Dùng các thông báo nhiệt độ dùng IC, thiết kế mạch đo và thông báo nhiệt độ dùng IC cảm biến nhiệt độ

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

BỘ CÔNG THƯƠNG
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Khoa Điện

BÀI TẬP LỚN
MÔN HỌC :
VI MẠCH TƯƠNG TỰ

Đề tài: Dùng các vi mạch tương tự tinh toán, thiết kế mạch đo và cảnh
báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ.
Giáo viên hướng dẫn:
Thầy: NGUYỄN VŨ LINH
Sinh viên thực hiện : TRƯƠNG TUẤN VIỆT
MSV: 0641040065
1


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

BỘ CÔNG THƯƠNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BÀI TẬP LỚN: VMTT Số 4

Họ và tên HS-SV : .TRƯƠNG TUẤN VIỆT.................................................Nhóm : 4
MSV : 0641040065
Lớp : Điện 1
Khoá : .6

Khoa : Điện.
NỘI DUNG

Đề tài: Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC
cảm biến nhiệt độ.
Yêu cầu: - Dải đo từ: t0C =tmin – tmax = 0-(60+n)0C.
- Đầu ra: + Chuẩn hóa đầu ra: U=0-10V và I=0-20mA.
+ Dùng cơ cấu đo để chỉ thị.
- Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng đèn, còi khi nhiệt độ vượt giá trị cảnh báo: Ud=(tmaxtmin)/2
- n: Số thứ tự sinh viên trong danh sách.
PHẦN THUYẾT MINH
Yêu cầu về bố cục nội dung:
Chương 1: Tổng quan về mạch đo
Chương 2: Giới thiệu về các thiết bị chính
Chương 3: Tính toán, thiết kế mạch đo
- Tính toán, lựa chọn cảm biến
- Tính toán, thiết kế mạch đo
- Tính toán, thiết kế mạch nguồn cung cấp
- Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa
- Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo.
- ..
Kết luận và hướng phát triển
Yêu cầu về thời gian : Ngày giao đề : .....06-12-2013.....Ngày hoàn thành: 15-12-2013

2

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

3


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

MỤC LỤC:

Chương 1: Tổng quan mạch đo ……………………………5..……….………….11
Khái niệm ……………………………………………………………………………………….5
Các thang đo nhiệt độ …………………………………………………………………………..5
Biến nhiệt thành điện …………………………………………………………………..………..6
Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu ……………………………………………………………………… ..6
Nhiệt kế điện trở ……………………………………………………………………………….7
Lựa chọn phương pháp biến đổi nhiệt năng thành điện năng…………………………………. .8
Hình thành sơ đồ khối ……………………………………………………………………………8
Sơ đồ khối ……………………………………………………………………………………….8
Yêu cầu cho từng khối

……………………………………………………………………….. 9

Tổng quan mạch đo …………………………………………………………………………….10

Chương 2 : Thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ …….…12………….27
Các linh kiện trong mạch

…………………………………………………….. …………….12

Thiết kế mạch đo ………………………………………………………………………………..13
Mạch tạo xung vuông bằng IC 555 ……………………………………………………………..21
Mạch đo ………………………………………………………………………………………...22
Khối ADC (analog digitor converter) ………………………………………………………….22
Khối giải mã cho 8 bít đầu vào …………………………………………………………………23
Khối tạo cấp chữ số hàng đơn vị: ………………………………………………………………23
Khối tạo ra cấp chữ số hàng chục …………………………………………………………... 24
Khối tạo ra cấp chữ số hang trăm

…………………………………………………………. 24

Khối hiển thị ……………………………………………………………………………………25
Khối cảnh báo ………………………………………………………………………………….25
Sơ đồ khối nguồn cung cấp cho toàn hệ thống ………………………………………………..26
Tính toán ………………………………………………………………………………………28
CHƯƠNG 3 : kết luận và hướng phát triển ……………………………………………………29

