Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt ngẫu

Nguyễn Hữu Nguyện

BỘ CÔNG THƯƠNG

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BÀI TẬP LỚN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ
Nhóm: 2

Lớp: ĐH TDH3-K9
Khoa: Điện
NỘI DUNG

Đề tài: Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ
sử dụng cặp nhiệt ngẫu.
Yêu cầu: - Dải đo từ: t0C =00C ÷ tmax = 0-(100+10*n)0C=660oC
-

-

-

Đầu ra: Chuẩn hóa đầu ra với các mức điện áp:
1. U=0 ÷ 10V
2. U= 0 ÷ -5V

3. I=0÷20mA.
4. I=4÷20mA
Dùng cơ cấu đo để chỉ thị hoặc LED 7 thanh hiển thị nhiệt độ
Khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường : t0C=0÷tmax-n. Thiết kế mạch
nhấp nháy cho LED với thời gian sáng và tối bằng nhau và bằng:
T0=(1+0,5*a) giây.
Khi nhiệt độ vượt quá giá trị toC=tmax-2*n dùng động cơ 1 chiều 5V DC
chạy để làm mát

-

Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng còi khi nhiệt độ vượt giá trị : t0C= tmax-2*n

Trong đó:
a: Chữ số hàng đơn vị của danh sách ( VD: STT = 3→a=3; STT = 10→a=0).
n: Số thứ tự sinh viên trong danh sách.

PHẦN THUYẾT MINH
Yêu cầu về bố cục nội dung:
Chương 1: Tổng quan về mạch đo
Chương 2: Giới thiệu về các thiết bị chính


Nguyễn Hữu Nguyện

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

Chương 3: Tính toán, thiết kế mạch đo
Tính toán, lựa chọn cảm biến
Tính toán, thiết kế mạch đo

Lựa chọn nguồn cung cấp.
Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa
Tính toán mạch nhấp nháy cho LED
Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo.
...
Kết luận và hướng phát triển.
-

Yêu cầu về thời gian :
Ngày giao đề 10 /10/2016

Ngày hoàn thành : 23/11/2016


Nguyễn Hữu Nguyện

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐO
1.

Khái niệm về nhiệt độ.
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 láng, các phân tử dao
động quanh vi trí cân bằng nhưng vi 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 các phần của khối vật chất giữa các vùng khác nhau của hệ do chênh lệch
về tỉ trọng.

2.

Các 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:


Nguyễn Hữu Nguyện



Thang nhiệt độ tuyệt đối ( K ).



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



Thang Farhrenheit: T( 0F ) = T( K ) – 459,67.

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

Nhiệt độ được đo bằng nhiệt kế. Nhiệt độ được đo bằng các đơn vị khác nhau
và có thể biến đổi bằng các công thức. Trong hệ đo lường quốc tế, nhiệt độ được
đo bằng đơn vị Kelvin, kí hiệu là K. Trong đời sống ở Việt Nam và nhiều nước, nó
được đo bằng độ C. Dựa trên 3 thang đo này chúng ta có thể đánh giá được nhiệt
độ.
2.1 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.
2.2 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.
2.3 Tổng quan về phương pháp đo nhiệt độ


Nguyễn Hữu Nguyện

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

2.3.1: 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.


Nguyễn Hữu Nguyện

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

Sơ đồ khối của hệ thống đo:

Mạch
khuếch
đại, chuẩn
hóa

Chỉ thị

Mạch nhấp nháy cho LED
Cảm
Biến

Mạch nguồn

Mạch so
sánh

chống nhiễu

Còi báo

cấp nguồn
cho toàn hệ
Hiển thị
BCD

2.3.2: 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.


Nguyễn Hữu Nguyện

3.

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

•

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.

