ứng dụng sóng vô tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng

1.4 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Với thời gian, kinh phí cũng như khả năng có hạn nên nhóm sinh viên thực hiện chỉ tập trung nghiên cứu các vấn đề sau: § Bộ phát sóng RF để truyền tín hiệu điều kh

NỘI DUNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG I DẪN NHẬP

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

Mạch điều khiển thiết bị bằng sóng RF là một đề tài không mới, trong các khoá

trước đã có người nghiên cứu Nhưng vì tính thực tiễn của đề tài này nên nó cần được

tiếp tục nghiên cứu và hoàn chỉnh để đưa ra giải pháp tối ưu Trong các khoá trước, đề

tài này được thiết kế bằng những IC rời Theo cách này thì kích thước của mạch lớn,

cồng kềnh, không kinh tế Đồng thời tính chính xác của việc đo đạc cũng còn hạn chế

Trong đề tài này, nhóm sinh viên thực hiện dùng IC rời kết hợp với Modul RF

chuyên dụng để tạo ra mạch hoàn chỉnh ứng dụng Hiện nay xu hướng sử dụng sóng

RF để điều khiển thiết bị từ xa rất được ưa chuộng được ứng dụng rộng rãi trong cuộc

sống như hệ thống báo động chống trộm , hệ thống điều khiển các thiết bị điện từ xa

bằng sóng RF …

1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ SỰ CẦN THIẾT PHẢI NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI:

Đất nước ta đang trong thời kỳ hội nhập, kinh tế phát triển vượt bậc làm cho đời

sống của người dân được nâng cao, theo đó thì nhu cầu về các hệ thống điều khiển

không dây trở nên cần thiết ứng dụng điều khiển trong các thiết bị Ưu điểm của hệ

thống này là khắc phục được vật cản như tường nhà , vật dụng …

Xuất phát từ những ý tưởng trên và cùng hòa mình vào hoạt động nghiên cứu

khoa học hàng năm của khoa Điện – Điện Tử trường cao đẳng NGUYỄN TẤT

THÀNH , chúng em đã tham gia nghiên cứu và chọn đề tài “ỨNG DỤNG SÓNG VÔ

TUYẾN ĐỂ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN DÂN DỤNG ” để nghiên cứu và thi

công mô hình sản phẩm

Vì tầm quan trọng và tính thực tiễn của đề tài mà nó rất cần được nghiên cứu và

Nhóm sinh viên thực hiện nghiên cứu đề tài này nhằm mục đích:

§ Kết hợp giữa lý thuyết và thực hành, kiểm nghiệm lại lý thuyết đã học So

sánh giữa lý thuyết với thực hành có vấn đề gì nảy sinh hay không Nếu

có sẽ nghiên cứu tìm cách giải quyết vấn đề Từ đó, nâng cao kiến thức

chuyên môn cho nhóm sinh viên thực hiện

§ Để thiết kế được một hệ thống như đã nêu trên thì người thực hiện phải

nắm được kiến thức chuyên môn ngành điện tử Sau đó cần tìm hiểu,

nghiên cứu sách vở, các tài liệu của các khoá trước, các tài liệu trong và

ngoài nước và các dạng mạch thực tế để thi công sản phẩm

§ Rèn luyện khả năng nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu

§ Nâng cao tay nghề cho bản thân trong việc thi công mạch điện tử

1.4 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Với thời gian, kinh phí cũng như khả năng có hạn nên nhóm sinh viên thực hiện

chỉ tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:

§ Bộ phát sóng RF để truyền tín hiệu điều khiển

§ Bộ thu sóng RF để truyền tín hiệu điều khiển đến bộ giải mã điều khiển

thiết bị

CH Ư ƠNG II

CƠ SỞ LÝ LUẬN

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:

§ Đề tài nghiên cứu về RF là một lựa chọn có hiệu quả trong việc truyền tín hiệu

đi xa trong môi trường có nhiều vật cản

§ Đối tượng nghiên cứu là một hệ thống hoàn chỉnh bao gồm phần cứng và thi

công mạch

2.2 DÀN Ý NGHIÊN CỨU:

§ Tham khảo nguyên lý hoạt động của những sản phẩm tương tự đang có bán trên

thị trường

§ Cải tạo lại sơ đồ nguyên lý của sản phẩm đang có trên thị trường theo yêu cầu

nghiên cứu ban đầu mà nhóm sinh viên thực hiện đã vạch ra

§ Khảo sát sơ đồ nguyên lý mới đã thiết kế (khảo sát lý thuyết)

