đồ án tốt nghiệp nghiên cứu thiết kế mạch đo lường hiển thị số điện áp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (582.58 KB, 32 trang )
1
Mục Lục
Lời nói đầu:.Trang 2
Nhiệm vụ:
Các phơng án thực hiện đề tài: Trang 3
Sơ đồ khối mạch: .Trang 4
Phân tích nguyên lý hoạt động từng khối:
- Khối lấy tín hiệu:.Trang 5
- Khối phát xung chuẩn: Trang 6
- Khối chia tần: .Trang 11
- Khối phát xung răng ca: Trang 16
- Khối so sánh: Trang 17
- Khối Trigơ D: Trang 19
- Khối đếm Modul 10-4 đêcac: Trang 21
- Khối tạo xung xoá: Trang 22
- Mạch chốt: Trang 24
- Khối tạo xung chốt: Trang 26
- Phần hiển thị: . Trang 27
Đánh giá sai số hệ thống: Trang 29
Kết luận: Trang 30
2
Lời nói đầu:
Điện năng là một nguồn năng lợng thiết yếu cho cuộc sống. Hầu hết các trang thiết bị
hiện đại phục vụ cho sinh hoạt của con ngời đều sử dụng năng lợng điện. Trong quá trình
làm việc của các thiết bị này, khi xảy ra sự cố về điện, nếu không xử lý kịp thời có thể gây
hậu quả nghiêm trọng ảnh hởng đến sinh hoạt và sản xuất. Để thuận tiện cho việc vận
hành, theo dõi quá trình làm việc của các trang thiết bị này, cần thờng xuyên kiểm tra các
thông số của thiết bị nh: dòng điện, điện áp để tránh hiện tợng quá dòng, quá áp gây
sai hỏng thiết bị. Với mục đích đó, nhóm sinh viên chúng em chọn đề tài Nghiên cứu thiết
kế mạch đo lờng hiển thị số điện áp ( hoặc dòng điện). Thông qua những số liệu đo đợc,
ngời sử dụng có thể phát hiện kịp thời những sự cố về điện và có biện pháp xử lý thích
hợp, nhờ đó tránh đợc những ảnh hởng không mong muốn.
Đề tài trình bày các nội dung chính:
+ Các phơng án thực hiện đề tài
+ Sơ đồ khối toàn bộ hệ thống
+ Sơ đồ khối, nguyên lý hoạt động và giản đồ tín hiệu ra của từng khối
Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hớng dẫn, chỉ bảo tận tình của TS Nguyễn Nam
Quân và các thầy trong Bộ môn đã giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện bản thiết kế
này.
Do thời gian và kiến thức còn hạn hẹp, bản báo cáo thiết kế mạch logic của chúng em còn
nhiều thiếu sót. Chúng em rất mong nhận đợc sự góp ý và đánh giá của thầy cô để bản báo
cáo đợc hoàn thiện.
Chúng em xin chân thành cảm ơn.
Nhóm sinh viên:
Phan Thanh Hiền
Nguyễn Hồng Hoa
Hà Huy Hùng
Nhiệm vụ:
Nguyên lý hoạt động của mạch đo lờng hiển thị tín hiệu điện áp, dòng điện hay công
suất là tơng tự nhau. Do đó bản báo cáo này chỉ chọn trình bày về mạch đo lờng hiển thị
tín hiệu điện áp. Trên cơ sở đó, có thể thiết kế mạch đo lờng hiển thị dòng điện và công
suất.
Nhiệm vụ:
+ Đo tín hiệu điện áp của một thiết bị tại một thời điểm.
+ Hiển thị số giá trị điện áp đo đợc ( tối đa là 999.9v ).
Các phơng án thực hiện đề tài:
Phơng án 1:
Nh ta đã biết điện áp lới trung bình khoảng 220v~ tàn số khoảng 50Hz , ta có thể
thực hiện theo sơ đồ sau:
Khối
giải mã
(4)
Khối
biến đổi
A/D(3)
Khối
chỉnh
lu(2)
Khối lấy
tín hiệu
(1)
Khối
hiển thị
(5)
Khối 1 : Sử dụng biến áp ( hay biến dòng) để lấy tín hiệu áp ( hay tin hiệu dòng )tỉ lệ với tín
hiệu điện trong mạch. Tín hiệu ra là tín hiệu xoay chiều
Khối 2 : Dùng bộ chỉnh lu cầu kết hợp với tụ san phẳng biến điện áp xoay chiều thành điện
áp một chiều
Khối 3 : Sử dụng bộ biến đổi A/D chuyển tín hiệu tơng tự sang tín hiệu số. Tuy nhiên
trong nhiệu vụ của đề tài này tín hiệu số phải là tín hiệu BCD để da ra hiển thị -> không
dùng bộ biến đổi A/D
Khối 4: Sử dụng bộ giải mã BCD đa ttín hiệu số sang tín hiệu dạng thập phân có thể hiển
thị bằng đèn LED 7 thanh
Khối 5 : Sử dụng đèn LED 7 thanh dể hiển thị
Sơ đồ tín hiệu của hệ thống:
1001101
Giải mã
Bộ biến dổi A/D tạo mã nhị phân
mà bộ giải mã cần mã BCD
Không sử dụng đợc A/D
LED
Phơng án thực hiện đề tài:
3
I/ -
Mạch đo lờng hiển thị điện áp (hoặc dòng điện) :
Trong quá trinh làm việc của tất cả các thiết bị cũng nh các tải sử dụng trong sinh
hoạt để thuận tiện cho việc vận hành và theo dõi quá trình làm việc của chúng,ta có thể tiến
hành đo dòng điện hoặc điện áp hiển thị số . Thông qua đó mà ngời sử dụng phát hiện
những sự cố xảy ra và nhanh chóng xử lý kịp thời. Để thực hiện đợc đo dòng điện và điện
áp ta xay dựng sơ đồ khối sau :
Lấ
y
tín
hiệu
(1)
So sánh
(5)
(6)
D Q
C
Tao
xung
xoá
(
8
)
Phát
xung
rca
(
4
)
Phát
xung
chủ đạo
(
2
)
Đếm
modul 10-
4 đề các
(7)
Giải mã 7
thanh
(11)
Tạo
xung
chốt
(9)
Mạch
chốt
(10)
Chia
tần
(
3
)
Hiển thị
(12)
Trong đó :
+
Khối 1 : Lấy tín hiệu Thông qua biến dòng hoặc biến áp để lấy tín hiệu dòng hay áp
tỉ lệ với dòng - áp trong mạch
+
Khối 2 : Khối phát xung chuẩn.
+
Khối 3 : Khối chia tần.
+
Khối 4 : Khối phát xung răng ca.
+
Khối 5 : Khối so sánh tín hiệu vào lấy từ khối lây tín hiệu và điện áp răng ca lây từ khối
phát xung răng ca
4
+
Khối 6 : Trigơr D, khoá K.
+
Khối 7 : Khối đếm modul 10 4 đề các
+
Khối 8 : Khối tạo xung xoá.
+
Khối 9 : Khối tạo xung chốt.
+
Khối 10 : Mạch chốt.
+
Khối 11 : Khối giải mã 7 thanh.
+
Khôi 12 : Khối hiển thị.
Từ sơ đồ khối ta phân tích nguyên lý làm việc của từng khối nh sau :
II/Phân tích nguyên lý từng khối
1- Khối lấy tín hiệu:
A. Lấy tín hiệu áp( Lấy tín hiệu dòng Công suất ):
Đo điện áp của mạch, dùng biến áp để lấy tín hiệu áp tỉ lệ với điện áp trong mạch điện (Máy
hạ áp). Tín hiệu điện áp lấy ra từ cuộn thứ cấp của máy biến áp đợc đa vào bộ chỉnh cầu
(có tụ loc san phẳng), khi đó tín hiệu ra là tín hiệu điện áp một chiều.
Sơ đồ nguyên lý của mạch nh sau:
Do tín hiệu lấy ra sẽ đợc đa vào Bộ so sánh với xung răng ca có biên độ đỉnh là
10v nên ta chọn linh kiện trong khối lấy tín hiệu nh sau:
5
+ Máy biến áp: Do yêu cầu của mạch so sánh, cho phép U
vào có điện áp lớn nhất bằng
Umaxrc = 10V. Máy biến áp sử dụng là loại hạ áp.
+ Bộ chỉnh lu cầu: Sử dụng điôt 1N4007
+ Tụ điện C: Chọn tụ C có giá trị 0.1
à
F
+ Bộ phân áp: Điều chỉnh điện áp đa đến bộ so sánh
2-Khối phát xung chuẩn:
Nhiệm vụ của khối này là phát xung có tần số cao (1Mhz) để đa đến mạch chia tần và
mạch đếm xung. Khi tần số của mạch phát xung càng cao thì sai số của mạch càng nhỏ.Ta
thiết kế sao cho 1V của điện áp lới tơng đơng với 10 xung đa đến bộ đếm. Ta giả thiết
mạch thiết kế đo đợc điện áp tối đa là 999.9v. Trong một chu kì đếm có tối đa 9999
(
10000) xung đa đến bộ đếm tức là đo đợc điện áp 999.9V điện áp lới. Mà tần số điện
áp lới là 50Hz . Vậy ta phải có mạch phát xung có tần số :
F0 =2*50*10000 =
1000000Hz (1Mhz)
Để thực hiện bộ phát xung chuẩn này ta có thể thực theo các phơng án sau:
Phơng án 1:
Dùng mạch khuếch đại dao động:
Sơ đồ nguyên lý:
+E
Ura
T1 T2
Nguyên lý hoạt động:
Mạch trên có hai trạng thái không ổn định và tự động chuyển đổi giữa hai trạng thái này.
Hai trạng thái đó là: T
1
thông và T
2
tắt.
T
1
tắt và T
2
thông.
6
Giả sử T
1
thôngC
2
nạp từ +EC
2
đất. Với thời gian nạp là:
nạp
=C
2
.R
C2
.
T
2
tắtC
1
phóng qua R
C2
,R
B1
với thời gian phóng là:
phóng
= C
1
(R
B1
+R
C1
).
Nếu ta chọn linh kiện cân đối:R
C2
=R
C1
=R
C
R
B2
=R
B1
=R
B
C
1
=C
2
=C
Ta thấy thời gian nạp lớn hơn thời gian phóng.
Giá trị điện áp trên tụ C
1
giảm dần tức là U
B2
du7ơng đần lên.Khi C
1
phóng đến lúc chạm
điện áp cắt của T
2
làm cho T
2
từ tắt thành thông,T
1
từ thông thành tắt.Lúc này C
2
phóng,giá
trị diện áp trên C
2
giảm dần,thời gian phóng của C
2
duy trì cho T
1
tắt và khi C
2
phóng chạm
điện áp cắt thì T
1
lại từ tắt sang thông và T
2
lại từ thông sang tắt.Quá trình nh thế cứ tự
chuyển đổi lẩn nhau. Chu kỳ tạo xung vuông:
=
phóng
+
nạp
= C
1
(R
B1
+R
C1
)+ C
2
.R
C2
.
Tuỳ ta chọn R và C mà ta có thể có xung có tần số khác nhau.
Tuy nhiên đối với mạch trên thì có các nhợc điểm sau:
-Dải tần không cao:100hz-200khz
-Độ ổn định tần số kém:f+f với f biến thiên lớn.
Ta không thể sử dụng sơ đồ mạch trên.
Phơng án 2:
Sử dụng IC 555 có sơ đồ nguyên lý của hệ thống:
Giản đồ điện áp nh sau:
7
Giản đồ điện áp trên cho thấy xung ra của tín hiệu có tần số có thể đáp ứng yêu cầu. Tuy
nhiên chu kỳ tín hiệu cha hoàn toàn ổn định. Đồng thời sự hoạt động của vi mạch 555 có
độ ổn định nhiệt kém.
Phơng án 3:
Trong thực tế ngời ta thờng dùng thạch anh 1 MHz để tạo đao động. Do mạch tạo xung bằng
thạch anh dao động
có tần số ổn định và đồng thời thạch anh có độ ổn định hiệt cao, ít bị ảnh
hởng của môi trờng xung quanh gây méo tín hiệu và thay đổi tần số làm việc. Vậy trong
trờng hợp này ta sẽ sử dụng thạch anh để tạo xung chuẩn cho toàn bộ hệ thống.
