BỘ CÔNG THƯƠNG
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
Khoa Điện
BÀI TẬP LỚN
MÔN HỌC :
VI MẠCH TƯƠNG TỰ
Đề tài: Dùng các vi mạch tương tự tinh toán, thiết kế mạch đo và cảnh
báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ.
Giáo viên hướng dẫn:
Thầy: NGUYỄN VŨ LINH
Sinh viên thực hiện : TRƯƠNG TUẤN VIỆT
MSV: 0641040065
1
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
BÀI TẬP LỚN: VMTT Số 4
Họ và tên HS-SV : .TRƯƠNG TUẤN VIỆT Nhóm : 4
MSV : 0641040065
Lớp : Điện 1
Khoá : .6 Khoa : Điện.
NỘI DUNG
Đề tài: Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC
cảm biến nhiệt độ.
Yêu cầu: - Dải đo từ: t
0
C =t
min
– t
max

Chương 1: Tổng quan mạch đo ……………………………5 ……….………….11
Khái niệm ……………………………………………………………………………………….5
Các thang đo nhiệt độ ………………………………………………………………………… 5
Biến nhiệt thành điện ………………………………………………………………… ……… 6
Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu ……………………………………………………………………… 6
Nhiệt kế điện trở ……………………………………………………………………………….7
Lựa chọn phương pháp biến đổi nhiệt năng thành điện năng…………………………………. .8
Hình thành sơ đồ khối ……………………………………………………………………………8
Sơ đồ khối ……………………………………………………………………………………….8
Yêu cầu cho từng khối ……………………………………………………………………… 9
Tổng quan mạch đo …………………………………………………………………………….10
Chương 2 : Thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ …….…12………….27
Các linh kiện trong mạch …………………………………………………… …………….12
Thiết kế mạch đo ……………………………………………………………………………… 13
Mạch tạo xung vuông bằng IC 555 …………………………………………………………… 21
Mạch đo ……………………………………………………………………………………… 22
Khối ADC (analog digitor converter) ………………………………………………………….22
Khối giải mã cho 8 bít đầu vào …………………………………………………………………23
Khối tạo cấp chữ số hàng đơn vị: ………………………………………………………………23
Khối tạo ra cấp chữ số hàng chục ………………………………………………………… 24
Khối tạo ra cấp chữ số hang trăm …………………………………………………………. 24
Khối hiển thị ……………………………………………………………………………………25
Khối cảnh báo ………………………………………………………………………………….25
Sơ đồ khối nguồn cung cấp cho toàn hệ thống ……………………………………………… 26
Tính toán ………………………………………………………………………………………28
CHƯƠNG 3 : kết luận và hướng phát triển ……………………………………………………29
4
5
CHƯƠNG 1 :TỔNG QUAN MẠCH ĐO
I. Tổng quan

thường ở dạng tương tự .Do đó muốn xừ lí chúng theo phương pháp kĩ thuật số ta
phải biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số .
6
Xuất phát từ ý tưởng đó, em đă thưc hiện việc xây dựng một mạch điện đo
nhiệt độ hiển thị ra đèn LED .Mạch này chỉ mang tính chất thử nghiệm thưc tế về vấn đề
chuyển đổi ADC , vấn đề cảnh báo nhiệt độ ra đèn và vấn đề đo lường các đại lượng
không điện bằng điện
II. Biến nhiệt thành điện
Có nhiều phương pháp đo nhiệt độ tuỳ theo yêu cầu về kỹ thuật và giải nhiệt độ
Phân ra làm 2 phương pháp chính : Đo trực tiếp và đo gián tiếp
+Đo trưc tiếp là phương pháp đo trong đó các chuyển đổi nhiệt điện đươc đặt
trực tiếp trong môi trường cần đo.
+Đo gián tiếp là phương pháp đo trong đó dụng cụ đo đặt ngoài môi trường cần
đo(áp dụng vơi trường hơp đo ở nhiệt độ cao ).
Ta chỉ khảo sát phương pháp đo trực tiếp với giải nhiệt độ cần đo không phải ở
quá cao.( 0 – 60+n) n: số mã sinh viên
Đo nhiệt độ bằng phương pháp trưc tiếp ta lại khảo sát 2 loại nhiệt kế cặp nhiệt
ngẫu và nhiệt kế nhiệt điện trở.
1.1 Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu :
Cấu tạo : Gồm hai thanh kim loại a,b được hàn với nhau tại một đầu t1 hai
đầu t0 là đầu tự do .
Nguyên lý làm việc dựa trên hiệu ứng Thomson và hiệu ứng seebek :khi nhiệt
độ ở đầu t1 khác nhiệt độ ở đầu t0 chúng sẽ tạo nên một suất điện động:
Eab(t1,t0)=Eab(t1)-Eab(t0).Nếu giữ nhiệt độ ở đầu t0 không đổi :
Eab(t1,t0)=Eab(t1-c)=F(t1).
+Rd: điện trở đường dây (quy định là 5 vôn)
+Rdc: điện trở điều chỉnh (điều chỉnh cho Rd =5ôm)
_Những nguyên nhân gây sai số ;
· Điện trở mạch đo thay đổi khi nhiệt độ
môi trường thay đổi.

