Đề tài Mạch đo nhiệt độ hiển thị ra đèn led

MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ HIỂN THỊ RA ĐÈN LED Mục lục CHƯƠNG 1.MỞ ĐẦU 1.Tổng quan: Kĩ thuật số ,một lĩnh vực không còn mang tính thời sự nóng bỏng nhưng vẫn ẩn chứa vô số điều bí ẩn và có sức hấp dẫn lạ kỳ , đã đang từng ngày thâm nhập vào đời sống của chúng ta .Nhưng trong thưc tế các dạng năng lượng thường ở dạng tương tự .Do đó muốn xừ lí chúng theo phương pháp kĩ thuật số ta phải biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số . Xuất phát từ ý tưởng đó, em đã thưc hiện việc xây dựng một mạch điện đo nhiệt độ hiển thị ra đèn LED .Mạch này chỉ mang tính chất thử nghiệm thưc tế về vấn đề chuyển đổi ADC , vấn đề xử lí tín hiệu số và vấn đề đo lường các đại lượng không điện bằng điện . Để thưc hiện được đề tài này ,dưới sự hướng dẫn của cô giáo THÚY ANH , em đã tham khảo một số sách như: KỸ THUẬT SỐ THỰC HÀNH của tác giả ĐẮC THẮNG ĐO LƯỜNG CÁC ĐẠI LƯỢNG KHÔNG ĐIỆN BẰNG ĐIỆN ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 2.Nôi dung báo cáo : Chương 1:Tổng quan Chương 2:Vấn đề chuyển đổi ADC Chương 3:Vấn đề chuyển đổi nhiệt - điện Chương 4:Vấn đề thiết kế mạch đo Chương 5:Kết quả thu được CHƯƠNG 2 .VẤN ĐỀ CHUYỂN ĐỔI ADC(sử dụng mạch so sánh) 1 . MẠCH SO SÁNH: Ta quan tâm đến vấn đề mạch so sánh Ura ở mức cao biểu thị cho mưc logic high Ur Uthấp Ura u=U1-U2 phần chuyển tiếp Ucao U1 U2 + - Ura ở mức thấp biểu thị cho mức logic low 2 . Mạch ADC kiểu so sánh song song : Mạch ADC kiểu so sánh // n bit BỘ Mà HOÁ Urep 1LSE U1 U2 Uin MSB R LSB 2 mũ n trừ1 mạch so sánh n bit đầu ra _Ví dụ với số bit la` 3 thì có 7 bộ so sánh D Q7 _ Q7 D Q5 _ Q5 D Q3 _ Q3 D Q1 _ Q1 D Q2 _ Q2 D Q6 _ Q6 C4 C3 D Q4 _ Q4 C2 C1 C5 C6 C7 Urep R/2 Uo R R R R R R R/2 MSB 2SB LSB Nor bộ giải mã Đầu vào chia làm tám giải điện áp .6 dải đầu có giá trị la` S=Uo/7,2dải còn lại co giá trị la` S/2=Uo/14 Uv trong khoảng 0- Uo/14 thì tín hiệu số đầu ra sẽ là 000 Uv trong khoảng Uo/14- 3Uo/14 thì tín hiệu số đầu ra sẽ là 001 Uv trong khoảng 3Uo/14- 5Uo/14 thì tín hiệu số đầu ra sẽ là 010 Uv trong khoảng 5Uo/14- 7Uo/14 thì tín hiệu số đầu ra sẽ là 011 Uv trong khoảng 7Uo/14- 9Uo/14 thì tín hiệu số đầu ra sẽ là 100 Uv trong khoảng 9Uo/14- 11Uo/14 thì tín hiệu số đầu ra sẽ là 101 Uv trong khoảng 11Uo/14- 13Uo/14 thì tín hiệu số đầu ra sẽ là 110 Uv trong khoảng 13Uo/14- Uo thì tín hiệu số đầu ra sẽ là 111 3 . Mạch ADC kiểu đếm: Tín hiệu số ra Uv S Q _ R Q DAC mạch đếm Uss Udac RESET Cp mạch bao gồm mạch so sánh , FlipFlôp RS ,cổng ANDđẻ đóng mở bộ giao động chuẩn Cp mạch đếm nbit mắc thành vòng hồi tiếp mạch đếm và FlipFlop được reset nên điện áp ra UDAC của bộ DAC =0 và cổng and mở ra cho xung Cp vào mạch đếm.lúc nay điên áp vào Uv lớn hơn Udac nên điện áp so sánh Uss o tri số thấp.Udac tăng theo bâc hình thang cho đến khi lớn hơn Uv thì Uss chuyển về mức giá trị cao ,qua FlipFlop RS làm Q đảo =0 dãn đến đóng cổng And .Lúc này tín hiệu trong mạch đếm la` tín hiệu số nbit tương ứng của tín hiệu vào Uv . Mạch này chỉ áp dụng cho trường hợp Uv biến đổi tương đối chậm khi đó giá trị số ở đầu ra ADC tuy rời rạc nhưng khá trung thực . Cần lưu ý thêm sau mỗi lần chyển đổi các dữ liệu số thu đươc cần phải đưa vaò mạch lưu trữ hoặc chuyển đến bộ phân sư lý trước khi reset toàn mạch 4 . Mach ADC sử dụng điện áp răng cưa: Uv Cp R Q _ S Q Mạch tạo điện áp răng cưa mạch đếm Uss đầu ra số RESET _Tín hiệu điện áp răng cưa là tín hiệu điên áp tăng dần theo thời gian với độ dốc là hằng số.Khi kích thích điều khiển thì FF được đặt khiến đầu ra Q=1 nên mở cổng AND cho xung nhịp Cp vào mạch đếm , đồng thời điện thế Udl tăng dần cho đến khi Udl >Uv thì Uss chuyển lên mức cao làm FF được đặt lại ,Q=0 .Do đó cổng AND bị khóa và mạch đếm ngừng lại , Uss cũng có thể được dùng để reset, mạch dốc lên . 5 . Mạch ADC so sánh liên tục:điện áp vào Tín hiệu số ra Mạch Điều Khiển Mạch Đếm DAC đếm xuống đếm lên Udac Dao động chuẩn Uss Mach cho phép tín hiệu đầu vào Uv biến thiên nhanh hơn. _Nguyên lý hoạt động :khi sự khác biệt giữa Uv và Udac dến một giá trị nào đó do phần chuyển tiếp của mach so sánh quyết định thì Uss sẽ ở một trong 2 trị số Ucao hoăc Uthấp .Mạch diều khiển căn cứ vào Uss để đưa tín hệu ra đếm lên hay dếm xuống vào mạch đếm va` do đó Udac sẽ biến đổi theo .Tuy nhiên Udac còn bi giới hạn bởi tần số của mạch dao động chuẩn nên chỉ có thể bám theo được nhưng biến thiên của tín hiệu đầu vào đến một tốc độ nào đó. 6 . Mạch ADC xấp xỉ liên tiếp :Mạch điều khiển Mạch ghi DAC Udac Uss Dao động chuẩn Uvào Tín hiệu số ra _Mạch có dạng tương tự mạch so sánh liên tuc nhưng ở đây người ta xử dụng một mạch ghi thay thế cho mạch đếm tương ứng .Mạch này cũng dùng để giảm bớt thời gian chuyển đổi .Khimạch ghi ở trang thái reset (000) sau đó mạch điều khiển kích thích để bit lớn nhát đổi trang thái . Có hai trường hợp xảy ra : _Udac lớn hơn Uv thì bit này bị bỏ đi _Udac nhỏ hơn Uv thì bit này đươc duy trì . Sau đó bit kế tiếp xuất hiện va` cứ tiếp tuc như vậy cho đến khi Udac xấp xỉ Uv với một sai số nhất định với phương pháp này thời gian chuyển đổi dài nhất là 2n lần chu kì xung của giao động chuẩn đối với mạch Nbit .Trong khi đó nếu so sánh với phương pháp kia thì thời gian tối đa có thể là (2mũ n) -1 lần chu kì xung chuẩn nhưng với mạch dạng này có nhươc dim là mạch diều khiển rất rắc rối 7 . Độ chính xác của mạch chuyển đổi tương tự_số : a)Sai số tĩnh : khi mạch làm việc thường xuất hiện sai số hệ thống .Các sai số lượng tử bằng một nửa giá trị điện áp ULSB cần thiết thêm vào điện áp Uv để làm thay đổi 1mã của một bit. Bên cạnh đó còn có sai số do kết cấu của mạch gây ra .Vì vậy , trên lý thuyết ,các điểm giữa của các bậc trên đường gấp khúc nối với nhau thành một đường thẳng với 1hệ số góc nhất định xuât phát từ gốc toạ độ nhưng trong thực tế , đường nối đó không phải là một đường thẳng mà là một đường gấp khúc và cũng không xuất phát từ gốc toạ độ.Các sai số do kết cấu của mạch gây ra càng ngày càng được khắc phục tốt hơn để tạo ra ADC gần như lý tưởng . b)Sai số động : Tín hiệu đầu vào lien tục biến đổi vì vậy người ta phải tiến hành lấy mẫu tín hiệu qua các khoảng thời gian bằng nhau gọi là chu kỳ lấy mẫu .Các dữliệu thu được sẽ được chuyển thành dàng số nhờ các ADC . c)Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của ADC: +Phần tạo tín hiệu so sánh : nếu phần tạo tín hiệu so sánh là mạch DAC thì độ phân giải , độ tuyến tính và độ chính xác của mạch này cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của toàn mạch . +Phần tạo so sánh : Đối với mạch so sanh ,chính khoảng chuyển tiếp của tín hiệu vào là yếu tố quan trọng gây ra sư kém chính xác của mạch .Ngoài ra khoảng chuyển tiếp thay đổi theo trị tuyệt đối của điên áp vào và nhiệt độ nên xảy ra hiện tương không tuyến tính trong phép so sánh . Độ chính xác của mạch ADC còn phụ thuôc vào độ ổn định của mạch dao động chuẩn và thời gian giao hoán của cổng logic. 8. Vấn đề giải mã để hiển thị số: Giả sử sau khi đã biến đổi điện áp tương tự thành tín hiệu số mã nhị phân BCD , ta lại phải tiếp tục chế biến tín hiệu này để hiển thị được bằng đèn LED 7 thanh . Ta lập được bảng chân lý sau: D C B A A B c d e f g 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 Ta coi các thanh đèn sang là biểu thị cho mức 1 ,tối là biểu thị cho mức 0.Như vậy , giá trị sáng tối củacác thanh đèn là các hàm logic đối với các biến mã nhị phân BCD .Ta sẽ tiến hành tối thiểu hoá các hàm logic này ,rồi xây dựng mạch giải mã (chỉ xét hàm a(A,B,C,D) lấy làm tiêu biểu ). Căn cứ vào bảng trên và sử dụng bảng CACNO để tối thiểu hoá ta có : 1 0 1 1 0 1 1 1 X X X X 1 1 X X a=B+D+A.C+A.B.C.D Từ phương trình trên ta xây dựng được một mach logic dựa trên các phần tử cơ bản như sau : A B C D a b c e f g d Tương tự như vậy đối với các thanh b,c,d,e,f,g . Như vậy , ta đã xây dựng xong mạch giải mã tín hiệu nhị phân BCD thành tín hiệu đèn LED 7 thanh.Sau đó , ta chỉ việc sử dụng những ÍC tích hợp sẵn các cổng logic cơ bản để thiết kế sơ đồ mạch giải mã thực tế 9. Lưa chọn phương pháp biến đổi điện áp tương tự thành tín hiệu số: Ta lựa chọn phương pháp ADC kiểu đếm vì các lí do sau: Vi mạch sử dụng phương pháp biến đổi này rất thông dụng ,dễ kiếm và rẻ còn tiền . Tương đối thoả mãn các yêu cầu về kỹ thuật,cho phép cho ra được kết quả tương đối chính xác , sai số ở trong mức giới hạn cho phép . Có cả IC biến đổi ADC kiểu đếm được chế tạo kết hợp với bộ giải mã để cho ra ở đầu ra là mã 7thanh tương thích với hiển thị(IC7017)đèn LED (cũng là loại đèn hiển thị số rất thông dụng ,dễ kiếm và rẻ tiền) . Có thể sử dụng trực tiếp vi mạch này như một Milivonmet nên rất thuận tiện cho việc thiết kế mạch đo. CHƯƠNG 2. VẤN ĐỀ BIẾN ĐỒI NHIỆT èĐIỆN ĐỂ ĐO NHIỆT ĐỘ 1 . Vào đề : Có nhiều phương pháp đo nhiệt độ tuỳ theo yêu cầu về kỹ thuật và giải nhiệt độ _Phân ra làm 2 phương pháp chính : Đo trực tiếp va` đo gián tiếp +Đo trưc tiếp la` phương pháp đo trong đó cac chuyển đổi nhiệt điện đươc đặt trực tiếp trong môi trường cần đo. +Đo gián tiếp là phương pháp đo trong đó dụng cụ đo đặt ngoài môi trường cần đo(áp dụng vơi trường hơp đo ở nhiệt độ cao ). Ta chỉ khảo sát phương pháp đo trực tiếp vì giải nhiệt độ cần đo không phải ở quá cao. Đo nhiệt độ bằng phương pháp trưc tiếp ta lại khảo sát 2 loại nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu và nhiệt kế nhiệt điện trở. 2 . Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu : _Cấu tạo : Gồm hai thanh kim loại a,b được hàn với nhau tại một đầu t1 hai đầu t0 la` đầu tự do . _Nguyên lý làm việc dựa trên hiệu ứng Thomson và hiệu ứng seebek :khi nhiệt độ ở đầu t1 khác nhiệt độ ở đầu t0 chúng sẽ tạo nên mọt suất điện động: Eab(t1,t0)=Eab(t1)-Eab(t0).Nếu giữ nhiệt độ ở đầu t0 không đổi thì: Eab(t1,t0)=Eab(t1-c)=F(t1). _Sơ đồ nguyên lý của nhiẹt kế ngẫu là 1mili vôn mét Rđc Rf to to to A B C Rd IO M N mV Rp t1 +Rd: điện trở đường dây (quy định là 5 vôn) +Rdc: điện trở điều chỉnh (điều chỉnh cho Rd =5ôm) _Những nguyên nhân gây sai số ; Điện trở mạch đo thay đổi khi nhiệt độ môi trường thay đổi. UMN=IRv(Rv là điện trở minivônmét) I=Et/(2Rd+Rdc+Rab+Rv) (Rab là điện trở cặp nhiệt kế ) èUmn=Et.Rv/(2Rd+Rdc+Rab+Rv) Umn=Et.Rv/(Rmd+Rv)Rmd(là điện trở mạch đo)=2Rd+Rdc+Rab. Mặt khác ta có Umn=I.Rv =Et-I.Rmđ èUmn<EtèRv càng lớn thì sai số càng giảm Nhiệt độ đầu tự do to đươc duy trì ở nhiệt độ chuẩn không độ C nhưng thực tế lại khác nên Et thực tế thường nhỏ hơn trên lý thuyết èPhương pháp khắc phục :có 2 phương phap : giữ ổn nhiệt độ đầu to hoăc dùng thiết bị bù nhiệt. Với cách thứ nhất ta chỉ viêc ngâm đầu to vào nước đá còn cách thứ 2 ,ta có sơ đồ mạch điện như sau: BỘ NGUỒN d c b a to to Rt R R R Rđc a b t1 R1,R2,R3làm bằng Mangani Rt là điện trở động . Nguyên lý hoạt động :khi nhiệt độ thanh tư do thay đổi thì Rt thay đổi làm cho mạch bù mất cân bằng dẫn đến việc xuất hiện điện áp Ucd bù vào sức điện động bị thay đổi. Ta có : Eab(t1,to)= E’ab(t1,to)+Ucd 3 . Nhiệt kế điện trở :dùng nhiệt điện trở(là môt thiết bị biến đổi nhiệt độ thành sự thay đổi thương số điện trở R:Rt=f(t) ) +Phân ra làm 2 loại : -Nhiệt điện trở kim loại :thuường đươc làm bằng Niken,Cu,platin Quan hệ R-t: Rt=Ro(1+at) Ro: điện trở ở nhiệt độ chuẩn . a:hệ số nhiệt độ . t:nhiêt độ môi trường . Dải nhiệt độ:50è 200 độ C . - Nhiệt điện trở bán dẫn : Chế tạo từ hỗn hợp các chất oxit bán dẫn đa tinh thể như: MgO,MgẠl2O2 Đăc tính quan trọng của nó là có độ nhạy nhiệt rất cao gấp hàng chuc lần loại trên. Dải nhiêt độ rất rộng Quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ: Rt=Ro. Exp[B.(1/T-1/To) ] Trong đó: To là nhiệt độ chuẩn tuyệt đối Ro la điện trở của chất bán dẫn ở nhiệt độ To Rt la điện trở của chất bán dẫn ở nhiệt độ T của môi trường B là hằng số có giá trị từ 3000 đến 5000 K Giá trị điện trở thường cỡ 50 Ôm è500 Ôm - Đo nhiệt độ =diot va tranzitor Linh kiện điện tử rất nhạy nhiệt nên ta có thể sử dụng 1số linh kiện bán dẫn như diot hoặc tzt nối theo kiểu Điot(barơ nối với Colector)b) a) U B C U I E Khi đó điện áp U giữa hai cực của ĐIôt là hàm của nhiệt độ . Độ nhạy được xác định theo biểu thức : S=dU/dt (độ nhạy có giá trị thường cỡ 2.5 mV/độ C) Để tăng độ tuyến tính, độ ổn định và khả năng thay thế người ta thường mắc theo sơ đồ hình bên :U1 U1 I2 I1 T1 T2 Khi nhiệt độ thay đổi ta có : Ud=Ebe1-Ebe2=(K.T.ln(Ic1/Ic2))/q Trong đó:K là hệ số T là nhiệt độ môi trường tính theo độ K q là điện tích Ic1 là dòng collector cua tzt1 Ic2 là dòng collector cua tzt 2 Với tỉ số Ic1/Ic2=const thì Ud tỉ lệ thuận với nhiệt độ T mà không cần nguồn ổn định. Độ nhạy nhiệt của mạch của mạch này được xác định theo biểu thức sau: S=d(U1-U2)/dT Hiện nay trên thị trường có sẵn những IC tích hợp sử dụng phần tử bán dẫn làm nhiệm vụ cảm biến nhiệt rất tiện lợi. 4. L ựa chọn phương pháp biến đổi nhiệt năng thành điện năng Việc sử dụng IC cảm biến nhiệt áp dụng vào thiết bị đo nhiệt độ đang là một phương pháp rất phổ biến , tiện lợi . Do đó , em đã lựa chọn phương pháp này áp dụng vào trong đề tài của mình.Hơn nữa , như em đã nói ở trên phần tử bán dẫn rất nhạy nhiệt nên nó đảm bảo được độ chuẩn xác tương đối cao ,thoả mãn được tiêu chuẩn yêu câu, chấp nhận được . Đặc tính của một số IC thông dụng : +AD590 : Ngõ ra là dòng điện Độ nhạy là 1A/độ K Độ chính xác là +4độ C Nguồn cung cấp :4à30 V Dải nhiệt độ từ -55độ C đến 150 độ C +LX5700 Ngõ ra là điện áp Độ nhạy là 10mV/độ K Dải nhiệt độ :-55độ C đến 150 độ C +LM135, LM335: Ngõ ra là điện áp Độ nhạy là 10mV/độ K Dải nhiệt độ :-55độ C đến 150 độ C Sai số cực đại là 1,5 độ C khi nhiệt độ đo lớn hơn 100 độ C CHƯƠNG 4 . XEM XÉT VÀ LỰA CHỌN LINH KIỆN CHO TỪNG BỘ PHẬN 1 . Cấu trúc cơ bản của một dụng cụ đo nhiệt độ: Một dụng cụ đo nhiệt độ bao gồm ba thành phần chính : Bộ chuyển đổi nhiệtà điện Mạch đo Bộ chỉ thị kết quả -Phần chuyển đổi các dạng năng lượng khác thành điện năng để đo. -Phần mạch điện để thực hiện các tính toán, so sánh cho ra kết . --Phần chỉ thị kết quả để cho ra thông tin ở một dạng xác định . 2.Phân loại dụng cụ đo: -Dựa theo cách biến đổi năng lượng thì các dụng cụ đo được phân ra làm hai loại là: +Dụng cụ đo biến đổi thẳng +Dụng cụ đo biến đổi bù -Dựa theo phương pháp so sánh thì các dụng cụ đo được phân ra làm 2 loại là : +Dụng cụ đo đánh giá trực tiếp +Dụng cụ đo kiểu so sánh -Dựa theo phương pháp đưa thông tin ra thì các dụng cụ đo đươc phân ra làm 2loại: +Dụng cụ đo tương tự +Dụng cụ đo số -Dựa theo đại lượng đo như: Vôn,Ampe, Ôm… người ta phân dụng cụ đo ra làm nhiều loại khác nữa. Ở đây mạch đo em thiết kế là mạch đo biến đổi thẳng ,dùng phương pháp đo kiểu so sánh , thông tin đưa ra dưới dạng số . . 3. Sơ đồ nguyên lí chức năng : Xung nhịp Bộ cảm biến nhiệt Bộ biến đổi nhiệt àđiện Bộ khuếch đại Bộ biến đổi A/D Bộ chỉ thị kết quả (LED , LCD) Bộ xử lí tín hiệu(vi điều khiển) Nguyên lý hoạt động của mạch : IC đo nhiệt độ là một mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu điện .Dựa vào đặc tính rất nhạy của chất bán dẫn với nhiệt độ ,tạo radòng điện hay điện áp tỉ lệ thuận theo qui luật hàm mũ với nhiệt độ vì sự tác động của nhiệt độ tạo ra các điện tử tự do và các lỗ trống trong chất bán dẫn . Đo tín hiệu điện ra ,ta biết được nhiệt độ cần xác định. Sau khi đã biến đổi nhiêt năng thành điện năng dưới dạng điệnthế , tín hiệu đo được đưa đến đầu vào Uv của mạch đo .Mạch đo này có chức năng đo đạc tín hiệu điện thế đầu vào ,biến đổi tín hiệu tương tự này thành tín hiệu số(mã BCD ) rồi giải mã hiển thị kết quả ra đèn LED 7thanh .kết quả hiển thị này chính là giá trị nhiệt độ đo được . Mạch đo này sử dung bộ biến đổi ADC kiểu đếm .Mỗi tầng bộ đếm BCD còn kích thích 1 thanh ghi 4 bit , để nuôi bộ giải mã và bộ hiển thị . nôi dung của bộ BCDđược chuyển tới thanh ghi ở mỗi cuối chu kỳ chuyển đổi , sao cho bộ hiển thị chỉ hiển thị số đếm cuối cùng biểu diễn mức điện thế cần đo. Lúc ban đầu , khi UdacUv một khoảng giá trị nào đó thì Us trở về mức điện thế thấp dẫn đến việc cổng AND bị khoá , không có xung nhịp vào bộ đếm ,do đó bộ đếm ngưng lại thôi không đếm nữa .Quá trình chuyển đổi kết thúc . Tín hiệu ra của bộ so sánh lúc này ở mức thấp biểu thị cho mức logic 0 do đó nó sẽ làm khởi độmg mạch đơn ổn số 1(OS1)phát xung 1 micro giây tại Q1 làm cho Q1ở mức logic 1 chuyển đến kích thích các thanh ghi tương ứng để lưu trữ và hiển thị .Q1ở mức logic 1 qua cổng đảo đến khởi động bộ đơn ổn 2(OS2) phát xung tái lập mọi bộ đếm về 0 suy ra đầu ra bộ so sánh lên cao trở lại cho phép xung vào bộ đếm bắt đầu chu kỳ chuyển đổi mới . Thanh ghi lưu trữ sẽ cho phép đèn hiển thị không hiện lên những chi tiết của tiến trình chuyển đổi .Màn hình chỉ thay đổi khi Uv thay đổi , để nội dung của các bộ đếm được chuyển đến thanh ghi vào cuối mỗi chu kỳ chuyển đổi . Như vậy , chỉ cần xác định giá trị điện áp vào mạch đo , ta sẽ xác định được nhiệt độ cần đo, và giá trị hiển thị trên đèn LED chính là giá trị nhiệt độ này . 4. Sơ đồ thực tế của các bộ phận tương ứng : a) Bộ cảm biến nhiệt : Dựa vào lý thuyết và thực tế của mạch cần thiết kế ta dùng IC cảm biến nhiệt độ để chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng để đo.Các ICcảm biến có độ chính xác cao , dễ kiếm và rẻ tiền .Trong đó ,em thấy IC LM35 là loại thông dụng trên thị trường hiện nay , rất phù hợp với sơ đồ thiết kế chi tiết mạch. - Một số tính chất cơ bản của LM35 : +Có độ biến thiên theo nhiệt độ là : 10mV/độ C. +Độ chính xác cao , rất nhạy nhiệt , ở nhiệt độ 25 độ C co sai số không vượt quá 1%. Với tầm đo từ 0 à 128 độ C, tín hiệu điện áp đầu ra tuyến tính với sự thay đổi của nhiệt độ đầu vào . +Các thông số kỹ thuật : Tiêu tán công suất thấp . Dòng làm việc từ 400micro A đến 5mA. Dòng ngược 15mA. Dòng thuận 10mA. Độ chính xác :khi làm việc ở 25 độ C với dòng điện làm việc là 1mA thì điện áp ngõ ra là từ 2.94V đến 3,04V. +Đặc tính điện : Theo thông số của nhà sản xuất LM35 , quan hệ giữa nhiệt độ và điện áp ngõ ra như sau: Uout=0,01 x (Tđộ K)=2,73+0,01 x (T độ C) Vậy ứng với tầm hoạt động từ 0 đến 100 độ C thì giá trị điện áp tương ứng là: Với nhiệt độ là 0 độ C thì điện áp ra là 2,73 V . Với nhiệt độ là 5 độ C thì điện áp ra là 2,78 V. . . . Với nhiệt độ là 100 độ C thì điện áp ra là 3,73 V. Vout VR +5V LM35 - Thiết kế mạch cảm biến dùng LM35 : +Sơ đồ mạch như hình bên: +Tính toán và lựa chọn linh kiện: ta có: Ira thuộc khoảng từ 400microA đến 5mA . ó400microA<Ira<5mA ó400microA<(5-Vout)/R<5mA Mà Vout lại thuộc khoảng từ 2,73 đến 3,73 V . Do đó, ta có 254<R<5,7k Mặt khác ,theo thông số nhà sản xuất LM35, tại nhiệt độ 25 độ C , Ira=1mA thì Vout =2,98V,ta có: 400microA<(5-2,98)/R<5mA Vậy ta chọn R=2,2k Chọn biến trở chỉnh offset VR=15k b)Bộ khuếch đại : HìnhA.I.1: bộ khuếch đại thuật toán +Ucc -Ucc Ir Up Ip IN P N Ud UN Ur *Các tính chất cơ bản: Giữa bộ khuếch đại thuật toán và các bộ khuếch đại thông thường về cơ bản không có sự khác nhau. Cả hai loại này đều được dùng để khuếch đại điện áp, dòng điện hoặc công suất. Trong khi các bộ khuếch đại thông thường phụ thuộc vào các kết cấu bên trong của mạch thì tác dụng của bộ khuếch đại thuật toán có thể thay đổi được và chỉ phụ thuộc vào các linh kiện mắc ở mạch ngoài. Để thực hiện được điều đó, bộ khuếch đại thuật toán phải có hệ số khuếch đại rất lớn, trở kháng vào rất lớn, trở kháng ra rất nhỏ. Bộ khuếch đại thuật toán được biểu diễn ở hình trên. Trong đó: Ud: điện áp vào hiệu; UP, IP: điện áp vào và dòng điện vào của thuận; UN,IN : điện áp vào và dòng vào của đảo; Ur , Ir : điện áp ra và dòng điện ra Bộ khuếch đại thuật toán khuếch đại hiệu điện áp Ud = UP –UN với hệ số khuếch đại K0 > 0. Do đó điện áp ra : Ur = K0 .Ud = K0 . ( UP - UN ) -Nếu UN = 0 thỉ Ur = K0.UP lúc này điện áp ra Ur đồng pha với điện áp vào UP, vì vậy người ta gọi cửa P là cửa vào không đảo hoặc cửa vào thuận của bộ khuếch đại thuật toán và được ký hiệu bởi dấu “+”. -Nếu UP = 0 thì Ur= -K0 .UN Vì điện áp ra ngược pha với điện áp vào nên N được gọi là đầu vào đảo của bộ khuếch đại thuật toán và ký hiệu bởi dấu “—“. Ud Ur vài mV -vài mV