1
Mục Lục
Lời nói đầu:.Trang 2
Nhiệm vụ:
Các phơng án thực hiện đề tài: Trang 3
Sơ đồ khối mạch: .Trang 4
Phân tích nguyên lý hoạt động từng khối:
- Khối lấy tín hiệu:.Trang 5
- Khối phát xung chuẩn: Trang 6
- Khối chia tần: .Trang 11
- Khối phát xung răng ca: Trang 16
- Khối so sánh: Trang 17
- Khối Trigơ D: Trang 19
- Khối đếm Modul 10-4 đêcac: Trang 21
- Khối tạo xung xoá: Trang 22
- Mạch chốt: Trang 24
- Khối tạo xung chốt: Trang 26
- Phần hiển thị: . Trang 27
Đánh giá sai số hệ thống: Trang 29
Kết luận: Trang 30
2

Lời nói đầu:

Điện năng là một nguồn năng lợng thiết yếu cho cuộc sống. Hầu hết các trang thiết bị
hiện đại phục vụ cho sinh hoạt của con ngời đều sử dụng năng lợng điện. Trong quá trình

tín hiệu điện áp. Trên cơ sở đó, có thể thiết kế mạch đo lờng hiển thị dòng điện và công
suất.
Nhiệm vụ:
+ Đo tín hiệu điện áp của một thiết bị tại một thời điểm.
+ Hiển thị số giá trị điện áp đo đợc ( tối đa là 999.9v ).

Các phơng án thực hiện đề tài:

Phơng án 1:
Nh ta đã biết điện áp lới trung bình khoảng 220v~ tàn số khoảng 50Hz , ta có thể
thực hiện theo sơ đồ sau:

Khối
giải mã
(4)
Khối
biến đổi

A/D(3)
Khối
chỉnh
lu(2)
Khối lấy
tín hiệu

Giải mã

Bộ biến dổi A/D tạo mã nhị phân
mà bộ giải mã cần mã BCD
Không sử dụng đợc A/D
LED Phơng án thực hiện đề tài:

3I/ -
Mạch đo lờng hiển thị điện áp (hoặc dòng điện) :
Trong quá trinh làm việc của tất cả các thiết bị cũng nh các tải sử dụng trong sinh
hoạt để thuận tiện cho việc vận hành và theo dõi quá trình làm việc của chúng,ta có thể tiến
hành đo dòng điện hoặc điện áp hiển thị số . Thông qua đó mà ngời sử dụng phát hiện
những sự cố xảy ra và nhanh chóng xử lý kịp thời. Để thực hiện đợc đo dòng điện và điện
áp ta xay dựng sơ đồ khối sau :


chủ đạo
(
2
)
Đếm
modul 10-
4 đề các
(7)
Giải mã 7
thanh
(11)
Tạo
xung
chốt
(9)
Mạch
chốt

(10)
Chia
tần

(
3
)
Hiển thị

(12)
+
Khối 5 : Khối so sánh tín hiệu vào lấy từ khối lây tín hiệu và điện áp răng ca lây từ khối
phát xung răng ca

4+
Khối 6 : Trigơr D, khoá K.
+
Khối 7 : Khối đếm modul 10 4 đề các
+
Khối 8 : Khối tạo xung xoá.
+
Khối 9 : Khối tạo xung chốt.
+
Khối 10 : Mạch chốt.
+
Khối 11 : Khối giải mã 7 thanh.
+
Khôi 12 : Khối hiển thị.

Từ sơ đồ khối ta phân tích nguyên lý làm việc của từng khối nh sau :

II/Phân tích nguyên lý từng khối
1- Khối lấy tín hiệu:
A. Lấy tín hiệu áp( Lấy tín hiệu dòng Công suất ):
Đo điện áp của mạch, dùng biến áp để lấy tín hiệu áp tỉ lệ với điện áp trong mạch điện (Máy
hạ áp). Tín hiệu điện áp lấy ra từ cuộn thứ cấp của máy biến áp đợc đa vào bộ chỉnh cầu
(có tụ loc san phẳng), khi đó tín hiệu ra là tín hiệu điện áp một chiều.

