DÙNG CÁC VI MẠCH TƯƠNG TỰ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH ĐO VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG CẶP NHIỆT NGẪU CÓ FILE PROTUES

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN – BỘ MÔN ĐLCB

BÀI TẬP LỚN
MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ

ĐỀ TÀI: DÙNG CÁC VI MẠCH TƯƠNG TỰ TÍNH TOÁN,
THIẾT KẾ MẠCH ĐO VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ SỬ
DỤNG CẶP NHIỆT NGẪU

GIÁO VIÊN : NGUYỄN

BÁ KHÁ

SINH VIÊN : Phan Quang Mạnh
MÃ SV : 0941240152
LỚP: ĐH TĐH2 – K9

1

1
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


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.
-

-

-

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 và 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 bằng 2 lần tối và bằng:
T0=(1+0,5*a) giây.
Khi nhiệt độ vượt giá trị t0C=tmax-2*n.. Đóng điện cho động cơ điện 1
chiều 5VDC chạy làm mát.
Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng còi và LED khi nhiệt độ vượt giá trị :
t0C=tmax-2*n.
Trong đó:
a: chữ số hàng đơn vị của danh sách (ví dụ: 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
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.

2

2
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


Chương 1: Tổng quan mạch đo
I.Tổng quan.
Vi mạch tương tự,vi mạch số lĩnh vực luôn mang tới những ẩn chứa kỳ diệu và có
sức hấp dẫn lạ kỳ , đă đang từng ngày thâm nhập vào đời sống của chúng ta.Nhưng trong
thưc tế các dạng năng lượng thường ở dạng tương tự .Do đó muốn xừ 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 đă thưc hiện việc xây dựng một mạch điện đo nhiệt độ hiển thị ra đèn
LED .Mạch này chỉ mang tính chất thử nghiệm thưc tế về
vấn đề chuyển đổi U-I , vấn đề cảnh báo nhiệt độ ra đèn và vấn đề đo lường.
Như ta đã biết nhiều phương pháp đo nhiệt độ tuỳ theo yêu cầu về kỹ thuật và giải
nhiệt độ
Phân ra làm 2 phương pháp chính : Đo trực tiếp và đo gián tiếp
+Đo trưc tiếp là phương pháp đo trong đó các chuyển đổi nhiệt điện
đươc 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 hơp 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.( 0 – 91)

Đo nhiệt độ bằng phương pháp trưc tiếp ta lại khảo sát 2 loại nhiệt kế cặp
nhiệt ngẫu và nhiệt kế nhiệt điện trở.
Trong kỹ thuật đo lường nhiệt độ ta có nhiều phương pháp để đo nhiệt độ như
dùng cảm biến nhiệt điện trở kim loại , dùng cặp nhiệt ngẫu hay dùng IC cảm biến
nhiệt độ. Sau đây ta sẽ đi tìm hiểu phương pháp thường dùng nhất đó là dùng cặp
nhiệt ngẫu.

II.Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu :
*Nguyên lý làm việc:
Bộ cảm biến cặp nhiệt ngẫu là 1 mạch từ có 2 hay nhiều thanh dẫn điện gồm 2 dây
dẫn A và B. Sebeck đã chứng minh rằng nếu mối hàn có nhiệt độ t và t 0 khác nhau thì
trong mạch khép kín có một dòng điện chạy qua. Chiều của dòng điện này phụ thuộc vào
nhiệt độ tương ứng của mối hàn nghĩa là t > t 0 thì dòng điện chạy theo hướng ngược lại.
3

3
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


Nếu để hở một đầu thì sẽ xuất hiện một sức điện động nhiệt. Khi mối hàn có cùng nhiệt
độ ( ví dụ bằng t0 ) thì sức điện động tổng bằng:
EAB = eAB(t0) + eAB(t0) = 0
Từ đó rót ra: eAB = eAB(t0)
Khi t0 và t khác nhau thì sức điện động tổng bằng:
EAB = eAB(t) – e+AB(t0)
Phương trình trên là phương trình cơ bản của cặp nhiệt ngẫu ( sức điện động phụ
thuộc vào hệ số nhiệt độ của mạch vòng t và t0)
Nh vậy bằng cách đo sức điện động ta có thể tìm được nhiệt độ của đối tượng.