4


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

5


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

CHƯƠNG 1 :TỔNG QUAN MẠCH ĐO
Tổng quan

1. Khái niệm về nhiệt độ
Nhiệt độ là đại lý đặc trưng cho cường độ chuyển động của các nguyên tử, phân tử
của một hệ vật chất. Tuỳ theo từng trạng thái của vật chất ( rắn, lỏng, khí) mà chuyển
động này có khác nhau. ở trạng thái láng, các phân tử dao động quanh vi trí cân bằng
nhưng vi trí cân bằng của nó luôn dịch chuyển làm cho chất lỏng không có hình dạng
nhất định. Còn ở trạng thái rắn, các phần tử, nguyên tử chỉ dao động xung quanh vị trí
cân bằng. Các dạng vận động này của các phân tử, nguyên tử được gọi chung là chuyển
động nhiệt. Khi tương tác với bên ngoài có trao đổi năng lượng nhưng không sinh công,
thì quá trình trao đổi năng lượng nói trên gọi là sự truyền nhiệt. Quá trình truyền nhiệt
trên tuân theo 2 nguyên lý:
Bảo toàn năng lượng.
Nhiệt chỉ có thể tự truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thất.Ởtrạng
thái rắn, sự truyền nhiệt xảy ra chủ yếu bằng dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt.
Đối với các chất lỏng và khí ngoài dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt còn có truyền nhiệt
bằng đối lưu. Đó là hiện tượng vận chuyển năng lượng nhiệt bằng cách vận chuyển các
phần của khối vật chất giữa các vùng khác nhau của hệ do chênh lệch về tỉ trọng.
2. Các thang đo nhiệt độ
Từ xa xưa con người đã nhận thức được hiện tượng nhiệt và đánh giá cường độ
của nó bằng cách đo và đánh giá nhiệt độ theo mét đơn vị đo của mỗi thời kỳ. Có nhiều
đơn vị đo nhiệt độ, chúng được định nghĩa theo từng vùng,từng thời kỳ phát triển của
khoa học kỹ thuật và xã hội. Hiện nay chúng ta có 3 thang đo nhiệt độ chính là:
Thang nhiệt độ tuyệt đối ( K ).
Thang Celsius ( C ): T( 0C ) = T( 0K ) – 273,15.
Thang Farhrenheit: T( 0F ) = T( 0K ) – 459,67.
Đây là 3 thang đo nhiệt độ được dùng phổ biến nhất hiện nay. Trong đó thang đo
nhiệt độ tuyệt đối (K) được quy định là mét trong 7 đơn vị đo cơ bản của hệ đơn vị quốc
tế (SI). Dựa trên 3 thang đo này chúng ta có thể đánh giá được nhiệt độ.
I.

Vi mạch số ,vi mạch tương tự lĩnh vực không những mang tới thời sự nóng bỏng

nhưng vẫn ẩn chứa vô số điều bí ẩn và có sức hấp dẫn lạ kỳ , đă đang từng ngày
thâm nhập vào đời sống của chúng ta .Nhưng trong thưc tế các dạng năng lượng
thường ở dạng tương tự .Do đó muốn xừ lí chúng theo phương pháp kĩ thuật số ta
phải biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số .
6


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Xuất phát từ ý tưởng đó, em đă thưc hiện việc xây dựng một mạch điện đo
nhiệt độ hiển thị ra đèn LED .Mạch này chỉ mang tính chất thử nghiệm thưc tế về vấn đề
chuyển đổi ADC , vấn đề cảnh báo nhiệt độ ra đèn và vấn đề đo lường các đại lượng
không điện bằng điện
II.
Biến nhiệt thành điện

·

Có nhiều phương pháp đo nhiệt độ tuỳ theo yêu cầu về kỹ thuật và giải nhiệt độ
Phân ra làm 2 phương pháp chính : Đo trực tiếp và đo gián tiếp
+Đo trưc tiếp là phương pháp đo trong đó các chuyển đổi nhiệt điện đươc đặt
trực tiếp trong môi trường cần đo.
+Đo gián tiếp là phương pháp đo trong đó dụng cụ đo đặt ngoài môi trường
cần đo(áp dụng vơi trường hơp đo ở nhiệt độ cao ).
Ta chỉ khảo sát phương pháp đo trực tiếp với giải nhiệt độ cần đo không phải ở
quá cao.( 0 – 60+n) n: số mã sinh viên
Đo nhiệt độ bằng phương pháp trưc tiếp ta lại khảo sát 2 loại nhiệt kế cặp nhiệt
ngẫu và nhiệt kế nhiệt điện trở.
1.1 Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu :
Cấu tạo : Gồm hai thanh kim loại a,b được hàn với nhau tại một đầu t1 hai

