Giáo trình hướng dẫn tìm hiểu sự hình thành của máy đo tần số và vi mạch số phần 5 ppt

VI./ MẠCH HIỂN THỊ: Mạch đo tần số này không là một thiết bị đo thực dụng mà là một mô hình hoạt động được dùng trong giảng dạy môn đolường điện, có thể dùng làm thiết bị đo trong phòng

Ngõ vào ( input ) Ngõ ra ( output) Display

LE BI LT D C B A a b c d E g f

X X L X X X X H H H H H H H

X L H X X X X L L L L L L L Blank

L H H L L L L H H H H H H L 0

L H H L L L H L H H L L L L 1

L H H L L H L H H L H H L H 2

L H H L L H H H H H L L L H 3

L H H L H L L L H H L L H H 4

L H H L H L H H L H H L H H 5

L H H L H H L L L H H H H H 6

L H H L H H H H H H L L L L 7

L H H H L L L H H H H H H H 8

L H H H L L H H H H L L H H 9

L H H H L H L L L L L L L L Blank

L H H H L H H L L L L L L L Blank

L H H H H L L L L L L L L L Blank

L H H H H L H L L L L L L L Blank

L H H H H H L L L L L L L L Blank

L H H H H H H L L L L L L L Blank

Trong mạch hiển thị ta cần phải tắt số 0 vô nghiã,ví dụ như kết quả

đo làø 10 thì phải hiển thị làø 10 không phải là 0010 Như chúng ta đã biết IC 4511B có ngõ vào BI khi tác động ở mức thấp thì đèn tắt, khi các ngõ ra của

IC đếm là 0000 (BCD) thì ngõ vào BI ở mức thấp, một ngõ ra lên trạng thái [1] thì ngõ vào BI ở mức cao

Dạng mạch kết nối như sau:

VI./ MẠCH HIỂN THỊ:

Mạch đo tần số này không là một thiết bị đo thực dụng mà là một mô hình hoạt động được dùng trong giảng dạy môn đolường điện, có thể dùng làm thiết bị đo trong phòng thí nghiệm đo lường điện Đối với mô hình dùng để dạy học nên cần phần hiển thị thật rõ để người ở góc có thể quan sát được, với những yêu đó ta chọn phần hiển thị là LED 7 đoạn loại lớn, loại đèn này tiêu tốn năng thấp hơn các loại đèn cathod lạnh hay đèn tim, nguồn cung cấp cho đèn LED thường thấp

Thông số loại LED

Điện áp cung cấp : 6 V

Dòng điện tối đa : 20mA

Kích cở : ( 3 7 x 5 5) cm

Kích thước mỗi đoạn : 3 cm

Loại màu trắng khi phát sáng cho ánh sáng màu đỏ

Điện áp và dòng diện các ngõ ra của IC 4511B không đủ kích cho LED sáng vì vậy cần thêm mạch kéo dòng cho LED Ta dùng linh kiện rời TRANSISTOR để làm mạch thúc, khi ngõ ra của IC 4511B ở trạng thái mức cao thì LED sáng, ở trạng thái mức thấp thì LED tắt nên ta sử dụng transistor loại PNP

Điện áp cấp cho LED là 6V và dòng điện qua tối đa là 15mA Khi chân B ở mức cao thì transistor ngưng dẫn dòng điện chạy qua RC và R1 qua LED làm cho đèn phát sáng, lúc này điện áp rơi trên LED là 0.7V

Điện trở RC =

LED

C CC

I

V

RC =

mA

15

6

12  = 400 

R1 =

mA

15

7 0

6 

= 330 

Để transistor làm việc trong vùng bảo hoà thì điện trở RB = 10 RC

RB = 4 K

Khi chân B ở mức thấp thì transistor dẫn dòng điện đổ từ nguồn VCC

= 12V qua mối nối CE xuống mass lúc này VCE = 0.2V làm cho LED tắt

VII./ MẠCH NGUỒN:

Trong phần mạch giới hạn biên độ tín hiệu ngõ vào và phần hiển thị đã sử dụng nguồn cung cấp là 12V, nguồn cung cấp cho các loại IC đếm trong mạch là 5V Như vậy mạch nguồn cho ra 3 cấp điện áp +12 V, -12V, + 5V

Để đơn giản cho việc chọn lựa nguồn và linh kiện ổn áp cho mạch ta chỉ chú trọng đến các phần tử tiêu hao dòng đáng kể nhất trong mạch

Các cổng CMOS đều là loại có dòng tiêu thụ lớn nhất Id = 50 mA ở mức điện nguồn cung cấp là 5V

Dòng điện tổng qua các CMOS là :6 x 50mA = 300 mA

IC đếm bao gồm: IC 4518B x 3, 4017B x 4, IC 4040B dòng điện tiêu thụ mỗi IC là 10 mA Dòng điện tổng là: (8 x 10)mA = 80mA

Tổng dòng điện qua các LED là : (4 x 7 x 15) mA = 420 mA

Tổng dòng điện toàn mạch là: (300 + 420 + 80 ) = 800 mA

Tổng dòng điện trong nguồn cung cấp + 5 V là: (300 + 80) = 380 mA Chọn IC 7805 để tạo nguồn ổn áp + 5 V, các thông số của IC 7805: Dòng điện ngõ ra: I0 = 1 A

