Đang tải... (xem toàn văn)
Kĩ thuật số ,một lĩnh vực không còn mang tính thời sự nóng bỏng nhưng vẫn ẩn chứa vô số điều bí ẩn và có sức hấp dẫn lạ kỳ , đã đang từng ngày thâm nhập vào đời sống của chúng ta .Nhưng trong thưc tế các dạng năng lượng thường ở dạng tương tự .Do đó muốn xừ lí chúng theo phương pháp kĩ thuật số ta phải biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số . Xuất phát từ ý tưởng đó, em đã thưc hiện việc xây dựng một mạch điện đo nhiệt độ hiển thị ra đèn LED .Mạch này chỉ mang tính chất thử nghiệm thưc tế về vấn đề chuyển đổi ADC , vấn đề xử lí tín hiệu số và vấn đề đo lường các đại lượng không điện bằng điện . Để thưc hiện được đề tài này ,dưới sự hướng dẫn của cô giáo THÚY ANH , em đã tham khảo một số sách như: • KỸ THUẬT SỐ THỰC HÀNH của tác giả ĐẮC THẮNG • ĐO LƯỜNG CÁC ĐẠI LƯỢNG KHÔNG ĐIỆN BẰNG ĐIỆN • ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ
MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ HIỂN THỊ RA ĐÈN LED Mục lục CHƯƠNG 1.MỞ ĐẦU 4 1.Tổng quan: 4 2.Nôi dung báo cáo : 4 4 CHƯƠNG 2 VẤN ĐỀ CHUYỂN ĐỔI ADC(SỬ DỤNG MẠCH SO SÁNH) 5 1 MẠCH SO SÁNH: 5 2 Mạch ADC kiểu so sánh song song 6 3 Mạch ADC kiểu đếm: 8 4 Mach ADC sử dụng điện áp răng cưa: 9 5 Mạch ADC so sánh liên 9 6 Mạch ADC xấp xỉ liên tiếp 10 7 Độ chính xác của mạch chuyển đổi tương tự_số : 10 8 Vấn đề giải mã để hiển thị số: 11 9 Lưa chọn phương pháp biến đổi điện áp tương tự thành tín hiệu số: 12 CHƯƠNG 2 VẤN ĐỀ BIẾN ĐỒI NHIỆT ĐIỆN 13 1 Vào đề 13 2 Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu 14 3 Nhiệt kế điện trở :dùng nhiệt điện trở 14 4 Lựa chọn phương pháp biến đổi nhiệt - điện 16 CHƯƠNG 4 XEM XÉT VÀ LỰA CHỌN LINH KIỆN CHO TỪNG BỘ PHẬN 17 1 Cấu trúc cơ bản của một dụng cụ đo nhiệt độ: 17 1 2.Phân loại dụng cụ đo: 17 3 Sơ đồ nguyên lí chức năng : 18 4 Sơ đồ thực tế của các bộ phận tương ứng : 19 CHƯƠNG 5 VẤN ĐỀ PHỐI HỢP GIỮA CÁC BỘ PHẬN 33 1 Phối hợp giữa bộ biến đổi tương tự số và bộ vi điều khiển AT89S52: 33 2.Phối hợp giữa bộ cảm biến và bộ vi điều khiển : 35 3.Phối hợp bộ vi điều khiển với đèn LED 7thanh : 35 CHƯƠNG 6 TỔNG THỂ TOÀN MẠCH 36 1 Sơ đồ nguyên lí 38 2.Sơ đồ chân lắp ráp của mạch đo 39 CHƯƠNG 7 VẤN ĐỀ LẬP TRÌNH CHO IC VI ĐIỀU KHIỂN 40 1.Trình tự thực hiện : 40 2.Lựa chọn ngôn ngữ để lập trình cho IC : 40 3.Xây dựng lưu đồ thuật toán của chương trình : 41 4.Viết chương trình viết theo ngôn ngữ C: 43 5.Nạp chương trình cho IC vi điều khiển: 45 CHƯƠNG 8 VẤN ĐỀ ĐO LƯỜNG 49 1.Caùc ñònh nghóa vaø ñaëc tröng chung 49 2 Caùc ñaïi löôïng aûnh höôûng ñeán tín hieäu ño 50 3.Sơ đồ khối tổng quát của một maïch ño 51 4 Sai soá cuûa pheùp ño 52 5 Chuaån caûm bieán 55 6 Ñoä nhaïy 56 7 Ñoä nhanh – thôøi gian hoài ñaùp 56 2 8 Giôùi haïn söû duïng caûm bieán 57 CHƯƠNG 9 THI CÔNG MẠCH ĐIỆN 58 CHƯƠNG 10 KẾT LUẬN VÀ MỞ RỘNG ĐỀ TÀI 59 Tài liệu tham khảo 60 3 CHƯƠNG 1.MỞ ĐẦU 1.Tổng quan: Kĩ thuật số ,một lĩnh vực không còn mang tính thời sự nóng bỏng nhưng vẫn ẩn chứa vô số điều bí ẩn và có sức hấp dẫn lạ kỳ , đã đang từng ngày thâm nhập vào đời sống của chúng ta Nhưng trong thưc