Ứng dụng VMTT&VMS thiết kế mạch đo va cảnh báo, và hiển thị nhiệt độ

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU GIAO BÀI TẬP LỚN MÔN: VMTT&VMS
Số : ………
Họ và tên HS-SV : NGUYỄN ĐỨC HUY
: NGUYỄN ĐĂNG KHANH
Lớp : ĐIỆN 2
Khoá :…8…… Khoa : Điện
I. NỘI DUNG
Đề tài: Ứng dụng VMTT&VMS thiết kế mạch đo va cảnh báo, và hiển thị nhiệt
độ
+ Nhiệt độ cần đo: t0C = 00C đến (50+10*N)0C.
+ Chuẩn hóa đầu ra:
0-10V
0-5V
0-20mA
4-20mA
+ Cảnh báo: Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng đèn nhấp nháy, còi khi
nhiệt độ vượt quá giá trị cảnh báo: 40+10*N
+ Hiển thị nhiệt độ đo được ra Led 7 thanh
N là số thứ tự sinh viên trong danh sách
II. PHẦN THUYẾT MINH
Yêu cầu về bố cục nội dung:
1/ Tổng quan về quá trình đo nhiệt độ

- Tìm hiểu các phương pháp đo
- Khảo sát đặc tính nhiệt độ cần đo(liên hệ thực tiễn theo nhóm)
- Tính chọn cảm biến (cấu tạo, nguyên lý, sơ đồ chân, dải đo, cấp
chính xác..)
2/ Thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng VMTT&VMS
- Xác định sơ đồ khối của hệ thống
- Tính chọn các khối
3/ Vẽ mạch mạch mô phỏng trên phần mềm Proteus
4/ Phân tích và nhận xét kết quả
Hà nội ngày….tháng …9..năm 2015
Giáo viên hướng dẫn

Trưởng bộ môn

Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page1


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

MỤC LỤC
Lời nói đầu...................................................................................

3

Chương 1 : Tổng quan về mạch đo...........................................

4

1.1 Khái niệm về nhiệt độ.............................................................

4

1.2 Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc................................

5

1.3 Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc......................

5

1.4 Tổng quan về phương pháp đo nhiệt độ.................................

5

Chương 2 : Giới thiệu về các thiết bị chính.............................

8

2.1 Giới thiệu về cảm biến nhiệt...................................................

8

2.3 Điện Trở..................................................................................

9

2.4 Các cơ cấu chỉ thị....................................................................

10

2.5 các thiết bị cảnh báo...............................................................

10

2.6 Giới thiệu về IC 555...............................................................

10

Chương 3 : Tính toán, thiết kế mạch đo...................................

14

3.1 Tính toán, lựa chọn cảm biến..................................................

14

3.3 Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa.....................

16

3.4 Tính toán mạch nhấp nháy cho LED......................................

19

3.5 Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo..........................................

19

Chương 4: Mạch hiển thị...........................................................

20

4.1 Khối chuyển đổi ADC............................................................

20

4.3 Khối LED 7 thanh...................................................................

32

4.4 mạch mô phỏng trên proteus...................................................

33

KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN..................

34

TÀI LIỆU THAM KHẢO

34

Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page2

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

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 nhóm 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 “ Tống Thị Lý ” cùng các thầy cô trong bộ môn “Đo lường điều khiển”
đã giúp đỡ em hoàn thành đúng thời hạn đề tài này. Do quỹ thời gian hạn hẹp cùng
một số hạn chế về kiến thức thực tế, em đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành tốt bài
tập lớn của mình, em rất mong nhận được những sự nhận xét, sửa chữa, góp ý quý
báu của quý thầy cô và các bạn giúp em hoàn thiện hơn nữa trong thời gian sắp
tới!
Em xin chân thành cảm ơn!

Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page3


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

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 thấp. Ở
trạng 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.
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.
Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page4


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

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 nhiệtđộ 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
1.3 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.

1.4 Tổng quan về phương pháp đo nhiệt độ
1.4.1: 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.

Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page5


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

Sơ đồ khối đo :
Mạch
khuếc
h đại,
chuẩn
hóa

Mạch
nguồn

Chỉ
thị

Cảm

Biến
Mạch nhấp nháy
cho LED
Mạch
so sánh

Còi báo

1.4.2: 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.
Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page6


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

• 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 cảm biến nhiệt
Để xác định được các thiết bị mà mình sẽ sử dụng trong quá trình tính toán thiết kế
mạch đo ta đi dựa vào các khối cơ bản trong mạch đo để xác định các linh kiện mà
mình sẽ dùng, sau đây ta sẽ liệt kê các linh kiện sử dụng :

Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page7


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

1, cảm biến: nhiệt độ là 1 đai lượng vật lý mà ta có thể đo gián tiếp quá các loại
cảm biến nhiệt độ dựa trên sự chuyển động của của các hạt điện tích hình thành
nên dòng điện trong kim loại.
Hiện nay có rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ thông dụng hiện nay mà ta thường
dùng :
- cặp nhiệt ngẫu
- nhiệt điện trở kim loại
- IC cảm biến nhiệt độ
Trong bài này ta sẽ sử dụng cảm biến là nhiệt điện trở kim loại, loại này có 2 loại
thông dụng là nhiệt điện trơ platin và nhiệt điện trở nikel. Cụ thể ta sử dụng nhiệt
điện trở platin loại có độ tuyến tính theo nhiệt độ cao, điện trở suất cao, chống oxy
hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt đo dài.

