BỘ CÔNG THƯƠNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NA

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BÀI TẬP: VMTT- VMS
Đề Số:2
Họ và tên SV: Đào Khả Thắng
Khóa: 8

Nhóm: 2 Lớp: TDH3 –K8

khoa: Điện.
NỘI DUNG

Đề tài: Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế đo cảnh báo nhiệt độ sử dụng
cặp nhiệt ngẫu.
Yêu cầu:
-

- dải đo từ toC= 0oC đến tmax= 100 + 100*n

o

C.

Đầu ra chuẩn hóa với các mức điện áp: 1. U= 0 tới -5V
I = 4 tới 20mA

Dùng cơ cấu đo chỉ thị.
Kho nhiệt độ trong giới hạn bình thường: toC = 0 tới tmax/2. Thiết kế mạch nhấp nháy
cho Led với thời gian sáng tối bằng nhau bằng: t=(1+0.5*a) giây.
Đưa tín hiệu ra còi cảnh báo khi nhiệt độ vựợt quá giá trị: toc= tmax/2
Dùng ADC 0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân, xây dựng bộ hiển thị BCD
Trong đó: a là chữ số danh sách hàng đơn vị
N số thứ tự sinh viên trong danh sách.
-

-

Phần thuyết minh
Yêu cầu về bố cục nội dung:
-

Chương 1: Tổng quan về mạch đo
Chương 2: Giới thiệu về các thiết bị chính
Chương 3: Tính toán thiết kế mạch cần đo
+ Tính toán lựa chọn cảm biến.
+ Tính toán thiết kế nguồn cung cấp
+ Tính toán các mạch khuếch đại chuẩn hóa, khuếch đại
+ Tính toán mạch nhấp nháy Led
+ Tính toán thiết kế mạch cảnh báo...

Kết kuận và phương hướng phát triển.
Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8



Sinh Viên: Đào khả Thắng
Mã sinh viên: 0841240213
Số thứ tự: n = 57  a= 7
Dải Đo: 0  670oC
Thời gian đèn sáng tối bằng nhau: t= 1+ 0.5*7 = 4.5 oC
Nhiệt độ cảnh báo : 335oC
Chương 1: Tổng quan về mạch đo

1/ Tầm quan trọng của việc kiểm soát nhiệt độ trong công nghiệp
Có thể nói, nhiệt độ là một đại lượng vật lý được quan tâm nhiều không những
trong lĩnh vực đời sống sinh hoạt mà còn trong sản xuất công nghiệp. Trong công
nghiệp sản xuất nói chung, nhiệt độ là yếu tố quan trọng quết định đến chất lượng
của sản phẩm công nghiệp. Do đó, con người lun muốn kiểm tra và kiểm soát đại
lượng vật lý này. Để giải quyết điều này đã có nhiều phương pháp đo nhiệt độ khác
nhau được đưa ra như: phương pháp đo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt ngẫu, điện trở
kiêm loại, IC cảm biến nhiệt độ…
2. Sơ đồ khối mạch đo nhiệt độ sử dụng ic
Mạch đo gồm 6 khối cơ bản sau:
• Khối nguồn
• Khối cảm biến
• Khối chuẩn hóa
• Khối so sánh
• Khối cảnh báo
• Khối hiển thị

Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8



Hình 1.1: Sơ đồ khối mạch đo nhiệt độ
Chức năng chính của từng khối:
• Khối nguồn: cấp nguồn chuẩn cho các khối còn lại làm việc.
• Khối cảm biến: biến đổi tiến hiệu nhiệt độ thành tín hiệu điện áp.
• Khối chuẩn hóa: điện áp vào lấy từ khối cảm biến được chuẩn hóa thành
chuẩn công nghiệp với: tín hiệu điện áp U: 0 ÷ -5V, tín hiệu dòng điện:
4÷20mA.
• Khối so sánh: giám sát sự thay đổi của nhiệt độ, phát tín hiệu điều khiển
cho khôi cảnh báo.
• Khối cảnh báo: cảnh báo bằng đèn led khi nhiệt độ ở trong giới hạn cho
phép, phát tín hiệu cảnh báo bằng còi khi nhiệt độ vượt ngưỡng giới hạn.
• Khối hiển thi: hiển thị nhiệt độ…
Chương 2: Giới thiệu về các thiết bị chính
1. Thiết bị cảm biết nhiệt độ (nhiệt ngẫu)
a. Cấu tạo cặp nhiệt ngẫu còn gọi là can nhiệt

b. Nguyên lý hoạt động- cấu tạo chi tiết

Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8


-

-

Cặp nhiệt ngẫu gồm có 2 thanh kim loại A và B khác nhau về bản chất hóa học
được đặt song song với nhau và hàn gắn 1 đầu chung với nhau, đầu này được

