Ứng dụng VMTTVMS thiết kế mạch đo va cảnh báo, và hiển thị nhiệt độ + Nhiệt độ cần đo: t0C = 00C đến (50+10N)0C. + Chuẩn hóa đầu ra: 010V 05V 020mA

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

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 :ĐỖ TUẤN TRƯỜNG
– 0841040054
NGUYỂN THANH TUÂN – 0841040030
NGUYỄN HỮU TUỆ

– 0841040062

Lớp : Điện 1
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
Yêu cầu về thời gian :
Ngày giao đề 25 /9/2015
Ngày hoàn thành : 30/11/2015
Chó ý:
1. Ngoài nội dung hướng dẫn trên lớp nếu sinh viên có câu hỏi, thắc mắc trong quá

1


tr×nh làm bài tập lớn gửi về địa chỉ : Trước khi bảo vệ bài tập
lớn sinh viên phải nộp:

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...
Ngày nay xuất hiện nhiều phương pháp đo nhiệt độ sử dụng cảm biến loại cặp
nhiệt, nhiệt điện trở hay bán dẫn hoặc sử dụng phương pháp phân tích phổ để xác
định nhiệt độ đối với những nơi không trực tiếp đặt được các đầu đo nhiệt độ (nơi
có nhiệt độ quá cao). Nhìn chung các phương pháp đo nhiệt độ có nhiều nét giống
nhau nhưng cách xử thì có thể khác nhau, tuỳ vào mục đích và yêu cầu kỹ thuật đối
với từng công việc cụ thể nhưng mục đích cuối cùng của phép đo là thể hiện giá trị
nhiệt độ với khoảng sai số cho phép có thể chấp nhận được.
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
cảm biến nhiệt ngẫu.
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” số 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

2


Mục lục
Chương 1 : Tổng quan về mạch đo
Chương 2 : Giới thiệu các thiết bị, linh kiện cần cho hệ thống
Chương 3 : Tính toán, thiết kế mạch đo.

3.1 Tính toán, lựa chọn cảm biến.
3.2 Tính toán, thiết kế mạch nguồn cấp.
3.3 Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa.
3.4 Tính toán mạch nhấp nháy cho LED.

3.5 Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo.
3.6 Sơ đồ tổng thể mạch và dùng phần mềm mô phỏng mạch.
3.7 Bộ giải mã BCD.
Kết luận và phương hướng phát triển.

3


Chương 1 : Tổng
1.1

1.1.1

quan về mạch đo

Khái niệm về nhiệt độ

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.
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

4


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 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.
5


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.

6


Sơ đồ khối của hệ thống đo:

Mạch
khuếch
đại,
chuẩn

hóa

Chỉ
thị

Mạch nhấp nháy cho LED
Mạch nguồn
chống nhiễu
cấp nguồn
cho toàn hệ
thống

Cảm
Biến

Mạch so
sánh
Còi báo

Hiển thị
BCD

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 nguồn nuôi cảm biến.

•

Cảm biến : đo nhiệt độ, đưa điện áp đầu ra cho các mạch so sánh,
khuếch đại, vào ADC.
7


•

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

•

Chỉ thị: là các Ampmeter hoặc Volmeter hiển thị dòng hoặc áp vị
trí cần đo và trước 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 đặt.

•

Mạch nhấp nháy: đèn LED nhấp nháy trong chế độ nhiệt độ bình
thường, tắt khi vượt quá nhiệt theo yêu cầu bài toán.

•

Hiển thị mã BCD.

8


Chương 2 : Giới thiệu về các linh kiện và thiết bị
sử dụng trong hệ thống đo.
2.1 Giới thiệu về IC cảm biến nhiệt PT100 :

9


Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt độ PT100
- Môi trường sử dụng đo nhiệt độ:
Không khí, nước, dầu, gỗ, gạo, xi măng …

– Độ chính xác: 0.5
– Nhiệt độ tối đa: 1200oC
– Nhiệt độ tối thiểu: -200 oC
Pt (Platinum resistance thermometers) có nghĩa là nhiệt điện trở bạch
kim. Vì Bạch kim có tính chất thay đổi điện trở theo nhiệt độ tốt hơn các
loại kim loại khác nên chúng được sử dụng rộng rãi trong các nhiệt điện
trở. Pt100 là một đầu dò cảm biến nhiệt bên trong có các lõi được làm bằng
Bạch kim. Bên ngoài có bọc một số lớp bảo vệ cho phần lõi bên trong
nhưng vẫn truyền nhiệt tốt cho phần lõi.

