Bài tập lớn môn Vi mạch số - Vi mạch tương tự - Đo tần tốc độ động cơ và giám sát nhiệt độ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ********* BÀI TẬP LỚN MÔN: VI MẠCH SỐ- VI MẠCH TƯƠNG TỰ ĐỀ TÀI: ĐO TẦN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thu Hà Sinh viên thực hiện: MSV: Nguyễn Duy Khánh 0841240092 Lê Xuân Linh 0841240104 Đào Xuân Hưng 0841240169 Nguyễn Tùng Lâm 0841240146 Dương Cao Lộc 0841240170 Lớp : ĐH Tự Động Hóa 2 – K8 Lời nói đầu: Trong thời đại ngày nay, việc tự động hóa trong các ứng dụng thực tiễn và quá trình sản xuất mang một ý nghĩa vô cùng to lớn.Có thể nói tự động hóa là ngành đánh dấu cho sự phát triển của công nghiệp thế giới nói chung và mỗi quốc gia nói riêng. Tự động hóa trong sản xuất làm tăng năng suất , giảm giá thành và nâng cao chất lượng sản phẩm. Là sinh viên chuyên ngành Tự động hóa của trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, chúng em luôn trao dồi kiến thức để có nền tảng ,phát huy được tính sáng tạo .. Nhắc tới Tự động hóa không thể không nhắc tới bộ môn : “Vi mạch tương tự và vi mạch số”. Sau một thời gian làm việc, nghiên cứu và tham khảo nhóm chúng em đã hoàn thành bài nghiên cứu: “ Đo tần tốc độ động cơ và giám sát nhiệt độ”. Động cơ là một thiết bị phổ biến , được sử dụng rộng rãi chính vì thế việc tính toán và chọn động cơ sao cho cần thiết là vô cùng quan trọng. Cũng tương tự như vậy, nhiệt độ là tín hiệu vật lý mà ta thường thấy ở ngoài thực tiễn cũng như trong kĩ thuật và sản xuất, việc đo nhiệt độ cũng chính vì thế là một yêu cầu thiết thực Bài nghiên cứu của chúng em hi vọng sẽ giúp mọi người hiểu rõ được về cách chọn động cơ cũng như tính toán được nhiệt độ ! Chúng em xin chân thành cảm ơn cô giáo: Nguyễn Thu Hà đã giảng dạy chúng em bộ môn “ Vi mạch tương tư và vi mạch số ” cũng như đã giúp đỡ chúng em rất nhiều để hoàn thành được bài nghiên cứu này. Tuy vậy ,do kiến thức còn hạn chế nên đề tài của chúng em còn nhiều thiếu xót,rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Chương I Trình bày về các mạch chức năng sử dụng trong hệ thống 1.1: Phân tích yêu cầu công nghệ. Nội dung: Hệ thống gồm: 1 encoder(100 xung/vòng), 4 led 7 thanh để hiển thị dải đo. 2 nút Start và Stop để khởi động và dừng hệ thống. 1 cảm biến nhiệt độ dung cặp nhiệt ngẫu để giám sát nhiệt độ( dải đo từ 0℃ ÷ (100+n)℃) Hoạt động: Khi ấn nút Start, hệ thông thực hiện đo động cơ ( dải đo từ 0 – 9999 vòng/s), đồng thời mạch chuẩn hóa đầu ra cung cấp thong tin về nhiệt độ. Hệ thống dừng khi ấn Stop – Sử dụng các thiết bị đo khi cần thiết. Phân tích: Đo tốc độ động cơ dùng encoder, tín hiệu từ encoder tạo ra các dạng xung vuông có tần số thay đôi phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Do đó các xung vuông này được đưa vào bộ vi xử lý để đếm số xung trong khoảng thời gian cho phép từ đó ta có thể tính được giá trị vận tốc của động cơ. Đây cũng là phương pháp mà người ta sử dụng để ổn định tốc độ động cơ hay điều khiển nhanh