Xem mẫu
- Đo lực và ứng suất Trang 1
Luận văn
Đo lực và ứng suất
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
- Đo lực và ứng suất Trang 2
Mục Lục
Mục Lục.................................................................................................................... 2
LỜI GIỚI THIỆU ...................................................................................................... 3
CHƯƠNG I CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO BIẾN DẠNG............................................. 6
KHÁI NIỆM VỀ BIẾN DẠNG: ................................................................................ 6
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO BIẾN DẠNG: ................................................................ 6
ĐO BIẾN DẠNG BẰNG STRAIN GAGE: ............................................................... 7
MẠCH CẦU WHEATSTONE: ................................................................................. 8
CHƯƠNG II .............................................................................................................13
KHẢO SÁT CỔNG MÁY IN...................................................................................13
BỘ ADC 12 BIT & VÀ CÁC LINH KIỆN CÓ LIÊN QUAN ...............................13
KHẢO SÁT CỔNG MÁY IN:..................................................................................13
KỸ THUẬT BIẾN ĐỔI ADC – KHẢO SÁT ADC ICL 7109: .................................15
TẦM NHIỆT ĐỘ HOẠT ĐỘNG ......................................................................24
CHƯƠNG III THIẾT KẾ PHẦN CỨNG .................................................................33
SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG ĐO: ...............................................................................33
SƠ LƯỢC CHỨC NĂNG CÁC KHỐI: ....................................................................33
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG: .......................................................................................34
CHƯƠNG IV THIẾT KẾ PHẦN MỀM ...................................................................43
NGUYÊN LÝ PHẦN MỀM: ....................................................................................43
LƯU ĐỒ CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH:......................................................................44
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
- Đo lực và ứng suất Trang 3
LỜI GIỚI THIỆU
Ngày nay việc đo lường và điều khiển được ứng dụng trong sản xuất công
nghiệp cũng như trong phòng thí nghiệm rất hữu dụng. Lợi dụng việc đo ứng suất
biến dạng từ đó mà ta có thể xác định được những thông số vật lý cơ học khác như: độ
võng tĩnh, moment, lực tác dụng, …
Hiện nay đã có những máy đo như loại dùng đồng hồ chỉ thị số P3500 được
thực hiện tại phòng thí nghiệm. Khi khoa học công nghệ thông tin đã và đang phát
triển thì máy vi tính bắt đầu thay thế các thiết bị đo lường thông thường mà cho ta kết
quả nhanh và chính xác. Các thiết bị, hệ thống đo lường và điều khiển ghép nối với
máy tính có độ chính xác cao, thời gian thu thập số liệu ngắn nhưng điều đáng quan
tâm hơn là mức độ tự động hóa trong việc thu thập và xử lý các kết quả đó.
Tuy nhiên để hệ thống đo lường và điều khiển ghép nối với máy tính hoạt động
được thì ngoài phần mạch điện khuếch đại và chuyển đổi AD thì cần có chương trình
được nạp vào máy tính để xử lý kết quả.
Bài luận văn này cũng là một đề tài xử lý tín hiện điện tử bộ cảm biến cho phép
máy tính có thể giao tiếp thông qua cổng máy in.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
- Đo lực và ứng suất Trang 4
PHẦN A
DẪN NHẬP
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
- Đo lực và ứng suất Trang 5
I. ĐẶT VẤN ĐỀ:
Để hiểu được và làm chủ được các hiện tượng vật lý hóa học, y, sinh
học...trong đời sống chúng ta, đòi hỏi chúng ta phải có phương pháp đo và thiết bị đo
lường sẽ giúp chúng ta đạt được mục đích này.
Cùng với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ điện tử và công nghệ thông tin
chúng ta có thêm các thiết bị đo lường điện tử ngày càng chính xác hơn, sử dụng
thuận lợi hơn, hoạt động ở chế độ tự động hóa hoàn toàn. Để phục vụ cho việc tự
động hóa trong công nghiệp, chúng ta phải đề cập đến các phương pháp và cảm biến
đo các đại lượng không điện.
Ví dụ như: lực, áp suất, nhiệt độ v.v... Từ những đại lượng không điện này được
cảm biến chuyển đổi thành đại lượng điện rồi xử lý tín hiệu bằng những mạch điện tử.
Với mục đích là xác định độ biến dạng, ứng suất khi tác dụng một lực vào một
đầu của một dầm ngang. Tức là đặt một vật có khối lượng vào đầu dầm, trên dầm có
gắn Strain Gage (miếng đo biến dạng) mà từ đó ta có thể xác định được khối lượng
mà vật đặt vào. Thông qua đại lượng trung gian này mà ta có thể xác định được: độ
biến dạng ứng suất, độ võng... và đề tài này sẽ được tìm hiểu kỹ về cách thức xác định
được các đại lượng này.
Với đề tài “ĐO LỰC VÀ ỨNG SUẤT” này có thể dùng làm thiết bị đo lường ở
phòng thí nghiệm. Do đó nhiệm vụ chủ yếu là phải hiển thị được kết quả với sai số
càng nhỏ càng tốt.
II. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI:
Đo lực và ứng suất bằng máy tính. Nhờ sự trợ giúp của máy tính cộng với phần
mềm Pascal cho phép người lập trình có thể hiển thị kết quả dưới nhiều hình thức
khác nhau (hiển thị chế độ văn bản, ở chế độ đồ thị).
Với thời gian ngắn chỉ có 10 tuần mà có nhiều vấn đề cần giải quyết, hơn nữa
kiến thức về lập trình có giới hạn. Do đó trong khoảng thời gian đó, nhóm sinh viên
thực hiện tập trung vào giải quyết những vấn đề sau:
- Thiết kế phần cứng.
- Viết chương trình xử lý tín hiệu từ bộ cảm biến để hiển thị kết quả trên
màn hình.
III. CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC THI ĐỀ TÀI:
Với những yêu cầu đó ta có thể đưa ra phương pháp để thực thi đề tài như sau:
Sử dụng kỹ thuật vi xử lý và vi điều khiển.
Dùng máy tính để xử lý.
Với kỹ thuật vi xử lý và vi điều khiển nếu dùng led 7 đoạn để hiển thị 1 loạt các
thông số: lực, ứng suất, biến dạng... thì sẽ trở nên gặp khó khăn và hiển thị dưới đồ thị
sẽ không thực hiện được. Do đó ở đây nhóm sinh viên thực hiện chọn máy tính để xử
lý thông qua cổng máy in. Sở dĩ chọn phương pháp này có ưu điểm là:
- Có thể hiện thị cùng một lúc các thông số và đồ thị.
- Tính toán và lập trình trên phần mềm Pascal so với xử lý và vi điều
khiển.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
- Đo lực và ứng suất Trang 6
CHƯƠNG I CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO BIẾN DẠNG
KHÁI NIỆM VỀ BIẾN DẠNG:
Khi đặt một lực vào vật thể, vật thể bị thay đổi hình dạng. Trong trường hợp
tổng quát, sự thay đổi này gọi là biến dạng. Ở đây chúng ta hiểu biến dạng như là sự
thay đổi hình dạng trên 1 đơn vị dài hay là độ thay đổi chiều dài tương đối.
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO BIẾN DẠNG:
Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, kỹ thuật đầu dò, đặc biệt từ những
năm 1970, người ta đã chế tạo ra rất nhiều dụng cụ đo biến dạng dựa trên các nguyên
lý cơ khí, quang, điện âm thanh và nguyên lý khí nén... Tuy nhiên không có một
nguyên lý nào có thể thỏa mãn mọi yêu cầu kỹ thuật đặt ra. Do đó có rất nhiều hệ
thống đo khác nhau để đáp ứng mọi yêu cầu đo trong phạm vi giải quyết những vấn
đề khác nhau, sau đây là các phương pháp đo:
1. Phương pháp cơ khí:
Phương pháp cơ khí đo biến dạng ngày nay ít được sử dụng, bởi vì đo biến dạng
bằng điện trở chính xác hơn và dễ sử dụng. Tuy nhiên, dụng cụ đo cơ khí được gọi là
Extensometer vẫn còn được sử dụng rộng rãi trong hệ thống kiểm tra vật liệu.
2. Phương pháp âm thanh:
Phương pháp âm thanh đo biến dạng hiện nay hầu hết được thay đổi bằng
phương pháp đo điện. Phương pháp đo biến dạng bằng âm thanh có nét độc đáo riêng,
ổn định không mất độ chính xác theo thời gian. Phương pháp đo biến dạng bằng âm
thanh vẫn được sử dụng dựa trên nguyên lý do ông R.S.Jerrett sáng chế vào năm
1944.
3. Phương pháp biến dạng bằng điện trở:
Phương pháp đo biến dạng bằng điện trở này được xem là hoàn hảo nhất, chỉ trừ
một số trường hợp đạc biệt phương pháp này không sử dụng được. Phương pháp này
được xem là phổ biến nhất hiện nay dựa trên nguyên lý do ông Kelvin phát hiện năm
1856.
4. Phương pháp đo biến dạng bằng chất bán dẫn:
Ưu điểm có độ nhạy cao nhưng giá thành lại cao. Phạm vi đo chịu ảnh hưởng
nhiều về yếu tố nhiệt độ. Phương pháp này dùng để đo biến dạng rất nhỏ vì nó cực
nhạy (với điều kiện nhiệt độ ổn định) song rất ít sử dụng.
5. Phương pháp đo biến dạng bằng phương pháp lưới:
Phương pháp này có từ lâu đời, đặt lưới lên mẫu thử chụp hình trước và sau khi
đạt tải trọng, lưới sẽ bị biến dạng. Phương pháp này có điểm khó khăn là các biến
dạng thường nhỏ do đó hầu hết các trường hợp sự dịch chuyển các mắt lưới không
bảo đảm tính chính xác. Để sử dụng phương pháp biến dạng đủ lớn (cho chất dẻo cao
su) rất hiệu quả.
6. Phương pháp tạo mẫu Hickson (phương pháp lưới):
Đặt tờ giấy nhám lên vật mẫu kéo theo 2 phương để tạo vết trầy. Để đo biến
dạng trên mẫu thử rất khó nên người ta lấy tấm hợp kim mỏng dán lên chỗ trầy, để in
lên tấm phim đó, thay vì đo vật mẫu người ta đo vết trầy lên tấm phim.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
- Đo lực và ứng suất Trang 7
Trong suốt 50 năm qua phương pháp đo biến dạng bằng điện trở đã được sử
dụng rộng rãi vì sự đơn giản cũng như kết quả đáng tin cậy của chúng.
Do đó trong đề tài này nhóm sinh viên thực hiện đo biến dạng bằng điện trở.
ĐO BIẾN DẠNG BẰNG STRAIN GAGE:
Miếng đo biến dạng (strain - gage) là một cấu kiện điện trở được dùng để dán
lên một bộ phận biến dạng. Mức biến dạng của bộ phận thông qua lớp keo được
truyền sang miếng đo. Miếng đo như vậy phải chịu một sự biến động tỷ lệ với điện trở
của nó.
Strain Gage (SG-miếng đo biến dạng) là một trong những công cụ quan trọng
của kỹ thuật đo lường điện tử được áp dụng đo các đại lượng cơ học. Đúng như tên
gọi, nó được sử dụng để đo biến dạng. Biến dạng của một vật thể được gây ra bởi tác
nhân bên ngoài hoặc bên trong, làm sinh ra ứng suất. Do vậy trong phân tích ứng suất
thực nghiệm người ta sử dụng rộng rãi phương pháp xác định biến dạng.
Các thiết bị biến dạng cho đến nay đã được nhiều hãng chế tạo như: Hottinger
Baldwin, Messttechnik, Micromesures Vishay...
Strain Gage được tạo ra với 2 kết cấu là lưới phẳng và dạng ống trụ.
Winding Cord
a. Dạng lưới phẳng b. Dạng ống trụ
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
- Đo lực và ứng suất Trang 8
1. Hệ số miếng đo (Gage factor):
Sự thay đổi điện trở của một cấu kiện có điện trở biến đổi được tùy thuộc vào
quan hệ sau:
R L
F F .E
R L
Với R: là điện trở ban đầu của cấu kiện.
R
: ñoä
bieán ñieän
ñoåi trôû
R
L: chiều dài ban đầu của cấu kiện.
F : hệ số miếng đo.
Một miếng đo lý tưởng phải có một điện trở rất lớn, một hệ số đo cực đại và
một mức giới hạn đàn hồi cao, đồng thời lại không bị ảnh hưởng nhiệt độ cao tác
động. Thêm vào đó, hệ số miếng đo luôn luôn bất biến cho dù mức biến dạng có lớn
đến đâu đi chăng nữa.
Để miếng đo có thể hoạt động một cách thích hợp theo sức căng cũng như sức
nén, sợi điện trở phải càng mỏng để cho lớp keo có thể truyền hoàn toàn mức biến
dạng của bộ phận sang miếng đo.
2. Chất keo dán:
a) Keo cyanoacrylate: Rất thực dụng cho việc áp dụng bình thường trong
thời gian ngắn, nhiệt độ áp dụng dưới 100 0C. Sẽ khô cứng trong vài giây dưới tác
dụng của sức ép.
b) Keo epoxy: Rất có hiệu quả, ổn định trong thời gian lâu với nhiệt độ
đến 300oc.
c) Keo gốm: Khó áp dụng hơn vì cần thiết bị đặt biệt có vẻ mong manh
yếu ớt, không cho phép dùng với những biến dạng lớn.,sử dụng được đến 600 oc.
d) Hàn: Đây là cách thức thực tế nhất để dùng ở nhiệt độ cao cho các
miếng đo trong vỏ bọc kim loại rất đặc.
Cần chú ý là bề mặt để dán phải được tẩy sạch dầu mỡ và sau đó được trung hòa
bằng hóa chất. Để tạo ra bề mặt có tính chất lý tưởng đối với loại keo này, bề mặt phải
được làm sạch vết rỉ để tạo ra bề mặt nhẵn nhưng không quá bóng.
MẠCH CẦU WHEATSTONE:
Cầu Wheatstone là mạch cầu được chọn nhiều nhất trong việc đo những biến
dạng điện trở nhỏ (tối đa 10%) như trong việc dùng các miếng đo biến dạng.
1. Nguyên lý:
Đối cầu Wheatstone của hình 1:
R1 R2
m
Zm Em
R4 R3
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
V
- Đo lực và ứng suất Trang 9
Tín hiệu đầu ra Em qua thiết bị đo với trở kháng Zm:
R: điện trở danh nghĩa ban đầu của các điện trở R1, R2, R3 & R4 (thường là 120
V R1 R2 R3 R4
Em (1)
R R1
R2 R3 R4
4 1
Zm
R
: Bieánñoåiñôn vòcuûa ñieäntrôû.
R
nhưng là 350 cho các bộ biến cảm).
V: điện áp cung cấp cho cầu.
Điện áp cung cấp cho cầu là một nguồn năng lượng cung cấp thật ổn định.
Phần lớn Zm lớn hơn R rất nhiều (ví dụ như:Vôn kế, bộ khuếch đại với liên kết trực
tiếp) do đó thì phương trình (1) trở thành:
V R1 R2 R3 R4
Em R 1 R 2 R 3 R 4 2
4
Từ (2) có nhận xét là: sự thay đổi đơn vị điện trở của 2 điện trở nghịch nhau.
Đặc tính này của cầu Wheatstone thường được dùng để bảo đảm tính ổn định nhiệt
của mạch đo và cũng để dùng cho các thiết kế đặc biệt.
2. Cân bằng ban đầu:
R1 R2
Rb
V
Ra
R4
R3
Em
Trước khi bắt đầu việc thử nghiệm, điều quan trọng là nên nhớ đem tất cả các số
ghi trên thiết bị trở lại số không.ch caànàyn baèg ban ñaà cho việc thể hiện đo đạc và
Maï Điềuu caâ làm đơn giản
sẽ n u
cho phép dùng thiết bị tốt hơn. Hình trên cho thấy một phương pháp thường dùng để
đảm bảo cho việc cân bằng ban đầu. Ra là điện trở cố định, Rb là một thế kế nhiều
vòng. Trong phần lớn thường sử dụng Ra=20k, Rb=40k đủ thích hợp cho việc cân
bằng.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
- Đo lực và ứng suất Trang 10
Trong trường hợp của các bộ biến cảm, việc cân bằng có thể thực hiện trực tiếp
lên bộ cảm biến bằng cách thêm những điện trở vào mạch các miếng đo.
3. Các đặc tính của cầu:
a) Bù nhiệt:
Phần lớn các miếng đo biến dạng hiện nay đều có khả năng tự động cân bằng.
Thí dụ, một miếng đo được cân bằng cho phép về lý thuyết sẽ không cho thấy sự thay
đổi điện trở nào khi miếng thép mà miếng đo được dán lên sẽ giãn nở khi nhiệt độ
thay đổi. Đặc tính tự cân bằng này có được là nhờ việc xử lý nhiệt áp dụng cho kim
loại dùng để chế tạo ra miếng đo. Cách xử lý nhiệt này chỉ có hiệu quả trong một tầm
nhiệt độ giới hạn nào đó.
Bằng cách dùng cầu Wheatstone ta cũng có thể chế tạo mạch cân bằng nhiệt độ.
Như đã biết, sự thay đổi nhiệt độ của 2 nhánh cầu kề nhau sẽ tự triệt tiêu nên miếng
đo cân bằng D được nối vào mạch cầu Wheatstone với miếng đo hữu công A.
(xem hình vẽ).
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
- Đo lực và ứng suất Trang 11
A ctive
A
R2
R1
Dumm
D
R3
R4
Mạch cân bằng nhiệt độ.
Miếng đo D cũng có cùng tính chất như miếng đo A và cũng được dán lên khối
V
vật liệu; trong khi dán các miếng đo, khối vật liệu thử nghiệm này không bị chịu một
lực tác động nào. Ngoài ra 2 miếng đo A&D nên được đặt gần với nhau càng tốt; tất
cả sự thay đổi nhiệt độ chung cả hai miếng đo này sẽ được triệt tiêu và nó sẽ tự cân
bằng nhiệt độ.
b) Sự kết hợp các miếng đo:
R1 R2
E
R3
R4
Cầu Wheatstone cho phép kết hợp nhiều miếng đo hữu công. Hình trên cho thấy
bốn miếng đo được dán lên thanh mẫu. Khi thanh mẫu bị kéo ra khỏi bởi lực P, những
V
biến dạng tương tự sẽ là:
P
1 2
A.E
Vaø 2 4 .
: hệ số Poisson.
A: tiết diện ngang.
E: Modun đàn hồi.
Bốn miếng đo như vậy tạo thành cầu Wheatstone nên điện áp ở đầu ra sẽ là:
E Em K 2 1 .
VF
K (xem laïi caùc
bieåu
thöùc & 2)
1
4
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
- Đo lực và ứng suất Trang 12
Độ uốn của thanh mẫu sẽ được cầu Wheatstone cảm nhận vì các miếng đo 1 và
3 ( cũng như 2&4) sẽ cộng các biến dạng có dấu nghịch với nhau và như thế sẽ tự triệt
tiêu theo nhiệt độ. Đây là nguyên lý được dùng thường xuyên trong việc thiết kế các
bộ cảm biến.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
- Đo lực và ứng suất Trang 13
CHƯƠNG II
KHẢO SÁT CỔNG MÁY IN
BỘ ADC 12 BIT & VÀ CÁC LINH KIỆN CÓ LIÊN QUAN
Giao tiếp với máy tính là việc trao đổi dữ liệu giữa máy tính với một hay nhiều
thiết bị ngoại vi. Hai thiết bị ngoại vi quen thuộc của máy tính là bàn phím và màn
hình. Ngoài ra máy tính còn được bố trí thêm các đường giao tiếp đa năng khác nhau:
giao tiếp nối tiếp (thông qua cổng COM), giao tiếp song song (cổng LPT) giao tiếp
qua khe cắm (SLOT).
Ghép nối nối tiếp cho phép trao đổi thông tin giữa các thiết bị với nhau theo
từng bit một. Số liệu thường được gởi theo từng nhóm bit SDU (Serial Data Unit) mà
nó tạo thành một byte hay một từ... Các thiết bị ngoại vi như Plotter, modem, mouse
và printer có thể được ghép nối với PC qua cổng nối tiếp COM. Các ghép nối của PC
cho trao đổi nối tiếp đều theo tiêu chuẩn RS232C của EIA hoặc CCITT ở châu Au. Về
mặt kinh tế việc trao đổi thông tin qua cổng nối tiếp là ít tốn kém nhưng về mặt kỹ
thuật thì khá phức tạp.
Giao tiếp qua khe cắm SLOT cũng phức tạp không kém đòi hỏi việc gia công
thiết bị phải chính xác, hơn nữa việc tháo vỏ máy để gắn SLOT Card sau mỗi lần đo
là vấn đề khó chấp nhận.
Giao tiếp qua cổng song song, dữ liệu truyền song song vì vậy tốc độ truyền
song song thường cao hơn truyền nối tiếp (khoảng từ 40kB/s đến 1MB/s). Hầu hết các
máy tính đều trang bị cổng này. Việc trao đổi thông tin một cách dễ dàng.
KHẢO SÁT CỔNG MÁY IN:
Cổng này để dùng giao tiếp với máy in. Đầu cắm có 25 chân và còn gọi là
DB25. Bên trong có 3 thanh ghi có thể truyền số liệu và điều khiển máy in, mỗi thanh
ghi 8 bit. Ba thanh ghi gồm:
Thanh ghi dữ liệu (Data register):
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
D0 (PIN 2)
D1 (PIN 3)
D2 (PIN 4)
D3 (PIN 5)
D4 (PIN 6)
D5 (PIN 7)
D6 (PIN 8)
Có địa chỉ bằng địa chỉ cơ bản của máy in=378H. D7 (PIN 9)
Thanh ghi trạng thái (Status register).(chỉ đọc):
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
ERROR (PIN 15)
SL CT (PIN 13)
PE (PIN 12)
A CK (PIN 10)
2 1 BUSY (PIN 11)
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
- Đo lực và ứng suất Trang 14
D0,D1,D2: không sử dụng (thường để ở mức [ 1])
Có địa chỉ bằng địa chỉ cơ bản +1=379H.
Thanh ghi điều khiển :
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
STROB E (PIN 1)
A F (PIN 4)
INIT (PIN 16)
SL CTIN (PIN 17)
D5,D6,D7: không sử dụng(thường để ở mức [ 1]). IRQ
Địa chỉ bằng địa chỉ cơ bản + 2=37AH.
Việc nối máy in với máy tính được thực hiện qua lỗ cắm DB25 ở phía sau máy
tính. Nhưng đây không chỉ la chỗ nối với máy in mà khi sử dụng máy tính vào mục
đích đo lường và điều khiển thì việc ghép nối cũng thực hiện qua ổ cắm này. Qua
cổng này dữ liệu được truyền đi song song nên đôi khi còn được gọi là cổng ghép nối
song song và tốc độ truyền dữ liệu cũng đạt đến mức là đáng kể. Tất cả các đường dẫn
của cổng này đều tương thích TTL, nghĩa là chúng đều cung cấp một mức điện áp
nằm giữa 0V và 5V.
Bên cạnh 8 bit dữ liệu còn có những đường dẫn tín hiệu khác, tổng cộng người
sử dụng có thể trao đổi 1 cách riêng biệt với 17 đường dẫn, bao gồm 12 đường dẫn ra
và 5 đường dẫn vào. Bởi vì 8 đường dẫn dữ liệu. D0-D7 không phải là đường dẫn 2
chiều trong tất cả các loại máy tính, nên sau đây ta sẽ thấy là D0-D7 chỉ sử dụng như là
lối ra, các lối ra khác nữa là STROBE, AUTOFEED (AF), INIT và SELECTIN
(SLCTIN). Khi trao đổi thông tin với máy in các đường này đều có chức năng xác
định.
Các tín hiệu của đầu cắm DB25:
25
14
CONNECTOR DB25
1
13
Chân Tín hiệu Môtả
1 STR Mức tín hiệu thấp truyền dữ liệu tới máy in.
2 D0 Bit dữ liệu D0.
3 D1 Bit dữ liệu D1
4 D2 Bit dữ liệu D2.
5 D3 Bit dữ liệu D3.
6 D4 Bit dữ liệu D4.
7 D5 Bit dữ liệu D5.
8 D6 Bit dữ liệu D6.
9 D7 Bit dữ liệu D7.
10 ACK Mức thấp chỉ rằng máy in đã nhận 1 ký tự.
11 BUSY
12 PE Báo hết giấy.
13 SLCT Báo lựa chọn máy in.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
- Đo lực và ứng suất Trang 15
14 AF Tự nạp giấy.
15 ERROR Báo lỗi máy in.
16 INIT Reset máy in.
17 SCLTIN Chọn máy in.
18 18-25 GND Đất.
KỸ THUẬT BIẾN ĐỔI ADC – KHẢO SÁT ADC ICL 7109:
A. Kỹ thuật biến đổi ADC:
Biến đổi Analog – Digital là thành phần cần thiết trong việc xử lý thông tin và
các chức năng điểu khiển sử dụng phương pháp số, tín hiệu thực tế thì ở dạng Analog.
Một hệ thống tiếp nhận dữ liệu giao tiếp A/D để chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín
hiệu số để xử lý.
1. Đặc tính kỹ thuật của mạch ADC:
a. Độ chính xác bất định do lượng tử hóa:
Điện áp tương tự liên tục được chia thành 2n khoảng gián đoạn ở mỗi mạch đổi
n bit. Các giá trị tương tự cùng một khoảng được biểu thị cùng nhị phân. Do có một
độ chính xác bất định ½ LSB (Least significant bit).
b. Độ chính xác:
Độ chính xác tuyệt đối là sự sai biệt giữa lý thuyết và trị thực tế của điện áp
tương tự vào cho 1 mã nhị phân ra. Vì một mã số ra tương tứng với 1 khoảng hẹp của
điện áp tương tự vào ở định nghĩa trên được xem như là điểm giữa khoảng.
Độ chính xác tương đối giống như độ chính xác tuyệt đối như định nghĩa trong
điều kiện tràn khung đã được lấy chuẩn, vì các điểm rời trên đặc tính chuyển lý thuyết
nằm trên một đường thẳng nên độ chính xác tương đối cũng là độ phi tuyến.
c. Thời gian và tốc độ chuyển đổi:
Thời gian chuyển đổi: Thời gian chuyển đổi cần cho 1 lần chuyển đổi hoàn toàn.
Đối với phần lớn mạch đổi, thời gian này gọi là nghịch đảo của tốc độ đổi, nếu không
có thêm các trì hoãn của hệ thống. Tuy nhiên trong mạch đổi có tốc độ cao, lần đổi
mới được lệch bắt đầu trước khi lần đổi trước kết thúc nên thời gian đổi và tốc độ đổi
khác nhau.
2. Mạch chuyển đổi tương tự sang số (ADC):
a. Nguyên tắc mạch ADC:
Mạch biến đổi ADC (Analog Digital Converter) có bộ phận chính là mạch so
sánh:
V Ñieä aù
n p
a
töông töï vaø
o M aïch
taïo maõ Maõ ra
soá
soá
Ñieä aù vaø V
n p o
Do đó nhiệm vụ của mạch tạoRra mã số và mạch điều khiển logic là thử một bộ
hệ số nhị phân ai sao cho hiệu số điện áp vào chưa biết Va và trị nguyên lượng tử hóa
sau cùng nhỏ hơn 1 LSB.
111
110
101
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
100
011
010
- Đo lực và ứng suất Trang 16
+1/2 LSB
-1/2 LSB
Chuyển đổi điện áp tương tự liên tục sang mã nhị phân rời rạc:
n 1
( V a V FS . ai . 2 i ) LSB
i 1 2
V Ñieä aù
n p
a
töông töï vaø
o M aïch
so saùh
n taïo maõ Maõ ra
soá
soá
Ñieä aù maã V
n p u
R
Sự khác nhau giữa các mạch đổi là cách thức thay đổi điện áp mẫu VR để xác
định hệ số nhị phân ai.
Điện áp tương tự chưa biết là Va và điện áp chuẩn là VR được nối ở hai ngõ vào
của mạch so sánh. Khi VR tăng từ 0 đến điện áp tương tự vào với sai số bằng sai số
lượng tử hóa, lúc đó mạch tạo mã số ra có giá trị tương ứng với điện áp vào chưa biết.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
- Đo lực và ứng suất Trang 17
b. Mạch ADC dùng điện áp mẫu VR hình nấc thang:
Dạng mạch cơ bản:
V (+) -
a
V=V +
R DA C S R
FF
DA C n bit Q Q
EOC
M aõ
soára
CK xung ñoà g hoà
n
M aïch ñeá
m taà soá c
n f
n bit
Để tạo điện áp mẫu nấc thang so sánh với điện áp vào dùng mạch ADC mà số
START
doá leâ
c n
nhị phân vào được lấy từ một mạch đếm lên như hình vẽ.
t
t
V= V V (t)
R DAC R
t
t
Tc
Keáthuù
t c
Thôøgian chuyeå ñoå
i n i chuyeå ñoå
n i
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
- Đo lực và ứng suất Trang 18
Mạch ADC dùng mạch đếm lên xuống:
(+) -
Va
V=V +
R DA C
DAC n bit
M aõsoá
ra
Counter
Up/Down Control Ligic
Va(t) CK
VR
Khoâg thaâ ñoåkò so
n y i p
vôùVa(t)
i
V
Nếu ngã ra của mạch so sánh cho Rthấy VR
- Đo lực và ứng suất Trang 19
Va(t)
- Vc
V=V +
R DA C
DAC n bit
M aõsoá
ra SAR CK
Mạch ghi chuyển đặc biệt được gọi là mạch ghi lấy gần đúng kế tiếp
(Successive Approximation Register: SAR) là mạch có hợp luôn phần điều khiển
START
logic.
Khi có xung bắt đầu mạch SAR được đặt lệch về 0. Ngã ra của DAC được làm
lệch ½ LSB để tạo đặc tính chuyển đổi, kế đến SAR đưa bit có nghĩa lớn nhất (MSB)
lên 1, các bit khác bằng 0. Số nhị phân ra ở SAR được đưa vào mạch DAC.
Nếu VR>Va (điện áp tương tự vào) ngã ra Vc của mạch so sánh mức [0] khiến
SAR bỏ đi MSB (làm cho nó bằng 0).
Nếu VRV(+)=Voffset ngã ra của SS1 là VC1=[0].
Mạch so sánh SS1 có V(+)=Voffset < V(-)=0 RT ra của SS1 là VC2=[0].
STA ngã
Khi cho xung START đặt vào mạch đếm n bit về 0 và khởi động mạch tạo tín hiệu
dốc lên, VR từ giá trị hơi âm tăng đến khi đường dốc cắt trục 0V.
Trong khoảng thời gian t1 – t2.
Mạch SS2: V(+)=VR > V(-)=0 VC2=[1].
Mạch SS1: V(+)=VR < V(-)=Va VC1=[0].
Tại FF S=0 Q=0
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
- Đo lực và ứng suất Trang 20
R=START =1 Q=1.
Tại cổng AND
Q =1
Đưa xung CK vào bộ đếm.
VC2
START
C
t R
- Vr(t)
Va,V V
R
R +
Voff set
t R OÅ ñò vaø
n nh o
V c1
high
t Hình b.
Vc
2 hi gh
t
CK
t
EOC
t
Tc
Hình a.
SVTH :HÀ THANH LÂM - PHẠM TRỌNG QUỲNH
nguon tai.lieu . vn