Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt ngẫu

Trường ĐHCN Hà Nội Bộ mơn VMTT&VMS BỘ CƠNG THƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Độc lập – Tự – Hạnh phúc BÀI TẬP: Vi mạch tương tự vi mạch số Họ tên HS-SV: Nguyễn Văn Nhường Nhóm: Số: Lớp: Điện2_K10 Khoa: Điện – Điện tử NỘI DUNG Đề tài: Dùng vi mạch tương tự tính tốn, thiết kế mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt ngẫu Yêu cầu: - Dải đo từ: t0C =00C ÷ tmax = 0-(100+10*n)0C - - Đầu ra: Chuẩn hóa đầu với mức điện áp: U=0 ÷ 10V U= ÷ -5V I=0÷20mA I=4÷20mA Dùng cấu đo để thị LED hiển thị nhiệt độ Khi nhiệt độ giới hạn bình thường : t0C=0÷tmax/2 Thiết kế mạch nhấp nháy cho LED với thời gian sáng tối bằng: T0=(1+0,5*a) giây Đưa tín hiệu cảnh báo còi nhiệt độ vượt giá trị : t0C= tmax/2 Trong đó: a: Chữ số hàng đơn vị danh sách ( VD: STT = 3→a=3; STT = 10→a=0) n: Số thứ tự sinh viên danh sách PHẦN THUYẾT MINH Yêu cầu bố cục nội dung: Chương 1: Tổng quan mạch đo Chương 2: Giới thiệu thiết bị Chương 3: Tính tốn, thiết kế mạch đo - Tính tốn, lựa chọn cảm biến - Tính tốn, thiết kế mạch đo - Lựa chọn nguồn cung cấp - Tính tốn, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa - Tính tốn mạch nhấp nháy cho LED - Tính tốn, thiết kế mạch cảnh báo - Kết luận hướng phát triển Yêu cầu thời gian : Nông Đức Nghĩa Trang_1 Trường ĐHCN Hà Nội Ngày giao đề 15 /12/2015 Bộ mơn VMTT&VMS Ngày hồn thành : 16/01/2016 Trước bảo vệ tập lớn sinh viên phải nộp: - File mềm gồm file trình bày tập lớn (nếu đánh máy) file mô Quyển in khổ giấy A4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐO Khái niệm nhiệt độ Nhiệt độ đại lý đặc trưng cho cường độ chuyển động nguyên tử, phân tử hệ vật chất Tuỳ theo trạng thái vật chất ( rắn, lỏng, khí) mà chuyển động có khác trạng thái láng, phân tử dao động quanh vi trí cân vi trí cân ln dịch chuyển làm cho chất lỏng khơng có hình dạng định Còn trạng thái rắn, phần tử, nguyên tử dao động xung quanh vị trí cân Các dạng vận động phân tử, nguyên tử gọi chung chuyển động nhiệt Khi tương tác với bên ngồi có trao đổi lượng khơng sinh cơng, q trình trao đổi lượng nói gọi truyền nhiệt Quá trình truyền nhiệt tuân theo nguyên lý: Bảo toàn lượng Nhiệt tự truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thất Ở trạng thái rắn, truyền nhiệt xảy chủ yếu dẫn nhiệt xạ nhiệt Đối với chất lỏng khí ngồi dẫn nhiệt xạ nhiệt có truyền nhiệt đối lưu Đó tượng vận chuyển lượng nhiệt cách vận chuyển phần khối vật chất vùng khác hệ chênh lệch tỉ trọng Các thang đo nhiệt độ Từ xa xưa người nhận thức tượng nhiệt đánh giá cường độ cách đo đánh giá nhiệt độ theo mét đơn vị đo thời kỳ Có nhiều đơn vị đo nhiệt độ, chúng định nghĩa theo vùng,từng thời kỳ phát triển khoa học kỹ thuật xã hội Hiện có thang đo nhiệt độ là: Nơng Đức Nghĩa Trang_2 