Điện áp ngõ vào: Vin = 8  35 V

Điện áp ngõ ra: V0 = 4.8  5.2 V

Chọn IC LM 317 và LM 337 để tạo nguồn ổn áp + 12V , -12 V

Thông số kỹ thuật của IC LM317:

Dòng điện ra định mức : I0 = 1.5A

Điện áp ngõ ra V 0 = Vin - 1.2

Điện áp ngõ vào : Vin = 1.2  37V

Thông số kỹ thuật của IC LM 337

Dòng điện ra định mức : I0 = 1.5A

Điện áp ngõ ra :V 0 = Vin + 1.2

Điện áp ngõ vào : Vin = 1.2  37 V

Trong mạch cần nguồn đối xứng 12V nên chọn biến áp có điểm giữa, điện áp vào là 220 VAC , điện áp lấy ra 12 VAC

Tụ 10F nối từ chân ADJ xuống mass để triệt tiêu độ gợn điện áp, tụ 0.1F dùng lọc nhiễu tần số cao làm cho điện áp ngõ ra có dạng phẳng hơn Điện trở R = 120 và biế trở VR = 2 k tạo thành cầu phân áp để điều chỉnh điện áp cho chân ADJ nhằm điều chỉnh điện áp ngõ ra

 Giải thích nguyên lý hoạt động của toàn mạch:

Chức năng các linh kiện trong mạch

IC 7805 dùng ổn áp nguồn 5V cung cấp cho các IC đếm

IC 317 vàø IC 337 dùng ổn áp nguồn +12V, -12V cung cấp cho khuếch đại đầu vào và mạch nguồn cho LED hiển thị

IC 40106B chỉnh dạng sóng tín hiệu ngõ vào, một phần dùng lắp mạch dao động chuẩn

IC 4518B (1), IC 4040B và IC 4081(1) dùng để chia tần số xung 32 KHZ xuống tần số xung chuẩn 1HZ

IC 4017B (1) khống chế mạch đếm trong 1 giây, giữ kết quả trong 2 giây và reset mạch đếm trong 1 giây

IC 4518B ( 2,3) đếm BCD đồng bộ

IC 4511B ( 1,2,3,4) giải mã BCD sang LED 7 đoạn

IC 741 (1,2 ) khuếch đại biên độ tín hiệu ngõ vào

IC 4017B (2 ,3 ) mạch chia tần số tín hiệu ngõ vào tạo các giai đo x1, x10 , x100

 Nguyên lý hoạt động:

Khi cấp nguồn cho mạch, lúc này chưa có tín hiệu ngõ vào trên màn hình hiển thị là số 0 Khi đưa tín hiệu cần đo tần số vào, chú ý đến biên độ để điều chỉnh công tắc SW1 ở vị trí phù hợp khi biên độ tín hiệu quá lớn mà không làm hỏng mạch Tín hiệu cần đo sau khi mạch giới hạn biên được đưa vào IC

40106 để dạng méo xung nếu có hoặc chỉnh dạng sóng sin thành xung vuông Nếu như ta để công tắc SW2 ở vị trí (x1) thì kết quả hiển thị chính là kết quả của phép đo, nếu công tắc ở vị trí (x10 hay x100) thì kết qủa của phép đo sẽ bằng kết qủa hiển thị nhân với giai đo( x10 hay x100)

Tín hiệu sau khi được sửa dạng được đưa vào một ngõ vào cổng AND ngõ vào còn lại là tín hiệu điều khiển có tần số xung là 1HZ Phần xung 1HZ được tạo từ dao động chuẩn 32KHZ đưa đến ngõ vào IC 4017, ngõ ra O0 được nối chân điều khiển cho phép tín hiệu cần đo vào mạch đếm Khi ngõ ra

O0 = (1) cổng AND được thông tín hiệu vào mạch đếm IC 4518 (2, 3) sau thời gian 1 giây cổng AND được khóa không cho tín hiệu vào Ngõ ra O1 = (1) thông qua cổng NOT nối đến chân EL của IC 4511B cho phép tín hiệu đếm vào mạch giải mã sang LED 7 đoạn, sau thời gian 1 giây kết quả được chốt lại ngõ ra O2 = (1) mạch đếm được Reset và lặp lại chu kì đếm mới

Chân 6 của IC 4518 (2) nối với chân 10 (CP1b) để khi mạch đếm (1A) đếm từ 0 đến 9 thì mạch (1B) đếm lên 1 kết qủa hiển thị là 10 HZ, mạch đếm được là từ 0 đến 99 tự động quay về 0 Để hiển thị được 4 LED thì chân (14) cuả 4518B (2) nối qua chân (2) của IC 4518B (3), chân (6) nối với chân 10 (CP2b), mạch đếm được số xung lớn nhất là 9999 HZ khi số xung vượt quá thì kết quả hiển thị là 0, kết qủa hiển thị không bị nhấp nháy trong khi mạch làm việc

CHƯƠNG IV

THI CÔNG

I./ HÌNH DẠNG MÔ HÌNH:

II./ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ:

1./ Mạch ngõ vào:

2./ Mạch dao động chuẩn:

3./ Mạch đếm và giải mã:

4./ Mạch hiển thị: