Đang tải... (xem toàn văn)
ĐềTài: Thiết KếMạch Đo Tần Số Nội Dung: Thiết kế mạch đo tần số và giám sát nhiệt độ. Hệ thống gồm hai nút Start và Stop để khởi động và dừng hệ thống, 4 Led 7 thanh để hiện thị giá trị đo tần số thang đo Hz, (dải đo từ 0Hz ÷ 999Hz), đối tượng đo là xung vuông hoặc tín hiệu xoay chiều. Một cảm biến nhiệt độ LM335 để giám sát nhiệt độ ( dải đo từ 0oC ÷ (100+n)oC). Hoạt đông: Khi ấn nút Start , hệ thống thực hiện đo và hiển thị kết quả đo với thang đo Hz, cảm biến nhiệt đọ cũng cho giá trị đầu ra sau mạch chuẩn hóa, nếu nhiệt độ đạt (80+n)oC thì cảnh báo bằng còi. Khi ấn nút Stop, hệ thống dừng. Sử dụng các thiết bị đo để kiểm tra khi cần thiết. Note: n là số dư của phép chia tổng số cuối cùng trong mã sinh viên của các sinh viên trong nhóm cho 10.
Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK BỘCÔNGTHƯƠNG TRƯỜNGĐẠIHỌCCÔNGNGHIỆPHÀNỘI KHOAĐIỆN ********* ĐỒ ÁN MÔN: VIMẠCHSỐ- VIMẠCH TƯƠNG TỰ ĐỀ TÀI: THIẾTKẾMẠCH-ĐO TẦN SỐ Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thu Hà Sinh viên thực : Nhóm III Lớp : Điện 4-K8 Mãsinh viên : Tháng :12 năm: 2015 NHÓM TRANG1 Trường ĐHCN HàNội NHÓM Bộ Môn ĐLĐK TRANG2 Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK Nhóm III: (5 người) NHÓM Nguyễn Trung Đức (0841040291) Phạm Việt Đức (0841040286) Phạm Việt Đức (0841040413) Đào Hữu Duy (0841040282) Phạm Văn Giáp (0841040417) TRANG3 Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK GIỚITHIỆU ĐỒ ÁN ĐềTài: Thiết KếMạch Đo Tần Số Nội Dung: Thiết kế mạch đo tần số giám sát nhiệt độ Hệ thống gồm hai nút Start Stop để khởi động dừng hệ thống, Led để thị giá trị đo tần số thang đo Hz, (dải đo từ 0Hz ÷ 999Hz), đối tượng đo xung vuông tín hiệu xoay chiều Một cảm biến nhiệt độ LM335 để giám sát nhiệt độ ( dải đo từ 0oC ÷ (100+n)oC) Hoạt đông: Khi ấn nút Start , hệ thống thực đo hiển thị kết đo với thang đo Hz, cảm biến nhiệt đọ cho giá trị đầu sau mạch chuẩn hóa, nhiệt độ đạt (80+n)oC cảnh báo còi Khi ấn nút Stop, hệ thống dừng Sử dụng thiết bị đo để kiểm tra cần thiết Note: n số dư phép chia tổng số cuối mã sinh viên sinh viên nhóm cho 10 NHÓM TRANG4 Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK LỜIMỞ ĐẦU Như đãbiết,khoahọc công nghệ đangphát triểnmột cách nhanh chóng năm gần đây, đặc biệtlàngành kỹthuật điện-điệntử Sựxuất hiệncủacác vi mạch,ICsố tổng hợp đãgiúp chokíchthước mạch nhỏgọn,tiện lợihơn Trải quasự phát triểncủakhoa học công nghệ, giờđây chúng tađã chế tạo nhiềuloại tầnsố, phục vụ ngành điện tử viễnthông, công nghệ thông tin, tự động hóa Máy đotầnsốlà1thiếtbị chophépchúng tabiếtđượctầnsócủatínhiệu1 cách chínhxác,gópphầnvàoviệc đovà điềukhiểntínhiệu.Vớinhữngkiếnthức đượchọctrênlớpvàtìmhiểuthựctế.Trongthờigianyêucầunhómem đãhoàn thànhđồánmônhọcvớinộidung“MạchĐoTầnSố”.Dokiếnthứcchuyên ngànhcònthiếu nhiềuthựctếnênđồánkhông tránh khỏinhững saisót,mong thầy cô góp ý kiến để đồ án hoàn thiệnhơn Em xin cám ơn Cô Nguyễn Thu Hà giúp em hoàn thành đề tài NHÓM TRANG5 Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK Mục Lục Chương 1: Trình bày mạch chức sử dụng hệ thống 1.1 Phân tích yêu cầu công nghệ 1.2 Liệt kê phương pháp đo tần số 1.3 Trình bày nguyên lý đo tần số 1.4 Các linh kiện cần dùng Chương 2: Thiết kế mạch đo tần sô giám sát nhiệt độ 2.1 Sơ đồ khối bố trí linh kiện 2.2 Liệt kê linh kiện sử dụng thiết kế 2.3 Xây dựng mạch chuẩn hóa cho cảm biến nhiệt độ với điện áp đầu từ (0÷10)V 2.4 Xây dựng mạch phát xung chuẩn cung cấp cho đếm dùng timer 555 2.5 Trình bày sơ đồ chân lý ứng dụng vi mạch sử dụng 2.6 Sơ đồ nguyên lý mạch 2.7 Thuyết minh nguyên lý hoạt động mạch 2.8 Xây dựng mạch mô phầm mềm Protues chạy thử Chương 3:Kết luận 3.1 Các kết đạt 3.2 Sai số nguyên nhân sai số thiết bị đo 3.3 Các hạn chế tồn thiết kế phương hướng khắc phục NHÓM TRANG6 Trường ĐHCN HàNội Chương 1: Bộ Môn ĐLĐK Trình bày mạch chức sử dụng hệ thống 1.1: Phân tích yêu cầu công nghệ Dựa vào yêu cầu toán “thiết kế mạch đo tần số giám sát nhiệt độ dùng led để hiển thị giá trị đo tần số “ • sử dụng cảm biến nhiệt độ LM335 : + LM335 cảm biến nhiệt độ cho mức điện áp tương ứng với độ Kelvin + dòng LM335 dòng mạch tích hợp cảm biến xác nhiệt độ, có điện áp tỉ lệ tuyến tính với nhiệt độ (°C) có lợi so với cảm biến nhiệt độ tuyến tính hiệu chuẩn + LM335 không cần hiệu chuẩn hay chỉnh sửa để đưa nhiệt độ xác +/- 1°C khoảng -55°C đến 150°C sai số thấp vi mạch điều chỉnh + trở kháng đầu LM335 thấp, đầu tuyến tính hiệu chuẩn xác giúp đọc kiểm soat mạch dễ dàng +hoạt động dải từ 400µA – 5mA • Sử dụng IC555 vì: +IC 555 có cấu tạo đơn giản hoạt động tốt + mạch tạo xung ổn định + điêù chế độ rộng xung + điều chế vị trí xung • sử dụng led để hiển thị : + led hợp với thiết bị hiển thị tần số led công cụ thông dụng dùng để thị thông số dạng số từ đến 1.2: Liệt kê phương pháp đo tần số Việc lựa chọn phương pháp đo tần số xác định theo khoảng đo, theo độ xác yêu, theo dạng đường cong công suất nguồn tín hiệu có tần số cần đo số yếu tố khác Để đo tần số ta sử dụng phương pháp: - Phương pháp biến đổi thẳng - Phương pháp so sánh NHÓM TRANG7 Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK 1.3: Trình bày nguyên lý đo tần số Trong ta dùng phương pháp so sánh để đo tần số đối tượng xung vuông tín hiệu xoay chiều Nguyên lý phương pháp đo so sánh là: để đo xung vuông, ta dùng xung vuông so sánh với timer 555 cho qua so sánh AND NOT để so sánh rùi đưa vào đếm để thị LED 1.4: Các linh kiện cần dùng • • • • • • • • • • Điện trở Tụ điện Transistor Led Các IC đếm, giải mã, tạo xung, … Nút ấn Khuyếch đại thuật toán Cảm biến nhiệt độ LM335 AND, NOT Chuông cảnh báo Chương 2: 2.1 Thiết kế mạch đo tần sô giám sát nhiệt độ : Sơ đồ khối bố trí linh kiện 2.1.1: Sơ đồ khối bố trí linh kiện mạch nhiệt độ NHÓM TRANG8 Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK 2.1.2: Sơ đồ khối bố trí linh kiện mạch tần số NHÓM TRANG9 Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK 2.1 :Liệt kê linh kiện sử dụng thiết kế 2.1.1:Trong mạch nhiệt độ ta sử dụng con: • 10 Điện trở (0,5k, 0,81926k, 1k, 4k, 1,06k,…) • khuyếch đại thuật toán ( APAMP, LM 358) • chuông cảnh báo (Buzzer) • đèn led cảnh báo • cảm biến nhiệt độ LM335 • trasistor (2N3392) • Nguồn điện (8v,12v, ) 2.1.2: Các linh kiện mạch tần số ta sử dụng là: • Điện Trở ( 1k, 217,045) • Tụ điện 0,01uF • Khuyếch đại thuật toán ( OPAMP, LM 358) • Nguồn (+12v, +5v) • IC Timer 555 ( tạo xung) • Led ( 7SEG-COM-CAT-BLUE để thị kết đo tần số) • IC 74HC4511(IC giải mã) • IC 74LS190 ( IC đếm BCD) • AND, NOT ( Bộ Cộng Bộ Đảo) • IC 4017 ( IC tạo đếm) • RX8(180) ( Điện trở băng) • SW-DPST-MOM ( nút ấn chuyển mạch cổng) • Button ( Nút ấn chuyển mạch cổng) 2.2 Xây dựng mạch chuẩn hóa cho cảm biến nhiệt độ với điện áp đầu từ (0÷10)V NHÓM TRANG10 Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK 2.3 Xây dựng mạch phát xung chuẩn cung cấp cho đếm dùng timer 555 2.4 Trình bày sơ đồ chân lý ứng dụng vi mạch sử dụng 2.4.1 IC 555 Là ICtạo dao độngtầnsố cấp xung nhịpcho IC74ls190đếm giây Sơ đồ khối555 : NHÓM TRANG11 Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK • Chân1 (GND): chonốiGNDđể lấy nguồn cấp cho IChay châncòngọi chân chung • Chân2 (TRIGGER) : chân đầu vàothấphơnđiệnáp sosánh vàđược dùng chân chốt hay ngõvàocủa1 tần soáp Mạch sosanh dùng transitoPNP vớimức điệnáp chuẩn 2/3 Vcc.Chân3 (OUTPUT): chân làchândùng để lấy tínhiệuralogic.Trạng • tháicủatín hiệu xác định theomức và1 mức cáo tương ứng gần Vccnếu (PWM=100%)vàmức tương đương với0V thực tế không mức 0V mà khoảng ( 0.35o >0.75V) • Chân4 (RESET) : dùng lậpđịnh mứctrạng tháira Khichân số4 nối masse thìngõ raở mức thấp Còn chân nối vàomức caothìtrạng tháingõ phụ thuộc vào điệnáp chân2 vàchân Nhưng mà mạch để tạo dao động thường nốichânnày lênVcc • Chân5 ( CANTROL VOLTAGE): dùng thay đổimức áp chuẩntrong IC 555 theo mứcbiểnáp hay dùng điện trở ngoàinốiGND.Chân nàycóthểkhông nốicũng để giảm trừ nhiễu ngườita thường nốichân NHÓM TRANG12 Trường ĐHCN HàNội • • • Bộ Môn ĐLĐK số5 xuống GND thông qua tụ điệntừ 0.01uF->0.1uF tụ lọc nhiễu vàgiữ cho điệnáp chuẩnđược ổn định Chân6 (THRESHOLD): chânđầu vào sosánh điệnáp khácvàcũng dùng chân chốt liệu Chân7 (DISCHAGER): có thểxem chânnày khóađiện tử vàchịu điều khiểnbởi tầng logic củachân3 Khi chân mức điện áp thấp thìkhóa nàyđóng lại, ngược lạithìnó mở Chân7 tự nạp xảđiệnchomạch R_C lúc IC555 dùng tầng dao động Chan8 (VCC): đâylà châncung cấpáp vàdòng cho IChoạt động không cóchânnày coi ICchết Nóđược cấp điện áptừ 2->18V 2.4.2: IC giải mã 74HC4511 - Đây ICgiảimã , làm nhiệmvụgiải mãtừ mãnhịphânlogíc (dạng 0,1) sang mãcủaled vạch đểxuất led vạch vềcấu tạonó làmột tậphợp mạch tổhợpgồmcách linh kiệnsố logicnhư cổng and, or, việc thiết kế mạch không hẳnlàquákhó,chỉ cầnxây dựng mạch tổhợplả hoàntoàncóthể làm ,nhưng điều khiếnchúng ta thời gian ,không đảmbảochất lượng sử dụng , =>dùng ICtíchhợpchotiện - Chúng ta tìm hiểu sơđồ chân sau : -Chú ý loạinàydùng cho seg vạch loạicathot chung có nghĩalàtất cathot củaled nốíchung với vànối với đất ,như liệuđẩy vào led tích cực mức cao tức mức làm led sang - 4511 Có 16 chân - Chân 16 chânnối vớinguồn dương (5 v ),chânsố nối vớiđất - Chân 1,2,7,6 chân đưadữ liệu đầu vào,chúng tacóthể chọn liệu loại nàylà liệu logic tức dạng 1,0,1,0… NHÓM TRANG13 Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK - chân đầura chân ,10,11,12,13,14,15.sẽxuất radữ liệu củadạng vạch - Chân số5 làchân dùng đểđiềukhỉêntế bàonhớ ,chần này= thìIChoạt độngbình thường , = nguyêntrạng thái đầura ,và trởvềchân nàyđược chuyểnvề0 đầu lạitiếptục hoạt động (nếu hiểu sâu sathì chúng tahiểukhi IChoạt động liệutại đầu rasẽ luân phiên nhớtrong tế bào4 bít ,vậy chânsố nàyở mức giả gọilà đóngcửa thìIChoạtđộng bình thường không vấnđề ,nhưng khinó = tức mở cửa thìdữ liệutrong tế bàonhớtràora vàđẩy liêntục vàocửaranên giữ tạiđầura mức liệucố định ) - Trong sơđồ mạch chúng tanốinó với đất - Chân số3 =0thì tất cảđầura làmức logic1.(dùng kiểm traled đoạn,bất chấpđầu vàolà ) - Chân số4 cótác dụng ngược lạichân số3 Bảng chân lý: NHÓM TRANG14 Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK 2.4.3.IC đếm BCD 74LS190 Là ICtích hợ đếm thập phân đồngbộ, đầu song song Nó cóchức đếm thuận nghịch.Đặc biệt đặttrước giátrị đếm với chân điều khiển giánạpgiátrị Chức chân: - Châncấp nguồn : 16 (VCC)vàchân8(GND) - Nhóm chân liệu nạp vào:A(15) B(1)C (10)D(9) NHÓM TRANG15 Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK - Nhóm chân liệu đầu : Qa(3)Qb(2)Qc(6) Qd(7) - Châncấp xung clockCLK :14 - Chânchọnchế độ đếm thuận nghịch D/U:5 - Chânchophépđếm Enable :4 - Chânnạp giátrị load :11 - Chânxung đếm raRCO :13 2.6 Sơ đồ nguyên lý mạch 2.7 Thuyết minh nguyên lý hoạt động mạch 2.7.1 Nguyên lý hoạt động mcahj tần số -Khita ấnnutSTART/STOP mạch hoạt độngIC555 cấp xung chobộđếm thờigian vànguồn tín hiệu cầnđo cấpxung chobộđếm xung hoat động Khimạch đếm chưahết tầnsố thìđầura cổng 7408 vẫnở mức thấp mạch hoạtđộng khiđạt hết quátrình đếm xung