đầu t0 là đầu tự do .
Nguyên lý làm việc dựa trên hiệu ứng Thomson và hiệu ứng seebek :khi
nhiệt độ ở đầu t1 khác nhiệt độ ở đầu t0 chúng sẽ tạo nên một suất điện động:
Eab(t1,t0)=Eab(t1)-Eab(t0).Nếu giữ nhiệt độ ở đầu t0 không đổi :
Eab(t1,t0)=Eab(t1-c)=F(t1).
+Rd: điện trở đường dây (quy định là 5 vôn)
+Rdc: điện trở điều chỉnh (điều chỉnh cho Rd =5ôm)
_Những nguyên nhân gây sai số ;
Điện trở mạch đo thay đổi khi nhiệt độ
môi trường thay đổi.
UMN=IRv(Rv là điện trở minivụnmột)
I=Et/(2Rd+Rdc+Rab+Rv)
(Rab là điện trở cặp
nhiệt kế )
Umn=Et.Rv/(2Rd+Rdc+Rab+Rv)
Umn=Et.Rv/(Rmd+Rv)
Rmd(là điện trở mạch đo)=2Rd+Rdc+Rab.
7


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

·

Nhiệt độ đầu tự do to đươc duy trì ở nhiệt độ chuẩn không độ C
nhưng Et thực tế thường nhỏ hơn trên lý thuyết .Phương pháp khắc phục :có 2 phương
pháp : giữ ổn nhiệt độ đầu đo hoăc dùng thiết bị bù nhiệt. Với cách thứ nhất ta chỉ việc
ngâm đầu đo vào nước đá
cũng có cách thứ 2 :khi nhiệt độ thanh tư do thay đổi Rt thay đổi làm cho mạch
bù mất cân bằng dẫn đến việc xuất hiện điện áp Ucd bù vào sức điện động bị thay đổi. Ta

có :
Eab(t1,to)= E’ab(t1,to)+Ucd

1.2 Nhiệt kế điện trở :dùng nhiệt điện trở (là môt thiết bị biến đổi nhiệt độ thành sự thay
đổi thương số điện trở R:Rt=f(t) )
+Phân ra làm 2 loại :
-Nhiệt điện trở kim loại :thuường đươc làm bằng Niken,Cu,platin
Quan hệ R-t:
Rt=Ro(1+at)
Ro: điện trở ở nhiệt độ chuẩn .
a:hệ số nhiệt độ .
t:nhiệt độ môi trường .
Dải nhiệt độ:0 - 125 độ C .
- Nhiệt điện trở bán dẫn :
Chế tạo từ hỗn hợp các chất oxit bán dẫn đa tinh thể như:
MgO,MgẠl2O2
Đăc tính quan trọng của nó là có độ nhạy nhiệt rất cao gấp hàng chuc lần loại trên.
Dải nhiệt độ rất rộng
Quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ: Rt=Ro. Exp[B.(1/T-1/To) ]
Trong đó: To là nhiệt độ chuẩn tuyệt đối
Ro la điện trở của chất bán dẫn ở nhiệt độ To
Rt la điện trở của chất bán dẫn ở nhiệt độ T của môi trường
B là hằng số có giá trị từ 3000 đến 5000 K
Giá trị điện trở thường cỡ 50 - 500 Ôm
- Đo nhiệt độ =diot va tranzitor
Linh kiện điện tử rất nhạy nhiệt nên ta có thể sử dụng 1số linh kiện bán dẫn
như diot hoặc tzt nối theo kiểu Điot(barơ nối với Colector)
8

