Tài liệu Luận văn Đo lực và ứng suất docx

Đo lực và ứng suất Trang 1
Luận văn
Đo lực và ứng suất
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
Đo lực và ứng suất Trang 2
Mục Lục
Lu n v nậ ă ........................................................................................................................1
o l c và ng su tĐ ự ứ ấ ..........................................................................................................1
M c L cụ ụ ........................................................................................................................2
L I GI I THI UỜ Ớ Ệ .........................................................................................................3
CH NG I CÁC PH NG PHÁP O BI N D NGƯƠ ƯƠ Đ Ế Ạ ...................................................6
KHÁI NI M V BI N D NG:Ệ Ề Ế Ạ .......................................................................................6
CÁC PH NG PHÁP O BI N D NG:ƯƠ Đ Ế Ạ .........................................................................6
O BI N D NG B NG STRAIN GAGE:Đ Ế Ạ Ằ ...................................................................7
M CH C U WHEATSTONE:Ạ Ầ ......................................................................................8
CH NG IIƯƠ ................................................................................................................13
KH O SÁT C NG MÁY INẢ Ổ ...........................................................................................13
B ADC 12 BIT & VÀ CÁC LINH KI N CÓ LIÊN QUANỘ Ệ ..............................................13
KH O SÁT C NG MÁY IN:Ả Ổ ...........................................................................................13
K THU T BI N I ADC – KH O SÁT ADC ICL 7109:Ỹ Ậ Ế ĐỔ Ả ......................................15
T M NHI T HO T NGẦ Ệ ĐỘ Ạ ĐỘ ........................................................................24
CH NG III THI T K PH N C NGƯƠ Ế Ế Ầ Ứ ..................................................................33
S KH I H TH NG O:Ơ ĐỒ Ố Ệ Ố Đ ................................................................................33
S L C CH C N NG CÁC KH I:Ơ ƯỢ Ứ Ă Ố .......................................................................33
THI T K PH N C NG:Ế Ế Ầ Ứ ...........................................................................................34
CH NG IV THI T K PH N M MƯƠ Ế Ế Ầ Ề .....................................................................44
NGUYÊN LÝ PH N M M:Ầ Ề ............................................................................................44
L U CH NG TRÌNH CHÍNH:Ư ĐỒ ƯƠ .......................................................................45
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
Đo lực và ứng suất Trang 3
LỜI GIỚI THIỆU

Ngày nay việc đo lường và điều khiển được ứng dụng trong sản xuất công
nghiệp cũng như trong phòng thí nghiệm rất hữu dụng. Lợi dụng việc đo ứng suất biến
dạng từ đó mà ta có thể xác định được những thông số vật lý cơ học khác như: độ võng
tĩnh, moment, lực tác dụng, …
Hiện nay đã có những máy đo như loại dùng đồng hồ chỉ thị số P3500 được thực
hiện tại phòng thí nghiệm. Khi khoa học công nghệ thông tin đã và đang phát triển thì
máy vi tính bắt đầu thay thế các thiết bị đo lường thông thường mà cho ta kết quả
nhanh và chính xác. Các thiết bị, hệ thống đo lường và điều khiển ghép nối với máy
tính có độ chính xác cao, thời gian thu thập số liệu ngắn nhưng điều đáng quan tâm hơn
là mức độ tự động hóa trong việc thu thập và xử lý các kết quả đó.
Tuy nhiên để hệ thống đo lường và điều khiển ghép nối với máy tính hoạt động
được thì ngoài phần mạch điện khuếch đại và chuyển đổi AD thì cần có chương trình
được nạp vào máy tính để xử lý kết quả.
Bài luận văn này cũng là một đề tài xử lý tín hiện điện tử bộ cảm biến cho phép
máy tính có thể giao tiếp thông qua cổng máy in.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
Đo lực và ứng suất Trang 4
PHẦN A
DẪN NHẬP
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
Đo lực và ứng suất Trang 5
I. ĐẶT VẤN ĐỀ:
Để hiểu được và làm chủ được các hiện tượng vật lý hóa học, y, sinh học...trong
đời sống chúng ta, đòi hỏi chúng ta phải có phương pháp đo và thiết bị đo lường sẽ
giúp chúng ta đạt được mục đích này.
Cùng với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ điện tử và công nghệ thông tin
chúng ta có thêm các thiết bị đo lường điện tử ngày càng chính xác hơn, sử dụng thuận
lợi hơn, hoạt động ở chế độ tự động hóa hoàn toàn. Để phục vụ cho việc tự động hóa
trong công nghiệp, chúng ta phải đề cập đến các phương pháp và cảm biến đo các đại
lượng không điện.

