Mạch đo điện áp chuyển đổi tương tự sang số ( lượng tử hóa ) tính giá trị của số nhị phân, đưa ra kết quả hiển thị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIÊN THƠNG ……… oOo ……… BÀI TẬP LỚN MƠN ĐIỆN TỬ SỐ NHĨM Giáo viên hướng dẫn : Trần Thị Thúy Hà HÀ NỘI -2020 MỤC LỤC Nội dung Trang I Đề bài: 1.1 Mục đích yêu cầu đề bài………………………………….3 II Giới thiệu IC cổng LOGIC làm…… 2.1 Chuyển đổi tương tự số ADC (analog-digital converter)……… 2.2 IC ADC0808……………………………………………………… 2.3 IC 74LS688……………………………………………………… 2.4 IC 4040…………………………………………………………… 10 2.5 IC 7408…………………………………………………………… 11 2.6 IC 4017…………………………………………………………… 12 2.7 IC 74LS90………………………………………………………… 12 2.8 LED đoạn……………………………………………………… 15 III.Sơ đồ khối vào nguyên lý hoạt động:……………………… 18 3.1 Sơ đồ khối mạch :…………………………………………… 18 3.2 Nguyên Lý hoạt động:…………………………………………… 18 IV.MÔ PHỎNG PROTEUS…………………………………… 20 4.1.Những linh kiện cần dùng là:…………………………………… 20 4.2 Sơ đồ mạch mô phần mềm Proteus………… 20 V Kết Luận……………………………………………… 22 VI Phần nhận xét giáo viên……………………… 23 I Đề bài: Mạch đo điện áp Chuyển đổi tương tự sang số ( lượng tử hóa ).Tính giá trị số nhị phân, đưa kết hiển thị 1.1 Mục đích yêu cầu đề Đề tài nhằm mục đích giúp chúng em hiểu rõ chuyển đổi tương tự sang số trình chuyển đổi từ nhị phân sang thập phân Đặc biệt biết kết hợp loại IC khác để thực yêu cầu đề tài đặt Đề tài gồm yêu cầu:  Xây dựng mạch chuyển đổi ADC  Xây dựng mạch mã hóa nhị phân– thập phân  Xây dựng mạch giải mã nhị phân – thập phân, hiển thị số thập phân LED  Mô phần mềm II.Giới thiệu IC cổng LOGIC làm 2.1 CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ SỐ ADC (analog-digital converter) Bước thứ để chuyển đổi tín hiệu analog liên tục thành dạng digital đổi tín hiệu thành danh mục số ( Điều thực cách lấy mẫu hàm thời gian) Danh mục số kết biểu diễn cho trị liên tục Đó mẫu trưng số làm trịn, thực tế tiếp tục số thập phân vô hạn. Danh mục số analog sau phải mã hố thành Code Words rời rạc Biện pháp trước để hồn tất việc làm trịn số danh mục Ví dụ, mẫu nằm khoảng từ đến 10V, mẫu làm tròn đến số nguyên gần Vậy từ mã rút từ 11 số nguyên ( từ đến 10 ) Trong đa số hệ viễn thông digital, dạng thực tế chọn cho từ mã số nhị phân Lý để chọn trở nên rõ ràng ta bàn đến kỹ thuật truyền chuyên biệt Trở lại ví dụ trên, converter hoạt dộng mẫu từ đến 10V cách làm tròn trị mẫu đến Volt gần nhất, đổi số nguyên thành số nhị phân bit ( mã BCD ) Sự chuyển đổi A/ D xem lượng tử hoá ( quantizing ) Trong lượng tử hoá đặn, giá trị liên tục hàm thời gian chia thành vùng đặn, mã số nguyên kết hợp cho vùng Như vậy, tất giá trị hàm vùng mã hố thành số nhị phân giống Hình 2.1.1:Sự lượng tử hóa Hình 2.1.2 s(t) dạng digital cho đổi ADC bit bit Mách lượng tử hố : Có ba loại mách lượng tử hoá Lượng tử hoá đếm, đếm ứng với mức lượng tử Lượng tử hoá nối tiếp, tạo từ mã, bit Lượng tử hoá song song, tạo lúc tất bit từ mã hồn chỉnh 2.2 IC ADC0808  Cấu hình pin ADC0808: Số PIN Tên pin Sự miêu tả đến 5, 27, 28 Kênh tương tự đến chân chân đầu vào cho điện áp Analog (cảm biến) KHỞI ĐẦU Đây mã pin đầu vào làm cao để bắt đầu