THIẾT KẾ MẠCH CHUYỂN MỨC TÍN HIỆU đầu VÀO CHO MẠCH VI XỬ LÍ MÁY THU PHÁT VÔ TUYẾN p 173

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ PHẠM AN KHANG KHÓA 17 Phạm An Khang HỆ ĐÀO TẠO CAO ĐẲNG Khóa2018 17 NĂM Hệ đào tạo Cao đẳng BÀI TẬP TỐT NGHIỆP NGÀNH : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Mã số : 52520201 THIẾT KẾ MẠCH CHUYỂN MỨC TÍN HIỆU ĐẦU VÀO CHO MẠCH VI XỬ LÍ MÁY THU PHÁT VƠ TUYẾN P-173 Cán hướng dẫn: Đại úy Ths.Nguyễn Hữu Thọ MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU………………………………………………………………… CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY THU PHÁT VƠ TUYẾN P-173M 1.1 Tính kỹ thuật điện đài P-173M 1.2 Một số tham số kỹ thuật điện đài 1.3 Các thành phần điện đài P-173M 1.4 Cấu trúc sơ đồ khối điện đài vô tuyến P-173M 1.5 Khối 7M – nhớ .5 1.5.1 Công dụng thành phần khối 1.5.2 Thông số kỹ thuật 1.5.3 Nguyên tắc làm việc khối 7M CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH VÀO/RA CHO KHỐI VI XỬ LÍ P-173 11 2.2 Vi xử lý Atmega 128 .11 2.2.1 Những Tính Năng Chính Của ATmega128: 11 2.2.2 Cấu hình chân ( pin configurations ) .15 2.2.3 Mô tả ý nghĩa chân ( Pin descipsions ) 16 2.2.4 Sơ đồ khối 19 2.3 Thiết kế mạch vào cho vi xử lý 20 2.3.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển 20 2.3.2 ULN 2803 21 2.3.3 PC817 22 2.3.4 Mạch mô Proteus 24 2.3.5 Mạch nguyên lí 26 2.3.6 Mạch PCB 3D 28 KẾT LUẬN 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 BẢNG VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng việt ADC Analog-to-digital converter Analog/Digital Reduced Instructions Set Computer Serial Peripheral Interface Universal Synchronous & Asynchronous serial Reveiver and Transmitter chuyển đổi tương tự số Tương tự/Số Máy tính với tập lệnh đơn giản hóa A/D RISC SPI USART VXL truyền nhận nối tiếp đồng khơng đồng Vi xử lí BẢNG HÌNH VẼ Bảng 1.1: thành phần P-173M Hình 1.1: Cấu trúc nhớ Hình 2.1: Cấu trúc Vi điều khiển AVR 14 Hình 2.2: chân Atmega 128 15 Hình 2.3: Thanh ghi DDRA 18 Hình 2.4: Thanh ghi PortA 18 Hình 2.5: Thanh ghi PINA 19 Hình 2.6: Sơ đồ cổng vào .19 Hình 2.7: Sơ đồ khối ATmega128 20 Hình 2.8: Sơ đồ khối mạch điều khiển 21 Hình 2.9: Cấu tạo ULN 2803 22 Hình 2.10: Cấu tạo PC817 23 Hình 2.11: Mạch mơ .24 Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý .26 Hình 2.13: Mạch PCB LỜI MỞ ĐẦU Ngày với bùng nổ khoa học kỹ thuật giới, cách mạng công nghiệp 4.0 đem đến thay đổi nhanh chóng cho nghành điện tử - viễn thơng Chính để sẵn sàng thích nghi với điều yêu cầu sinh viên phải chuẩn bị thật kỹ nhiều phương diện : lập trình, vi điều khiển, linh kiện điện tử… Với mong muốn củng cố học tập thêm nhiều kiến thức để chuẩn bị cho sau này, em chọn đề tài : “ Thiết kế mạch chuyển mức tín hiệu đầu vào cho mạch vi xử lí máy thu phát vơ tuyến P-173” thầy Nguyễn Hữu Thọ hướng dẫn làm tập tốt nghiệp Nội dung tập gồm : Chương I: Tổng quan máy thu phát vô tuyến P-173M Chương II: Thiết kế mạch vào cho khối vi xử lí P-173M Trong thời gian làm tập tốt nghiệp, em nhận trợ giúp nhiệt tình từ thầy cơ, gia đình, bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô khoa Vô tuyến Điện tử tạo điều kiện, giúp đỡ em suốt thời gian Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Ths.Nguyễn Hữu Thọ tận tình hướng dẫn bảo em hồn thành tập tốt nghiệp Tuy nhiên, hạn chế mặt thời gian lực thân nên nội dung tập khơng tránh khỏi nhiều thiếu sót Rất mong thầy thơng cảm góp ý để tập em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, Ngày 29 Tháng Năm 2018 Sinh viên thực Phạm An Khang Chương I TỔNG QUAN VỀ MÁY THU PHÁT VƠ TUYẾN P-173M 1.1 Tính kỹ thuật điện đài P-173M Điện đài vô tuyến điện P-173M máy thu phát sóng cực ngắn với kỹ thuật điều chế tần số, dùng cho chế độ liên lạc thoại vô tuyến chiều đối tượng động chuyển động hay đứng yên Điện đài vô tuyến điện bảo đảm thực liên lạc 10 tần số nhớ cố định trước mà không cần phải tìm kiếm vi chỉnh lại Điện đài vơ tuyến làm việc với anten có độ cao m Ngồi cho phép điện đài làm việc với đốt anten m, m liên lạc khoảng cách gần Để tăng khoảng cách liên lạc sử dụng anten sóng cực ngắn dải rộng lắp cột, trụ Khi lựa chọn tần số thích hợp bảo đảm đồng thời làm việc: - Trên an ten cần chung với sử dụng lọc an ten (bộ phân lập an ten) trường hợp sau: + Hai điện đài P-173M + Một điện đài P-173M máy thu P-173M - Trên an ten cần riêng biệt trường hợp sau: + Hai điện đài P-173M + Một điện đài P-173M máy thu P-173M Điện đài vô tuyến thiết kế để làm việc với thiết bị đàm thoại nội bộ, cịn trường hợp khơng có thiết bị đàm thoại nội phải sử dụng micro áp họng Khi làm việc với thiết bị đàm thoại nội cần có khuếch đại quản (khối P-173M-16) Ngồi điện đài vơ tuyến cịn làm việc với thiết bị cuối (chế độ OA) 1.2 Một số tham số kỹ thuật điện đài - Dải tần số công tác: (30.00075.999) kHz - Khoảng cách tần số công tác: kHz - Công suất máy phát điện áp nguồn phương tiện động có giá trị danh định (+ 27 VDC): Chế độ công suất lớn: P  30 W Chế độ công suất nhỏ: P  W - Độ không ổn định tần số điện điện đài: f ≤  1,5 kHz (cả thu phát) - Độ dịch tần máy phát: Trong chế độ tín hiệu tương tự : (4  6) kHz Trong chế độ thông tin số : (4,48  6,72) kHz - Độ nhạy máy thu làm việc chế độ tín hiệu tương tự: Khi khơng sử dụng triệt rào : Ea ≤ 1,5 V Khi sử dụng triệt rào : Ea ≤ V - Độ nhạy máy thu toàn dải tần số công tác, chế độ thông tin số, hệ số sai lỗi 1.10-2: Ea < V - Điện áp đầu máy thu phát chế độ tín hiệu tương tự: Chế độ Thiết bị máy nói: U  11 V Chế độ Thiết bị đầu cuối: U = (0,52  0,1) V - Độ chọn lọc máy thu theo kênh tần số trung tần 1, 3: D  100 dB - Số lượng tần số bố trí điều chỉnh đặt trước: 10 tần số - Thời gian chuyển đổi tần số đặt trước: t < giây - Nguồn cung cấp cho điện điện đài lấy từ nguồn điện xe với điện áp chiều + 27 V - Dòng điện tiêu thụ điện đài điện áp nguồn xe đủ danh định (+ 27 V) không vượt quá: Chế độ thu: 1,5 A Chế độ phát: A - Kích thước điện đài kể giá giảm xóc: (428 x 222 x 239) mm - Trọng lượng điện đài hoàn chỉnh:  43 kg - Điện đài bảo đảm làm việc liên tục chế độ đơn công 10 phút phát, 20 phút thu nhiệt độ - 50 oC - Điện đài bảo làm việc liên tục chế độ đơn công phút phát, 25 phút thu nhiệt độ + 50 oC - Điện đài bảo đảm làm việc bình thường khoảng nhiệt độ - 50 oC đến + 50 oC độ ẩm tương đối khơng khí đến 98 % - Điện đài làm việc bình thường bảo tồn có thay đổi điện áp nguồn điện thân xe từ + 22 V đến + 29 V có xung áp điện áp nguồn biên độ đến + 70 V độ dài ms 1.3 Các thành phần điện đài P-173M Các thành phần điện đài 173M trình bày bảng TT TÊN GỌI TÁC DỤNG Phần máy thu KÝ HIỆU SL GHI CHÚ ИФ 2.000.014 Trong áo điện phát : Khối 3М Khối thu ИФ 2.003.006 Khối 4М Khối Khối Tổng hợp tần số Bộ nhớ Bộ lọc điều ИФ 2.205.006 ИФ 3.065.002 ШИ 2.240.067 Khối 10 chỉnh lại Khuếch đại cơng ШИ2.002.039 Khối 11 suất Bộ thích ứng ШИ 2.240.066 Khối 12М Khối 13 anten Bộ kích thích Khối ШИ2.210.041 ШИ 2.087.183 1 đài nguồn Bộ lắp ráp thiết ИВ4.075.030- 10 bị an ten Bộ phụ tùng 5Сп ИФ 4.070.016 dự trữ Trong hộp ИФ4.170.130 -01 11 Thiết bị đồng -Cáp cao tần ИФ 4.850.063- 01 -Cáp âm tần ИФ4.853.133- -Tài liệu khai 05 ШИ1.101.027 ТО ШИ1.101.027 thác ФО Bảng 1: thành phần P-173M 1.4 Cấu trúc sơ đồ khối điện đài vô tuyến P-173M Theo tác dụng khối chia sơ đồ điện đài thành nhóm khối sau: 1) Tuyến thu gồm khối 3M thực chức thu, chọn lọc, tách sóng tín hiệu vơ tuyến nhận truyền tín hiệu đến tai nghe thiết bị đầu cuối OA 2) Tuyến phát bao gồm khối 10 khối 12M thực tạo dao động, điều chế (khối 12M) khuếch đại cơng suất tín hiệu phát (khối 10) 3) Các khối dùng chung cho tuyến thu tuyến phát bao gồm: khối 4M, 7, 9,11, 13 mặt máy Từng khối kể có bố trí cấu trúc hoàn chỉnh, tất khối lắp vỏ máy thu phát cần thiết dễ dàng tháo, lắp 1.5 Khối 7M – nhớ 1.5.1 Công dụng thành phần khối Khối dùng để nhớ lưu giữ thông tin 10 tần số đặt trước (ЗПЧ) dạng mã nhị - thập phân thông tin đưa tới khối 3M 4M để điều khiển việc tổ chức lại chúng Kiểm tra thông tin ghi thực cách quan sát hiển thị số Các thông tin đầu vào để nhớ lựa chọn tần số đặt trước (ЗПЧ) cần thiết thực cách ấn nút ấn bàn phím số hệ số 10 mặt máy điện đài Khối 7M bao gồm thành phần sau : - Cơ cấu nhớ, công dụng trước hết để nhớ lưu trữ liệu mười tần số cố định hai băng – mười tần số đưa đến khối 3M 4M để điều khiển tất cấu tương ứng khối Đầu vào khối gồm: - Bảng mạch 7-1, bảng mạch chứa máy tính điện tử đơn chíp, nhớ có khả lập trình lại, giải mã, đầu ghi tần số - Bảng mạch 7-3 thi tần số 1.5.2 Thông số kỹ thuật Dải tần làm việc 30.000-75.999 KHz Số lượng tần số nhớ 10 Lưu trữ thông tin ≥ 2000 Nguồn điện áp sử dụng +5V, +9V, +27V Kích thước ngồi 190x188x66 mm 1.5.3 Ngun tắc làm việc khối 7M Nguyên tắc chung Các tần số cố định đầu vào lưu trữ, cần thiết ấn 10 phím ấn bàn phím mặt máy điện đài vô tuyến P-173M Kiểm tra tần số lưu trữ mắt thường thị tần số đài vô tuyến.Thay đổi tần số công tắc ghi-làm việc nút ấn xóa Cấu trúc nhớ thể hình 1.1  XTAL2 đầu cho khuyếch đại dao động  AVCC : chân nguồn áp cấp cho cổng F chuyển đổi A/D Nó nên chân nối với VCC , dù ADC không sử dụng Nếu ADC sử dụng , nên nối với chân VCC thông qua lọc thấp tần  AREF : chân tham khảơ cho chuyển đổi A/D  PEN : chân kích hoạt trình cho kiểu lập trình nối tiếp SPI , tín hiệu vào kéo lên cao Bằng việc giữ chân mức thấp suốt trình khởi động lại nguồn ( Power – on Reset ) , thiết bị nhập vào cổng lập trình nối tiếp SPI PEN khơng có chức trình điều khiển Cấu hình cổng vào Cổng vào số phương tiện để vi điều khiển giao tiếp với thiết bị ngoại vi ATmega128 có thảy cổng (port) vào bit : PortA, PortB, PortC, PortD, PortE, PortF, PortG, tương ứng với 56 đường vào Các cổng vào AVR cổng vào hai chiều định hướng, tức chọn hướng cổng hướng vào (input) hay hướng ra(output) Tất các cổng vào AVR điều có tính Đọc – Chỉnh sửa – Ghi (Read – Modify – write) sử dụng chúng cổng vào số thơng thường Điều có nghĩa ta thay đổi hướng chân khơng làm ảnh hưởng tới hướng chân khác Tất chân cổng(port) có điện trở kéo lên (pull-up) riêng, ta cho phép hay không cho phép điện trở kéo lên hoạt động Mỗi cổng vào vi điều khiển liên kết với ghi : PORTx, DDRx, PINx ( x để thay cho A, B,…G ) Ba ghi phối hợp với để điều khiển hoạt động cổng, chẳn hạn thiết lập cổng thành lối vào có sử dụng điện trở pull-up, v.v Sau diễn tả cụ thể vai trò ghi a Thanh Ghi DDRx 17 Đây ghi bit ( đọc ghi ) có chức điều khiển hướng cổng (là lối hay lối vào ) Khi bit ghi set lên chân tương ứng với cấu hình thành ngõ Ngược lại, bit ghi DDRx chân tương ứng với thiết lập thành ngõ vào Lấy ví dụ: Khi ta set tất bit ghi DDRA 1, chân tương ứng portA PA1, PA2, … PA7 ( tương ứng với chân số 50, 49, …44 vi điều khiển ) thiết lập thành ngõ Cấu trúc ghi DDRA thể hình 2.3 Hình 2.3 Thanh ghi DDRA b Thanh Ghi PORTx PORTx ghi bit đọc ghi Đây ghi liệu PORTx, Nếu ghi DDRx thiết lập cổng lối ra, giá trị ghi PORTx giá trị chân tương ứng PORTx, nói cách khác, ta ghi giá trị logic lên bit ghi chân tương ứng với bit có mức logic Khi ghi DDRx thiết lập cổng thành lối vào ghi PORTx đóng vai trò ghi điều khiển cổng Cụ thề , bit ghi ghi thành điện trở treo ( pull-up resistor ) chân tương ứng với kích hoạt, ngược lại bit ghi thành điện trở treo chân tương ứng không kích hoạt, cổng trạng thái cao trở ( Hi-Z ) Cấu trúc ghi Port thể hình 2.4 Hình 2.4 Thanh ghi PortA c Thanh Ghi PINx 18 PINx ghi thực sự, địa nhớ I/O kết nối trực tiếp tới chân cổng Khi ta đọc PORTx tức ta đọc liệu chốt PORTx, cịn đọc PINx giá trị logic thời chân cổng tương ứng đọc Vì ghi PINx ta đọc mà ghi Bảng 25 thể các thiết lập cách hoạt có cổng Hình 2.5: Thanh ghi PINA Cấu trúc ghi PinA thể hình 2.5 Hình 2.6 : Sơ đồ cổng vào Hình 2.6 thể sơ đồ chân cổng vào 19 2.1.4 Sơ đồ khối Sơ đồ khối tổng quan ATmega 128 thể hình 2.7 20 Hình 2.7: Sơ đồ khối ATmega128 2.2 2.2.1 Thiết kế mạch vào cho vi xử lý Sơ đồ khối mạch điều khiển Sơ đồ khối mạch điều khiển thể hình 2.8 21 Tín hiệu điều khiển VI XỬ LÍ ATMEGA128 IC đệm ULN2803 Mạch hiển thị, tổ hợp tần số Chuyển đổi mức điện áp (27v-5v) PC817 Tổ hợp phím bấm 27v Hình 2.8 Sơ đồ khối mạch điều khiển Để vi xử lí ATmega 128 giao tiếp với ngoại vi máy P-173 tổ hợp bàn phím, tổ hợp tần số, mạch hiển thị cần phải thiết kế mạch chuyển đồi mức đầu vào đệm đầu Cụ thể em sử dụng :  PC817 để làm chuyển đổi mức 27v - 5v cho đầu vào  ULN2803 làm đệm dịng đầu 2.2.2 ULN 2803 Thơng số kỹ thuật - Điện áp max: 50V (Vce) - Điện áo vào max: 30V (Vin) - Dòng điện đầu liên tục: Ic = 500mA - Dòng điện đầu vào liên tục: IIN = 25mA - Công suất tiêu tán cặp darlington: 1W - Nhiệt độ làm việc: -55 ~ 150oC Cấu tạo Cấu tạo ULN2803 thể rõ hình 2.9 22 ULN 2803 là vi mạch đệm, chất cấu tạo mảng darlington chịu dòng đện lớn điện áp cao, có chứa cặp transistor NPN ghép darlington cực góp hở với cực phát chung - Các chân Input từ 1-8, tuơng ứng chân Output từ 11-18 - Nếu đầu vào mức thấp (=0), đầu thả - Nếu đầu vào mức cao (=1), đầu - chân số nối GND, chân số 10 nối VCC Trong ULN có diode tránh ngược dịng điều khiển Hình 2.9 Cấu tạo ULN 2803 2.2.3 PC817 Cấu tạo Cấu tạo PC817 hình 2.10 Bao gồm led photo diot hay photo transitor Được sử dụng để cách ly khối chênh lệch điện hay công suất khối có cơng suất nhỏ với khối điện áp lớn 23 Hình 2.10 Cấu tạo PC817 Nguyên lý hoạt động Khi có dịng nhỏ qua đầu led có opto làm cho led phát sáng Khi led phát sáng làm thông cực photo diot, mở cho dòng điện chạy qua 24 2.2.4 Mạch mơ Proteus Hì nh 2.11: Mạch mơ 25  Ban đầu : - cổng PortD có mức logic 0x00 - cổng vào PortA.0 có mức logic  Khi bấm button => có dịng vào chân PC817 => chân thông với chân xuống đất=> PortA.0 = làm đẩu cổng D (PortD) thay đổi mức logic  Mỗi lần bấm tương ứng với mức logic: {0x01, 0x03, 0x07, 0x0F, 0x1F, 0x3F, 0x7F, 0xFF} (Khi tới mức 0xFF : bấm thêm lần PortD trở 0x00.)  Mức logic PortD vào chân ULN2803 đảo chân out => điều khiển nối đất cho led tương ứng 0x00 => led sáng 0x01 => led sáng 0x03 => led sáng 0x07 => led sáng 0x0F => led sáng 0x1F => led sáng 0x3F => led sáng 0x7F => led sáng 0xFF => led sáng Hình 2.11 thể q trình mơ nhấn button lần thứ 26 2.2.5 Mạch ngun lí Hình 2.12 Sơ đồ ngun lý 27 Sơ đồ nguyên lý hình 2.12 vẽ phần mềm ALTIUM 14 đó:  Nguồn 5v cấp cho :  Vi xử lí ATmega 128  Các chân cổng vào ATmega128  Các chân đầu IC đệm ULN2803  Do ATmega128 dùng nguồn 5v mà điện đài P-173M dùng nguồn 27v nên để giao tiếp tổ hợp phím bấm ATmega128 ta dùng PC817 để chuyển mức điện áp :  Chân PC817 nối với phím bấm 27v, chân nối với nguồn 5v cổng vào ATmega128(mức logic 1), chân nối đất Khi bấm phím điện áp 27v vào chân PC817 khiến cho chân chân thông nối xuống đất => cổng vào ATmega128 nối đất(mức logic 0)  Cổng ATmega 128 nối vào đệm dòng ULN2803  Các điện trở nối với chân PC817 nhằm hạn dịng vào cho led  Các tụ nối với chân PC817 tụ lọc nguồn 28 2.2.6 Mạch PCB 3D Mạch 3D hình 2.13 vẽ phần mềm Altium 14 Hình 2.13: Mạch PCB  Kết luận chương Chương II trình bày tổng quan ATmega 128, nêu rõ linh kiện sử dụng để thiết kế mạch vào tác dụng chúng Việc thiết kế mạch, q trình mơ phỏng, vẽ sơ đồ nguyên lý, mạch PCB, công cụ thực trình bày cách hồn chỉnh 29 KẾT LUẬN Nội dung tập tốt nghiệp giải vấn đề theo mục tiêu : Tìm hiểu, thực thiết kế mạch vào ổn định cho VXL ATmega128 Quá trình thực tập mang đến cho em thêm nhiều kiến thức chuyên ngành bước thiết kế mạch Mặc dù giúp đỡ bảo tận tình thầy cô khoa hạn chế thời gian lực thân nên nội dung đề tài cịn nhiều thiếu sót Em mong nhận thơng cảm góp ý q thầy để tập hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! 30 Tài liệu tham khảo Datasheet ATmega128 Datasheet vi điều khiển ATmega 128(Bản dịch), https://vi.scribd.com/document/95243931/Datasheet-Atmega-128-Tieng-Viet http://www.hocavr.com/ Tài liệu hướng dẫn sửa chữa lớn đài P-173M (ИФ1.100.024) 31 ... t? ?p tốt nghi? ?p Nội dung t? ?p gồm : Chương I: Tổng quan máy thu phát vô tuyến P- 173M Chương II: Thiết kế mạch vào cho khối vi xử lí P- 173M Trong thời gian làm t? ?p tốt nghi? ?p, em nhận trợ gi? ?p nhiệt... Một điện đài P- 173M máy thu P- 173? ??M - Trên an ten cần riêng biệt trường h? ?p sau: + Hai điện đài P- 173M + Một điện đài P- 173M máy thu P- 173? ??M Điện đài vô tuyến thiết kế để làm vi? ??c với thiết bị... chân cổng(port) có điện trở kéo lên (pull-up) riêng, ta cho ph? ?p hay khơng cho ph? ?p điện trở kéo lên hoạt động Mỗi cổng vào vi điều khiển liên kết với ghi : PORTx, DDRx, PINx ( x để thay cho A,