Tài liệu luận văn Điện năng kế điện tử giao tiếp máy tính, chương 11 pdf

Chương 11: Tính toán tần số của bộ tạo xung
Ck cho IC 74LS92
Gọi thời gian cho một LED sáng là t, một chu kì quét qua tất cả
các LED là T = 6t.
Trong một chu kì quét mỗi LED sẽ chỉ sáng một khoảng thời
gian = 1t và tắt trong 5t.
Tần số quét phải  25 Hz để mắt người không phát hiện ra sự
nhấp nháy của các
LED.
f quét = 1/T = 1/6t vậy t  1 / 6x25.
Gọi f là tần số của xung Ck : f = 1/t = 6x25 = 150
Để các LED ít nhấp nháy hơn, ta chọn f = 500Hz.
Tính toán các giá trò R, C của mạch tạo xung Ck:
f = 500 = 1.2 / RC
Chọn
C = 0.1 F vậy R = 1.2 / 500x0.1x10
-6
= 24K  .
Ta chọn
R = 22 K.
Bộ phận cảnh báo
là một loa nhỏ 8 , 0.25W được gắn đến
ngõ ra của một IC nhạc có transistor khuyếch đại.

Mạch điện được trình bày như trong sơ đồ nguyên lí, tín hiệu
ra trên chân PC2 được dùng làm chân điều khiển khối cảnh báo
phát ra tín hiệu.
Tín hiệu điều khiển từ 8951 xuất ra làm Q8 dẫn cấp nguồn
cho IC nhạc, tín hiệu âm tần được Q14 khuyếch đại và đưa ra
loa.

Diode zenner dùng ổn đònh điện áp cho IC nhạc khoảng 3V,
tín hiệu nhạc có thể thay đổi tùy theo IC.
1) Khối giao tiếp dữ liệu song song, nối tiếp:
Việc giao tiếp dữ liệu nối tiếp được thực hiện bởi các ngõ ra
TXD và RXD của 8951 dưới sự điều khiển của phần mềm.
Việc truyền dữ liệu song song được thực hiện qua Port B của
IC 8255 thứ nhất, dưới sự điều khiển của phần mềm.
Ta biết rằng 8255A có thể thực hiện 1 trong 3 chế độ giao tiếp
với bên ngoài, trong đó chế độ 2 và 3 có sử dụng các tín hiệu
bắt tay.
Khi xét điều kiện thực tế của việc truyền dữ liệu song song
của điện năng kế điện tử tương đối phức tạp cho nên ta phải
dùng phần mềm để điều khiển việc truyền dữ liệu song song
chứ không thể sử dụng chế độ hoạt động nào của 8255.
Để phần mềm dễ thao tác, ta sẽ kết nối cho 8255 hoạt động ở
chế độ 1 là chế độ vào ra cơ bản. Chương trình điều khiển sẽ
được trình bày trong phần sau, việc kết nối phần cứng như đã
trình bày trong bản vẽ nguyên lí.
Việc truyền dữ liệu nối tiếp lên đường truyền cần phải qua
một khối điều chế tín hiệu vì bản thân các bit dữ liệu 0 và 1
không thể truyền đi xa.
Điều chế tín hiệu là quá trình lồng tín hiệu thông tin cần
truyền đi vào một sóng mang có tần số cao hơn nhiều lần.
Um = Am. Cos (Wmt + 
o
m )
T
rong đề tài này ta chọn phương pháp điều chế tín hiệu bằng
cách thay đổi biên độ sóng mang.
Tín hiệu thông tin cần truyền đi là các xung gián đoạn tồn tại

ở hai mức 0 và1 cho nên nó có dạng m(t) = p(t).
Điều chế biên độ lúc này gọi là điều chế ASK (Amplitude
Shift Keying). Sóng mang sau khi đã thực hiện quá trình điều
chế có dạng như sau:
Khi tín hiệu xung vào tồn tại ở mức 1 thì ngõ ra chính là tín
hiệu sóng mang, khi xung ở mức 0 thì tín hiệu ngõ ra cũng là
sóng mang nhưng có biên độ giảm đi một nửa.
Như vậy, để thiết kế một mạch điều chế sóng mang ta tiến
hành như sau:
Thiết kế một mạch tạo dao động sin có tần số khoảng 1 Khz,
tín hiệu ra của mạch dao động này chính là tín hiệu sóng mang
được đưa đến một chuyển mạch điện tử để thực hiện công việc
điều chế, có thể sử dụng 4066 làm nhiệm vụ này như trong sơ
đồ nguyên lí đã trình bày.
Mạch tạo sóng sin được trình bày như sau:
Ta sử dụng mạch dao động cầu Wien.
Để đơn giản ta chọn :
R1 = R2 = R
C1 = C2 = C
Vậy Z1 = R + Xc
Z2 = R
/ Xc .Với Xc = 1/2 fC
Nhận xét, ở vùng tần số thấp do Z1 có trở kháng lớn nên điện
áp ra Vo thấp, ở vùng tần số cao do Z2 có trở kháng nhỏ nên
điện áp ra Vo cũng không cao.
Người ta chứng minh được rằng :
Tại tần số fo = 1/2
RC mạch chọn tần cho ra biên độ lớn
nhất.
Lúc đó 

max
= Vo/Vi = 1/3.
Trong mạch trên Q1, Q2 là hai tầng khuyếch đại đảo pha, tín
hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào ở ngõ vào là mạch chọn tần,
khi góc lệch pha là 0
o
thì fo = 1/2 RC cho tín hiệu ra với biên
độ cực đại nên mạch đã dao động ở tần số này:
fo = 1 Khz
Đ
ộ suy giảm là 1/3 nên yêu cầu độ khuyếch đại của hai tầng
= 3 lần là đủ.
Rf là điện trở lấy hồi tiếp nghòch dùng để ổn đònh dao động
và giảm méo.
2) Khối đóng ngắt nguồn:
Được thiết kế đơn giản bằng một relay đóng ngắt 4 tiếp điểm,
thực hiện việc đóng ngắt trên cả hai dây pha và trung tính.
Relay thực hiện việc đóng ngắt dưới sự điều khiền của khối
xử lí.
3) Khối giao tiếp người sử dụng:
Thông qua 5 phím nhấn người sử dụng có thể tác động vào
điện năng kế điện tử.
Trong đó chỉ có 2 phím nằm ở bên ngoài
là phím đóng ngắt nguồn (ON\OFF) và phím chọn lựa
(SELECT) thông tin hiển thò.
Ba phím còn lại dành cho nhân viên điện lực điều chỉnh các
thông số ban đầu khi lắp đặt điện kế.
Ngoài ra còn 1 phím Reset nằm bên trong điện kế được dùng
cho người thiết kế.
Vì số lượng phím nhấn ít cho nên ta không cần dùng phần

mềm để quét phím mà kết nối trực tiếp mỗi phím với một ngõ
vào của Port A của IC 8255 thứ nhất.
Khi có một phím nào đó được nhấn thì sẽ tạo ra một ngắt
cứng tác động đến 8951 và lúc đó 8951 sẽ thực hiện một chương
trình quét dò phím đã nhấn.
4) Khối nguồn cung cấp:
Khối nguồn được thiết kế để tạo ra năng lượng ổn đònh cung
cấp cho toàn thiết bò.
IC 7805 loại trung chỉ có thể cung cấp một dòng điện tối
đa1A.
Trong thực tế, tải có lúc đòi hỏi một dòng điện cao hơn nhiều,
ngoài ra ta không thể thiết kế cho
7805 chạy ở dòng Imax này vì
lúc đó
7805 hoạt động không ổn đònh và có thể bò hư hỏng.
Để khắc phục nhược điểm trên ta dùng một sò công suất để
gánh dòng phụ cho
7805 đáp ứng cho tải yêu cầu một dòng điện
lớn.
Muốn vậy, ta thiết kế cho 7805 dẫn phần lớn dòng cho tải khi
hoạt động bình thường. Khi tải yêu cầu dòng lớn hơn giá trò đã
thiết kế trước thì 7805 sẽ phát tín hiệu cho sò công suất gánh
dòng phụ.
Dó nhiên dòng điện cung cấp cho tải được tăng thêm nhưng
không làm cho điện áp ngõ ra thay đổi.
Việc thiết kế cụ thể được trình bày như sau:
Giả sử tải yêu cầu I
Lmax
= 3A do đó để hoạt động đảm bảo
ta phải chọn một

transistor có thông số I
Cmax
= (3  5) I
L
Chọn Q loại PNP là 2955 có  = 80
Vậy I
Bmax
= I
Cmax
/  = I
L
/80 = 3/80 = 37.5 (mA)
Để 7805 làm việc lâu dài ta chọn dòng qua 7805 = 1/5 Imax
= 0.2 (A)
IRs = I – I
B
= 200 mA – 37.5 mA = 162.5 mA
N
hư vậy, khi dòng qua 7805 đạt khoảng từ 200 mA trở lên thì
Q phải dẫn dòng phụ, muốn vậy vào thời điểm này Q cần được
phân cực thuận mối nối BE, V
BE
= 0.7 V
Rs = V
BE
/ IRs = 0.6/162.5 = 3.7 
Tính công suất của Q :
P
Q
= ( V

IN
max - V
O
) . I
L
max = 9 x 3 = 27 W
P
Rs
= I
2
Rs = V
2
/Rs = 0.7
2
/3.7 = 0.13 W
Chọn loại 0.5W
Một điều cần thiết khác là phải thiết kết một bộ nguồn dự
phòng nhằm đảm bảo cho toàn thiết bò hoạt động ổn đònh ngay
khi nguồn bò mất.
Để có thể hoạt động bình thường trong một thời gian tương
đối dài chúng ta sử dụng một acqui có độ trữ điện tương đối lớn
và một mạch nạp tự động khi acqui hết điện và tự động ngắt
nguồn khi đã nạp đầy điện nhằm tránh làm hư hỏng bình acqui.
Trong mạch điện trên, dòng điện nạp vào acqui được khống
chế bởi sự dẫn mạnh hay yếu của hai transistor Q10 và Q11. Hai
transistor này lại được điều khiển bởi dòng chạy vào cực B của
Q11. Khi dòng nạp qua acqui lớn, nó sẽ tạo sụt áp trên điện trở
3.3 ohm và điện áp này đủ để làm Q3 dẫn khiến cho Q4 ngưng
nên điện áp trên cực B Q11 xuất hiện và kích cho hai transistor
này dẫn mạnh. Khi acqui đã nạp gần đầy làm cho dòng chạy

qua R3.3 ohm nhỏ nên sụt áp trên điện trở này cũng giảm theo,
kết quả là Q3 bò tắt và Q4 dẫn sẽ kéo cực B của Q11 xuống thấp
làm cho Q11 tắt, dòng không nạp vào bình acqui nữa.