Mạch đo nhiệt độ chuyển đổi số hiển thị đèn LED sử dụng cảm biến nhiệt

L ựa chọn phương pháp biến đổi nhiệt năng thành điện năng

Việc sử dụng IC cảm biến nhiệt áp dụng vào thiết bị đo nhiệt độ đang là một phương pháp rất phổ biến , tiện lợi. Do đó , em đã lựa chọn phương pháp này áp dụng vào trong đề tài của mình.Hơn nữa , như em đã nói ở trên phần tử bán dẫn rất nhạy nhiệt nên nó đảm bảo được độ chuẩn xác tương đối cao ,thoả mãn được tiêu chuẩn yêu câu, chấp nhận được.

Sơ đồ nguyên lí chức năng

Lúc ban đầu , khi Udac<Uv thì Uss ở mức cao xung nhịp qua cổng AND vào bộ đếm .Khi bộ đếm tăng dần giá trị thì Udac cũng tăng lên dần theo dạng bậc thang cho đến khi Udac>Uv một khoảng giá trị nào đó thì Us trở về mức điện thế thấp dẫn đến việc cổng AND bị khoá , không có xung nhịp vào bộ đếm ,do đó bộ đếm ngưng lại thôi không đếm nữa .Quá trình chuyển đổi kết thúc. Tín hiệu ra của bộ so sánh lúc này ở mức thấp biểu thị cho mức logic 0 do đó nó sẽ làm khởi độmg mạch đơn ổn số 1(OS1)phát xung 1 micro giây tại Q1 làm cho Q1ở mức logic 1 chuyển đến kích thích các thanh ghi tương ứng để lưu trữ và hiển thị .Q1ở mức logic 1 qua cổng đảo đến khởi động bộ đơn ổn 2(OS2) phát xung tái lập mọi bộ đếm về 0 suy ra đầu ra bộ so sánh lên cao trở lại cho phép xung vào bộ đếm bắt đầu chu kỳ chuyển đổi mới.

Sơ đồ thực tế của các bộ phận tương ứng

IC đo nhiệt độ là một mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu điện .Dựa vào đặc tính rất nhạy của chất bán dẫn với nhiệt độ ,tạo radòng điện hay điện áp tỉ lệ thuận theo qui luật hàm mũ với nhiệt độ vì sự tác động của nhiệt độ tạo ra các điện tử tự do và các lỗ trống trong chất bán dẫn. Sau khi đã biến đổi nhiêt năng thành điện năng dưới dạng điệnthế , tín hiệu đo được đưa đến đầu vào Uv của mạch đo .Mạch đo này có chức năng đo đạc tín hiệu điện thế đầu vào ,biến đổi tín hiệu tương tự này thành tín hiệu số(mã BCD ) rồi giải mã hiển thị kết quả ra đèn LED 7thanh .kết quả hiển thị này chính là giá trị nhiệt độ đo được. Vi mạch ADC0809 là biến đổi A/D tác động nhanh và giá thành không cao nên có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng .Nó qui định về quyền sử dụng các lối ra dữ liệu song song ,các lối ra này tương thích TTL.