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Khi đó điện áp U giữa hai cực của ĐIụt là hàm của nhiệt độ . Độ nhạy được xác định theo
biểu thức :
S=dU/dt (độ nhạy có giá trị thường cỡ 2.5 mV/độ C)
: Khi nhiệt độ thay đổi ta có :
Ud=Ebe1-Ebe2=(K.T.ln(Ic1/Ic2))/q
Trong đú:K là hệ số
T là nhiệt độ môi trường tính theo độ K
q là điện tích
Ic1 là ḍng collector cua tzt1
Ic2 là ḍng collector cua tzt 2
Với tỉ số Ic1/Ic2=const . Ud tỉ lệ thuận với nhiệt độ T mà không cần nguồn ổn định.
Độ nhạy nhiệt của mạch của mạch này được xác định theo biểu thức sau:
S=d(U1-U2)/dT
Hiện nay trên thị trường có sẵn những IC tích hợp sử dụng phần tử bán dẫn làm nhiệm vụ
cảm biến nhiệt rất tiện lợi.
1.3 Lựa chọn phương pháp biến đổi nhiệt năng thành điện năng
Việc sử dụng IC cảm biến nhiệt áp dụng vào thiết bị đo nhiệt độ đang là một phương
pháp rất phổ biến , tiện lợi . Do đó , chúng em đă lựa chọn phương pháp này áp dụng vào
trong đề tài của mình.Hơn nữa , như em đă nói ở trên phần tử bán dẫn rất nhạy nhiệt ,để
đảm bảo được độ chuẩn xác tương đối cao ,thoả măn được tiêu chuẩn yêu cầu, chấp nhận
được .
III.

Hình thành sơ đồ khối
1.1 Sơ đồ khối

Nguồn nuôi

Nguồn nuôi

Nguồn nuôi

Đại lượng cần đo

Cảm biến

Mạch đo

9


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

So sánh

Cảnh báo

Hiển thị

Nguồn nuôi

Nguồn nuôi

10

Chuyển đổi ADC

Giải mã

Nguồn nuôi


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

1.2 Yêu cầu cho từng khối :
- Khối nguồn :cung cấp nguồn cho toàn hệ thống hoạt động , tất cả thiết bị chỉ ở
một trong hai nguồn +5v hoặc – 5v
- Cảm biến : nhận tín hiệu cần đo ,dùng làm mạch đệm tín hiệu và lọc nhiễu tín
hiệu trước khi chuyển vào các khối khác
- Mạch đo: có nhiệm vụ tính toán biến đổi tín hiệu điện nhận được từ bộ chuyển
đổi sao cho phù hợp với yêu cầu kết quả đo của bộ chỉ thị.
- ADC : dùng cho chức năng chuyển đổi tín hiệu tương tự đo được của cảm biến
thành những tín hiệu dạng số để đưa tín hiệu đi so sánh và chỉ thị
+ So sánh: làm nhiệm vụ so sánh tín hiệu vừa đưa về với tín hiệu đã
cài đặt.Tuỳ theo tín hiệu ngõ ra, sẽ ra quyết định để cơ cấu chấp hành gia tăng, giảm, hay
giữ nguyên nhiệt độ thậm chí có thể kết hợp để báo động hiển thị .
+ Chỉ thị:làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện nhận được từ mạch đo
để thể hiện kết quả đo.
- Hiển thị : cho phép người quản lý thấy được tại thời điểm bất kì của hệ thống đo
để kịp thời sử lý
- Cảnh báo : thực hiện chức năng báo động khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng cho
phép
1.3 Tổng quan mạch đo
1.3.1 Mạch đo
Đối tượng cần đo là đại lượng vật lý, dựa vào các đặc tính của đại lượng cần đo mà chọn
ra loại cảm biến phù hợp để thực hiện việc biến đổi các thong số cần đo thành đại lượng
điện hay điện áp
U = 0 – 10V

I = 0- 20mA
Sau đó qua bọ lọc và khuếch đại tín hiệu
Tín hiệu sau khi được hiệu chỉnh sẽ chuyển qua bộ chuyển đổi ADC ( Analog Digital
Converter) bộ này chuyển đổi tín hiệu tương tự sang dạng số rồi chuyển qua để so sánh
rồi phát cảnh báo nếu nhiệt độ vượt quá ngưỡng cho phép hoặc chuyển tới phần chỉ thị để
hiển thị kết quả ra LED
11


