nghiên cứu lắp ráp máy đo tần số âm tần hiển thị số

ROM để chứa mã, mặc dù khái niệm RISC chưa được sử dụng thời bấy giờ, nhưng PIC thực sự là một vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy một lệnh với một chu kỳ máy – gồm 4 chu kỳ của bộ da

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

L ỜI CẢM ƠN

Thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp đại học đối với tôi rất đặc biệt Trong suốt khoảng thời gian này, tôi đã học được nhiều điều mới rất bổ ích cho niềm đam mê nghiên cứu khoa học của tôi Muốn thực hiện và hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp, tôi

nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ gia đình, thầy cô, bạn bè Tôi xin chân thành gửi lời

cảm ơn đến

− Gia đình vì đã sinh ra, nuôi nấng và động viên tôi kịp thời

− Thầy Phan Thanh Vân đã có những hướng dẫn tận tình, sâu sát, đôn đốc trong quá trình hoàn thành luận văn

− Thầy Cao Anh Tuấn và thầy Trần Đặng Bảo Ân đã tạo điều kiện sử dụng phòng thí nghiệm hiệu quả để hoàn thành tốt luận văn

− Các thầy cô trong trong hội đồng phản biện đã giúp tôi hoàn thiện, điều chỉnh

luận văn một cách tốt nhất có thể

− Các thầy cô trong khoa đã tạo điều kiện thực hiện cho tôi được thực hiện luận văn

− Các bạn bè đã động viên, hỗ trợ về mặt tinh thần cũng như chuyên môn

Cuối cùng, tôi xin gửi lời chúc sức khỏe tới quý thầy cô trong khoa Vật Lý và mong khoa ngày càng phát triển hơn nữa

M ỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6

DANH MỤC CÁC BẢNG 8

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PIC 11

1.1 Các hệ thống số 11

1.2 Mã và mã ASCII 13

1.2.1 Khái niệm về mã 13

1.2.2 Mã ký tự ASCII 13

1.3 Sơ lược về PIC 13

1.3.1 Sơ lược lịch sử phát triển 13

1.3.2 Một số đặc tính chung của vi điều khiển PIC 14

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ LINH KIỆN LIÊN QUAN – NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG MẠCH 555 VÀ MẠCH ĐO TẦN SỐ 17

2.1 IC 78XX 17

2.2 Thạch anh 19

2.3 LCD 19

2.3.1 Phân loại 19

2.3.2 Ý nghĩa các chân 20

2.3.3 Thanh ghi và tổ chức bộ nhớ 21

2.3.4 Tập lệnh của LCD 23

2.3.5 Giao tiếp và nguyên tắc hiển thị ký tự trên LCD 25

2.4 Vi điều khiển 16F887 27

2.4.1 Sơ đồ và tên các khối của 16F887 27

2.4.2 Sơ đồ và chức năng của các chân 29

2.4.3 Tổ chức bộ nhớ 31

2.4.4 Các bộ định thời 34

2.5 OPAMP 35

2.5.1 Định nghĩa 35

2.5.2 Khuếch đại thuật toán làm việc ở chế độ khóa 37

2.6 PC 900V 37

2.7 Flip – Flop 39

2.8 IC 555 40

2.8.1 Sơ đồ và chức năng các chân của IC 555 40

2.8.2 Sơ đồ khối và nguyên tắc hoạt động của IC555 41

2.9 Sơ đồ mạch tạo xung vuông dùng 555 và nguyên tắc hoạt động 42

2.10 Nguyên tắc hoạt động mạch đo tần số 43

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG – THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ MẠCH IN 45

3.1 Mô phỏng bằng Proteus 45

3.2 Mạch tạo xung dùng 555 48

3.2.1 Thiết kế sơ đồ nguyên lý 48

3.2.2 Thiết kế mạch in 60

3.3 Mạch đo tần số 68

3.4 Thi công mạch in bằng phương pháp ủi thủ công 70

3.4.1 In mạch 70

3.4.2 Cắt board 70

3.4.3 Ủi mạch 70

3.4.4 Ngâm 71

3.4.5 Khoan 71

3.4.6 Hàn linh kiện 71

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ 72

4.1 Mạch đo tần số 72

4.1.1 Thực hành trên Testboard 72

4.1.2 Mạch sau khi gia công và hàn linh kiện 72

4.1.3 Máy đo tần số hoàn chỉnh 73

4.2 Mạch tạo xung dùng IC 555 73

4.2.1 Thực hành trên Testboard và quan sát tín hiệu qua dao động ký điện tử 73

4.2.2 Mạch tạo xung hoàn chỉnh 74

4.3 Đo tần số từ mạch phát xung 555 sử dụng máy đo tần số 74

4.3.1 Thực hành trên Testboard 74

4.3.2 Kết quả thực nghiệm 75

4.4 Đo tần số từ máy phát xung chuẩn 75

4.5 Kết luận và hướng phát triển 78

4.5.1 Kết luận 78

4.5.2 Hướng phát triển 78

PHỤ LỤC 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

2.21 Đường đặc tính OPAMP làm việc ở chế độ khóa 35

3.12 Hộp thoại New Project sau khi chọn xong thư mục 49

3.14 Hộp thoại Design Templates 50

3.17 Vị trí các linh kiện sau khi sắp xếp xong 52

3.20 Khung Libraries sau khi thêm thư viện layout 53

3.36 Giao diện Orcad Layout sau khi tạo file max 61

3.40 Khung Layer sau khi chọn xong lớp vẽ mạch in 63

3.43 Hộp thoại Nets sau khi điều chỉnh các thông số 65

3.46 Mạch in mạch tạo xung dùng IC555 hoàn chỉnh 66

4.2 Mạch đo tần số sau khi thi công, hàn linh kiện 70

4.10 Đồ thị so sánh tần số đo được của máy đo âm tần và máy phát xung

M Ở ĐẦU

1 Lý do ch ọn đề tài

Hàng ngày, khi ta thức dậy thì lại có thêm rất nhiều thông tin về công nghệ mới được cập nhật Đa số trong các công nghệ này liên quan đến lĩnh vực điện – điện tử như máy tính bảng, điện thoại thông minh, Điều này chứng tỏ sự phát triển nhanh và

mạnh của lĩnh vực điện tử là không có giới hạn Do đó, việc học tập và nghiên cứu các

vấn đề liên quan đến điện – điện tử là việc làm hết sức đúng đắn và cần thiết trong thời đại số hiện nay Đối với sinh viên khoa Vật Lý – Trường Đại học Sư phạm thành phố

Hồ Chí Minh đã được làm quen với các kiến thức căn bản về linh kiện điện tử, xung, các mạch phát xung thì việc tiếp cận càng phải được quan tâm với mức độ cần thiết Đặc trưng của xung là tần số và chúng ta đã có một vài phương pháp như đo trực tiếp

bằng dao động ký điện tử, phương pháp Lissajous Tuy nhiên, các phương pháp đo trên còn khá phức tạp về thao tác, tính toán Vì vậy, yêu cầu đặt ra là phải có một máy

