Hà Nội 2021 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ GVHD Nguyễn Thị Thu Hà Nhóm sinh viên Ngô Tiến Dũng 2018600656 Đỗ Công Huân 2018600062 Trịnh Quang Minh 2018600474 Khóa ĐH K13 BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT XUNG SỐ Đề tài thiết kế mạch đếm 10 sản phẩm (sử dụng JK FF), hiển thị trạng thái đếm trên LED 7 thanh PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂNNHÓM Họ và tên sinh viên 1 Ngô Tiến Dũng Mã sinh viên 2018600656 2 Đỗ Công Huân Mã sinh viên 2018600062 3 Trịnh Quang Minh Mã sinh viên 201.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ - - BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: KỸ THUẬT XUNG SỐ Đề tài: thiết kế mạch đếm 10 sản phẩm (sử dụng JK-FF), hiển thị trạng thái đếm LED GVHD : Nguyễn Thị Thu Hà Nhóm sinh viên : Ngơ Tiến Dũng - 2018600656 Đỗ Công Huân - 2018600062 Trịnh Quang Minh - 2018600474 Khóa : ĐH-K13 Hà Nội - 2021 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM Họ tên sinh viên : Ngô Tiến Dũng Mã sinh viên:2018600656 Đỗ Công Huân Mã sinh viên:2018600062 Trịnh Quang Minh Mã sinh viên:2018601559 Lớp: 20202FE6021001 Khoá: 13 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà Tên đề tài: thiết kế mạch đếm 10 sản phẩm (sử dụng JK-FF), hiển thị trạng thái đếm LED NỘI DUNG THỰC HIỆN TT Nội dung cần thực CĐR Lập kế hoạch làm việc L1.3 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 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 mô 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 mơn TT Tên sản phẩm Mơ hình (mạch điện) Quyển báo cáo Slide thuyết minh đồ án Định dạng Số lượng 01 Theo định 01 815/QĐ-ĐHCN 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 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài 1.1.1 Mục tiêu nhiệm vụ đề tài 1.1.2 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu 1.1.3 Ý nghĩa nghiên cứu 1.2 Khái niệm đồ hình trạng thái 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Đồ hình trạng thái Chương 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ PHỎNG 10 2.1 Tính tốn 10 2.2 Thiết kế mô .12 Chương 3: CHẾ TẠO, LẮP RÁP VÀ HIỆU CHỈNH 14 3.1 Các linh kiện cần dùng 14 3.1.1 Cặp led thu, phát hồng ngoại 14 3.1.2 IC giải mã 74LS47 14 3.1.3 IC 74LS73 .16 3.1.4 IC 74HC08 .17 3.1.5 IC 74HC32 .18 3.1.6 Led 19 3.2 Lắp ráp chạy thử nghiệm 20 Danh mục hình ảnh Hình 1.1 : Sơ đồ khối đếm Hình 1.2 : Đồ hình trạng thái tổng quát đếm Hình 3.1 : Cặp led thu, phát hồng ngoại 14 Hình 3.2 : IC giải mã 74LS47 15 Hình 3.3 : Sơ đồ chân IC giải mã 74LS47 15 Hình 3.4 : IC 74LS73 16 Hình 3.5 : Sơ đồ cấu tạo chân IC 74LS73 16 Hình 3.6 : IC 74LS08 17 Hình 3.7 : Sơ đồ chân IC 74HC08 18 Hình 3.8 : IC 74HC32 18 Hình 3.9 : Sơ đồ chân IC 74HC32 18 Hình 3.10 : Led 19 Hình 3.11 : Sơ đồ chân led 19 Hình 3.12 : IC 74LS83 19 Hình 