Xemtailieu Tải về Thiết kế mạch đo tần số và công suất điên dân dụng 220vac
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN Báo cáo đồ án II Đề tài: Thiết kế mạch đo tần số và công suất điên dân dụng 220VAC. Sinh viên thực hiện: Lê Tiến Sự SHSV: 20092287 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Tuấn Ninh Hà Nội,2812/2012 0 MỤC LỤC MỤC LỤC ....................................................................................................................................... 1 LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................................ 2 I. GIỚI THIỆU CHUNG ............................................................................................................ 3 II. ĐẶC ĐIỂM KĨ THUẬT ......................................................................................................... 3 III. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ..................................................................................................... 3 III.1 Mô tả phần cứng CPU……………………………………………………………3 III.2 Mô tả chip AD7755……………………………………………………………..13 III.3 Phương pháp tạo xung vuông từ xung hình sin………………………………....16 III.4 Giới thiệu về giao tiếp truyền thông RS232 nối tiếp………………………..…..17 III.5 Phương pháp thiết kế mạch nguyên lý và mạch in…………………………..….25 III.6 Thiết kế phần mềm và lưu đồ thuật toán……………………………………..…29 III.7 Quá trình hoàn thiện sản phẩm và kiểm tra………………………………..........31 IV. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ....................................................................................................... 33 V. KẾT LUẬN ........................................................................................................................... 33 VI. TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 33 1 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay những ứng dụng của vi điều khiển đã đi sâu vào đời sống sinh hoạt và sản xuất của con người, là một phần tất yếu không thể thiếu trong đời sống hiện đại. Thế kỉ 21 được xem là thế kỉ của khoa học công nghệ, là thế kỉ mà máy móc được thiết kế và điều khiển một cách tự động để thay thế các hoạt động của con người trong sản xuất, cũng như để phục vụ các công việc trong sinh hoạt. Trong tự động hóa thì các mạch vi xử lí như là một công cụ đắc lực, quan trọng, hỗ trợ con người thực hiện những nhu cầu của mình. Đang là sinh viên đang ngồi trên ghế nhà trường, cơ hội tiếp cận, học tập với những công nghệ tiên tiến, hiện đại chưa nhiều, nên trong quá trình tự học và tìm tòi, em đã tìm hiểu về PIC16F877A cũng như các ứng dụng của nó trong các hệ VXL. Với những gì tìm hiểu được, em đã thực hành thiết kế ứng dụng sử dụng VXL để thiết kế mạch đo tần số và công suất của lưới điện 220VAC. Đây là cơ hội tốt cho em trau dồi kiến thức thực tế, áp dụng những lí thuyết đã học và rèn luyện bản thân. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Tuấn Ninh đã nhiệt tình hướng dẫn và cho những góp ý kịp thời đến em trong suốt quá trình học tập và làm sản phẩm này. Sinh viên thực hiện LÊ TIẾN SỰ 2 I. GIỚI THIỆU CHUNG Đề tài: Thiết kế mạch đo tần số và công suất của lưới điện 220VAC Thời gian nhận đề tài : tuần 6. Thời gian nộp sản phẩm: tuần 21. Yêu cầu: Đo công suất thiết bị và tần số của lưới điện 220Vdc II. ĐẶC ĐIỂM KĨ THUẬT 1. Sử dụng Vi điều khiển PIC16F877A. 2. Sử dụng LCD 16x2 hiển thị kết quả đo được. 3. Giao tiếp với máy tính qua cổng COM với chuẩn truyền thông RS232. III. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN III.1 Mô tả phần cứng CPU PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer”, có thể tạm dịch là “máy tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Instrument đặt tên cho vi điều khiển đầu tiên của họ: PIC1650 được thiết kế để dùng làm các thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600. Vi điều khiển này sau đó được nghiên cứu phát triển thêm và từ đó hình thành nên dòng vi điều khiển PIC ngày nay. Các kí hiệu của vi điều khiển PIC: - PIC12xxxx: độ dài lệnh 12 bit - PIC16xxxx: độ dài lệnh 14 bit - PIC18xxxx: độ dài lệnh 16 bit C: PIC có bộ nhớ EPROM (chỉ có 16C84 là EEPROM) F: PIC có bộ nhớ flash LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp LV: tương tự như LF, đây là kí hiệu cũ Bên cạnh đó một số vi điệu khiển có kí hiệu xxFxxx là EEPROM, nếu có thêm chữ A ở cuối là flash (ví dụ PIC16F877 là EEPROM, c.n PIC16F877A là flash). Ngoài ra còn có thêm một dạng vi điều khiển PIC mới là dsPIC. Ở Việt Nam phổ biến nhất là các họ vi điều khiển PIC do hãng Microchip sản xuất. Cách lựa chọn một vi điều khiển PIC phù hợp: - Trước hết cần chú ý đến số chân của vi điều khiển cần thiết cho ứng dụng. Có nhiều vi điều khiển PIC với số lượng chân khác nhau, thậm chí có vi điều khiển chỉ có 8 chân, ngoài ra c.n có các vi điều khiển 28, 40, 44, … chân. - Cần chọn vi điều khiển PIC có bộ nhớ flash để có thể nạp xóa chương trình 3 được nhiều lần hơn. Tiếp theo cần chú ý đến các khối chức năng được tích hợp sẵn trong vi điều khiển, các chuẩn giao tiếp bên trong. - Sau cùng cần chú ý đến bộ nhớ chương trình mà vi điều khiển cho phép. - Ngoài ra mọi thông tin về cách lựa chọn vi điều khiển PIC có thể được tìm thấy trong cuốn sách “Select PIC guide” do nhà sản xuất Microchip cung cấp. Ngôn ngữ lập trình cho PIC rất đa dạng. Ngôn ngữ lập trình cấp thấp có MPLAB (được cung cấp miễn phí bởi nhà sản xuất Microchip), các ngôn ngữ lập trình cấp cao hơn bao gồm C, Basic, Pascal, … Ngoài ra còn có một số ngôn ngữ lập trình được phát triển dành riêng cho PIC như PICBasic, MikroBasic,… III.1.1 CÁC DẠNG SƠ ĐỒ CHÂN Hình 2.1 Vi điều khiển PIC16F877A/PIC16F874A và các dạng sơ đồ chân III.1.2 SƠ ĐỒ KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A 4 Hình 2.2 Sơ đồ khối của vi diều khiển PIC16F877A. 5 Hình 2.2 là sơ đồ khối của PIC 16F877A, gồm các khối: - Khối ALU – Arithmetic Logic Unit. - Khối bộ nhớ chứa chương trình – Flash Program Memory. - Khối bộ nhớ chứa dữ liệu EPROM – Data EPROM. - Khối bộ nhớ file thanh ghi RAM – RAM file Register. - Khối giải mã lệnh và điều khiển – Instruction Decode Control. - Khối thanh ghi đặc biệt. - Khối ngoại vi timer. - Khối giao tiếp nối tiếp. - Khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số - ADC. - Khối các port xuất nhập. III.1.3 CHỨC NĂNG CÁC CHÂN CỦA PIC16F877A Chân OSC1/CLK1(13): ngõ vào kết nối với dao động thạch anh hoặc ngõ vào nhận xung clock từ bên ngoài. � Chân OSC2/CLK2(14): ngõ ra dao động thạch anh hoặc ngõ ra cấp xung clock. � Chân �������� ���� /��� (1) có 2 chức năng - �������� ���� : ngõ vào reset tích cực ở mức thấp. - Vpp: ngõ vào nhận điện áp lập trình khi lập trình cho PIC. � Chân RA0/AN0(2), RA1/AN1(3), RA2/AN2(3): có 2 chức năng - RA0,1,2: xuất/ nhập số. - AN 0,1,2: ngõ vào tương tự của kênh thứ 0,1,2. � Chân RA2/AN2/VREF-/CVREF+(4): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự của kênh thứ 2/ ngõ vào điện áp chuẩn thấp của bộ AD/ ngõ vào điện áp chẩn cao của bộ AD. � Chân RA3/AN3/VREF+(5): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh 3/ ngõ vào điện áp chuẩn (cao) của bộ AD. � Chân RA4/TOCK1/C1OUT(6): xuất nhập số/ ngõ vào xung clock bên ngoài cho Timer 0/ ngõ ra bộ so sánh 1. � Chân RA5/AN4/ / C2OUT(7): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh 4/ ngõ vào chọn lựa SPI phụ/ ngõ ra bộ so sánh 2. � Chân RB0/INT (33): xuất nhập số/ ngõ vào tín hiệu ngắt ngoài. � Chân RB1(34), RB2(35): xuất nhập số. � Chân RB3/PGM(36): xuất nhập số/ cho phép lập trình điện áp thấp ICSP. � Chân RB4(37), RB5(38): xuất nhập số. � Chân RB6/PGC(39): xuất nhấp số/ mạch gỡ rối và xung clock lập trình ICSP. � Chân RB7/PGD(40): xuất nhập số/ mạch gỡ rối và dữ liệu lập trình ICSP. � Chân RC0/T1OCO/T1CKI(15): xuất nhập số/ ngõ vào bộ giao động Timer1/ 6 ngõ vào xung clock bên ngoài Timer 1. � Chân RC1/T1OSI/CCP2(16) : xuất nhập số/ ngõ vào bộ dao động Timer 1/ ngõ vào Capture2, ngõ ra Compare2, ngõ ra PWM2. � Chân RC2/CCP1(17): xuất nhập số/ ngõ vào Capture1 ,ngõ ra compare1, ngõ ra PWM1. � Chân RC3/SCK/SCL(18): xuất nhập số/ ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ, ngõ ra chế độ SPI./ ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ, ngõ ra của chế độ I2C. � Chân RC4/SDI/SDA(23): xuất nhập số/ dữ liệu vào SPI/ xuất nhập dữ liệu I2C. � Chân RC5/SDO(24): xuất nhập số/ dữ liệu ra SPI. � Chân RC6/TX/CK(25): xuất nhập số/ truyền bất đồng bộ USART/ xung đồng bộ USART. � Chân RC7/RX/DT(26): xuất nhập số/ nhận bất đồng bộ USART. � Chân RD0-7/PSP0-7(19-30): xuất nhập số/ dữ liệu port song song. � Chân RE0/�� /AN5(8): xuất nhập số/ điều khiển port song song/ ngõ vào tương tự 5. � Chân RE1/�� /AN6(9): xuất nhập số/ điều khiển ghi port song song/ ngõ vào tương tự kênh thứ 6. � Chân RE2/�� /AN7(10): xuất nhấp số/ Chân chọn lụa điều khiển port song song/ ngõ vào tương tự kênh thứ 7. � Chân VDD(11, 32) và VSS(12, 31): là các chân nguồn của PIC. III.1.4 ĐẶC ĐIỂM VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock. Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O. Có 8 kênh chuyển đổi A/D � Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau: - Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit. - Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep. - Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler. - Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rông xung. - Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C. - Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ. - Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD, WR, 7 � Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như: - Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần. - Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần. - Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm. - Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm. - Nạp được chương tr.nh ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming) thông qua 2 chân. - Watchdog Timer với bộ dao động trong. - Chức năng bảo mật mã chương trình. - Chế độ Sleep. - Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau. Bảng 2.3: Tóm tắt đặc điểm của VDK PIC 16F877A III.1.5 TỔ CHỨC BỘ NHỚ 8 Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F877A bao gồm bộ nhớ chương trình (Program memory) và bộ nhớ dữ liệu (Data Memory). III.1.5.1 BỘ NHỚ CHƯƠNG TRÌNH Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ flash, dung lượng bộ nhớ 8K word (1 word = 14 bit) và được phân thành nhiều trang (từ page0 đến page 3) . Như vậy bộ nhớ chương trình có khả năng chứa được 8*1024 = 8192 lệnh (vì một lệnh sau khi mã hóa sẽ có dung lượng 1 word (14 bit). Để mã hóa được địa chỉ của 8K word bộ nhớ chương trình, bộ đếm chương trình có dung lượng 13 bit (PC). Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h (Reset vector). Khi có ngắt xảy ra, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h (Interrupt vector). Hình 2.4 Bộ nhớ chương trình Bộ nhớ chương trình không bao PIC16F877A gồm bộ nhớ stack và không được địa chỉ hóa bởi bộ đếm chương trình. Bộ nhớ stack sẽ được đề cập cụ thể trong phần sau. III.1.5.2 BỘ NHỚ DỮ LIỆU 9 Bộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia ra làm nhiều bank. Đối với PIC16F877A bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm 4 bank. Mỗi bank có dung lượng 128 byte, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFG (Special Function Register) nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các thanh ghi mục đích chung GPR (General Purpose Register) nằm ở vùng địa chỉ còn lại trong bank. Các thanh ghi SFR thường xuyên được sử dụng (ví dụ như thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cà các bank của bộ nhớ dữ liệu giúp thuận tiện trong quá trình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình. 10 Sơ đồ cụ thể của bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A như sau: Hình 2.5 Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A 1. THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT SFR Đây là các thanh ghi được sử dụng bởi CPU hoặc được dùng để thiết lập và điều khiển các khối chức năng được tích hợp bên trong vi điều khiển. Có thể phân thanh ghi SFR làm hai loại: thanh ghi SFR liên quan đến các chức năng bên trong (CPU) và thanh ghi SRF dùng để thiết lập và điều khiển các khối chức năng bên ngoài (ví 11 dụ như ADC, PWM, …). Phần này sẽ đề cập đến các thanh ghi liên quan đến các chức năng bên trong. Các thanh ghi dùng để thiết lập và điều khiển các khối chức năng sẽ được nhắc đến khi ta đề cập đến các khối chức năng đó. Thanh ghi STATUS (03h, 83h, 103h, 183h):thanh ghi chứa kết quả thực hiện phép toán của khối ALU, trạng thái reset và các bit chọn bank cần truy xuất trong bộ nhớ dữ liệu. Thanh ghi OPTION_REG (81h, 181h): thanh ghi này cho phép đọc và ghi, cho phép điều khiển chức năng pull-up của các chân trong PORTB, xác lập các tham số về xung tác động, cạnh tác động của ngắt ngoại vi và bộ đếm Timer0. Thanh ghi INTCON (0Bh, 8Bh,10Bh, 18Bh):thanh ghi cho phép đọc và ghi, chứa các bit điều khiển và các bit cờ hiệu khi timer0 bị tràn, ngắt ngoại vi RB0/INT và ngắt interrput- on-change tại các chân của PORTB. Thanh ghi PIE1 (8Ch): chứa các bit điều khiển chi tiết các ngắt của các khối chức năng ngoại vi. Thanh ghi PIR1 (0Ch) chứa cờ ngắt của các khối chức năng ngoại vi, các ngắt này được cho phép bởi các bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE1. Thanh ghi PIE2 (8Dh): chứa các bit điều khiển các ngắt của các khối chức Năng CCP2, SSP bus, ngắt của bộ so sánh và ngắt ghi vào bộ nhớ EEPROM. Thanh ghi PIR2 (0Dh): chứa các cờ ngắt của các khối chức năng ngoại vi, các ngắt này được cho phép bởi các bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE2. Thanh ghi PCON (8Eh): chứa các cờ hiệu cho biết trạng thái các chế độ reset của vi điều khiển. 2. THANH GHI MỤC ĐÍCH CHUNG GPR Các thanh ghi này có thể được truy xuất trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua thanh Ghi FSG (File Select Register). Đây là các thanh ghi dữ liệu thông thường, người sử dụng có thể tùy theo mục đích chương tr.nh mà có thể dùng các thanh ghi này để chứa các biến số, hằng số, kết quả hoặc các tham số phục vụ cho chương trình. III.1.5.3 STACK Stack không nằm trong bộ nhớ chương trình hay bộ nhớ dữ liệu mà là một vùng nhớ đặc biệt không cho phép đọc hay ghi. Khi lệnh CALL được thực hiện hay khi một ngắt xảy ra làm chương trình bị rẽ nhánh, giá trị của bộ đếm chương trình PC tự động được vi điều khiển cất vào trong stack. Khi một trong các lệnh RETURN, RETLW hat RETFIE được thực thi, giá trị PC sẽ tự động được lấy ra từ trong stack, vi điều khiển sẽ thực hiện tiếp chương trình theo đúng qui trình định trước. Bộ nhớ Stack trong vi điều khiển PIC họ 16F87xA có khả năng chứa được 8 địa chỉ và hoạt động theo cơ chế xoay vòng. Nghĩa là giá trị cất vào bộ nhớ Stack lần thứ 9 sẽ ghi đè lên giá trị cất vào Stack lần đầu tiên và giá trị cất vào bộ nhớ Stack lần thứ 10 sẽ ghi đè lên giá trị 6 cất vào Stack lần thứ 2. Cần chú ý là không có cờ hiệu nào cho biết trạng thái stack, do đó ta không biết 12 được khi nào stack tràn. Bên cạnh đó tập lệnh của vi điều khiển dòng PIC cũng không có lệnh POP hay PUSH, các thao tác với bộ nhớ stack sẽ hoàn toàn được điều khiển bởi CPU. III.2 Mô tả chip AD7755 Dưới đây là một phương pháp mới đo công suất tác dụng có sử dụng vi mạch (IC) chuyên dụng AD7755 của hãng Analog Devices kết hợp dùng Vi điều khiển (VĐK). AD7755 là IC đo công suất và năng lượng điện với độ chính xác cao. Mạch tương tự duy nhất được dùng trong AD7755 là trong các bộ bộ chuyển đổi tương tự số ADC. Tất cả các quá trình xử lý tín hiệu khác như nhân, lọc đều được thực hiện miền tín hiệu số. Điều này sẽ đảm bảo độ ổn định và chính xác ngay trong điều kiện môi trường khắc nghiệt và trong thời gian dài. AD7755 đưa ra thông tin về giá trị công suất tác dụng trung bình trên đầu ra tần số thấp F1 và F2. Đầu ra tần số CF đưa ra thông tin về công suất tác dụng tức thời. Đầu ra này được sử dụng cho mục đích hiệu chỉnh, hay để ghép nối tới một khối VĐK. Hình 2. Sơ đồ khối chức năng IC AD7755. Hình 2 là sơ đồ khối chức năng của IC AD7755. AD7755 gồm một mạch nguồn ở chân AVDD. AD7755 sẽ vẫn ở trong tình trạng bị reset cho đến khi điện áp cấp chân AVDD là 4V. Trong AD7755 có tích hợp bộ kiểm soát nguồn trên chíp. Nếu nguồn nhỏ hơn 4V � 5% thì AD7755 sẽ bị reset. Điều này là cần thiết để đảm bảo khởi động chính xác thiết bị lúc bật và tắt nguồn. Nếu nguồn cấp giảm đi nhỏ hơn 13 4V thì AD7755 sẽ cũng sẽ bị reset và sẽ không có xung nào được phát ra tại chân F1, F2 và chân CF. Trong AD7755 gồm có kênh dòng V1 và kênh áp V2. Các tín hiệu được đưa vào là dạng tương tự sau khi đã được chuẩn hóa qua bộ ADC, mạch lọc thông và sẽ đưa tới đầu ra dạng tần số. Mạch điều chỉnh pha Ф bên trong bảo đảm kênh điện áp V2 và kênh dòng V1 là pha thích hợp cho dù bộ lọc thông cao HPF trong kênh dòng V1 là On hay Off. Các tín hiệu đầu ra được ghép nối VĐK để thực hiện xử lý, tính toán và điều khiển hiển thị. Kênh dòng V1 có đầu vào điện áp vi sai: V1P là dương, V1N là âm. Tín hiệu vi sai cực đại trên kênh V1 phải nhỏ hơn ~ 470mV. Kênh V1 có một bộ khuếch đại với hệ số khuếch đại có thể thay đổi được là: 1, 2, 8 hoặc 16. Tùy theo hệ số khuếch đại được chọn mà giá trị điện áp vi sai cực đại vào tương ứng là ~ 470 mV, ~ 235 mV, ~ 60 mV, ~ 30 mV. Kênh kênh điện áp V2 có đầu vào điện áp vi sai: V2P là dương, V2N là âm. Tín hiệu vi sai lớn nhất trên kênh V2 là ~ 660 mV. Nguyên lý hoạt động của IC AD7755: Hai bộ ADC biến tín hiệu điện áp từ hai kênh V1 và V2 thành các tín hiệu số. Hệ số khuếch đại dễ dàng thay đổi được trong kênh dòng V1 có thể làm cho bộ biến đổi gọn nhẹ hơn. Một bộ lọc thông cao HPF trong kênh dòng loại bỏ bất kỳ thành phần một chiều nào từ tín hiệu dòng điện và khử sai số trong việc tính toán công suất tác dụng do tín hiệu dòng hoặc áp gây ra. Việc tính toán công suất tác dụng được xuất phát từ tín hiệu công suất tức thời. Tín hiệu công suất tức thời được xác định bằng một phép nhân trực tiếp của tín hiệu dòng và áp. Để tách ra thành phần công suất tác dụng (thành phần một chiều), tín hiệu công suất tức thời được đưa tới bộ lọc thông thấp LPF. Đầu ra tần số thấp F1 và F2 của AD7755 được tính bằng tích thông tin công suất tác dụng này. Bản thân tần số F1 và F2 có nghĩa là một khoảng thời gian tích trữ giữa các xung ra. Tần số ra vì thế tỷ lệ với công suất tác dụng trung bình. Thông tin về công suất tác dụng trung bình có thể được tích trữ bằng một bộ đếm để tổng hợp thông tin về năng lượng thực. Đầu ra tần số cao CF tỷ lệ với công suất tác dụng tức thời và cần thời gian tích phân ngắn hơn. Điều này là có lợi cho mục đích điều chỉnh dưới điều kiện tải ổn định. Ghép nối AD7755 với VĐK: Cách đơn giản nhất để kết nối AD7755 với VĐK là dùng đầu ra tần số cao CF với tỷ lệ tần số được đặt lên tới 2048 x F1,F2 (SCF = 0 và S0 = S1 = 1). Với các tín hiệu xoay chiều tỷ lệ thật trên các đầu vào tương tự, tần số trên CF xấp xỉ 5,5 kHz. Đầu ra CF được nối với bộ đếm bên trong khối VĐK. VĐK sẽ đếm số xung trong một thời gian định trước T0. Công suất trung bình tỷ lệ với tần số trung bình: Tần số trung bình = Công suất trung bình = Counter/Time (8) Năng lượng tiêu thụ trong suốt thời gian tích phân được xác định: 14 Năng lượng = Công suất trung bình x Time = Counter (9) Với mục đích điều chỉnh, thời gian T0 có thể 10 đến 20 giây để được đủ số xung đảm bảo độ chính xác của phép đo tần số. Ở chế độ bình thường thời gian T0 có thể giảm xuống 1 hoặc 2 giây tùy theo trường hợp. Với thời gian T0 ngắn hơn, giá trị công suất có thể có chút “gợn sóng”, thậm chí ngay khi tải ổn định. Tuy nhiên, với thời gian T0 lớn hơn một phút thì công suất đo được sẽ không có “gợn sóng”. Trên hình 3 là sơ đồ khối đo công suất tác dụng. Hình 3. Sơ đồ khối đo công suất tác dụng. Giới thiệu chức năng các khối: Khối chuẩn hóa có tác dụng biến đổi điện áp và dòng điện của tải cần đo về giá trị chuẩn để đưa vào khối đo công suất. Đối với kênh dòng V1, khối chuẩn hóa chuyển đổi dòng điện tải thành điện áp phù hợp với giá trị điện áp vào lớn nhất không vượt quá ~ 470mV. Đối với kênh áp V2, khối chuẩn hóa chuyển đổi điện áp đầu vào của tải thành điện áp phù hợp với giá trị điện áp vào lớn nhất lớn nhất không vượt quá ~ 660mV. Sơ đồ thực hiện khối chuẩn hóa trên hình 4. a) 15 Hình 4. Sơ đồ khối chuẩn hóa. a) Sơ đồ kênh dòng V1; b) Sơ đồ kênh áp V2 Khối đo công suất có tác dụng nhận các giá trị của kênh dòng V1 và kênh áp V2 đã được chuẩn hóa từ khối chuẩn hóa, thực hiện biến đổi để có tín hiệu lối ra CF tỉ lệ thuận với giá trị công suất tác dụng cần đo.Tín hiệu từ lối ra tần số cao CF của AD7755 được đưa tới đầu vào bộ đếm của VĐK. IC AD7755 cấp giá trị công suất đo được dưới dạng xung tới đầu ra CF. VĐK sẽ đếm số xung này và hiển thị lên màn hình LCD. Giá trị công suất P là tỉ số giữa số xung đếm được và khoảng thời gian đếm. III.3 Phương pháp tạo xung vuông từ xung hình sin Tín hiệu đầu vào là tín hiệu hình sin và yêu cầu đầu ra là một tín hiệu xung vuông : Sử dụng một opam nhằm khuếch đại tín hiệu đầu vào từ điện áp cao xuống điện áp thấp. Đầu vào Uin=6Vac lấy tại tín hiệu đầu vào và khuếch đại tín hiệu xuống. Mặt khác tranzito có nhiệm vụ đóng cắt thông cho tín hiệu 5V. Do có tranzito làm nhiệm vu đóng mở nên xung ra là xung vuông 0÷5V. Chọn lựa opam LM324 với 4 opam và điện áp cấp nguồn có thể dùng điện áp không đối xứng,VD: 0Vdc-9Vdc… Sử dụng tranzito NPN loại C1815 nhiệm vụ đóng cắt. 16 III.4 Giới thiệu về giao tiếp truyền thông RS232 nối tiếp Cổng nối tiếp RS232 là một giao diện phổ biến rộng rãi nhất. Người ta còn gọi cổng này là cổng COM1, còn cổng COM2 để tự do cho các ứng dụng khác. Giống như cổng máy in cổng COM cũng được sử dụng một cách thuận tiện cho việc giao tiếp với thiết bị ngoại vi. Việc truyền dữ liệu qua cổng COM được tiến hành theo cách nối tiếp. Nghĩa là các bit dữ liệu được truyền đi nối tiếp nhau trên một đường dẫn. Loại truyền này có khả năng dùng cho những ứng dụng có yêu cầu truyền khoảng cách lớn hơn, bởi vì các khả năng gây nhiễu là nhỏ đáng kể hơn khi dùng một cổng song song (cổng máy in). Cổng COM không phải là một hệ thống bus nó cho phép dễ dàng tạo ra liên kết dưới hình thức điểm với điểm giữa hai máy cần trao đổi thông tin với nhau, một thành viên thứ ba không thể tham gia vào cuộc trao đổi thông tin này. Các chân và đường dẫn được mô tả như sau: Phích cắm COM có tổng cộng 8 đường dẫn, chưa kể đến đường nối đất. Trên thực tế có hai loại phích cắm, một loại 9 chân và một loại 25 chân. Cả hai loại này đều có chung một đặc điểm. Việc truyền dữ liệu xảy ra ở trên hai đường dẫn. Qua chân cắm ra TXD máy tính gởi dữ liệu của nó đến KIT Vi điều khiển. Trong khi đó các dữ liệu mà máy tính nhận được, lại được dẫn đến chân RXD các tín hiệu khác đóng vai trò như là tín hiệu hổ trợ khi trao đổi thông tin, và vì thế không phải trong mọi trường hợp ứng 17 dụng đều dùng hết. Vì tín hiệu cổng COM thường ở mức +12V, -12V nên không tương thích với điện áp TTL nên để giao tiếp KIT Vi điều khiển 8051 với máy tính qua cổng COM ta phải qua một vi mạch biến đổi điện áp cho phù hợp với mức TTL, ta chọn vi mạch MAX232 để thực hiện việc tương thích điện áp. GIỚI THIỆU VI MẠCH GIAO TIẾP MAX 232 Vi mạch MAX 232 của hãng MAXIM là một vi mạch chuyên dùng trong giao diện nối tiếp với máy tính. Chúng có nhiệm vụ chuyển đổi mức TTL ở lối vào thành mức +10V hoặc –10V ở phía truyền và các mức +3…+15V hoặc -3…-15V thành mức TTL ở phía nhận. Vi mạch MAX 232 có hai bộ đệm và hai bộ nhận. Đường dẫn điều khiển lối vào CTS, điều khiển việc xuất ra dữ liệu ở cổng nối tiếp khi cần thiết, được nối với chân 9 của vi mạch MAX 232. Còn chân RST (chân 10 của vi mạch MAX ) nối với đường dẫn bắt tay để điều khiển quá trình nhận. Thường thì các đường dẫn bắt tay được nối với cổng nối tiếp qua các cầu nối, để khi không dùng đến nữa có thể hở mạch các cầu này. Cách truyền dữ liệu đơn giản nhất là chỉ dùng ba đường dẫn TxD, RxD và GND (mass). ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT VỀ ĐIỆN CỦA RS232C 18 Qui định về chân của RS232C Mức điện áp logic của RS-232C là khoảng điện áp giữa +15V và –15V. Các đường dữ liệu sử dụng mức logic âm: logic 1 có điện thế giữa –5V và –15V, logic 0 có điện thế giữa +5V và +15V. tuy nhiên các đường điền khiển (ngoại trừ đường TDATA và RDATA) sử dụng logic dương: gía trị TRUE = +5V đến +15V và FALSE =-5V đến –15. Ở chuẩn giao tiếp này, giữa ngõ ra bộ kích phát và ngõ vào bộ thu có mức nhiễu được giới hạn là 2V. Do vậy ngưỡng lớn nhất của ngõ vào là ±3V trái lại mức ± 5V là ngưỡng nhỏ nhất với ngõ ra. Ngõ ra bộ kích phát khi không tải có điện áp là ± 25V. Các đặc điểm về điện khác bao gồm • RL (điện trở tải) được nhìn từ bộ kích phát có giá trị từ 3 ÷ 7k. • CL (điện dung tải) được nhìn từ bộ kích phát không được vượt quá 2500pF. • Để ngăn cản sự dao động quá mức, tốc độ thay đổi (Slew rate ) của điện áp không được vượt qúa 30V/µs. Đối với các đường điều khiển, thời gian chuyển của tín hiệu (từ TRUE sang 19 Tải về bản full