chương 4 thiết kế mạch thu thập dữ liệu

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (99.73 KB, 5 trang )

CHƯƠNG IV
THIẾT KẾ MẠCH THU THẬP DỮ LIỆU
I.CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ
Đối với đại lượng nhiệt độ có thể sử dụng các loại cảm biến sau:
+Dùng cặp nhietä TC (Thermocouple)
+Dùng cặp nhiệt điện trở :loại kim loại hay bán dẫn
+Dùng IC cảm biến nhiệt độ chuyên dụng như : LX5700, LM335, AD590…
mỗi loại cảm biến nhiệt độ chỉ hoạt động hữu hiệu trong một số trường hợp nào
đó .Trong các ứng dụng hiện nay người ta hay dùng TC vì có tầm đo nhiệt độ rộng ,có
đầu ra điện áp tỉ lệ với nhiệt độ nên mạch đo dễ thiết kế và đơn giản ,giá thành cũng
rẽ
trong luận văn này em sử dụng TC loại K (Cr-Al)
• ĐẶC ĐIỂM TC LOẠI K
+ Gồm hai dây kim loại là hợp kim của Cr và Al
+Có khả năng đo nhiệt độ lên đến 1000OCALL
• CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TÍNH CỦA TC LOẠI K
Sự biến thiên của TC (K) giữa suất điện động ra và nhiệt độ được xem là rất
tuyến tính với độ nhạy nhiệt:
S = 40µV/ OC
Ta có bảng thông số về mối quan hệ giữa nhiệt độ tác động lên điểm đo và
suất điện động nhiệt tại mối nối của TC(K)
tOC
0
5
10
15
20
25
30
35
40

45
50
55

E (mV)
0.00
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.41
1.61
1.82
2.02
2.23

BÙ NHIỆT CHO TC(K)

tOCALL
60
65
70
75
80
85
90
95
100

105
110
115

E (mV)
2.43
2.64
2.85
3.06
3.26
3.47
3.68
3.89
4.1
4.61
4.82
5.33

Để đọc chính xác nhiệt độ đặt tại đầu ra ta cần phải xử lý :
+ Phải kéo dài điểm so sánh đến một vò trí có nhiệt độ ổn đònh (có thể xem như
nhiệt độ môi trường) bằng dây bù ,các dây bù này phải thỏa mãn một số tiêu chuẩn
nào đó về mặt vật lý để tương thích với cặp nhiệt điện ,thông thường nhà sản xuất
thường bán cặp nhiệt điện cùng với các đoạn dây bù cho nó
+ Phải bù nhiệt cho TC(K) tại đầu cuối của dây tự do nhằm tránh nhiệt độ tại
đó thay đổi làm ảnh hưởng đến kết quả đo .Việc bù này có nhiều phương pháp ,tuy
nhiên trong luận văn này em sử dụng bù nhiệt điểm chuẩn bằng một mạch bù như
hình sau:
33K

V C C (-1 2 )
R 2

820

D 1

VR 2

|CHINH
KHONG
V C C (1 2 )

R 5

820

1k
D 3

4
8
2
3

6
O P -0 7

1k

U 12

V C C (1 2 )

R 3

U13

V C C (1 2 )

KHUECH DAI
25 LAN

1k

R 4

2 .7 K

6

7
1

7
1

3

O P -0 7

+

1 .5 K

-

2

V C C (-1 2 )

VR 6

4
8

R 1

VR8

+

V C C (-1 2 )

R 8 100K

-

R 6

KHUECH DAI
40 LAN

VR 5

BU NHIET

D IO D E

II.CHỌN BỘ BIẾN ĐỔI ADC
Ngày nay các nhà sản xuất đã đưa ra rất nhiều loại ADC với độ phân giải ,thời
gian biến đổi ,và các phương pháp biến đổi khác nhau như:ADC572πB1 của liên xô là
bộ biến đổi ADC 12 bit với tốc độ biến đổi là 200µs ,TLC 549 với độ phân giải 8 bit
với thời gian biến đổi là 17µs với lối ra dữ liệu theo đường truyền nối tiếp . Các bộ
U 1
biến đổi ADC 8 bit họ 08XX có2 6độ I chính
xác cao
vớ1 i7 số ngõ vào multiplexed ,lối ra
N 0
D 0 14
27
IN 1
1 n1h5 ICL 7109
dữ liệu song song . Hay bộ biến đổ
12 bit 1 Dkê
2 8 i ADC
IN 2
D 2 8
1
Trong luận văn này 2emI N sử

i ADC 0809 để mạch điệ đơn
3 dụng bộ biế
D 3 n1 đổ
8
I
N
4
D
4
giản và do IC này rất thông3 dụI Nn5 g trên thò trườ
ng1 9 hiện nay
D 5
4
5

12
16
10
9
7

IN 6
IN 7

D 6
D 7

R EF+
R EF-

A0
A1
A2

C LK
OE
EOC
AD C 0809

STAR T
ALE

20
21
25
24
23
6
22

• Các đặc điểm của IC ADC 0809
+ Ngõ ra dữ liệu song song 8 bit tương thích TTL và ngõ ra 3 trạng thái có thể
ghép thẳng với data Bus.
+ ADC 0809 có 8 kênh làm việc hoàn toàn độc lập nhau ,các ngõ vào được so
với điện áp 0V
+ Sự tiêu thụ dòng điện hầu như không đáng kể khoảng 300µA
+ Thời gian biến đổi khoảng 100µs phụ thuộc vào xung clock đưa vào
+ADC 0809 hoạt động theo phương pháp biến đổi ADC xấp sỉ liên tiếp
• Phương pháp biến đổi ADC xấp xỉ liên tiếp

Đây là phương pháp chuyển đổi tương tự số trực tiếp .Phương pháp này có ưu
điểm là thời gian chuyển đổi tỉ lệ thuận với bit của mã số (số bit data ra ) và thời gian
xác lập của thanh ghi xấp xỉ liên tiếp chứ không phụ thuộc vào độ lớn của điện áp
cần chuyển đổi .
Để thực hiện quá trình chuyển đổi người ta đặc lần lược mỗi bit của mã số lên
1 ,bắt đầu từ bit cao nhất ( MSB) ,sơ đồ nguyên lý như sau:
In

So
sánh

SAR

D/A

Thanh ghi SAR ( thanh ghi xấp xỉ liên tiếp ) điều khiển lối vào của ADC theo
trật tự sau :
+ bước 1: đặt bit cao nhất bằng 1
+ bước 2: nếu lối ra của mạch so sánh là 1 thì bit này bò xóa về 0 , nếu không
thì giữ nguyên .
+bước 3:bit cao nhất tiếp theo được đặt lên 1 rồi lặp lại bước 2 ,nếu tất cả các
bit đều đã được xét thì quá trình chuyển đổi đã thực hiện xong
Từ đó ta thấy độ phân giải của khối DAC là V REF /255 .Sau khi chuyển đổi
xong thanh ghi SAR sẽ chứa mã số của kết quả.
Tuy nhiên khi sử dụng các ADC làm việc theo phương pháp này cần chú ý đến
nguồn cung cấp ,so sánh không ổn đònh với một mức độ tương đối thì phép đo sẽ
sai ,mặt khác nếu thời gian thử nhỏ thì độ chính xác cũng kém .
• Các thông số kỹ thuật và làm việc của vi mạch ADC 0809
a) các thông số kỹ thuật:

+ Độ phân giải 8 bit
+ Quét động 8 kênh bằng logic đòa chỉ
+ Không ccàn điều chỉnh điểm 0
+ Các tín hiệu tương thích TTL
+ Dãi tín hiệu analog lối vào 0V đến 5V khi điện áp nguồn nuôi là 5V
+ Thời gia biến đổi khoảng 100µs
+ Bộ phát xung nhòp nằm trong chip
+ Dòng tiêu thụ thông thường 0.3mA
b) cách làm việc:
Theo sơ đồ chân của vi mạch ADC 0809 ta có quá trình làm việc là: Một xung
dương ở chân START sẽ kích hoạt sự biến đổi , qua đó mẫu bit chọn kênh ở lối vào
đòa chỉ A,B và C cũng đồng thời được chốt và xác đònh kênh cần biến đổi .Trong quá
trình biến đổi chân EOC ở mức thấp ,cỡ 100µs mức này sẽ chuyển sang mức cao và
báo hiệu sự kết thúc quá trình chuyển đổi .Sau đó kết quả của quá trình biến đổi sẽ
xếp hàng ở các đường dẫn dữ liệu D0…D7 . Khi OE=1 các dữ liệu này sẽù được xuất ra
ngoài .
Từ đó em thiết kế mạch chuyển đổi adc như sau:

U11
IN T 0
IN T 1

26
27
28
1
2
3
4