đưa vào môi trường cần đo.
2 đầu còn lại dùng để lấy điện áp ra (U) tương ứng với mỗi mức nhiệt khác
nhau cỡ mA.
Nguyên lý: Gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là
đầu nóng ( hay đầu đo), hai đầu còn lại gọi là đầu lạnh ( hay là đầu
chuẩn ). Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh thì
sẽ phát sinh 1 sức điện động V tại đầu lạnh. Một vấn đề đặt ra là phải
ổn định và đo được nhiệt độ ở đầu lạnh, điều này tùy thuộc rất lớn vào
chất liệu. Do vậy mới cho ra các chủng loại cặp nhiệt độ, mỗi loại cho ra
1 sức điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T.

Các loại cặp nhiệt ngẫu:
TYP
E

B

R

S

JIS C 1602
Temp.
Toleran
Grad
range
ce
e
(°C)
(°C)


ANSI MC 96.1
Temp.
Toleran
Grad
range
ce
e
(°C)
(°C)

+200+17
± 4°C or +800+17
0.5
STD ± 0.5%
00
± 0.5%
00

0+1600 0.25

0+1600 0.25

K
0+1000

0.4

STD


± 1,5°C
or
± 0,25%

SPC

± 0,6°C
or
± 0,1%

STD

± 1,5°C
or
± 0,25%

SPC

± 0,6°C
or
± 0,1%

STD

± 2.2°C
or
± 0.75%

± 1.5°C
or

0+1450
± 0.25%

± 1.5°C
or
0+1450
± 0.25%

± 1.5°C
or
± 0.4%

0+1200 0.75 ± 2.5°C
or
± 0.75%

Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8

0+1250

SPC ± 1.1°C
or
± 0.40%

DIN 43710
Temp.
Toleran
range

ce (°C)
(°C)

EN 60584-2
Temp.
Grad Toleran
range
e
ce (°C)
(°C)
±
2 0.0025*|
t|
+600+17
00
± 4°C or
3 ± 0.005*
|t|
± 1°C or
±
0+600
± 3°C
1 [1+0.003
* (T1100)]°C
0-1600
± 1,5°C
+600+16
or
± 5°C
2

00
± 0.0025
* |t|
± 1°C or
±
0-600
± 3°C
1 [1+0.003
* (T1100)]°C
0-1600
± 1,5°C
or
600-1600 ± 5°C
2
± 0.0025
* |t|
0+400
± 3°C
± 1,5°C
or
400+120 ± 0.75°C -40+1000 1
± 0.004*
0
|t|
-40+1200 2 ± 2,5°C
or
± 0.0075


