Do Luc Va Ung Suat

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 1 LÔØI GIÔÙI THIEÄU Ngaøy nay vieäc ño löôøng vaø ñieàu khieån ñöôïc öùng duïng trong saûn xuaát coâng nghieäp cuõng nhö trong phoøng thí nghieäm raát höõu duïng. Lôïi duïng vieäc ño öùng suaát bieán daïng töø ñoù maø ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc nhöõng thoâng soá vaät lyù cô hoïc khaùc nhö: ñoä voõng tónh, moment, löïc taùc duïng, … Hieän nay ñaõ coù nhöõng maùy ño nhö loaïi duøng ñoàng hoà chæ thò soá P3500 ñöôïc thöïc hieän taïi phoøng thí nghieäm. Khi khoa hoïc coâng ngheä thoâng tin ñaõ vaø ñang phaùt trieån thì maùy vi tính baét ñaàu thay theá caùc thieát bò ño löôøng thoâng thöôøng maø cho ta keát quaû nhanh vaø chính xaùc. Caùc thieát bò, heä thoáng ño löôøng vaø ñieàu khieån gheùp noái vôùi maùy tính coù ñoä chính xaùc cao, thôøi gian thu thaäp soá lieäu ngaén nhöng ñieàu ñaùng quan taâm hôn laø möùc ñoä töï ñoäng hoùa trong vieäc thu thaäp vaø xöû lyù caùc keát quaû ñoù. Tuy nhieân ñeå heä thoáng ño löôøng vaø ñieàu khieån gheùp noái vôùi maùy tính hoaït ñoäng ñöôïc thì ngoaøi phaàn maïch ñieän khueách ñaïi vaø chuyeån ñoåi AD thì caàn coù chöông trình ñöôïc naïp vaøo maùy tính ñeå xöû lyù keát quaû. Baøi luaän vaên naøy cuõng laø moät ñeà taøi xöû lyù tín hieän ñieän töû boä caûm bieán cho pheùp maùy tính coù theå giao tieáp thoâng qua coång maùy in.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 2

PHAÀN A DAÃN NHAÄP

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 3 I.

ÑAËT VAÁN ÑEÀ: Ñeå hieåu ñöôïc vaø laøm chuû ñöôïc caùc hieän töôïng vaät lyù hoùa hoïc, y, sinh hoïc...trong ñôøi soáng chuùng ta, ñoøi hoûi chuùng ta phaûi coù phöông phaùp ño vaø thieát bò ño löôøng seõ giuùp chuùng ta ñaït ñöôïc muïc ñích naøy. Cuøng vôùi söï tieán boä vöôït baäc cuûa coâng ngheä ñieän töû vaø coâng ngheä thoâng tin chuùng ta coù theâm caùc thieát bò ño löôøng ñieän töû ngaøy caøng chính xaùc hôn, söû duïng thuaän lôïi hôn, hoaït ñoäng ôû cheá ñoä töï ñoäng hoùa hoaøn toaøn. Ñeå phuïc vuï cho vieäc töï ñoäng hoùa trong coâng nghieäp, chuùng ta phaûi ñeà caäp ñeán caùc phöông phaùp vaø caûm bieán ño caùc ñaïi löôïng khoâng ñieän. Ví duï nhö: löïc, aùp suaát, nhieät ñoä v.v... Töø nhöõng ñaïi löôïng khoâng ñieän naøy ñöôïc caûm bieán chuyeån ñoåi thaønh ñaïi löôïng ñieän roài xöû lyù tín hieäu baèng nhöõng maïch ñieän töû. Vôùi muïc ñích laø xaùc ñònh ñoä bieán daïng, öùng suaát khi taùc duïng moät löïc vaøo moät ñaàu cuûa moät daàm ngang. Töùc laø ñaët moät vaät coù khoái löôïng vaøo ñaàu daàm, treân daàm coù gaén Strain Gage (mieáng ño bieán daïng) maø töø ñoù ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc khoái löôïng maø vaät ñaët vaøo. Thoâng qua ñaïi löôïng trung gian naøy maø ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc: ñoä bieán daïng öùng suaát, ñoä voõng... vaø ñeà taøi naøy seõ ñöôïc tìm hieåu kyõ veà caùch thöùc xaùc ñònh ñöôïc caùc ñaïi löôïng naøy. Vôùi ñeà taøi “ÑO LÖÏC VAØ ÖÙNG SUAÁT” naøy coù theå duøng laøm thieát bò ño löôøng ôû phoøng thí nghieäm. Do ñoù nhieäm vuï chuû yeáu laø phaûi hieån thò ñöôïc keát quaû vôùi sai soá caøng nhoû caøng toát. II. GIÔÙI HAÏN ÑEÀ TAØI: Ño löïc vaø öùng suaát baèng maùy tính. Nhôø söï trôï giuùp cuûa maùy tính coäng vôùi phaàn meàm Pascal cho pheùp ngöôøi laäp trình coù theå hieån thò keát quaû döôùi nhieàu hình thöùc khaùc nhau (hieån thò cheá ñoä vaên baûn, ôû cheá ñoä ñoà thò). Vôùi thôøi gian ngaén chæ coù 10 tuaàn maø coù nhieàu vaán ñeà caàn giaûi quyeát, hôn nöõa kieán thöùc veà laäp trình coù giôùi haïn. Do ñoù trong khoaûng thôøi gian ñoù, nhoùm sinh vieân thöïc hieän taäp trung vaøo giaûi quyeát nhöõng vaán ñeà sau: - Thieát keá phaàn cöùng. - Vieát chöông trình xöû lyù tín hieäu töø boä caûm bieán ñeå hieån thò keát quaû treân maøn hình. III. CAÙC PHÖÔNG PHAÙP THÖÏC THI ÑEÀ TAØI:

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 4 Vôùi nhöõng yeâu caàu ñoù ta coù theå ñöa ra phöông phaùp ñeå thöïc thi ñeà taøi nhö sau: • Söû duïng kyõ thuaät vi xöû lyù vaø vi ñieàu khieån. • Duøng maùy tính ñeå xöû lyù. Vôùi kyõ thuaät vi xöû lyù vaø vi ñieàu khieån neáu duøng led 7 ñoaïn ñeå hieån thò 1 loaït caùc thoâng soá: löïc, öùng suaát, bieán daïng... thì seõ trôû neân gaëp khoù khaên vaø hieån thò döôùi ñoà thò seõ khoâng thöïc hieän ñöôïc. Do ñoù ôû ñaây nhoùm sinh vieân thöïc hieän choïn maùy tính ñeå xöû lyù thoâng qua coång maùy in. Sôû dó choïn phöông phaùp naøy coù öu ñieåm laø: - Coù theå hieän thò cuøng moät luùc caùc thoâng soá vaø ñoà thò. - Tính toaùn vaø laäp trình treân phaàn meàm Pascal so vôùi xöû lyù vaø vi ñieàu khieån.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 5 CHÖÔNG I CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑO BIEÁN DAÏNG I.

KHAÙI NIEÄM VEÀ BIEÁN DAÏNG: Khi ñaët moät löïc vaøo vaät theå, vaät theå bò thay ñoåi hình daïng. Trong tröôøng hôïp toång quaùt, söï thay ñoåi naøy goïi laø bieán daïng. ÔÛ ñaây chuùng ta hieåu bieán daïng nhö laø söï thay ñoåi hình daïng treân 1 ñôn vò daøi hay laø ñoä thay ñoåi chieàu daøi töông ñoái. II.

CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑO BIEÁN DAÏNG: Cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa kyõ thuaät ñieän töû, kyõ thuaät ñaàu doø, ñaëc bieät töø nhöõng naêm 1970, ngöôøi ta ñaõ cheá taïo ra raát nhieàu duïng cuï ño bieán daïng döïa treân caùc nguyeân lyù cô khí, quang, ñieän aâm thanh vaø nguyeân lyù khí neùn... Tuy nhieân khoâng coù moät nguyeân lyù naøo coù theå thoûa maõn moïi yeâu caàu kyõ thuaät ñaët ra. Do ñoù coù raát nhieàu heä thoáng ño khaùc nhau ñeå ñaùp öùng moïi yeâu caàu ño trong phaïm vi giaûi quyeát nhöõng vaán ñeà khaùc nhau, sau ñaây laø caùc phöông phaùp ño: 1. Phöông phaùp cô khí: Phöông phaùp cô khí ño bieán daïng ngaøy nay ít ñöôïc söû duïng, bôûi vì ño bieán daïng baèng ñieän trôû chính xaùc hôn vaø deã söû duïng. Tuy nhieân, duïng cuï ño cô khí ñöôïc goïi laø Extensometer vaãn coøn ñöôïc söû duïng roäng raõi trong heä thoáng kieåm tra vaät lieäu. 2. Phöông phaùp aâm thanh: Phöông phaùp aâm thanh ño bieán daïng hieän nay haàu heát ñöôïc thay ñoåi baèng phöông phaùp ño ñieän. Phöông phaùp ño bieán daïng baèng aâm thanh coù neùt ñoäc ñaùo rieâng, oån ñònh khoâng maát ñoä chính xaùc theo thôøi gian. Phöông phaùp ño bieán daïng baèng aâm thanh vaãn ñöôïc söû duïng döïa treân nguyeân lyù do oâng R.S.Jerrett saùng cheá vaøo naêm 1944. 3. Phöông phaùp bieán daïng baèng ñieän trôû: Phöông phaùp ño bieán daïng baèng ñieän trôû naøy ñöôïc xem laø hoaøn haûo nhaát, chæ tröø moät soá tröôøng hôïp ñaïêc bieät phöông phaùp naøy khoâng söû duïng ñöôïc. Phöông phaùp naøy ñöôïc xem laø phoå bieán nhaát hieän nay döïa treân nguyeân lyù do oâng Kelvin phaùt hieän naêm 1856. 4. Phöông phaùp ño bieán daïng baèng chaát baùn daãn:

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 6 Öu ñieåm coù ñoä nhaïy cao nhöng giaù thaønh laïi cao. Phaïm vi ño chòu aûnh höôûng nhieàu veà yeáu toá nhieät ñoä. Phöông phaùp naøy duøng ñeå ño bieán daïng raát nhoû vì noù cöïc nhaïy (vôùi ñieàu kieän nhieät ñoä oån ñònh) song raát ít söû duïng. 5. Phöông phaùp ño bieán daïng baèng phöông phaùp löôùi: Phöông phaùp naøy coù töø laâu ñôøi, ñaët löôùi leân maãu thöû chuïp hình tröôùc vaø sau khi ñaït taûi troïng, löôùi seõ bò bieán daïng. Phöông phaùp naøy coù ñieåm khoù khaên laø caùc bieán daïng thöôøng nhoû do ñoù haàu heát caùc tröôøng hôïp söï dòch chuyeån caùc maét löôùi khoâng baûo ñaûm tính chính xaùc. Ñeå söû duïng phöông phaùp bieán daïng ñuû lôùn (cho chaát deûo cao su) raát hieäu quaû. 6. Phöông phaùp taïo maãu Hickson (phöông phaùp löôùi): Ñaët tôø giaáy nhaùm leân vaät maãu keùo theo 2 phöông ñeå taïo veát traày. Ñeå ño bieán daïng treân maãu thöû raát khoù neân ngöôøi ta laáy taám hôïp kim moûng daùn leân choã traày, ñeå in leân taám phim ñoù, thay vì ño vaät maãu ngöôøi ta ño veát traày leân taám phim. Trong suoát 50 naêm qua phöông phaùp ño bieán daïng baèng ñieän trôû ñaõ ñöôïc söû duïng roäng raõi vì söï ñôn giaûn cuõng nhö keát quaû ñaùng tin caäy cuûa chuùng. Do ñoù trong ñeà taøi naøy nhoùm sinh vieân thöïc hieän ño bieán daïng baèng ñieän trôû. III.

ÑO BIEÁN DAÏNG BAÈNG STRAIN GAGE: Mieáng ño bieán daïng (strain - gage) laø moät caáu kieän ñieän trôû ñöôïc duøng ñeå daùn leân moät boä phaän bieán daïng. Möùc bieán daïng cuûa boä phaän thoâng qua lôùp keo ñöôïc truyeàn sang mieáng ño. Mieáng ño nhö vaäy phaûi chòu moät söï bieán ñoäng tyû leä vôùi ñieän trôû cuûa noù. Strain Gage (SG-mieáng ño bieán daïng) laø moät trong nhöõng coâng cuï quan troïng cuûa kyõ thuaät ño löôøng ñieän töû ñöôïc aùp duïng ño caùc ñaïi löôïng cô hoïc. Ñuùng nhö teân goïi, noù ñöôïc söû duïng ñeå ño bieán daïng. Bieán daïng cuûa moät vaät theå ñöôïc gaây ra bôûi taùc nhaân beân ngoaøi hoaëc beân trong, laøm sinh ra öùng suaát. Do vaäy trong phaân tích öùng suaát thöïc nghieäm ngöôøi ta söû duïng roäng raõi phöông phaùp xaùc ñònh bieán daïng. Caùc thieát bò bieán daïng cho ñeán nay ñaõ ñöôïc nhieàu haõng cheá taïo nhö: Hottinger Baldwin, Messttechnik, Micromesures Vishay... Strain Gage ñöôïc taïo ra vôùi 2 keát caáu laø löôùi phaúng vaø daïng oáng truï.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 7 Winding Cord

a. Daïng löôùi phaúng Daïng oáng truï

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

b.

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 8 1. Heä soá mieáng ño (Gage factor): Söï thay ñoåi ñieän trôû cuûa moät caáu kieän coù ñieän trôû bieán ñoåi ñöôïc tuøy thuoäc vaøo quan heä sau: ∆R ∆L =F =F.E R L

Vôùi R: laø ñieän trôû ban ñaàu cuûa caáu kieän. ∆R : ñoä bieán ñoåi ñieän trôû R

L: chieàu daøi ban ñaàu cuûa caáu kieän. F : heä soá mieáng ño. Moät mieáng ño lyù töôûng phaûi coù moät ñieän trôû raát lôùn, moät heä soá ño cöïc ñaïi vaø moät möùc giôùi haïn ñaøn hoài cao, ñoàng thôøi laïi khoâng bò aûnh höôûng nhieät ñoä cao taùc ñoäng. Theâm vaøo ñoù, heä soá mieáng ño luoân luoân baát bieán cho duø möùc bieán daïng coù lôùn ñeán ñaâu ñi chaêng nöõa. Ñeå mieáng ño coù theå hoaït ñoäng moät caùch thích hôïp theo söùc caêng cuõng nhö söùc neùn, sôïi ñieän trôû phaûi caøng moûng ñeå cho lôùp keo coù theå truyeàn hoaøn toaøn möùc bieán daïng cuûa boä phaän sang mieáng ño. 2. Chaát keo daùn: a) Keo cyanoacrylate: Raát thöïc duïng cho vieäc

aùp duïng bình thöôøng trong thôøi gian ngaén, nhieät ñoä aùp duïng döôùi 1000C. Seõ khoâ cöùng trong vaøi giaây döôùi taùc duïng cuûa söùc eùp.

b) Keo epoxy: Raát coù hieäu quaû, oån ñònh trong

thôøi gian laâu vôùi nhieät ñoä ñeán 300oc. c) Keo goám: Khoù aùp duïng hôn vì caàn thieát bò

ñaët bieät coù veû mong manh yeáu ôùt, khoâng cho pheùp duøng vôùi nhöõng bieán daïng lôùn.,söû duïng ñöôïc ñeán 600oc.

d) Haøn: Ñaây laø caùch thöùc thöïc teá nhaát ñeå

duøng ôû nhieät ñoä cao cho caùc mieáng ño trong voû boïc kim loaïi raát ñaëc. Caàn chuù yù laø beà maët ñeå daùn phaûi ñöôïc taåy saïch daàu môõ vaø sau ñoù ñöôïc trung hoøa baèng hoùa chaát. Ñeå taïo ra beà maët coù tính chaát lyù töôûng ñoái

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 9 vôùi loaïi keo naøy, beà maët phaûi ñöôïc laøm saïch veát ræ ñeå taïo ra beà maët nhaün nhöng khoâng quaù boùng. IV. MAÏCH CAÀU WHEATSTONE: Caàu Wheatstone laø maïch caàu ñöôïc choïn nhieàu nhaát trong vieäc ño nhöõng bieán daïng ñieän trôû nhoû (toái ña 10%) nhö trong vieäc duøng caùc mieáng ño bieán daïng. 1. Nguyeân lyù: Ñoái caàu Wheatstone cuûa hình 1: R 2

R 1

m Em

Zm R 4

R 3

V

H ì n hthieát 1 : M a ïc hbò c a àuño W hvôùi e a ts to trôû ne Tín hieäu ñaàu ra Em qua khaùng Zm:

R: ñieän trôû danh nghóa ban ñaàu cuûa caùc ñieän trôû R1, Em=

 ∆R1 ∆R2 ∆R3 ∆R4 − + − (1) R   R1 R2 R3 R4   41+  Zm  V

∆R : Bieán ñoåi ñônvòcuûa ñieän trôû. R

R2, R3 & R4 (thöôøng laø 120Ω nhöng laø 350Ω cho caùc boä bieán caûm). V: ñieän aùp cung caáp cho caàu. Ñieän aùp cung caáp cho caàu laø moät nguoàn naêng löôïng cung caáp thaät oån ñònh. Phaàn lôùn Zm lôùn hôn R raát nhieàu (ví duï nhö:Voân keá, boä khueách ñaïi vôùi lieân keát tröïc tieáp) do ñoù thì phöông trình (1) trôû thaønh: V ∆ R1 ∆ R2 ∆ R3 ∆ R4 (2) Em=  − + − 4  R1 R2 R3 R4   Töø (2) coù nhaän xeùt laø: söï thay ñoåi ñôn vò ñieän trôû cuûa 2 ñieän trôû nghòch nhau. Ñaëc tính naøy cuûa caàu Wheatstone thöôøng ñöôïc duøng ñeå baûo ñaûm tính oån ñònh nhieät cuûa maïch ño vaø cuõng ñeå duøng cho caùc thieát keá ñaëc bieät.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 10 2. Caân baèng ban ñaàu:

R 1

R 2 R b R a

R 4

V

R 3

Em

M a ïc h c a àu c a ân b a èn g b a n ñ a àu

Tröôùc khi baét ñaàu vieäc thöû nghieäm, ñieàu quan troïng laø neân nhôù ñem taát caû caùc soá ghi treân thieát bò trôû laïi soá khoâng. Ñieàu naøy seõ laøm ñôn giaûn cho vieäc theå hieän ño ñaïc vaø cho pheùp duøng thieát bò toát hôn. Hình treân cho thaáy moät phöông phaùp thöôøng duøng ñeå ñaûm baûo cho vieäc caân baèng ban ñaàu. Ra laø ñieän trôû coá ñònh, Rb laø moät theá keá nhieàu voøng. Trong phaàn lôùn thöôøng söû duïng Ra=20kΩ, Rb=40kΩ ñuû thích hôïp cho vieäc caân baèng. Trong tröôøng hôïp cuûa caùc boä bieán caûm, vieäc caân baèng coù theå thöïc hieän tröïc tieáp leân boä caûm bieán baèng caùch theâm nhöõng ñieän trôû vaøo maïch caùc mieáng ño. 3. Caùc ñaëc tính cuûa caàu: a) Buø nhieät: Phaàn lôùn caùc mieáng ño bieán daïng hieän nay ñeàu coù khaû naêng töï ñoäng caân baèng. Thí duï, moät mieáng ño ñöôïc caân baèng cho pheùp veà lyù thuyeát seõ khoâng cho thaáy söï thay ñoåi ñieän trôû naøo khi mieáng theùp maø mieáng ño ñöôïc daùn leân seõ giaõn nôû khi nhieät ñoä thay ñoåi. Ñaëc tính töï caân baèng naøy coù ñöôïc laø nhôø vieäc xöû lyù nhieät aùp duïng cho kim loaïi duøng ñeå cheá taïo ra mieáng ño. Caùch xöû lyù nhieät naøy chæ coù hieäu quaû trong moät taàm nhieät ñoä giôùi haïn naøo ñoù. Baèng caùch duøng caàu Wheatstone ta cuõng coù theå cheá taïo maïch caân baèng nhieät ñoä. Nhö ñaõ bieát, söï thay ñoåi nhieät ñoä cuûa 2 nhaùnh caàu keà nhau seõ töï trieät tieâu neân mieáng ño caân baèng D ñöôïc noái vaøo maïch caàu Wheatstone vôùi mieáng ño höõu coâng A.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 11 (xem hình veõ).

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 12 Active A R1 Dumm D

R2

R3

R4

MaïchV caân baèng nhieät ñoä. Mieáng ño D cuõng coù cuøng tính chaát nhö mieáng ño A vaø cuõng ñöôïc daùn leân khoái vaät lieäu; trong khi daùn caùc mieáng ño, khoái vaät lieäu thöû nghieäm naøy khoâng bò chòu moät löïc taùc ñoäng naøo. Ngoaøi ra 2 mieáng ño A&D neân ñöôïc ñaët gaàn vôùi nhau caøng toát; taát caû söï thay ñoåi nhieät ñoä chung caû hai mieáng ño naøy seõ ñöôïc trieät tieâu vaø noù seõ töï caân baèng nhieät ñoä. b) Söï keát hôïp caùc mieáng ño:

R 1

R 4

R 2 E R 3

Caàu Wheatstone cho pheùp keát hôïp nhieàu mieáng ño V höõu coâng. Hình treân cho thaáy boán mieáng ño ñöôïc daùn leân thanh maãu. Khi thanh maãu bò keùo ra khoûi bôûi löïc P, nhöõng bieán daïng töông töï seõ laø: P A.E Vaøε 2 = ε 4 = −υ .ε ν: heä soá Poisson. A: tieát dieän ngang. E: Modun ñaøn hoài. Boán mieáng ño nhö vaäy taïo thaønh caàu Wheatstone neân ñieän aùp ôû ñaàu ra seõ laø:

ε1 = ε 2 = ε =

∆E = Em= K [2(1+ν )ε].

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 13 Ñoä uoán cuûa thanh maãu seõ ñöôïc caàu Wheatstone

K=

VF (xemlaïicaùc bieåu thöùc 1& 2) 4

caûm nhaän vì caùc mieáng ño 1 vaø 3 ( cuõng nhö 2&4) seõ coäng caùc bieán daïng coù daáu nghòch vôùi nhau vaø nhö theá seõ töï trieät tieâu theo nhieät ñoä. Ñaây laø nguyeân lyù ñöôïc duøng thöôøng xuyeân trong vieäc thieát keá caùc boä caûm bieán.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 14 CHÖÔNG II KHAÛO SAÙT COÅNG MAÙY IN BOÄ ADC 12 BIT & VAØ CAÙC LINH KIEÄN COÙ LIEÂN QUAN Giao tieáp vôùi maùy tính laø vieäc trao ñoåi döõ lieäu giöõa maùy tính vôùi moät hay nhieàu thieát bò ngoaïi vi. Hai thieát bò ngoaïi vi quen thuoäc cuûa maùy tính laø baøn phím vaø maøn hình. Ngoaøi ra maùy tính coøn ñöôïc boá trí theâm caùc ñöôøng giao tieáp ña naêng khaùc nhau: giao tieáp noái tieáp (thoâng qua coång COM), giao tieáp song song (coång LPT) giao tieáp qua khe caém (SLOT). Gheùp noái noái tieáp cho pheùp trao ñoåi thoâng tin giöõa caùc thieát bò vôùi nhau theo töøng bit moät. Soá lieäu thöôøng ñöôïc gôûi theo töøng nhoùm bit SDU (Serial Data Unit) maø noù taïo thaønh moät byte hay moät töø... Caùc thieát bò ngoaïi vi nhö Plotter, modem, mouse vaø printer coù theå ñöôïc gheùp noái vôùi PC qua coång noái tieáp COM. Caùc gheùp noái cuûa PC cho trao ñoåi noái tieáp ñeàu theo tieâu chuaån RS232C cuûa EIA hoaëc CCITT ôû chaâu Aâu. Veà maët kinh teá vieäc trao ñoåi thoâng tin qua coång noái tieáp laø ít toán keùm nhöng veà maët kyõ thuaät thì khaù phöùc taïp. Giao tieáp qua khe caém SLOT cuõng phöùc taïp khoâng keùm ñoøi hoûi vieäc gia coâng thieát bò phaûi chính xaùc, hôn nöõa vieäc thaùo voû maùy ñeå gaén SLOT Card sau moãi laàn ño laø vaán ñeà khoù chaáp nhaän. Giao tieáp qua coång song song, döõ lieäu truyeàn song song vì vaäy toác ñoä truyeàn song song thöôøng cao hôn truyeàn noái tieáp (khoaûng töø 40kB/s ñeán 1MB/s). Haàu heát caùc maùy tính ñeàu trang bò coång naøy. Vieäc trao ñoåi thoâng tin moät caùch deã daøng. I.

KHAÛO SAÙT COÅNG MAÙY IN: Coång naøy ñeå duøng giao tieáp vôùi maùy in. Ñaàu caém coù 25 chaân vaø coøn goïi laø DB25. Beân trong coù 3 thanh ghi coù theå truyeàn soá lieäu vaø ñieàu khieån maùy in, moãi thanh ghi 8 bit. Ba thanh ghi goàm: • Thanh ghi döõ lieäu (Data register): D7

D 6

D 5

D4

D 3

D2

D 1

D0 D 0 (P IN 2 )

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG

D 1

(P IN 3 )

D 2 D 3

(P IN 4 ) (P IN 5 )

D 4

(P IN 6 )

D5

(P IN 7 ) (P IN 8 )

D6 D 7 (P IN 9 ) QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 15

Coù ñòa chæ baèng ñòa chæ cô baûn cuûa maùy in=378H. • Thanh ghi traïng thaùi (Status register).(chæ ñoïc): D7

D 6

D 5

D4

D 3

D2

D1

D0

ER R OR

(P IN 1 5 )

SL C T

(P IN 1 3 )

PE 2

1

(P IN 1 2 ) (P IN 1 0 )

A C K B U SY

(P IN 1 1 )

D0,D1,D2: khoâng söû duïng (thöôøng ñeå ôû möùc [ 1]) Coù ñòa chæ baèng ñòa chæ cô baûn +1=379H. • Thanh ghi ñieàu khieån : D7

D6

D5

D 4

D3

D 2

D1

D0 STR O B E

A F IN IT

(P IN 1 )

(P IN 4 ) (P IN 1 6 )

S L C T IN

(P IN 1 7 )

IR Q

D5,D6,D7: khoâng söû duïng(thöôøng ñeå ôû möùc [ 1]). Ñòa chæ baèng ñòa chæ cô baûn + 2=37AH. Vieäc noái maùy in vôùi maùy tính ñöôïc thöïc hieän qua loã caém DB25 ôû phía sau maùy tính. Nhöng ñaây khoâng chæ la øchoã noái vôùi maùy in maø khi söû duïng maùy tính vaøo muïc ñích ño löôøng vaø ñieàu khieån thì vieäc gheùp noái cuõng thöïc hieän qua oå caém naøy. Qua coång naøy döõ lieäu ñöôïc truyeàn ñi song song neân ñoâi khi coøn ñöôïc goïi laø coång gheùp noái song song vaø toác ñoä truyeàn döõ lieäu cuõng ñaït ñeán möùc laø ñaùng keå. Taát caû caùc ñöôøng daãn cuûa coång naøy ñeàu töông thích TTL, nghóa laø chuùng ñeàu cung caáp moät möùc ñieän aùp naèm giöõa 0V vaø 5V.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 16

14

C O NNE C TO R D B 25

1

13

25

Beân caïnh 8 bit döõ lieäu coøn coù nhöõng ñöôøng daãn tín hieäu khaùc, toång coäng ngöôøi söû duïng coù theå trao ñoåi 1 caùch rieâng bieät vôùi 17 ñöôøng daãn, bao goàm 12 ñöôøng daãn ra vaø 5 ñöôøng daãn vaøo. Bôûi vì 8 ñöôøng daãn döõ lieäu. D0-D7 khoâng phaûi laø ñöôøng daãn 2 chieàu trong taát caû caùc loaïi maùy tính, neân sau ñaây ta seõ thaáy laø D0-D7 chæ söû duïng nhö laø loái ra, caùc loái ra khaùc nöõa laø STROBE, AUTOFEED (AF), INIT vaø SELECTIN (SLCTIN). Khi trao ñoåi thoâng tin vôùi maùy in caùc ñöôøng naøy ñeàu coù chöùc naêng xaùc ñònh. • Caùc tín hieäu cuûa ñaàu caém DB25:

Chaân Tín hieäu Moâtaû 1 STR Möùc tín hieäu thaáp truyeàn döõ lieäu tôùi maùy in. 2 D0 Bit döõ lieäu D0. 3 D1 Bit döõ lieäu D1 4 D2 Bit döõ lieäu D2. 5 D3 Bit döõ lieäu D3. 6 D4 Bit döõ lieäu D4. 7 D5 Bit döõ lieäu D5. 8 D6 Bit döõ lieäu D6. 9 D7 Bit döõ lieäu D7. 10 ACK Möùc thaáp chæ raèng maùy in ñaõ nhaän 1 kyù töï. 11 BUSY 12 PE Baùo heát giaáy. 13 SLCT Baùo löïa choïn maùy in. 14 AF Töï naïp giaáy. 15 ERROR Baùo loãi maùy in. 16 INIT Reset maùy in. 17 SCLTIN Choïn maùy in. 18 18-25 GND Ñaát. II. KYÕ THUAÄT BIEÁN ÑOÅI ADC – KHAÛO SAÙT ADC ICL 7109: A. Kyõ thuaät bieán ñoåi ADC: Bieán ñoåi Analog – Digital laø thaønh phaàn caàn thieát trong vieäc xöû lyù thoâng tin vaø caùc chöùc naêng ñieåu khieån söû duïng phöông phaùp soá, tín hieäu thöïc teá thì ôû daïng Analog. Moät heä thoáng tieáp nhaän döõ lieäu giao tieáp A/D ñeå chuyeån ñoåi tín hieäu töông töï sang tín hieäu soá ñeå xöû lyù.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 17 1. Ñaëc tính kyõ thuaät cuûa maïch ADC: a. Ñoä chính xaùc baát ñònh do löôïng töû hoùa: Ñieän aùp töông töï lieân tuïc ñöôïc chia thaønh 2n khoaûng giaùn ñoaïn ôû moãi maïch ñoåi n bit. Caùc giaù trò töông töï cuøng moät khoaûng ñöôïc bieåu thò cuøng nhò phaân. Do coù moät ñoä chính xaùc baát ñònh ± ½ LSB (Least significant bit). b. Ñoä chính xaùc: Ñoä chính xaùc tuyeät ñoái laø söï sai bieät giöõa lyù thuyeát vaø trò thöïc teá cuûa ñieän aùp töông töï vaøo cho 1 maõ nhò phaân ra. Vì moät maõ soá ra töông töùng vôùi 1 khoaûng heïp cuûa ñieän aùp töông töï vaøo ôû ñònh nghóa treân ñöôïc xem nhö laø ñieåm giöõa khoaûng. Ñoä chính xaùc töông ñoái gioáng nhö ñoä chính xaùc tuyeät ñoái nhö ñònh nghóa trong ñieàu kieän traøn khung ñaõ ñöôïc laáy chuaån, vì caùc ñieåm rôøi treân ñaëc tính chuyeån lyù thuyeát naèm treân moät ñöôøng thaúng neân ñoä chính xaùc töông ñoái cuõng laø ñoä phi tuyeán. c. Thôøi gian vaø toác ñoä chuyeån ñoåi:

Thôøi gian chuyeån ñoåi: Thôøi gian chuyeån ñoåi caàn cho 1 laàn chuyeån ñoåi hoaøn toaøn. Ñoái vôùi phaàn lôùn maïch ñoåi, thôøi gian naøy goïi laø nghòch ñaûo cuûa toác ñoä ñoåi, neáu khoâng coù theâm caùc trì hoaõn cuûa heä thoáng. Tuy nhieân trong maïch ñoåi coù toác ñoä cao, laàn ñoåi môùi ñöôïc leäch baét ñaàu tröôùc khi laàn ñoåi tröôùc keát thuùc neân thôøi gian ñoåi vaø toác ñoä ñoåi khaùc nhau. 2. Maïch chuyeån ñoåi töông töï sang soá (ADC): a. Nguyeân taéc maïch ADC: Maïch bieán ñoåi ADC (Analog Digital Converter) coù boä phaän chính laø maïch so saùnh: V

a

Ñ i e än a ùp t ö ô n g t ö ï v a øo

Ñ i e än a ùp v a øo V

M a ïc h t a ïo m a õ so á

M a õs o ár a

R

Do ñoù nhieäm vuï cuûa maïch taïo ra maõ soá vaø maïch ñieàu khieån logic laø thöû moät boä heä soá nhò phaân a i sao cho hieäu soá ñieän aùp vaøo chöa bieát Va vaø trò nguyeân löôïng töû hoùa sau cuøng nhoû hôn 1 LSB.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 18

111 110 101 100 011 010

T ö ô n g t ö ï v a øo

001 000 1 /2 L S B

1 2

3

4

5

6

7

V

FS

+ 1 /2 L S B

- 1 /2 L S B

Chuyeån ñoåi ñieän aùp töông töï lieân tuïc sang maõ nhò n 1 (Va −VFS . ∑ai .2−i ) < LSB 2 i =1

phaân rôøi raïc:

V

a

Ñ i e än a ùp t ö ô n g t ö ï v a øo

M a ïc h M a õs o ár a t a ïo m a õ so á Söï khaùc nhau giöõa caùc maïch ñoåi laø caùch thöùc thay ñoåi ñieän aùp maãu VR ñeå xaùc ñònh heä soá nhò Ñ i e än a ùp m a ãu V R phaân ai. Ñieän aùp töông töï chöa bieát laø Va vaø ñieän aùp chuaån laø VR ñöôïc noái ôû hai ngoõ vaøo cuûa maïch so saùnh. Khi VR taêng töø 0 ñeán ñieän aùp töông töï vaøo vôùi sai soá baèng sai soá löôïng töû hoùa, luùc ñoù maïch taïo maõ soá ra coù giaù trò töông öùng vôùi ñieän aùp vaøo chöa bieát. s o s a ùn h

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 19 b. Maïch ADC duøng ñieän aùp maãu VR hình naác thang:

• Daïng maïch cô baûn: V

-

(+) a

V = V R

+

R

S

D A C

FF

Q

D A C n b it

Q

EO C M aõ s o ár a

C K x u n g ñ o àn g h o à t a àn s o á f c

M a ïc h ñ e ám n b it

STA R T d o ác l e ân Ñeå taïo ñieän aùp maãu naác thang so saùnh vôùi ñieän aùp vaøo duøng maïch ADC maø soá nhò phaân vaøo ñöôïc laáy töø moät maïch ñeám leân nhö hình veõ.

t

V= V R

t D A C

V

R

( t)

t

Tc

T h ô øi g i a n c h u y e ån ñ o åi

t K e át th u ùc c h u y e ån ñ o åi

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 20 • Maïch ADC duøng maïch ñeám leân xuoáng: V

-

(+) a

V = V R

+ D A C

D A C n b it M a õs o á ra C o u n te r U p /D o w n

C o n tr o l L i g i c

V a ( t)

CK

VR K h o ân g th a ây ñ o åi k òp s o v ô ùi V a ( t)

VR

Neáu ngaõ ra cuûa maïch so saùnh cho thaáy V R
SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 21 V a ( t)

-

V = V R

V c

+ D A C

D A C n b it M a õs o á ra

CK

SA R

Maïch ghi chuyeån ñaëc bieät ñöôïc goïi Slaø ghi laáy T A Rmaïch T gaàn ñuùng keá tieáp (Successive Approximation Register: SAR) laø maïch coù hôïp luoân phaàn ñieàu khieån logic. Khi coù xung baét ñaàu maïch SAR ñöôïc ñaët leäch veà 0. Ngaõ ra cuûa DAC ñöôïc laøm leäch ½ LSB ñeå taïo ñaëc tính chuyeån ñoåi, keá ñeán SAR ñöa bit coù nghóa lôùn nhaát (MSB) leân 1, caùc bit khaùc baèng 0. Soá nhò phaân ra ôû SAR ñöôïc ñöa vaøo maïch DAC. Neáu VR>Va (ñieän aùp töông töï vaøo) ngaõ ra Vc cuûa maïch so saùnh möùc [0] khieán SAR boû ñi MSB (laøm cho noù baèng 0). Neáu VR
R

+ -

V c ( t) 1

V c ( t)

Q

S R

FF

EO C

Q

2

+ M a ïc h ta ïo tí n h i e äu d o ác l e ân

CK

M a ïc h ñ e ám n b it M a õs o á ra

STA R T SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 22 Ban ñaàu: Maïch so saùnh SS1 coù V(-)=Va >V(+)=Voffset  ngaõ ra cuûa SS1 laø VC1=[0]. Maïch so saùnh SS1 coù V(+)=Voffset < V(-)=0  ngaõ ra cuûa SS1 laø VC2=[0]. • Khi cho xung START ñaët vaøo maïch ñeám n bit veà 0 vaø khôûi ñoäng maïch taïo tín hieäu doác leân, VR töø giaù trò hôi aâm taêng ñeán khi ñöôøng doác caét truïc 0V. Trong khoaûng thôøi gian t1 – t2. Maïch SS2: V(+)=VR > V(-)=0  VC2=[1]. Maïch SS1: V(+)=VR < V(-)=Va  VC1=[0]. Taïi FF S=0

Q=0

 R=START =1

Q=1.

Taïi coång AND Q =1  Ñöa xung CK vaøo boä ñeám. VC2 STA R T

C

t V a ,V

V

R

V o ffse t

t

V c1 V c

R R

+

R O Ån ñ òn h v a øo

h ig h

t h ig h

2

H ìn h b .

t

CK

t

EOC

V r ( t)

t Tc

H ìn h a.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 23 •

Khi VR>Va: Maïch SS1: VR=V(+) > V(-)=Va  VC1=[1]. Taïi FF: S=VC1=[1]. Q=1=EOC R= heát xung START =[0] Q=0Ñoùng coång AND laïi khoâng cho xung CK vaøo maïch ñeám, taïo tín hieäu EOC. Tín hieäu doác leân thöôøng ñöôïc taïo bôûi maïch tích phaân noái ñeán ñieän aùp maãu VR (hình b). e. Maïch ADC duøng tín hieäu doác ñoâi: Maïch ñoåi naøy duøng caùch laáy tích phaân ñeå giaûi quyeát khuyeát ñieåm cuûa maïch ñoåi duøng tín hieäu doác ñôn. Maïch naøy goàm maïch laáy tích phaân, maïch so saùnh, maïch logic ñieàu khieån vaø maïch ñeám n bit. SI

C

V a<0 V

S1

R S2

R

-

V i

+ M a ïc h t í c h p h a ân M a ïc h l o g i c ñ i e àu k h i e ån

-

V c

+ M a ïc h s o s a ùn h STA R T

EOC M a ïc h ñ e ám n b i t

Ñ e äm n g o õ r a M a õs o ár a

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

CK

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 24 STA R T

V Im ax

t d o ác l e ân l a áy t í c h p h a ân V a d o ác x u o án g l a áy t í c h p h a ân V a t

V c

t1

EOC

t2 t Tc

Maïch ñieàu khieån logic sau khi nhaän xung START seõ t môû SI, ñoùng S1 vaø môû S2. Khi chuyeån maïch S1 ñoùng ñöa tín hieäu Va (giaû söû aâm) vaøo maïch tích phaân ñeå laáy tích phaân theo Va. Khi ñoù ngaõ ra maïch tích phaân seõ laø:

VI (t) = −

1 t . ∫Va(t).dt RC 0

Giaû söûVa(t) =Va thayñoåi chaäm. V V I (t) = − a .t (Va < 0) RC  VI(t) =V(-)SS >0. Vì theá ngaõ ra cuûa maïch so saùnh coù VC=1. Do ñoù môû coång AND cho xung CK vaøo maïch ñeám. Khi maïch ñeám traøn (heát côõ roài töï ñoäng quay veà 0). Maïch logic ñieàu khieån môû S1, ñoùng S2. Chuyeån maïch S2 ñoùng ñöa VR vaøo maïch tính phaân ñeå laáy tích phaân theo VR (VR>0). Vì theá ngaõ ra VI giaûm töø VImax veà 0. -

Giaù trò VImax khoâng ñoåi trong suoát 2 giai ñoaïn laáy t

t + t

1 1 2 1 1 − . Va. .dt =− . VR .dt RC ∫ RC ∫ 0 0

tích phaân t1,t2. Giaû söû R,C khoâng ñoåi trong suoát thôøi gian chuyeån ñoåi. 3. Ñaëc tính kyõ thuaät cuûa maïch ADC:

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 25 a. Ñoä chính xaùc baát ñònh do löôïng töû hoùa:

Va .t1 = VR .t2 Va VR

=

t2 N N = n => Va = VR . n t1 2 2

N 2n (vôùi N laø soá ñeám saucuøng); t1 = (trongmaïchñeám töø0 ñeán giaù tròtraøn khung) fc fc -Ñieän aùp töông töï lieân tuïc ñöôïc chia thaønh 2n khoaûng giaùn ñoaïn. ÔÛ maïch ñoåi n bit. Caùc trò töông töï cuøng moät khoaûng ñöôïc bieåu thò cuøng moät maõ soá nhò phaân. Do ñoù coù moät ñoä chính xaùc baát ñònh ± ½ LSB beân caïnh caùc sai soá chuyeån ñoåi khaùc. Trong maïch tín hieäu doác ñôn sai soá naøy thöôøng ñöôïc phaùt bieåu nhö ± moät soá ñeám.

t2 =

b.Ñoä chính xaùc: Ñoä chính xaùc tuyeät ñoái laø söï sai bieät giöõa lyù thuyeát vaø trò thöïc teá cuûa ñieän aùp töông töï vaøo cho moät maõ nhò phaân ra. Vì 1 maõ soá ra töông öùng vôùi moät khoaûng heïp cuûa ñieän aùp töông töï vaøo neân ñieän aùp töông töï vaøo ôû ñònh nghóa treân ñöôïc xem nhö laø ñieåm giöõa khoaûng. Sai soá tuyeät ñoái goàm :sai soá veà ñoä lôïi, veà khoâng, ñoä phi tuyeán vaø do nhieãu. Ñoä chính xaùc töông ñoái gioáng nhö ñoä chính xaùc tuyeât ñoái nhö ñònh nghóa trong ñieàu kieän trò traøn khung ñaõ ñöôïc laáy chuaån vì caùc ñieåm rôøi treân ñaëc tính chuyeån lyù thuyeát naèm treân moät ñöôøng thaúng neân ñoä chính xaùc töông ñoái cuõng chính xaùc laø ñoä phi tuyeán. c. Chænh khoâng vaø chænh ñoä lôïi: Ñieåm khoâng cuûa maïch ñoåi ADC ñöôïc chænh sao cho söï chuyeån tieáp töø caùc bit ñaàu baèng 0 leân LSB xaûy ra ôû ½.2-n trò traøn khung danh ñònh. Ñoä lôïi ñöôïc chænh cho chuyeån tieáp cuoái cuøng leân caùc bit ñeàu baèng 1 xaûy ra traøn khung (1-3/2.2-n). Ñieåm 0 cuûa maïch chuyeån ñoåi ADC löôõng cöïc ñöôïc chænh sao cho chuyeån tieáp ñaàu treân xaûy ra ôû toaøn khung (1-2-n) vaø chuyeån tieáp cuoái xaûy ra 0_+ traøn khung (1-3.2-n).

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 26

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 27 B.Khaûo saùt ADC ICL 7109: Sô ñoà chaân: IC L 7 1 0 9 ( P D IP ) T O P V IE W

P IN O U T S

1

40

V+

STATU S

2

39

R E F IN -

PO L

3

38

R EF C AP -

O R

4

37

R EF C AP +

B12

5

36

R E F IN +

B11

6

35

IN H I

B10

7

34

IN L O

B9

8

33

C O MM O N

B8

9

B7

10

B6

11

G N D

IC L 7109

32

IN T

31

AZ

30 29

BU F R EF O U T

B5

12

B4

13

28

V-

B3

14

27

SEN D

B2

15

26

R U N /H O L D

B1

16

25

BU F O SC O U T

TEST

17

24

O SC SEL

L .B E N

18

23

O SC O U T

H .B E N

19

22

O S C IN

C E /L O A D

20

21

MO D E

Caùc thoâng soá veà nhieät ñoä: Hoï IC

TAÀM NHIEÄT ÑOÄ HOAÏT ÑOÄNG

ICL 7109MDL

-550C  +1250C

ICL 7109 IDL

-250C  +850C

ICL 7109CPL

0 +700C

ICL 7109 MDL/883 ICL 7109 IPL

-550C  +1250C -250C +850C

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 28 Ñaëc ñieåm: + ADC 12 bit nhò phaân (coäng vôùi bit cöïc tính vaø bit traøn) hoaït ñoäng theo phöông phaùp tích phaân hai ñoä doác. +Ngoõ ra 3 traïng thaùi töông thích TTL vaø vôùi kieåu giao tieáp UART thì phuø hôïp vôùi giao tieáp song song hoaëc giao tieáp vôùi heä thoáng vi xöû lyù. +Ngoõ vaøo Run/Hold vaø Status ñöôïc duøng ñeå theo doõi vaø kieåm tra söï chuyeån ñoåi.. .Möùc nhieãu thaáp khoaûng 15 µVp-p. + Doøng ngoõ vaøo khoaûng 1pA. +Hoaït ñoäng coù theå leââøn ñeán 30 laàn bieán ñoåi trong 1 giaây. +Vi maïch beân trong söû duïng dao ñoäng thaïch anh 3,58MHz seõ cho 7,5 laàn chuyeån ñoåi trong 1 giaây. Ngoaøi ra noù coù theå söû duïng dao ñoäng RC hoaëc baát cöù taàn soá xung ñoàng hoà khaùc ñeå taïo dao ñoäng. MOÂ TAÛ: ICL 7109 thuoäc hoï CMOS, chuyeån ñoåi nhanh, nguoàn nuoâi thaáp vaø ñöôïc thieát keá deã daøng giao tieáp vôùi vi xöû lyù. Ngoõ ra döõ lieäu(12 bit coäng 1 bit cöïc tính vaø 1 bit traøn) saün saøng giao tieáp song song thoâng qua söï ñieàu khieån cuûa 2 ngoõ vaøo ENABLE vaø CHIP SELECT, kieåu giao dieän UART seõ cho pheùp ICL7109 laøm vieäc vôùi tieâu chuaån coâng nghieäp maø ôû ñoù UART seõ ñoùng vai troø truyeàn döõ lieäu. Vi maïch ICL7109 coù nhöõng öu ñieåm nhö: ñoä chính xaùc cao, nhieãu khoâng ñaùng keå vaø troâi aùp thaáp ñaëc bieät raát kinh teá. Ngoaøi ra noù coøn coù nhöõng thoâng soá khaùc nhö: troâi aùp thaáp hôn 1µV/oc, doøng vaøo toái ña 10pA vaø coâng suaát tieâu thuï 20mW… laøm cho vi maïch naøy caøng trôû neân haáp daãn. CHÖÙC NAÊNG CAÙC CHAÂN: CHAÂ N 1 2

KYÙ HIEÄU GND STATUS

3

POL

CHÖÙC NAÊNG Chaân Mass Ngoõ ra leân möùc cao trong suoát quaù trình bieán ñoåi cho ñeán khi döõ lieäu ñöôïc choát laïi. Ngoõ ra xuoáng thaáp khi tín hieäu ñöôïc chuyeån ñoåi xong Baùo cöïc tính – Möùc 1 khi tín hieäu töông töï vaøo döông

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 29 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

OR B12 B11 B10 B9 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1

17

TEST

18

LBEN

19

HBEN

20

CE/LOAD

21

MODE

Bit traøn - Möùc 1 neáu traøn. Bit 12 Bit coù troïng soá Bit döõ lieäu ngoõ ra 3 lôùn nhaát traïng thaùi Bit 11 Bit döõ lieäu ngoõ ra 3 Bit 10 traïng thaùi Bit 9 Bit döõ lieäu ngoõ ra 3 Bit 8 traïng thaùi Bit 7 Bit döõ lieäu ngoõ ra 3 Bit 6 traïng thaùi Bit 5 Bit döõ lieäu ngoõ ra 3 Bit 4 traïng thaùi Bit 3 Bit döõ lieäu ngoõ ra 3 Bit 2 traïng thaùi Bit 1 - Bit coù troïng soá Bit döõ lieäu ngoõ ra 3 nhoû nhaát traïng thaùi Bit döõ lieäu ngoõ ra 3 traïng thaùi Bit döõ lieäu ngoõ ra 3 traïng thaùi Bit döõ lieäu ngoõ ra 3 traïng thaùi Bit döõ lieäu ngoõ ra 3 traïng thaùi Bit döõ lieäu ngoõ ra 3 traïng thaùi Bình thöôøng möùc cao. Möùc thaáp thì taát caû caùc bit ngoõ ra leân cao duøng cho vieäc kieåm tra. Noái leân cao neáu khoâng duøng. Chaân cho pheùp xuaát byte thaáp. Cuøng vôùi MODE (Chaân 21) möùc thaáp vaø chaân CE/LOAD (chaân 20) möùc thaáp seõ cho pheùp xuaát caùc byte thaáp töø B1 ñeán B8. Chaân cho pheùp xuaát Byte cao. Keát hôïp vôùi chaân MODE (21) ôû möùc thaáp vaø chaân CE/LOAD ôû möùc thaáp seõ cho pheùp xuaát Byte cao töø B9  B12 vaø bit POL/OR. Chaân cho pheùp – Keát hôïp vôùi chaân MODE (21) möùc thaáp coù taùc duïng ñieàu khieån cho pheùp ngoõ ra. Khi CE/LOAD ôû möùc cao seõ caám caùc chaân B1 ñeán B12, POL, OR. Khi ngoõ vaøo ôû möùc thaáp – Caùc chaân CE/LOAD, HBEN, LBEN ñieàu khieån tröïc tieáp caùc Byte ngoõ ra. Khi ñöôïc caáp xung – chuaån bò hoaït ñoäng theo kieåu “handshake”. Möùc cao – Caùc chaân cho pheùp CE/LOAD, HBEN,

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 30

22 23 24 25 26

27 28 29 30 31 32 CHAÂ N 33 34 35 36 37 38 39 40

LBEN xem nhö caùc ngoõ ra vaø vi maïch hoaït ñoäng theo “handshake” OSC IN Ngoõ vaøo cuûa dao ñoäng OSC OUT Ngoõ ra cuûa dao ñoäng. OSC SEL Choïn taàn soá dao ñoäng – Möùc cao thì taàn soá vaø pha taïi OSC IN, OSC OUT baèng 1/58 taàn soá taïi BUFF OSC OUT. BUFF OSC Ngoõ ra dao ñoäng ñeäm OUT RUN/ Ngoõ vaøo möùc cao – Bieán ñoåi ñöôïc thöïc hieän HOLD trong 8192 xung ñoàng hoà. Ngoõvaøo möùc thaáp – Quaù trình bieán ñoåi keát thuùc SEND Ngoõ vaøo – Noái leân +5V neáu khoâng duøng. VNguoàn aâm –5V REF OUT Ñieän aùp ngoõ ra chuaån =2,8V BUFFER Ngoõ ra khueách ñaïi ñeäm AUTO Töï ñoäng ñieàu chænh möùc 0 ZERO INTEGER- Ngoõ ra keát hôïp. ATOR KYÙ CHÖÙC NAÊNG HIEÄU COMMON INPUT LO Ngoõ vaøo töông töï INPUT HI Ngoõ vaøo töông töï REF IN + Ñieän aùp chuaån döông REF CAP Aùp döông treân tuï + REF CAP - Aùp aâm treân tuï REF IN Ñieän aùp chuaån aâm. V+ Nguoàn cung caáp döông = +5V

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 31 CHÖÙC NAÊNG CUÏ THEÅ CUÛA CAÙC CHAÂN ÑIEÀU KHIEÅN: - NGOÕ VAØO MODE: Ngoõ vaøo Mode duøng ñieàu khieån traïng thaùi bieán ñoåi cuûa ngoõ ra. khi chaân Mode ôû möùc thaáp thì caùc ngoõ ra döõ lieäu ñöôïc truy xuaát tröïc tieáp thoâng qua söï ñieàu khieån cuûa chaân ENABLE vaø söï ñieàu khieån beân trong vi maïch. Khi ngoõ vaøo Mode ñöôïc caáp xung thì söï chuyeån ñoåi theo kieåu UART sau ñoù trôû veà kieåu chuyeån ñoåi tröïc tieáp. Coøn khi ngoõ vaøo Mode ôû möùc cao döõ lieäu ngoõ ra chuyeån ñoåi theo kieåu “HANDSHAKE”. - NGOÕ RA STATUS: Trong suoát chu kyø bieán ñoåi, ngoõ ra STATUS leân möùc cao töø luùc baét ñaàu chuyeån ñoåi vaø xuoáng möùc thaáp luùc nöûa chu kì xung ñoàng hoà cuoái cuøng sau khi döõ lieäu bieán ñoåi ñöôïc choát laïi. - NGOÕ VAØO RUN/HOLD: Khi ngoõ vaøo RUN /HOLD ôû möùc cao, vi maïch seõ tieáp tuïc thöïc hieän chu kyø bieán ñoåi vaø caäp nhaät ngoõ ra choát suoát giai ñoaïn bieán ñoåi. Khi hoaït ñoäng ôû möùc naøymoät chu kyø bieán ñoåi seõ coù 8192 xung. Khi RUN / HOLD ôû möùc thaáp vi maïch laäp töùc bieán ñoåi vaø nhaûy veà cheá ñoä AUTO-ZERO. Ñaëc tính naøy duøng ñeå caét ngang thôøi gian bieán ñoåi khi möùc 0 taùc ñoäng. Luùc naøy vi maïch chæ chôø cho ñeán khi RUN/HOLD laïi leân möùc cao. khi RUN/HOLD leân möùc cao laïi thì söï bieán ñoåi baét ñaàu sau 7 chu kyø xung. Sô ñoà caáu truùc beân trong cuûa ICL 7109:

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 32 HIGH ODER BYTE OUTPUTS 17

PO L O R B12 B11 B10 B9

LOW ODER BYTE OUTPUTS B8

B7

B6

B5

B4

B3

B2

B1

TEST 18

14 TRI-STATE OUTPUTS

19 20

14 LATCHES 14 BIT COUNTER LATCHE CLOCK COMP OUT

{

TO ANALOG SECTION

{

AZ INT DEINT(+) DEINT(-)

CONVERSION CONTROL LOGIC

OSCILLATOR AND CLOCK CIRCUITRY

HAND SHAKE LOGIC

22 23 24 25 26 21 2 OSC BUF OSC STATUS MODE G I AI NÛN Ñ OS EÀTL HO SÔC ØI G I A N O S C RUN/HOLD OUT OUT CLOCK

27

1

SEND

STA TU S M ODE SEN D CE/LOA D HBEN H IGH BY TE DA TA

D A T A V A L ID

LBEN LOW TE treânBD Yminh A TA

T A V A L ID Hình veõ hoïa söï ñieàu khieånD Acho pheùp chuyeån ñoåi ñoái vôùi IC 7109.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

LBEN HBEN CE/LOAD

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 33 Ñeå chuaån bò cho döõ lieäu ñöôïc chuyeån ñoåi thì chaân STATUS baét ñaàu xuoáng möùc thaáp vaø chaân SEND baét ñaàu leân möùc cao. Khi chaân HBEN xuoáng möùc thaáp thì 4 bit cao ñöôïc chuyeån ñoåi vaø khi chaân LBEN xuoáng möùc thaáp thì 8 bit thaáp tieáp tuïc ñöôïc chuyeån ñoåi. Maïch kieåm tra:

+5V

GND 1µF 1MΩ 0.01µ F CINT

HIGH ODER BYTE OUT PUTS

DEFFERENTIAL + REFERENCE

CAZ RINT

LOW ODER BYTE OUT PUTS

INPUT HIGH

INPUT LOW

GND

REF IN -

-5V 1kΩ

REF IN + V+

24k GND Ω

+5V

3.5795 MHz TV CRYSTAL

BYTE CONTROL INPUTS

RINT =20KΩ FOR 0.2 VREF = 200 KΩ FOR 2.0 V REF

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 34 Khaûo saùt IC74257: OU TPU T C ON TR OL

4A 14

4B 13

4Y 12

4A

4B

4Y

1A

1B

1Y

2A

2B

2Y

2

3 1B

4 1Y

5 2A

6 2B

7 8 2Y G N D

S

1

G

{

Baûng traïng thaùi: S e le c t 1 A OE SL Yi(i=03) I N 0 0 Ai 0 1 Bi 1 X ZH

PU T

3A 11 3A

{

O E 15

OU TPU T

{

V cc 16

IN P U T

{

Sô ñoà c h a ân I C 74257

IN P U T O U T P U T

OU TPU T

IN P U T

3B 10

3Y 9

3B 3Y

OU TPU T

S ô ñ o à c a áu tr u ùc b e ân tr o n g O E 1A

(1 5 ) (2 )

1B

(3 )

2A

(5 )

2B

3A

3B 4A

(4 )

1Y

(7 )

2Y

(9 )

3Y

(6 ) (1 1 )

(1 0 )

(1 4 ) (1 2 )

IC4 74257 IC ña hôïp coù ngoõ ra 3 traïng thaùi. Caùc B ( 1 3 laø ) ngoõ S vaøo choïn nhôø vaøo chaân Select vaø Output e l e c t (ñöôïc 1) Enable. 14069

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

4Y

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 35 Hoï 54LS vaø 54S ñöôïc duøng trong kyõ thuaät quaân söï vôùi khoaûng nhieät ñoä laøm vieäc töø –550C ÷ 1250C. Hoï 74LS vaø 74S duøng trong daân duïng coù khoaûng nhieät ñoä laøm vieäc trong khoaûng 0 – 700C. Khaûo saùt IC 7414: S ô ñ o à c h a ân I C 7 4 1 4 V cc 14

6A 13

6Y 12

5A 11

-

5Y 10

-

-

-

4A 9

4Y 8

-

-

1 2 3 4 5 6 7 Y 2 A logic 2not Y vaø3 ASchmitt 3 Y Trigger. G N D IC 7417 laø IC1 A coù 61 coång

Khaûo saùt vi maïch TL 082 : Sô ñoà c h a ân T L 082 O U T 1 1

8 + V cc

IN -

2

IN +

3

6 IN 2 -

- V

4

5 IN 2 +

T L 082

7 O U T 2

Vi maïch TL 082 beân trong chöùa 2 khueách ñaïi thuaät toaùn. TL 082 laø hoï cuûa JFET cho neân laøm vieäc ôû cheá ñoä khueách ñaïi raát oån ñònh khaû naêng choáng nhieãu toát. TL 082 thích hôïp boä tích phaân nhanh, caùc boä khueách ñaïi, caùc maïch loïc tích cöïc vaø trong maùy ño. Caùc thoâng soá kyõ thuaät: Ñieän aùp ±3V ÷ ±18V Coâng suaát 680mV Ñieàu kieän kieåm tra±15V Ñoä lôïi voøng hôû 106dB. Ñoä phaân giaûi 3 – 20mV Ñoä taêng ñieän aùp 13µs Doøng tieâu thuï 11,2mA.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 36 Khaûo saùt LM 723: LM 723/LM723C laø moât boä ñieàu chænh aùp ñöôïc thieát keá chuû yeáu cho nhöõng öùng duïng veà boä ñieàu chænh. Bôûi vì chính baûn thaân noù cung caáp doøng ra ñeán 150mA, nhöng khi theâm transistor ngoaøi, noù coù theå cung caáp doøng cho taûi baát kyø mong muoán. Ñaëc ñieåm cuûa maïch laø tieâu hao doøng thaáp vaø döï tröõ cho boä tuyeán tính hay giôùi haïn doøng noái tieáp. LM 723C gioáng LM723 ngoaïi tröø cheá ñoä laøm vieäc baûo ñaûm ôû daõy nhieät ñoä 00C-700C thay vì –550C ñeán 1250C. a. Sô ñoà chaân: S ô ñ o à c h a ân L M 7 2 3 N C

1

14

N C

C u rre n t lim it

2

13

F r e q u e n c y C o m p e n s a ti o n

C u rre n t se n se 3

12

V +

11

V c

10

V out

I n v e r ti n g I n p u t

4

N o n - I n v e r ti n g I n p u t 5

LM

723

V re f

6

9 V z

- V

7

8

N C

b. Ñaëc ñieåm: - Doøng ra 150mA khi khoâng coù Transistor ngoaøi. - Doøng ra coù theå ñaït 10A khi söû duïng theâm transistor ngoaøi. - AÙp ra cöïc ñaïi 40V - AÙp ra coù theå ñieàu chænh töø 2V ñeán 37V. - Coù theå duøng nhö boä ñieàu chænh tuyeán tính hay ñoùng ngaét.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 37

PHAÀN C THIEÁT KEÁ

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 38

CHÖÔNG III THIEÁT KEÁ PHAÀN CÖÙNG I. MOÂ HÌNH HÌNH HOÏC

II.

SÔ ÑOÀ KHOÁI HEÄ THOÁNG ÑO: MAÏCH CAÛM BIEÁN

MAÏCH CAÀU WHEASTONE

MAÏCH CHÆNH OFFSET

NGUOÀN KÍCH DC CHO CAÀU

MAÏCH GIAO TIEÁP MAÙY TÍNH

NGUOÀN DC

SÔ LÖÔÏC CHÖÙC NAÊNG CAÙC KHOÁI: 1. Moâ hình hình hoïc: Moâ hình hình hoïc laø nhöõng moâ hình cô khí seõ chòu bieán daïng döôùi taùc duïng löïc ngoaøi. Moâ hình naøy keát hôïp vôùi mieáng caûm bieán taïo thaønh maïch caûm bieán phuïc vuï cho vieäc ño bieán daïng. Caùc moâ hình thöôøng ñöôïc söû duïng laø: + Voøng chòu keùo neùn. + Daàm chòu uoán ngang phaúng. + Daàm uoán vaø xoaén ñoàng thôøi. Tuy nhieân moâ hình ñôn giaûn vaø tröïc quan nhaát vaãn laø moâ hình daàm chòu uoán ngang phaúng. 2. Maïch caûm bieán: Caûm bieán thöôøng söû duïng laø Strain – Gage. Strain – Gage laø caûm bieán ñieän trôû nghóa laø seõ thay ñoåi giaù trò ñieän trôû khi bò bieán daïng. 3. Maïch caàu Wheatstone: Caàu Wheatstone coù caáu taïo goàm 3 ñieän trôû coá ñònh vaø moät ñieän trôû thay ñoåi (Strain – gage) noái nhau taïo thaønh maïch caàu. Bình thöôøng khi mieáng Strain – gage chöa bò bieán daïng thì hai nhaùnh ñieän trôû caân baèng vôùi nhau. Luùc naøy neáu ta coù 1 nguoàn kích vaøo 2 ñieåm ñoái xöùng cuûa caàu thì giöõa 2 ñieåm ñoái xöùng coøn laïi aùp ra seõ baèng khoâng töùc caàøu caân baèng. Khi coù taùc duïng löïc seõ laøm thay ñoåi ñieän trôû strain-gage, luùc naøy caàu maát caân baèng vaø seõ xuaát hieän ñieän aùp ôû ngoõ ra.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 39 Vôùi söï thay ñoåi ñieän trôû Strain –gage keùo theo söï thay ñoåi ñieän aùp ngoõ ra. Ñoù laø nguyeân lyù cô baûn cuûa caàu Wheatstone. 4. Nguoàn kích DC: Ñeå caàu Wheatstone hoaït ñoäng thì ta phaûi cung caáp 1 nguoàn DC oån ñònh. Giaù trò ñieän aùp kích naøy thay ñoåi tuøy theo töøng boä caûm bieán. 5. Maïch chænh Offset: Bình thöôøng, neáu trong ñieàu kieän lyù töôûng khi caàu ôû traïng thaùi caân baèng thì ñieän aùp ngoõ ra baèng 0V. Tuy nhieân trong thöïc teá raát khoù coù theå chænh caàu veà traïng thaùi caân baèng neân vaãn coù ñieän aùp leäch ôû ngoõ ra. Maïch offset coù taùc duïng chænh cho ñieän aùp ngoõ ra baèng 0V luùc caàu caân baèng. 6. Maïch giao tieáp maùy tính: Phaàn maïch giao tieáp maùy tính bao goàm: Maïch khueách ñaïi, maïch chuyeån ñoåi AD vaø phaàn meàm xöû lyù döõ lieäu. Maïch khueách ñaïi: vì ñieän aùp xuaát hieän ôû ngoõ ra cuûa caàu Wheatstone coù giaù trò raát beù neân tröôùc khi ñöa vaøo ngoõ vaøo cuûa maïch chuyeån ñoåi AD thì tín hieäu ñieän aùp naøy phaûi ñöôïc khuyeách ñaïi ñuû lôùn ñeå ñaùp öùng ngoõ vaøo cuûa maïch AD. Maïch khuyeách ñaïi thöôøng chia laøm 3 taàng trong ñoù coù 1 taàng coù taùc duïng loïc nhieãu nguoàn. Maïch chuyeån ñoåi AD: ñeå giao tieáp vôùi maùy tính thì tín hieäu töông töï (analog) phaûi ñöôïc chuyeån sang tín hieäu soá (digital) baèng maïch ADC. Tín hieäu soá naøy seõ ñöôïc ñöa vaøo maùy tính qua coång maùy in. Phaàn meàm xöû lyù döõ lieäu: phaàn meàm ñöôïc vieát baèng ngoân ngöõ PASCAL vôùi chöùc naêng xöû lyù ñeå cho ra keát quaû döôùi caùc daïng khaùc nhau III. THIEÁT KEÁ PHAÀN CÖÙNG: 1. Moâ hình daàm chòu uoán ngang phaúng: Moâ hình daàm chòu uoán ngang phaúng laø moät thanh thaúng coù maët caét ngang hình chöõ nhaät B.H (B=50mm, H=5mm). Moät ñaàu ñöôïc keïp vaøo ngaøm, ñaàu kia töï do ñeå treo caân. Taïi C coù+ εdaùn moät mieáng Strain –Gage coù m ax P phöông truøng vôùi phöông chính.

− εm a x C

b a SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

l

B

H

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 40

Hình moâ hình kieåm nghieäm daàm chòu uoán Muïc ñích: xaùc ñònh öùng suaát bieán daïng taïi vò trí C treân daàm chòu uoán ngang phaúng. Töø ñoù döïa vaøo quan heä cô hoïc ñeå tìm caùc ñaïi löôïng: ñoä voõng, löïc, moment...

ÖÙng suaát :σ =

p.a B.H 2 VôùiW = W 6

Bieán daïng :ε =

a .p W.E

J=

B.H3 6

l3 Chuyeån vò: δ = .p 3.E.J Trongñoù : W : moment choáng uoán. E : modun ñaøn hoài cuûa vaät lieäu laøm thanh. J: Momentquaùn tính.

Sô ñoàboátrí

Maïch buø ∆ R ∆ U U R

Strain Gauge

Khueá ch ñaïi boå sung

Maïch AD

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Maù y tính

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 41

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 42 2. Choïn caûm bieán Strain – Gage vaø choïn heä soá maïch khueách ñaïi: Choïn caûm bieán coù caùc thoâng soá sau: Chòu löïc max : 20000N. Tyû leä aùp ra treân aùp kích laø 2mV/V. Aùp kích toái ña 15V. Thöïc teá vieäc tìm caûm bieán raát khoù vaø giaù thaønh raát ñaét. Tuy nhieân ñeå minh hoïa yù töôûng thieát keá nhoùm sinh vieân thöïc hieän coù lieân heä möôïn ñöôïc strain – gage coù caùc thoâng soá sau: Chòu löïc max : 2kg. Tyû leä aùp ra treân aùp kích laø 1mV/V. Ñieän trôû strain - gage 120Ω. Choïn aùp kích cho strain gage laø 5V. ➨ aùp ra toái ña cuûa caûm bieán laø : 5V.1mV/V = 5mV. Choïn heä soá maïch khueách ñaïi : ADC maéác theo taàm ño löôõûng cöïc +/-5V öùng vôùi 4096 möùc löôïng töû töø 000H – FFFH. 2000 gram → 5mV(caàu) → 5V(ADC). ➨ heä soá maïch khueách ñaïi laø :5V/ 5mV = 1000. 3. Tính toaùn vaø thieát keá maïch khuyeách ñaïi DC: Caùc yeâu caàu cuûa maïch khuyeách ñaïi: - Khueách ñaïi tuyeán tính: do tín hieäu ñaàu vaøo caàn khueách ñaïi laø ñieän aùp DC raát nhoû, do ñoù söï thay ñoåi naøy laø raát chaäm. - Coù khaû naêng khueách ñaïi ñieän aùp sai bieät cuûa 2 ngoõ vaøo. - Coù khaû naêng choáng nhieãu taàn soá coâng nghieäp. - Töø nhöõng yeâu caàu treân ta coù daïng maïch khueách ñaïi nhö sau: R 3

C 1

V 1

R 5

+

V b R 2

+

R 1 R 6

R 9

R 4

R 8

-

V 2

C 2

+

V a

Choïn Op.Amp laø TL 082.

R 7

R 11

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

R 10

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 43 -

Ñieän aùp 2 ngoõ vaøo Va vaø Vb ñöôïc laáy töø caàu Wheatstone.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 44 a. Taàng thöù nhaát: R 3

R 3

V a

v-

V a R 1

R 1

V 1

+

V b R 2

R 4

v+

V b R 2 R 4

Vieát ñònh luaât KirchhoffchoV(+ ) . vb − v+ v(+ ) v .R = => v(+ ) = b 4 R2 R4 R2 + R4 Ñònhluaät KirchhoffchoV(-). va − v− v1 − v− + =0 R1 R3 v .R + v .R => v(−) = a 3 1 1 R3 + R2 Theotínhchaát cuûa Op.amp tacoù V(+ ) = V(−) vb.R4 R .v + R`.v1 = 3 a R2 + R4 R3 + R1 Ñeå ñôngiaûn tachoïn R1 = R2; R3 = R4. Khi ñoù : R3.Va + R1.V1 = Vb.R4 R => V1 = 3 .(Vb − Va ). R1 (Vb − Va ) ñieän aùp saileäch töøcaàuWheatsto ne. R Doñoù heä soákhueách ñaïitaàng thöù 1laøA 1 = 3 R1

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

V1

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 45 Taàng thöù 2: C 1

V 1 R 5

V 2

R 6

+

C 2

R 8

R 7

Ñaây laø maïch loïc taàng thaáp baäc 2 hoài tieáp döông. Haøm truyeàn cuûa maïch ñöôïc vieát nhö sau : A2 1+ωC .[C2 .(R5 + R6 ) + (1− A2 )R5.C1 ].p +ωC2 .R5.R6 .C1.C2 .p2 R Trongñoù A 2 =1+ 7 R8 Ñeå ñôngiaûn coâng thöùc tínhtoaùn baèng caùch chocaùc giaù trò. R 5 = R6 = R vaø C1 = C2 = C.Haøm truyeàn luùc naøy seõ laø A2 A( p) = 1+ωC .[C.R(3− A2 ).p] + (ωC .R.C )2 .p2 Sosaùnh haøm truyeàn toång quaùt cuûa taàng thaáp baäc 2 A0 A( p) = 1+ a1.p + b1.p2 Ta thaáy a1 = ωC .R.C.(3− A2 ) A( p) =

b1 = ωC2 .R2 .C 2 Tra baûng giaù trò a1,b1 naøy ôû baûng 2 loaïi boä loïc Butterworth (*). (Trang 26 – tính toaùn vaø öùng duïng maïch loïc tích cöïc – KS. Ngoâ Anh Ba).

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 46

Ta ñöôïc a1 = 2, b1 = 1.  ωC .R.C(3− A2 ) = 2 => A2 = 3− 2 = 1,586  2 2 2 ω . R . C = 1  C  R R Suyra1+ 7 = 1,586=> 7 = 0,58. R8 R8 ChoïnR 8 = 10kΩ; R7 = 5,8kΩ; ChoïnR7 = 5,6kΩ 10.5,6 Choïn2R = (R7 // R8 ) = = 3,58kΩ ≈ 3.6kΩ 10+ 5,6 Ta ñöôïc R = 1,8kΩ. Ñeåhaïn cheá nhieãu ôû taàn soá 50Hzchoïn fC = 10Hz. 1 1 => C = = = 8,9µF . 2.π . f .R 2.π .50.1,8.103 ChoïnC = 10µF tatínhlaïifC = 8,8Hz.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 47 b. Taàng thöù 3: Taàng 3 duøng ñeå chænh ñieän aùp leäch, ñoàng thôøi maïch duøng ñeå chia ñoä lôïi ñeå ñaûm baûo heä soá khueách ñaïi cuûa moãi taàng laø khoâng quaù lôùn. Heä soá khueách ñaïi taàng thöù 3: A3 = 1 +

R10 R 11

ChoïnR10 = 47KΩ

; R11 = 10KΩ

 A3= 5.7 Heä soá khueách ñaïi toaøn maïch laø : A=A1.A2.A3 =R3/R1. .1,586 . 5,7 =1000 Choïn R1=1KΩ → R3 =110,6KΩ choïn R3=100KΩ. 4. Ñieàu khieån ADC ICL7109 vaø ñoïc vaøo coång maùy in: Choïn ICL 7109 coù ñoä phaân giaûi 12 bit, reû, deã tìm treân thò tröôøng , thích hôïp cho caùc maïch ño coù ñoä chính Caùc BYTE CONTROL INPUT baogoàm : LBEN : ( low byteenable):ñöôïc noái ñeán bitD0 cuûa thanhghidöõ lieäu coù ñòachæ $378. H.BEN : ( High byteenable): ñöôïc noái ñeán bitD1 cuûa thanhghidöõ lieäu. CE/LOAD : Choôû möùc [0]ñeå ICL 7109ôûtraïng thaùi saün saøng bieán ñoåi. RUN/HOLD ñöôïc noái ñeán bitD cuûa thanhghidöõ lieäucoù address : $378 Thanhghidöõ lieäu :

xaùc cao. D7

D6

D 5

D4

D3

D2

D 1

D 0

H B EN L B EN R U N /H O L D

Chaân ERROR (chaân thöù 15 cuûa DB25) ñöôïc noái vôùi chaân STATUS. Khi STATUS xuoáng möùc thaáp baùo hieäu vieäc chuyeån ñoåi ñaõ hoaøn taát.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 48 Quaù trình chuyeån ñoåi ñöôïc thöïc hieän nhö sau: maùy tính seõ gôûi döõ lieäu qua coång maùy in ñeå taùc ñoäng caùc chaân RUN/HOLD,H.BEN,L.BEN roài maùy ñoïc vaøo cho ñeán khi STATUS xuoáng thaáp. Do giao tieáp vôùi maùy tính baèng coång maùy in neân ta khoâng theå ñoïc vaøo 1 laàn laø 12 bit, do ñoù ta coù theå ñoïc vaøo maùy tính 1 laàn 4 bit vaø quaù trình ñoïc töø ADC vaøo maùy tính seõ ñöôïc ñoïc 3 laàn seõ heát 12 bit. Quaù trình ñoïc laàn löôït naøy seõ ñöôïc thöïc hieän thoâng qua IC ña hôïp 74257. IC naøy seõ ña hôïp 8 ngoõ vaøo cho 4 ngoõ ra, taát nhieân laø 12 bit thì caàn phaûi coù 2 IC 74257. Caùc ngoõ vaøo ñöôïc choïn nhôø vaøo 2 chaân OE vaø SL. Sô ñoà maïch ña hôïp ñöôïc veõ sau ñaây:

{

B 1 . . B 8 tö ø A D C 7109

{

1A 1B 2A 2B 3A 3B 4A 4B

1Y 2Y

4Y

S L C T ( 1 3 ) ( lo w ) P E (1 2 ) A C K (1 0 ) B U S Y ( 1 1 ) ( h ig h )

SL

7417

OE

N g o õ v a øo c h o ïn

IN IT

74257

S L C T IN -

74257

{

B 9 ..B 1 2 tö ø A D C 7109

1A 1B 2A 2B 3A 3B 4A 4B

1Y 2Y

4Y

OE

SL

-

2 ngoõ vaøo choïn ñöôïc noái ñeán 2 bit D 2 vaø D3 cuûa thanh ghi ñieàu khieån coù ñòa chæ $37AH öùng vôùi chaân 16 vaø 17 cuûa DB25. Töø baûng traïng thaùi cuûa IC 74257 ta coù baûng traïng thaùi sau: SLCTIN

INIT

OE

SL

1 1 0

0 1 0

0 0 1

0 1 0

Bit ñoïc vaøo B1—B4. B5—B8. B9—B12.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 49 Do ôû thanh ghi ñieàu khieån taïi bit D3 tröôùc khi ñöa ra ñeå noái DB 25 qua coång not. Vì vaäy muoán gôûiø D3=0 ra coång thì phaûi qua theâm 1 coång Not nöõa nhö hình veõ.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 50 -Khi

INIT=0

SL=0  Ngoõ vaøo B1..B4 ñöôïc choïn (74257 (1) ñöôïc SLCTIN = 1 OE(1)=0 choïn -Khi INIT=1 SL=1  Ngoõ vaøo B5..B8 ñöôïc choïn (74257 (1) ñöôïc SLCTIN = 1 OE(1)=0 choïn OE(2)=1  74257 (2): Hz -Khi INIT=0 SL=0  74257 (1): Hz SLCTIN = 0 OE(1)=1 OE(2)=0  74257 (2) ñöôïc choïn vaø B9..B12 ñöôïc ñoïc vaøo. 5. Boä nguoàn DC: Nguoàn ôû ñaây söû duïng ôû caáp ñieän aùp ± 5V ñeå cung caáp cho ICL 7109; ± 12V cho TL 082. Vôùi 2 caáp ñieän aùp naøy söû duïng IC oån aùp 3 chaân ñoù laø 7812, 7912, 7805, 7905. Trong ñoù 79xx laø hoï IC oån aùp aâm, 78xx laø hoï IC oån aùp döông. Sô ñoà maïch ñöôïc veõ nhö sau: +1 2 V

7812 4 ,7 u F

15V -

~ 220 15V

+5 V

7805

+

0 ,1 u F 25V 2200uF

-1 2 V

7912 25V 2200uF

4 ,7 u F

7905

Bieán aùp söû duïng laø bieán aùp coù ñieåm giöõa.

-5 V 0 ,1 u F

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 51 Nguoàn kích cho caàu Wheatstone:

12V

6 12 R1

11

10 2

R e g u la t o r O u t p u t R

5

3

R2 7

4 R3

Sô ñoà keát noái LM 723. Trongñoù R 3 = R2 // R1 R2 Vout = Vcc. R1 + R2

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 52

CHÖÔNG IV THIEÁT KEÁ PHAÀN MEÀM I. NGUYEÂN LYÙ PHAÀN MEÀM: Phaàn chöông trình xöû lyù tín hieäu töø maïch giao tieáp bao goàm: - Ñoïc döõ lieäu töø ADC vaø saép xeáp caùc bit döõ lieäu. - Chænh caân baèng khoâng. - Tính toaùn ñeå quy ñoåi thaønh caùc ñaïi löôïng cô hoïc nhö löïc, bieán daïng vaø öùng suaát. - Hieån thò keát quaû treân maøn hình. Khi chaïy chöông trình maùy tính seõ ñoïc döõ lieäu töø maïch giao tieáp vaø seõ hieån thò soá ñoïc ñöôïc, khi ñoù ta baét ñaàu chænh bieán trôû caân baèng ñeán khi khoâng coøn muoán chænh nöõa thì goõ vaøo phím ‘N” töø baøn phím. Löu yù laø vieäc chænh caân baèng naøy ñöôïc thöïc hieän khi ñaàu daàm khoâng ñaët taûi. Khi goõ phím “N” thì maùy seõ thöïc hieän xong chöông trình chænh caân baèng khoâng. Luùc naøy ñaët taûi vaøo ñaàu daàm vaø maùy tính seõ hieån thò caùc thoâng soá caàn muoán xaùc ñònh. Khi chöa goõ phím “N” thì maùy seõ quay laïi thöïc hieän chöông trình con ñoïc döõ lieäu vaø seõ tính toaùn vaø hieån thò laïi ñeán khi goõ phím “N” thì chöông trình seõ döøng laïi vaø thoaùt.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 53 II. LÖU ÑOÀ CHÖÔNG TRÌNH CHÍNH: 1. Löu ñoà chöông trình chính BAÉT ÑAÀU

Tieâu ñeà Ñoïc döõ lieäu töø ADC Chænh caân baèng Upcase(Readkey)=’N’

S

Ñ

Tính toaùn caùc ñaïi löôïng cô hoïc Xuaát ra maøn hình Upcase(Readkey)=’ N’

Ñoïc döõ lieäu töø ADC

S

Ñ

Keát thuùc

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 54 ∗ Löu ñoà ñoïc döõ lieäu töø ADC:

Baét ñaàu Gôûi döõ lieäu ñeå ñieàu khieån ADC

STATUS=0

Ñoïc B1 ÷ B4

Ñoïc B5 ÷ B8

Ñoïc B9 ÷ B12

Saép xeáp döõ lieäu B12 ÷ B1 Keát thuùc

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 55 2. Löu ñoà tính toaùn caùc ñaïi löôïng cô hoïc: a. Löu ñoà tính löïc: Baét Nhaäïp soá Gam/Möùc P: = Y*soágam/möùc Khoái löôïng :=P

Keát thuùc

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 56 b. Löu ñoà tính BIEÁN DAÏNG:

Baét Nhaäp caùc haèng soá W,B,H,a Tính E=B.H2/6

ε= (p*a)/E.W Bieán daïng:=ε Keát thuùc c. Löu ñoà tính ÖÙNG SUAÁT: Baét

σ :=(p*a)/W

ÖÙng suaát := σ Keát thuùc

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 57

PHAÀN D THI COÂNG

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 58 1. Sô ñoà nguyeân lyù:

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 59 2. . Sô ñoà maïch in:

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 60 3 . Tieán haønh thi coâng: Sau khi tính toaùn thieát keá vaø löïa choïn caùc linh kieän phuø hôïp trong maïch ño, nhoùm sinh vieân thöïc hieän tieán haønh thi coâng. 1. Caùc böôùc thi coâng :

Gia coâng maïch in: ñaây laø böôùc ñaàu tieân trong phaàn thi coâng, maïch in ñöôïc thi coâng vôùi söï trôï giuùp cuûa phaàn meàm Eagle, ñeå ñôn giaûn vaø bôùt coàng keành nhoùm sinh vieân thöïc hieän maïch in 2 lôùp. Sau khi coù maïch in ta tieán haønh laép raùp. Do trong maïch söû duïng IC vaø ñeå tieän lôïi trong vieäc söûa chöõa khi coù hö hoûng do haøn hay IC bò hö neân söû duïng nhöõng socket coøn ñöôïc goïi laø ñeá ñeå caém chuùng vaøo. Laép raùp theâm phaàn nguoàn bao goàm caùc IC oån aùp 7805, 7812, 7905, 7912, LM723. Khi maïch in ñaõ hoaøn taát vaán ñeà coøn laïi laø giao tieáp vôùi maùy tính. Ñeå giao tieáp ñöôïc maùy tính thì caàn phaûi coù moät chöông trình naïp vaøo maùy tính vaø chöông trình naøy ñöôïc nhoùm thöïc hieän vieát baèng ngoân ngöõ Pascal. 2. Tieán haønh kieåm tra maïch :

Ñaàu tieân kieåm tra phaàn maïch giao tieáp. Baät coâng taét nguoàn duøng VOM kieåm tra ñieän aùp taïi caùc chaân IC (luùc naøy chöa ñaët IC vaøo trong maïch). Sau khi ñieän aùp nguoàn ñaõ kieåm tra xong, taét coâng taét nguoàn, caém IC vaøo trong maïch, roài caáp nguoàn trôû laïi. Luùc naøy ñeán kieåm tra caân baèng khoâng trong maïch. Duøng VOM ñaët ôû thang ño ñieän aùp ôû ngoõ ra cuûa caàu Wheatstone vaø ñieàu chænh bieán trôû tinh chænh cho ñeán khi naøo VOM chæ ôû möùc 0V thì quaù trình caân baèng hoaøn taát. Duøng daây ñeå noái giöõa maïch giao tieáp vaø maùy tính thoâng qua coång maùy in. Böôùc cuoái cuøng coøn laïi laø goïi chöông trình ñeå baét ñaàu ño ñaïc. 3. Keát quaû thi coâng: Nhöõng phaàn thöïc hieän vaø chöa thöïc hieän ñöôïc cuûa nhoùm goàm:  Veà phaàn meàm: nhoùm ñaõ vieát ñöôïc phaàn meàm ñieàu khieån vaø xöû lyù döõ lieäu.  Veà phaàn cöùng: tuy maïch khoâng chaïy nhöng nhoùm ñaõ khoanh vuøng ñeå xaùc ñònh maïch bò söï coá ôû

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 61 vuøng naøo. Veà maïch khueách ñaïi thì coù ñieän aùp taïi ngoõ ra vôùi heä soá khueách ñaïi khoaûng 1000 laàn vaø veà IC ña hôïp 74257 cuõng ña hôïp ñöôïc 12 bit döõ lieäu. Vì vaäy vaán ñeà coøn laïi chæ laø IC 7109. IC naøy raát môùi ñoái vôùi nhoùm thöïc hieän, nhoùm chæ coù taøi lieäu dòch ñeå töï tìm hieåu veà IC naøy chöù ít thaáy duøng ôû maïch thöïc tieãn. Nhoùm hy voïng trong nhöõng ngaøy coøn laïi nhoùm seõ coá gaéng heát söùc ñeå ñeà taøi naøy coù giaù trò thöïc thi.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 85 program da; uses crt; Var P:real;Y:byte; Const W = 208.3; a = 100; procedure tieude; begin textbackground (1); textcolor(7); gotoxy(30,5); writeln('DO LUC VA UNG SUAT'); gotoxy(20,25); writeln('Copyright by HA THANH LAM - PHAM TRONG QUYNH '); end ; procedure docdulieu; var X1,X2,X:byte; begin port[$378] := $03; port[$378] := $13; port[$378] := $33; port[$378] := $23; port[$378] := $03; repeat X:= port[$379] and $08 until X = $08; X1:= ((port[$379] SHR 4) XOR $08); port[$378] := $0B; X2:= ((port[$379] AND $F0) XOR $80); Y:= X1 OR X2; delay(1000); end; Procedure LUC; Var g:real; Begin

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 86 g:=7.84; p:=y*g; gotoxy(20,7); writeln('LUC End; Procedure UNGSUAT; Var sigma:real; Begin sigma:= (p*a)/W; gotoxy(19,9); write(' UNG-SUAT gram/mm^2'); End;

:

P

:

Procedure BIENDANG; Var epsilon,e : real; Begin e:=5000; epsilon:=(p*a)/(w*E); gotoxy(20,11); write('BIEN-DANG : End;

= ',p:8:3, ' gram');

Sigma = ',sigma:8:3, '

Epsilon = ', epsilon:8:3, ' us');

Procedure OFFSET; Var X:real; Begin Repeat docdulieu ; gotoxy(20,5); writeln(X); delay(10000); gotoxy(20,5); writeln(' '); Until Upcase(readkey) = 'N'; End; {================CHUONG TRINH CHINH===================}

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH

Ño löïc vaø öùng suaát Trang 87 BEGIN CLRSCR; tieude; repeat docdulieu; luc; ungsuat ; biendang; delay(10000); delay(1500); until keypressed; END.

SVTH :HAØ THANH LAÂM - PHAÏM TROÏNG QUYØNH