GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ ỨNG DỤNG TRONG LÒ NHIỆT

Nhiệm vụ cần thực hiện là thiết kế một bộ điều khiển nhiệt độ với dải nhiệt độ từ 300C đến 1300C. Vậy yêu cầu đặt ra là:

LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển, từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều khiển hiện đại có nhiều

ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều khiển lắp ráp bằng các linh kiện rời như kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ.

Ngày nay, trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết

bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người như máy giặt, đồng hồ báo giờ… đã giúp cho đời sống cuả chúng ta ngày càng hiện đại và tiện nghi hơn

Chúng em chân thành cảm ơn Thầy Lê Hồng Nam đã tận tình hướng dẫn nhóm

trong quá trình làm thực tập , đã tạo điều kiện cho chúng em được thực hiện đề tài tốt nhất /.

Đề tài “Mạch điều khiển nhiệt độ ứng dụng trong lò nhiệt” rất đa dạng và phong phú, có nhiều loại hình khác nhau dựa vào công dụng và độ phức tạp Do tài liệu tham khảo bằng Tiếng Việt còn hạn chế, trình độ có hạn và kinh nghiệm trong thực tế còn non kém, nên đề tài chắc chắn còn nhiều thiếu sót Vì vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân thành của các thầy cô cũng như của các bạn sinh viên để giúp nhóm có thể làm tốt hơn những đề tài sau này /.

Đà Nẵng,tháng 3 năm 2011

CMU 8051 Khối hiển thị

Lò nhiệtKhối cảm biếnKhối ADC

Khối giao tiếp

Khối công suấtKhối bàn phím

NHIỆT ĐỘ ỨNG DỤNG TRONG LÒ NHIỆT

1 Nhiệm vụ thiết kế:

Nhiệm vụ cần thực hiện là thiết kế một bộ điều khiển nhiệt độ với dải nhiệt độ từ 300C đến

1300C Vậy yêu cầu đặt ra là:

+Thiết kế bộ cảm biến nhiệt độ

+Thiết kế bộ chuyển đổi tương tự sang số ( khối ADC)

+Thiết kế khối xử lý trung tâm

+Thiết kế khối bàn phím

+Thiết kế khối công suất

+Thiết kế khối hiển thị

+Thiết kế khối giao tiếp

+Viết thuật toán

+Viết chương trình điều khiển

2 Sơ đồ khối:

3 Chức năng và linh kiện sử dụng trong các khối.

3.1 Khối cảm biến nhiệt độ và ADC:

 Nhiệm vụ:

- Dùng để đo nhiệt độ trong lò nhiệt

- Số hóa tín hiệu ra của cảm biến nhiệt độ để đưa vào vi điều khiển

- Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt độ rất nhạy, ở nhiệt độ 25oC nó

có sai số không quá 1% Với tầm đo từ -55oC – 150oC, tín hiệu ngõ ra tuyến tính liên tục với những thay đổi của tín hiệu ngõ vào

3.2 Khối xử lý trung tâm:

 Nhiệm vụ:

- Dùng để xử lý các tín hiệu vào và xuất tín hiệu ra,điều khiển mọi hoạt động của hệ thống

 Chọn linh kiện sử dụng:

- Vi điều khiển AT89C51, thạch anh 11.598Mhz, switch nhỏ

- Điện trở thanh, các Jump, điện trở thường và một số tụ điện

3 4 5 6 7 8 9

3 4 5 6 7 8 9

- Nhận dữ liệu điều khiển từ bàn phím 4x4 qua Port0

- Giao tiếp với PC qua cổng Com dùng max232 bằng các chân Rx và Tx

- Giao tiếp với khối hiển thị để hiện thị giá trị nhiệt độ qua Port2

3.3 Khối công suất và đồng bộ.

- BJT 2SA1015, Triac BT138, OPTO Triac MOC3021

- Một số điện trở thường, tụ điện, Jump cắm tải công suất

- Chọn IC Opamp LM393, biến trở 10K, Jump cắm nguồn xoay chiều

U 9 A

L M 3 9 3 3

2

1 +

ra dòng kích cho triac

- Nếu mức ra từ cảm biến là ở Tôđmin thì P3.4=0,BJT A1015 dẫn bão hoà

và tạo ra dòng kích vào cổng G của triac,làm triac hoạt động ,từ đó nung nhiệt nóng lên