2.2 bộ khuếch đại thuật toán µA 741
bộ khuếch đại này dùng nhiều trong kỹ thuật điện trở có các dụng khuếch đại các
tín hiệu điện như điện áp, dòng điện, công suất. trong phạm vi bài này ta sẽ sử
Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page8


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

dụng khếch đại thuật toán để khuếch đại điện áp đưa ra từ cảm biến và dùng trong
bộ so sánh để đưa ra khối cảnh báo cho mạch đo.
Hình ảnh thực tế của bộ khuếch đại thuật toán :

2.3 Điện Trở
Trong thiết bị điện

tử điện trở là một

linh kiện quan trọng,

chúng được làm

từ hợp chất cacbon và

kim loại tuỳ theo

tỷ lệ pha trộn mà người

ta tạo ra được các

loại điện trở có trị số

khác nhau.

Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử.

Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý.
2.4 Các cơ cấu chỉ thị
muốn biết được nhiệt độ thì ta phải hiển thị ra thông qua cơ cấu chỉ thị. Vì mục
đích cuối cùng là chúng ta biết được nhiệt độ và cảnh báo.

Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page9


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

Bài này chúng ta đo dải điện áp từ 0 đến 10V và dải dòng điện từ 0 đến 20mA ta
nên dùng cơ cấu chỉ thị dung led 7 thanh.
2.5 các thiết bị cảnh báo
Để cảnh báo quá nhiệt độ ta sử dụng còi để cảnh báo và bằng đèn nhấp nháy.
Những thiết bị này thường mang thông tin nhanh và chính xác, dễ lắp đặt và sử
dụng nguồn điện một chiều hay xoay chiều.

2.6 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.

Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page10


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

2.6.1 Sơ đồ chân và chức năng các chân.

Hình 1.1: Sơ đồ chân IC 555

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
Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page11


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

+ Chân 8 : ( Vcc ) Nối với nguồn dương.
2.6.2: Nguyên lý hoạt động.

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý tạo dao động
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.
Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page12

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

- 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.

Chương 3 : Tính toán, thiết kế mạch đo
Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page13


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

3.1 Tính toán, lựa chọn cảm biến
Yêu cầu đề bài :Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo
nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại.
Yêu cầu: - Dải đo từ: t0C =tmin – tmax = 0-(50+10*N)0C
Với N là số thứ tự sinh viên trong danh sách
Số thứ tự trong danh sách là N = 30 vậy dải đo trong bài này là :
ToC = tmin-tmax= 0-(50+ 10*30)0C = 0 - 3500C
Từ yêu cầu của đề bài ta sử dụng nhiệt điện trở kim loại với dải đo từ 0 đến 400oC
Nhiệt điện trở kim loại có rất nhiều loại nhưng có hai loại thường dùng là
nhiệt điện trở nickel và nhiệt điện trở platin. Nhiệt điện trở nickel so với platin thì
rẻ tiền hơn song độ tuyến tính chỉ từ -60 0C đến +2500C mà trong bài này dải đo
max là 3500C nên ta không sử dụng. Ta đi sử dụng nhiệt điện trở platin với dải đo
rộng và độ tuyến tính cao. Cụ thể trong bài nay ta đi sử dụng nhiệt điện trở Pt100
nhiệt điện trở có đọ tuyến tính cũng tương đối và điện trở R o tại 00C là 100Ω sau
đây là chi tiết về cảm biến nhiệt Pt100 cấu tạo can nhiệt Pt100.
Là cảm biến nhiệt độ pt100 có cấu tạo là một nhiệt điện trở RTD ( RTDResistance Temperature Detector ):Nguyên lý hoạt động nhiệt điện trở dựa trên
sự thay đổi nhiệt độ dẫn đến thay đổi điện trở
Rt = R0 ( 1 + αt)
Rt : Điện trở ở nhiệt độ t
R0 : Điện trở ở 0 độ C