Sơ đồ nguyên lý của mạch:
+ Sử dụng IC 4011 với sơ đồ cấu tạo 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
Sơ đồ nguyên lý:
8
V
dd
=12 V
Trong đó:
Cổng logic NAND:
Xét trờng hợp có hai biến số A, B đầu ra ở cổng Và Y= A.B nên đầu ra ở cổng Không là
đảo của Y: Y=
BA.
Về hoạt động của cổng NAND thì từ các tổ hợp của A, B ta lập bảng trạng thái rồi lấy
đảo để có Y đảo. Tuy nhiên có thể trực tiếp bằng cách lập bảng sự thật sau:
Ký hiệu cổng NAND
9
Nếu A=B thì Y nhận hai mức lôgic 0 hoặc 1
-Dao động 1Mhz đợc tạo ra rừ chân 4 của IC 4011
.
Ta có thể thay IC 4011 bằng IC 7404,
+ Sử dụng IC7404:
Sơ đồ cấu tạo của IC7404:
A
B
Vcc 6A 6Y 5A 5Y 4A 4Y
13 12 11 10
9 8
14
Y
Sơ đồ nguyên lý nh sau:
Trong đó:
Cổng logic Đảo (NOT)
Hàm Và và hàm hoặc tác động lên hai hay nhiều biến số trong khi đó, hàm Đảo có
thể xem nh chỉ có thể tác động lên một biến số.
Bảng sự thật:
Y = A
A
Ký hiệu hàm Đảo (NOT)
2- Khối chia tần:
10
Nh ở mạch phát xung chuẩn ta đã biết tần số F = 1Mhz. Nghĩa là tơng ứng với 10 xung
của bộ phát xung chuẩn là 1V điện áp mạch ngoài cần đo. Ta giả thiết mạch hiển thị của ta
hiển thị tối đa là 999.9V. Vậy ta phải làm sao cho mạch so sánh có U
vaomax = Urcmax thì xung
ra mạch so sánh có độ rộng ( hay thời gian tồn tại ) bằng 9999 (10000) độ rộng một xung
chuẩn. Để làm đợc điều này ta ta phải chia tần ở đầu ra của mạch phát xung chuẩn. Do
xung răng ca đợc tạo ra từ xung chia tần và có tần số bằng tần số xung từ khối chia tần
đa tới ( xem khối phát xung răng ca).
Đầu ra của chia tần phải có Fct * 2 =
4
6
10
10
=100
F
ct = 50 Hz. Nh vậy ta thực hiện chia tần qua bộ đếm có Modul 10000 và một Trigơ. Ta
dùng 4 bộ đếm Modul 10 mắc nối tiếp nhau và nối tiếp với Trigơ.
Bộ đếm Modul 10:
Bảng trạng thái và giản đồ xung nh sau:
Trạng thái các hàm ra
n
g đếm
X
3 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
Giản đồ xung:
11
12
Để thực hiện bộ đếm Modul 10 ta da trên cơ sở bộ đếm 4 bit ( modul 16 ) sau khi đã
loại đi 6 trạng thái d , nhờ các mạch vòng hồi tiếp thích hợp mà đến xung thứ 10 sẽ đa bộ
đếm về trạng thái ban đầu (Các đầu ra đều nhận trị 0).
Đồ hình chuyển đổ trạng thái: Bảng kích
Q
n
Q
n+1 J K
0 0 0 X
0 1 1 X
1 0 X 1
1 1 X 0
Jn
K
n Qn+1
0
0
1
0
1
0
Qn
0
1
1 1
Qn
0
t
t
t
t
t
Ta có:
Bảng trạng thái của Trigơ 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 1
S13
S1
1 1 1 0
S2 S14
1 1 1 1
S3 S15
Trong đó : Dấu X thể hiện giá trị của J và K có thể nhận giá trị 0 hoặc 1. Vậy ta lập
đợc bảng trạng thái của J và K trong bộ đếm Modul 10 nh sau:
Qn Qn+1 Trạng thái của J và K
g
đếm
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
Ta xem các trạng thái ra của các Trigơ là biến, các đầu vào điều khiển J, K là hàm. Ta
đi tìm quan hệ giữa các hàm ra và các biến vào. Để làm điều này ta sử dụng phơng pháp bìa
các nô có tận dụng 6 trạng thái d của bộ đếm.
