1
Nhóm thực hiện:
Hà Mạnh C-ờng
Nguyễn Phú Dũng
Lớp: ĐTVT1-K44

Giáo viên h-ớng dẵn:
TS. Nguyễn Nam Quân
2
MụC LụC TRang

I. mở đầu
Ii. nhiệm vụ
iii. lý thuyết thực hiện
1. Sơ đô khối mạch đô tốc độ
2. Sơ đồ khối mạch hiển thị chiều quay
a. phần 1: đo tốc độ động cơ
1. Khối chuyển vòng quay sang xung điện
2. Khối khuyếch đại và tạo dạng tín hiệu
3. Khối cổng
4. Khối xung mở cổng, xoá và reset
5. Khối đếm giải mã và hiển thị

logic số với đề tài là: Thiết kế hệ thống đo tốc độ động cơ có hiển thị chiều quay
Với mục đích là tìm hiểu thêm về lĩnh vực kỹ thuật số, nâng cao kiến thức của mình.
Song kiến thức còn hạn hẹp và thời gian thực hiện không đ-ợc nhiều nên đề tài của
chúng tôi còn rất nhiều sai sót, hạn chế. Mặc dù đã cố gắng phần nào thiết kế và tính
toán một các chi tiết các mạch, các thông số nh-ng đôi khi còn mang tính lý thuyết,
ch-a thực tế. Chúng tôi mong có sự góp ý và sửa chữa để đề tài này có tính khả thi hơn
về cả ph-ơng diện kinh tế cũng nh- kỹ thuật.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Nam Quân đã h-ớng dẫn và
giúp đỡ chúng em thiết kế và hoàn thành đề tài này.

II.NHIệM Vụ:
Vấn đề nêu trên đặt ra cho ta 2 nhiệm vụ cần thực hiện:
1.Đo(chỉ thị) tốc độ của động cơ điện với sai số cho phép(sai số cho phép trong đề tài chọn
là 1%).
2.Hiện(chỉ thị) chiều quay của động cơ điện.
III.Lý THUYếT THựC HIệN:
Sơ đồ khối để thực hiện nhiệm vụ nêu trên:
1.Phần chỉ thị tốc độ: 2.Phần chỉ thị chiều quay của động cơ:
Xung mở cổng
Reset 0

Đếm
Khuếch
đại tín


Cảm biến từ:

Khuếch
đại tín
hiệu và tạo
dạng
Lấy tín
hiệu chiều
quay

Mạch xử lí

Chỉ thị

5
đầu từ
Mẩu băng từMối 1 vòng quay,mẩu băng từ đ-ợc dán trên trục động cơ quét qua đầu từ ,gây sự biến thiên
từ thông ỉ trên cuộn dây của đầu từ,tạo trên cuộn dây một suất điện động có biên độ E.Khi
động cơ quay tạo trên cuộn dây những xung suất điện động có tần số < > tốc độ quay của
động cơ.Đếm số xung suất điện động < > đếm số vòng quay của động cơ.

Hoặc ta có thể thay mẩu băng từ bằng một đĩa quay làm bằng vật liệu từ tính có khía
răng(hoặc bánh răng) gắn lên trục động cơ :
vấu từ
khe từ


trung gian quay có các lỗ,đ-ờng vát,hoặc mặt phản xạ.
+Nguồn sáng: LED,IR-LED,LAZER
+Cảm biến quang: PHOTODIODE,PHOTOTRANSISTOR,PHOTO-JFET,

7
PHOTORESISTOR,PHOTOTHYRISTOR
Khi động cơ quay,ánh sáng gặp lỗ(hình a>),gặp mặt phản xạ(hình b>) sẽ tới đ-ợc đầu thu
quang.Khi đó trên đầu thu quang ta sẽ thu đ-ợc 1 xung điện.Biên độ xung điện chủ yếu phụ
thuộc:
+Thông l-ợng ánh sáng ỉ tới đ-ợc đầu thu quang: ỉ càng lớn thì biên độ xung điện càng
lớn.
+Độ nhậy của đầu thu quang. KL:
Chọn ph-ơng án: Dùng cảm biến quang hình a>
+Nguồn phát quang: IR-LED hồng ngoại phát sóng hồng ngoại gần
+Cảm biến quang: PHOTOTRANSISTOR
IR-LED, PHOTOTRANSISTOR đ-ợc lấy thực tế trong mạch là IR-LED,
PHOTOTRANSISTOR của mạch Mouse máy tính.
Không biết cảm biến quang mạch Mouse có phải là PHOTOTRANSISTOR không,hay là
PHOTO-JFET
2.Khối khuếch đại tín hiệu xung điện và tạo dạng:
*Tín hiệu xung thu đ-ợc ở khối chuyển vòng quay sang xung là nhỏ,do đó cần phải
khuếch đại tín hiệu này lên để có thể sử dụng đ-ợc.
Một mạch khuếch đại tín hiệu số cho đầu ra ở mức logic 1 khi có xung và mức 0 khi
không có xung .
Do đây là thiết kế Logic nên phần t-ơng tự không cần quan trọng lắm > không thiết kế
chi tiết.
*Tín hiệu thu đ-ợc ban đầu ch-a hẳn đã ở dạng xung vuông chuẩn,vì vậy tín hiệu cần qua


