Đang tải... (xem toàn văn)
Yêu cầu: Dải đo từ: t0C =tmin – tmax = 0(100+10n)0C. Đầu ra: + Chuẩn hóa đầu ra: U=0 : 5V và I=420mA. + Dùng cơ cấu đo để chỉ thị. Khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường t0C= 0200. Thiết kế mạch nhấp nháy cho led với thời gian sáng và tối bằng nhau và bằng 1(s). Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng đèn, còi khi nhiệt độ vượt giá trị cảnh báo: Ud=(tmaxtmin)2 Dùng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân . Xây dựng bộ hiển thị số BCD. Với n=30
BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Độc lập - Tự - Hạnh phúc BÀI TẬP LỚN: vi mạch tương tự Số : Họ tên HS-SV : Mầu Tiến Hưng Khoá : Nhóm : Lớp : TĐH1 MSV :0841240084 Khoa : Điện NỘI DUNG Đề tài: Dùng vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt ngẫu Yêu cầu: - Dải đo từ: t0C =tmin – tmax = 0-(100+10*n)0C - Đầu ra: + Chuẩn hóa đầu ra: U=0 : -5V I=4-20mA + Dùng cấu đo để thị Khi nhiệt độ giới hạn bình thường t0C= 0-200 Thiết kế mạch nhấp nháy cho led với thời gian sáng tối 1(s) - Đưa tín hiệu cảnh báo đèn, còi nhiệt độ vượt giá trị cảnh báo: U d=(tmax-tmin)/2 - Dùng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân Xây dựng hiển thị số BCD - Với n=30 PHẦN THUYẾT MINH Yêu cầu bố cục nội dung: Chương 1: Tổng quan mạch đo Chương 2: Giới thiệu thiết bị Chương 3: Tính toán, thiết kế mạch đo - Tính toán,lựa chọn cảm biến Tính toán, thiết kế mạch đo Tính toán, thiết kế mạch nguồn cung cấp Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa - Tính toán mạch nhấp nháy cho LED Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo Dùng phần mềm mô mạch Kết luận hướng phát triển Chương : Tổng quan mạch đo 1.1 Khái niệm nhiệt độ 1.1.1 Khái niệm: Nhiệt độ đại lượng vật lý đặc trưng cho cường độ chuyển động nguyên tử,phân tử hệ vật chất.Tuỳ theo trạng thái vật chất (rắn, lỏng, khí) mà chuyển động có khác nhau.Ở trạng thái lỏng, phân tử dao động quanh vị trí cân vị trí cân dịch chuyển làm cho chất lỏng hình dạng định.Còn trạng thái rắn,các phần tử,nguyên tử dao động xung quanh vị trí cân bằng.Các dạng vận động phân tử,nguyên tử gọi chung chuyển động nhiệt.Khi tương tác với bên có trao đổi lượng không sinh công, trình trao đổi lượng nói gọi truyền nhiệt.Quá trình truyền nhiệt tuân theo nguyên lý: Bảo toàn lượng : Nhiệt tự truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thất Ở trạng thái rắn,sự truyền nhiệt xảy chủ yếu dẫn nhiệt xạ nhiệt Đối với chất lỏng khí dẫn nhiệt xạ nhiệt có truyền nhiệt đối lưu.Đó tượng vận chuyển lượng nhiệt cách vận chuyển phần khối vật chất vùng khác hệ chênh lệch tỉ trọng 1 Thang đo nhiệt độ: Từ xa xưa người nhận thức tượng nhiệt đánh giá cường độ cách đo đánh giá nhiệt độ theo mét đơn vị đo thời kỳ.Có nhiều đơn vị đo nhiệt độ,chúng định nghĩa theo vùng,từng thời kỳ phát triển khoa học kỹ thuật xã hội.Hiện có thang đo nhiệt độ là: 1- Thang nhiệt độ tuyệt đối ( K ) 2- Thang Celsius ( C ): T( 0C ) = T( 0K ) – 273,15 3- Thang Farhrenheit: T( 0F ) = T( 0K ) – 459,67 Đây thang