUẨN HÓA

b Tính toán mạch chuẩn hóa ra U= 0 ÷ 5V

2.3 Khối tạo xung

- Giới thiệu về IC 555: IC thời gian 555 được du nhập vào những năm

1971 bằng công ty Signetics Corporation bằng 2 dòng sản phẩm

SE555/NE555 và được gọi là máy thời gian và cũng là loại có đầu tiên

Nó cung cấp cho các nhà thiết kế mạch điện tử với chi phí tương đối rẻ,

ổn định và những mạch tổ hợp cho những ứng dụng cho đơn ổn và không

1 GND Cho nối GND để lấy nguồn cấp cho IC hay chân còn

gọi là chân chung

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 transitor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3 Vcc

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 ởđây là mức cáo nó tương ứng gần bằng Vcc nếu

(PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V (thực tế

từ 0.35 đến 0.75V)

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

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 đểgiảm 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

6 THREHOLD Là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp

khác và cũng được dùng như 1 chân chốt dữ liệu

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

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

- Phương pháp: Để thực hiện việc chuyển đồi mã nhị phân 8 bit sang mã BCD

ta dùng IC 74LS83 để thực hiện cộng các số nhị phân tương ứng rồi chuyển sang mã BCD, sau đó dùng IC 74LS247 để giải mã led 7 thanh Nhưng trước

hết để làm được điều này, cần xét tới sự tương quan giữa loại mã: mã thập phân,

mã nhị phân và mã BCD

- Ta có bảng sau khảo sát IC 74LS83:

-Khi giá trị <10 thì mã nhị phân và mã BCD hoàn toàn giống nhau

-Khi giá trị ≥10 để có mã BCD ta phải cộng thêm 6 vào mã nhị phân

=>Để giải quyết vấn đề hiệu chỉnh này trước tiên ta sẽ thực hiện một mạch phát hiện kết quả trung gian của mạch cộng 2 số nhị phân 4 bit Mạch này nhận kết quả trung gian của phép cộng 2 số nhị phân 4 bit và cho ở ngõ ra Y=1 khi kết quả này ≥ 10, ngược lại Y=0

- Thiết kế mạch phát hiện kết quả trung gian:

Xét bảng chân lý:

Từ bảng Các - nô xác định được:

Y= S 4 S 2 + S 4 S 3

-Tuy nhiên nhìn vào bảng 2.1 ta thấy những mã BCD có giá trị thập phân

≥ 10 khi tín hiệu chân C4 của IC74ls83 ở mức 1.Vậy nên biểu thức logic đúng là:

Y’=C 4 + S 4 S 2 + S 4 S 3

Hình: Sơ đồ nguyên lý mạch cộng hai số nhị phân 4 bit

- Ta có thể ghép nhiều mạch cộng ở trên để có mạch cộng 2 số BCD nhiều bit, khi đó chỉ việc nối ngõ ra hàng chục của tầng đầu tới ngõ vào

số nhớ C0 của tầng sau là được

b Tiến hành kết hợp các bộ cộng nhị phân với ADC0804

-Với 4 bit đầu tiên: (DB0-DB3)

-Với 4 bit tiếp theo: (DB4-DB7)

 Ở bít thứ 4: (giá trị thập phân tương ứng là 16) Vì vậy, ta sẽ cộng 6 vào khối mạch hiển thị đơn vị, và cộng 1 vào khối hiển thị hàng chục

 Ở bít thứ 5: (giá trị thập phân tương ứng là 32) Vì vậy, ta sẽ cộng 2 vào khối mạch hiển thị đơn vị, và cộng 3 vào khối hiển thị hàng chục

 Ở bít thứ 6: (giá trị thập phân tương ứng là 64) Vì vậy, ta sẽ cộng 4 vào khối mạch hiển thị đơn vị, và cộng 6 vào khối hiển thị hàng chục Đến đây có thể sẽ xuất hiện chàn biết ở hàng chục vì thế ta dùng mạchtrung gian để cộng 1 vào hàng trăm

 Ở bít thứ 7: (giá trị thập phân tương ứng là 128) Vì vậy, ta sẽ cộng 8 vào khối mạch hiển thị đơn vị, cộng 2 vào khối hiển thị hàng chục và cộng 1 vào khối hiển hàng trăm

Mô phỏng bằng phần mềm Proteus:

Hình: Chuyển đổi mã nhị phân 8 bit thành mã BCD

- Để hiển thị số thập phân tương ứng với mã BCD vừa chuyển đổi ta chỉ việc kết nối đầu ra của bộ cộng hàng đơn vị, hàng chục và hàng trăm với Led 7 thanh

Hình: Khối hiển thị với LED 7 thanh

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG

1 Mô phỏng và chạy thử

- Mô phỏng bằng phần mềm Proteus 8.6 Profesional

TH1: Điện áp đầu vào 5.05 VAC, thì giá trị đo được là 6V,

Giá trị này phù hợp với sai số cho phép đề tài giao là 5%

TH2: Điện áp đầu vào 225VAC, điện áp đo được là 255V

TH3: Với các giá trị ngẫu nhiên để thử sai số của mạch

Hình: Mô phỏng với giá trị điện vào 220VDC

Hình: Mô phỏng với giá trị điện áp vào 50VAC

2 Kết luận

- Qua quá trình mô phỏng và chạy thử với các giá trị ngẫu nhiên trong dải giá trị từ 5 đến 255V, nhóm chúng em thấy kết quả mô phỏng hoàn toàn phù hợp với yêu cầu với sai số cho phép đề tài cho là 5%

Phần trình bày đồ án môn học Vi mạch tương tự và vi mạch số của nhóm 9 chúng em đã kết thúc Chúng em có tham khảo kiến thức của các

nguồn khác nhau từ Internet và áp dụng những kiến thức đã học vào đồ ánTuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình làm còn có nhiềusai sót Chúng em rất mong muốn nhận được tư vấn góp ý của thầy giáo vềphần đồ án này

NHÓM CHÚNG EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN THẦY!