3.13 : Mơ hình thực tế mạch 20 LỜI NĨI ĐẦU Cùng với mơn học kỹ thuật điện tử mơn học kỹ thuật xung số học kỹ thuật sở quan trọng môn kỹ thuật mạch vi xử lí tín hiệu Ngày với tiến khoa học kĩ thuật, công nghệ điện tử phát triển ngày rộng rãi, đặc biệt kĩ thuật số Mạch số ứng dụng nhiều kỹ thuật đời sống xã hội Các ứng dụng mạch số đèn giao thông, đo tốc độ động cơ, đồng hồ số, mạch đếm sản phẩm Mục đích tập đồ án thiết kế mạch đếm 10 sản phẩm (sử dụng JK-FF), hiển thị trạng thái đếm LED Để góp phần làm sáng tỏ hiệu ứng dụng thực tế môn kĩ thuật xung số chúng em sau thời gian học tập thầy cô giáo khoa giảng dạy kiến thức chuyên nghành,đồng thời giúp đỡ nhiệt tình Nguyễn Thị Thu Hà, với lỗ lực thân, chúng em “ thiết kế mạch đếm 10 sản phẩm (sử dụng JK-FF), hiển thị trạng thái đếm LED “ thời gian, kiến thức kinh nghiệm chúng em cịn có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót.Chúng em mong giúp đỡ tham khảo ý kiến thầy bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài Chúng ta sống kỉ khoa học, tri thức với phát triển mạnh mẽ cơng nghệ thông tin khoa học ứng dụng Kỹ thuật điện tử nằm số đó, phát triển nhanh ứng dụng rộng rãi lĩnh vực xã hội Con người chuyển dần từ điều khiển tay sang điều khiển tự động Nền công nghiệp đạt nhũng thành tựu nhờ ứng dụng khoa học kỹ thuật công nghệ Máy móc thay người nhiều cơng việc đặc biệt công việc nặng nhọc Ngày công nghệ vi điện tử phát triển mạnh mẽ với đời hàng loạt vi mạch Sự phát triển kĩ thuật điện tử ngày khiến cho nhu cầu tiếp xúc với lĩnh vực điện tử số thiếu Để xây dựng thiết bị hồn chỉnh phải có mạch đếm, ghi, nhớ,…trong mạch đếm thơng số hệ thống Và để hiểu rõ mạch đếm chọn đề tài: thiết kế mạch đếm 10 sản phẩm (sử dụng JKFF), hiển thị trạng thái đếm LED 1.1.1 Mục tiêu nhiệm vụ đề tài Mục tiêu: Tìm hiểu mạch đếm số vấn đề liên quan Hoàn thành thiết kế mạch hoạt động ổn định với độ bền cao Nhiệm vụ: Tìm hiểu kiến thức mạch đếm Tìm hiểu vi mạch đếm thơng dụng Tìm hiểu mạch tạo xung sử dụng IC Mạch giải mã hiển thị 1.1.2 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu Mạch đếm thiết bị mạch đếm Lý thuyết sử dụng mạch đếm 1.1.3 Ý nghĩa nghiên cứu Nắm vững, hiểu biết mạch đếm Nâng cao kĩ thực hành lắp ráp thiết kế mạch đếm 1.2 Khái niệm đồ hình trạng thái 1.2.1 Khái niệm Mạch đếm mạch dãy đơn giảm xây dựng từ phần tử nhớ phần tử tổ hợp, mạch đếm thành phần hệ thống số Bộ đếm mạch dãy tuần hồn có đầu vào đếm đầu ra, mạch có số trạng thái hệ số đếm Dưới tác động tín hiệu vào đếm mạch chuyển từ trạng thái đến trạng thái khác theo thứ tự định Cứ sau Kđ lần tín hiệu vào đếm, mạch trở trạng thái xuất phát ban đầu Bộ đếm thực việc đếm dãy xung có xung điều khiển có đầu vào Do đó, xung đồng (CLK) xuất khác thời điểm xung đếm xuất việc đếm xung khơng thực nên mạch đếm phải có xung đếm đưa vào dãy xung đồng hay mạch đếm có đầu vào Hình 1.1 : Sơ đồ khối đếm 1.2.2 Đồ hình trạng thái Đồ hình mơ hình mơ tả chuyển đổi trạng thái mơ tả hoạt động đếm Hình 2.2 : Đồ hình trạng thái tổng quát đếm Khi khơng có tín hiệu vào đếm mạch giữ ngun trạng thái ban đầu (Si) có tín hiệu vào đếm mạch chuyển đến trạng thái (Si+1) Khi đếm trạng thái tác động tác động tín hiệu vào đếm đếm trở trạng thái ban đầu đồng thời xuất tín hiệu lần Trong trường hợp cần thị trạng thái đếm phải dùng thêm mạch giải mã Chương 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ PHỎNG 2.1 Tính tốn Với đề tài thiết kế mạch đếm 10 sản phẩm (sử dụng JK-FF), hiển thị trạng thái đếm LED có 11 trạng thái, cần sử dụng phần tử JK-FF Ta có đồ hình trạng thái: S0 S1 S2 S3 S4 0000 0001 0010 0011 0100 S5 0101 S10 S9 S8 S7 S6 1010 1001 1000 0111 0110 Bảng chuyển đổi trạng thái giá trị đầu vào: S S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 Q3Q2Q1Q0 Q3Q2Q1Q0 0000 0001 0001 0010 0010 0011 0011 0100 0100 0101 0101 0110 0110 0111 0111 1000 1000 1001 1001 1010 1010 0000 0000 0001 J3K3 0X 0X 0X 0X 0X 0X 0X 1X X0 X0 X0 0X J2K2 0X 0X 0X 1X X0 X0 X0 X1 0X 0X 0X 0X J1K1 0X 1X X0 X1 0X 1X X0 X1 0X 1X X1 0X J0K0 1X X1 1X X1 1X X1 1X X1 1X X1 0X 1X Xác định phương trình đầu vào: Từ bảng chuyển đổi trạng thái, ta có hệ phương trình tối thiểu hóa: J = Q1 + Q3 K0 = J = Q0 K1 = Q3 +Q0 J2 = Q1Q0 K2 = Q0Q1 J3 = Q2Q1Q0 K3 = Q1 2.2 Thiết kế mô Sơ đồ mô mạch đếm 10 sản phẩm (sử dụng JK-FF), hiển thị trạng thái đếm LED Hình 2.1 : Mạch ngun lí mơ phần mềm proteus Hình 2.2 : Mạch ngun lí mơ phần mềm Altium Hình 2.3 : Mạch in 2D mơ phần mềm Altium Hình 2.4 : Mạch in 3D mô phần mềm Altium Chương 3: CHẾ TẠO, LẮP RÁP VÀ HIỆU CHỈNH 3.1 Các linh kiện cần dùng 3.1.1 Cặp led thu, phát hồng ngoại Hình 3.1 : Cặp led thu, phát hồng ngoại Led phát hồng ngoại: Công dụng: Sử dụng điều khiển, remote hồng ngoại Sử dụng vào mạch ứng dụng đếm sản phẩm, đọc ecoder tốc độ động cơ,… Sử dụng mạch mô remote, mạch chống trộm hồng ngoại, mạch dị đường,… Thơng số kĩ thuật: Điện áp 5V Dịng 10 – 20 mA Bước sóng 940 nm Ánh sáng phát từ LED hồng ngoại khơng nhìn thấy Led thu hồng ngoại: Bước sóng 940 nm Điện áp 1.4 – 1.6 V Dùng thu sóng hồng ngoại từ nguồn phát tia hồng ngoại 3.1.2 IC giải mã 74LS47 Hình 4.2 : IC giải mã 74LS47 Đây IC giải mã giành riêng cho LED anode chung IC chuyển đổi từ mã BCD sang mã LED anode chung Ứng dụng ta cần thị số LED đoạn mạch số mà không cần dùng vi điều khiển, muốn tiết kiệm chân cho vi điều khiển Hình 5.3 : Sơ đồ chân IC giải mã 74LS47 Chân 16 cấp nguồn 5V Chân nối mass Các chân 1,2,6,7 chân tín hiệu vào ứng với B,C,D,A Các chân 15,14,13,12,11,10,9 chân ,các chân nối với led nối hình Chân thứ LT(Lamp test ) tên gọi chân chân kiểm tra led đoạn, ta cắm chân xuống mass giải mã