Bài tập lớn : Ứng dụng VMTTVMS thiết kế mạch đo va cảnh báo, và hiển thị nhiệt độ

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 : Dương Quang Thức MSV 0841040107 Lớp Điện 2
Lại Thế Thế
MSV 0841040127 Lớp Điện 2
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 tr×nh làm bài tập lớn gửi về địa chỉ :
2. Trước khi bảo vệ bài tập lớn sinh viên phải nộp:
- File mềm gồm file trình bày bài tập lớn và file mô phỏng
- Quyển in khổ giấy A4.
Hà nội ngày….tháng …9..năm 2015
Giáo viên hướng dẫn

Trưởng bộ môn

Page 1


Mục lục
Chương 1 Tổng quan về quá trình đo nhiệt độ
……………………………………………………………………………………3
I.Tổng quan về phương pháp đo
……………………………………………………………………………………3
1.1 Khái niệm về nhệt độ
……………………………………………………………………………………3
1.2 Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc
……………………………………………………………………………………4

1.3 Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc
……………………………………………………………………………………4
II.Tính chọn cảm biến
……………………………………………………………………………………4
2.1 Phân loại cảm biến
……………………………………………………………………………………4
2.2 Giới thiệu về cảm biến nhiệt điện trở
……………………………………………………………………………………4
Chương 2 Thiết kế và phân tích mạch đo và cảnh báo nhiệt độ
……………………………………………………………………………………8
I.Xác định sơ đồ khối của hệ thống
……………………………………………………………………………………8
1.1 Sơ đồ khối
……………………………………………………………………………………8
1.2 Vai trò và tác dụng của từng khối
……………………………………………………………………………………9
II.Tính chọn các khối
……………………………………………………………………………………9
2.1 Khối cảm biến
……………………………………………………………………………………9
2.2 Khối khuếch đại, chuẩn hóa đầu ra
……………………………………………………………………………………10
2.3 Khối cảnh báo
……………………………………………………………………………………12
2.4 Khối chuyển đổi ADC
……………………………………………………………………………………14
2.5 Khối giải mã
……………………………………………………………………………………18
2.6 Khối LED 7 thanh
……………………………………………………………………………………26

2.7 Mạch đo
……………………………………………………………………………………27
Đánh giá và nhận xét kết quả
……………………………………………………………………………………28

Page 2


Chương 1
Tổng quan về quá trình đo nhiệt độ
I. Tổng quan về các phương pháp 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.
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.

Page 3


1.2 Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc
Phương pháp đo nhiệt độ trong công nghiệp thường là các nhiệt kế tiếp xúc. 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.
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.

II. Tính chọn cảm biến
2.1 Phân loại cảm biến
- Cặp nhiệt điện ( Thermocouple ).
- Nhiệt điện trở ( RTD-resitance temperature detector ).
- Thermistor.
- Bán dẫn ( Diode, IC ,….).
- Ngoài ra còn có loại đo nhiệt không tiếp xúc ( hỏa kế- Pyrometer ). Dùng
hồng ngoại hay lazer.
2.2 Giới thiệu về cảm biến nhiệt điện trở

•

Page 4


Hình1:hình dạng và cấu tạo RTD
- Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…được quấn
tùy theo hình dáng của đầu đo.
- Nguyên lí hoạt động: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa hai đầu dây kim loại này sẽ
thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong một khoảng nhiệt độ nhất
định.
- Ưu điểm: độ chính xác cao hơn Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài dây không
hạn chế.
- Khuyết điểm: Dải đo bé hơn Cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn Cặp nhiệt điện
- Dải đo: -200~400oC
- Ứng dụng: Trong các ngành công nghiệp chung, công nghiệp môi trường hay gia
công vật liệu, hóa chất…
Hiện nay phổ biến nhất của RTD là loại cảm biến Pt, được làm từ Platinum. Platinum

có điện trở suất cao, chống oxy hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt đo được dài. Thường có
các loại: 100, 200, 500, 1000 ohm (khi ở 0 oC). Điện trở càng cao thì độ nhạy nhiệt
càng cao.
- RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây. Loại 4 dây cho kết quả đo chính xác nhất.
• Cảm biến đo nhiệt độ PT100
Cảm biến nhiệt độ PT100 hay còn gọi là nhiệt điện trở kim loại ( RTD) PT100 được
cấu tạo từ kim loại Platinum được quấn tùy theo hình dáng của đầu dò nhiệt có giá trị
điện trở khi ở 0oC là 100 Ohm. Đây là loại cảm biến thụ động nên khi sử dụng cần
phải cấp một nguồn ngoài ổn định.
-Công thức điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ của PT100:
Rt = R0( 1+ αT+βT2+C(T-100)T3)
Trong đó:
Rt : điện trở tại nhiệt độ T
R0 : điện trở tại 00C(=100Ω)
α=3.9083x10-3

Page 5


β=-5.775x10-7
C=-4.183x10-12( t<00C) , C=0 ( t>00C)
Với nhiệt độ từ 00C đến 1000C dùng công thức :
Rt = R0( 1+ αT)
Cấu tạo dây đo nhiệt PT100
1. Các thông số cơ bản và nguyên tắc hoạt động
a. Các thông số cơ bản :
Dây cảm biến nhiệt PT100 bao gồm một đầu dò ống trụ có đường kính 4mm và
chiều dài ống trụ là 30mm ,2 dây đầu ra có chiều dài 1m

Hình 2: hình dạng PT100

b. Sơ đồ cấu tạo bên trong của đầu dò hình trụ

Hình 3: cấu tạo bên trong của đầu dò hình trụ PT100
Điện trở của ống trụ RPT100 = RPT + R3 + R2
L2,L3 được nối với 2 dây đầu ra
• Nguyên tắc hoạt động

Page 6


Khi có sự thay đổi nhiệt độ trên đầu dò thì dẫn đến sự thay đổi điện trở của ống trụ
.Mỗi giá trị nhiệt độ khác nhau tương ứng với mỗi giá trị điện trở khác nhau.Ở 10 ºC
thì đo được giá trị điện trở RPT100 =107,6 Ω . Khi tăng 1ºC thì RPT tăng sấp xỉ 0,4Ω
• Cầu đo điện trở:

Hình 4: mạch nối dây Pt100
Ta sử dụng mạch cầu để đo điện trở, trong đó PT là một nhánh của cầu.
Vo=E*(

)

Khi ở 00C RPT=100Ω.
Nên ta chọn R1 =R2 =R3=100Ω để cầu cân bằng. Suy ra V0/00c= 0V.

Page 7


Chương 2
Thiết kế và phân tích mạch đo và cảnh báo nhiệt độ

I. Xác định sơ đồ khối của hệ thống
1.1 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:

Cảm
Biến

Mạch
khuếc
h đại,
chuẩn
hóa

Chỉ
thị

Bộ chuyển
đổi tín
hiệu tương
tự sang số

Bộ giải
mã

LED 7

thanh

LED cảnh
báo nhấp
nháy

Mạch so
sánh,
cảnh báo

Còi báo

Page 8


1.2 Vai trò tác dụng của các khối
• 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 và để LED nhấp nháy.
• Còi báo : báo động khi nhiệt độ vượt quá giá trị cho phép.
• LED cảnh báo nhấp nháy: đèn LED nhấp nháy trong trường hợp nhiệt
độ vượt quá giá trị cho phép
• Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số (ADC): để chuyển tín hiệu giá
trị Volt đầu ra của cảm biến mã hóa thành hệ nhị phân
• Bộ giải mã: Để giải mã tín hiệu từ ADC ra LED 7 thanh

• LED 7 thanh: Hiển thị giá trị nhiệt độ tương ứng trên cảm biến

II. Tính chọn các khối
2.1 Khối cảm biến

Page 9


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

Với PT100 1V=1oC. Vậy theo yêu cầu của bài thì
cần đo ở nhiệt độ 690C tương ứng với 690V. Với điện áp
ra rất lớn như vậy ta cần phải có 1 mạch phân áp sao cho
đầu ra tương ứng 10mV=10oC để phù hợp với các IC số.

TEMPERATURESENSOR(Cảmbiếnnhiệtđộ)
6 THSF-BK 1150 26N Ceramic(K) Sensor nhiệt loại K, Φ26 mm,
L=1150mm,t=0~1300ºC

Vì vậy ta lắp thiết bị như hình vẽ.
Ta có: Ur=Uv.R2/(R1+R2)
Với Ur=0,01 V
Uv=1 V
Vậy ta có : R2/(R1+R2)=0,01
 Chọn R2=100 Ω => R1=9,9 kΩ

Từ cách lắp đặt thiết bị trên ta được đầu ra khi đo ở nhiệt độ 690oC tương ứng
với 6.9V
Trong bài này vì là dải đo rất rộng từ 0-690V nên nhóm chúng e chọn bước
nhảy để đo nhiệt độ là 5 độ.
2.2 Khối khuếch đại, chuẩn hóa đầu ra
2.2.1 Chuẩn hóa đầu ra với điện áp 0-10V
Dùng mạch khuếch đại không đảo

Page
10


Mạch này có điện áp ra : Ur=(1+R8/R7).Uv
Với Uv=0 –6.9V để Ur=0 - 10V
Uvmin=0V  Urmin=0V
Uvmax=6.9V  Urmax=10V
 Chọn R8=4.5kΩ ; R7=10kΩ ; R6=10kΩ
2.2.2 Chuẩn hóa đầu ra với điện áp 0 – 5V
Dùng mạch khuếch đại đảo

Mạch này có điện áp ra : Ur=(1+R11/R10).Uv
Với Uv=0 –6.9V để Ur=0 - 5V
Uvmin=0V  Urmin=0V
Uvmax=6.9V  Urmax=5V
 Chọn R9=10k ; R10 =69k ; R11=50k đầu ra là Ur1 =-5V Qua mạch khuếch đại
đảo Ur=+5V.
2.2.3 Chuẩn hóa đầu ra có dòng điện 0 – 20mA
Dùng bộ biến đổi U-I với sơ đồ không đảo

Dòng điện đầu ra I12=Ur/(R13+R12) và Ur=(1+R12/R13)

Với Uv= 0 –6.9V và I12= 0 – 20mA
Page
11


Uvmin= 0V  I12min= 0mA
Uvmax= 6.9V  I12max= 20mA
 Chọn R12=50Ω

R13=340Ω

R14=10kΩ

2.2.4 Chuẩn hóa dòng điện đầu ra 4 – 20 mA
Dùng mạch biến đổi U-I với phụ tải nối đất chung

Thường chọn điều kiện mạch : R18(R16+R17)=R15.R18
Ta có IL=(Uv-UR18).R19/(R18.R17)
Chọn R15= 10kΩ ; R16=2.2k
Khi IL= 4mA ta có Uv= 0V
IL=20mA ta có Uv= 6.9V
Ta có hệ :
4.10-3= - UR18.A

(1)

20.10-3= (6.9- Uv).A

(A=R19/(R18.R17))
(2)

Từ (1) và (2) UR18 = -625mV
 Chọn R19= 101,5873016 Ω
 R18= 100 Ω
 R17= 158,7301587 Ω

2.3 Khối cảnh báo
2.3.1 Cảnh báo bằng còi
Page
12


Theo đề bài: tín hiệu cảnh báo bằng còi khi nhiệt độ vượt quá giá trị toC=680oC
vậy điện áp so sánh là +6.8V
2.3.2 cảnh báo bằng LED

Nhờ mạch tạo dao động HE555 nên đèn nhấp nhấy với
Thời gian nạp ( có xung ra): tn=0,69 �n, hay tn = 0,69(R21+ R20)C4
Thời gian xả điện ( không có xung ra): tx=0,69 �x , hay tx = 0,69R20C4
Ở đây ta chọn R20=R21=600Ω, C4=220uF => tn=0,18216 s và tx=0.09108 s
Chân vào 4 được nối chung với đầu vào của còi cảnh báo ở trên

Page
13


2.4 Khối chuyển đổi ADC
2.4.1 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 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:

2.4.2 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.

Page
14


- 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

- 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.

Page
15


- 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 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.
-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.
2.4.3 Mạch tạo dao dộng cho ADC

Page
16


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

Page
17

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

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.
Page
18


- S1,S2,S3,S4: đầu ra nhị phân.
-C4 số nhớ của phép cộng.
CO: số nhớ ban đầu.

Mạch logic của 74LS83.
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

Page

19


Kết quả tương đương giữa 3 loại mã.
Nhận thấy:
- Khi kết quả <10 mã nhị phân và BCD hoàn toàn giống nhau
- Khi kết quả >= 10 để có mã BCD ta phải cộng thêm 6 cho mã nhị phân.
Để giải quyết vấn đề hiệu chỉnh này trước tiên ta sẽ thực hiện một mạch phát hiện kết
quả trung gian của mạch cộng 2 số nhị phân 4 bit.mạch này nhận kết quả trung gian
của phép cộng 2 số nhị phân 4 bit và cho ở ngõ ra Y=1 khi kết qủa này >= 10,ngược
lại,Y=0

Page
20


Bảng sự thật.
•

Ta không dùng ngõ vào S’1 vì từng cặp trị có C4’S4’S3’S2’ giống nhau thì S1’ = 0
và S1’ = 1

•

Dùng bảng Karnaugh xác định được Y

Y = C 4' + S 4' ( S3' + S 2' )
Mạch cộng 2 số được thực hiện theo sơ đồ sau:

Sơ đồ cộng 2 số 4 bít

Cách hoạt động:
•

IC thứ nhất cho kết quả trung gian của phép cộng hai số nhị phân.

•

IC thứ hai dùng hiệu chỉnh để có kết quả là số BCD.
Page
21


- Khi kết quả <10,IC2 nhận ở ngõ vào A số 0000 (do Y=0) nên kết quả không
thay đổi.
- Khi kết quả trung gian >=10,IC 2 nhận ỡ ngõ vào A số 0110 (do Y=1) và kết
quả được hiệu chỉnh như đã nói trên.
•

Ở bít thứ 5 ( giá trị thập phân tương ứng là 16 ). Vì vậy, ta sẽ cộng 6 vào khối
mạch hiển thị đơn vị, và cộng 1 vào khối hiển thị hàng chục.

•

Ở bít thứ 6 ( giá trị thập phân tương ứng là 32 ). Vì vậy, ta sẽ cộng 2 vào khối
mạch hiển thị đơn vị, và cộng 3 vào khối hiển thị hàng chục.

•

Ở bít thứ 7 ( giá trị thập phân tương ứng là 64 ). Vì vậy, ta sẽ cộng 4 vào khối
mạch hiển thị đơn vị, và cộng 6 vào khối hiển thị hàng chục. Lúc này có thể

xuất hiện bit tràn ở hàng chục nên ta sẽ đưa vào khối hiển thị hàng trăm.

•

Ở bít thứ 8 ( giá trị thập phân tương ứng là 128 ). Vì vậy, ta sẽ cộng 8 vào khối
mạch hiển thị đơn vị, cộng 2 vào khối hiển thị hàng chục (nếu có bit tràn thì
cộng vào khối hiển thị hàng trăm) và cộng 1 vào khối hiển thị hàng trăm .

2.5.2 IC 4511
Khối giải mã – IC 4511. - Đây là một IC giải mã , nó làm nhiệm vụ giải mã từ mã nhị phân logíc
(dạng 0,1) sang mã của led 7 vạch để xuất ra led 7 vạch .về cấu tạo nó là một tập hợp các mạch
tổ hợp gồm cách linh kiện số logic như các cổng and , or ,..

Hình dạng IC 4511

Page
22


Chân 3 LT có chức năng chạy thử mạch, tích cực mức thấp, khi nối mass thì
các ngõ ra từ Qa đếùn Qg đều ở mức cao Vcc, led 7 đoạn hiển thò số 8.
-Chân 5 LE là ngõ vào cho phép mạch hoat động, tích cực mức thấp, khi nối mass
thì, các chân LT và BI nối Vcc thì IC 4511 mới có chức năng giải mã.
-Các chân 7, 1, 2, 6 tương ứng với các ngõ vào của tín hiệu BCD là D1, D2, D3, D4
để thực hiện việc giải mã từ hệ số BCD sang hệ số thập phân.
-Các chân 13, 12, 11, 10, 9, 15, 14 tương ứng các ngõ ra là Qa đến Qg, các ngõ ra
này cấp cho các chân a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn loại catod chung hiển thò số
thập phân.
-Chân 8 GND nối mass.
-Chân 16 Vcc nối nguồn dương.

° Nguyên lý hoạt động của IC 4511: chưcù năng của IC 4511 là nhận tín
hiệu thuộc hệ số BCD từ các chân ngõ vào D1, D2, D3, D4 sau đó thực hiện giải
mã và điều khiển led 7 đoạn thực hiện hiển thò số thập phân.

Page
23


Sơ đồ khối logic của 4511

2.5.3 Sơ đồ khối giải mã

Page
24


2.6 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 trên) ngoài ra còn có 1 led con được đặt làm dấu phẩy 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.

Page
25