Mục lục
Nội dung Trang
Chương 1: Tổng quan về mạch đo điện áp 2
1.1. Cơ sở chung của phương pháp đo điện áp 2
1.2. Vôn mét sử dụng vi xử lí 3
1.3. Nguyên lí của mach đo điện áp xoay chiều 6
Chương 2: Thiết kế phần cứng 7
2.1. Khối công suất 7
2.2. Khối chia áp 7
2.3. Bộ chuyển đổi ADC 8
2.4. Vi xử lí AT89c51 12
2.5. Led 7 vạch 14
2.6. Kết nối với vi điều khiển 16
2.7. Sơ đồ nguyên lí 18
Chương 3: Thiết kế phần mềm
3.1. Thuật toán điều khiển 19
3.2. Code lệnh điều khiển 19
3.3. Kết quả mô phỏng 20
3.4. Kết luận 20
Tài liệu tham khảo 21
1
Chương 1. Tổng quan về mạch đo điện áp
1.1. Cơ sở chung
Khi đo điện áp, vôn mét được nối song song với tải trong mạch đo. Khi sử dụng
vôn mét để đo điện áp cần lưu ý các sai số sinh ra trong quá trình đo bao gồm:
- Sai số do ảnh hưởng của vôn mét khi mắc vào mạch đo
- Sai số do tần số.
Sai số của phép đo do ảnh hưởng của vôn mét lên mạch đo
Khi mắc vào mạch đo, vôn mét đã lấy một phần năng lượng của đối tượng đo nên
đã gây nên sai số
Khi chưa mắc Vôn mét vào điện áp rơi trên tải

với: R
e
= (R
ng
// R
t
) =
ngt
ngt
RR
RR
+
.
; R
v
là điện trở trong của vôn mét
Vậy sai số của phép đo điện áp bằng Vôn mét
l
à
:
2
V
e
Ve
e
t
Vt
u
R
R

ỉ
nh
:
U
t
= (1 +
u
γ
).U
v
Điều này rất quan trọng đối với phép đo điện áp của nguồn có điện trở trong lớn.
Vì vậy trên các dụng cụ đo điện áp chính xác hoặc dụng cụ vạn năg thường ghi
giá trị điện trở trong của nó.
1.2. Vôn mét sử dụng vi xử lí
NGUYÊN LÝ LÀM
VIỆC
Để nâng cao các tính năng của vônmét chỉ thị số người ta sử dụng
µ
P.
Xét một vônmét có vi xử lý được thực hiện theo phương pháp thời gian xung,
có sơ đồ khối
như
hình
:
3
Gồm các phần cơ
bản
:
- Bộ vào của vônmét: có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu vào U
x

bộ
tích phân được đưa đến đầu vào 2 của hệ so
sánh.
- Bộ tích phân: làm nhiệm vụ tạo tín hiệu răng cưa. Nó được liên hệ
với bộ vi xử lý để cho phép
t
rong
bất kỳ thời điểm nào cũng có thể cho ra các
xung khởi đầu tạo xung răng
cưa.
4
Xung răng cưa sau bộ tích phân sẽ được so sánh với một trong 3 điện áp:
điện áp “không”, điện áp cần đo
U
x

và điện áp chuẩn cực đại U
xmax
(tùy
thuộc vào trạng thái của bộ đổi nối MUX đưa tín hiệu vào bộ so sánh).
Kh
i

có
sự cân bằng điện áp giữa hai đầu vào của bộ so sánh thì đầu ra xuất hiện xung.
Xung này sẽ đưa đến mở
khoá
“timer” cho phép xung ở máy phát chuẩn đi
qua. Bộ vi xử lý sẽ điều khiển đếm số xung chuẩn
đó.

hờ
i
điểm bằng nhau
hệ so sánh cho ra tín hiệu tạo khoảng thời gian ∆t
2
và bộ vi xử lý đếm số
xung N
2
mà
xung
chuẩn đi qua timer trong khoảng thời gian ∆t
2
. Kết quả
cũng được nhớ
l
ạ
i
.
Tiếp theo vi xử lý nối đầu vào 1 của bộ so sánh với đầu vào 3 của bộ đổi
nối, tức điện áp mẫu U
0
, nó
xác

định
giá trị lớn nhất của toàn thang đo. Tại
thời điểm bằng nhau với tín hiệu răng cưa của đầu ra của bộ so
sánh
xuất
hiện xung và tạo ra khoảng thời gian ∆t

chiều sẽ được đưa vào mạch chia áp 0 ~ 220V thành 0 ~ 4.3V
7
Khối
công suất
Khuếch đại
thuật toán
ADC
0804
Vi xử lý
AT89C51
LED
2.3. Bộ chuyển đổi ADC:
a) Tổng quan về ADC0804:
Chip ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC800 của hãng
NationalSemiconductor. Chip này cũng được nhiều hãng khác sản xuất. Chip có
điện áp nuôi +5V và độ phân giải 8 bit. Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi
cũng là một tham số quan trọng khi đánh giá bộ ADC. Thời gian chuyển đổi được
định nghĩa là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một
số nhị phân. Đối với ADC0804 thì thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng
hồ được cấp tới chân CLK R và CLK IN và không bé hơn 110µs. Các chân khác
của ADC0804 có chức năng như sau:
- Chân CS (Chip select): Chân số 1, là chân chọn Chip, đầu vào tích cực mức
thấp được sử dụng để kích hoạt Chip ADC0804. Để truy cập ADC0804 thì chân
này phải ở mức thấp.
- Chân RD (Read): Chân số 2, là một tín hiệu vào, tích cực ở mức thấp. Các
bộ chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân và giữ nó ở một thanh ghi trong.
8
RD được sử dụng để có dữ liệu đã được chyển đổi tới đầu ra của ADC0804. Khi
CS = 0 nếu có một xung cao xuống thấp áp đến chân RD thì dữ liệu ra dạng số 8 bit
được đưa tới các chân dữ liệu (DB0 – DB7).

- Chân Vref/2: Chân số 9, là chân điện áp đầu vào được dùng làm điện áp tham
chiếu. Nếu chân này hở thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm trong dải 0
- +5V. Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin khác với dải
0 - +5V. Chân Vref/2 được dùng để thực hiện các điện áp đầu ra khác 0 - +5V.
- Bảng quan hệ điện áp Vref/2 với Vin:
V
ref
/ 2(V) V
in
(V) Step Size (mV)
Hë * 0 ®Õn 5 5/256 = 19.53
2.0 0 ®Õn 4 4/255 = 15.62
1.5 0 ®Õn 3 3/256 = 11.71
1.28 0 ®Õn 2.56 2.56/256 = 10
1.0 0 ®Õn 2 2/256 = 7.81
0.5 0 ®Õn 1 1/256 = 3.90
b) Tính toán linh kiện:
- Chân V
in
(+) được nối với cầu phân áp tạo bởi R
2
và R
3
, sao cho VDC = 0 -
220V tương ứng với V
in
(+).
Ta có điện áp đầu ra cần đo là: 220 V
Theo công thức:
buocthuockich

3
= 10KΩ thì R
2
= 500KΩ.
Nhưng thực tế, các giá trị điện trở đều có sai số nên ngõ vào của ADC0804 không
như tính toán. Sai số trên điện trở cộng với sai số trong quá trình tính toán chọn
10
linh kiện sẽ tạo ra sai số không nhỏ đối với ADC0804. Điều này sẽ tạo ra sai lệch
giữa giá trị hiển thị trên Led 7 đoạn và giá trị thực tế (ở đây là giá trị VDC thực tế).
- Tốc độ chuyển đổi ADC0804 (T
C
):
f
T
CLK
C
1
66=
Chọn T
C
= 100µs = 0.1ms. Suy ra
f
CLK
= 660KHz
Ta có ADC0804 có độ phân giải là 2
8
= 256 (0 - 255) tương ứng (0 - 5V). Gọi n là
kích thước bước 1 bước (V). Ta có:
mVn 53.19
255

ssT
µ
110
1012
12
6
6
==
×
=
−
- Bộ phận Reset được kết nối như hình dưới: khi cấp nguồn, áp trên R2 (chân
9 của 89C51) lên mức cao 5V ( = VCC ) sau đó sẽ xuống 0V do tụ C nạp. Nếu ấn
nút Reset, thì áp trên R2 sẽ tăng gần bằng VCC nhờ cầu phân áp R1 và R2.
c) Sơ đồ các chân của AT89C51
13
2.5. Led 7 vạch
Trong các thiết bị, để báo trạng thái hoạt động của thiết bị đó cho người sử dụng
với thông số chỉ là các dãy số đơn thuần, thường người ta sử dụng "led 7 đoạn".
Led 7 đoạn được sử dụng khi các dãy số không đòi hỏi quá phức tạp, chỉ cần hiện
thị số là đủ, chẳng hạn led 7 đoạn được dùng để hiển thị nhiệt độ phòng, trong các
đồng hồ treo tường bằng điện tử, hiển thị số lượng sản phẩm được kiểm tra sau một
công đoạn nào đó
Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình và có thêm
một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phải của led 7
đoạn.
8 led đơn trên led 7 đoạn có Anode(cực +) hoặc Cathode(cực -) được nối chung với
nhau vào một điểm, được đưa chân ra ngoài để kết nối với mạch điện. 8 cực còn lại
14
trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân riêng, cũng được đưa ra ngoài để kết nối

1 1 0 0 0 0 0 0 C0H 0
1 1 1 1 1 0 0 1 F9H 1
1 0 1 0 0 1 0 0 A4H 2
1 0 1 1 0 0 0 0 B0H 3
1 0 0 1 1 0 0 1 99H 4
1 0 0 1 0 0 1 0 92H 5
1 0 0 0 0 0 1 0 82H 6
1 1 1 1 1 0 0 0 F8H 7
1 0 0 0 0 0 0 0 80H 8
1 0 0 1 0 0 0 0 90H 9
2.7. Sơ đồ nguyên lí
17
Chương 3. Thiết kế phần mềm
3.1. Thuật toán điều khiển
18
3.2. Code lệnh điều khiển
#include <sfr51.inc>
ORG 0000H
;bat dau chuyen doi ADC
x:
19
SETB P2.7
LCALL DELAY
CLR P2.7
LCALL DELAY
SETB P2.7
MOV A,P1
;hien thi gia tri hang tram
MOV B,#100; nap thanh ghi B voi gia tri 100
DIV AB; chia du lieu trong thanh ghi A cho 100

Đã làm được:
+ Hiện thi được giá trị điện áp cần đo
Chưa làm được:
+ Không hiển thị được giá trị điện áp có phần nguyên và phần thập phân
+ Sai số của phép đo còn lớn, độ chính xác thấp, sai lệch tương đối lớn
21
+ Hiển thị một Led cần một cổng P riêng biệt do đó tốn tài nguyên của vi điều
khiển. Hiệu quả không cao.
+ Khi đo các giá trị điện áp nhỏ thì khả năng đo của mạch không thực hiện được.
Tài liệu tham khảo:
1. Bài giảng kĩ thuật đo lường.
2. Cấu trúc và tập lệnh họ vi điều khiển 8051 [ Nguyễn Tăng Cường, Phan Quốc
thắng]
22