Cấu tạo cảm biến nhiệt độ pt100:

Cảm biến nhiệt độ pt100 không phải hoàn toàn bằng Bạch kim. Việc

chế tạo bằng Bạch kim là khá tốn kém cho một thiết bị đo thông dụng. Vì thế
chỉ có thành phần cảm biến nhiệt mới thật sự là Bạch kim. Nhằm giảm thiều
chi phí sản suất các thành phần khác của cảm biến nhiệt độ pt100 có thể được
làm bằng thép không gỉ, đồng, chất bán dẫn, tấm thủy tinh siêu mỏng…
Cấu tạo của đầu cảm biến nhiệt độ pt100:

10


Nguyên lý hoạt động của Pt100 đơn giản dựa trên mối quan hệ mật thiết
giữa kim loại và nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng, điện trở của kim loại cũng tăng.
Bạch kim cũng tương tự như vậy. Theo tiêu chuẩn thì khi nhiệt độ là 00C điện
trở của Pt-100 sẽ là 100Ω. Bạch kim được sử dụng rộng rãi là do các yếu tố
sau Trơ về mặt hóa học có nghĩa là nó rất ít hoặc không tác dụng với những
chất ăn mòn hay phá hủy. Điện trở có quan hệ gần như tuyến tính với nhiệt độ.
Hệ số tăng nhiệt độ của điện trở đủ lớn để cho việc lấy kết quả đo dễ dàng. Có
độ ổn định cao. Độ tuyến tính của điện trở Bạch kim theo nhiệt độ Kết nối và
sử dụng Vì Pt-100 chỉ là một loại điện trở biến đổi theo nhiệt độ nên ta không
thể đọc nhiệt độ trực tiếp trên chúng. Do vậy muốn đọc nhiệt độ ta phải thông
qua các bộ chuyển đổi tín hiệu. Pt-100 thường kết nối với các bộ chuyền đổi
tín hiệu qua 2, 3 hoặc 4 sợi dây dẫn. Nhưng vì dây dẫn được làm bằng đồng,
và chúng cũng có điện trở riêng nên dây càng dài thì kết quả đo càng không
chính xác. Vì thế các bộ chuyền đổi tín hiệu thường kết nối với cảm biến sao
cho khoảng cách giữa chúng càng ngắn càng tốt. Khi sử dụng thì đầu dò phải
tiếp xúc trực tiếp với môi trường cần đo để có kết quả chính xác. Các kiểu lắp
thiết bị trên đường ống
Trong công nghiệp, các Pt-100 thường được tích hợp các bộ chuyển đổi
tín hiệu để hiệu suất của chúng là cao nhất và đơng giản hơn trong việc lắp
đặt, vận hành. Các ngõ ra của bộ chuyển đồi theo tiêu chuẩn công nghiệp là
4mA-20mA và 0V-10V. vì vậy ta thường dùng Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt

độ PT100 sang 4-20ma. ở đây mình ví dụ bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt
độ pt100-Muesen (Đức) loại gắn ở đầu cảm biến pt100, ngoài ra còn có loại
gắn tủ điện nhưng chi phí cao hơn nhiều.

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
11


7805 ổn áp 5V, 7912 ổn áp -12V. Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự
nhau.

LM7805 ( kiểu chân TO220: 1-IN, 2-GND, 3-OUT)
Ngõ ra OUT luôn ổn định ở +5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi.
Mạch này dùng để bảo vệ những linh kiện chỉ hoạt động ở điện áp +5V (các
loại IC, vi điều khiển thường hoạt động ở điện áp này).
Mạch trên lấy nguồn một chiều từ một nguồn ngoài với điện áp trên 5V và
nhỏ hơn 20V để đưa vào ngõ IN 7805. 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 gắn nối tiếp 1 diode có dòng phù hợp trước chân IN
của LM7805 để tránh gây hư hại các linh kiện phía sau khi lắp ngược cực.
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 micro giây đến vài giờ.

IC này có thể nối trực tiếp với các loại IC: TTL/ CMOS/ DTL.

