2. ICL7109CPL
2.3. Quá trình biến đổi AD
Quá trình biến đổi AD của ICL 7109 được chia làm 4 pha như sau :
Autozero : cĩ 3 sự kiện xảy ra trong thời gian này. Các ngõ vào IN LO và IN
HI khơng được nối đến tín hiệu bên ngồi mà nối tắt đến chân COMMON. Tụ tham chiếu được nạp đến điện áp tham chiếu. Và sau đĩ là một vịng hồi tiếp được nối vịng qua hệ thống để để nạp tụ CAZ nhằm bù với điện áp lệch trong bộ so sánh, bộ khuếch đại đệm và bộ lấy tích phân. Nhiễu vốn cĩ trong hệ
thống sẽ quyết định độ chính xác của pha này, nhưng độ lệch ngõ vào luơn nhỏ hơn 10µV.
Signal Integrate : các ngõ vào IN LO và IN HI được nối đến tín hiệu bên
ngồi (nối tắt bên trong khơng cịn và vịng hồi tiếp được để hở ra). Khi đĩ bộ biến đổi sẽ lấy tích phân điện áp vi sai giữa IN HI và IN LO trong một khoảng thời gian nhất định là 2048 chu kỳ xung clock. Chú ý rằng điện áp vi sai phải nằm trong tầm của ngõ vào và cực tính của tín hiệu được xác định ở cuối pha này.
De-Integrate : ngõ IN HI và IN LO lại ngắt khỏi tín hiệu bên ngồi. Thay vào
đĩ, IN HI được nối đến tụ tham chiếu (đã nạp điện áp tham chiếu) và IN LO được nối đến COMMON. Mạch sẽ tự động xác định cực tính của điện áp vi sai để suy ra IN HI phải nối đến cực nào của tụ tham chiếu sao cho ngõ ra của bộ tích phân trả về mức zero (đã thiết lập trong pha autozero) với một độ dốc cố định. Do đĩ thời gian cần thiết để ngõ ra này trả về zero sẽ tỷ lệ với tín hiệu áp vào.
Zero Integrate : IN LO nối đến COMMON và tụ tham chiếu được nạp đến
điện áp tham chiếu. Vịng hồi tiếp nối quanh hệ thống đến IN HI để xả ngõ ra về zero một cách nhanh chĩng. Pha này thường lấy mất từ 16 đến 32 chu kỳ xung clock nhưng cĩ thể lên đến 1552 xung clock nếu cĩ xảy ra quá thang đo. Nhiệm vụ của pha này là lấy đi điện áp cịn sĩt lại trên tụ tích phân sau khi cĩ quá tầm cũng như loại bỏ nhiễu giữa các kênh khác nhau của ICL 7109.
2.4. Lựa chọn các giá trị
Điện trở tích phân (RINT) : trở tích phân phải cĩ giá trị đủ nhỏ để tránh sự rị rỉ
khơng mong muốn, nhưng cũng phải đủ lớn để giữ cho dịng ngõ ra khơng vượt quá 40µA. giá trị tối ưu là 100K khi ngõ vào tồn tầm là 2,048V và 20K khi ngõ vào tồn tầm là 409,6mV. Với giá trị điện áp tồn tầm khác, cĩ thể chọn RINT theo cơng thức sau :
] [ ) ( 20 ) ( Ω = K V mV V R FS INT µ
Tụ tích phân (CINT) : nên chọn sao cho biên độ áp ra cực đại khơng bị bão hịa,
thường là 0.15µF khi tần số xung clock là 61,44KHz. Nếu tần số xung clock cĩ giá trị khác thì CINT được tính theo cơng thức :
] [ ) ( _ _ _ _ _ _ ) 20 ).( 2048 ( F V phan tich bo ra ap do bien A f CINT = µ µ
Để ngăn ngừa sai số vịng và sai số tuyến tính, nên chọn tụ cĩ dung mơi hấp tụ thấp.
Tụ autozero (CAZ) : giá trị của CAZ nằm trong khoảng từ 2 đến 4 lần giá trị của CINT, lớn hơn sẽ làm cho mất nhiều thời gian nạp, cịn nhỏ hơn thì lại gia tăng nhiễu trong vịng autozero.