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ môn VMTT&VMS  Thang nhiệt độ tuyệt đối ( K )  Thang Celsius ( 0C ): T( 0C ) = T( K ) – 273,15  Thang Farhrenheit: T( 0F ) = T( K ) – 459,67 Nhiệt độ đo nhiệt kế Nhiệt độ đo đơn vị khác biến đổi công thức Trong hệ đo lường quốc tế, nhiệt độ đo đơn vị Kelvin, kí hiệu K Trong đời sống Việt Nam nhiều nước, đo độ C Dựa thang đo đánh giá nhiệt độ Sử dụng vi mạch tương tự để đo cảnh báo nhiệt độ Vi tương tự vi mạch số lĩnh vực mang tới thời nóng bỏng mà ẩn chứa vơ số điều bí ẩn có sức hấp dẫn lạ kỳ, ngày thâm nhập vào đời sống Trong thực tế dạng lượng thường dạng tương tự Do muốn xử lí chúng theo phương pháp kĩ thuật số ta phải biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số Xuất phát từ ý tưởng đó, em thưc việc xây dựng mạch điện đo nhiệt độ hiển thị đèn LED Mạch mang tính chất thử nghiệm, chưa có tính thực tế vấn đề chuyển đổi ADC, vấn đề cảnh báo nhiệt độ đèn vấn đề đo lường đại lượng không điện điện Biến nhiệt thành điện Có nhiều phương pháp đo nhiệt độ tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật dải nhiệt độ Phân làm phương pháp chính: Đo trực tiếp đo gián tiếp:  Đo trực tiếp phương pháp đo thiết bị đo đặt trực tiếp môi trường cần đo  Đo gián tiếp phương pháp đo dụng cụ đo đặt ngồi mơi trường cần đo (áp dụng với trường hợp đo nhiệt độ cao ) Ta khảo sát phương pháp đo trực tiếp với giải nhiệt độ cần đo cao Dải đo từ: t 0C =00C ÷ tmax = 00C ÷ (100+10*n)0C (n: số thứ tự sinh viên danh sách): n=34 => t0C = 00C ÷ 4400C Do em giao đề tài Nông Đức Nghĩa Trang_3 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ môn VMTT&VMS số dùng cặp nhiệt ngẫu nên em sử dụng cặp nhiệt ngẫu loại J có dải đo từ: -400C ÷ 7500C CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ CHÍNH * Các thiết bị gồm: Cặp nhiệt ngẫu loại J Mạch tích hợp KĐTT µA741 - ADC0804 LM7805 , LM7812, LM7912 IC 7843,IC 7447 Còi, Led, Led thanh, trở, tụ, ốt Cặp nhiệt điện (Thermocouple) a) Cấu tạo điển hình cặp nhiệt cơng nghiệp Hình 1.1: Cấu tạo cặp nhiệt 1) Vỏ bảo vệ 5) Bộ phận lắp đặt 2) Mối hàn 6) Vít nối dây 3) Dây điện cực 7) Dây nối 4) Sứ cách điện 8) Đầu nối dây – Đầu làm việc điện cực (3) hàn nối với hàn vảy, hàn khí hàn tia điện tử Đầu tự nối với dây nối (7) tới dụng cụ đo nhờ vít nối (6) dây đặt đầu nối dây (8) Để cách ly điện cực người ta dùng ống sứ cách điện (4), sứ cách điện phải trơ hoá học đủ độ bền nhiệt nhiệt độ làm việc Để bảo vệ điện cực, cặp nhiệt có vỏ bảo vệ (1) làm sứ chịu nhiệt thép chịu nhiệt Hệ thống vỏ bảo vệ phải có nhiệt dung đủ nhỏ để giảm bớt quán tính nhiệt vật liệu chế tạo vỏ phải có độ dẫn nhiệt không nhỏ không Nông Đức Nghĩa Trang_4 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ môn VMTT&VMS lớn Trường hợp vỏ thép mối hàn đầu làm việc tiếp xúc với vỏ để giảm thời gian hồi đáp – Trên thị trường có nhiều loại Cặp nhiệt điện khác (E, J, K, R, S, T…) loại Cặp nhiệt điện cấu tạo chất liệu khác nhau, từ sức điện động tạo khác dẫn đến dải đo khác Người sử dụng cần ý điều để lựa chọn loại Cặp nhiệt điện phù hợp với yêu cầu – Đồng thời lắp đặt sử dụng loại Cặp nhiệt điện cần ý tới điểm sau đây: • Dây nối từ đầu đo đến điều khiển ngắn tốt (vì tín hiệu truyền dạng điện áp mV nên dây dài dẫn đến sai số nhiều) • Thực việc cài đặt giá trị bù nhiệt (Offset) để bù lại tổn thất mát đường dây Giá trị Offset lớn hay nhỏ tùy thuộc vào độ dài, chất liệu dây mơi trường lắp đặt • Khơng để đầu dây nối Cặp nhiệt điện tiếp xúc với mơi trường cần đo • Đấu nối chiều âm, dương cho Cặp nhiệt điện b) Cấu tạo cặp nhiệt ngẫu loại J Hình 1.2: Hình ảnh thức tế cặp nhiệt ngẫu – Cấu tạo: Gồm chất liệu kim loại Sắt Constantan, hàn dính đầu, đầu T1 gọi đầu nóng, hai đầu lại không hàn T2 gọi đầu lạnh đầu chuẩn Hình 1.3: Hình mơ ngun lý hoạt động cặp nhiệt ngẫu Nông Đức Nghĩa Trang_5 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ mơn VMTT&VMS – Ngun lý: Khi có chênh lệch nhiệt độ hai đầu nóng lạnh (T1 T2) đầu cặp nhiệt ngẫu xuất suất điện động e phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ chất hai kim loại A B Hình 1.4: Đường đặc tính cặp nhiệt ngẫu * Cơng thức tính suất điện động e: e=K(T1-T2) (cặp nhiệt ngẫu J có K=0,055mV) – Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao, dải đo rộng, rẻ – Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số Độ nhạy khơng cao,cần điểm tham chiếu, ổn định – Thường dùng: Lò nhiệt, mơi trường khắc nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,… – Dải đo: -40 ~ 750oC – Ứng dụng: sản xuất công nghiệp, luyện kim, gia cơng vật liệu… Mạch tích hợp KĐTT µA741 - Hình ảnh thực tế µA741: - Sơ đồ chân µA741: Nơng Đức Nghĩa Trang_6 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ môn VMTT&VMS Chức chân: Chân _ bù tần số Chân _ cửa vào đảo Chân _ cửa vào không đảo Chân _ nguồn cấp âm Chân _ bù tần số Chân _ cửa Chân _ nguồn cấp dương Chân _ không sử dụng - Op Amp cơng cụ có nhiều chức năng: + Khuếch đại hiệu hai điện thế: • Uo= K( UI+ − UI− ) + Khuếch đại tín hiệu điện: • Uo= −K UI− (UI+ = ) • Uo= K UI+ (UI− = ) + So sánh điện áp vào UI với điện áp chuẩn UCH: • Nếu UI < UCH Uo = L ( có mức 0, tương đương điện áp thấp, cỡ 0V) • Nếu UI > UCH Uo = H ( có mức 1, tương đương điện áp cao, cỡ 3,5V) IC 555 Hình 3.1: Sơ đồ chân IC 555  Bên vi mạch 555 có 20 transistor nhiều điện trở thực chức hình : Nơng Đức Nghĩa Trang_7 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ mơn VMTT&VMS Hình 3.2: Cấu trúc bên LM 555  Chức chân: – Chân số 1: (GND) Cho nối mass để lấy dòng cấp cho IC , dòng điện từ mas chảy vào IC – Chân sô 2: (Trigger Input ) Ngõ vào