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 10
Q3Q2 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 hệ của các hàm ra với các biến vào của mạch hồi tiếp nh sau:
J
0 = 1 K0 = 1
J
1 = Q3.Q0 K1 = Q0
J
2 = Q1.Q0 K2 = Q1.Q0
J
3 = Q2.Q1.Q0 K3 = Q0
Từ các quan hệ trên ta đa ra sơ đồ nguyên lý bộ đếm nhị phân đồng bộ 4 bit Modul 10
dùng Trigơ JK nh sau:
15
J0 Q0
C
0 T0
K
0 R0 0Q
J1 Q1
C
1 T1
K
1 R1 1Q
J2 Q2
C
2 T2
K
2 R2 2Q
J03 Q3
C
3 T3
K
3 R3 3Q
Xun
g
xoá
5v
Q3Q2Q1Q0
Để có đợc bộ đếm Modul 10 ta sử dụng IC 7490 hay 74LS90
Sơ đồ mạch chia tần dùng 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 vào
f
4
10
F
Fct
5v
Xung ra
5v
4- Khi to in ỏp rng ca:
-Sơ đồ nguyên lý:
-Nguyên lý làm việc :
Khi U
ra
=0, Tranzito T
3
khoá. Nguồn -U
cc
qua WR
1
, R
4
đa tới đầu đảo của KĐTT IC741.
Đầu ra của IC741
có điện thế dơng so với mát nên tụ C
1
đợc nạp theo đờng từ
+U
cc
IC741C
1
R
4
WR
1
-U
cc
.
Khi U
ra
=1, Tranzito T
3
thông.Tụ C
1
phóng điện theo đờng từ +C
1
T
3
-C
1
tạo ra sờn sau của xung răng ca.
Quá trình xảy ra liên tục, ở đầu ra của khối tạo xung răng ca có tần số bằng tần số điện áp
lới.
Khi biến đổi WR
1
, dòng nạp cho tụ C
1
thay đổi, nhờ đó thay đổi biên độ của xung răng ca.
R
5 hạn chế dòng đầu vào.
D
3
, D
4
có tác dụng bảo vệ quá áp đầu vào IC741
Điôt D3, D4 là loại 1N4007
16
-Gin in ỏp:
t
t
Urca
10V
U
Sau bộ đảo
0
0
t
t
Sau chia tần
U
:
5-
Khi so sỏnh:
-Nhiệm vụ:
So sánh điện áp răng ca( lấy từ Khối tạo điện áp răng ca) với điện áp ra sau mạch chỉnh
lu cầu( lấy từ Khối lấy tín hiệu áp tỷ lệ với điện áp trong mạch).
-Sơ đồ nguyên lý:
Mạch so sánh có hai tín hiệu vào: điện áp răng ca( U
rc
) và điện áp vào một chiều( U
v
), mắc
nh hình vẽ:
17
-Nguyên lý hoạt động:
Khối so sánh làm nhiệm vụ so sánh hai giá trị đầu vào.
Khi U
rc
=U
v
thì đầu ra của khối sẽ thay đổi trạng thái. Nh vậy khối so sánh là một
mạch điện hoạt động theo nguyên tắc biến đổi tơng tự- số. Tín hiệu ra của mạch so sánh là
tín hiệu số nên chỉ có hai mức logic 0 và 1. Tín hiệu ra của mạch so sánh là các xung có
chu kỳ bằng chu kỳ của U
rc
. Thời điểm bắt đầu xuất hiện của một xung nằm trong vùng
sờn nào của U
rc
thì sờn xung đó đợc gọi là sờn sử dụng.
Nh vậy, tại thời điểm U
rc
=U
v
, ở phần sờn sử dụng, trong một chu kỳ của U
rc
thì trên
đầu ra của khối so sánh sẽ bắt đầu xuất hiện một xung. Khi giữ nguyên giá trị biên độ và chu
kỳ của U
rc
, độ rộng của xung ra sẽ tỷ lệ với biên độ điện áp vào U
v
.
R
3
, DZ1 có tác dụng loại bỏ phần xung âm , nh vậy ở đầu ra của khối so sánh sẽ là các
xung dơng( U
ra ss
).
R
1
, R
2
có tác dụng hạn chế dòng vào.
D
1
, D
2
có tác dụng bảo vệ quá áp đầu vào O
2
Để thực hiện mạch này ta chọn :
KĐTT là loại IC741.
Điôt D1, D2 là loại 1N4007
R1 = R2 =100 (
)
DZ1 là loại có : U
dz = 5V , dòng lớn nhất cho phép 100 (
à
A)
-Gin in ỏp:
Sau bộ đảo
U
t
Ra sau so sánh
t
t
Urca
10V
0
Uvào U
U
6-
Khối Trigơ D và khoá K:
Sơ đồ nguyên lý:
18
Xung chuẩn
C Q
D
Uss
f
Xung chuẩn
Nguyên lý hoạt động:
19
Nh vậy hoạt động của TrigơD là phản ứng theo xung
điều khiển. Khi C =1 thì Q
n = D, khi C = 0 thì Qn+1 =Qn (nghĩa là giữ nguyên trạng thái
trớc đó). Dựa vào hoạt động của trigơD ta cho tín hiệu đầu ra của bộ so sánh vào đầu D của
Trigơ làm dữ liệu, đầu ra của bộ chia tần vào đầu C của Trigơ làm tín hiệu điều khiển. Suy ra
ta thu đợc đầu ra Q của TrigơD có dạng tín hiệu xung vuông, độ rộng xung tỉ lệ với gía trị
điện áp đa vào. Tín hiệu ra của TrigơD và tín hiệu ra từ bộ phát xung chuẩn đuợc đa đến
đầu vào mạch AND. Tín hiệu ra thu đợc là dãy các xung chuẩn có chu kỳ bằng chu kỳ điện
áp lới và số xung chuẩn trong một chu kỳ tỉ lệ với điện áp đầu vào hay tỉ lệ với điện áp lới
cần đo.
C
D
Q
n
n
+1
1 1 1
X
1 0 0
X
0 0
X
Q
n
0 1
X
Q
n
Giản đồ điện áp:
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
Tín hiệu lấy tại đầu ra của mạch AND là dãy các xung chuẩn đựơc đa đến bộ đếm.
Để đếm đợc tối đa 9999 xung ta phải thiết kế mạch đếm Modul 10-4 đề các mắc theo
nguyên lý đếm tràn.
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
20
2
Q7 Q6 Q5 Q4
IC2 C
R
2 2 2 2
3 2 1
0
Q3 Q2 Q1 Q0
IC1 C
R
Xun
g
đếm
2 2 2
1
20
3 2
Xun
g
xoá
Nguyên lý hoạt động:
Xung đếm đợc đa đến đầu vào IC1, khi IC1 tràn thì xuất hiện xung vào IC2 và tơng
tự nh vậy IC4 chỉ đợc đếm khi Ic3 tràn. Ta sử dụng IC7490/74LS90 để thiết kế bộ đếm
(Xem bộ đếm modul 10 đã thiết kế)
8-
Khối tạo xung xoá:
21
Sau một chu kỳ điện áp lới có thể thay đổi mà số xung trong 1 chu kỳ cha đủ để
đầy bộ đếm. Khi đếm chu kỳ tiếp theo ma ta cha đa bộ đếm về trạng thái ban đầu thì bộ
đếm sẽ tiếp tục đếm số xung của chu kỳ tiếp theo. Nh vậy để đa xung xoá tới bộ đếm mà
không làm mất dữ liệu thì sau khi xung chốt đợc đa đến mạch chốt số liệu ta cho xung
xoá tới. Xung xoá sẽ chậm hơn xung chốt một thời gian ngắn. Xung xoá đợc đa đến liên
tục sau mỗi chu kỳ điện áp lới.
Do vậy ta lấy xung xoá là xung ra từ mạch chia tần đã qua bộ đảo và đợc làm trễ đi
một khoảng thời gian thích hợp.