chuyển đổi Kết thúc chuyển đổi (EOC) Đây mã pin đầu tăng cao trình chuyển đổi kết thúc 8,14,15, 18,19,2 0,21 Đầu (2 -1 đến 2 -7 ) Các chân kỹ thuật số đầu cho kết chuyển đổi ADC NGOÀI RA Phải làm cao để có đầu chân đầu 10 CLOCK Phải cung cấp tín hiệu clock (0V5V) khoảng 20Mhz 11 Vcc 12 V ref (+) 13 Đất 16 Vref (-) Cấp nguồn cho IC thông thường với 5V Pin điện áp tham chiếu, thường + 5V sử dụng bình thường Kết nối với mặt đất mạch Vref kết nối với mặt đất bình thường 22 Cho phép chốt địa (ALE) 23,24,2 THÊM A, THÊM B, THÊM C Chốt nên tạm thời thực mức cao để chọn kênh ADC Ba chân sử dụng để chọn kênh    Tính ADC0808      Dễ dàng giao tiếp với tất Bộ vi xử lý hoạt động Độc lập Mô-đun ADC bit kênh Có thể đo tối đa giá trị Analog Trên clock chip khơng có sẵn, Bộ dao động ngồi là cần thiết (Clock) Đầu kỹ thuật số khác từ đến 255, Công suất hoạt động 15mW, thời gian chuyển đổi 100us  Khi Vref = 5V, 19,53mV giá trị tương tự có bit tăng phía kỹ thuật số (Kích thước bước)  Có sẵn gói PDIP 28 chân, SOIC  Sử dụng ADC0808 đâu Các ADC0808 IC là module ADC thường sử dụng cho dự án ADC bên ngồi bắt buộc. Nó mơ-đun 8-bit. Có nghĩa đo tối đa tám giá trị ADC từ 0V đến 5V độ xác tham chiếu điện áp (Vref Muffpin 9) + 5V 19,53mV ( Kích thước bước ). Đó với mức tăng 19,53mV phía đầu vào, có tăng bit phía đầu IC lý tưởng để sử dụng với Bộ vi xử lý như Raspberry Pi , Beagle bone, v.v Hoặc chí để sử dụng mô-đun ADC độc lập. Mỗi môđun ADC yêu cầu clock để hoạt động; IC yêu cầu xung clock bên để hoạt động. Do đó, bạn tìm kiếm mơ-đun ADC với độ phân giải bit đo tới kênh IC dành cho bạn  Cách sử dụng ADC0808 Vì IC ADC0808 có thể đo tới tám điện áp Analog khơng có clock bên nên cần nhiều phận để làm cho hoạt động so với ADC0804 tiền nhiệm. IC cung cấp + 5V. Vref + cho phép đầu nên cung cấp + 5V để thu đầu ra. Cấp nguồn cho V ref + với + 5V khiến IC hoạt động với kích thước bước 19,53mV. Clock bên ngồi nên kết nối với pin clock, mạch dao động xung tạo từ MCU / MPU Điện áp tương tự đầu vào bên phải cấp cho chân từ IN1 đến IN7, IC đọc điện áp kênh thời điểm. Lựa chọn kênh thực với chân ADD A , Thanh B và Thanh C . Ba bit phải đặt bảng bên để truy cập kênh tương tự. Khi kênh đặt, kênh bật cách bật ghim chốt Địa (ALE) để tăng cao giây lát Đầu kỹ thuật số lấy từ chân 2 -1 (OUT 1) đến 2 -8 (OUT 8) điện áp tương tự phải kết nối với chân V (+) mạch. Cũng lưu ý đầu khác nguồn điện áp (cảm biến / mô-đun) nên nối đất với mạch để chuyển đổi ADC hoạt động. Bây giờ, để Chuyển đổi ADC bắt đầu, phải làm cho chân START lên cao chân EOC lên cao. Điều thực thơng qua chương trình đơn giản kết nối chân EOC với chân START mạch bên Trong mạch trên, sử dụng một chiết áp để cung cấp điện áp thay đổi từ 0V đến 5V đến chân IN1 điện áp đọc vôn kế. Để đọc điện áp từ kênh một, phải đặt A = B = C = theo bảng bên dưới, điều thực cách sử dụng chân I / O MPU / MCU. Như bạn thấy ảnh, giá trị điện áp 2,15V giá trị nhị phân kết 01101110 Chúng ta xem giá trị nhị phân chuyển đổi thành giá trị Analog nào, cần lập trình / thiết kế Giá trị nhị phân = 01101110 Chuyển đổi thành Số thập phân = ( 0 * 128) + ( 1 * 64) + ( 1 * 32) + ( 0 * 16) + ( 1 * 8) + ( 1 * 4) + ( 1 * 2) + ( 0 * )                                          = 110 Điện áp tương tự = Giá trị thập phân * Kích thước bước                              = 110 * 19,53mV                              = 2,14V Giá trị thu 2,14V điện áp đo 2,15V gần nhau. Vì vậy, là cách bạn sử dụng IC ADC0808 .   