Trường ĐHCN Hà Nội
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN-TỰ ĐỘNG HÓA

Bài Tập Lớn
MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ-VI MẠCH SỐ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐO TẦN SỐ
Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thu Hà
Sinh viên thực hiện
: Nguyễn Đức Trung (08141240140)
Phùng văn Thành
Tống khác Thành
Hoàng Văn Thủy
Đỗ Thành Trung
Lớp : ĐH Tự động hóa 2 K8
Nhóm 15
Nội dung:
Thiết kế mạch đo tần số và giám sát nhiệt độ.Hệ thống gồm 2 nút Start và Stop để khởi
động và dừng hệ thống,4 led 7 thanh để hiển thị giá trị đo tần số-thang đo Hz,(dải đo từ
0Hz-9999Hz),đối tượng đo là xung vuông hoặc tín hiệu xoay chiều.Một cảm biến nhiệt
độ LM335 để giám sát nhiệt độ(dải đo từ 0 độ C đến (100+n) =106 độ C.

1


BÀI TẬP LỚN
BỘ MÔN : Vi Mạch Tương Tự & Vi Mạch Số
ĐỀ TÀI : thiết kế mạch đo tần số
Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thu Hà
Sinh viên thực hiện


Chương 3 :
3.1.Các kết quả đạt được
3.2.Sai số và nguyên nhân sai số của thiết bị đo
3.3.Các hạn chế tồn tại của bản thiết kế và phương hướng khắc phục.

Chương 4 : kết luận …………………………………………………………………………...30

4


CHƯƠNG 1
Trình bày về mạch chức năng sử dụng trong hệ thống

1.1 Phân tích yêu cầu công nghệ
Đối tượng đo là xung vuông , dải đo từ 0Hz ÷9999Hz.
Yêu cầu dùng các vi mạch tương tự và vi mạch số để thiết kế. Hệ thống gồm hai nút START và
STOP để khởi động và dừng hệ thống, 4 Led 7 thanh để hiển thị giá trị đo tần số.
Khi ấn nút START, hệ thống thực hiện đo và hiển thị kết quả với thang Hz

1.2 LIỆT KÊ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO TẦN SỐ

1. ĐO TẦN SỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI THẲNG

1.1:Tần số kế cộng hưởng điện từ
Để đo tần số của lưới điện công nghiệp người ta thường sử dụng tần số kế cộng
hưởng kiểu điện từ
Cấu tạo của tần số kế điện từ bao gồm một nam châm điện, Các thanh thép đươc
gắn chặt 1 đầu, còn đầu kia dao động tự do. Các thanh thép có tần số riêng khác nhau.
Tần số riêng của mỗi thanh bằng hai lần tần số của nguồn điện cần đo. Dưới tác

sẽ tang và do đó mà góc lệch α tỉ lệ với tần số.
1.3: Tần số kế điện tử
a- tần số kế điện dung dùng đổi nối điện tử
nguyên lý của tần số kế điện tử dựa trên việc đo giá trị trung bình của dòng phóng
I của tụ điện, phóng nạp có chu kỳ cùng nhịp với tần số cần đo fx.
Để mở rộng thang đo tần số ta phải làm sao cho hằng số thời gian nạp và phóng
của tụ điện sẽ nhỏ hơn nửa chu kỳ của tần số cao nhất. Điều này đạt được bằng cách thay
đổi điện dung của tụ điện , còn điện trở của mạch nạp và phóng luôn không thay đổi.
Giới hạn trên của tần số cần đo được xác định bởi độ nhạy của cơ cấu chỉ thị. Còn
giới hạn dưới tần số cần đo là tần số mà ở đó xuất hiện dao động cơ cấu chỉ thị.
6


b- Tần số kế điện dung dùng chỉnh lưu
Nhờ mạch tạo xung điện áp có tần số cần đo fx được biến thành xung vuông khi
xung còn tồn tại tụ C được nạp qua điốt D1. Trong khoảng phóng qua D2 và cơ cấu chỉ
thị từ điện.
Góc lệch α của cơ cấu chỉ thị sẽ tỉ lệ với dòng điện trung bình
α = S1I=S1qfx=S1CUmfx
Dòng trung bình tỉ lệ thuận với fx, do vậy mà góc lệch α tỉ lệ thuận với tần số cần
đo fx với điều kiện độ nhạy của cơ cấu chỉ thị S1, tụ C và biên độ xung Um không đổi.
Tần số kế kiểu này có ưu điểm là có khả năng đo trực tiếp ở dải tần số rộng.

1.4 :Tần số kế chỉ thị số
Nguyên lý của một tần số kế chỉ thị số là điếm số xung N tương ứng với số chu kỳ
của tần số cần đo fx trong khoảng thời gian gọi là thời gian đo Tđo.
N=

=


hợp giử tần số kế và nguồn tín hiệu cần đo.
3. TẦN SỐ KẾ VẠN NĂNG SỬ DỤNG VI SỬ LÝ
Là một tần số kế hiện đại ó thể đo được nhiề đại lượng như : đo tần số , đ dộ dài
xung và đo chu kỳ của một dãy xung tín hiệu vào .

Để thực hiện việc đo các đại lượng như vậy cần phải thực hiện điều khiển thông qua
hay máy tính đơn phiến.
Tần số kế bao gồm 3 phần :
8


-

Phần 1 bao gồm các bộ biến đổi chu kỳ hay độ dài xung tín hiêu vào Ux(t) thành
khoảng thời gian.
Phần 2 : bao gồm vác bộ biến đổi chu kỳ và độ dài xung thành mãsố.
Phần 3 : bao gồ các vi xử lý cài đặt vào tần số kế.

Đẻ tạo bộ chia tàn số với tàn số kế thay đổi người ta dùng timer chương trình hóa.
Phần

được lối với các phần khác bằng các “BUS” dữ liệu, địa chỉ và điều khiển.

II . TRÌNH BÀY VỀ NGUYÊN LÝ ĐO TẦN SỐ TRONG BÀI
1. Khái niệm:
Tần số dòng điện là số lần dòng điện đổi chiều trong một đơn vị thời gian(s)
Ký hiệu tần số : f
Đơn vị : Hz
2. Nguyên tắc đo tần số
Nguyên tắc đo tần số : bằng cách đếm số xung dao động của một dao động cần


Start
Stop

Bộ đếm 4
chỉ số
BCD

Bộ tạo
xung 1Hz

Mạch cảnh báo khi nhiệt độ vượt quá 86 độ C:

10

4 bộ giải
mã 7Seg

Hiển Thị
Led 7Seg


Nguồn

Cảm biến
và
khuếch đại đo
lường

So sánh


1. IC 555
Là IC tạo dao động tần số cấp xung nhịp cho IC 74ls190 đếm giây
- Chân 1 (GND): cho nối GND để lấy nguồn cấp cho IC hay chân còn gọi là
chân chung.
- Chân 2 (TRIGGER) : đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được
dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp. Mạch so sanh ở đây dùng
các transitor
PNP với mức điện áp chuẩn 2/3 Vcc.
- Chân 3 (OUTPUT) : chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic. Trạng
thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1. 1 ở đây là mức cáo nó
tương ứng gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V
nhưng trong thực tế nó không được ở mức 0V mà nó trong khoảng ( 0.35>0.75V).
- Chân 4 (RESET) : dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối masse
thì ngõ ra ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức cao thì trạng thái ngõ ra
phụ thuộc vào điện áp chân 2 và chân 6. Nhưng mà trong mạch để tạo được
dao động thường nối chân này lên Vcc.
- Chân 5 ( CANTROL VOLTAGE): dùng thay đổi mức áp chuẩn trong IC
555 theo các mức biển áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài nối GND. Chân
này có thể không nối cũng được nhưng để giảm trừ nhiễu người ta thường
nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF->0.1uF các tụ này
lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định.
- Chân 6 (THRESHOLD): là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp
khác và cũng được dùng như 1 chân chốt dữ liệu.
- Chân 7 (DISCHAGER): có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu
điều khiển bởi tầng logic của chân 3. Khi chân 3 ở mức điện áp thấp thì khóa
này đóng lại , ngược lại thì nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho mạch R_C
lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động.
- Chan 8 (VCC): đây là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động. không có
chân này coi như IC chết . Nó được cấp điện áp từ 2->18V.

Bảng chân lý của IC7447 ứng với led 7 thanh.

Mạch dùng IC 4017 tạo ra bộ đếm :

16


3. IC đếm BCD 74ls190
Là IC tích hợ bộ đếm thập phân đồng bộ, đầu ra song song. Nó có chức năng
đếm thuận hoặc nghịch.Đặc biệt có thể đặt trước giá trị đếm với chân điều
khiển giá nạp giá trị.

17


Chức năng các chân:
Chân cấp nguồn : 16 (VCC) và chân 8(GND).
Nhóm chân dữ liệu nạp vào : A(15) B(1) C (10) D(9)
Nhóm chân dữ liệu đầu ra : Qa (3) Qb(2) Qc(6) Qd(7)
Chân cấp xung clock CLK :14
Chân chọn chế độ đếm thuận nghịch D/U :5
Chân cho phép đếm Enable :4
Chân nạp giá trị load :11
Chân xung đếm ra RCO :13
Bảng trạng thái các chân chức năng đặc biệt :

18


4. IC giải mã 74hc4511

20


5.Hiển thị( Led 7 thanh)

Led 7 thanh: là 7 con led xếp với nhau thành một hình, nhằm thể hiện các con số.
Một chân của các con led được nối với nhau ( Katot chung hoặc Anot chung), các
chân còn lại được đưa ra nhằm phân cực các con led.

Trong đề tài này chọn led Cathode chung.

2.5.Sơ đồ nguyên lý của mạch

21


2.6.Thuyết minh nguyên lý hoạt động của mạch
1. Khi ta ấn nut START mạch hoạt động IC 555 cấp xung cho bộ đếm thời gian và nguồn tín hiệu
cần đo cấp xung cho bộ đếm xung hoat động .
Khối tín hiệu cho phép đếm và dừng đếm

22


Khi mạch đếm chưa hết tần số thì đầu ra của cổng 7408 vẫn ở mức thấp mạch hoạt động khi đạt hết
quá trình đếm xung thì đầu ra của 7408 đạt mức cao hệ thống ngừng đếm. Và đó chính là kết quả đo
tần sô của nguồn tín hiệu cần đo.
Khi ta muốn đo lại ta ấn nút START mach sẽ về trạng thái 0. Muốn tiếp tục đo ta ấn START lần 2.
Khi muốn dùng mạch ta ấn nút STOP mạch sẽ dừng lại cả khối đếm xung và đếm thời gian đều dừng
lại.