sáng lúc với đoạn Chân phục vụ để kiểm tra xem có led bị hỏng hay không thực tế khơng sử dụng Chân BI/RB0 ln ln kết nối với mức cao ,nếu kết nối với mức thấp tồn led khơng sáng bất chấp trạng thái ngõ vào Chân RBI kết nối với mức cao 3.1.3 IC 74LS73 Hình 6.4 : IC 74LS73 Thông số kĩ thuật: Dải điện áp hoạt động 4.75 – 5.25 V Mức áp logic cao: 2V Mức áp logic thấp: 0.8V Dòng điện tổng: 20mA Tần số hoạt động tối thiểu: 15 MHz Chức năng: Trigger JK-FF Hình 7.5 : Sơ đồ cấu tạo chân IC 74LS73 Chân cấp nguồn 5V Chân 11 nối mass Chân 3,14,7,10 (chân K1,J1,J2,K2) chân tín hiệu vào Ic ,Các chân thay đổi trạng thái kết hợp với xung clock cho ngõ Q theo ý muốn người thiết kế Chân 1,5 (chân CLK) chân xung clock Trigger , tích cực sườn xuống xung nghĩa làm việc khoảng thời gian xung từ mức cao chuyển xuống mức thấp ,cịn ta cấp mức cap mức thấp khơng làm việc Chân 2,6 (chân CLR) chân Clear có nhiệm vụ xoa trạng thái tích cực mức thấp ta nối xuống mass hoạt động cịn nối lên mức cao khơng hoạt động Chân 12,9 (chân Q1,Q2) chân trạng thái bình thường Trigger JK Chân 13,8 (chân đảo ) chân trạng tháo đảo với chân 12,9 3.1.4 IC 74HC08 74HC08 IC logic cổng AND độc lập đầu vào sử dụng ứng dụng so sánh trạng thái tín hiệu Hình 8.6 : IC 74LS08 Thông số kĩ thuật: Điện áp cung cấp 4.75 – 5.25V Dải nhiệt độ hoạt động: ~ 70oC Cổng AND có đầu vào đầu Mỗi giá trị có giá trị “0” “1” giá trị đầu phụ thuộc vào giá trị đầu vào Đầu “1” hai giá trị đầu vào “1” Hình 9.7 : Sơ đồ chân IC 74HC08 VCC: nguồn cấp GND: nối đất Chân 1,2,4,5,9,10,12,13: Các cặp đầu vào Chân 3,6,8,11: Các đầu AND 3.1.5 IC 74HC32 Hình 10.8 : IC 74HC32 Thông số kĩ thuật: Điện áp hoạt động – 6V Dòng ngõ ra: 5.2mA Mức logic Nhiệt độ hoạt động: -40°C – 125°C Hình 11.9 : Sơ đồ chân IC 74HC32 VCC: nguồn cấp GND: nối đất Chân 1,2,4,5,9,10,12,13: Các cặp đầu vào Chân 3,6,8,11: Các đầu AND 3.1.5 IC 74HC32 3.1.6 Led Hình 12.10 : Led Hình 13.11 : Sơ đồ chân led 3.1.7 IC 74LS83 Hình 14.12 : IC 74LS83 Thơng số kĩ thuật: Điện áp: 7.75 – 5.25V Dòng điện: 8mA Dải nhiệt độ: - 70oC 3.2 Lắp ráp chạy thử nghiệm Hình 15.13 : Mơ hình thực tế mạch Hình 1.14: Mạch chạy thực tế Kết luận 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 ... thiết kế mạch đếm 10 sản phẩm (sử dụng JK- FF) , hiển thị trạng thái đếm LED có 11 trạng thái, cần sử dụng phần tử JK- FF Ta có đồ hình trạng thái: S0 S1 S2 S3 S4 0000 0001 0 010 0011 0100 S5 0101 S10... dựng thiết bị hồn chỉnh phải có mạch đếm, ghi, nhớ,…trong mạch đếm thơng số hệ thống Và để hiểu rõ mạch đếm chọn đề tài: thiết kế mạch đếm 10 sản phẩm (sử dụng JKFF), hiển thị trạng thái đếm LED. .. ứng dụng nhiều kỹ thuật đời sống xã hội Các ứng dụng mạch số đèn giao thông, đo tốc độ động cơ, đồng hồ số, mạch đếm sản phẩm Mục đích tập đồ án thiết kế mạch đếm 10 sản phẩm (sử dụng JK- FF) ,