Sử dụng vi mạch tương tự để đo và cảnh báo nhiệt độ.
Vi tương tự và vi mạch số là lĩnh vực không những mang tới thời sự nóng bỏng

mà còn ẩn chứa vô số điều bí ẩn và có sức hấp dẫn lạ kỳ, đã và đang từng ngày thâm
nhập vào đời sống của chúng ta. Trong thực tế các dạng năng lượng thường ở dạng
tương tự. Do đó muốn xử lí chúng theo phương pháp kĩ thuật số ta phải biến đổi tín
hiệu tương tự thành tín hiệu số .
Xuất phát từ ý tưởng đó, em đã thưc hiện việc xây dựng một mạch điện đo
nhiệt độ hiển thị ra đèn LED. Mạch này chỉ mang tính chất thử nghiệm, chưa có tính
thực tế về vấn đề chuyển đổi ADC, vấn đề cảnh báo nhiệt độ ra đèn và vấn đề đo
lường các đại lượng không điện bằng điện.
4.

Biến nhiệt thành điện
Có nhiều phương pháp đo nhiệt độ tuỳ theo yêu cầu về kỹ thuật và dải nhiệt độ.
Phân ra làm 2 phương pháp chính: Đo trực tiếp và đo gián tiếp:


Nguyễn Hữu Nguyện



ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

Đo trực tiếp là phương pháp đo trong đó các thiết bị đo được đặt trực tiếp
trong môi trường cần đo.
Đo gián tiếp là phương pháp đo trong đó dụng cụ đo đặt ngoài môi trường
cần đo (áp dụng với trường hợp đo ở nhiệt độ cao ).

Ta chỉ khảo sát phương pháp đo trực tiếp với giải nhiệt độ cần đo không phải ở
quá cao. Dải đo từ: t0C =00C ÷ tmax = 00C ÷ (100+10*n)0C (n: số thứ tự sinh viên trong
danh sách): n=56 => t0C = 00C ÷ 6600C. Do em được giao đề tài số 2 là dùng cặp
nhiệt ngẫu nên em sử dụng cặp nhiệt ngẫu loại J có dải đo từ: -400C ÷ 7500C

Nguyễn Hữu Nguyện

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

Chương 2 : Giới thiệu về các linh kiện và thiết bị
sử dụng trong hệ thống đo.
1.
a)

Cặp nhiệt điện (Thermocouple)
Cấu tạo điển hình của một cặp nhiệt công nghiệp.

Hình 1.1: Cấu tạo cặp nhiệt

–

1) Vỏ bảo vệ

5) Bộ phận lắp đặt

2) Mối hàn

6) Vít nối dây

3) Dây điện cực

7) Dây nối

4) Sứ cách điện

8) Đầu nối dây

Đầu làm việc của các điện cực (3) được hàn nối với nhau bằng hàn vảy, hàn khí
hoặc hàn bằng tia điện tử. Đầu tự do nối với dây nối (7) tới dụng cụ đo nhờ các vít
nối (6) dây đặt trong đầu nối dây (8). Để cách ly các điện cực người ta dùng các
ống sứ cách điện (4), sứ cách điện phải trơ về hoá học và đủ độ bền cơ và nhiệt ở
nhiệt độ làm việc. Để bảo vệ các điện cực, các cặp nhiệt có vỏ bảo vệ (1) làm


Nguyễn Hữu Nguyện

–

–

b)

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

bằng sứ chịu nhiệt hoặc thép chịu nhiệt. Hệ thống vỏ bảo vệ phải có nhiệt dung đủ
nhỏ để giảm bớt quán tính nhiệt và vật liệu chế tạo vỏ phải có độ dẫn nhiệt không
quá nhỏ nhưng cũng không được quá lớn. Trường hợp vỏ bằng thép mối hàn ở
đầu làm việc có thể tiếp xúc với vỏ để giảm thời gian hồi đáp.
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại Cặp nhiệt điện khác nhau (E, J, K, R, S,
T…) đó là vì mỗi loại Cặp nhiệt điện đó được cấu tạo bởi 1 chất liệu khác nhau,
từ đó sức điện động tạo ra cũng khác nhau dẫn đến dải đo cũng khác nhau. Người
sử dụng cần chú ý điều này để có thể lựa chọn loại Cặp nhiệt điện phù hợp với
yêu cầu của mình.

Đồng thời khi lắp đặt sử dụng loại Cặp nhiệt điện thì cần chú ý tới những điểm
sau đây:
• Dây nối từ đầu đo đến bộ điều khiển càng ngắn càng tốt (vì tín hiệu truyền đi
dưới dạng điện áp mV nên nếu dây dài sẽ dẫn đến sai số nhiều).
• Thực hiện việc cài đặt giá trị bù nhiệt (Offset) để bù lại tổn thất mất mát trên
đường dây. Giá trị Offset lớn hay nhỏ tùy thuộc vào độ dài, chất liệu dây và
môi trường lắp đặt.
• Không để các đầu dây nối của Cặp nhiệt điện tiếp xúc với môi trường cần đo.
• Đấu nối đúng chiều âm, dương cho Cặp nhiệt điện.
Cấu tạo của cặp nhiệt ngẫu loại J.

Hình 1.2: Hình ảnh thức tế của cặp nhiệt ngẫu
–

Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại Sắt và Constantan, hàn dính một đầu, đầu T1
gọi là đầu nóng, hai đầu còn lại không hàn T2 gọi là đầu lạnh hoặc đầu chuẩn.


Nguyễn Hữu Nguyện

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

Hình 1.3: Hình mô phỏng nguyên lý hoạt động của cặp nhiệt ngẫu
–

Nguyên lý: Khi có chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu nóng và lạnh (T1 và T2) thì ở
đầu ra của cặp nhiệt ngẫu xuất hiện một suất điện động e phụ thuộc vào chênh
lệch nhiệt độ và bản chất hai kim loại A và B.

Hình 1.4: Đường đặc tính của cặp nhiệt ngẫu

* Công thức tính suất điện động e:
e=K(T1-T2)
–
–
–
–
–

(cặp nhiệt ngẫu J có K=0,055mV)

Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao, dải đo rộng, rẻ.
Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số. Độ nhạy không cao,cần điểm
tham chiếu, ít ổn định.
Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắc nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,…
Dải đo: -40 ~ 750oC
Ứng dụng: sản xuất công nghiệp, luyện kim, gia công vật liệu…


Nguyễn Hữu Nguyện

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

2.1 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, 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.
2.2 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.


Nguyễn Hữu Nguyện

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

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.
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.


Nguyễn Hữu Nguyện

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

+ 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.


Nguyễn Hữu Nguyện

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

2.3.2: 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.
- 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:


Nguyễn Hữu Nguyện

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

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 Opamp 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

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.
a.

Hình 3: IC chuyển đổi tương tự - số 8 bit ADC0804
b.

Nguyên lý làm việc.


Nguyễn Hữu Nguyện

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

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.


Nguyễn Hữu Nguyện

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

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 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=


Nguyễn Hữu Nguyện

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

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 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.

3.Khuếch đại thuật toán LM358.

Hình 6. sơ đồ khối LM358
-

LM358 cấu tạo gồm có 2 kênh khuếch đại thuật toán
Kênh 1: chân 2,chân 3 là chân đầu vào và chân 1 là chân đầu ra
Kênh 2: chân 5,chân 6 là chân đầu vào và chân 7 là chân đầu ra
Chân 4 là chân nối với nguồn âm, chân 8 là chân nối nguồn dương.


Nguyễn Hữu Nguyện

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

4.IC 7447
IC dùng để giải mã tín hiệu rồi đưa tín hiệu đã được giải mã hiển thị qua LED 7
thanh.

5.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.
* 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


Nguyễn Hữu Nguyện

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

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


Nguyễn Hữu Nguyện

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

Hình 12: LED
7.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.

-

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.


Nguyễn Hữu Nguyện
-

-

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

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.
8.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 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.


Nguyễn Hữu Nguyện

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

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

xảy ra sự

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.


Nguyễn Hữu Nguyện

ĐH Tự Động Hóa 3 –K9

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 (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: