Đo lực và ứng suất

LỜI GIỚI THIỆU
Ngày nay việc đo lường và điều khiển được ứng dụng trong
sản xuất công nghiệp cũng như trong phòng thí nghiệm rất hữu
dụng. Lợi dụng việc đo ứng suất biến dạng từ đó mà ta có thể xác
đònh được những thông số vật lý cơ học khác như: độ võng tónh,
moment, lực tác dụng, …
Hiện nay đã có những máy đo như loại dùng đồng hồ chỉ thò
số P3500 được thực hiện tại phòng thí nghiệm. Khi khoa học công
nghệ thông tin đã và đang phát triển thì máy vi tính bắt đầu thay
thế các thiết bò đo lường thông thường mà cho ta kết quả nhanh
và chính xác. Các thiết bò, hệ thống đo lường và điều khiển ghép
nối với máy tính có độ chính xác cao, thời gian thu thập số liệu
ngắn nhưng điều đáng quan tâm hơn là mức độ tự động hóa trong
việc thu thập và xử lý các kết quả đó.
Tuy nhiên để hệ thống đo lường và điều khiển ghép nối với
máy tính hoạt động được thì ngoài phần mạch điện khuếch đại và
chuyển đổi AD thì cần có chương trình được nạp vào máy tính để
xử lý kết quả.
Bài luận văn này cũng là một đề tài xử lý tín hiện điện tử bộ
cảm biến cho phép máy tính có thể giao tiếp thông qua cổng máy
in.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
PHẦN A
DẪN NHẬP
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
I. ĐẶT VẤN ĐỀ:
Để hiểu được và làm chủ được các hiện tượng vật lý hóa học,
y, sinh học trong đời sống chúng ta, đòi hỏi chúng ta phải có
phương pháp đo và thiết bò đo lường sẽ giúp chúng ta đạt được
mục đích này.
Cùng với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ điện tử và công

nghệ thông tin chúng ta có thêm các thiết bò đo lường điện tử
ngày càng chính xác hơn, sử dụng thuận lợi hơn, hoạt động ở chế
độ tự động hóa hoàn toàn. Để phục vụ cho việc tự động hóa trong
công nghiệp, chúng ta phải đề cập đến các phương pháp và cảm
biến đo các đại lượng không điện.
Ví dụ như: lực, áp suất, nhiệt độ v.v Từ những đại lượng
không điện này được cảm biến chuyển đổi thành đại lượng điện
rồi xử lý tín hiệu bằng những mạch điện tử.
Với mục đích là xác đònh độ biến dạng, ứng suất khi tác dụng
một lực vào một đầu của một dầm ngang. Tức là đặt một vật có
khối lượng vào đầu dầm, trên dầm có gắn Strain Gage (miếng đo
biến dạng) mà từ đó ta có thể xác đònh được khối lượng mà vật
đặt vào. Thông qua đại lượng trung gian này mà ta có thể xác
đònh được: độ biến dạng ứng suất, độ võng và đề tài này sẽ được
tìm hiểu kỹ về cách thức xác đònh được các đại lượng này.
Với đề tài “ĐO LỰC VÀ ỨNG SUẤT” này có thể dùng làm
thiết bò đo lường ở phòng thí nghiệm. Do đó nhiệm vụ chủ yếu là
phải hiển thò được kết quả với sai số càng nhỏ càng tốt.
II. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI:
Đo lực và ứng suất bằng máy tính. Nhờ sự trợ giúp của máy
tính cộng với phần mềm Pascal cho phép người lập trình có thể
hiển thò kết quả dưới nhiều hình thức khác nhau (hiển thò chế độ
văn bản, ở chế độ đồ thò).
Với thời gian ngắn chỉ có 10 tuần mà có nhiều vấn đề cần
giải quyết, hơn nữa kiến thức về lập trình có giới hạn. Do đó trong
khoảng thời gian đó, nhóm sinh viên thực hiện tập trung vào giải
quyết những vấn đề sau:
- Thiết kế phần cứng.
- Viết chương trình xử lý tín hiệu từ bộ cảm biến để
hiển thò kết quả trên màn hình.

III. CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC THI ĐỀ TÀI:
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
Với những yêu cầu đó ta có thể đưa ra phương pháp để thực
thi đề tài như sau:
• Sử dụng kỹ thuật vi xử lý và vi điều khiển.
• Dùng máy tính để xử lý.
Với kỹ thuật vi xử lý và vi điều khiển nếu dùng led 7 đoạn để
hiển thò 1 loạt các thông số: lực, ứng suất, biến dạng thì sẽ trở
nên gặp khó khăn và hiển thò dưới đồ thò sẽ không thực hiện
được. Do đó ở đây nhóm sinh viên thực hiện chọn máy tính để xử
lý thông qua cổng máy in. Sở dó chọn phương pháp này có ưu điểm
là:
- Có thể hiện thò cùng một lúc các thông số và đồ thò.
- Tính toán và lập trình trên phần mềm Pascal so với
xử lý và vi điều khiển.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
CHƯƠNG I
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO BIẾN DẠNG
I. KHÁI NIỆM VỀ BIẾN DẠNG:
Khi đặt một lực vào vật thể, vật thể bò thay đổi hình dạng.
Trong trường hợp tổng quát, sự thay đổi này gọi là biến dạng. Ở
đây chúng ta hiểu biến dạng như là sự thay đổi hình dạng trên 1
đơn vò dài hay là độ thay đổi chiều dài tương đối.
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO BIẾN DẠNG:
Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, kỹ thuật đầu dò,
đặc biệt từ những năm 1970, người ta đã chế tạo ra rất nhiều
dụng cụ đo biến dạng dựa trên các nguyên lý cơ khí, quang, điện
âm thanh và nguyên lý khí nén Tuy nhiên không có một nguyên
lý nào có thể thỏa mãn mọi yêu cầu kỹ thuật đặt ra. Do đó có rất
nhiều hệ thống đo khác nhau để đáp ứng mọi yêu cầu đo trong

phạm vi giải quyết những vấn đề khác nhau, sau đây là các
phương pháp đo:
1. Phương pháp cơ khí:
Phương pháp cơ khí đo biến dạng ngày nay ít được sử dụng,
bởi vì đo biến dạng bằng điện trở chính xác hơn và dễ sử dụng.
Tuy nhiên, dụng cụ đo cơ khí được gọi là Extensometer vẫn còn
được sử dụng rộng rãi trong hệ thống kiểm tra vật liệu.
2. Phương pháp âm thanh:
Phương pháp âm thanh đo biến dạng hiện nay hầu hết được
thay đổi bằng phương pháp đo điện. Phương pháp đo biến dạng
bằng âm thanh có nét độc đáo riêng, ổn đònh không mất độ chính
xác theo thời gian. Phương pháp đo biến dạng bằng âm thanh vẫn
được sử dụng dựa trên nguyên lý do ông R.S.Jerrett sáng chế vào
năm 1944.
3. Phương pháp biến dạng bằng điện trở:
Phương pháp đo biến dạng bằng điện trở này được xem là
hoàn hảo nhất, chỉ trừ một số trường hợp đạêc biệt phương pháp
này không sử dụng được. Phương pháp này được xem là phổ biến
nhất hiện nay dựa trên nguyên lý do ông Kelvin phát hiện năm
1856.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
4. Phương pháp đo biến dạng bằng chất bán dẫn:
Ưu điểm có độ nhạy cao nhưng giá thành lại cao. Phạm vi đo
chòu ảnh hưởng nhiều về yếu tố nhiệt độ. Phương pháp này dùng
để đo biến dạng rất nhỏ vì nó cực nhạy (với điều kiện nhiệt độ ổn
đònh) song rất ít sử dụng.
5. Phương pháp đo biến dạng bằng phương pháp lưới:
Phương pháp này có từ lâu đời, đặt lưới lên mẫu thử chụp
hình trước và sau khi đạt tải trọng, lưới sẽ bò biến dạng. Phương
pháp này có điểm khó khăn là các biến dạng thường nhỏ do đó