Các ứng dụng      Hoạt động với xử lý bit (GianP) thiết bị độc lập Có thể đo đến tám kênh sử dụng cho dự án phức tạp Có sẵn gói nhỏ cho hiệu suất nó, sử dụng thiết bị điện tử cầm tay Được sử dụng rộng rãi với Raspberry Pi, Beagle Bone tảng phát triển MPU khác Giao diện với cảm biến nhiệt độ, nguồn điện áp đầu dò  2.3 IC 74LS688 IC 74LS688 so sánh cường độ bit Những loại thiết bị thiết kế để thực so sánh hai tám bit từ nhị phân BCD Tất loại thiết bị cung cấp đầu P = Q 2.4 IC 4040 IC 4040 mặt kỹ thuật chip truy cập gợn nhị phân 12 tầng, nói cách đơn giản, thiết bị tạo đầu tần số trễ tính tốn để đáp ứng với xung áp dụng đầu vào xung nhịp nó. Độ trễ tăng lên tốc độ ^ (n) n thứ tự pinout chuỗi đầu  Thơng số kỹ thuật Các tính thơng số kỹ thuật IC hiểu sau: Được đệm hoàn toàn 12 đầu ra, phân chia clock đầu vào tốc độ ^ (n) n = thứ tự pinout Q0 đến Q11 Trình tự đầu xảy để đáp ứng với cạnh rơi clock áp dụng sơ đồ chân CP đầu vào clock. IC đáp ứng với xung clock rơi tương đối chậm cách hiệu Một đầu vào thiết lập lại tổng thể không đồng (MR) đặt lại tất đầu áp dụng logic cao, logic thấp khơng đổi cho phép IC trì hoạt động IC hoạt động hoàn toàn với Vdd mức thấp 3V trì đặc tính hoạt động liên tục điện áp khoảng 15V Hãy kiểm tra tham số không nên vượt cho IC 4040 10 2.7 IC 74LS90 IC 74LS90 IC đếm thường dùng mạch số đếm lên mạch chia tần số Chức chân Số chân Tên chân Mô tả Clock input (CLKA) Ngõ vào xung clock 2 Reset (R0(1)) Chân Reset (Reset 0) – Tích cực mức Reset (R0(1)) Chân Reset (Reset 0) – Tích cực mức Not connected (NC) Không sử dụng Supply voltage Chân cấp nguồn 5V (4.75V – 5.25V) Reset (R9(1)) Chân Reset (Reset 9) – Tích cực mức 13 Reset (R9(2)) Chân Reset (Reset 9) – Tích cực mức Output (QC) Ngõ Output (QB) Ngõ 10 Ground (0V) Chân nối đất 11 Output (QD) Ngõ 12 Output (QA) Ngõ 13 Not connected Không sử dụng 14 Clock input (CLKA) Ngõ vào xung clock Hoạt động 74LS90 IC 74LS90 mạch đếm thập phân MOD-10 tạo mã BCD ngõ 74LS90 bao gồm bốn flip-flop JK chủ-tớ kết nối bên để cung cấp mạch đếm MOD-2 (2 trạng thái đếm) mạch đếm MOD-5 (5 trạng thái đếm) 74LS90 có flip-flop độc lập điều khiển đầu vào CLKA ba flip-flop JK tạo thành đếm không đồng điều khiển đầu vào CLKB hình bên Cấu tạo bên IC 74LS09 14 Bốn ngõ IC ký hiệu QA, QB, QC QD Thứ tự đếm 74LS90 kích hoạt cạnh xuống tín hiệu xung clock, tức tín hiệu xung clock CLK chuyển từ logic (mức CAO) sang logic (mức THẤP) xem có xung clock tác động vào mạch đếm Các chân ngõ vào bổ sung R1, R2, R3 R4 chân RESET Khi ngõ vào RESET R1 R2 kết nối với logic 1, mạch đếm bị RESET trở (0000) ngõ vào R3 R4 kết nối với logic 1, mạch đếm RESET số (1001) số đếm vị trị đếm Bảng hoạt động Reset đếm IC 74LS90 sau: Lưu ý: R0(1) = R1, R0(2) = R2, R9(1) = R3, R9(2) = R4 