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

1.3.2 Các phương pháp đo nhiệt độ
Đo nhiệt độ là phương pháp đo lường tín hiệu dạng tự nhiên của môi trường, không có
điện trong đại lượng cần đo
-

nhiệt độ được phân làm nhiều dải để đo:
+ dải mức thấp
+ dải mức trung bình
+ dải mức cao
Nhiệt độ được đo với các cảm biến hỗ trợ như
+ cặp nhiệt kế
+ nhiệt điện kê kim loại
+ nhiệt điện trở kim loại
+ nhiệt điện trở bán dẫn

12


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

+ cảm biến thạch anhCHƯƠNG

2 :THIẾT KẾ MẠCH ĐO VÀ CẢNH

BÁO NHIỆT ĐỘ
I . Các linh kiện có trong mạch
1.1 RTD – PT100

Hình 1 : RTD – PT100
Cảm biến nhiệt độ PT100 hay còn gọi là nhiệt điện trở kim loại ( RTD) PT100 được cấu tạo từ
kim loại Platinum được quấn tùy theo hình dáng của đầu dò nhiệt có giá trị điện trở khi ở 0oC là
100 Ohm. Đây là loại cảm biến thụ động nên khi sử dụng cần phải cấp một nguồn ngoài ổn định.
Giá trị điện trở thay đổi tỉ lệ thuận với sự thay đổi nhiệt độ được tính theo công thức dưới đây.
- Công thức điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ của PT100:
Rt = R0 ( 1+ AT+BT2+C(T-100)T3)
Trong đó:
A=3.9083x10-3
B=5.775x10-7
C=-4.183x10-12 ( t<0oC) , C=0 ( t>0oC)
1.2 Điện trở , biến trở , cổng logic OR - AND
1.3 Opam 741

Hình 2 :Opam 741
Op Amp là một công cụ có nhiều chức năng
Khuếch đại hiệu hai điện thế nhập

13

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Khuếch Đại Điện Âm or Dương

So sánh hai điện thế nhập
. Khi V+ > V- .
. Khi V+ < V- .
. Khi V+ = V- .
1.4 ADC 0804

1.4.1 Hình ADC trong mạch protus và sơ đồ các chân của ADC 0804

Hình 3 : ADC 0804
Chíp ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự số trong họ các loạt ADC800, nó làm việc với +5V và
có độ phân giải 8 bit. Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một yếu tố quan trọng
khác khi đánh giá một bộ ADC. Thời gian chuyển đổi được định nghĩa như là thời gian mà bộ
ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một số nhị phân. Trong ADC0804 thời gian
chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK R và CLK IN nhưng
không thể nhanh hơn 110μs. Các chân của ADC0804 được mô tả như sau:

14


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

hình 4 : Sơ đồ các chân ADC0804

1.4.2 Chức năng các chân ADC0804:
- Chân CS (chân số 1) – chọn chíp: Là một đầu vào tích cực mức thấp được sử dụng để kích
hoạt chíp ADC0804. Đbể truy cập ADC0804 thì chân này phải ở mức thấp.

-Chân RD (chân số 2): Đây là một tín hiệu đầu vào được tích cực mức thấp. Các bộ ADC
chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân tương đương với nó và giữ nó trong một thanh
ghi trong. RD được sử dụng để nhận dữ liệu được chuyển đổi ở đầu ra của ADC0804. Khi 0CS
= nếu một xung cao – xuống – thấp được áp đến chân RD thì đầu ra số 8 bit được hiển diện ở các
chân dữ liệu D0 – D7. Chân RD cũng được coi như cho phép đầu ra.
- Chân ghi WR (chân số 3). Thực ra tên chính xác là “Bắt đầu chuyển đổi”): Đây là chân đầu
vào tích cực mức thấp được dùng để báo cho ADC0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi. Nếu CS =
0 khi WR tạo ra xung cao – xuống – thấp thì bộ ADC0804 bắt đầu chuyển đổi giá trị đầu vào
tương tự Vin về số nhị phấn 8 bit. Lượng thời gian cần thiết để chuyển đổi thay đổi phụ thuộc
vào tần số đưa đến chân CLK IN và CLK R. Khi việc chuyển đổi dữ liệu được hoàn tất thì chân
INTR được ép xuống thấp bởi ADC0804.
Ngoài ra , cần tạo xung bằng IC 555 cho chân WR này

15


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Hình 5 : Sơ đồ khảo sát ADC0804
- Chân CLK IN (chân số 4) và CLK R (chân số 19): Chân CLK IN là một chân đầu vào được
nối tới một nguồn đồng hồ ngoài khi đồng hồ ngoài được sử dụng để tạo ra thời gian. Tuy nhiên
ADC0804 cũng có một máy tạo xung đồng hồ. Để sử dụng máy tạo xung đồng hồ trong của
ADC0804 thì các chân CLK IN và CLK R được nối tới một tụ điện và một điện trở (hình 1.4).
Trong trường hợp này tần số đồng hồ được xác định bằng biểu thức:
f=

Giá trị tiêu biểu của các đại lượng trên là R = 10kΩ và C = 150pF và tần số nhận được là f =
606kHz và thời gian chuyển đổi sẽ mất là 110sμ.
- Chân ngắt INTR (chân số 5): Đây là chân đầu ra tích cực mức thấp. Bình thường nó ở trạng
thái cao và khi việc chuyển đổi hoàn tất thì nó xuống thấp để báo cho CPU biết là dữ liệu được

chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi. Sau khi INTR xuống thấp, ta đặt CS = 0 và gửi một xung cao
xuống – thấp tới chân RD lấy dữ liệu ra của ADC0804.
-Chân VCC (chân số 20): Đây là chân nguồn nối +5V, nó cũng được dùng như điện áp tham
chiếu khi đầu vào /2REFV (chân số 9) để hở.
- Chân /2REFV (chân số 9): Là một điện áp đầu vào được dùng cho điện áp tham chiếu. Nếu
chân này hở (không được nối) thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm trong dãy
05V→(giống như chân VCC). Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin
cần phải khác ngoài dãy 0→5V. Chân /2REFV được dùng để thực thi các điện áp đầu vào khác
ngoài dãy 0→5V. Ví dụ: Nếu dãy đầu vào tương tự cần phải là 0 →4V thì /2REFV được nối với
+2V.
- Các chân dữ liệu D0 – D7 (Từ chân 11 đến chân 18): Các chân dữ liệu D0 – D7 (D7 là các
bit cao nhất MSB và D0 là bit thấp LSB) là các chân đầu ra dữ liệu số. Đây là những chân được
đệm ba trạng thái và dữ liệu được chuyển đổi chỉ được truy cập khi chân CS = 0 và chân RD bị
đưa xuống thấp. Để tính điện áp đầu ra ta có thể sử dụng công thức sau:
Dout=

Với Dout là đầu ra dữ liệu số (dạng thập phân). Vin là điện áp đầu vào tương tự và độ phân dãy
là sự thay đổi nhỏ nhất được tính như là (2x/2REFV) chia cho 256 đối với ADC 8 bit.
- Chân GND (chân số 10): Đây là những chân đầu vào cấp đất chung cho cả tín hiệu số và
tương tự. Đất tương tự được nối tới đất của chân Vin tương tự, còn đất số được nối tới đất của
chân VCC. Lý do mà ta phải có hai đất là để cách ly tín hiệu tương tự Vin từ các điện áp ký sinh
16


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

tạo ra việc chuyển mạch số được chính xác. Trong phần trình bày thì các chân được nối chung
với một đất. Tuy nhiên, trong thực tế thu đo dữ liệu các chân đất này được nối tách biệt.
*Từ những điều trên ta kết luận rằng các bước cần phải thực hiện khi chuyển đổi dữ liệu
bởi ADC0804 là:

-Bật CS = 0 và gửi một xung thấp lên cao tới chân WR để bắt đầu chuyển đổi.
-Sau khi chân INTR xuống thấp, ta bật CS = 0 và gửi một xung cao xuống thấp đến chân RD để
lấy dữ liệu ra khỏi chip ADC0804.

1.5 IC 7483

Là IC dùng để biến đổi số đầu vào tạo ra số đầu ra khác , với mạch mã hoá được cấu tạo
bởi các cổng logic như ở hình trên ta có nhận xét rằng trong trường hợp nhiều phím được
nhấn cùng 1 lúc thì sẽ không thể biết được mã số sẽ ra là bao nhiêu. Do đó để đảm bảo
rằng khi 2 hay nhiều phím hơn được nhấn, mã số ra chỉ tương ứng với ngõ vào có số cao
nhất được nhấn, người ta đã sử dụng mạch mã hoá ưu tiên

Hình 6 : IC7483
1.6 IC 4511

Hình 7 : IC 4511
IC dùng để giải mã tín hiệu rồi đưa tín hiệu đã được giải mã hiển thị qua LED 7
đoạn
1.7 LED 7 đoạn Tại khối hiển thị ta dùng IC giải mã 4 ngõ vào thành 7 ngõ ra để hiển thị lên
LED giá trị nhiệt độ tại mọi thời điểm hệ thống hoạt động. Mạch thực hiện chức năng đo và hiển
thị nhiệt độ, báo động nhiệt độ tại những khoảng được lập trình trước cho IC điều khiển.

17


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

1.7.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình 8 : sơ đồ nối chân LED 7 đoạn

1.7.2 Nguyên lý hoạt động
Mạch sẽ hiển thị giá trị nhiệt độ đo được tại mọi thời điểm hệ thống hoạt động, giá trị hiện thị sẽ
được đưa đến ngõ vào của IC giải mã 74LS47 qua các Input, với tính năng giải mã của vi mạch
này, sẽ cho ra dữ liệu song song trên các Bus đến các LED song song. Chương trình sẽ chọn
LED nào và hiển thị nhiệt độ lên LED.
Khi có 1 sự biến đổi điện áp từ cảm biến, tức sự thay đổi nhiệt độ môi trường cần đo thì mã của
74LS47 cũng sẽ thay đổi phù hợp, tần số quét LED được thiết kế hợp lý để tránh mắt thường
quan sát được.
1.7.3 Tính toán thiết kế.
Để LED sang 1 cách bình thường thì trên mỗi đoạn của LED cần cung cấp giá trị dòng điện
khoảng 10mA. Điện áp rơi trên mỗi LED vào khoảng 2mV. Nguồn cung cấp điện áp cho mạch
Vcc= 5V.
Với IC 74LS47 ta có các thông số ngõ ra như sau:
Vo1= 0.4 V .
Io1= 40mA.
Trường hợp ta thiết kế cho LED sang với dòng điện 10mA. Như vậy:
Rhd =(Vcc - V LED – Vo1 )/ ILED=(5V- 2V- 0.4V)/ 10mA= 260 (Ω)
Trong thực tế khi thiết kế ta chỉnh giá trị Rhd sao cho LED sang rõ nhất và lúc này ta đo được giá
trị điện trở hạn dòng là Rhd =330 (Ω)

18


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Tại ngõ ra của IC 74LS47, ta mắc thêm điện trở hạn dòng cho IC này trong trường hợp LED
sang thì điện áp trên LED khoảng 2V, VCE SAT =0.2 V, vậy nên phải có điện trở hạn dòng cho IC
này để không sảy ra cháy IC mã hóa.
1.8

IC 7485

Mạch so sánh độ lớn 1 bit. Cấu trúc mạch sẽ như sau :

Hình 9 : Khối so sánh 1 bit

Hình 10 : Mạch so sánh 1 bit

Bây giờ dạng tín hiệu vào mạch so sánh không phải chỉ có mức cao hay mức thấp (1 bit) mà là
một chuỗi các xung vuông thì mạch khi này phải là mạch so sánh độ lớn nhiều bít.
Hình thức so sánh của mạch 4 bit cũng giống như mạch 1 bit và rõ ràng là phải so sánh bit MSB
trước rồi mới lùi dần.
7485/LS85 là 1 IC tiêu biểu có chứa mạch so sánh 4 bit
Kí hiệu khối của IC như hình, còn sơ đồ chân có thể xem trong phần datasheet