tầng, mức áp chuẩn 1/3 Vcc, lấy cầu phân áp tạo ba điện trở 5K.Khi mức áp chân xuống đến mức (1/3)Vcc chân chuyển lên mức cao, lúc khóa điện tử chân số 7sẽ hở – Chân số 3: (Output) Ngõ tín hiệu dạng xung (mức áp khơng thấp cao) – Chân số 4: (Reset) Xác lập trạng thái ngõ Khi chân số cho nối mass chân số chốt mức áp thấp , chân số đặt mức áp cao ngõ chân tự lúc cao lúc thấp – Chân số 5: (Control Voltage) Chân điều khiển ,chân làm thay đổi mức điện áp chuẩn trên cầu chia volt – Chân số 6: (Threshold) Ngõ vào tầng so với áp 1.Có mức áp chuẩn 2/3 Vcc – Chân số 7: (Dirchange) Chân xả điện, chân ngõ khóa điên (tranistor) khóa điện đóng mở theo mức áp chân số Khi chân mức áp cao khóa điện đóng lại cho dòng chay qua, ngược lại khóa điện hở cắt dòng – Chân số 8: (+Vcc) Chân nguồn nối vào nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC 555 ADC 0804 Nông Đức Nghĩa Trang_8 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ mơn VMTT&VMS Hình 4.1: Sơ đồ chân ADC0804 – Các chân khác ADC0804 có chức sau: CS (Chip select): Chân số 1, chân chọn chip, đầu vào tích cực mức thấp • sử dụng để kích hoạt Chip ADC0804 Để truy cập tới ADC0804 chân phải đặt mức thấp RD (Read): Chân số 2, chân nhận tín hiệu vào tích cực mức thấp Các • chuyển đổi 0804 chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân giữ ghi Chân RD sử dụng phép đưa liệu chyển đổi tới đầu ADC0804 Khi CS = có xung cao xuống thấp áp đến chân RD liệu dạng số bit đưa tới chân liệu (DB0 – DB7) WR (Write): Chân số 3, chân vào tích cực mức thấp dùng báo • cho ADC biết để bắt đầu q trình chuyển đổi Nếu CS = WR tạo xung cao xuống thấp ADC0804 bắt đầu trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin thành số nhị phân bit Khi việc chuyển đổi hồn tất chân INTR ADC hạ xuống thấp CLK IN CLK R: CLK IN (chân số 4), chân vào nối tới đồng hồ ngồi • sử dụng để tạo thời gian Tuy nhiên ADC0804 c ũng có tạo xung đồng hồ riêng Để dùng đồng hồ riêng chân CLK IN CLK R (chân số 19) nối với tụ điện điện trở Tần số đồng hồ xác định biểu thức: f = • • Chọn R = 10 kΩ, C = 150 pF tần số nhận f = 606 kHz thời gian chuyển đổi 110 µs Ngắt INTR (Interupt): Chân số 5, chân tích cực mức thấp Bình thường chân trạng thái cao việc chuyển đổi tương tự số hồn tất chuyển xuống mức thấp để báo cho CPU biết liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy Sau INTR xuống thấp, cần đặt CS = gửi xung cao xuống thấp tới chân RD để đưa liệu Vin (+) Vin (-): Chân số chân số 7, đầu vào tương tự vi sai, Vin = Vin(+) – Vin(-) Thông thường Vin(-) nối tới đất Vin(+) dùng làm đầu vào tương tự chuyển đổi dạng số Nông Đức Nghĩa Trang_9 Trường ĐHCN Hà Nội • • • Bộ mơn VMTT&VMS Vcc: Chân số 20, chân nguồn ni +5V Chân dùng làm điện áp tham chiếu đầu vào Vref/2 để hở Vref/2: Chân số 9, chân điện áp đầu vào dùng