Ur min Ur max 0 Hình A.II.1:Đặc tuyến truyền đạt của bộ khuếch đại thuật toán ứng với tần số thấp Ngoài ra bộ khuếch đại thuật toán còn có hai cửa để đấu với một nguồn cung cấp đối xứng ± Ucc và các cửa để chỉnh lệch không và bù tần số sẽ được nói ở phần sau. Một bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng có các tính chất sau: + Trở kháng vào ZV = ∞ + Trở kháng ra Zr = 0 + Hệ số khuếch đại _K0 = ∞ Trong thực tế không có bộ khuếch đại lý tưởng, để đánh giá bộ khuếch đại thuật toán thực so với bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng người ta căn cứ vào các tham số của nó. *Hệ số khuếch đại hiệu K0 K0 là hệ số khuếch đại hiệu khi không tải, được xác định theo biểu thức sau: K0 = Ur / Ud Ở tần số thấp, K0 = K∞ thường lấy các giá trị trong khoảng103 đến 106 Điện áp ra tỷ lệ với Ud trong dải điện áp Ur min đến Ur max nào đó, dải điện áp này gọi là dải biến đổi điện áp ra của bộ khuếch đại thuật toán. Ngoài dải đó, điện áp ra không đổi và không phụ thuộc vào điện áp vào, tương ứng bộ khuếch đại làm việc ở trạng thái bão hoà. Đối với điện áp một chiều và điện áp có tần số thấp thì hệ số khuếch đại không phụ thuộc vào tần số. Khi tần số tăng đến một giá trị nào đó thì K0 giảm. Ở tần số giới hạn K0 = K∞/. Vì tần số giới hạn dưới của bộ khuếch đại thuật toán fd = 0 nên tần số giới hạn trên của nó đúng bằng độ rộng dải tần B. Khi hệ số khuếch đại K0 giảm theo tần số thì giữa Ur và Ud cũng xuất hiện một góc lệch pha phụ thuộc tần số. Trong những điều kiện nhất định, góc lệch pha này sẽ ảnh hưởng đến tính ổn định của bộ khuếch đại. *Đặc tính biên độ – tần số: Các tầng khuếch đại nằm trong bộ khuếch đại thường có tần số giới hạn khác nhau. Đặc tính tần số của bộ khuếch đại thuật toán là đặc tính tần số thành phần của từng tầng. Để xét đặc tính tần số ta dùng mô hình của bộ khuếch đại thuật toán trên hình dưới đây. Đây là bộ khuếch đại thuật toán gồm một tầng khuếch đại lý tưởng có hệ số khuếch đại K0 =K∞ không phụ thuộc tần số và ba khâu lọc riêng rẽ đặc trưng cho các điện trở và tụ điện tạp tán của mạch. Ta có thể biểu diễn sự phụ thuộc của K0 theo tần số: trong đó f1 , f2 , f3 tần số giới hạn của ba khâu lọc thông thấp HìnhA.III.1: Mô hình bộ khuếch đại thuật toán HìnhA.III.2:Đặc tính biện độ tần số của bộ khuếch đại thuật toán(f1 << f2 << f3) -450 -900 -1350 -1800 -2250 -2700 lgf lgf 0 K0 (dB) K∞ -20dB/D -40dB/D -60dB/D f1 f2 f3 fT Ucm max Ucm min Ucm Ur HìnhA.IV.1: Quan hệ giữa điện áp ra với điện áp vào đồng pha *Hệ số khuếch đại đồng pha: Nếu đặt vào cửa thuận và cửa đảo của bộ khuếch đại thuật toán các điện áp bằng nhau, nghĩa là Up = UN = Ucm ≠ 0 thì Ud =0. Gọi Ucm là điện áp vào đồng pha. Lúc này Ur = 0tuy nhiên thực tế không như vậy. Hệ số khuếch đại đồng pha Kcm được xác định theo biểu thức sau: Hệ số khuếch đại đồng pha Kcm luôn luôn nhỏ hơn hệ số khuếch đại hiệu K∞ *Hệ số nén đồng pha: Để đánh giá khả năng làm việc của bộ khuếch đại thực so với bộ khuếch đại lý tưởng người ta dùng hệ số nén đồng pha G (còn ký hiệu là: CMRR) hệ số này được định nghĩa bởi biểu thức: thường thì G = 103 đến 105 * Điện trở vào hiệu, điện trở vào đồng pha và điện trở ra: Điện trở vào hiệu rd và điện trở vào đồng pha rcm được định nghĩa theo các biểu thức sau: rd = khi UN = 0 hoặc rd = khi UP = 0 rcm =rd = khi UN = UP =Ucm Điện trở ra của bộ khuếch đại thuật toán rra cho khả năng đánh giá sự biến thiên của điện áp ra theo tải và được xác định theo biểu thức: rra = * Dòng vào tĩnh, điện áp vào lệch không Dòng vào tĩnh là giá trị trung bình của dòng vào cửa thuận và dòng vào cửa đảo: It = rd = với UP = UN = 0 Dòng vào lệch không là hiệu các dòng vào tĩnh ở hai cửa của bộ khuếch đại thuật toán : I0 = IP –IN với UP = UN = 0 Dòng vào lệch không phụ thuộc nhiệt độ, do đó khi nhiệt độ thay đổi, trị số của dòng lệch không thay đổi theo. Hiện tượng này gọi là hiện tượng trôi dòng lệch không. Để đánh giá mức độ trôi dòng lệch không, người ta dùng hệ số nhiệt của dòng lệch không có thứ nguyên là nA/ 0C. Trong bộ khuếch đại thuật toán thực khi UP = UN = 0 thì Ura vẫn khác không. Lúc này điện áp ra do điện áp lệch không ở đầu vào gây nên. Vậy điện áp lệch không U0 là hiệu điện áp cần phải đặt giữa hai đầu vào của bộ khuếch đại thuật toán để cho Ura = 0 U0 = UP – UN khi Ura = 0 Điện áp lệch không cũng phụ thuộc nhiệt độ, do đó cùng có hiện tượng trôi điện áp lệch không. * CÁC SƠ ĐỒ CƠ BẢN CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN: Khi dùng bộ khuếch đại thuật toán , người ta dùng hồi tiếp âm mà không dùng hồi tiếp dương, vì hồi tiếp dương làm cho bộ khuếch đại làm việc ở trạng thái bão hoà là trạng thái chỉ dùng ở chế độ khoá. Mạch hồi tiếp âm sẽ làm giảm điện áp ra sao cho điện áp hiệu ở đầu vào Ud = 0. Trong một số trường hợp người ta dùng cả hồi tiếp âm và hồi tiếp dương, nhưng lượng hồi tiếp âm phải lớn hơn lượng hồi tiếp dương. Ta có hai sơ đồ cơ bản của bộ khuếch đại thuật toán sau: -Các sơ đồ khuếch đại đảo: +Sơ đồ biến đổi điện áp –điên áp HìnhB.I.1.a: bộ khuếch đại đảo , sơ đồ biến đổi điên áp – diện áp Ir Uvào IN N Ud Ur R1 Rn Ta xét hai trường hợp: *Trường hợp lý tưởng K0 = , rd = Viết phương ttình điện áp nút cho nút N ta được: è UR = Do có hồi tiếp âm nên trong quá trình làm việc của bộ khuếch đại, điện áp ra sẽ biến thiên sao cho UN = 0 vì thế cửa N trong sơ đò này gọi là điểm đất ảo. Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại khi có hồi tiếp âm được xác định như sau: K’ = Phương trình này có hai ý nghĩa: hệ số khuếch đại của hệ thống giảm đi khi có hồi tiếp âm và chỉ phụ thuộc vào linh kiện mạch ngoài. Trở kháng vào của mạch được tính theo: *Trường hợp K0 hữu hạn, rd= Lúc này UN 0 và UN được xác định như sau: UN = UV - à UV = - UR thường thì K0 >> 1 nên 1 do đó ta có : Khi K0 >>1 thì K không phụ thuộc vào K0, nghĩa là hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại có hồi tiếp không đổi kể cả khi K0 thay đổi do một nguyên nhân nào đó. Sau đây tính sai số tương đối của K: Do đó sai số tuyệt đối: RN N IV UR HìnhB.I.1b : bộ khuếch đại đảo, sơ đồ biến đổi dòng điện – điện áp K’ – K = Sai số tương đối: Với 1/K’ thực chất là hệ số hồi tiếp của mạch hồi tiếp âm, nghĩa là do đó g = 1 + K0.Kht chính là độ sâu hồi tiếp của bộ khuếch đại Vậy g càng lớn thì sai số khi tính hệ số khuếch đại càng nhỏ Ngoài ra vì đây là sơ đồ một mạch khuếch đại có hồi tiếp âm nối tiếp điện áp, nên các kết luận khác đối với một bộ khuếch đại có hồi tiếp đều có thể áp dụng được cho nó. +Sơ đồ biến đổi dòng điện – điện áp: Trong sơ đồ này đại lượng dòng điện ở đầu vào được biến đổi thành đại lượng điện áp ở đầu ra. Đây là mạch hồi tiếp âm song song-điện áp. Có thể tính gần đúng hệ số truyền đạt của mạch điện cho dưới đây như sau: Ud = UN = 0 Ud = RNIV + UR = 0 à UR/UV = - RN Khi tính biểu thức trên ta đã coi K0 = . Thực tế K0 hữu hạn, nhưng tính toán theo biểu thức trên sai số phạm phải cũng không đáng kể. +Sơ đồ biến đổi điện áp – dòng điện Nếu trong sơ đồ hình 7.6 ta thay RN bởi điện trở tải mà dòng qua nó tỷ lệ với điện áp vào: I = - Các sơ đồ khuếch đại thuận Cả ba sơ đồ dưới đây đều là các sơ đồ biến đổi điện áp – điện áp, có mạch hồi tiếp âm nối tiếp điện áp. UR UV RN R1 RN UV UR UV UR HìnhB.2:Bộ khuếch đại thuận (a)sơ đồ khuếch đại thông dụng, (b),(c) sơ đồ khuếch đại lặp Trường hợp bộ khuếch đại lý tưởng K0 = , rd = VìK0 = và UR hữu hạn nên Ud = 0 nghĩa là UV = UN, mặt khác theo sơ đồ tính được: từ đó rút ra Hệ số khuếch đại của mạch trong trường hợp này được tính theo biểu thức: K’ = Trở kháng vào trong sơ đồ này bằng đúng điện trở vào hiệu, nghĩa là: ZV = rd = vì điện áp vào UV được đặt trực tiếp vào cửa thuận. Đây là một đặc điểm rất quan trọng của sơ đồ khuếch đại thuật toán. Nó được sử dụng trong các bộ khuếch đại yêu cầu trở kháng vào lớn. Trường hợp bộ khuếch đại thực: K0 hữu hạn Theo hình (a) ở ngay trên ta có: vì K0 hữu hạn Từ hai biểu thức trên ta tìm được: Bộ khuếch đại thuận có điện áp vào đồng pha, vì lúc này UN = UV 0. Do đó hệ số nén tín hiệu đồng pha trong bộkhuếch đại thực hữu hạn, nên trong mạch có thêm sai số do điện áp đồng pha gây nên. Bảng tóm tắt một số đặc điểm của hai cách mắc bộ khuếch đại thuật toán Khuếch đại đảo Khuếch đại thuận Hồi tiếp âm nối tiếp điện áp Hồi tiếp âm nối tiếp điện áp Điện áp ra ngược pha với điện áp vào Điện áp ra cùng pha với điện áp vào Đầu vào đảo có điện thế = 0 ( điểm đất ảo) Đầu vào đảo có điện thế = điện áp vào Dòng qua R1,RN : IV =UV/R1 nguồn tín hiệu cung cấp , do đó nguồn tín hiệu vào phải lớn Dòng qua R1,RN : IV =UV/R1không chạy qua nguồn tín hiệu , do đó không yêu cầu công suất của nguồn tín hiệu Trở kháng vào ZV = R1 ZV = Không có điện áp vào đồng pha Điện áp vào đồng pha Ucm = UV Hệ số hồi tiếp Kht = Hệ số hồi tiếp Kht = Nhiệm vụ của khối khuếch đại trong đề tài và cách ghép nối: Khèi nµy lµm nhiÖm vô giao tiÕp trung gian gi÷a khèi c¶m biÕn vµ ADC. V× Vout=2,73+0,01ToC, ®Ó ®¬n gi¶n hãa qu¸ tr×nh tÝnh to¸n, ta ph¶i khö phÇn ®iÖn ¸p kh«ng ®æi 2,73(V). R3 +5V R1 R5 D1 Khối cảm biến V2 VR1 V1 IF ADC - + Vo VR2 Vcc R4 R2 MÆt kh¸c, ADC chØ xö lÝ ®­îc tÝn hiÖu trong kho¶ng 0V÷5V, kho¶ng nhiÖt ®é cÇn ®o tõ 0÷100oC, nªn cÇn ph¶i khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nµy lªn 5 lÇn. VoutK§ = 0,05*ToC S¬ ®å khèi bé khuÕch ®¹i (d¹ng m¹ch trõ): Th«ng sè cña c¸c linh kiÖn sau khi tÝnh to¸n sÏ lµ: - Bé khuyÕch ®¹i HA741 - §iot Zener 3V, 20mA - VR1=15KΩ, VR2=10KΩ - R = 5KΩ, R1 = 100Ω, R2 = R3 = 1KΩ, R4 = R5 = 5KΩ c)Bộ biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số : Ta chọn IC ADC0809 để thực hiện nhiệm vụ này.Nó hoạt động theo nguyên tắc xấp xỉ liên tiếp . Vi mạch ADC0809 là biến đổi A/D tác động nhanh và giá thành không cao nên có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng .Nó qui định về quyền sử dụng các lối ra dữ liệu song song ,các lối ra này tương thích TTL. Qua một lối vào điều khiển , các lối ra có thể chuyển sang trạng thái điện cao , và nhờ thế vi mạch có thể đệm vào 1 bus dữ liệu .Ngoài ra nó