thìđầu của7408 đạt mức caohệ thống ngừng đếm Vàđó kết đo tần sôcủanguồn tín hiệu cầnđo Khita muốn đo lạita ấn nút RESET mach vềtrạng thái Muốn tiếptục đo ta ấnRESET lần -Khimuốn dùng mạch ta ấn nút START/STOP mạch dừng lạicảkhối đếm xung vàđếm thờigianđều dừng lại NHÓM TRANG16 Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK 2.8 Xây dựng mạch mô phầm mềm Protues chạy thử Mô mạch chạy thử là: Chương 3:Kết luận 3.1 Các kết đặt 3.2 Sai số nguyên nhân sai số thiết bị đo 3.3 Các hạn chế tồn thiết kế phương hướng khắc phục NHÓM TRANG17 Trường ĐHCN HàNội NHÓM Bộ Môn ĐLĐK TRANG18 Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK Lời Nhận Xét Của Giáo Viên NHÓM TRANG19 [...]... vạch đểxuất ra led 7 vạch vềcấu tạonó làmột tậphợp các mạch tổhợpgồmcách linh kiệnsố logicnhư các cổng and, or, vi c thiết kế một mạch như vậy không hẳnlàquákhó,chỉ cầnxây dựng mạch tổhợplả chúng ta hoàntoàncóthể làm được ,nhưng điều đó khiếnchúng ta mất thời gian ,không đảmbảochất lượng sử dụng , =>dùng ICtíchhợpchotiện - Chúng ta tìm hiểu s đồ chân của nó như sau : -Chú ý là loạinàydùng cho seg 7... Chânnạp giátrị load :11 - Chânxung đếm raRCO :13 2.6 Sơ đồ nguyên lý của mạch 2.7 Thuyết minh nguyên lý hoạt động của mạch 2.7.1 Nguyên lý hoạt động của mcahj tần số -Khita ấnnutSTART/STOP mạch hoạt độngIC555 cấp xung chobộđếm thờigian vànguồn tín hiệu cầnđo cấpxung chobộđếm xung hoat động Khimạch đếm chưahết tầnsố thìđầura của cổng 7408 vẫnở mức thấp mạch hoạtđộng khiđạt hết quátrình đếm xung thìđầu ra... chính là kết quả đo tần sôcủanguồn tín hiệu cầnđo Khita muốn đo lạita ấn nút RESET mach sẽ vềtrạng thái 0 Muốn tiếptục đo ta ấnRESET lần 2 -Khimuốn dùng mạch ta ấn nút START/STOP mạch sẽ dừng lạicảkhối đếm xung vàđếm thờigianđều dừng lại NHÓM 3 TRANG16 Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK 2.8 Xây dựng mạch mô phỏng trên phầm mềm Protues và chạy thử Mô phỏng và mạch chạy thử là: Chương 3:Kết luận 3.1 Các kết quả... Xây dựng mạch phát xung chuẩn cung cấp cho các bộ đếm dùng timer 555 2.4 Trình bày sơ đồ chân lý và ứng dụng các vi mạch sử dụng 2.4.1 IC 555 Là ICtạo dao độngtầnsố cấp xung nhịpcho IC74ls190đếm giây Sơ đồ khối555 : NHÓM 3 TRANG11 Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK • Chân1 (GND): chonốiGNDđể lấy nguồn cấp cho IChay châncòngọi là chân chung • Chân2 (TRIGGER) : đây là chân đầu vàothấphơnđiệnáp sosánh vàđược... khi chânsố 5 nàyở mức 0 giả sự gọilà đóngcửa thìIChoạtđộng bình thường không vấnđề gì ,nhưng khinó = 1 tức là mở cửa thìdữ liệutrong tế bàonhớtràora vàđẩy liêntục vàocửaranên giữ tạiđầura một mức dữ liệucố định ) - Trong s đồ mạch chúng tanốinó với đất - Chân số3 nếu =0thì tất cảđầura sẽ làmức logic1.(dùng kiểm traled 7 đoạn,bất chấpđầu vàolà thế nào ) - Chân số4 thì cótác dụng ngược lạichân số3 Bảng... chạy thử Mô phỏng và mạch chạy thử là: Chương 3:Kết luận 3.1 Các kết quả đặt được 3.2 Sai số và nguyên nhân sai số của các thiết bị đo 3.3 Các hạn chế tồn tại của bản thiết kế và phương hướng khắc phục NHÓM 3 TRANG17 Trường ĐHCN HàNội NHÓM 3 Bộ Môn ĐLĐK TRANG18 Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK Lời Nhận Xét Của Giáo Vi n NHÓM 3 TRANG19 ... soáp Mạch sosanh ở đây dùng các transitoPNP vớimức điệnáp chuẩn 2/3 Vcc.Chân3 (OUTPUT): chân này làchândùng để lấy tínhiệuralogic.Trạng • tháicủatín hiệu ra được xác định theomức 0 và1 1 ở đây là mức cáo nó tương ứng gần bằng Vccnếu (PWM=100%)vàmức 0 tương đương với0V nhưng trong thực tế nó không được ở mức 0V mà nó trong khoảng ( 0.35o >0.75V) • Chân4 (RESET) : dùng lậpđịnh mứctrạng tháira Khichân số4 ... điệnáp chuẩnđược ổn định Chân6 (THRESHOLD): là một trong những chânđầu vào sosánh điệnáp khácvàcũng được dùng như 1 chân chốt dữ liệu Chân7 (DISCHAGER): có thểxem chânnày như 1 khóađiện tử vàchịu điều khiểnbởi tầng logic củachân3 Khi chân 3 ở mức điện áp thấp thìkhóa nàyđóng lại, ngược lạithìnó mở ra Chân7 tự nạp xảđiệnchomạch R_C lúc IC555 dùng như 1 tầng dao động Chan8 (VCC): đâylà châncung cấpáp... - 4511 Có 16 chân - Chân 16 luôn là chânnối vớinguồn dương (5 v ),chânsố 8 nối vớiđất - Chân 1,2,7,6 là chân đưadữ liệu đầu vào,chúng tacóthể chọn dữ liệu loại nàylà dữ liệu logic tức là dạng 1,0,1,0… NHÓM 3 TRANG13 Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK - 7 chân đầura là chân 9 ,10,11,12,13,14,15.sẽxuất radữ liệu củadạng 7 vạch - Chân số5 làchân dùng đểđiềukhỉêntế bàonhớ ,chần này= 0 thìIChoạt độngbình thường... thuộc vào điệnáp chân2 vàchân 6 Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường nốichânnày lênVcc • Chân5 ( CANTROL VOLTAGE): dùng thay đổimức áp chuẩntrong IC 555 theo các mứcbiểnáp ngoài hay dùng các điện trở ngoàinốiGND.Chân nàycóthểkhông nốicũng được nhưng để giảm trừ nhiễu ngườita thường nốichân NHÓM 3 TRANG12 Trường ĐHCN HàNội • • • Bộ Môn ĐLĐK số5 xuống GND thông qua tụ điệntừ 0.01uF->0.1uF ... Bộ Môn ĐLĐK TRANG2 Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK Nhóm III: (5 người) NHÓM Nguyễn Trung Đức (0841040291) Phạm Vi t Đức (0841040286) Phạm Vi t Đức (0841040413) Đào Hữu Duy (0841040282) Phạm Văn... dừng Sử dụng thiết bị đo để kiểm tra cần thiết Note: n số dư phép chia tổng số cuối mã sinh vi n sinh vi n nhóm cho 10 NHÓM TRANG4 Trường ĐHCN HàNội Bộ Môn ĐLĐK LỜIMỞ ĐẦU Như đãbiết,khoahọc công... hiệncủacác vi mạch,ICsố tổng hợp đãgiúp chokíchthước mạch nhỏgọn,tiện lợihơn Trải quasự phát triểncủakhoa học công nghệ, giờđây chúng tađã chế tạo nhiềuloại tầnsố, phục vụ ngành điện tử vi nthông,