đo nhiệt độ dùng phổ biến nay.Trong thang đo nhiệt độ tuyệt đối (K) quy định mét đơn vị đo hệ đơn vị quốc tế (SI).Dựa thang đo đánh giá nhiệt độ 1.2 Đo nhiệt độ phương pháp tiếp xúc Phương pháp đo nhiệt độ công nghiệp thường nhiệt kế tiếpxúc Có hai loại là: nhiệt kế nhiệt điện trở nhiệt kế nhiệt ngẫu.Cấu tạo nhiệt kế nhiệt điện trở cặp nhiệt ngẫu cách lắp ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt chuyển đổi với môi trường đo Đốivới môi trường khí nước,chuyển đổi đặt theo hướng ngược lại với dòng chảy.Với vật rắn đặt nhiệt kế sát vào vật,nhiệt lượng truyền từ vật sang chuyển đổi gây tổn hao nhiệt, với vật dẫn nhiệt kém.Do diện tích tiếp xúc vật đo nhiệt kế lớn tốt.Khi đo nhiệtđộ chất hạt (cát, đất…),cần phải cắm sâu nhiệt kế vào môi trường cần đo thường dùng nhiệt kế nhiệt điện trở có cáp nối 1.4, Đo nhiệt độ phương pháp không tiếp xúc: Đây phương pháp dựa định luật xạ vật đen tuyệt đối,tức vật hấp thụ lượng theo hướng với khẳ lớn nhất.Bức xạ nhiệt vật thể đặc trưng nghĩa số lượng xạ đơn vị thời gian với đơn vị diện tích vật xảy đơn vị độ dài sóng 1.5 Tổng quan phương pháp đo nhiệt độ 1.5.1: Sơ đồ khối Để thực phép đo đại lượng phụ thuộc vào đặc tính đại lượng cần đo ,điều kiện đo, độ xác yêu cầu phép đo mà ta thực nhiều cách khác sở hệ thống đo lường khác sở hệ thống đo lường khác Bản vẽ sơ đồ khối nguyên lý mạch đo : TEMP Khối cảm biến Bộ ADC Khối hiển thị BCD Mạch KĐ điện áp Mạch chuyển U-I Cơ cấu thị 1.5.2:Vai trò tác dụng khối • • • • • • • Cảm biến : đo nhiệtMạch độ, đưa cho so điện áp đầu Mạch cảnhcác mạch so sánh, khuếch đại sánh báo Mạch khuếch đại : khuếch đại chuẩn hóa điện áp, dòng điện theo yêu cầu toán Chỉ thị : ammeter vonmeter hiển thị dòng áp sau chuẩn hóa Mạch so sánh : so sánh điện áp đầu cảm biến với điện áp đặt, để đưa cảnh báo để LED nhấp nháy bình thường Còi báo : báo động nhiệt độ vượt giá trị cho phép Mạch nhấp nháy : đèn LED nhấp nháy chố độ nhiệt độ bình thường theo yêu cầu toán Bộ ADC: Có chức chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số.Sau đưa lên phận giải mã để hiển thị • Khối hiển thị BCD: Có chức chuyển đổi đầu vào 4bit 8bit sang bảng mã BCD để hiển thị nhiệt độ tương ứng Đó khối dùng mạch đo cảnh báo nhiệt độ dùng cặp nhiệt ngẫu Chương : Giới thiệu thiết bị 2.1 Giới thiệu cảm biến nhiệt ngẫu *Nguyên lý hoạt động : Hiệu ứng nhiệt điện Phương pháp đo nhiệt độ cảm biến nhiệt ngẫu dựa sở hiệu ứng nhiệt điện Người ta nhận thấy hai dây dẫn chế tạo từ vật liệu có chất hoá học khác nối với mối hàn thành mạch kín nhiệt độ hai mối hàn t t0 khác mạch xuất dòng điện Sức điện động xuất hiệu ứng nhiệt điện gọi sức điện động nhiệt điện Nếu đầu cặp nhiệt ngẫu hàn nối với nhau, đầu thứ hai để hở hai cực xuất hiệu điện Hiện tượng giải thích sau: Trong kim loại luôn tồn nồng độ điện tử tự định phụ thuộc chất kim loại nhiệt độ Thông thường nhiệt độ tăng, nồng độ điện tử tăng Giả sử nhiệt độ t0 nồng độ điện tử A NA(t0), B NB(t0) nhiệt độ t nồng độ điện tử A NA(t), B NB(t), NA(t0) > NB(t0) nói chung