còn qui định cả về quyền sử dụng các lối vào điều khiển ghi đọc .Lối vào analog là không so sánh với mass mà là lối vào vi phân , nghĩa là vi phân điện áp ở 2 chân lối vào VIN+ và VIN- được biến đổi . Điều đáng đề cập ở đây là khi điện áp nguồn nuôi là +5V , dải điện áp của nối vào analog có thể đạt đến 5V.ADC0809 có 8 kênh lối vào làm việc hoàn toàn độc lập nhau .Còn một điểm nữa cần quan tâm là sự tiêu thụ dòng điện của vi mạch hầu như không đáng kể (chỉ cỡ 300 micro Ampe).Thời gian biến đổi cỡ 100 micro giây . Sơ đồ chân chức năng: Các thông số kĩ thuật : -Không cần điều chỉnh điểm 0. -Quét động 8 kênh bằng logic địa chỉ . -Dải tín hiệu lối vào analog lối vào khi điện áp nguồn nuôi là +5V. -Tất cả các tín hiệu tương thích TTL . -Độ phân giải 8bit. -Thời gian biến đổi :100 micro s. -Dòng tiêu thụ (bình thường):0,3mA. Sơ đồ khối cấu trúc của vi mạch : Hình dưới đây chỉ ra một mạch điển hình được thiết kế cho bộ biến đổi ADC0809 . Mạch điện này cũng có ổ nối 32chân như là giao diện để ghép nối qua đó mỗi môđun cơ sở có thể đấu nối vào .Theo cách này ta có thể điều khiển bộ biến đổi A/D ADC0809 từ máy tính qua giao diện máy in hoặc qua giao diện nối tiếp RS232.Tín hiệu giữ nhịp dùng cho bộ biến đổi A/D cần phải được tạo ra ở bên ngoài và được dẫn đến chân CLOCK. Điện áp so sánh được đưa qua tầng lặp lại điện áp để đến chân ra VREF+ ,chân này có điện trở nối vào cỡ 2,5 kilo Ôm. Tám kênh lối vào analog được dẫn đến các chân IN0 đến IN7 . Mẫu bit ở các lối vào địa chỉ A,B,C sẽ xác định xem kênh nào phải đươc lựa chọn . Khi đó việc lựa chọn tuân theo qui định sắp xếp dưới đây : C B A Kênh lối vào được kích hoạt 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 Nguyên tắc làm việc của bộ biến đổi ADC0809 cũng không có gì phức tạp . Một xung dương ở chân START kích hoạt sự biến đổi . Qua đó mẫu bit ở các lối vào địa chỉ A,B,C cũng đồng thời được chốt và xác định kênh cần biến đổi . Trong quá trình biến đổi chân ra EOC đứng ở mức LOW . Sau cỡ 100 micro s , EOC sẽ chuyển sang HIGH và báo hiệu sự kết thúc quá trình biến đổi . Sau đó , kết quả của quá trình biến đổi sẽ được xếp hàng ở các đường dẫn dữ liệu D0 à D7 . Khi OE=1 các đường dẫn có thể được đọc tiếp . a b 10:CLK VCC:11 GND:13 12:VREF+ D7:21 D6:20 D5:19 EOF D4:18 D3:8 D2:15 7:VREF- D1:14 D0:17 5:IN7 Start:6 4:IN6 3:IN5 ALE 2:IN4 1:IN3 C:25 28:IN2 B:24 27:IN1 A:23 26:IN0 OE:9 2k ADC0809 1,5k LM336 1micro 150pF LM358 5V o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o Modun biến đổi A/D 8 bit 8 kênh dùng vi mạch ADC 0809 d)Bộ xử lý tín hiệu :làm nhiệm vụ giải mã nhị phân BCD thành tín hiệu điều khiển sự hiển thị của bộ chỉ thị .Ta chọn IC AT89S52( rất thích hợp cho việc thử nghiệm) , một vi điểu khiển thuộc họ 8051. Đây là một IC lập trình được . Nó là phiên bản 8051 có ROM trên chip là bộ nhớ Flash . Phiên bản này rất thích hợp cho các ứng dụng nhanh vì bộ nhớ Flash có thể xoá trong vài giây , có thể lập trình qua cổng COM hay cổng máy in của máy tính PC và như vậy sẽ không cần bộ đốt PROM . Các thông số kĩ thuật của IC89S52: -Dung lượng bộ nhớ ROM : 8k. -Dung lượng RAM :256 byte -Số chân I/O:32 chân . -Số bộ định thời : 3 bộ . -Có bộ định thời kiểm tra. -Số đầu ngắt : 8 đầu . -Có con trỏ dữ liệu kép . -Nguồn cung cấp : 5V . -Tổng cộng 40 chân . Chữ C trong kí hiệu AT89C51 là để chỉ ra rằng IC này được làm theo công nghệ CMOS(tiêu thụ năng lượng thấp ).Vi mạch này thường được đóng vỏ DIP . Ta sẽ nói rõ hơn về phần lập trình cho vi điều khiển này ở phần sau . Bây giờ , ta sẽ xem xét sơ đồ chân chức năng của IC : -VCC: Chân nguồn cung cấp . -GND : Chân nối đất . -PORT 0: để vừa làm cổng ra và vào trực tiếp vào/ra 8bit thì phải nối thêm với điện trở kéo . Khi đóng vai trò lá cổng ra , nó có thể nối với 8 đầu vào TTL . Khi ghi 1 vào các chân của cổng PORT 0 thì các chân đó sẽ được dùng như là 1 đầu vào trở kháng cao . Khi nối với bộ nhớ ngoài , cổng này cung cấp cả địa chỉ và dữ liệu bằng cách dồn kênh để tiết kiệm số chân (ALE=0 à PORT 0 cấp dữ liệu , ALE =1 àPORT 0 cấp địa chỉ . -PORT 1:Không cần nối thêm điện trở kéo dài vì nó đã có các điện trở kéo bên trong . Đây cũng là cổng vào ra 8 bit . Cổng này khi giữ chức năng làm đầu vào thì cũng tương tự như PORT 0 chỉ khác là chỉ có thể nối với 4 đầu vào TTL . Chân P1.0 và P1.1 cũng có thể làm 2đầu vào bộ đếm ngoài hay 2đầu vào lật trạng thái . PORT 1 cũng có khả năng thu nhận những bit địa chỉ ở mức cao trong suốt quá trình lập trình và kiểm tra bộ nhớ -PORT 2: Cũng tương tự như PORT 1 , nó cũng làm cổng vào /ra 8 bit và có sẵn điện trở kéo bên trong . Cổng dùng để truyển cả dữ liệu và địa chỉ … -PORT 3 : cũng tương tự các cổng 1 và 2 . Ngoài ra nó cung cấp thêm 1số tín hiệu đặc biệt khác .Các chân của PORT 3 được dùng với các chức năng khác nhau được cho ở dưới bảng sau : Chân Chức năng P3.0 Vào nối tiếp (RXD) P3.1 Ra nối tiếp (TXD) P3.2 Ngắt ngoài 0(int0) P3.3 Ngắt ngoài 1(INT1) P3.4 Đầu vào bộ định thời T0 P3.5 Đầu vào bộ định thời T1 P3.6 WR P3.7 RD -RST (RESET INPUT) : đó là cổng vào , tích cực ở mức cao, bình thường ở mức thấp . Khi có xung cao đặt ở chân này , thì bộ vi điều khiển sẽ kết thúc mọi hoạt động hiện tại và tiến hành khởi động lại . Quá trình xảy ra hoàn toàn tương tự như khi bật nguồn . Khi reset mọi giá trị trên các thanh ghi đều bị xoá . Để reset có hiệu quả , cần duy trì chân RST tối thiểu 2 chu kì máy .Bit DISRTO trong thanh ghi SFR AXUR có thể được sử dụng để không sử dụng kết nối chân này . - (address latch enable): là 1xung đầu ra dùng để chốt byte thấp của địa chỉ trong suốt quá trình truy xuất bộ nhớ ngoài . Đồng thời nó cũng là đầu ra xung chương trình trong suốt quá trình lập trình cho bộ nhớ Flash. Khi hoạt động bình thường ,ALE được phát ra ở 1 tốc độ khoảng 1\6 chu kì dao động và có thể được dùng cho bộ định thời và bộ xung đồng hồ ở bên ngoài . Chú ý : xung ALE cũng có thể được bỏ qua trong mỗi quá trình truy xuất bộ nhớ dữ liệu bên ngoài .Nếu muốn , chức năng của ALE có thể không hoạt động bằng cách thiết lập bit 0 của thanh ghi SFR .Bằng cách đó , ALE chỉ hoạt động trong cấu trúc lệnh MOVC or MOVX . -(Program store enable): Khi IC89S52 nhận được mã chương trình từ bộ nhớ chương trình bên ngoài , chân này được làm hoạt động 2 lần trong mỗi chu kỳ máy , còn đâu bị bỏ qua hết trong suốt quá trình truy xuất bộ nhớ dữ liệu bên ngoài - (External Acess Enable):là chân vào . Chân này phải được nối với đất để cho phép thiết bị nhận mã từ bộ nhớ chương trình bên ngoài (địa chỉ từ 0000H đến FFFFH). Chân này được nối với nguồn khi mà thực hiện việc lẩp trình với bộ nhớ gắn trên chip. Chân này cũng thu nhận được điện áp cho phép lập trình 12 V trong suốt quá trình lập trình cho bộ nhớ trong Flash. - : là đầu vào nối tới bộ khuếch đại dao động nghịch đảo, và tới mạch tạo dao động trên chip. - : đầu ra từ bộ khuếch đại dao động nghịch đảo. e)Bộ hiển thị :Ta chọn đèn LED 7 thanh . CHƯƠNG 5 .VẤN ĐỀ PHỐI HỢP GIỮA CÁC BỘ PHẬN. 1 . Phối hợp giữa bộ biến đổi tương tự số và bộ vi điều khiển AT89S52: Các bước lập trình cho ADC 0809 chuyển dữ liệu vào đầu vào vi điều khiển : -Chọn một kênh tương tự đầu vào ADC bằng cách dùng các chân địa chỉ A , B, C theo bảng sau: C B A Kênh lối vào được kích hoạt 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 XTLA1 P2.5 P2.6 P1.0 XTAL2 AT89S52 P1.7 P2.7 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 OE Vcc SC CLK D0 IN0 ADC0809 D7 IN7 EOC GND A Vref(+) B Vref(-) C ALE D Q _ Q D Q _ Q 2,5k -Kích hoạt chân cho phép chốt địa chỉ ALE bằng cách đưa 1 xung thấp lên cao để chốt địa chỉ . -Kích hoạt chân SC bằng xung cao xuống thấp để bắt đầu chuyển đổi . -Giám sát EOC để báo kết thúc chuyển đổi . Đầu ra cao xuống thấp báo hiệu rằng dữ liệu đã được chuyển đổi xong và cần được lấy đi . -Kích hoạt chân đọc dữ liệu ra OE của ADC bằng xung cao xuống thấp . Đối với ADC0809 , các điện áp Vref(+) và Vref(-) thiết áp điện áp tham chiếu . Nếu Vref(-) = GND và Vref(+) = 5V thì độ phân giải là 5V/256 = 19,53 mV . Do vậy , để có độ phân giải là 10mV thì ta cần đặt Vref(+) = 2,56V và Vref(-) = GND . Các chân địa chỉ A,B,C được dùng để chọn kênh đầu vào IN0 – IN7 và kích hoạt chân ALE chốt địa chỉ . Chân SC dùng để bắt đầu chuyển đổi ( start conversion) . Chân EOC dùng để kết thúc chuyển đổi ( End of conversion) và chân OE cho phép đọc đầu ra (output enable ). Lưu ý rằng ADC0809 không đồng hồ riêng và do vậy phải cấp xung đồng hồ ngoài đến chân CLK , mặc dù tốc độ chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được nối đến CLK nhưng tốc độ này không thể vượt quá 100 ms. Ở đây sử dụng LM336-2.5 để cố định điện áp 2,5 V trên triết áp 10 kilô Ôm ,có thể khắc phục được sự thăng giáng của nguồn nuôi 2.Phối hợp giữa bộ cảm biến và bộ vi điều khiển : Hầu hết các bộ cảm biến đều đưa ra tín hiệu dạng điện áp , dòng điện , dung kháng hoặc trở kháng . Tuy nhiên , ta cần đưa đưa tín hiệu này về dạng điện áp hoặc khuếch đại điện áp để đưa đến đầu vào bộ chuyển đổi ADC . Sự chuyển đổi này gọi là phối hợp tín hiệu . Ví dụ , bộ cảm biến nhiệt thay đổi trở kháng theo nhiệt độ . Sự thay đổi trở kháng cần được chuyển thành sự biến đổi đáp để bộ biến đổi ADC có thể sử dụng được . Với trường hợp nối LM35 với ADC0809 , ta thấy bộ cảm biến có độ phân giải 8 bit với tối đa là 256 mức và LM35 tạo ra điện áp 10 mV ứng với sự thay đổi nhiệt độ 1 độ C , nên ta có thể phối hợp đầu vào ADC để tạo ra đầy thang đo là 2,56V . Để tạo ra Vout đầy thang đo là 2,56 V của đầu ra bộ cảm biến ta cần đặt các điện áp vào 2 đầu Vref (+)= 2,56 V và Vref(-) = 0 V . Bảng dưới đây cho thấy sự tương ứng giữa các đại lượng nhiệt độ ở đầu vào của bộ cảm biến , điện áp vào bộ biến đổi ADC và tín hiệu đầu ra bộ ADC : Nhiệt độ C Vin của ADC (mV) Vout (D0 – D7) 0 0 0000 0000 1 10 0000 0001 2 20 0000 0010 3 30 0000 0011 10 100 0000 1010 30 300 0001 1110 3.Phối hợp bộ vi điều khiển với đèn LED 7thanh : Ta phải nối thông qua bộ giải mã nhị phân 4 bit (IC 7447) theo sơ đồ sau với cổng PORT 2 là đầu ra : IC7447 là 1 vi mạch giải mã tín hiệu nhị phân 4bit thành tín hiệu để đưa đến hiển thị đèn LED 7 thanh rất tiện lợi và dễ sử dụng . LED chỉ thị hàng đơn vị LED chỉ thị hàng chục CHƯƠNG 6 . TỔNG THỂ TOÀN MẠCH . 1. Sơ đồ nguyên lý 1,5k LED 150pF 5V 5V Diot Zener 10 11 13 9 21 12 20 19 18 7 8 15 14 16 17 22 6 26 25 24 23 1,5k 23 20 22 19 21 8 7 18 6 5 4 31 3 2 1 9 39 38 37 36 12 35 34 33 32 8,2 k 13 7 12 1 11 2 10 6 9 8 15 14 16 13 7 12 1 11 2 10 6 9 8 15 14 16 5V 741 trigger 30uF 10uF LED LM335 ADC +5V R5 D1 R3 +5V R1 V2 VR1 V1 IF - + Vo VR2 Vcc R4 R2 VR R Nguyên lý hoạt động của mạch trên: -Nhiệt độ thay đổi ở bộ cảm biến LM35 sẽ biến thành sự thay đổi điện áp ở đầu Vout của bộ cảm biến .Nếu nhiệt độ được đo là 0 độ C thì đầu Vout sẽ có điện áp là 0 V . Nhiệt độ cứ thay đổi 1 độ C thì đầu Vout sẽ thay đổi 10 mV . Điều này do hiệu điện thế giữa 2 đầu điện áp so sánh Vref(+) và Vref(-) của IC0809 quyết định . Điều trên xảy ra nếu ta cấp điện áp 2,56V cho đầu Vref(+) và đầu Vref(-) nối đất . Ta nối tới chân Vref(+) thông qua bộ khuếch đại 741 . Vậy nên chỗ điện trở 1,5 k ta có thể thay vào 1 biến trở 10 k để điều chỉnh đến mức điện áp chuẩn xác cấp cho chân Vref(+) . -Tín hiệu điện áp vào ADC0809 qua chân 26 , chính là đầu IN0 . Qua bộ ADC sẽ được chuyển thành tín hiệu nhị phân 8 bit cho ra ở đầu ra dữ liệu D0 đến D7 . Ta muốn chọn chân IN0 làm đầu vào bộ biến đổi ADC này thì phải cho 3 chân xác định địa chỉ đầu vào A,B,C của nó có mức logic 0 ,tức là 3 chân 23,24,25 nối đất .Chân 10 là đầu vào xung đồng bộ ngoài , tần số của nó xác định tốc độ hoạt động của vi mạch này hay chính là tốc độ chuyển đổi của bộ ADC ( mặc dù vậy tốc độ chuyển đổi này không thể vượt quá 100ms ). Chân 16 chính là Vref(-) ta cho nối đất . Chân 11 là chân nguồn nuôi Vcc , ta nối với điện áp 5 V còn chân 13 chính là chân GND ta nối đất . -Chân 7 của ADC0809 là chân EOC (End Of Convesion) báo hiệu kết thúc chuyển đổi ta nối đến đầu P3.2(chân 12 của AT89S52) để sau này dùng vi điều khiển lập trình cho chân này điều khiển quá trình chuyển dữ liệu từ đầu vào ADC đến bộ vi điều khiển . Tương tự như vậy , lần lượt các chân SC( chân 6), ALE( chân22), OE (chân 9) của IC0809 được nối đến các chân P2.2(chân 23 ), P2.1 (chân 22) , P2.0 (chân 21) của IC89S52 cũng chức năng trên . Trình tự thực hiện như sau : Kích hoạt chân cho phép chốt địa chỉ ALE bằng cách đưa 1 xung thấp nên cao . Kích hoạt chân SC bằng xung cao xuống thấp để bắt đầu chuyển đổi . Giám sát EOC để kết thúc chuyển đổi . Đầu ra cao xuống thấp báo rằng dữ liệu đã được chuyển đổi và cần được lấy đi . Kích hoạt chân đọc dữ liệu ra bằng xung cao xuống thấp . Trên là những công việc mà vi điều khiển chỉ thị cho ADC chuyển dữ liệu vào nó . Muốn vậy ta phải lập trình cho IC vi điều khiển . Công việc lập trình sẽ được đề cập đến rõ hơn ở phần sau . -Các đầu ra dữ liệu D0 đến D7 ( lần lượt là các chân 17, 14,15,8,18,19,20,21) của ADC0809 được nối tới cổng PORT 1 làm đầu vào bộ vi điều khiển . PORT 1 có 8chân là từ P1.0 đến P1.7(lần lượt là các chân từ 1 đến 8 ) . Ta sẽ lập trình cho PORT 1 là cổng nhận dữ liệu vào bộ vi điều khiển này bằng cách cho các chân ở cổng đó có mức logic 1. - Ta cũng phải cấp nguồn 5V cho đầu Vcc(chân 40) của IC89S52 và nối đất chân GND của nó (chân20) của nó . Ngoài ra chân Reset (chân 9) ta có thể nối thông qua mạch như sau : Để đảm bảo Reset có hiệu quả , chân RST cần được duy trì trạng thái tích cực tối thiểu 2 chu kì máy ( một chu kì máy bằng 12 chu kì dao động xung đồng hồ ) . Lưu ý rằng khi reset giá trị của bộ đếm chương trình PC bằng 0 và như vậy CPU nhận mã lệnh đầu tiên tại địa chỉ 0000 của bộ nhớ ROM . Ngoài ra 2 chân 18 , 19 ta nối với bộ dao động thạch anh 11 Mhz để tạo xung đồng bộ cho IC vi điều khiển . Khi mắc dao động thạch anh , phải có 2 tụ 30 µF , một đầu mỗi tụ nối tới XTAL 1(chân 19) và XTAL 2 (chân 18 ) còn đầu kia nối đất . Chân EA được nối tới dương nguồn vì IC 89S52 là vi mạch có ROM trên chip . Lưu ý chân EA không bao giờ để hở . -Cổng PORT 0 được chọn làm cổng đầu ra của bộ vi điều khiển để đưa tín hiệu tới chỉ thị cho bộ hiển thị . Sau khi đã chuyển đổi xong điện áp tương tự ỏ đầu vào , tín hiệu nhị phân cho ra ở đầu ra dữ liệu của ADC0809 được đưa tới cổng PORT 1 của AT89S52 . Đến đây , bộ vi điều khiển có nhiệm vụ chủ yếu là biến đổi số nhị phân ở đầu vào (PORT 1)thành tín hiệu ra( PORT 0) chỉ thị cho bộ giải mã (IC7447) hiển thị kết quả theo kiểu số thập phân ra đèn LED 7thanh . Ví dụ đầu vào bộ cảm biến là 1 mức nhiệt độ 30°C, qua LM35 sẽ cho ra ở đầu ra Vout là 300 mV đưa đến đầu vào ADC qua chân 26 . Căn cứ vào điện áp so sánh là hiệu điện thế giữa 2 đầu Vref(+) và Vref(-) ta đã chọn là 2,56 V đầu (+) và nối đất đầu (-) thì tín hiệu số ở đầu ra dữ liệu của ADC sẽ là 0001 1110 Theo mã Hexa thì tín hiệu đó có thể viết là 1E(H) . Như vậy có thể viết cổng PORT 1 có giá trị là 1E (H) . Ta sẽ lập trình cho 89S52 để nó có thể biến số Hexa này thành tín hiệu chỉ thị cho bộ giải mã hiển thị số 30 ra đèn LED ( phần lập trình ta sẽ đi sâu vào hơn ở phần sau ) tức là sẽ làm cho 4 bit đầu P0.0, P0.1 , P0.2, P0.3 biểu thị giá trị 0(H) :0000 và 4 bít sau P0.4,P0.5 , P0.6 ,P0.7 biểu thị giá trị 3(H): 0011 . Giá trị được hiển thị trên đèn LED chính là giá trị nhiệt độ ở đầu vào bộ cảm biến . Kết quả thu được là ta đã hiển thị được giá trị điện áp cần đo ra đèn LED 7 thanh thông qua mạch điện tử trên . Ngoài ra , ở sơ đồ trên ta còn dùng trigger smith CC40106 để cấp xung đồng hồ ngoài cho ADC0809 , và cần được lắp đúng như trong sơ đồ để tạo xung nhịp ổn định . Vi mạch CC40106 là 1 IC có 14 chân , trong đó ,chân 14 là chân để cấp nguồn cho IC và chân 7 là chân đất , chân 12 là đầu ra cấp xung đồng hồ , nó được nối qua điện trở 1,5 k về hồi tiếp với chân 13 . Để cấp điện áp chuẩn và ổn định cho đầu Vref của ADC ta sử dụng bộ khuếch đại dùng IC 741 nối theo sơ đồ như hình vẽ .Sau đây là vài nét về IC741: Tham số của bộ khuyếch đại μA 741 được cải thiện nhiều so với μA709: điện áp vào Ud cho phép cao hơn, bù lệch không đơn giản hơn, có mạch hạn dòng, có bù tần số bên trong mạch. Tầng vào bộ khuyếch đại mắc theo kiểu Kaskode bù dùng tranzistor npn ( T1,T2) có hệ số khuyếch đại dòng cao và tranzistor pnp (T3, T4) có hệ số khuyếch đại dòng thấp. Trong mạch emitor tầng vào có nguồn dòng (T8,T9). Hệ số khuyếch đại điện áp tầng vào khoảng 50 đến 60dB, dòng tĩnh IE1 = IE2≈ (10 - 15)μA rất nhỏ. Một bộ khuyếch đại vi sai gồm T5,T6, T7 mắc theo kiểu mạch cộng pha, biến điện áp voà thành điện áp ra không đối xứng. Tầng thứ 2 (T16,T17) mắc theo kiểu Darlington, có trở kháng vào lớn và có tải là T13. Mạch có hệ số khuyếch đại lớn hơn 50dB. Tầng ra mắc theo kiểu bù gồm T14, T20, được nối với mạch hạn dòng T15,T19, R10,R11. Nếu dòng qua R11 tăng quá giới hạn 15..20mA thì dòng qua bazơ T20 tăng, dòng này qua R9 làm cho T19 dẫn, do đó dòng bazơ của T20 bị hạn chế. T18, R6và R7 tạo thành mạch dịch mức, nó được kết cấu sao cho dòng tĩnh tầng ra có giá trị khoảng 60μA. R5 có tác dụng quyết định đối với dòng tĩnh của toàn mạch. Mạch bù trong nhờ tụ C1 = 30pF làm cho đặc tính tần số của bộ khuyếch đại giảm với độ dốc -20dB/D trong khoảng tần số fα1 ≈ 5MHz và tần số đơn vị f1 ≈ 1MHz. Ở tần số lớn hơn 5Hz, mạch Darlington gồm T16, T17 làm việc như một mạch tích phân. Mạch bù trong rất tiện lợi cho người sử dụng, nhưng trong một số trường hợp không cần thiết thì nó gây lãng phí về dải tần và tốc độ đáp ứng. Vì vậy người ta chế tạo mạch μA741. 2.Sơ đồ chân lắp ráp của mạch đo: Sensor (LM35 và khối khuếch đại) CHƯƠNG 7 . VẤN ĐỀ LẬP TRÌNH CHO IC VI ĐIỀU KHIỂN 1.Trình tự thực hiện : Ta sẽ chọn 1ngôn ngữ lập trình cho IC sau đó xây dựng lưu đồ thuật toán để dựa vào đó viết chương trình trên máy vi tính dùng phần mềm Keil UVision2 biến đổi chương trình theo ngôn ngữ trên thành chương trình theo ngôn ngữ Hexa , là loại ngôn ngữ mà có thể nạp vào IC để lập trình cho IC vi điều khiển . Sau đó dùng 1 phần mềm có tên là AEC để nạp chương trình theo ngôn ngữ Hexa vào bộ nhớ cho IC . 2.Lựa chọn ngôn ngữ để lập trình cho IC : Có rất nhiều loại ngôn ngữ có thể dùng để viết chương trình lập trình cho IC . Ở đây ta chỉ khảo sát 3 loại ngôn ngữ thông dụng nhất , đó là ngôn ngữ lập trình C , ngôn ngữ Assembly và Basic , để rồi cuối cùng chọn ra 1 ngôn ngữ lập trình tối ưu nhất , thích hợp nhất đối với công việc lập trình cho IC AT 89S52 để thực hiện những công việc trong đề tài . * Khảo sát ngôn ngữ lập trình Assembly: Đây là 1 loại ngôn ngữ cấp thấp , các lệnh được gọi ra chủ yếu thông qua bởi các từ gợi nhớ . Nó rất khó chỉnh sửa và bộ tập lệnh rất khó nhớ , giao diện không thân thiện , và nhiều khả năng bị hạn chế . Tuy vậy , nó rất thích hợp với việc thử nghiệm cũng như với các chương trình đơn giản nhưng nhược điểm lớn nhất của nó lại là rất khó chỉnh sửa, khó phát hiện lỗi sai và không linh động . *Khảo sát ngôn ngữ lập trình Basic : Nếu dùng ngôn ngữ lập trình Basic ta phải viết 1chương trình QBasic tạo ra 1 môi trường cho phép lập chương trình bằng ngôn ngữ Basic . Ngôn ngữ này thích hợp nhất là cho trường hợp dùng máy tính để điều khiển hay đo lường điện tử bởi nó có cấu trúc chương trình khá linh hoạt và giống với giao diện máy tính . QBasic chứa đựng 1 phương tiện trợ giúp trực tuyến mà ta có thể tìm thấy 1cách dễ dàng . Nếu dùng nó để lập trình cho IC thì thực sự không thích hợp vì chương trình phải được dịch ra ngôn ngữ Hexa thì mới nạp vào bộ nhớ IC để thực hiện công việc điều khiển được , có như vậy mới tương thích với thế giới thực . Ngoài ra ngôn ngữ lập trình Basic này còn có quá nhiều từ khoá làm nền tảng để xây dựng chương trình , dẫn đến tình trạng kém linh động hơn ngôn ngữ C và tính khả chuyển không cao . *Khảo sát ngôn ngữ lập trình C : Ngôn ngữ lập trình C là một ngôn ngữ lập trình bậc cao . Có rất nhiều có rất nhiều ngôn ngữ lập trình bậc cao để lựa chọn, n0hư C, Pascal, BASIC và Java. Chúng đều là những ngôn ngữ xuất sắc phù hợp với hầu hết mọi công việc. Tuy vậy, có một vài lý do khiến nhiều chuyên gia máy tính cảm thấy rằng C đứng đầu trong danh sách: C là một ngôn ngữ mạnh và linh hoạt. “Những gì bạn có thể làm với C chỉ thua có trí tưởng tượng của bạn mà thôi”. Ngôn ngữ không đưa ra các ràng buộc đối với bạn. C được sử dụng trong nhiều dự án khác nhau, như viết hệ điều hành, chương trình xử lý văn bản, đồ hoạ, bảng tính, và thậm chí cả chương trình dịch cho các ngôn ngữ khác. C là ngôn ngữ được các lập trình viên chuyên nghiệp ưa thích hơn cả. Cũng vì vậy mà có sẵn rất nhiều các trình biên dịch (compiler) và các thư viện được viết sẵn khác. C là một ngôn ngữ khả chuyển (portable language). ghĩa là một chương trình viết bằng C cho một hệ máy tính (ví dụ như IBM PC) có thể được dịch và chạy trên hệ máy tính khác (chẳng hạn như DEC VAX) chỉ với rất ít các sử đổi. Tính khả chuyển đã được bởi chuẩn ANSI cho C. C chỉ gồm một số ít từ khoá (keywords) làm nền tảng để xây dựng các các chức năng của ngôn ngữ. Có lẽ bạn nghĩ rằng một ngôn ngữ với nhiều từ khoá (đôi khi còn được gọi là từ dành riêng - reserved words) sẽ mạnh hơn. Không phải như vậy. Khi lập trình với C, bạn sẽ thấy rằng nó có thể dùng để lập trình giải quyết bất kỳ bài toán nào. C là ngôn ngữ lập trình theo modul. Mã chương trình C có thể (và nên) được viết thành các thủ tục gọi là function. Những function này có thể được sử dụng lại trong các ứng dụng (application) và chương trình khác nhau. Do những đặc điểm trên, C là một lựa chọn tuyệt vời để lập trình cho IC . 3.Xây dựng lưu đồ thuật toán của chương trình : Nhiệm vụ mà IC vi điều khiển AT89S52 cần phải làm trong mạch điện đo nhiệt độ hiển thị số ở đề tài này là : *Điều khiển việc truyền dữ liệu từ bộ biến đổi A/D ( dùng IC ADC 0809 ) vào bộ vi điều khiển . Cụ thể là: - Chọn một kênh tương tự đầu vào ADC bằng cách dùng các chân địa chỉ A , B, C theo bảng sau: C B A Kênh lối vào được kích hoạt 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 Nhưng trong trường hợp này cũng không cần thiết vì ta chỉ cần 1 đầu vào IN0 là đủ nên ta có thể nối 3 chân A ,B ,C ( chân số 23 , 24 , 25 ) của ADC0809 với đất . -Kích hoạt chân cho phép chốt địa chỉ ALE bằng cách đưa 1 xung thấp lên cao để chốt địa chỉ . Thực ra bước này cũng không cần thiết lắm vì ta đã quyết định nối 3 chân địa chỉ A, B , C xuống đất -Kích hoạt chân SC bằng xung cao xuống thấp để bắt đầu chuyển đổi . -Giám sát EOC để báo kết thúc chuyển đổi . Đầu ra cao xuống thấp báo hiệu rằng dữ liệu đã được chuyển đổi xong và cần được lấy đi . -Kích hoạt chân đọc dữ liệu ra OE của ADC bằng xung cao xuống thấp . Đối với ADC0809 , các điện áp Vref(+) và Vref(-) thiết áp điện áp tham chiếu . Nếu Vref(-) = GND và Vref(+) = 5V thì độ phân giải là 5V/256 = 19,53 mV . Do vậy , để có độ phân giải là 10mV thì ta cần đặt Vref(+) = 2,56V và Vref(-) = GND . * Xử lí và điều khiển việc hiển thị dữ liệu ra đèn LED 7 thanh thông qua 2 IC giải mã 7447 . PORT1 dùng để nhận thông tin từ bộ A/D . PORT0 dùng để xuất tín hiệu ra đưa đến bộ hiển thị . Tín hiệu đưa vào từ bộ ADC là tín hiệu nhị phân , nhiệm vụ của bộ vi xử lí là biến đổi tín hiệu đó thành tín hiệu chỉ thị cho đèn LED hiển thị số thập phân. Thực chất ta sẽ lập trình cho bộ vi xử lí sẽ thực hiện phép chia số nhị phân đầu vào cho 0A(H) , phép chia này ta lấy được giá trị hàng chục của nó , ta đưa kết quả đó đến đèn LED hiển thị hàng chục . Sau đó ta tiếp tục lập trình cho nó lấy kết quả nhân với 0A(H) , rồi lấy số vào ban đầu trừ đi kết quả vừa nhận được ta sẽ có được giá trị hàng đơn vị để đưa đến đèn LED hiển thị hàng đơn vị . Dựa vào những nhiệm vụ trên của IC vi điều khiển ta có thể xây dựng sơ đồ thuật toán để lập trình cho IC như sau : Begin P2.1(OE)=0; P2.2(SC)=1; P3.2(EOC)=1; Trễ 0,1 µs Xoá P2.2 (SC) Trễ 0,2 µs Thiết lập P2.1(OE) Nhập dữ liệu từ PORT1 EOC=1 Sai Chế biến tín hiệu Đưa đến chỉ thị cho bộ hiển thị qua cổng P0 End 4.Viết chương trình viết theo ngôn ngữ C: Dựa vào lưu đồ thuật toán ở trên ta có thể viết chương trình theo ngôn ngữ C như sau : #include(89S52.h) Nên nhớ ta phải viết chương trình C này trong phần mềm biến đổi chương trình theo ngôn ngữ C thành chương trình theo ngôn ngữ Hexa , thì mới dùng được nó để biến đổi thành ra được file HEX . 5.Nạp chương trình cho IC vi điều khiển: Sau khi đã dịch được ra file HEX , ta sẽ dùng phần mềm nạp để nạp chương trình cho IC AT89S52 thông qua cổng máy in .Ta đưa dữ liệu chương trình từ máy vi tính qua cổng máy in đến nạp dữ liệu vào cho IC . Như vậy ta phải quan tâm đến vấn đề trao đổi dữ liệu với máy tính thông qua cổng máy in . Sau đây ta sẽ xem xét đến cổng máy in và mạch nạp cho IC: *Vài nét về cổng máy in: Hình7. Cổng song song trên PC. Cổng nối với máy in hay thường gọi là giao diện Centronics đến nay không có gì xa lạ với người sử dụng máy tính. Việc nối máy tính với máy in được thực hiện qua ổ cắm 25 chân ở phía sau mãy tính. Nhưng đây không phải là chỗ chỉ nối với máy in mà khi sử dụng máy tính vào việc đo lường và điều khiển thì việc ghép nối cũng có thể thực hiện qua ổ cắm này. Qua cổng này các bit dữ liệu đươc truyền đi song song và do vậy mà tốc độ truyền dữ liệu cũng đạt đến mức lớn đáng kể. Tất cả các đường dẫn của cổng này đều tương thích TTL, nghĩa là chúng đều cung cấp một điện áp trong khoảng 0 đến 5V. Do đó mà ta cần lưu ý rằng ở các đường dẫn nối vào cổng này ta không được đặt các mức điện áp quá lớn. Chuẩn mới nhất cho cổng song song dựa trên chuẩn IEEE 1284, chuẩn này định nghĩa 5 chế độ hoạt động (mode) của cổng: + Compatibity Mode + Nible Mode + Byte Mode + EPP Mode (Enhanced Parallel Port) + ECP Mode ( Extended Capabilities Port) Sự sắp xếp các chân ra ở cổng máy in với tất cả các đường dẫn được mô tả dưới bảng sau: Pins Symbol I/O Function 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18- 25 STROBE D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 ACK BUSY PE SLCT AF ERROR INIT SLCTIN GND Output Output Output Output Output Output Output Output Output Input Input Input Input Output Input Output Output GND Active Low Data D0 Data D1 Data D2 Data D3 Data D4 Data D5 Data D6 Data D7 Acknowledge Printer Busy Page emty Select Auto Feed Error 0 : reset Select in Ground Ta thấy rõ là bên cạnh 8 bit dữ liệu còn có những đường dẫn tín hiệu khác, tổng cộng người sử dụng có thể trao đổi một cách riêng biệt với 17 đường dẫn, bao gồm 12 đường dẫn ra và 5 đường dẫn vào. Bởi vì 8 đường dẫn dữ liệu D0 - D7 không phải là đường dẫn dữ liệu hai chiều trong tất cả các loại máy tính, nên sau đây ta sẽ thấy là D0 - D7 chỉ có thể được sử dụng như là lối ra. Các lối ra khác nữa là STROBE, AUTOFEED (AF), INIT và SELECT IN (SLCIN). Khi trao đổi thông tin với máy in, các đường dẫn này có những chức năng xác định. - Thí dụ: INIT =0: thực hiện một quá trình khởi động lại (Reset) ở máy in. Hình8a.thanh ghi dữ liệu (địa chỉ cơ bản) STROBE có nhiệm vụ ghi các bit dữ liệu đã được gửi từ máy in bằng một xung Low. Cổng máy in cũng có những đường dẫn lối vào, nhờ vậy mà sự bắt chéo tay giữa máy tính và máy in được thực hiện. Chẳng hạn, khi mà máy in không còn đủ chỗ trong bộ nhớ thì máy in sẽ gửi đến máy tính một bit thông báo trạng thái ( BUSY = 1); điều đó có nghĩa là tại thời điểm này máy in đang bận. Hình8b.thanh ghi trạng thái ( địa chỉ cơ bản +1) Hình 8c. thanh ghi điều khiển ( địa chỉ cơ bản +2). b) Trao đổi với các đường dẫn tín hiệu. - Tất cả các đường dẫn tín hiệu vừa được giới thiệu cho phép trao đổi qua các địa chỉ bộ nhớ của máy tính: ghi dữ liệu, ghi trạng thái và ghi điều khiển. Hình 8 sẽ cho ta thấy rõ hơn sự sắp xếp của các đường dẫn tín hiệu tới các bit dữ liệu riêng biệt của thanh ghi. Địa chỉ đầu tiên đạt đến được của cổng máy in được xem như là địa chỉ cơ sở ( basic address). Ở các máy tính PC được chế tạo gần đây địa chỉ cơ sở của cổng máy in được sắp xếp như sau: LPT1: Basic Address = 378H LTP2: Basic Address = 278H Địa chỉ cơ bản đồng nhất với thanh ghi dữ liệu. Thanh ghi trạng thái được đạt tới dưới địa chỉ cơ bản +1. Ở đây cần chú ý rằng mức logic của BUSY (PIN 11) được sắp xếp ngược với thanh ghi trạng thái. Thanh ghi điều khiển với 4 đường dẫn lối ra của nó đặt dưới địa chỉ cơ bản +2. Ở đây lại cần chú ý tới sự đảo ngược của các tín hiệu STROBE, AUTOFEED, SLCTIN. c) Ưu điểm của việc trao đổi dữ liệu bằng cổng song song : Cổng song song được sử dụng trong nhiều ứng dụng như hệ thống thu thập dữ liệu, ghép nối với các thiết bị ngoại vi với máy tính. Nó có ưu điểm là không phải tháo máy để lắp các card vào như ghép nối với máy tính qua Slot trên mainboard và ưu điểm nổi bật nữa là có thể ghép nối với các loại máy tính khác nhau. Sau đây là một số các ứng dụng cơ bản. Ứng dụng 1: Dùng để ghép nối hai máy tính với nhau hay giữa các thiết bị ngoại vi với máy tính qua cổng LPT. Cổng này cho ghép việc truyền dữ liệu giữa các thiết bị nhanh và phần cứng, phần mềm điều khiển đơn giản. Ứng dụng 2: Hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển qua cổng LPT. Mạch điều khiển động cơ bước, hệ thống điều khiển từ xa sóng radio và tia hồng ngoại, kết hợp với ADC và các bộ dồn kênh được ghép nối với máy tính qua cổng LPT. Ứng dụng 3: Kết nối với các mạch đo các thông số tương tự như : nhiệt độ, tốc độ gió, hướng gió, độ sáng, độ ẩm. *Ghép nối IC với cổng máy in để nạp chương trình dưới dạng file HEX cho IC: Bảng sơ đồ chân ghép nối giữa cổng máy in và vi điều khiển AT89S52 : Mạch ghép nối giữa cổng máy in và vi điều khiển AT89S52 : CHƯƠNG 8 . VẤN ĐỀ ĐO LƯỜNG 1.caùc ñònh nghóa vaø ñaëc tröng chung Caùc ñaïi löôïng vaät lyù laø ñoái töôïng ño löôøng nhö nhieät ñoä , aùp suaát , cöôøng ñoä aùnh saùng ñöôïc goïi laø ñaïi löôïng caàn ño m. Sau khi tieán haønh caùc coâng ñoaïn thöïc nghieäm ñe ño m ( duøng caùc phöông tieän ñieän töû ñeå xöû lyù tín hieäu) ta nhaän ñöôïc ñaïi löôïng ñieän töông öùng ôû ñaøu ra. Ñaïi löôïng naøy cuøng vôùi söï bieán ñoåi cuûa noù chöùa ñöïng taát caû caùc thoâng tin caàn thieát ñeå nhaän bieát m . Vieäc ño ñaïc m thöïc hieän ñöôïc laø nhôø söû duïng caùc caûm bieán . Caûm bieán laø moät thieát bò chòu taùc ñoäng cuûa ñaïi löôïng caàn ño m (khoâng co tính chaát ñieän) vaø cho ta moät ñaëc tröng mang baûn chaát ñieän (nhö ñieän tích,ñieän aùp ,doøng ñieän hoaëc trôû khaùng …) ñöïoc kyù hieäu laø s . Ñaëc tröng ñieän laø haøm cuûa ñaïi löoïng caàn ño m : s = F(m) trong ñoù s laø ñaïi löôïng ñaàu ra hoaëc phaûn öùng cuûa caûm bieán vaø m laø ñaïi löôïng ñaàu vaøo hay kích thích ( coù nguoàn goác laø ñaïi löôïng caàn ño) . Vieäc ño ñaïc s giuùp ta nhaän bieát giaù trò cuûa m Ñaïi löôïng caàn ño (m) m s t t t1 t2 tn t2 tn t1 Caûm bieán Ñaïi löôïng ñieän (s) Hình 1: söï bieán ñoåi cuûa ñaïi löôïng caàn ño m vaø phaûn öùng s theo thôøi gian Bieåu thöùc s = F (m) laø daïng lyù thuyeát cuûa ñònh luaät vaät lyù bieåu dieãn hoaït ñoäng cuûa caûm bieán ñoàng thôøi laø daïng soá bieåu dieãn söï phuï thuoäc cuûa noù vaøo caáu taïo ( hình hoïc vaø kích thöôùc ) vaät lieäu laøm caûm bieán . Ñoái vôùi moïi caûm bieán ,ñeå coù theå khai thaùc bieåu thöùc treân caàn phaûi chuaån caûm bieán vôùi caùc giaù trò ñaõ bieát chính xaùc cuûa m, ño giaù trò töông öùng cuûa s vaø döïng ñöôøng cong chuaån . Ñöôøng cong chuaån naøy cho pheùp xaùc ñònh moïi giaù trò cuûa m töø s s s s2 s1 s2 s1 m1 m2 m1 m2 m m (a) (b) Hình 2 : ñöôøng cong chuaån caûm bieán a) döïng ñöôøng cong töø caùc giaù trò ñaõ bieát cuûa m b) khai thaùc ñöôøng cong chuaån ñeå xaùc ñònh m töø giaù trò s ño ñöôïc Ñeå deã söû duïng thoâng thöôøng ngöôøi ta cheá taïo caûm bieán sao cho coù söï lieân heä tuyeán tính giöõa bieán thieân ñaàu ra s vaø bieán thieân ñaàu vaøo m : s = S.m trong ñoù S laø ñoä nhaïy cuûa caûm bieán Moät trong nhöõng vaán ñeà quan troïng khi thieát keá vaø söû duïng caûm bieán laø laøm sao cho ñoä nhaïy S cuûa chuùng khoâng ñoåi , nghóa laø S ít phuï thuoäc nhaát vaøo caùc yeáu toá sau: *Giaù trò cuûa ñaïi löôøng caàn ño m ( ñoä tuyeán tính ) vaø taàn soá thay ñoåi cuûa noù (daûi thoâng) *Thôøi gian söû duïng (ñoä giaø hoaù ) *Aûnh höôûng cuûa caùc yeáu toá khaùc cuûa moâi tröôøng xung quanh 2. Caùc ñaïi löôïng aûnh höôûng ñeán tín hieäu ño Trong khi duøng caûm bieán ñeå xaùc ñònh moät ñaïi löôïng caàn ño ,khoâng chæ coù moät ñaïi löôïng naøy taùc ñoäng ñeán caûm bieán .Treân thöïc teá ngoaøi ñaïi löôïng ño coøn coù nhieàu ñaïi löôïng khaùc coù theå taùc ñoäng gaây aûnh höôûng ñeán tín hieäu ño . Nhöõng ñaïi löôïng nhö vaäy goïi laø ñaïi löôïng aûnh höôûng hoaëc ñaïi lööoïng gaây nhieãu . Caùc ñaïi löôïng gaây nhieãu thöôøng gaëp vaø taùc ñoäng cuûa chuùng coù theå ñöôïc lieät keâ nhö sau: * Nhieät ñoä laøm thay ñoåi caùc ñaëc tröng ñieän cô vaø kích thöôùc cuûa caûm bieán * Aùp suaát , gia toác , dao ñoäng rung coù theå gaây neân bieán daïng vaø öùng suaát trong moät soá phaàn töû caáu thaønh cuûa caûm bieán laøm sai leäch tín hieäu hoài ñaùp * Ñoä aåm coù theå laøm thay ñoåi tính chaát ñieän cuûa vaät lieäu nhö haèng soá ñieän moâi , ñieän trôû suaát. * Töø tröôøng coù theå gaây neân suaát ñieän ñoäng caûm öùng choàng leân tín hieäu coù ích . Ngoaøi ra noù coøn laøm thay ñoåi tính chaát ñieän cuûa vaät lieäu caáu thaønh caûm bieán * Bieân ñoä vaø taàn soá cuûa ñieän aùp nuoâi ví duï tröôøng hôïp bieán theá vi sai aûnh höôûng ñeán ñaïi löôïng ñieän ôû ñaàu ra Neáu goïi caùc ñaïi löoïng aûnh höoûng laø n1 , n2 , n3…thì moái quan heä s = F(m) ñöôïc vieát laïi moät caùch ñaày ñuû nhö sau: s = F (m, n1 , n2 , n3…) Keát luaän Ñeå coù theå ruùt ra giaù trò caàn ño m töø caùc giaù trò ño ñöôïc cuûa s caàn phaûi aùp duïng moät trong nhöõng bieän phaùp sau: * Giaûm aûnh höôûng cuûa caùc ñaïi löôïng n1 , n2 , n3…ñeán möùc thaáp nhaát baèng caùch söû duïng caùc bieän phaùp höõu hieäu nhö caùch ñieän , choáng rung , choáng töø tröôøng * OÅn ñònh caùc ñaïi löôïng aûnh höôûng ôû nhöõng giaù trò bieát tröôùc vaø chuaån caûm bieán trong nhöõng ñieàu kieän ñoù (bình oån nhieät , nguoàn ñieän aùp coù boä phaän ñieàu chænh …) * Söû duïng caùc sô ñoà gheùp noái cho pheùp buø truø aûnh höôûng cuûa ñaïi löôïng gaây nhieãu 3.Sơ đồ khối tổng quát của một maïch ño Caûm bieán Boä phaän bieán ñoåi tín hieäu Thieát bò chæ thò vaø xöû lyù döõ lieäu Hình 3: sô ñoà khoái toång quaùt cuûa moät maïch ño Ñaïi löôïng caàn ño Maïch ño bao goàm toaøn boä caùc thieát bò ño (trong ñoù keå caû caûm bieán ) cho pheùp xaùc ñònh chính xaùc ñaïi löôïng caàn ño trong nhöõng ñieàu kieän toát nhaát coù theå Daïng ñôn giaûn nhaát cuûa maïch ño bao goàm caûm bieán , boä bieán ñoåi tín hieäu vaø thieát bò chæ thò. Tuy nhieân treân thöïc teá do yeâu caàu ñoøi hoûi cuûa vieäc khai thaùc tín hieäu , maïch ño thöôøng bao goàm nhieàu thaønh phaàn trong ñoù coù caùc khoái ñeå toái öu hoaù vieäc thu thaäp döõ lieäu vaø ñeå xöû lyù döõ lieäu 4. Sai soá cuûa pheùp ño Keát quaû cuûa moïi pheùp ño ñeàu ñöôïc ghi laïi ôû daïng naøy hay daïng khaùc ,coù khi laø moät con soá hoaëc coù khi laø moät ñöôøng cong…Song baát luaän trong tröôøng hôïp naøo thì keát quaû cuûa noù cuõng ñeàu chöùa ñöïng sai soá Giaù trò thöïc = giaù trò ño ñöôïc ± giaù trò sai soá Khi ñaùnh giaù sai soá ngöôøi ta thöôøng phaân chuùng laøm hai loaïi: sai soá heä thoáng & sai soá ngaãu nhieân. 4.1 Sai soá heä thoáng Giaû söû ta ño moät ñaïi löôïng ñaõ bieát tröôùc giaù trò thöïc cuûa noù .Neáu nhö giaù trò trung bình cuûa caùc giaù trò ño ñöôïc luoân luoân leäch khoûi giaù trò thöïc maø khoâng phuï thuoäc vaøo soá laàn ño lieân tieáp thì ta noùi trong tröôøng hôïp naøy coù sai soá heä thoáng. Sai soá heä thoáng coù nguyeân nhaân do söï hieåu bieát sai leäch hoaëc khoâng ñaày ñuû veà heä ño hay do ñieàu kieän söû duïng khoâng toát.Sau ñaây ta seõ neâu moät soá sai soá heä thoáng thöôøng gaëp: * Sai soá do giaù trò cuûa ñaïi löôïng chuaån khoâng ñuùng: thí duï ñieåm 0 cuûa thieát bò ño leäch khoûi vò trí , giaù trò ñieân aùp nuoâi caàu ño khoâng chính xaùc… * Sai soá do ñaëc tính cuûa caûm bieán: sai soá ñoä nhaïy hoaëc cuûa ñöôøng cong chuaån laø nguyeân nhaân thöôøng gaëp daãn ñeán sai soá heä thoáng. Thí duï: ñaëc tuyeán ñieïân trôû_nhieät ñoä cuûa caûm bieán nhieät trong moät loâ saûn phaåm laø ñöôøng thaúng , tuy nhieân moät caûm bieán ñaëc bieät naøo ñoù laïi coù ñaëc tuyeán khaùc ñi ñoâi chuùt daãn ñeán sai soá heä thoáng khi ño. Ñeå traùnh sai soá ta caàn phaûi thöôøng xuyeân chuaån laïi caûm bieán * Sai soá do ñieàu kieän vaø cheá ñoä söû duïng : Toác ñoä hoài ñaùp cuû caûm bieán vaø caùc thieát bò phuï trôï thöôøng coù haïn .Bôûi vaäy taát caû pheùp ño ñöôïc thieát laäp ñeàu chöùa sai soá .Thí duï ñaàu ño nhieät coù toác ñoä hoài ñaùp raát khaùc nhau phuï thuoäc vaøo vieäc noù ñaët trong chaát loûng ñöùng yeân hay chuyeå ñoäng, laïi coøn phaûi keå ñeán quaùn tính nhieät cuûa noù nöõa… * Sai soá do xöû lyù keát quaû ño :sai soá daïng naøy thöôøng do söï nhaäân xeùt ñaùnh giaù khoâng chính xaùc keát quaû ño chöùa nhöõng ñieåm coù ñoä leäch lôùn ñeå nhaän ñöôïc giaù trò chính xaùc hôn 4.2 Sai soá ngaãu nhieân Sai soá ngaãu nhieân cuûa pheùp ño laø sai soá maø söï xuaát hieän cuõng nhö daáu vaø bieân ñoä cuûa chuùng mang tính khoâng xaùc ñònh. Moät soá nguyeân nhaân cuûa sai soá ngaãu nhieân coù theå döï ñoaùn ñöôïc nhöng ñoä lôùn cuûa chuùng thì khoâng theå bieát tröôùc . Sau ñaây laø moät soá nguyeân nhaân daãn ñeán sai soá ngaãu nhieân: * Sai soá do tính khoâng xaùc ñònh cuûa ñaëc tröng thieát bò: Nguyeân nhaân ñaàu tieân coù theå gaëp laø tính lònh ñoäng cuûa thieát bò. ÔÛ döôùi moät giaù trò ngöôõng nhaát ñònh, söï thay ñoåi cuûa ñaïi löôïng ño khoâng daãn ñeán söï thay ñoåi coù theå phaùt hieän ñöôïc cuûa tín hieäu ñieän do caûm bieán cung caáp. Nguyeân nhaân gaây sai soá cuõng coù theå laø do ñoïc sai soá lieäu. Thí duï ñoä maûnh cuûa kim chæ thò cuûa ñoàng hoà ño cuõng coù theå gaây neân sai soá . Keát hôïp sai soá ñoä linh ñoängαm vaø sai soá ñoïc soá lieäu αl seõ xaùc ñònh sai soá ñoä phaân giaûαr .Sai soá ñoä phaân giaûi laø bieán thieân nhoû nhaát coù theå ño ñöôïc cuûa ñaïi löôïng ño * Sai soá do tín hieäu nhieãu ngaãu nhieân: Nhieãu neàn gaây neân kích thích nhieät caûu haït daãn trong caùc ñieän trôû hoaëc trong caùc linh kieän tích cöïc laøm suaát hieän thaêng giaùng ñieân aùp choàng leân tín hieäu coù ích ôû ñaàu ra.Caûm öùng kyù sinh do böùc xaï ñieän töø.Thaêng giaùng ñieän aùp nguoàn laøm thay ñoåi hoaït ñoäng cuûa thieát bò do ñoù laøm thay ñoåi bieân ñoä cuûa tín hieäu caàn xöû lyù… * Sai soá do caùc ñaïi löôïng aûnh höôûng : Haäu quaû cuûa söï thay ñoåi caùc ñaïi löôïng aûnh höôûng khoâng ñöôïc tính ñeán trong khi chuaån caûm bieán. Bôûi vaäy söï ñoùng goùp cuûa chuùng trong keát quaû ño ñöôïc xem nhö sai soá ngaãu nhieân 4.3 Tính trung thöïc tính ñuùng ñaén vaø ñoä chính xaùc Sai soá ngaãu nhieân laøm keát quaû ño bò taûn maïn khi ño laëp laïi. Tuy nhieân baèng phöông phaùp xöû lyù thoáng keâ coù theå xaùc ñònh ñöôïc giaù trò xaùc suaát cuûa ñaïi löôïng ño vaø giôùi haïn cuûa sai soá . Khi ño laëp laïi n laàn cuøng moät giaù trò cuûa ñaïi löôïng caàn ño ta nhaän ñöôïc caùc keát quaû m1 , m2 , …,mn Giaù trò trung bình sau n laàn ño laø : = Chæ soá ñoä taûn maïn cuûa keát quaû cuûa n laàn ño ñöôïc bieåu dieãn thoâng qua ñoä leäch Caùc sai soá ngaãu nhieân taùc ñoäng ñeán caùc laàn ño moät caùch hoaøn toaøn khoâng phuï thuoäc laãn nhau. Bôûi vaäy xaùc suaát xuaát hieän caùc keát quaû khaùc nhau seõ tuaân theo ñònh luaät phaân boá Gaus . Xaùc suaát P(m1,m2) nhaän ñöôïc giaù trò ño naèm trong khoaûng giöõa m1, m2 ñöôïc vieát döôùi daïng bieåu thöùc : trong ñoù p(m) laø maät ñoä xaùc suaát cuûa giaù trò m cuûa ñaïi löôïng ño Tính trung thöïc laø chaát löôïng cuûa thieát bò ño coù sai soá ngaãu nhieân nhoû theå hieän ôû choã keát quaû cuûa caùc leàn ño taäp trung xung quanh giaù trò trung bình Tính ñuùng ñaén laø ñaëc tröng cuûa thieát bò ño coù sai soá heä thoáng nhoû : giaù trò xaùc suaát thöôøng gaëp cuûa ñaïi löôïng ño gaàn vôùi giaù trò thöïc Ñoä chính xaùc laø ñaëc tröng cuûa thieát bò cho caùc keát quaû ño ñôn leû gaàn vôùi giaù trò thöïc cuû ñaïi löôïng