III.Hình thành sơ đồ khối

1. Sơ đồ khối.
Mạch đo gồm có 8 khối cơ bản :
1. Khối cảm biến
2. Mạch khuếch đại (Mạch KĐ vi sai)
3. Mạch chuyển đổi U-I
4. Mạch so sánh
5. Mạch cảnh báo
6. Bộ ADC
7. Cơ cấu chỉ thị
8. Khối hiển thị BCD
Bản vẽ sơ đồ khối nguyên
BộKhối hiển Mạch đo gồm có 8 khối cơ bản :
ChuyểnKhối
đổi cảm biến

to Khối cảm biến

Mạch khuếch đại (Mạch KĐ vi sai)
Mạch chuyển đổi U-I
Mạch so sánh
Mạch
Mạch khuếch
đạicảnh báo
Mạch chuyển U-I Cơ cấu chỉ thị
Bộ ADC
Cơ cấu chỉ thị
Khối hiển thị BCD

U đặt
Mạch so sánh

thị BCD
Mạch cảnh báo

2. Chức năng các khối trong mạch đo:
+Khối cảm biến : Khối cảm biến có chức năng biến đổi các tín hiệu không điện thành
tín hiệu điện. Ở đây ta dùng cảm biến cặp nhiệt ngẫu để chuyển đổi nhiệt độ sang tín
hiệu điện áp.
4

4
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


+Khối khuếch đại : Có chức năng khuếch đại tín hiệu điện từ cảm biến đưa tới, vì tín
hiệu điện do cảm biến đưa ra thường là rất bé nên ta phải khuếch đại lên để đưa vào
các khối sau.Để hạn chế nhiễu thì người ta thường sử dụng mạch khuếch đại vi sai.
+Mạch chuyển đổi U sang I: có tác dụng chuyển đổi tín hiệu từ dạng điện áp sang
dòng điện đưa lên các cơ cấu chỉ thị (Cơ cấu điện từ).
+Mạch so sánh : Có tác dụng so sánh tín hiệu đưa ra từ khối khuếch đại để đưa ra khối
sau. Cụ thể việc so sánh tín hiệu sẽ được ứng dụng cho mạch cảnh báo khi có sự quá
nhiệt độ.
+Khối cánh báo : Cảnh báo cho người biết rằng nhiệt độ đã tăng quá cao so với nhiệt
độ cho phép.
+Bộ ADC: Có chức năng chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số.Sau đó đưa lên
các bộ phận giải mã để hiển thị.
+Khối hiển thị BCD: Có chức năng chuyển đổi đầu vào 4bit hoặc 8bit sang bảng mã
BCD để hiển thị nhiệt độ tương ứng lên LED 7 thanh.
Đó là các khối cơ bản dùng để đo, hiển thị vàcảnh báo nhiệt độ sử dụngcảm biến cặp
nhiệt ngẫu.

IV.Tổng quan mạch đo
3.1 Mạch đo
Đối tượng cần đo là đại lượng vật lý dựa vào các đặc tính của đại lượng cần đo mà
chọn ra loại cảm biến phù hợp để thực hiện việc biến đổi các thông số cần đo thành
đại lượng điện hay điện áp
1. U=0 ÷ 10V
2. U= 0 ÷ -5V
3. I=0÷20mA.

4. I=4÷20mA
Sau đó qua bọ lọc và khuếch đại tín hiệu
Tín hiệu sau khi được hiệu chỉnh sẽ chuyển qua bộ chuyển đổi U-I để đưa vào cơ
cấu hiển thị.

3.2 Các phương pháp đo nhiệt độ
Đo nhiệt độ là phương pháp đo lường tín hiệu dạng tự nhiên của môi trường,
không có điện trong đại lượng cần đo
- Nhiệt độ được phân làm nhiều dải để đo:
+ Dải mức thấp
+ Dải mức trung bình
+ Dải mức cao
5

5
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


Nhiệt độ được đo với các cảm biến hỗ trợ như
+ Cặp nhiệt kế

+ Nhiệt điện kế kim loại
+ Nhiệt điện trở kim loại
+ Nhiệt điện trở bán dẫn
+ Cảm biến thạch anh.