1.5


± 2.5°C
or
± 1.5%

0+1000 0.25

± 1.5°C
or
± 0.4%

-200-0

-200-0

STD

± 2.2°C
or
± 2%

-200+40

3

STD

± 2.2°C
or
± 0.75%


-40+1000

1

SPC

± 1.1°C
or
± 0.40%

-40+1200

2

STD

± 2.2°C
or
± 2%

-200+40

3

STD

± 1,7°C
or ±
0.50%


-40-800

1

SPC

± 1°C or
± 0.40%

-40-900

2

STD

± 1.7°C
or
± 1%

-200-40

3

STD

± 2.2°C
or
± 0.75%


0+1250
± 2.5°C
0+1200 0.75
or
± 0.75%

N

-200-0

1.5

± 2.5°C
or
± 1.5%

0.4

± 1.5°C
or
± 0.4%

0+800

-200-0

-200-0

E


1.5

± 2.5°C
or
± 1.5%

0.4

± 1.5°C
or
± 0.4%

0+750

-200-0

-

-200-0

-

0.400

-

± 3°C

0+750


1
-40+750

0.75

± 2.5°C
or
± 0.75%

SPC

± 1.1°C
or
400+900 ± 0.75°
± 0.4%

2

0.4

± 0.5°C
or
± 0.4%

STD

± 0.5°C
or
± 0.4%


1

0+350
T

-

0+900
± 2.5°C
0.75
or
± 0.75%

J

-

0.75

± 1°C or
± 0.75%

1.5

± 1°C or
± 1.5%

0+350

-200-0


SPC

± 1°C or -200+400 ± 3°C
± 0.75%

STD

± 1°C or
± 1.5%

-40+350
2

-200+40

3

* |t|
± 2,5°C
or
± 0.015*
|t|
± 1,5°C
or
± 0.004*
|t|
± 2,5°C
or
± 0.0075

* |t|
± 2,5°C
or
± 0.015*
|t|
± 1,5°C
or
± 0.004*
|t|
± 2,5°C
or
± 0.0075
* |t|
± 2,5°C
or
± 0.015*
|t|
± 1,5°C
or
± 0.004*
|t|
± 2,5°C
or
± 0.0075
* |t|
± 0,5°C
or
± 0.004*
|t|
± 1°C or

± 0.0075
* |t|
± 1°C or
± 0.015*
|t|

Ở đây tôi chon cặp nhiệt ngẫu TCJ, do cặp nhiệt ngẫu TCJ đáp ứng đủ yêu cầu
của đề giao cho.

Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8


Hình 2.1 ảnh cặp nhiệt ngẫu TCJ

-

Thông số kỹ thuật:

Môi trường đo

• Không khí
• Nước

Độ chính xác

± 1 độ C

Nhiệt độ đo tối đa


800 độ C

Nhiệt độ tối thiểu

0

Xuất xứ

Trung Quốc

2. Bộ khuếch đại thuật toán µA741 :

Trong kỹ thuật đo lường và cảm biến KĐTT được sử dụng nhiều với các chức
năng chính: khuếch đại điện áp, dòng điện, khuếch đại công suất, … Trong phạm vi đề
tài này ta sử dụng KĐTT µA741 có hình ảnh thực tế như sau:

Hình 2.2: Khuếch đại thuật toán µA741
Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8


Tên gọi và chức năng của các chân:
• – Offset null: bù tần số.
• Inverting Input: cửa vào đảo.
• Non Inverting Input: cửa vào không đảo.
• – Vee : chân cấp nguồn âm.
• + Offset null: bù tần số.
• Output: cửa ra.

• +Vcc: chân cấp nguồn dương.
• NC: không sử dụng.
Thông số kỹ thuật:
• Hệ số khuếch đại mạch hở (K0): 105 .
• Tổng trở cửa vào (ZI): 1MΩ.
• Tổng trở cưa ra (ZO): 150Ω.
• Dòng điện phân cực cửa vào: 0,2µA.
• Điện áp lệch ngõ vi sai: 2mV.
• Dải tần số cho phép: 1MHz.
• Tốc độ quét: 0,5V/µs.
3. IC ổn áp LM7812, LM7912 và LM7805

Tổng quan: Họ LM78XX ổn áp +XX(V)
Họ LM79XX ổn áp –XX(V)
Chức năng: IC thuộc họ LM78xx và LM79xx mạch tích hợp có chức năng tạo điện
áp ra một chiều ổn định khi mức điện áp đầu vào thay đổi, với xx là điện áp ra tương
ứng. vd: LM7812 có Vout=+12V; LM7912 có Vout=-12V
Hình ảnh thực tế: về hình dạng cũng như kích thước, khoảng cách chân thì cả 3 IC
kể trên gần giống nhau.

Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8


Hình 2.3: IC ổn áp LM7912

Thông số kỹ thuật:
Thông số
Điện áp đầu vào

Điện áp đầu ra
Dòng diện đầu ra (Max)
Nhiệt độ hoạt động

LM7812
14.5V ÷ 35V
+12V
1A

LM7912
-12V
1A
o
-40 C ÷ 125 o C

LM7805
8V÷30V
+5V
1A

4. IC tạo xung vuong NE555

Chức năng: IC 555 là một mạch tích hợp, được sử dụng khá phổ biến trong việc
tạo ra xung vuông điện áp không yêu cầu về độ chính xác cao cũng như tần số lớn.
Sơ đồ các khối, chân NE555:

Hình 2.4: Hình ảnh thực tế, sơ đồ chân và sơ đồ khối của NE555
•

Chân 1 (GND): cho nối GND để lấy nguồn cấp cho IC hay chân còn gọi là chân

chung.