chậm. Đo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt ngẫu dựa trên cơ sở hiệu ứng nhiệt điện. Bộ mã hóa nhị phân – thập phân ( bộ mã hóa BCD): Bộ mã hóa nhị-thập phân là mạch điện có nhiệm vụ chuyển 10 chữ số hệ thập phân thành mã hệ nhị phân. Dạng mã này còn được gọi là mã BCD Giải mã BCD sang led 7 đoạn, Mạch giải mã là mạch có chức năng ngược lại với mạch mã hoá tức là nếu có 1 mã số áp vào ngõ vào thì tương ứng sẽ có 1 ngõ ra được tác động, mã ngõ vào thường  ít hơn mã ngõ ra. Để đèn led hiển thị 1 số nào thì các thanh led tương ứng phải sáng lên, do đó, các thanh led đều phải được phân cực bởi các điện trở khoảng 180 đến 390 ohm với nguồn cấp chuẩn thường là 5V. IC giải mã sẽ có nhiệm vụ nối các chân a, b,.. g của led xuống mass hay lên nguồn (tuỳ A chung hay K chung). Bộ đếm là thiết bị đếm được số xung cửa vào, đầu ra của bộ đếm là số lượng xung đếm được. Mạch dao động được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị điện tử, như mạch dao động nội trong khối RF Radio, trong bộ kênh Tivi mầu, Mạch dao động tạo xung dòng , xung mành trong Tivi, tạo sóng hình sin cho IC Vi xử lý hoạt động v v...Ở đây ta sử dụng mach tạo dao động với IC555. 1.2: Các phương pháp đo tốc độ: Để đo tốc độ động cơ ta có rất nhiều phương pháp khác nhau, tùy thuộc vào yêu cầu, mục đích mà ta sử dụng. 1.2.1 . Đo tốc độ động cơ sử dụng máy phát tốc : Nhược điểm độ chính xác thấp, lại đòi hỏi kèm theo bộ chuyển đổi tương tự số để số hóa tín hiệu đo nên phương pháp này không được ưa dùng nó dần đi vào dĩ vãng. 1.2.2 . Phương pháp sử dụng bộ cảm biến quang tốc độ với đĩa giải mã Đo tốc độ động cơ có các ưu điểm: Độ phân giải cao dẫn đến kết quả cực kỳ chính xác. Ít nhiễu với sóng điện từ. . Phương pháp sử dụng máy đo góc tuyệt đối : Ưu điểm ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ,ít nhiễu điện từ tuy nhiên chúngkhông đạt được độ phân giải cao như bộ cảm biến quang tốc độ với tín hiệu hình sin. 1.2.4 . Phương pháp xác định tốc độ gián tiếp qua phép đo dòng điện và điện áp stato mà không cần bộ cảm biến tốc độ. Các phương pháp sử dụng máy phát tốc hoặc bộ cảm biến tốc độ nói trên có một số nhược điểm là: Nó làm cho hệ thống truyền động không đồng nhất do phải lắp thêm váo trục động cơ các cảm biến. Trong một số trường hợp không thực hiện được.Vd như như trong hệ thống truyền động cao tốc hoặc khi động cơ làm việc trong môi trường độc hại. Phương pháp xác định tốc độ gián tiếp qua phép đo dòng điện và điện áp stato mà không cần bộ cảm biến tốc độ khắc phục được các nhược điểm trên. 1.2.5.Phương pháp dùng encoder Phương pháp đo tốc độ động cơ thông dụng nhất hiện nay dùng cảm biến quang hay còn gọi là encoder. Tín hiệu từng encoder tạo ra các dạng xung vuông có tần sốthay đôi vào tốc độ động cơ. Do đó các xung vuông này được đưa vào bộvi xửlý để đếm sốxung trong khoảng thời gian cho phép từ đó ta có thểtính được giá trịvận tốc của động cơ. Đây cũng là phương pháp mà người ta sửdụng để ổn định tốc độ động cơhay điều khiển nhanh chậm.... 1.2.6.Phương pháp dùng cảm biến tiệm cận Cảm biến tiệm cận bao gồm tất cả các loại cảm biến phát hiện vật thể không cần tiếp xúc như công tắc hành trình mà dựa trên những mối quan hệ vật lý giữa cảm biến và vật thể cần phát hiện. Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện. Có 3 hệ thống phát hiện để thực hiện công việc chuyển đổi này: hệ thống sử dụng dòng điện xoáy được phát ra trong vật thể kim loại nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ, hệ thống sử dụng sự thay đổi điện dung khi đến gần vật thể cần phát hiện, hệ thống sử dụng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ. 1.3.Trình bày về nguyên lí đo tốc độ động cơ trong bài: Để đo tốc độ động cơ trong bài ta sử dụng :1 encoder(100 xung/vòng) và 4 led 7 thanh để hiện thị giá trị đo. Tín hiệu từng encoder tạo ra các dạng xung vuông có tần số thay đổi vào tốc độ động cơ. Do đó các xung vuông này được đưa vào bộvi xửlý để đếm sốxung trong khoảng thời gian cho phép từ đó ta có thể tính được giá trịvận tốc của động cơ. Encoder được tích hợp sẵn và được gắn trực tiếp vào động cơ nên ta chỉ cần cấp điện vào cho bộ encoder và lấy 1 dãy tín hiệu ra khi động cơ quay là có xung ra tại chân của encoder thông qua bộ mã hóa và giải mã hiển thị ra bằng 4 Led 7 thanh. Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục. Trên đĩa có các lỗ (rãnh). Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay, chỗ không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được còn những chỗ có lỗ (rãnh), đèn led sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu. Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không.Số xung đếm được và tăng lên nó tính bằng số lần ánh sáng bị cắt! Như vậy là encoder sẽ tạo ra các tín hiệu xung vuông và các tín hiệu xung vuông này được cắt từ ánh sáng xuyên qua lỗ. Nên tần số của xung đầu ra sẽ phụ thuộc vào tốc độ quay của tấm tròn đó. Đối với encoder trong bài dùng thì nó có 2 tín hiệu ra lệch pha nhau 90°. Hai tín hiệu này có thể xác định được chiều quay của động cơ. 1.4.Các linh kiện cần dùng trong bài: - IC NE 5555 : Dùng tạo dao động đếm thời gian. - Điện trở. - Tụ điện - IC 4017 để tạo ra bộ đếm thập phân - Motor-Encoder. - Led 7 thanh. - Cặp nhiệt ngẫu. - Cổng NOT, AND - Nút ấn, công tắc. - IC 74ls90,74ls47, TC7107,uA741. CHƯƠNG II THIẾT KẾ MẠCH ĐO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ. 2.1:Sơ đồ khối bố trí linh kiện trong bài: 2.1.1.Mạch đo tốc độ: KHỐI ĐẾM KHỐI TẠO XUNG KHỐI HIỂN THỊ KHỐI GIẢI MÃ Sử dụng IC 74ls47 Sử dụng IC 74ls90 Hiển thị qua led 7 thanh kk IC 555 Động cơ và encoder Nhiệm vụ các khối: -Khối tạo xung: là 1 IC 555 để tạo xung vuông với tần số phù hợp ( cụ thể sử dụng NE555 vì đây là IC dễ tìm, dễ làm, dễ hiểu nguyên lí làm việc của nó. -Khối đếm: Gồm các IC7490 được ghép nối với nhau để tạo thành hệ đếm phù hợp -Khối giải mã: Gồm các IC7447 giải mã các BCD để đưa ra khối hiển thị -Khối hiển thị: Hiển thị các tín hiệu giải mã qua led 7 đoạn 2.1.2.Mạch giám sát nhiệt độ: -Khối cảm biến: cảm biến nhiệt độ biến nhiệt thành điện ở mức vài mV và được cho vào bộ khuếch đại để cho về điện áp chuẩn. -Khối chuyển đổi U-I : chuyển đổi từ điện áp sang dòng điện với mục đích truyền tải đi xa. - Khối so sánh: so sánh với một điện áp đặt trước và đưa ra tín hiệu dung để báo động khi quá nhiệt độ cho phép. -Khối tạo xung: tạo ra xung vuông với thời gian đề bài đã cho cấp cho khối nhấp nháy. - Khối đèn báo và loa : thực hiện nhiệm vụ nhấp nháy với thời gian đặt trước khi nhiệt độ trong mức cho phép và thực hiện chức năng báo động khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng cho phép. Mạch khuếch đại Mạch chuẩn hóa dòng điện đầu ra Cảm biến nhiêt độ Đèn báo và loa Khối so sánh Bộ tạo xung IC555 2.2:Liệt kê các linh kiện sử dụng trong bản thiết kế: IC 555 Động cơ và encoder. Cổng NOT, AND IC 74ls90,74ls47,4017. Led 7 thanh. Điện trở, tụ điện, led, loa. uA741. Cặp nhiệt ngẫu. 2.3.Xây dựng mạch chuẩn hóa cho cảm biến nhiệt độ với dòng điện đầu ra từ( 0 ÷20mA): Số dư của phép chia tổng số cuối cùng trong mã sinh viên của các sinh viên trong nhóm cho 10 là: n=(2+4+9+6+0)%10 = 1. Vậy giám sát nhiệt độ sẽ từ giải đo: (0÷101)℃. Đầu vào là U0 đầu ra đưa về chuẩn I=0÷20mA. -Khối khuếch đại : Với t = 00C → Ucb=0mV Với t = 1010C→ Ucb=5.32mV Chọn đầu ra của điện áp chuẩn hóa là: U= 0 ÷ -5V Ta có: U0= -R2R1Ucb với Ucb=1,01V và U0=-5V →R2= -R1.U0Ucb chọn R1=1kΩ → R2= -1.(-5)5.32e-3≈941.1 kΩ. Khi nhiệt độ môi trường thay đổi, qua cảm biến ta thu được tín hiệu điện ngõ ra. -Khối chuẩn hóa U-I: Ta có bộ chuyển đổi U-I đảo, với dòng điện đầu ra từ 0-20mA. KUI=IU0=-1R3→R3=-U0I=--520.10-3=250Ω 2.4.Sơ đồ chân, bảng chân lí và ứng dụng các vi mạch sử dung: 2.4.1. IC 555: Cấu trúc của 555 gồm : 2 con OPAMP, 3 con điện trở, 1 transitor, 1 FF ( ở đây là FF RS): - 2 OPamp có tác dụng so sánh điện áp. - Transistor để xả điện. Hình ảnh của IC 555: Chân 1 (GND): cho nối GND để lấy nguồn cấp cho IC hay chân còn gọi là chân chung. Chân 2 (TRIGGER) : đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp. Mạch so sanh ở đây dùng các transitor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3 Vcc. Chân 3 (OUTPUT) : chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic. Trạng thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1. 1 ở đây là mức cáo nó tương ứng gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng trong thực tế nó không được ở mức 0V mà nó trong khoảng ( 0.35->0.75V). Chân 4 (RESET) : dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối masse thì ngõ ra ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức cao thì trạng thái ngõ ra phụ thuộc vào điện áp chân 2 và chân 6. Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường nối chân này lên Vcc. Chân 5 ( CANTROL VOLTAGE): dùng thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biển áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài nối GND. Chân này có thể không nối cũng được nhưng để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF->0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định. Chân 6 (THRESHOLD): là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác và cũng được dùng như 1 chân chốt dữ liệu. Chân 7 (DISCHAGER): có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu điều khiển bởi tầng logic của chân 3. Khi chân 3 ở mức điện áp thấp thì khóa này đóng lại , ngược lại thì nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho mạch R_C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động. Chan 8 (VCC): đây là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động. không có chân này coi như IC chết . Nó được cấp điện áp từ 2->18V. Mạch tạo xung: Có tần số dao động có công thức : f=1/T=1/0.69(R1+2R2)C. Ứng dụng hầu hết vào các mạch tạo xung đóng cắt hay là những mạch dao động 2.4.2. IC chia tần 4017: IC 4017 là ic đếm thập phân tức đếm hệ 10, nó đếm xung clock. Khi ta đưa tín hiệu xung vào chân clock thì ic sẽ đếm xung và xuất ra 10 output tương ứng với 1 xung clock. Sơ đồ chân: IC 4017 có tổng cộng số chân là 16. Chức năng của từng chân như sau: -Chân số 16: là chân nguồn Vcc hoạt động ở mức điện áp cho phép từ 3÷15V. -Chân số 8 : là chân nối Mass. -Chân số 15: là chân Master Reset hoạt động tích cực ở mức thấp có nhiệm vụ làm ngõ ra sẽ đếm trở lại về vị trí hoạt động ban đầu. -Chân số 14: là chân xung Clock hoạt động tích cực ở mức cao.Chân này có chức năng đưa xung Clock từ ngoài vào để IC hoạt động. -Chân số 13: cũng là chân xung nhưng hoạt động ở mức thấp. Ở trạng thái bình thường chân 14 ở mức cao, chân 13 ở mức thấp thì IC hoạt động bình thường, các ngõ ra sẽ lần lượt xuất giá trị.Trong quá trình ngõ ra đang hoạt động ta kích mức cao cho chân 13 thì giá trị nào đang ở mức cao sẽ giữ nguyên trạng thái còn lại các ngõ sẽ ở mức thấp hết. -Chân 3,2,4,7,10,1,5,6,9,11 lần lượt sẽ là thứ tự các giá trị xuất ra. -Chân 12: hoạt động ở mức thấp trong 5 giá trị xuất ra đầu tiên và hoạt động ở mức cao trong 5 giá trị xuất ra tiếp theo. Mạch dùng IC 4017 tạo ra bộ đếm : Ứng dụng: Điều khiển tự động, làm các dụng cụ âm nhạc, điện tử y sinh, hệ thống cảnh báo 2.4.3.Cổng NOT: Phép phủ định logic còn gọi là phép NOT. Dấu của phép phủ định phép NOT là dấu (-) ở trên toán hạng. Kết quả của phép phủ định logic luôn có giá trị ngược lại so với giá trị của biến logic tương ứng. Kí hiệu &bảng chân lí: 2.4.4.Cổng AND: Phép nhân logic còn gọi là phép AND . Dấu của phép nhân: “x”, “.”, và dấu “^” . Có thể nói tích logic chỉ bằng 1 khi mọi toán hạng đều bằng 1. Hàm tính logic hai biến được xác định bằng biểu thức: X=A . B= A x B Hoặc: X= A ∩ B Kí hiệu hình vẽ và bẳng chân lí: 2.4.5. IC 74ls90: -Bốn chân thiết lâp R0(1) (chân số 2), R0(2) (chân số 3), R9(1) (chân số 6), R9(2) (chân số 7) Khi đặt R0(1) = R0(2)=H (ở mức cao) thì bộ đếm được xóa về 0 và các đầu ra ở mức thấp. -R9(1), R9(2) là chân thiết lập trạng thái cao của đầu ra: QA=QD=1, QB=QC=0 -Chân -NC (Chân 4): bỏ trống -Chân 1 và chân 14: hai chân nhân xung đếm CK -Bốn chân 8,9,11,12: chân ngõ ra, tương ứng QC, QB, QD, QA -Chân 5(Vcc): Cấp nguồn cho IC -Chân 10(GND) chân nối mass Bốn chân thiết lập: (1), (2), (1), (2). Khi đặt (1) = (2) = H ( ở mức cao) thì bộ đếm được xoá về 0 và các đầu ra ở mức thấp. (1), (2) là chân thiết lập trạng thái cao của đầu ra: , . NC chân bỏ trống. IC 7490 gồm 2 bộ chia là chia 2 và chia 5: Bộ chia 2 do Input A điều khiển đầu ra . Bộ chia 5 do Input B điều khiển đầu ra , , . Đầu vào A, B tích cực ở sườn âm. Để tạo thành bộ đếm 10 ta nối đầu ra vào chân CKB để tạo xung kích cho bộ đếm 5. , , , là các đầu ra. - Bảng trạng thái: 2.4.6. IC 74ls47: -Giới thiệu: IC74LS47 là loại IC giải mã BCD sang led 7 đoạn. Mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn là mạch giải mã phức tạp vì mạch phải cho nhiều ngõ ra lên cao hoặc xuống thấp (tuỳ vào loại đèn led là anod chung hay catod chung) để làm các đèn cần thiết sáng nên các số hoặc ký tự. IC 74LS47 là loại IC tác động ở mức thấp có ngõ ra cực thu để hở và khả năng nhận dòng đủ cao để thúc trực tiếp các đèn led 7 đoạn loại anod chung. - Hình dạng và sơ đồ chân: Chân 1: BCD B Input. Chân 7: BCD A Input. Chân 2: BCD C Input. Chân 8: GND. Chân 3: Lamp Test. Chân 9: 7-Segment e Output. Chân 4: RB Output. Chân 10: 7-Segment d Output. Chân 5: RB Input. Chân 11: 7-Segment c Output. Chân 6: BCD D Input. Chân 12: 7-Segment b Output. Chân 13: 7-Segment f Output. * Nguyên lý hoạt động: IC 74LS47 là IC tác động mức thấp nên các ngõ ra mức 1 là tắt, mức 0 là sáng, tương ứng với các thanh a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn loại anode chung, trạng thái ngõ ra cũng tương ứng với các số thập phân (các số từ 10 đến 15 không được dùng tới). Ngõ vào xoá BI được để không hay nối lên mức 1 cho hoạt động giải mã bình thường. Nếu nối lên mức 0 thì các ngõ ra đều tắt bất chấp trạng thái ngõ ra. Ngõ vào RBI được để không hay nối lên mức 1 dùng để xoá số 0 (số o thừa phía sau số thập phân hay số 0 trước số có nghĩa). Khi RBI và các ngõ vào D, C, B, A ở mức 0 nhưng ngõ vào LT ở mức 1 thì các ngõ ra đều tắt và ngõ vào xoá dợn sóng RBO xuống mức thấp. Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức 1 và LT ở mức 0 thì ngõ ra đều sáng. Kết quả là khi mã số nhị phân 4 bit vào có giá trị thập phân từ 0 đến 15 đèn led hiển thị lên các số như ở hình bên. Chú ý là khi mã số nhị phân vào là 1111= 1510 thì đèn led tắt. Bảng chân lí: 2.4.7.uA741: Vi mạch 741 có hai đầu vào “INVERTING ( – )”:Đảo, “NON-INVERTING (+)”: Thuận và đầu ra ở chân 6. 1. Khuyếch đại với 741 A. Khuyếch đại đảo: Chân 2 nối với tín hiệu vào và tín hiệu ra đảo B. Khuyếch đại không đảo: Chân 3 nối với tín hiệu vào và tín hiệu ra không đảo Op Amp là một công cụ có nhiều chức năng Khuếch đại hiệu hai điện thế nhập Khuếch đại tin hiệu điện So sánh hai điện thế nhập  . Khi V+ > V- .  . Khi V+ < V- . . Khi V+ = V- . 