Chương 2 : Giới thiệu về các thiết bị chính
I. Các linh kiện có trong mạch
1.Cặp nhiệt ngẫu TCK

Cấu tạo điển hình của một cặp nhiệt công nghiệp
1.1Cấu tạo :
1) Vỏ bảo vệ. 2) Mối hàn. 3) Dây điện cực. 4) Sứ cách điện. 5) Bộ phận lắp đặt.
6) Vít nối dây. 7) Dây nối. 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 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.
1.2 Vật liệu chế tạo điện cực
1) Telua 2) Chromel 3) Sắt 4) Đồng 5) Graphit 6) Hợp kim platin-rođi
7) Platin 8) Alumel 9) Niken 10) Constantan 11) Coben
6

6
Phan Quang Mạnh TĐH-K9

- Cặp Platin - Rođi/Platin:
Cực dương là hợp kim Platin (90%) và rôđi (10%), cực âm là platin sạch. Nhiệt
độ làm việc ngắn hạn cho phép tới 1600oC , Eđ =16,77mV. Nhiệt độ làm việc dài
hạn <1300oC. Đường đặc tính có dạng bậc hai, trong khoảng nhiệt độ 0 - 300oC
th. E ˜ 0.
Trong môi trường có SiO2 có thể hỏng ở nhiệt độ 1000 - 1100oC.
Đường kính điện cực thường chế tạo φ = 0,5 mm.
Do sai khác của các cặp nhiệt khác nhau tương đối nhỏ nên loại cặp nhiệt này
thường được dùng làm cặp nhiệt chuẩn.
- Cặp nhiệt Chromel/Alumel:
Cực dương là Chromel, hợp kim gồm 80%Ni + 10%Cr + 10%Fe. Cực âm là
Alumen, hợp kim gồm 95%Ni + 5%(Mn + Cr+Si).
Nhiệt độ làm việc ngắn hạn ~1100oC, Eđ = 46,16 mV.
Nhiệt độ làm việc dài hạn < 900oC.
Đường kính cực φ= 3 mm.
- Cặp nhiệt Chromel/Coben:
Cực dương là chromel, cực âm là coben là hợp kim gồm 56%Cu + 44% Ni.
Nhiệt độ làm việc ngắn hạn 800oC, Eđ = 66 mV.
Nhiệt độ làm việc dài hạn < 600oC.
- Cặp nhiệt Đồng/Coben:
Cực dương là đồng sạch, cực âm là coben.
Nhiệt độ làm việc ngắn hạn 600oC.
Nhiệt độ làm việc dài hạn <300oC.
Loại này được dùng nhiều trong thí nghiệm v. dễ chế tạo.

1.3 Hình ảnh cặp nhiệt ngẫu mô phỏng trong proteus

7

7

Phan Quang Mạnh TĐH-K9


2. Điện trở , biến trở
2.1 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.

Cách đọc điện trở : Điện trở rất đa dạng về màu sắc và chủng loại nên để đọc chính xác
điện trở ta cần xác định đúng trị số các vòng màu . (VD điện trở vòng 4 màu ).
+ Vòng số 1 và vòng số 2 là hàng chục và hàng đơn vị.
+ Vòng số 3 là bội số của cơ số 10.
+ Vòng số 4 là vòng ở cuối luôn luôn có mầu nhũ vàng hay nhũ bạc, đây là
vòng chỉ sai số của điện trở
Sau khi thiết kế mạch chúng ta sẽ phải lựa chọn loại điện trở phù hợp mạch đo, để
hiển th. đầu ra có thể chính xác.

Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý.
8

8
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


2.2 Biến trở
Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn. Chúng
có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện.

Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dây dẫn
điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt độ thay đổi, ánh
sáng hoặc bức xạ từ,...

Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý.

3. Bộ khuếch đại thuật toán Opam 741

Cấu tạo bên trong của OP 741

9

9
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


Cấu tạo bên trong của OP 741

Chân1:Chân chỉnh không
Chân 2: Ngõ vào đảo
Chân 3: Ngõ vào không đảo
Chân 4: VEE chân nối đến đầu âm nguồn kép
Chân 5: Không dùng
Chân 6: Tín hiệu ra
Chân 7: Nguồn dương
Chân 8: Không dùng
- Op741 là một linh kiện có nhiều chức năng
+ Khuếch đại hiệu hai điện thế nhập
+ Khuếch đại điện âm hoặc dương
So sánh hai điện thế nhập

. Khi V+ > V- .
. Khi V+ < V- .
. Khi V+ = V- .
Ngoài ra, mạch tích phân ,vi phân ,mạch cộng ,mạch trừ...
10

10
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


4. LED.
-Led thực chất là một diode nhưng có phát ra ánh sáng khi có d.ng điện chạy qua
nó.
- Là thiết bị dùng để báo sáng khi mạch đo thấy nhiệt độ vượt ngưỡng cho phép

Ký hiệu của diode trên các sơ đồ nguyên lý
1.5.Transistor.

