Đang tải... (xem toàn văn)
Bài tập lớn vi mạch tương tự: Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế bộ chuyên đổi, với + Đầu vào là cảm biến áp xuất MPX 4250 có dải đo từ 0-50 ka. + Đầu ra 1 là bộ chuyển đổi có đầu ra là 8 bit nhị phân, ( dùng cảm biến ADC 0804 ). + Đầu ra 2 dùng mạch khuếch đại thuật toán và mạch biến dổi U - I sao cho đầu ra là tín hiệu dòng điện có giá trị từ 0-20 ma. + Đầu ra 3 dùng mạch khuếch đại thuật toán và mạch so sánh ( Ở đây t dùng mạch TriGơ để so sánh điện áp ). Sao cho đầu ra là tín hiệu nhị phân. Nếu P>25 Pa thì tín hiệu ra là 1 Nếu P 25kPa, DI=1 1.2 Các phương pháp đo (theo đề tài) 1.2.1 Ngõ (ADC): sử dụng đèn LED để kiểm tra, đèn sáng tương ứng mức cao (1), đèn không sáng tương ứng mức thấp (0) Theo trạng thái sáng tối đèn, D7 đến D0, đọc kết theo hệ nhị phân, từ đổi sang kết sang hệ thập phân 1.2.2 ngõ 2: sử dụng Ampe kế để đo giá trị dòng điện 1.2.3 ngõ 3: sử dụng đèn Led, với chân anot nối với đầu KĐTT, đèn sáng tương ứng với mức cao (1), đèn không sáng tương ứng với mức thấp (0) 1.3 Đặc điểm linh kiện: 1.3.1 cảm biến áp xuất: 1.3.1.1 khái niệm: Thiết bị điện tử dùng để đo áp suất ứng dụng có liên quan đến áp suất chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện gọi cảm biến áp suất 1.3.1.2 nguyên lý hoạt động: Nguyên lý làm việc thiết bị thông qua việc biến dạng cấu trúc màng chuyển thành tín hiệu điện Bạn hiểu lớp màng biến dạng uốn cong từ áp điện trở thay đổi giá trị Các thiết bị cảm biến phụ thuộc vào đặn điểm cấu trúc, kích thước, vị trí áp màng Áp suất khí, áp suất hơi, áp suất chất lỏng nguồn áp suất cần kiểm tra 1.3.1.3 phân loại: a Cảm biến áp suất sen Có nhiều nguyên lý hoạt động tùy thuộc vào loại cảm biến áp suất khác dựa vào biến dạng vật liệu, thay đổi điện trở, thay đổi điện dung, sử dụng vật liệu áp điện Dạng áp điện trở dạng điện dung dạng hoạt động phổ biến cảm biến áp suất sen b Cảm biến áp suất kiểu áp điện trở Nguyên lý hoạt động cảm biến áp suất phần tử áp điện trở cấy cấu trúc màng chuyển thành tín hiệu điện Trên thực tế, áp điện trở thay đổi giá trị lớp màng biến dạng Màng, cấu trúc, vị trí, kích thước áp điện trở màng định tầm đo, độ nhạy cảm biến áp suất Màng nhạy với tác động áp suất thường sử dụng làm màng áp suất Tại trung điểm cạnh màng có điện trở Trong có cặp điện trở song song với màng, cặp điện trở lại vng góc với màng Điện áp 0, điện trở trạng thái cân áp suất khơng tác động Còn áp suất tác động màng biến dạng làm cho điện trở thay đổi đồng thời áp điện trở song song giảm, điện trở vng góc tăng c Cảm biến áp suất kiểu tụ Nguyên lý hoạt động cảm biến dựa vào giá trị điện dung để xác định số áp suất Khi thay đổi khoảng cách cực tụ điện dung tụ thay đổi Lớp màng bị biến dạng có áp suất tác