•

Chân 2 (TRIGGER): đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được dùng
như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp. Mạch so sanh ở đây dùng các
transitor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3 Vcc.

Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8


•

Chân 3 (OUTPUT): chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic. Trạng thái của
tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1. 1 ở đây là mức cáo nó tương ứng
gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng trong
thực tế nó không được ở mức 0V mà nó trong khoảng (0.35- >0,75V).

•

Chân 4 (RESET): dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối masse thì
ngõ ra ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức cao thì trạng thái ngõ ra phụ
thuộc vào điện áp chân 2 và chân 6 Nhưng mà trong mạch để tạo được dao
động thường nối chân này lên Vcc.

Chân 5 (CANTROL VOLTAGE): dùng thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555 theo
các mức biển áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài nối GND. Chân này có thể
không nối cũng được nhưng để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân 5

xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF này lọc nhiễu và giữ cho điện áp
chuẩn được ổn định.
• Chân 6 (THRESHOLD): là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác
và cũng được dùng như 1 chân chốt dữ liệu.
•

•

Chân 7 (DISCHAGER): có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu điều
khiển bởi tầng logic của chân 3. Khi chân 3 ở mức điện áp thấp thì khóa này
đóng lại, ngược lại thì nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho mạch RC lúc IC 555
dùng như 1 tầng dao động.

•

Chân 8 (VCC): đây là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động.

Thông số kỹ thuật:
5 - Nguồn hỗ trợ: +18V.
6 - Công suất tiêu thụ: 600mW.
7 - Nhiệt độ hoạt động: 0 o C ÷70 o C.

5. Bộ chuyển đổi tương tự số ADC0804

Chức năng: biến đổi tín hiệu điện áp tương tự đầu vào thành tín hiệu số với độ
phân giải 8bit.

Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8



Hình 2.5: Sơ đồ chân ADC0804
Tên và chức năng của từng chân:
Chân
số

Tên

Chức năng

1

Chip select

Chân trọn chip, đầu vào tích cực mức thấp để kích hoạt
chíp

2

Read

Tín hiều đầu vào chuyển từ cao xuống thấp để xuất dữ
liệu đã được chuyển đổi tới các chân đầu ra

3

Write

Tín hiệu đầu vào chuyển từ thấp lên cao để bắt đầu

quá trình chuyển đổi

4

Clock IN

Chân đầu vào để kết nối với đồng hồ bên ngoài

5

Interrupt

Chân ra: tín hiệu ra ở mức thấp khi quá trình chuyển
đổi kết thúc

6

Vin (+)

Điện áp đầu vào mức cao của tín hiệu Analog

7

Vin (-)

Điện áp đầu vào mức thấp của tín hiệu Analog

8

Analog

Ground

Chân nối đất cho tín hiệu Analog

9

Vref/2

Chân đầu vào đặt giá trị điện áp tham chiếu cho tín
hiệu Analog

10

Digital
Ground

Chân nối đất cho tín hiệu Digital

11÷18

D7÷D0

Chân ra của tín hiệu Digital

Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8


19


Clock R

20

Vcc

Sử dụng cùng với chân Clock IN khi sử dụng đồng hồ
bên trong của ADC
Chân cấp dương nguồn, hỗ trợ 5V

6. Bộ cộng nhị phân 4 bit 74LS83

Chức năng: tương tự như các bộ cộng nhị phân khác, IC số 74LS83 có là mạch tích
hợp với khả năng cộng hai số nhị phân 4 bit cho ra kết quả tương đối nhanh.
Sơ đồ chân 74LS83:
•

A1÷A4: các chân đầu vào số 4 bit thứ nhất.

•

B1÷B4: các chân đầu vào số 4 bit thứ hai.

•

C0: số nhớ đầu vào.

•


∑1÷∑4: các chân đầu ra của phép cộng.

•

C4: chân đầu ra của số nhớ.

•

Vcc: chân cấp nguồn 5V.

•

GND: chân nối đất.

Hình 2.6: Sơ đồ chân 74LS83

Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8


Hình 2.7: Sơ đồ khối 74LS83
7. Bộ giải mã LED 7 thanh Anot chung 74LS247

Chức năng: từ số BCD đầu vào chuyển đổi thành tín hiệu đầu ra phục vụ hiển thị cho
Led 7 thanh
Sơ đồ chân:

Hình 2.8: Sơ đồ chân 74LS247


Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8


Hình 2.9: Bảng trạng thái 74LS247
8. Led 7 thanh Anot chung

Chức năng: Led 7 thanh là một linh kiện được sử dụng khá là phổ biến trong các
mạch điện tử hiển thị số. Tùy vào nhu cầu hiển thị mà người ta chia thành các loại led
khác nhau: led đơn, led đôi, led ba,… theo cách kết nối: led 7 thanh kiểu Anot chung,
led 7 thanh kiểu Catot chung.
Sơ đồ chân led 7 thanh đơn:

Hình 2.10: Sơ đồ chân led 7 thanh
9. Bộ cộng logic DM74LS32

Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8


Chức năng: IC DM74LS32 là mạch tích hợp dùng để cộng logic hai tín hiệu đầu vào và
trả về kết quả cộng ở chân đầu ra.
Sơ đồ chân:
•

1A-1B÷4A-4B: đầu vào tín hiệu logic cần cộng.

•


Y1÷Y4: kết quả của phép cộng logic tương ưng.

•

Vcc: chân cấp nguồn cho IC hoạt động, hỗ trợ nguồn 5V.

•

GND: chân nối đất.

Hình 2.11: Sơ đồ chân 74LS32
Thông số kỹ thuật:
•

Điện áp nguồn cấp hỗ trợ: 5V.

•

Điện áp ra mức cao: 2V.

•

Điện áp ra mức thấp: 0.8V.

•

Dòng điện ra mức cao/thấp: 0.4/8 mA.

•


Nhiệt độ môi trường làm việc: 00C÷70oC.

10. Bộ nhân logic SN74LS08

Chức năng: IC SN74LS08 là mạch tích hợp dùng để nhân logic hai tín hiệu đầu vào và
trả về kết quả nhân ở chân đầu ra.
Sơ đồ chân:
•

1A-1B÷4A-4B: đầu vào tín hiệu logic cần nhân.

•

Y1÷Y4: kết quả của phép nhân logic tương ưng.

•

Vcc: chân cấp nguồn cho IC hoạt động, hỗ trợ nguồn 5V.

• GND: chân nối đất.
Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8


Hình 2.12: Sơ đồ chân SN74LS08
Thông số kỹ thuật:
•


Điện áp nguồn cấp hỗ trợ: 5V.

•

Điện áp vào mức cao: >2V.

•

Điện áp vào mức thấp: <0.8V.

•

Điện áp ra mức cao: 2.7V.

•

Điện áp ra mức thấp: 0.5V.

•

Dòng điện ra mức cao: 20µA (Vcc=Max, VIN=2.7V).

•

Dòng điện ra mức thấp: -0.4mA(Vcc=Max, VIN=0.4V) .

•

Nhiệt độ môi trường làm việc: 00C÷70oC.


11. Trong bài này còn sử dụng đến các linh kiện khác như: điện trở, biến trở, tụ không

phân cực, tụ phân cực, diode, cầu diode chỉnh lưu, … do những linh kiện kể trên đã
quá quen thuộc với bất cứ ai đã tìm hiểu về điện tử nói riêng và điện nói chung nên
trong phạm vi nội dung báo cáo này tôi xin phép không đề cập lại để chánh mất thời
gian của quý thầy cô và các bạn đọc.

Chương 3: Tính toán mạch thiết kế mạch cần đo
CJ
+
670.00

+37.3
-

mV

TC2
TCJ

Hình 3.1: sơ đồ nguyên lý cảm biến

3.1 Tính toán, thiết kế mạch nguồn
Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8


a) Tính toán, lựa chọn linh kiện
Do các bộ khuếch đại thuật toán dùng trong mạch sử dụng nguồn đối xứng DC ±12V

và các IC số sử dụng nguồn DC 5V nên mạch nguồn được thiết kế như sau:
•

Sử dụng 2 IC ổn áp LM7812 và LM7912 để tạo nguồn đối xứng DC ±12V;
IC ổn áp LM7805 để tạo nguồn áp 5V DC;

•

Do chủ yếu sử dụng nguồn điện xoay chiều 220V nên chọn điện áp đầu
vào khối nguồn là: 220V AC.

