Bài tập lớn vi mạch đo tốc độ bằng encoder hiển thị LED 7 thanh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (564.92 KB, 28 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
----------
BÀI TẬP LỚN
VI MẠCH TƯƠNG TỰ & VI MẠCH SỐ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐO VÀ HIỂN THỊ TỐC ĐỘ
GV: Đào Thị Mai Phương
Họ và tên: Lê Thế Hưng
Mã sinh viên: 1141240139
Lớp: Tự động hóa 3_K11
1
MỤC LỤC
2
Lời mở đầu
Trong thời đại ngày nay, việc tự động hóa trong quá trình sản xuất và ứng
dụng mang một ý nghĩa hết sức to lớn, có thể nói ngành kỹ thuật điện điện tử là
ngành đánh giá sự phát triển công nghiệp của thế giới nói chung và một quốc gia
nói riêng. Sự tự động hóa trong sản xuất làm tăng năng suất, giảm giá thành, nâng
cao chất lượng sản phẩm và tiếp cận thâu tóm thị trường. Những chỉ số đó là
những mục tiêu mà các doanh nghiệp muốn hướng đến và cải thiện.
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học, đặc biệt là ngành điện, điện tử, sự
phát minh ra các linh kiện điện tử đã và đang ngày càng đáp ứng được yêu cầu của
các hệ thống. Ưu điểm của việc sử dụng các linh kiện điện tử làm cho các hệ thống
linh hoạt và đa dạng hơn, giá thành thấp hơn và độ chính xác cao hơn.
Động cơ là một thiết bị phổ biến, được sử dụng rất rộng rãi trong các lĩnh
vực, chính vì thế việc đo tốc độ động cơ là vô cùng quan trọng để tính toán sử
dụng động cơ.
Sau thời gian học tập và tìm hiểu, em đã được làm quen với môn học: “Vi
mạch tương tự và vi mạch số”. Để áp dụng lý thuyết với thực tế của môn học này
em nhận bài tập lớn: “Thiết kế mạch đo và hiển thị tốc độ động cơ”. Tuy nhiên do
kiến thức còn hạn chế, tài liệu tham khảo có giới hạn nên còn có những sai sót. Em
rất mong thầy, cô giáo thông cảm và giúp đỡ em hoàn thiện bài tập lớn này.
Em xin chân thành cảm ơn!
3
Chương 1 Tìm hiểu chung về mạch số, Bộ đếm BCD, bộ giải mã cho LED 7
thanh có Ca-tot chung và led 7 thanh
I. MẠCH SỐ
1.Khái niệm
Mạch số (mạch Digital) xử lý các tín hiệu số ( là tín hiệu có biên độ biến thiên
không liên tục theo thời gian hay rời rạc thời gian), nó được biểu diễn dưới dạng
sóng xung với 2 mức điện thế cao và thấp mà tương ứng với 2 mức hiệu điện thế
này là 2 mức logic của mạch số. Việc xử lý bao gồm các vấn đề: lọc số, điều chế
số, gain điều chế số, mã hóa , giải mã,…
+ Ưu điểm so với mạch tương tự:
• Đơn giản dễ hiểu
• Dễ phân tích thiết kế
• Độ chính xác cao, ít ảnh hưởng bởi nhiễu
• Khả năng lưu trữ, truyền tải
• Dễ tạo mạch thích hợp
• Hoạt động có thể lập trình
2. Hệ thống số đếm
Trong cuộc sống và toán học có 4 hệ đếm cơ bản : hệ đếm thập phân (hệ đếm
10),hệ đếm nhị phân (hệ đếm 2),hệ đếm thập lục phân(hệ đếm 16)và hệ đếm bát
phân (hệ đếm 8).
-
Hệ đếm thập phân sử dụng 10 chữ số từ 0 đến 9 thường sử dụng trong
toán học và đời sống , ký hiệu là hệ đếm D(decimal).