Sơ đồ nguyên lý nh sau:
Mạch so
sánh 1
Mạch
tích
p
hân
R
Mạch so
sánh 2
Mạch vi
p
hân
Nguyên lý làm việc của sơ đồ nh sau:
Khi có xung dơng đa tới đầu vào đảo của IC741 tụ C
1 đợc nạp điện. Tụ đợc nạp
theo đờng từ R ->C
1 -> mát. Điên áp trên C1 tăng rần theo hàm mũ và giá trị điện áp cực
đại có thể điều chỉnh bởi R
3, thời gian nạp (T = R* C1) của tụ có thể thay đổi bởi giá trị tụ
và điện trở R. Đầu vào đảo của IC1 đợc nối với nguồn chuẩn tạo bởi mạch ổn áp thông số
DZ
2 và R1 tạo ra giá trị điện áp ngỡng để so sánh. Đồng thời khi đầu ra IC1 xuất hiện xung
dơng, tụ C
2 lập tức đợc nạp theo chiều từ R5 -> C2 ->R6 -> mát. Trên đầu ra mạch vi phân
xuất hiện xung nhọn và đợc đa tới đầu vào của IC2 để so sánh với điện áp ngỡng do DZ
5
và R
7 tạo ra. Nh vậy từ khi xuất hiện xung từ mạch so sánh đa tới thì do qua trình nạp tại
C1 mà sau một khoảng thời gian trễ sẽ xuất hiện xung tại đầu ra. Có thể điều chỉnh thời gian
trễ bằng cách thay đổi giá trị tụ C
1.
DZ
1 và DZ6 dùng để loại xung âm.
Các linh kiện đợc chọn:
+ Điôt ổn áp DZ
1, DZ2, DZ3, DZ4, Dz5, Dz6 loại 1N370 điện áp 5V.
22
+ IC1, IC2 chọn IC
à
A741.
Gian đồ điện áp:
U
Sau chia tần
U
Sau bộ đảo
UDz15
Uc1
Uc10
(xung xoá)
Ura
t
t
t
t
điện áp ngỡng 1
điện áp ngỡng 2
t
t
9-
Khối mạch chốt:
23
Do tín hiệu điện của mạch điện biến thiên một cách liên tục với tần số 50Hz làm mạch
hiển thị cũng thay đổi theo. Mắt con ngời chỉ cảm nhận đợc 24 hình /s. Cho nên để tiện
theo dõi ta thiết kế mạch hiển thị với tần số 1Hz. Nh vậy để số liệu khong đợc đọc ra một
cách liên tục phải dùng mạch chốt số liệu để số liệu đa ra trùng với khoảng thời gian và tần
số hiển thị. Chỉ trong một chu kỳ nào đó ta cho hiển thị, số liệu của chu kỳ đó sẽ đợc dữ lại
và đa ra một xung đến ( xung chốt ) ra lệnh cho đọc và khoá đầu ghi số liệu lại. Nh vậy 50
chu kỳ của điên áp lới số liệu đợc đa ra một lần và sự thay đổi của số liệu chậm hơn mắt
thờng có thể theo dõi.
Từ tính chất của Trigơ D có thể làm trễ tín hiệu trong một khoảng thời gian nên có thể sử
dụng làm mạch chốt.
Sơ đồ nguyên lý TrigơD nh sau:
Trigơ D xây dựng từ các phần tử NAND
Hoạt động của Trigơ D tuân theo bảng trạng thái sau:
24
+ Khi C = 0 trạng thái của Trigơ D giữ nguyên
Qn+1 = Qn
C D
Q
n+1
0 0
Q
n
0 1
Q
n
1 0 0
1 1 1
+ Khi C = 1 trạng thái của Trigơ D nhận giá trị đa đến đầu vào
Qn+1 = D
Trong thực tế ngời ta đã chế tạo các IC chốt, ở đây ta sử dụng mạch chốt với các IC
74LS373
Nguyên lý làm việc của IC74LS373:
E
D
G
D
G
D
G
D
G
8D
7D
2D
1D
OE
2Q
7Q
8Q
1Q
Gồm có 4 Trigơ D đợc điều khiển bởi tín hiệu E và 4 cổng đệm bus 3 trạng thái điều khiển
chung bởi tín hiệu
OE
. Quá trình hoạt động đợc miêu tả nh bảng trạng thái sau:
Bảng trạng thái của IC đệm chốt:
OE
E
D
n
n
+1
0
1 1 1
0
1
0
0
0
0
X
Q
n
1
X
X
i
-Z
Khi OE = 1 -> Q = D
OE = 0 -> Q = Hi-Z
Khi E = 1 -> Q = D
25
