Thiết Kế Mạch Hiển Thị Tần Số Trong Máy Tạo Dao động Cơ Học

Thiết kế mạch hiển thị tần số trong máy tạo dao động cơ học

Máy tạo dao động (vibration exciter) là một thiết bị trong hệ thống đo tần số dao động riêng của các máy và các kết cấu (Hình 1).

Hình 1. Hình ảnh một hệ thống đo dao động riêng.

Máy tạo dao động ( Vibration exciter/Vibration generation/ Vibration machine) là thiết bị được thiết kế đặc biệt nhằm tạo ra rung động và truyền dao động sang kết cấu và thiết bị khác. Thiết bị dùng để thử nghiệm có thể được dùng để kích thích thiết bị cần đo tần số dao động riêng thông qua thanh nối. Trên thị trường có rất nhiều thiết bị tạo dao động của các hãng khác nhau như: Máy U56001 Accessories for Vibration Generator của hãng 3B Scientific (có thể tạo được dao động từ 0 – 20kHZ); máy tạo dao động của hãng Coles Electroacoustics; máy dao động PM Vibration exciter 4808,…

Dưới đây là mạch đo và hiển thị tần số trong máy tạo dao động do nhóm SV CĐT khoa CK&DL thiết kế:

Hình 2. Sơ đồ khối toàn mạch hiển thị tần số.

Đếm tần số bằng cách đếm số xung dao động của một dao động cần được đo trong các khoảng thời gian đúng bằng 1 giây. Để có thể hiển thị được giá trị của số xung dao động đếm được trong các khoảng thời gian 1 giây thì cần phải chốt giá trị đã đếm được trong IC đếm sau những khoảng thời gian đúng 1 giây (để lưu lại giá trị đã được đếm và hiển thị lại giá trị đã được đếm trong 1 giây trước đó). Nếu không chốt lại giá trị của xung dao động đã đếm được thì giá trị hiển thị sẽ bị ‘trượt’ liện tục theo kết quả đếm được. Để kiểm soát được giá trị đếm được thì phải reset bộ đếm sau các khoảng thời gian 1 giây (sau khi IC giải mã 4511 đã được nhập dữ liệu vào để hiển thị). Trong thiết kế này cần phải tạo ra một bộ dao động chuẩn với thời gian 1 giây bằng cách sử dụng mạch dao động thạch anh có tần số 32,768 KHz. Đồng thời chia tần số này theo đúng giá trị f0 của thạch anh bằng một IC 4040 để tạo ra xung chuẩn đúng 1 giây cho việc điều khiển nhập dữ liệu vào IC giải mã 4511 thông qua LE và xoá bộ đếm 4518 thông qua chân lệnh Reset sau mỗi chu kỳ 1 giây đồng hồ...

Hình 3. Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị tần số.

Hình 4. Mạch thạch anh.

Cổng NOT N1, N2 được kết hợp với điện trở R1, các tụ điện C1, C2 và thạch anh XTAL để tạo dao động có tần số đúng bằng tần số thạch anh là 32.768kHz. Xung mở cổng AND để đưa tín hiệu cần đo vào mạch đếm trong thời gian 1 giây nghĩa là tần số xung mở cổng là 1Hz (chia tần số chuẩn của thạch anh xuống 1Hz).

Hình 5. Mạch tạo thời gian chuẩn 1s.

IC 4048 gồm 2 bộ đếm 10, bên trong kết nối lại để được bộ chia 100. Chân 7 và chân 15 là ngõ vào reset mạch đếm tác động ở mức cao, để mạch đếm bình thường nên được nối xuống mass. Chân 6 và 10 được nối chung lại với nhau để đưa tín hiệu từ tầng trước sang tầng sau, chân 1 và 9 là ngõ vào xung Clock tác động ở cạnh sau được nối vào mass. Tín hiệu xung được đưa vào 2 chân là ngõ vào xung cạnh trước, tín hiệu xung lấy ra ở chân 14 là 327Hz, được đưa tiếp vào mạch 327.

Bộ chia 327 sử dụng IC 4040B là loại IC đếm nhị phân có 12 ngõ ra từ Q1 đến Q12 số đếm tối đa là 2048 nhưng mạch chia chỉ là 327 nên ta cần các cổng AND để tổng hợp các ngõ ra để được 327. Số thập phân 327 được mã hóa sang dạng nhị phân là 101000111. Các ngõ ra ở mức cao được đưa vào các ngõ vào của cổng AND. Ngõ ra cuối cùng của cổng AND A4 là tín hiệu xung có tần số 1Hz, đồng thời tín hiệu này cũng được đưa về chân 11 của IC 4040B để reset lại mạch chia.

Hình 6. Sơ đồ mạch đếm.

Do điện áp từ IC 4511B ra không đủ kích cho LED sáng, vì vậy ta cần thêm mạch kéo dòng cho LED (dùng thêm 1 mạch nguồn cung cấp cho toàn bộ mạch).

Hình 7. Mạch nối LED.

Hình 8. Sơ đồ mạch trên proteus.