báo cao đo lường thiết bị điện tử( đo tần số)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
====o0o====

BÁO CÁO
DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:THIẾT KẾ MẠCH ĐO TẦN SỐ

Nhóm:

HM&T - DDT58A - 20161

GVHD:

ThS. Tống Ngọc Anh

Hà Nội, 10/2016

1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
====o0o====

BÁO CÁO
DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:THIẾT KẾ MẠCH ĐO TẦN SỐ

Nhóm:
GVHD:

HM&T - DDT58A - 20161
ThS. Tống Ngọc Anh

2


Hà Nội, 10/2016
NHÓM HM&T – DDT58A
Thành viên (#1 là trưởng nhóm):
STT
1
2
3
4

Họ và Tên
ĐINH VĂN HƯNG
TRẦN TRỌNG MINH
TRẦN VĂN TUYỂN
PHẠM MINH TUẤN

MSSV
1321060517
1321060189
1321060671
1321060334

Điểm

Nhận xét (phần GVHD ghi):
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

3


4

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: MÔ TẢ ĐỀ TÀI………………………………………………..
•

Yêu cầu chức năng.………………………………………………………

•

Yêu cầu phi chức năng………………………………………………….

•

Sơ đồ khối hệ thống………………………………………………………

•

Kế hoạch thực hiện và phân chia công việc…………………………….

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG……………………………………….
•

Khối chức năng A…………………………………………………………

•

Khối chức năng B…………………………………………………………

•

...

•

Hoàn thiện sản phẩm……………………………………………………..

•

Sơ đồ nguyên lý toàn mạch………………………………………………..

•

Sơ đồ Layout mạch………………………………………………………..

•

Hình ảnh thật sản phẩm…………………………………………………..

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN………………………………………………………

5


1.
2.

3.

CHƯƠNG 1: MÔ TẢ ĐỀ TÀI
YÊU CẦU CHỨC NĂNG:
- Đo chính xác tần số hiển thị trên led 7 thanh.

YÊU CẦU PHI CHỨC NĂNG:
- Mạch thiết kế nhỏ gọn, linh kiện sắp xếp hợp lý.
- Sản phẩn được đóng hộp.
- Giá thành rẻ phù hợp với kinh tế sinh viên (dự kiến 200 – 300k).
SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG ‘BỘ ĐO TẦN SỐ”:

Mạch bao gồm các khối sau: khối nguồn, khối tạo xung, Vi điều khiển, khối
hiển thị.

KHỐI NGUỒN

Khối tạo xung
dao động

VĐK

Khối hiển thị (
led 7 đoạn)

Hình 1.1 sơ đồ khối hệ thống
•

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN VÀ PHÂN CHIA CÔNG VIỆC :
Công việc cần thực hiện
1.Tìm hiểu về mạch tạo dao động
2.Lập trình cho vi điều khiển
3.Thiết kế mạch trên altium
4.Mô phỏng trên proteus,kiểm tra
5.Thi công project
6.Viết báo cáo thu hoạch

Sinh viên phụ trách
PHẠM MINH TUẤN
ĐINH VĂN HƯNG
TRẦN TRỌNG MINH
CẢ NHÓM
CẢ NHÓM
TRẦN VĂN TUYỂN

6


*Ghi chú:
Trong quá trình thực hiện đề tài cũng là việc học tập rèn luyện kỹ
năng sử dụng các công cụ hỗ trợ học tập.Các thành viên trong nhóm có trách
nhiệm hỗ trợ nhau để hoàn thành đề tài một cách tốt nhất.Thể hiện tinh thần
tự học, tự nghiên cứu trong quá trình làm đề tài.

7


CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
1.Khối Nguồn:
- Ổn định điện áp 5V cấp cho vi điều khiển hoạt động bình thường.
-Cung cấp nguồn nuôi cho toàn mạch.

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn sử dụng ic ổn áp LM7805






Thông số chính của mạch:
- Điện áp đầu vào từ 8VDC đến 40VDC.
- Điện áp đầu ra 5V – 1A.
Linh kiện trong mạch:
- IC ổn áp LM7805.
- Tụ hóa 1000uF – 50V.
- Tụ gốm 104.
- Led báo nguồn và điện trở hạn dòng cho Led.
- Jack DC.
Nguyên lý hoạt động:

Do mạch sử dụng IC ổn áp 7805 nên hoạt động của mạch chính là
hoạt động bên trong của 7805.

8


Hình 2.2: IC 7805 và sơ đồ chân

Thực tế linh kiện ổn áp 7805 được dùng rất nhiều trong các mạch điện
điều khiển dùng để cấp nguồn ổn định cho mạch. Với ưu điểm là dễ ghép
nối, dễ thiết kế với chi phí thấp, nguồn đầu ra ổn định. Nhược điểm của nó là
công suất đầu ra khá thấp (1A) và hoạt động không ổn định khi có nhiễu bên
ngoài. Hoạt động được ở giải nhiệt độ khá cao là 0 -125 độ C.
- 7805 có 3 chân kết nối :
+ Chân 1 là chân nguồn đầu vào, chân 2 là chân GND , chân 3 là chân
lấy điện áp ra.

+ Chân 1 - 2 (Chân điện áp đầu vào) : Đây là chân cấp nguồn đầu vào
cho 7805 hoạt động. Dải điện áp cho phép đầu vào lớn nhất là 40V. Điện áp
đầu ra ổn định ở 5V -1A.
+ Chân 3 ( Chân điện áp đầu ra) : Chân này cho chúng ta lấy điện áp
đầu ra ổn định 5V. Đảm bảo đầu ra ổn định luôn nằm trong giải từ (4.75V
đến 5.25V).
- Đảm bảo thông số :
Vi - V0 > 3V
9


Thông số này phải nguồn lớn hơn ít nhất là gấp đôi nguồn đầu ra để
tránh trường hợp sụt áp đầu vào dẫn tới nguồn đầu ra không ổn định trong
thời gian ngắn.
- Đảm bảo tản nhiệt tốt cho 7805 khi chạy với tải:
Khi công suất tăng lên do 7805 là linh kiện bán dẫn công suất nên rất
nóng khi tải lớn. Để tránh hỏng linh kiện và cho linh kiện hoạt động trong
nhiệt độ bình thường thì cần phải lắp thêm tản nhiệt tốt.
* Thành phần lọc nguồn và lọc nhiễu:
Các tụ C7 và C8 là các tụ hóa dùng để lọc điện áp. Vì đây là điện áp 1
chiều nhưng chưa được phằng vẫn còn các gợn nhấp nhô nên các tụ này có
tác dụng lọc nguồn cho thành điện áp một chiều phẳng.
+ Tụ C7 là tụ lọc nguồn đầu vào cho 7805. Tụ này là tụ hóa phải có điện
dung đủ lớn để lọc phẳng điện áp đầu vào và điện áp tụ chịu đựng phải lớn
hơn điện áp đầu vào.
+ Tụ C8 là lọc nguồn đầu ra cho 7805. Tụ này cũng là tụ hóa dùng để lọc
nguồn đầu ra cho băng phẳng
Trong thành phần một chiều còn có các sóng điều hòa bậc 2, 3..., sóng
nhấp nhô có tần số cao, nhiễu bên ngoài. Các sóng này ảnh hưởng đến hoạt
động của 7805. Nếu trong mạch tồn tại những thành phần sóng này sẽ làm

sai sót khó phát hiện trong mạch làm cho mạch bị nhiễu hoạt động không ổn
định.
Do đó, ta sử dụng hai tụ lọc nhiễu tần số cao Cx1 và Cx2. Tụ này phải
là tụ không phân cực, tụ Ceramic. Hai tụ này làm nhiệm vụ lọc các thành
phần trên cho đầu vào và đầu ra đảm bảo để mạch hoạt động bình thường.
luôn đảm bảo khi cấp nguồn cho 7805. Tức là điện áp cấp vào cho
7805 phải nằm trong khoảng điện áp từ 8VDC đến 40VDC. Nếu dưới 8VDC
thì mạch ổn áp không còn tác dụng. Thực tế người ta không bao giờ cấp
nguồn 8V mà phải cấp

10


2.Khối tạo xung: sử dụng IC 555

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý tạo xung vuông sử dụng IC 555
Có nhiều dạng tín hiệu xung được phát ra từ mạch dao động, như xung sine,
xung vuông , xung tam giác…..
Ở đây,chọn thiết kế mạch dao động tạo xung vuông dùng IC 555 .
Dựa vào sơ đồ khối ta có thể nhận ra rằng để tạo được xung vuông ta chỉ cần
IC 555 và 1 số linh kiện phổ biến như R và C.
b. Lý do chọn mạch tạo xung vuông sử dụng IC 555:
- IC 555 rất phổ biến ,dễ tìm, giá thành rẻ.
- Mạch tạo xung dùng IC này rất dễ làm, nguyên lý hoạt động đơn giản, dễ
hiểu.
11