§ Thiết kế và thi công trên thực tế bằng các linh kiện hiện có trên thị trường

§ Cân chỉnh và hoàn thiện sản phẩm sau cùng

2.3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU:

2.3.1 Phương pháp nghiên cứu:

Trong quá trình nghiên cứu, nhóm sinh viên thực hiện chủ yếu dựa vào hai phương

pháp chính:

§ Phương pháp tham khảo tài liệu: Thu thập các tài liệu liên quan đến Truyền số

liệu, Kĩ thuật mạch điện tử, thiết kế mạch điện tử, các tạp chí trong và ngoài

nước, các tài liệu liên quan đến vi điều khiển, thông tin trên internet và phương

pháp nghiên cứu khoa học Sau đó, nhóm sinh viên vận dụng các kiến thức hiện

có để tổng hợp các tài liệu, sau cùng thiết kế ra mạch điện phù hợp với các yêu

cầu mà ban đầu nhóm đã đề ra

§ Phương pháp thực nghiệm: Một mạch điện hay một bộ phận của đề tài không

phải thực hiện một lần là thành công mà cần phải tiến hành nhiều lần Sau mỗi

lần như vậy, người thực hiện đều rút ra được những kinh nghiệm cần thiết cho

những lần sau Sau đó người thực hiện sẽ tổng kết những kinh nghiệm lại để

đưa ra giải pháp tối ưu Khi đã có mạch theo tính toán lý thuyết, nhóm sinh viên

thực hiện đã thi công mạch thực tế theo đúng sơ đồ nguyên lý đã vạch ra Do

không có các thiết bị đo chuyên dụng thích hợp, nhóm sinh viên thực hiện đã

cân chỉnh thủ công từng khối và đo dạng sóng đầu ra của chúng Sau đó, nhóm

đã sử dụng kết quả cân chỉnh này để điều chỉnh lại lý thuyết một cách hợp lý

§ Phương pháp quan sát: Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm sinh viên thực

hiện sử dụng phương pháp quan sát để các sản phẩm có liên quan đến đề tài có

sẵn trên thị trường Sau đó kết hợp với các phương pháp khác để cho ra sản

phẩm của riêng mình

2.3.2 Phương tiện nghiên cứu:

§ Các tài liệu liên quan đến kỹ thuật cao tần

§ Các dụng cụ đo đạc: VOM, dao động ký, bộ nguồn…

§ Các dụng cụ, thiết bị điện tử liên quan đến việc thi công mạch điện

Tổng hợp các kiến thức hiện có và tài liệu vừa tìm được để thiết kế sơ đồ

nguyên lý thích hợp (trên lý thuyết)

Thi công mạch thực tế và cân chỉnh thông số kĩ thuật

Tham khảo ý kiến chuyên môn của Giáo viên hướng dẫn trong lúc thi công

Hoàn thành mạch và cho chạy thử nghiệm (kiểm tra độ tin cậy của sản phẩm)

§ Từ 16/06/2009 đến 22/06/2009

Đóng gói sản phẩm cuối cùng

Soạn đồ án tốt nghiệp theo thiết kế (đã qua chỉnh sửa thực nghiệm)

Trình Giáo viên hướng dẫn xem xét và cho ý kiến

CHƯƠNG III

GIỚI THIỆU CÁC IC SỬ DỤNG TRONG MẠCH

3.1 IC MÃ HOÁ PT2262:

3.1.1 Giới thiệu:

Đây là IC mã hóa điều khiển từ xa cùng cặp với IC giải mã PT2272 sử dụng công

nghệ CMOS PT2262 mã hóa địa chỉ và dữ liệu từ các chân địa chỉ và dữ liệu thành

một chuỗi dạng sóng nối tiếp điều chế các sóng mang ở tần số sóng vô tuyến hay sóng

hồng ngoại IC này có 12 bit địa chỉ, mỗi bit có 3 trạng thái (mức cao, mức thấp và

mức thả nổi) tức là có 312 (531.441) trạng thái dưới dạng mã hóa địa chỉ Do đó có

nhiều sự lựa chọn mã và không bị trùng nhau về mã hóa trong lập trình quét

Các điểm đặc trưng:

