Đồ án đo nồng độ oxy bão hòa trong máu

LỜI NÓI ĐẦU 1 LỜI CẢM ƠN 2 Mục lục 3 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 5 1. Cơ sở 5 1.1. Sự cần thiết của oxi trong máu 5 1.2. Sự vận chuyển khí O2 của máu 5 1.3. Một số khái niệm 6 1.3.1. Nồng độ bão hòa của oxi trong máu 6 1.3.2. Tại sao cần phải xác định nồng độ bão hòa của oxi trong máu. 6 1.4. Các phương pháp đo nồng độ oxi trong máu 6 2. Mục tiêu và phạm vi đồ án. 7 3. Phương pháp luận 8 4. Tổng quan về Pulse Oximeters 8 5. Nguyên tắc 10 CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 11 1. Đặt vấn đề. 11 2. Cơ sở lý thuyết. 11 2.1. Nguyên lý Oximetry về sự hấp thụ ánh sáng của máu. 11 2.2. Nguyên lý của thiết bị đo nồng độ oxy (Pulse Oximetry) 14 2.3. Tính nồng độ bão hòa của oxi trong máu 17 3. Giải pháp. 19 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 20 1. Giới thiệu. 20 2. Thiết kế hệ thống. 20 2.1. Sơ đồ khối. 20 2.2. Chức năng của các khối: 21 2.2.1. Bộ định thời. 21 2.2.2. Khối cảm biến. 29 2.2.3. Bộ chuyển đổi dòng điện – điện áp. 33 2.2.4. Tiền khuếch đại. 36 2.2.5. Bộ lọc. 37 2.2.6. Bộ khuếch đại tổng. 39 2.2.7. Bộ chuyển đổi ADC 40 2.2.8. Vi điều khiển PIC16F877A. 42 2.2.9. Text LCD 44 2.2.10. Khối nguồn. 46 2.3. Thuyết minh nguyên lý hoạt động. 46 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 50 1. Giới thiệu và nhìn lại thiết kế. 50 2. Các vấn đề tồn tại với hệ thống này và phát triển hệ thống. 50 Tài liệu tham khảo: 51

LỜI NÓI ĐẦU

Chăm sóc sức khỏe là một trong những khía cạnh quan trọng nhất củacuộc sống Cuộc sống ngày càng hiện đại thì việc chăm sóc sức khỏe ngày càngđược quan tâm Trong thực trạng thiếu hụt bác sĩ như hiện nay thì việc thiết kếmột hệ thống giám sát y tế từ xa là một giải pháp có thể làm giảm cả thời gian

chờ đợi của bệnh nhân và công việc của bác sĩ Đề tài “Thiết kế hệ thống đo nồng độ bão hòa oxy trong máu sử dụng trong chẩn đoán lâm sàng ” là một

giải pháp của chúng em nhằm thực hiện ý tưởng trên

Oxy là một nguyên tố rất cần cho sự sống, có thể nói nếu thiếu oxy thìmọi sinh vật không thể tồn tại được trên trái đất này Đối với cơ thể người oxycần cho quá trình hô hấp, cần cho các quá trình oxy hóa xảy ra bên trong cơ thể.Một chức năng quan trọng của máu đối với cơ thể là chức năng vận chuyển: sauquá trình tiêu hóa, các chất dinh dưỡng ở nhung mao ruột được vận chuyển vàomáu , khí O2 từ phổi đến các mô và khí CO2 từ các mô đến phổi cũng được vậnchuyển qua đường máu Nếu xảy ra tình trạng thiếu oxy sẽ gây nguy cơ tử vongcao Nghiên cứu trong một tạp chí ước tính tỷ lệ tử vong bệnh nhân Hoa Kỳ dohậu quả của thiếu oxy trong máu không được phát hiện ở mức 2.000 đến 10.000

ca tử vong mỗi năm Nồng độ oxy trong máu là một thông tin quan trọng Ởnhững người bình thường nồng độ oxy trong máu từ 95 đến 99%

