Mạch đo điện áp chuyển đổi tương tự sang số ( lượng tử hóa ) tính giá trị của số nhị phân, đưa ra kết quả hiển thị

I. Đề bài : Mạch đo điện áp. Chuyển đổi tương tự sang số

( lượng tử hóa ).Tính giá trị của số nhị phân, đưa ra kết
quả hiển thị.
Trình bày
II. Giới thiệu, đặt vấn đề:
Tín hiệu tương tự có mặt rất nhiều trong đời sống, như sự thay đổi nhiệt độ, điện áp,...
nhưng để có thể xử lý, tính toán, hiển thị những tín hiệu đó dễ dàng, ngày nay, người ta
thường đưa về dạng tín hiệu số.
Trong bài này, chúng em chọn tín hiệu điện áp xoay chiều để làm ví dụ về quá trình
lượng tử hóa.
Để giải quyết vấn đề được đưa ra ta cần hình dung được sơ đồ khối các bước cần thực
hiện :

III. Sơ đồ khối và hoạt động :
A . Sơ đồ khối mạch đo điện áp hiển thị số được trình bày như sau:

Mạch
chia áp

Điện áp cần đo

Biến đổi
A/D

Khối
giải mã

Khối
hiển thị

B. Hoạt động của sơ đồ khối :
- Khối mạch chia áp làm nhiệm vụ biến đổi điện áp cần đo về giá trị phù hợp với dải
điện áp đầu vào của khối A/D
- Khối biến đổi A/D làm nhiệm vụ biến đổi điện áp tương tự ở đầu vào của mạch thành
tín hiệu số có giá trị tương ứng
- Khối giải mã làm nhiệm vụ biến đổi các tín hiệu số nhận được thành các tín hiệu
thích hợp để đưa
tới khối hiển thị.
- Khối hiển thị có nhiệm vụ hiển thị giá trị đo được dưới dạng thập phân

IV . Sơ đồ mạch được mô phỏng bởi phần mềm Proteus.



V. Các IC và cổng logic cần sử dụng đáp ứng yêu cầu đề bài
1.  IC ADC0808:
- IC ADC 0808 là bộ chuyển đổi 8 bit từ tương tự sang số và ngược lại, D0 – D7 là các
đường truyền dữ
liệu số tại ngõ ra. Nó hoạt động trên nguyên lí xấp xỉ liên tiếp. Nó cho phép tám kênh tín
hiệu tương tự vào
IN0 đến IN7, ba chân A, B, C là ba chân điều khiển.
-

Sơ đồ chân IC:

- Sơ đồ khối chức năng:


- Bảng điều khiển đầu vào:

-

Giải thích chức năng IC:
+ 8 Chân input đầu vào IN0 đến IN7 tương ứng với các chân 1, 2, 3, 4, 5, 26, 27,
28.
+ 3 Chân điều khiển chọn ngõ cho phép tín hiệu vào A, B, C tương ứng các chân
23, 24, 25.
+ 8 Chân dữ liệu số đầu ra D0 đến D7 tương ứng các chân 8, 14, 15, 17, 18, 19, 20,
21.
+ Tín hiệu điều khiển: EOC (kết thúc chuyển đổi), SC(bắt đầu chuyển đổi),
ALE(địa chỉ kích hoạt), OE(Ngõ ra kích hoạt) được chuyển tiếp bởi cách thức
của bộ vi xử lí. Tín hiệu điều khiển được nhập vào ALE và OE , tích cực mức
cao, được liên kết với nguồn Vcc(+5V). Tín hiệu được nhập vào SC, tích cực
mức thấp, bất đầu chuyền đổi tại cạch xuống của xung vuông, nhưng ngược lại
tín hiệu ngõ ra EOC trở thành mức cao sao khi hoàn thành sự số hoá. Đầu ra EOC
được liên kết với ngõ vào SC, cạch xuống của tín hiệu ngõ ra sẽ tác dụng trở lại
vào ngõ vào SC để bắt đầu chuyển đổi.
+ Khi bắt đầu chuyển đổi, tín hiệu EOC ở mức cao. Tại xung vuông clock tiếp theo
ngõ ra EOC trở lại
mức thấp, và do đó ngõ vào SC được kích hoạt và bắt đầu chuyển đổi. Nó cung cấp
8 bít ngõ ra tương ứng với trị tức thời của tín hiệu tương tự nhập vào. Giá trị lớn
nhất của điện áp ngõ vào nhỏ hơn điện áp nguồn
5V.
+ IC ADC0808 yêu cầu tín hiệu xung clook phải có tần số 550kHz, điều này có
thể dễ dàng thực hiện được với việc tạo bộ dao động đa hài với việc sử dụng cổng
đảo 7404. Để thấy được sự chuyển đổi từ tín hiệu hiệu tương tự sang tín hiệu số,
tám đèn led được nối với ngõ ra tương ứng D0 – D7. Do mạch chuyển đổi tương
tự sang số thực hiện theo phưong thức liên tục, nó thể hiện số tại ngõ ra ngay khi

tín hiệu tương tự được đưa vào. Giá trị lối ra tương đương thập phân D từ tín hiệu
tương tự của điện áp ngõ vào.