* Nguyên lý tạo xung vuông bằng IC 555:
- Mạch đinh tấn số của xung phụ thuộc vào giá trị các điện trở RV1, R1, R2

và các tụ C1, C2. Vậy khi Bạn dùng tụ nhỏ C2, ta sẽ tạo ra tín hiệu dạng
xung có tần số cao, lúc này biến trở RV1 dùng để chỉnh chọn tần. Khi Bạn
đổi qua dùng tụ hóa C1 có trị điện dung lớn hơn, ta sẽ tạo ra xung có tần số
thấp hơn, và cũng chỉnh tần với biến trở RV1.
* Xung ra lấy trên chân số 3. Khi chân 3 ở mức áp thấp, 0V, thì Led xanh D1
sáng và khi chân 3 ở mức áp cao gần bằng 12V thì Led đỏ D2 sáng. Điện trở
R3, R4 dùng để hạn dòng làm việc của các Led, Bạn nhớ không để dòng qua
Led quá lớn dễ làm hư Led. Xung ra trên chân 3 là dạng xung vuông với bờ
lên và bờ xuống rất thẳng, dùng dạng xung này kích thích các mạch số là rất
tốt.
* Xung lấy ra trên chân 2 và 6 có dạng răng cưa, khi chân 7 ở lúc hở masse,
thì tụ C1 hay tụ C2 sẽ nạp điện nguồn, dòng nạp qua RV1, R1, R2, mức áp
trên chân 2, 6 tăng dần lên, khi mức áp này bằng 2/3 mức nguồn thì chân 7 sẽ
cho nối masse, lúc này tụ C1, hay C2 sẽ cho xả điện, dòng xả qua R2. Vậy
công dụng của R2 là hạn chế không để dòng xả quá lớn sẽ làm hư ic 555, và
khi mức áp trên chân 2, 6 xuống bằng 1/3 mức áp nguồn thì chân 7 lại hở
masse, tụ lại chuyển qua thời kỳ nạp điện…. Để tín hiệu ra có dạng xung
vuông với hệ số duty = 50%, Bạn lấy trị R2 đủ nhỏ so với trị của RV1 + R1.
3.Vi Điều Khiển: sử dụng PIC 16F877A.
a.Sơ lược về PIC 16F877A
PIC 16F877A là dòng PIC phổ biến nhất hiện nay (đủ mạnh về tính
năng, 40 chân, bộ nhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường). Cấu trúc
tổng quát của PIC 16F877A như sau:
- 8K Flash ROM.
- 368 Bytes RAM.
- 256 Bytes EEPROM. - 5 ports (A, B, C, D, E) vào ra với tín hiệu điều
khiển độc lập.
- 2 bộ định thời 8 bits (Timer/Counter 0 và Timer/Counter 2).
- Một bộ định thời 16 bits (Timer 1) có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm
năng lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung Clock ngoài.

- 2 bô CCP( Capture / Compare/ PWM).
- 1 bộ biến đổi AD 10 bits, 8 ngõ vào.
- 2 bộ so sánh tương tự (Compartor).
- 1 bộ định thời giám sát (WatchDog Timer).
- Một cổng song song 8 bits với các tín hiệu điều khiển.
- Một cổng nối tiếp.
- 15 nguồn ngắt.
12


- Có chế độ tiết kiệm năng lượng.
- Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP(In-Circuit Serial Programming)
- Được chế tạo bằng công nghệ CMOS .
- 35 tập lệnh có độ dài 14 bits.
- Tần số hoạt động tối đa 20MHz.

Hình 2.4: Vi Điều Khiển PIC 16F877A

13


Hình 2.5: Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A

4.Khối Hiển Thị: sử dụng led 7 thanh 4 số
Cấu tạo của led 7 thanh 4 số :LED 7 thanh 4 số thực chất là 4 con led
7 thanh đơn ghép với nhau. Các thanh A,B,C,D,E,F,G,DP của 4 led được nối
chung với nhau. LED 7 thanh 4 số cũng có 2 kiểu là anot chung và catot
chung.

14

Hình 2.6: Led7 thanh 4 số anot chung
- Với led Anot chung thì ta muốn con led đơn nào sáng thì ta cấp nguồn vào
LED 7 thanh tương ứng, ngược lại là cấp GND cho Catot chung.
5. Lưu Đồ Thuật Toán:
Begin

Khai báo chân cho
vi điều khiển sử
dụng ngắt timer1
Dem=0; cnt=0; t=0
t++

Gán giá trị cho cnt
= số xung đếm đc
15


t = = 1s

Dem = cnt

Hiển thị “dem”
trên led 7 thanh

End

6. Lập Trình Cho VĐK:
Sau khi xác định được lưu đồ thuật toán ta tiến hành lập trình cho PIC

16F877A bằng ngôn ngữ lập trình C trên phần mềm mikro C :
Code unsigned char Code7Seg[ ] =
{0x14,0xf5,0x19,0x51,0xf0,0x52,0x12,0x75,0x10,0x50};
void main()
{
unsigned int cnt, dem, i, t;
unsigned char nghin, tram, chuc, dvi;
ADCON1 |= 0x07;
TRISC.B0 = 1;
TRISB = 0x00;
TRISD = 0x00;