12


2.3.1 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
+ Chân 8 : ( Vcc ) Nối với nguồn dương.
2.3.2: Nguyên lý hoạt động.

13


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.
- 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]
14


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.
1. Bộ chuyển đổi tương tự số 8 bit ADC0804

a. Giới thiệu chung.
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.

Hình 3: IC chuyển đổi tương tự - số 8 bit ADC0804
b. Nguyên lý làm việc.
15


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.

16


Hình 4 : 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. 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
17


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 REFV/2 (chân số 9)
để hở.
- Chân REFV/2 (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. 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 REFV/2 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 tạo ra việc chuyển mạch số được chính xác. Trong phần
18


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.
2. IC 7447

IC dùng để giải mã tín hiệu rồi đưa tín hiệu đã được giải mã hiển thị qua

LED 7 thanh.

3. LED 7 thanh.

Hình 11: LED 7 thanh.
Tại khối hiển thị ta dùng IC giải mã 4 ngõ vào thành 7 ngõ ra để xây
dựng bộ hiển thị số BCD.
19


* 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.
* 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).

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, V CE SAT =0.2 V,
vậy nên phải có điện trở hạn dòng cho IC này để không sảy ra cháy IC mã
hóa.
4. LED báo.

Là thiết bị dùng để báo sáng nhấp nháy khi mạch đo thấy nhiệt độ trong
phạm vi cho phép.
20


Hình 12: LED
5. Transistor

Hình 13 : transistor
Transitor hay còn gọi là bóng dẫn gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau
hình
thành hai mối tiếp giáp P-N, nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor
thuận,
nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược.
Nguyên lý hoạt động:
Muốn cho tranzito làm việc ta phải cung cấp cho các chân cực của nó
một điện áp một chiều thích hợp. Có ba chế độ làm việc của tranzito là: chế độ
tích cực (hay chế độ khuếch đại), chế độ ngắt và chế độ dẫn bão hòa. Cả hai
loại tranzito P-N-P và N-P-N đều có nguyên lý làm việc giống nhau, chỉ có
chiều nguồn điện cung cấp vào các chân cực là ngược dấu nhau.

21

- Chế độ ngắt: Cung cấp nguồn điện sao cho hai tiếp xúc P-N đều phân cực
ngược. Tranzito có điện trở rất lớn và chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua
nên tranzito coi như không dẫn điện.
- Chế độ dẫn bão hòa: Cung cấp nguồn điện sao cho cả hai tiếp xúc P-N đều
phân cực thuận. Tranzito có điện trở rất nhỏ và dòng điện qua nó là khá lớn. Ở
chế độ ngắt và chế độ dẫn bão hòa, tranzito làm việc như một phần tử tuyến
tính trong mạch điện. Ở chế độ này tranzito như một khóa điện tử và nó được
sử dụng trong các mạch xung, các mạch số.
- Chế độ tích cực: Ta cấp nguồn điện sao cho tiếp xúc phát TE phân cực thuận,
và tiếp xúc góp TC phân cực ngược. Ở chế độ tích cực, tranzito làm việc với
quá trình biến đổi tín hiệu dòng điện, điện áp, hay công suất và nó có khả năng
tạo dao động khuếch đại tín hiệu.
6. Điện trở, tụ điện.

Hình 14: Điện trở và tụ điện.
- 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.
- Tụ điện là một loại linh kiện điện tử thụ động tạo bởi hai bề mặt dẫn
điện được ngăn cách bởi điện môi. Khi có chênh lệch điện thế tại hai bề
mặt, tại các bề mặt sẽ xuất hiện điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu.
- Sự tích tụ của điện tích trên hai bề mặt tạo ra khả năng tích trữ năng
lượng điện trường của tụ điện. Khi chênh lệch điện thế trên hai bề mặt
22


là điện thế xoay chiều, sự tích luỹ điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo
nên trở kháng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều.

23

7. Còi báo.

Còi báo làm nhiệm vụ phát tín hiệu âm thanh báo động khi
ra sự cố nhiệt độ tăng quá giới hạn cho phép.

xảy

Hình : Còi báo động.

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.

24


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 1.1.2. Ký hiệu các chân ra của KĐTT
: 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
(ZO =0) hệ số khuếch đại vòng hở vô cùng lớn (K O =∞) 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

25