Đang tải... (xem toàn văn)
1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT XUNG SỐ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 8 SẢN PHẨM (sử dụng JK FF), HIỂN THỊ TRẠNG THÁI TRÊN LED 7 THANH Giáo viên hướng dẫn Gv Nguyễn Thị Thu Hà Nhóm sinh viên thực hiện Lê Nguyễn Ngọc Dũng 2018601541 Nguyễn Tất An 2018600747 Đồn Minh Đức 2018600245 Hà Nội 2021 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam Độc Lập Tự Do Hạnh Phúc PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT XUNG SỐ Họ và tên.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT XUNG SỐ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM (sử dụng JKFF), HIỂN THỊ TRẠNG THÁI TRÊN LED THANH Giáo viên hướng dẫn: Gv Nguyễn Thị Thu Hà Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Nguyễn Ngọc Dũng 2018601541 Nguyễn Tất An 2018600747 Đồn Minh Đức 2018600245 Hà Nội - 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT XUNG SỐ Họ tên sinh viên : Lê Nguyễn Ngọc Dũng Mã sinh viên: 2018601541 Nguyễn Tất An Mã sinh viên: 2018600747 Đồng Minh Đức Mã sinh viên: 2018600245 Lớp: 20202FE6021001 Khoá: 13 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà Tên đề tài: Thiết kế mạch đếm sản phẩm (sử dụng JK-FF), hiển thị Led NỘI DUNG THỰC HIỆN Nội dung cần thực TT CĐR Lập kế hoạch làm việc Phân tích lựa chọn ý tưởng tốt khả thi L1.2; L1.3 Tính tốn thiết kế, xây dựng phân tích mơ hình L1.2; L1.3 Chế tạo lắp ráp L1.2; L1.3 Thử nghiệm hiệu chỉnh L1.2; L1.3 Viết thuyết minh chuẩn bị báo cáo L1.2; L1.3 Báo cáo L1.2; L1.3 L1.3 I Yêu cầu thực hiện: Phần thuyết minh: * Trình bày đầy đủ nội dung đồ án, bao gồm: - Chương Tổng quan (Nêu sở lựa chọn đề tài đồ án, ứng dụng thực tiễn …); - Chương Tính tốn, thiết kế mơ phỏng; - Chương Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm hiệu chỉnh; - Phụ lục (nếu có) * Quyển báo cáo trình bày từ 10 đến 15 trang giấy A4 với định dạng theo định số 815/QĐ-ĐHCN ngày 15/08/2019: Sản phẩm đồ án môn TT Tên sản phẩm Mơ hình (mạch điện) Quyển báo cáo Slide thuyết minh đồ án Định dạng Số lượng 01 Theo định 815/QĐ-ĐHCN 01 01 Phạm vi lựa chọn đề tài - Đề tài thuộc lĩnh vực điện tử phạm vi kỹ thuật xung số - Vật tư, trang thiết bị: dụng cụ cầm tay, vật liệu (theo đề tài nhóm), linh kiện điện tử bản… - Đảm bảo an toàn lao động Ngày giao: 13/04/2021 Ngày hoàn thành: 15/05/2021 Hà Nội, ngày 13 tháng 04 năm 2021 Trưởng môn Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Thị Thu Hà Mục lục CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở lựa chọn đề tài 1.2 Mục đích yêu cầu 1.3 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐẾM,THIẾT KẾ MƠ PHỎNG, TÍNH TỐN 2.1 Tính toán 2.2 Thiết kế đếm, thiết kế mô 13 CHƯƠNG CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 16 3.1 Liệt kê linh kiện cần dùng 16 3.2 Chế tạo, lắp ráp mạch 16 3.3 Thử nghiệm hệ thống 18 CHƯƠNG KẾT QUẢ-KẾT LUẬN 20 4.1 Đánh giá sản phẩm 20 4.2 Tính thực tế sản phẩm 20 4.3 Đề xuất cải tiến hướng phát triển 20 Tài liệu tham khảo: 20 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở lựa chọn đề tài Ngày với phát triển mạnh mẽ giới mặt, khoa học cơng nghệ nói chung ngành cơng nghệ kỹ thuật Điện Tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho giới ngày đại văn minh Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị có đặc điểm với xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ linh hoạt hoạt động ổn định Đó yếu tố cần thiết làm cho suất, hiệu công việc tăng cao, hoạt động người giảm bớt Xuất phát từ thực tế, nên em chọn đề tài “Thiết kế mạch đếm sản phẩm (sử dụng JK_FF), hiển thị trạng thái đếm LED thanh” sử dụng đếm sản phẩm 1.2 Mục đích yêu cầu Mục đích mạch đếm sản phẩm giúp cho nhà máy đếm số lượng sản phẩm máy tao cách đơn giản,chính xác mà không cần tốn sức công nhân Yêu cầu mạch đếm sản phẩm chạy cách xác, ổn định,gọn nhẹ,dễ lắp đặt,dễ sữa rẽ tiền 1.3 Phương pháp nghiên cứu Trên phương pháp nghiên cứu phân tích chức linh kiện, vi mạch áp dụng kiến thức với đạo phụ trách giáo dục để xây dựng nên mạch có chức hoạt động đếm số lượng với tài nguyên yêu cầu CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐẾM,THIẾT KẾ MƠ PHỎNG, TÍNH TỐN 2.1 Tính tốn Ta có sơ đồ khối: Khối nguồn Khối tạo xung Khối hiển thị Khối điều khiển Khối giải mã Hình 2.1 Sơ đồ khối Thiết kế đếm: Để thiết kế đếm ta tiến hành theo bước sau: - Bước 1: Xác định yêu cầu tốn Phân tích u cầu đầu tìm số trạng thái - Bước 2: Lập đồ hình trạng thái Căn vào yêu cầu đếm cần thiết kế như: hệ số đếm số yêu cầu khác để xây dựng đồ hình mô tả hoạt động đếm - Bước 3: Xác định số phần tử nhớ cần sử dụng, mã hóa trạng thái đếm theo mã cho Số phần tử nhớ xác định sau: +Mã nhị phân mã Gray n ≥ log2 Kđ +Mã vòng n = Kđ +Mã Johnson n = 1/2 Kđ - Bước 4: Xác định hàm kích FF hàm ra: Dựa vào bảng chuyển đổi trạng thái, bảng để xác định phương trình kích cho FF phương trình hàm - Bước 5: Vẽ sơ đồ mạch thực Từ phương trình đầu vào kích FF phương trình hàm đưa sơ đồ mạch thực Tính toán: Bộ đếm sản phẩm sử dụng JK-FF 2n≥9 ( có trạng thái) ➔ 24≥9 ➔n=4 Do cần sử dụng phần tử nhớ JK-FF Đồ hình trạng thái đếm minh họa hình : Hình 2.2 Đồ hình trạng thái đếm Bảng chuyển đổi trạng thái giá trị đầu vào kích sau: S S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 QDQCQBQA QDQCQBQA 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 0000 XXXX XXXX XXXX JDKD JCKC JBKB JAKA 0X 0X 0X 0X 0X 0X 0X 1X X1 XX XX XX 0X 0X 0X 1X X0 X0 X0 X1 0X XX XX XX 0X 1X X0 X1 0X 1X X0 X1 0X XX XX XX 1x X1 1X X1 1X X1 1X X1 0X XX XX XX S12 S13 S14 S15 1100 1101 1110 1111 XXXX XXXX XXXX XXXX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX Bảng Bảng chuyển đổi trạng thái JD QBQA 00 01 11 10 QDQC 00 01 11 X X X X 10 X X X X 00 01 11 10 00 X X X X 01 X X X 11 X X X 10 X X X X JD=QCQBQA KD QBQA QDQC KD=1 XX XX XX XX JC QBQA 00 01 11 10 QDQC 00 01 X X X X 11 X X X X 10 X X X X 00 01 11 10 X X X X JC=QAQB KC QBQA QDQC 00 01 11 X X X X 10 X X X X 00 01 11 10 00 X 01 X X X X X X X KC=QBQA JB QBQA QDQC 11 10 X JB=QA KB QBQA 00 01 11 10 00 X X 01 X X 11 X X X X 10 X X X X 00 01 11 10 00 X X 01 X X 11 X X X X X X X 00 01 11 10 00 X 1 X 01 X 1 X 11 X X X X 10 X X X X QDQC KB=QA JA QBQA QDQC 10 JA=QD KA QBQA QDQC KA=1 10 Phương trình đầu vào kích : JD=QCQBQA KD=1 JC= KC=QAQB JB=KB=QA JA=QD KA=1 Sơ đồ logic: Hình 2.3 Thiết kế mạch logic Mơ phần mềm proteus: Hình 2.4 Mơ mạch proteus 11 Hoặc ta sử dụng Reset sau : CLK QD QC QB 0 0 0 0 0 1 1 0 0 10 1 11 1 12 1 13 1 14 1 15 1 Khi mạch đếm -8 sản phẩm mạch RESET QBQA QA 1 1 1 1 00 01 11 10 1 1 1 QDQC 00 01 11 10 Ta phương trình đầu vào kích: QDQA Ta sử dụng cổng NAND để reset vị trí ban đầu 12 R 0 0 0 0 1 1 1 reset 2.2 Thiết kế đếm, thiết kế mô Sơ đồ logic: Hình 2.5 Sơ đồ logic Mơ phần mềm proteus: Hình 2.6 Mơ sơ đồ logic proteus 13 Ta thấy sử dụng Reset mạch đơn giản hóa nhiều nên ta thiết kế mạch sử dụng Reset Ta có mạch nguyên lý mơ phần mềm altium: Hình 2.7 Sơ đồ ngun lý Thơng số kỹ thuật mạch in • • • • • • Kích thước BOARD mạch : 135mm x 110mm Thiết kế mạch in lớp BOTTOM Khoảng cách Clearance là: 10 mil (0.254 mm ) Độ rộng đường GND là: 40 mil (1.106 mm ) Độ rộng đường VCC là: 35 mil (0.889 mm) Độ rộng đường NET là: 35 mil (0.889 mm) 14 Mạch in 2D mơ phần mềm Altium: Hình 2.8 Mặt sau mạch đếm sản phẩm mô altium Mạch in 3D mơ phần mềm Altium: Hình 2.9 Mặt trước mạch đếm sản phẩm mô altium 15 CHƯƠNG CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 3.1 Liệt kê linh kiện cần dùng IC HCF4093BEY, 7SEG, IC 74LS73, IC 7447, điện trở, nút nhấn… Tên linh kiện IC 4093 7SEG IC 7400 Giá trị 3-20v IC 74LS73 IC 7447 5v 5v Chức Tạo xung cho mạch đếm Hiển thị giá trị đếm Cổng logic NAND, điều khiển tín hiệu mạch đếm Trigger JK-FF IC giải mã cho led 7seg 5v 3.2 Chế tạo, lắp ráp mạch Bước 1: In phần layout bảng mạch giấy A4 giấy bóng (Lưu ý mirrow lại phần mạch in trước in để xong ko bị ngược) Bước 2: Cắt phíp đồng để làm bảng mạch Cắt phíp đồng theo kích thước bảng mạch altium dao dọc giấy Chà xước phần cạnh miếng đồng miếng rửa chén để loại bỏ lớp oxit mặt phíp đồng để dung dịch fecl3 ăn nhanh Bề mặt nhám giúp cho hình ảnh từ giấy dính tốt Bước 3: Chuyển phần in PCB lên miếng đồng Ủi giấy bóng