làm điện áp tham chiếu Nếu chân hở điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm dải đến +5V Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin khác với dải đến +5V Chân Vref/2 dùng để thực điện áp đầu khác đến +5V D0 – D7, chân số 18 – 11, chân liệu số (D7 bit cao MSB D0 bit thấp LSB) Các chân đệm ba trạng thái liệu chuyển đổi truy cập chân CS = chân RD đưa xuống mức thấp Để tính điện áp đầu ta tính theo cơng thức sau: Dout = Vin / Kích thước bước IC 7843 – • • Trong số bit vào A4A3A2A1 B4B3B2B1 Số nhớ ban đầu C0 Vậy tổng C4S4S3S2S1, với C4 số nhớ phép cộng Hình 5.1: Hình ảnh IC7483  Bảng thật: Nông Đức Nghĩa Trang_10 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ môn VMTT&VMS IC ổn áp 78xx 79xx – Họ 78xx họ ổn định điện áp đầu dương Còn xx giá trị điện áp đầu 5V, 9V,12V – Họ 79xx họ ổn định điện áp đầu âm Còn xx giá trị điện áp đầu : -5V,-9V,-12V… – Sự kết hợp hai tạo nguồn đối xứng – Về mặt nguyên lý hoạt động tương đối giống – 78xx loại dòng IC dùng để ổn định điện áp dương đầu với điều kiện đầu vào luôn lớn đầu 3V – Tùy loại IC mà ổn áp đầu Ví dụ : 7805 có điện áp +5V, 7812 có điện áp +12V 7905 có điện áp -5V, 7912 có điện áp -12V + 78xx gồm có chân : : Vin - Chân nguồn đầu vào : GND - Chân nối đất : Vo - chân nguồn đầu + 79xx gồm có chân : : GND - Chân nối đất : Vin - Chân nguồn đầu vào : Vo - chân nguồn đầu Led  Cấu tạo: – Trong LED bao gồm LED mắc lại với , mà có tên LED đoạn ,7 LED đơn mắc cho hiển thị số từ - , vài chữ thơng dụng, để phân cách người ta dùng thêm led đơn để hiển thị dấu chấm (dot) – Các led đơn gọi tên theo chữ A- B -C-D-E-F-G, dấu chấm – Như muốn hiển thị ký tự ta cần cấp nguồn vào chân led sáng mong muốn  Thông số : LED dù có nhiều biến thể tựu chung có loại : Nơng Đức Nghĩa Trang_14 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ môn VMTT&VMS + Chân Anode chung (chân + led mắc chung lại với ) + Chân Catode chung (Chân - led mắc chung với ) Điện áp Vcc mass phải lớn 1,3 V cung cấp đủ led sáng, nhiên khơng cao q 3V CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐO 3.1) Ý tưởng thiết kế – Theo yêu cầu đề tài số thứ tự danh sách em 46 nên có: + Dải đo từ: t0C = 00C ÷ 4400C + Đầu ra: Chuẩn hóa đầu với mức điện áp: U=0 ÷ 10V U= ÷ -5V I=0ữ20mA I=4ữ20mA Dựng c cu o ch thị o o • Khi gặp nhiệt độ giới hạn bình thường: t C = ÷ 220 C Thiết kế mạch nhấp nháy cho LED với thời gian sáng tối bằng: = giây o • Đưa tín hiệu cảnh báo còi nhiệt độ vượt quá: t0C = 220 C • Dùng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân Xây dựng thị số BCD – Sơ đồ khối hệ thống: Cơ cấu thị Nông Đức Nghĩa Trang_15 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ môn VMTT&VMS – Nhiệm vụ khối: • Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho tồn hệ thống hoạt động , tất thiết bị ba nguồn +12v - 12v +5v • Khối cảm biến: Cảm biến nhiệt độ biến nhiệt thành điện áp mức vài mV • Khối khuếch đại đo lường chuẩn hóa U-I: Khuyếch đại điện áp từ cảm biến điện áp chuẩn, chuyển đổi từ điện áp sang dòng điện với mục đích truyền tải xa • Khối ADC hiển thị : Chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số đưa kết LED để hiển thị kết đo • Khối so sánh: So sánh với điện áp đặt trước đưa tín hiệu dùng để báo động nhiệt độ cho phép • Khối nhấp nháy : thực nhiệm vụ nhấp nháy với thời gian đặt trước nhiệt độ mức cho phép • Cảnh báo : thực chức báo động nhiệt độ vượt ngưỡng cho • Cơ cấu đo thị: Là thiết bị hiển thị điện áp (Voltmeter), dòng điện (Ammeter) tương ứng với nhiệt độ đo Có nhiều loại cấu đo thị khác như: điện, điện từ, cảm ứng… Vì dòng điện dòng chiều điện áp chiều với giá trị bé nên ta dùng cấu thị từ điện để hiển thị giá trị dòng điện điện áp thời điểm xác định 3.2) Tính tốn, lựa chọn cảm biến – Có dải cần đo là: t0C = 00C ÷ 2200C Vì em chọn cặp nhiệt ngẫu loại J có dải đo : -40 ~ 750oC, có hệ số K=0,055mV/oC – Coi điểm tham chiếu ln có nhiệt độ T2 = oC phương trình sức điện động tuyến tính Cơng thức tính điện áp cảm biến : Ucb = K*(T1-T2) tương ứng là: e= 0,055*T1 mV • Với : T1 = 00C => Ucb = mV • Với : T1 = 2200C => Ucb = 12,1 mV • Với : T1 = 4400C => Ucb = 24,2 mV 3.3) Tính tốn, thiết kế khối khuếch đại khối chuẩn hóa a) Khối khuếch đại – Điện áp chuẩn hóa đầu : ~ -5V mà điện áp cảm biến : → 24,2mV Vậy chọn mạch khuếch đại đảo có hệ số khuếch đại : -5V ÷24,2mV≈ -206,6 Nơng Đức Nghĩa Trang_16 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ môn VMTT&VMS – Điện áp chuẩn hóa đầu : ~ 10V mà điện áp cảm biến : → 24,2mV Vậy chọn mạch khuếch đại đảo có hệ số khuếch đại : 10v ÷24,2mV≈ 413,2 – Sơ đồ mạch: Hình 3.31: Mạch khuếch đại đảo với KĐTT Với : Uo1= Ucb => = -206,6 Chọn R1 = 1kΩ R2=206,6kΩ, R3 = 10kΩ Với : Uo2= R2 R2 U = cb => R1 R1 413,2 Chọn R1 = 1kΩ R2=413,2kΩ, R3 = 10kΩ b) Khối chuẩn hóa U-I – Để chuẩn hóa I cần khối khuếch đại đảo với hệ số khuếch đại -1, để chuyển điện áp -5V thành 5V để sử dụng điện áp 5V cho mạch sau – Sơ đồ mạch: Hình 3.32: Mạch khuếch đại đảo với hệ số khuếch đại -1 Với: R1=R2= 1kΩ, R3= 10kΩ Nông Đức Nghĩa Trang_17 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ môn VMTT&VMS – Sơ đồ mạch chuẩn hóa: Hình 3.33: Mạch chuẩn hóa U-I • Khi điện áp vào thay đổi từ: ÷ 5V Uin+ thay đổi từ ÷ 5V • u cầu chuẩn hóa I=4÷ 20 mA Vậy hệ số chuyển đổi : KUI = = = = → R3 = 250 Yờu cu chun húa I=0ữ 20 mA Vậy hệ số chuyển đổi : • KUI = = = 1v = → R3 = 250 Ω • Khi điện áp vào thay đổi từ: ÷ 10V Uin+ thay đổi từ ÷ 10V • u cầu chuẩn hóa I=4÷ 20 mA Vậy hệ số chuyển đổi : KUI = = = = 20mV 10v → R3 = 500 Ω • Yêu cầu chuẩn hóa I=0÷ 20 mA Vậy hệ số chuyển đổi : • KUI = = = 1v = → R3 = 250 Ω • Nơng Đức Nghĩa Trang_18 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ mơn VMTT&VMS 3.4) Tính tốn, thiết kế mạch so sánh o – Nhiệt độ giới hạn là: tgh=tmax/2 = 440/2 = 220 C → Uss = 5/2 = 2,5V – Khi điện áp vào Uin < Uss điện áp Uo mức thấp, điện áp vào Uin > Uss điện áp Uo mức cao – Sơ đồ mạch: Hình 3.4: Mạch so sánh 3.5) Mạch cảnh báo o – Khi nhiệt độ vượt quá: tmax/2 = 440/2 = 220 C  Uin>2,5 V đưa tín hiệu còi cảnh báo – Khi Uin > 2,5 V tín hiệu mạch so sánh mức cao làm mạch cảnh báo hoạt động, Uin < 2,5 V mạch cảnh báo khơng hoạt động Vì sử dụng AND IC 7408 với chân nối +5V • Bảng chân lý IC 7408: A A B Z=A*B Z B 0 0 1 0 1 – Sơ đồ mạch: Nông Đức Nghĩa Trang_19 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ môn VMTT&VMS Hình 3.5: Mạch cảnh báo • Khi tín hiệu vào chân 7840 mức thấp ( tương ứng U in2,5V) tín hiệu chân mức cao nên tranzitor loại NPN dẫn nên còi cảnh báo hoạt động 3.6) Mạch nhấp nháy – Ngược với mạch cảnh báo, mạch nhấp nháy hoạt động nhiệt độ dưới: o tmax/2 = 440/2 = 220 C  Uin 2,5 V tín hiệu mạch so sánh mức cao nên mạch nhấp nháy khơng hoạt động, Uin < 2,5 V mạch nhấp nháy hoạt động Vì sử dụng NORvới chân nối đất • Bảng chân lý IC 7408: A 0 1 B 1 Y 0 A Y B – Sơ đồ mạch: Nông Đức Nghĩa Trang_20 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ mơn VMTT&VMS Hình 3.6: Mạch tạo xung vng, đèn nhấp nháy • Khi tín hiệu vào chân NOR mức thấp ( tương ứng U in2,5V) tín hiệu chân NOR mức thấp khơng có tín hiệu vào chân ( chân reset ) IC 555 làm mạch tạo xung không hoạt động làm đèn tắt  Mạch tạo xung sử dụng IC 555 có yêu cầu thời gian đèn sáng tối có τ=1+a*0,5 ( mà n=34, a=4) → τ=3s Ta có: τ= RA*C=RB*C=3 Chọn C= 100uF → RA=RB= 30kΩ 3.7) ADC0804 – Sơ đồ mạch : Hình 3.71: Mạch hoạt động ADC Nông Đức Nghĩa Trang_21 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ môn VMTT&VMS – Các chân 1,2,8,10,7 ADC nối xuống mức thấp để ADC hoạt động – Chân số cấp xung từ IC 555 với thời gian : -3 τ nạp= τxả=RA*C3=RB*C3=10 *10 = 1s • Chân 3: Có chức báo cho ADC biết để bắt đầu trình chuyển đổi Nếu CS = WR cấp xung cao xuống thấp ADC0804 bắt đầu trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin thành số nhị phân bit Khi việc chuyển đổi hoàn tất chân INTR ADC hạ xuống thấp • Chân 5: Là chân tích cực mức thấp Bình thường chân trạng thái cao việc chuyển đổi tương tự số hồn tất chuyển xuống mức thấp để báo cho CPU biết liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy – Sử dụng đồng hồ ADC0804với chân CLK IN CLK R: CLK IN (chân số 4), chân vào nối tới đồng hồ sử dụng để tạo thời gian Tuy nhiên ADC0804 c ũng có tạo xung đồng hồ riêng Để dùng đồng hồ riêng chân CLK IN CLK R (chân số 19) nối với tụ điện điện trở Với R = 10 kΩ, C = 150 pF tần số f = 606 kHz thời gian chuyển đổi 110 µs – Chân số (Vref/2): Chân số 9, chân điện áp đầu vào dùng làm điện áp tham chiếu Vì điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 ( Vin) nằm dải đến +5Vnên chân để hở ADC0804 có đầu bit nên có =256 trạng thái tương ứng với giá trị từ 0→255 nên ta có kích thước bước ( điện áp để tăng giảm giá trị): a= 5/255= 19,6mV – Chân số chân số (Vin (+) Vin (-)): Đây đầu vào tương tự vi sai, Vin = Vin(+) – Vin(-) Thơng thường Vin(-) nối tới đất Vin(+) dùng làm đầu vào tương tự chuyển đổi dạng số – Vcc: Chân số 20, chân nguồn nuôi +5V Chân dùng làm điện áp tham chiếu đầu vào Vref/2 để hở – Chân số 18 – 11(D0 – D7): Là chân liệu số (D7 bit cao MSB D0 bit thấp LSB) Để tính điện áp đầu ta tính theo cơng thức sau: Dout = Vin / Kích thước bước 3.8) Bộ hiển thị số BCD – Số nhị phân bit có giá trị lớn 255 Vì vậy, em sử dụng LED để hiển thị kết tương ứng với số hàng đơn vị, hàng chục hàng trăm – Em chia thành khối mạch sau: khối xử lý đổi số nhị phân sang BCD gồm khối (khối đơn vị, khối hàng chục, khối hàng trăm) khối giải mã gồm LED đoạn để hiển thị kết Sơ đồ khối hiển thị số BCD • Nơng Đức Nghĩa Trang_22 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ mơn VMTT&VMS Hình 3.81: Sơ đồ khối hiển thị số BCD a) Cách chuyển đổi số nhị phân tự nhiên bit thành số BCD: Để đổi số nhị phân sang BCD em sử dụng IC 7483 để cộng bit: Mạch cộng bit : • Hình 3.82: Mạch cộng bit  Xét chuyển đổi số nhị phân bit thành số BCD sử dụng IC 7483 cổng logic để hiệu chỉnh kết quả: Nông Đức Nghĩa Trang_23 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ mơn VMTT&VMS • Chuyển số bit thành số BCD: Khi cộng bit mã nhị phân ta • giá trị từ 010-1510 số BCD có giá trị từ 10-910 Vậy để đọc kết dạng BCD ta phải hiệu chỉnh kết có từ mạch cộng nhị phân Bảng kết tương đương mã nhị phân mã BCD: TP NHỊ PHÂN S4 10 11 12 13 14 15 0 0 0 0 1 1 1 1 S3 0 0 1 1 0 0 1 1 S2 0 1 0 1 0 1 0 1 BCD S1 1 1 1 1 c4 0 0 0 0 0 1 1 1 s4 s3 0 0 0 0 1 0 0 0 s2 0 0 1 1 0 0 0 1 s1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 BCD đọc theo NP 16 17 18 19 20 21  Nhận thấy: • Khi kết = 10 để có mã BCD ta phải cộng thêm cho mã nhị phân – Để giải vấn đề hiệu chỉnh trước tiên ta thực mạch phát kết trung gian mạch cộng số nhị phân bit Mạch nhận kết trung gian phép cộng số nhị phân bit cho ngõ Y=1 kết qủa >= 10,ngược lại Y=0 cổng logic OR cổng AND hình  Hoạt động: – IC thứ cho kết trung gian phép cộng hai số nhị phân – IC thứ hai dùng hiệu chỉnh để có kết số BCD • Khi kết =10, IC nhận ngõ vào A số 0110  610 (do Y=1) kết hiệu chỉnh nói Dựa vào bảng kết tương đương mã nhị phân mã BCD ta phát thấy kết >=10 tín hiệu chân S4 s2=1 s3=1 ( S4=1 AND ( s2=1 OR s3=1)) Vậy ta có cổng logic OR thứ AND hình Như ta chuyển đổi mã nhị phân bit sang mã BCD Khi chân B IC thứ có tín hiệu mà kết trung gian IC 7483 >15