ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH SỐ VI MẠCH TƯƠNG TỰ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCHĐO TẦN SỐ

Trường ĐHCN HàNội

Bộ Môn ĐLĐK

BỘCÔNGTHƯƠNG
TRƯỜNGĐẠIHỌCCÔNGNGHIỆPHÀNỘI
KHOAĐIỆN
*********

ĐỒ ÁN
MÔN: VIMẠCHSỐ- VIMẠCH TƯƠNG TỰ

ĐỀ TÀI: THIẾTKẾMẠCH-ĐO TẦN SỐ Giáo viên
hướng dẫn

: Nguyễn Thu Hà

Sinh viên thực hiện

: Nhóm III

Lớp

: Điện 4-K8

Mãsinh viên

:
Tháng :12 năm: 2015

NHÓM 3

TRANG1


Trường ĐHCN HàNội

NHÓM 3

Bộ Môn ĐLĐK

TRANG2


Trường ĐHCN HàNội

Bộ Môn ĐLĐK

Nhóm III: (5 người)

1.
2.
3.
4.
5.

NHÓM 3

Nguyễn Trung Đức (0841040291)
Phạm Việt Đức
(0841040286)

Phạm Việt Đức
(0841040413)
Đào Hữu Duy
(0841040282)
Phạm Văn Giáp
(0841040417)

TRANG3


Trường ĐHCN HàNội

Bộ Môn ĐLĐK

GIỚITHIỆU ĐỒ ÁN
ĐềTài:
Thiết KếMạch Đo Tần Số
Nội Dung:
Thiết kế mạch đo tần số và giám sát nhiệt độ. Hệ thống gồm hai nút Start và
Stop để khởi động và dừng hệ thống, 4 Led 7 thanh để hiện thị giá trị đo tần số thang đo Hz, (dải đo từ 0Hz ÷ 999Hz), đối tượng đo là xung vuông hoặc tín hiệu xoay
chiều. Một cảm biến nhiệt độ LM335 để giám sát nhiệt độ ( dải đo từ 0oC ÷
(100+n)oC).
Hoạt đông:
Khi ấn nút Start , hệ thống thực hiện đo và hiển thị kết quả đo với thang đo Hz,
cảm biến nhiệt đọ cũng cho giá trị đầu ra sau mạch chuẩn hóa, nếu nhiệt độ đạt
(80+n)oC thì cảnh báo bằng còi.
Khi ấn nút Stop, hệ thống dừng. Sử dụng các thiết bị đo để kiểm tra khi cần thiết.

Note: n là số dư của phép chia tổng số cuối cùng trong mã sinh viên của các sinh
viên trong nhóm cho 10.

NHÓM 3

TRANG4


Trường ĐHCN HàNội

Bộ Môn ĐLĐK

LỜIMỞ ĐẦU

Như chúng ta đãbiết,khoahọc công nghệ đangphát triểnmột cách nhanh
chóng trong những năm gần đây, đặc biệtlàngành kỹthuật điện-điệntử. Sựxuất
hiệncủacác vi mạch,ICsố tổng hợp đãgiúp chokíchthước mạch nhỏgọn,tiện
lợihơn.

Trải quasự phát triểncủakhoa học công nghệ, giờđây chúng tađã chế tạo
ra rất nhiềuloại tầnsố, phục vụ trong ngành điện tử viễnthông, công nghệ thông
tin, tự động hóa....

Máy đotầnsốlà1thiếtbị chophépchúng tabiếtđượctầnsócủatínhiệu1 cách
chínhxác,gópphầnvàoviệc
đovà
điềukhiểntínhiệu.Vớinhữngkiếnthức
đượchọctrênlớpvàtìmhiểuthựctế.Trongthờigianyêucầunhómem
đãhoàn
thànhđồánmônhọcvớinộidung“MạchĐoTầnSố”.Dokiếnthứcchuyên
ngànhcònthiếu nhiềuthựctếnênđồánkhông tránh khỏinhững saisót,mong các
thầy cô góp ý kiến để đồ án được hoàn thiệnhơn.

Em xin cám ơn Cô Nguyễn Thu Hà đã giúp em hoàn thành đề tài này.

NHÓM 3

TRANG5


Trường ĐHCN HàNội

Bộ Môn ĐLĐK

Mục Lục
Chương 1: Trình bày về các mạch chức năng sử dụng trong hệ thống
1.1 Phân tích yêu cầu công nghệ.
1.2 Liệt kê phương pháp đo tần số.
1.3 Trình bày về nguyên lý đo tần số trong bài.
1.4 Các linh kiện cần dùng trong bài.

Chương 2: Thiết kế mạch đo tần sô và giám sát nhiệt độ
2.1 Sơ đồ khối bố trí linh kiện trong bài.
2.2 Liệt kê các linh kiện sử dụng trong bản thiết kế.
2.3 Xây dựng mạch chuẩn hóa cho cảm biến nhiệt độ với điện áp
đầu ra từ (0÷10)V.
2.4 Xây dựng mạch phát xung chuẩn cung cấp cho các bộ đếm
dùng timer 555.
2.5 Trình bày sơ đồ chân lý và ứng dụng các vi mạch sử dụng .
2.6 Sơ đồ nguyên lý của mạch
2.7 Thuyết minh nguyên lý hoạt động của mạch.
2.8 Xây dựng mạch mô phỏng trên phầm mềm Protues và chạy thử

Chương 3:Kết luận
3.1 Các kết quả đạt được.
3.2 Sai số và nguyên nhân sai số của các thiết bị đo.
3.3 Các hạn chế tồn tại của bản thiết kế và phương hướng khắc
phục.

NHÓM 3

TRANG6


Trường ĐHCN HàNội

Chương 1:

Bộ Môn ĐLĐK

Trình bày về các mạch chức năng sử dụng
trong hệ thống.

1.1: Phân tích yêu cầu công nghệ.
Dựa vào yêu cầu bài toán “thiết kế mạch đo tần số và giám sát nhiệt độ
dùng led 7 thanh để hiển thị giá trị đo tần số “.
• sử dụng cảm biến nhiệt độ LM335 vì :
+ LM335 là cảm biến nhiệt độ cho ra các mức điện áp tương ứng với độ
Kelvin
+ dòng LM335 là dòng mạch tích hợp cảm biến chính xác nhiệt độ, có điện
áp tỉ lệ tuyến tính với nhiệt độ (°C) do đó có lợi thế so với cảm biến nhiệt
độ tuyến tính hiệu chuẩn .

+ LM335 không cần hiệu chuẩn hay chỉnh sửa để đưa về nhiệt độ chính
xác như +/- 1°C trong khoảng -55°C đến 150°C. sai số thấp vì được vi
mạch điều chỉnh.
+ trở kháng đầu ra của LM335 thấp, đầu ra tuyến tính và hiệu chuẩn chính
xác giúp đọc và kiểm soat mạch dễ dàng.
+hoạt động ở dải từ 400µA – 5mA.
• Sử dụng IC555 vì:
+IC 555 có cấu tạo đơn giản nhưng hoạt động tốt
+ mạch tạo xung ổn định
+ điêù chế được độ rộng xung
+ điều chế vị trí xung
• sử dụng led 7 thanh để hiển thị vì :
+ led 7 thanh hợp với thiết bị hiển thị tần số vì led 7 thanh là một công cụ
thông dụng được dùng để hiện thị các thông số dưới dạng các số từ 0 đến
9.

1.2: Liệt kê phương pháp đo tần số.
Việc lựa chọn phương pháp đo tần số được xác định theo khoảng đo, theo độ chính
xác yêu, theo dạng đường cong và công suất nguồn tín hiệu có tần số cần đo và một số yếu
tố khác. Để đo tần số ta có thể sử dụng các phương pháp:
- Phương pháp biến đổi thẳng.
- Phương pháp so sánh.
NHÓM 3

TRANG7


Trường ĐHCN HàNội

Bộ Môn ĐLĐK

1.3: Trình bày về nguyên lý đo tần số trong bài.
Trong bài này ta dùng con phương pháp so sánh để đo tần số của đối tượng là
xung vuông hoặc tín hiệu xoay chiều.
Nguyên lý của phương pháp đo so sánh là: để đo được xung của vuông, ta dùng
xung vuông so sánh với con timer 555 rồi cho qua bộ so sánh AND và NOT để so
sánh rùi đưa vào bộ đếm để hiện thị trên LED 7 thanh.

1.4: Các linh kiện cần dùng trong bài.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Điện trở
Tụ điện
Transistor
Led
Các IC đếm, giải mã, tạo xung, … .
Nút ấn
Khuyếch đại thuật toán
Cảm biến nhiệt độ LM335
AND, NOT
Chuông cảnh báo

Chương 2:
2.1

Thiết kế mạch đo tần sô và giám sát nhiệt độ

: Sơ đồ khối bố trí linh kiện trong bài.

2.1.1: Sơ đồ khối bố trí linh kiện trong mạch nhiệt độ.

NHÓM 3

TRANG8


Trường ĐHCN HàNội

Bộ Môn ĐLĐK

2.1.2: Sơ đồ khối bố trí linh kiện trong mạch tần số.

NHÓM 3

TRANG9


Trường ĐHCN HàNội

Bộ Môn ĐLĐK

2.1 :Liệt kê các linh kiện sử dụng trong bản thiết kế.
2.1.1:Trong mạch nhiệt độ ta sử dụng những con:
• 10 con Điện trở (0,5k, 0,81926k, 1k, 4k, 1,06k,…)
• 3 con khuyếch đại thuật toán ( 2 con APAMP, 1 con LM 358)
• 1 chuông cảnh báo (Buzzer)
• 1 đèn led cảnh báo
• 1 cảm biến nhiệt độ LM335
• 1 con trasistor (2N3392)
• Nguồn điện (8v,12v,..)
2.1.2: Các linh kiện trong mạch tần số ta sử dụng là:
• 3 con Điện Trở ( 1k, 217,045)
• 2 con Tụ điện 0,01uF
• Khuyếch đại thuật toán ( OPAMP, LM 358)
• Nguồn (+12v, +5v)
• 1 con IC Timer 555 ( tạo xung)
• 4 con Led 7 thanh ( 7SEG-COM-CAT-BLUE để hiện thị kết quả đo tần
số)
• 4 con IC 74HC4511(IC giải mã)
• 4 con IC 74LS190 ( IC đếm BCD)
• 2 con AND, 2 con NOT ( Bộ Cộng và Bộ Đảo)
• 1 con IC 4017 ( IC tạo bộ đếm)
• 4 con RX8(180) ( Điện trở băng)
• 1 SW-DPST-MOM ( nút ấn chuyển mạch 2 cổng)
• 1 Button ( Nút ấn chuyển mạch 1 cổng)
2.2 Xây dựng mạch chuẩn hóa cho cảm biến nhiệt độ với điện áp đầu ra từ
(0÷10)V.

NHÓM 3

TRANG10

Trường ĐHCN HàNội

Bộ Môn ĐLĐK

2.3 Xây dựng mạch phát xung chuẩn cung cấp cho các bộ đếm
dùng timer 555.

2.4 Trình bày sơ đồ chân lý và ứng dụng các vi mạch sử dụng .
2.4.1. IC 555

Là ICtạo dao độngtầnsố cấp xung nhịpcho IC74ls190đếm giây
Sơ đồ khối555 :

NHÓM 3

TRANG11


Trường ĐHCN HàNội

Bộ Môn ĐLĐK

• Chân1 (GND): chonốiGNDđể lấy nguồn cấp cho IChay châncòngọi là chân chung.
• Chân2 (TRIGGER) : đây là chân đầu vàothấphơnđiệnáp sosánh vàđược dùng như 1
chân chốt hay ngõvàocủa1 tần soáp. Mạch sosanh ở đây dùng các transitoPNP
vớimức điệnáp chuẩn 2/3 Vcc.Chân3 (OUTPUT): chân này làchândùng để lấy
tínhiệuralogic.Trạng
• tháicủatín hiệu ra được xác định theomức 0 và1. 1 ở đây là mức cáo nó tương ứng

gần bằng Vccnếu (PWM=100%)vàmức 0 tương đương với0V nhưng trong thực tế
nó không được ở mức 0V mà nó trong khoảng ( 0.35o >0.75V).
• Chân4 (RESET) : dùng lậpđịnh mứctrạng tháira. Khichân số4 nối masse thìngõ raở
mức thấp. Còn khi chân 4 nối vàomức caothìtrạng tháingõ ra phụ thuộc vào điệnáp
chân2 vàchân 6. Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường nốichânnày
lênVcc.
• Chân5 ( CANTROL VOLTAGE): dùng thay đổimức áp chuẩntrong IC
555 theo các mứcbiểnáp ngoài hay dùng các điện trở ngoàinốiGND.Chân
nàycóthểkhông nốicũng được nhưng để giảm trừ nhiễu ngườita thường nốichân

NHÓM 3

TRANG12


Trường ĐHCN HàNội

•
•

•

Bộ Môn ĐLĐK

số5 xuống GND thông qua tụ điệntừ 0.01uF->0.1uF các tụ này lọc nhiễu vàgiữ cho
điệnáp chuẩnđược ổn định.
Chân6 (THRESHOLD): là một trong những chânđầu vào sosánh điệnáp
khácvàcũng được dùng như 1 chân chốt dữ liệu.
Chân7 (DISCHAGER): có thểxem chânnày như 1 khóađiện tử vàchịu điều
khiểnbởi tầng logic củachân3. Khi chân 3 ở mức điện áp thấp thìkhóa nàyđóng lại,

ngược lạithìnó mở ra. Chân7 tự nạp xảđiệnchomạch R_C lúc IC555 dùng như 1
tầng dao động.
Chan8 (VCC): đâylà châncung cấpáp vàdòng cho IChoạt động. không cóchânnày coi
như ICchết . Nóđược cấp điện áptừ 2->18V.

2.4.2: IC giải mã 74HC4511

- Đây là một ICgiảimã , nó làm nhiệmvụgiải mãtừ mãnhịphânlogíc (dạng
0,1) sang mãcủaled 7 vạch đểxuất ra led 7 vạch .vềcấu tạonó làmột tậphợp các mạch
tổhợpgồmcách linh kiệnsố logicnhư các cổng and, or,..việc thiết kế một mạch như
vậy không hẳnlàquákhó,chỉ cầnxây dựng mạch tổhợplả chúng ta hoàntoàncóthể làm
được ,nhưng điều đó khiếnchúng ta mất thời gian ,không đảmbảochất lượng sử dụng
, =>dùng ICtíchhợpchotiện.
- Chúng ta tìm hiểu sơđồ chân của nó như sau :
-Chú ý là loạinàydùng cho seg 7 vạch loạicathot chung có nghĩalàtất cả cathot củaled
nốíchung với nhau vànối với đất ,như vậy dữ liệuđẩy vào led sẽ tích cực ở mức cao
tức là mức 1 thì mới làm led sang.
- 4511 Có 16 chân.
- Chân 16 luôn là chânnối vớinguồn dương (5 v ),chânsố 8 nối vớiđất .
- Chân 1,2,7,6 là chân đưadữ liệu đầu vào,chúng tacóthể chọn dữ liệu loại nàylà
dữ liệu logic tức là dạng 1,0,1,0…
NHÓM 3

TRANG13


Trường ĐHCN HàNội

Bộ Môn ĐLĐK

- 7 chân đầura là chân 9 ,10,11,12,13,14,15.sẽxuất radữ liệu củadạng 7 vạch .
- Chân số5 làchân dùng đểđiềukhỉêntế bàonhớ ,chần này= 0 thìIChoạt độngbình
thường , còn = 1 thì dữ nguyêntrạng thái ở các đầura ,và dữ cho đến khi nó trởvềchân
nàyđược chuyểnvề0 thì đầu ra lạitiếptục hoạt động .(nếu hiểu sâu sathì chúng
tahiểukhi IChoạt động thì dữ liệutại đầu rasẽ luân
phiên nhau được nhớtrong tế bào4 bít ,vậy khi chânsố 5 nàyở mức 0 giả sự
gọilà đóngcửa thìIChoạtđộng bình thường không vấnđề gì ,nhưng khinó = 1 tức là mở
cửa thìdữ liệutrong tế bàonhớtràora vàđẩy liêntục vàocửaranên giữ tạiđầura một mức
dữ liệucố định ).
- Trong sơđồ mạch chúng tanốinó với đất .
- Chân số3 nếu =0thì tất cảđầura sẽ làmức logic1.(dùng kiểm traled 7 đoạn,bất
chấpđầu vàolà thế nào .)
- Chân số4 thì cótác dụng ngược lạichân số3.
Bảng chân lý:

NHÓM 3

TRANG14


Trường ĐHCN HàNội

Bộ Môn ĐLĐK

2.4.3.IC đếm BCD 74LS190
Là ICtích hợ bộ đếm thập phân đồngbộ, đầu ra song song. Nó cóchức năng đếm
thuận hoặc nghịch.Đặc biệt có thể đặttrước giátrị đếm với chân điều khiển giánạpgiátrị.

Chức năng các chân:

- Châncấp nguồn : 16 (VCC)vàchân8(GND).
- Nhóm chân dữ liệu nạp vào:A(15) B(1)C (10)D(9)
NHÓM 3

TRANG15


Trường ĐHCN HàNội

Bộ Môn ĐLĐK

- Nhóm chân dữ liệu đầu ra : Qa(3)Qb(2)Qc(6) Qd(7)
- Châncấp xung clockCLK :14
- Chânchọnchế độ đếm thuận nghịch D/U:5
- Chânchophépđếm Enable :4
- Chânnạp giátrị load :11
- Chânxung đếm raRCO :13
2.6 Sơ đồ nguyên lý của mạch
2.7 Thuyết minh nguyên lý hoạt động của mạch.
2.7.1. Nguyên lý hoạt động của mcahj tần số.

-Khita ấnnutSTART/STOP mạch hoạt độngIC555 cấp xung
chobộđếm thờigian vànguồn tín hiệu cầnđo cấpxung
chobộđếm xung hoat động. Khimạch đếm chưahết tầnsố
thìđầura của cổng 7408 vẫnở mức thấp mạch hoạtđộng khiđạt
hết quátrình đếm xung thìđầu ra của7408 đạt mức caohệ thống
ngừng đếm. Vàđó chính là kết quả đo tần sôcủanguồn tín hiệu
cầnđo.
Khita muốn đo lạita ấn nút RESET mach sẽ vềtrạng thái 0. Muốn tiếptục
đo ta ấnRESET lần 2.

-Khimuốn dùng mạch ta ấn nút START/STOP mạch sẽ dừng lạicảkhối
đếm xung vàđếm thờigianđều dừng lại.

NHÓM 3

TRANG16


Trường ĐHCN HàNội

Bộ Môn ĐLĐK

2.8 Xây dựng mạch mô phỏng trên phầm mềm Protues và chạy thử.
Mô phỏng và mạch chạy thử là:

Chương 3:Kết luận

3.1 Các kết quả đặt được.
3.2 Sai số và nguyên nhân sai số của các thiết bị đo.
3.3 Các hạn chế tồn tại của bản thiết kế và phương hướng
khắc phục.

NHÓM 3

TRANG17


Trường ĐHCN HàNội

NHÓM 3

Bộ Môn ĐLĐK

TRANG18


Trường ĐHCN HàNội

Bộ Môn ĐLĐK

Lời Nhận Xét Của Giáo Viên

NHÓM 3

TRANG19