15 Như trình bày trên, bên IC đếm 74LS90 gồm có mạch đếm chia mạch đếm chia Như vậy, sử dụng hai mạch đếm: mạch đếm chia tần số đếm chia tần số kết hợp hai mạch đếm với để tạo mạch đếm BCD chia 10 mong muốn 2.8 LED đoạn Led đoạn đèn led xếp thành hình chữ nhật hình bên Mỗi led đoạn Khi đoạn chiếu sáng phần chữ số (hệ thập phân thập lục phân) hiển thị Đơi có thêm led thứ để biểu thị dấu thập phân có nhiều led đoạn nối với để hiển thị số lớn 10   Cấu tạo nguyên lý làm việc Mỗi đèn led đoạn có chân đưa khỏi hộp hình vng Mỗi chân gán cho chữ từ a đến g tương ứng với led Những chân khác nối lại với thành chân chung Như cách phân cực thuận (forward biasing) chân led theo thứ tự cụ thể, số đoạn sáng số đoạn khác không sáng cho phép hiển thị ký tự mong muốn Điều cho phép hiển thị số thập phân từ đến led đoạn Chân chung sử dụng để phân loại led đoạn Vì đèn led có chân, chân anode chân cathode  nên có loại led đoạn cathode chung (CC) anode chung (CA) 16 Sự khác loại thấy tên gọi Loại CC chân cathode nối chung với Còn loại CA chân anode nối chung với Cách chiếu sáng loại sau: Loại CC (common cathode): Tất chân cathode nối với nối đất, hay logic Mỗi phân đoạn chiếu sáng cách sử dụng điện trở đặt tín hiệu logic (hay mức cao) để phân cực thuận cực anode (từ a đến g)   Loại CA (common anode): Tất chân anode nối với với logic Mỗi phân đoạn chiếu sáng cách sử dụng điện trở tín hiệu logic (hay low) vào cực cathode (từ a đến g)   Nói chung loại CA phổ biến loại Loại CA không thay cho loại CC mạch điện, ngược lại cách nối đèn led bị đảo ngược 17 Tùy vào chữ số thập phân hiển thị mà đèn led cụ thể phân cực thuận Ví dụ để hiển thị chữ số 0, cần phải chiếu sáng đoạn tương ứng a, b, c, d, e f Như số từ đến hiển thị led đoạn hình bên Biểu diễn bìa Các-nơ 18 19 II Sơ đồ khối vào nguyên lý hoạt động: 3.1 Sơ đồ khối mạch : Khối nguồn Khối chuyển đổi ADC Khối hiển thị Khối reset định kỳ Khối đếm nhị phần, đếm BCD giải mã Khối so sánh 3.2 Nguyên Lý hoạt động: Khi qua IC ADC0808, tín hiệu điện áp hình sin chuyển thành dạng nhị phân.Điện áp tương tự đầu vào bên phải cấp cho chân từ IN1 đến IN7, IC đọc điện áp kênh thời điểm. Lựa chọn kênh thực với chân ADD A , Thanh B và Thanh C ( Để đọc điện áp từ kênh một, phải đặt A = B = C = ) . Ba bit phải đặt bảng bên để truy cập kênh tương tự. Khi kênh đặt, kênh bật cách bật ghim chốt Địa (ALE=1) để tăng cao giây lát. ( Để đọc điện áp từ kênh một, phải đặt A = B = C = ) Sau khối đếm nhị phân khối đếm BCD tăng theo xung Ck, ta nối nhị phân mà ADC0808 vừa chuyển đổi với 74LS688, số nhị phân mà ta chọn đem so sánh với giá trị đếm nhị phân, giá trị nhị phân có tác động làm dừng trình đếm, khối đếm BCD đếm nhị phân tăng nên dừng lại khối đếm BCD cho ta giá trị BCD tương ứng với giá trị nhị phân của khối đếm nhị phân là giá trị mà ta cần chuyển từ nhị phân 20  Khối đếm nhị phần, đếm BCD giải mã - Khối sử dụng IC 4040 để đếm nhị phân IC 7490 để đếm BCD Để ta thấy kết nhanh xung Ck chọn phải có tần số lớn - IC 7490 có chân CKA, CKB tác động cạnh xuống nên ta lấy chân Q0 nối vào chân CKB để đếm từ đến 9; Q3 tầng trước nối vào CKA