Ký hiệu của transistor trên các sơ đồ nguyên lý

*Nguyên lý hoạt động Transistor NPN
-Ta cấp một nguồn một chiều UCEvào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực C
và (-) nguồn vào cực E.
-Cấp nguồn một chiều UBEđi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và E , trong
đó cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E.
-Khi công tắc mở , ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng vẫn
không có dòng điện chạy qua mối C E ( lúc này dòng IC= 0 )
-Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy
từ (+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE về cực (-) tạo
thành dòng IB

-Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối CE làm
bóng đèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB
-Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo
một công thức
11

11
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


IC = β.IB
Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE
IB là dòng chạy qua mối BE
β là hệ số khuyếch đại của Transistor
Giải thích : Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối
tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán dẫn P tại cực B
rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫn N ( cực E ) vượt
qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn hơn số lượng lỗ trống rất nhiều, một phần
nhỏ trong số các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB còn phần lớn số điện tử bị
hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE => tạo thành dòng ICE chạy qua
Transistor.
*Nguyên lý hoạt động Transistor PNP
Sự hoạt động của Transistor PNP hoàn toàn tương tự Transistor NPN nhưng cực tính của
các nguồn điện UCE và UBE ngược lại . Dòng IC đi từ E sang C còn dòng IB đi từ E sang
B.
1.6 Nguồn cấp cho mạch :
Trong mạch sử dụng nguồn điện 1 chiều với cấp điện áp 5V, 9V hoặc 12V tùy
theo yêu cầu của mạch trên thực tế thì nguồn điện 1 chiều thường được chỉnh lưu
từ nguồn xoay chiều. nguồn cấp của chúng ta gồm có :
Máy biến áp có chức năng hạ áp từ 220V xuống cấp điện áp thấp mà ta sử dụng

đó là 5V, 9V, 12V.
Bộ chỉnh lưu cầu gồm có các điot, tụ điện, và điện và cuộn cảm có tác dụng chỉnh
lưu từ dòng xoay chiều sang dòng 1 chiều.

12

12
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu 1 pha
1.7 Led 7 thanh

Đèn led 7 thanh 4 số
* Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
- Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn xếp theo hình phía trên và có thêm một led
đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phải của led 7 thanh.
- 8 led đơn trên led 7 thanh có Anode (cực +) hoặc Cathode (cực -) được nối chung với
nhau vào một điểm và được đưa chân ra ngoài để kết nối với mạch điện. 7 cực còn lại trên
mỗi led đơn của led 7 đoạn và 1 cực trên led đơn ở góc dưới, bên phải của led 7 đoạn
được đưa thành 8 chân riêng để điều khiển cho led sáng tắt theo ý muốn.
- Nếu led 7 đoạn có Anode (cực +) chung, đầu chung này được nối với +Vcc, các chân
còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt
vào các chân này ở mức 0.
- Nếu led 7 đoạn có Cathode (cực -) chung, đầu chung này được nối xuống Ground (hay
Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ
sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1.
1.8 Động cơ điện 1 chiều: động cơ điện 1 chiều 5VDC chạy làm mát.
1.9 IC555
Chân 1- Nối đất

Chân 2- Ngõ vào xung
Chân 3- Ngõ ra
Chân 4- Hồi phục
Chân 5- Điện áp điều khiển
Chân 6- Điện áp ngưỡng
Chân 7- Xả điện
Hình 2.7.Sơ đồ và chức năng các chân IC555
Chân 8- Nguồn cấp dương
13

13
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


Mạch tích hợp IC555 là mạch tích hợp tương tự - số được
ứng dụng rộng rãi. Khi kết hợp với các phần tử R,C bên ngoài
cho phép có được mạch tạo xung đơn (mạch định thì) có độ rộng
xung mong muốn, hoặc mạch dao động tạo dãy xung vuông có
tần số xác định.
Cấu tạo của IC đơn giản nhưng hoạt động tốt. Bên trong gồm
3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu tạo
này tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện
áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2. Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân
S = [1] và FF được kích. Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và
FF được reset .