2.4.8. Cặp nhiệt ngẫu: 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 của các điện cực (3) được hàn nối với nhau bằng hàn vảy, hàn khí hoặc hàn bằng tia điện tử. Đầu tự do nối với dây nối (7) tới dụng cụ đo nhờ các vít nối (6) dây đặt trong đầu nối dây (8). Để cách ly các điện cực người ta dùng các ống sứ cách điện (4), sứ cách điện phải trơ về hoá học và đủ độ bền cơ và nhiệt ở nhiệt độ làm việc. Để bảo vệ các điện cực, các cặp nhiệt có vỏ bảo vệ (1) làm bằng sứ chịu nhiệt hoặc thép chịu nhiệt. Hệ thống vỏ bảo vệ phải có nhiệt dung đủ nhỏ để giảm bớt quán tính nhiệt và vật liệu chế tạo vỏ phải có độ dẫn nhiệt không quá nhỏ nhưng cũng không được quá lớn. Trường hợp vỏ bằng thép mối hàn ở đầu làm việc có thể tiếp xúc với vỏ để giảm thời gian hồi đáp. Nhiệt độ cần đo được xác định thông qua việc đo sức điện động sinh ra ở hai đầu dây của cặp nhiệt ngẫu. Độ chính xác của phép đo sức điện động của cặp nhiệt ngẫu phụ thuộc nhiều yếu tố. Muốn nâng cao độ chính xác cần phải: - Giảm thiểu ảnh hưởng của tác động của môi trường đo lên nhiệt độ đầu tự do. - Giảm thiểu sự sụt áp do có dòng điện chạy qua các phần tử của cảm biến và mạch đo. 2.5.Sơ đồ nguyên lí mạch và nguyên lí hoạt động: CHÚ Ý: Để tiện theo dõi và quan sát ta tách từng mạch ra để phân tích và giải thích, nhưng thực tế khi ta sử dụng 2 mạch sẽ đồng thời hoạt động. 2.5.1.Mạch đo tốc độ động cơ bằng encoder: Ta đóng công tắc ở sau bộ tạo dao động IC555 để bắt đầu quá trình (không nên đo ngay vì lúc này mạch chưa hoạt động ổn định ư, dễ gây sai số lớn). Lúc này xung đi ra từ mạch tạo xung và đi đến IC 4017 để tạo ra bộ đếm thập phân. Vì mục đích nhằm tạo ra đếm 1 lần trong 1 khoảng thời gian nên mạch sẽ được đấu nối như hình bên dưới. Bộ giải mã thập phân 4017 sẽ xuất mức ra ngõ cao từng chân từ Q0-Q9 lần lượt. + Ban đầu khi mức thấp ở Q2 qua cổng NOT sẽ thành mức cao kết hợp với xung tạo ra bởi Ne555 làm mở cổng AND cho tín hiệu đi vào chân CLK. +Khi Q2 được đặt vào mức cao qua cổng NOT trở thành mức thấp nên cổng AND không được mở.Qúa trình này giúp t đếm trong 1 thời điểm nhất định. Yêu cầu của bài đưa ra tốc độ là vòng/s. Bài này ta sử dụng encoder 100xung/vòng . Vi vậy bản chất là đo là đếm xung encoder trong vòng 1s. Tốc độ hiển thi là số xung encoder dem được chia cho 100 sẽ ra được số vòng /s. Vì encoder là 100xung/vòng nên ta chọn T=1/100=0,01s. Kết quả nhận được chính là số vòng/s của động cơ. T=0.01s Ton=0.0033s Toff=0.0067s. R1=R2=10k T=0.69(R1+2R2)C Suy ra C=0.48uF. Sau khi xung ra từ 4017 sẽ tạo thành xung mở cổng đến 1 chân của IC logic AND , kết hợp với tín hiệu ra từ encoder và cổng AND tín hiệu sẽ đi vào khối đếm ( IC 74ls90). Sau khi cổng AND được mở tín hiệu đi vào chân CKA của 74LS90. Cách đấu nối 74LS90 như hình trên. Để có bộ đếm 10 ta nối đầu ra Q0 vào chân CKB để tạo xung kích cho bộ đếm 5. Tín hiệu vào chân CKA(U10) , 74LS90 đếm đếm từ 0-9.Vi khi đếm được 10 xung thì nó sẽ xóa về 0. Để IC tiếp theo hoạt động đúng yêu cầu thì tại chân 14(CKA) của IC tiếp theo phải được cấp xung từ chân 11 của IC trước đó. Khi IC trước nó tràn và xóa về 0 thì IC này sẽ được đếm lên 1 đơn vị. Từ đầu ra của 74ls90 sẽ qua 74LS47, công việc của 74ls47 là giúp giải mã tín hiệu từ bộ đếm 74ls90 và hiển thị ra LED 7 thanh. Muốn thu được kết quả chính xác ta nên đo lại nhiều lần. Khi đo lại ta sẽ ấn nút Reset để quá trình lặp lại. Vì muốn có được kết quả 1 cách chính xác và tổng quan hơn, ta sử dụng thêm 1 bộ tạo xung IC555 với T=0.6s. thì kết quả nhận được trên led sẽ là tốc độ vòng/phút. Ta sử dụng thêm 1 công tắc 2 chiều SW-SPDT để có thể chuyển đổi qua lại giữa 2 đơn vị là vòng/s và vòng/phút. 2.5.2.Mạch giám sát nhiệt độ. - Từ đầu ra của của cặp nhiệt ngẫu đi qua mạch khuếch đại đảo sử dụng IC 741 để chuẩn hóa đầu ra từ 0÷5V. Mạch chuẩn hóa U – I đã nêu ở phần trên. -Tín hiệu ra Uo của bộ khuếch đại là tín hiệu âm nên ta sử dụng bộ khuếch đại đảo có K=-1 để chuyển tín hiệu về tín hiệu dương trước khi cho vào bộ so sánh với giá trị đặt trước. Với 2tmax/3=(2.101)/3≈690C tín hiệu ra Uo=-3,33V lấy 3,33V là giá trị cần so sánh. Mạch so sánh sử dụng OPAMP. Khi t<690C thì U1<3,33V tín hiệu ra của bộ so sánh ở mức thấp. Khi t≥690C thì U1≥3,33V tín hiệu ra của bộ so sánh ở mức cao. -Khi t<690C 0C tín hiệu ra của bộ so sánh ở mức thấp. Đầu ra của cổng AND ở mức thấp, loa cảnh báo chưa có hiện tượng. Khi t≥690C 0C tín hiệu ra của bộ so sánh ở mức cao. Đầu ra của cổng AND ở mức cao, loa cảnh báo hoạt động. - Khi t<690C tín hiệu ra của bộ so sánh ở mức thấp. Đầu ra của cổng NOT ở mức cao, đi vào chân 4 của IC555 tạo xung giúp cho led nháy. Ở đây ta tính cho led nháy với chu kì là 1s. Khi t≥690C tín hiệu ra của bộ so sánh ở mức cao. Đầu ra của cổng NOT ở mức thấp, chân 4 IC555 ở mức thấp đèn LED không hoạt động. 2.6. Xây dựng mạch mô phỏng trên phần mềm proteus và chạy thử: Sau khi thực hiện mô phỏng ta được mạch sau: Tốc độ lúc này của động cơ là 2 vòng/s. nhiệt độ là 63 độ và đèn led xanh nhấp nháy. Trong quá trình đo có thể xuất hiện sai số nhưng có thể chấp nhận được. CHƯƠNG III KẾT LUẬN 3.1.Các kết quả đạt được: Nhiệm vụ đo tốc độ động cơ và giám sát nhiệt độ là rất quan trong quá trình điều khiển máy móc, kiểm soát được tốc độ và nhiệt độ giúp tránh được các tác hại do không kiểm soát được tốc đô và nhiệt độ , đồng thời giúp tăng hiệu suất làm việc của quá trình sản xuất. - Sau một thời gian tìm hiểu tài liệu và kiến thức có được của môn vi mạch số và vi mạch tương tự, được hướng dẫn của giáo viên bộ môn nhóm 4 đã hoàn thành bài tập lớn về mạch đo tốc độ động cơ và nhiệt độ. 3.2.Sai số và nguyên nhân sai số của thiết bị đo? - Trong quá trình đo có thể xuất hiện sai số, sai số trong mức không ảnh hưởng quá lớn đến độ chính xác, nên có thể chấp nhận được. 3.3.Các hạn chế tồn tại của bản thiết kế và phương hướng khắc phục - Do kiến thức về mạch điện tử chưa có kinh nghiệm nên trong quá trính thiết kế vẫn dựa nhiều vào lí thuyết nên khi áp dụng vào thực tế có những sai sót ngoài ý tưởng ban đầu. Nên mong muốn nhận được tư vấn góp ý của thầy giáo và các bạn sinh viên để bài của nhóm em được hoàn thiện hơn.