Đang tải... (xem toàn văn)
Chương 1. Tổng quan về mạch đo điện áp 1.1. Cơ sở chung Khi đo điện áp, vôn mét được nối song song với tải trong mạch đo. Khi sử dụng vôn mét để đo điện áp cần lưu ý các sai số sinh ra trong quá trình đo bao gồm: - Sai số do ảnh hưởng của vôn mét khi mắc vào mạch đo - Sai số do tần số.
Mục lục Nội dung Trang Chương 1: Tổng quan về mạch đo điện áp 2 1.1. Cơ sở chung của phương pháp đo điện áp 2 1.2. Vôn mét sử dụng vi xử lí 3 1.3. Nguyên lí của mach đo điện áp xoay chiều 6 Chương 2: Thiết kế phần cứng 7 2.1. Khối công suất 7 2.2. Khối chia áp 7 2.3. Bộ chuyển đổi ADC 8 2.4. Vi xử lí AT89c51 12 2.5. Led 7 vạch 14 2.6. Kết nối với vi điều khiển 16 2.7. Sơ đồ nguyên lí 18 Chương 3: Thiết kế phần mềm 3.1. Thuật toán điều khiển 19 3.2. Code lệnh điều khiển 19 3.3. Kết quả mô phỏng 20 3.4. Kết luận 20 Tài liệu tham khảo 21 1 Chương 1. Tổng quan về mạch đo điện áp 1.1. Cơ sở chung Khi đo điện áp, vôn mét được nối song song với tải trong mạch đo. Khi sử dụng vôn mét để đo điện áp cần lưu ý các sai số sinh ra trong quá trình đo bao gồm: - Sai số do ảnh hưởng của vôn mét khi mắc vào mạch đo - Sai số do tần số. Sai số của phép đo do ảnh hưởng của vôn mét lên mạch đo Khi mắc vào mạch đo, vôn mét đã lấy một phần năng lượng của đối tượng đo nên đã gây nên sai số Khi chưa mắc Vôn mét vào điện áp rơi trên tải l à : t ngt t R RR E U . + = với: R ng là điện trở trong của nguồn cấp cho tải Lúc Vôn mét vào mạch, vôn mét sẽ đo điện áp rơi trên t ả i: V Ve t V R RR U U . + = với: R e = (R ng // R t ) = ngt ngt RR RR + . ; R v là điện trở trong của vôn mét Vậy sai số của phép đo điện áp bằng Vôn mét l à : 2 V e Ve e t Vt u R R RR R U UU ≈ + = − = γ Như vậy, muốn sai số nhỏ thì yêu cầu Rv phải càng lớn càng tốt, cụ thể R V phải thoả mãn điều kiện sau: γ e V R R > với: γ là cấp chính xác của vôn mét Nếu không thoả mãn yêu cầu này thì sai số hệ thống do vônmét gây ra sẽ lớn hơn sai số của bản thân dụng cụ. Lúc đó muốn kết quả đo chính xác, phải dùng công thức hiệu ch ỉ nh : U t = (1 + u γ ).U v Điều này rất quan trọng đối với phép đo điện áp của nguồn có điện trở trong lớn. Vì vậy trên các dụng cụ đo điện áp chính xác hoặc dụng cụ vạn năg thường ghi giá trị điện trở trong của nó. 1.2. Vôn mét sử dụng vi xử lí NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC Để nâng cao các tính năng của vônmét chỉ thị số người ta sử dụng µ P. Xét một vônmét có vi xử lý được thực hiện theo phương pháp thời gian xung, có sơ đồ khối như hình : 3 Gồm các phần cơ bản : - Bộ vào của vônmét: có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu vào U x (t): có thể suy giảm hay khuếch đạ i , biến áp xoay chiều thành một ch i ều - Các đầu vào: đầu vào 2 của bộ đổi nối MUX (Multiplexcor): điện áp cần đo được đưa đến đầu này ; đầu vào 1 được nối với đất; đầu vào 3 được nối với một nguồn điện áp mẫu U 0 có giá trị bằng U xmax (điện áp cần đo cực đạ i ). - Đầu ra của bộ đổi nối: được nối với đầu vào 1 của bộ so sánh (Comparator). Việc đổi nối được t hực hiện bởi hệ thống được xử lý thông qua bộ ghép nối (Interface) với thiết bị ngoài. Tín hiệu từ đầu ra của bộ tích phân được đưa đến đầu vào 2 của hệ so sánh. - Bộ tích phân: làm nhiệm vụ tạo tín hiệu răng cưa. Nó được liên hệ với bộ vi xử lý để cho phép t rong bất kỳ thời điểm nào cũng có thể cho ra các xung khởi đầu tạo xung răng cưa. 4 Xung răng cưa sau bộ tích phân sẽ được so sánh với một trong 3 điện áp: điện áp “không”, điện áp cần đo U x và điện áp chuẩn cực đại U xmax (tùy thuộc vào trạng thái của bộ đổi nối MUX đưa tín hiệu vào bộ so sánh). Kh i có sự cân bằng điện áp giữa hai đầu vào của bộ so sánh thì đầu ra xuất hiện xung. Xung này sẽ đưa đến mở khoá “timer” cho phép xung ở máy phát chuẩn đi qua. Bộ vi xử lý sẽ điều khiển đếm số xung chuẩn đó. Quá trình đo được minh họa như hình 5.27 khi có xung từ bộ vi xử lý phát lệnh “bắt đầu đo” (thời đ i ểm t* ở hình 9.25), bộ vi xử lý cho ra tín hiệu thông qua bộ tích phân. Bộ đổi nối MUX sẽ nối đầu vào 1 của bộ so sánh với cửa vào 1 của nó (tức là nối đất). Như vậy khi đó điện thế của đầu vào 1 của hệ so sánh bằng “không”. Bộ vi xử lý đợi khi bắt đầu xung răng cưa. Khi xung răng cưa bằng điện áp “không” sẽ có tín hiệu ở đầu ra so sánh. Nhờ có khoá timer tạo khoảng thời gian ∆t 1 và bộ xử lý đo nó bằng cách đếm số xung chuẩn trong khoảng thời gian đó là N 1 . Kết quả được ghi vào bộ nhớ của hệ thống vi xử lý. Sau đó theo lệnh của vi xử lý, đầu vào 2 của đổi nối đưa tín hiệu cần đo U x vào so sánh với tín hiệu răng cưa. Tại t hờ i điểm bằng nhau hệ so sánh cho ra tín hiệu tạo khoảng thời gian ∆t 2 và bộ vi xử lý đếm số xung N 2 mà xung chuẩn đi qua timer trong khoảng thời gian ∆t 2 . Kết quả cũng được nhớ l ạ i . Tiếp theo vi xử lý nối đầu vào 1 của bộ so sánh với đầu vào 3 của bộ đổi nối, tức điện áp mẫu U 0 , nó xác định giá trị lớn nhất của toàn thang đo. Tại thời điểm bằng nhau với tín hiệu răng cưa của đầu ra của bộ so sánh xuất hiện xung và tạo ra khoảng thời gian ∆t 3 và tương ứng bộ vi xử lý sẽ đếm số 5 xung N 3 . Kết quả sẽ được nhớ vào bộ nhớ. 1.3 Nguyên lí của mạch đo điện áp xoay chiều Để đo điện áp xoay chiều ta cần phối hợp mạch chỉnh lưu với mạch đo điện áp một chiều. Điện áp xoay chiều được chỉnh lưu thành điện áp một chiều qua mạch chỉnh lưu sử dụng cầu chỉnh lưu Điện áp sau chỉnh lưu được đưa qua mach phân áp để được điện áp tỉ lệ mong muốn. 6 Chương 2. Thiết kế phần cứng Sơ đồ chức năng: 2.1. Khối công suất Khối này dùng để cấp nguồn cho mạch đo. - Biến áp có điểm trung tính nhận điện áp xoay chiều - Chỉnh lưu cầu diode đưa điên áp về 1 chiều - IC 7805: ic ổn áp +5v - IC 7905: ic ổn áp -5v - C1,C2,C3,C4: tụ có điện dung cao để lọc nhiễu. 2.2. Khối chia điện áp Khối chia điện áp: điện áp xoay chiều sau khi được chỉnh lưu thành điện áp một chiều sẽ được đưa vào mạch chia áp 0 ~ 220V thành 0 ~ 4.3V 7 Khối công suất Khuếch đại thuật toán ADC 0804 Vi xử lý AT89C51 LED 2.3. Bộ chuyển đổi ADC: a) Tổng quan về ADC0804: Chip ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC800 của hãng NationalSemiconductor. Chip này cũng được nhiều hãng khác sản xuất. Chip có điện áp nuôi +5V và độ phân giải 8 bit. Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một tham số quan trọng khi đánh giá bộ ADC. Thời gian chuyển đổi được định nghĩa là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một số nhị phân. Đối với ADC0804 thì thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK R và CLK IN và không bé hơn 110µs. Các chân khác của ADC0804 có chức năng như sau: - Chân CS (Chip select): Chân số 1, là chân chọn Chip, đầu vào tích cực mức thấp được sử dụng để kích hoạt Chip ADC0804. Để truy cập ADC0804 thì chân này phải ở mức thấp. - Chân RD (Read): Chân số 2, là một tín hiệu vào, tích cực ở mức thấp. Các bộ chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân và giữ nó ở một thanh ghi trong. 8 RD được sử dụng để có dữ liệu đã được chyển đổi tới đầu ra của ADC0804. Khi CS = 0 nếu có một xung cao xuống thấp áp đến chân RD thì dữ liệu ra dạng số 8 bit được đưa tới các chân dữ liệu (DB0 – DB7). - Chân WR (Write): Chân số 3, đây là chân vào tích cực mức thấp được dùng để báo cho ADC biết bắt đầu quá trình chuyển đổi. Nếu CS = 0 khi WR tạo ra xung cao xuống thấp thì bộ ADC0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự V in về số nhị phân 8 bit. Lượng thời gian cần thiết để chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đưa đến chân CLK IN và CLK R. Khi việc chuyển đổi dữ liệu được hoàn tất thì chân INTR được ép xuống thấp bởi ADC804 - Chân CLK IN và chân CLK R: CLK IN (chân số 4), là chân vào nối tới đồng hồ ngoài được sử dụng để tạo thời gian.Tuy nhiên ADC0804 cũng có một bộ tạo xung đồng hồ riêng. Để dùng đồng hồ riêng thì các chân CLK IN và CLK R (chân số 19) được nối với một tụ điện và một điện trở (như hình vẽ). Khi ấy tần số được xác định bằng biểu thức: RC f 1,1 1 = - Chân ngắt INTR (Interupt): Chân số 5, là chân ra tích cực mức thấp. Bình thường chân này ở trạng thái cao và khi việc chuyển đổi hoàn tất thì nó xuống thấp để báo cho CPU biết là dữ liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi. Sau khi INTR xuống thấp, cần đặt CS = 0 và gửi một xung cao xuống thấp tới chân RD để đưa dữ liệu ra. - Chân Vin(+) và Vin(-): Chân số 6 và chân số 7, đây là 2 đầu vào tương tự vi sai, trong đó Vin = Vin(+) – Vin(-). Thông thường Vin(-) được nối tới đất và Vin(+) được dùng làm đầu vào tương tự và sẽ được chuyển đổi về dạng số. - Chân Vcc: Chân số 20, là chân nguồn nuôi +5V. Chân này còn được dùng làm điện áp tham chiếu khi đầu vào Vref/2 để hở. 9 - Chân Vref/2: Chân số 9, là chân điện áp đầu vào được dùng làm điện áp tham chiếu. Nếu chân này hở thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm trong dải 0 - +5V. Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin khác với dải 0 - +5V. Chân Vref/2 được dùng để thực hiện các điện áp đầu ra khác 0 - +5V. - Bảng quan hệ điện áp Vref/2 với Vin: V ref / 2(V) V in (V) Step Size (mV) Hë * 0 ®Õn 5 5/256 = 19.53 2.0 0 ®Õn 4 4/255 = 15.62 1.5 0 ®Õn 3 3/256 = 11.71 1.28 0 ®Õn 2.56 2.56/256 = 10 1.0 0 ®Õn 2 2/256 = 7.81 0.5 0 ®Õn 1 1/256 = 3.90 b) Tính toán linh kiện: - Chân V in (+) được nối với cầu phân áp tạo bởi R 2 và R 3 , sao cho VDC = 0 - 220V tương ứng với V in (+). Ta có điện áp đầu ra cần đo là: 220 V Theo công thức: buocthuockich V D in out = Ta chọn kích thước bước = 19.53 mV Vậy V in = 4.3 V Suy ra chân V ref /2 để hở, nối với 2,5 V Ta suy ra công thức: 23 3 )( RR RVDC V in + ⋅ =+ với Vin(+) = 4.3V, VDC = 220 V Suy ra: R 2 = 500R 3 . Chọn R 3 = 10KΩ thì R 2 = 500KΩ. Nhưng thực tế, các giá trị điện trở đều có sai số nên ngõ vào của ADC0804 không như tính toán. Sai số trên điện trở cộng với sai số trong quá trình tính toán chọn 10 [...]