Thiết kế của chúng em là một hệ thống thiết bị đo đạc nồng độ bão hòaoxy trong máu, hy vọng sẽ giúp các bác sĩ phát hiện ra những bất thường hoặcchẩn đoán một cách nhanh nhất giúp các bệnh nhân điều trị theo phương pháphiệu quả nhất

Mục lục

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN

1. Cơ sở

1.1. Sự cần thiết của oxi trong máu

Oxi là một nguyên tố rất cần cho sự sống, có thể nói nếu thiếu oxi thìmọi sinh vật không thể tồn tại được trên trái đất này Đối với cơ thể người oxicần cho quá trình hô hấp, cần cho các quá trình oxi hóa xảy ra bên trong cơ thể Một chức năng quan trọng của máu đối với cơ thể là chức năng vận

Khí O2 được vận chuyển theo máu thông qua hai dạng hòa tan và kết hợpvới haemoglobin ( haemoglobin là một Protein được kết lại trong hồng cầu ) Dạng hòa tan : Khả năng hòa tan của oxi trong máu rất nhỏ so với lượngoxi vận chuyển ở dạng kết hợp cung cấp cho mô.

Dạng kết hợp : oxi được vận chuyển trong máu ở dạng kết hợp là kết quảcủa một loạt phản ứng thuận nghịch xảy ra giữa oxi và haemoglobin (Hb) để tạothành oxyhaemoglobin (HbO2) Sự kết hợp giữa O2 và Hb tỉ lệ thuận với phân ápcủa O2 trong máu Khi phân áp oxi tăng dần từ 0 – 100mmHg, tỷ lệ % hòa tanHbO2 cũng tăng dần tới 97% Ngược lại, khi phân áp oxi giảm từ 100 – 0 mmHgthì tỷ lệ % bão hòa của HbO2 cũng giảm dần theo thứ tự đó

Từ những khái niệm này người ta có thể đưa ra vài phương pháp đo nồng

độ bão hòa của oxi trong máu

1.3. Một số khái niệm

1.3.1. Nồng độ bão hòa của oxi trong máu

Do khí O2 vận chuyển dưới dạng hòa tan rất nhỏ so với dạng kết hợp nênnồng độ bão hòa của Oxi trong máu chủ yếu được xác định bởi tỷ lệ % hòa tancủa HbO2

1.3.2. Tại sao cần phải xác định nồng độ bão hòa của oxi trong máu.

Khi cơ thể hoạt động sẽ tiêu tốn năng lượng và cơ thể sẽ đòi hỏi thườngxuyên được cung cấp năng lượng qua sự oxi hóa các chất dinh dưỡng, quá trìnhnày xảy ra chủ yếu ở mô tế bào Nếu trong máu thiếu oxi thì các phản ứng oxi

hóa sẽ chậm đi và không đủ đáp ứng nhu cầu năng lượng cho cư thể, ngoài rathiếu oxi sẽ ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất của cơ thể, cơ thể sẽ khó đàothải các chất độc ra ngoài…

Do đó đối với người bệnh và ngay cả đối với người bình thường thì việcxác định nhanh chóng và chính xác thông số nồng độ bão hòa của oxi trong máu

là hết sức cần thiết

1.4. Các phương pháp đo nồng độ oxi trong máu

Nói chung có nhiều phương pháp đo nồng độ oxi trong máu, các phươngpháp phổ biến được nêu ra dưới đây:

- Phương pháp dùng điện cực oxy

- Phương pháp cộng hưởng điện tử từ tính

- Phương pháp chụp tia pozitron

- Phương pháp Pulse Oximetry

Phương pháp “ Pulse Oximetry ” là phương pháp đo dựa vào xung nhịp tim,phương pháp này có các ưu điểm sau:

• Biết kết quả ngay

• Chỉ cần một thao tác đo

• Cách thức đo rất đơn giản và không hề xâm phạm vào cơ thể

• Độ tin cậy cao

Do đó nội dung của đồ án này sẽ đề cập đến phương pháp đo này

2. Mục tiêu và phạm vi đồ án.

Ngày nay hầu hết các bệnh viện hay phòng khám thường có rất nhiều

các bác sĩ Mục tiêu của chúng em là kết hợp giữa thiết bị đo và tín hiệu sinh lýqua xử lý sẽ đưa ra kết quả nhanh chóng , hiển thị trên màn hình LCD Kết quảđưa ra là chính xác giúp các bác sĩ dễ dàng chẩn đoán bệnh Điều đặc biệt làthay vì phải cố định bệnh nhân trên giường bệnh hay không cho cử động ,tự do

đi lại thì phương pháp đo này lại làm cho bệnh nhân thấy dễ chịu, thoải mái,không bị gò bó bởi thiết bị đo này kẹp trực tiếp vào ngón tay của người bệnh.Phương pháp“ Pulse Oximetry ” sử dụng ánh sáng để đo nồng độ oxy bão hòatrong máu

Qua chương giới thiệu chúng ta có thể biết thêm về một số kiến thức yhọc, biết được mục tiêu của đồ án này là gì và đưa ra giải pháp thực hiện Ở đồ

án này chúng em tập trung đi sâu vào thiết kế hệ thống (thiết kế phần cứng),thiết kế từng phần cho hệ thống và ghép lại thành một hệ thống hoàn chỉnh.Phương pháp được sử dụng đòi hỏi phải nghiên cứu sâu và chính xác mới thuđược kết quả như mong muốn, cần phải nắm được sinh lý của người bệnh, ai cóthể sử dụng được phương pháp đo này Việc thực hiện đo nồng độ oxy bao gồm

cả phần cứng và phần mềm Phần cứng bao gồm các mạch điện tử để có đượccác tín hiệu cần thiết, phần mềm lấy các thông tin cần thiết từ tín hiệu trên sau

đó sẽ được sử dụng để tính toán độ bão hòa oxy trong máu (cho cả phần cứng vàphần mềm ) Đối với đồ án này chỉ thực hiện phần cứng để có được tín hiệu sinh

lý sau đó được xử lý cho hiển thị ra LCD

4. Tổng quan về Pulse Oximeters

Pulse Oximeters (SpO2) là một thiết bị đo nồng độ bão hòa oxy trong máu.Chỉ cần kẹp đầu đo vào ngón tay hoặc chân hoặc dái tai là có thể xác định được

độ bão hòa oxy trong máu và nhịp tim (mạch) Đây là thiết bị thường được sửdụng trong khoa hồi sức

Hình 1.1: Thiết bị kiểm tra máy phân tích SpO2

Khi kẹp cảm biến SpO2 vào ngón tay của máy test thì máy SpO2 chỉ báo đúng thông số SpO2 & nhịp tim đang được cài đặt trên màn LCD của máy test

5. Nguyên tắc

Thiết bị được thiết kế để đo sự bão hòa oxy (SpO2) trong mạch máu vànhịp tim, dựa trên nguyên tắc đo phần trăm của haemoglobin bị oxy hóa chức

năng đến hemoglobin toàn phần Việc đo sự bão hòa oxy trong máu thu đượcbởi ánh sáng đỏ và hồng ngoại trực tiếp thông qua thành mạch máu đang đập.Những mạch máu đang đập là một phần của tia sáng gây ra sự thay đổi trongtoàn bộ của ánh sáng được dò tìm bởi một cực ánh sáng Thiết bị xác định sựbão hòa oxy của máu động mạch bằng cách đo tỉ lệ màu đỏ truyền qua ánh sánghồng ngoại giữa dạng sóng nhịp tim.

CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP THỰC HIỆN

1 Đặt vấn đề.