Dải nhiệt độ rất rộng
Quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ: Rt=Ro. Exp[B.(1/T-1/To) ]
Trong đó: To là nhiệt độ chuẩn tuyệt đối
Ro la điện trở của chất bán dẫn ở nhiệt độ To
Rt la điện trở của chất bán dẫn ở nhiệt độ T của môi trường
B là hằng số có giá trị từ 3000 đến 5000 K
Giá trị điện trở thường cỡ 50 - 500 Ôm
- Đo nhiệt độ =diot va tranzitor
Linh kiện điện tử rất nhạy nhiệt nên ta có thể sử dụng 1số linh kiện bán dẫn như
diot hoặc tzt nối theo kiểu Điot(barơ nối với Colector)
8

Khi đó điện áp U giữa hai cực của ĐIụt là hàm của nhiệt độ . Độ nhạy được xác định theo
biểu thức :
S=dU/dt (độ nhạy có giá trị thường cỡ 2.5 mV/độ C)

: Khi nhiệt độ thay đổi ta có :
Ud=Ebe1-Ebe2=(K.T.ln(Ic1/Ic2))/q
Trong đú:K là hệ số
T là nhiệt độ môi trường tính theo độ K
q là điện tích
Ic1 là ḍng collector cua tzt1
Ic2 là ḍng collector cua tzt 2
Với tỉ số Ic1/Ic2=const . Ud tỉ lệ thuận với nhiệt độ T mà không cần nguồn ổn định.
Độ nhạy nhiệt của mạch của mạch này được xác định theo biểu thức sau:
S=d(U1-U2)/dT
Hiện nay trên thị trường có sẵn những IC tích hợp sử dụng phần tử bán dẫn làm nhiệm vụ
cảm biến nhiệt rất tiện lợi.
1.3 Lựa chọn phương pháp biến đổi nhiệt năng thành điện năng
Việc sử dụng IC cảm biến nhiệt áp dụng vào thiết bị đo nhiệt độ đang là một phương pháp

