Nhóm3 Điện4 –K6 GVHD:TS Nguyễn Thu Hà
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
*********
BÀI TẬP LỚN
MÔN: KĨ THUẬT SỐ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐO TẦN SỐ
Giáo viên hướng dẫn : Ts: Nguyễn Thu Hà
Nhóm sinh viên thực hiện : 1. Lê Văn Tuấn
2. Chu Văn Hưng
3. Trần Văn Phương
4. Nguyễn Văn Mạnh
5. Bùi Đình Quyền

Lớp : ĐH Điện4_K6
Tháng 11 năm 2013
Trang | 1
Nhóm3 Điện4 –K6 GVHD:TS Nguyễn Thu Hà
NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC
ĐỀ TÀI :
THIẾT KẾ MẠCH ĐO TẦN SỐ
MÔ TẢ :
Mạch dùng để đo và hiển thị tần số xung vuông hoặc tín hiệu xoay chiều.
PHẦN THUYẾT MINH :
Yêu cầu về bố cục nội dung :
Chương 1: Tìm hiểu chung về mạch tổ hợp, mạch dãy và mạch dao động.
Chương 2: Thiết kế hệ thống đo và hiển thị tần số.
Chương 3: Xây dựng chương trình mô phỏng.
Yêu cầu về thời gian :
Ngày giao đề : 10/11/2013

Trang | 3
Nhóm3 Điện4 –K6 GVHD:TS Nguyễn Thu Hà
MỤC LỤC
LỜI Mj ĐẦU
Như chúng ta đã biết, khoa học công nghệ đang phát triển một
cách nhanh chóng trong những năm gần đây, đặc biệt là ngành kỹ
thuật điện-điện tử. Sự xuất hiện của các vi mạch, IC số tổng hợp đã
giúp cho kích thước mạch nhỏ gọn, tiện lợi hơn.
Trải qua sự phát triển của khoa học công nghệ, giờ đây chúng ta
đã chế tạo ra rất nhiều loại tần số, phục vụ trong ngành điện tử viễn
thông, công nghệ thông tin, tự động hóa
Trang | 4
Nhóm3 Điện4 –K6 GVHD:TS Nguyễn Thu Hà
Máy đo tần số là 1 thiết bị cho phép chúng ta biết được tần só của
tín hiệu 1 cách chính xác, góp phần vào việc đo và điều khiển tín
hiệu.Với những kiến thức được học trên lớp và tìm hiểu thực tế.
Trong thời gian yêu cầu nhóm em đã hoàn thành đồ án môn học với
nội dung “Mạch Đo Tần Số” . Do kiến thức chuyên ngành còn thiếu
nhiều thực tế nên đồ án không tránh khỏi những sai sót, mong các
thầy cô góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn Cô Nguyễn Thu Hà và các thầy cô
trong bộ môn đã giúp nhóm em hoàn thành đồ án này.
Nhóm sinh viên thực hiện.
CHƯƠNG I:Mạch tổ hợp, mạch dãy và mạch dao động
I: M¹ch dao ®éng
1: Nguyªn lý t¹o dao ®éng
1.1: C¸c vÊn ®Ò chung
M¹ch dao ®éng lµ m¹ch ®iÖn tö t¹o ra tÝn hiÖu ®æi theo chu kú.
Dùa vµo d¹ng tÝn hiÖu do m¹ch dao ®éng t¹o ra, ngêi ta chia m¹ch dao
®éng ra lµm: m¹ch dao ®éng h×nh sin (dao ®éng ®iÒu hoµ) vµ m¹ch

F
a

X

O
Hình 1.1: Mô tả cách xác định điều kiện dao động
Khối 1: khối khuếch đại có hàm truyền đạt dạng phức:
K

= Ke
j

K
Với K là mô đun hàm truyền đạt khối khuếch đại và
K
là góc
pha đầu hàm truyền đạt khối khuếch đại. Khối 2 là khối hồi tiếp đại có
hàm truyền đạt dạng phức:
K

= K
F
e
j

F
Với K
F
là mô đun hàm truyền đạt khối phản hồi và

F
=KK
F
e
j(

K
+

F
) (1.1)
Có thể tách điều kiện (1.1) ra làm 2 biểu thức:
Điều kiện cân bằng biên độ: KK
F
= 1
Điều kiện cân bằng các góc pha:


K
+

F
= 2n với 0,+1,-1,
1.3: Kết luận
Mạch dao động là mạch khuếch đại tự điều khiển bằng phản hồi d-
ơng ra quay lại đậu vào. Năng lợng tự dao động lấy từ nguồn một
chiều đợc cung cấp. Mạch phải bảo đảm cân bằng biên độ và cân bằng
pha. Mạch dao động chứa ít nhất một phần tử tích cực làm nhiệm vụ
biến đổi năng lợng một chiều thành xoay chiều. Mạch dao động chứa
Trang | 6

Phần tử ràng buộc hay số hạng ràng buộc là tổ hợp biến tơng ứng
với trờng hợp hàm số không xác định, số hạng ràng buộc luôn bằng 0.
Điều kiện ràng buộc là biểu thức logic tạo bởi tổng các phần tử ràng
buộc. Vậy điều kiện ràng buộc cũng luôn bằng 0.
Hàm logic ràng buộc là hàm số logic xác định với điều kiện ràng
buộc.
Tối thiểu hoá hàm logic ràng buộc có 2 cách: tối thiểu hoá bằng
công thức hoặc bằng bảng các nô.
4: Bộ mã hoá và bộ giải mã
- Hệ chuyển mã:
Trang | 7
Nhúm3 in4 K6 GVHD:TS Nguyn Thu H
Hệ chuyển mã
Hệ chuyển mã là hệ tổ hợp có nhiệm vụ làm cho 2 hệ thống tơng thích
nhau, mặc dù 2 hệ thống sử dụng2 mã nhị phân khác nhau. Hệ chuyển
mã có số lợng ngõ vào và ngõ ra bằng nhau.
-Hệ giải mã
Hệ giải mã là hệ chuyển mã có nhiệm vụ chuyển từ số nhị phân cơ
bản n bit ngõ vào sang mã nhị phân 1 trong m ở ngõ ra.
Với các giá trị i ở tổ hợp ngõ vào thì ngõ ra Yi sẽ tích cực và các ngõ
còn lại không tích cực. Có 2 dạng: tích cực mức cao và tích cực mức
thấp.
Giải mã số BCD sang mã LED 7 thanh:
Led 7 thanh: là loại đèn LED ding để hiển thị các số thập phân (từ 0
đến 9).
Các số thập phân đợc hiển thị bởi LED 7 thanh
Ngoài ra LED 7 thanh còn hiển thị đợc 1 số chữ cái và các kí tự đặc
biệt.
Có 2 loại LED 7 thanh: Anot chung và Katot chung
Trang | 8

Phơng trình logic
Từ các kết quả ta có thể kết hợp các cổng logic để tạo mã cho LED 7
thanh.Trong bài ta sẽ sử dụng IC 74ls47 để giải mã cho LED 7 thanh.
III: Mạch dãy
1: Khái niệm mạch dãy
Mạch dãy là mạch logic có các phần tử nhớ đợc tạo bởi các mạch
lật, các mạch cơ bản và các biến ra của mạch không chỉ phụ thuộc vào
tổ hợp biến vào mà còn phụ thuộc cả vào trạng thái hiện tại của mạch.
Trang | 10
Nhúm3 in4 K6 GVHD:TS Nguyn Thu H
2: Thanh ghi và thanh ghi dịch
Thanh ghi là dãy mạch nhớ có chức năng lu giữ dữ liệu hoặc
biến đổi dữ liệu số từ nối tiếp sang song song và ngợc lại. Mỗi mạch
lật chỉ lu giữ đợc một bit. Vậy thanh ghi dài bao nhiêu bit phải đợc tạo
tử bấy nhiêu mạch lật.
3: Bộ đếm
Bộ đếm là thiết bị đếm đợc số xung đến cửa vào, đầu ra của bộ
đếm là số lợng xung đếm đợc. Bộ đếm rất đa dạng. Bộ đếm có thể
phân loại theo cách thức hoạt động làm bộ đếm đồng bộ và bộ đếm
không đồng bộ ( bộ đếm dị bộ) hoặc phân loại theo hệ số đếm của nó
làm bộ đếm nhị phân, bộ đếm thập phân và bộ đếm N phân.
3.1: Bộ đếm nối tiếp và bộ đếm song song.
Bộ đếm nối tiếp xung đếm chỉ đa vào một FF.
Bộ đếm song song: xung đếm đợc đa vào tất cả các phần tử đếm.
Để thành lập một hệ đếm ta sử dụng JK - FF. Nếu có n FF thì thành
lập đợc hệ đếm có dung lợng tối đa là 2
n
.
VD: 2FF thành lập hệ đếm 4
3FF thành lập hệ đếm 8

- Lấy tín hiệu từ bit có trọng số cao nhất của bộ đếm M làm
xung clock cho bộ đếm N.
- VD: Hệ đếm 10 ghép với hệ đếm 6 thành hệ đếm 60
MSB LSB
CK CK
Trong bài ta sử dụng IC 74ls90 làm bộ đếm
Phn II: Thit K Mch o V Hi n Th Tn S
A: Phõn Tớch Mch
1. Phõn tớch tn s iu khin
-Do yêu cầu của tín hiệu vào có biên độ rất nhỏ, do đó phải có một bộ
tiền khuếch đại ở đầu vào.
-Do yêu cầu hiển thị số nên phải có một bộ đếm ở đầu ra làm nhiệm
vụ đếm tần số và hiển thị ra Led 7 thanh
-Vì đầu vào tơng tự ở dạng hình sin, xung vuông, xung tam giác đầu
ra là một mạch đếm số do đó phải có một mạch sửa dạng tín hiệu
chuyển tất cả tín hiệu về dạng xung vuông để các mạch số có thể làm
việc đợc.
B. S khi:
Xoỏ bit nh
v 000
m 10
m 6
Trang | 12
Nhóm3 Điện4 –K6 GVHD:TS Nguyễn Thu Hà
Khối tạo xun g Khối đế m Khối giải mã Khối hiển thị
* Nhiệm vụ các khối:
-Khối tạo xung: Tạo xung vuông với tần số 1hz
-Khối đếm dịnh tần số: cho xung vào bộ đếm trong 1 giây
-Khối đếm: Gồm các IC74LS90 được ghép nối với nhau để tạo thành
các hệ đếm phù hợp.

dùng
IC74LS47
Mạch
đếm phút
dùng
IC74LS90
Đếm
định tần
số
Xung vào
Hiển thịsố
hàng
trămqua
led 7 thanh
Mạch
đếm giờ
dùng
IC74LS90
Mạch giải
mã BCD
dùng
IC74LS47
Xung
chu kì 1s
Hiển thịsố
hàng nghìn
qua led 7
thanh
Mạch giải
mã BCD

+ Là thiết bị tạo xung chính xác
+ Máy phát xung
+ Điều chế được độ rộng xung (PWM)
+ Điều chế vị trí xung (PPM) ( Hay đùng trong thu phát hồng
ngoại)
 IC 555có nhiều ứng dụng rộng rãi,có 8 chân, sơ đồ cho thấy
công dụng của các chân theo tên như sau:
Hình B.2 Sơ đồ chân của IC 555
Trang | 15
Nhóm3 Điện4 –K6 GVHD:TS Nguyễn Thu Hà
Thứ tự các chân của IC 555
 Chân 1 (GND): Chân cho nối masse để lấy dòng.
 Chân 2 (Trigger): Chân so áp với mức áp chuẩn là 1/3
mức nguồn nuôi.
 Chân 3 (Output): Chân ngả ra, tín hiệu trên chân 3 c1
dạng xung, không ở mức áp thấp thì ở mức áp cao.
 Chân 4 (Reset): Chân xác lập trạng thái nghĩ với mức
áp trên chân 3 ở mức thấp, hay hoạt động.
 Chân 5 (Control Voltage): Chân làm thay đổi mức áp
chuẩn trong IC 555.
 Chân 6 (Threshold): Chân so áp với mức áp chuẩn là
2/3 mức nguồn nuôi.
 Chân 7 (Discharge): Chân có khóa điện đóng masse,
thường dùng cho tụ xả điện.
 Chân 8 (VCC): Chân nối vào đường nguồn V+. IC
555 làm việc với mức nguồn từ 3 đến 15V.
Thứ tự các chân của IC 555 cho thấy sơ đồ mạch đẳng hiệu của
IC 555. .
Trang | 16
Nhóm3 Điện4 –K6 GVHD:TS Nguyễn Thu Hà

này tạo ra 2 mức áp ngưỡng, một là 1/3 mức áp nguồn dùng làm mức
áp ngưỡng cho tầng so áp, tín hiệu vào trên chân số 2, và một khác là
2/3 mức áp nguồn dùng làm mức áp ngưỡng cho tầng so áp khác, tín
hiệu vào trên chân số 6. Chân số 5 có thể chịu tác động ngoài để làm
thay đổi mức áp ngưỡng. Chân số 7 là một khóa điện đóng/mở
(transistor bão hòa/ngưng dẫn) theo mức áp trên chân số 3. Chân số 3
là ngả ra và là ngả ra một tầng Flip Flop, nên tín hiệu trên chân 3 có
dạng xung (mức áp chỉ xác lập ở trạng thái cao hay thấp). Chân 4 là
chân Reset, khi chân 4 ở mức áp thấpnó ghim chân 3 luôn ở mức áp
thấp, chỉ khi chân 4 ở mức áp cao, lúc đó trạng thái mức áp trên chân
số 3 sẽ theo tác động của tầng Flip Flop.
Trang | 19
Nhóm3 Điện4 –K6 GVHD:TS Nguyễn Thu Hà
Chú ý:Trong mạch này, chân số 2 cho nối vào chân số 6. IC 555 đã
được ráp thành mạch dao động (A-Stable). Tần số xung ra trên chân 3
sẽ tùy thuộc vào trị số các điện trở RA, RB và tụ C. Trên chân 5 có
thể mắc thêm tụ lọc 0.01uF để ổn định điện áp của các mức áp
ngưỡng. Trạng thái ra trên chân số 3 sẽ tùy thuộc vào mức áp cao trên
chân 4 cho dao động và mức áp thấp trên chân 4 (bị ghim ở mức
thấp).
Hình B.5 giản đồ xung ra
Mạch nạp RC cơ bản như trên Hình 4. Giả thiết tụ điện ban đầu là
phóng điện. Khi mà đóng công tắc thì tụ điện bắt đầu nạp thông qua
điện trở. Điện áp qua tụ điện từ giá trị 0 lên đến giá trị định mức vào
tụ. Đường cong nạp được thể hiện qua Hình 4A. Thời gian đó nó để
Trang | 20
Nhóm3 Điện4 –K6 GVHD:TS Nguyễn Thu Hà
cho tụ điện nạp đến 63.2% điện áp cung cấp và hiểu thời gian này là 1
hằng số. Giá trị thời gian đó có thể tính bằng công thức : t=R.C
Hình B.6 Đường cong nạp của tụ điện

Đây là một vi mạch tương tự rất thông dụng do trong Op-Amps được
tích hợp một số ưu điểm sau:
- Hai ngõ vào đảo và không đảo cho phép Op-Amps khuếch đại được
nguồn tín hiệu có tính đối xứng (các nguồn phát tín hiệu biến thiên
chậm như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, mực chất lỏng, phản ứng hoá-
điện, dòng điện sinh học thường là nguồn có tính đối xứng)
- Ngõ ra chỉ khuếch đại sự sai lệch giữa hai tín hiệu ngõ vào nên Op-
Amps có độ miễn nhiễu rất cao vì khi tín hiệu nhiễu đến hai ngõ vào
cùng lúc sẽ không thể xuất hiện ở ngõ ra. Cũng vì lý do này Op-Amps
có khả năng khuếch đại tín hiệu có tần số rất thấp, xem như tín hiệu
một chiều.
- Hệ số khuếch đại của Op-Amps rất lớn do đó cho phép Op-Amps
khuếch đại cả những tín hiệu với biên độ chỉ vài chục mico Volt.
- Do các mạch khuếch đại vi sai trong Op-Amps được chế tạo trên
cùng một phiến do đó độ ổn định nhiệt rất cao.
- Điện áp phân cực ngõ vào và ngõ ra bằng không khi không có tín
hiệu, do đó dễ dàng trong việc chuẩn hoá khi lắp ghép giữa các khối
(module hoá).
- Tổng trở ngõ vào của Op-Amps rất lớn, cho phép mạch khuếch đại
những nguồn tín hiệu có công suất bé.
- Tổng trở ngõ ra thấp, cho phép Op-Amps cung cấp dòng tốt cho phụ
tải.
Trang | 23
Nhóm3 Điện4 –K6 GVHD:TS Nguyễn Thu Hà
- Băng thông rất rộng, cho phép Op-Amps làm việc tốt với nhiều dạng
nguồn tín hiệu khác nhau
. . .
Tuy nhiên cũng như các vi mạch khác, Op-Amps không thể làm việc
ổn định khi làm việc với tần số và công suất cao.
Sơ đồ chân và hình dạng một op-amps điển hình

và V
L
.
Trang | 25