1000000Hz (1Mhz)
Để thực hiện bộ phát xung chuẩn này ta có thể thực theo các phơng án sau:
Phơng án 1:
Dùng mạch khuếch đại dao động:
Sơ đồ nguyên lý:
+E
Ura
T1 T2 Nguyên lý hoạt động:

Mạch trên có hai trạng thái không ổn định và tự động chuyển đổi giữa hai trạng thái này.
Hai trạng thái đó là: T
1
thông và T
2
tắt.
T
1
tắt và T
2
thông.


B1
+R
C1
).
Nếu ta chọn linh kiện cân đối:R
C2
=R
C1
=R
C
R
B2
=R
B1
=R
B
C
1
=C
2
=C
Ta thấy thời gian nạp lớn hơn thời gian phóng.
Giá trị điện áp trên tụ C
1
giảm dần tức là U
B2
du7ơng đần lên.Khi C
1
phóng đến lúc chạm
điện áp cắt của T

B1
+R
C1
)+ C
2
.R
C2
.
Tuỳ ta chọn R và C mà ta có thể có xung có tần số khác nhau.
Tuy nhiên đối với mạch trên thì có các nhợc điểm sau:
-Dải tần không cao:100hz-200khz
-Độ ổn định tần số kém:f+f với f biến thiên lớn.
Ta không thể sử dụng sơ đồ mạch trên.
Phơng án 2:
Sử dụng IC 555 có sơ đồ nguyên lý của hệ thống:

Giản đồ điện áp nh sau: 7Giản đồ điện áp trên cho thấy xung ra của tín hiệu có tần số có thể đáp ứng yêu cầu. Tuy
nhiên chu kỳ tín hiệu cha hoàn toàn ổn định. Đồng thời sự hoạt động của vi mạch 555 có
độ ổn định nhiệt kém.

Phơng án 3:


8

V
dd
=12 V
Trong đó:
Cổng logic NAND:
Xét trờng hợp có hai biến số A, B đầu ra ở cổng Và Y= A.B nên đầu ra ở cổng Không là
đảo của Y: Y=
BA.

Về hoạt động của cổng NAND thì từ các tổ hợp của A, B ta lập bảng trạng thái rồi lấy
đảo để có Y đảo. Tuy nhiên có thể trực tiếp bằng cách lập bảng sự thật sau:

Ký hiệu cổng NAND

9

Nếu A=B thì Y nhận hai mức lôgic 0 hoặc 1
-Dao động 1Mhz đợc tạo ra rừ chân 4 của IC 4011
.
Ta có thể thay IC 4011 bằng IC 7404,
+ Sử dụng IC7404:

Y = A
A
Ký hiệu hàm Đảo (NOT)
2- Khối chia tần: 10

Nh ở mạch phát xung chuẩn ta đã biết tần số F = 1Mhz. Nghĩa là tơng ứng với 10 xung
của bộ phát xung chuẩn là 1V điện áp mạch ngoài cần đo. Ta giả thiết mạch hiển thị của ta
hiển thị tối đa là 999.9V. Vậy ta phải làm sao cho mạch so sánh có U
vaomax = Urcmax thì xung
ra mạch so sánh có độ rộng ( hay thời gian tồn tại ) bằng 9999 (10000) độ rộng một xung
chuẩn. Để làm đợc điều này ta ta phải chia tần ở đầu ra của mạch phát xung chuẩn. Do
xung răng ca đợc tạo ra từ xung chia tần và có tần số bằng tần số xung từ khối chia tần
đa tới ( xem khối phát xung răng ca).
Đầu ra của chia tần phải có Fct * 2 =
4
6
10
10
=100
F
ct = 50 Hz. Nh vậy ta thực hiện chia tần qua bộ đếm có Modul 10000 và một Trigơ. Ta
dùng 4 bộ đếm Modul 10 mắc nối tiếp nhau và nối tiếp với Trigơ.