để thể hiện kết quả đo.
- Hiển thị : cho phép người quản lý thấy được tại thời điểm bất kì của hệ thống đo
để kịp thời sử lý
- Cảnh báo : thực hiện chức năng báo động khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng cho phép
1.3 Tổng quan mạch đo
1.3.1 Mạch đo
Đối tượng cần đo là đại lượng vật lý, dựa vào các đặc tính của đại lượng cần đo mà chọn ra
loại cảm biến phù hợp để thực hiện việc biến đổi các thong số cần đo thành đại lượng điện
hay điện áp U = 0 – 10V
I = 0- 20mA
Sau đó qua bọ lọc và khuếch đại tín hiệu
Tín hiệu sau khi được hiệu chỉnh sẽ chuyển qua bộ chuyển đổi ADC ( Analog Digital
Converter) bộ này chuyển đổi tín hiệu tương tự sang dạng số rồi chuyển qua để so sánh rồi
phát cảnh báo nếu nhiệt độ vượt quá ngưỡng cho phép hoặc chuyển tới phần chỉ thị để hiển
thị kết quả ra LED
1.3.2 Các phương pháp đo nhiệt độ
11
Đo nhiệt độ là phương pháp đo lường tín hiệu dạng tự nhiên của môi trường, không có
điện trong đại lượng cần đo
- nhiệt độ được phân làm nhiều dải để đo:
+ dải mức thấp
+ dải mức trung bình
+ dải mức cao
Nhiệt độ được đo với các cảm biến hỗ trợ như
+ cặp nhiệt kế
+ nhiệt điện kê kim loại
+ nhiệt điện trở kim loại
+ nhiệt điện trở bán dẫn
12
+ cảm biến thạch anhCHƯƠNG 2 :THIẾT KẾ MẠCH ĐO VÀ CẢNH

-
.
. Khi V
+
= V
-
.
1.4 ADC 0804
1.4.1 Hình ADC trong mạch protus và sơ đồ các chân của ADC 0804
Hình 3 : ADC 0804
Chíp ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự số trong họ các loạt ADC800, nó làm việc với +5V và
có độ phân giải 8 bit. Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một yếu tố quan trọng
khác khi đánh giá một bộ ADC. Thời gian chuyển đổi được định nghĩa như là thời gian mà bộ
ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một số nhị phân. Trong ADC0804 thời gian
chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK R và CLK IN nhưng
không thể nhanh hơn 110μs. Các chân của ADC0804 được mô tả như sau:
14
hình 4 : Sơ đồ các chân ADC0804
1.4.2 Chức năng các chân ADC0804:
- Chân CS (chân số 1) – chọn chíp: Là một đầu vào tích cực mức thấp được sử dụng để kích hoạt
chíp ADC0804. Đbể truy cập ADC0804 thì chân này phải ở mức thấp.
-Chân RD (chân số 2): Đây là một tín hiệu đầu vào được tích cực mức thấp. Các bộ ADC chuyển
đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân tương đương với nó và giữ nó trong một thanh ghi trong.
RD được sử dụng để nhận dữ liệu được chuyển đổi ở đầu ra của ADC0804. Khi 0CS = nếu một
xung cao – xuống – thấp được áp đến chân RD thì đầu ra số 8 bit được hiển diện ở các chân dữ
liệu D0 – D7. Chân RD cũng được coi như cho phép đầu ra.
- Chân ghi WR (chân số 3). Thực ra tên chính xác là “Bắt đầu chuyển đổi”): Đây là chân đầu vào
tích cực mức thấp được dùng để báo cho ADC0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi. Nếu CS = 0 khi
WR tạo ra xung cao – xuống – thấp thì bộ ADC0804 bắt đầu chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự
Vin về số nhị phấn 8 bit. Lượng thời gian cần thiết để chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số

xuống thấp. Để tính điện áp đầu ra ta có thể sử dụng công thức sau:
D
out
=
V
¿
k í c ht hư ớ cbư ớ c
Với Dout là đầu ra dữ liệu số (dạng thập phân). Vin là điện áp đầu vào tương tự và độ phân dãy là
sự thay đổi nhỏ nhất được tính như là (2x/2REFV) chia cho 256 đối với ADC 8 bit.
- Chân GND (chân số 10): Đây là những chân đầu vào cấp đất chung cho cả tín hiệu số và tương
tự. Đất tương tự được nối tới đất của chân Vin tương tự, còn đất số được nối tới đất của chân
VCC. Lý do mà ta phải có hai đất là để cách ly tín hiệu tương tự Vin từ các điện áp ký sinh tạo ra
việc chuyển mạch số được chính xác. Trong phần trình bày thì các chân được nối chung với một
đất. Tuy nhiên, trong thực tế thu đo dữ liệu các chân đất này được nối tách biệt.
*Từ những điều trên ta kết luận rằng các bước cần phải thực hiện khi chuyển đổi dữ liệu bởi
ADC0804 là:
-Bật CS = 0 và gửi một xung thấp lên cao tới chân WR để bắt đầu chuyển đổi.
-Sau khi chân INTR xuống thấp, ta bật CS = 0 và gửi một xung cao xuống thấp đến chân RD để
lấy dữ liệu ra khỏi chip ADC0804.
1.5 IC 7483
Là IC dùng để biến đổi số đầu vào tạo ra số đầu ra khác , với mạch mã hoá được cấu tạo
bởi các cổng logic như ở hình trên ta có nhận xét rằng trong trường hợp nhiều phím được
nhấn cùng 1 lúc thì sẽ không thể biết được mã số sẽ ra là bao nhiêu. Do đó để đảm bảo
rằng khi 2 hay nhiều phím hơn được nhấn, mã số ra chỉ tương ứng với ngõ vào có số cao
nhất được nhấn, người ta đã sử dụng mạch mã hoá ưu tiên
17
Hình 6 : IC7483
1.6 IC 4511
Hình 7 : IC 4511
IC dùng để giải mã tín hiệu rồi đưa tín hiệu đã được giải mã hiển thị qua LED 7 đoạn

– V
o1
)/ I
LED
=(5V- 2V- 0.4V)/ 10mA= 260 (Ω)
Trong thực tế khi thiết kế ta chỉnh giá trị R
hd
sao cho LED sang rõ nhất và lúc này ta đo được giá
trị điện trở hạn dòng là R
hd
=330 (Ω)
Tại ngõ ra của IC 74LS47, ta mắc thêm điện trở hạn dòng cho IC này trong trường hợp LED sang
thì điện áp trên LED khoảng 2V, V
CE SAT
=0.2 V, vậy nên phải có điện trở hạn dòng cho IC này để
không sảy ra cháy IC mã hóa.
1.8 IC 7485
Mạch so sánh độ lớn 1 bit. Cấu trúc mạch sẽ như sau :
Hình 9 : Khối so sánh 1 bit Hình 10 : Mạch so sánh 1 bit

19
Bây giờ dạng tín hiệu vào mạch so sánh không phải chỉ có mức cao hay mức thấp (1 bit) mà là một
chuỗi các xung vuông thì mạch khi này phải là mạch so sánh độ lớn nhiều bít.
Hình thức so sánh của mạch 4 bit cũng giống như mạch 1 bit và rõ ràng là phải so sánh bit MSB
trước rồi mới lùi dần.
7485/LS85 là 1 IC tiêu biểu có chứa mạch so sánh 4 bit
Kí hiệu khối của IC như hình, còn sơ đồ chân có thể xem trong phần datasheet
Hình 10 : Mạch so sánh độ lớn 4 bit
Hình 11 : bảng chân lý của 74LS85
Nhìn vào bảng sự thật của IC ta có thể thấy được hoạt động của mạch

IB là dòng chạy qua mối BE
β là hệ số khuyếch đại của Transistor
Giải thích : Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua
mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán dẫn
P tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán
dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn hơn số lượng
lỗ trống rất nhiều, một phần nhỏ trong số các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành
dòng IB còn phần lớn số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp
UCE => tạo thành dòng ICE chạy qua Transistor.
II. Thiết kế các khối trong mạch đo
1. Mạch tạo xung vuông bằng IC 555
Hình 13 : mạch tạo xung vuông IC 555
1.1. 555 là một loại linh kiện khá là phổ biến bây giờ với việc dễ dàng tạo
đượcxung vuông và có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn
giản,điềuchế được độ rộng xung. Nó được ứng dụng hầu hết vào các mạch
tạo xungđóng cắt hay là những mạch dao động khác
1.2. Tính toán
Tạo ra tần số f = 171kHz
chọn 2*R1 = R2 = 600Ω
f = 171kHz
phương trình :
22
f=
1
ln 2∗C∗(R1+2∗R2)
171*10^3 =
1
ln 2∗C∗(600+ 1200)
=>C =
1