Thiết kế máy đo điện áp

Nguyenvanbientbd47@gmail.com 1 Môc Lôc Lêi nãi ®Çu:……………………………………………………………….Trang 2 NhiÖm vô: C¸c ph−¬ng ¸n thùc hiÖn ®Ò tµi: …………………………………………Trang 3 S¬ ®å khèi m¹ch: ………………………………………………………….Trang 4 Ph©n tÝch nguyªn lý ho¹t ®éng tõng khèi: - Khèi lÊy tÝn hiÖu:……………………………………………….Trang 5 - Khèi ph¸t xung chuÈn: ………………………………………..Trang 6 - Khèi chia tÇn: ………………………………………………….Trang 11 - Khèi ph¸t xung r¨ng c−a: ……………………………………..Trang 16 - Khèi so s¸nh: …………………………………………………..Trang 17 - Khèi Trig¬ D: …………………………………………………..Trang 19 - Khèi ®Õm Modul 10-4 ®ªcac: …………………………………Trang 21 - Khèi t¹o xung xo¸: ……………………………………………...Trang 22 - M¹ch chèt: ……………………………………………………..Trang 24 - Khèi t¹o xung chèt: …………………………………………..Trang 26 - PhÇn hiÓn thÞ: ……………………………………………….…..Trang 27 §¸nh gi¸ sai sè hÖ thèng: ………………………………………………..Trang 29 KÕt luËn: ………………………………………………………………...Trang 30 Nguyenvanbientbd47@gmail.com 2 Lêi nãi ®Çu: §iÖn n¨ng lµ mét nguån n¨ng l−îng thiÕt yÕu cho cuéc sèng. HÇu hÕt c¸c trang thiÕt bÞ hiÖn ®¹i phôc vô cho sinh ho¹t cña con ng−êi ®Òu sö dông n¨ng l−îng ®iÖn. Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña c¸c thiÕt bÞ nµy, khi x¶y ra sù cè vÒ ®iÖn, nÕu kh«ng xö lý kÞp thêi cã thÓ g©y hËu qu¶ nghiªm träng ¶nh h−ëng ®Õn sinh ho¹t vµ s¶n xuÊt. §Ó thuËn tiÖn cho viÖc vËn hµnh, theo dâi qu¸ tr×nh lµm viÖc cña c¸c trang thiÕt bÞ nµy, cÇn th−êng xuyªn kiÓm tra c¸c th«ng sè cña thiÕt bÞ nh−: dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p… ®Ó tr¸nh hiÖn t−îng qu¸ dßng, qu¸ ¸p… g©y sai háng thiÕt bÞ. Víi môc ®Ých ®ã, nhãm sinh viªn chóng em chän ®Ò tµi “ Nghiªn cøu thiÕt kÕ m¹ch ®o l−êng hiÓn thÞ sè ®iÖn ¸p ( hoÆc dßng ®iÖn)”. Th«ng qua nh÷ng sè liÖu ®o ®−îc, ng−êi sö dông cã thÓ ph¸t hiÖn kÞp thêi nh÷ng sù cè vÒ ®iÖn vµ cã biÖn ph¸p xö lý thÝch hîp, nhê ®ã tr¸nh ®−îc nh÷ng ¶nh h−ëng kh«ng mong muèn. §Ò tµi tr×nh bµy c¸c néi dung chÝnh: + C¸c ph−¬ng ¸n thùc hiÖn ®Ò tµi + S¬ ®å khèi toµn bé hÖ thèng + S¬ ®å khèi, nguyªn lý ho¹t ®éng vµ gi¶n ®å tÝn hiÖu ra cña tõng khèi Chóng em xin ch©n thµnh c¶m ¬n sù h−íng dÉn, chØ b¶o tËn t×nh cña TS NguyÔn Nam Qu©n vµ c¸c thÇy trong Bé m«n ®· gióp ®ì chóng em trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn b¶n thiÕt kÕ nµy. Do thêi gian vµ kiÕn thøc cßn h¹n hÑp, b¶n b¸o c¸o thiÕt kÕ m¹ch logic cña chóng em cßn nhiÒu thiÕu sãt. Chóng em rÊt mong nhËn ®−îc sù gãp ý vµ ®¸nh gi¸ cña thÇy c« ®Ó b¶n b¸o c¸o ®−îc hoµn thiÖn. Chóng em xin ch©n thµnh c¶m ¬n. Nhãm sinh viªn: Phan Thanh HiÒn NguyÔn Hång Hoa Hµ Huy Hïng NhiÖm vô: Nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch ®o l−êng hiÓn thÞ tÝn hiÖu ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn hay c«ng suÊt lµ t−¬ng tù nhau. Do ®ã b¶n b¸o c¸o nµy chØ chän tr×nh bµy vÒ m¹ch ®o l−êng hiÓn thÞ tÝn hiÖu ®iÖn ¸p. Trªn c¬ së ®ã, cã thÓ thiÕt kÕ m¹ch ®o l−êng hiÓn thÞ dßng ®iÖn vµ c«ng suÊt. NhiÖm vô: + §o tÝn hiÖu ®iÖn ¸p cña mét thiÕt bÞ t¹i mét thêi ®iÓm. + HiÓn thÞ sè gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ®o ®−îc ( tèi ®a lµ 999.9v ). C¸c ph−¬ng ¸n thùc hiÖn ®Ò tµi: Nguyenvanbientbd47@gmail.com Ph−¬ng ¸n 1: Nh− ta ®· biÕt ®iÖn ¸p l−íi trung b×nh kho¶ng 220v~ tµn sè kho¶ng 50Hz , ta cã thÓ thùc hiÖn theo s¬ ®å sau: Khèi gi¶i m· (4) Khèi biÕn ®æi A/D(3) Khèi chØnh l−u(2) Khèi lÊy tÝn hiÖu (1) Khèi hiÓn thÞ (5) Khèi 1 : Sö dông biÕn ¸p ( hay biÕn dßng) ®Ó lÊy tÝn hiÖu ¸p ( hay tin hiÖu dßng )tØ lÖ víi tÝn hiÖu ®iÖn trong m¹ch. TÝn hiÖu ra lµ tÝn hiÖu xoay chiÒu Khèi 2 : Dïng bé chØnh l−u cÇu kÕt hîp víi tô san ph¼ng biÕn ®iÖn ¸p xoay chiÒu thµnh ®iÖn ¸p mét chiÒu Khèi 3 : Sö dông bé biÕn ®æi A/D chuyÓn tÝn hiÖu t−¬ng tù sang tÝn hiÖu sè. Tuy nhiªn trong nhiÖu vô cña ®Ò tµi nµy tÝn hiÖu sè ph¶i lµ tÝn hiÖu BCD ®Ó d−a ra hiÓn thÞ -> kh«ng dïng bé biÕn ®æi A/D Khèi 4: Sö dông bé gi¶i m· BCD ®−a ttÝn hiÖu sè sang tÝn hiÖu d¹ng thËp ph©n cã thÓ hiÓn thÞ b»ng ®Ìn LED 7 thanh Khèi 5 : Sö dông ®Ìn LED 7 thanh dÓ hiÓn thÞ S¬ ®å tÝn hiÖu cña hÖ thèng: 1001101 Gi¶i m· Bé biÕn dæi A/D t¹o m· nhÞ ph©n mµ bé gi¶i m· cÇn m· BCD Kh«ng sö dông ®−îc A/D ⇒ LED Ph−¬ng ¸n thùc hiÖn ®Ò tµi: 3 Nguyenvanbientbd47@gmail.com I/ - M¹ch ®o l−êng hiÓn thÞ ®iÖn ¸p (hoÆc dßng ®iÖn) : Trong qu¸ trinh lµm viÖc cña tÊt c¶ c¸c thiÕt bÞ còng nh− c¸c t¶i sö dông trong sinh ho¹t ®Ó thuËn tiÖn cho viÖc vËn hµnh vµ theo dâi qu¸ tr×nh lµm viÖc cña chóng,ta cã thÓ tiÕn hµnh ®o dßng ®iÖn hoÆc ®iÖn ¸p hiÓn thÞ sè . Th«ng qua ®ã mµ ng−êi sö dông ph¸t hiÖn nh÷ng sù cè x¶y ra vµ nhanh chãng xö lý kÞp thêi. §Ó thùc hiÖn ®−îc ®o dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p ta xay dùng s¬ ®å khèi sau : LÊy tÝn hiÖu (1) So s¸nh (5) (6) D Q C Tao xung xo¸ (8) Ph¸t xung rc−a (4) Ph¸t xung chñ ®¹o (2) §Õm modul 10- 4 ®Ò c¸c (7) Gi¶i m· 7 thanh (11) T¹o xung chèt (9) M¹ch chèt (10) Chia tÇn (3) HiÓn thÞ (12) Trong ®ã : + Khèi 1 : LÊy tÝn hiÖu Th«ng qua biÕn dßng hoÆc biÕn ¸p ®Ó lÊy tÝn hiÖu dßng hay ¸p tØ lÖ víi dßng - ¸p trong m¹ch + Khèi 2 : Khèi ph¸t xung chuÈn. + Khèi 3 : Khèi chia tÇn. + Khèi 4 : Khèi ph¸t xung r¨ng c−a. + Khèi 5 : Khèi so s¸nh tÝn hiÖu vµo lÊy tõ khèi l©y tÝn hiÖu vµ ®iÖn ¸p r¨ng c−a l©y tõ khèi ph¸t xung r¨ng c−a 4 Nguyenvanbientbd47@gmail.com + Khèi 6 : Trig¬r D, kho¸ K. + Khèi 7 : Khèi ®Õm modul 10 – 4 ®Ò c¸c + Khèi 8 : Khèi t¹o xung xo¸. + Khèi 9 : Khèi t¹o xung chèt. + Khèi 10 : M¹ch chèt. + Khèi 11 : Khèi gi¶i m· 7 thanh. + Kh«i 12 : Khèi hiÓn thÞ. Tõ s¬ ®å khèi ta ph©n tÝch nguyªn lý lµm viÖc cña tõng khèi nh− sau : II/Ph©n tÝch nguyªn lý tõng khèi 1- Khèi lÊy tÝn hiÖu: A. LÊy tÝn hiÖu ¸p( LÊy tÝn hiÖu dßng – C«ng suÊt ): §o ®iÖn ¸p cña m¹ch, dïng biÕn ¸p ®Ó lÊy tÝn hiÖu ¸p tØ lÖ víi ®iÖn ¸p trong m¹ch ®iÖn (M¸y h¹ ¸p). TÝn hiÖu ®iÖn ¸p lÊy ra tõ cuén thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p ®−îc ®−a vµo bé chØnh cÇu (cã tô loc san ph¼ng), khi ®ã tÝn hiÖu ra lµ tÝn hiÖu ®iÖn ¸p mét chiÒu. S¬ ®å nguyªn lý cña m¹ch nh− sau: Do tÝn hiÖu lÊy ra sÏ ®−îc ®−a vµo Bé so s¸nh víi xung r¨ng c−a cã biªn ®é ®Ønh lµ 10v nªn ta chän linh kiÖn trong khèi lÊy