động vào làm cho cực lại gần với kéo cực xa làm giá trị tụ thay đổi Qua hệ thống xử lý thiết bị cảm biến đo áp suất xác định áp suất 1.3.2 ADC 0804 1.3.2.1 mục đích sử dụng ADC: Các chuyển đổi ADC thuộc thiết bị sử dụng rộng rãi để thu liệu Các máy tính số sử dụng giá trị nhị phân, giới vật lý đại lượng dạng tương tự (liên tục) Nhiệt độ, áp suất (khí chất lỏng), độ ẩm vận tốc số đại lượng vật lý giới thực mà ta gặp ngày Một đại lượng vật lý chuyển dòng điện điện áp qua thiết bị gọi biến đổi Các biến đổi coi cảm biến Mặc dù có cảm biến nhiệt, tốc độ, áp suất, ánh sáng nhiều đại lượng tự nhiên khác chúng cho tín hiệu dạng dòng điện điên áp dạng liên tục Do vậy, ta cần chuyển đổi tương tự số cho vi điều khiển đọc chúng Một chip ADC sử dụng rộng rãi ADC0804 1.3.2.2 Thông tin ADC0804 Chip ADC0804 chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC800 hãng National Semiconductor Chip nhiều hãng khác sản xuất Chip có điện áp ni +5V độ phân giải bit Ngồi độ phân giải thời gian chuyển đổi tham số quan trọng đánh giá ADC Thời gian chuyển đổi định nghĩa thời gian mà ADC cần để chuyển đầu vào tương tự thành số nhị phân Đối với ADC0804 thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ cấp tới chân CLK CLK IN khơng bé 110µs 1.3.2.3 đấu nối chip ADC0804: - CS (Chip select): Chân số 1, chân chọn chip, đầu vào tích cực mức thấp sử dụng để kích hoạt Chip ADC0804 Để truy cập tới ADC0804 chân phải đặt mức thấp - RD (Read): Chân số 2, chân nhận tín hiệu vào tích cực mức thấp Các chuyển đổi 0804 chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân giữ ghi Chân RD sử dụng phép đưa liệu chyển đổi tới đầu ADC0804 Khi CS = có xung cao xuống thấp áp đến chân RD liệu dạng số bit đưa tới chân liệu (DB0 – DB7) - WR (Write): Chân số 3, chân vào tích cực mức thấp dùng báo cho ADC biết để bắt đầu trình chuyển đổi Nếu CS = WR tạo xung cao xuống thấp ADC0804 bắt đầu trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin thành số nhị phân bit Khi việc chuyển đổi hồn tất chân INTR ADC hạ xuống thấp - CLK IN CLK R: CLK IN (chân số 4), chân vào nối tới đồng hồ sử dụng để tạo thời gian Tuy nhiên ADC0804 c ũng có tạo xung đồng hồ riêng Để dùng đồng hồ riêng chân CLK IN CLK R (chân số 19) nối với tụ điện điện trở Với R = 10 kΩ, C = 150 pF tần số f = 606 kHz thời gian chuyển đổi 110 µs - Ngắt INTR (Interupt): Chân số 5, chân tích cực mức thấp Bình thường chân trạng thái cao việc chuyển đổi tương tự số hồn tất chuyển xuống mức thấp để báo cho CPU biết liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy Sau INTR xuống thấp, cần đặt CS = gửi xung cao xuống thấp tới chân RD để đưa liệu - Vin (+) Vin (-): Chân số chân số 7, đầu vào tương tự vi sai, Vin = Vin(+) – Vin(-) Thơng thường Vin(-) nối tới đất Vin(+) dùng làm đầu vào tương tự chuyển đổi dạng số - Vcc: Chân số 20, chân nguồn ni +5V Chân dùng làm điện áp tham chiếu đầu vào Vref/2 để hở - Vref/2: Chân số 9, chân điện áp đầu vào dùng làm điện áp tham chiếu Nếu chân hở điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm dải đến +5V Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin khác với dải đến +5V Chân Vref/2 dùng để thực điện áp đầu khác đến +5V - D0 – D7, chân số 18 – 11, chân liệu số (D7 bit cao MSB D0 bit thấp LSB) Các chân đệm ba trạng thái liệu chuyển đổi truy cập chân CS = chân RD đưa xuống mức thấp Để tính điện áp đầu ta tính theo cơng thức sau: Dout = Vin / Kích thước bước Hình ảnh đấu nối chíp ADC 0804 Sơ đồ đấu nối chíp ADC 0804 Bộ khuếch đại thuật toán ua741 aĐặc điểm: + Bảo vệ đoản mạch + Khơng có khả bù đắp điện áp + Chế độ rộng với nhiều dải điện áp + Không yêu cầu bù tần số Bộ khuếch đại sử dụng nhiều kĩ thuật điện tử có tác dụng khuếch đại tín hiệu điện điện áp, dòng điện , cơng suất Mạch tích hợp KĐTT ua741 có dải điện áp hoạt động rộng chân có chức khác sau: Tên Vị trí chân Mô tả IN+ Cửa vào không đảo IN- Cửa vào đảo NC Không sử dụng OFFSET N1 Bù tần số OFFSET N2 Bù tần số OUT Cửa VCC+ Nguồn cung cấp dương VCC- Nguồn cung cấp âm 6.2 Điều kiện hoạt động MIN VCC+ Nguồn cung cấp VCC– Ta Nhiệt độ làm việc lý tưởng µA741 MAX 15 –5 –15 70 V °C Điện trở: Trong loại thiết bị điện tử điện trở linh kiện điện tử quan trọng chúng làm từ hợp chất cacbon kim loại tùy theo tỉ lệ pha trộn mà người ta tạo loại điện trở có trị số khác Tụ điện: Là loại linh kiện điện tử thụ động tạo bề mặt dẫn điện ngăn cách điện mơi Khi có chênh lệch điện bề mặt, bề mặt suất điện tích điện lượng trái dấu Nguồn nuôi Chương 2: Thiết kế chuyển đổi 1.4 Lựa chon cảm biến đo Sừ dụng cảm biến áp suất MPX4250: Cảm biến áp suất loại thiết bị điện tử chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện áp, thường dùng đo áp suất mạch có liên quan tới áp suất Bộ cảm biến áp suất cảm biến đa tạp tích hợp cảm biến đa chip tín hiệu, điều chỉnh nhiệt độ hiệu chuẩn MPX4250 hãng Motorola cảm biến đa dạng cho điều khiển động thiết kế để cảm nhận áp suất khơng khí tuyệt đối ống dẫn khí nạp Mpx4250 nhóm biến đổi điện trở điện áp trạng thái kỹ thuật khối silicon cảm biến áp suất thiết kế nhiều ứng dụng, đặc biệt sử dụng cảm biến xử lí với tín hiệu vào A/D Bộ biến đổi kết hợp tiên tiến gia công máy kĩ thuật, chế thành kim loại mỏng Đặc tính Sai số lớn 1,5% đến 85 độ Thiết kế đặc biệt cho cảm biến nén chế hòa khí tuyệt đối hệ thống điều khiển động Cấp sang chế lực dịch chuyển máy đo sức căng Nhiệt độ cân từ -40 đến 125 độ C Đề nghị điều chỉnh trọng lực thể tích so với hệ số trung gian Lí tưởng cho ứng dụng khơng tự động 10 Ví dụ ứng dụng Lí tưởng cho vi xử lí nhỏ vi điều khiển hệ thống Cảm biến mpx 4250 hãng The Motorola có nguồn ni 5V chân khác có chức sau : Số Chân Ký hiệu Vout Gnd Vs N/C N/C N/C Note: + Chân nằm kết nối thiết bị Khơng kết nối với bên ngồi mặt đất + Vout : điện áp cảm biến áp suất 11 + Vs: điện áp cung cấp cho cảm biến áp suất ( 5V ) + Gnd : chân nối đất Xây dựng sơ đồ khối Cảm biến Khuếch đại ADC Ngõ Chuyển đổi U-I Ngõ Bộ so sánh Ngõ Áp xuất Hoạt động : Cảm biến áp suất cảm nhận áp suất mơi trường cần đo, đưa tín hiệu dạng điện áp, tín hiệu khuếch đại mạch khuếch đại trước đưa tới chuyển đổi.Bộ chuyển đổi có vai trò biến đổi tín hiệu điện áp khuếch đại thành dạng tín hiệu ngõ phù hợp với yêu cầu 2.3 Xây dựng mạch nguyên lý (thực Proteus) Để đảm bảo mặt công để khuếch suất tạo thuận lợi cho thiết kế, sử dụng mạch khuếch đại sử dụng KĐTT đại tín hiệu cảm biến áp suất trước đưa tới chuyển đổi 2.3.1 mạch khuếch đại tới ADC: Tín hiệu đầu vào ADC khoảng 0-5V 12 Thiết kế mạch Trừ với điện áp vào từ cảm biến Ui=0.26v-1.19V, điện áp Uo=0-5V Hv… Với r1/rf=r2/r3, hệ số khuếch đại k=rf/r1 ta có: 0=k(0.26-u1) 5=k(1.18-u1) >>>> k=…chọn r1=r2=>>>>rf=r3=… U1=0.26v 2.3.2 chuyển đổi U-I: 2.3.2.1 mạch chuyển đổi u-i Lựa chọn sơ đồ biến đổi U-I không đảo sau: Hv////// Hệ số kui=1/R1=il/ui Sử dụng tín hiệu vào ui=1-5V >>>>R1=250 ơm 2.3.2.2 mạch khuếch đại tín hiệu vào chuyển đổi u-i: Tín hiệu vào mạch khuếch đại ui=0.26v-1.19v, tín hiệu uo=1v-5v Tg tự mạch khuếch đại vào adc ta có: 1=k(0.26-u1) 5=k(1.18-u1) >>>u1 =0.03v K=4.32, chọn r1=r2=10k>>>rf=r3=43.2k 2.3.3 so sánh tương tự: 2.3.3.1 mạch khuếch đại đưa vào so sánh: Lựa chọn mạch khuếch đại giống ADC, tín hiệu 0-5v 2.3.3.2 mạch so sánh tương tự: 13 Lựa chọn mạch tri gơ smit không đảo để khắc phục ảnh hưởng nhiễu Tại 25kPa có tín hiệu từ cảm biến là: Ui=0.72V >>>> Điện áp vào mạch trigo Uitrigo=Uokđ=5.44*(0.72-0.26) >>> điện áp so sánh là: Uch=2.5V Dải điện áp trễ: chọn đental u=0.1v Ta có del u=vcc*r1/(r1+r2) Trị số điện áp đưa vào KĐTT 12v Chọn r1=1k>>>r2=119k Chương 3: Kết thực hiện: 2.4 Nhận xét (quá trình thực hiện) ( Thêm ảnh phần, mạch hoàn chỉnh: Đầu 1, , ) 2.5 Kết luận 14 ... cao xuống thấp tới chân RD để đưa liệu - Vin (+) Vin (-): Chân số chân số 7, đầu vào tương tự vi sai, Vin = Vin(+) – Vin(-) Thông thường Vin(-) nối tới đất Vin(+) dùng làm đầu vào tương tự chuyển... tạo xung cao xuống thấp ADC0804 bắt đầu trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin thành số nhị phân bit Khi vi c chuyển đổi hồn tất chân INTR ADC hạ xuống thấp - CLK IN CLK R: CLK IN (chân... sang tín hiệu điện gọi cảm biến áp suất 1.3.1.2 nguyên lý hoạt động: Nguyên lý làm vi c thiết bị thông qua vi c biến dạng cấu trúc màng chuyển thành tín hiệu điện Bạn hiểu lớp màng biến dạng