Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH

Tải bản đầy đủ

Chia tiếp
kết quả cho
10 được số
hàng chục
Chia cho
10 được số
dư là hàng
đơn vị
Gán A=P2
TEMER1

Hình 2.2 : Sơ đồ chân của AT89C51

b) Chức năng các chân của AT89C51

Hình 2.3 : Port 0

18

+ Port 0 (P0.0 – P0.7 hay chân 32 – 39): Ngoài chức năng xuất nhập
ra, port 0 còn là bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ (AD0 – AD7), chức năng này
sẽ được sử dụng khi AT89C51 giao tiếp với thiết bị ngoài có kiến trúc bus.
+ Port 1 (P1.0 – P1.7 hay chân 1 – 8): có chức năng xuất nhập theo bit và
byte. Ngoài ra, 3 chân P1.5, P1.6, P1.7 được dùng để nạp ROM theo chuẩn
ISP, 2 chân P1.0 và P1.1 được dùng cho bộ Timer 2.

Hình 2.4 : Port 1
+ Port 2 (P2.0 – P2.7 hay chân 21 – 28): là một port có công dụng kép. Là
đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng
bộ nhớ mở rộng.

Hình 2.5 : Port 2
+ Port 3 (P3.0 – P3.7 hay chân 10 – 17): mỗi chân trên port 3 ngoài chức
năng xuất nhập ra còn có một số chức năng đặc biệt sau:
19

Bit
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7

Tên
RXD
TXD
INT0
INT1
T0
T1
WR
RD

Chức năng chuyển đổi
Dữ liệu nhận cho port nối tiếp
Dữ liệu truyền cho port nối tiếp
Ngắt bên ngoài 0
Ngắt bên ngoài 1
Ngõ vào của Timer/Counter 0
Ngõ vào của Timer/Counter 1
Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

Hình 2.6: Port 3
+ RST (Reset – chân 9): mức tích cực của chân này là mức 1, để reset ta
phải đưa mức 1 (5V) đến chân này với thời gian tối thiểu 2 chu kỳ máy
(tương đương 2µs đối với thạch anh 12MHz.
+ XTAL 1, XTAL 2: AT89S52 có một bộ dao động trên chip, nó thường
được nối với một bộ dao động thạch anh có tần số lớn nhất là 33MHz, thôn
thường là 12MHz.
+ EA (External Access): EA thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc
mức thấp (GND). Nếu ở mức cao, bộ vi điều khiển thi hành chương trình từ
ROM nội. Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở
rộng.
+ ALE (Address Latch Enable): ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một
thanh ghi bên ngoài trong nửa đầu của chu kỳ bộ nhớ. Sau đó các đường port
0 dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nửa chu kỳ sau của bộ nhớ.
+ PSEN (Program Store Enable): PSEN là điều khiển để cho phép bộ nhớ
chương trình mở rộng và thường được nối với đến chân /OE (Output Enable)
của một EPROM để cho phép đọc các bytes mã lệnh. PSEN sẽ ở mức thấp
trong thời gian đọc lệnh. Các mã nhị phân của chương trình được đọc từ
EPROM qua Bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của bộ vi điều khiển để
giải mã lệnh. Khi thi hành chương trình trong ROM nội, PSEN sẽ ở mức thụ
động (mức cao).
20

+ Vcc, GND: AT89S52 dùng nguồn một chiều có dải điện áp từ 4V – 5.5V
được cấp qua chân 40 (Vcc) và chân 20 (GND).

ii.

Điện trở

a) Khái niệm điện trở
Ta hiểu một cách đơn giản - Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn
điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật
theo
Điện trở của dây dẫn
Điện trở của dây dẫn phụ thộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây. được tính
theo công thức sau:
R = ρ.L / S


Trong đó ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu



L là chiều dài dây dẫn



S là tiết diện dây dẫn



R là điện trở đơn vị là Ohm

b) Điện trở trong thiết bị điện tử.
Hình dáng và ký hiệu : Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện
quan trọng, chúng được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn
mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau.

Hình 2.7 : Điện trở trong thiết bị điện tử.

-

Hình 2.8 : Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý.
Đơn vị của điện trở


Đơn vị điện trở là Ω (Ohm) , KΩ , MΩ



1KΩ = 1000 Ω

1MΩ = 1000 K Ω = 1000.000 Ω
-

Cách ghi trị số của điện trở
21

Các điện trở có kích thước nhỏ được ghi trị số bằng các vạch mầu theo
một quy ước chung của thế giới.( xem hình ở trên )


Các điện trở có kích thước lớn hơn từ 2W trở lên thường được ghi trị số
trực tiếp trên thân. Ví dụ như các điện trở công xuất, điện trở sứ.


Hình 2.9 : Trở sứ công xuất lớn , trị số được ghi trực tiếp.
c) Cách đọc trị số điện trở .
Quy ước mầu Quốc tế
Mầu
sắc
Đen
Nâu
Đỏ
Cam
Vàng

Giá
trị
0
1
2
3
4

Mầu sắc

Giá trị

Xanh lá
Xanh lơ
Tím
Xám
Trắng
Nhũ vàng
Nhũ bạc

5
6
7
8
9
-1
-2

Hình 2.10 : Quy ước màu quốc tế
Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng mầu , điện trở chính xác thì ký
hiệu bằng 5 vòng mầu.
22

* Cách đọc trị số điện trở 4 vòng màu :

Hình 2.11 : Điện trở 4 vòng màu
Cách đọc điện trở 4 vòng màu
Vòng số 4 là vòng ở cuối luôn luôn có mầu nhũ vàng hay nhũ bạc, đây là
vòng chỉ sai số của điện trở, khi đọc trị số ta bỏ qua vòng này.


Đối diện với vòng cuối là vòng số 1, tiếp theo đến vòng số 2, số 3


Vòng số 1 và vòng số 2 là hàng chục và hàng đơn vị



Vòng số 3 là bội số của cơ số 10.



Trị số = (vòng 1)(vòng 2) x 10 ( mũ vòng 3)



Có thể tính vòng số 3 là số con số không "0" thêm vào

Mầu nhũ chỉ có ở vòng sai số hoặc vòng số 3, nếu vòng số 3 là nhũ thì số
mũ của cơ số 10 là số âm


* Cách đọc trị số điện trở 5 vòng mầu : ( điện trở chính xác )

23

Hình 2.12: Điện trở 5 vòng màu

Vòng số 5 là vòng cuối cùng , là vòng ghi sai số, trở 5 vòng mầu thì
mầu sai số có nhiều mầu, do đó gây khó khăn cho ta khi xác điịnh đâu là vòng cuối
cùng, tuy nhiên vòng cuối luôn có khoảng cách xa hơn một chút.


Đối diện vòng cuối là vòng số 1

Tương tự cách đọc trị số của trở 4 vòng mầu nhưng ở đây vòng số 4 là
bội số của cơ số 10, vòng số 1, số 2, số 3 lần lượt là hàng trăm, hàng chục và hàng
đơn vị.


iii.



Trị số = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10 ( mũ vòng 4)



Có thể tính vòng số 4 là số con số không "0" thêm vào

PC817

Phần tử cách ly PC817 dùng để cách ly giữa mạch điều khiển với mạch điện công
suất. Nó có cấu tạo như hình vẽ sau :

Hình 2.13: Kích thước chân và cấu trúc bên trong của PC 817

24

Gồm một diode phát quang và một photo transistor. Khi có điện áp điều khiển đặt
vào diode nó phát ra quang. Ánh sáng này kích hoạt cực B của photo transistor làm
transistor này dẫn. Do đó mạch điện điều khiển và mạch điện công suất được cách
ly.
Thông số kỹ thuật của PC817 :
Tham số
*1 Dòng một chiều
*2 Dòng một chiều cực đại
Điện áp ngược
*1 Công suất phát tán
Điện áp cực góp - phát
Điện áp cực phát - góp
Dòng cực góp
*1 Công suất phát tán cực góp
*1 Tổng công suất phát tán
*3 Điện áp cô lập
Nhiệt độ hoạt động
Nhiệt độ dự trữ
Nhiệt độ hàn

iv.

Kí hiệu
IF
IFM
VR
P
VCEO
VECO
IC
PC
Ptot
Viso
Topr
Tstg
TsoI

Giới hạn
50
1
6
70
35
6
50
150
200
5
-30 ÷ +100
-55 ÷ +125
260

Đơn vị
mA
A
V
mW
V
V
mA
mW
mW
kVrms
0
C
0
C
0
C

Mosfet IRF 540
Mosfet là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field Effect
Transistor) là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor
thông thường mà ta đã biết. Mosfet thường có công suất lớn hơn rất nhiều so với
BJT. Đối với tín hiệu 1 chiều thì nó coi như là 1 khóa đóng mở. Mosfet có nguyên
tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở
kháng đầu vào lớn thích hợp cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu.
a) Cấu tạo của Mosfet
Khác với BJT, Mosfet có cấu trúc bán dẫn cho phép điều khiển bằng điện áp với
dòng điện điều khiển cực nhỏ.

25

Hình 2.14 Cấu tạo của Mosfet ngược Kênh N
G : Gate gọi là cực cổng
S : Source gọi là cực nguồn
D : Drain gọi là cực máng
Trong đó : G là cực điều khiển được cách lý hoàn toàn với cấu trúc bán dẫn còn lại
bởi lớp điện môi cực mỏng nhưng có độ cách điện cực lớn dioxit-silic (Sio2). Hai
cực còn lại là cực gốc (S) và cực máng (D). Cực máng là cực đón các hạt mang
điện.
Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vô cùng lớn ,
còn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa cực G và
cực S ( UGS )
Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 => do hiệu ứng
từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì điện trở RDS càng
nhỏ.
Ký hiệu

Hình 2.15 So sánh với Transitor
Qua đó ta thấy Mosfet này có chân tương đương với Transitor
+ Chân G tương đương với B
+ Chân D tương đương với chân C
+ Chân S tương đương với E
b) Nguyên lý hoạt động
Mosfet hoạt động ở 2 chế độ đóng và mở. Do là một phần tử với các hạt mang điện
cơ bản nên Mosfet có thể đóng cắt với tần số rất cao. Nhưng mà để đảm bảo thời
gian đóng cắt ngắn thì vấn đề điều khiển lại là vẫn đề quan trọng .

26

Mạch điện tương đương của Mosfet . Nhìn vào đó ta thấy cơ chế đóng cắt phụ thuộc
vào các tụh điện ký sinh trên nó.
Ở đây tôi không nói rõ chi tiết cấu trúc bán dẫn của nó để nó đóng hoặc mở. Các
pác nên hiểu nôn na là :
+ Đối với kênh P : Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs0. Dòng điện sẽ đi từ S đến
D
+ Đối với kênh N : Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs >0. Điện áp điều khiển
đóng là Ugs<=0. Dòng điện sẽ đi từ D xuống S.
Do đảm bảo thời gian đóng cắt là ngắn nhất người ta thường : Đối với Mosfet Kênh
N điện áp khóa là Ugs = 0 V còn Kênh P thì Ugs=~0.

v.

Tụ điện
a) Định nghĩa
Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động bao gồm hai mặt dẫn điện gọi là bản
cực tụ, được phân cách bởi một chất cách điện, gọi là điện môi (không khí, giấy,
mica, dầu nhờn, nhựa, cao su, gốm, thuỷ tinh...)

Hình 2.16 Cấu tạo tụ điện

Giá trị của tụ điện là điện dung, được đo bằng đơn vị Farad (kí hiệu là F). Giá
trị F là rất lớn nên hay dùng các giá trị nhỏ hơn như micro fara (μF), nano Fara (nF)
hay picro Fara (pF).
1F=106μF=109nF=1012pF
27

b) Cách chọn tụ điện:
Chọn tụ điện để liên lạc giữa các tầng chức năng (thường là khuếch đại)
thường được chọn "hàm hồ". Nghĩa là thường chọn theo cảm tính và kinh nghiệm,
thường thì tài liệu lý thuyết cũng bị bỏ quên vì ... xem thường, hay vì nó ... khó quá
không chừng.
Để chọn tụ liên lạc tốt giữa các tầng khuếch đại cần chú ý :
-

Tổng trở xuất (ngõ ra) của tầng trườc phải tương đương với tổng trở nhập
(ngã vào) của tầng sau. Total trở kháng ra mixed (trộn) bởi các tầng trước
bằng total trờ kháng ngõ vào của tầng sau.
Đây là một trong những vấn đề căn bản trong thiết kế mạch điện tử.

-

Qui chuẩn tính chất vật lý của tín hiệu: Tần số, dạng tín hiệu v.v... phải được
nắm bắt kỹ.

Ví dụ: có cả một dải tần đi qua tụ liên lạc đó, thì ta phải nắm được tần số trung
tâm + dải tần số tác dụng. Tín hiệu dạng xung thì phải nắm được tần số chính và các
hoạ tần của nó (hài - harmonic).
- Việc chọn tụ liên lạc (hay mạch liên lạc có tụ) đúng sẽ làm giảm nguy cơ
nhiễu, tiếng ồn hay méo tín hiệu (noise, distortion) tự dao động, bức xạ ngoài ý
muốn, tổn hao vô ích v.v... trong các mạch khuếch đại, bảo đảm dạng tín hiệu. Ví
dụ, tín hiệu là dạng xung thì phần liên lạc (có tụ) phải bảo đảm đưa được tần số
trung tâm và tổng hài (total harmonics) của nó dạng xung ấy mới được đưa qua trọn
vẹn mà không bị méo dạng.
Như vậy thì vấn đề tụ liên lạc trở nên dễ dàng. Nếu lấy mạch đẳng hiệu thì ta có
hai tổng trở R(zA) của ngõ ra tầng trước song song với R(zB) của ngõ vào tầng sau
nối tiếp với Z(C) của tụ liên lạc, f(S) là tần số trung tâm của tín hiệu .
Thời hằng của mạch liên lạc:
t = 1/ f(S) = (Sqrt)2 x RC.
Với R ~ R(zA) + R(zB) / R(zA) x R(zB) (ohm) = Z(C)
-

Chú ý:
28