α : Hệ số của nhiệt điện trở

Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page14


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

Cảm biến nhiệt độ E52MY-PT15C D6.3MM SUS316
Dải đo: 0 - 400 độ C.
Loại can: DIN PT 100W.
Chiều dài can: 15 cm.
Cấp chính xác: B.
Cách điện cho dây dẫn bên trong: ceramic.
Vật liệu đầu bao dây: Khuôn nhôm đúc màu xanh.
Vật liệu ống bảo vệ: SUS 316 ống đúc.
Nhiệt độ môi trường cho đầu đấu dây: 0 - 80 độ C.
Loại dây dẫn: Hệ thống 3 dây dẫn.
Tiếp xúc nhiệt: loại không nối đất.
Mô hình mô phỏng trên proteus :

Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page15


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

3.3 Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa.
3.3.1: Chuẩn hóa đầu ra với mức điện áp U= 0

10V

Dùng bộ khuếch đại không đảo

Mạch này có điện áp ra :
Với Uv = 0

3,4 V để Ur = 0

Ur = (1 +

).Uv

10V

UImin = 0mV → Uomin = 0V
UImax = 3,4 V→ Uomax = 10V
Chọn R11= 340 Ω => R10= 160 Ω. Chọn R9= 10kΩ
3.3.2 Chuẩn hóa đầu ra với mức điện áp 0

5V

Dùng bộ khuếch đại đảo
Mạch này có điện áp ra : Ur=(1+R11/R10).Uv

Với Uv=0 – 7,7V để Ur=0 - 5V
Uvmin=0V  Urmin=0V
Uvmax=7,7V  Urmax=5V
Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page16


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Chọn R12 = 10k ; R13 =340 Ω => R14 =160 Ω.

3.3.3 Chuẩn hóa đầu ra có dòng điện 0

20mA

Dùng bộ biến đổi U-I với sơ đồ không đảo

Dòng điện đầu ra IF =

= và Ur = (1+

Với Uv= 0 – 3,4 V và IF = 0
Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

).Uv

,
Page17

KHOA ĐIỆN

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

UImin = 0V → IFmin = 0mA
UImax = 3,4 V → IFmax = 20mV
R8= 170 => R18= 25 Ω. Chọn R17= 10kΩ
3.3.4 Chuẩn hóa đầu ra có dòng 4

mA

Dùng mạch biến đổi U-I với phụ tải nối đất chung

Thường
chọn điều
kiện
mạch : R7
(R16+R9)
= R5R8
(*)
Ta có
IL= (U12-

U11)
Ta chọn R9 = R8 = 10kΩ
Khi IL= 4mA ta có U12 = 0 V
IL = 20 mA ta có U12 = 3,4 V
Ta có hệ:

4.10-3 = - U11.A

(1)

(A =

20.10-3= (1,11 – U11).A

(2)

Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

)

Page18


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Từ (1) và (2) U1 1 = - 0,8102 V => A =

KHOA ĐIỆN

(3)

Chọn R3 = R6 = 10 k;
Từ (*) và (3) ta có R1 = 1 kΩ , R2 = 900 Ω ,R7 =185 Ω.
3.4 Tính toán mạch nhấp nháy cho LED

Để thời gian sáng và thời gian tối của LED bằng nhau và bằng

= (1+0,5.1) = 1,5 (s )
Ta có R10 = R11 =10 kΩ
Từ công thức R11.C2.0,69 = suy ra C2 = 217,3913045 uF
Chọn R = 10 Ω
3.5 Tính toán,thiết kế mạch cảnh báo.

Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page19


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

Theo bài ra: tín hiệu cảnh báo bằng còi khi nhiệt độ vượt quá giá trị
t C= 40+10*N. Với N=30 =>Mức cảnh báo khi nhiệt độ bằng 340 C
suy ra điện áp so sánh là +3,4 V.

Chương 4: Mạch hiển thị
4.1 Khối chuyển đổi ADC
4.1.1 Hình ADC trong mạch protus và sơ đồ các chân của ADC0804

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

Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page20


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

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:

4.1.2 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. Để 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

Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page21


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

- 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

Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page22


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

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 VREF/2 (chân số 9) để hở.
- Chân VREF (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 0-5V→(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.
- 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 (2xVREF/2) 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 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.
Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page23

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

-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.
4.1.3 Mạch tạo dao dộng cho ADC

Mạch này để tạo dao đông cho ADC0804 để cho ADC0804 thực hiện quá trình
chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số
Các thông số xung với phần trên ta có:
Thời gian nạp ( có xung ra): tn=0,69 �n, hay tn = 0,69(R5+ R4)C2
Thời gian xả điện ( không có xung ra): tx=0,69 �x , hay tx = 0,69R4C2.
Ở đây ta chọn R5=R4=600Ω, C2=220uF => tn=0,18216 s và tx=0.09108 s
4.1.4 Khối ADC trong mạch

Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page24


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

KHOA ĐIỆN

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 từ PT100 rồi chuyển hóa tín hiệu ra các chân
11,12,13,14,15,16,17,18
4.2 Khối giải mã
4.2.1 IC74LS83

74LS83là IC cộng 2 số 4 bit nhị phân.
Bài TẬp Lớn Môn VMTT & VMS

Page25