đo tần số để có thể xác định và kiểm chứng được tần số âm tần của máy phát xung bất

kỳ một cách đơn giản, phổ thông Xuất phát từ yêu cầu đó, tôi quyết định sử dụng vi điều khiển để thiết kế và lắp ráp máy đo âm tần hiển thị số

2 M ục đích đề tài

Lắp ráp được máy đo âm tần và so sánh kết quả của máy đo với tần số do máy phát xung chuẩn phát ra Qua đó, phục vụ cho công tác giảng dạy phần đo tần số của máy phát xung

3 N ội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu những kiến thức về điện – điện tử, các linh kiện điện tử

- Nghiên cứu về vi điều khiển về cấu trúc phần cứng, cách lập trình; và LCD về

cấu trúc, cách giao tiếp

- Thiết kế, chế tạo, giới thiệu nguyên lý hoạt động của máy phát xung dùng IC

555 và máy đo âm tần

- So sánh tần số của máy đo âm tần với tần số của máy phát xung chuẩn và rút

ra kết luận

4 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

- Kiến thức cơ bản về điện – điện tử, vi điều khiển

- Thiết kế và chế tạo mạch điện tử

- Lý thuyết đo tần số của máy phát

Ph ạm vi nghiên cứu

- Máy phát xung dùng IC 555

- Máy đo âm tần hiển thị số trên LCD sử dụng vi điều khiển PIC 16F887

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

Tìm hiểu kiến thức căn bản về điện – điện tử Xác định và tìm hiểu các linh

kiện phục vụ cho đề tài về cấu tạo, nguyên lý hoạt động Thiết kế mạch in, chế tạo

mạch điện tử Ứng dụng thiết bị vừa chế tạo để đo đạc lấy số liệu thực nghiệm Rút ra

kết luận

6 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Đọc, nghiên cứu kỹ các cơ sở lý thuyết về

mạch điện, quá trình thiết kế mạch điện, vi điều khiển, cách đo tần số

Phương pháp chuyên gia: tiến hành lấy ý kiến, ghi chép chu đáo của giảng viên, các bạn để xây dựng sơ đồ nguyên lý và mạch in chính xác, phù hợp

Phương pháp thực nghiệm khoa học: Kiểm tra cấu tạo và hoạt động của mạch trên phần mềm mô phỏng Protues, Test board Sửa chữa các sai sót, tối ưu hóa mạch điện để vẽ và thiết kế mạch in

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PIC

Chương này sẽ trình bày những kiến thức cơ bản, phổ thông nhất về PIC và vi điều khiển 16F887 PIC nói chung hay vi điều khiển nói riêng và thậm chí LCD được

đề cập ở chương sau đều là các linh kiện số nên muốn làm việc với nó thì ta phải nắm được ngôn ngữ của chúng Do đó, đầu tiên chương này sẽ điểm qua một số hệ thống

số, cách chuyển đổi giữa chúng Tiếp theo, tôi sẽ trình bày về PIC và cụ thể hóa bằng

biệt để biểu diễn số trong hệ đó Ví dụ trong hệ thập phân có 10 ký tự phân biệt

0, 1, 2, 3, …, 9; còn trong hệ nhị phân chỉ có hai ký tự phân biệt là 0 và 1 [6]

− Người ta có thể biểu diễn bất kỳ một số S nào trong hệ thống cơ số A theo đa

thức khai triển sau đây:

− Trọng số của một hệ đếm đặc trưng cho vị trí của ký tự đó nằm trong dãy ký tự

biểu diễn cho một con số trong hệ đó Trong hệ thức (I.1) và (I.2) các hệ số Ai

chính là các trọng số, với i là vị trí của ký tự Ci trong dãy số

 Để chuyển đổi một số trong hệ thập phân sang hệ thống số khác (cơ số A) phải

thực hiện các bước sau:

− Lấy phần nguyên chia cho cơ số A, ghi lại số dư Đem kết quả của phép chia (thương số) tiếp tục chia cho cơ số A Cứ thực hiện như vậy cho đến khi kết quả phép chia nhỏ hơn cơ số A Phần nguyên trong hệ cơ số A sẽ là tập hợp các số

dư của phép chia , trong đó số dư đầu tiên có trọng số nhỏ nhất

− Lấy phần thập phân nhân cho cơ số A, ghi lại phần nguyên Phần thập phân còn

lại tiếp tục nhân cho cơ số A Cứ tiếp tục như vậy cho đến độ chính xác mà ta

muốn Phần thập phân trong hệ cơ số A sẽ là tập hợp các phần nguyên của phép nhân, trong đó số đầu tiên có trọng số lớn nhất

 Để đổi từ hệ nhị phân sang hệ bát phân, trước hết phải gom các số thành nhóm có

ba chữ số, tính từ dấu chấm phân cách phần nguyên và phần thập phân Mỗi nhóm này được thay thế bằng một chữ số hệ bát phân theo bảng mã

 Để đổi từ hệ nhị phân sang hệ thập lục phân, trước hết phải gom các số thành nhóm có bốn chữ số, tính từ dấu chấm phân cách phần nguyên và phần thập phân Mỗi nhóm này được thay thế bằng một chữ số hệ thập lục phân theo bảng

mã

1.2 Mã và mã ASCII

1.2.1 Khái ni ệm về mã

Mã là một quy tắc ký hiệu đặt ra để biểu diễn các thông tin Một mã gồm một

số hữu hạn các từ mã Mỗi từ mã có một ký hiệu xác định và được gán biểu diễn cho

một thông tin [1]

Trong kỹ thuật số, dạng mã thông dụng là mã nhị phân Mỗi từ mã của mã nhị phân là một dãy liên tiếp các số hạng, mỗi số hạng chỉ có thể biểu diễn bằng hai số 0 hay 1, gọi là bit Như vậy, một mã nhị phân có độ dài n bit, sẽ có 2n

tổ hợp khác nhau

và có thể biểu diễn cho 2n thông tin Việc gắn mỗi từ mã biểu diễn cho từng thông tin xác định gọi là mã hóa Việc làm ngược lại gọi là giải mã

1.2.2 Mã ký t ự ASCII

Mã ASCII (viết tắt của American Standard Code for International Interchange –

Mã chuẩn của Mỹ dùng cho trao đổi thông tin) là một mã nhị phân 7 bit thông dụng

để mã hóa các ký tự trong xử lý văn bản (các chữ cái, chữ số, các dấu ?, !, >, < …) Số

ký tự tối đa có thể mã hóa là 27

= 128 ký tự từ 0 đến 127 Trong bảng mã ACII mở

rộng, người ta bổ sung thêm 128 ký tự đặc biệt với mã từ 128 đến 255 [4]

Ví dụ mã ASCII của ‘A’ là 65, của ‘a’ là 97

1.3 Sơ lược về PIC

1.3.1 Sơ lược lịch sử phát triển

PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology Thế hệ PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi Microelectronics Division thuộc General – Instrument PIC là viết tắt của “Programmable Intelligent Computer” là một sản phẩm của hãng General Instrument đặt cho dòng sản phẩm đầu tiên là PIC1650 Thời điểm đó PIC1650 được dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại

vi cho máy chủ 16 bit CP1600, vì vậy, người ta cũng gọi PIC với cái tên "Peripheral Interface Controller" – bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi

CP1600 là một CPU mạnh nhưng lại yếu về các hoạt động xuất nhập vì vậy PIC 8-bit được phát triển vào năm 1975 để hỗ trợ cho hoạt động xuất nhập của CP1600 ROM để chứa mã, mặc dù khái niệm RISC chưa được sử dụng thời bấy giờ, nhưng PIC thực sự là một vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy một lệnh với một chu kỳ máy – gồm 4 chu kỳ của bộ dao động

Năm 1985 General Instruments bán công nghệ các vi điện tử của họ, và chủ sở

hữu mới hủy bỏ hầu hết các dự án - lúc đó đã quá lỗi thời Tuy nhiên PIC được bổ sung EEPROM để tạo thành một bộ điều khiển vào ra lập trình

Ngày nay rất nhiều dòng PIC được xuất xưởng với hàng loạt các module ngoại

vi tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC ), với bộ nhớ chương trình từ 512 Word đến 32K Word

1.3.2 M ột số đặc tính chung của vi điều khiển PIC

Hiện nay có khá nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần cứng, nhưng chúng ta có thể điểm qua một vài nét như sau:

 Là CPU 8/16 bit, xây dựng theo kiến trúc Harvard

 Có bộ nhớ Flash và ROM có thể tuỳ chọn từ 256 byte đến 256 Kbyte

 Có các cổng xuất – nhập (I/O ports)

 Có timer 8/16 bit

 Có các chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ/không đồng bộ USART

 Có các bộ chuyển đổi ADC 10/12 bit

 Có các bộ so sánh điện áp (Voltage Comparators)

 Có các khối Capture/Compare/PWM

 Có hỗ trợ giao tiếp LCD

 Có MSSP Peripheral dùng cho các giao tiếp I²C, SPI, và I²S

 Có bộ nhớ nội EEPROM - có thể ghi/xoá lên tới 1 triệu lần

 Có khối điều khiển động cơ, đọc encoder

 Có hỗ trợ giao tiếp USB

 Có hỗ trợ điều khiển Ethernet

 Có hỗ trợ giao tiếp CAN

Đặc điểm thực thi tốc độ cao CPU RISC của họ vi điều khiển PIC16F8XX là:

 Dung lượng của bộ nhớ chương trình Flash là 8K×14words

 Dung lượng của bộ nhớ dữ liệu RAM là 368×8bytes

 Dung lượng của bộ nhớ dữ liệu EEPROM là 256×8 bytes

1.3.2.1 Các đặc tính ngoại vi

 Timer0: là bộ định thời timer/counter 8 bit có bộ chia trước

 Timer1: là bộ định thời timer/counter 16 bit có bộ chia trước, có thể đếm khi CPU đang ở trong chế độ ngủ với nguồn xung từ thạch anh hoặc nguồn xung bên ngoài

 Timer2: bộ định thời timer/counter 8 bit với thanh ghi 8-bit, chia trước và bộ chia sau

 Hai khối Capture, Compare, PWM

− Capture có độ rộng 16-bit, độ phân giải 12.5ns

− Compare có độ rộng 16-bit, độ phân giải 200ns

− Độ phân giải lớn nhất của PWM là 10-bit

1.3.2.2 Các đặc tính tương tự

 Có kênh chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số ADC 10-bit

 Có reset BOR (Brown – Out Reset)

 Khối so sánh điện áp tương tự:

− Hai bộ so sánh tương tự

− Khối tạo điện áp chuẩn VREF tích hợp bên trong có thể lập trình

− Đa hợp ngõ vào lập trình từ ngõ vào của CPU với điện áp chuẩn bên trong

− Các ngõ ra của bộ so sánh có thể truy xuất từ bên ngoài

1.3.2.3 Các đặc tính đặc biệt của vi điều khiển

 Bộ nhớ chương trình Enhanced Flash cho phép xóa và ghi 100.000 lần

 Bộ nhớ dữ liệu EEPROM cho phép xóa và ghi 1.000.000 lần

 Bộ nhớ EEPROM có thể lưu giữ dữ liệu hơn 40 năm và có thể tự lập trình lại

 Mạch lập trình nối tiếp ISP thông qua 2 chân (In - Circuit Serial Programming)

 Nguồn sử dụng là nguồn đơn 5V cấp cho mạch lập trình nối tiếp

 Có Watchdog Timer (WDT) với bộ dao động RC tích hợp trên Chip

 Có thể lập trình mã bảo mật

 Có thể hoạt động ở chế độ ngủ để tiết kiệm năng lượng

 Có thể lựa chọn bộ dao động

 Có mạch điện gỡ rối ICD (In-Circuit Debug)

1.3.2.4 Ch ế tạo theo công nghệ CMOS

Có các đặc tính: công suất thấp, công nghệ bộ nhớ Flash/EEPROM tốc độ cao Điện áp hoạt động từ 2V đến 5,5V và tiêu tốn năng lượng thấp Phù hợp với nhiệt độ làm việc trong công nghiệp và thương mại

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ LINH KIỆN LIÊN QUAN – NGUYÊN T ẮC HOẠT ĐỘNG MẠCH 555 VÀ

M ẠCH ĐO TẦN SỐ

Trong chương này sẽ trình bày một số linh kiện liên quan đến việc thiết kế máy

đo âm tần và mạch tạo xung sử dụng IC 555 Để sử dụng đúng chức năng của linh

kiện, chương này sẽ trình bày rõ về cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của chúng Trên sơ

sở nắm vững những kiến thức đó, chúng ta sẽ tìm hiểu về sơ đồ, nguyên lý hoạt động

mạch tạo xung sử dụng IC 555 và máy đo âm tần

2.1 IC 78XX

Ngày nay, các vi mạch ổn áp DC tuyến tính được sử dụng rất rộng rãi do những

ưu điểm của chúng như: tích hợp toàn bộ linh kiện trong một vỏ kích thước bé, không

cần sử dụng hay chỉ sử dụng thêm một vài linh kiện ngoài để tạo mạh hoàn chỉnh,

mạch bảo vệ quá dòng và quá nhiệt có sẵn trong vi mạch… Một trong những vi mạch

ổn áp DC tuyến tính thông dụng là họ vi mạch 78XX ổn áp dương (tức tạo điện thế đầu ra dương) và 79XX ổn áp âm (tức tạo điện thế đầu ra âm) có ba chân Tùy theo hình dạng vỏ ngoài mà các IC ổn áp có thể cung cấp dòng từ 100 mA đến 1 A và cho điện áp ra cố định ở nhiều giá trị khác nhau tương ứng với mã số [7]