Đối với các bệnh nhân có nguy cơ suy hô hấp, điều quan trọng là theo dõi

độ bão hòa oxy trong máu của cá nhân đó để đảm bảo máu luôn được vận

2 Cơ sở lý thuyết.

2.1. Nguyên lý Oximetry về sự hấp thụ ánh sáng của máu.

Vào năm 1860 người ta phát hiện ra rằng haemoglobin là chất mang màusắc nó có trong hồng cầu và ảnh hưởng đến màu sắc của máu, sự hấp thụ ánhsáng nhìn thấy bởi haemoglobin sẽ thay đổi với hàm lượng oxi trong nó

Hình 2.1: Quang phổ hấp thụ của HbO2 và Hb

Bởi vì hai dạng chủ yếu của haemoglobin có trong máu mà ảnh hưởngnhiều nhất đối với ánh sáng là Oxyhaemoglobin (HbO2) vàReducedoxyhaemoglobin (Hb), HbO2 và Hb có quang phổ hấp thụ khác nhauvới các bước sóng ánh sáng khác nhau

Về phương diện hoá học O2 kết hợp với Haemoglobin bên trong hồng cầutạo nên gần như tất cả oxi trong máu ( chỉ có một phần rất nhỏ nằm trong cácthành phần khác của máu ).

Mức độ bão hòa của oxi trong máu thường được quy về SaO2 hoặc SpO2 vàđược định nghĩa là tỷ số của oxyhaemoglobin và tổng số haemoglobin trongmáu (oxyhaemoglobin + Reducedoxyhaemoglobin ) :

(1) Nồng độ bão hòa của oxi của máu trong động mạch là một thông số được

đo với Oximetry và thường được biểu diễn dưới dạng tỷ lệ phần trăm (%) Dướiđiều kiện sinh học bình thường máu trong động mạch có độ bão hòa khoảng97%, trong khi đó máu trong tĩnh mạch chỉ có độ bão hòa khoảng 75% Nhìnhình 2.1 ta có thể thấy rằng với hai bước sóng: Một là tia đỏ bước sóng λ

khoảng 660 nm, hai là tia hồng ngoại bước sóng λ khoảng 940 nm thì hệ sốhấp thụ của Hb và HbO2 đối với hai bước sóng này sẽ khác nhau nhiều nhất Hbhấp thụ nhiều tia đỏ và hấp thụ ít tia hồng ngoại, ngược lại HbO2 hấp thụ ít tia

đỏ và hấp thụ nhiều tia hồng ngoại Do đó hệ số hấp thụ của máu đối với haibước sóng cũng sẽ sai khác nhau nhiều nhất và mức độ sai khác phụ thuộc vàonồng độ bão hoà của oxi trong máu Như vậy khi chiếu hai tia đỏ và hồng ngoạiqua vùng cơ thể có chứa động mạch, dựa vào cường độ của các tia nhận lại cóthể xác định được nồng độ bão hoà của oxy trong máu (SaO2)

Về mặt vật lý mô hình quá trình truyền sáng này như sau:

Iin Động Mạch I

Hình 2.2: Mô hình vật lý của quá trình truyền sáng qua động mạch

Có thể cho rằng ánh sáng truyền qua động mạch chỉ chịu sự ảnh hưởngcủa nồng độ HbO2 và Hb trong máu Theo định luật Beer – Lambert : Cường độánh sáng truyền qua sẽ giảm tỷ lệ theo hàm mũ với bề dày L của động mạch Trên hình 2.2 : Động mạch có bề dày L

Tia tới có cường độ Iin

Sau khi truyền qua còn I

Với bước sóng λ1 : I1 = Iin1*10 – ( αo1 + αr1 )

Với bước sóng λ2 : I2 = Iin2*10 – ( αo2 + αr2 )

Trong đó :

Co là độ tập trung của Oxyhaemoglobin ( HbO2 )

Cr là độ tập trung của Reducedhaemoglobin ( Hb )

αon là hệ số hấp thụ của HbO2 với bước sóngλn

αrn là hệ số hấp thụ của Hb với bước sóngλn

Nếu định nghĩa:

(2)Thì có thể đơn giản đưa ra :

(3 )

2.2 Nguyên lý của thiết bị đo nồng độ oxy (Pulse Oximetry)

Từ nguyên lý của Oximetry ta có thể đo SaO2 trong động mạch theo cáchsau:

Với hai tín hiệu của tia đỏ và hồng ngoại nhận được ta hoàn toàn tính đượcnồng độ bão hòa của oxi trong động mạch

Hình 2.4: Đồ thị sự hấp thụ ánh sáng sau khi truyền qua động mạch

Chú thích hình :

incident light: ánh sáng tới

attenuation: sự suy giảm

transmission: truyền dẫn

time: thời gian

Cường độ ánh sáng điốt quang nhận được có dạng như hình 2.4 Tín hiệunày biến thiên theo thời gian đồng bộ với nhịp tim Có thể chia mỗi tín hiệuthành hai phần :

Thành phần một chiều DC : Idc

Thành phần xoay chiều, biến đổi đồng bộ với nhịp tim AC : Iac

Ánh sáng truyền qua ngón tay chịu sự hấp thụ của :

A – Máu trong động mạch

V – Máu trong tĩnh mạch

T – Xương, da, mô …

Do sự hấp thụ của máu trong tĩnh mạch, xương, da và mô là không đổi, chỉ có

sự hấp thụ của máu trong động mạch là thay đổi nên ta có thể tách bỏ phần tínhiệu không đổi, giữ lại thành phần biến đổi, thành phần này mới mang thông tin a)

b)Hình 2.5: Sự thay đổi cường độ sáng khi truyền qua ngón tay

b Đối với tia hồng ngoại

Hình vẽ này thể khẳng định lại một lần nữa rằng sự hấp thụ của máu động mạch với hai tia đỏ và hồng ngoại là khác nhau

Rõ ràng có thể cho rằng sự thay đổi mức độ hấp thụ ánh khi tim đập chỉbởi dòng máu chuyển động trong động mạch Bởi vì khi tim co bóp, máu đượcdồn nén mạnh với tần số đúng bằng tần số của tim, do tác động này của tim mức

độ tập trung của HbO2 và Hb cũng thay đổi theo, do đó độ hấp thụ ánh sáng củamáu thay đổi và cường độ ánh sáng sau khi truyền qua cũng thay đổi

Mức độ hấp thụ của tĩnh mạch, mô và xương hầu như không thay đổitheo nhịp tim

Chúng ta có thể xác định nồng độ bão hòa của oxi trong máu bằng cách loại

bỏ thành phần một chiều của tín hiệu từ toàn bộ tín hiệu nhận được Kết quả chỉcòn lại tín hiệu xoay chiều biến thiên đồng bộ theo nhịp tim (Cardiac –Synchronous Pulsatile)

Phương trình tổng quát để tính giá trị R:

2.3 Tính nồng độ bão hòa của oxi trong máu

Trên thực tế, người ta không tính R theo phương trình (4) rồi thay vàophương trình (3) để tính nồng độ bão hòa của oxi trong máu (SaO2), nhiều thínghiệm trên thế giới đã chứng tỏ phương pháp trên không còn chính xác khiSaO2 < 85%

Thực nghiệm đã tìm ra được cách tính SaO2 như sau:

Cho 2 nguồn phát với cùng cường độ sáng: Iin1 = Iin2, Tính R một cách đơn giảntheo công thức:

(5)Với I1 là cường độ nhận được đối với tia đỏ

I2 là cường độ nhận được đối với tia hồng ngoại

Từ đây tính SaO2 theo công thức:

S = 110 – 25*R (6)

Các công thức (5), (6) khá đơn giản nhưng đây là các công thức tính được rút ra

từ thực nghiệm và đã được nhiều hãng chế tạo máy đo nồng độ oxy (Oximeter)

sử dụng

Hình 2.6 so sánh các kết quả tính R và S theo hai cách tính nêu trên

Sự khác biệt giữa đường lý thuyết Beer – Lambert và đường thực nghiệm khiS>85% là nhỏ, nhưng với S<85% thì sự sai khác này đáng kể do đó xác định Stheo công thức (3) không còn chính xác

