Hình 3.1: IC XR – 2206CP.
XR – 2206CP là một linh kiện chất lượng cao tạo ra các dạng sóng tam giác, vuông, sin tốt ở các tần số từ vài phần Hz đến vài trăm KHz với một số tối thiểu các linh kiện bên ngoài IC. Tần số của IC này có thể được quét trên tầm 2000:1 nhờ điện áp hoặc điện trở bên ngoài. IC này còn kết hợp với các tiện ích để đảm nhận việc điều chế AM, FM, dịch pha và FSK (frequency shift keyed modulation: điều chế dịch khóa tần số) để tạo ra nhiều dạng sóng khác nhau. Linh kiện này có độ ổn định tần số tốt (điển hình là 20p.p.m/oC đối với sự thay đổi của nhiệt độ và 0.01%/V đối với sự thay đổi điện áp của nguồn điện) và có thể được cấp điện, hoặc từ một nguồn cấp điện đơn trong tầm từ 10V đến 26V, hoặc
từ một nguồn cấp điện đôi hay được chia 2 trong tầm từ ±5V đến ±13V.Các ngõ ra sóng sin có THD ( total harmonic distortion: độ sái hài tổng) điển hình là 2.5%, tuy nhiên ta có thể dễ dàng điều chỉnh xuống còn khoảng 0.5% nhờ vào hai biến trở vi chỉnh. Sóng
sin có biên độ cực đại bằng 2 V rms và tổng trở ngõ ra bằng 600Ω. Hình 3.2:Sơ đồ chân IC – XR2206CP
.
Hình 3.3:Sơ đồ khối chức năng của XR – 2206CP. AM input: ngõ vào tín hiệu để điều chế AM
Sine or ramp out: ngõ ra sóng sin hoặc răng cưa Multiplier output: ngõ ra của mạch nhân
Timing capacitor: các chân nối với tụ định thời.
Timing resistors: các chân nối với các điện trở định thời.
Symmetry adjust: các chân điều chỉnh sự đối xứng của dạng sóng ngõ ra. Wavefrom adjust: các chân điều chỉnh dạng sóng.
Sync. Output: ngõ ra đồng bộ.
Reference bypass: cho qua tham chiếu.
FSK input: ngõ vào tín hiệu để điều chế FSK. +1: mạch đệm.
VCO: mạch dao động có tần số điều khiển bằng điện áp. Current switches: các chuyển mạch dòng điện.
Để hoạt động, mạch VCO phải được nối với một tụ định thời C bên ngoài (nối giữa chân 5 và chân 6 và có trị số trong tầm từ từ 1nF đến 100µF), một điện trở định thời R bên ngoài (nối giữa chân 7 hoặc 8 và điện áp cấp điện âm, có trị số trong tầm từ 1KΩ đến 2MΩ). Bình thường với chân 9 thả nổi, chân 7 định thời được dùng; nhưng nếu chân 9 được kéo lên gần bằng với điện áp cấp điện âm, chân 8 định thời được chọn). Vậy thì chân 9 cho phép thay đổi các điện trở định thời được chọn để hoặc có diều chế dịch khóa tần số FSK, hoặc tạo điều kiện cho việc tạo ra các dạng sóng vuông không đối xứng và răng cưa.
Hình 3.4: Mạch tạo sóng sin, vuông, tam giác dùng XR – 2206CP.
Giả sử tụ định thời C được đặt giữa chân 5 và chân 6, điện trở định thời được đặt ở chân 7 và chân 9 được thả nổi. Trong trường hợp này hoạt động của mạch VCO như sau: tụ C trước tiên nạp tuyến tính ở tốc độ xác định bởi R cho đến khi đạt được trị số điện áp ngưỡng, lúc này mạch VCO chuyển trạng thái và C bắt đầu phóng điện tuyến tính ở tốc độ cũng được xác định bởi R cho đến khi đạt được trị số điện áp ngưỡng thứ hai, lúc này quá trình bắt đầu được lặp lại. Kết quả là mạch VCO tạo ra dạng sóng răng cưa đối xứng và tuyến tính đưa đến chân 2 thông qua khối nhân và sửa dạng sin, đồng thời tạo ra một sóng vuông đối xứng đưa đến chân 11 thông qua transistor đệm tích phân. Tần số hoạt động của VCO cho bởi và thay đổi theo C hoặc R
Dạng sóng ngõ ra răng cưa của VCO được nối bên trong với một cặp ngõ vào trên một mạch nhân và sửa dạng sin, mạch này hoạt động như một mạch khuếch đại vi sai có độ lợi thay đổi được cho ngõ ra có tổng trở cao ở chân 3 và (thông qua một mạch đệm có độ lợi bằng 1) một tổng trở ra 600 Ω ở chân 2, mạch có độ lợi được điều khiển từ bên ngoài qua một điện áp phân cực ở chân 1. Khi chân 13 và 14 của mạch nhân hở, dạng sóng răng cưa đi qua mạch nhân và xuật hiện ở chân 2 và 3, nhưng khi có một điện trở vài trăm Ω nối giữa các chân 13 và 14 mạch nhân giới hạn theo hàm mũ các đỉng của dạng sóng răng cưa và chuyển đổi dạng sóng này thành sóng sin xuất hiện ở chân 2 và chân 3. Với sự điều chỉnh thích hợp, độ sái dạng sóng sin có thể giảm xuống đến khoảng 0.5%.
3.2 IC 4060
Là một bộ đếm/ chia tần số (counter/divider) nhị phân IC 4060 gồm có một bộ dao động và bộ đếm lên 14 bit
Hình 3.5: Cấu tạo của IC 4060. Chân 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 13, 14, 15: Chân tín hiệu dao động ra Chân 9, 10, 11: Chân tín hiệu dao động vào
Chân 8: Chân nối mass. Chân 16: Chân nối nguồn.
Nhìn vào cấu tạo ta thấy bên trong có 14 tầng Flip-Flop được đưa ra ngoài theo các ngõ ra Q4~Q11, Q12~Q14 bằng các chân 1~7, 9~15. Các ngõ ra này có tác dụng chia tần số đưa vào theo quy luật
Với n là chỉ số ngõ ra.
Vậy với xung có tần số f được đưa vào chân 11 và 10 (hoặc 9), chân 12 nối mass ta có tần số được chia tương ứng ở các ngõ ra như hình 3.6.
Hình 3.6: Sự chia tần số qua IC 4060.
3.3 IC 4027
Là IC có thể dùng để chia tần số xung vuông.
IC 4027 có cấu tạo gồm 2 Flip – Flop JK độc lập, được thiết kế theo kiểu chính phụ ( Master – Salve)
Mỗi Flip – Flop có các chân đưa tín hiệu vào là J, K, Set, Reset, Clock và tín hiệu ra là Q và .
Hình 3.7: Các chân IC 4027.
Với mỗi Flip – Flop, nếu ta đưa tín hiệu vào chân Clock, đồng thời nối các chân J, K lên nguồn dương, chân Set, Reset xuống mass thì do đặc điểm hoạt động của Flip – Flop, tần số tín hiệu bị chia đôi.
3.4 IC ĐẾM – MÃ HÓA 4553
MC14553B là IC đếm – mã hóa BCD do hãng Motorola sản xuất.
Hình 3.8:Sơ đồ chân IC 4553 Chân 12 (Clock): Chân tín hiệu đếm vào.
Chân 10 (Latch Enable): Chân chốt tín hiệu.
- Khi chân này ở mức thấp: Bộ đếm dừng lại, và tổng các xung đếm dược giữ nguyên.
Chân 13 (Master Reset): Chân xóa tín hiệu.
- Khi chân này ở mức thấp: Bộ đếm hoạt động bình thường.
- Khi chân này ở múc cao: Dữ liệu trong bộ đếm trả về mức O. Chân 9, 7, 6, 5 (Q0, Q1,Q2, Q3): Chân tín hiệu ra theo dạng mã BCD. Chân 2, 1, 15 (DS1, DS2, DS3): Các chân điều khiển LED 7 đoạn. Chân 3, 4 (CIA, CIB): Chân điều khiển tốc độ quét LED.
Chân 14 (OverFlow): Chân báo tràn.
Chân 11 (Disable counting): Chân khóa bộ đếm. Chân 8: Chân nối mass.
Chân 16: Chân nối nguồn.
Ta có thể đưa tín hiệu đếm vào chân 12 hoặc chân 11 của IC
- Nếu tín hiệu đếm vào chân 12 thì chân 11 được nối mass.
- Nếu tín hiệu đếm vào chân 11 thì chân 12 được nối lên nguồn dương. Trong mạch, tín hiệu đếm được đưa vào chân số 12.
Hình 3.9:Cấu tạo của IC 4553.
Ban đầu, xung đếm được đưa vào chân Clock làm cho bộ đếm hàng đơn vị đếm lên; và khi đạt đến số 9 (mã BCD là 1001) thì ở chân Q0 và Q3 của bộ đếm hàng đơn vị, do được nối qua cổng AND cùng với chân xung kích đếm (ở bộ đếm hàng đơn vị, xung kích đếm lấy từ chân Clock) nên khi có số đếm lớn hơn số 9, sẽ tự động trả hàng đơn vị về 0 và tăng hàng chục lên 1 đơn vị. Hàng chục cũng có cấu tạo gần giống với hàng đơn vị, chỉ khác là xung kích đếm lấy từ chân ra của cổng AND thứ nhất, khi nó đạt đến 9, nếu tăng thêm 1 xung đếm nữa thì nó sẽ trả về hàng chục về 0 và tăng giá trị hàng trăm.