... bit từ Vi điều khiển để điều khiển hoạt động sáng tắt của từng led đơn trong nó, dữ liệu được xuất ra điều khiển led 7 đo n thường được gọi là "mã hiển thị led 7 đo n" Có hai kiểu mã hiển thị led 7 đo n: mã dành cho led 7 đo n có Anode(cực +) chung và mã dành cho led 7 đo n có Cathode(cực -) chung Chẳng hạn, để hiện thị số 1 cần làm cho các led ở vị trí b và c sáng, nếu sử dụng led 7 đo n có Anode chung... các điện trở bên ngoài được kết nối để giới hạn dòng điện qua led nếu led 7 đo n 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 2.6 Kết nối với Vi điều khiển Ngõ nhận tín hiệu điều khiển của led 7 đo n có 8 đường, vì vậy có thể dùng 1 Port nào đó của Vi điều khiển để điều khiển led 7 đo n Như vậy led 7 đo n... tạp, chỉ cần hiện thị số là đủ, chẳng hạn led 7 đo n 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 đo n nào đó Led 7 đo n có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phải của led 7 đo n 8 led đơn trên led 7 đo n có Anode(cực... 3.3 Kết quả chạy mô phỏng 3.4 Kết luận Đã làm được: + Hiện thi được giá trị điện áp cần đo Chưa làm được: + Không hiển thị được giá trị điện áp có phần nguyên và phần thập phân + Sai số của phép đo còn lớn, độ chính xác thấp, sai lệch tương đối lớn 21 + Hiển thị một Led cần một cổng P riêng biệt do đó tốn tài nguyên của vi điều khiển Hiệu quả không cao + Khi đo các giá trị điện áp nhỏ thì khả năng đo. .. điểm, được đưa chân ra ngoài để kết nối với mạch điện 8 cực còn lại 14 trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân riêng, cũng được đưa ra ngoài để kết nối với mạch điện Nếu led 7 đo n có Anode(cực +) 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 đo n có Cathode(cực -) chung,... và c sáng, nếu sử dụng led 7 đo n có Anode chung thì phải đặt vào hai chân b và c điện áp là 0V(mức 0) các chân còn lại được đặt điện áp là 5V(mức 1), nếu sử dụng led 7 đo n có Cathode 16 chung thì điện áp( hay mức logic) hoàn toàn ngược lại, tức là phải đặt vào chân b và c điện áp là 5V (mức 1) Bảng mã hiển thị led 7 đo n: dp g f e d c b A Hex TP 1 1 0 0 0 0 0 0 C0H 0 1 1 1 1 1 0 0 1 F9H 1 1 0 1 0... điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1 Vì led 7 đo n 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 Sơ đồ vị trí các led được trình bày như hình dưới: 15 Các điện trở... cấp nguồn, áp trên R2 (chân 9 của 89C51) lên mức cao 5V ( = VCC ) sau đó sẽ xuống 0V do tụ C nạp Nếu ấn nút Reset, thì áp trên R2 sẽ tăng gần bằng VCC nhờ cầu phân áp R1 và R2 c) Sơ đồ các chân của AT89C51 13 2.5 Led 7 vạch 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 đo n" Led 7 đo n được sử... 99H 4 1 0 0 1 0 0 1 0 92H 5 1 0 0 0 0 0 1 0 82H 6 1 1 1 1 1 0 0 0 F8H 7 1 0 0 0 0 0 0 0 80H 8 1 0 0 1 0 0 0 0 90H 9 2 .7 Sơ đồ nguyên lí 17 Chương 3 Thiết kế phần mềm 3.1 Thuật toán điều khiển 18 3.2 Code lệnh điều khiển #include ORG 0000H ;bat dau chuyen doi ADC x: 19 SETB P2 .7 LCALL DELAY CLR P2 .7 LCALL DELAY SETB P2 .7 MOV A,P1 ;hien thi gia tri hang tram MOV B,#100; nap thanh ghi B voi...linh kiện sẽ tạo ra sai số không nhỏ đối với ADC0804 Điều này sẽ tạo ra sai lệch giữa giá trị hiển thị trên Led 7 đo n và giá trị thực tế (ở đây là giá trị VDC thực tế) - Tốc độ chuyển đổi ADC0804 (TC): T C = 66 1 f Chọn TC = 100µs = 0.1ms Suy ra CLK fCLK = 660KHz Ta có ADC0804 có độ phân giải là 28 = 256 . đó Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phải của led 7 đoạn. 8 led đơn trên led 7 đoạn. tắt của từng led đơn trong nó, dữ liệu được xuất ra điều khiển led 7 đoạn thường được gọi là "mã hiển thị led 7 đoạn". Có hai kiểu mã hiển thị led 7 đoạn: mã dành cho led 7 đoạn có Anode(cực. thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1. 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