Hình 2.8.Sơ đồ nguyên lý IC555

Hình 2.9.Nguyên lý hoạt động IC555

Chu kỳ xung phụ thuộc rất nhiều vào các phần tử R,C bên ngoài.
• Thời gian nạp (có xung ra): tn = 0.69(RA+RB)C
• Thời gian xả điện (không có xung ra): tx = 0.69RBC
• Chu kì T=0.69(RA+2RB)C
2.0 ADC0804.
Chip ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự - số, thuộc họ
ADC080X. IC có điện áp nuôi +5V và độ phân giải 8 bit.
Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một tham
số quan trọng khi đánh giá bộ ADC. Thời gian chuyển đổi
được định nghĩa là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một
đầu vào tương tự thành một số nhị phân. Đối với ADC0804 thì
thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp
tớichân CLK R và CLK IN và không bé hơn 110µs. Các chân
khác của ADC0804 có chức năng như sau:
14

14

Hình 2.10. Sơ đồ chân
ADC0804

Phan Quang Mạnh TĐH-K9


+ CS (Chip select): Chân số 1, là chân chọn chip, đầu vào tích cực mức thấp được sử
dụng để kích hoạt Chip ADC0804. Để truy cập tới ADC0804 thì chân này phải được
đặt ở mức thấp.

+ RD (Read): Chân số 2, là chân nhận tín hiệu vào tích cực ở mức thấp. Các bộ chuyển
đổi của ADC0804 sẽ chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân và giữ nó ở một

thanh ghi trong. Chân RD được sử dụng để cho phép đưa dữ liệu đã được chyển đổi tới
đầu ra của ADC0804. Khi CS = 0 nếu có một xung cao xuống thấp áp đến chân RD thì
dữ liệu ra dạng số 8 bit được đưa tới các chân dữ liệu (DB0 – DB7).

+ WR (Write): Chân số 3, đây là chân vào tích cực mức thấp được dùng báo cho ADC
biết để bắt đầu quá trình chuyển đổi.Nếu CS = 0 khi WR tạo ra xung cao xuống thấp
thì bộ ADC0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin thành số nhị
phân 8 bit. Khi việc chuyển đổi hoàn tất thì chân INTR được ADC hạ xuống thấp.

+ CLK IN và CLK R: CLK IN (chân số 4), là chân vào nối tới đồng hồ ngoài được sử
dụng để tạo thời gian. Tuy nhiên ADC0804 cũng có một bộ tạo xung đồng hồ riêng. Để
dùng đồng hồ riêng thì các chân CLK IN và CLK R (chân số 19) được nối với một tụ
điện và một điện trở. Tần số đồng hồ được xác định bằng biểu thức: f=1,1/RC.
VD: Với R = 10 kΩ, C = 150 pF và tần số f = 606 kHz và thời gian chuyển đổi là 110
µs.

+ Ngắt INTR (Interupt): Chân số 5, là chân ra tích cực mức thấp. Bình thường chân này ở
trạng thái cao và khi việc chuyển đổi tương tự số hoàn tất thì nó chuyển xuống mức
thấp để báo cho CPU biết là dữ liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi. Sau khi INTR
xuống thấp, cần đặt CS = 0 và gửi một xung cao xuống thấp tới chân RD để đưa dữ
liệu ra.

 Vin (+) và Vin (-): Chân số 6 và chân số 7, đây là 2 đầu vào tương tự vi sai, trong đó
Vin = Vin(+) – Vin(-). Thông thường Vin(-) được nối tới đất và Vin(+) được dùng làm
đầu vào tương tự và sẽ được chuyển đổi về dạng số.

 Vcc: Chân số 20, là chân nguồn nuôi +5V. Chân này còn được dùng làm điện áp tham
chiếu khi đầu vào Vref/2 để hở.

 Vref/2: Chân số 9, là chân điện áp đầu vào được dùng làm điện áp tham chiếu. Nếu

chân này hở thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm trong dải 0 đến +5V. Tuy
nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin khác với dải 0 đến +5V.
Chân Vref/2 được dùng để thực hiện các điện áp đầu ra khác 0 đến +5V.