Ở hàng trăm, người ta cũng mắc chân Q0, Q3 và xung kích đếm hàng trăm vào 1 cổng AND (gồm một cổng NAND ghép với cổng NOT), ra là chân OF. Nhờ vậy, khi bộ đếm đếm tới số 1000 thì chân OF sẽ có giá trị là mức 1 (múc cao), do khi đạt đến số 999, nếu có xung kích cho bộ đếm hàng đơn vị đếm lên nữa thì nó sẽ trả về 0 rồi tăng hàng chục, làm hàng chục cũng tràn rồi làm hàng trăm tràn nên cho ra số 000 hiện thị trên LED và chân OF có mức 1.
3 bộ đếm đơn vị, chục, trăm cho ra dữ liệu BCD dược đưa vào bộ dồn kênh (Multiplexer). Ở đó, chờ khi có tín hiệu chọn Select từ bộ tạo tốc độ quét cho ra 3 tín hiệu Select ứng với 3 tín hiệu quét DS. Nếu DS1 được chọn thì chân DS1 cho ra mức 0 (múc thấp) đồng thời tín hiệu Select được nhận là bộ đếm hàng đơn vị, nên dữ liệu được xuất ra là dữ liệu lấy từ bộ đếm hàng đơn vị. Llúc này, chỉ có LED hàng đơn vị sáng và hiển thị giá trị hàng đơn vị. Ở các thời điểm quét là DS2 hoặc DS3 thì LED hàng chục hay hàng trăm sẽ sáng và cho hiển thị giá trị hàng chục, hàng trăm tương ứng. Vì vậy, ta có thể quan sát được giá trị đếm đúng mà không bị lộn ở giá trị các hàng với nhau. Thời gian quét rất nhanh, ta sẽ không thấy được sự sáng tắt của các led nên ta thấy được số đếm có cả hàng trăm, chục và đơn vị.
Ta điều khiển tốc độ quét của các LED bằng cách cấp 1 xung điều khiển vào chân 4, hoặc nối giữa chân 3 và chân 4 một tụ điện (thường sử dụng tụ 1nF theo hướng dẫn của nhà sản xuât.
3.5 IC GIẢI MÃ 4543
IC 4543 là loại IC giải mã BCD sáng LED 7 đoạn. Mạch giải mã BCD sang LED 7 đoạn là mạch giải mã phức tạp vì mạch phải cho nhiều ngõ ra lên cao hoặc xuống thấp ( tuỳ vào loại đèn LED là Anode chung hay Cathode chung) để làm các đèn cần thiết sáng nên các số hoặc ký tự. IC 4543 là loại IC tác động ở mức thấp có ngõ ra cực thu để hở và khả năng nhận dòng đủ cao để thúc trực tiếp các đèn LED 7 đoạn loại anod chung.
Chân 1 (Latch Disable): Ngõ vào không cho phép chốt, tác động mức cao. Chân 2, 3, 4, 5 (A-D): Chân dữ liệu BCD vào.
Chân 6 (PH): Ngõ vào điều khiển pha (tác động ở mức cao).
- Đối với hiển thị bằng LED Cathode chung: chọn PH = 0
- Dối với hiển thị bằng LED Anode chung: chọn PH = 1
- Đối với hiển thị bằng màn hình tinh thể lỏng LCD: cấp một xung vuông đến ngõ vào PH.
Chân 7 (Blanking Input): Ngõ vào xóa, tác động mức cao. Chân 8: Chân nối mass.
Chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15: Chân ra LED 7 đoạn, tác động mức thấp. Chân 16: Chân nối nguồn.
Sự hoạt động của mạch được thể hiện ở bảng sự thật 3.1, trong đó đối với các ngõ ra H là tắt và L là sáng, nghĩa là nếu 4543 thúc đèn LED 7 đoạn thì các đoạn a, b, c, d, e, f, g của đèn sẽ sáng hay tắt tuỳ vào ngõ ra tương ứng của 4543 là L hay H (kí hiệu X là không quan tâm, # là không tồn tại).
Bảng 3.1: Bảng sự thật IC 4543
3.6 IC 4093
Là một vi mạch gồm 4 cổng NAND Schmitt Trigger 2 ngõ vào.
Hình 3.11: Cấu tạo IC 4093 Chân 1, 2, 5, 6, 8, 9, 12, 13: Chân tín hiệu vào.
Chân 3, 4, 10, 11: Chân tín hiệu ra.
Mỗi cổng NAND hoạt động theo bảng 3.2.
Bảng 3.2: Bảng chân lí cổng NAND. X1 X2 Y 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 3.7 LED 7 đoạn
Trong các thiết bị, để báo trạng thái hoạt động của thiết bị đó cho người sử dụng với thông số chỉ là các dãy số đơn thuần, thường người ta sử dụng "LED 7 đoạn". LED 7 đoạn được sử dụng khi các dãy số không đòi hỏi quá phức tạp, chỉ cần hiện thị số là đủ, chẳng hạn LED 7 đoạn được dùng để hiển thị nhiệt độ phòng, trong các đồng hồ treo tường bằng điện tử, hiển thị số lượng sản phẩm được kiểm tra sau một công đoạn nào đó... hoặc các kí tự đơn giản
Máy đếm tần số TCF-3000U
LED 7 đoạn được cấu tạo từ các LED đơn sắp xếp theo các thanh nét để có thể biểu diễn các chữ số hoặc các kí tự đơn giản như từ số 0 đến 9 và A đến F. LED 7 đoạn dùng để hiện số thì rất đẹp và dễ nhìn. Tùy vào kích thước của số và kí tự mà mỗi đoạn được cấu tạo bởi một hay nhiều LED đơn. Các LED đơn đó được ghép và được đặt tên bằng các chữ cái a...g và có một dấu chấm dot (dấu chấm này có thể sáng và tắt tùy theo yêu cầu) được cấu tạo bởi 1 LED đơn. Qua đó người ta chỉ cần 8 bit tương ứng với 8 LED đơn để điều khiển được và hiện thị số từ 0 đến 9 và các
kí tự từ A đến F
Hình 3.12:LED 7 đoạn trong mạch nguyên lý và cấu tạo.
Cấu tạo của LED chúng ta nhìn trên rất đơn giản chúng chỉ gồm các LED đơn được xếp lại với nhau thành hình như trên hình 3.12. Các LED đơn này chỉ chung nhau Anode (cực +) hoặc Cathode (cực -) và riêng nhau các chân con lại Anode hặc Cathode. Nhiệm vụ của chúng ta là cho sáng các LED đơn đó để cho nó thành số hay kí tự đơn giản.
Hiện nay LED 7 đoạn được sản xuất theo 2 kiểu là Anode chung và Cathode chung và được điều khiển làm việc tương tự như bơm dòng hay nuốt dòng của các LED đơn có trong LED 7 đoạn (Thường hay thiết kế theo kiểu bơm dòng cho LED). Nếu LED 7 đoạn có Anode chung, đầu chung này được nối với +Vcc, các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các LED đơn, LED chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 0. Nếu LED 7 đoạn có Cathode chung, đầu chung này được nối xuống Ground (hay Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các LED đơn, LED chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1.
Hình 3.13: Cấu tạo LED 7 đoạn Cathode chung (trên) và Anode chung (dưới). Thông thường trong các mạch thiết kế thực tế người thiết kế thường hay sử dụng loại Anode chung. Phương pháp ghép nối là cấp dòng, đảo trạng thái thông qua đệm và quét LED.
Vì LED 7 đoạn chứa bên trong nó các LED đơn, do đó khi kết nối cần đảm bảo dòng qua mỗi LED đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ LED. Nếu kết nối với nguồn 5V có thể hạn dòng bằng điện trở 330Ω trước các chân nhận tín hiệu điều khiển.
Các điện trở 330Ω là các điện trở bên ngoài được kết nối để giới hạn dòng điện qua LED nếu LED 7 đoạn được nối với nguồn 5V.
Chân nhận tín hiệu a điều khiển LED a sáng tắt, ngõ vào b để điều khiển LED b. Tương tự với các chân và các LED còn lại.
Phương pháp quét LED
Khi kết nối chung các đường dữ liệu của LED 7 đoạn, ta không thể cho các LED này sáng đồng thời (do ảnh hưởng lẫn nhau giữa các LED) mà phải thực hiện phương pháp quét, nghĩa là tại mỗi thời điểm chỉ sáng một LED và tắt các LED còn lại. Do hiện tượng lưu ảnh của mắt, ta sẽ thấy các LED sáng đồng thời.
3.8 THẠCH ANH
Tinh thể thạch anh là một loại đá trong mờ có cấu tạo sáu mặt và có hai tháp ở hai đầu. Thạch anh chính là dioxid silicium (SO2) cùng chất làm cách điện ở MOSFET. Tinh thể thạch anh dùng trong mạch dao động là một lát mỏng được cắt ra từ tinh thể. Lát thạch anh có diện tích mặt khoảng vài cm2 được mài mỏng đến
vài mm sao cho hai mặt thật phẳng và thật song song. Hai mặt này được ma kim