Đặt bảng mạch in giấy bóng lên bảng đồng Đảm bảo bo mạch chỉnh xác dọc theo đường viền giấy in sử dụng băng keo để giữ bảng giấy in vị trí Sau in giấy bóng, đặt hình mạch in xuống đồng chỉnh bàn ủi lên nhiệt độ cao khoảng 5p ấn xuống để mực dễ ăn Chú ý đến phần rìa bảng mạch, bạn cần phải ủi từ từ Nhiệt từ bàn ủi chuyển mực in từ giấy qua đồng Chú ý không chạm trực tiếp vào đồng lúc nóng Sau xong để nguội trước quạt tầm 5p bắt đầu bóc 16 Bước 4: Ngâm mạch Bạn cần phải cẩn thận thực bước Lấy hộp nhựa đổ đầy nước dùng nước ấm để phản ứng xảy nhanh Hòa FeCl3 vào nước pha đặc chút Nhúng bảng mạch in vào dung dịch ăn mòn 30 phút FeCl3 phản ứng với phần đồng chưa có lớp in loại khỏi bảng mạch Quá trình gọi ăn mòn Sử dụng kẹp để gắp PCB kiểm tra phần đồng không phủ mực in ăn mòn hết chưa Nếu chưa tiếp tục bỏ vào dung dịch Bước 5: Vệ sinh khoan lỗ Bước Hàn mạch Và sản phẩm cuối sau lần thất bại: Hình 3.2 Mặt trước sản phẩm 17 Hình 3.3 Mặt sau sản phẩm 3.3 Thử nghiệm hệ thống Hình 3.4 Led hiển thị Hình 3.5 Led hiển thị 18 Hình 3.5 Led hiển thị Hình 3.5 Led hiển thị 19 CHƯƠNG KẾT QUẢ-KẾT LUẬN 4.1 Đánh giá sản phẩm Ưu điểm: mạch chạy yêu cầu, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt, chi phí phù hợp Nhược điểm: bố trí mạch chưa khoa học, thiết kế chưa mang tính cơng nghiệp 4.2 Tính thực tế sản phẩm Đây đề tài hay ứng dụng nhiều đời sống công nghiệp.Nhằm tăng suất, hiệu công việc giảm sức lao động người, MẠCH ĐẾM đưa vào sử dụng thay người công việc đếm sản phẩm, đếm thời gian, đèn giao thông, chia tần số điều khiển mạch khác… Với đặc điểm tiện lợi, xác cao, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt; MẠCH ĐẾM nhanh chóng biết đến sử dụng rộng rãi lĩnh vực 4.3 Đề xuất cải tiến hướng phát triển Hướng phát triển:Có thể thay linh kiện, IC tạo xung, IC điều khiển, IC giải mã… linh kiện khác thị trường mà đáp ứng nhu cầu đề tài Đề xuất cải tiến: thiết kế mạch phù hợp hơn, để mạch thống nhất, không bị rối mắt phải câu dây nhiều Tài liệu tham khảo: Nguyễn Thị Thu Hà-Lê Văn Thái-Nguyễn Ngọc Anh, (2013), Giáo trình Điện tử số, Hà Nội, NXB Khoa học Kỹ thuật 20 ... tài ? ?Thiết kế mạch đếm sản phẩm (sử dụng JK_ FF), hiển thị trạng thái đếm LED thanh? ?? sử dụng đếm sản phẩm 1.2 Mục đích yêu cầu Mục đích mạch đếm sản phẩm giúp cho nhà máy đếm số lượng sản phẩm. .. Hàn mạch Và sản phẩm cuối sau lần thất bại: Hình 3.2 Mặt trước sản phẩm 17 Hình 3.3 Mặt sau sản phẩm 3.3 Thử nghiệm hệ thống Hình 3.4 Led hiển thị Hình 3.5 Led hiển thị 18 Hình 3.5 Led hiển thị. .. 7SEG, IC 74 LS73, IC 74 47, điện trở, nút nhấn… Tên linh kiện IC 4093 7SEG IC 74 00 Giá trị 3-20v IC 74 LS73 IC 74 47 5v 5v Chức Tạo xung cho mạch đếm Hiển thị giá trị đếm Cổng logic NAND, điều khiển