B ảng 2.1: Giá trị điện áp ra của một số họ IC 78XX và 79XX

Hình 2.1: Th ứ tự chân của họ IC 78XX

78XX là họ IC dùng để tạo điện áp dương đầu ra Tùy theo IC78XX mà nó có điện áp đầu ra là bao nhiêu IC 78XX có 3 chân như hình trên:

 1: Input là chân đưa điện áp vào

 2 GND là chân nối masse

 3 Output là chân đưa điện áp ra

Khi mắc vào mạch, IC thường được mắc như sau

Hình 2.2: Sơ đồ mạch IC78XX

Trong mạch trên, tụ Ci được thêm vào khi vi mạch đặt xa nguồn chỉnh lưu và

có tác dụng lọc (khi nguồn DC chưa ổn định) để ổn định điện áp ngõ vào; C0 có tác

dụng lọc nhiễu cao tần Điện áp ngõ vào tối thiểu phải cao hơn điện áp ngõ ra 3V để vi

mạch vẫn hoạt động tốt

Khi lắp IC vào mạch thì nên gắn thêm một đế tản nhiệt bằng nhôm để IC bớt nóng khi làm việc và tăng tuổi thọ Ngoài ra, nếu như nguồn cấp là 12VDC và mạch

cần sử dụng nguồn 5VDC thì trên lý thuyết ta có thể sử dụng trực tiếp IC7805 để hạ

xuống điện áp 5VDC Tuy nhiên, thực tế thì sẽ khiến cho IC7805 khá nóng khi phải làm việc lâu và giảm hiệu suất làm việc Vì vậy, trong mạch đo tần số sử dụng 2 loại

IC là 7805 và 7809 nhằm tránh hiện tượng trên

C0 Ci

78XX (79XX)

2.2 Th ạch anh

Tinh thể thạch anh là loại đá trong mờ trong thiên nhiên, có thành phần cấu tạo

là Silic đioxit (SiO2) Thạch anh dùng trong mạch dao động là một lát mỏng được cắt

ra từ tinh thể Tùy theo mặt cắt mà lát thạch anh có đặc tính khác nhau Lát thạch anh

có diện tích từ nhỏ hơn 1cm2 đến vài cm2 được mài rất mỏng, phẳng (vài mm) và 2

mặt thật song song với nhau Hai mặt này được mạ kim loại và nối chân ra ngoài để dễ

sử dụng [3]

Hình 2.3: Hình d ạng thạch anh sau khi gia công dùng trong các mạch điện tử

Ký hiệu của thạch anh trong mạch điện

Ðặc tính của tinh thể thạch anh là tính áp điện (piezoelectric effect)

Tức là khi ta áp một lực vào hai mặt của lát thạch anh (nén và kéo dãn) thì sẽ xuất hiện

một điện thế xoay chiều giữa hai mặt Ngược lại, dưới tác dụng của một điện thế xoay chiều, lát thạch anh sẽ rung ở một tần số không đổi và như vậy tạo ra một điện thế xoay chiều có tần số không đổi Tần số dao động của lát thạch anh tùy thuộc vào kích thước của nó đặc biệt là độ dày, mặt cắt Khi nhiệt độ thay đổi, tần số rung của thạch anh cũng thay đổi theo nhưng vẫn có độ ổn định tốt hơn rất nhiều so với các mạch dao động không dùng thạch anh (tần số dao động gần như chỉ tùy thuộc vào thạch anh mà không lệ thuộc mạch ngoài)

2.3 LCD

2.3.1 Phân loại

Có thể chia LCD [4] làm hai loại chính như sau:

 Text LCD (loại hiển thị ký tự) có một vài kích cỡ như sau: 16x1 (16 ký tự x 1 dòng); 16x2 (16 ký tự x 2 dòng); 16x4 (16 ký tự x 4 dòng); 20x1 (20 ký tự x 1 dòng); 20x4 (20 ký tự x 4 dòng); …

 Graphic LCD (loại hiển thị đồ họa) đen trắng hoặc màu, có một vài kích cỡ như sau: 1,47 inch (128x128 điểm ảnh); 1,8 inch (128x160 điểm ảnh); 2 inch (176x220 điểm ảnh); 2,2 inch (240x320 điểm ảnh); 3,5 inch (320x240 điểm ảnh;…

Dưới dây ta sẽ khảo sát kỹ hơn về Text LCD

2.3.2 Ý nghĩa các chân

Text LCD [4] là các loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị các dòng

chữ hoặc số trong bảng mã ASCII Không giống các loại LCD lớn, Text LCD được chia sẵn thành từng ô và ứng với mỗi ô chỉ có thể hiển thị một ký tự ASCII Vì thế nên

loại LCD này được gọi là Text LCD Mỗi ô của Text LCD bao gồm các “chấm” tinh

thể lỏng, việc kết hợp “ẩn” và “hiện” các chấm này sẽ tạo thành một ký tự cần hiển thị Trong các Text LCD, các mẫu ký tự được định nghĩa sẵn Hình 2.4 là một ví dụ Text LCD 16x2

Hình 2.4: Text LCD

LCD 16x2 điều khiển bởi chip HD44780U của hãng Hitachi HD44780U là bộ điều khiển cho các Text LCD dạng ma trận điểm (dot-matrix), chip này có thể được dùng cho các LCD có 1 hoặc 2 dòng hiển thị HD44780U có 2 mode giao tiếp là 4 bit

và 8 bit Nó chứa sẵn 208 ký tự mẫu kích thước font 5x8 và 32 ký tự mẫu font 5x10 (tổng cộng là 240 ký tự mẫu khác nhau)

Các Text LCD theo chuẩn HD44780U thường có 16 chân trong đó 14 chân kết

nối với bộ điều khiển và 2 chân nguồn cho “đèn LED nền” Thứ tự các chân thường được sắp xếp như trong bảng 2.2

B ảng 2.2: Thứ tự và chức năng các chân của Text LCD

quan tâm đến cách thức hoạt động của 2 thanh ghi này, vì thế cũng không cần khảo sát chi tiết chúng

HD44780U có 3 loại bộ nhớ, đó là bộ nhớ RAM dữ liệu cần hiển thị DDRAM (Didplay Data RAM), bộ nhớ chứa ROM chứa bộ font tạo ra ký tự CGROM (Character Generator ROM) và bộ nhớ RAM chứa bộ font tạo ra các symbol tùy chọn CGRAM (Character Generator RAM) Để điều khiển hiển thị Text LCD chúng ta cần

hiểu tổ chức và cách thức hoạt động của các bộ nhớ này

2.3.3.1 DDRAM

DDRAM là bộ nhớ tạm chứa các ký tự cần hiển thị lên LCD, bộ nhớ này gồm

có 80 ô được chia thành 2 hàng, mỗi ô có độ rộng 8 bit và được đánh số từ 0 đến 39 cho dòng 1; từ 64 đến 103 cho dòng 2 Mỗi ô nhớ tương ứng với 1 ô trên màn hình LCD Như chúng ta biết LCD loại 16x2 có thể hiển thị tối đa 32 ký tự (có 32 ô hiển thị), vì thế có một số ô nhớ của DDRAM không được sử dụng làm các ô hiển thị Để

hiểu rõ hơn chúng ta tham khảo hình bên dưới

Hình 2.5: Th ứ tự các ô nhớ trên DDRAM

Chỉ có 16 ô nhớ có địa chỉ từ 0 đến 15 và 16 ô địa chỉ từ 64 đến 79 là được hiển

thị trên LCD Vì thế muốn hiển thị một ký tự nào đó trên LCD chúng ta cần viết ký tự

đó vào DDRAM ở 1 trong 32 địa chỉ trên Các ký tự nằm ngoài 32 ô nhớ trên sẽ không được hiển thị, tuy nhiên vẫn không bị mất đi, chúng có thể được dùng cho các mục đích khác nếu cần thiết

khảo tổ chức của vùng nhớ CGROM trong hình 4 bạn sẽ nhận thấy địa chỉ font của ‘a’

có 4 bit thấp là 0001 và 4 bit cao là 0110, địa chỉ tổng hợp là 01100001 = 97

CGROM và DDRAM được tự động phối hợp trong quá trình hiển thị của LCD

Giả sử chúng ta muốn hiển thị ký tự ‘a’ tại vị trí đầu tiên, dòng thứ 2 của LCD thì các bước thực hiện sẽ như sau: trước hết chúng ta biết rằng vị trí đầu tiên của dòng 2 có địa chỉ là 64 trong bộ nhớ DDRAM, vì thế chúng ta sẽ ghi vào ô nhớ có địa chỉ 64 một giá trị là 97 (mã ASCII của ký tự ‘a’) Tiếp theo, chip HD44780U đọc giá trị 97 này và coi như là địa chỉ của vùng nhớ CGROM, nó sẽ tìm đến vùng nhớ CGROM có địa chỉ

97 và đọc bảng font đã được định nghĩa sẵn ở đây, sau đó xuất bản font này ra các

“chấm” trên màn hình LCD tại vị trí đầu tiên của dòng 2 trên LCD Đây chính là cách

mà 2 bộ nhớ DDRAM và CGROM phối hợp với nhau để hiển thị các ký tự Như mô

tả, công việc của người lập trình điều khiển LCD tương đối đơn giản, đó là viết mã ASCII vào bộ nhớ DDRAM tại đúng vị trí được yêu cầu, bước tiếp theo sẽ do HD44780U đảm nhiệm

2.3.3.3 CGRAM

CGRAM là vùng nhớ chứa các symbol do người dùng tự định nghĩa, mỗi symbol được có kích thước 5x8 và được dành cho 8 ô nhớ 8 bit Các symbol thường được định nghĩa trước và được gọi hiển thị khi cần thiết Vùng này có tất cả 64 ô nhớ nên có tối đa 8 symbol có thể được định nghĩa

2.3.4 T ập lệnh của LCD

Để có thể giao tiếp dễ dàng với LCD ta phải nắm rõ được tập lệnh và ý nghĩa

của nó Mã lệnh của LCD được biểu diễn trong bảng 2.3

trỏ về vị trí đầu (address 0)

1,64

ms

dịch hiển thị (S)

40 µs

Các bit viết tắt trong mã lệnh được nêu rõ trong bảng 2.4

B ảng 2.4: Các bit viết tắt và mô tả

I/D 0 = Giảm vị trí con trỏ 1 = Tăng vị trí con trỏ

S 0 = Không dịch chuyển hiển thị 1 = Dịch chuyển hiển thị

D 0 = Tắt hiển thị 1 = Bật hiển thị

C 0 = Tắt con trỏ 1 = Bật con trỏ

B 0 = Con trỏ không nhấp nháy 1 = Con trỏ nhấp nháy

S/C 0 = Di chuyển con trỏ 1 = Dịch chuyển hiển thị

2.3.5 Giao ti ếp và nguyên tắc hiển thị ký tự trên LCD

LCD có hai mode giao tiếp là 4 bit và 8 bit Ta sẽ lần lượt tìm hiểu về cách sử

dụng cũng như ưu – nhược điểm của hai mode này

- Mode 8 bit: Để sử dụng mode 8 bit, tất cả các lines dữ liệu của LCD từ D0 đến D7 (từ chân 7 đến chân 14) phải được nối với một PORT (gồm 8 chân) của vi điều khiển bên ngoài Ưu điểm của phương pháp giao tiếp này là dữ liệu được ghi và đọc

rất nhanh và đơn giản vì chip điều khiển chỉ cần xuất hoặc nhận dữ liệu trên 1 PORT Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là tổng số chân dành cho giao tiếp LCD quá nhiều, nếu tính luôn cả 3 chân điều khiển thì cần đến 11 đường cho giao tiếp LCD

- Mode 4 bit: LCD cho phép giao tiếp với bộ điều khiển ngoài theo chế độ 4 bit Trong chế độ này, các chân D0, D1, D2 và D3 của LCD không được sử dụng (để

trống), chỉ có 4 chân từ D4 đến D7 được kết nối với vi điều khiển bên ngoài Các instruction và data 8 bit sẽ được ghi và đọc bằng cách chia thành 2 phần, gọi là các nibbles, mỗi nibble gồm 4 bit và được giao tiếp thông qua 4 chân D7:4, nibble cao được xử lí trước và nibble thấp sau Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này tối thiểu

số lines dùng cho giao tiếp LCD, nếu tính luôn cả 3 chân điều khiển thì chỉ cần 7

đường cho giao tiếp LCD Tuy nhiên, việc đọc và ghi từng nibble tương đối khó khăn hơn đọc và ghi dữ liệu 8 bit

Hình 2.6 là hình ảnh cách mắc LCD theo mode giao tiếp 4 bit Trong đó, các chân từ D4 đến D7 được mắc vào 4 chân thuộc 1 PORT của vi điều khiển Chân VSS

nối đất, VDD nối với nguồn 5V, VEE nối chân chạy của biến trở hạn dòng nhằm điều

chỉnh độ tương phản của LCD

Hình 2.6: Cách m ắc LCD theo kiểu giao tiếp 4 bit

Trình tự giao tiếp với LCD mode 4 bit được mô tả bằng sơ đồ hình 2.7

Hình 2.7: Sơ đồ khối giao tiếp với LCD

Để sử dụng LCD chúng ta cần khởi động LCD, sau khi được khởi động LCD đã

sẵn sàng để hiển thị Quá trình khởi động chỉ cần thực hiện một lần ở đầu chương trình Trong code giao tiếp với LCD, quá trình khởi động được viết trong một chương trình con tên LCD_Init, khởi động LCD thường bao gồm xác lập cách giao tiếp, kích thước font, số dòng LCD (Function set), cho phép hiển thị LCD, Cursor home…(Display control), chế độ hiển thị tăng/giảm, shift (Entry mode set) Các thủ

tục khác như xóa LCD, viết ký tự lên LCD, di chuyển con trỏ…được sử dụng liên tục trong quá trình hiển thị LCD và sẽ được trình bày trong các đoạn chương trình con riêng

Chú ý: Mỗi khi thực hiện ghi lệnh hay dữ liệu hiển thị lên LCD đều phải kiểm tra cờ bận Sở dĩ xuất hiện vấn đề này là do trong một khoảng thời gian LCD chỉ có thể

thực hiện được một nhiệm vụ như xóa hay ghi dữ liệu Tuy nhiên, có một số loại LCD không cho phép kiểm tra cờ bận, vì thế nên ta phải chủ động trong việc lập trình trong

việc phân phối thời gian khi ra lệnh cho LCD Ví dụ như khi thực hiện lệnh xóa màn hình thì phải chờ 2 ms rồi mới thực hiện lệnh mới vì thời gian thực hiện lệnh xóa màn hình là 1,64 ms

2.4 Vi điều khiển 16F887

2.4.1 Sơ đồ và tên các khối của 16F887

Hình 2.8 : Sơ đồ khối của PIC 16F887

 Khối ALU – Arithmetic Logic Unit

 Khối bộ nhớ chứa chương trình – Flash Program Memory

 Khối bộ nhớ chứa dữ liệu EEPROM – Data EEPROM

 Khối bộ nhớ file thanh ghi RAM – RAM file Register

 Khối giải mã lệnh và điều khiển – Instruction Decode Control

 Khối thanh ghi đặc biệt

 Khối bộ nhớ ngăn xếp

 Khối reset mạch khi có điện, khối định thời reset mạch khi có điện, khối định

thời ổn định dao động khi có điện, khối định thời giám sát, khối reset khi sụt

giảm nguồn, khối gỡ rối

 Khối ngoại vi timer T0, T1,T2

 Khối giao tiếp nối tiếp

 Khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số –ADC

 Khối so sánh điện áp tương tự

 Khối tạo điện áp tham chiếu

 Khối các port xuất nhập

2.4.2 Sơ đồ và chức năng của các chân

Hình 2.9 : Sơ đồ chân PIC 16F887

 Port A: Port A (RA0 đến RA7) có số chân từ chân số 2 đến chân số 7 và chân

số 13, 14 Port A bao gồm 8 chân I/O (vào/ra dữ liệu) Đây là các chân “hai chiều” (bidirectional pin), nghĩa là có thể xuất và nhập được Chức năng I/O này được điều khiển bởi thanh ghi TRISA (địa chỉ 85h) Đặc biệt, Port A có hai chân 13 và 14 dùng để nối với thạch anh để tạo bộ dao động ngoại hay có thể được sử dụng để tạo dao động nội RC

 Port B: Port B (RB0 đến RB7) có số chân từ chân số 33 đến chân số 40 Port B

gồm 8 chân I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISB Bên cạnh

đó một số chân của Port B còn được sử dụng trong quá trình nạp chương trình cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau Port B còn liên quan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer0 Ngoài ra nó còn được tích hợp chức năng điện trở kéo lên (pull – up) được điều khiển bởi chương trình

 Port C: Port C (RC0 đến RC7) có số chân từ chân số 15 đến chân số 18 và chân số 23 đến chân số 26 Port C gồm 8 chân I/O Thanh ghi điều khiển xuất

nhập tương ứng là TRISC Bên cạnh đó Port C còn chứa các chân chức năng

của bộ so sánh, bộ Timer1, bộ PWM và các chuẩn giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART

 Port D: Port D (RD0 đến RD7) có số chân từ chân số 19 đến chân số 22 và chân số 27 đến chân số 30 Port (RPD) gồm 8 chân I/O, thanh ghi điều khiển

xuất nhập tương ứng là TRISD Port D còn là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao

tiếp PSP (Parallel Slave Port)

 Port E: Port E (RE0 đến RE3) có số chân từ chân số 8 đến 10 và chân số 1 Port E gồm 3 chân I/O (từ RE0 đến RE2) và một chân chỉ nhập (RE3) Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE Các chân của Port E có ngõ vào analog Bên cạnh đó Port E còn là các chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP Đặc biệt, chân số 1 (RE3) hay còn gọi là Master Clear dùng để Reset vi điều khiển với điện trở kéo nội

 Chân 12 và 31 dùng để nối đất

 Chân 11 và 31 dùng để cấp nguồn cho vi điều khiển hoạt động [8]

Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F887 là bộ nhớ Flash, dung lượng

bộ nhớ 8K word (1 word = 14 bit) và được phân chia làm nhiều trang ( từ page 0 đến 3) Nhờ vậy bộ nhớ chương trình có khả năng chứa được 8*1024=8192 câu lệnh (vì

một lệnh sau khi mã hoá sẽ có dung lượng 1 word (14 bit))

Để mã hóa được địa chỉ của 8K bộ nhớ chương trình, bộ đếm chương trình có dung lượng 13 bit Khi vi điều khiển được Reset, bộ đếm chương trình chỉ đến địa chỉ 0004h (Interrupt vector) Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không được địa chỉ hóa bởi bộ đếm chương trình

Bảng bộ nhớ chương trình và các ngăn xếp

Hình 2.10: B ộ nhớ chương trình và các ngăn xếp

2.4.3.2 B ộ nhớ dữ liệu (Data memory)

Bộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia ra làm nhiều bank Đối

với PIC16F887 bộ nhớ dữ liệu chia làm 4 bank Mỗi bank có dung lượng 128 byte, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFG (Special Function Register) nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các thanh ghi mục đích chung GPR (General Purpose Register) nằm ở các vùng địa chỉ còn lại trong bank Các thanh ghi SFG thường xuyên được sử dụng (ví dụ như thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cả các bank của bộ đếm

dữ liệu giúp thuận tiện trong quá trình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình Sơ đồ cụ thể của bộ nhớ dữ liệu PIC16F887 như hình 2.11

Hình 2.11: B ộ nhớ dữ liệu

2.4.3.3 Các thanh ghi đặc biệt

Đây là các thanh ghi được sử dụng bởi CPU hoặc được dùng để thiết lập và điều khiển các khối chức năng được tích hợp bên trong vi điều khiển Có thể phân chia SFR làm hai loại: thanh ghi SFR liên quan đến các chức năng bên trong CPU và thanh ghi SFR dùng để thiết lặp và điều khiển các khối chức năng bên ngoài ( ví dụ như ADC, PWM,…) Các thanh ghi liên quan đến chức năng bên trong:

- Thanh ghi STATUS (03h, 83h, 103h, 183h): thanh ghi chứa kết quả thực hiện phép toán của khối ALU, trạng thái RESET và các bit chọn bank cần truy xuất trong

bộ nhớ dữ liệu

Hình 2.12: Th ứ tự các bit trên thanh ghi STATUS

-Thanh ghi OPTION_REG (81h, 181h): thanh ghi này cho phép đọc và ghi, cho phép điều khiển các chức năng pulled-up của các chân PORTB, xác lập các tham số xung tác động, cạnh tác động của ngắt ngoại vi và bộ đếm Time0

Hình 2.13: Th ứ tự các bit trên thanh ghi OPTION_REG

-Thanh ghi INTCON (0Bh, 8Bh, 10Bh, 18Bh): thanh ghi cho phép đọc và ghi,

chứa các bit điều khiển và các bit cờ hiệu khi Time0 tràn, ngắt ngoại vi RB0/INT và

ngắt interrupt-on-change tại các chân của PORTB

Hình 2.14: Th ứ tự các bit trên thanh ghi INTCON

-Thanh ghi PIE1 (8Ch): chứa các bit điều khiển chi tiết các ngắt của khối chức năng ngoại vi

Hình 2.15: Th ứ tự các bit trên thanh ghi PIE1

-Thanh ghi PIR1 (0Ch) chứa cờ ngắt của các khối chức năng ngoại vi, các

ngắt này được cho phép bởi các bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE1

Hình 2.16: Th ứ tự các bit trên thanh ghi PIR1

-Thanh ghi PIE2 (8Dh): chứa các bit điều khiển các ngắt của các khối chức năng CCP2, SSP bus, ngắt của bộ so sánh và ngắt ghi vào bộ nhớ EEPROM

Hình 2.17: Th ứ tự các bit trên thanh ghi PIE2

-Thanh ghi PIR2 (0Dh): chứa các cờ ngắt của của các khối chức năng ngoại vi, các ngắt này được cho phép bởi các bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE2

Hình 2.18: Th ứ tự các bit trên thanh ghi PIR2

-Thanh ghi PCON (8Eh): chứa các cờ hiệu cho biết trạng thái các chế độ Reset

của vi điều khiển

Hình 2.19: Th ứ tự các bit trên thanh ghi PCON

2.4.4 Các b ộ định thời

Vi điều khiển PIC16F887 có 3 bộ định thời Timer đó là Timer0, Timer1,

Timer2

2.4.4.1 Timer0

Đây là một trong 3 bộ đếm hoặc bộ định thời của vi điều khiển PIC16F887 Timer0 là bộ đếm 8 bit được kết nối với bộ chia tần 8 bit Cấu trúc của Time0 cho phép ta lựa chọn xung clock tác động và cạnh tích cực của xung clock Ngắt Timer0 sẽ

xuất hiện khi Timer0 bị tràn Bit TMR0IE (INTCON<5>) là bit điều khiển của Timer0 Khi TMR0IE=1 cho phép ngắt Timer0 tác động, TMR0IE=0 không cho phép

ngắt Timer0 tác động

2.4.4.2 Timer1

Bộ Timer1 là bộ định thời 16 bit, giá trị của Timer1 sẽ được lưu trong thanh ghi (TMR1H:TMR1L) Cờ ngắt của Timer1 là bit TMR1IF Bit điều khiển của Timer1 là TMR1IE

Tương tự như Timer0, Timer1 cũng có 2 chế độ hoạt động: chế độ định thời và

chế độ xung kích là xung clock của oscillator (tần số Timer bằng ¼ tần số của oscillator) và chế độ đếm (counter) với xung kích là xung phản ánh các sự kiện cần đếm lấy từ bên ngoài thông qua chân RCO/T1OSO/T1CKI (cạnh tác động là cạnh lên) Việc lựa chọn chế độ hoạt động của Timer được điều khiển bởi bit TMR1CS

2.4.4.3 Timer2

Bộ Timer2 là bộ định thời 8 bit và được hỗ trợ hai bộ chia tần prescaler và postscaler Thanh ghi chứa giá trị đếm của Timer2 là TMR2 Bit cho phép ngắt Timer2 tác động là TMR2ON Cờ ngắt của Timer2 là bit TMR2IF Xung ngõ vào (bằng ¼ tần

số oscillator) được đưa qua bộ chia tần số prescaler 4 bit (với các tỉ số chia tần 1:1, 1:4

hoặc 1:6) và được điều khiển bởi các bit T2CKPS1:T2CKPS0

được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau, với tầm tuần suất rất rộng từ DC đến hàng GHz

Hình 2.20 : Sơ đồ chân của OPAMP

OPAMP có hai đầu vào (input) dương và âm và một đầu ra (output) Điện áp trên các đầu vào và ra là so với masse Đầu vào dương gọi là đầu vào không đảo, nghĩa

là khi có tín hiệu đưa đến đầu vào không đảo thì tín hiệu ra cùng dấu với tín hiệu vào Tương tự, đầu vào âm gọi là đầu vào đảo, nghĩa là khi có tín hiệu đưa đến đầu vào đảo thì tín hiệu ra ngược dấu với tín hiệu vào Ngoài ra, OPAMP còn có hai đầu nối với nguồn cung cấp đối xứng ±VCC Điện áp cung cấp nằm trong khoảng từ 5V đến 18V Nguồn cung cấp cho OPAMP có thể là nguồn đơn +VCC

Đặc điểm của OPAMP là có hệ số khuếch đại vi sai AD rất lớn (thường AD ≈

105 đến 106) và điện trở vào vi sai rất lớn, điện trở ra nhỏ Dòng ở các đầu vào rất nhỏ

có thể xem như bằng 0

Điện áp chênh lệch giữa hai đầu vào gọi là điện áp vi sai uD Đặc tính của OPAMP gồm hai vùng: vùng 1 là đặc tính truyền đạt lý tưởng (khi uD = 0 thì ur = 0), vùng 2 là đặc tính truyền đạt thực tế của OPAMP (khi uD = 0 nhưng ur ≠ 0) Cụ thể hai vùng như sau:

- Vùng tuyến tính: ứng với uD rất nhỏ và ur = ADuD

- Vùng bão hòa: ứng với uD khoảng từ vài chục µV trở lên, điện áp ra ur ở vùng bão hòa là không đổi:

ur = ±Ubh; Ubh = UCC – (2 đến 3) V

2.5.2 Khu ếch đại thuật toán làm việc ở chế độ khóa

Trong kỹ thuật xung người ta thường sử dụng OPAMP làm việc ở vùng bão hòa

của đặc tính truyền đạt Lúc đó, điện áp ra ur chỉ có thể nằm ở hai mức: Mức thấp L =

- Ubh hay mức cao H = + Ubh Ta nói OPAMP là việc ở chế độ khóa và có vai trò như

một khóa đóng/ngắt cơ khí Khi ur = - Ubh = L, ta nói khóa mở; khi ur = +Ubh = H, ta nói khóa đóng [1]

Hình 2.21 : Đường đặc tính OPAMP làm việc ở chế độ khóa

Hình trên là đặc tính truyền đạt lý tưởng khi OPAMP làm việc ở chế độ khóa Điện áp vi sai uD là điện áp điều khiển để đóng/mở khóa Lúc uD đang rất âm, khóa OPAMP đang ở trạng thái mở với ur = - Ubh = L Khi uD tăng tới giá trị Uđ (Uđ > 0)

thì khóa hoàn toàn chuyển sang trạng thái đóng với ur = +Ubh = H Vì vậy Uđ được gọi

là ngưỡng đóng của khóa OPAMP Cũng biện luận tương tự ta có Um là ngưỡng mở

của OPAMP Vùng Δu là độ nhạy của khóa Đây là vùng bắt đầu và kết thúc việc chuyển trạng thái đóng/mở Một OPAMP lý tưởng có Δu bằng 0 Muốn giảm Δu ta

phải chọn OPAMP có hệ số khuếch đại vi sai AD càng lớn càng tốt

2.6 PC 900V

Các máy phát dao động hay xung thường cho ta tín hiệu dưới dạng tương tự (analog) Tuy nhiên, mạch đo tần số sử dụng vi điều khiển nên yêu cầu tín hiệu đưa vào phải có dạng số (digital) hay nói đơn giản là có hai mức cao và thấp Vì vậy, ta sử

dụng IC PC900V để chỉnh tín hiệu có dạng vuông và đưa vào vi điều khiển để thực

hiện chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số

Sơ đồ chân của PC900V như hình 2.22 [9]

Hình 2.22 : Sơ đồ chân của PC900V

Sơ đồ khối cấu trúc bên trong của PC900V

Hình 2.23 : Sơ đồ cấu trúc bên trong của PC900V

Trong sơ đồ trên tín hiệu được đưa vào từ hai chân Anode và Catode Bên trong

có một đèn LED sẽ phát sáng mỗi khi giá trị điện thế tín hiệu lớn hơn một giá trị nhất định Ở phía đối diện với LED phát này là một LED thu có tác dụng thu ánh sáng phát

ra từ LED phát Tín hiệu lúc này được đặt vào hai đầu vào của một OPAMP OPAMP được nuôi bằng nguồn thông qua một biến thế nhỏ bên trong IC OPAMP lúc này hoạt động ở chế độ khóa: Khi giá trị điện thế vi sai của OPAMP dương đủ lớn thì tín hiệu

ra là mức cao, transistor dẫn; và ngược lại khi điện thế vi sai của OPAMP âm đủ lớn thì tín hiệu ra là mức thấp transistor ngưng dẫn Khi đó ở đầu ra sẽ xuất hiện tín hiệu

dạng số, chỉ có hai mức logic là cao và thấp Các điện trở mắc vào có chức năng hạn dòng bảo vệ mạch Tụ điện giá trị 0,1µF dùng để lọc nhiễu cho nguồn

Chú ý: Đèn LED trong IC PC900V sẽ giảm cường độ chiếu sáng theo thời gian

hoạt động dẫn đến tín hiệu có thể sẽ bị sai lệch sau khi qua PC900V Nếu sử dụng trong thời gian dài thì khi thiết kế mạch nên chú ý đến điều này (giảm khoảng 50% cường độ chiếu sáng trong 5 năm)

2.7 Flip – Flop

Flip – Flop là mạch logic có một hay hai đầu điều khiển và hai đầu ra Tín hiệu trên hai đầu ra phụ thuộc nhau: Nếu một đầu ra là Q thì đầu ra kia sẽ là phủ định của Q ( Q ) Khi tín hiệu vào thỏa mãn điều kiện điều khiển, thì tín hiệu đầu ra Q sẽ lật tín

hiệu từ mức logic cao H xuống thấp L và ngược lại Vì vậy, tín hiệu đầu ra của Flip – Flop khi có điều khiển là một bước nhảy điện áp Đặc điểm của Flip – Flop là: Nếu không có tín hiệu điều khiển ở ngõ vào thì mức logic (H hay L) ở ngõ ra được duy trì

ổn định [1]

Tùy theo số đầu vào điều khiển mà Flip – Flop được chia thành bốn loại chính:

S – R, J – K, T, D Trong phần tiếp này ta sẽ khảo sát kỹ về loại S – R

Hình 2.24 : Sơ đồ chân của Flip – Flop loại S – R

S – R Flip – Flop là loại có hai đầu vào điều khiển S, R Đầu S (Set) gọi là đầu ghi và R (Reset) gọi là đầu xóa Hai đầu S và R là hai đầu điều khiển của Flip – Flop

Ta quy ước mức logic cao (H) là 1 và mức logic thấp (L) là 0 Ta có các trường hợp sau đây:

 Nếu S = 1, R = 0 thì Q = 1 và Q = 0 tức Q ở mức cao

 Nếu S = 0, R = 1 thì Q = 0 và Q = 1 tức Q ở mức thấp

 Nếu S = 0, R = 0 thì Q = Qt (với Qt là giá trị logic ở đầu ra Q tại thời điểm t)

tức Q không thay đổi trạng thái đã có của nó Vậy, khi không còn tín hiệu điều khiển ghi hay xóa ở ngõ vào thì Flip – Flop vẫn giữ nguyên trạng thái đã có của

nó

 Nếu S = 1, R = 1 thì tín hiệu ngõ ra Q có thể là 0 hay 1, ta nói trạng thái Flip – Flop là không xác định Vậy, không bao giờ đặt logic 1 vào cùng S và R

2.8 IC 555

2.8.1 Sơ đồ và chức năng các chân của IC 555

Hình 2.25 : Sơ đồ chân của IC 555

− Chân 1 (GND): Dùng để nối masse

− Chân 2 (Trigger): là đầu vào kích khởi, dùng để đặt xung kích thích bên ngoài khi mạch làm việc ở chế độ đa hài đơn ổn

− Chân 3 (Output): là đầu ra tín hiệu của IC

− Chân 4 (Reset): là chân xóa, nó có thể xóa điện áp đầu ra khi điện áp đặt vào chân này từ 0,7V trở xuống Vì vậy, để có thể phát ra xung ở chân số 3 thì chân

số 4 phải đặt ở mức logic cao H

− Chân 5 (Control voltage): là chân điện áp điều khiển Ta có thể đưa một điện áp ngoài vào chân này để làm thay đổi việc định thời của mạch, nghĩa là làm thay đổi tần số xung phát ra Khi không được sử dụng thì chân số 5 được nối masse thông qua một tụ có giá trị 0,01 µF

− Chân 6 (Threshold): là chân điện áp ngưỡng

− Chân 7 (Discharge): là chân phóng điện

− Chân 8 (VCC): nối với nguồn VCC từ 5 đến 18 V [10]