Hệ đếm nhị phân sử dụng 2 chữ số là 0 và 1 ,thể hiện không có và có
còn trong mạch điện tương ứng với có điện áp mức thấp (L) hay mức
cao (H), hệ này thường dùng trong máy tính số , ký hiệu là B(binary)
Hệ đếm thập lục phân sử dụng 10 chữ số từ 0-9 của hệ 10 và các chữ
cái A đến H để mô tả vậy tổng cộng có 16 chữ số.
3. Cách chuyển đổi số giữa các hệ đếm
- Đổi số hệ nhị phân sang hệ thập phân (hệ 2 sang hệ 10)
4
Quy tắc cộng các số 2i có hệ số bằng 1 với nhau
- Đổi số thập phân sang hệ nhị phân (hệ 10 sang hệ 2)
Quy tắc lấy số hệ đếm 10 chia cho 2 đến khi thấy thương là số 0.
-
Đổi số hệ nhị phân sang hệ thập lục phân (hệ 2 sang hệ 16)
Quy tắc nhóm số hệ 2 thành nhóm 4 bit bắt đầu từ bit có trọng số thấp nhất (bên
phải).
-
Đổi số hệ thập lục phân sang hệ nhị phân (hệ đếm 16 sang hệ 2)
Quy tắc mỗi hệ 16 là 1 nhóm 4 bit cua hệ số 2 , chuyển số hệ 16 sang số hệ 10,
chuyển số hệ 10 thành 1 nhóm 4 bít của hệ 2.
-
Đổi số hệ thập phân sang hệ thập lục phân (hệ 10 sang hệ 16)
Quy tắc lấy số hệ 10 chia liên tục cho 16, các số dư của mỗi lần chia (từ 0-FH)
là các chữ số của số hệ 16 tương ứng số dư cuối cùng là chữ số có trọng số cao
nhất .
-
Đổi số hệ thập lục phân sang hệ thập phân (hệ 16 sang hệ 10)
Quy tắc cộng các số n.16i với nhau , trong đó n là các chữ số từ 0 đến Fh.
II. Bộ đếm BCD
1. Bộ mã hóa BCD
- Người ta dùng số nhị phân để mã hóa (mô tả) 10 chữ số thập phân (từ 0 đến 9)
trong đó mỗi chữ số thập phân được biểu diễn bởi một số cố định các bit, thường là
4 hoặc 8. Dạng mã này được gọi là mã nhị - thập phân, còn được gọi là mã
BCD( Binary Code Decimal).
5
Sơ đồ
Bộ mã hóa
Mã thập phân
BCD
Mã nhị phân
- Trong các mã BCD thì mã 8421 là mã được dùng nhiều nhất. Cụ thể, mã nhị phân
theo mã 8421 của 10 chữ số hệ thập như bảng sau
Số hệ 10
Mã BCD (8421)
Số hệ 10
Mã BCD (8421)
2.
0
0000
5
0101
Bộ
1
0001
6
0110
2
0010
7
0111
3
0011
8
1000
4
0100
9
1001
đếm BCD
- Bộ đếm là thiết bị đếm được số xung đến cửa vào, đầu ra của bộ đếm là số lượng
xung đếm được. Bộ đếm rất đa dạng. Chúng được phần loại theo cách thức hoạt
động gồm có: bộ đếm đồng bộ và bộ đếm không đồng bộ( bộ đếm dị bộ),
hoặccphân loại theo hệ số đếm của mạch làm: bộ đếm nhị phần, bộ đếm thập phần
và bộ đếm N phần. Còn bộ đếm tăng số đếm khi số lượng xung đồng bộ tăng gọi là
bộ đếm thuận, ngược lại số lượng đếm lại giảm khi số lượng xung đồng bộ tăng gọi
là bộ đếm nghịch.
- Bộ đếm BCD là bộ đếm thập phân mà các trạng thái trong bộ đếm tương ứng từ
0000 đến 1001. Vậy mạch tạo bởi 4 mạch lật và các mạch cổng logic
- Một trong số các bộ đếm thập phân đồng bộ theo mã BCD
6
Mạch có 4 mạch lật kiểu JK, được kí hiệu từ F0 đến F3 và sử dụng 5 mạch AND.