hầu hết các trường hợp sự dòch chuyển các mắt lưới không bảo
đảm tính chính xác. Để sử dụng phương pháp biến dạng đủ lớn
(cho chất dẻo cao su) rất hiệu quả.
6. Phương pháp tạo mẫu Hickson (phương pháp lưới):
Đặt tờ giấy nhám lên vật mẫu kéo theo 2 phương để tạo vết
trầy. Để đo biến dạng trên mẫu thử rất khó nên người ta lấy tấm
hợp kim mỏng dán lên chỗ trầy, để in lên tấm phim đó, thay vì đo
vật mẫu người ta đo vết trầy lên tấm phim.
Trong suốt 50 năm qua phương pháp đo biến dạng bằng điện
trở đã được sử dụng rộng rãi vì sự đơn giản cũng như kết quả
đáng tin cậy của chúng.
Do đó trong đề tài này nhóm sinh viên thực hiện đo biến dạng
bằng điện trở.
III. ĐO BIẾN DẠNG BẰNG STRAIN GAGE:
Miếng đo biến dạng (strain - gage) là một cấu kiện điện trở
được dùng để dán lên một bộ phận biến dạng. Mức biến dạng của
bộ phận thông qua lớp keo được truyền sang miếng đo. Miếng đo
như vậy phải chòu một sự biến động tỷ lệ với điện trở của nó.
Strain Gage (SG-miếng đo biến dạng) là một trong những
công cụ quan trọng của kỹ thuật đo lường điện tử được áp dụng đo
các đại lượng cơ học. Đúng như tên gọi, nó được sử dụng để đo
biến dạng. Biến dạng của một vật thể được gây ra bởi tác nhân
bên ngoài hoặc bên trong, làm sinh ra ứng suất. Do vậy trong
phân tích ứng suất thực nghiệm người ta sử dụng rộng rãi phương
pháp xác đònh biến dạng.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
Các thiết bò biến dạng cho đến nay đã được nhiều hãng chế
tạo như: Hottinger Baldwin, Messttechnik, Micromesures Vishay
Strain Gage được tạo ra với 2 kết cấu là lưới phẳng và dạng ống
trụ.

a. Dạng lưới phẳng b.
Dạng ống trụ
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
W i n d i n g C o r d
1. Hệ số miếng đo (Gage factor):
Sự thay đổi điện trở của một cấu kiện có điện trở biến đổi
được tùy thuộc vào quan hệ sau:
Với R: là điện trở ban đầu của cấu kiện.

L: chiều dài ban đầu của cấu kiện.
F : hệ số miếng đo.
Một miếng đo lý tưởng phải có một điện trở rất lớn, một hệ
số đo cực đại và một mức giới hạn đàn hồi cao, đồng thời lại
không bò ảnh hưởng nhiệt độ cao tác động. Thêm vào đó, hệ số
miếng đo luôn luôn bất biến cho dù mức biến dạng có lớn đến đâu
đi chăng nữa.
Để miếng đo có thể hoạt động một cách thích hợp theo sức
căng cũng như sức nén, sợi điện trở phải càng mỏng để cho lớp
keo có thể truyền hoàn toàn mức biến dạng của bộ phận sang
miếng đo.
2. Chất keo dán:
a) Keo cyanoacrylate: Rất thực dụng cho việc áp dụng
bình thường trong thời gian ngắn, nhiệt độ áp dụng dưới 100
0
C.
Sẽ khô cứng trong vài giây dưới tác dụng của sức ép.
b) Keo epoxy: Rất có hiệu quả, ổn đònh trong thời gian
lâu với nhiệt độ đến 300
o
c.

c) Keo gốm: Khó áp dụng hơn vì cần thiết bò đặt biệt có
vẻ mong manh yếu ớt, không cho phép dùng với những biến
dạng lớn.,sử dụng được đến 600
o
c.
d) Hàn: Đây là cách thức thực tế nhất để dùng ở nhiệt
độ cao cho các miếng đo trong vỏ bọc kim loại rất đặc.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
E.F
L
L
F
R
R
=
∆
=
∆
trở điện đổi biếnđộ:
R
R∆
Cần chú ý là bề mặt để dán phải được tẩy sạch dầu mỡ và
sau đó được trung hòa bằng hóa chất. Để tạo ra bề mặt có tính
chất lý tưởng đối với loại keo này, bề mặt phải được làm sạch vết
rỉ để tạo ra bề mặt nhẵn nhưng không quá bóng.
IV. MẠCH CẦU WHEATSTONE:
Cầu Wheatstone là mạch cầu được chọn nhiều nhất trong việc
đo những biến dạng điện trở nhỏ (tối đa 10%) như trong việc dùng
các miếng đo biến dạng.
1. Nguyên lý:

Đối cầu Wheatstone của hình 1:
Tín hiệu đầu ra E
m
qua thiết bò đo với trở kháng Z
m
:
R: điện trở danh nghóa ban đầu của các điện trở R
1
, R
2
, R
3
& R
4
(thường là 120Ω nhưng là 350Ω cho các bộ biến cảm).
V: điện áp cung cấp cho cầu.
Điện áp cung cấp cho cầu là một nguồn năng lượng cung cấp
thật ổn đònh.
Phần lớn Z
m
lớn hơn R rất nhiều (ví dụ như:Vôn kế, bộ khuếch đại
với liên kết trực tiếp) do đó thì phương trình (1) trở thành:
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
trở. điện của vò đơn đổi Biến:
(1)
4
4
3
3
2

2
1
1
14
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
Zm
R
V
Em
∆






∆
−
∆
+
∆

−
∆






+
=
( )
2
4
4
3
3
2
2
1
1
4






∆
−
∆

+
∆
−
∆
=
R
R
R
R
R
R
R
RV
Em
m
E
Z m
m
H ì n h 1 : M a ïc h c a àu W h e a t s t o n e
R 1
R 2
R 4
R 3
V
Từ (2) có nhận xét là: sự thay đổi đơn vò điện trở của 2 điện
trở nghòch nhau. Đặc tính này của cầu Wheatstone thường được
dùng để bảo đảm tính ổn đònh nhiệt của mạch đo và cũng để dùng
cho các thiết kế đặc biệt.
2. Cân bằng ban đầu:
Trước khi bắt đầu việc thử nghiệm, điều quan trọng là nên

nhớ đem tất cả các số ghi trên thiết bò trở lại số không. Điều này
sẽ làm đơn giản cho việc thể hiện đo đạc và cho phép dùng thiết
bò tốt hơn. Hình trên cho thấy một phương pháp thường dùng để
đảm bảo cho việc cân bằng ban đầu. R
a
là điện trở cố đònh, R
b
là
một thế kế nhiều vòng. Trong phần lớn thường sử dụng R
a
=20kΩ,
R
b
=40kΩ đủ thích hợp cho việc cân bằng.
Trong trường hợp của các bộ biến cảm, việc cân bằng có thể
thực hiện trực tiếp lên bộ cảm biến bằng cách thêm những điện
trở vào mạch các miếng đo.
3. Các đặc tính của cầu:
a) Bù nhiệt:
Phần lớn các miếng đo biến dạng hiện nay đều có khả năng
tự động cân bằng. Thí dụ, một miếng đo được cân bằng cho phép
về lý thuyết sẽ không cho thấy sự thay đổi điện trở nào khi miếng
thép mà miếng đo được dán lên sẽ giãn nở khi nhiệt độ thay đổi.
Đặc tính tự cân bằng này có được là nhờ việc xử lý nhiệt áp dụng
cho kim loại dùng để chế tạo ra miếng đo. Cách xử lý nhiệt này
chỉ có hiệu quả trong một tầm nhiệt độ giới hạn nào đó.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
M a ïc h c a àu c a ân b a èn g b a n đ a àu
E m
R 1

R 2
R 3
R 4
V
R a
R b
Bằng cách dùng cầu Wheatstone ta cũng có thể chế tạo mạch
cân bằng nhiệt độ. Như đã biết, sự thay đổi nhiệt độ của 2 nhánh
cầu kề nhau sẽ tự triệt tiêu nên miếng đo cân bằng D được nối vào
mạch cầu Wheatstone với miếng đo hữu công A.
(xem hình vẽ).
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH

Mạch cân bằng nhiệt độ.
Miếng đo D cũng có cùng tính chất như miếng đo A và cũng
được dán lên khối vật liệu; trong khi dán các miếng đo, khối vật
liệu thử nghiệm này không bò chòu một lực tác động nào. Ngoài ra
2 miếng đo A&D nên được đặt gần với nhau càng tốt; tất cả sự
thay đổi nhiệt độ chung cả hai miếng đo này sẽ được triệt tiêu và
nó sẽ tự cân bằng nhiệt độ.
b) Sự kết hợp các miếng đo:
Cầu Wheatstone cho phép kết hợp nhiều miếng đo hữu công.
Hình trên cho thấy bốn miếng đo được dán lên thanh mẫu. Khi
thanh mẫu bò kéo ra khỏi bởi lực P, những biến dạng tương tự sẽ
là:
ν: hệ số Poisson.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
ευεε
εεε
. Và