Hình 10 : Mạch so sánh độ lớn 4 bit

19


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Hình 11 : bảng chân lý của 74LS85
Nhìn vào bảng sự thật của IC ta có thể thấy được hoạt động của mạch
Ở 8 trường hợp đầu mạch so sánh bình thường, lần lượt so sánh từ bít cao trước. Khi tất cả các
bit của 2 ngõ vào đều bằng nhau thì phải xét đến logic của các ngõ vào nối chồng (được dùng khi
ghép chồng nhiều IC để có số bit so sánh lớn hơn). Logic ở các ngõ vào này thực ra là của các
ngõ ra tầng so sánh các bit thấp (nếu có). Trường hợp ngõ vào nối chồng nào lên cao thì ngõ ra
tương ứng cũng lên cao.Trường hợp các bít trước không so sánh được thì các ngõ ra sau cùng
đều thấp. Trường hợp không có tín hiệu ngõ vào nối chồng thì tức là dữ liệu ngõ vào A và B

khác nhau nên ngõ ra A < B và A> B đểu ở mức cao. Vậy để mạch so sánh đúng 4 bit thì nên nối
ngõ nối chống A = B ở mức cao
1.9 LED

Là thiết bị dùng để báo sang khi mạch đo thấy nhiệt độ vượt ngưỡng cho phép

Hình 12 : LED yelow
1.10

Transistor

Hình 12 : transistor
20


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Nguyên lý hoạt động :Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E
trong đó (+) nguồn vào cực C và (-) nguồn vào cực E.
Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và E ,
trong đó cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E.
Khi công tắc mở , ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng
vẫn không có dòng điện chạy qua mối C E ( lúc này dòng IC = 0 )
Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy
từ (+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE về cực (-)
tạo thành dòng IB
Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối CE làm
bóng đèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB
Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo
một công thức .

IC = β.IB
Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE
IB là dòng chạy qua mối BE
β là hệ số khuyếch đại của Transistor
Giải thích : Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt
qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp
bán dẫn P tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ
lớp bán dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn hơn
số lượng lỗ trống rất nhiều, một phần nhỏ trong số các điện tử đó thế vào lỗ
trống tạo thành dòng IB còn phần lớn số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác
dụng của điện áp UCE => tạo thành dòng ICE chạy qua Transistor.

II. Thiết kế các khối trong mạch đo
1. Mạch tạo xung vuông bằng IC 555

21


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Hình 13 : mạch tạo xung vuông IC 555
1.1. 555 là một loại linh kiện khá là phổ biến bây giờ với việc dễ dàng tạo

đượcxung vuông và có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn
giản,điềuchế được độ rộng xung. Nó được ứng dụng hầu hết vào các mạch
tạo xungđóng cắt hay là những mạch dao động khác
1.2. Tính toán
Tạo ra tần số f = 171kHz
chọn 2*R1 = R2 = 600Ω
f = 171kHz

phương trình :

f=

171*10^3 =

=>C =

C = 4.7*10^-9 F = 4.7nF
2. Mạch đo

22


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Hình 14 : sơ đồ mạch đo
Tính chọn các thông số:

R1=R2=100 Ω
R3=R6=100kΩ
R5=R7=520kΩ

3. Khối ADC (analog digitor converter)

Hình 15 :khối ADC
Chân số 3 nhận xung vuông mang giá trị 171kHz
Chân số 4 và 19 tính chọn R4 có giá trị 100kΩ
23

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Chân số 6 nhận tín hiệu từ khối đo để chuyển hóa tín hiệu ở các đầu ra 11 ,12 ,13 ,14 ,15 ,
16 ,17 ,18.
Chân 20 Vcc là nguồn nuôi
4. Khối giải mã cho 8 bít đầu vào

Hình 16 : khối giải mã

4.1 Khối tạo cấp chữ số hàng đơn vị:

24


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Hình 17 : bộ giải mã ra LED 7 thanh

4.2 Khối tạo ra cấp chữ số hàng chục

Hình 17 : bộ giải mã ra LED 7 thanh

4.3 Khối tạo ra cấp chữ số hang trăm

Hình 19 : bộ giải mã ra LED 7 thanh
5. Khối hiển thị

Sau khi nhận tín hiệu từ khối giải mã tín hiệu được đưa đến và hiển thị trên LED 7 đoạn

25