Giáo trình hướng dẫn tìm hiểu sự hình thành của máy đo tần số và vi mạch số phần 5 ppt

Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
52
Ngõ vào ( input ) Ngõ ra ( output) Display

LE BI LT D C B A a b c d

E

g f
X X L X X X X H

H

H

H

H

H

H


X L H X X X X L L

L

L

L

L

L

Blank
L H H L L L L H

H

H

H

H

H

L

0
L H H L L L H L H

H

L

L

L

L

1
L H H L L H L H

H

L

H

H

L

H

2
L H H L L H H H

H

H

L

L

L

H

3
L H H L H L L L H

H

L

L

H

H

4
L H H L H L H H

L

H

H

L

H

H

5
L H H L H H L L L

H

H

H

H

H

6
L H H L H H H H

H

H

L

L

L

L

7
L H H H L L L H

H

H

H

H

H

H

8
L H H H L L H H

H

H

L

L

H

H

9
L H H H L H L L L

L

L

L

L

L

Blank
L H H H L H H L L

L

L

L

L

L

Blank
L H H H H L L L L

L

L

L

L

L

Blank
L H H H H L H L L

L

L

L

L

L

Blank
L H H H H H L L L

L

L

L

L

L

Blank
L H H H H H H L L

L

L

L

L

L

Blank
H H H X X X X (* )

Trong mạch hiển thò ta cần phải tắt số 0 vô nghiã,ví dụ như kết quả
đo làø 10 thì phải hiển thò làø 10 không phải là 0010. Như chúng ta đã biết IC
4511B có ngõ vào BI khi tác động ở mức thấp thì đèn tắt, khi các ngõ ra của
IC đếm là 0000 (BCD) thì ngõ vào BI ở mức thấp, một ngõ ra lên trạng thái
[1] thì ngõ vào BI ở mức cao.
Dạng mạch kết nối như sau:
.
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
53


VI./ MẠCH HIỂN THỊ:
Mạch đo tần số này không là một thiết bò đo thực dụng mà là một mô
hình hoạt động được dùng trong giảng dạy môn đolường điện, có thể dùng
làm thiết bò đo trong phòng thí nghiệm đo lường điện. Đối với mô hình dùng
để dạy học nên cần phần hiển thò thật rõ để người ở góc có thể quan sát được,
với những yêu đó ta chọn phần hiển thò là LED 7 đoạn loại lớn, loại đèn này
tiêu tốn năng thấp hơn các loại đèn cathod lạnh hay đèn tim, nguồn cung cấp
cho đèn LED thường thấp.
Thông số loại LED
Điện áp cung cấp : 6 V
Dòng điện tối đa : 20mA
Kích cở : ( 3. 7 x 5. 5) cm
Kích thước mỗi đoạn : 3 cm
Loại màu trắng khi phát sáng cho ánh sáng màu đỏ
Điện áp và dòng diện các ngõ ra của IC 4511B không đủ kích cho
LED sáng vì vậy cần thêm mạch kéo dòng cho LED. Ta dùng linh kiện rời
TRANSISTOR để làm mạch thúc, khi ngõ ra của IC 4511B ở trạng thái mức
cao thì LED sáng, ở trạng thái mức thấp thì LED tắt nên ta sử dụng transistor
loại PNP.


.
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

54

Điện áp cấp cho LED là 6V và dòng điện qua tối đa là 15mA. Khi
chân B ở mức cao thì transistor ngưng dẫn dòng điện chạy qua R
C
và R
1
qua
LED làm cho đèn phát sáng, lúc này điện áp rơi trên LED là 0.7V.

Điện trở R
C
=
LED
CCC
I
VV



R
C
=
mA
15
612

= 400 
R
1

=
mA
15
7.06

= 330 

Để transistor làm việc trong vùng bảo hoà thì điện trở R
B
= 10 R
C

R
B
= 4 K
Khi chân B ở mức thấp thì transistor dẫn dòng điện đổ từ nguồn V
CC

= 12V qua mối nối CE xuống mass lúc này V
CE
= 0.2V làm cho LED tắt.

VII./ MẠCH NGUỒN:
Trong phần mạch giới hạn biên độ tín hiệu ngõ vào và phần hiển thò
đã sử dụng nguồn cung cấp là 12V, nguồn cung cấp cho các loại IC đếm trong
mạch là 5V. Như vậy mạch nguồn cho ra 3 cấp điện áp +12 V, -12V, + 5V.
Để đơn giản cho việc chọn lựa nguồn và linh kiện ổn áp cho mạch ta
chỉ chú trọng đến các phần tử tiêu hao dòng đáng kể nhất trong mạch.
Các cổng CMOS đều là loại có dòng tiêu thụ lớn nhất I
d

= 50 mA ở
mức điện nguồn cung cấp là 5V.
Dòng điện tổng qua các CMOS là :6 x 50mA = 300 mA
IC đếm bao gồm: IC 4518B x 3, 4017B x 4, IC 4040B dòng điện tiêu
thụ mỗi IC là 10 mA. Dòng điện tổng là: (8 x 10)mA = 80mA
Tổng dòng điện qua các LED là : (4 x 7 x 15) mA = 420 mA
Tổng dòng điện toàn mạch là: (300 + 420 + 80 ) = 800 mA
Tổng dòng điện trong nguồn cung cấp + 5 V là: (300 + 80) = 380 mA
Chọn IC 7805 để tạo nguồn ổn áp + 5 V, các thông số của IC 7805:
Dòng điện ngõ ra: I
0
= 1 A
.
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
55
Điện áp ngõ vào: V
in
= 8  35 V
Điện áp ngõ ra: V
0
= 4.8  5.2 V
Chọn IC LM 317 và LM 337 để tạo nguồn ổn áp + 12V , -12 V
Thông số kỹ thuật của IC LM317:
Dòng điện ra đònh mức : I
0
= 1.5A
Điện áp ngõ ra V
0

= V
in
- 1.2
Điện áp ngõ vào : V
in
= 1.2  37V
Thông số kỹ thuật của IC LM 337
Dòng điện ra đònh mức : I
0
= 1.5A
Điện áp ngõ ra :V
0
= V
in
+ 1.2
Điện áp ngõ vào : V
in
= 1.2  37 V
Trong mạch cần nguồn đối xứng 12V nên chọn biến áp có điểm giữa,
điện áp vào là 220 V
AC
, điện áp lấy ra 12 V
AC


Tụ 10F nối từ chân ADJ xuống mass để triệt tiêu độ gợn điện áp, tụ
0.1F dùng lọc nhiễu tần số cao làm cho điện áp ngõ ra có dạng phẳng hơn.
Điện trở R = 120 và biế trở VR = 2 k tạo thành cầu phân áp để điều chỉnh
điện áp cho chân ADJ nhằm điều chỉnh điện áp ngõ ra.
 Giải thích nguyên lý hoạt động của toàn mạch:

Chức năng các linh kiện trong mạch
IC 7805 dùng ổn áp nguồn 5V cung cấp cho các IC đếm
IC 317 vàø IC 337 dùng ổn áp nguồn +12V, -12V cung cấp cho khuếch
đại đầu vào và mạch nguồn cho LED hiển thò
IC 40106B chỉnh dạng sóng tín hiệu ngõ vào, một phần dùng lắp mạch
dao động chuẩn.
IC 4518B (1), IC 4040B và IC 4081(1) dùng để chia tần số xung 32 KHZ
xuống tần số xung chuẩn 1HZ.
IC 4017B (1) khống chế mạch đếm trong 1 giây, giữ kết quả trong 2
giây và reset mạch đếm trong 1 giây.
IC 4518B ( 2,3) đếm BCD đồng bộ.
.
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
56
IC 4511B ( 1,2,3,4) giải mã BCD sang LED 7 đoạn
IC 741 (1,2 ) khuếch đại biên độ tín hiệu ngõ vào
IC 4017B (2 ,3 ) mạch chia tần số tín hiệu ngõ vào tạo các giai đo x1,
x10 , x100.
 Nguyên lý hoạt động:
Khi cấp nguồn cho mạch, lúc này chưa có tín hiệu ngõ vào trên màn hình
hiển thò là số 0. Khi đưa tín hiệu cần đo tần số vào, chú ý đến biên độ để điều
chỉnh công tắc SW
1
ở vò trí phù hợp khi biên độ tín hiệu quá lớn mà không
làm hỏng mạch. Tín hiệu cần đo sau khi mạch giới hạn biên được đưa vào IC
40106 để dạng méo xung nếu có hoặc chỉnh dạng sóng sin thành xung vuông.
Nếu như ta để công tắc SW
2

ở vò trí (x1) thì kết quả hiển thò chính là kết quả
của phép đo, nếu công tắc ở vò trí (x10 hay x100) thì kết qủa của phép đo sẽ
bằng kết qủa hiển thò nhân với giai đo( x10 hay x100).
Tín hiệu sau khi được sửa dạng được đưa vào một ngõ vào cổng AND ngõ
vào còn lại là tín hiệu điều khiển có tần số xung là 1HZ. Phần xung 1HZ
được tạo từ dao động chuẩn 32KHZ đưa đến ngõ vào IC 4017, ngõ ra O
0

được nối chân điều khiển cho phép tín hiệu cần đo vào mạch đếm. Khi ngõ ra
O
0
= (1) cổng AND được thông tín hiệu vào mạch đếm IC 4518 (2, 3) sau thời
gian 1 giây cổng AND được khóa không cho tín hiệu vào. Ngõ ra O
1
= (1)
thông qua cổng NOT nối đến chân EL của IC 4511B cho phép tín hiệu đếm
vào mạch giải mã sang LED 7 đoạn, sau thời gian 1 giây kết quả được chốt
lại ngõ ra O
2
= (1) mạch đếm được Reset và lặp lại chu kì đếm mới.
Chân 6 của IC 4518 (2) nối với chân 10 (CP
1b
) để khi mạch đếm (1A) đếm
từ 0 đến 9 thì mạch (1B) đếm lên 1 kết qủa hiển thò là 10 HZ, mạch đếm được
là từ 0 đến 99 tự động quay về 0. Để hiển thò được 4 LED thì chân (14) cuả
4518B (2) nối qua chân (2) của IC 4518B (3), chân (6) nối với chân 10 (CP
2b
),
mạch đếm được số xung lớn nhất là 9999 HZ khi số xung vượt quá thì kết quả
hiển thò là 0, kết qủa hiển thò không bò nhấp nháy trong khi mạch làm việc.

.
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
57

CHƯƠNG IV

THI CÔNG
I./ HÌNH DẠNG MÔ HÌNH:
.
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
58
II./ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ:
1./ Mạch ngõ vào:
.
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
59

2./ Mạch dao động chuẩn:
.
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
60

3./ Mạch đếm và giải mã:
.
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
61

4./ Mạch hiển thò:
.