Đang tải... (xem toàn văn)
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đường công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước. Ngành cơ điện tử ô tô nói chung đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể. Để thúc đẩy nề kinh tế của đất nước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo cho thế hệ trẻ đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo thì phải đưa ra các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ của con người ngày càng cao mới đáp ứng được nhu của xã hội. Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đã rất chú trọng đến việc hiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả trong giảng dạy cũng như giúp sinh viên có khả năng thực tế cao. Để các sinh viên có tăng khả năng tư duy và làm quen với công việc thiết kế, chế tạo chúng em đã được giao cho thực hiện đồ án: “TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH CHUYỂN ĐỔI AD CHO CẢM BIẾN PIM ”nhằm củng cố về mặt kiến thức thực tế, tổng hợp và nâng cao kiến thức chuyên nghành
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề tài : TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH BIẾN ĐỔI A/D CHO CẢM BIẾN PIM Giáo viên hướng dẫn : PHẠM VĂN KIÊM Lớp : CĐTOK10 Sinh viên thực hiện : NGUYỄN NGỌC THỊNH 1 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng yên ngày tháng năm Giảng viên hướng dẫn 2 NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN 3 MỤC LỤC CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠCH CHUYỂN ĐỔI A/D 7 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG 7 1.2. NỘI DUNG 8 1.2.1. Cơ sở lý luận 8 1.2.1.1. Khái niệm chung 8 1.2.2.1.2. Độ chính xác của bộ chuyển đổi A/D. 8 1.2.2.1.3. Tốc độ chuyển đổi: 8 1.2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI A/D 9 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MỘT SỐ LOẠI LINH KIỆN CÓ TRONG MẠCH 12 2.1. IC ổn áp 7805 12 2.2. Biến trở vi chỉnh 13 2.3. LM324 13 2.4. Cảm biến nhiệt độ LM35 15 2.5. Điện trở 17 2.5.1. Khái niệm 17 2.5.2. Đơn vị 17 2.5.3. Kí hiệu và quy ước 17 2.5.4. Định luật ohm 18 2.5.5 Điện trở mắc song song và nối tiếp 18 2.5.6. Năng lượng hao phí 19 2.5.7. Mã màu điện trở 19 2.5.8. Phân loại 20 2.5.9. Đặc điểm của điện trở 21 2.6. LED 21 2.6.1 Khái niệm 21 4 2.6.2 Cấu tạo 21 2.6.3. Một số hình ảnh về LED 22 CHƯƠNG III: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 23 3.1. Sơ đồ khối: 23 Hình ảnh thực tế 28 KẾT LUẬN: 29 Hướng phát triển 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 Lời nói đầu Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đường công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước. Ngành cơ điện tử ô tô nói chung đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể. Để thúc đẩy nề kinh tế của đất nước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo cho thế hệ trẻ đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng 5 đào tạo thì phải đưa ra các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ của con người ngày càng cao mới đáp ứng được nhu của xã hội. Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đã rất chú trọng đến việc hiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả trong giảng dạy cũng như giúp sinh viên có khả năng thực tế cao. Để các sinh viên có tăng khả năng tư duy và làm quen với công việc thiết kế, chế tạo chúng em đã được giao cho thực hiện đồ án: “TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH CHUYỂN ĐỔI A/D CHO CẢM BIẾN PIM ”nhằm củng cố về mặt kiến thức thực tế, tổng hợp và nâng cao kiến thức chuyên nghành. Sau khi nhận đề tài, nhờ sự giúp đỡ tận tình của giáo viên hướng dẫn cùng với sự nỗ lực cố gắng, tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, đến nay đồ án của em về mặt cơ bản đã hoàn thành. Trong quá trình thực hiện dù đã rất cố gắng nhưng do trình độ còn hạn chế kinh nghiệm còn ít nên không thể tránh khỏi sai sót. Chúng em mong nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo trong khoa để đồ án của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo cùng với các thầy cô giáo trong khoa đã giúp chúng em hoàn thành đồ án. 6 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠCH CHUYỂN ĐỔI A/D 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG Chương này nêu lên nguyên tắc chung chuyển đổi tín hiệu tương tự (Analog) thành tín hiệu số (Digital) A/D và chuyển đổi tín hiệu số (Digital) thành tín hiệu tương tự (Analog) D/A. Nêu một số mạch điện để thực hiện các quá trình đó. Các vấn đề của chương gồm: - Cơ sở lý luận: Khái niệm chung về chuyển đổi A/D, D/A, các tham số cơ bản, giải biến đổi của điện áp tín hiệu tương tự đầu vào, độ chính xác của qúa trình chuyển đổi A/D, tốc độ chuyển đổi. - Các bước chuyển đổi A/D: lấy mẫu và giữ mẫu, lượng tử hoá, mã hoá. - Các phương pháp chuyển đổi A/D. + Chuyển đổi A/D theo phương pháp song song. + Chuyển đổi A/D theo phương pháp đếm đơn giản. + Chuyển đổi A/D theo phương pháp hai sườn dốc. So sánh các phương pháp chuyển đổi A/D. - Chuyển đổi A/D phi tuyến: đặc tính của chuyển đổi A/D phi tuyến, đặc tính của bộ chuyển đổi D/A phi tuyến. Đặc tính của bộ chuyển đổi A/D, D/A phi tuyến thực tế. - Các phương pháp chuyển đổi D/A. + Các bước chyuển đổi D/A. + Chuyển đổi D/A bằng phương pháp thang điện trở. + Chuyển đổi D/A bằng phương pháp mạng điện trở. 7 1.2. NỘI DUNG 1.2.1. Cơ sở lý luận 1.2.1.1. Khái niệm chung Để ghép nối giữa nguồn tín hiệu tương tự với các hệ thống xử lý số người ta dùng các mạch chuyển đổi tương tự - số (viết tắt là A/D) nhằm biến đổi tín hiệu tương tự sang dạng số. Hoặc dùng mạch chuyển đổi số - tương tự (viết tắt là D/A) trong trường hợp cần biến đổi số sang dạng tương tự. 1.2.2.1. Các tham số cơ bản 1.2.2.1.1. Giải biến đổi của điện áp tín hiệu tương tự ở đầu vào Là khoảng điện áp mà bộ chuyển đổi A/D thực hiện được. Khoảng điện áp đó có thể lấy trị số từ 0 đến giá trị dương hoặc âm nào đó hoặc cũng có thể là điện áp hai cực tính từ -U Am đến +U Am 1.2.2.1.2. Độ chính xác của bộ chuyển đổi A/D. Tham số đầu tiên đặc trưng cho độ chính xác của bộ A/D là độ phân biệt. Ta biết rằng đầu ra của bộ A/D là các giá trị số sắp xếp theo quy luật của một loại mã nào đó. Số các số hạng của mã số đầu ra tương ứng với dải biến đổi của điện áp vào, cho biết mức chính xác của phép biến đổi. 1.2.2.1.3. Tốc độ chuyển đổi: Tốc độ chuyển đổi cho biết kết quả chuyển đổi trong một giây được gọi là tần số chuyển đổi f C . Cũng có thể dùng tham số thời gian chuyển đổi T C để đặc trưng cho tốc độ chuyển đổi. T C là thời gian cần thiết cho một kết quả chuyển đổi. Chú ý rằng f C ≠ 1. Thường f C < 1. Khi bộ chuyển A/D có tốc độ cao thì độ chính xác giảm hoặc ngược lại, nghĩa là tộc độ chuyển đổi và độ chính xác mâu thuẫn với nhau. Tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà dung hoà giữa các yêu cầu đó một cách hợp lí. 8 1.2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI A/D Có nhiều phương pháp chuyển đổi A/D, người ta phân ra bốn phương pháp biến đổi sau: - Biến đổi song song. Trong phương pháp chuyển đổi song song, tín hiệu được so sánh cùng một lúc với nhiều giá trị chuẩn. Do đó tất cả các bit được xác định đồng thời và đưa đến đầu ra. - Biến đổi nối tiếp theo mã đếm: Ở đây quá trình so sánh được thực hiện lần lượt từng bước theo quy luật của mã đếm. Kết quả chuyển đổi được xác định bằng cách đếm số lượng giá trị chuẩn có thể chứa được trong giá trị tín hiệu tương tự cần chuyển đổi. - Biến đổi nối tiếp theo mã nhị phân. Quá trình so sánh được thực hiện lần lượt từng bước theo quy luật mã nhị phân. Các đơn vị chuẩn dùng để so sánh lấy các giá trị giảm dần theo quy luật mã nhị phân, do đó các bit được xác định lần lượt từ bit có nghĩa lớn nhất (MSB) đến bit có nghĩa nhỏ nhất (LSB). - Biến đổi song song - nối tiếp kết hợp. Trong phương pháp này, qua mỗi bước so sánh có thể xác định được tối thiểu là 2 bit đồng thời. Hình 1.1: Đặc tuyến truyền đạt lý tưởng và thực của mạch chuyển đổi A/D 9 ***Cảm biến áp suất đường ống nạp (Cảm biến chân không) Cảm biến áp suất đường ống nạp được dùng cho hệ thống EFI kiểu D để cảm nhận áp suất đường ống nạp. Đây là một trong những cảm biến quan trọng nhất trong EFI kiểu D. Bằng cách gắn một IC vào cảm biến này, cảm biến áp suất đường ống nạp cảm nhận được áp suất đường ống nạp như một tín hiệu PIM. Sau đó ECU động cơ xác định được thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản trên cơ sở của tín hiệu PIM này. Như trình bày ở hình minh họa, một chíp silic kết hợp với một buồng chân không được duy trì ở độ chân không định trước, được gắn vào bộ cảm biến này. Một phía của chip này được lộ ra với áp suất của đường ống nạp và phía bên kia thông với buồng chân không bên trong. Vì vậy, không cần phải hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn vì áp suất của đường ống nạp có thể đo được chính xác ngay cả khi độ cao này thay đổi. Hình 1.2: Cảm biến áp suất đường ống nạp ( Cảm biến chân không) 10 [...]... 0 0 0 1 0°C - 32°C 0 0 0 0 Chú thích: Đèn sáng: 1 Đèn tắt: 0 26 • Sơ đồ chân: • Mạch in: 27 • Hình ảnh thực tế 28 KẾT LUẬN: Với đồ án tính toán, thiết kế mạch giúp cho sinh viên bổ sung thêm kỹ năng về sử dụng các linh kiện điện tử cũng như làm mạch trong thực tế và sử lý sự cố Đồ án của chúng em đã làm về tính toán thiết kế mạch biến đổi A/D cho cảm biến PIM Với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy PHẠM... từng khối trong mạch 1 Khối nguồn - Khối nguồn chúng ta có thể cấp điện từ 5 đến 12V một chiều - Khối nguồn có tác dụng ổn định điện áp đầu vào xuống 5vol để cho các linh kiện hoạt động 2 Khối so sánh và hiển thị Khi nhận tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ LM35 Phần mạch cảm biến nhiệt độ: Phần cảm biến nhiệt độ mạch sử dụng cảm biến LM35 có giải nhiệt độ đo được từ 0 ~ 150°C Cảm biến LM35 biến đổi giá trị... định bằng cách đo hiệu điện thế ngõ ra của Lm35 Sơ đồ chân của LM35 như sau: Hình 2.4: Các chân của LM35 15 Hình 2.5: Biểu đồ trạng thái của cảm biến nhiệt độ LM35 Chân 1: Chân nguồn Vcc Chân 2: Đầu ra Vout Chân 3: GND • Một số thông số chính của LM35: Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng cũng... những thiết bị phát sáng khác - Tuy nhiên, màn hình càng lớn càng cần nhiều LED và giá thành vì thế cũng leo thang đến mức chóng mặt Hình 2.6:Cấu tạo của đèn led 2.6.3 Một số hình ảnh về LED Hình 2.7: Các loại led thường gặp 22 CHƯƠNG III: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 3.1 Sơ đồ khối: Khối cảm biến mạch so sánh Khối hiển thị 3 2 S ơ đ ồ m ạ c h 23 Nguyên lý: Mạch đo điện và báo mức điện áp Mạch. .. có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại Giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n - Tương tự như bóng đèn tròn bình thường nhưng không có dây tóc ở giữa, đèn LED tạo ra nhiều ánh sáng hơn, tỏa nhiệt ít hơn so với các thiết bị chiếu sáng khác 2.6.2 Cấu tạo - Mỗi điểm LED (Light Emitting Diode) là một diode cực nhỏ, phát sáng do sự vận động của... LM35 biến đổi giá trị nhiệt độ thành điện áp tương ứng Với cảm biến LM35 thì độ biến đổi là 10mV/oC Tại thời điểm 0°C thì đầu ra của LM35 là 10mV ==> tại 150°C thì điện áp đầu ra là 1.5V Nên dựa theo điện áp đầu ra này chúng ta có thể đưa vào ADC đọc dữ liệu hay cho vào bộ so sánh để tạo tín hiệu điều khiển - Trong mạch chúng em sử dụng ic so sánh LM324 – ic này có tác dụng lật trạng thái đầu ra khi... Biến trở vi chỉnh Là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn Hình 2.1: biến trở vi chỉnh 2.3 LM324 Hình 2.2: IC Lm 324N thực tế 13 • Cấu tạo Lm 324 được tạo bởi 4 bộ khuếch đại thuật toán (OP-AMO) độc lập được tích hợp trên một chíp đơn Điểm đặc biệt là nó được thiết kế để hoạt động với điện áp đơn có vùng điện áp rộng LM324 cũng có thể hoạt động với cả nguồn đôi Nguồn cấp cho. ..Hình 1.3: Cấu tạo cảm biến áp suất đường ống nạp Hình 1.4: Đường đặc tính Hình 1.5: Sơ đồ mạch điện 11 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MỘT SỐ LOẠI LINH KIỆN CÓ TRONG MẠCH 2.1 IC ổn áp 7805 Có lẽ 7805 là mạch nguồn mà mọi người sử dụng nhiều nhất và thông dụng nhất - Ưu điểm: Giá thành rẻ, dễ lắm ráp - Nhược điểm: Nhiệt sinh cao, dòng chịu không được cao Sơ đồ chân: Chân 1 (Vin): Chân nguồn... (1 MΩ = 106 Ω) 2.5.3 Kí hiệu và quy ước Kí hiệu của điện trở trong một sơ đồ mạch thay đổi tùy theo tiêu chuẩn của mỗi quốc gia Có hai loại phổ biến như sau: 17 Kí hiệu kiểu mỹ Kí hiệu điện trở theo kiểu (IEC) - a: Điện trở - b: Biến trở - c: Máy đo điện thế 2.5.4 Định luật ohm Định luật Ohm cho rằng hiệu điện thế (U) qua một thiết bị điện trở tỉ lệ với cường độ dòng điện (I) qua nó và tỉ số giữa chúng... datasheet của nó 16 • Tính toán nhiệt độ đầu ra của LM35 Việc đo nhiệt độ sự dụng LM35 thông thường chúng ta sử dụng bằng cách LM35 - > ADC - > Vi điều khiển Như vậy ta có: U= t.k U là điện áp đầu ra t là nhiệt độ môi trường đo k là hệ số theo nhiệt độ của LM35 10mV/1 độ C Giả sử điện áp Vcc cấp cho LM35 là 5V ADC 10bit Vậy bước thay đổi của LM35 sẽ là 5/(2^10) = 5/1024 Giá trị ADC đo được thì điện . 21 4 2.6.2 Cấu tạo 21 2.6.3. Một số hình ảnh về LED 22 CHƯƠNG III: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 23 3.1. Sơ đồ khối: 23 Hình ảnh thực tế 28 KẾT LUẬN: 29 Hướng phát triển 29 TÀI. giáo trong khoa để đồ án của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo cùng với các thầy cô giáo trong khoa đã giúp chúng em hoàn thành đồ án. 6 CHƯƠNG I:. được xác định bằng cách đo hiệu điện thế ngõ ra của Lm35. Sơ đồ chân của LM35 như sau: Hình 2.4: Các chân của LM35 15 Hình 2.5: Biểu đồ trạng thái của cảm biến nhiệt độ LM35 Chân 1: Chân nguồn