NA(t) > NB(t) Xét đầu làm việc (nhiệt độ t), NA(t) > NB(t) nên có khuếch tán điện tử từ A -> B chổ tiếp xúc xuất hiệu điện eAB(t) có tác dụng cản trở khuếch tán Khi đạt cân eAB(t) không đổi Vật liệu chế tạo Để chế tạo cực nhiệt điện dùng nhiều kim loại hợp kim khác Tuy nhiên chúng phải đảm bảo yêu cầu sau: - Sức điện động đủ lớn (để dể dàng chế tạo dụng cụ đo thứ cấp) - Có đủ độ bền học hoá học nhiệt độ làm việc - Dễ kéo sợi - Có khả thay lẫn - Giá thành rẽ Cấu tạo Cấu tạo điển hình cặp nhiệt công nghiệp trình bày hình 5.4 Hình 5.4: Cấu tạo cặp nhiệt 1) Vỏ bảo vệ 2) Mối hàn 3) Dây điện cực 4) Sứ cách điện 5) Bộ phận lắp đặt 6) Vít nối dây 7) Dây nối 8) Đầu nối dây Đầu làm việc điện cực (3) hàn nối với hàn vảy, hàn khí hàn tia điện tử Đầu tự nối với dây nối (7) tới dụng cụ đo nhờ vít nối (6) dây đặt đầu nối dây (8) Để cách ly điện cực người ta dùng ống sứ cách điện (4), sứ cách điện phải trơ hoá học đủ độ bền nhiệt nhiệt độ làm việc.Để bảo vệ điện cực, cặp nhiệt có vỏ bảo vệ (1) làm sứ chịu nhiệt thép chịu nhiệt Hệ thống vỏ bảo vệ phải có nhiệt dung đủ nhỏ để giảm bớt quán tính nhiệt vật liệu chế tạo vỏ phải có độ dẫn nhiệt không nhỏ không lớn Trường hợp vỏ thép mối hàn đầu làm việc tiếp xúc với vỏ để giảm thời gian hồi đáp 2.2Giới thiệu cảm biến nhiệt độ TCK (thermocouple) +Cấu tạo: Gồm chất liệu kim loại khác Cromel Alumel, hàn dính đầu - Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho sức điện động thay đổi ( mV) - Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao - Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số Độ nhạy không cao - Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,… - Tầm đo: -270 độ đến 1330 độ C - Gồm dây kim loại khác hàn dính đầu gọi đầu nóng ( hay đầu đo), hai đầu lại gọi đầu lạnh ( đầu chuẩn ) Khi có chênh lệch nhiệt độ đầu nóng đầu lạnh phát sinh sức điện động V đầu lạnh Một vấn đề đặt phải ổn định đo nhiệt độ đầu lạnh, điều tùy thuộc lớn vào chất liệu Do cho chủng loại cặp nhiệt độ, loại cho sức điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T Cần lưu ý điều để chọn đầu dò điều khiển cho thích hợp - Dây cặp nhiệt điện không dài để nối đến điều khiển, yếu tố dẫn đến không xác chổ này, để giải điều phải bù trừ cho ( offset điều khiển ) 2.Bộ khuếch đại thuật toán uA741 Chân 1- Chỉnh Không Chân 2- Nhập Trừ Chân 3- Nhập Cộng Chân 4- Điện Nguồn -V Chân 5- Không Dùng Chân 6- Chân Xuất Chân 7- Điện Nguồn +V Chân 8- Không Dùng Hình 2.6.Sơ đồ chân OPAMP uA741 Kí hiệu: Điện áp làm việc OPAMP uA741 từ -5V/+5V ÷ -15V/+15V OpAmp linh kiện có nhiều chức năng: - Khuếch đại hiệu hai điện nhập Vo = A(V+ - V-) - Khuếch đại điện âm dương Vo = AV+(V- = 0) Vo = -AV- (V+ = 0) - So sánh hai điện nhập Vo = Vs s Khi V+ > VVo = -Vs s Khi V+ < VVo = Khi V+ = V- Ngoài ra, mạch tích phân ,vi phân ,mạch cộng ,mạch trừ IC555 Chân 1- Nối đất Chân 2- Ngõ vào xung Chân 3- Ngõ Chân 4- Hồi phục Chân 5- Điện áp điều khiển Chân 6- Điện áp ngưỡng Chân 7- Xả điện Chân 8- Nguồn cấp dương Hình 2.7.Sơ đồ chức chân IC555 Mạch tích hợp IC555 mạch tích hợp tương tự - số ứng dụng rộng rãi Khi kết hợp với phần tử R,C bên cho phép có mạch tạo xung đơn (mạch định thì) có độ rộng xung mong muốn, mạch dao động tạo dãy xung vuông có tần số xác định Cấu tạo IC đơn giản hoạt động tốt Bên gồm điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành phần Cấu tạo tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương OA điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm Op-amp Khi điện áp chân nhỏ 1/3 VCC, chân S = [1] FF kích Khi điện áp chân lớn 2/3 VCC, chân R FF = [1] FF reset Hinh 2.9.Nguyên lý hoạt động IC555 Hình 2.8.Sơ đồ nguyên lý IC555 Chu kỳ xung phụ thuộc nhiều vào phần tử R,C bên • Thời gian nạp (có xung ra): tn = 0.69(RA+RB)C • Thời gian xả điện (không có xung ra): tn = 0.69RBC • Chu kì: T=0.69(RA+2RB)C 4.ADC0804 Chip ADC0804 chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC080X Chip có điện áp nuôi +5V độ phân giải bit Ngoài độ phân giải thời gian chuyển đổi Hình 2.10 Sơ đồ chân ADC0804 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 không bé 110µs Các chân khác ADC0804 có chức sau: + 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 hoàn 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 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 Tần số đồng hồ xác định biểu thức: f=1,1/RC VD: 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 hoàn 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 10 Muốn cho tranzito làm việc ta phải cung cấp cho chân cực điện áp chiều thích hợp Có ba chế độ làm việc tranzito là: chế độ tích cực (hay chế độ khuếch đại), chế độ ngắt chế độ dẫn bão hòa Cả hai loại tranzito P-N-P N-P-N có nguyên lý làm việc giống nhau, có chiều nguồn điện cung cấp vào chân cực ngược dấu + Chế độ ngắt: Cung cấp nguồn điện cho hai tiếp xúc P-N phân cực ngược Tranzito có điện trở lớn có dòng điện nhỏ chạy qua nên tranzito coi không dẫn điện + Chế độ dẫn bão hòa: Cung cấp nguồn điện cho hai tiếp xúc P-N phân cực thuận Tranzito có điện trở nhỏ dòng điện qua lớn Ở chế độ ngắt chế độ dẫn bão hòa, tranzito làm việc phần tử tuyến tính mạch điện Ở chế độ tranzito khóa điện tử sử dụng mạch xung, mạch số + Chế độ tích cực: Ta cấp nguồn điện cho tiếp xúc phát TE phân cực thuận, tiếp xúc góp TC phân cực ngược Ở chế độ tích cực, tranzito làm việc với trình biến đổi tín hiệu dòng điện, điện áp, hay công suất có khả tạo dao động, khuếch đại tín hiệu 6.Cơ cấu thị Là thiết bị hiển thị cho người dùng biết nhiệt độ đối tượng cần đo Có nhiều cấu thị khác như: từ điện, điện động Cụ thể ta sử dụng cấu thị từ điện.Vì dòng điện dòng chiều điện áp chiều với giá trị bé Cấu tạo chung: phần tĩnh phần động • Phần tĩnh: gồm nam châm vĩnh cửu, mạch từ cực từ lõi sắt hình thành mạch từ kín Giữa cực từ lõi sắt có có khe hở không khí gọi khe hở làm việc, đặt khung quay chuyển động 13 • Phần động: gồm: khung dây quay quấn bắng dây đồng Khung dây gắn vào trục quay (hoặc dây căng, dây treo) Trên trục quay có hai lò xo cản mắc ngược nhau, kim thị thang đo Nguyên lý làm việc chung: có dòng điện chạy qua khung dây (phần động), tác động từ trường nam châm vĩnh cửu (phần tĩnh) sinh mômen quay Mq làm khung dây lệch khỏi vị trí ban đầu góc α Mômen quay tính theo biểu thức: M q ==B.S.I.W B: độ từ cảm nam châm vĩnh cửu S: tiết diện khung dây W: số vòng dây khung dây Với cấu thị cụ thể B, S, W, D số nên góc lệch α tỷ lệ bậc với dòng điện I chạy qua khung dây Các đặc tính chung: từ biểu thức suy cấu thị từ điện có đặc tính sau: + Chỉ đo dòng điện chiều + Đặc tính thang đo + Độ nhạy số 7.Thiết bị cảnh báo Để cảnh báo nhiệt ta sử dụng chuông cảnh báo coài cảnh báo, ta sử dụng đồng thời hai để cảnh báo nhiệt Những thiết bị thường 14 hoạt động đơn giản dễ dàng lắp đặt sử dụng nguồn chiều hay xoay chiều 8.Nguồn cấp cho mạch Trong mạch sử dụng nguồn điện chiều với cấp điện áp 5V, -12V/+12V tùy theo yêu cầu mạch thực tế nguồn điện chiều thường chỉnh lưu từ nguồn xoay chiều nguồn cấp gồm có : Máy biến áp có chức hạ áp từ 220V xuống cấp điện áp thấp mà ta sử dụng 5V, -12V+ Bộ chỉnh lưu cầu gồm có điot, tụ điện, điện cuộn cảm có tác dụng chỉnh lưu từ dòng xoay chiều sang dòng chiều sơ đồ nguyên lý khối chỉnh lưu: Hình 2.12 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu pha với tải khác Chương : Tính toán, thiết kế mạch đo 3.1 Tính toán, lựa chọn cảm biến Dải đo từ: toC = tmin÷ tmax = 0÷(100+10.n) Với n=30 → toC = ÷400oC ta chọn cặp nhiệt ngẫu làm từ chromel/coben để sử dụng đề tài • Cực dương chromel, cực âm coben hợp kim gồm 56%Cu + 44% Ni • Nhiệt độ làm việc ngắn hạn 800oC, Eđ = 66 mV • Nhiệt độ làm việc dài hạn < 600oC 3.2 Tính toán, thiết kế mạch đo 15 3.3 Tính toán, thiết kế mạch nguồn cung cấp Vì hầu hết nguồn sử dụng mạch nguồn chiều mà thực tế nguồn lại nguồn xoay chiều với điện áp 220V => Biến đổi dòng xoay chiều sang chiều Tính chọn máy biến áp: Ở có hai nguồn đó: +5V, +12V/-12V, cần sử dụng máy biến áp có nhiều cấp điện áp để lấy hai cấp điện áp dùng Hoặc ta hạ xuống 12V dùng biến trở để chỉnh xuống 5V tiêu tốn lượng lượng nên dùng chỉnh lưu điện áp Một phương pháp khác ta dùng khối ổn áp chiều để có đầu thay đổi Phương án thiết kế : Dùng IC ổn áp chiều + Biến áp : Do yêu cầu đặt nên ta sử dụng biến áp có điện áp vào 220V điện áp 12V + Mạch chỉnh lưu : ưu điểm mạch chỉnh lưu cầu điện áp nhấp nháy, điện áp ngược mà điôt phải chịu nhỏ so với phương pháp cân nên ta chọn chỉnh lưu cầu pha nửa chu kỳ 16 + Bộ lọc nguồn có nhiệm vụ san điện áp để dòng điện phẳng hơn, lọc tụ điện đơn giản chất lượng học cao Nên ta dùng tụ điện + Khối ổn áp theo yêu cầu thiết kế có điện áp +5V, +12V/-12V Ta dùng IC7812/IC7912 7805 + Sơ đồ khối mạch nguồn: 3.4 Tính toán thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa 3.4.1: Chuẩn hóa đầu với mức điện áp U= -5V Sơ đồ mạch khuếch đại đo lường : Vậy điện áp xác định biểu thức với điều kiện bình thường R4R7=R5R6 Uo= Ung .( + 1) Với U0= -5V Ung=Ura= -0,0164 V ta có : 17 .