•

Để IC ổn áp có thể làm việc được ổn định cần tạo ra nguồn áp một chiều
đầu vào lớn hơn điện áp cần ổn định từ 3÷5V nên:
Chọn hệ số biến đổi của biến áp: 220V/20V;
Sử dụng cầu diode 2W005G để tạo điện áp DC: khi đó điện áp trên cửa
ra của cầu sẽ là:

•

Tính toán mạch lọc: C1=
Trong đó: m tần số đập mạch.
= 2×π×f=100π
R=
Chọn K=0.02(để được phẳng nhất)

Khi đó C1= 3970µF ta chọn C1=4700µF gần thực tế nhất, và C2 ta chọn tụ gốm bằng
104 để lọc các hài cao, bởi tụ gốm lọc được các tần số cao.
•


Kết quả ta được các điện áp DC ở cửa ra la: -12V DC, +12V DC, +5V DC.

b) Sơ đồ mạch nguyên lý

Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8


Hình 3.2: Sơ đồ mạch nguyên lý khối nguồn
3.2 Tính toán mạch chuẩn hóa U-I
a) Tính toán mạch chuẩn hóa ra U= 0 ÷ -5V
( trang98 – Giáo trình)

Điều kiện: R7×R4= R6×R5

(1)

Từ đó ta xác định dòng biểu thức ra:
Uo= (UI2 – UI1)

× ( + 1) ×

(5)

Từ phương trình (1) và (5):
Khi IL= 0 ÷ -5V và UI1= 0 ÷ 37,3mV
Ta xác định được:
R1 = 1k

R2 =4k
R3 = 5k
R4 = 373Ω R5 = 5k
R6 = 373Ω
R7 =5k
b) Tính toán mạch chuẩn hóa I= 4 ÷ 20mA
-

(trang 95 giáo trình)

Điều kiện: R1×R4= R2×R3

(3)

Từ đó ta được áp biểu thức ra:
IL=(UI2-UI1)××

(4)

Từ (3) và (4) ta có:
R1 = 373Ω

R2 =16KΩ

Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8

R3 = 373Ω


R4 = 373Ω

R5 = 100Ω


R12

R9

R11

4k

373

R10

R13

R14

5k

373

5k

5k

CJ

+
335.00

+88.8
-

mV

R8
1k

TC2
TCJ

R18(1)

R18

R17

R19

373

16k

100

R16


R15

373

16k
mA

+88.8

c) Tính toán, thiết kế mạch nháy Led và cảnh báo
- Yêu cầu:

Trong giới hạn bình thường: toC = 0oC ÷ 335oC, Led nháy với thời gian sáng tối
bằng nhau t = (1+0.5*a) = 4.5s
Cảnh báo bằng còi khi khi nhiệt độ lớn hơn 335oC.
d) Tính toán, thiết kế mạch so sánh phát hiện ngưỡng nhiệt độ

Với yêu cầu trên ta thực hiện thiết kế mạch so sánh sử KĐTT µA741.
Tại 335oC điện áp đầu ra của cảm biến: Ucb=0.05×335=18.3 mV
Do đó mạch chuẩn hóa: Uch= -2.45V
Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8

+88.8
Volts


Do mạch so sánh không thể làm việc so sánh ở điện áp âm nên ta khuếch đại
đảo điện áp Uch với hệ số K=-1, cho ra nguồn Uch>0 để mang đi so sánh

Khi T=335oC thì mạch chuẩn hóa ra U=2.45V
Vậy muốn chuông kêu khi vươt quá 355oC thì Uch=2,45 để so sánh
e) Tính toán khối cảnh báo.
U59

+5V

U59(D)

NOT

D1

8
R

U58(POS_IP)