 IC 74245:
- IC đệm - Đây là một loại IC số khá phổ biến, tên gọi chung là 74245, tùy thuộc
vào tần số đáp ứng và công ty sản xuất sẽ có các tên họi khác nhau như 74HC245,
74HCT245... nhưng khi loại bỏ các kí tự ở giữa, vẫn chung là 74245. Là IC đệm
có 2 cổng port A và port B . Mỗi cổng có 8 port riêng biệt.
- Khi ta cần kiểm soát một số lượng trạng thái, cảm biến tiếp điểm mà số đầu cần


kiểm soát lên tới > 10 điểm, có khi tới 40 điểm, bạn không thể nối tất cả các cảm
biến này với vi xử lý vì không thể đủ Port. Vì vậy, chúng ta phải sử dụng đọc dữ
liệu theo kiểu BUS và dùng 74245 như là bộ nhớ đệm đầu vào cho vi xử lý.
- Sơ đồ chân IC

- Sơ đồ khối :

- Bảng trạng thái:

2.
 Giải thích hoạt động:
Sau khi qua IC ADC0808, tín hiệu điện áp hình sin được chuyển thành dạng
nhị phân. Sau đó, để có thể hiển thị giá trị các giá trị nhị phân đó trên LED 7
đoạn dưới dạng thập phân 2 chữ số (2 LED 7 đoạn), ta sử dụng các cổng logic


để thực hiện những biến đổi sau:
(A, B, C, D là đầu vào nhị phân, a1,…,g1,a2,…,g2 là các thanh trên LED 7đoạn)
Các phép biến đổi logic

a1 = ABC DE + ABC DE + ABCDE + ABCDE + ABC DE + ABC DE + ABCDE
b1 = ABC DE + ABCDE + ABCDE + ABC DE + ABC DE + ABCDE
c1 = ABCDE + ABC DE + ABCDE
d1 = ( A + C )E B ⊕ D + ABC D ⊕ E + ABC DE
e1 = E + ABC D + ABCD + ABC D
f1 = ABC ( D + E ) + DE ( BC + BC ) + BC ( DE + AD ) + C ( ABD + ADE )
g1 = ABC D + BC DE + BCDE + ABCD + ABCDE + ABCD + ABC D
a2 = ABD + ABC + ABC
b2 = 0
c2 = ABC + ABC + AC D
d 2 = a2
e2 = ABD + ABC + BCD + ABC
f 2 = A + BD + DC
g 2 = A + BC

VI.Bảng hiển thị số qua LED 7 đoạn :
Giá trị đầu vào

LED đơn vị

LED hàng chục

S
ố


A B C D E

a1

b1

c1

d1

e1

f1 g1

a2

b2

c2

d2

e2

f2

g2

0 0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

1

00

0 0

0

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

1

01

0 0

0

1

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

02

0 0

0

1

1

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

1

03

0 0

1

0

0

1

0

0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

04

0 0

1

0

1

0

1

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

05

0 0

1

1

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

06

0 0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

1

07

0 1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

08

0 1

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

09

0 1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

1

1

1

10

0 1

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

11

0 1

1

0

0

0

0

1

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

1

12

0 1

1

0

1

0

0

0

0

1

1

0

1

0

0

1

1

1

1

13

0 1

1

1

0

1

0

0

1

1

0

0

1

0

0

1

1

1

1

14

0 1

1

1

1

0

1

0

0

1

0

0

1

0

0

1

1

1

1

15

1 0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

1

0

0

1

1

1

1

16

1 0

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

17

1 0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

1

1

1

18

1 0

0

1

1

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

1

1

1

19

1 0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

20

1 0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

0

0

1

0

21

1 0

1

1

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

0

0

1

0

22

1 0

1

1

1

0

0

0

0

1

1

0

0

0

1

0

0

1

0

23

1 1

0

0

0

1

0

0

1

1

0

0

0

0

1

0

0

1

0

24


1 1

0

0

1

0

1

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

1

0

25

1 1

0

1

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

26

1 1

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

0

0

1

0

27

1 1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

28

1 1 1

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

1

0

29

1 1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

1

0

30

1 1

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

0

0

1

1

0

31

VII. Lời kết
Đề bài mạch đo điện áp là 1 trong những bài toán thiết kế mạch logic rất hay giúp sinh
viên có thêm nhiều cơ hội tìm hiểu, học tập và làm việc suy nghĩ nghiêm túc. Được sự
hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Trung Hiếu cộng với tinh thần làm việc nhiệt tình
của các bạn trong nhóm , bài tập lớn đã hoàn thành.Đây là bài thiết kế mạch logic đầu
tiên nên 1 số sai sót là điều khó tránh khỏi.Rất mong thầy và các bạn đưa ra những lời
góp ý nhằm giúp chúng em hoàn thiện dần hơn nữa trong cách suy nghĩ cũng như làm
việc.