 D0 – D7, chân số 18 – 11, là các chân ra dữ liệu số (D7 là bit cao nhất MSB và D0 là
bit thấp nhất LSB). Các chân này được đệm ba trạng thái và dữ liệu đã được chuyển
đổi chỉ được truy cập khi chân CS = 0 và chân RD đưa xuống mức thấp. Để tính điện
áp đầu ra ta tính theo công thức sau:
15

15
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


Vout = Vin / Kích thước bước.
5.IC74LS83.

Hình 2.11.Ký hiệu khối và chân ra 74LS83
74LS83là 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.
+ S1,S2,S3,S4: đầu ra nhị phân.
+ C4 : Số nhớ của phép cộng.
+ CO: Số nhớ ban đầu.
+ 6.IC74LS47, 7SEG.
+IC7447 là một IC giải mã , nó làm nhiệm vụ giải
mã từ mã nhị phân logic (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 ...

+Đầu vào của 7447, nhận các giá trị theo nhị phân
(BCD) từ 0 tới 9, tương ứng với mối giá trị nhận
được sẽ giải mã ra đầu ra Q tương ứng. PORT QAQG : Nối trực tiếp LED 7 thanh với QA=a,QB=b,QC=c,QD=d,QE=e,QF=f,QG=g, giá trị
hiển thị trên LED 7 thanh phụ thuộc vào giá trị đầu
vào PORTA,B,C,D.
2.1 Các thiết bị cảnh báo : để cảnh báo quá nhiệt độ
ta có thể sử dụng chuông cảnh báo hoặc còi để cảnh
báo, hoặc ta có thể sử dụng đồng thời cả hai để cảnh
báo quá nhiệt độ. 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.

16

16
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


Chương 3 : Tính toán thiết kế mạch đo
I.Tính toán cảm biến (TCK)
Theo tính chất của vật liệu làm nên cặp nhiệt ngẫu cứ khoảng 1oC tương ứng với
0,4mV như h.nh :
Ở đề tài này yêu cầu dải nhiệt độ từ t°C = 0°C ÷ tmax = 0-(100 + 10×n)°C
(với n=44) tức là khoảng 0oC÷540oC cho nên ta sẽ chọn cặp nhiệt ngẫu làm từ
chromel/coben để sử dụng trong đề tài.Với cực dương là chromel, cực âm là
coben là hợp kim gồm 56%Cu + 44% Ni.Nhiệt độ làm việc ngắn hạn 800oC, Eđ =
66 mV.Nhiệt độ làm việc dài hạn < 600oC.

II.Tính toán thiết kế nguồn :
Để chuẩn hóa đầu ra là 10V ta sử dụng mạch khuếch đại với OP 741 với các thông

số như sau:
Vì hầu hết các nguồn sử dụng trong mạch đều là nguồn một chiều mà trên thực tế
thì nguồn lại là các nguồn xoay chiều với điện áp là 220V. Vậy vấn đề đặt ra là phảibiến
đổi dòng xoay chiều sang 1 chiều khối nguồn sẽ bao gồm:
-máy biến áp
- bộ chỉnh lưa cầu dùng 4 điot
- tụ điện C để lọc
- cuộn cảm L để dàn phẳng dòng điện.
Sơ đồ nguyên lý: sử dụng chỉnh lưu cầu

17

17
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


+ tính chọn máy biến áp: ở đây chúng ta có hai nguồn đó là nguồn cho điện áp đặt
ở bộ so sánh 5V và nguồn cấp cho OA là 12V vì vậy cần sử dụng máy biến áp có
nhiều cấp điện áp để lấy ra hai cấp điện áp, Tối ưu nhất ở đây nên ổn áp 1 chiều để có đầu
ra thay đổi
Phương án thiết kế
- biến áp : do yêu cầu đặt ra nên ta sử dụng biến áp có điện áp vào 220V và
điện áp ra là 15V .
- mạch chỉnh lưu : do những ưu điểm của mạch chỉnh lưu cầu như điện áp ra
ít nhấp nháy, điện áp ngược mà điôt phải chịu nhỏ hơn so với phương pháp
cân bằng nên ta sẽ chọn bộ chỉnh lưu cầu 2 nửa chu kỳ.
- bộ lọc nguồn có nhiệm vụ san bằng điện áp để d.ng điện phẳng hơn, lọc
bằng tụ điện khá đơn giản và chất lượng học khá cao. Nên ta dùng tụ điện.
- khối ổn áp theo yêu cầu thiết kế có điện áp ra thay đổi từ 0 đến 15V nên ta
dùng IC ổn áp thông dụng là LM 7805 do có dải điện áp ra trong khoảng 1,2V-35V với

cách mắc thông thường.

Cơ cấu đo dùng ổn áp LM 7805 dùng để ổn áp đầu ra 5V:

III.Tính toán thiết kế mạch khuếch đại và chuẩn hóa.
18

18
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


Chuẩn hóa đầu ra 10V

Ta chọn các giá trị của R như sau:
Với mạch khuếch đại không đảo ta có
Ku=1+(R2/R1)=Ur/Uv=10/0,0223
→R2/R1=(10/0,0223)-1
≈ 447.5
Chọn R2=447.5k
R1=1k
R3=1k

Chuẩn hóa đầu ra -5V
Với mạch khuếch đại đảo ta có
Ku=Ur/Uv
= -R7/R5=5/0,0223
→ Ta chọn R7=50k ,R5=223
Chọn R6=1k

IV.Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo.

- Khi nhiệt độ vượt quá tmax-2*n =452oC thì đưa ra tín hiệu cảnh báo tới loa. Với yêu cầu

như vậy thì ta sử dụng luôn mạch so sánh + một van bán dẫn đơn giản sử dụng
transistor.
19

19
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


- Nguyên lý hoạt động chung của mạch: Khi nhiệt độ vượt quá 452oC thì

U-> U+ điện áp ra của mạch so sánh ở mức H. Chân B của transistor được kéo xuống
lên 1, đồng thời transistor sẽ được phân cực thuận, xuất hiện một dòng điện I EC đi qua
loa và làm loa kêu. Ngược lại thì transistor bị phân cực ngược (R=∞) và không có dòng
đi qua loa.

Hình 3.8.Mạch cảnh báo ra loa và làm mát khi quá nhiệt độ

V.Chuẩn hóa đầu ra I=4÷20mA
- Để chuẩn hóa đầu ra ở dạng dòng điện từ mạch đo. Có rất nhiều mạch biến đổi từ điện

áp-dòng điện với khuếch đại thuật toán.
- Đối với yêu cầu của bài này (đầu ra I=4÷20mA) thì ta sử dụng sơ đồ mạch biến đổi U-I

với 2 bộ KĐTT.
- Sơ đồ mô phỏng trên Proteus:

20

20
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


*Tính toán các giá trị linh kiện trong mạch:
Chọn R8=R9=R10=R12=1K
Ta có I=(U2-U1)/R11
Với I=4.10-3 Ta có : (0-U1)/R11=0,004
Với I=20.10-3 Ta có : (0,0223-U1)/R11= 20.10-3
→R11≈ 1,5
U=-0,004

VI.Chuẩn hóa đầu ra I=0÷20mA

Ta chọn R4=R21=R13=R27=1k
Ta có I=(U2-U1)/R28
Chọn U1=0v
Với I=0 Ta có : 0=(0-0)/R28
Với I=20.10-3 Ta có : (0,0223-0)/R28= 20.10-3
→R28≈ 1,3
21

21
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


VII.Tính toán mạch nhấp nháy cho LED.
- Khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường: t°C=0÷t max -n (từ 0oC ÷ 496oC). Thiết kế mạch
nhấp nháy cho LED với thời gian sáng =2 lần tối và bằng:
τ = (1+0,5×a) giây (với STT=44=> a=4=>τ= 3giây ).

- Với yêu cầu đặt ra như vậy thì giải pháp là dùng một mạch so sánh + mạch tạo xung
vuông với T=3+1.5=4.5 s.Cụ thể ta sẽ dùng mạch tạo xung vuông dùng IC555.
- Nguyên lý hoạt động chung của mạch: Khi nhiệt độ nằm trong giới hạn 0 oC ÷ 496oC thì
U-cao nhờ đầu ra của NOT, IC555 hoạt động và chân 3 có xung ra làm cho LED nhấp
nháy. Tương tự U-> U+ điện áp ra của mạch so sánh ở mức H, chân 4 (RST) được kéo
xuống mức thấp (0V), IC555 ngừng làm việc => LED tắt.
- Sơ đồ mô phỏng trên Proteus.

- Tính toán các giá trị linh kiện trong mạch:

+Mạch so sánh: Khi U-chuyển từ trạng thái L sang H.
+Mạch tạo xung vuông đối xứng sử dụng IC555( nhấp nháy LED)
Ta có : Ts=0,69*(R24+R29)*C16
Tt=0,69*R29*C16
Mà Ts=2Tt
→R24=R29
Chọn R24=R29=1k
Chu kỳ T=4.5(s)
T=Ts+Tt=0,69*3*R24*C16=4.5s
→ Chọn C16=217µF

Kết luận: Thời gian tụ được nạp chính là thời gian LED sáng và thời gian tụ xả điện là
thời gian LED tắt trong một chu kỳ.
VIII. Sử dụng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân. Xây dựng bộ hiển thị số
BCD.
1. Sử dụng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân.
22

22
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


- ADC0804 là một bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số.IC có điện áp nuôi

+5V và độ phân giải 8 bit.
- Nguyên lý hoạt động chung của mạch: Để ADC0804 làm việc thì chân CS phải được

đặt ở mức thấp. Chân RD nhận tín hiệu vào tích cực mức thấp, đồng thời thì chân RW
phải có một xung cao xuống thấp để IC bắt đầu quá trình chuyển đổi. Cụ thể trong
mạch sử dụng IC555 để tạo xung vuông. LED D 1 tắt báo cho người dùng biết quá trình
chuyển đổi hoàn tất. RD đang ở mức thấp, tín hiệu số được đưa ra PORT D (DB0BD7). Quá trình cứ lặp đi lặp lại và điện áp chân V IN được chuyển đổi sang mã nhị
phân.
- Sơ đồ mô phỏng trên Proteus.

2.
-

23

Hình 3.9.Bộ chuyển đổi điện áp sang mã nhị phân 8 bit
Xây dựng bộ hiển thị số BCD.
Số nhị phân 8 bit có giá trị lớn nhất là 255. Vì vậy ta sẽ sử dụng 3 LED 7 đoạn để hiển
thị kết quả tương ứng với hàng đơn vị, hàng chục và hàng trăm.
Từ nhận xét này ta chia thành các khối mạch như sau: Khối hiển thị bằng LED 7 đoạn
hàng đơn vị, khối mạch hiển thị hàng chục và khối hiển thị hàng trăm.
Cách chuyển đổi số nhị phân tự nhiên 8 bit thành số BCD:
+ Đầu tiên ta chuyển số 4 bit thành số BCD: Hai số BCD có giá trị từ 0 10 đến 910 khi
cộng lại cho kết quả từ 0 10 đến 1810 , để đọc được kết quả dạng BCD ta phải hiệu

chỉnh kết quả có được từ mạch cộng nhị phân.
+ Dưới đây là kết quả tương đương giữa 3 loại mã: Thập phân, nhị phân và BCD.

23
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


- 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 quả này >= 10,ngược lại
Y=0.
- Bảng sự thật

Mạch cộng 2 số BCD được thực hiện theo sơ đồ:

3.10. Mạch cộng 2 số nhị phân 4 bit
-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.
+ 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.
- Như vậy ta đã chuyển đổi được số nhị phân 4 bit thành số BCD.
- Tiếp theo ta sẽ đổi số 5 bit, 6 bit, 7 bit và 8 bit thành số BCD.

 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.
24

24
Phan Quang Mạnh TĐH-K9


 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 thịhàng trăm.
-Tiếp theo là phần hiển thị kết quả: ta sẽ sử dụng IC 7447 hoặc 4551 để giải mã LED 7
thanh.Cụ thể trong mạch ta sử dụng IC 74LS47để giải mã BCD hiển thị lên LED 7
thanh.
- Sơ đồ mô phỏng trên Proteus.

Mạch báo nhiệt độ bằng led 7 thanh

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT
TRIỂN

4.1 Kết luận.
Với đề tài được giao em đã cố gắng hoàn thành trong thời gian quy định. Trong

quá trình thiết kế, do kiến thức còn hạn hẹp và trình độ hiểu biết chuyên môn còn
tương đối hạn chế nên sẽ khó tránh khỏi những sai sót, khuyết điểm. Em rất mong
25

25
Phan Quang Mạnh TĐH-K9