tế các dạng năng lượng thường ở dạng tương tự Do đó muốn xừ lí chúng theo phương pháp kĩ thuật số ta phải biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số Xuất phát từ ý tưởng đó, em đã thưc hiện việc xây dựng một mạch điện đo nhiệt độ hiển thị ra đèn LED Mạch này chỉ mang tính chất thử nghiệm thưc tế về vấn đề chuyển đổi ADC , vấn đề xử lí tín hiệu số và vấn đề đo lường các đại lượng không điện bằng điện Để thưc hiện được đề tài này ,dưới sự hướng dẫn của cô giáo THÚY ANH , em đã tham khảo một số sách như: KỸ THUẬT SỐ THỰC HÀNH của tác giả ĐẮC THẮNG ĐO LƯỜNG CÁC ĐẠI LƯỢNG KHÔNG ĐIỆN BẰNG ĐIỆN ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 2.Nôi dung báo cáo : Chương 1:Tổng quan Chương 2:Vấn đề chuyển đổi ADC Chương 3:Vấn đề chuyển đổi nhiệt - điện Chương 4:Vấn đề thiết kế mạch đo Chương 5:Kết quả thu được 4 CHƯƠNG 2 VẤN ĐỀ CHUYỂN ĐỔI ADC(sử dụng mạch so sánh) 1 MẠCH SO SÁNH: Ta quan tâm đến vấn đề mạch so sánh Ura ở mức cao biểu thị cho mưc logic high Ur Ucao U1 Ura + U2 - u=U1-U2 Uthấp phần chuyển tiếp Ura ở mức thấp biểu thị cho mức logic low 5 2 Mạch ADC kiểu so sánh song song : 6 Urep Uin R MSB BỘ MÃ HOÁ U2 n bit đầu ra 1LSE U1 LSB 2 mũ n trừ1 mạch so sánh Mạch ADC kiểu so sánh // n bit _Ví dụ với số bit la` 3 thì có 7 bộ so sánh 7 Đầu vào chia làm tám giải điện áp 6 dải đầu có giá trị la` S=Uo/7,2dải còn lại co giá trị la` S/2=Uo/14 Uv trong khoảng 0- Uo/14 thì tín hiệu số đầu ra sẽ là 000 Uv trong khoảng Uo/14- 3Uo/14 thì tín hiệu số đầu ra sẽ là 001 Uv trong khoảng 3Uo/14- 5Uo/14 thì tín hiệu số đầu ra sẽ là 010 Uv trong khoảng 5Uo/14- 7Uo/14 thì tín hiệu số đầu ra sẽ là 011 Uv trong khoảng 7Uo/14- 9Uo/14 thì tín hiệu số đầu ra sẽ là 100 Uv trong khoảng 9Uo/14- 11Uo/14 thì tín hiệu số đầu ra sẽ là 101 Uv trong khoảng 11Uo/14- 13Uo/14 thì tín hiệu số đầu ra sẽ là 110 Uv trong khoảng 13Uo/14- Uo thì tín hiệu số đầu ra sẽ là 111 3 Mạch ADC kiểu đếm: Uv Uss Cp S Q _ R Q RESET Udac DAC mạch đếm Tín hiệu số ra mạch bao gồm mạch so sánh , FlipFlôp RS ,cổng ANDđẻ đóng mở bộ giao động chuẩn Cp mạch đếm nbit mắc thành vòng hồi tiếp mạch đếm và FlipFlop được reset nên điện áp ra UDAC của bộ DAC =0 và cổng and mở ra cho xung Cp vào mạch đếm.lúc nay điên áp vào Uv lớn hơn Udac nên điện áp so sánh Uss o tri số thấp.Udac tăng theo bâc hình thang cho đến khi lớn hơn Uv thì Uss chuyển về mức giá trị cao ,qua FlipFlop RS làm Q đảo =0 dãn đến đóng cổng And Lúc này tín hiệu trong mạch đếm la` tín hiệu số nbit tương ứng của tín hiệu vào Uv Mạch này chỉ áp dụng cho trường hợp Uv biến đổi tương đối chậm khi đó giá trị số ở đầu ra ADC tuy rời rạc nhưng khá trung thực Cần lưu ý thêm sau mỗi lần chyển đổi các dữ liệu số thu đươc cần phải đưa vaò mạch lưu trữ hoặc chuyển đến bộ phân sư lý trước khi reset toàn mạch 8 4 Mach ADC sử dụng điện áp răng cưa: Uss Cp mạch đầu ra số đếm RESET Uv R Q _ S Q Mạch tạo điện áp răng cưa _Tín hiệu điện áp răng cưa là tín hiệu điên áp tăng dần theo thời gian với độ dốc là hằng số.Khi kích thích điều khiển thì FF được đặt khiến đầu ra Q=1 nên mở cổng AND cho xung nhịp Cp vào mạch đếm , đồng thời điện thế Udl tăng dần cho đến khi Udl >Uv thì Uss chuyển lên mức cao làm FF được đặt lại ,Q=0 Do đó cổng AND bị khóa và mạch đếm ngừng lại , Uss cũng có thể được dùng để reset, mạch dốc lên 5 Mạch ADC so sánh liên tục: điện áp vào Uss Mạch Điều Khiển đếm đếm xuống lên DAC Mạch Đếm Udac Dao động chuẩn Tín hiệu số ra Mach cho phép tín hiệu đầu vào Uv biến thiên nhanh hơn _Nguyên lý hoạt động :khi sự khác biệt giữa Uv và Udac dến một giá trị nào đó do phần chuyển tiếp của mach so sánh quyết định thì Uss sẽ ở một trong 2 trị số Ucao hoăc 9 Uthấp Mạch diều khiển căn cứ vào Uss để đưa tín hệu ra đếm lên hay dếm xuống vào mạch đếm va` do đó Udac sẽ biến đổi theo Tuy nhiên Udac còn bi giới hạn bởi tần số của mạch dao động chuẩn nên chỉ có thể bám theo được nhưng biến thiên của tín hiệu đầu vào đến một tốc độ nào đó 6 Mạch ADC xấp xỉ liên tiếp : Uvào Uss Mạch điều khiển DAC Mạch ghi Udac Dao động chuẩn Tín hiệu số ra _Mạch có dạng tương tự mạch so sánh liên tuc nhưng ở đây người ta xử dụng một mạch ghi thay thế cho mạch đếm tương ứng Mạch này cũng dùng để giảm bớt thời gian chuyển đổi Khimạch ghi ở trang thái reset (000) sau đó mạch điều khiển kích thích để bit lớn nhát đổi trang thái Có hai trường hợp xảy ra : _Udac lớn hơn Uv thì bit này bị bỏ đi _Udac nhỏ hơn Uv thì bit này đươc duy trì Sau đó bit kế tiếp xuất hiện va` cứ tiếp tuc như vậy cho đến khi Udac xấp xỉ Uv với một sai số nhất định với phương pháp này thời gian chuyển đổi dài nhất là 2n lần chu kì xung của giao động chuẩn đối với mạch Nbit Trong khi đó nếu so sánh với phương pháp kia thì thời gian tối đa có thể là (2mũ n) -1 lần chu kì xung chuẩn nhưng với mạch dạng này có nhươc dim là mạch diều khiển rất rắc rối 7 Độ chính xác của mạch chuyển đổi tương tự_số : a)Sai số tĩnh : khi mạch làm việc thường xuất hiện sai số hệ thống Các sai số lượng tử bằng một nửa giá trị điện áp ULSB cần thiết thêm vào điện áp Uv để làm thay đổi 1mã của một bit Bên cạnh đó còn có sai số do kết cấu của mạch gây ra Vì vậy , trên lý thuyết ,các điểm giữa của các bậc trên đường gấp khúc nối với nhau thành một đường thẳng với 1hệ số góc nhất định xuât phát từ gốc toạ độ nhưng trong thực tế , đường nối đó không phải là một đường thẳng mà là một đường gấp khúc và cũng không xuất phát từ gốc toạ độ.Các sai số do kết cấu của mạch gây ra càng ngày càng được khắc phục tốt hơn để tạo ra ADC gần như lý tưởng 10 ... Dải nhiệt độ :-5 5độ C đến 150 độ C Sai số cực đại 1,5 độ C nhiệt độ đo lớn 100 độ C CHƯƠNG XEM XÉT VÀ LỰA CHỌN LINH KIỆN CHO TỪNG BỘ PHẬN Cấu trúc dụng cụ đo nhiệt độ: Một dụng cụ đo nhiệt. .. sát phương pháp đo trực tiếp giải nhiệt độ cần đo cao Đo nhiệt độ phương pháp trưc tiếp ta lại khảo sát loại nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu nhiệt kế nhiệt điện trở Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu : ... BCD ) giải mã hiển thị kết đèn LED 7thanh kết hiển thị giá trị nhiệt độ đo Mạch đo sử dung biến đổi ADC kiểu đếm Mỗi tầng đếm BCD cịn kích thích ghi bit , để ni giải mã hiển thị nôi dung BCDđược
