Thiết kế logic mạch số

Trong sự phát triển của kỹ thuật điện tử ngày nay, kỹ thuật số đang dần chiếm ưu thế về số lượng các ứng dụng của nó trên nhiều thiết bị điện tử từ dân dụng cho đến chuyên dụng, trong nhiều lĩnh vực như đo lường, điều

Thiết kế logic mạch số Chng 1: Mở ĐầU Trong sự phát triển của kỹ thuật điện tử ngày nay, kỹ thuật số đang dần chiếm -u thế về số l-ợng các ứng dụng của nó trên nhiều thiết bị điện tử từ dân dụng cho đến chuyên dụng, trong nhiều lĩnh vực nh- đo l-ờng, điều khiển, v.v nhờ vào nhiều -u điểm của nó. Có thể nói, nền tảng của kỹ thuật số là các mạch logic số dựa trên sự kết hợp của các cổng logic cơ bản mà ngày nay đã đ-ợc tích hợp trong các IC số. Trên cơ sở những kiến thức đã đ-ợc học trong môn học: Kỹ thuật số và trong khuôn khổ của một đồ án môn học: Thiết kế mạch logic số, chúng tôi đã thiết kế mạch logic số với đề tài là: Thiết kế hệ thống đo tốc độ động cơ có hiển thị chiều quay Với mục đích là tìm hiểu thêm về lĩnh vực kỹ thuật số, nâng cao kiến thức của mình. Song kiến thức còn hạn hẹp và thời gian thực hiện không đ-ợc nhiều nên đề tài của chúng tôi còn rất nhiều sai sót, hạn chế. Mặc dù đã cố gắng phần nào thiết kế và tính toán một các chi tiết các mạch, các thông số nh-ng đôi khi còn mang tính lý thuyết, ch-a thực tế. Chúng tôi mong có sự góp ý và sửa chữa để đề tài này có tính khả thi hơn về cả ph-ơng diện kinh tế cũng nh- kỹ thuật. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Nam Quân đã h-ớng dẫn và giúp đỡ chúng em thiết kế và hoàn thành đề tài này. II.NHIệM Vụ: Vấn đề nêu trên đặt ra cho ta 2 nhiệm vụ cần thực hiện: 1.Đo(chỉ thị) tốc độ của động cơ điện với sai số cho phép(sai số cho phép trong đề tài chọn là 1%). 2.Hiện(chỉ thị) chiều quay của động cơ điện. III.Lý THUYếT THựC HIệN: Sơ đồ khối để thực hiện nhiệm vụ nêu trên: 1.Phần chỉ thị tốc độ: 2.Phần chỉ thị chiều quay của động cơ: IV.CáC PHƯƠNG áN : A.Phần chỉ thị tốc độ động cơ: 1.Khối chuyển vòng quay sang xung điện: *Ph-ơng án 1(ph-ơng pháp cơ): Mỗi vòng quay,vấu cam trên trục đóng công tắc vào một lần và tạo thành một xung điện.Đếm số xung điện <-->đếm số vòng quay. Xung mở cổng Reset 0 Đếm Khuếch đại tín hiệu và tạo dạng Lấy tín hiệu chiều quay Mạch xử lí Chỉ thị Khuếch đại tín hiệu xung điện và tạo dạng Cổng Chuyển vòng quay sang xung điện Giải mã Chỉ thị vấu cam *Ph-ơng án 2(Ph-ơng pháp dùng cảm biến): Một cảm biến thích hợp đ-ợc đặt đối diện với vật trung gian để ghi nhận một cách ngắt quãng mỗi khi có một dấu hiệu đi qua và mỗi lần nh- vậy nó cung cấp một tín hiệu xung có biên độ tỉ lệ với +E. Cảm biến từ: đầu từ Mẩu băng từ Mối 1 vòng quay,mẩu băng từ đ-ợc dán trên trục động cơ quét qua đầu từ ,gây sự biến thiên từ thông ỉ trên cuộn dây của đầu từ,tạo trên cuộn dây một suất điện động có biên độ E.Khi động cơ quay tạo trên cuộn dây những xung suất điện động có tần số <--> tốc độ quay của động cơ.Đếm số xung suất điện động <--> đếm số vòng quay của động cơ. Hoặc ta có thể thay mẩu băng từ bằng một đĩa quay làm bằng vật liệu từ tính có khía răng(hoặc bánh răng) gắn lên trục động cơ : vấu từ khe từ Hoặc ng-ợc lại ta dùng một vật trung gian là một đĩa chắn từ một cách tuần hoàn giữa một nam châm cố định và một cảm biến từ : nam châm cố định vấu chắn từ khe từ Biên độ suất điện động của cuộn dây E phụ thuộc chủ yếu 2 yếu tố: +Khoảng cach giữa cuộn dây(đầu từ) và vật trung gian.Khoảng cách(khe từ) này lớn thì E nhỏ. +Tốc độ quay của động cơ:E tỉ lệ với tốc độ quay.Khi tốc độ quay quá bé,E sẽ nhỏ để có thể phát hiện đ-ợc và đây là vị trí tốc độ quay chết. Cảm biến quang: nguồn phát sáng nguồn phát sáng đầu thu quang đầu thu quang a> b> Thấu kính Cảm biến quang dùng 1 nguồn phát sáng thích hợp cùng với 1 cảm biến quang khi 1 vật trung gian quay có các lỗ,đ-ờng vát,hoặc mặt phản xạ. +Nguồn sáng: LED,IR-LED,LAZER . +Cảm biến quang: PHOTODIODE,PHOTOTRANSISTOR,PHOTO- JFET, PHOTORESISTOR,PHOTOTHYRISTOR Khi động cơ quay,ánh sáng gặp lỗ(hình a>),gặp mặt phản xạ(hình b>) sẽ tới đ-ợc đầu thu quang.Khi đó trên đầu thu quang ta sẽ thu đ-ợc 1 xung điện.Biên độ xung điện chủ yếu phụ thuộc: +Thông l-ợng ánh sáng ỉ tới đ-ợc đầu thu quang: ỉ càng lớn thì biên độ xung điện càng lớn. +Độ nhậy của đầu thu quang. KL: Chọn ph-ơng án: Dùng cảm biến quang hình a> +Nguồn phát quang: IR-LED hồng ngoại phát sóng hồng ngoại gần +Cảm biến quang: PHOTOTRANSISTOR IR-LED, PHOTOTRANSISTOR đ-ợc lấy thực tế trong mạch là IR- LED, PHOTOTRANSISTOR của mạch Mouse máy tính. Không biết cảm biến quang mạch Mouse có phải là PHOTOTRANSISTOR không,hay là PHOTO-JFET 2. Khối khuếch đại tín hiệu xung điện và tạo dạng: *Tín hiệu xung thu đ-ợc ở khối chuyển vòng quay sang xung là nhỏ,do đó cần phải khuếch đại tín hiệu này lên để có thể sử dụng đ-ợc. Một mạch khuếch đại tín hiệu số cho đầu ra ở mức logic 1 khi có xung và mức 0 khi không có xung . Do đây là thiết kế Logic nên phần t-ơng tự không cần quan trọng lắm --- > không thiết kế chi tiết. *Tín hiệu thu đ-ợc ban đầu ch-a hẳn đã ở dạng xung vuông chuẩn,vì vậy tín hiệu cần qua bộ tạo dạng để trở thành xung vuông chuẩn.Đơn giản ta chọn là một mạch OR(tạo từ phần tử NOR của IC SN7402): Tạo dạng dùng Smith-Trigo là chuyên dụng hơn! *Tín hiệu ra khối khuếch đại tín hiệu xung điện và tạo dạng là tín hiệu ra mạch tạo dạng. KL : Do Mouse đã chuuyển vòng quay sang xung điện và đ-a vào máy tính nên tín hiệu ra của nó là tín hiệu logic.Nh- vậy toàn bộ 2 khối chuyển vòng quay sang xung điện,khối khuếch đại và tạo dạng đ-ợc tận dụng từ Mouse.Tín hiệu tốc độ quay vào khối cổng lúc này là tín hiệu ra đ-ợc câu ra từ mạch Mouse. 3. Khối cổng: Khối cổng có nhiệm vụ chỉ cho tín hiệu xung qua trong một đơn vị thời gian nào đó.Tín hiệu mở cổng lấy từ khối xung mở cổng. ở đây chọn khối cổng đơn giản là 1 mạch AND 2 đầu vào( tạo từ phần tử NAND của IC SN7400): Chng 2: Khối Xung Mở Cổng Là khối dao động đa hài tạo xung vuông có biên độ xung ở mức logic 1 và độ rộng xung bằng đơn vị thời gian mở cổng( tx). a>Đa hài dùng Transistor: tx=0,7.Rb.Cb b>Đa hài dùng Khuếch đại thuật toán: tx=R.C.Ln(1+2R1/R2) Chọn R1=0,86R2 ---> tx=R.C.1,0006 c>Đa hài dùng bộ định thời 555: t1 = 0.693*( VR + R )*C1 t2 = 0.693*R*C1 f = 1.44 / [( VR + 2*R)*C1 ] Khi xét tới tx ta phải xét luôn cả phần sai số đo và hệ số nhân khi đo tốc độ với đơn vị vòng/phút.Trong bài này ta sử dụng số lỗ đục trên tấm bìa để thể hiện sai số phép đo và hệ số nhân. *Xét tx=1phút: Trong tr-ờng hợp này là thực hiện đo tốc độ quay của động cơ đúng theo vòng/phút và do đó chỉ còn thực hiện phần sai số: với sai số phép đo là x% thì thực hiện đục trên tấm bìa (100/x) lỗ. Nh-ng vì tx quá dài nên không thực tế.Do vậy không chọn khả năng này. *Xét tx<1phút: Vì tx < 1 phút nên vấn đề kết hợp đồng thời phần sai số và hệ số nhân. Giả thiết trong tx(s),ta đo đ-ợc X xung(X vòng): [X/tx] vòng/s=[(60/tx).X] vòng/phút -----> Số lỗ đục trên tấm bìa khi dùng đơn vị (vòng/phút) là: 60/tx lỗ. . học: Kỹ thuật số và trong khuôn khổ của một đồ án môn học: Thiết kế mạch logic số, chúng tôi đã thiết kế mạch logic số với đề tài là: Thiết kế hệ thống đo. 0 0 1 0 0 0 0 +Thiết kế, chọn các phần tử mạch: 4 phần tử nhớ JK-FF và các phần tử logic tổ hợp. + 2 ph-ơng pháp thiết kế bộ đếm: Thiết kế đồng bộ hợăc