b>Đa hài dùng Khuếch đại thuật toán:
tx=R.C.Ln(1+2R1/R2)
Chọn R1=0,86R2 > tx=R.C.1,0006 9

c>Đa hài dùng bộ định thời 555:

t1 = 0.693*( VR + R )*C1
t2 = 0.693*R*C1
f = 1.44 / [( VR + 2*R)*C1 ] Khi xét tới tx ta phải xét luôn cả phần sai số đo và hệ số nhân khi đo tốc độ với đơn vị
vòng/phút.Trong bài này ta sử dụng số lỗ đục trên tấm bìa để thể hiện sai số phép đo và hệ số
nhân.

*Xét tx=1phút:

10
Trong tr-ờng hợp này là thực hiện đo tốc độ quay của động cơ đúng theo vòng/phút và do
đó chỉ còn thực hiện phần sai số: với sai số phép đo là x% thì thực hiện đục trên tấm bìa
(100/x) lỗ.
Nh-ng vì tx quá dài nên không thực tế.Do vậy không chọn khả năng này.
*Xét tx<1phút:


khối tạo xung xóa trạng thái khối đếm sau mỗi chu kì đo Reset 0:

Tốc độ quay của động cơ đ-ợc đo trong khoảng thời gian cho bởi khối xung mở cổng,tín
hiệu ra khối xung mở cổng có tính chu kì,do vậy trong khoảng thời gian khối cổng bị
khóa(tín hiệu ra khối xung mở cổng ở mức thấp) ta đọc kết quả đo và sau đó Reset 0 khối
đếm để kết quả đo của chu kì đo sau(nếu đo) đựơc đúng.

Thiết kế xung Reset 0 khối đếm:
+Xung Reset 0 = AND(Tín hiệu ra mạch đa hài Timer 555; 2 bit thấp Qa,Qb ; NOT(Qc))

Qa,Qb,Qc: bit ra của bộ đếm 8 ở trên.

Mạch khối tạo xung Reset 0: Mạch dùng các linh kiện NAND,NOR của IC
SN7402, SN7400 12 +Xung Reset 0 đợc nối trực tiếp tới các chân Reset R01,R02 của tất cả các IC điếm trong
khối đếm.

Nh- vậy tr-ớc khi đo sau 3.43(s) khối đếm đ-ợc thiết lập 0 bởi xung Reset 0 có độ
rộng xung = 0.57(s),kế đó mạch sẽ đo(đếm) trong 4s tiếp,giữ kết quả trong 3,43s tiếp
theo,0,57s tiếp bộ đếm bị xóa về 0.Sang giây thứ 13 quá trình đếm lặp lại.
5.Khối đếm,giải mã,hiển thị:
Để hiển thị tốc độ quay của một động cơ điện có tốc độ 1000 vòng/phút với sai số
phép đo là 1% thì ta phải dùng 5 LED 7 thanh: Chọn LED 7 thanh chung Katot/Anot


0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
0 0 0 0

+Thiết kế,chọn các phần tử mạch: 4 phần tử nhớ JK-FF và các phần tử logic tổ hợp.
+2 ph-ơng pháp thiết kế bộ đếm: Thiết kế đồng bộ hợăc không đồng bộ.
a.1>Thiết kế đồng bộ:
Lập bảng mã hóa theo bìa Karough,bảng kích,từ đó ta tìm đ-ợc hệ ph-ơng trình kích:
J1=QcQbQa
K1=Qa

14
J2=K2=QbQa
J3=
Qd
Qa
K3=Qa
J4=K4=1

S¬ ®å m¹ch:
a.2>ThiÕt kÕ kh«ng ®ång bé:


ThiÕt kÕ m¹ch dïng c¸c phÇn tö logic tæ hîp:

a = C + A +
B
D
+DB
b = A +
B

c = A +
C
+ B + D
d = C + A +D +
B
D

e = C

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
1 1 1 1 1 1 0
0 1 1 0 0 0 0
1 1 0 1 1 0 1
1 1 1 1 0 0 1
0 1 1 0 0 1 1
1 0 1 1 0 1 1
1 0 1 1 1 1 1
1 1 1 0 0 0 0
1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 0 0 1 1

0 1

+Thiết kế mạch chọn JKFF:
Mã hóa:
X
y1 y2
0
1
Z1 Z2
00
11
01
0 0
01
00
00
1 0
11
00
00
0 1
10 - -

Lập bảng kích,rút gọn >Kết quả:
J1=
X
2Y

Khi vị trí ban đầu của cảm biến ở vị trí 2,3,4 mạch hoạt động không đúng
Vị trí 2: Tín hiệu chiều quay thể hiện bị đảo lại
(+): Z1=0 ; Z2=1
(-): Z1=1 ; Z2=0

Vị trí 3: (+)
(-) Z1=1 ; Z2=0

Vị trí 4: Ng-ợc của vị trí 3

Vậy mạch chỉ dùng cho tr-ờng hợp đặt đ-ợc vị trí cảm biến ở vị trí 1.

2.Ph-ơng án dùng mạch không đồng bộ:
Mạch sử dụng 2 tín hiệu chiều quay X1,X2. Lấy tín hiệu X1,X2 : dùng cảm biến quang
nh- ở phần chuyển vòng quay sang xung điện.

20 Ta có đồ thị nhịp: õy ch l mt trng hp

Q0,Q1,Q2,Q3: các trạng thái của mạch t-ơng ứng với cặp giá trị X1X2

Đồ hình Mealy:

Q0
Q3


Z1=0;Z2=1
X1X2
Z1=1;Z2=0
X1
2X

Z1= 0;Z2 =1
X1X2
Z1=0;Z2=1
1X
X2
Z1=1;Z2 =0
1X
2X

Z1=1;Z2=0
1X
X2
Z1=0;Z2 =1

21
Z1: TÝn hiÖu chØ thÞ chiÒu quay ng-îc chiÒu kim ®ång hå (+)
Z2: cïng (-)

Bảng trạng thái sau:

Ánh xạ Q1,Q2,Z1,Z2 vào bìa Karnough,rút gọn ta thu được kết quả:

Q1’ = Q1Q2
1X
+
2Q
1X
X2 + Q1
2Q
X1 + Q2X1X2
Q2’ = Q1X1X2 + Q1Q2
2X
+
1Q
Q2X2 +
1Q
X1
2X

X1X2
S
00
01
11
10
Q0
Q0
Z1=Z2=0

Q0
Z1=1
Z2=0
Q3
Z1=Z2=0
Q2
Z1=0
Z2=1
Q3
Z1=Z2=0
X1X2
Q1Q2
00
01
11
10
00
00
Z1=Z2=0
10
Z1=Z2=0
00
Z1=Z2=0
01
Z1=Z2=0
01
00
Z1=0
Z2=1
01


Z1 =
1Q
Q2X1X2 + Q1Q2
1X
X2 + Q1
2Q
1X
2X

Z2 =
1Q
Q2
1X
2X
+ Q1Q2 X1
2X
+ Q1
2Q
X1X2

Thit k mch chn phng ỏn dựng mch t hp cú hi tip(vi bi ny khụng
dựng c 2 phng phỏp mch khụng ng b cũn li l dựng RS-FF,JK-FF
thnh T-FF):

Sơ đồ mạch:
Dòng xoay chiều 220V bên sơ cấp biến áp T đ-ợc hạ áp xuống còn 9V~ ở bên
thứ cấp. Qua bộ chỉnh l-u cầu sẽ thu đ-ợc dòng một chiều 9V. Tụ C1,C2 có tác
dụng lọc đi các thành phần xoay chiều trong điện áp một chiều không ổn định này.
Qua mạch điện ổn áp là IC 7805 sẽ thu đ-ợc dòng một chiều ổn định có giá trị 5V.
Để có giá trị điện áp ra ổn định là 5V thì yêu cầu điện áp một chiều đầu vào phải
>= 7V.
- Xét ph-ơng án 2 :
Nguồn một chiều ở đây là pin hoặc bộ pin ghép lại cho ta điện áp >= 4.5V ( giá
trị điện áp tối thiểu để cung cấp cho đa số các IC ). Thông th-ờng nên chọn điện
áp từ 4.8V 5.5V vì trong quá trình làm việc, do tiêu hao suy giảm, giá trị điện
áp < 4.8V sẽ cho thời gian làm việc ngắn.
5V220V~
9V~
7805
4 x 1N4001
+
C3
+
C2
C1
T
IN
COM
OUT

24

D1
DIODE
+
6V