Ví dụ như: lực, áp suất, nhiệt độ v.v... Từ những đại lượng không điện này được
cảm biến chuyển đổi thành đại lượng điện rồi xử lý tín hiệu bằng những mạch điện tử.
Với mục đích là xác định độ biến dạng, ứng suất khi tác dụng một lực vào một
đầu của một dầm ngang. Tức là đặt một vật có khối lượng vào đầu dầm, trên dầm có
gắn Strain Gage (miếng đo biến dạng) mà từ đó ta có thể xác định được khối lượng mà
vật đặt vào. Thông qua đại lượng trung gian này mà ta có thể xác định được: độ biến
dạng ứng suất, độ võng... và đề tài này sẽ được tìm hiểu kỹ về cách thức xác định được
các đại lượng này.
Với đề tài “ĐO LỰC VÀ ỨNG SUẤT” này có thể dùng làm thiết bị đo lường ở
phòng thí nghiệm. Do đó nhiệm vụ chủ yếu là phải hiển thị được kết quả với sai số
càng nhỏ càng tốt.
II. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI:
Đo lực và ứng suất bằng máy tính. Nhờ sự trợ giúp của máy tính cộng với phần
mềm Pascal cho phép người lập trình có thể hiển thị kết quả dưới nhiều hình thức khác
nhau (hiển thị chế độ văn bản, ở chế độ đồ thị).
Với thời gian ngắn chỉ có 10 tuần mà có nhiều vấn đề cần giải quyết, hơn nữa
kiến thức về lập trình có giới hạn. Do đó trong khoảng thời gian đó, nhóm sinh viên
thực hiện tập trung vào giải quyết những vấn đề sau:
- Thiết kế phần cứng.
- Viết chương trình xử lý tín hiệu từ bộ cảm biến để hiển thị kết quả trên
màn hình.
III. CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC THI ĐỀ TÀI:
Với những yêu cầu đó ta có thể đưa ra phương pháp để thực thi đề tài như sau:
• Sử dụng kỹ thuật vi xử lý và vi điều khiển.
• Dùng máy tính để xử lý.
Với kỹ thuật vi xử lý và vi điều khiển nếu dùng led 7 đoạn để hiển thị 1 loạt các
thông số: lực, ứng suất, biến dạng... thì sẽ trở nên gặp khó khăn và hiển thị dưới đồ thị
sẽ không thực hiện được. Do đó ở đây nhóm sinh viên thực hiện chọn máy tính để xử lý
thông qua cổng máy in. Sở dĩ chọn phương pháp này có ưu điểm là:
- Có thể hiện thị cùng một lúc các thông số và đồ thị.

- Tính toán và lập trình trên phần mềm Pascal so với xử lý và vi điều
khiển.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
Đo lực và ứng suất Trang 6
CHƯƠNG I CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO BIẾN DẠNG
KHÁI NIỆM VỀ BIẾN DẠNG:
Khi đặt một lực vào vật thể, vật thể bị thay đổi hình dạng. Trong trường hợp tổng
quát, sự thay đổi này gọi là biến dạng. Ở đây chúng ta hiểu biến dạng như là sự thay đổi
hình dạng trên 1 đơn vị dài hay là độ thay đổi chiều dài tương đối.
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO BIẾN DẠNG:
Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, kỹ thuật đầu dò, đặc biệt từ những
năm 1970, người ta đã chế tạo ra rất nhiều dụng cụ đo biến dạng dựa trên các nguyên lý
cơ khí, quang, điện âm thanh và nguyên lý khí nén... Tuy nhiên không có một nguyên
lý nào có thể thỏa mãn mọi yêu cầu kỹ thuật đặt ra. Do đó có rất nhiều hệ thống đo
khác nhau để đáp ứng mọi yêu cầu đo trong phạm vi giải quyết những vấn đề khác
nhau, sau đây là các phương pháp đo:
1. Phương pháp cơ khí:
Phương pháp cơ khí đo biến dạng ngày nay ít được sử dụng, bởi vì đo biến dạng
bằng điện trở chính xác hơn và dễ sử dụng. Tuy nhiên, dụng cụ đo cơ khí được gọi là
Extensometer vẫn còn được sử dụng rộng rãi trong hệ thống kiểm tra vật liệu.
2. Phương pháp âm thanh:
Phương pháp âm thanh đo biến dạng hiện nay hầu hết được thay đổi bằng
phương pháp đo điện. Phương pháp đo biến dạng bằng âm thanh có nét độc đáo riêng,
ổn định không mất độ chính xác theo thời gian. Phương pháp đo biến dạng bằng âm
thanh vẫn được sử dụng dựa trên nguyên lý do ông R.S.Jerrett sáng chế vào năm 1944.
3. Phương pháp biến dạng bằng điện trở:
Phương pháp đo biến dạng bằng điện trở này được xem là hoàn hảo nhất, chỉ trừ
một số trường hợp đạc biệt phương pháp này không sử dụng được. Phương pháp này
được xem là phổ biến nhất hiện nay dựa trên nguyên lý do ông Kelvin phát hiện năm
1856.

4. Phương pháp đo biến dạng bằng chất bán dẫn:
Ưu điểm có độ nhạy cao nhưng giá thành lại cao. Phạm vi đo chịu ảnh hưởng
nhiều về yếu tố nhiệt độ. Phương pháp này dùng để đo biến dạng rất nhỏ vì nó cực
nhạy (với điều kiện nhiệt độ ổn định) song rất ít sử dụng.
5. Phương pháp đo biến dạng bằng phương pháp lưới:
Phương pháp này có từ lâu đời, đặt lưới lên mẫu thử chụp hình trước và sau khi
đạt tải trọng, lưới sẽ bị biến dạng. Phương pháp này có điểm khó khăn là các biến dạng
thường nhỏ do đó hầu hết các trường hợp sự dịch chuyển các mắt lưới không bảo đảm
tính chính xác. Để sử dụng phương pháp biến dạng đủ lớn (cho chất dẻo cao su) rất
hiệu quả.
6. Phương pháp tạo mẫu Hickson (phương pháp lưới):
Đặt tờ giấy nhám lên vật mẫu kéo theo 2 phương để tạo vết trầy. Để đo biến
dạng trên mẫu thử rất khó nên người ta lấy tấm hợp kim mỏng dán lên chỗ trầy, để in
lên tấm phim đó, thay vì đo vật mẫu người ta đo vết trầy lên tấm phim.
Trong suốt 50 năm qua phương pháp đo biến dạng bằng điện trở đã được sử dụng
rộng rãi vì sự đơn giản cũng như kết quả đáng tin cậy của chúng.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
Đo lực và ứng suất Trang 7
Do đó trong đề tài này nhóm sinh viên thực hiện đo biến dạng bằng điện trở.
ĐO BIẾN DẠNG BẰNG STRAIN GAGE:
Miếng đo biến dạng (strain - gage) là một cấu kiện điện trở được dùng để dán lên
một bộ phận biến dạng. Mức biến dạng của bộ phận thông qua lớp keo được truyền
sang miếng đo. Miếng đo như vậy phải chịu một sự biến động tỷ lệ với điện trở của nó.
Strain Gage (SG-miếng đo biến dạng) là một trong những công cụ quan trọng của
kỹ thuật đo lường điện tử được áp dụng đo các đại lượng cơ học. Đúng như tên gọi, nó
được sử dụng để đo biến dạng. Biến dạng của một vật thể được gây ra bởi tác nhân bên
ngoài hoặc bên trong, làm sinh ra ứng suất. Do vậy trong phân tích ứng suất thực
nghiệm người ta sử dụng rộng rãi phương pháp xác định biến dạng.
Các thiết bị biến dạng cho đến nay đã được nhiều hãng chế tạo như: Hottinger
Baldwin, Messttechnik, Micromesures Vishay...

Strain Gage được tạo ra với 2 kết cấu là lưới phẳng và dạng ống trụ.
a. Dạng lưới phẳng b. Dạng ống trụ
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
W i n d i n g C o r d
Đo lực và ứng suất Trang 8
1. Hệ số miếng đo (Gage factor):
Sự thay đổi điện trở của một cấu kiện có điện trở biến đổi được tùy thuộc vào
quan hệ sau:
Với R: là điện trở ban đầu của cấu kiện.

L: chiều dài ban đầu của cấu kiện.
F : hệ số miếng đo.
Một miếng đo lý tưởng phải có một điện trở rất lớn, một hệ số đo cực đại và
một mức giới hạn đàn hồi cao, đồng thời lại khơng bị ảnh hưởng nhiệt độ cao tác động.
Thêm vào đó, hệ số miếng đo ln ln bất biến cho dù mức biến dạng có lớn đến đâu
đi chăng nữa.
Để miếng đo có thể hoạt động một cách thích hợp theo sức căng cũng như sức
nén, sợi điện trở phải càng mỏng để cho lớp keo có thể truyền hồn tồn mức biến dạng
của bộ phận sang miếng đo.
2. Chất keo dán:
a) Keo cyanoacrylate: Rất thực dụng cho việc áp dụng bình thường trong
thời gian ngắn, nhiệt độ áp dụng dưới 100
0
C. Sẽ khơ cứng trong vài giây dưới tác
dụng của sức ép.
b) Keo epoxy: Rất có hiệu quả, ổn định trong thời gian lâu với nhiệt độ
đến 300
o
c.
c) Keo gốm: Khó áp dụng hơn vì cần thiết bị đặt biệt có vẻ mong manh

yếu ớt, khơng cho phép dùng với những biến dạng lớn.,sử dụng được đến 600
o
c.
d) Hàn: Đây là cách thức thực tế nhất để dùng ở nhiệt độ cao cho các
miếng đo trong vỏ bọc kim loại rất đặc.
Cần chú ý là bề mặt để dán phải được tẩy sạch dầu mỡ và sau đó được trung hòa
bằng hóa chất. Để tạo ra bề mặt có tính chất lý tưởng đối với loại keo này, bề mặt phải
được làm sạch vết rỉ để tạo ra bề mặt nhẵn nhưng khơng q bóng.
MẠCH CẦU WHEATSTONE:
Cầu Wheatstone là mạch cầu được chọn nhiều nhất trong việc đo những biến
dạng điện trở nhỏ (tối đa 10%) như trong việc dùng các miếng đo biến dạng.
1. Ngun lý:
Đối cầu Wheatstone của hình 1:
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
E.F
L
L
F
R
R
=
∆
=
∆
m
E
Z m
m
H ì n h 1 : M a ïc h c a àu W h e a t s t o n e
R 1

R 2
R 4
R 3
V
trở điện đổi biếnđộ:
R
R
∆
o lc v ng sut Trang 9
Tớn hiu u ra E
m
qua thit b o vi tr khỏng Z
m
:
R: in tr danh ngha ban u ca cỏc in tr R
1
, R
2
, R
3
& R
4
(thng l 120 nhng
l 350 cho cỏc b bin cm).
V: in ỏp cung cp cho cu.
in ỏp cung cp cho cu l mt ngun nng lng cung cp tht n nh.
Phn ln Z
m
ln hn R rt nhiu (vớ d nh:Vụn k, b khuch i vi liờn kt trc
tip) do ú thỡ phng trỡnh (1) tr thnh:

T (2) cú nhn xột l: s thay i n v in tr ca 2 in tr nghch nhau. c
tớnh ny ca cu Wheatstone thng c dựng bo m tớnh n nh nhit ca
mch o v cng dựng cho cỏc thit k c bit.
2. Cõn bng ban u:
Trc khi bt u vic th nghim, iu quan trng l nờn nh em tt c cỏc s
ghi trờn thit b tr li s khụng. iu ny s lm n gin cho vic th hin o c v
cho phộp dựng thit b tt hn. Hỡnh trờn cho thy mt phng phỏp thng dựng
m bo cho vic cõn bng ban u. R
a
l in tr c nh, R
b
l mt th k nhiu vũng.
Trong phn ln thng s dng R
a
=20k, R
b
=40k thớch hp cho vic cõn bng.
SVTH :H THANH LM - PHM TRNG QUNH
trụỷ. ủieọn cuỷa vũ ủụn ủoồi Bieỏn:
(1)
4
4
3
3
2
2
1
1
14
R

R
R
R
R
R
R
R
R
R
Zm
R
V
Em










+

+
=
( )
2
4
4
3
3
2
2
1
1
4









+



=

R
R
R
R
R
R
R
RV
Em
M a ùc h c a u c a õn b a ốn g b a n ủ a u
E m
R 1
R 2
R 3
R 4
V
R a
R b
Đo lực và ứng suất Trang 10
Trong trường hợp của các bộ biến cảm, việc cân bằng có thể thực hiện trực tiếp
lên bộ cảm biến bằng cách thêm những điện trở vào mạch các miếng đo.
3. Các đặc tính của cầu:
a) Bù nhiệt:
Phần lớn các miếng đo biến dạng hiện nay đều có khả năng tự động cân bằng. Thí
dụ, một miếng đo được cân bằng cho phép về lý thuyết sẽ không cho thấy sự thay đổi
điện trở nào khi miếng thép mà miếng đo được dán lên sẽ giãn nở khi nhiệt độ thay đổi.
Đặc tính tự cân bằng này có được là nhờ việc xử lý nhiệt áp dụng cho kim loại dùng để
chế tạo ra miếng đo. Cách xử lý nhiệt này chỉ có hiệu quả trong một tầm nhiệt độ giới
hạn nào đó.
Bằng cách dùng cầu Wheatstone ta cũng có thể chế tạo mạch cân bằng nhiệt độ.