tÝn hiÖu nh− sau: 5 + M¸y biÕn ¸p: Do yªu cÇu cña m¹ch so s¸nh, cho phÐp Uvµo cã ®iÖn ¸p lín nhÊt b»ng Umaxrc = 10V. M¸y biÕn ¸p sö dông lµ lo¹i h¹ ¸p. Nguyenvanbientbd47@gmail.com + Bé chØnh l−u cÇu: Sö dông ®i«t 1N4007 + Tô ®iÖn C: Chän tô C cã gi¸ trÞ 0.1 µ F + Bé ph©n ¸p: §iÒu chØnh ®iÖn ¸p ®−a ®Õn bé so s¸nh 2-Khèi ph¸t xung chuÈn: NhiÖm vô cña khèi nµy lµ ph¸t xung cã tÇn sè cao (1Mhz) ®Ó ®−a ®Õn m¹ch chia tÇn vµ m¹ch ®Õm xung. Khi tÇn sè cña m¹ch ph¸t xung cµng cao th× sai sè cña m¹ch cµng nhá.Ta thiÕt kÕ sao cho 1V cña ®iÖn ¸p l−íi t−¬ng ®−¬ng víi 10 xung ®−a ®Õn bé ®Õm. Ta gi¶ thiÕt m¹ch thiÕt kÕ ®o ®−îc ®iÖn ¸p tèi ®a lµ 999.9v. Trong mét chu k× ®Õm cã tèi ®a 9999 ( 10000) xung ®−a ®Õn bé ®Õm tøc lµ ®o ®−îc ®iÖn ¸p 999.9V ®iÖn ¸p l−íi. Mµ tÇn sè ®iÖn ¸p l−íi lµ 50Hz . VËy ta ph¶i cã m¹ch ph¸t xung cã tÇn sè : ≈ F0 =2*50*10000 = 1000000Hz (1Mhz) §Ó thùc hiÖn bé ph¸t xung chuÈn nµy ta cã thÓ thùc theo c¸c ph−¬ng ¸n sau: Ph−¬ng ¸n 1: Dïng m¹ch khuÕch ®¹i dao ®éng: S¬ ®å nguyªn lý: +E Ura T1 T2 Nguyªn lý ho¹t ®éng: M¹ch trªn cã hai tr¹ng th¸i kh«ng æn ®Þnh vµ tù ®éng chuyÓn ®æi gi÷a hai tr¹ng th¸i nµy. Hai tr¹ng th¸i ®ã lµ: T1th«ng vµ T2 t¾t. T1 t¾t vµ T2th«ng. 6 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Gi¶ sö T1 th«ng→C2 n¹p tõ +E→C2→®Êt. Víi thêi gian n¹p lµ: τn¹p=C2.RC2. T2 t¾t→C1 phãng qua RC2 ,RB1 víi thêi gian phãng lµ: τphãng= C1(RB1 +RC1). NÕu ta chän linh kiÖn c©n ®èi:RC2=RC1=RC RB2=RB1=RB C1=C2=C Ta thÊy thêi gian n¹p lín h¬n thêi gian phãng. Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p trªn tô C1 gi¶m dÇn tøc lµ UB2 du7−¬ng ®Çn lªn.Khi C1 phãng ®Õn lóc ch¹m ®iÖn ¸p c¾t cña T2 lµm cho T2 tõ t¾t thµnh th«ng,T1 tõ th«ng thµnh t¾t.Lóc nµy C2 phãng,gi¸ trÞ diÖn ¸p trªn C2 gi¶m dÇn,thêi gian phãng cña C2 duy tr× cho T1 t¾t vµ khi C2phãng ch¹m ®iÖn ¸p c¾t th× T1 l¹i tõ t¾t sang th«ng vµ T2 l¹i tõ th«ng sang t¾t.Qu¸ tr×nh nh− thÕ cø tù chuyÓn ®æi lÈn nhau. Chu kú t¹o xung vu«ng: τ=τphãng +τn¹p= C1(RB1 +RC1)+ C2.RC2. Tuú ta chän R vµ C mµ ta cã thÓ cã xung cã tÇn sè kh¸c nhau. Tuy nhiªn ®èi víi m¹ch trªn th× cã c¸c nh−îc ®iÓm sau: -D¶i tÇn kh«ng cao:100hz-200khz -§é æn ®Þnh tÇn sè kÐm:f+∆f víi ∆f biÕn thiªn lín. Ta kh«ng thÓ sö dông s¬ ®å m¹ch trªn. Ph−¬ng ¸n 2: Sö dông IC 555 cã s¬ ®å nguyªn lý cña hÖ thèng: Gi¶n ®å ®iÖn ¸p nh− sau: 7 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Gi¶n ®å ®iÖn ¸p trªn cho thÊy xung ra cña tÝn hiÖu cã tÇn sè cã thÓ ®¸p øng yªu cÇu. Tuy nhiªn chu kú tÝn hiÖu ch−a hoµn toµn æn ®Þnh. §ång thêi sù ho¹t ®éng cña vi m¹ch 555 cã ®é æn ®Þnh nhiÖt kÐm. Ph−¬ng ¸n 3: Trong thùc tÕ ng−êi ta th−êng dïng th¹ch anh 1 MHz ®Ó t¹o ®ao ®éng. Do m¹ch t¹o xung b»ng th¹ch anh dao ®éng cã tÇn sè æn ®Þnh vµ ®ång thêi th¹ch anh cã ®é æn ®Þnh hiÖt cao, Ýt bÞ ¶nh h−ëng cña m«i tr−êng xung quanh g©y mÐo tÝn hiÖu vµ thay ®æi tÇn sè lµm viÖc. VËy trong tr−êng hîp nµy ta sÏ sö dông th¹ch anh ®Ó t¹o xung chuÈn cho toµn bé hÖ thèng. S¬ ®å nguyªn lý cña m¹ch: + Sö dông IC 4011 víi s¬ ®å cÊu t¹o nh− sau: Vcc 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 S¬ ®å nguyªn lý: 8 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Vdd=12 V Trong ®ã: Cæng logic NAND: XÐt tr−êng hîp cã hai biÕn sè A, B ®Çu ra ë cæng Vµ Y= A.B nªn ®Çu ra ë cæng Kh«ng lµ ®¶o cña Y: Y= BA. VÒ ho¹t ®éng cña cæng NAND th× tõ c¸c tæ hîp cña A, B ta lËp b¶ng tr¹ng th¸i råi lÊy ®¶o ®Ó cã Y ®¶o. Tuy nhiªn cã thÓ trùc tiÕp b»ng c¸ch lËp b¶ng sù thËt sau: Ký hiÖu cæng NAND 9 NÕu A=B th× Y nhËn hai møc l«gic “0” hoÆc “1” -Dao ®éng 1Mhz ®−îc t¹o ra rõ ch©n 4 cña IC 4011. Ta cã thÓ thay IC 4011 b»ng IC 7404, + Sö dông IC7404: S¬ ®å cÊu t¹o cña IC7404: A B Vcc 6A 6Y 5A 5Y 4A 4Y 13 12 11 10 9 814 Y Nguyenvanbientbd47@gmail.com S¬ ®å nguyªn lý nh− sau: Trong ®ã: Cæng logic §¶o (NOT) Hµm Vµ vµ hµm hoÆc t¸c ®éng lªn hai hay nhiÒu biÕn sè trong khi ®ã, hµm §¶o cã thÓ xem nh− chØ cã thÓ t¸c ®éng lªn mét biÕn sè. B¶ng sù thËt: Y = A A Ký hiÖu hµm §¶o (NOT) 2- Khèi chia tÇn: 10 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Nh− ë m¹ch ph¸t xung chuÈn ta ®· biÕt tÇn sè F = 1Mhz. NghÜa lµ t−¬ng øng víi 10 xung cña bé ph¸t xung chuÈn lµ 1V ®iÖn ¸p m¹ch ngoµi cÇn ®o. Ta gi¶ thiÕt m¹ch hiÓn thÞ cña ta hiÓn thÞ tèi ®a lµ 999.9V. VËy ta ph¶i lµm sao cho m¹ch so s¸nh cã Uvaomax = Urcmax th× xung ra m¹ch so s¸nh cã ®é réng ( hay thêi gian tån t¹i ) b»ng 9999 (10000) ®é réng mét xung chuÈn. §Ó lµm ®−îc ®iÒu nµy ta ta ph¶i chia tÇn ë ®Çu ra cña m¹ch ph¸t xung chuÈn. Do xung r¨ng c−a ®−îc t¹o ra tõ xung chia tÇn vµ cã tÇn sè b»ng tÇn sè xung tõ khèi chia tÇn ®−a tíi ( xem khèi ph¸t xung r¨ng c−a). §Çu ra cña chia tÇn ph¶i cã Fct * 2 =⇒ 4 6 10 10 =100 Fct = 50 Hz. Nh− vËy ta thùc hiÖn chia tÇn qua bé ®Õm cã Modul 10000 vµ mét Trig¬. Ta dïng 4 bé ®Õm Modul 10 m¾c nèi tiÕp nhau vµ nèi tiÕp víi Trig¬. Bé ®Õm Modul 10: B¶ng tr¹ng th¸i vµ gi¶n ®å xung nh− sau: Tr¹ng th¸i c¸c hµm ra ng ®Õm X3 X2 X1 X0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 10 0 0 0 0 Gi¶n ®å xung: 11 Nguyenvanbientbd47@gmail.com 12 §Ó thùc hiÖn bé ®Õm Modul 10 ta d−a trªn c¬ së bé ®Õm 4 bit ( modul 16 ) sau khi ®· lo¹i ®i 6 tr¹ng th¸i d− , nhê c¸c m¹ch vßng håi tiÕp thÝch hîp mµ ®Õn xung thø 10 sÏ ®−a bé ®Õm vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu (C¸c ®Çu ra ®Òu nhËn trÞ ‘0’). §å h×nh chuyÓn ®æ tr¹ng th¸i: B¶ng kÝch Qn Qn+1 J K 0 0 0 X 0 1 1 X 1 0 X 1 1 1 X 0 Jn Kn Qn+1 0 0 1 0 1 0 Qn 0 1 1 1 Qn 0 t t t t t Ta cã: Nguyenvanbientbd47@gmail.com B¶ng tr¹ng th¸i cña Trig¬ JK: 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 11 0 1 0 0 1 0 1 1 S4 S11 S10 S9 S5 S6 S8S7 X3 X2 X1 X0 S12 1 1 0 0 S0 1 1 0 1S13 S1 1 1 1 0S2 S14 1 1 1 1 S3 S15 Trong ®ã : DÊu ‘X’ thÓ hiÖn gi¸ trÞ cña J vµ K cã thÓ nhËn gi¸ trÞ ‘0’ hoÆc ‘1’. VËy ta lËp ®−îc b¶ng tr¹ng th¸i cña J vµ K trong bé ®Õm Modul 10 nh− sau: Qn Qn+1 Tr¹ng th¸i cña J vµ K g ®Õm 0 0 X X 1 X 1 0 X X 1 X 2 X X X 1 X 3 0 0 X X X X 4 0 X X 1 X 5 0 X X X 6 X X X 1 7 0 0 X X X X 8 0 X X 1 X 9 0 0 X X X 13 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Ta xem c¸c tr¹ng th¸i ra cña c¸c Trig¬ lµ biÕn, c¸c ®Çu vµo ®iÒu khiÓn J, K lµ hµm. Ta ®i t×m quan hÖ gi÷a c¸c hµm ra vµ c¸c biÕn vµo. §Ó lµm ®iÒu nµy ta sö dông ph−¬ng ph¸p b×a c¸c n« cã tËn dông 6 tr¹ng th¸i d− cña bé ®Õm. 14 00 01 11 10 00 01 11 10 Q3Q2 Q1Q0 J3 00 01 11 10 00 01 11 10 Q3Q2 Q1Q0 K3 00 01 11 10 00 01 11 10 00 01 11 10 Q3Q2 Q1Q0 K2 00 01 11 10Q3Q2 Q1Q0 K1 00 01 11 10 00 01 11 10 00 01 11 10 Q3Q2 Q1Q0 J2 00 01 11 10 Q3Q2 Q1Q0 J1 Quan hÖ cña c¸c hµm ra víi c¸c biÕn vµo cña m¹ch håi tiÕp nh− sau: J0 = 1 K0 = 1 J1 = Q3.Q0 K1 = Q0 J2 = Q1.Q0 K2 = Q1.Q0 J3 = Q2.Q1.Q0 K3 = Q0 Tõ c¸c quan hÖ trªn ta ®−a ra s¬ ®å nguyªn lý bé ®Õm nhÞ ph©n ®ång bé 4 bit Modul 10 dïng Trig¬ JK nh− sau: Nguyenvanbientbd47@gmail.com 15 J0 Q0 C0 T0 K0 R0 0Q J1 Q1 C1 T1 K1 R1 1Q J2 Q2 C2 T2 K2 R2 2Q J03 Q3 C3 T3 K3 R3 3Q Xung xo¸ 5v Q3Q2Q1Q0 §Ó cã ®−îc bé ®Õm Modul 10 ta sö dông IC 7490 hay 74LS90 S¬ ®å m¹ch chia tÇn dïng IC 7490 nh− sau: J Q C K Q 11 14 5 1 12 2 3 6 7 10 11 14 5 1 12 2 3 6 7 10 11 14 5 1 12 2 3 6 7 10 11 14 5 1 12 2 3 6 7 10 Xung vµo f 410 F Fct 5v Xung ra 5v Nguyenvanbientbd47@gmail.com 4- Khối tạo điện áp răng cưa: -S¬ ®å nguyªn lý: -Nguyªn lý lµm viÖc : Khi Ura=0, Tranzito T3 kho¸. Nguån -Ucc qua WR1, R4 ®−a tíi ®Çu ®¶o cña K§TT IC741. §Çu ra cña IC741 cã ®iÖn thÕ d−¬ng so víi m¸t nªn tô C1 ®−îc n¹p theo ®−êng tõ +Ucc→IC741→C1→R4→WR1→ -Ucc. Khi Ura=1, Tranzito T3 th«ng.Tô C1 phãng ®iÖn theo ®−êng tõ +C1→T3→-C1 t¹o ra s−ên sau cña xung r¨ng c−a. Qu¸ tr×nh x¶y ra liªn tôc, ë ®Çu ra cña khèi t¹o xung r¨ng c−a cã tÇn sè b»ng tÇn sè ®iÖn ¸p l−íi. Khi biÕn ®æi WR1, dßng n¹p cho tô C1 thay ®æi, nhê ®ã thay ®æi biªn ®é cña xung r¨ng c−a. R5 h¹n chÕ dßng ®Çu vµo. D3, D4 cã t¸c dông b¶o vÖ qu¸ ¸p ®Çu vµo IC741 §i«t D3, D4 lµ lo¹i 1N4007 16 Nguyenvanbientbd47@gmail.com -Giản đồ điện áp: t t Urc−a 10V U Sau bé ®¶o 0 0 t t Sau chia tÇn U : 5- Khối so sánh: -NhiÖm vô: So s¸nh ®iÖn ¸p r¨ng c−a( lÊy tõ Khèi t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c−a) víi ®iÖn ¸p ra sau m¹ch chØnh l−u cÇu( lÊy tõ Khèi lÊy tÝn hiÖu ¸p tû lÖ víi ®iÖn ¸p trong m¹ch). -S¬ ®å nguyªn lý: M¹ch so s¸nh cã hai tÝn hiÖu vµo: ®iÖn ¸p r¨ng c−a( Urc) vµ ®iÖn ¸p vµo mét chiÒu( Uv), m¾c nh− h×nh vÏ: 17 -Nguyªn lý ho¹t ®éng: Nguyenvanbientbd47@gmail.com Khèi so s¸nh lµm nhiÖm vô so s¸nh hai gi¸ trÞ ®Çu vµo. Khi │Urc│=│Uv│th× ®Çu ra cña khèi sÏ thay ®æi tr¹ng th¸i. Nh− vËy khèi so s¸nh lµ mét m¹ch ®iÖn ho¹t ®éng theo nguyªn t¾c biÕn ®æi t−¬ng tù- sè. TÝn hiÖu ra cña m¹ch so s¸nh lµ tÝn hiÖu sè nªn chØ cã hai møc logic “0” vµ “1”. TÝn hiÖu ra cña m¹ch so s¸nh lµ c¸c xung cã chu kú b»ng chu kú cña Urc. Thêi ®iÓm b¾t ®Çu xuÊt hiÖn cña mét xung n»m trong vïng s−ên nµo cña Urc th× s−ên xung ®ã ®−îc gäi lµ s−ên sö dông. Nh− vËy, t¹i thêi ®iÓm │Urc│=│Uv│, ë phÇn s−ên sö dông, trong mét chu kú cña Urc th× trªn ®Çu ra cña khèi so s¸nh sÏ b¾t ®Çu xuÊt hiÖn mét xung. Khi gi÷ nguyªn gi¸ trÞ biªn ®é vµ chu kú cña Urc, ®é réng cña xung ra sÏ tû lÖ víi biªn ®é ®iÖn ¸p vµo Uv. R3, DZ1 cã t¸c dông lo¹i bá phÇn xung ©m , nh− vËy ë ®Çu ra cña khèi so s¸nh sÏ lµ c¸c xung d−¬ng( Ura ss). R1, R2 cã t¸c dông h¹n chÕ dßng vµo. D1, D2 cã t¸c dông b¶o vÖ qu¸ ¸p ®Çu vµo O2 §Ó thùc hiÖn m¹ch nµy ta chän : K§TT lµ lo¹i IC741. §i«t D1, D2 lµ lo¹i 1N4007 R1 = R2 =100 ( ) Ω DZ1 lµ lo¹i cã : Udz = 5V , dßng lín nhÊt cho phÐp 100 (µ A) -Giản đồ điện áp: Sau bé ®¶o U t Ra sau so s¸nh t t Urc−a 10V 0 Uvµo U U 6- Khèi Trig¬ D vµ kho¸ K: S¬ ®å nguyªn lý: 18 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Xung chuÈn C Q DUss fXung chuÈn Nguyªn lý ho¹t ®éng: 19 Nh− vËy ho¹t ®éng cña Trig¬D lµ ph¶n øng theo xung ®iÒu khiÓn. Khi C =1 th× Qn = D, khi C = 0 th× Qn+1 =Qn (nghÜa lµ gi÷ nguyªn tr¹ng th¸i tr−íc ®ã). Dùa vµo ho¹t ®éng cña trig¬D ta cho tÝn hiÖu ®Çu ra cña bé so s¸nh vµo ®Çu D cña Trig¬ lµm d÷ liÖu, ®Çu ra cña bé chia tÇn vµo ®Çu C cña Trig¬ lµm tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. Suy ra ta thu ®−îc ®Çu ra Q cña Trig¬D cã d¹ng tÝn hiÖu xung vu«ng, ®é réng xung tØ lÖ víi gÝa trÞ ®iÖn ¸p ®−a vµo. TÝn hiÖu ra cña Trig¬D vµ tÝn hiÖu ra tõ bé ph¸t xung chuÈn ®uîc ®−a ®Õn ®Çu vµo m¹ch AND. TÝn hiÖu ra thu ®−îc lµ d·y c¸c xung chuÈn cã chu kú b»ng chu kú ®iÖn ¸p l−íi vµ sè xung chuÈn trong mét chu kú tØ lÖ víi ®iÖn ¸p ®Çu vµo hay tØ lÖ víi ®iÖn ¸p l−íi cÇn ®o. C D Qn n+1 1 1 1 X 1 0 0 X 0 0 X Qn 0 1 X Qn Gi¶n ®å ®iÖn ¸p: Nguyenvanbientbd47@gmail.com U Sau chia tÇn U t Ra sau so s¸nh TÝn hiÖu sau Trigo t t t Urc−a 10V 0 Uvµo U t Xung chuÈn Xung ra t 7- Khèi m¹ch ®Õm Modul 10-4 ®Ò c¸c: 20 Nguyenvanbientbd47@gmail.com TÝn hiÖu lÊy t¹i ®Çu ra cña m¹ch AND lµ d·y c¸c xung chuÈn ®ù¬c ®−a ®Õn bé ®Õm. §Ó ®Õm ®−îc tèi ®a 9999 xung ta ph¶i thiÕt kÕ m¹ch ®Õm Modul 10-4 ®Ò c¸c m¾c theo nguyªn lý ®Õm trµn. Q11 Q10 Q9 Q8 IC3 C R 2 2 2 2 2 3 1 0 Q15 Q14 Q13 Q12 IC4 C R 2 3 2 2 1 2 0 2 Q7 Q6 Q5 Q4 IC2 C R 2 2 2 2 3 2 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 IC1 C R Xung ®Õm 2 2 2 1 2 0 3 2 Xung xo¸ Nguyªn lý ho¹t ®éng: Xung ®Õm ®−îc ®−a ®Õn ®Çu vµo IC1, khi IC1 trµn th× xuÊt hiÖn xung vµo IC2 vµ t−¬ng tù nh− vËy IC4 chØ ®−îc ®Õm khi Ic3 trµn. Ta sö dông IC7490/74LS90 ®Ó thiÕt kÕ bé ®Õm (Xem bé ®Õm modul 10 ®· thiÕt kÕ) 8-Khèi t¹o xung xo¸: 21 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Sau mét chu kú ®iÖn ¸p l−íi cã thÓ thay ®æi mµ sè xung trong 1 chu kú ch−a ®ñ ®Ó ®Çy bé ®Õm. Khi ®Õm chu kú tiÕp theo ma ta ch−a ®−a bé ®Õm vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu th× bé ®Õm sÏ tiÕp tôc ®Õm sè xung cña chu kú tiÕp theo. Nh− vËy ®Ó ®−a xung xo¸ tíi bé ®Õm mµ kh«ng lµm mÊt d÷ liÖu th× sau khi xung chèt ®−îc ®−a ®Õn m¹ch chèt sè liÖu ta cho xung xo¸ tíi. Xung xo¸ sÏ chËm h¬n xung chèt mét thêi gian ng¾n. Xung xo¸ ®−îc ®−a ®Õn liªn tôc sau mçi chu kú ®iÖn ¸p l−íi. Do vËy ta lÊy xung xo¸ lµ xung ra tõ m¹ch chia tÇn ®· qua bé ®¶o vµ ®−îc lµm trÔ ®i mét kho¶ng thêi gian thÝch hîp. S¬ ®å nguyªn lý nh− sau: M¹ch so s¸nh 1 M¹ch tÝch ph©n R M¹ch so s¸nh 2 M¹ch vi ph©n Nguyªn lý lµm viÖc cña s¬ ®å nh− sau: Khi cã xung d−¬ng ®−a tíi ®Çu vµo ®¶o cña IC741 tô C1 ®−îc n¹p ®iÖn. Tô ®−îc n¹p theo ®−êng tõ R ->C1 -> m¸t. §iªn ¸p trªn C1 t¨ng rÇn theo hµm mò vµ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p cùc ®¹i cã thÓ ®iÒu chØnh bëi R3, thêi gian n¹p (T = R* C1) cña tô cã thÓ thay ®æi bëi gi¸ trÞ tô vµ ®iÖn trë R. §Çu vµo ®¶o cña IC1 ®−îc nèi víi nguån chuÈn t¹o bëi m¹ch æn ¸p th«ng sè DZ2 vµ R1 t¹o ra gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ng−ìng ®Ó so s¸nh. §ång thêi khi ®Çu ra IC1 xuÊt hiÖn xung d−¬ng, tô C2 lËp tøc ®−îc n¹p theo chiÒu tõ R5 -> C2 ->R6 -> m¸t. Trªn ®Çu ra m¹ch vi ph©n xuÊt hiÖn xung nhän vµ ®−îc ®−a tíi ®Çu vµo cña IC2 ®Ó so s¸nh víi ®iÖn ¸p ng−ìng do DZ5 vµ R7 t¹o ra. Nh− vËy tõ khi xuÊt hiÖn xung tõ m¹ch so s¸nh ®−a tíi th× do qua tr×nh n¹p t¹i C1 mµ sau mét kho¶ng thêi gian trÔ sÏ xuÊt hiÖn xung t¹i ®Çu ra. Cã thÓ ®iÒu chØnh thêi gian trÔ b»ng c¸ch thay ®æi gi¸ trÞ tô C1. DZ1 vµ DZ6 dïng ®Ó lo¹i xung ©m. C¸c linh kiÖn ®−îc chän: + §i«t æn ¸p DZ1, DZ2, DZ3, DZ4, Dz5, Dz6 lo¹i 1N370 ®iÖn ¸p 5V. 22 Nguyenvanbientbd47@gmail.com + IC1, IC2 chän ICµ A741. Gian ®å ®iÖn ¸p: U Sau chia tÇn U Sau bé ®¶o UDz15 Uc1 Uc10 (xung xo¸) Ura t t t t ®iÖn ¸p ng−ìng 1 ®iÖn ¸p ng−ìng 2 t t 9- Khèi m¹ch chèt: 23 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Do tÝn hiÖu ®iÖn cña m¹ch ®iÖn biÕn thiªn mét c¸ch liªn tôc víi tÇn sè 50Hz lµm m¹ch hiÓn thÞ còng thay ®æi theo. M¾t con ng−êi chØ c¶m nhËn ®−îc 24 h×nh /s. Cho nªn ®Ó tiÖn theo dâi ta thiÕt kÕ m¹ch hiÓn thÞ víi tÇn sè 1Hz. Nh− vËy ®Ó sè liÖu khong ®−îc ®äc ra mét c¸ch liªn tôc ph¶i dïng m¹ch chèt sè liÖu ®Ó sè liÖu ®−a ra trïng víi kho¶ng thêi gian vµ tÇn sè hiÓn thÞ. ChØ trong mét chu kú nµo ®ã ta cho hiÓn thÞ, sè liÖu cña chu kú ®ã sÏ ®−îc d÷ l¹i vµ ®−a ra mét xung ®Õn ( xung chèt ) ra lÖnh cho ®äc vµ kho¸ ®Çu ghi sè liÖu l¹i. Nh− vËy 50 chu kú cña ®iªn ¸p l−íi sè liÖu ®−îc ®−a ra mét lÇn vµ sù thay ®æi cña sè liÖu chËm h¬n m¾t th−êng cã thÓ theo dâi. Tõ tÝnh chÊt cña Trig¬ D cã thÓ lµm trÔ tÝn hiÖu trong mét kho¶ng thêi gian nªn cã thÓ sö dông lµm m¹ch chèt. S¬ ®å nguyªn lý Trig¬D nh− sau: Trig¬ D x©y dùng tõ c¸c phÇn tö NAND Ho¹t ®éng cña Trig¬ D tu©n theo b¶ng tr¹ng th¸i sau: 24 + Khi C = 0 tr¹ng th¸i cña Trig¬ D gi÷ nguyªn Qn+1 = Qn C D Qn+1 0 0 Qn 0 1 Qn 1 0 0 1 1 1 → + Khi C = 1 tr¹ng th¸i cña Trig¬ D nhËn gi¸ trÞ ®−a ®Õn ®Çu vµo Qn+1 = D → Trong thùc tÕ ng−êi ta ®· chÕ t¹o c¸c IC chèt, ë ®©y ta sö dông m¹ch chèt víi c¸c IC 74LS373 Nguyªn lý lµm viÖc cña IC74LS373: Nguyenvanbientbd47@gmail.com E D G D G D G D G 8D 7D 2D 1D OE 2Q 7Q 8Q 1Q Gåm cã 4 Trig¬ D ®−îc ®iÒu khiÓn bëi tÝn hiÖu E vµ 4 cæng ®Öm bus 3 tr¹ng th¸i ®iÒu khiÓn chung bëi tÝn hiÖu OE . Qu¸ tr×nh ho¹t ®éng ®−îc miªu t¶ nh− b¶ng tr¹ng th¸i sau: B¶ng tr¹ng th¸i cña IC ®Öm chèt: OE E Dn n+1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 X Qn 1 X X i-Z Khi OE = 1 -> Q = D OE = 0 -> Q = Hi-Z Khi E = 1 -> Q = D 25 Nguyenvanbientbd47@gmail.com E = 0 -> Qn+1 = Qn OE cho phÐp ra E ®iÒu khiÓn chèt 10- Khèi t¹o xung chèt: §Ó t¹o ra kho¶ng thêi gian trÔ cã thÓ nh×n thÊy gi¸ trÞ hiÓn thÞ ta dïng m¹ch chèt nh− trªn, muèn xung chèt lµm viÖc ta ph¶i cã xung chèt ®−a vµo ®Çu E cña m¹ch chèt. Xung chèt ®−îc t¹o ra b»ng c¸ch chia tÇn xung ra cña bé so s¸nh. TÝn hiÖu xung ra cho qua bé chia xung 25. NghÜa lµ trong 1s ®Çu ra cña bé chia xung cã 2 xung ®−a ®Õn ®iÒu khiÓn qu¸ tr×ng lµm viÖc cña bé chèt. Ta sö dông 2 IC 7490/74LS90 cã s¬ ®å nguyªn lý m¾c thµnh bé ®Õm chia 25 nh− sau: Gi¶n ®å ®iÖn ¸p: 26 11- Khèi gi¶i m·: 25 xung 0 t t M¹ch gi¶i m·: Nguyenvanbientbd47@gmail.com §Ó gi¶i m· ®−îc sè nhÞ ph©n BCD thµnh sè thËp ph©n ta x©y dùng hµm cho tõng thanh. C¸c sè tõ 0 -> 9 ®−îc thÓ hiÖn qua c¸c thanh s¸ng trong b¶ng sau: Tr¹ng th¸i c¸c hµm Tr¹ng th¸i c¸c hµm ra ng vµo X3 X2 X1 X0 a b c d e f g Ón thÞ sè 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 2 3 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 3 4 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 4 5 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 5 6 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 6 7 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 7 8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 8 9 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 9 Qu¸ tr×nh lµm viÖc cña mçi thanh s¸ng ®−îc tæng hîp bëi mét hµm khi ®· ®−îc tèi gi¶n b»ng b×a Cacn«. HiÖn nay ng−êi ta ®· chÕ t¹o s½n c¸c IC lµm nhiÖm vô gi¶i m· tõ sè BCD sang hiÓn thÞ 7 thanh. C¸c IC ®ã cã thÓ lµ lo¹i 7447 hay 74LS47 hay 4511. Trong m¹ch nµy ta sö dông 4 IC7447. C¸c ®iÖn trë R lµ c¸c ®iÖn trë h¹n chÕ dßng vµ cã gi¸ trÞ b»ng 100 ( ) Ω S¬ ®å nèi ch©n IC nh− sau: 27 R Vcc g a f b Nguyenvanbientbd47@gmail.com 12- Khèi hiÓn thÞ: §Ó hiÓn thÞ sè ®iÖn ¸p d−íi d¹ng m· thËp ph©n ta sö dông ®Ìn LED 7 thanh. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña ®Ìn LED 7 thanh dùa trªn c¸c §i«t ph¸t quang. §i«t ph¸t quang (LED) lµ mét tiÕp gi¸p P – N chÕ t¹o b»ng hîp chÊt b¸n dÉn Gali – Acxªnie hay Gali – Phèt pho …TiÕp gi¸p nµy cã ®Æc tÝnh ph¸t ra ¸nh s¸ng cã mµu ( ®á – xanh l¸ c©y). Khi dÉn ®iÖn theo chiÒu thuËn ¸nh s¸ng ph¸t ra do hiÖn t−îng kÕt hîp cña ®iÖn tö vµ lç trèng vµ cã c−êng ®é ¸nh s¸ng thay ®æi theo c−êng ®é dßng ®iÖn chay qua tiÕp gi¸p. S¬ ®å nguyªn lý: e f - g a b c - d g f a b e c d Ta chän ®Ìn LED lo¹i BS201A cã c¸c th«ng sè kü thuËt sau: - §é s¸ng (FL) > 15 (7 thanh) - §iÖn ¸p c«ng t¸c thuËn ( 1.5V ÷ 3V ) 28 Nguyenvanbientbd47@gmail.com 29 - Dong ®iÖn dß ng−îc < 50nA - §iÖn ¸p ng−îc ®¸nh thñng > 5V - Dßng ®iÖn cùc ®¹i 150 mA III/§¸nh gi¸ sai sè hÖ thèng : ¦u ®iÓm m¹ch ®o l−êng trªn lµ sù ®ång bé do sö dông mét nguån xung duy nhÊt cho toµn bé hÖ thèng. Nguån ph¸t xung lµ th¹ch anh dao ®éng tÇn sè cao cã tÝnh æn ®Þnh vÒ nhiÖt. IV/ KÕt luËn: Nguyenvanbientbd47@gmail.com 30 Gi¶n ®å ®iÖn ¸p toµn m¹ch: Nguyenvanbientbd47@gmail.com t Urc−a 10V 0 t t Uvµo U’ss Uss U Bé so s¸nh Ra sau so s¸nh TÝn hiÖu sau Trigo Xung chuÈn Sau bé AND ®−a tíi bé ®Õm Xung chèt Xung xo¸ t Sau bé ®¶o U U Sau chia tÇn 31 Nguyenvanbientbd47@gmail.com 32