Thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dung IC cảm biến nhiệt độ.

ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ

Lời nói đầu
Đất nước ta hiện nay đang trên đà phát triển trở thành một nước công
nghiệp.Vì vậy vấn đề điều khiển và vận hành các thiết bị công nghiệp nhằm
nâng cao năng xuất và chât lượng sản phẩm đồng thời giảm chi phí là vấn đề
quan trọng đáng để chú ý.Trong thực tế có rất nhiều bài toán liên quan đến
vấn đề đo và điều khiển nhiệt độ.Ví dụ như: lò sấy công nghiệp, các lò luyện
gang, sắt, thép...
Trong kì này sau khi học môn vi mạch tương tự -vi mạch số và các môn liên
quan chúng em được giao đề tài: Thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ
sử dung IC cảm biến nhiệt độ.
Trong quá trình làm đề tài được sự giúp đỡ hết sức tận tình của thầy giáo
hướng dẫn “ Nguyễn Bá Khá” cùng các thầy cô trong bộ môn đã giúp đỡ em
hoàn thành đúng thời hạn đề tài này. Nhưng do lượng kiến thức còn hạn chế
nên trong đề tài này không tránh khỏi thiếu sót. Em mong được sự đóng góp
của thầy cô để đề tài của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

1


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ

Mục lục
Chương 1 : Tổng quan về mạch đo........................................................................
Chương 2 : Giới thiệu các thiết bị chính................................................................
Chương 3 : Tính toán, thiết kế mạch đo................................................................
3.1 Tính toán thiết kế nguồn..................................................................................
3.2 Cơ cấu chỉ thị.........................................................................
3.3 Khối ADC trong mạch..................................................................

3.4 Khối giải mã..................................................................................
3.5 Khối LED 7 thanh........................................................................
3.6 Tính toán,thiết kế lựa chọn cảm biến...........................................
3.7Tính toán, thiết kế mach nguồn cấp..................................................................
3.8Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa...............................................
3.9Tính toán mạch nhấp nháy cho LED..................................................................
3.10 Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo..................................................................
3.11 Sơ đồ tổng thể mạch và dùng phần mềm mô phỏng mạch..............................
2


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ

Kết luận và phương hướng phát triển....................................................

Chương 1 : Tổng quan về mạch đo
1.1 Khái niệm về nhiệt độ
1.1.1 Khái niệm:
Nhiệt độ là đại lượng vật 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 lỏng, các phân
tử dao động quanh vị trí cân bằng nhưng vị 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.Ở

trạng thái rắn, sự truyền nhiệt xảy ra chủ yếu bằng dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt.
3


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ
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.
1. 1. 2 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:
1

Thang nhiệt độ tuyệt đối ( K ).

2

Thang Celsius ( C ): T( 0C ) = T( 0K ) – 273,15.

3

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.
1.2 Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc
Phương pháp đo nhiệt độ trong công nghiệp thường là các nhiệt kế
tiếpxúc. Có hai loại là: nhiệt kế nhiệt điện trở và nhiệt kế nhiệt ngẫu. Cấu tạo
của nhiệt kế nhiệt điện trở và cặp nhiệt ngẫu cũng như cách lắp ghép chúng
phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt giữa chuyển đổi với môi trường đo.
Đối với môi trường khí hoặc nước, chuyển đổi được đặt theo hướng ngược lại
với dòng chảy.Với vật rắn khi đặt nhiệt kế sát vào vật,nhiệt lượng sẽ truyền từ
vật sang chuyển đổi và sẽ gây tổn hao nhiệt, nhất là với vật dẫn nhiệt kém. Do
vậy diện tích tiếp xúc giữa vật đo và nhiệt kế càng lớn càng tốt.Khi đo nhiệt độ
4


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ
của các chất hạt (cát, đất…),cần phải cắm sâu nhiệt kế vào môi trường cần đo
và thường dùng nhiệt kế nhiệt điện trở có cáp nối ra ngoài.
1.4, Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc:
Đây là phương pháp dựa trên định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối,tức là
vật hấp thụ năng lượng theo mọi hướng với khẳ năng lớn nhất. Bức xạ nhiệt
của mọi vật thể đặc trưng nghĩa là số năng lượng bức xạ trong một đơn vị
thời gian với một đơn vị diện tích của vật xảy ra trên một đơn vị của độ dài
sóng.

1.5 Tổng quan về phương pháp đo nhiệt độ
1.5.1: Sơ đồ khối
Để thực hiện phép đo của một đại lượng nào đó thì phụ thuộc vào đặc
tính của đại lượng cần đo ,điều kiện đo, cũng như độ chính xác yêu cầu của
một phép đo mà ta có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau trên cơ sở của
hệ thống đo lường khác nhau trên cơ sở của các hệ thống đo lường khác
nhau.

Sơ đồ khối đo :

nguồn
Mạch

Mạch
khuếch
đại,
chuẩn
hóa

Cảm
Biến
Mạch so
sánh

Chỉ
thị

Mạch nhấp nháy cho
LED
5
Còi báo


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ

1.5.2: Vai trò tác dụng của các khối
•

Khối nguồn : làm nhiệm vụ đảm bảo nguồn cấp cho cảm biến luôn là 5V
theo yêu cầu đầu vào của cảm biến.

•

Cảm biến : đo nhiệt độ, đưa điện áp đầu ra cho các mạch so sánh, khuếch
đại.

•

Mạch khuếch đại : khuếch đại và chuẩn hóa các điện áp, dòng điện theo
yêu cầu bài toán.

•

Chỉ thị : là các ammeter hoặc vonmeter hiển thị dòng hoặc áp sau chuẩn
hóa.

•

Mạch so sánh : so sánh điện áp đầu ra của cảm biến với điện áp đặt, để
đưa ra cảnh báo hoặc để LED nhấp nháy bình thường.

•

Còi báo : báo động khi nhiệt độ vượt quá giá trị cho phép.

•

Mạch nhấp nháy : đèn LED nhấp nháy trong chố độ nhiệt độ bình thường
theo yêu cầu bài toán.

Chương 2 : Giới thiệu về các thiết bị chính
2.1 Giới thiệu về IC cảm biến nhiệt LM35
ảnh IC LM35 :
6


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ

SƠ đồ chân ICLM35 :

Chân 1: Chân nguồn Vcc
Chân 2: Đầu ra Vout
Chân 3: GND
Cảm biến LM 35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp
đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius.Chúng cũng
không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh.
Đặc điểm chính của cảm biến LM35 :
+ Điện áp đầu vào từ 0V đến 10V
+ Độ chính xác cao ở 25 là 0.5
+ Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải
Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ 0 - 150 với các mức điện áp ra khác
nhau. Xét một số mức điện áp sau .
Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp. Đối với hệ
thống này thì đo từ 0 đến +127
7

ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ
LM35 có 3 chân : 2 chân cấp nguồn và 1 chân xuất điện áp ra tùy theo nhiệt
độ
Nhiệt độ tăng 1C thì điện áp xuất ra ở chân out của LM35 tăng 10mV
2.2 Giới thiệu về IC 7805 ( IC ổn áp 5V)
Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao,sử dụng IC
ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản.Các loại
ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx,với xx là điện áp cần ổn áp.Ví dụ 7805
ổn áp 5V, 7812 ổn áp 12V. Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau,
dưới đây là minh họa cho IC ổn áp 7805 :

Sơ đồ phía dưới IC 7805 có 3 chân:
1

Chân số 1 là chân IN (hình vẽ trên)

2

Chân số 2 là chân GND (hình vẽ trên)

3

Chân số 3 là chân OUT (hình vẽ trên)

Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi.Mạch
này dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V(các loại IC
thường hoạt động ở điện áp này).Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp
tăng cao thì mạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được
điện áp ở ngõ ra OUT 5V không đổi.
Mạch trên lấy nguồn một chiều từ một máy biến áp với điện áp từ 7V đến 9V

8


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ
để đưa vào ngõ IN.Khi kết nối mạch điện,do nhiều nguyên nhân,người dùng dễ
nhầm lẫn cực tính của nguồn cung cấp khi đấu nối vào mạch,trong trường
hợp này rất dễ ảnh hưởng đến các linh kiện trên board mạch.Vì lí do đó một
diode cầu được lắp thêm vào mạch,diode cầu đảm bảo cực tính của nguồn cấp
cho mạch theo một chiều duy nhất,và nguời dùng cũng không cần quan tâm
đến cực tính của nguồn khi nối vào ngõ IN nữa.
2.3 Giới thiệu về IC 555
Đây là IC loại 8 chân được sử dụng rất phổ biến để làm: mạch đơn ổn, mạch
dao động đa hài, bộ chia tần, mạch trễ, … Nhưng trong mạch này, IC 555 được
sử dụng làm bộ phát xung.
Thời gian được xác lập theo mạch định thời R, C bên ngoài. Dãy thời
gian tác động hữu hiệu từ vài micrô giây đến vài giờ.
IC này có thể nối trực tiếp với các loại IC: TTL/ CMOS/ DTL.
2.3.1 Sơ đồ chân và chức năng các chân.

Hình 1.1: Sơ đồ chân IC 555

9


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ

Hình 1.2: Cấu trúc IC 555
Chức năng các chân:
+ Chân 1 : ( GND ) Nối mass.
+ Chân 2 : ( TRIGGER ) Nhận xung kích để đổi trạng thái.

+ Chân 3 : ( OUT ) Ngõ ra.
+ Chân 4 : ( RESET ) Trả về trạng thái đầu.
+ Chân 5 : ( CONTROL VOLTAGE ) Lấy điện áp điều khiển tần số dao động.
+ Chân 6 : ( THRESHOLD ) Lập mức ngưỡng cho tầng so sánh.
+ Chân 7 : ( DISCHARGE ) Đường xả điện cho tụ trong mạch định thời
+ Chân 8 : ( Vcc ) Nối với nguồn dương.
2.3.2: Nguyên lý hoạt động.

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý tạo dao động

10


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ
Ký hiệu 0 là mức thấp bằng 0V, 1 là mức cao gần bằng VCC. Mạch FF là
loại RS Flip-flop.
Khi S = [1] thì Q = [1] và = [0].
Sau đó, khi S = [0] thì Q = [1] và = [0].
Khi R = [1] thì = [1] và Q = [0].
Tóm lại: khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0], = [1], transistor mở
dẫn, cực C nối đất. Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6
không vượt quá V2. Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset.

- Giai đoạn ngõ ra ở mức 1:
Khi bấm công tắc khởi động, chân 2 ở mức 0.
Vì điện áp ở chân 2(V-) nhỏ hơn V1(V+), ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 1
nên S = [1], Q = [1] và = [0]. Ngõ ra của IC ở mức 1.
Khi = [0], transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp trên tụ tăng.
Khi nhả công tắc, Op-amp 1 có V- = [1] lớn hơn V+ nên ngõ ra của Op-amp 1 ở
mức 0, S = [0], Q và vẫn không đổi. Trong khi điện áp tụ C nhỏ hơn V2, FF vẫn

giữ nguyên trạng thái đó.
- Giai đoạn ngõ ra ở mức 0:
Khi tụ C nạp tiếp, Op-amp 2 có V+ lớn hơn V- (= 2/3 VCC), R = [1] nên Q
= [0] và = [1]. Ngõ ra của IC ở mức 0.
Vì = [1], transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ = [0] bé hơn V-, ngõ ra của
Op-amp 2 ở mức 0. Vì vậy Q và không đổi giá trị, tụ C xả điện thông qua
transistor.
Kết quả cuối cùng: Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu
kỳ ổn định.

11


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ
2.4 Giới thiệu về một số khuếch đại thuật toán (KĐTT)
2.4.1.Khái niệm
Khuếch đại có nghĩa là dùng năng lượng nhỏ làm thay đổi một năng lượng
lớn khác. Năng lượng nhỏ gọi là năng lượng điều khiển.Năng lượng lớn gọi là
năng lượng bị điều khiển.
Bộ KĐTT cũng như các bộ khuếch đại thông thường khác đều dùng để
khuếch đại điện áp,dòng điện và công suất.Tính ưu việt của bộ KĐTT là tác
dụng của mạch điện có bộ KĐTT có thể thay đổi được dễ dàng bằng việc thay
đổi các phần tử mạch ngoài (coi bộ KĐTT như hộp đen).Để thực hiện được
điều đó, bộ KĐTT phải có các đặc tính co bản là :hệ số khuếch đại lớn, trở
kháng cửa vào rất lớn và trở kháng ra của nó rất nhỏ.
Trước đây, bộ KĐTT thường được sử dụng trong việc thực hiện các phép
toán giải tích ở các máy tính tương tự,nên được gọi là KĐTT.Ngày nay, KĐTT
được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong kỹ thuật đo lường và điều khiển.
Do công nghệ chế tạo linh kiện vi điện tử ngày càng phát triển, nên đã chế
tạo được các mạch tích hợp(các vi mạch- IC) của KĐTT gần lý tưởng. Và các vi