§ PT2262 sử dụng công nghệ CMOS

§ Công suất tiêu thụ thấp

§ Khả năng miễn nhiễu cao

§ Các chân mã hóa địa chỉ có thể lên đến 12 và ở dạng 3 trạng thái

§ Các chân dữ liệu có thể lên đến 6

§ Tầm điện áp hoạt động rộng: Vcc = 4 ~15 volts

§ Mạch dao động chỉ sử dụng 1 điện trở

§ Loại ngõ ra có thể là chốt hoặc nhất thời

§ Dạng đóng gói có thể là DIP hoặc SO

Các ứng dụng

§ Hệ thống bảo vệ xe hơi

§ Điều khiển cửa gara

§ Điều khiển xa quạt

§ Hệ thống tự động hoặc bảo vệ gia đình

§ Điều khiển từ xa các đồ chơi

§ Điều khiển từ xa trong công nghiệp

* Sơ đồ khối IC PT2262

Sơ đồ khối IC PT2262

* Cấu trúc chân IC PT2262

* Mô tả chức năng các chân PT2262

Loại 18 chân

Loại 20 chân A0 ~ A5 I Các chân mã hóa địa chỉ từ 0 ~ 5

Sáu chân 3 trạng thái này được đọc bởi PT2262 để xác định dạng sóng mã hóa bit 0 ~ bit 5 Mỗi chân có thể được thiết lập ở mức ‘0’ ,’1’, hoặc ‘f’( thả nổi)

Khi các chân này được sử dụng như là chân địa chỉ, chúng có thể được thiết lập

thứ nhất nối giữa hai chân này

để xác định tần số dao động cở bản của PT2262

thứ hai

DOUT O Chân ngõ ra dữ liệu

Dạng sóng mã hóa nối tiếp được đưa ra

ở chân này Khi PT 2262 không phát, ngõ ra DOUT ở mức thâp (Vss)

3.1.2 Mô tả chức năng :

PT2262 mã hóa địa chỉ và dữ liệu được thiết lập ở các chân A0 ~ A5 và A6/D5 ~

A11/D0 ra một dạng sóng đặc biệt và đưa nó ra chân DOUT khi chân TE\ xuống mức

thấp.Dạng sóng này sẽ được đưa đến mạch điều chế RF hoặc mạch điều chế IR để phát

đi Sóng RF hoặc chùm tia hồng ngoại được thu bởi mạch giải điều chế RF hoặc mạch

thu IR và phục hồi lại dạng sóng đặc biệt đó Sau đó PT2272 sẽ được sử dụng để giải

mã dạng sóng này và thiết lập các ngõ ra tương ứng Do vậy hoàn tất chức năng điều

khiển từ xa mã hóa và giải mã

3.1.3 Hoạt động RF:

Các bit mã hóa

Một bit mã hóa là thành phần cơ bản của dạng sóng mã hóa, và nó có thể là bit

AD(Address/Data) hoặc bit SYNC(Synchronous)

Dạng sóng bit AD(Adrress/Data)

Một bit AD có thể được chọn là bit ‘0’, ‘1’, hoặc ‘f’ tương ứng với mức thấp

Giản đồ thời gian của bit AD

Ở đây: α là chu kỳ dao động cơ bản

Dạng sóng của bit SYNC(synchronous)

Bit đồng bộ có chiều dài là 4 bit với độ rộng xung là 1/8 bit Giản đồ thời gian

của bit đồng bộ:

Chú ý: 1 bit = 32α

Giản đồ thời gian của bit SYNC

Từ mã

Một nhóm bit mã gộp lại gọi là từ mã Một từ bao gồm 12 bit AD đi sau 1 bit

SYNC 12 bit AD được xác định bởi các trạng thái tương ứng của các chân A0 ~ A5

và A6/D5 ~ A11/D0 vào thời gian phát Khi chân dữ liệu được sử dụng thì chân địa

chỉ cũng bị giảm theo

Lấy ví dụ: nếu ta dùng 3 chân dữ liệu thì chân địa chỉ lúc này sẽ là 9, dạng sóng phát

sẽ là:

PT2262/PT2272 có tối đa 12 bit địa chỉ bao gồm sáu bit địa chỉ/dữ liệu Sơ đồ sau sẽ

chỉ ra 1 từ mã tương ứng với các chân này:

Giản đồ 1 từ mã

Các bit mã từ A0 ~ A5 và A6/D5 ~ A11/D0 được xác định bởi trạng thái của các

chân A0 ~ A5 và A6/D5 ~ A11/D0 Lấy ví dụ, khi chân A0 (chân số 1) được thiết lập

ở mức “1” (Vcc), từ mã A0 sẽ được tổng hợp như là bit “1” Cũng với cách như vậy,

khi nó được thiết lập ở mức “0” (Vss) hoặc thả nổi, từ mã A0 sẽ được tổng hợp như là

bit “0” hoặc bit “f” riêng biệt

Khung mã

Một khung mã bao gồm 4 từ mã liên tiếp Khi PT2262 dò thấy mức “0” trên chân

TE/ ( nghĩa là chân TE/ tích cực mức thấp), nó sẽ xuất một từ mã ra chân DOUT Nếu

chân TE/ vẫn tiếp tục tích cực sau khi đã truyền hết một khung mã, PT2262 sẽ xuất ra

tiếp một khung mã khác Nó nên được hiểu là khung mã được tổng hợp trong thời gian

phát

Mạch dao động được tích hợp bên trong PT2262 cho phép một dao động chính

xác được xây dựng bằng cách kết nối một điện trở ngoài giữa hai chân OSC1 và

OSC2 Để PT2272 giải mã chính xác sóng thu được, tần số dao động của PT2272 phải

bằng 2.5 ~ 8 lần tần số dao động của PT2262 Tần số dao động ứng với các giá trị điện

trở của PT2262 và PT2272 cho bởi đồ thị dưới:

Đồ thị tần số dao động theo giá trị điện trở dùng cho PT2262 và PT2272

Giá trị điện trở dao động đề nghị được cho bởi bảng sau:

Giá trị điện trở dao động

Chú ý: * PT2272 hoạt động khi điện áp cung cấp bằng 5V đến 15V

** PT2262 hoạt động khi điện áp cung cấp bằng 3V đến 15V

Điều này có nghĩa là nếu điện áp cung cấp cho PT2272 thấp hơn 5V, bạn cần sử dụng

1 giá trị điện trở dao động thấp hơn cho cả PT2262 và PT2272

3.1.4 Hoạt động IR – hồng ngoại:

Trong loại hoạt động hồng ngoại, các chức năng cũng tương tự như mô tả ở trên

ngoại trừ dạng sóng ngõ ra có tần số sóng mang là 38Khz Cụ thể hơn như sau:

Các bit mã được điều chế thêm với tần số sóng mang 38KHz và có thể là bit “0”,

“1” hoặc “f” Dạng sóng của nó được biểu diễn ở bên dưới:

Chú ý: λ = 2 lần chiều dài xung clock

Giản đồ thời gian của bit mã

Từ mã

Một từ mã được tạo ra từ các bit mã và dạng sóng của nó cũng giống như từ mã

RF

Khung mã

Cũng như thế, một khung mã được tạo ra bởi các từ mã và dạng sóng của nó

cũng giống như loại hoạt động RF

Mạch dao động

Tần số dao động cho loại hoạt động IR gấp hai lần tần số sóng mang Do vậy, tần số

dao động nên được giữ tại 76kHz Một điện trở dao động có giá trị từ 432kΩ đến

470kΩ được yêu cầu để nối giữa hai chân OSC1 và OSC2 Nó nên được chú ý là sóng

mang bằng 50% tần số chu kỳ nhiệm vụ

* Lưu đồ hoạt động

Lưu đồ hoạt động của PT2262

3.1.5 Các mạch điện ứng dụng:

Power ON

Chế độ stand by

TE\ tích cực

Phát một Khung mã

TE\ còn tích cực Yes

Yes

No

No

Mạch phát RF 4 bit dữ liệu băng tần UHFdùng PT2262

Mạch phát RF chỉ có địa chỉ (không bit dữ liệu) băng tần UHF

* Giá trị tối đa cho phép PT2262:

Tối đa Đơn vị

IC PT2272 là 1 IC giải mã tín hiệu điều khiển từ xa cùng cặp với PT2262 sử

dụng công nghệ CMOS Nó có 12 chân địa chỉ 3 trạng thái cung cấp 1 mã địa chỉ tối

đa lến đến 531 441 (hay 312); do vậy, giảm rất nhiều sự xung đột về mã và khả năng

quét mã khi không biết mã nguồn Trong vài trường hợp PT2272 có thể được tùy chọn

cho phù hợp với từng ứng dụng cụ thể như: số chân dữ liệu ngõ ra tùy biến, loại ngõ ra

Do PT2272 đi cùng cặp với PT2262 nên để đảm bảo tính tương tính và phù hợp

cao với PT2262 mọi thông số kỹ thuật về IC này cũng tương tự như PT2262 đã được

trình bày khá kỹ ở trên nên dưới đây ta không nhắc lại những gì đã có mà chỉ trình bày

* Mô tả chức năng các chân PT2272

Loại 18 chân

Loại 20 chân

Dạng sóng mã hóa nối tiếp thu được sẽ được đưa vào PT2272 ở chân này

thứ nhất

Một điện trở sẽ được nối giữa hai chân này

để xác định tần số dao động cở bản của PT2262

thứ hai

VT O Viết tắt của chữ Valid Transmision

Tích cực mức cao VT ở mức cao báo hiệu rằng PT2272 đã thu được 1 sóng phát hợp lệ

3.2.2 Mô tả chức năng:

PT2272 giải mã tín hiệu thu được từ chân DIN Tín hiệu được giải mã ra thành từ

mã bao gồm các bit địa chỉ, dữ liệu và bit đồng bộ Bit địa chỉ sau khi được giải mã sẽ

được đem so sánh với địa chỉ đã được thiết lập ở các chân ngõ vào địa chỉ Nếu cả hai

lần các địa chỉ phù hợp nhau liên tiếp hai từ mã, PT2272 sẽ thực hiện – (1) các chân

ngõ ra dữ liệu tương ứng với các bit dữ liệu sẽ được giải mã ra bit “1”, và (2) ngõ ra

VT – điện áp lên mức cao

Hoạt động RF và hoạt động IR tương tự như PT2262

Sự phát hợp lệ

Khi PT2272 nhận một từ mã phát, đầu tiên nó kiểm tra tín hiệu phát có hợp lệ

hay không Đối với tín hiệu hợp lệ, (1) nó phải là một từ mã hoàn chỉnh, và (2) các bit

địa chỉ phải phù hợp với các địa chỉ được thiết lập tại các chân địa chỉ Sau hai tín hiệu

phát hợp lệ liên tiếp, PT2272 (1) sẽ thay đổi các chân dữ liệu dựa theo các bit dữ liệu

thu được, và (2) đưa VT lên mức cao Sau đây là giản đồ thời gian của quá trình trên:

Giản đồ thời gian ở các chân VT và dữ liệu (tức thời) sau khi thu liên tiếp hai từ

mã hợp lệ ta = 8 lần độ rộng tần số dao động cơ bản

tb = 1 lần độ rộng tần số dao động cơ bản

tc = 2 lần độ rộng một từ mã Loại ngõ ra dữ liệu chốt hay tức thời

PT2272 sử dụng hoặc ngõ ra dữ liệu chốt hoặc tức thời tùy thuộc vào phiên bản

PT2272 được sử dụng Loại chốt (PT2272-LX) tích cực ngõ ra dữ liệu trong suốt quá

trình phát và dữ liệu này được duy trì trong bộ nhớ mãi đến khi dữ liệu khác được

nhập vào Loại tức thời (PT2272-MX), nói cách khác, chỉ tích cực ngõ ra trong quá

trình phát Trong loại tức thời dữ liệu không tồn tại trong bộ nhớ sau khi phát đã hoàn

tất Hãy xem sơ đồ bên dưới:

Giản đồ thời gian ở các chân dữ liệu loại chốt và tức thời ứng với từ mã thu được ở

chân Din

* Lưu đồ hoạt động

§ Bộ giải mã không có chân dữ liệu

1 Khi được cấp điện, PT2272 hoạt động ở chế độ stand by

2 Sau đó nó ra soát tín hiệu Nếu không có chân tín hiệu thu, nó sẽ vẫn tồn tại ở

chế độ stand by; mặt khác, các bit dữ liệu thu được so sánh với sự thiết lập ở các chân

dữ liệu

3 Chân VT lên mức cao báo hiệu phát hợp lệ chỉ khi có liên tiếp 2 khung mã

mà phù hợp với các bit địa chỉ; ngược lại, nó sẽ không được tích cực và chế độ stand

by vẫn còn tích cực

4 Sau đó, các bit địa chỉ được kiểm tra lại một lần nữa Hai lần không phù hợp

các bit địa chỉ sẽ không cho phép VT và chế độ stand by được tích cực; mặt khác, các

bit địa chỉ liên tục được kiểm tra

Hình 4.19 Lưu đồ hoạt động của PT 2272 không có dữ liệu ngõ ra

§ Bộ giải mã có chân dữ liệu

1 Khi nguồn được cung cấp, PT2272 hoạt động ở chế độ stand by

2 Sau đó nó kiểm tra tín hiệu Nếu không có tín hiệu thu, nó sẽ vẫn ở chế độ

stand by; mặt khác, các bit địa chỉ đươc so sánh với trạng thái các chân địa chỉ

ADDRESS BITS STILL MATCH?

STAND BY MODE POWER ON

YES

ADDRESS BITS

YES

VT ACTIVE

ADDRESS BITS STILL MATCH?

NO

NO YES

3 Bất cứ khi nào các bit địa chỉ trong một khung phù hợp với trạng thái các

chân địa chỉ, các bit dữ liệu sẽ được lưu vào bộ nhớ Cũng vậy, khi IC này thấy có hai

lần dữ liệu liên tiếp và đồng nhất có cùng các bit địa chỉ, các ngõ ra dữ liệu sẽ được

tích cực và VT được cho phép VT không được cho phép khi hai lần liên tiếp các địa

chỉ không giống nhau Với loại tức thời, ngõ ra dữ liệu bị reset; trong khi với loại chốt,

ngõ ra dữ liệu vẫn được duy trì

Lưu đổ hoạt động của PT2272 có các chân dữ liệu ngõ ra

YES

ADDRESS BITS YES

NO

NO YES

MATCH PREVIOUS

DISABLE VT & RESET OUTPUT DATA (FOR MOMENTARY TYPE)

DISABLE VT & SUSTAIN OUTPUT DATA (FOR LATCH TYPE)

NO

YES

ADDRESS BITS STILL

ADDRESS BITS STILL

* Bảng giá trị tối đa của IC PT2272

Trung bình

VOH = 6Volt Dòng điện

Ví dụ loại gói hàng 18 chân:

M = loại tức thời

Phiên bản: A = phiên bản mới (chỉ có 2 bit dữ liệu)

Tên số của IC do hãng đặt Hai chữ đầu của tên hãng sản xuất PTC

Loại gói hàng: P = PDIP, 18 chân(có thể bị loại bỏ sau này)

S18 = loại IC dán, 18 chân S20 = loại IC dán, 20 chân

Chân 1 : GND nối mass Chân 5: Control điện áp điều khiển

Chân 2 : Trigger input ngõ vào Chân 6 : threshold thềm ngưỡng

Chân 3 : out put ngõ ra Chân 7: discharge xả điện

Chân 4: Reset đặt lại khởi điểm Chân 8 : Vcc nguồn vào

3.3.2 Sơ đồ bên trong :

+

+

Vc c

GND

- 3 điện trở 5k ghép nối tiếp từ Vcc xuống mass tạo nên điện thế tham chiếu 2/3 VCC

cho mạch so sánh một và 1/3 VCC cho mạch so sánh hai

- Flipflop RS và 2 transistor T1 ,T2 là bộ phận chuyển mạch để tạo ra xung ở ngõ ra 3

- Vcc(8): IC 555 hoạt động ở điện áp DC từ 5V –15V Sự định thời thay đổi rất ít theo

điện thế cấp điện Vcc chỉ khoảng 0,1% cho mỗi volt

- Chân 3 : lấy điện thế hoặc xung kích ra, dòng điện và điện thế này phụ thuộc vào

điên thế cấp Vcc và sự bảo hoà của các transistor của tần đệm ra bên trong trong IC

- Chân 5 : điện thế điều khiển ngõ này nối trực tiếp với điểm tham chiếu 1/3 Vcc của

mạch so sánh hai và 2/3Vcc ở mạch so sánh 1, sự thay đổi điện thế ở ngõ này sẽ làm

thay đổi sự định thời , nhưng ở mạch này cần giữ cho chân này ở mức ổn định hoặc

nối xuống mass

- Chân 2: IC 555 được nảy khi điện áp ở ngõ này từ trên mức 1/3Vcc giảm xuống Sự

nảy tác động bởi các mức nên các dạng sóng thay đổi chậm vừa đều có thể kích IC

555 Khi tín hiệu nảy dưới mức 1/3 Vcc phải ngắn hơn thời gian có xung ra để IC 555

có thể nảy lại, khi xung nảy rộng hơn xung ra thì xung nảy phải được làm ngắn lại

bằng cách đưa qua mạch vi phân Độ rộng của xung tuỳ thuộc vào biện độ của xung

nhưng phải trên 1ms biên độ của xung nảy phải nằm trong phạm vi 0V – 1,7V

- Chân 6 : nối đến đầu âm của mạch so sánh 1để reset FF để ngõ ra xuống thấp Lúc

bình thường ngõ này có điện thế 2/3 Vcc Muốn reset IC 555 ta đưa điện thế từ dưới

2/3 Vcc tăng lên Một dòng điện ngưỡng được đưa từ ngoài vào khoảng 100 nA đây là

lí do điện trở mức nối tiếp với ngõ vào , ngưỡng không được quá lớn ,dưới 10 ohm ở

Vcc 15V

- Chân 4 : Khi ngõ này ở mức thấp trasistor T1 dẫn sẽ làm cho ngõ này xuống thấp,

nguồn điện thế reset phải thấp đến 0,7V và nhận dòng 0,1 mA , có độ rộng xung ít

nhất là 0,5 ms thời gian trì hoãn giữa ngõ reset và ngõ ra cũng khoảng 0,5 ms

- Chân 7 : đây là cực thu để hở của transistor T2 , transistor này dẫn khi ngõ ra của IC

hạn ở giá trị tương đối bởi mạch nội tại nên không sợ tụ bên ngoài lớn tạo dòng xả làm

hỏng transistor

- Chân 1: nối mass cho cả hệ thống

CHƯƠNG IV

KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ

4.1 GIỚI THIỆU:

Khi muốn truyền dữ liệu dùng các đường truyền analog có sẵn, cần phải chuyển

đổi các tín hiệu điện có nguồn gốc từ các thiết bị cần truyền thông tin (DTE) sang các

dạng tín hiệu điện phù hợp với đường truyền analog có sẵn Các đường truyền này

thường được thiết kế sẵn cho các tín hiệu analog thông thường (có tần số từ 300 ÷

3400 Hz) Điều này có nghĩa là một đường truyền analog có sẵn sẽ không truyền đi

các bit “0” hay “1” xuất phát trực tiếp từ các DTE Chính vì lí do đó, chúng ta cần phải

truyền dữ liệu nhị phân sang một dạng tín hiệu khác tương thích với đường truyền và

sẽ chuyển đổi lại về dạng nhị phân tại đầu thu Mạch điện thực hiện việc chuyển đổi

thuận ban đầu gọi là bộ điều chế (Modulator), và mạch thực hiện việc chuyển đổi

ngược lại tại đầu thu gọi là bộ giải điều chế (Demodulator) Vì mỗi đầu liên kết đều

cần cả hai mạch, chúng kết hợp lại thành một thiết bị chung gọi là “Modem”

Có ba phương pháp điều chế cơ bản để chuyển đổi tín hiệu nhị phân sang dạng

thích hợp với đường truyền analog công cộng, đó là: phương pháp điều chế biên độ

(ASK_Amplitude Shift Keying); phương pháp điều chế tần số (FSK_Frequency Shift

Keying); và phương pháp điều chế pha (PSK_Phase Shift Keying)

4.2 ASK ( Amplitude Shift Keying ):

4.2.1 Nguyên lí hoạt động của phương pháp điều chế ASK:

Bản chất của phương pháp này là biên độ sóng âm đơn tần được chuyển đổi giữa

hai mức (có sóng âm-không có sóng âm), với tốc độ chuyển đổi được xác định bởi tốc

độ bit của tín hiệu nhị phân cần truyền Sóng âm tần phù hợp với đường truyền còn gọi

là sóng mang Kích thước băng thông yêu cầu được xác định bởi tốc độ bit của tín hiệu

cần truyền, tốc độ càng cao thì băng thông yêu cầu càng lớn

Trong thực tế, các phương pháp điều chế khác nhau thì yêu cầu băng thông khác

nhau, nên việc đánh giá băng thông yêu cầu ứng với mỗi phương pháp truyền là rất

cần thiết đối với người thiết kế

4.2.2 Dạng sóng của phương pháp điều chế ASK:

Hình 4.2: Dạng sóng của phương pháp điều chế ASK

4.2.3 Phương trình toán học của phương pháp điều chế ASK:

§ Sóng mang có biên độ và tần số cố định, chúng được biểu diễn bằng công thức:

Với ωC: tần số góc (radian/s)

§ Tín hiệu thông tin cần truyền là tín hiệu đơn cực, chuỗi Fourier biểu diễn cho nó:

Vd(t) =V d + V d  t− ( t)+ ( t)−L

0 0

5

13

cos3

1cos

2

Với ω0 (radian/s) là tần số góc cơ bản của tín hiệu cần truyền, để dễ dàng tính toán

thường chọn ω0 là tần số của chuỗi bit 0101010… bởi vì đây là chuỗi bit có tần số lớn

.3cos3

1cos

.cos

2cos

cos3

1cos

cos

1cos

2

1

π ω

Chúng ta thấy tín hiệu ASK tương đương với tín hiệu số liệu cần chuyển đi đã được

biến đổi sang dạng tín hiệu sóng mang Bên cạnh tần số cơ bản (ωC - ω0) và (ωC + ω0)

vẫn còn tồn tại thành phần hài bậc 3 của tín hiệu điều chế (ωC - 3ω0) và (ωC + 3ω0)

Tất cả những điều trên đã giúp hình thành băng thông của ASK

Băng thông càng lớn thì tín hiệu thu được càng trung thực Tuy nhiên, tổng quát mà

nói thì hiệu quả hoạt động vẫn có thể đạt được nếu băng thông đường truyền đủ lớn để

cho tín hiệu ASK có thành phần cơ bản đi qua

Nếu gọi f0 là thành phần tần số cơ bản của tín hiệu dữ liệu 010101… thì f0 bằng ½ tốc

độ bit (bps) Suy ra, nếu có sẵn tốc độ bit X(bps) thì ta có thể xác định được tần số cơ

bản f0 = X/2 (Hz) và để thu được thành phần hài bậc 3 thì băng thông đường truyền

cần phải có 3X (Hz)

Hình 4.3: Phổ tần tín hiệu của phương pháp điều chế ASK Bảng 4.1: Băng thông tín hiệu, tốc độ bit tương ứng thường gặp trong phương

Băng thông đường truyền cần có

ứng với tần số cơ bản và hài bậc 3

3X(Hz)

900 Hz 3600 Hz 14400 Hz

4.3 FSK (Frequency Shift Keying):

4.3.1 Nguyên lí hoạt động và dạng sóng của phương pháp điều chế FSK:

FSK là phương pháp điều chế được dùng trong tất cả các modem tốc độ thấp thế hệ

đầu Nguyên lí hoạt động cơ bản được minh họa trong các hình vẽ dưới đây Để tránh

việc thay đổi biên độ, FSK đã sử dụng hai sóng mang (tại hai tần số khác nhau) có

cùng biên độ và cố định cho số nhị phân “0” và “1”

Hình4.4: Dạng sóng của phương pháp điều chế FSK

Sự khác biệt giữa hai sóng mang là tần số FSK là sự tổng hợp ngõ ra của hai bộ ASK

ở hai tần số khác nhau:

§ Một thực hiện việc điều chế trên sóng mang thứ nhất căn cứ trên mức cao của tín

hiệu dữ liệu cần điều chế (logic 1)

§ Một thực hiện việc điều chế trên sóng mang còn lại căn cứ trên mức thấp của tín

hiệu dữ liệu cần điều chế (logic 0)

4.3.2 Phương trình toán học của phương pháp điều chế FSK:

Ta có:

V (t) = cosω t V (t) + cosω t V ’(t) [4.4]

ω1, ω2 là tần số góc của hai sóng mang (radian/s)

Vd’(t) là phần bù (đảo_not) của tín hiệu cần điều chế Vd(t)

22

1cos3

cos3

1cos

22

1cos

π ω

ω ω

π ω

+

−

−+

+

−+

+

++

+

−

−++

−+

=

t t

t t

t

t t

t t

t

0 2 0

2 0

2 0

2 2

0 1 0

1 0

1 0

1 1

3cos3

cos3

1cos

cos3

1cos

cos

1cos

2

1

VFSK(t)

ω ω ω

ω ω

ω ω

ω π

ω

ω ω ω

ω ω

ω ω

ω π

ω

Có thể nói băng thông của FSK một cách đơn giản là tổng hợp băng thông của hai điều

chế ASK riêng biệt ở hai tần số điều chế khác nhau

Hình 5.5: Phổ tần của phương pháp điều chế FSK Với f0: Thành phần tần số cơ bản = ¼ tốc độ bit

fS: Tần số dịch tần