Tụ tham chiếu : giá trị là 1µF cho hầu hết các ứng dụng.
Aùp tham chiếu : một tín hiệu vào Vin = 2.VRef sẽ tạo ở ngõ ra một giá trị đầy thang sau 4096 lần đếm. Thường sử dụng 204,8mV cho giá trị tồn tầm là 409,6mV (100µV/LSB) và 1,024V cho giá trị tồn tầm là 2,048V (500µV/LSB).
2.5. Giao tiếp trực tiếp với ICL 7109
CE/LOAD LBEN HBEN B1÷B8 B9÷B12, OR, POL
1 0 0 0 0 X 1 0 1 0 X 1 1 0 0 Hi-Z Hi-Z Data Out Hi-Z Data Out Hi-Z Hi-Z Hi-Z Data Out Data Out
6 6 MAX232
MAX232
Truyền thơng cũng là một thành phần quan trọng cấu thành nên hệ thống điều khiển tự động. Khi mà đối tượng điều khiển và nơi xử lý đặt cách xa nhau (thường là vài met trong các ứng dụng thơng thường cho đến hàng chục kilomet trong cơng nghiệp) thì cần phải xét đến đường truyền và nghi thức truyền.
Tùy theo điều kiện thực tế mà người ta cĩ thể chọn đường truyền là dây xoắn đơi hay cáp đồng trục, truyền song song hay nối tiếp theo chuẩn RS-232, RS- 485 hay X.25 … . Ở đây chỉ xét cách thức truyền nối tiếp theo chuẩn RS-232.
1. CHUẨN RS-232-C
Trong kỹ thuật truyền dữ liệu giữa các hệ thống với nhau, người ta cĩ thể phân loại 2 cách truyền : song song hay nối tiếp. Nhưng do cách truyền song song rất dễ bị nhiễu tác động nên khơng thể truyền đi xa được, do đĩ cũng ít được sử dụng.
Truyền nối tiếp cũng cĩ 2 loại : đồng bộ hay khơng đồng bộ. Trong cách truyền đồng bộ, dãy ký tự được truyền sẽ kèm theo ký tự đồng bộ là SYN (mã ASCII là 22). Phương thức này cho tốc độ truyền khá cao nhưng do mạch xử lý truyền và nhận (bao gồm mạch thêm ký tự đồng bộ, phát hiện và báo sai…) khá phức tạp nên chỉ dùng trong các ứng dụng cĩ yêu cầu cao về tốc độ truyền. Cịn trong các ứng dụng thơng thường, nhất là các ứng dụng trong lĩnh vực điều khiển tự động, thì khơng cĩ yêu cầu về tốc độ mà yêu cầu về độ tin cậy nhưng mạch thực hiện phải đơn giản, rẻ tiền. Khi đĩ, cách truyền khơng đồng bộ rất phù hợp. Theo cách truyền này thì các ký tự được truyền riêng rẽ,
phân làm từng frame cĩ bit bắt đầu, các bit dữ liệu của ký tự cần truyền, bit chẵn lẻõ (để kiểm tra lỗi đường truyền), và các bit kết thúc.
Chuẩn RS-232-C (do EIA đưa ra) là một trong những phương thức truyền nối tiếp khơng đồng bộ. Theo chuẩn này thì việc truyền thơng được thực hiện ngay tại chỗ bằng cách truyền và nhận một chuỗi các xung điện áp liên tục tương ứng với các bit. Dữ liệu ở mức TTL được biến đổi sang các mức điện áp như sau : mức 1 là từ -3V đến -15V (tiêu chuẩn là -12V), và mức 0 là từ +3V đến +15V (tiêu chuẩn là +12V).
Ta thấy rằng việc truyền và nhận các mức điện áp như vậy được thực hiện rất đơn giản. Chính vì vậy mà chuẩn RS-232-C đã trở thành giao diện phổ biến rộng rãi nhất, được trang bị hầu hết trên các máy tính như là một trong những thành phần cấu thành nên hệ thống.
Các thuật ngữ cĩ liên quan đến giao thức truyền thơng RS-232-C :
• Chu kỳ truyền dữ liệu : tốc độ truyền dữ liệu được tính bằng bit/giây,
nhưng để phân biệt với cách truyền đồng bộ, người ta sử dụng đơn vị
baud (tương ứng bit/giây trong thời gian cĩ dữ liệu truyền) để tưởng nhớ
đến nhà phát minh và khoa học Pháp thế kỷ 19 là J. M. E. Baudot .
• Trạng thái đánh dấu : là khoảng thời gian khơng cĩ dữ liệu truyền.
Trong suốt thời gian này, thiết bị phát sẽ giữ đường truyền ở mức cao.
• Bit bắt đầu : một bit thấp cho biết việc truyền dữ liệu sẽ bắt đầu.
• Các bit ký tự : là dịng dữ liệu gồm 5, 6, 7, hay 8 bit mã hĩa ký tự được
truyền. Bit cĩ trọng số thấp nhất (LSB) là bit đầu tiên được truyền.
• Bit chẵn lẻ : là một bit tùy chọn (cĩ thể cĩ hay khơng), được phát đi sau
các bit ký tự dùng để kiểm tra các lỗi truyền dữ liệu. Trong chế độ kiểm tra tính chẵn, thiết bị phát sẽ bật 1 hay xĩa về 0 bit chẵn lẻ để tính tổng các bit 1 của ký tự được truyền và bit chẵn lẻ là một số chẵn. Cịn trong chế độ kiểm tra tính lẻ, bit chẵn lẻ thực hiện tính tổng các bit 1 phải là một số lẻ.
• Các bit kết thúc : một hay nhiều bit cao được chèn trong dịng truyền
để báo việc kết thúc truyền một ký tự, cũng như cho thiết bị nhận cĩ đủ thời gian chuẩn bị để sẳn sàng cho việc nhận ký tự kế tiếp.
Trong giao thức RS-232-C, các tham số truyền và nhận được chọn từ một miền các giá trị chuẩn. Sau đây là các thơng số phổ biến nhất trong các máy vi tính IBM :
• Tốc độ truyền : 50, 110, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200.
• Bit dữ liệu : 5, 6, 7, hay 8.
• Bit chẵn lẻ : chẵn, lẻ, khơng kiểm tra.
• Cổng : COM1, COM2, COM3, hay COM4.
Hình sau đây thí dụ về một ký tự được truyền theo frame gồm : 1 bit bắt đầu, 8 bit dữ liệu, 1 bit chẵn lẻ, và 1 bit kết thúc.
1.1. Các đầu nối
Theo chuẩn RS-232-C, đầu nối phần cứng xác định với 25 chân, gọi là chân cắm D-Shell hay DB-25. Nhưng khơng phải tất cả cổng nối tiếp đều sử dụng đầu nối DB-25. Một số máy tính như PCjr dùng chân cắm BERG 16 chân, máy PC AT thì sử dụng chân cắm D-Shell 9 chân.
1.2. Mơ tả chân
Đầu nối Chức năng Tên Hướng
DB-25 DB-9 BERG
1 B2 Đất GND
2 3 A4 Truyền dữ liệu TXD Xuất
3 2 A8 Nhận dữ liệu RXD Nhập
4 7 A3 Yêu cầu gửi RTS Xuất
5 8 A7 Xĩa việc gửi CTS Nhập
6 6 A6 Dữ liệu sẵn sàng DSR Nhập 7 5 B1 Nối đất vỏ máy GND 8 1 A5 Dị sĩng mang DCD 20 4 A2 Terminal sẵn sàng DTR Xuất 22 9 Bộ chỉ thị vịng RI Nhập -12V +12V 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 Bit chẵn lẻ (tùy chọn) Bit kết thúc Trạng thái đánh dấu Bit thấp trước Bit cao sau 8 bit dữ liệu 11001001B Bit bắt đầu (mức 0) Trạng thái đánh dấu (mức 1) 1 1 3 1 4 2 5 1 5 6 9 A 1 A 8 B 1 B 8 D B - 2 5 D B - 9 1 6 - p i n B E R G
2. MAX232 VÀ HỌ IC DÙNG BIẾN ĐỔI TTL⇔RS-232-C
Họ IC từ MAX220-MAX249 được sản xuất cho truyền thơng EIA/TIA-232E và V.28/V.24, cụ thể là cho những ứng dụng mà khơng cĩ sẵn điện áp ±12V. Họ IC này đặc biệt thích hợp cho những hệ thống dùng pin cĩ cơng suất thấp, do chúng cĩ chế độ hạ nguồn làm giảm cơng suất tiêu tán xuống dưới 5µW. MAX225, MAX233, MAX235, MAX245-MAX247 khơng cần các linh kiện phụ bên ngồi, được dùng cho những nơi tiết kiệm khơng gian.
Các đặc điểm chính :
• Nguồn cung cấp +5V (MAX231/MAX239 dùng nguồn +5V và +12V).
• Hạ nguồn cơng suất thấp nhưng vẫn cĩ thể nhận (MAX223/MAX242).
• Hỗ trợ chuẫn EIA/TIA-232E và V.28
• Nhiều bộ nhận và phát.
• Phát hiện đứt mạch đường truyền (MAX243).
2.1. Cấu tạo chân
2.2. Mơ tả chức năng chân
Ta thấy rằng MAX232 cần cĩ 4 tụ ngồi (mắc vào giữa C1+ và C1-, C2+ và C2-, V+ và nguồn dương, V- và đất để biến đổi điện áp từ 0V đến 5V thành -12V đến +12V phù hợp cho truyền thơng theo chuẩn RS-232. Ngồi ra cĩ 4 bộ khuếch đại đảo nhằm chuyển từ mức TTL ra chuẩn RS-232 và ngược lại.
2.3. Sơ đồ khối và mạch tiêu biểu
Sơ đồ sau đây cho thấy các khối bên trong MAX232 và các linh kiện mắc bên ngồi theo dạng chuẩn :
MAX232 13 8 11 10 1 3 4 5 2 6 12 9 14 7 16 15 R1IN R2IN T1IN T2IN C1+ C1- C2+ C2- V+ V- R1OUT R2OUT T1OUT T2OUT VCC GND
+ 5 V + 5 V + 5 V + 5 V 4 0 0 K 4 0 0 K 5 K 5 K + 1 0 u F + 1 0 u F +1 0 u F +1 0 u F T 1 T 2 R 1 R 2 G N D 1 5 R 2 IN R 1 IN T 1 O U T T 2 O U T T 1 I N T 2 I N R 1 O U T R 2 O U T C 1 + C 1 - C 2 + C 2 - V C C V + V - 1 6 1 3 4 5 2 6 T T L / C M O S I N P U T T T L / C M O S O U T P U T 1 1 1 0 1 2 9 1 4 1 3 7 8 R S - 2 3 2 I N P U T R S - 2 3 2 O U T P U T B I E ÁN Đ O ÅI Đ I E ÄN A ÙP - 1 2 V đ e án + 1 2 V RS-232 OUTPUT
7 7 CÁC IC KHÁC
CÁC IC KHÁC
1. OP07
Đặc điểm : Kiểu chân :
• Offset thấp : 10µV.
• Độ trơi offset thấp : 0,2µV/°C.
• Độ ổn định đối với thời gian cao : 0,2µV/tháng.
• Ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu : 0,35µVp-p.
• Tầm điện áp cung cấp rộng : ±3V ÷ ±18V.
• Common Mode Input cao : ±14V.
• Khơng cần linh kiện ráp thêm bên ngồi.
OP07 là một IC OPAMP cĩ độ chính xác cao, với offset thấp (tiêu chuẩn là 10µV, max là
25µV). Độ trơi offset khoảng 0,2µV/°C và dịng phân cực đầu vào thấp (0,7nA), cộng thêm với trở kháng đầu vào cao và độ lợi vịng hở lớn nên IC này rất thích hợp với các ứng dụng đo lường địi hỏi chính xác.
2. MOC3020
Đặc điểm : Kiểu chân :
• Nguồn kích là diode hồng ngoại Gallium – Arsenide và nguồn nhận để lái triac là cặp silicon quang (đĩng mở
hai chiều).
• Cách ly cao : 7500V đỉnh.
• Đầu ra được thiết kế để lái điện áp 220V.
• Dùng vỏ PDIP 6 chân.
MOC3020 là OPTO TRIAC thường dùng để kích nguồn cơng suất và cách ly mạch cơng suất với mạch điều khiển.
3. RAM 6264
RAM 8KB, tiện dụng cho lưu trữ trong các mạch điều khiển. Sơ đồ chân (PDIP 28 chân).
4. CHỐT 74573
74573 là IC chốt 8-bit, dùng trong kết nối vi xử lý với ngoại vi hay trong phân vùng địa chỉ trong các vi xử lý hay vi điều khiển dùng chế độ địa chỉ kiểu multiplex (địa chỉ và dữ liệu ra chung ngõ nhưng khác thời điểm) như họ MCS-51TM. Thiết kế trên kiểu chân PDIP 20 chân.
5. BTA16
BTA16 là triac cĩ dịng định mức 16A. Thiết kế trên vỏ TO-220.
G N D 1 4 V C C2 8 D 7 1 9 D 6 1 8 D 5 1 7 D 4 1 6 D 3 1 5 D 2 1 3 D 1 1 2 D 0 1 1 W E 2 7 O E 2 2 C S 22 6 C S 12 0 A 1 2 2 A 1 1 2 3 A 1 0 2 1 A 9 2 4 A 8 2 5 A 7 3 A 6 4 A 5 5 A 4 6 A 3 7 A 2 8 A 1 9 A 0 1 0 N C 1 G N D 1 0 V C C2 0 Q 8 1 2 Q 7 1 3 Q 6 1 4 Q 5 1 5 Q 4 1 6 Q 3 1 7 Q 2 1 8 Q 1 1 9 O C 1 C 1 1 D 8 9 D 7 8 D 6 7 D 5 6 D 4 5 D 3 4 D 2 3 D 1 2
8 8 THERMOCOUPLE
THERMOCOUPLE
1. SƠ LƯỢC VỀ CÁC DỤNG CỤ ĐO NHIỆT ĐỘ
Điều đầu tiên trong điều khiển nhiệt độ là chúng ta phải cĩ được một thiết bị (cảm biến) cho phép đo được nhiệt độ hiện tại. Cĩ rất nhiều loại khác nhau, phần trình bày ở đây sẽ đề cập một số loại, đặc biệt chú trọng đến Thermocouple.
1.1 Buổi ban đầu của thiết bị đo nhiệt độ
Galileo được cho là người đầu tiên phát minh ra thiết bị đo nhiệt độ, vào khoảng năm 1592. Ơng ta làm thí nghiệm như sau : trên một bồn hở chứa đầy cồn, ơng cho treo một ống thủy tinh dài cĩ cổ hẹp, đầu trên của nĩ cĩ bầu hình cầu chứa đầy khơng khí. Khi gia tăng nhiệt, khơng khí trong bầu nở ra và sơi sùng sục trong cồn. Cịn khi lạnh thì khơng khí co lại và cồn dâng lên trong lịng ống thủy tinh. Do đĩ, sự thay đổi của nhiệt trong bầu cĩ thể biết được bằng cách quan sát vị trí của cồn trong lịng ống thủy tinh. Tuy nhiên, người ta chỉ biết sự thay đổi của nhiệt độ chứ khơng biết nĩ là bao nhiêu vì chưa cĩ một tầm đo cho nhiệt độ.
Đầu những năm 1700, Gabriel Fahrenheit, nhà chế tạo thiết bị đo người Hà Lan, đã tạo ra một thiết bị đo chính xác và cho phép lặp lại nhiều lần. Đầu dưới của thiết bị được gán là 0 độ, đánh dấu vị trí nhiệt của nước đá trộn với muối (hay ammonium chloride) vì đây là nhiệt độ thấp nhất thời đĩ. Đầu trên của thiết bị được gán là 96 độ, đánh dấu nhiệt độ của máu người. Tại sao là 96 độ mà khơng phải là 100 độ?. Câu trả lời là bởi vì người ta chia tỷ lệ theo 12 phần như các tỷ lệ khác thời đĩ.
Khoảng năm 1742, Anders Celsius đề xuất ý kiến lấy điểm tan của nước đá gán 0 độ và điểm sơi của nước gán 100 độ, chia làm 100 phần.
Đầu những năm 1800, William Thomson (Lord Kelvin) phát triển một tầm đo phổ quát dựa trên hệ số giãn nở của khí lý tưởng. Kelvin thiết lập khái niệm