Như đã biết, sự thay đổi nhiệt độ của 2 nhánh cầu kề nhau sẽ tự triệt tiêu nên miếng đo
cân bằng D được nối vào mạch cầu Wheatstone với miếng đo hữu công A.
(xem hình vẽ).
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
Đo lực và ứng suất Trang 11

Mạch cân bằng nhiệt độ.
Miếng đo D cũng có cùng tính chất như miếng đo A và cũng được dán lên khối
vật liệu; trong khi dán các miếng đo, khối vật liệu thử nghiệm này khơng bị chịu một
lực tác động nào. Ngồi ra 2 miếng đo A&D nên được đặt gần với nhau càng tốt; tất cả
sự thay đổi nhiệt độ chung cả hai miếng đo này sẽ được triệt tiêu và nó sẽ tự cân bằng
nhiệt độ.
b) Sự kết hợp các miếng đo:
Cầu Wheatstone cho phép kết hợp nhiều miếng đo hữu cơng. Hình trên cho thấy
bốn miếng đo được dán lên thanh mẫu. Khi thanh mẫu bị kéo ra khỏi bởi lực P, những
biến dạng tương tự sẽ là:
ν: hệ số Poisson.
A: tiết diện ngang.
E: Modun đàn hồi.
Bốn miếng đo như vậy tạo thành cầu Wheatstone nên điện áp ở đầu ra sẽ là:
Độ uốn của thanh mẫu sẽ được cầu Wheatstone cảm nhận vì các miếng đo 1 và 3
( cũng như 2&4) sẽ cộng các biến dạng có dấu nghịch với nhau và như thế sẽ tự triệt
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
( )
[ ]
.12
εν
+==∆
KEmE
2)&1 thức biểucác lại(xem

4
VF
K
=
ευεε
εεε
. Và
.
42
21
−==
===
EA
P


R 3
R 4
R 2
R 1
E
V
D
A
Active
Dumm
R3
R4
R2
R1

V
Đo lực và ứng suất Trang 12
tiêu theo nhiệt độ. Đây là nguyên lý được dùng thường xuyên trong việc thiết kế các bộ
cảm biến.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
Đo lực và ứng suất Trang 13
CHƯƠNG II
KHẢO SÁT CỔNG MÁY IN
BỘ ADC 12 BIT & VÀ CÁC LINH KIỆN CÓ LIÊN QUAN
Giao tiếp với máy tính là việc trao đổi dữ liệu giữa máy tính với một hay nhiều
thiết bị ngoại vi. Hai thiết bị ngoại vi quen thuộc của máy tính là bàn phím và màn
hình. Ngoài ra máy tính còn được bố trí thêm các đường giao tiếp đa năng khác nhau:
giao tiếp nối tiếp (thông qua cổng COM), giao tiếp song song (cổng LPT) giao tiếp qua
khe cắm (SLOT).
Ghép nối nối tiếp cho phép trao đổi thông tin giữa các thiết bị với nhau theo từng
bit một. Số liệu thường được gởi theo từng nhóm bit SDU (Serial Data Unit) mà nó tạo
thành một byte hay một từ... Các thiết bị ngoại vi như Plotter, modem, mouse và printer
có thể được ghép nối với PC qua cổng nối tiếp COM. Các ghép nối của PC cho trao đổi
nối tiếp đều theo tiêu chuẩn RS232C của EIA hoặc CCITT ở châu Au. Về mặt kinh tế
việc trao đổi thông tin qua cổng nối tiếp là ít tốn kém nhưng về mặt kỹ thuật thì khá
phức tạp.
Giao tiếp qua khe cắm SLOT cũng phức tạp không kém đòi hỏi việc gia công
thiết bị phải chính xác, hơn nữa việc tháo vỏ máy để gắn SLOT Card sau mỗi lần đo là
vấn đề khó chấp nhận.
Giao tiếp qua cổng song song, dữ liệu truyền song song vì vậy tốc độ truyền song
song thường cao hơn truyền nối tiếp (khoảng từ 40kB/s đến 1MB/s). Hầu hết các máy
tính đều trang bị cổng này. Việc trao đổi thông tin một cách dễ dàng.
KHẢO SÁT CỔNG MÁY IN:
Cổng này để dùng giao tiếp với máy in. Đầu cắm có 25 chân và còn gọi là DB25.
Bên trong có 3 thanh ghi có thể truyền số liệu và điều khiển máy in, mỗi thanh ghi 8

bit. Ba thanh ghi gồm:
• Thanh ghi dữ liệu (Data register):
Có địa chỉ bằng địa chỉ cơ bản của máy in=378H.
• Thanh ghi trạng thái (Status register).(chỉ đọc):
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
D 7 D 6
D 5 D 4
D 3
D 2 D 1 D 0
D 0
D 1
D 2
D 3
D 4
D 5
D 6
D 7
( P I N 2 )
( P I N 3 )
( P I N 4 )
( P I N 5 )
( P I N 6 )
( P I N 7 )
( P I N 8 )
( P I N 9 )
D 5
A C K
( P I N 1 1 )
( P I N 1 5 )
B U S Y

D 7
( P I N 1 2 )
D 2
D 3
D 1
( P I N 1 0 )
( P I N 1 3 )
D 4
D 0D 6
P E
E R R O R
S L C T
12
Đo lực và ứng suất Trang 14
D
0
,D
1
,D
2
: không sử dụng (thường để ở mức [ 1])
Có địa chỉ bằng địa chỉ cơ bản +1=379H.
• Thanh ghi điều khiển :
D
5
,D
6
,D
7
: không sử dụng(thường để ở mức [ 1]).

Địa chỉ bằng địa chỉ cơ bản + 2=37AH.
Việc nối máy in với máy tính được thực hiện qua lỗ cắm DB25 ở phía sau máy
tính. Nhưng đây không chỉ la chỗ nối với máy in mà khi sử dụng máy tính vào mục
đích đo lường và điều khiển thì việc ghép nối cũng thực hiện qua ổ cắm này. Qua cổng
này dữ liệu được truyền đi song song nên đôi khi còn được gọi là cổng ghép nối song
song và tốc độ truyền dữ liệu cũng đạt đến mức là đáng kể. Tất cả các đường dẫn của
cổng này đều tương thích TTL, nghĩa là chúng đều cung cấp một mức điện áp nằm giữa
0V và 5V.
Bên cạnh 8 bit dữ liệu còn có những đường dẫn tín hiệu khác, tổng cộng người sử
dụng có thể trao đổi 1 cách riêng biệt với 17 đường dẫn, bao gồm 12 đường dẫn ra và 5
đường dẫn vào. Bởi vì 8 đường dẫn dữ liệu. D
0
-D
7
không phải là đường dẫn 2 chiều
trong tất cả các loại máy tính, nên sau đây ta sẽ thấy là D
0
-D
7
chỉ sử dụng như là lối ra,
các lối ra khác nữa là STROBE, AUTOFEED (AF), INIT và SELECTIN (SLCTIN).
Khi trao đổi thông tin với máy in các đường này đều có chức năng xác định.
• Các tín hiệu của đầu cắm DB25:
Chân Tín hiệu Môtả
1 STR Mức tín hiệu thấp truyền dữ liệu tới máy in.
2 D
0
Bit dữ liệu D
0
.

3 D
1
Bit dữ liệu D
1
4 D
2
Bit dữ liệu D
2
.
5 D
3
Bit dữ liệu D
3
.
6 D
4
Bit dữ liệu D
4
.
7 D
5
Bit dữ liệu D
5
.
8 D
6
Bit dữ liệu D
6
.
9 D

7
Bit dữ liệu D
7
.
10 ACK Mức thấp chỉ rằng máy in đã nhận 1 ký tự.
11 BUSY
12 PE Báo hết giấy.
13 SLCT Báo lựa chọn máy in.
14 AF Tự nạp giấy.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
D 5
D 7 D 2
D 3
D 1
D 4
D 0D 6
S T R O B E ( P I N 1 )
A F ( P I N 4 )
I N I T ( P I N 1 6 )
S L C T I N ( P I N 1 7 )
I R Q
C O N N E C T O R D B 2 5
1
1 3
1 4
2 5
Đo lực và ứng suất Trang 15
15 ERROR Báo lỗi máy in.
16 INIT Reset máy in.
17 SCLTIN Chọn máy in.

18 18-25 GND Đất.
KỸ THUẬT BIẾN ĐỔI ADC – KHẢO SÁT ADC ICL 7109:
A. Kỹ thuật biến đổi ADC:
Biến đổi Analog – Digital là thành phần cần thiết trong việc xử lý thông tin và
các chức năng điểu khiển sử dụng phương pháp số, tín hiệu thực tế thì ở dạng Analog.
Một hệ thống tiếp nhận dữ liệu giao tiếp A/D để chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín
hiệu số để xử lý.
1. Đặc tính kỹ thuật của mạch ADC:
a. Độ chính xác bất định do lượng tử hóa:
Điện áp tương tự liên tục được chia thành 2
n
khoảng gián đoạn ở mỗi mạch đổi n
bit. Các giá trị tương tự cùng một khoảng được biểu thị cùng nhị phân. Do có một độ
chính xác bất định ± ½ LSB (Least significant bit).
b. Độ chính xác:
Độ chính xác tuyệt đối là sự sai biệt giữa lý thuyết và trị thực tế của điện áp
tương tự vào cho 1 mã nhị phân ra. Vì một mã số ra tương tứng với 1 khoảng hẹp của
điện áp tương tự vào ở định nghĩa trên được xem như là điểm giữa khoảng.
Độ chính xác tương đối giống như độ chính xác tuyệt đối như định nghĩa trong
điều kiện tràn khung đã được lấy chuẩn, vì các điểm rời trên đặc tính chuyển lý thuyết
nằm trên một đường thẳng nên độ chính xác tương đối cũng là độ phi tuyến.
c. Thời gian và tốc độ chuyển đổi:
Thời gian chuyển đổi: Thời gian chuyển đổi cần cho 1 lần chuyển đổi hoàn toàn.
Đối với phần lớn mạch đổi, thời gian này gọi là nghịch đảo của tốc độ đổi, nếu không
có thêm các trì hoãn của hệ thống. Tuy nhiên trong mạch đổi có tốc độ cao, lần đổi mới
được lệch bắt đầu trước khi lần đổi trước kết thúc nên thời gian đổi và tốc độ đổi khác
nhau.
2. Mạch chuyển đổi tương tự sang số (ADC):
a. Nguyên tắc mạch ADC:
Mạch biến đổi ADC (Analog Digital Converter) có bộ phận chính là mạch so

sánh:
Do đó nhiệm vụ của mạch tạo ra mã số và mạch điều khiển logic là thử một bộ hệ
số nhị phân a
i
sao cho hiệu số điện áp vào chưa biết V
a
và trị nguyên lượng tử hóa sau
cùng nhỏ hơn 1 LSB.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
M a ïc h
t a ïo m a õ
s o á
M a õ s o á r a
Ñ i e än a ùp v a øo V
R
Ñ i e än a ùp
t ö ô n g t ö ï v a øo
V
a
1 2 3
4
5 6 7
T ö ô n g t ö ï v a øo
V
F S
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0

1 0 1
1 1 0
1 1 1
1 / 2 L S B
Đo lực và ứng suất Trang 16
Chuyển đổi điện áp tương tự liên tục sang mã nhị phân rời rạc:

Sự khác nhau giữa các mạch đổi là cách thức thay đổi điện áp mẫu V
R
để xác
định hệ số nhị phân a
i
.
Điện áp tương tự chưa biết là V
a
và điện áp chuẩn là V
R
được nối ở hai ngõ vào
của mạch so sánh. Khi V
R
tăng từ 0 đến điện áp tương tự vào với sai số bằng sai số
lượng tử hóa, lúc đó mạch tạo mã số ra có giá trị tương ứng với điện áp vào chưa biết.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
+ 1 / 2 L S B
- 1 / 2 L S B
M a ïc h
t a ïo m a õ
s o á
M a õ s o á r a
Ñ i e än a ùp m a ãu V

R
Ñ i e än a ùp
t ö ô n g t ö ï v a øo
V
a
s o s a ùn h
LSB
n
i
i
i
a
FS
V
a
V
2
1
1
)2..(
<
∑
=
−
−
Đo lực và ứng suất Trang 17
b. Mạch ADC dùng điện áp mẫu V
R
hình nấc thang:
• Dạng mạch cơ bản:

Để tạo điện áp mẫu nấc thang so sánh với điện áp vào dùng mạch ADC mà số nhị
phân vào được lấy từ một mạch đếm lên như hình vẽ.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
+
-
D A C n b i t
M a ïc h ñ e ám
n b i t
S
R
Q
Q
F F
E O C
C K x u n g ñ o àn g h o à
t a àn s o á f c
S T A R T
d o ác l e ân
V = V
R D A C
V
a
( + )
M a õ
s o á r a
T c
T h ô øi g i a n c h u y e ån ñ o åi
K e át t h u ùc
c h u y e ån ñ o åi
V

V ( t )
= V
R
D A C
R
t
t
t
t
Đo lực và ứng suất Trang 18
• Mạch ADC dùng mạch đếm lên xuống:
Nếu ngã ra của mạch so sánh cho thấy V
R
<V
a
mạch logic sẽ điều khiển mạch đếm
lên, còn ngược lại sẽ được điều khiển đếm xuống. Nếu điện áp V
a
không đổi, V
R
sẽ tự
dao động xung quanh V
a
với 2 trị số khác nhau 1 LSB. Khi V
a
thay đổi chậm, V
R
theo
kịp V
a

khi đó số đếm của mạch là mã nhị phân tương ứng với trị tức thời của điện áp
vào. Nhưng nếu V
a
biến đổi nhanh, V
R
sẽ không theo kịp V
a
thì số đếm của mạch đếm
không phải là mã nhị phân mong muốn.
c. Mạch ADC lấy gần đúng kế tiếp SAR:
Các mạch đếm ở trên đều không được dùng trong thực tế. Ở đây xét mạch đổi lấy
gần đúng kế tiếp dùng cách đổi điện áp mẫu một cách hiệu quả hơn khiến số lần
chuyển đổi ra mã số n bit chỉ mất n chu kỳ xung CK. Mạch đổi gồm mạch so sánh,
mạch ghi chuyển đặc biệt và mạch ADC.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
+
-
D A C n b i t
C o u n t e r
U p / D o w n
C K
C o n t r o l L i g i c
V = V
R D A C
V
a
( + )
M a õ s o á
r a
R

R
V
K h o ân g t h a ây ñ o åi k ò p s o
v ô ùi V a ( t )
V
V a ( t )
Đo lực và ứng suất Trang 19
Mạch ghi chuyển đặc biệt được gọi là mạch ghi lấy gần đúng kế tiếp (Successive
Approximation Register: SAR) là mạch có hợp luôn phần điều khiển logic.
Khi có xung bắt đầu mạch SAR được đặt lệch về 0. Ngã ra của DAC được làm
lệch ½ LSB để tạo đặc tính chuyển đổi, kế đến SAR đưa bit có nghĩa lớn nhất (MSB)
lên 1, các bit khác bằng 0. Số nhị phân ra ở SAR được đưa vào mạch DAC.
Nếu V
R
>V
a
(điện áp tương tự vào) ngã ra V
c
của mạch so sánh mức [0] khiến
SAR bỏ đi MSB (làm cho nó bằng 0).
Nếu V
R
<V
a
thì V
c
ở mức cao khiến SAR giữ lại bit

MSB (làm cho nó vẫn bằng
1). Tiếp theo, SAR đưa bit có nghĩa kế tiếp

lên 1 và được quyết định bởi cách thức như
bit MSB ở trên. Tiếp tục như vậy cho đến bit cuối cùng của SAR, lúc đó V
a
gần V
R
nhất.
d. Mạch ADC dùng tín hiệu dốc đơn. (Single ramp converter) :
Tín hiệu chuẩn từng nấc được tạo bởi mạch ADC có thể được thay thế bởi điện
áp chuẩn dốc liên tục do mạch tạo tín hiệu dốc lên liên tục tạo ra.
Ban đầu:
Mạch so sánh SS
1
có V
(-)
=V
a
>V
(+)
=V
offset
 ngã ra của SS
1
là V
C1
=[0].
Mạch so sánh SS
1
có V
(+)

=V
offset
< V
(-)
=0  ngã ra của SS
1
là V
C2
=[0].
• Khi cho xung START đặt vào mạch đếm n bit về 0 và khởi động mạch tạo tín hiệu
dốc lên, V
R
từ giá trị hơi âm tăng đến khi đường dốc cắt trục 0V.
Trong khoảng thời gian t
1
– t
2
.
Mạch SS
2
: V
(+)
=V
R
> V
(-)
=0  V
C2
=[1].
Mạch SS

1
: V
(+)
=V
R
< V
(-)
=V
a
 V
C1
=[0].
Tại FF S=0 Q=0

SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
C K
R D A C
+
S A R
-
V = V
D A C n b i t
M a õ s o á
r a
V c
V a ( t )
S T A R T
F F
M a ïc h t a ïo
t í n h i e äu

d o ác l e ân
M a õ s o á
r a
Q
S
+
S T A R T
E O C
Q
M a ïc h ñ e ám
n b i t
-
R
-
+
V c ( t )
V c ( t )
V a ( t )
V
R
2
1
CK
Đo lực và ứng suất Trang 20
R=START =1 Q=1.
Tại cổng AND
Q =1
 Đưa xung CK vào bộ đếm.
V
C2

SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
h i g h
h i g h
t
t
t
t
t
t
E O C
C K
V c
V c
V a , V
S T A R T
V o f f s e t
1
2
R
T c
H ì n h a .
-
+
V
R O Ån ñ ò n h v a øo
V r ( t )
H ì n h b .
R
R
C

Đo lực và ứng suất Trang 21
• Khi V
R
>V
a
:
Mạch SS
1
: V
R
=V
(+)
> V
(-)
=V
a
 V
C1
=[1].
Tại FF:S=V
C1
=[1]. Q=1=EOC
R= hết xung START =[0] Q=0Đóng cổng AND lại không cho
xung CK vào mạch đếm, tạo tín hiệu EOC.
Tín hiệu dốc lên thường được tạo bởi mạch tích phân nối đến điện áp mẫu V
R
(hình b).
e. Mạch ADC dùng tín hiệu dốc đôi:
Mạch đổi này dùng cách lấy tích phân để giải quyết khuyết điểm của mạch đổi
dùng tín hiệu dốc đơn. Mạch này gồm mạch lấy tích phân, mạch so sánh, mạch logic

điều khiển và mạch đếm n bit.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
-
E O C
+
M a ïc h
ñ e ám n b i t
+
-
M a ïc h l o g i c
ñ i e àu k h i e ån
Ñ e äm n g o õ r a
M a ïc h s o s a ùn h
M a ïc h t í c h
p h a ân
M a õ s o á r a
V a < 0
V
R
S T A R T
V i
C K
V c
S I
C
R
S 1
S 2
Đo lực và ứng suất Trang 22
Mạch điều khiển logic sau khi nhận xung START sẽ mở S

I
, đóng S
1
và mở S
2
.
Khi chuyển mạch S
1
đóng đưa tín hiệu V
a
(giả sử âm) vào mạch tích phân để lấy tích
phân theo V
a
. Khi đó ngã ra mạch tích phân sẽ là:
 V
I
(t) =V
(-)SS
>0. Vì thế ngã ra của mạch so sánh có V
C
=1.
Do đó mở cổng AND cho xung CK vào mạch đếm.
Khi mạch đếm tràn (hết cỡ rồi tự động quay về 0).
Mạch logic điều khiển mở S
1
, đóng S
2
. Chuyển mạch S
2
đóng đưa V

R
vào mạch tính
phân để lấy tích phân theo V
R
(V
R
>0). Vì thế ngã ra V
I
giảm từ V
Imax
về 0.
- Giá trị V
Imax
khơng đổi trong suốt 2 giai đoạn lấy tích phân t
1
,t
2
.
Giả sử R,C khơng đổi trong suốt thời gian chuyển đổi.
3. Đặc tính kỹ thuật của mạch ADC:
a. Độ chính xác bất định do lượng tử hóa:
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
)0(V .)(V
chậm. đổi thay )(V sử Giả
0
).(.
1
)(
<−=
=

−=
∫
a
t
RC
a
V
t
I
a
Vt
a
t
dtt
a
V
RC
t
I
V
∫ ∫
+
−=−
1 21
0 0
.
..
1
..
1

t tt
Ra
dtV
RC
dtV
RC
khung)tràn trò giá đến 0 từđếm hmạc (trong

2
cùng); saếm số là N (với
2
.
2
..
n
12
1
2
21
cc
n
Ra
n
R
a
Ra
f
t
f
N

t
N
VV
N
t
t
V
V
tVtV
==
==>==
=
E O C
V c
V m a x
I
t
t
t
t
d o ác l e ân l a áy t í c h p h a ân V a
d o ác x u o án g l a áy t í c h p h a ân V a
t 1
t 2
T c
S T A R T
Đo lực và ứng suất Trang 23
-Điện áp tương tự liên tục được chia thành 2
n
khoảng gián đoạn. Ở mạch đổi n bit.

Các trị tương tự cùng một khoảng được biểu thị cùng một mã số nhị phân. Do đó có
một độ chính xác bất định ± ½ LSB bên cạnh các sai số chuyển đổi khác. Trong mạch
tín hiệu dốc đơn sai số này thường được phát biểu như ± một số đếm.
b.Độ chính xác:
Độ chính xác tuyệt đối là sự sai biệt giữa lý thuyết và trị thực tế của điện áp
tương tự vào cho một mã nhị phân ra. Vì 1 mã số ra tương ứng với một khoảng hẹp của
điện áp tương tự vào nên điện áp tương tự vào ở định nghĩa trên được xem như là điểm
giữa khoảng.
Sai số tuyệt đối gồm :sai số về độ lợi, về không, độ phi tuyến và do nhiễu.
Độ chính xác tương đối giống như độ chính xác tuyêt đối như định nghĩa trong
điều kiện trị tràn khung đã được lấy chuẩn vì các điểm rời trên đặc tính chuyển lý
thuyết nằm trên một đường thẳng nên độ chính xác tương đối cũng chính xác là độ phi
tuyến.
c. Chỉnh không và chỉnh độ lợi:
Điểm không của mạch đổi ADC được chỉnh sao cho sự chuyển tiếp từ các bit đầu
bằng 0 lên LSB xảy ra ở ½.2
-n
trị tràn khung danh định.
Độ lợi được chỉnh cho chuyển tiếp cuối cùng lên các bit đều bằng 1 xảy ra tràn
khung (1-3/2.2
-n
).
Điểm 0 của mạch chuyển đổi ADC lưỡng cực được chỉnh sao cho chuyển tiếp
đầu trên xảy ra ở toàn khung (1-2
-n
) và chuyển tiếp cuối xảy ra 0
_+

tràn khung (1-3.2
-n

).
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
Đo lực và ứng suất Trang 24
B.Khảo sát ADC ICL 7109:
Sơ đồ chân:
Các thông số về nhiệt độ:
Họ IC TẦM NHIỆT ĐỘ HOẠT ĐỘNG
ICL 7109MDL -55
0
C  +125
0
C
ICL 7109 IDL -25
0
C  +85
0
C
ICL 7109CPL 0 +70
0
C
ICL 7109
MDL/883
-55
0
C  +125
0
C
ICL 7109 IPL -25
0
C +85

0
C
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
G N D
S T A T U S
P O L
B 1 2
B 1 1
B 1 0
V +
R E F C A P +
R E F I N +
I N H I
O R
I N L O
1
2
4
5
6
7
3 7
3 6
3 3
3
I C L
7 1 0 9
8
B 9
4 0

3 5
3 9
3 4
C O M M O N
R E F I N -
R E F C A P -
1 6
9
2 4
2 3
2 2
2 5
2 6
2 7
2 9
3 0
3 1
1 7
1 0
1 1
1 2
1 3
1 4
1 5
2 1
1 8
1 9
2 0
3 2
2 8

3 8
B 8
B 7
B 6
B 5
B 4
B 3
B 2
B 1
T E S T
L . B E N
H . B E N
C E / L O A D
I N T
A Z
B U F
R E F O U T
V -
S E N D
R U N / H O L D
B U F O S C O U T
O S C S E L
O S C O U T
O S C I N
M O D E
I C L 7 1 0 9
( P D I P )
T O P V I E W
P I N O U T S
Đo lực và ứng suất Trang 25

Đặc điểm:
+ ADC 12 bit nhị phân (cộng với bit cực tính và bit tràn) hoạt động theo phương
pháp tích phân hai độ dốc.
+Ngõ ra 3 trạng thái tương thích TTL và với kiểu giao tiếp UART thì phù hợp
với giao tiếp song song hoặc giao tiếp với hệ thống vi xử lý.
+Ngõ vào Run/Hold và Status được dùng để theo dõi và kiểm tra sự chuyển
đổi.. .Mức nhiễu thấp khoảng 15 µV
p-p
.
+ Dòng ngõ vào khoảng 1pA.
+Hoạt động có thể lên đến 30 lần biến đổi trong 1 giây.
+Vi mạch bên trong sử dụng dao động thạch anh 3,58MHz sẽ cho 7,5 lần chuyển
đổi trong 1 giây. Ngoài ra nó có thể sử dụng dao động RC hoặc bất cứ tần số xung đồng
hồ khác để tạo dao động.
MÔ TẢ:
ICL 7109 thuộc họ CMOS, chuyển đổi nhanh, nguồn nuôi thấp và được thiết kế
dễ dàng giao tiếp với vi xử lý.
Ngõ ra dữ liệu(12 bit cộng 1 bit cực tính và 1 bit tràn) sẵn sàng giao tiếp song
song thông qua sự điều khiển của 2 ngõ vào ENABLE và CHIP SELECT, kiểu giao
diện UART sẽ cho phép ICL7109 làm việc với tiêu chuẩn công nghiệp mà ở đó UART
sẽ đóng vai trò truyền dữ liệu.
Vi mạch ICL7109 có những ưu điểm như: độ chính xác cao, nhiễu không đáng kể
và trôi áp thấp đặc biệt rất kinh tế. Ngoài ra nó còn có những thông số khác như: trôi
áp thấp hơn 1µV/
o
c, dòng vào tối đa 10pA và công suất tiêu thụ 20mW… làm cho vi
mạch này càng trở nên hấp dẫn.
CHỨC NĂNG CÁC CHÂN:
CHÂN KÝ HIỆU CHỨC NĂNG
1 GND Chân Mass

2 STATUS Ngõ ra lên mức cao trong suốt quá trình biến đổi cho đến khi dữ liệu
được chốt lại. Ngõ ra xuống thấp khi tín hiệu được chuyển đổi xong
3 POL Báo cực tính – Mức 1 khi tín hiệu tương tự vào dương
4 OR Bit tràn - Mức 1 nếu tràn.
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
B12
B11
B10
B9
B8
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
Bit 12 Bit có trọng số lớn nhất
Bit 11

Bit 10
Bit 9
Bit 8
Bit 7
Bit 6
Bit 5
Bit 4
Bit 3
Bit 2
Bit 1 - Bit có trọng số nhỏ nhất
Bit dữ liệu ngõ ra 3 trạng thái
Bit dữ liệu ngõ ra 3 trạng thái
Bit dữ liệu ngõ ra 3 trạng thái
Bit dữ liệu ngõ ra 3 trạng thái
Bit dữ liệu ngõ ra 3 trạng thái
Bit dữ liệu ngõ ra 3 trạng thái
Bit dữ liệu ngõ ra 3 trạng thái
Bit dữ liệu ngõ ra 3 trạng thái
Bit dữ liệu ngõ ra 3 trạng thái
Bit dữ liệu ngõ ra 3 trạng thái
Bit dữ liệu ngõ ra 3 trạng thái
Bit dữ liệu ngõ ra 3 trạng thái
17 TEST Bình thường mức cao. Mức thấp thì tất cả các bit ngõ ra lên cao dùng
cho việc kiểm tra. Nối lên cao nếu không dùng.
18 LBEN Chân cho phép xuất byte thấp. Cùng với MODE (Chân 21) mức thấp và
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH