CHƯƠNG IV CHUYểN ĐổI TƯƠNG Tự - Số
III. THIếT Kế Vμ PHÂN TíCH NGUYÊN Lý HOạT ĐộNG TừNG KhốI
Sơ đồ khối
Hình 5.2 Sơ đồ khối mạch nguồn cung cấp Nguyên lý hoạt động
+ Biến áp : Biến điện áp U1 ( 220VAC ) thành điện áp xoay chiều U2 có giá
trị phù hợp với tải.
+ Mạch chỉnh lưu: Biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều (có
độ lớn theo thời gian) Bao gồm:
+ Bộ lọc: San bằng phẳng điện áp một chiều nhấp nhô thành U một chiều bằng phẳng (chống nhiễu)
Biến áp
Mạch chỉnh lưu
Bộ lọc
ổn áp
U2 Ut
Ut
U1 Uout
It It
Rt
+Bộ ổn áp : Tạo ra điện áp một chiều. Dòng điện một chiều ổn định UT(IT) cung cấp cho tải khi điện áp vào thay đổi.
Sơ đồ nguyên lý
Hình 5.3 sơ đồ nguyên lý bộ nguồn Tính chọn linh kiện
- C1 : 0.01uF/220V - MBA : Sơ cấp 220V
Thứ cấp - 12V
- Cl : Cầu chỉnh lưu sử dụng diode 1N4007 - C2: 2200uF/25V
- U1 : LM 7805
2.Khối chuyển đổi ADC ( sử dung vi mạch ADC 0809)
ADC 0809 là vi mạch chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số với 8 đầu vào tương tự, 1 đầu ra số 8 bit, chuyển đổi theo phương pháp sấp sỉ liên tiếp, thời gian chuyển đổi 100 μs
Sơ đồ chân và chức năng các chân
U1
sơ đồ chân:
Hình 5.4 Sơ đồ chân của ADC 0809 Chức năng các chân:
- Vcc (11) chân cấp nguồn +5V - GND (13) ch©n mass
- CLOCK (10) chân cấp dao động cho quá trình chuyển đổi ( tần số từ 200KHz đến 1MHz).
- VREF(+) (12), VREF(-) (16) hai chân cấp điện áp tham chiếu cho đầu vào, VREF(-) thường được nối mass, VREF(+) thường được nối với VR để điều chỉnh độ phân giải cho ADC
- IN0 đến IN7 là 8 đầu vào tương tự, mức tín hiệu tương tự đầu vào phụ thuộc vào giá trị của điện áp tham chiếu VREF(+) và VREF(-).
- ADD A(25), ADD B (24), ADD C (23) là 3 chân lựa chọn đầu vào
ADD C ADD B ADD A IN PUT
0 0 0 IN0
0 0 1 IN1
0 1 0 IN2
0 1 1 IN3
1 0 0 IN4
1 0 1 IN5
1 1 0 IN6
1 1 1 IN7
- ALE (Address latch enable) chân cho phép chốt địa chỉ, tích cực ở mức cao.
Khi ALE ở mức 1 thì địa chỉ đầu vào xác định qua các chân ADD A, ADD B, ADD C đ−ợc chốt lại, khi thực hiện chuyển đổi thì sẽ chuyển đổi tín hiệu lấy từ chân có địa chỉ đã đ−ợc chốt.
- 2-1 (MSB) đến 2-8 (LSB) là 8 bit đầu ra số.
- START (6) chân đ−a xung khởi động quá trình chuyển đổi, xung có độ rộng khoảng 2 μs. Mỗi khi có xung khởi động thì quá trình chuyển đổi bắt đầu diÔn ra.
- OUTPUT ENABLE (9) chân cho phép lấy tín hiệu đầu ra, tích cực ở mức cao.
- EOC là chân báo cáo đã chuyển đổi xong, khi đang chuyển đổi thì nó ở mức thấp, khi đã chuyển đổi xong thì chân này lẩy lên mức cao.
Giản đồ xung của quá trình biến đổi ADC
Hinh 5.5 Giản đồ xung của quá trình biến đổi ADC
Để thực hiện chuyển đổi ADC thì ta phải xác lập lựa chọn đầu vào. Các chân ADD A, ADD B, ADD C đ−ợc thiết lập với các mức logic khác nhau nh− bảng trạng thái để lựa chọn đầu vào tương ứng. Sau đó, địa chỉ được chốt lại bằng cách
đ−a mức logic chân ALE (cho phép chốt địa chỉ), khi đó địa chỉ đầu vào đ−ợc xác lập trong ADC ( chân ALE đ−ợc giữ ở mức cao cho đến khi kết thúc chuyển đổi).
Để bắt đầu quá trình chuyển đổi thì chân START phải có xung ở mức cao trong khoảng từ 1 đến 2μs. Khi có xung START thì quá trình chuyển đổi ADC bắt đầu, tín hiệu tương tự ở địa chỉ đã được chọn sẽ được đưa vào ADC để chuyển đổi, thời gian chuyển đổi khoảng 100μs. Trong suốt quá trình chuyển đổi thì chân EOC ở
mức thấp, khi chuyển đổi xong thì lên mức cao ( dựa vào đặc điểm này mà ta có thể
điều khiển trao đổi dữ liệu với ADC bằng cách lựa chọn đầu vào, tác động quá trình chuyển đổi sau đó chờ chân EOC lên mức cao để đọc dữ liệu vào). Khi quá trình chuyển đổi kết thúc, để đọc dữ liệu từ ADC thì ta phải đ−a chân OE lên mức cao (
đối với bộ chuyển đổi khi sử dụng nhiều đầu vào, nếu chỉ sử dụng 1 đầu vào thì
chân OE có thể nối lên +Vcc trong suốt quá trình chuyển đổi ). Khi đó , dữ liệu sẽ
đ−ợc đ−a ra đầu ra.
3.Mạch tạo dao động
Có rất nhiều cách để tạo ra đ−ợc xung clock tần số khoảng 500KHz cho mạch chuyển đổi ADC nh− mạch tạo xung đa hài dùng IC 555, mạch tạo xung đa hài dùng 2 TZT, mạch tạo xung vuông dùng khuếch đại thuật toán, mạch tạo xung
đa hài dùng các cổng logic
Để đơn giản cho việc thiết kế ta sử dụng mạch tạo xung đa hài sử dụng IC 7414 theo sơ đồ nguyên lý sau:
Hình 5.6 sơ đồ mạch tạo xung clock cho mạch chuyển đổi ADC Tính chọn linh kiện:
Ta có f=1/(C2xR3) nên để tạo ra tần số dao động khoảng 500KHz ta chọn - R3 =1K
- C2: 102
4. Cảm biến nhiệt độ ( sử dụng cảm biến nhiệt độ LM 35)
Loạt các bộ cảm biến LM35 cũng là các bộ cảm biến nhiệt mách tích hợp chính xác cao mà điện áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius. Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã đ−ợc cân chỉnh. Chúng đ−a ra điện áp 10mV cho mỗi sự thay đổi 10C. Bảng hướng dẫn ta chọn các cảm biến họ LM35.
Mã sản phẩm Dải nhiệt độ Độ chính xác Đầu ra
LM35A -55 C to + 150 C + 1.0 C 10 mV/ oC
LM35 -55 C to + 150 C + 1.5 C 10 mV/ oC
LM35CA -40 C to + 110 C + 1.0 C 10 mV/ oC
LM35C -40 C to + 110 C + 1.5 C 10 mV/ oC
LM35D 0 C to + 100 C + 2.0 C 10 mV/ oC
- Thông số kỹ thuật:
-Tiêu tán công suất thấp.
-Dòng làm việc từ 400mA - 5mA.
-Dòng ng−ợc 15mA.
-Dòng thuận 10mA.
-Độ chính xác: khi làm việc ở nhiệt độ 25oC với dòng làm việc 1mA thì điện
áp ngõ ra từ 2,94V – 3,04V.
- Đặc tính điện:
-Theo thông số của nhà sản xuất LM35, quan hệ giữa nhiệt độ và điện áp ngõ ra nh− sau:
-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 0oC - 128oC, tín hiệu ngõ ra tuyến tính liên tục với những thay đổi của tín hiệu ngõ vào.
Vout = 0,01ToK
= 2,73 + 0,01ToC.
Vậy ứng với tầm hoạt động từ 0oC - 100oC ta có sự biến thiên điện áp ngõ ra là:
- ở 0oC thì điện áp ngõ ra Vout = 2,73 (V).
- ở 5oC thì điện áp ngõ ra Vout = 2,78 (V).
- ở 100oC thì điện áp ngõ ra Vout = 3,73 (V).
- Tầm biến thiên điện áp tương ứng với nhiệt độ từ 0oC - 100oC là 1V
Hình 5.7 Hình ảnh thật của cảm biến nhiệt độ LM35
Hình 5.7 sơ đồ chân của LM 35
Nguồn cấp cho cảm biến là nguồn 5V, đầu ra chân 2 sẽ đ−ợc đ−a trực tiếp vào đầu vào của mạch chuyển đổi ADC.
5.Hiển thị
Để hiển thị nhiệt độ cho người sử dụng biết thì việc hiển thị chúng ra là điều cần thiết. Việc hiển thị bằng led đơn khi hệ thống chỉ cần báo 2 trạng thái vậy với mục đích hiển thị nhiều trạng thái thì việc hiển thị bằng led đơn là không khả thi.
Do đó việc hiển thị trên các led 7 đoạn cũng nh− LCD sẽ hiển thị rõ ràng hơn. Và ta chọn ph−ơng pháp hiển thị ở đây bằng led 7 đoạn.
Đặc điểm và cấu tạo của led 7 đoạn: Led 7 đoạn bao gồm 7(hoặc 8 đoạn a, b, c, d, e, f, g) led đơn đ−ợc đấu song song với nhau và có 1 đầu chung đầu đó có thể là Anot hoặc Ktot. Led 7 đoạn cũng nh− led đơn điện áp chịu đựng cũng đ−ợc dựa vào đặc điểm của mầu sắc của chúng. Đây là loại đèn dùng để hiển thị các số từ 0- 9. Khi một tổ hợp các đoạn sáng sẽ tạo đ−ợc 1 con số thập phân từ 0 - 9
Đối với led 7 đoạn ta phải tính toán sao cho mỗi đoạncủa led có dòng từ 10- 20mA. Với điện áp 5V thì điện trở cần dùng là 270 omh; công suất là 1.4W
Bảng mã BCD của led 7 đoạn