Hình 2.6: Sự phụ thuộc của S vào R theo lý thuyết và thực nghiệm

Chú thích hình:

Ratio: tỉ lệ

Oxygen saturation: độ bão hòa oxy

Beer – Lambert model : mô hình Beer – Lambert

Empirical calibration: thực nghiệm chuẩn

quan tới chức năng sinh lý Bây giờ chúng ta phải thiết kế một hệ thống có thểnhận được tín hiệu này Chúng ta sử dụng nguyên tắc của truyền ánh sáng thôngqua một động mạch, phải cần một nguồn ánh sáng để truyền ánh sáng qua mộtkhu vực nhỏ (như các ngón tay) Chúng ta cũng cần có một thiết bị (thiết bị dò)chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu điện, tín hiệu đó sẽ là tín hiệu mà ta cần.Điềunày có thể được thực hiện thông qua LED và bộ tách sóng quang nhỏ Các bộtách sóng quang này được biết đến như là một trong hai diode tách sóng quangphototransistors, thiết bị quang điện tử làm việc theo nguyên tắc phát hiện ánhsáng sau đó được chuyển đổi thành tín hiệu điện Vì trong các hệthống điện, chúng tôi muốn làm việc với điện áp (do nhiều yếu tố, ví dụ như: dễ

sử dụng, điện áp được dễ dàng thao tác hơn vv ) Vì vậy chúng ta cầnmột hệ thống chuyển đổi tín hiệu điện này thành một trong những tín hiệu mongmuốn Khi đã có được tín hiệu mong muốn ta cần cho qua các khối xử lý tiếp đểđưa kết quả nồng đọ oxy ra màn hình hiển thị Các chương tiếp theo sẽ nói rõhơn về vấn đề này

Ngón tayPhotodetector

2 Thiết kế hệ thống.

Chúng ta sẽ thiết kế một mạch điện để tính SaO2 Việc tính R bằng tỷ số

R = I1/I2 có thể thay bằng tỷ số U2/U2 , với U1 và U2 là hai điện áp được biến đổi

từ I2 và I2 với cùng một hệ số nhân

2.1 Sơ đồ khối.

Hình 3.1: Sơ đồ khối của một Pulse Oximeter điển hình

Tiền khuếchđại

Bộ lọcChuyển đổi dòng

điện- điện áp

Bộ khuếchđại tổngADC

CPUHiển thị

đúng chu kì và điều khiển độ sáng cho LED phù hợp.

Hình 3.2: Giản đồ thể hiện chu kì sáng và tắt của các LED

Nồng độ bão hòa của oxy trong máu là một hàm số của các cường độ sángnhận được khi truyền qua ngón tay nên kết quả của phép đo sẽ chính xác nhấtkhi sử dụng một Detecter duy nhất Do đó dùng bộ Timer để điều khiển hai LEDphát sáng sao cho tại một thời điểm đo nhất định chỉ có một LED phát (LED kianghỉ) và Phôtô điốt nhận được ánh sáng của LED đó Trong mỗi thời điểm nhấtđịnh sẽ có trạng thái hoặc LED đỏ sáng hoặc LED hồng ngoại sáng và trạng tháikhông LED nào sáng Trong đồ án này chúng em dùng IC555 và bộ đếm thậpphân với độ chính xác cao và cho phép tuỳ biến của tần số và chu kỳ nhiệm vụ

của tín hiệu đồng hồ IC555 là loại linh kiện tạo xung vuông có điều chỉnh được

độ rộng xung (PWM) Mạch tạo xung vuông khá đơn giản chỉ cần hai điện trở

và một tụ điện là có thể tạo được dao động xung vuông được rồi và cấp choIC4017 IC555 tạo ra các xung clock để thiết lập trạng thái ON, OFF của cácLED theo một chu kì làm việc Bộ định thời hoạt động dựa trên chu kì nạp vàphóng của một tụ điện để kiểm soát tần số và chu kỳ nhiệm vụ của xung đồng hồ

1 2 3 4

5 6 7 8

Hình 3.3: Sơ đồ chân IC555

Hình 3.4: Sơ đồ trải của vi mạch định thời IC555

Chân 1 : GND (nối đất )Chân 2 : Đầu kích mức thấpChân 3 : Output ( đầu ra )Chân 4 : Reset (hồi phục )Chân 5 : Điện áp điều khiển

t1 t2 t3 t4 t5 t6Ura

Cấu tạo cơ bản của IC555 từ hai phần tử khuếch đại thuật toán OA1, OA2 vàmột Trigơ R-S Trong đó hai khuếch đại thuật toán được mắc theo kiểu mạch sosánh có điện áp ngưỡng được lấy trên bộ phân áp dùng ba điện trở có cùng giá

trị R Với cách mắc như trên thì điện áp ngưỡng của các mạch so sánh là 3

* Giả sử tại thời điểm đầu (t = 0) điện áp trên tụ C là 3

+ Đến thời điểm t1

3

CC C

→ RA → RB → C → mát Quá trình tụ nạp điện áp trên nó tăng dần theo biểuthức sau:

C R R

t cc

cc C R R

t cc

C R R t cc

3

2 1 )

3

2

3 1

.

+ Trong khoảng thời gian điện áp trên tụ thoả mãn: 3

2 3

cc C

ra bộ so sánh đều nhận trị “0”, trigơ giữ nguyên trạng thái (R = 0, S = 0), xung

ra vẫn tồn tại ở mức logic “1”, T vẫn khóa tụ C tiếp tục được nạp điện

+ Cho đến thời điểm t2, uC ≥ 2Ucc/3 đầu ra của OA1 chuyển trạng thái lên

mức logic “1”, đầu ra của OA2 vẫn giữ nguyên trạng thái ở mức “0”,

Để thay đổi tần số xung ra thì thay đổi hằng số thời gian phóng, nạp của tụ

C bằng cách thay đổi giá trị các điện trở RA và RB

3 3

Đơn giản phương trình ta được :

3

.3

R

R A B) .ln2 0,7.( A B)

(

Trong khoảng từ 0 ÷ t1 tụ C phóng điện từ giá trị ban đầu là 2UCC /3 đến UCC /3

Biểu thức điện áp trên tụ:

C R t CC

C t U e B

3

2 )

Tại t = t1:

C R tp CC

.3

23

−

= Với tp là hằng số thời gian phóng của tụ C

C R C

R B ln 2 0 , 7 B.

tp = ≈

Chu kỳ T của dãy xung ra:

T = tn + tp = 0,7(RA + RB).C + 0,7RB.C = 0,7(RA + 2RB).C Nếu mắc thêm điôt D song song với điện trở RB như hình vẽ thì tụ C sẽ nạpđiện theo đường +Ucc → RA → D → C → mát, thời gian nạp của tụ C sẽ đượctính: tn = 0,69.C.RA, và khi này chu kỳ của dãy xung ra sẽ được tính:

T = tn + tp = 0,7.RA.C + 0,7.RB.C = 0,7.(RA + RB).C

Với thông số lựa chọn trong mạch R1= 1K, R2 = 65K, C1 = 0.7 nF ta có mạchđiện như sau:

Hình 3.3: Mạch nguyên lý và giản đồ thời gian của IC555

Thời gian nạp của tụ C1 là:

- Thời gian phóng của tụ C1 là:

 Bộ đếm thập phân

Chúng ta cần thiết kế một hệ thống xác định trạng thái các tín hiệu để điềukhiển thời gian on và off và các LED Ba trạng thái tín hiệu cơ bản là:

 Red LED on, IR LED off

 Red LED off, IR LED on

 Cả hai đèn LEDs off

Sự cần thiết của trạng thái thứ ba mà cả hai đèn LED đều tắt để đảm bảorằng chu kỳ nhiệm vụ hai trạng thái khác là ít hơn 50% và cho phép một khoảng