mạch KĐTT trong các mạch điện tử đơn giản cũng được coi là lý tưởng. Tuy
nhiên, các vi mạch KĐTT luôn có các thông số thực là hữu hạn.
2.4.2.Khuếch đại thuật toán lý tưởng
KĐTT được dùng để khuếch đại điện áp, dòng điện hay công suất ,để thiết
kế các mạch điện tử chức năng. Một KĐTT được ký hiệu như trên sơ đồ 1.1.2.

Hình 1.4 Ký hiệu các chân ra của KĐTT
12


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ
: Ngõ vào âm
: Ngõ vào dương
+Ecc: Ngõ cấp điện áp dương
-Ecc: Ngõ cấp điện áp âm
: Tín hiệu cửa ra
KĐTT lý tưởng có trở kháng vào vô cùng lớn (∞), trở kháng ra bằng 0 (Z O =0)
hệ số khuếch đại vòng hở vô cùng lớn (KO =∞) và điện áp cửa ra bằng 0V, khi
điện áp các ngõ vi sai bằng nhau (UO=0V, khi ).
Trong thực tế kỹ thuật không có bộ KĐTT lý tưởng. Để đánh giá được các bộ
KĐTT thực so với KĐTT lý tưởng ta căn cứ vào các thông số của mạch tích
hợp KĐTT thực với thông số ly tưởng trên. Nhưng trong thiết kế các mạch
điện tử đơn giản ta vẫn có thể coi các IC KĐTT thực được sử dụng như một
KĐTT lý tưởng.
Mạch điên tương đương KĐTT lý tưởng

Trong đó, là trở kháng vào của KĐTT, là trở kháng ra của KĐTT, điện áp
vào đến của vào đảo, là điện áp vào đến cảu vào không đảo, là điện áp vào vi
sai. Từ sơ đồ, ta có biểu thức cho điên áp ra:

Trong đó , điện áp vi sai ở cửa vào:

2.4.3.Các mạch khuếch đại cơ bản dùng KĐTT
13


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ
Mạch khuếch đại đảo

: điện áp vào cần khuếch đại
: điện trở mạch phản hồi âm
: điện trở mạch vào
: điện trở nói đất với của vào không đảo
Tại nút N ta có:=0
Vậy
Mặt khác, do dòng điện chảy qua bằng 0, nên điện áp tại nút N bằng 0, hay
=0.Vậy ta có kết quả:
Hệ số khuếch đại điện áp của mạch :
Vậy biểu thức của tín hiệu ra:

Mạch khuếch đại không đảo

14


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ

Mạch khuếch đại không đảo

Mạch lặp lại điện áp

Vì điện trở của vào của KĐTT ô cùng lớn, nên dòng điện chảy qua bằng
0.Từ đó ta có:
Trong khi đó ta có: =
Vậy hệ số khuếch đại điện áp của mạch khuếch đại không đảo :
viết như sau:

sẽ được

==

Vậy tín hiệu ra xác định bằng biểu thức:

Chương 3 : Tính toán, thiết kế mạch đo
3.1 Tính toán thiết kế nguồn

15


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ
Vì hầu hết các nguồn sử dụng trong mạch đều là nguồn một chiều mà trên
thực tế thì nguồn lại là các nguồn xoay chiều với điện áp là 220V. vậy vấn đề
đặt ra là phải biến đổi dòng xoay chiều sang 1 chiều .
khối nguồn sẽ bao gồm:
 máy biến áp
 bộ chỉnh lưa cầu dùng 4 điot
 tụ điện C để lọc
 cuộn cảm L để dàn phẳng dòng điện.
Sơ đồ nguyên lý:

+ Tính chọn máy biến áp: ở đây chúng ta có hai nguồn đó là nguồn cho
điện áp đặt ở bộ so sánh 5V và nguồn cấp cho OA là 12V như vậy cần sử
dụng máy biến áp có nhiều cấp điện áp để lấy ra hai cấp điện áp mình dùng.
Hoặc ta có thể hạ xuống 12V rồi dùng con biến trở để chỉnh xuống 5 V
nhưng sẽ tiêu tốn 1 lượng năng lượng vì vậy nên dùng 2 bộ chỉnh lưu điện
áp

16


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ

Tối ưu nhất ở đây nên dùng phương án
3 Phương án thiết kế :
 biến áp : do yêu cầu đặt ra nên ta sử dụng biến áp có điện áp vào
220V và điện áp ra là 15V .
 mạch chỉnh lưu : do những ưu điểm của mạch chỉnh lưu cầu như điện
áp ra ít nhấp nháy, điện áp ngược mà điôt phải chịu nhỏ hơn so với
phương pháp cân bằng nên ta sẽ chọn bộ chỉnh lưu cầu 2 nửa chu kỳ.
 bộ lọc nguồn có nhiệm vụ san bằng điện áp để dòng điện phẳng hơn,
lọc bằng tụ điện khá đơn giản và chất lượng học khá cao. Nên ta dùng
tụ điện.
 khối ổn áp theo yêu cầu thiết kế có điện áp ra thay đổi từ 0 đến 15V
nên ta dùng IC ổn áp thông dụng là LM 7805 do có dải điện áp ra trong
khoảng1,2V-35V với cách mắc thông thường.

3.2:Cơ cấu chỉ thị
Vì dòng điện ra là dòng 1 chiều và điện áp ra cũng là 1 chiều với giá trị bé
nên ta dùng cơ cấu chỉ thị từ điện
Cấu tạo chung: gồm hai phần cơ bản: phần tĩnh và phần động

- Phần tĩnh: gồm: nam châm vĩnh cửu 1; mạch từ và cực từ 3 và lõi sắt 6 hình
thành mạch từ kín. Giữa cực từ 3 và lõi sắt 6 có có khe hở không khí đều gọi là
khe hở làm việc, ở giữa đặt khung quay chuyển động.

17


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ

- Phần động: gồm: khung dây quay 5 được quấn bắng dây đồng. Khung dây
được gắn vào trục quay (hoặc dây căng, dây treo). Trên trục quay có hai lò xo
cản 7 mắc ngược nhau, kim chỉ thị 2 và thang đo 8.

Hình 5.3. Cơ cấu chỉ thị từ điện.
+ Nguyên lý làm việc chung: khi có dòng điện chạy qua khung dây 5 (phần
động), dưới tác động của từ trường nam châm vĩnh cửu 1 (phần tĩnh) sinh ra
mômen quay Mq làm khung dây lệch khỏi vị trí ban đầu một góc α. Mômen
quay được tính theo biểu thức:
Mq ==B.S.I.W
với B: độ từ cảm của nam châm
S: tiết diện
W: số vòng dây
Với một cơ cấu chỉ thị cụ thể do B, S, W, D là hằng số nên góc lệch α tỷ lệ bậc
nhất với dòng điện I chạy qua khung dây.
+Các đặc tính chung: từ biểu thức suy ra cơ cấu chỉ thị từ điện có các đặc tính
cơ bản sau:
- Chỉ đo được dòng điện 1
-Đặc tính thang đo đều

18

ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ

- Độ nhạy là 1 hằng
s

19


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ
3.3 Khối ADC trong mạch

Các chân 1,2,8,10,7 được nối đất
Chân 3 được nối với chân số 3 của mạch tạo dao động HE555
Chân 19 nối với điện trở R3= 10kΩ rồi nối vào chân 4 tiếp nối vào tụ C3=150pF
rồi nối đất
Chân 20 nối với nguồn nuôi
Chân 6 là chân nhận tín hiệu chuyển hóa của ic ra các chân bít
DB0,BD1,BD2,BD3,BD4,BD5,BD6,BD7.
3.4 Khối giải mã
+ IC74LS83

20


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ

74LS83 là IC cộng 2 số 4 bit nhị phân.
-A1,A2,A3,A4,B1,B2,B3,B4 : các chân đầu vào của 2 số nhị phân A, B.

- S1,S2,S3,S4: đầu ra nhị phân.
-C4 số nhớ của phép cộng.
CO: số nhớ ban đầu.
Quá trình biến đổi nhị phân sang BCD
Đầu tiên ta chuyển số nhị phân 4 bit thành số BCD: hai số BCD có giá trị từ 0 10
đến 910 khi cộng lại cho kết quả từ 010 đến 1810 , để đọc được kết quả dạng
BCD ta phải hiệu chỉnh kết quả có được từ mạch cộng nhị phân

21


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ

3.5 Khối LED 7 thanh
Trước hết hãy xem qua cấu trúc và loại đèn led 7 đoạn của một số đèn được
cấu tạo bởi 7 đoạn led có chung anode (AC) hay cathode (KC); được sắp xếp
hình số 8 vuông (như hình ) ngoài ra còn có 1 led con được đặt làm dấu phẩy
22


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ
thập phân cho số hiện thị; nó được điều khiển riêng biệt không qua mạch
giải mã. Các chân ra của led được sắp xếp thành 2 hàng chân ở giữa mỗi
hàng chân là A chung hay K chung.
Trong thực tế t có thể dùng Led 7 thanh đã tích hợp sẵn phần giải mã DCB.

Sơ đồ cấu tạo và hình dạng led 7 thanh.
Cấp nguồn cho chân nào thì đoạn tương ứng với chân đó sáng.
Ví dụ như hình trên nếu đưa chân 0 lên mức logic 1 thì đoạn 0 sẽ sáng. Nếu
cấp cho chân 5 và chân 4 thì đoạn 5 và 4 sáng tạo thành số 1.

Tương tự nếu hiển thị số 2 thì mức logic tương ứng của chân abcdefg là
1101101
Số 3 là 1111001, Số 4 là 0110011
3.6 Tính toán, lựa chọn cảm biến

23


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ

1

116.0

U1

Vout 2
VOUT

3

Vout

LM35

Cảm biến được lựa chọn là IC LM35 .Việc đo nhiệt độ sử dụng LM35 thông
thường chúng ta sử dụng bằng cách :
LM35 - > ADC - > Vi điều khiển
Dùng ADC 10 bit. Giá trị của ADC này từ [-1024 đến 1024] nên ta chỉ lấy giá
trị dương giá trị ADC của nó là 0 đến 2048.

LM 35 có nhiệt độ tối đa là 150. Mà bài yêu cầu nằm trong khoảng là t= (0
-99)
Cứ 10mV tương ứng với 1 nên :
+ Tại 0 thì giá trị đầu ra của LM35 thì điện áp 0V
Mà với LM35 nhiệt độ Max là 150˚C thì điện áp đầu ra là 1,5V.
+Theo bài tại 99 thì giá trị đầu ra của LM35 là : 99*0,01= 0,99 V
Ta thấy giá trị đầu ra rất nhỏ so với giá trị max là 10V Điện áp tương ứng là
0,99 V mà LM35 thay đổi trong 10mV

3.7Tính toán, thiết kế mạch nguồn cung cấp

24


ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ
U1.1
7805

V1

DIODE

45k

D1.1

D2.1

DIODE

DIODE

1

VI

VO

+88.8
Volts

C2.1

VSINE

3

GND

R12

2

D3.1

1nF

D4.1

+88.8

Volts

DIODE

Dùng IC ổn áp 7805 cấp nguồn vào luôn ổn định là 5V cho IC LM35

3.8 Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa.
3.8.1 : Chuẩn hóa đầu ra với mức điện áp U= 0 10V
Dùng bộ khuếch đại không đảo
R8
221

U2

R7
29

R9
10k

OPAMP

+10.0
Volts

+12V
+15V

Mạch này có điện áp ra :

Ur=(1 + ).Uv

Với Uv= 0 0,99 V để Ur= 0 10V
UImin= 0mV → Uomin = 0V
UImax = 0,99 V→Uomax = 10V
25