Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
12Hình II.4:
Sơ đồ mạch chia tần số
Điện áp U
x
có tần số f
x
cần đo được khuếch đại thành điện áp U
1
, sau
đó đưa qua mạch tạo xung để sửa thành dạng xung vuông cũng có tần số là f
x

(U
2
). Xung này được đưa qua cổng logic trong khoảng thời gia T
n
để vào
mạch đếm xung (U
6
) kết quả xung được đếm đưa qua bộ hiển thò sẽ cho biết
tần số tín hiệu U
x
.
x
x

4
) tác động
vào Flip – Flop theo nguyên lý kích thích bằng cạnh trước (ký hiệu FF) tạo ra
xung mở cổng (U
5
) trong thời gian T
n
. Sai số của xung được đếm trong thời
gian cổng mở là 1 xung. Vì thế khi tần số f
x
cần đo thấp thì cần thay đổi
thời gian mở cổng T
n
. Trong thực tế chu kỳ xung chuẩn (T
n
) thường có các
mức điều chỉnh 0,1s, 1s, 10s.

Giáo trình phân tích phạm vi ứng dụng của mạch
chia tần số theo ngun lý mạch dao động đa hài
dùng cổng logic
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
13

CHƯƠNG II

CƠ SỞ LÝ LUẬN



4/ Phạm vi ứng dụng của vi mạch số:
Vi mạch số được ứng dụng trong nhiều lónh vực như quân sự, các dụng
cụ y tế, các loại máy móc trong sản xuất.

Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
14
II/ CÁC MẠCH TẠO DAO ĐỘNG:
Mạch dao động tạo xung đóng vai trò quan trọng trong các mạch số.
Xung đồng bộ giúp cho các phần trong thiết bò làm việc theo thứ tự đồng bộ
với nhau, vì vậy xung đồng bộ không thể thiếu được. Mạch dao động có rất
nhiều dạng, dùng linh kiện rời hay linh kiện tích hợp. 1/ Mạch dao động đa hài dùng cổng logic:
Hai cổng Nand (hay 2 cổng Not) mắc chéo như FlipFlop có hai trạng
thái bền nên không phải là mạch dao động (mạch không có trạng thái bền).
Muốn mạch dao động được ta phải gắn thêm tụ trên đường hồi tiếp. Các điện
trở được chọn để duy trì điện thế ở ngõ vào của cổng gần thềm logic nên khi
tụ nạp điện và xả điện, điện thế ở ngõ vào dao động trên dưới mức thềm
logic khiến ngõ ra dao động giữa hai mức logic 1 và 0.
Tần số dao động là:
( )
CRR
f

thấp (0V) để ngõ ra Q lên ngưỡng mức cao (1V). Sự thay đổi logic của tia
được tụ C
2
nạp truyền về ngõ vào của N
2
khiến cho ngõ ra
Q
xuống mức
thấp (0V), và mức logic này được tụ C
1
chuyển về ngõ vào của N
1
, mạch
được xem như đạt trạng thái ổn đònh. Nhưng dòng điện trong N
1
đổ ra ở ngõ
vào nạp điện cho C
1
khi C
1
càng dương. Trong lúc đó tụ C
2
xã điện qua R
2
và
R
3
nên điện thế trên tụ càng giảm dần. Nếu điều kiện điện trở như đã nói, tụ
C
1

2
có thể thay đổi giá trò để cho tần số mạch thay đổi. Khi mạch đối xứng
nghóa là C
1
= C
2
; R
1
= R
2
, tần số ra của mạch là:

RC
f
2
1
=

Để có tần số dao động thấp (vài Hezt) ta có thể dùng tụ lớn đến vài
ngàn F, nếu không cần dạng sóng ổn đònh cao về tần số giới hạn trên, tần số
của mạch khoảng 10MHz. Nếu sử dụng mạch logic CMOS có thể tạo được
mạch dao động có tần số thấp do tổng trở vào của CMOS rất lớn nên cho
phép dùng điện trở bên ngoài lớn.
Có nhiều IC tạo xung, là hai họ IC loại TTL và loại họ CMOS được
chế tạo sẵn và chỉ cần đưa thêm một vài linh kiện bên ngoài để xác đònh tần
số như 555, 556, 4047, v.v… Phương pháp này đơn giản, rẻ tiền nhưng độ
chính xác không cao do phụ thuộc vào các phần tử xác đònh tần số ở bên
ngoài.
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số


Thạch anh là một tinh thể có tính áp điện. Nếu ta đặt một điện thế giữa
hai đầu bản cực của thạch anh thì sẽ cho ra dao động cơ học và ngược lại cho
tác dụng lực cơ học thì xuất hiện điện thế ngõ ra ở hai bả cực.
Với tính chất đặc biệt này, thạch anh có nhiều ứng dụng trong lónh vực
điện tử. Ứng dụng quan trọng nhất là dùng thạch anh tạo dao động chuẩn.
Nhưng thạch anh hiện có trên thò trường có thể do tần số dao động rất cao từ
hàng MHz đến hàng trăm MHz với độ chính xác cao và giá thành tương đối
thấp. Đây là loại dao động rất được tin cậy để chọn làm dao động chuẩn.
Nhưng với mỗi mạch đòi hỏi tần số dao động chuẩn thật thấp (Hz 
chục Hz) nên sử dụng dao động thạch anh làm tần số chuẩn rồi chia xuống
tần số yêu cầu thì mạch sẽ trở nên phức tạp và tốn kém.

10MHZ
47P
1k 1k
22k
20P
40pFIII./ CẤU TẠO MẠCH ĐẾM:
Mạch đếm chiếm một vò trí khá quan trọng trong kỹ thuật điện tử nói
chung và trong các thiết bò nói riêng. Mạch đếm được xem như là một công
cụ đếm các xung điện để xuất ra kết quả đếm. Mạch đếm được sử dụng trong
việc điều khiển tự động trong dây chuyền đếm sản phẩm.
Khi nói đến mạch đếm, ta không thể không nghó đến mạch đếm tần số,
đây là ứng dụng quan trọng của mạch đếm tần số. Ta có thể dụa vào ba đặc
điểm sau để phân biệt các loại mạch đếm:
 Cách đưa tín hiệu vào các Flip-Flop (FF)
Tùy theo việc đưa tín hiệu vào các Flip-Flop mà người ta chia ra mạch

Hình III.1.b
Các FF sẽ đổi trạng thái khi xung vào cổng Clock đổi từ 1 xuống 0.
Như vậy Q
A
của FF
A
sẽ đổi trạng thái ở cạnh sau của xung vào đầu bằng
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
19
phân nửa. Dạng sóng của Q
A
có tác dụng như xung đồng hồ đối với FF
B
nên
tần số ra ở Q
B
bằng phân nũa tần số Q
A
. Tương tự tần số ở Q
D
bằng phân nữa
tần số ở Q
C
.
Như vậy tác dụng của mạch là chia tiếp tần số, nên sau bốn tầng tần số


Số thập phân tương ứng
với số nhò phân
Xóa
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
0
0
0
0
0
0
0
0

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

 Nhược điểm:
Thời gian trễ khá lớn, thời gian trể tỉ lệ với số tăng của mạch đếm.
- Tính chống nhiễu kém, xung nhiểu có thể tác động vào từng nhòp vào của
FF và có thể làm sai lệch kết quả đáng kể.
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
20

2./ Mạch đếm đồng bộ:
Đặc tính của mạch đếm đồng bộ là xung đếm được đưa vào các tầng
đếm một cách song song. Để tạo ra mạch đếm đồng bộ cơ bản người ta dùng
loại JF, MS, FF (Hình III. 2.b) là mạch đếm đồng bộ 4 bit, xung vào được đưa
đến tất cả các ngõ vào CK. Để phân tích mạch đếm đồng bộ 4 bit ta xét thời
gian trễ của hai loại mạch đếm không đồng bộ và mạch đếm đồng bộ (H.
III.2.a)

Hình III.2a

Ở mạch đếm không đồng bộ thời gian trễ của 1FF là t
FF
và thời gian
trễ của toàn mạch sẽ là t. Nếu mạch đếm được tạo từ 4 FF thì thời gian trễ
sẽ là t

= 4t
FF

C
= Q
D
= 0 nên khi này đầu vào JK của các FF
B
, FF
C
,
FF
D
tức là Q
B
= Q
C
= Q
D
= 0. Đến xung thứ hai thì J và K của FF
B
= 1 và hai
đầu này được nối với Q
A
còn J và K của FF
C
và FF
D
cũng bằng 0, còn FF
B
đổi
trạng thái từ Q
B

A
= 0,
Q
B
= 0, Q
C
= 1,…Xung đếm thứ 17 thì Q
A
= Q
B
= Q
C
= Q
D
= 0.

 Ưu điểm:
- Ít bò nhiễu so với mạch đếm không đồng bộ.
 Nhược điểm:
- Đối với mạch đếm nhiều bit thì các mạch liên kết logic cho các đầu vào
trở nên phức tạp.

3./ Mạch đếm vòng (Ring Counter)
Mạch đếm vòng là loại mạch dựa vào sự phân chia nhò phân, mà dựa
vào sự di chuyển vòng quanh của một ghi chuyển có hồi tiếp gọi là mạch
đếm vòng. Các mạch đếm vòng không hữu hiệu bằng mạch đếm nhò phân
nhưng do đơn giản hơn và có đặc tính riêng biệt nên đôi khi được sử dụng.
Đặc biệt là các mạch này hoạt động đồng bộ nên có tốc độ giao hoán cao.
Hình(H. III.3a) là sơ đồ cấu tạo của mạch đếm vòng.
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

lên 1,Q
C
= 0, ở xung thứ 3, Q
A
= 0,
Q
B
= 0, Q
C
lên 1,… Mạch hoạt động như bảng trạnh thái hình Hình(H.III.3c),
mạch chỉ đếm được 3 số tức bằng số tầng FF.

Số xung vào Q
C
Q
B
Q
A

0
1
2
1
0
0
0
0
1
0
1