Q
DC

CV

C14
0.01uF
02

U57
NE555


TR

C10

GND

OPAMP

220

7

TH

6

LED-RED

R27

R28

10k

10k
+5V

1

5


R29

3

0

4

VCC

U58

650uF

Khoi Canh Bao

Theo đề yêu cầu thì đèn phải nháy 4.5s và còi kêu khi t>355oC
-

Tính toán khối so sánh.
+ Ở đây ta không tính toán nhiều, mà chỉ là so sánh điện áp U ch khi nhiệt độ
vượt qua mức 335oC khi đó ta dùng một nguồn chuẩn là
pin (cell) để có 1
nguồn ổn định và chuẩn để so sánh với áp khi nhiệt độ cần cảnh báo là 2.45V
đã được khuếch đại tính toán ở trên.
U7

NOT


R4
220

-

-

D2
LED-RED

Khi nhiệt độ vượt qua mức cảnh báo thì lập tức điện áp từ khối chuẩn hóa U
sẽ vượt qua mốc 2.45V (2.45V ở đây tương ứng với 335oC) thì mạch so sánh
lập tức đẩy xuống điện áp thấp  khi đó chân số 4 của IC555 bị cấp điện áp
thấp nên IC555 ngừng tạo xung và dừng, đồng thời điện áp thấp này đi qua
NOT ( tương tự như tín hiệu 0 và 1) điện áp này sẽ bị đảo khi qua con NOT này
và cũng là nguồn cấp cho chuông báo kêu.
Tính toán khối IC 555 để cảnh báo và cho led nháy 4.5s

Ở đây ta tính 4.5s= R×C (trang 66 giáo trình)
Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8


Tôi chọn R=10k vậy C = 450uF

Thông số kỹ thuật của đèn Led sử dụng trong mạch:

•


Màu sắc: Đỏ.

•

Kích thước: 0.5mm.

•

Điện áp định mức: 1.8÷2V.

•

Dòng định mức 10÷25mA.

Chọn điện trở hạn dòng cho led R13=220Ω.

f)

Tính toán điện áp so sánh của chân VREF/2 để hiển thị ra Led 7 đoạn

Do điện áp đầu ra của cảm biến thay đổi 0.05mV/oC nên ta thực hiện tính toán
điện áp cấp vào chân VREF/2 sao cho một bước nhảy của ADC tương ứng với
10mV để giá trị số nhị phân đầu ra ADC tương ứng là giá trị nhiệt độ.
Ta có:
Đặt a= =
=2.85 (V)
Vậy cần cấp vào chân VREF/2 một điện áp tham chiếu có giá trị 2.85V. ta có thể
tạo điên áp 2.85V bằng cầu phân áp để được 1 nguồn chuẩn.
g) Chuyển mã nhị phân 8 bit thành mã BCD và hiển thị trên led 7 thanh


Để thực hiện việc chuyển đồi mã nhị phân 8 bit sang mã BCD ta dùng IC 74LS83 để
thực hiện cộng các số nhị phân tương ứng. Nhưng trước hết để làm được điều này,
cần xét tới sự tương quan giữa loại mã: mã thập phân, mã nhị phân và mã BCD. Ta có
bảng sau:

Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8


Nhận thấy:
•

Khi giá trị <10 thì mã nhị phân và mã BCD hoàn toàn giống nhau.

•

Khi giá trị ≥10 để có mã BCD ta phải cộng thêm 6 vào mã nhị phân.

Để giải quyết vấn đề hiệu chỉnh này trước tiên ta sẽ thực hiện một mạch phát hiện
kết quả trung gian của mạch cộng 2 số nhị phân 4 bit. Mạch này nhận kết quả trung
gian của phép cộng 2 số nhị phân 4 bit và cho ở ngõ ra Y=1 khi kết quả này ≥ 10,
ngược lại Y=0.
Ta có bảng sự thật:

Ta không dùng ngõ vào S’1 vì từng cặp trị có C’4S’4S’3S’2 giống nhau thì
S’1 = 0 và S’1 = 1.
Dùng bảng Karnaugh xác định được:

Họ và Tên: Đào khả Thắng

Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8


Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý mạch cộng hai số nhị phân 4 bit
Như vậy ta đã chuyển được số nhị phân 4 bit thanh mã BCD.
Ở bít thứ 5: (giá trị thập phân tương ứng là 16). Vì vậy, ta sẽ cộng 6 vào khối mạch
hiển thị đơn vị, và cộng 1 vào khối hiển thị hàng chục.
Ở bít thứ 6: (giá trị thập phân tương ứng là 32). Vì vậy, ta sẽ cộng 2 vào khối mạch
hiển thị đơn vị, và cộng 3 vào khối hiển thị hàng chục.
Ở bít thứ 7: (giá trị thập phân tương ứng là 64). Vì vậy, ta sẽ cộng 4 vào khối mạch
hiển thị đơn vị, và cộng 6 vào khối hiển thị hàng chục. Đến đây có thể sẽ xuất hiện
chàn biết ở hàng chục vì thế ta dùng mạch trung gian để cộng 1 vào hàng trăm.
Ở bít thứ 8: (giá trị thập phân tương ứng là 128). Vì vậy, ta sẽ cộng 8 vào khối mạch
hiển thị đơn vị, cộng 2 vào khối hiển thị hàng chục và cộng 1 vào khối hiển hàng trăm.
Đến đây việc chuyển đổi mã nhị phân 8 bit thành mã BCD đã hoàn thành. Tiếp đến là
việc hiển thị mã BCD lên Led 7 thanh. Để hiển thị số thập phân tương ứng với mã
BCD vừa chuyển đổi ta chỉ việc kết nối đầu ra của bộ cộng hàng đơn vị, hàng chục và
hàng trăm với IC 74LS247 và Led 7 thanh.
-

ở đây ta nhân 3 tất cả lên và làm y hệt như trên để hiển thị ra được nhiệt độ
đề cho.

SAI SỐ: từ 1oC tới 8oC hoặc hơn. Phụ thuộc vào Vref/2

Khi nhân thêm 3 bit để giảm sai số nhưng vẫn chưa khắc phục được tình trạng
sai số nhiều, sai số lên đến 8 độ C, ta sẽ đi tới phần phát triển và khắc phục sai
số.


-

Ở đây tuy hơi sai đề nhưng lại khắc phục được khá nhiều sự sai số của ADC
0804 do vượt quá số bit hiển thị, ta sẽ kéo dãn bước nhảy cho ADC 0804 để
giảm sai số, phương pháp này ta khuếch đại từ chân cảm biến lên 100 lần và

Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8


sai số sẽ vào khoảng 1 tới 4 độ khắc phục khá nhiều sai số khi dùng phương
pháp trên. Cụ thể mạch chuẩn hóa khuếch đại sẽ ở dưới.
IMạch chuẩn hóa khuếch đại 100 lần

TC1

R7

R21

4k

1k

R22

TCJ

10k


-

R6

mV

+37.3

670.00

1k

+
CJ

R20

R23

R24

5k

1k

10k

Tính toán tương tự như mạch chuẩn hóa U: 0 tới -5V
Điều kiện: R7×R4= R6×R5


(1)

Từ đó ta xác định dòng biểu thức ra:
Uo= (UI2 – UI1)

× ( + 1) ×

(5)

Từ phương trình (1) và (5):
Ta chọn:
R1 = 1k
R4 = 1k

R2 =4k
R5 = 10k

R3 = 5k
R6 = 1k

R7 =10k

Khi đó hệ số khuếch đại K=100
Mức cảnh báo: điện áp so sánh Uch=1.83V
Tương tự tính toán Vref/2 cho ADC0804 ta tính được Vref/2= 2.12944V
Khi đó mạch sai số ±4oC

Cách tính Vref/2 cho ADC0804:
-


Đặt a mức nấc nhảy cho ADC0804:

Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8

+3.73
Volts


a =(nhân 3 do nhân 3bit)
-

Khi đó Vref/2 sẽ bằng:

Vref/2= (V)
Nhận xét: Do tôi còn kém hiểu biết nên còn hạn chế và không tránh khỏi sự sai
sót mong thầy cô chỉ ra sai sót của bài, và em chân thành cảm ơn thầy cô và các
bạn đã giúp đỡ trong quá trình làm bài.

Ngoài ra ta còn có thể sử dụng các vi điều khiển như AVR, Pic, 8051,... để giải mã tín
hiệu Analog sang digital để triệt để sai số trong quá trình hiển thị và mã hóa.

Họ và Tên: Đào khả Thắng
Mã SV: 0841240213
Lớp: TDH3-k8