Bộ đếm Modul 10:

12
Để thực hiện bộ đếm Modul 10 ta da trên cơ sở bộ đếm 4 bit ( modul 16 ) sau khi đã
loại đi 6 trạng thái d , nhờ các mạch vòng hồi tiếp thích hợp mà đến xung thứ 10 sẽ đa bộ
đếm về trạng thái ban đầu (Các đầu ra đều nhận trị 0).

Đồ hình chuyển đổ trạng thái: Bảng kích

t
t
t
Ta có:

Bảng trạng thái của Trigơ JK:

0 0 0 0
0 0 0 1
0 1 1 1 1 0 0 0
0 1 1 0 1 0 0 1
0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0
0 0 11 0 1 0 0 1 0 1 1
S4 S11
S10
S9
S5
S6
S8S7
X3 X2 X1 X0

S12
1 1 0 0

S0
X

1

X

1
0

X

X

1

X

2
X

X

X

1

X

3
0


6
X

X

X

1

7
0

0

X

X

X

X

8
0

X

X


00 01 11 10
00
01
11
10
Q3Q2 Q1Q0
J3
00 01 11 10
00
01
11
10
Q3Q2 Q1Q0
K3
00
01
11
10
00 01 11 10
00
01
11
10
Q3Q2 Q1Q0

2 = Q1.Q0 K2 = Q1.Q0
J
3 = Q2.Q1.Q0 K3 = Q0

Từ các quan hệ trên ta đa ra sơ đồ nguyên lý bộ đếm nhị phân đồng bộ 4 bit Modul 10
dùng Trigơ JK nh sau:

15


g
xoá
5v
Q3Q2Q1Q0

Để có đợc bộ đếm Modul 10 ta sử dụng IC 7490 hay 74LS90
Sơ đồ mạch chia tần dùng IC 7490 nh sau:

J Q
C
K
Q
11 14 5

1 12

2 3 6 7 10
11 14 5

1 12

2 3 6 7 10
11 14 5

1 12

2 3 6 7 10
11 14 5

1 12

4- Khi to in ỏp rng ca:

-Sơ đồ nguyên lý: -Nguyên lý làm việc :

Khi U
ra
=0, Tranzito T
3
khoá. Nguồn -U
cc
qua WR
1
, R
4
đa tới đầu đảo của KĐTT IC741.
Đầu ra của IC741

có điện thế dơng so với mát nên tụ C
1
đợc nạp theo đờng từ
+U

R
5 hạn chế dòng đầu vào.
D
3
, D
4
có tác dụng bảo vệ quá áp đầu vào IC741

Điôt D3, D4 là loại 1N4007 16

-Gin in ỏp: t
t
Urca
10V
U
Sau bộ đảo
0
0

), mắc
nh hình vẽ: 17
-Nguyên lý hoạt động: Khối so sánh làm nhiệm vụ so sánh hai giá trị đầu vào.
Khi U
rc
=U
v
thì đầu ra của khối sẽ thay đổi trạng thái. Nh vậy khối so sánh là một
mạch điện hoạt động theo nguyên tắc biến đổi tơng tự- số. Tín hiệu ra của mạch so sánh là
tín hiệu số nên chỉ có hai mức logic 0 và 1. Tín hiệu ra của mạch so sánh là các xung có
chu kỳ bằng chu kỳ của U
rc
. Thời điểm bắt đầu xuất hiện của một xung nằm trong vùng
sờn nào của U
rc
thì sờn xung đó đợc gọi là sờn sử dụng.
Nh vậy, tại thời điểm U
rc
=U
v
, ở phần sờn sử dụng, trong một chu kỳ của U

DZ1 là loại có : U
dz = 5V , dòng lớn nhất cho phép 100 (
à
A)
-Gin in ỏp:
Sau bộ đảo
U
t
Ra sau so sánh
t
t
Urca
10V
0
Uvào U
U

19
Nh vậy hoạt động của TrigơD là phản ứng theo xung
điều khiển. Khi C =1 thì Q
n = D, khi C = 0 thì Qn+1 =Qn (nghĩa là giữ nguyên trạng thái
trớc đó). Dựa vào hoạt động của trigơD ta cho tín hiệu đầu ra của bộ so sánh vào đầu D của
Trigơ làm dữ liệu, đầu ra của bộ chia tần vào đầu C của Trigơ làm tín hiệu điều khiển. Suy ra
ta thu đợc đầu ra Q của TrigơD có dạng tín hiệu xung vuông, độ rộng xung tỉ lệ với gía trị
điện áp đa vào. Tín hiệu ra của TrigơD và tín hiệu ra từ bộ phát xung chuẩn đuợc đa đến
đầu vào mạch AND. Tín hiệu ra thu đợc là dãy các xung chuẩn có chu kỳ bằng chu kỳ điện
áp lới và số xung chuẩn trong một chu kỳ tỉ lệ với điện áp đầu vào hay tỉ lệ với điện áp lới
cần đo.
C
D

Q
n
n
+1
1 1 1
X

1 0 0
X


U
Sau chia tÇn
U
t
Ra sau so s¸nh
TÝn hiÖu sau
Trigo
t
t
t
Urc−a
10V
0
Uvµo U
t
Xung chuÈn

Xung ra

7-
Khèi m¹ch ®Õm Modul 10-4 ®Ò c¸c:

20

Tín hiệu lấy tại đầu ra của mạch AND là dãy các xung chuẩn đựơc đa đến bộ đếm.
Để đếm đợc tối đa 9999 xung ta phải thiết kế mạch đếm Modul 10-4 đề các mắc theo
nguyên lý đếm tràn.
Q11 Q10 Q9 Q8

IC3 C
R
2 2
2
2 2
3 1
0
Xun
g
xoáNguyên lý hoạt động:

Xung đếm đợc đa đến đầu vào IC1, khi IC1 tràn thì xuất hiện xung vào IC2 và tơng
tự nh vậy IC4 chỉ đợc đếm khi Ic3 tràn. Ta sử dụng IC7490/74LS90 để thiết kế bộ đếm
(Xem bộ đếm modul 10 đã thiết kế)

Mạch so
sánh 2
Mạch vi
p
hânNguyên lý làm việc của sơ đồ nh sau:

Khi có xung dơng đa tới đầu vào đảo của IC741 tụ C
1 đợc nạp điện. Tụ đợc nạp
theo đờng từ R ->C
1 -> mát. Điên áp trên C1 tăng rần theo hàm mũ và giá trị điện áp cực
đại có thể điều chỉnh bởi R
3, thời gian nạp (T = R* C1) của tụ có thể thay đổi bởi giá trị tụ
và điện trở R. Đầu vào đảo của IC1 đợc nối với nguồn chuẩn tạo bởi mạch ổn áp thông số
DZ
2 và R1 tạo ra giá trị điện áp ngỡng để so sánh. Đồng thời khi đầu ra IC1 xuất hiện xung
dơng, tụ C
2 lập tức đợc nạp theo chiều từ R5 -> C2 ->R6 -> mát. Trên đầu ra mạch vi phân
xuất hiện xung nhọn và đợc đa tới đầu vào của IC2 để so sánh với điện áp ngỡng do DZ
5
và R
7 tạo ra. Nh vậy từ khi xuất hiện xung từ mạch so sánh đa tới thì do qua trình nạp tại
C1 mà sau một khoảng thời gian trễ sẽ xuất hiện xung tại đầu ra. Có thể điều chỉnh thời gian
trễ bằng cách thay đổi giá trị tụ C
1.
DZ
1 và DZ6 dùng để loại xung âm.



24
+ Khi C = 0 trạng thái của Trigơ D giữ nguyên
Qn+1 = Qn
C D
Q
n+1
0 0
Q
n
0 1
Q
n
1 0 0
1 1 1

+ Khi C = 1 trạng thái của Trigơ D nhận giá trị đa đến đầu vào
Qn+1 = D


Trong thực tế ngời ta đã chế tạo các IC chốt, ở đây ta sử dụng mạch chốt với các IC
74LS373

7Q
8Q
1Q

n
1
X

X

i
-Z
Khi OE = 1 -> Q = D
OE = 0 -> Q = Hi-Z
Khi E = 1 -> Q = D

25