tần sau để đếm lên từ hàng Đơn Vị, hàng Chục hàng Trăm  Khối so sánh - Khối sử dụng IC so sánh nhị phân bit 74688, kết so sánh khác ngõ 1, kết giống ngõ Từ ta đem ngõ AND với xung Ck để dừng đếm đếm tới số nhị phân mà ta chuyển đổi - Tới đây, mạch hoạt động bình thường trường hợp ta chuyển đổi số nhị phân lần chạy nhiều số nhị phân số mà ta đo phải lớn số Nếu ta đo số nhỏ số cũ, mạch chạy liên tục qua chu kì đếm sau dừng lại số chọn Chu kì đếm nhị phân bit 256 giá trị, cịn BCD số tới 1000 giá trị, nên khối đếm nhị phân qua chu kì khác mạch chạy sai Do ta cần có khối để mạch đến lại liên tục khối reset định kỳ  Khối reset định kỳ - Ở khối này, ta có nhiệm vụ reset để đếm lại từ đầu sau chu kì đếm nhị phân Do ta định kỳ cấp xung vào MasterReset IC đếm khối đếm nhị phân đếm BCD Để đơn giản, ta cần sử dụng xung Ck khác, có tần số bé 256 lần tần số khối đếm (Để cho mạch đếm nhị phân đếm đủ reset) Nhưng dùng xung Ck hiển thị LED khó quan sát bới xung Ck xung vng, nửa chu kỳ mức cao làm ngõ chuyển đổi là 000000000000, nửa chu kỳ mức thấp lại cho phép đếm Thời gian tồn tại 000000000000 quá lâu Do ta làm giảm khoảng thời gian hiển thị 000000000000 bằng IC đếm thập phân 4017, cứ 10 chu kì Ck có nửa chu kì là hiển thị 000000000000    Khối hiển thị 21 22 III MÔ PHỎNG PROTEUS Protues phần mềm hãng Labcenter dùng để vẽ sơ đồ nguyên lý, mô thiết kế mạch điện 4.1.Những linh kiện cần dùng là: 4.2 Sơ đồ mạch mô phần mềm Proteus 23 24 IV KẾT LUẬN Tìm hiểu đề tài: “ Mạch đo điện áp Chuyển đổi tương tự sang số ( lượng tử hóa ).Tính giá trị số nhị phân, đưa kết hiển thị ” Giúp chúng em hiểu thêm cách thức chuyển đổi tương tự sang số ADC mạch mã hóa , giải mã BCD Và tìm hiểu họ IC ADC , IC mã hóa, giải mã, IC so sanh đếm có thị trường, biết cơng dụng, ngun lý hoạt động để ứng dụng vào mạch cụ thể Kết sau kiểm tra mô thấy mạch hoạt động tốt đảm bảo yêu cầu đặt đề tài Mạch hiển thị số thập phân tương ứng với điện áp đầu vào với vơn kế đo Cách tính điện áp : Ví dụ: Giá trị nhị phân = 01101110 Chuyển đổi thành số thập phân = ( 0 * 128) + ( 1 * 64) + ( 1 * 32) + ( 0 * 16) + ( 1 * 8) + ( 1 * 4) + ( 1 * 2) + ( 0 * )                                          = 110 Điện áp tương tự = Giá trị thập phân * Kích thước bước                              = 110 * 19,53mV                              = 2,14V 25 V Phần nhân xét giáo viên: … …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 26 …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… 27 ... = 01101110 Chuyển đổi thành số thập phân = (? ?0 * 12 8) + (? ?1 * 6 4) + (? ?1 * 3 2) + (? ?0 * 1 6) + (? ?1 * 8) + (? ?1 * 4) + (? ?1 * 2) + (? ?0 * )                                          = 110 Điện áp tương tự = Giá. .. kế mạch điện 4.1.Những linh kiện cần dùng là: 4.2 Sơ đồ mạch mô phần mềm Proteus 23 24 IV KẾT LUẬN Tìm hiểu đề tài: “ Mạch đo điện áp Chuyển đổi tương tự sang số ( lượng tử hóa ). Tính giá trị số. .. mạch mô phần mềm Proteus………… 20 V Kết Luận……………………………………………… 22 VI Phần nhận xét giáo viên……………………… 23 I Đề bài: Mạch đo điện áp Chuyển đổi tương tự sang số ( lượng tử hóa ). Tính giá trị số nhị