Thiết kế mạch đo nhiệt độ hiển thị số từ 0 99 độ c với cảm biến nhiệt độ pt100 - đo lường điều khiển

Lời nói đầuĐất nước ta hiện nay đang trên đà phát triển trở thành một nước công nghiệp. Vì vậy vấn đề điều khiển và vận hành các thiết bị công nghiệp nhằm nâng cao năng xuất và chât lượng sản phẩm đồng thời giảm chi phí là vấn đề quan trọng đáng để chú ý. Trong thực tế có rất nhiều bài toán liên quan đến vấn đề đo và điều khiển nhiệt độ. Ví dụ như: lò sấy công nghiệp, các lò luyện gang, sắt, thép...Trong kì này sau khi học môn vi mạch tương tự vi mạch số và các môn liên quan nhóm chúng em được giao đề tài: Thiết kế mạch đo nhiệt độ hiển thị số từ 099oC với cảm biến nhiệt độ Pt100, sai số 1 oC.Trong quá trình làm đề tài được sự giúp đỡ hết sức tận tình của thầy giáo hướng dẫn “Nguyễn Văn Vinh” cùng các thầy cô trong bộ môn “Đo lường điều khiển” số đã giúp đỡ em hoàn thành đúng thời hạn đề tài này. Nhưng do lượng kiến thức còn hạn chế nên trong đề tài này không tránh khỏi thiếu sót. Em mong được sự đóng góp của thầy cô để đề tài của em được hoàn thiện hơn.Em xin chân thành cảm ơn MỤC LỤCLời nói đầu1CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG41.1.Khuếch đại thuật toán (KĐTT)41.1.1.Khái niệm41.1.2.Khuếch đại thuật toán lý tưởng41.1.3.Các mạch khuếch đại cơ bản dùng KĐTT51.1.4. Khuếch đại thuật toán không lý tưởng71.1.5. Mạch tích hợp khuếch đại thuật toán µA74181.2. Cảm biến nhiệt độ Pt100101.2.1. Khái niệm101.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động101.2.3. Cách đo Pt100131.3.Bộ biến đổi tương tựsố ADC 0804141.3.1.Khái niệm141.4.Mạch cộng 2 số 4 bít nhị phân(giải mã từ nhị phân sang BCD)171.4. LED 7 thanh211.5. Mạch giải mã 7 thanh22CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐO LƯỜNG NHIỆT ĐỘ252.1. Khối phân áp25CHƯƠNG 3.CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG28 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN:………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….........CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG1.1.Khuếch đại thuật toán (KĐTT)1.1.1.Khái niệm Khuếch đại có nghĩa là dùng năng lượng nhỏ làm thay đổi một năng lượng lớn khác. Năng lượng nhỏ gọi là năng lượng điều khiển.Năng lượng lớn gọi là năng lượng bị điều khiển. Bộ KĐTT cũng như các bộ khuếch đại thông thường khác đều dùng để khuếch đại điện áp,dòng điện và công suất.Tính ưu việt của bộ KĐTT là tác dụng của mạch điện có bộ KĐTT có thể thay đổi được dễ dàng bằng việc thay đổi các phần tử mạch ngoài (coi bộ KĐTT như hộp đen).Để thực hiện được điều đó, bộ KĐTT phải có các đặc tính co bản là :hệ số khuếch đại lớn, trở kháng cửa vào rất lớn và trở kháng ra của nó rất nhỏ. Trước đây, bộ KĐTT thường được sử dụng trong việc thực hiện các phép toán giải tích ở các máy tính tương tự,nên được gọi là KĐTT.Ngày nay, KĐTT được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong kỹ thuật đo lường và điều khiển. Do công nghệ chế tạo linh kiện vi điện tử ngày càng phát triển, nên đã chế tạo được các mạch tích hợp(các vi mạch IC) của KĐTT gần lý tưởng. Và các vi mạch KĐTT trong các mạch điện tử đơn giản cũng được coi là lý tưởng. Tuy nhiên, các vi mạch KĐTT luôn có các thông số thực là hữu hạn.1.1.2.Khuếch đại thuật toán lý tưởng KĐTT được dùng để khuếch đại điện áp, dòng điện hay công suất ,để thiết kế các mạch điện tử chức năng. Một KĐTT được ký hiệu như trên sơ đồ 1.1.2. Hình 1.1.2. Ký hiệu các chân ra của KĐTT : Ngõ vào âm : Ngõ vào dương +Ecc: Ngõ cấp điện áp dương Ecc: Ngõ cấp điện áp âm : Tín hiệu cửa raKĐTT lý tưởng có trở kháng vào vô cùng lớn ( ∞), trở kháng ra bằng 0 (ZO =0) hệ số khuếch đại vòng hở vô cùng lớn (KO =∞) và điện áp cửa ra bằng 0V, khi điện áp các ngõ vi sai bằng nhau (UO=0V, khi ). Trong thực tế kỹ thuật không có bộ KĐTT lý tưởng. Để đánh giá được các bộ KĐTT thực so với KĐTT lý tưởng ta căn cứ vào các thông số của mạch tích hợp KĐTT thực với thông số ly tưởng trên. Nhưng trong thiết kế các mạch điện tử đơn giản ta vẫn có thể coi các IC KĐTT thực được sử dụng như một KĐTT lý tưởng. Mạch điên tương đương KĐTT lý tưởng Trong đó, là trở kháng vào của KĐTT, là trở kháng ra của KĐTT, điện áp vào đến của vào đảo, là điện áp vào đến cảu vào không đảo, là điện áp vào vi sai. Từ sơ đồ, ta có biểu thức cho điên áp ra: Trong đó , điện áp vi sai ở cửa vào: 1.1.3.Các mạch khuếch đại cơ bản dùng KĐTT Mạch khuếch đại đảo : điện áp vào cần khuếch đại : điện trở mạch phản hồi âm : điện trở mạch vào : điện trở nói đất với của vào không đảoTại nút N ta có: =0Vậy Mặt khác, do dòng điện chảy qua bằng 0, nên điện áp tại nút N bằng 0, hay =0.Vậy ta có kết quả: Hệ số khuếch đại điện áp của mạch : Vậy biểu thức của tín hiệu ra: Mạch khuếch đại không đảo Mạch khuếch đại không đảo Mạch lặp lại điện áp Vì điện trở của vào của KĐTT ô cùng lớn, nên dòng điện chảy qua bằng 0.Từ đó ta có: Trong khi đó ta có: = Vậy hệ số khuếch đại điện áp của mạch khuếch đại không đảo : sẽ được viets như sau: = = Vậy tín hiệu ra xác định bằng biểu thức: 1.1.4. Khuếch đại thuật toán không lý tưởng Tầng 1, gọi là tầng vào là khuếch đại vi sai đối xứng cả đầu vào và đầu ra, tầng này phải bảo đảm được dòng điện của vào rất nhỏ, điện trở của vào rất lớn, độ trôi nhỏ,đặc tính tác động tốt và có khả năng bù lệch 0 từ mạch ngoài. Tầng 2, cũng là khuếch đại vi sai có đầu vào đối xứng, còn đầu ra không đối xứng. Các tầng trung gian gồm tầng 3 là bộ lặp emito và định mức, còn tầng 4 là tầng khuếch đại kiểu chung emito với hệ số khuếch đại rất lớn. Tầng 5 là tầng công suất,có nhiệm vụ tạo được dòng điện ra lớn, điện trở cửa ra nhỏ .Đây thường là mạch đẩy kéo, làm việc ở chế độ AB và có mạch bảo vệ ngắn mạch.Các thông số đặc trưng của mạch tích hợp KĐTT Hệ số khuếch đại điện áp vòng hở (mạch hở không có hồi tiếp), được ký hiệu là Ko. Về giá trị được xác định bằng biểu thức khi ta xét ở vùng quan hệ tuyến tính giữa điện áp ngõ ra với điện áp ngõ vào là: Ko=Uo ). Có giá trị rất lớn, cõ từ 25. đến 150. . Tổng trở ngõ vào, ký hiệu là , là tổng trở của mạch nhìn từ một ngõ vào, ngõ còn lại được nối đất . Tổng trở ngõ vào có giá trị rất lớn , từ ( Ω Tổng trở ngõ ra, kí hiệu là Zo(hoặc Ro), là tổng trở của mạch nhìn từ ngỡ ra . Tổng trở ra có giá trị rất nhỏ, từ vài chục đến vài trăm Ω. Dòng điện phân cực của vào, ký hiệu là dòng điện trung bình đến 2 của vào đủ để các tranzito cảu vào làm việc bình thường. Độ lớn của dòng điện này cỡ 1 Nguồn điện cung cấp cho các mạch tích hợp KĐTT là nguồn một chiều đối xứng, có độ lớn từ . Mức điện áp tiến hiệu vào ( ) có độ lớn không được vượt quá điện áp nguồn cấp, thường thấp hơn điện áp nguồn cấp từ 1V . Mức điện áp tín hiệu ra ( ) phụ thuôc vào tín hiệu vào ,thường thấp hơn điện áp nguồn cấp từ 1V . Điện áp lệch ngõ vi sai là giá trị điện áp vi sai giữa 2 ngõ vào của KĐTT vẫn tồn tại khi điện áp cửa ra có giá trị bằng 0. Điện áp chuyển dịch cửa ra được hiểu là gái trị điện áp cửa ra vẫn còn tồn tại khi điện áp giữa các cửa vào vi sai bằng 0. Dải tần số cho phép : khi tần số tín hiệu tăng lên thì tín hiệu ra giảm dần.Dải tần số cho phép của KĐTT cỡ 1MHz.1.1.5. Mạch tích hợp khuếch đại thuật toán µA7411.Sơ đồ mạch tích hợp KĐTT µA741 : là một trong những mạch tích hợp khuếch đại thuật toán điển hình và sử dụng khá phổ biến hiện nay Hình dạng và chức năng các chân mạch tích hợp KĐTT µA741 Thứ tựCác thông sốKĐTT lý tưởngKĐTT µA7411Hệ số khuếch đại mạch hở∞10¬¬52Tổng trở cửa vào∞1MΩ3Tổng trở cửa ra0150Ω4Dòng điện phân cực ngõ vào00,2µA5Điện áp lệch ngõ vi sai02mV6Dải tần số cho phép∞1MHz7Tốc độ quét0,5VµsĐây là một vi mạch tương tự rất thông dụng do trong OpAmps được tích hợp một số ưu điểm sau: Hai ngõ vào đảo và không đảo cho phép OpAmps khuếch đại được nguồn tín hiệu có tính đối xứng (các nguồn phát tín hiệu biến thiên chậm như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, mực chất lỏng, phản ứng hoáđiện, dòng điện sinh học ... thường là nguồn có tính đối xứng) Ngõ ra chỉ khuếch đại sự sai lệch giữa hai tín hiệu ngõ vào nên OpAmps có độ miễn nhiễu rất cao vì khi tín hiệu nhiễu đến hai ngõ vào cùng lúc sẽ không thể xuất hiện ở ngõ ra. Cũng vì lý do này OpAmps có khả năng khuếch đại tín hiệu có tần số rất thấp, xem như tín hiệu một chiều. Hệ số khuếch đại của OpAmps rất lớn do đó cho phép OpAmps khuếch đại cả những tín hiệu với biên độ chỉ vài chục mico Volt. Do các mạch khuếch đại vi sai trong OpAmps được chế tạo trên cùng một phiến do đó độ ổn định nhiệt rất cao. Điện áp phân cực ngõ vào và ngõ ra bằng không khi không có tín hiệu, do đó dễ dàng trong việc chuẩn hoá khi lắp ghép giữa các khối (module hoá). Tổng trở ngõ vào của OpAmps rất lớn, cho phép mạch khuếch đại những nguồn tín hiệu có công suất bé. Tổng trở ngõ ra thấp, cho phép OpAmps cung cấp dòng tốt cho phụ tải. Băng thông rất rộng, cho phép OpAmps làm việc tốt với nhiều dạng nguồn tín hiệu khác nhau. . .Tuy nhiên cũng như các vi mạch khác, OpAmps không thể làm việc ổn định khi làm việc với tần số và công suất cao.1.2. Cảm biến nhiệt độ Pt100 1.2.1. Khái niệm Cảm biến nhiệt độ PT100 hay còn gọi là nhiệt điện trở kim loại ( RTD)PT100 được cấu tạo từ kim loại Platinum được quấn tùy theo hình dáng của đầu dò nhiệt có giá rị điện trở khi ở 0oC là 100 Ohm. Đây là loại cảm biến thụ động nên khi sử dụng cần phải cấp một nguồn ngoài ổn định. Giá trị điện trở thay đổi tỉ lệ thuận với sự thay đổi nhiệt độ được tính theo công thức dưới đây. Công thức điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ của PT100:Rt = R0 ( 1+ AT+BT2+C(T100)T3)Trong đó:A=3.9083x103B=5.775x107C=4.183x1012 ( t0oC)1.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Điện trở này là một dây kim loại có bọc các đoạn sứ bao quanh toàn bộ dây kim loại.Phần bao bọc này lại được đặt trong một ống bảo vệ(thermowell) thường có dạng hình tròn,chỉ đưa 2 đầu dây kim loại ra để kết nối với thiết bị chuyển đổi.Phần ống bảo vệ sẽ được đặt ở nơi cần đo nhiệt độ, thông thường can nhiệt này chỉ đo được nhiệt độ tối đa là 600 độ C.Hai đầu dây kim loại để chừa ra ở phần ống bảo vệ được kết nối tới một thiết bị gọi là bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt thành tín hiệu điện phục vụ cho việc truyền tới phòng điều khiển giám sát.Thiết bị chuyển đổi có cấu tạo chẳng qua là một cầu điện trở có một nhánh chính là Pt100(có điện trở là 100 ôm ở 0 độ C)Ðáp ứng của RTD không tuyến tính nhưng nó có độ ổn định và chính xác rất cao, do vậy hay được dùng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao. Nó thường được dùng trong khoảng nhiệt độ từ 250 đến +8500. Can nhiệt pt100 là kí hiệu thường được sử dụng để nói đến RTD với hệ số alpha=0.00391 và R0=100 Ohm Là cảm biến nhiệt độ, PT100 có cấu tạo là một nhiệt điện trở RTD Hình ảnh thực tế của Pt100: (Resistance Temperature Detector) 1.2.3. Cách đo Pt100 Cảm biến Pt100 cấu tạo bằng dây kim loại plantium dựa trên nguyên tắc thay đổi điện trở kim lại theo nhiệt độ( Phương trình Callendarvab dusen) như sau :RT = R0 + R0α T – δ ( – 1)( ) Với:RT : Điện trở ở nhiệt độ TR0=100Ω điện trở ở 0oCα : Hệ số nhiệt độ ở T=0oC ( kiểu +0,00385 Ω ΩoC)δ=1,499(kiểu +0,00385 Ω ΩoC)+ Cảm biến Pt100 hoạt động ở 0oC thì điện trở là 100Ω.+ Trong khoảng nhiệt độ từ 0100oC ta tính như sau: Cảm biến Pt100 hoạt động ở 0oC thì điện trở là 100Ω. Trong khoảng nhiệt độ từ 0100oC ta tính như sau:Rt = R0(1+0,385%T) với sai số nhiệt độ là ±0,5oC. tức là cứ tăng 1oC thì điện trở Pt100 tăng 0,385 Ω1.3.Bộ biến đổi tương tựsố ADC 08041.3.1.Khái niệmADC 0804 là bộ chuyển đổi tương tự số trong họ các loại từ hãng National Semiconductor. nó cũng được nhiều hãng sản xuất, nó làm việc với +5V và có độ phân giải là 8 bít. ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một yếu tố quan trọng khi đánh giá ADC. thời gian chuyển đổi được định nghĩa là thời gian cần thiết để bộ ADC chuyển đổi đầu vào tương tự thành một số nhị phân. trong ADC 0804 thời gian chuyển đổi này phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLKR và CLK IN nhưng không thể nhỏ hơn 110us. 1.3.2.Cấu tạoCấu tạo các chân 1. Chân CS chọ̣n chí́p : là̀ đầ̀u và̀o tí́ch cự̣c mứ́c thấ́p đượ̣c sử̉ dụ̣ng để̉ kí́ch hoạ̣t chí́p ADC0804. để̉ truy cậ̣p ADC thì̀ chân nà̀y phả̉i ở̉ mứ́c thấ́p.2. Chân RD (cho phép VĐK đọc): đây là một tín hiệu đầu vào tích cực mức thấp. các bộ ADC chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân tương đương với nó và giữ nó ở một thanh ghi bên trong. RD được sử dụng để nhận dữ liệu chuyển đổi ở đầu ra của ADC. khi CS=0 nếu một xung cao xuống thấp được áp đến chân RD thì đầu ra số 8 bít được hiển diện ở các chân dữ liệu DB0 DB7. => RD được gọi là chân cho phép đầu ra.3. Chân WR( thực ra tên chính xác là bắt đầu chuyển đổi) đây là chân đầu vào tích cực mức thấp được dùng để báo cho ADC bắt đầu chuyển đổi. Nếu CS= 0 khi WR tạo ra xung cao xuống thấp thì bộ ADC bắt đầu chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin về số nhị phân 8 bít, lượng thời gian cần thiết để chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đưa đến chân CLK IN và CLK R. khi việc chuyển đổi dữ liệu được hoàn tất thì chân INTR được ép xuộng thấp bởi ADC 0804.4.Chân CLK R và CLK IN : là một chân đầu vào được nối tới một nguồn đồng hồ ngoài khi đồng hồ ngoài được sử dụng để tạo ra thời gian. tuy nhiên ADC 0804 cũng có một máy tạo xung đồng hồ. để sử dụng máy tạo xung đồng hồ trong của ADC thì các chân CLK IN và CLK R được nối tới một tụ điện và một điện trở. trường hợp này tần số đồng hồ được xác định bằng biểu thức : giá trị tiêu biểu của các đại lương trên là R = 10K, C = 150pF và tần số nhận được là f = 606khz và thời gian chuyển đổi là 110us.5.Chân ngắt INTR: (kết thúc chuyển đổi).: đây là chân đầu ra tích cực mức thấp bình thường nó ở trạng thái cao khi việc chuyển đổi hoàn tất nó chuyển xuống thấp để báo cho CPU biết là dữ liệu được chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi. Sau khi INTR xuống thấp, ta đặt CS = 0 và gửi một xung cao xuống thấp tới chân RD lấy dữ liệu ra của ADC0804.6. chân V+ và V : đây là các chân đầu vào tương tự vi sai mà Vin = (Vin+) (Vin) thông thường Vin được nối xuống đất và Vin+ được dùng như đầu vào tương tự được chuyển đổi về dạng số.7. chân Vcc .đây là chân nguồn nuôi +5v nó cũng được dùng như điện áp tham chiếu khi đầu vào Vref2 để hở8. chân Vref2 .Chân 9 là một điện áp đầu vào được dùng cho điện áp tham chiếu. chân này để hở thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm trong dải từ 0 5 v. tuy nhiêu có nhiều úng dụng mà đầu vào tương tự khác dải từ 0 5v chân này chính là chân để thực hiện điều đó.Bảng biểu diễn dải điện áp Vin đối với các đầu vào Vref2 khác nhau: 9. các chân dữ liệu DB0 DB7.các chân dữ liệu DB0 DB7(DB7 là bít cao nhất MSB và DB0 là bít thấp nhất LSB) là các chân đầu ra dữ liệu số. đây là những chân được đệm 3 trạng thái và dữ liệu được chuyển đổi chỉ được truy cập khi chân CS = 0 và chân RD được đưa xuống thấp. Để tính điện áp đầu ra ta có thể sử dụng công thức sau: với Dout là đầu ra dữ liệu số( dạng thập phân). Vin là điện áp đầu vào tương tự và độ phân giải là sự thay đổi nhỏ nhất được tính như là (2x Vref2) chia cho 255 đối với ADC 8 bít10. chân tương tự và chân đất số. Đây là những chân đầu vào cấp đất chung cho cả tín hiệu số và tín hiệu tương tự. đất tương tự được nối tới đất của chân Vin tương tự, còn đất số được nối với đất của Vcc . Lí do mà ta phải có hai đất là để cách li tín hiệu tương tự Vin từ các điện áp kí sinh tạo ra việc chuyển mạch số được chính xác. tuy nhiên ở các ứng dụng đồ án bình thường tathường nối chung vào cùng một đất.1.3.3 Nguyên lý hoạt động+ Bật CS = 0 và gửi một xung thấp lên cao tới chân WR để bắt đầu chuyển đổi.xuống thấp.+ Sau khi chân INTR xuống thấp, ta bật CS = 0 và gửi một xung cao xuống thấp đến ch+ Duy trì hiển thị chân INTR. Nếu INTR xuống thấp thì việc chuyển đổi được hoàn tất và ta có thể sang bước kế tiếp. Nếu INTR cao tiếp tục tham dò đến khi nó ân RD để lấy dữ liệu ra khỏi chíp ADC08041.4.Mạch cộng 2 số 4 bít nhị phân(giải mã từ nhị phân sang BCD)Xét yêu cầu của đề tài là đo và hiển thị nhiệt độ từ 0099 thông qua bộ chuyển đổi tương tự và số ADC0804. Trên thực tế, vi mạch ADC0804 có đầu vào tương tự và đầu ra là dãy 8 bit nhị phân thể hiện cho các số từ 0256, trong khi đó yêu cầu của bài toán là hiển thị đầu ra của ADC thông qua led 7 thanh. Vấn đề được đặt ra là led 7 thanh chỉ hiển thị được các chữ số trong bộ mã BCD, làm thế nào để hiển thị được các số với 8 bit nhị phân ở đầu ra của ADC. Qua quá trình mô phỏng đã tìm ra được quy luật hiển thị của các bit đầu ra ADC chũng em chia đầu ra của ADC thành 2 nửa và sử dụng ic cộng 2 số 4 bit để hiển thị kết quả. Đó chính là IC 74LS83một ic rất phổ biến trong các mạch cộng 2 số.Sơ đồ chân của 74LS83: A1,A2,A3,A4,B1,B2,B3,B4 : các chân đầu vào của 2 số nhị phân A, B. S1,S2,S3,S4: đầu ra nhị phân.C4 số nhớ của phép cộng.CO: số nhớ ban đầu.Dưới đây là hình ảnh của mạch logic bên trong ic: Quá trình biến đổi nhị phân sang BCDĐầu tiên ta chuyển số nhị phân 4 bit thành số BCD: hai số BCD có giá trị từ 010 đến 910 khi cộng lại cho kết quả từ 010 đến 1810 , để đọc được kết quả dạng BCD ta phải hiệu chỉnh kết quả có được từ mạch cộng nhị phânKết quả tương đương của 3 loại mã như sau: Nhận thấy: Khi kết quả = 10 để có mã BCD ta phải cộng thêm 6 cho mã nhị phân.Để giải quyết vấn đề hiệu chỉnh này trước tiên ta sẽ thực hiện một mạch phát hiện kết quả trung gian của mạch cộng 2 số nhị phân 4 bit.mạch này nhận kết quả trung gian của phép cộng 2 số nhị phân 4 bit và cho ở ngõ ra Y=1 khi kết qủa này >= 10,ngược lại,Y=0 Bảng sự thật.•Ta không dùng ngõ vào S’1 vì từng cặp trị có C4’S4’S3’S2’ giống nhau thì S1’ = 0 và S1’ = 1•Dùng bảng Karnaugh xác định được YMạch cộng 2 số được thực hiện theo sơ đồ sau Cách hoạt động:•IC thứ nhất cho kết quả trung gian của phép cộng hai số nhị phân.•IC thứ hai dùng hiệu chỉnh để có kết quả là số BCD. Khi kết quả =10, IC 2 nhận ỡ ngõ vào A số 0110 (do Y=1) và kết quả được hiệu chỉnh như đã nói trên.•Ở bít thứ 5 ( giá trị thập phân tương ứng là 16 ). Vì vậy, ta sẽ cộng 6 vào khối mạch hiển thị đơn vị, và cộng 1 vào khối hiển thị hàng chục.•Ở bít thứ 6 ( giá trị thập phân tương ứng là 32 ). Vì vậy, ta sẽ cộng 2 vào khối mạch hiển thị đơn vị, và cộng 3 vào khối hiển thị hàng chục.•Ở bít thứ 7 ( giá trị thập phân tương ứng là 64 ). Vì vậy, ta sẽ cộng 4 vào khối mạch hiển thị đơn vị, và cộng 6 vào khối hiển thị hàng chục. Lúc này có thể xuất hiện bit tràn ở hàng chục nên ta sẽ đưa vào khối hiển thị hàng trăm.•Vì chỉ hiển thị đến 88 nên ta dừng lại ở bít thứ 7.1.4. LED 7 thanhĐây là lọai đèn dùng hiển thị các số từ 0 đến 9, đèn gồm 7 đọan a, b, c, d, e, f, g, bên dưới mỗi đọan là một led (đèn nhỏ) hoặc một nhóm led mắc song song (đèn lớn). Qui ước các đọan cho bởi (H 1.5.1). Hình 1.5.1Khi một tổ hợp các đoạn sáng sẽ tạo được một con số thập phân từ 0 9.(H 1.5.2) cho thấy các đoạn nào cháy để thể hiện các số từ 0 đến 9 (H 1.5.2)Đèn 7 đoạn cũng hiển thị được một số chữ cái và một số ký hiệu đặc biệt.Có hai loại đèn 7 đoạn: Loại catod chung (H 1.5.3a), dùng cho mạch giải mã có ngã ra tác động cao. Loại anod chung (H 1.5.3b), dùng cho mạch giải mã có ngã ra tác động thấp. (a)(H 1.5.3) (b)1.5. Mạch giải mã 7 thanhMạch 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 đọan cháy sáng tạo được số thập phân đúng với mã BCD ở ngã vào.Bảng sự thật của mạch giải mã 7 đoạn, có ngã ra tác động thấp: Bảng 1.4.1Dùng 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)Chúng ta khảo sát một IC giải mã BCD sang 7 đoạn : IC 7447Bảng sự thật của 7447: Ghi chú:1. BIRBO được nối theo kiểu điểm AND bên trong IC và được dùng như ngã vào xóa (Blanking Input, BI) vàhoặc ngã ra xóa dợn sóng (Ripple Blanking Output, RBO). Ngã vào BI phải được để hở hay giữ ở mức cao khi cần thực hiện giải mã cho số ra. Ngã vào xóa dợn sóng (Ripple Blanking Input, RBI) phải để hở hay ở mức cao khi muốn đọc số 0.2. Khi đưa ngã vào BI xuống thấp, ngã ra lên 1 (không tác động) bất chấp các ngã vào còn lại. Ta nói IC làm việc dưới điều kiện bị ép buộc và đây là trường hợp duy nhất BI giữ vai trò ngã vào.3. Khi ngã vào RBI ở mức 0 và A=B=C=D=0, tất cả các ngã ra kể cả RBO đều xuống 0. Ta nói IC làm việc dưới điều kiện đáp ứng.4. Khi BIRBO để hở hay được giữ ở mức 1 và ngã vào thử đèn (Lamp test, LT) xuống 0, tất cả các led đều cháy (ngã ra xuống 0).Dựa vào bảng sự thật và các ghi chú 7447 là IC giải mã BCD sang 7 đọan có đầy đủ các chức năng khác như : thử đèn, xóa số 0 khi nó không có nghĩa. Ta có thể hiểu rõ hơn chức năng này với thí dụ mạch hiển thị một kết quả có 3 chữ số sau đây: (H 4.14) CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐO LƯỜNG NHIỆT ĐỘ2.1. Khối phân áp Mạch tạo xung: IC LM555 Cẫu tạo của IC 555 Cấu tạo của IC 555 gồm OPamp so sánh điện áp, mạch lật và transistor để xả điện. Cấu tạo của IC đơn giản nhưng hoạt động tốt. Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 13 VCC nối vào chân dương của Opamp 1 và điện áp 23 VCC nối vào chân âm của Opamp 2. Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 13 VCC, chân S = 1 và FF được kích. Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 23 VCC, chân R của FF = 1 và FF được reset Ký hiệu 0 là mức thấp bằng 0V, 1 là mức cao gần bằng VCC. Mạch FF là loại RS Flipflop,Khi S = 1 thì Q = 1 và QB = 0.Sau đó, khi S = 0 thì Q = 1 và QB= 0.Khi R = 1 thì QB= 1 và Q = 0.Tóm lại, khi S = 1 thì Q = 1 và khi R = 1 thì Q = 0 bởi vì QB= 1, transisitor mở dẫn, cực C nối đất. Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không vượt quá V2. Do lối ra của Opamp 2 ở mức 0, FF không reset.Giai đoạn ngõ ra ở mức 1: Khi bấm công tắc khởi động, chân 2 ở mức 0.Vì điện áp ở chân 2 (V) nhỏ hơn V1(V+), ngõ ra của Opamp 1 ở mức 1 nên S = 1, Q = 1 và QB= 0. Ngõ ra của IC ở mức 1.Khi QB= 0, transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp trên tụ tăng. Khi nhấn công tắc lần nữa Opamp 1 có V = 1 lớn hơn V+ nên ngõ ra của Opamp 1 ở mức 0, S = 0, Q và QB vẫn không đổi. Trong khi điện áp tụ C nhỏ hơn V2, FF vẫn giữ nguyên trạng thái đó.Giai đoạn ngõ ra ở mức 0: Khi tụ C nạp tiếp, Opamp 2 có V+ lớn hơn V = 23 VCC, R = 1 nên Q = 0 và QB= 1. Ngõ ra của IC ở mức 0.Vì QB= 1, transistor mở dẫn, Opamp2 có V+ = 0 bé hơn V, ngõ ra của Opamp 2 ở mức 0. Vì vậy Q và QB không đổi giá trị, tụ C xả điện thông qua transistor. CHƯƠNG 3.CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG

Lời nói đầu

Đất nước ta hiện nay đang trên đà phát triển trở thành một nước côngnghiệp Vì vậy vấn đề điều khiển và vận hành các thiết bị công nghiệp nhằm nângcao năng xuất và chât lượng sản phẩm đồng thời giảm chi phí là vấn đề quan trọngđáng để chú ý Trong thực tế có rất nhiều bài toán liên quan đến vấn đề đo và điềukhiển nhiệt độ Ví dụ như: lò sấy công nghiệp, các lò luyện gang, sắt, thép

Trong kì này sau khi học môn vi mạch tương tự -vi mạch số và các môn liênquan nhóm chúng em được giao đề tài: Thiết kế mạch đo nhiệt độ hiển thị số từ 0-

99oC với cảm biến nhiệt độ Pt100, sai số 1 oC

Trong quá trình làm đề tài được sự giúp đỡ hết sức tận tình của thầy giáohướng dẫn “Nguyễn Văn Vinh” cùng các thầy cô trong bộ môn “Đo lường điềukhiển” số đã giúp đỡ em hoàn thành đúng thời hạn đề tài này Nhưng do lượngkiến thức còn hạn chế nên trong đề tài này không tránh khỏi thiếu sót Em mongđược sự đóng góp của thầy cô để đề tài của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

Lời nói đầu 1

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG 4

1.1.Khuếch đại thuật toán (KĐTT) 4

1.1.1.Khái niệm 4

1.1.2.Khuếch đại thuật toán lý tưởng 4

1.1.3.Các mạch khuếch đại cơ bản dùng KĐTT 5

1.1.4 Khuếch đại thuật toán không lý tưởng 7

1.1.5 Mạch tích hợp khuếch đại thuật toán µA741 8

1.2 Cảm biến nhiệt độ Pt100 10

1.2.1 Khái niệm 10

1.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 10

1.2.3 Cách đo Pt100 13

1.3.Bộ biến đổi tương tự-số ADC 0804 14

1.3.1.Khái niệm 14

1.4.Mạch cộng 2 số 4 bít nhị phân(giải mã từ nhị phân sang BCD) 17

1.4 LED 7 thanh 21

1.5 Mạch giải mã 7 thanh 22

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐO LƯỜNG NHIỆT ĐỘ 25

2.1 Khối phân áp 25

CHƯƠNG 3.CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 28

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN:

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG

1.1.Khuếch đại thuật toán (KĐTT)

1.1.1.Khái niệm

Khuếch đại có nghĩa là dùng năng lượng nhỏ làm thay đổi một năng lượng lớn khác Năng lượng nhỏ gọi là năng lượng điều khiển.Năng lượng lớn gọi là năng lượng bị điều khiển

Bộ KĐTT cũng như các bộ khuếch đại thông thường khác đều dùng để khuếch đại điện áp,dòng điện và công suất.Tính ưu việt của bộ KĐTT là tác dụng của mạch điện có bộ KĐTT có thể thay đổi được dễ dàng bằng việc thay đổi các phần

tử mạch ngoài (coi bộ KĐTT như hộp đen).Để thực hiện được điều đó, bộ KĐTT phải có các đặc tính co bản là :hệ số khuếch đại lớn, trở kháng cửa vào rất lớn và trở kháng ra của nó rất nhỏ

Trước đây, bộ KĐTT thường được sử dụng trong việc thực hiện các phép toán giải tích ở các máy tính tương tự,nên được gọi là KĐTT.Ngày nay, KĐTT được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong kỹ thuật đo lường và điều khiển

Do công nghệ chế tạo linh kiện vi điện tử ngày càng phát triển, nên đã chế tạo được các mạch tích hợp(các vi mạch- IC) của KĐTT gần lý tưởng Và các vi mạch KĐTT trong các mạch điện tử đơn giản cũng được coi là lý tưởng Tuy nhiên, các

vi mạch KĐTT luôn có các thông số thực là hữu hạn

1.1.2.Khuếch đại thuật toán lý tưởng

KĐTT được dùng để khuếch đại điện áp, dòng điện hay công suất ,để thiết kế các mạch điện tử chức năng Một KĐTT được ký hiệu như trên sơ đồ 1.1.2

Hình 1.1.2 Ký hiệu các chân ra của KĐTT

: Ngõ vào âm

: Ngõ vào dương

+Ecc: Ngõ cấp điện áp dương

-Ecc: Ngõ cấp điện áp âm

: Tín hiệu cửa ra

KĐTT lý tưởng có trở kháng vào vô cùng lớn ( ∞), trở kháng ra bằng 0 (ZO =0)

hệ số khuếch đại vòng hở vô cùng lớn (KO =∞) và điện áp cửa ra bằng 0V, khi điện

áp các ngõ vi sai bằng nhau (UO=0V, khi )

Trong thực tế kỹ thuật không có bộ KĐTT lý tưởng Để đánh giá được các bộ KĐTT thực so với KĐTT lý tưởng ta căn cứ vào các thông số của mạch tích hợp KĐTT thực với thông số ly tưởng trên Nhưng trong thiết kế các mạch điện tử đơn giản ta vẫn có thể coi các IC KĐTT thực được sử dụng như một KĐTT lý tưởng Mạch điên tương đương KĐTT lý tưởng

Trong đó, là trở kháng vào của KĐTT, là trở kháng ra của KĐTT,

điện áp vào đến của vào đảo, là điện áp vào đến cảu vào không đảo, là điện

áp vào vi sai Từ sơ đồ, ta có biểu thức cho điên áp ra:

Trong đó , điện áp vi sai ở cửa vào:

1.1.3.Các mạch khuếch đại cơ bản dùng KĐTT

Mạch khuếch đại đảo

: điện áp vào cần khuếch đại

: điện trở mạch phản hồi âm

Hệ số khuếch đại điện áp của mạch :

Vậy biểu thức của tín hiệu ra:

Mạch khuếch đại không đảo

Mạch khuếch đại không đảo Mạch lặp lại điện áp

Vì điện trở của vào của KĐTT ô cùng lớn, nên dòng điện chảy qua bằng 0.Từ

đó ta có:

Vậy hệ số khuếch đại điện áp của mạch khuếch đại không đảo : sẽ

được viets như sau: = =

Vậy tín hiệu ra xác định bằng biểu thức:

1.1.4 Khuếch đại thuật toán không lý tưởng

Tầng 1, gọi là tầng vào là khuếch đại vi sai đối xứng cả đầu vào và đầu ra, tầng này phải bảo đảm được dòng điện của vào rất nhỏ, điện trở của vào rất lớn, độtrôi nhỏ,đặc tính tác động tốt và có khả năng bù lệch 0 từ mạch ngoài

Tầng 2, cũng là khuếch đại vi sai có đầu vào đối xứng, còn đầu ra không đốixứng

Các tầng trung gian gồm tầng 3 là bộ lặp emito và định mức, còn tầng 4 là tầng khuếch đại kiểu chung emito với hệ số khuếch đại rất lớn

Tầng 5 là tầng công suất,có nhiệm vụ tạo được dòng điện ra lớn, điện trở cửa ra nhỏ Đây thường là mạch đẩy kéo, làm việc ở chế độ AB và có mạch bảo vệ ngắn mạch

Các thông số đặc trưng của mạch tích hợp KĐTT

Hệ số khuếch đại điện áp vòng hở (mạch hở không có hồi tiếp), được ký hiệu là

Ko Về giá trị được xác định bằng biểu thức khi ta xét ở vùng quan hệ tuyến tính giữa điện áp ngõ ra với điện áp ngõ vào là: Ko=Uo/ ) Có giá trị rất lớn, cõ

Dòng điện phân cực của vào, ký hiệu là dòng điện trung bình đến 2 của vào

đủ để các tranzito cảu vào làm việc bình thường Độ lớn của dòng điện này cỡ 1 Nguồn điện cung cấp cho các mạch tích hợp KĐTT là nguồn một chiều đối xứng, có độ lớn từ

Mức điện áp tiến hiệu vào ( ) có độ lớn không được vượt quá điện áp nguồn cấp, thường thấp hơn điện áp nguồn cấp từ 1V

Mức điện áp tín hiệu ra ( ) phụ thuôc vào tín hiệu vào ,thường thấp hơn điện áp nguồn cấp từ 1V

Điện áp lệch ngõ vi sai là giá trị điện áp vi sai giữa 2 ngõ vào của KĐTT vẫn tồntại khi điện áp cửa ra có giá trị bằng 0

Điện áp chuyển dịch cửa ra được hiểu là gái trị điện áp cửa ra vẫn còn tồn tại khi điện áp giữa các cửa vào vi sai bằng 0

Dải tần số cho phép : khi tần số tín hiệu tăng lên thì tín hiệu ra giảm dần.Dải tần

số cho phép của KĐTT cỡ 1MHz

1.1.5 Mạch tích hợp khuếch đại thuật toán µA741

1 Sơ đồ mạch tích hợp KĐTT µA741 : là một trong những mạch tích hợp khuếch đại thuật toán điển hình và sử dụng khá phổ biến hiện nay

Hình dạng và chức năng các chân mạch tích hợp KĐTT µA741

1 Hệ số khuếch đại mạch

hở

- Ngõ ra chỉ khuếch đại sự sai lệch giữa hai tín hiệu ngõ vào nên Op-Amps

có độ miễn nhiễu rất cao vì khi tín hiệu nhiễu đến hai ngõ vào cùng lúc sẽ không thể xuất hiện ở ngõ ra Cũng vì lý do này Op-Amps có khả năng khuếch đại tín hiệu có tần số rất thấp, xem như tín hiệu một chiều

- Hệ số khuếch đại của Op-Amps rất lớn do đó cho phép Op-Amps khuếch đại cả những tín hiệu với biên độ chỉ vài chục mico Volt

- Do các mạch khuếch đại vi sai trong Op-Amps được chế tạo trên cùng một phiến do đó độ ổn định nhiệt rất cao

- Điện áp phân cực ngõ vào và ngõ ra bằng không khi không có tín hiệu, do

đó dễ dàng trong việc chuẩn hoá khi lắp ghép giữa các khối (module hoá)

- Tổng trở ngõ vào của Op-Amps rất lớn, cho phép mạch khuếch đại những nguồn tín hiệu có công suất bé

- Tổng trở ngõ ra thấp, cho phép Op-Amps cung cấp dòng tốt cho phụ tải

- Băng thông rất rộng, cho phép Op-Amps làm việc tốt với nhiều dạng

nguồn tín hiệu khác nhau

Cảm biến nhiệt độ PT100 hay còn gọi là nhiệt điện trở kim loại ( RTD)PT100 được cấu tạo từ kim loại Platinum được quấn tùy theo hình dáng của đầu dò nhiệt

có giá rị điện trở khi ở 0oC là 100 Ohm Đây là loại cảm biến thụ động nên khi sửdụng cần phải cấp một nguồn ngoài ổn định Giá trị điện trở thay đổi tỉ lệ thuận với

sự thay đổi nhiệt độ được tính theo công thức dưới đây

- Công thức điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ của PT100:

1.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Điện trở này là một dây kim loại có bọc các đoạn sứ bao quanh toàn bộ dây kim loại.Phần bao bọc này lại được đặt trong một ống bảo vệ(thermowell) thường

có dạng hình tròn,chỉ đưa 2 đầu dây kim loại ra để kết nối với thiết bị chuyển đổi.Phần ống bảo vệ sẽ được đặt ở nơi cần đo nhiệt độ, thông thường can nhiệt này chỉ đo được nhiệt độ tối đa là 600 độ C

Hai đầu dây kim loại để chừa ra ở phần ống bảo vệ được kết nối tới một thiết bị gọi

là bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt thành tín hiệu điện phục vụ cho việc truyền tới phòng điều khiển giám sát.Thiết bị chuyển đổi có cấu tạo chẳng qua là một cầu điện trở có một nhánh chính là Pt100(có điện trở là 100 ôm ở 0 độ C)

Ðáp ứng của RTD không tuyến tính nhưng nó có độ ổn định và chính xác rất cao,

do vậy hay được dùng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao Nó thường được dùng trong khoảng nhiệt độ từ -250 đến +8500 Can nhiệt pt100 là kí hiệu thường được sử dụng để nói đến RTD với hệ số alpha=0.00391 và R0=100 Ohm

Là cảm biến nhiệt độ, PT100 có cấu tạo là một nhiệt điện trở RTD

-Hình ảnh thực tế của Pt100:

(Resistance Temperature Detector)

δ=1,499(kiểu +0,00385 Ω/ Ω/oC)

+ Cảm biến Pt100 hoạt động ở 0oC thì điện trở là 100Ω

+ Trong khoảng nhiệt độ từ 0-100oC ta tính như sau:

- Cảm biến Pt100 hoạt động ở 0oC thì điện trở là 100Ω

- Trong khoảng nhiệt độ từ 0-100oC ta tính như sau:

Rt = R0(1+0,385%T) với sai số nhiệt độ là ±0,5oC tức là cứ tăng 1oC thì điệntrở Pt100 tăng 0,385 Ω

1.3.Bộ biến đổi tương tự-số ADC 0804

1.3.1.Khái niệm

ADC - 0804 là bộ chuyển đổi tương tự số trong họ các loại từ hãng National

Semiconductor nó cũng được nhiều hãng sản xuất, nó làm việc với +5V và có độ phân giải là 8 bít ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một yếu tố quan trọng khi đánh giá ADC thời gian chuyển đổi được định nghĩa là thời gian cần thiết để bộ ADC chuyển đổi đầu vào tương tự thành một số nhị phân trong ADC 0804 thời gian chuyển đổi này phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLKR và CLK IN nhưng không thể nhỏ hơn 110us

1.3.2.Cấu tạo

Cấu tạo các chân

1 Chân CS chọ ̣n chí́p : là̀ đầ̀u và̀o tí́ch cự̣c mứ́c thấ́p đượ̣c sử̉ dụ ̣ng để̉ kí́ch hoạ ̣t

chí́p ADC0804 để̉ truy cậ̣p ADC thì̀ chân nà̀y phả̉i ở̉ mứ́c thấ́p

2 Chân RD (cho phép VĐK đọc): đây là một tín hiệu đầu vào tích cực mức thấp

các bộ ADC chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân tương đương với nó vàgiữ nó ở một thanh ghi bên trong RD được sử dụng để nhận dữ liệu chuyển đổi ở đầu ra của ADC khi CS=0 nếu một xung cao xuống thấp được áp đến chân RD thì

đầu ra số 8 bít được hiển diện ở các chân dữ liệu DB0 - DB7 => RD được gọi là chân cho phép đầu ra.

3 Chân WR( thực ra tên chính xác là bắt đầu chuyển đổi) đây là chân đầu vào tích

cực mức thấp được dùng để báo cho ADC bắt đầu chuyển đổi

Nếu CS= 0 khi WR tạo ra xung cao xuống thấp thì bộ ADC bắt đầu chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin về số nhị phân 8 bít, lượng thời gian cần thiết để chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đưa đến chân CLK IN và CLK R khi việc chuyển đổi dữ liệu được hoàn tất thì chân INTR được ép xuộng thấp bởi ADC 0804

4.Chân CLK R và CLK IN : là một chân đầu vào được nối tới một nguồn đồng

hồ ngoài khi đồng hồ ngoài được sử dụng để tạo ra thời gian tuy nhiên ADC 0804 cũng có một máy tạo xung đồng hồ để sử dụng máy tạo xung đồng hồ trong của ADC thì các chân CLK IN và CLK R được nối tới một tụ điện và một điện trở trường hợp này tần số đồng hồ được xác định bằng biểu thức :

giá trị tiêu biểu của các đại lương trên là R = 10K, C = 150pF và tần số nhận được

là f = 606khz và thời gian chuyển đổi là 110us

5.Chân ngắt INTR: (kết thúc chuyển đổi).: đây là chân đầu ra tích cực mức thấp

bình thường nó ở trạng thái cao khi việc chuyển đổi hoàn tất nó chuyển xuống thấp

để báo cho CPU biết là dữ liệu được chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi Sau khi INTR xuống thấp, ta đặt CS = 0 và gửi một xung cao xuống thấp tới chân RD lấy dữ liệu

ra của ADC0804

6 chân V+ và V- : đây là các chân đầu vào tương tự vi sai mà Vin = (Vin+) -

(Vin-) thông thường Vin- được nối xuống đất và Vin+ được dùng như đầu vào tương tự được chuyển đổi về dạng số

Bảng biểu diễn dải điện áp Vin đối với các đầu vào Vref/2 khác nhau:

9 các chân dữ liệu DB0 - DB7.

các chân dữ liệu DB0 - DB7(DB7 là bít cao nhất MSB và DB0 là bít thấp nhất LSB) là các chân đầu ra dữ liệu số đây là những chân được đệm 3 trạng thái và dữ liệu được chuyển đổi chỉ được truy cập khi chân CS = 0 và chân RD được đưa xuống thấp Để tính điện áp đầu ra ta có thể sử dụng công thức sau:

với Dout là đầu ra dữ liệu số( dạng thập phân) Vin là điện áp đầu vào tương tự và độphân giải là sự thay đổi nhỏ nhất được tính như là (2x Vref/2) chia cho 255 đối với ADC 8 bít

10 chân tương tự và chân đất số.

Đây là những chân đầu vào cấp đất chung cho cả tín hiệu số và tín hiệu tương tự.đất tương tự được nối tới đất của chân Vin tương tự, còn đất số được nối với đất của Vcc Lí do mà ta phải có hai đất là để cách li tín hiệu tương tự Vin từ các điện

áp kí sinh tạo ra việc chuyển mạch số được chính xác tuy nhiên ở các ứng dụng đồ

án bình thường tathường nối chung vào cùng một đất

được hoàn tất và ta có thể sang bước kế tiếp Nếu INTR cao tiếp tục tham dò đến khi nó ân RD để lấy dữ liệu ra khỏi chíp ADC0804

1.4.Mạch cộng 2 số 4 bít nhị phân(giải mã từ nhị phân sang BCD)

Xét yêu cầu của đề tài là đo và hiển thị nhiệt độ từ 00-99 thông qua bộ chuyển đổi tương tự và số ADC0804 Trên thực tế, vi mạch ADC0804 có đầu vào tương tự và đầu ra là dãy 8 bit nhị phân thể hiện cho các số từ 0-256, trong khi đó yêu cầu của bài toán là hiển thị đầu ra của ADC thông qua led 7 thanh Vấn đề được đặt ra là led 7 thanh chỉ hiển thị được các chữ số trong bộ mã BCD, làm thế nào để hiển thị được các số với 8 bit nhị phân ở đầu ra của ADC Qua quá trình môphỏng đã tìm ra được quy luật hiển thị của các bit đầu ra ADC chũng em chia đầu

ra của ADC thành 2 nửa và sử dụng ic cộng 2 số 4 bit để hiển thị kết quả Đó chính là IC 74LS83-một ic rất phổ biến trong các mạch cộng 2 số

Sơ đồ chân của 74LS83:

-A1,A2,A3,A4,B1,B2,B3,B4 : các chân đầu vào của 2 số nhị phân A, B

- S1,S2,S3,S4: đầu ra nhị phân

-C4 số nhớ của phép cộng

CO: số nhớ ban đầu

Dưới đây là hình ảnh của mạch logic bên trong ic:

Quá trình biến đổi nhị phân sang BCD

Đầu tiên ta chuyển số nhị phân 4 bit thành số BCD: hai số BCD có giá trị từ 010đến 910 khi cộng lại cho kết quả từ 010 đến 1810 , để đọc được kết quả dạng BCD taphải hiệu chỉnh kết quả có được từ mạch cộng nhị phân

Kết quả tương đương của 3 loại mã như sau:

Nhận thấy:

- Khi kết quả <10 mã nhị phân và BCD hoàn toàn giống nhau

- Khi kết quả >= 10 để có mã BCD ta phải cộng thêm 6 cho mã nhị phân.Đểgiải quyết vấn đề hiệu chỉnh này trước tiên ta sẽ thực hiện một mạch phát hiện kếtquả trung gian của mạch cộng 2 số nhị phân 4 bit.mạch này nhận kết quả trunggian của phép cộng 2 số nhị phân 4 bit và cho ở ngõ ra Y=1 khi kết qủa này >=10,ngược lại,Y=0