Mạch khống chế nhiệt độ
2. SƠ LƯỢC VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI AD
Tín hiệu trong thế giới thực thường ở dạng tương tự (analog), nên mạch điều
khiển thu thập dữ liệu từ đối tượng điều khiển về (thông qua các cảm biến) cũng ở
dạng tương tự. Trong khi đó, bộ điều khiển ngày nay thường là các μP, μC xử lý dữ
liệu ở dạng số (digital). Vì vậy, cần phải chuyển đổi tín hiệu ở dạng tương tự thành tín
hiệu ở dạng số thông qua bộ biến đổi AD.
Có nhiều phương pháp biến đổi AD khác nhau, ở đây chỉ giới thiệu một số
phương pháp điển hình.
2.1. Biến đổi AD dùng bộ biến đổi DA.
Trong phương pháp này, bộ biến đổi DA được dùng như một thành phần trong
mạch. Khoảng thời gian biến đổi được chia bởi nguồn xung clock bên ngoài. Đơn vị
điều khiển là một mạch logic cho phép đáp ứng với tín hiệu Start để bắt đầu biến đổi.
Khi đó, OPAMP so sánh hai tín hiệu vào analog để tạo ra tín hiệu digital biến đổi trạng
thái của đơn vị điều khiển phụ thuộc vào tín hiệu analog nào có giá trị lớn hơn. Bộ
biến đổi hoạt động theo các bước :
• Tín hiệu Start để bắt đầu biến đổi.
• Cứ mỗi xung clock, đơn vị điều khiển sửa đổi số nhị phân đầu ra và đưa
vào lưu trữ trong thanh ghi.
• Số nhị phân trong thanh ghi được chuyển đổi thành áp analog vAX qua bộ
biến đổi DA.
• OPAMP so sánh vAX với điện áp đầu vào vA. Nếu vAX < vA thì đầu ra ở
mức cao, còn ngược lại, nếu vAX vượt qua vA một lượng vT (áp ngưỡng)
Mạch khống chế nhiệt độ
thì đầu ra ở mức thấp và kết thúc quá trình biến đổi. Ở thời điểm này,
vAX được xấp xỉ bằng vA số nhị phân chứa trong thanh ghi chính l giá trị
digital xấp xỉ của vA (theo một độ phân giải và chính xác nhất định của
từng hệ thống).
• Đơn vị điều khiển kích hoạt tín hiệu EOC, báo rằng được kết theo quá
trình biến đổi. Dựa theo phương pháp này, có nhiều bộ biến đổi như sau :
2.2. Giới thiệu về IC ADC 0804
Bộ ADC 0804 là một thiết bị CMOS tích hợp với một bộ chuyển đổi từ
tương tự sang số 8 bit, bộ chọn 1 kênh với một bộ logic điều khiển tương thích.
Bộ chuyển đổi AD 8 bit này dùng phương pháp chuyển đổi xấp xỉ tiếp.
Thiết bị này loại trừ khả năng cần thiết điều chỉnh điểm 0 bên ngoài và
khả năng điều chỉnh tỉ số làm tròn ADC 0804 dễ dàng giao tiếp với các bộ vi xử
lý.
• Sơ đồ chân ADC 0804:
+
-
vA
Đầu vào analog
Counter
Bộ biến
đổi DA
. . .
vAX
Kết quả digital
So snh
OPAMP
EOC
Start
Clock
Reset
Clock
vAX
Start
vA
EOC
tC
Khi chuyển
đổi hoàn tất,
counter
ngừng đếm
Mạch khống chế nhiệt độ
Chức năng các chân:
CS: Ngõ vào cho phép
RD,WR: Đọc ghi
INTR :cho phép chốt địa chỉ
DB0…DB7 : ngõ ra song song 8 bit
CLK : xung đồng hồ
VREF : điện thế tham chiếu
Vin+, Vin-: ngõ vào tương tự
VCC, GND: nguồn cung cấp
Các đặc điểm của ADC 0804:
Độ phân giải 8 bit
. Tổng sai số chưa chỉnh định ± ½ LSB; ± 1 LSB
. Thời gian chuyển đổi: 100μs ở tần số 640 kHz
. Nguồn cung cấp + 5V
. Điện áp ngõ vào 0 – 5V
. Tần số xung clock 10kHz – 1280 kHz
. Nhiệt độ hoạt động - 40oC đến 85oC
Mạch khống chế nhiệt độ
. Dễ dàng giao tiếp với vi xử lý hoặc dùng riêng
. Không cần điều chỉnh zero hoặc đầy thang
Nguyên lý hoạt động:
ADC 0804 có 1 vào tương tự để chuyển đổi sang số 8 bit.
Sau khi kích xung start thì bộ chuyển đổi bắt đầu hoạt động ở cạnh xuống
của xung INTR, lúc này bit cơ trọng số lớn nhất (MSB) được đặt lên mức 1, tất
cả các bit còn lại ở mức 0, đồng thời tạo ra điện thế có giá trị Vref/2, điện thế
này được so sánh với điện thế vào in.
+ Nếu Vin > Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 1.
+ Nếu Vin < Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 0.
Tương tự như vậy bit kế tiếp MSB được đặt lên 1 và tạo ra điện thế có giá
trị Vref/4 và cũng so sánh với điện áp ngõ vào Vin. Quá trình cứ tiếp tục như
vậy cho đến khi xác định được bit cuối cùng. Khi đó chân INTR lên mức 1 báo
cho biết đã kết thúc chuyển đổi.
Trong suốt quá trình chuyển đổi nếu có 1 xung start tác động thì ADC sẽ
ngưng chuyển đổi.
Mã ra N cho một ngõ vào tùy ý là một số nguyên.
)()(
)( ).(256
−+
−
−
−
=
refref
refIN
VV
VV
N
Trong đó Vin: điện áp ngõ vào hệ so sánh.
Vref(+): điện áp tại chân REF(+).
Vref(-): điện áp tại chân REF(-).
Nếu chọn Vref(-) = 0 thì N = 256.
V
ref(+) = Vcc = 5V thì đầy thang là 256.
• Mạch tạo xung clock cho ADC 0804: Sử dụng mạch dao động dùng RC
để tạo dao động cho ADC như sau:
)(+ref
in
V
V
C1
100p
R1
10K
Mạch khống chế nhiệt độ
Tần số dao động của mạch là f = RC1.1
1
Tần số dao động chuẩn là 600 kHz đến 700Khz
Với R từ 1kΩ đến vài chục kΩ chọn R =15 kΩ ⇒ C = 100 pF
=> f = 93 10.100.10.15
1
−= 667Khz
Từ những điều trên ta kết luận rằng các bước cần phải thực hiện khi chuyển đổi
dữ liệu bởi ADC0804 là:
9 Bật CS = 0 và gửi một xung thấp lên cao tới chân WR để bắt đầu chuyển đổi.
9 Duy trì hiển thị chân
I
NTR . Nếu
I
NTR xuống thấp thì việc chuyển đổi được
hoàn tất và ta có thể sang bước kế tiếp. Nếu
I
NTR cao tiếp tục thăm dò cho đến khi
nó xuống thấp.
9 Sau khi chân
I
NTR xuống thấp, ta bật CS = 0 và gửi một xung cao xuống thấp
đến chân
R
D để lấy dữ liệu ra khỏi chip ADC0804. Phân chia thời gian cho quá
trình này được trình bày như hình 8.
Hình 8: Phân chia thời gian đọc và ghi của ADC0804
CHƯƠNG 4
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
1.SƠ ĐỒ KHỐI