Qua một lối vào điều khiển , các lối ra có thể chuyển sang trạng thái điện cao , và nhờ thế vi mạch có thể đệm vào 1 bus dữ liệu .Ngoài ra nó còn qui định cả về quyền sử dụng các lối vào điều khiển ghi đọc .Lối vào analog là không so sánh với mass mà là lối vào vi phân , nghĩa là vi phân điện áp ở 2 chân lối vào VIN+ và VIN- được biến đổi. Điều đáng đề cập ở đây là khi điện áp nguồn nuôi là +5V , dải điện áp của nối vào analog có thể đạt đến 5V.ADC0809 có 8 kênh lối vào làm việc hoàn toàn độc lập nhau .Còn một điểm nữa cần quan tâm là sự tiêu thụ dòng điện của vi mạch hầu như không đáng kể (chỉ cỡ 300 micro Ampe).Thời gian biến đổi cỡ 100 micro giây. Sơ đồ chân chức năng:. Khối cảm biến. Các thông số kĩ thuật :. -Không cần điều chỉnh điểm 0. -Quét động 8 kênh bằng logic địa chỉ. -Dải tín hiệu lối vào analog lối vào khi điện áp nguồn nuôi là +5V. -Tất cả các tín hiệu tương thích TTL. -Độ phân giải 8bit. Sơ đồ khối cấu trúc của vi mạch :. Hình dưới đây chỉ ra một mạch điển hình được thiết kế cho bộ biến đổi ADC0809. có thể đấu nối vào .Theo cách này ta có thể điều khiển bộ biến đổi A/D ADC0809 từ máy tính qua giao diện máy in hoặc qua giao diện nối tiếp RS232.Tín hiệu giữ nhịp dùng cho bộ biến đổi A/D cần phải được tạo ra ở bên ngoài và được dẫn đến chân CLOCK. Điện áp so sánh được đưa qua tầng lặp lại điện áp để đến chân ra VREF+ ,chân này có điện trở nối vào cỡ 2,5 kilo Ôm. Tám kênh lối vào analog được dẫn đến các chân IN0 đến IN7. Mẫu bit ở các lối vào địa chỉ A,B,C sẽ xác định xem kênh nào phải đươc lựa chọn. Khi đó việc lựa chọn tuân theo qui định sắp xếp dưới đây :. Nguyên tắc làm việc của bộ biến đổi ADC0809 cũng không có gì phức tạp. Một xung dương ở chân START kích hoạt sự biến đổi. Qua đó mẫu bit ở các lối vào địa chỉ A,B,C cũng đồng thời được chốt và xác định kênh cần biến đổi. Trong quá trình biến đổi chân ra EOC đứng ở mức LOW. Sau cỡ 100 micro s , EOC sẽ chuyển sang HIGH và báo hiệu sự kết thúc quá trình biến đổi. Sau đó , kết quả của quá trình biến đổi sẽ được xếp hàng ở các đường dẫn dữ liệu D0  D7. Khi OE=1 các đường dẫn có thể được đọc tiếp. d)Bộ xử lý tín hiệu :làm nhiệm vụ giải mã nhị phân BCD thành tín hiệu điều khiển sự hiển thị của bộ chỉ thị .Ta chọn IC AT89S52( rất thích hợp cho việc thử nghiệm) , một vi điểu khiển thuộc họ 8051. Chân này phải được nối với đất để cho phép thiết bị nhận mã từ bộ nhớ chương trình bên ngoài (địa chỉ từ 0000H đến FFFFH). Chân này được nối với nguồn khi mà thực hiện việc lẩp trình với bộ nhớ gắn trên chip. Chân này cũng thu nhận được điện áp cho phép lập trình 12 V trong suốt quá trình lập trình cho bộ nhớ trong Flash. - : là đầu vào nối tới bộ khuếch đại dao động nghịch đảo, và tới mạch tạo dao động trên chip. - : đầu ra từ bộ khuếch đại dao động nghịch đảo. e)Bộ hiển thị :Ta chọn đèn LED 7 thanh.

Sơ đồ nguyên lý

-Chân 7 của ADC0809 là chân EOC (End Of Convesion) báo hiệu kết thúc chuyển đổi ta nối đến đầu P3.2(chân 12 của AT89S52) để sau này dùng vi điều khiển lập trình cho chân này điều khiển quá trình chuyển dữ liệu từ đầu vào ADC đến bộ vi điều khiển. Đến đây , bộ vi điều khiển có nhiệm vụ chủ yếu là biến đổi số nhị phân ở đầu vào (PORT 1)thành tín hiệu ra( PORT 0) chỉ thị cho bộ giải mã (IC7447) hiển thị kết quả theo kiểu số thập phân ra đèn LED 7thanh. Tham số của bộ khuyếch đại μA 741 được cải thiện nhiều so với μA709: điện áp vào Ud cho phép cao hơn, bù lệch không đơn giản hơn, có mạch hạn dòng, có bù tần số bên trong mạch.

Tầng vào bộ khuyếch đại mắc theo kiểu Kaskode bù dùng tranzistor npn ( T1,T2) có hệ số khuyếch đại dòng cao và tranzistor pnp (T3, T4) có hệ số khuyếch đại dòng thấp.