( + 1) = = = 304,9 Chọn R4= R5 = R6 = R7 = 1k Vậy ta có : + = 304,9 = 303,9 R2 + R3 = 303,9 R1 Chọn R2=R3=1520 Ω R1=10 Ω 3.4.2 Chuẩn hóa đầu có dòng mA Dùng mạch biến đổi U-I với phụ tải nối đất chung 18 Thường chọn điều kiện mạch : R8(R11+R12) = R9R10(*) Ta có IL= (U12-U11) Ta có : 16,4 10-3 =20.10 -3 19 Nên : R9= Thay vào (*) ta có 16,4(R4+R5)=20R4R3 Chọn R3=16,4Ω Ta có : R4+R5=20R4 Chọn R4=10 Ω Suy R5=190 Ω 3.5 Tính toán mạch nhấp nháy cho LED 20 Theo yêu cầu toán thời gian sáng thời gian tối LED =(1+0,5*0)=1 (s ) Nguyên lý hoạt động chung mạch: Khi nhiệt độ nằm giới hạn oC ÷ 200oC U- > U+ điện áp mạch so sánh mức L, qua cổng logic NOT điện áp U o mức H Khi chân (RST) đưa lên mức cao, IC555 hoạt động chân có xung làm cho LED nhấp nháy Tương tự U- < U+ điện áp mạch so sánh mức H, qua cổng logic NOT điện áp Uo mức L Khi chân (RST) kéo xuống mức thấp (0V), IC555 ngừng làm việc => LED không nhấp nháy Do mạch tạo xung vuông đối xứng nên: Ta có R13=R14=10kΩ Từ công thức R14.C1.0,69= suy C1=145uF 3.6 Tính toán , thiết kế mạch cảnh báo - Khi nhiệt độ vượt t max/2 =200oC đưa tín hiệu cảnh báo tới loa Với yêu cầu ta sử dụng mạch so sánh, + van bán dẫn đơn giản sử dụng transistor - Nguyên lý hoạt động chung mạch: Khi nhiệt độ vướt t max/2 = 200oC U- < U+ điện áp mạch so sánh mức H Chân B transistor nâng lên mức 1, đồng thời transistor phân cực thuận, xuất dòng điện I EC qua 21 loa làm loa kêu Ngược lại transistor bị phân cực ngược dòng qua loa 3.7 Sử dụng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân Xây dựng hiển thị số BCD Sử dụng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân - ADC0804 chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Chip có điện áp nuôi +5V độ phân giải bit - Nguyên lý hoạt động chung mạch: Để ADC0804 làm việc chân CS phải đặt mức thấp Chân RD nhận tín hiệu vào tích cực mức thấp, đồng thời chân RW phải có xung cao xuống thấp để IC bắt đầu trình chuyển đổi Cụ thể mạch sử dụng IC555 để tạo xung vuông LED D tắt báo cho người dùng biết trình chuyển đổi hoàn tất RD mức thấp, tín hiệu số đưa PORT D (DB0-BD7) Quá trình lặp lặp lại điện áp chân V IN chuyển đổi sang mã nhị phân - Sơ đồ mô Proteus Hình 3.9.Bộ chuyển đổi điện áp sang mã nhị phân bit - Tính toán giá trị linh kiện mạch: Mạch chuyển điện áp sang mã nhị phân 22 + Thời gian chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số định dao động nối với chân CLK IN CLK R Chọn R23 = 10 kΩ, C5 = 150 pF => tần số f = 606 kHz (f=1,1/RC) thời gian chuyển đổi 110 µs + Chân INTR chân ngắt nối với LED D thông qua R24 = 220 Ω Mạch tạo xung vuông dùng IC555 + Ở ta chọn thời gian lấy mẫu 1s: • T=0.69 • Chọn + Cứ sau 1s IC lại chuyển đổi lần điện áp chuyển đổi sang mã nhị phân liên tục Xây dựng hiển thị số BCD - Số nhị phân bit có giá trị lớn 255 Vì ta sử dụng LED đoạn để hiển thị kết tương ứng với số hàng đơn vị, hàng chục hàng trăm - Từ nhận xét chúng em chia thành khối mạch sau: khối hiển thị LED đoạn hàng đơn vị, khối mạch hiển thị hàng chục khối hiển thị hàng trăm - Cách chuyển đổi số nhị phân tự nhiên bit thành số BCD: + Đầu tiên ta chuyển số bit thành số BCD: hai số BCD có giá trị từ 10 đến 910 cộng lại cho kết từ 010 đến 1810 , để đọc kết dạng BCD ta phải hiệu chỉnh kết có từ mạch cộng nhị phân + Dưới kết tương đương loại mã: thập phân, nhị phân BCD 23 - Nhận thấy: + Khi kết = 10 để có mã BCD ta phải cộng thêm cho mã nhị phân - Để giải vấn đề hiệu chỉnh trước tiên ta thực mạch phát kết trung gian mạch cộng số nhị phân bit Mạch nhận kết trung gian phép cộng số nhị phân bit cho ngõ Y=1 kết qủa >= 10, ngược lại, Y=0 - Bảng thật: - Mạch cộng số BCD thực theo sơ đồ: 24 Hình 3.10 Mạch cộng số nhị phân bit - Vận hành: + IC thứ cho kết trung gian phép cộng hai số nhị phân + IC thứ hai dùng hiệu chỉnh để có kết số BCD • Khi kết =10,IC nhận ỡ ngõ vào A số 0110 (do Y=1) kết hiệu chỉnh nói - Như vậy, ta chuyển đổi số nhị phân bit thành số BCD - Tiếp theo ta đổi số bit, bit, bit bit thành số BCD • Ở bít thứ ( giá trị thập phân tương ứng 16 ) Vì vậy, ta cộng vào khối mạch hiển thị đơn vị, cộng vào khối hiển thị hàng chục • Ở bít thứ ( giá trị thập phân tương ứng 32 ) Vì vậy, ta cộng vào khối mạch hiển thị đơn vị, cộng vào khối hiển thị hàng chục • Ở bít thứ ( giá trị thập phân tương ứng 64 ) Vì vậy, ta cộng vào khối mạch hiển thị đơn vị, cộng vào khối hiển thị hàng chục Lúc xuất bit tràn hàng chục nên ta đưa vào khối hiển thị hàng trăm 25 • Ở bít thứ ( giá trị thập phân tương ứng 128 ) Vì vậy, ta cộng vào khối mạch hiển thị đơn vị, cộng vào khối hiển thị hàng chục (nếu có bit tràn cộng vào khối hiển thị hàng trăm) cộng vào khối hiển thị hàng trăm - Tiếp theo phần hiển thị kết quả: ta sử dụng IC 7447 để giải mã LED đoạn - Sơ đồ mô Proteus Hình 3.11.Bộ chuyển đổi bit sang BCD 26 Chương 4: Kết luận hướng phát triển 4.1 Kết luận Với đề tài giao em cố gắng hoàn thành thời gian quy định Trong trình thiết kế, kiến thức hạn hẹp trình độ hiểu biết chuyên môn tương đối hạn chế nên khó tránh khỏi sai sót, khuyết điểm Em mong nhận góp ý bảo nhiệt tình từ phía thầy cô để đề tài hoàn thiện 4.2 Hạn chế Hạn chế: - Sai số lớn hệ số Ku khối khuếch đại lớn, thực tế khó chỉnh điện áp 0V,do điện trở tiến đến vô - Mạch hiển thị số phức tạp - Mạch chưa tối ưu 27 [...]... dây Các đặc tính chung: từ biểu thức suy ra cơ cấu chỉ thị từ điện có các đặc tính cơ bản sau: + Chỉ đo được dòng điện 1 chiều + Đặc tính thang đo đều + Độ nhạy là 1 hằng số 7 .Thiết bị cảnh báo Để cảnh báo quá nhiệt ta có thể sử dụng chuông cảnh báo hoặc coài cảnh báo, hoặc ta có thể sử dụng đồng thời cả hai để cảnh báo quá nhiệt Những thiết bị này thường 14 hoạt động đơn giản dễ dàng lắp đặt và sử dụng. .. 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 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 Vref/2: Chân số 9, là chân điện áp đầu vào được dùng làm... đồ mạch chỉnh lưu cầu 1 pha với các tải khác nhau Chương 3 : Tính toán, thiết kế mạch đo 3.1 Tính toán, lựa chọn cảm biến Dải đo từ: toC = tmin÷ tmax = 0÷(100+10.n) Với n=30 → toC = 0 ÷400oC cho nên ta sẽ chọn cặp nhiệt ngẫu làm từ chromel/coben để sử dụng trong đề tài • Cực dương là chromel, cực âm là coben là hợp kim gồm 56%Cu + 44% Ni • Nhiệt độ làm vi c ngắn hạn 800oC, Eđ = 66 mV • Nhiệt độ làm vi c... ngừng làm vi c => LED không nhấp nháy Do mạch tạo xung vuông đối xứng nên: Ta có R13=R14=10kΩ Từ công thức R14.C1.0,69= suy ra C1=145uF 3.6 Tính toán , thiết kế mạch cảnh báo - Khi nhiệt độ vượt quá t max/2 =200oC thì đưa ra tín hiệu cảnh báo tới loa Với yêu cầu như vậy thì ta sử dụng luôn mạch so sánh, + một van bán dẫn đơn giản sử dụng transistor - Nguyên lý hoạt động chung của mạch: Khi nhiệt độ vướt... độ làm vi c dài hạn < 600oC 3.2 Tính toán, thiết kế mạch đo 15 3.3 Tính toán, thiết kế mạch nguồn cung cấp Vì hầu hết các nguồn sử dụng trong mạch đều là nguồn một chiều mà trên thực tế thì nguồn lại là các nguồn xoay chiều với điện áp là 220V => Biến đổi dòng xoay chiều sang 1 chiều Tính chọn máy biến áp: Ở đây chúng ta có hai nguồn đó: +5V, +12V/-12V, như vậy cần sử dụng máy biến áp có nhiều cấp điện... coi như không dẫn điện + Chế độ dẫn bão hòa: Cung cấp nguồn điện sao cho cả hai tiếp xúc P-N đều phân cực thuận Tranzito có điện trở rất nhỏ và dòng điện qua nó là khá lớn Ở chế độ ngắt và chế độ dẫn bão hòa, tranzito làm vi c như một phần tử tuyến tính trong mạch điện Ở chế độ này tranzito như một khóa điện tử và nó được sử dụng trong các mạch xung, các mạch số + Chế độ tích cực: Ta cấp nguồn điện... Nếu chân này hở thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm trong dải 0 đến +5V Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin khác với dải 0 đến +5V Chân Vref/2 được dùng để thực hiện các điện áp đầu ra khác 0 đến +5V D0 – D7, chân số 18 – 11, là các chân ra dữ liệu số (D7 là bit cao nhất MSB và D0 là bit thấp nhất LSB) Các chân này được đệm ba trạng thái và dữ liệu đã được chuyển đổi... phân cực thuận, và tiếp xúc góp TC phân cực ngược Ở chế độ tích cực, tranzito làm vi c với quá trình biến đổi tín hiệu dòng điện, điện áp, hay công suất và nó có khả năng tạo dao động, khuếch đại tín hiệu 6.Cơ cấu chỉ thị Là thiết bị hiển thị cho người dùng biết được nhiệt độ của đối tượng cần đo Có nhiều cơ cấu chỉ thị khác nhau như: từ điện, điện động Cụ thể trong bài ta sẽ sử dụng cơ cấu chỉ thị... chiều thích hợp Có ba chế độ làm vi c của tranzito là: chế độ tích cực (hay chế độ khuếch đại), chế độ ngắt và chế độ dẫn bão hòa Cả hai loại tranzito P-N-P và N-P-N đều có nguyên lý làm vi c giống nhau, chỉ có chiều nguồn điện cung cấp vào các chân cực là ngược dấu nhau + Chế độ ngắt: Cung cấp nguồn điện sao cho hai tiếp xúc P-N đều phân cực ngược Tranzito có điện trở rất lớn và chỉ có một dòng điện... phân tương ứng là 128 ) Vì vậy, ta sẽ cộng 8 vào khối mạch hiển thị đơn vị, cộng 2 vào khối hiển thị hàng chục (nếu có bit tràn thì cộng vào khối hiển thị hàng trăm) và cộng 1 vào khối hiển thị hàng trăm - Tiếp theo là phần hiển thị kết quả: ta sẽ sử dụng IC 7447 để giải mã LED 7 đo n - Sơ đồ mô phỏng trên Proteus Hình 3.11.Bộ chuyển đổi 8 bit sang BCD 26 Chương 4: Kết luận và hướng phát triển 4.1 Kết