Xung CP cấp đến đồng thời cả 4 mạch lật. Cửa vào JK của F0 đều có mức “1”. Q0
đến Q3 là các ngõ ra của bộ đếm. C là đầu ra nhớ lên hàng thập phân cao hơn của
bộ đếm.
● Phân tích
Tín hiệu đồng bộ CP (xung đưa vào để đếm) được cấp vào 4 JK. Tín hiệu ra thay
đổi trạng thái tại sườn âm của xung CP
Phương trình đầu ra nhớ C có: C=
Đầu vào JK: J0 =K0=1, J1=, K1=, J2=,K2=, J3=, K3=.
Từ phương trình dặc trưng JK: Qn+1 = Jn + Qn
Ta được:
;
;
;
;
C=;
Được kích thích với sườn âm xung CP
Sau tính toán ta được bảng sau:
Thứ tự
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
0
C
0
0
7
2
0
0
1
0
0
0
1
1
0
3
0
0
1
1
0
1
0
0
0
4
0
1
0
0
0
1
0
1
0
5
0
1
0
1
0
1
1
0
0
6
0
1
1
0
0
1
1
1
0
7
8
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
0
0
0
1
0
0
9
1
0
0
1
1
0
1
0
1
10
1
0
1
0
1
0
1
1
0
11
1
0
1
1
0
1
0
0
1
12
1
0
0
0
1
1
0
1
0
13
1
1
0
1
0
1
0
0
1
14
1
1
1
0
1
1
1
1
0
0
0
1
15
1
1
1
1
0
0
- khi đếm đếm 10 ta có 2 phương pháp để reset về 0
● Kiểu reset
- Ta thấy ở xung thứ 10, nếu theo cách đếm 4 tầng thì QD và QB phải lên 1. Lợi
dụng hai trạng thái này ta dùng một cổng NAND 2 ngã vào để đưa tín hiệu về chân
CL xóa các FF, ta được mạch đếm.
Mạch đếm kiểu Reset có khuyết điểm như:
- Có một trạng thái trung gian trước khi đạt số đếm cuối cùng.
- Ngã vào Cl không được dùng cho chức năng xóa ban đầu
● Kiểu Preset:
Trong kiểu Preset các ngã vào của các FF sẽ được đặt trước thế nào để khi mạch
đếm đến trạng thái thứ N thì tất cả các FF tự động quay về không.
Để thiết kế mạch đếm không đồng bộ kiểu Preset, thường người ta làm như sau:
8
- Phân tích số đếm N = 2 n.N’ (N’
- Quan sát bảng trạng thái và kết hợp với phương pháp thiết kế mạch đếm đồng bộ
(MARCUS hay hàm chuyển) để xác định JK của các FF.
III. Bộ giải mã nhị - thập phân ( bộ giải mã BCD) cho led 7 thanh có ca-tot
chung:
1. Nội dung
- Mạch có 4 ngã vào cho số BCD và 7 ngã ra thích ứng với các ngã vào a, b, c, d, e,
f, g của led 7 đọan, sao cho các đoạn này sáng tạo được số thập phân đúng với mã
BCD ở ngã vào.
- Bảng chân lý giải mã led 7 thanh có Ca- tốt chung:
- Từ bảng trên dùng Bảng Karnaugh hoặc có thể đơn giản trực tiếp với các hàm
chứa ít tổ hợp, ta có kết quả:
- Từ các kết quả ta có thể vẽ mạch giải mã 7 đoạn dùng các
cổng logic. Hai IC thông dụng dùng để giải mã BCD sang 7
đọan là:
CD 4511 (loại CMOS, ngã ra tác động cao và có
đệm)
-
7447 (loại TTL, ngã ra tác động thấp, cực thu để
hở)
2. IC 74HC4511
Với bài này chúng ta dùng bộ giải mã đó là IC 74HC4511
9
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 ,…
- Chúng ta tìm hiểu sơ đồ chân của nó như sau :
-Chú ý là loại này dùng cho led 7 vạch loại ca-tôt chung có nghĩa là tất cả
ca-tôt của led nốí chung với nhau và nối với đất ,như vậy dữ liệu đẩy vào led sẽ
tích cực ở mức cao tức là mức 1 thì mới làm led sang.
- 4511 Có 16 chân .
- Chân 16 luôn là chân nối với nguồn dương (5 v ), chân số 8 nối với đất .
- Chân 1,2,7,6 là chân đưa dữ liệu đầu vào ,chúng ta có thể chọn dữ liệu loại
này là dữ liệu logic tức là dạng 1,0,1,0…
- 7 chân đầu ra là chân 9 ,10,11,12,13,14,15.sẽ xuất ra dữ liệu của dạng 7
vạch .
- Chân số 5 là chân dùng để điều khiên tế bào nhớ ,chân này = 0 thì IC hoạt
động bình thường , còn = 1 thì dữ nguyên trạng thái ở các đầu ra ,và dữ cho đến
khi nó trở về chân này được chuyển về 0 thì đầu ra lại tiếp tục hoạt động .(nếu
hiểu sâu sa thì chúng ta hiểu khi IC hoạt động thì dữ liệu tại đầu ra sẽ luân
phiên nhau được nhớ trong tế bào 4 bít ,vậy khi chân số 5 này ở mức 0 giả sự
gọi là đóng cửa thì IC hoạt động bình thường không vấn đề gì ,nhưng khi nó = 1
tức là mở cửa thì dữ liệu trong tế bào nhớ trào ra và đẩy liên tục vào cửa ra nên
giữ tại đầu ra một mức dữ liệu cố định ).
- Trong sơ đồ mạch chúng ta nối nó với đất .
- Chân số 3 nếu =0 thì tất cả đầu ra sẽ là mức logic 1.
- Chân số 4 thì có tác dụng ngược lại chân số 3.
10
- Ta có bảng hoạt động của 4511 :
- Ứng dụng chính là hiển thị trong các bộ đếm, đồng hồ DVM…, hiển thị tính
toán máy tính,hiển thị giải mã các bộ định thời, đòng hồ khác nhau
- Đây là giải mã loại CMOS có khả năng chốt dữ liệu lại bằng chân LE nếu kích
mức cao.
IV. LED 7 THANH
1. Khái quát
LED 7 đoạn hay LED 7 thanh (seven segment display )là 1 linh kiện rất phổ
dụng , được dùng như là 1 công cụ hiển thị đơn giản nhất , và trong các thiết bị ,
để báo trạnh thái hoạt động của thiết bị đó cho người sử dụng với thông số chỉ
là dãy số đơn thuần , thường người ta sử dụng “led 7 đoạn “. Led 7 đoạn được
sử dụng khi các dãy số không đòi hỏi quá phức tạp , chỉ cần hiển thị nhiệt độ
phòng , trong các đồng hồ treo tường bằng điện tử , hiển thị số lượng sản phẩm
được kiểm tra sau một công đoạn nào đó ..
Trong LED 7 thanh bao gồm ít nhất là 7 con LED mắc lại với nhau có dạng
thanh xếp hình
vì vậy mà có tên là LED 7 đoạn là vậy , 7 LED đơn được
mắc sao cho nó có thể hiển thị được các số từ o đến 9 và 1 vài chữ cái thông
dụng , để phân cách thì người ta còn dùng thêm 1 LED đơn hình tròn nhỏ thể
hiệ n dấu chấm tròn ở góc dưới , bên phải của led 7 đoạn để hiển thị dấu chấm
(dot).
Các led đơn lần lượt được gọi tên theo chữ cái A-B-C-D-E-F-G , và dấu chấm
dot.
Như vậy nếu như muốn hiển thị ký tự nào thì ta chỉ cần cấp nguồn vào chân đó
là led sẽ sáng như mong muốn
11
2. Thông số
LED 7 thanh dù có nhiều biến thế nhưng tựu chung thì cũng chỉ vẫn có 2 loại
đó là :
+ chân Anode chung (Chân + các led được mắc chung lại với nhau .)
+ chân Catode chung (Chân – các led được mắc chung với nhau .)
và đưa các chân nối với nhau vào 1 điểm , được đưa chân ra ngoài để kết nối
với mạch điện 8 cực còn lại trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân riêng ,
cũng được đưa ra ngoài để kết nối với mạch điện . 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
3. Trở hạn dòng
Trong các mạch thì thường dụng nguồn 5V nên để tránh việc đốt cháy led thì
cách đơn giản nhất là mắc thêm trở hạn dòng
Vì led 7 đoạn chứa bên trong nó các led đơn , do đó khi kết nối cần đảm bảo
dòng qua mỗi led đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ led. Nếu kết nối vói
nguồn 5V có thể hạn dòng bằng điệ n trở 330 (ôm) trước các chân nhận tín hiệu
điều khiển.
4. Mã led cho led 7 thanh
12
- Bảng mã hiển thị led 7 đoạn dành cho led 7 đoạn có Ca-tốt chung (các led
đơn sáng ở mức 1)
Số hiển thị
trên led 7
đoạn
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F
Mã hiển thị led
7 đoạn dạng
thập lục phân
Mã hiển thị led 7 đoạn dạng nhị phân
7
h
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
6
g
0
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
5
f
1
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
4
e
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
3
d
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
0
2
c
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
b
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
0
0
0
a
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
3F
06
5B
4F
66
6D
7D
07
7F
6F
77
7C
39
5E
79
71
Bảng mã hiển thị led 7 đoạn dành cho led 7 đoạn có A-node chung (các led
đơn sáng ở mức 0)
Số hiển thị
trên led 7
đoạn
0
1
2
3
4
7
Mã hiển thị led 7 đoạn dạng nhị phân
6
5
4
3
2
1
0
h
g
f
e
d
c
b
a
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
Mã hiển thị
trên led 7
đoạn dạng
thập lục
C0
F9
A4
B0
99
13
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
92
82
F8
80
90
88
83
C6
A1
86
8E
14
Chương 2 Thiết kế mạch đo tốc độ động cơ
I.Sơ đồ
Hiển
Thị
LED
Hiể
n
Thị
Hiể
n
Thị
Hiể
n
Thị
Giải
mã
Led
Giải
mã
Led
Giải
mã
Led
Giải
mã
Led
Bộ
đếm
BCD
Bộ
đếm
BCD
Bộ
đếm
BCD
Bộ
đếm
BCD
Khối tạo
xung mở
cổng
Cổng
Bảng
điều
khiển
Encoder
* Nhiệm vụ các khối:
- Cổng: Gồm logic “and” đưa tín hiệu của khối tạo xung mở cổng và encoder vào
bộ đếm
- Khối tạo xung mở cổng:
15
- Gồm:
+Bộ tạo xung: là 1 IC 555 để tạo xung vuông với tần số phù hợp.
+ Bộ chia tần: IC 4017 chia thành 10 tín hiệu tần số
- Nhiêm vụ tạo ra 1 xung để mở cổng cho tín hiệu xung từ encoder đi vào bộ
đếm trong thời gian được đặt trước
-Bộ đếm BCD : Gồm các IC 74LS190 được ghép nối với nhau đếm xung vào từ
encoder qua cổng để tạo các bit BCD 8421
- Bộ giải mã led: Gồm các IC 74HC4511 để giải mã BCD để đưa ra khối hiển
thị.
- Khối hiển thị: Hiển thị tín hiệu sau giải mã bằng LED 7 thanh chung ca- tốt
- Bộ điều khiển: Gồm 2 nút bấm
+ Nút bấm START: Gồm 1 nút ấn, khi ấn sẽ cấp xung từ IC555 cho IC
4017.
+ Nút reset: Đặt lại toàn bộ hệ thống về thời điểm ban đầu bằng cách
reset bộ đếm IC 74SL190 và bộ chia tần IC 4017.
II.Cấu tạo của từng khối
1.Khối tạo xung
Khối tạo xung mở cổng
16
Bao gồm 1 IC555 dùng để tạo xung,1 IC 4017 để chia tần,1 cổng NOT, 1 cổng
AND,1 cổng OR. Và một số linh kiện khác
1.1 IC 555
Thứ tự các chân của IC 555
Chân 1 (GND): Chân cho nối masse để lấy dòng.
Chân 2 (Trigger): Chân so áp với mức áp chuẩn là 1/3 mức
nguồn nuôi.
Chân 3 (Output): Chân ngả ra, tín hiệu trên chân 3 c1 dạng
xung, không ở mức áp thấp thì ở mức áp cao.
Chân 4 (Reset): Chân xác lập trạng thái nghĩ với mức áp trên
chân 3 ở mức thấp, hay hoạt động.
Chân 5 (Control Voltage): Chân làm thay đổi mức áp chuẩn
trong IC 555.
Chân 6 (Threshold): Chân so áp với mức áp chuẩn là 2/3 mức
nguồn nuôi.
Chân 7 (Discharge): Chân có khóa điện đóng masse, thường
dùng cho tụ xả điện.
Chân 8 (VCC): Chân nối vào đường nguồn V+. IC 555 làm việc
với mức nguồn từ 3 đến 15V.
Trong IC với chân 1 nối masse và chân 8 nối vào đường nguồn Vcc, là một
cầu chia áp với 3 điện trở bằng nhau (đều là 5K). Cầu chia áp này tạo ra 2
mức áp ngưỡng, một là 1/3 mức áp nguồn dùng làm mức áp ngưỡng cho
tầng so áp, tín hiệu vào trên chân số 2, và một khác là 2/3 mức áp nguồn
-
17
dùng làm mức áp ngưỡng cho tầng so áp khác, tín hiệu vào trên chân số 6.
Chân số 5 có thể chịu tác động ngoài để làm thay đổi mức áp ngưỡng. Chân
số 7 là một khóa điện đóng/mở (transistor bão hòa/ngưng dẫn) theo mức áp
trên chân số 3. Chân số 3 là ngả ra và là ngả ra một tầng Flip Flop, nên tín
hiệu trên chân 3 có dạng xung (mức áp chỉ xác lập ở trạng thái cao hay
thấp). Chân 4 là chân Reset, khi chân 4 ở mức áp thấp nó ghim chân 3 luôn
ở mức áp thấp, chỉ khi chân 4 ở mức áp cao, lúc đó trạng thái mức áp trên
chân số 3 sẽ theo tác động của tầng Flip Flop.
Chú ý trong mạch này, chân số 2 cho nối vào chân số 6. IC 555 đã được ráp
thành mạch dao động (A-Stable). Tần số xung ra trên chân 3 sẽ tùy thuộc
vào trị số các điện trở RA, RB và tụ C. Trên chân 5 có thể mắc thêm tụ lọc
0.01uF để ổn định điện áp của các mức áp ngưỡng. Trạng thái ra trên chân
số 3 sẽ tùy thuộc vào mức áp cao trên chân 4 cho dao động và mức áp thấp
trên chân 4 (bị ghim ở mức thấp).
1.2 IC 4017
-
Đây là một IC chia
tần từ 2 tới 10.
tần với hệ số chia
- Sơ đồ chân:
18
- Hoạt động
+ Chân 14( CLK) nhận xung.
+ Chân (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 11, 10, 9) (Q0-Q9) đưa dữ liệu ra ngoài, mỗi lần kích một
xung vào, một chân sé được đưa lên mức cao một cách tuần tự, các chân còn lại ở
mức thấp.
+ Chân 13(E): Tích cực mức thấp.
+ Chân 15(MR): Chân reset, mỗi khi kích lên mức cao, IC được reset.
+ Chân 12 (CO): Trong 5 xung đầu ( từ Q0 - Q4 lần lượt lên mức cao) CO ở mức
cao, 5 xung tiếp theo (từ Q5 – Q9 lần lượt lên mức cao) CO ở mức thấp.
2 Bộ khởi động
- Gồm 3 công tắc
+ công tắt 1: nối giữa xung IC 555 và IC 4017 để bật tắt bộ đo tốc độ
+ công tắc 2: nối chân MR của IC 4017 vào mức cao để reset IC về Q0
+ công tắc 3: nối chân PL của IC 74LS190 vào mức thấp để đặt bộ đếm về 0
3. Động cơ và encoder:
Một trong những thành phần không thể thiếu trong mạch đo tốc độ chính là
động cơ, với những yêu cầu đo thực tế ta có những loại động cơ khác nhau.
Tìm hiểu qua về cấu tạo của Encoder:
* Cấu tạo của encoder
19
Nhìn trên hình ta thấy encoder gồm: 1 tấm tròn có khắc lỗ, 1 Hệ thông LED phát
và thu.
Như vậy là encoder sẽ tạo ra các tín hiệu xung vuông và các tín hiệu xung vuông
này được cắt từ ánh sáng xuyên qua lỗ. Nên tần số của xung đầu ra sẽ phụ thuộc
vào tốc độ quay của tấm tròn đó. Đối với encoder đang dùng thì nó có 3 tín hiệu ra
lệch pha nhau 90 là A và B, còn chân Z là 1xung/vòng . Hai tín hiệu này có thể xác
định được chiều quay của động cơ.
20
Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục. Trên đĩa
có các lỗ (rãnh). Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay, chỗ
không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led
sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt
thu. Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được
đèn led có chiếu qua lỗ hay không. Số xung đếm được và tăng lên nó tính bằng số
lần ánh sáng bị cắt!
Khi trục quay, giả sử trên đĩa chỉ có một lỗ duy nhất, cứ mỗi lần con mắt thu
nhận được tín hiệu đèn led, thì có nghĩa là đĩa đã quay được một vòng.
Đây là nguyên lý rất cơ bản của encoder
4. Khối cổng:
Nhiệm vụ: Cho tín hiệu đi qua trong 1 thời gian nào đó, tín hiệu mở được lấy ra từ
khối xung mở cổng.
Chọn linh kiện :AND
Khi tín hiệu ở 2 chân của hàm AND ở mức 1 sẽ cho tín hiệu đi qua vào bộ đếm.
5. Bộ đếm BCD (IC 74LSl90)
IC 74LS190 là một IC tạo mã BCD rất thông dụng trong các mạch điện tử:
+ Các chân 16 (VCC) nối với dương nguồn, GND(8) nối mass
+Các chân P0, P1 , P2, P3 quy định mã BCD ban đầu được load vào mạch, và các
chân: Q0 ,Q1 ,Q2 ,Q3 nối với bộ giải mã BCD.
+ Chân 4 (CE): Tích cực ở mức thấp, khi chân ở mức thấp IC hoạt động, khi ở mức
cao các chân ra nối với cao trở.
21
+ Chân 5 (U/D): Chọn cách đếm lên (kích mức thấp ) hoặc đếm xuống ( kích mức
cao).
+ Chân 11( PL): Là chân điều khiển. Khi ở mức thấp, IC thực hiện load giá trị vào
ở các chân (Q0 ,Q1 ,Q2 ,Q3) khi kích lên mức cao IC mới thực hiện đếm.
+ Chân 13 (RC): Chân dữ liệu nối tiếp, một xung sẽ được tạo ra khi IC đếm tiến
đến 9 hoặc khi IC đếm lùi đến 0
+ Chân 14( CP): Chân nhận xung clock vào, mỗi lần có một xung kích vào tại
sườn dương (từ mức thấp lên cao) mã BCD lại thay đổi tăng hoặc giảm một giá trị.
+ Chân 12( TC): Khi CE ở mức thấp, chân TC có nhiệm vụ cấp xung. Khi RC ở
mức thấp, TC lên mức cao và ngược lại. Khi CE lên mức cao, RC được kéo lên
mức cao.
6.Bộ giải mã LED 7 thanh (IC 74HC4511)
IC 74HC4511 là loại IC có chức năng ngược lại với mạch mã hóa. Mục đích sử
dụng phổ biến nhất của mạch giải mã là làm sáng tỏ các đèn để hiển thị kết quả
ở dạng chữ số. do có nhiều loại đèn hiển thị và có nhiều loại mã số khác nhau
nên có nhiều mạch giải mã khác nhau.
- Chức năng chân :
+ Chân 1, 2, 6, 7 (D1 , D2 , D3 , D4):
Nhận mã BCD vào.
+ Chân 3, 4, 5 (LT, BI, LE): Tích cực
mức thấp.
+ Chân 8 (GND) nối mát, 16 (VCC)
nối dương nguồn (+5 V).
+ Chân 13, 12, 11, 10, 9, 15, 14 (Qa , Qb
,Qc ,Qd ,Qe ,Qf ,Qg): Chân xuất dữ lieu
vào led 7 thanh. Sử dụng cho led 7
thanh Catot chung.
7. Khối hiển thị:
Led 7 thanh: là 7 con led xếp với nhau thành một hình, nhằm thể hiện các con số.
Một chân của các con led được nối với nhau ( Katot chung hoặc Anot chung), các
chân còn lại được đưa ra nhằm phân cực các con led.
22
II. Nguyên lí.
1. Ý tưởng xây dựng mạch và tính toán
- Để đo tốc đọ động cơ ta dùng một con encoder quay theo động cơ để đếm xung
đầu ra. Dựa vào xung đầu ra và số xung trong 1 vòng của encoder ( được ghi trên
các thiết bị encoder) để tính toán ra tốc độ vòng/ phút của động cơ
- Với IC 74sl190 ta chỉ đếm được xung ra của encoder nên để hiển thị tốc độ lên
led ta chỉ có thể tính toán sao cho số xung = tốc độ bằng cách dựa vào thời gian
đo.
- Ta có “x” là số xung đếm được trong một khoảng thời gian tx, N là số xung trong
1 vòng của encoder, “v” là tốc độ động cơ cần tìm và để hiển thị. Ta được công
thức sau:
Tốc độ:
- Theo đề ra ta có N=1 xung/vòng
- Vậy ta cần phải đo xung từ encoder trong thời gian là 60s.
2. Nguyên lý làm việc.
● Nguyên lí đo tốc độ động cơ:
23
- Từ IC 555 ta tạo 1 xung với chu kì T= ln(2).(Ra+2Rb).C =15s. Chọn Ra
= Rb = 100kΩ suy ra C ≈ 72.13µF.
- Kích xung này vào IC 4017 thì cứ 1 xung vào tín hiệu chuyển lần lượt từ Q0 đến
Q9. Ban đầu chưa có xung thì Q0 mức ‘1’ khi kích 1 xung 15s vào thì sẽ chuyển
sang mức ‘1’ ở Q1 duy trì 15s rồi kích sang Q2 cứ như vậy cho đến Q4 ta được 15s.4
= 60s
- Kết hợp 4 tín hiệu bằng OR rồi cho vào cổng AND vs xung từ encoder ta được 1
dãy xung trong vòng 60s.
-Khi hết Q4 thì chuyển qua Q5 lúc này xung ‘1’ từ Q5 qua NOT và AND với xung từ
IC 555 để ngắt xung từ IC 555 truyền đến IC 4017 không cho encoder đo xung quá
60s.
- Xung từ encoder thu được qua bộ đếm 74sl190 để chuyển sang mac BCD rồi đưa
vào 74HC4511 giải mã cho vào LED 7 thanh hiển thị.
● Điều khiển:
Nhấn nút “ON/OFF” để bắt đầu quá trình( không nên đo ngay khi vừa khởi động
mạch vì các phần tử khởi động chưa hoạt động ổn định kết quả đo không chính
xác). Muốn thu được kết quả chính xác ta nên đo lại nhiều lần
Khi đo lại chúng ta nhấn nút “RESET” để restart mạch về ban đầu rồi bắt đầu đo.
● Lưu ý:
- Phải tách 2 đầu xung của IC 555 và IC 4017 trước khi khởi động để đảm bảo
không bị nhiễu tín hiệu từ IC 555 kích sang IC 4017
- Mạch có sai số do tính toán làm tròn và các IC hoạt
động không lý tưởng, kích xung chưa đều
- Nên cho thêm điện trở để bảo vệ LED
- Chỉnh thông số encoder (hình bên)trong proteus 8 :
- Nominal Votage: điện áp định mức
-Coil Resistance/Inductance: trở kháng/dung kháng
-Zero Load RPM: tốc độ không tải
24
- Pulses per Revolution: độ phân giải ( chính là chỉnh số xung trong 1 vòng)
25