.
42
21
−==
===
EA
P


R 3
R 4
R 2
R 1
E
V
D
A
Active
Dumm
R3
R4
R2
R1
V
A: tiết diện ngang.
E: Modun đàn hồi.
Bốn miếng đo như vậy tạo thành cầu Wheatstone nên điện áp ở
đầu ra sẽ là:
Độ uốn của thanh mẫu sẽ được cầu Wheatstone cảm nhận vì
các miếng đo 1 và 3 ( cũng như 2&4) sẽ cộng các biến dạng có dấu

nghòch với nhau và như thế sẽ tự triệt tiêu theo nhiệt độ. Đây là
nguyên lý được dùng thường xuyên trong việc thiết kế các bộ cảm
biến.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
( )
[ ]
.12
εν
+==∆
KEmE
2)&1 thức biểucác lại(xem
4
VF
K
=
CHƯƠNG II
KHẢO SÁT CỔNG MÁY IN
BỘ ADC 12 BIT & VÀ CÁC LINH KIỆN CÓ LIÊN QUAN
Giao tiếp với máy tính là việc trao đổi dữ liệu giữa máy tính
với một hay nhiều thiết bò ngoại vi. Hai thiết bò ngoại vi quen
thuộc của máy tính là bàn phím và màn hình. Ngoài ra máy tính
còn được bố trí thêm các đường giao tiếp đa năng khác nhau: giao
tiếp nối tiếp (thông qua cổng COM), giao tiếp song song (cổng
LPT) giao tiếp qua khe cắm (SLOT).
Ghép nối nối tiếp cho phép trao đổi thông tin giữa các thiết
bò với nhau theo từng bit một. Số liệu thường được gởi theo từng
nhóm bit SDU (Serial Data Unit) mà nó tạo thành một byte hay
một từ Các thiết bò ngoại vi như Plotter, modem, mouse và
printer có thể được ghép nối với PC qua cổng nối tiếp COM. Các
ghép nối của PC cho trao đổi nối tiếp đều theo tiêu chuẩn RS232C

của EIA hoặc CCITT ở châu u. Về mặt kinh tế việc trao đổi
thông tin qua cổng nối tiếp là ít tốn kém nhưng về mặt kỹ thuật
thì khá phức tạp.
Giao tiếp qua khe cắm SLOT cũng phức tạp không kém đòi
hỏi việc gia công thiết bò phải chính xác, hơn nữa việc tháo vỏ
máy để gắn SLOT Card sau mỗi lần đo là vấn đề khó chấp nhận.
Giao tiếp qua cổng song song, dữ liệu truyền song song vì vậy
tốc độ truyền song song thường cao hơn truyền nối tiếp (khoảng từ
40kB/s đến 1MB/s). Hầu hết các máy tính đều trang bò cổng này.
Việc trao đổi thông tin một cách dễ dàng.
I. KHẢO SÁT CỔNG MÁY IN:
Cổng này để dùng giao tiếp với máy in. Đầu cắm có 25 chân
và còn gọi là DB25. Bên trong có 3 thanh ghi có thể truyền số liệu
và điều khiển máy in, mỗi thanh ghi 8 bit. Ba thanh ghi gồm:
• Thanh ghi dữ liệu (Data register):
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
D 7 D 6
D 5 D 4
D 3
D 2 D 1 D 0
D 0
D 1
D 2
D 3
D 4
D 5
D 6
D 7
( P I N 2 )
( P I N 3 )

( P I N 4 )
( P I N 5 )
( P I N 6 )
( P I N 7 )
( P I N 8 )
( P I N 9 )
Có đòa chỉ bằng đòa chỉ cơ bản của máy in=378H.
• Thanh ghi trạng thái (Status register).(chỉ đọc):
D
0
,D
1
,D
2
: không sử dụng (thường để ở mức [ 1])
Có đòa chỉ bằng đòa chỉ cơ bản +1=379H.
• Thanh ghi điều khiển :
D
5
,D
6
,D
7
: không sử dụng(thường để ở mức [ 1]).
Đòa chỉ bằng đòa chỉ cơ bản + 2=37AH.
Việc nối máy in với máy tính được thực hiện qua lỗ cắm
DB25 ở phía sau máy tính. Nhưng đây không chỉ la øchỗ nối với
máy in mà khi sử dụng máy tính vào mục đích đo lường và điều
khiển thì việc ghép nối cũng thực hiện qua ổ cắm này. Qua cổng
này dữ liệu được truyền đi song song nên đôi khi còn được gọi là

cổng ghép nối song song và tốc độ truyền dữ liệu cũng đạt đến
mức là đáng kể. Tất cả các đường dẫn của cổng này đều tương
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
D 5
A C K
( P I N 1 1 )
( P I N 1 5 )
B U S Y
D 7
( P I N 1 2 )
D 2
D 3
D 1
( P I N 1 0 )
( P I N 1 3 )
D 4
D 0D 6
P E
E R R O R
S L C T
12
D 5
D 7 D 2
D 3
D 1
D 4
D 0D 6
S T R O B E ( P I N 1 )
A F ( P I N 4 )
I N I T ( P I N 1 6 )

S L C T I N ( P I N 1 7 )
I R Q
thích TTL, nghóa là chúng đều cung cấp một mức điện áp nằm
giữa 0V và 5V.
Bên cạnh 8 bit dữ liệu còn có những đường dẫn tín hiệu khác,
tổng cộng người sử dụng có thể trao đổi 1 cách riêng biệt với 17
đường dẫn, bao gồm 12 đường dẫn ra và 5 đường dẫn vào. Bởi vì 8
đường dẫn dữ liệu. D
0
-D
7
không phải là đường dẫn 2 chiều trong
tất cả các loại máy tính, nên sau đây ta sẽ thấy là D
0
-D
7
chỉ sử
dụng như là lối ra, các lối ra khác nữa là STROBE, AUTOFEED
(AF), INIT và SELECTIN (SLCTIN). Khi trao đổi thông tin với
máy in các đường này đều có chức năng xác đònh.
• Các tín hiệu của đầu cắm DB25:
Chân Tín hiệu Môtả
1 STR Mức tín hiệu thấp truyền dữ liệu tới
máy in.
2 D
0
Bit dữ liệu D
0
.
3 D

1
Bit dữ liệu D
1
4 D
2
Bit dữ liệu D
2
.
5 D
3
Bit dữ liệu D
3
.
6 D
4
Bit dữ liệu D
4
.
7 D
5
Bit dữ liệu D
5
.
8 D
6
Bit dữ liệu D
6
.
9 D
7

Bit dữ liệu D
7
.
10 ACK Mức thấp chỉ rằng máy in đã nhận 1
ký tự.
11 BUSY
12 PE Báo hết giấy.
13 SLCT Báo lựa chọn máy in.
14 AF Tự nạp giấy.
15 ERROR Báo lỗi máy in.
16 INIT Reset máy in.
17 SCLTIN Chọn máy in.
18 18-25 GND Đất.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
C O N N E C T O R D B 2 5
1
1 3
1 4
2 5
II. KỸ THUẬT BIẾN ĐỔI ADC – KHẢO SÁT ADC ICL
7109:
A. Kỹ thuật biến đổi ADC:
Biến đổi Analog – Digital là thành phần cần thiết trong việc
xử lý thông tin và các chức năng điểu khiển sử dụng phương pháp
số, tín hiệu thực tế thì ở dạng Analog. Một hệ thống tiếp nhận dữ
liệu giao tiếp A/D để chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số
để xử lý.
1. Đặc tính kỹ thuật của mạch ADC:
a. Độ chính xác bất đònh do lượng tử hóa:
Điện áp tương tự liên tục được chia thành 2

n
khoảng gián
đoạn ở mỗi mạch đổi n bit. Các giá trò tương tự cùng một khoảng
được biểu thò cùng nhò phân. Do có một độ chính xác bất đònh ± ½
LSB (Least significant bit).
b. Độ chính xác:
Độ chính xác tuyệt đối là sự sai biệt giữa lý thuyết và trò thực
tế của điện áp tương tự vào cho 1 mã nhò phân ra. Vì một mã số
ra tương tứng với 1 khoảng hẹp của điện áp tương tự vào ở đònh
nghóa trên được xem như là điểm giữa khoảng.
Độ chính xác tương đối giống như độ chính xác tuyệt đối như
đònh nghóa trong điều kiện tràn khung đã được lấy chuẩn, vì các
điểm rời trên đặc tính chuyển lý thuyết nằm trên một đường
thẳng nên độ chính xác tương đối cũng là độ phi tuyến.
c. Thời gian và tốc độ chuyển đổi:
Thời gian chuyển đổi: Thời gian chuyển đổi cần cho 1 lần
chuyển đổi hoàn toàn. Đối với phần lớn mạch đổi, thời gian này
gọi là nghòch đảo của tốc độ đổi, nếu không có thêm các trì hoãn
của hệ thống. Tuy nhiên trong mạch đổi có tốc độ cao, lần đổi mới
được lệch bắt đầu trước khi lần đổi trước kết thúc nên thời gian
đổi và tốc độ đổi khác nhau.
2. Mạch chuyển đổi tương tự sang số (ADC):
a. Nguyên tắc mạch ADC:
Mạch biến đổi ADC (Analog Digital Converter) có bộ phận
chính là mạch so sánh:
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
M a ïc h
t a ïo m a õ
s o á
M a õ s o á r a

Đ i e än a ùp v a øo V
R
Đ i e än a ùp
t ư ơ n g t ư ï v a øo
V
a
Do đó nhiệm vụ của mạch tạo ra mã số và mạch điều khiển
logic là thử một bộ hệ số nhò phân a
i
sao cho hiệu số điện áp vào
chưa biết V
a
và trò nguyên lượng tử hóa sau cùng nhỏ hơn 1 LSB.
Chuyển đổi điện áp tương tự liên tục sang mã nhò phân rời
rạc:

SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
1 2 3
4
5 6 7
T ư ơ n g t ư ï v a øo
V
F S
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0

1 1 1
1 / 2 L S B
+ 1 / 2 L S B
- 1 / 2 L S B
M a ïc h
t a ïo m a õ
s o á
M a õ s o á r a
Đ i e än a ùp m a ãu V
R
Đ i e än a ùp
t ư ơ n g t ư ï v a øo
V
a
s o s a ùn h
LSB
n
i
i
i
a
FS
V
a
V
2
1
1
)2 (
<

∑
=
−
−
Sự khác nhau giữa các mạch đổi là cách thức thay đổi điện áp
mẫu V
R
để xác đònh hệ số nhò phân a
i
.
Điện áp tương tự chưa biết là V
a
và điện áp chuẩn là V
R
được
nối ở hai ngõ vào của mạch so sánh. Khi V
R
tăng từ 0 đến điện áp
tương tự vào với sai số bằng sai số lượng tử hóa, lúc đó mạch tạo
mã số ra có giá trò tương ứng với điện áp vào chưa biết.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
b. Mạch ADC dùng điện áp mẫu V
R
hình nấc thang:
• Dạng mạch cơ bản:
Để tạo điện áp mẫu nấc thang so sánh với điện áp vào dùng
mạch ADC mà số nhò phân vào được lấy từ một mạch đếm lên
như hình vẽ.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
+

-
D A C n b i t
M a ïc h đ e ám
n b i t
S
R
Q
Q
F F
E O C
C K x u n g đ o àn g h o à
t a àn s o á f c
S T A R T
d o ác l e ân
V = V
R D A C
V
a
( + )
M a õ
s o á r a
T c
T h ơ øi g i a n c h u y e ån đ o åi
K e át t h u ùc
c h u y e ån đ o åi
V
V ( t )
= V
R
D A C

R
t
t
t
t
SVTH :HAỉ THANH LAM - PHAẽM TROẽNG QUYỉNH
• Mạch ADC dùng mạch đếm lên xuống:
Nếu ngã ra của mạch so sánh cho thấy V
R
<V
a
mạch logic sẽ
điều khiển mạch đếm lên, còn ngược lại sẽ được điều khiển đếm
xuống. Nếu điện áp V
a
không đổi, V
R
sẽ tự dao động xung quanh V
a
với 2 trò số khác nhau 1 LSB. Khi V
a
thay đổi chậm, V
R
theo kòp V
a
khi đó số đếm của mạch là mã nhò phân tương ứng với trò tức thời
của điện áp vào. Nhưng nếu V
a
biến đổi nhanh, V
R

sẽ không theo
kòp V
a
thì số đếm của mạch đếm không phải là mã nhò phân mong
muốn.
c. Mạch ADC lấy gần đúng kế tiếp SAR:
Các mạch đếm ở trên đều không được dùng trong thực tế. Ở
đây xét mạch đổi lấy gần đúng kế tiếp dùng cách đổi điện áp mẫu
một cách hiệu quả hơn khiến số lần chuyển đổi ra mã số n bit chỉ
mất n chu kỳ xung CK. Mạch đổi gồm mạch so sánh, mạch ghi
chuyển đặc biệt và mạch ADC.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
+
-
D A C n b i t
C o u n t e r
U p / D o w n
C K
C o n t r o l L i g i c
V = V
R D A C
V
a
( + )
M a õ s o á
r a
R
R
V
K h o ân g t h a ây đ o åi k ò p s o

v ơ ùi V a ( t )
V
V a ( t )
Mạch ghi chuyển đặc biệt được gọi là mạch ghi lấy gần đúng
kế tiếp (Successive Approximation Register: SAR) là mạch có hợp
luôn phần điều khiển logic.
Khi có xung bắt đầu mạch SAR được đặt lệch về 0. Ngã ra của
DAC được làm lệch ½ LSB để tạo đặc tính chuyển đổi, kế đến
SAR đưa bit có nghóa lớn nhất (MSB) lên 1, các bit khác bằng 0.
Số nhò phân ra ở SAR được đưa vào mạch DAC.
Nếu V
R
>V
a
(điện áp tương tự vào) ngã ra V
c
của mạch so sánh
mức [0] khiến SAR bỏ đi MSB (làm cho nó bằng 0).
Nếu V
R
<V
a
thì V
c
ở mức cao khiến SAR giữ lại bit

MSB (làm
cho nó vẫn bằng 1). Tiếp theo, SAR đưa bit có nghóa kế tiếp

lên 1

và được quyết đònh bởi cách thức như bit MSB ở trên. Tiếp tục
như vậy cho đến bit cuối cùng của SAR, lúc đó V
a
gần V
R
nhất.
d. Mạch ADC dùng tín hiệu dốc đơn. (Single ramp converter)
:
Tín hiệu chuẩn từng nấc được tạo bởi mạch ADC có thể được
thay thế bởi điện áp chuẩn dốc liên tục do mạch tạo tín hiệu dốc
lên liên tục tạo ra.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
C K
R D A C
+
S A R
-
V = V
D A C n b i t
M a õ s o á
r a
V c
V a ( t )
S T A R T
F F
M a ïc h t a ïo
t í n h i e äu
d o ác l e ân
M a õ s o á
r a

Q
S
+
S T A R T
E O C
Q
M a ïc h đ e ám
n b i t
-
R
-
+
V c ( t )
V c ( t )
V a ( t )
V
R
2
1
Ban đầu:
Mạch so sánh SS
1
có V
(-)
=V
a
>V
(+)
=V
offset

 ngã ra của SS
1
là
V
C1
=[0].
Mạch so sánh SS
1
có V
(+)
=V
offset
< V
(-)
=0  ngã ra của SS
1
là
V
C2
=[0].
• Khi cho xung START đặt vào mạch đếm n bit về 0 và khởi
động mạch tạo tín hiệu dốc lên, V
R
từ giá trò hơi âm tăng đến
khi đường dốc cắt trục 0V.
Trong khoảng thời gian t
1
– t
2
.

Mạch SS
2
: V
(+)
=V
R
> V
(-)
=0  V
C2
=[1].
Mạch SS
1
: V
(+)
=V
R
< V
(-)
=V
a
 V
C1
=[0].
Tại FF S=0 Q=0

R=START =1 Q=1.
Tại cổng AND
Q =1
 Đưa xung CK vào bộ đếm.

V
C2
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
h i g h
h i g h
t
t
t
t
t
t
E O C
C K
V c
V c
V a , V
S T A R T
V o f f s e t
1
2
R
T c
H ì n h a .
-
+
V
R O Ån đ ò n h v a øo
V r ( t )
H ì n h b .
R

R
C
CK
SVTH :HAỉ THANH LAM - PHAẽM TROẽNG QUYỉNH