ño .Thieát bò chính xaùc ñoàng thôøi cuõng laø thieát bò coù ñoä trung thöïc laø ñuùng ñaén p(m) m p(m) m p(m) m p(m) m (a) (b) (c) (d) Hình4 :Caùc daïng keát quaû ño khaùc nhau (a)Sai soá heä thoáng vaø sai soá ngaãu nhieân lôùn , thieát bò khoâng ñuùng ñaén vaø khoâng trung thöïc (b) Sai soá heä thoáng lôùn sai soá ngaãu nhieân nhoû, thieát bò trung thöïc nhöng khoâng ñuùng ñaén (c) Sai soá heä thoáng nhoû , sai soá ngaãu nhieân lôùn , thieát bò ñuùng ñaén nhöng khoâng trung thöïc (d) Sai soá heä thoáng vaø sai soá ngaãu nhieân nhoû , thieát bò ñuùng ñaén trung thöïc vaø chính xaùc. Giaù trò thöïc :maät ñoä xaùc suaát 5. Chuaån caûm bieán Chuaån caûm bieán coù muïc ñích dieãn giaûi töôøng minh döôùi daïng ñoà thò hoaëc ñaïi soá, moái quan heä giöõa giaù trò m cuûa ñaïi löôïng ño vaø giaù trò s ño ñöôïc cuûa ñaïi löôïng ñieän ôû ñaàu ra coù tính ñeán caùc thoâng soá aûnh höôûng. Caùc thoâng soá aûnh höôûng naøy coù theå laø caùc ñaïi löôïng vaät lyù lieân quan ñeán ñaïi löôïng ño (maø caûm bieán raát nhaïy vôùi nhöõng bieán thieân cuûa chuùng), thí duï nhö chieàu vaø toác ñoä bieán thieân cuûa ñaïi löôïng ño. Chuùng cuõng coù theå laø caùc ñaïi löôïng khoâng lieân quan ñeán ñaïi löôïng ño nhöng taùc ñoäng ñeán caûm bieán trong quaù trình söû duïng vaø laøm thay ñoåi hoài ñaùp, thí duï caùc ñaïi löôïng aûnh höôûng cuûa moâi tröôøng nhö nhieät ñoä, ñoä aåm hay caùc ñaïi löôïng aûnh höôûng cuûa nguoàn nuoâi nhö bieân ñoä, taàn soá, ñieän aùp laøm vieäc cuûa caûm bieán. 5.1 Chuaån ñôn giaûn Chuaån ñôn giaûn chính laø keát hôïp caùc giaù trò hoaøn toaøn xaùc ñònh cuûa ñaïi löôïng ño vôùi giaù trò töông öùng cuûa ñaïi löôïng ñieän ôû ñaàu ra. Vieäc chuaån ñoaùn ñöôïc tieán haønh baèng moät trong caùc caùch sau: * Chuaån tröïc tieáp: caùc giaù trò khaùc nhau cuûa ñaïi löôïng ño laáy töø caùc maãu chuaån hoaëc caùc phaàn töû so saùnh coù giaù trò bieát tröôùc vôùi ñoä chính xaùc cao. * Chuaån giaùn tieáp: söû duïng keát hôïp caûm bieán caàn chuaån vôùi moät caûm bieán so saùnh ñaõ coù saün ñöôøng cong chuaån, caû hai ñöôïc ñaët trong cuøng ñieàu kieän laøm vieäc. 5.2 Chuaån nhieàu laàn Khi caûm bieán coù chöùa nhöõng phaàn töû coù ñoä treã (treã cô hoaëc treã töø ), giaù trò ño ñöôïc ôû ñaàu ra phuï thuoäc khoâng nhöõng vaøo giaù trò töùc thôøi cuûa ñaïi löôïng caàn ño maø coønphuï thuoäc vaøo giaù trò tröôùc ñoù cuûa ñaïi löôïng naøy. Trong nhöõng tröôøng hôïp nhö vaäy caàn phaûi aùp duïng phöông phaùp chuaån nhieàu laàn vaø ñöôïc tieán haønh nhö sau: * Ñaët laïi ñieåm 0 cuûa caûm bieán: ñai löôïng caàn ño vaø ñaïi löôïng ñaàu ra coù caùc giaù trò töông ñöông vôùi ñieåm goác, m = 0 vaø s = 0. * Ñöïng laïi ñaïi löôïng ñaàu ra: baèng caùch luùc ñaàu taêng giaù trò cuûa ñaïi löôïng caàn ño ôû ñaàu vaøo ñeán cöïc ñaïi, sau ñoù giaûm giaù trò ño. Caùc giaù trò bieát tröôùc cuûa ñaïi löôïng caàn ño cho pheùp xaùc ñònh ñöôøng cong chuaån theo caû hai höôùng ño taêng daàn vaø giaûm daàn. 6. Ñoä nhaïy Ñoä nhaïy S xung quanh moät giaù trò khoâng ñoåi mi cuûa ñaïi löôïng ño ñöôïc xaùc ñònh bôûi tyû soá giöõa bieán thieân s cuûa ñaïi löôïng ôû ñaàu ra vaø bieán thieân m töông öùng cuûa ñaïi löôïng ño ôû ñaàu vaøo: Thoâng thöôøng nhaø saûn xuaát cung caáp giaù trò cuûa ñoä nhaïy S töông öùng vôùi nhöõng ñieàu kieän nhaát ñònh cuûa caûm bieán. Ñieàu naøy cho pheùp ta löïa choïn ñöôïc caûm bieán thích hôïp vôùi ñieàu kieän ñaët ra cuûa maïch. Ñôn vò ño cuûa ñoä nhaïy phuï thuoäc vaøo nguyeân lyù laøm vieäc cuûa caûm bieán vaø caùc ñaïi löôïng lieân quan, thí duï: / 0C ñoái vôùi nhieät ñieän trôû V/ 0C ñoái vôùi caëp nhieät ñieän Ñoái vôùi caùc caûm bieán khaùc nhau cuøng döïa treân moät nguyeân lyù vaät lyù, trò soá cuûa ñoä nhaïy S coù theå phuï thuoäc vaøo vaät lieäu, kích thöôùc, hay kieåu laép raùp. Ngoaøi ra ñoä nhaïy coøn laø haøm cuûa caùc thoâng soá boå sung neáu nhö caùc thoâng soá naøy aûnh höôûng ñeán hoài ñaùp cuûa caûm bieán. Ñaây laø tröôøng hôïp cuûa ñieän aùp vaø taàn soá cuûa nguoàn nuoâi, nhieät ñoä moâi tröôøng, taàn soá bieán thieân cuûa ñaïi löôïng ño. 7. Ñoä nhanh – thôøi gian hoài ñaùp Ñoä nhanh laø ñaëc tröng cuûa caûm bieán cho pheùp ñaùnh giaù xem ñaïi löôïng ñaàu ra coù theo kòp veà thôøi gian vôùi bieán thieân cuûa ñaïi löôïng ño khoâng. Thôøi gian hoài ñaùp laø ñaïi löôïng ñöôïc söû duïng ñeå xaùc ñònh giaù trò soá cuûa ñoä nhanh. Caûm bieán caøng nhanh thì thôøi gian hoài ñaùp cuûa noù caøng nhoû. Ñoä nhanh tr laø khoaûng thôøi gian töø khi ñaïi löôïng ño thay ñoåi ñoät ngoät ñeán khi bieán thieân cuûa ñaïi löôïng ra s cuûa caûm bieán chæ coøn khaùc giaù trò cuoái cuøng moät löôïng giôùi haïn qui ñònh %. Trong tröôøng hôïp söï thay ñoåi cuûa ñaïi löôïng ño coù daïng baäc thang daãn ñeán söï taêng leân cuûa ñaïi löôïng ñaàu ra, khoaûng thôøi gian treã khi taêng leân, tdm laø thôøi gian caàn thieát ñeå ñaïi löôïng ñaàu ra s taêng töø giaù trò ban ñaàu cuûa noù ñeán 10% cuûa bieán thieân toång coäng cuûa ñaïi löôïng naøy vaø khoaûng thôøi gian taêng tm laø thôøi gian caàn thieát ñeå ñaïi löôïng ñaàu ra s taêng töø 10% ñeán 90% cuûa bieán thieân toång coäng cuûa noù. Hình5: Xaùc ñònh caùc khoaûng thôøi gian khaùc nhau ñaëc tröng cho cheá ñoä quaù ñoä t tdm tm tdc tc 0,9 0,1 S/S0 t m0 0 m 8. Giôùi haïn söû duïng caûm bieán Trong quaù trình söû duïng, caûm bieán luoân chòu öùng löïc cô khí hoaëc nhieät taùc ñoäng leân chuùng. Neáu caùc öùng löïc naøy vöôït quaù ngöôõng cho pheùp, chuùng seõ laøm thay ñoåi caùc ñaëc tröng laøm vieäc cuûa caûm bieán. Bôûi vaäy ngöoøi söû duïng phaûi bieát caùc giôùi haïn ngöôõng cuûa caûm bieán vaø tuaân thuû chuùng trong khi söû duïng caûm bieán. Vuøng laøm vieäc danh ñònh Vuøng naøy töông öùng vôùi nhöõng ñieàu kieän söû duïng bình thöôøng cuûa caûm bieán. Bieân giôùi cuûa noù laø caùc giaù trò ngöôõng maø caùc ñaïi löôïng ño, caùc ñaïi löôïng vaät lyù coù lieân quan ñeán ñaïi löôïng ño hoaëc caùc ñaïi löôïng aûnh höôûng coù theå thöôøng xuyeân ñaït tôùi maø khoâng laøm thay ñoåi caùc ñaëc tröng laøm vieäc danh ñònh cuûa caûm bieán. Vuøng khoâng gaây neân hö hoûng Laø vuøng maø giaù trò caùc ñaïi löôïng ño hoaëc caùc ñaïi löôïng lieân quan vöôït quaù ngöôõng cuûa vuøng laøm vieäc danh ñònh nhöng vaãn trong phaïm vi cuûa vuøng khoâng gaây hö hoûng, caùc ñaëc tröng cuûa caûm bieán coù nguy cô bò thay ñoåi nhöng nhöõng thay ñoåi naøy coù tính chaát thuaän nghòch, töùc laø khi trôû veà vuøng danh ñònh thì caùc ñaëc tröng cuûa caûm bieán cuõng phuïc hoài laïi ñöôïc giaù trò ban ñaàu cuûa chuùng. Vuøng khoâng phaù huyû Naèm ngoaøi vuøng khoâng gaây neân hö hoûng nhöng vaãn naèm trong vuøng khoâng phaù huyû. Taïi vuøng naøy caùc ñaëc tröng cuûa caûm bieán bò thay ñoåi maø khoâng theå hoài phuïc laïi ñöôïc khi trôû veà vuøng laøm vieäc danh ñònh Vuøng laøm vieäc danh ñònh Vuøng khoâng gaây neân hö hoûng Vuøng khoâng phaù huyû Vuøng phaù huyû Vuøng phaù huyû Hình 6: giôùi haïn söû duïng caûm bieán CHƯƠNG 9 THI CÔNG MẠCH ĐIỆN -Sau khi đã tính toán thiết kế trên cơ sở lí thuyết chúng em tiến hành thi công mạch điện. -Liệt kê các linh kiện cần mua . -Đầu tiên , lắp ráp thử trên testboard thí nghiệm số để kiểm tra linh kiện . -Viết chương trình điều khiển theo ngôn ngữ C trên máy tính trong phần mềm biên dịch ngôn ngữ C ra ngôn ngữ HEXA để có được file chương trình .HEX , rồi sau đó dùng phần mềm nạp bộ nhớ cho IC 89S52 thông qua cổng máy in . - Để đảm bảo không gặp sự cố khi lắp mạch , chúng em chọn phương pháp lắp ráp rồi kiểm tra từng bộ phận , sau khi bộ phận đó hoạt động tốt rồi mới lắp ráp bộ phận tiếp theo . CHƯƠNG 10 . KẾT LUẬN VÀ MỞ RỘNG ĐỀ TÀI . Sau mười tuần thực hiện với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ của cô giáo NGUYỄN THÚY ANH , đồ án tốt nghiệp của em đã hoàn thành đúng thời gian qui định theo yêu cầu đặt ra ban đầu là thiết kế một mạch đo nhiệt độ hiển thị ra đèn LED . Để thực hiện được yêu cầu trên , chúng em đã nghiên cứu tìm hiểu những vấn đề về vi điều khiển , vi xử lí , các phương pháp biến đổi tương tự- số , các phương pháp đo nhiệt độ , vấn đề phối hợp tín hiệu giữa các bộ phận , bộ khuếch đại thuật toán và một số vấn đề khác liên quan đến đề tài . Nội dung chính của đề tài bao gồm những phần sau : -Nghiên cứu về vấn đề chuyển đổi ADC và vấn đề giải mã và hiển thị số . -Vấn đề biến đổi nhiệt điện . -Khảo sát các bộ phận . -Vấn đề ghép nối giữa các bộ phận . -Vấn đề lắp ráp thành mạch tổng thể . -Vấn đề lập trình cho IC vi điều khiển . -Vấn đề đo lường . -Thi công mạch điện và kiểm tra . Theo nhận định chủ quan cua riêng em thì đồ án đã trình bày tương đối đầy đủ các nội dung những kiến thức liên quan , và giải quyết được những yêu cầu đặt ra . Tuy nhiên , do thời gian cũng như trình độ chuyên môn có hạn nên còn nhiều thiếu sót . Ở đây chỉ giải quyết được yêu cầu là : đo nhiệt độ được trong khoảng từ 0 đến 99 oC , hiển thị được ra đèn LED7 thanh . Mở rộng đề tài : -Đo được nhiệt độ ở nhiều mức khác nhau và ta có thể điều chỉnh được điều đó hay lập trình cho IC vi điều khiển để cho nó tự điều chỉnh . -Có thể giao tiếp với máy tính để điều khiển khống chế nhiệt độ . Đồ án này chỉ mang tính chất giúp làm quen với thế giới thực của các IC lập trình số . Qua đề tài , em đã được tiếp thu rất kiến thức thực tế nhiều về lập trình , về các phương pháp biến đổi ADC và kinh nghiệm thực tế về thi công lắp ráp mạch điện … Sau cùng một lần nữa em xin chân thành cảm ơn cô giáo Nguyễn Thúy Anh và các thầy cô trong khoa Điện tử - Viễn thông đã tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt những năm học vừa qua . Xin chân thành cảm ơn những bạn sinh viên đã đóng góp những ý kiến quí báu đề tài này thành công tốt đẹp. Tài liệu tham khảo Kĩ thuật vi xử lí – tác giả Văn Thế Minh . Đo lường điện tử - Phạm Văn Tuân . Cấu trúc và lập trình họ vi điều khiển 8051 – T/g: Nguyễn Tăng Cường - Phạm Quốc Thắng . Đo lường và điều khiển bằng máy tính – T/g : Ngô Diêm Tập . Kĩ thuật số thực hành – T/g: Huỳnh Đắc Thắng . Ngoài ra còn một số tài liệu khác nữa .