// Khong su dung ADC
// Ngo vao Timer1
// Ngo ra
// Ngo ra

// Timer1 hoat dong o che do counter, ti le chia 1:1
T1CON.B1 = 1;
// Counter
16


T1CON.B4 = T1CON.B5 = 0;

// Ti le chia 1:1

TMR1H = TMR1L = 0;
T1CON.B0 = 1;
// Cho phep Timer1 bat dau dem

t = 0;
while(1)
{
// Doc ra gia tri dem TMR1H:TMR1L, gan cho cnt
cnt = TMR1H;
cnt <<= 8;
cnt |= TMR1L;

if(t==200)
{
t=0;
dem=0;
dem = cnt- cnt*9/100 ;
cnt=0;
TMR1H = TMR1L =0;
}

// tinh tan so

// Vi du cnt = 1995
nghin = dem/1000;
tram = (dem%1000)/100;
chuc = (dem%100)/10;
dvi = dem%10;
// Quet LED 7 doan
PORTB = Code7Seg[nghin];
PORTD.B4 = 0;
Delay_ms(1);
PORTD.B4 = 1;
PORTB = Code7Seg[tram];

PORTD.B5 = 0;
Delay_ms(1);
PORTD.B5 = 1;
17


PORTB = Code7Seg[chuc];
PORTD.B6 = 0;
Delay_ms(1);
PORTD.B6 = 1;
PORTB = Code7Seg[dvi];
PORTD.B7 = 0;
Delay_ms(1);
PORTD.B7 = 1;
delay_ms(1) ;
t++
;
}
}
7. Sơ đồ mô phỏng:

18


8. Mạch thực:

CHƯƠNG
Trong
chúng em rút

3: KẾT LUẬN
quá trình thực hiện đề tài
ra một số kết luận sau :
19


1. Ưu điểm :
- Thiết kế và thi công đề tài này giúp chúng em bước đầu làm quen với
các đề tài khoa học kỹ thuật và tích lũy được nhiều kiến thức bổ ích trong
việc thiết kế, thi công mạch thực tế và khả năng lập trình cho vi điều khiển.
- Sản phẩm thiết kế tạo ra một mô hình giúp sinh viên nghiên cứu khảo
sát và khám phá tài nguyên của họ vi điều khiển PIC. Tăng cường khả năng
lập trình cho vi điều khiển.
- Hiểu hơn về cách giao tiếp của họ vi điều khiển với các thiết bị ngoại
vi như led 7 thanh.
- Tạo tiền đề nâng cao khả năng thiết kế và lập trình cho mọi thành
viên trong nhóm để nhóm có thể nghiên cứu và phát triển nhiều sản phẩm có
ích cho cuộc sống, xã hội.
2. Nhược điểm:
Bên cạnh những ưu điểm của sản phẩm thì còn có một số nhược điểm
lý do vì đây là sản phẩm đầu tay của nhóm cũng là mô hình thí nghiệm nên
không tránh khỏi những hạn chế, sai sót.
- Vẫn còn sai số trong quá trình đo đạc,vẫn còn hiện tượng nhiễu.
- Chưa khai thác hết được tiềm năng của PIC và sự phong phú đa dạng
của ngôn ngữ lập trình C.
3. Tính thực tế của sản phẩm và hướng cải tiến phát triển :
- Sản phẩm là mô hình thu nhỏ của một máy tính điện tử,nhưng tính
thực tế của sản phẩm còn thấp.
- Để sản phẩm đi vào thực tế chúng ta cần khai thác hơn nữa khả năng
của vi điều khiển và ngôn ngữ lập trình. Nhằm hạn chế cũng như khắc phục

sai số trong quá trình đo.
=> Nói chung sản phẩm này là sản phẩm đầu tay của nhóm nghiên cứu
chúng em mang ý nghĩa nghiên cứu và thí nghiệm, giúp sinh viên ngành điện

20


- điện tử làm quen với cấu trúc, lập trình và ứng dụng của vi điều khiển trong
việc đo đạc , sử dụng các thiết bị điện tử.

Cuối cùng em xin trân thành cảm ơn thầy Tống Ngọc Anh đã quan tâm giúp
đỡ chúng em hoàn thành đề tài này.

21