- Nếu mức ra từ cảm biến là Tôđmax thì P3.4=1,BJT A1015 ngắt và làm triacngưng hoạt động, từ đó nhiệt giảm dần

3.4 Khối hiển thị và bàn phím

3.4.1Khối hiển thị

 Nhiệm vụ:

- Hiển thị nhiệt độ của lò nhiệt

- Hiển thị giá trị đặt từ bàn phím, dữ liệu nhiệt đồ truyền từ PC

 Chọn linh kiện sử dụng

- Jump nhận dữ liệu, IC 74LS47, 3Led 7 đoạn Anode chung

- BJT 2SA1015, Led báo hiệu, một số điện trở thường

4 5

1 3

1 1 9

- Hoạt động theo nguyên tắc định vị ma trận 4x4.

- Khi có nút được nhấn, dữ liệu tương ứng sẽ được gửi về vi điều khiển vàđược chương trình xử lí xác thực chức năng của nút bấm

- Để thực hiện ma trận bàn phím ta dùng phương pháp quét phím Quét cột

và đọc dữ liệu tại hàng hoặc ngược lại Theo hình vẽ thì các cột cách nhau 1 đơn vị, các hàng cách nhau 4 đơn vi

- Vậy giá trị của bàn phím được tính theo công thức sau

- Khi mạch cần nhiều phím thì ta mới tổ chức ma trận phím để giảm số

2 6

1 2 9

vi điều khiển Bởì vì chuẩn RS232 không tương thích với mức logic TTL, do vậy nó yêu cầu một bộ điều khiển đưởng truyền để chuyển đổi mức điện áp RS232 về các mức TTL và ngược lại IC MAX232 sẽliên kết giữa vi điều khiển và jump cổng Com của máy tính, từ đó tạo cầu nối cho việc truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và máy tính

INT\1 INT\0 TIMER2 TIMER1 PORT noái tieáp

1 Giới thiệu vi điều khiển AT89C51

1.1 Sơ đồ khối của một bộ vi điều khiển.

Sơ đồ khối chung của hầu hết các bộ vi điều khiển bao gồm CPU, bộ nhớ ROM hayEPROM và RAM, mạch giao tiếp, mạch giao tiếp song song, bộ định thời gian, hệ thống ngắt

và các BUS được tích hợp trên cùng một chip

1.2 Kiến trúc của vi điều khiển 8951

1.2.1 Giới thiệu

IC vi điểu khiển 8951 thuộc họ MCS51 có các đặc điểm sau :

+ 4 kbyte ROM

+ 128 byte RAM

+ 4 port I/0 8 bit

+ Hai bộ định thời 16 bits

+ Giao tiếp nối tiếp

+ 64KB không gian bộ nhớ chương trình ngoài

+ 64 KB không gian bộ nhớ dữ liệu ngoài

+ 210 bit được địa chỉ hóa

+Bộ nhân / chia 4s

1.2.2 Cấu trúc bên trong của 8951

TIMER2 TIMER1 PORT noái tieáp

4K-8951 OK-8031

Timer1 Timer2 Điều khiển ngắt

Điều khiển bus

+ Thanh ghi tích lũy A

+ Thanh ghi tích lũy phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia

+ Đơn vị Logic học (ALU: Arithmetic Logical Unit )

+ Từ trạng thái chương trình (PSW : Prorgam Status Word)

+ Bốn băng thanh ghi

+ Con trỏ ngăn xếp

+ Ngoài ra còn có bộ nhớ chương trình, bộ giải mã lệnh, bộ điều khiển thời gian vàlogic.

Đơn vị xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung từ bộ dao động, ngoài ra còn có khả năngđưa một tín hiệu giữ nhịp từ bên ngoài

Chương trình đang chạy có thể cho dừng lại nhờ một khối điều khiển ngắt ở bên trong.Các nguồn ngắt có thể là giao diện nối tiếp

Hai bộ định thời 16 bit hoạt động

Các cổng (port0,1,2,3), sử dụng vào mục đích điều khiển Ở cổng 3 có thêm các đườngdẫn điều khiển dùng để trao đổi với bộ nhớ bên ngoài Giao diện nối tiếp có chứa một bộtruyền và một bộ nhận không đồng bộ, làm việc độc lập với nhau Tốc độ truyền qua cổng nốitiếp có thể đặt trong dãi rộng và được ấn định bằng một bộ định thời

Trong vi điều khiển 8951 có 2 thành phần quan trọng khác đó là bộ nhớ và các thanh ghi+ Bộ nhớ gồm bộ nhớ RAM và bộ nhớ ROM dung để lưu trữ dữ liệu và mã lệnh

+ Các thanh ghi sử dụng để lưu trử thông tin trong quá trình xử lý Khi làm việc nó làmthay đổi nội dung của các thanh ghi

1.2.3.Chức năng các chân của vi điều khiển 8951

1 2

1 3

1 4

1 5 1 2 3 4 5 6 7 8

Vi điều khiển 8951 có 32 trong 40 chân có chức năng như là các cổng I/O, trong đó 24chân được sử dụng với hai mục đích Nghĩa là ngoài chức năng cổng I/O, mỗi chân có côngdụng kép này có thể là một đường điều khiển của Bus địa chỉ hay Bus dữ liệu hoặc là mỗichân hoạt động một cách độc lập để giao tiếp với các thiết bị đơn bit như công tắc, LED,transistor…

a.Port0: là port có 2 chức năng, ở trên chân từ 32 đến 39 của MC 8951, Trong các thiết

kế cỡ nhỏ không dung bộ nhớ ngoài, Port 0 được sử dụng như là những cổng I/O Còn trongcác thiết kế lớn có yêu cầu một số lượng đáng kể bộ nhớ ngoài thì Port 0 trở thành các đườngtruyền dữ liệu và 8 bits thấp của Bus địa chỉ

b Port1: Là một port I/O chuyên dụng, trên chân 1-8 của MC8951 Chúng được sử dụngvới mục đích duy nhất là giao tiếp với thiết bị ngoài khi cần thiết

c Port2: Là một cổng có công dụng kép trên chân 21-28 của MC 8951 Ngoài chứcnăng I/O, các chân này dung làm 8 bit cao của bus địa chỉ cho những mô hình thiết kế có bộnhớ chương trình ROM ngoài hoặc bộ nhớ dữ liệu RAM có dung lượng lớn hơn 256 Bytes

d Port3: Là một cổng có công dụng kép trên chân 10-17 của MC 8951 Ngoài chức năng là cổng I/O những chân này kiêm luôn nhiều chức năng khác nữa liên quan đến nhiều tính năng đặc biệt của MC 8951, được mô tả trong bảng sau:

P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7

RxDTxD

INT 0 INT 1

T0T1

ÖWR

RD

Ngõ vào dữ liệu nối tiếp

Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp

Ngắt ngoài 0

Ngắt ngoài 1

Ngõ vào TIMER 0

Ngõ vào của TIMER 1

Điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớĐiều chỉnh đọc bộ nhớ dữ liệu ngoàiChức năng của các chân trên port3

e PSEN (Program Store Enable): 8951 có 4 tín hiệu điều khiển, PSEN là tín hiệu ra trên chân

29 Nó là tín hiệu điều kển để cho phép truy xuất bộ nhớ chương trình mở rộng và thường

được nối đến chân OE ( Output Enable) của một EPROM để cho phép đọc các byte mã lệnh của chương trình Tín hiệu PSEN ở mức thấp trong suốt phạm vi quá trình của một lệnh Các

mã nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM qua bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của 8951 để giải mã lệnh Khi thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mức cao

f ALE (Address Latch Enable ): Tín hiệu ra ALE trên chân 30 tương ứng hợp với cácthiệt bị xử lý 8585, 8085, 8951 dùng ALE để giải đa hợp bus địa chỉ dữ liệu, khi port 0 đượcdùng làm bus địa chỉ/ dữ liệu đa hợp: vùa là bus dữ liệu vừa là byte thấp của địa chỉ 16 bit.ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một thanh ghi bên ngoài trong nữa đầu của chu kỳ bộ nhớ.Sau đó, các đường Port 0 dùng để xuất nhập dữ liệu trong nữa sau chu kỳ của chu kỳ bộ nhớ Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên Chip và có thể đượcdùng là nguồn xung nhịp cho các hệ thống Nếu xung trên 8951 là 12MHz thì ALE có tần số

là 2MHz Chân này cũng được làm ngõ vào cho xung lập trình cho EPROM trong 8951

g EA (External Access): Tín hiệu vào EA trên chân 31 thường được nối lên mức cao(+5V) hoặc mức thấp (GND) Nếu ở mức cao, 8951 thi hành chương trình từ ROM nội trongkhoảng địa chỉ thấp (4K) Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mởrộng Người ta còn dung chân EA làm chân cấp điện áp 21V khi lập trình cho EPROM trong8951

h RST (Reset): Ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ reset của 8951 Khi tín hiệu này đượcđưa lên mức cao (trong ít nhất 2 chu kỳ máy), các thanh ghi trong 8951 được đưa vào nhữnggiá trị thích hợp để khởi động hệ thống

i.OSC: 8951 có một bộ dao động trên chip, nó thường được nối với thạch anh giữa chân

18 và 19 Tần số thạch anh thông thường là 12 MHz

j POWER: 8951 vận hành với nguồn đơn +5V Vcc được nối vào chân 40 và Vss (GND)được nối vào chân 20

2 ADC0804:

2.1 Giới thiệu:

Chip ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC800 của hãng National Semiconductor Chip này cũng được nhiều hãng khác sản xuất Chip có điện áp nuôi +5V và độ phân giải 8 bit Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một tham số quan trọng khi đánh giá bộ ADC Thời gian chuyển đổi được định nghĩa là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một số nhị phân Đối với

ADC0804 thì thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK và CLK IN và không bé hơn 110µs

2.2 Chức năng của các chân:

2.2.1 Sơ đồ chân ADC0804

 RD (Read)

Chân số 2, là một tín hiệu vào, tích cực ở mức thấp Các bộ chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân và giữ nó ở một thanh ghi trong RD được sử dụng để có dữ liệu đã được chyển đổi tới đầu ra của ADC0804

Khi CS = 0 nếu có một xung cao xuống thấp áp đến chân RD thì dữ liệu ra dạng số 8 bit được đưa tới các chân dữ liệu (DB0 – DB7)

 WR (Write)

Chân số 3, đây là chân vào tích cực mức thấp được dùng để báo cho ADC biếtbắt đầu quá trình chuyển đổi Nếu CS = 0 khi WR tạo ra xung cao xuống thấp thì bộ ADC0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin về

số nhị phân 8 bit Khi việc chuyển đổi hoàn tất thì chân INTR được ADC hạ xuống thấp

 Ngắt INTR (Interupt)

Chân số 5, là chân ra tích cực mức thấp Bình thường chân này ở trạng thái cao và khi việc chuyển đổi hoàn tất thì nó xuống thấp để báo cho CPU biết là

dữ liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi Sau khi INTR xuống thấp, cần đặt CS =

0 và gửi một xung cao xuống thấp tới chân RD để đưa dữ liệu ra

 Vin (+) và Vin (-)

Chân số 6 và chân số 7, đây là 2 đầu vào tương tự vi sai, trong đó Vin = Vin(+) – Vin (-) Thông thường Vin (-) được nối tới đất và Vin (+) được dùng làm đầu vào tương tự và sẽ được chuyển đổi về dạng số

dải 0 - +5V Chân Vref/2 được dùng để thực hiện các điện áp đầu ra khác 0 - +5V.

Bảng quan hệ điện áp Vref/2 với Vin

V ref /2(V ) V¿(V ) Kích thước bước (mV)

MAX 232 là 1 mạch tích hợp chuyển đổi tín hiệu từ port nối tiếp chuẩn RS 232 sang tín hiệu thích hợp để sử dụng trong các mạch số logic chuẩn tương thích TTL

RS232 Line Type & Logic Level RS232

Voltage

TTL Voltage to/from MAX232

Data Transmission (Rx/Tx) Logic 0 +3 V to+15 V 0V

Data Transmission (Rx/Tx) Logic 1 -3 V to -15 V 5V

Sơ đồ chân và mạch đặc trưng của max232

3.2 Các ứng dụng của max232:

-Máy tính xách tay

-Modem công suất thấp

-Hệ thống ắc qui- năng lượng RS 232

-Mạng đa điểm RS 232

3.3 Các thông số kĩ thuật của max232:

- Nguồn cung cấp: +5V.

- Đặc trưng: tốc độ chuyển đổi cao hơn, đỉnh nhỏ.

- Giá trị thông thường của tụ là: 1µF.

- Data rate : 200kbps.

4.2 Cách xác định chân của TRIAC.

Vặn VOM ở thang Rx1

Ta đặt que đo vào một chân cố định, còn que còn lại đảo gữa hai chân còn lại nếu kim không lên thì ta đảo hai que đo với nhau và đo như trên kim không lên thì chân cố định

là chân T2 Ta đặt que đen vào chân A và que đỏ vào một trong hai chân còn lại, sau

đó lấy dây nối gữa chân T2 kích với chân còn lại ( chân không đặt que đỏ) Nếu kim lên và thả ra kim tự giữ thì chân đó là chân G Chân còn lại là chân T1

4.3 Các thông số kỹ thuật của BT138:

IGT :( dòng cổng kích khởi) cở 10mA đến 100mA

Dòng đóng IL ứng với VD = 12 V; IGT = 0.1 A khoảng từ 10mA- 60mA

Dòng đi qua Triac cực đại là 12A

Điện áp cực đại chịu đựng là : 600Vac

5.1 Hình dạng:

5.2 Một số tính chất cơ bản của LM35:

- LM35 có độ biến thiên theo nhiệt độ: 10mV / 1oC

- Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt độ rất nhạy, ở nhiệt độ 25oC nó có sai

số không quá 1% Với tầm đo từ -55oC – 150oC, tín hiệu ngõ ra tuyến tính liên tục với những thay đổi của tín hiệu ngõ vào

5.3 Thông số kỹ thuật:

Tiêu tán công suất thấp.

Dòng làm việc từ 450A – 5mA

6.2 Các thông số kỹ thuật của MOC3020:

- Ngõ ra dung điều khiển 220Vac

- Dòng kích khởi ứng với Vout =3V: từ 15mA đến 30mA

Mạch giải là mạch có chức năng ngược lại với mạch mã hoá Mục đích sử dụng phổbiến nhất cũa mạch giải mã là làm sáng tỏ các đèn để hiển thị kết quả ở dạng chữ số Do cónhiều loại đèn hiển thị và có nhiều loại mã số khác nhau nên có nhiều mạch giải mã khácnhau, ví dụ: giải mã 4 đường sang 10 đường, giải mã BCD sang thập phân…IC74LS47 là loại

IC giải mã BCD sang led 7 đoạn Mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn là mạch giải mã phứctạp vì mạch phải cho nhiều ngõ ra lên cao hoặc xuống thấp( tuỳ vào loại đèn led là anodchung hay catod chung) để làm các đèn cần thiết sáng nên các số hoặc ký tự IC 74LS47 làloại IC tác động ở mức thấp có ngõ ra cực thu để hở và khả năng nhận dòng đủ cao để thúctrực tiếp các đèn led 7 đoạn loại anod chung

Hình 7.1 Thông số kỹ thuật kích thước của 74LS47

IC giải mã 74ls47 là một trong những IC giãi mã thông dụng cho nên việc tìm hiểu

IC này là rất cần thết Sau day là một số thông số làm việc của IC 74ls47

Điện áp cung cấp cực đại : 7v

Điện áp ngõ vào max : 7v

Nhiệt độ khi làm việc tốt : 0 0 C => 70 0 C

Khoang nhiệt độ dao động cho phép : -65 0 C => 150 0 C

Hình 7.2 : Thông số làm việc của 74ls47

7.2 Hình dáng và sơ đồ chân.

Hinh 7.3 :Hình dáng và sơ đồ chân của IC 74LS47

Chân 1, 2, 6, 7: Chân dử liệu BCD vào.

Chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15: Các chân ra tác động mức thấp

Chân 8: Chân nối mass

Chân 16: Chân nối nguồn

Chân 4: Gồm ngõ vào xoá BI được để không hay nối lên cao cho hoạt động giải mãbình thường Khi nối BI ở mức thấp, các ngõ ra đều tắt bất chấp trạng thái của các ngõ vào Chân 5: Ngõ vào xoá dợn sóng RBI được để không hay nối lên cao khi không đượcdùng để xoá số 0( số 0 ở trước số có nghĩa hay số 0 thừa bên trái dấu chấm thập phân)

Chân 3: Ngõ vào thử đèn LT ở cao các ngõ ra đều tắt và ngõ ra xoá dợn sóng RBOthấp Khi ngõ vào BI/RBO để không hay nối lên cao và ngõ vào LT giữ ở mức thấp các ngõ

ra đều sáng

7.3 Sơ đồ logic và bảng trạng thái

Hình 7.4: Sơ đồ logic của IC 74LS47

Sơ đồ cấu trúc của IC74LS47, nó giúp cho những ai muốn tìm hiểu sâu về IC giải mã74LS47 hoạt động và giải mã BCD sang led 7 đoạn như thế nào.

Sự hoạt động của mạch được thể hiện ở bảng sự thật, trong đó đối với các ngõ ra H là tắt và L

là sáng, nghĩa là nếu 74LS47 thúc đèn led 7 đoạn thì các đoạn a, b, c, d, e, f, g của đèn sẽ sánghay tắt tuỳ vào ngõ ra tương ứng của 74LS47 là L hay H

Hình 7.5 : Bảng trạng thái của IC74LS47

Kết quả là khi mã số nhị phân 4 bit vào có giá trị thập phân từ 0 đến 15 đèn led hiển thịlên các số như ở hình bên dưới Chú ý là khi mã số nhị phân vào là 1111= 1510 thì đèn led tắt

Hình 7.6: Các hiển thị của IC giải mã 74LS47

8 LED 7 Đoạn

Led 7 đoạn có thể xem như 7 con led đơn ghép lại , có 1 đầu nối chung còn 1 đầu để hở đưa

ra ngoài để phân cực cho led

Đây là lọai đèn dùng hiển thị các số từ 0 đến 9, đèn gồm 7 đọan a, b, c, d, e, f, g, bên dướimỗi đọan là một led (đèn nhỏ) hoặc một nhóm led mắc song song (đèn lớn).Qui ước các đọancho bởi:

hi một tổ hợp các đọan cháy sáng sẽ tạo được một con số thập phân từ 0 - 9

Hình 8.1: Led 7 đoạn có hai loại là loại anot chung và catot chung.

Đối với led 7 đoạn ta phải tính toán sao cho mỗi đoạn của led 7 đoạn có dòng điện từ10 20mA Với điện áp 5V thì điện trở cần dùng là 270Ω; công suất là 1,4 Watt

Hình 8.2: bảng giá trị Led 7 Đoạn

9 Điện trở

Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của một vật thể dẫn điện Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó

điện trở thục tế

U : là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn (V)

I : là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ampe (A)

R : là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω) )

= 8.86.10-12 C2/ N.m2 là hằng số điện môi của chân không.

 là hằng số điện môi tương đối của môi trường; đối với chân không  = 1, giấy tẩm dầu =

3,6; gốm = 5,5; mica = 4 5

CHƯƠNG 3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, TÍNH TOÁN CHỌN LINH

4 5

1 3

1 1 9

2 6

1 2 9

1 1

1 0

1 3 8

1 4 7

P 1

D B 9

5 9 8 3 7 2 6

C 1 2

1 0 u

P 1 0

S W 4

1.4 Khối mạch chính (có sơ đồ mạch nguyên lý kèm theo)

2 Nguyên lý hoạt động của mạch.

- Khi cấp nguồn cho mạch, dựa vào đặc tính nhạy cao của IC LM35 với nhiệt độ Qua đó tạo ra điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối nên ta đo được nhiệt độ của lò nhiệt hiện thời.

- Khối ADC chuyển tín hiệu điện sang mã nhị phân có giá trị tương ứng rồi đưa vào vi điều khiển Từ vi điều khiển tín hiệu dạng số nhị phân được đưa qua IC74LS47 để chuyển sang mã 7 đoạn,sau đó đưa đến khối hiển thị tại lò nhiệt.

- Tại lò nhiệt ta có thể đặt nhiệt độ hoặt động của tải bằng bàn phím ma trận 4x4.

- Tại máy tính điều khiển trung tâm,có thể nhận được nhiệt độ và đặt nhiệt

độ cho phép hoặt động ở lò nhiệt thông qua khối giao tiếp dùng MAX232

và chương trình điều khiển bằng Delphi.

- Khi nhiệt độ tại lò vượt quá nhiệt độ cho phép hoặt động mà ta đã đặt thì

vi điều khiển làm ngắt tải xoay chiều,giảm nhiệt độ của lò.Sau đó quá trình được lặp lại.

3 Tính toán thiết kế mạch

3.1 Mạch cảm biến và ADC

Chọn nguồn Vcc 5v để cung cấp cho chip adc

Dựa vào datasheet của ADC0804 chọn

C5:150pF

R8:10k

Đối với các tải có điện dung.LM35 có thể lái các tải có điện dung lên đến 50pF

Thông thường ta sử dụng các mạch nối tiếp R-C (gọi là các R-C Damper) để cách li tải (heavier load),tách các tải với điện trở đồng thời cải thiện khả năng chịu đựng của điện

 Tính giá trị địên trở hạn dòng R hd nối với 74LS47 :

Nguồn cung cấp Vcc = 5V Các thông số ngõ ra của IC7447 là :

Với T0 là thời gian 1 led sáng

T là thời gian toàn chu kỳ

Chọn thời gian sáng cho 1 led là 100µs

Thời gian toàn chu kì là 600 µs

Vậy :

T =30/ √ 100 600 =73.48 mAChọn loại đèn có : Iledđm =70mA

Do led 7 đoạn có 7 led đơn nên dòng Iledđm qua mỗi led sẻ là : Iledđm đơn = 10mA

Chọn BJT 2SA1015 có β = 70

Dòng IBmin = 30/70 =0,428(mA)

Chọn IB=(2÷3)IBmin =2.0.428 =0.856(mA)

Rhd= (Vcc – V LED – Vol)/ILED => Rhd = (5V-1.8V –0.4V )/0.856mA

=> Rhd = 2,73KΩ)

Rhd =3,9KΩ)

Lúc đó ILED =(5 V −1,8 V −0,4 V )

3,9 K = 0,7(mA)

 Tính giá trị điện trở R b nối với BJT:

- Xét điều kiện để transistor boã hoà là :Ic ≥βIb

Với led 7 đoạn, để 1 led sáng cần dòng 10mA, để sáng hết 7 led cần dòng

Ib = 3,16 (mA) ≥

10

70 =0,14(mA)

3.2.2 Khối bàn phím.

Dùng 16 phím nhấn là các switch nhỏ và 1 Jump 8 để nối dữ liệu

3.3 Khối mạch giao tiếp

Tụ trong mạch RS232 để tạo mức áp theo chuẩn RS232 và quyết định tốc độ chuyển đổi mức áp, chọn dung lượng nhỏ để tốc độ chuyển đổi tăng

dIT/dt =45A/s IGM=2(A) PG(tb)=0,5(w) ton=2usTra datasheet chọn dòng kích cho triac IG=10mA

Chọn áp đặt vào triac khi kích là 14(V)

Khi đó: VGT2=0,7(V) (80oC)

VR25+13=14- 0,7 - 1,4=11,9(v)

Chọn R25=1(kΩ) ) R13=180(ohm)Dòng kích cho triac là 10mA⇒Ptriacopto=10.1,4=14(mW)

Khi opto hoạt động thì BJT A1015 dẫn bão hoà

⇒ VCEs=0,1(v) ⇒ P=50.0,1=5(mW) thoả mãn điều kiện của BJT

Áp rơi trên: R11=V cc−V CEs I −V diode

C =5−0,1−1,250 =74(Ω) )Chọn R11=100(Ω) )

Tính chọn R 12

Để QS1 A1015 dẫn bão hoà thì:

VEB=VEBs=0,8(v)

IB≥5070=0,714(mA) Mặc khác dòng VĐK I=3,2(mA) Vmax=0,8(v) ở mức 0

U V R20

R20+R26=VI=4(v)

R26

R20=3Chọn R26=12(k Ω) ) R20=5,6(k Ω) )

Opamp co VO=3,5(V) IO=1(uA)

Chọn Vcc=5V và biến trở R18=10K để điều chỉnh so với áp đầu vào

3.5 Khối mạch trung tâm

Khối xử lý trung tâm chip AT89C51.

Chọn trở thanh kéo lên nguồn ở port 0: Vì dòng ngõ ra tại port 0 rất thấp nên ta phải kéo trở lên nguồn để nâng dòng.Ta chọn trở thanh 10KOhm

Chọn giá trị tần số của bộ dao động thạch anh:

Theo yêu cầu thiết kế tần số tối đa của xung là 1MHz

Chu kỳ của xung ra:

-Khi dòng đổ qua trở R1 và R2,với mục đích muốn sụt áp chủ yếu rơi trên R2 để quyết định mức điện áp cho chân RST nên ta phải chọn R2 lớn hơn nhiều so với R1

Ta chọn R1=100 Ohm và R2=10 KOhm

Ta có phương trình xả của tụ C3 từ 5Vdc xuống còn 2.6Vdc(lúc này áp rơi trên R2 bằng 2.2Vdc-2.4Vdc nên RST ở mức cao):

VC3(t)=[VC3(0)-VC3(∞¿].e−τ t+VC3(∞¿

2.6 =[0-5].e−τ t+5

→e t τ ≈2.08

τ t ≈0.734-Gọi tmax là thời gian lâu nhất cần thiết để bấm chân RST.Vì vậy,tmax này càng bé càng tốt.Tuy nhiên,tmax phải phù hợp với thực tế,nên ta chọn tmax=0.1s

τ=(R1+R2).C3≈0.136s

C3= τ

R1+R2=

0.136100+10 103≈ 13.47 10−6F

-Ta chọn C3=10 µF

CHƯƠNG 4 THỰC HIỆN MẠCH IN LẮP RÁP VÀ KIỂM TRA MẠCH

1 Quy trình thực hiện mạch in.

Layout mạch:

- Dùng Orcad để vẽ sơ đồ nguyên lý mạch

- Dùng Layout Plus để tạo layout từ sơ đồ nguyên lý

Quá trình rửa mạch:

- Sau khi đợi cho mạch mới ửi xong được nguội, ta gở bỏ phần giấy trên board, ngâm vào nước lạnh để lấy sạch giấy Sau đó kiểm tra phần chổ nào mực không bám lên board ta dùng bút xạ để kẻ lại đường mực

- Sau đó tiến hành ngâm mạch trong dung dịch FeCl3 được pha sẵn trong khoảng 1 giờ để cho FeCl3 phản ứng hết với phần đồng không bị bám mực trên board

- Sau khi hoàn thành quá trình ngâm mạch ta rửa lại trong nước lạnh, dùng giấy nhám mịn chà cho sạch đường mực bám trên board sao cho phần đường đồng trên mạch không bị ảnh hưởng

Quá trình khoan, hàn mạch:

- Chọn mũi khoan phù hợp cho chân linh kiện