TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ BÁO CÁO ĐỒ ÁN THUỘC HỌC PHẦN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TÊN ĐỀ TÀI MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM 000 999 SỬ DỤNG LED HỒNG NGOẠI Đồ án mang tính chất tham khảo Đồ án của sinh viên ĐHCN HN Mạch đếm hay Counter là một mạch tích hợp thực hiện đếm và chứa số lần xảy ra sự kiện hoặc quá trình nào đó, thông thường thì có gắn với xung nhịp clock.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA: ĐIỆN TỬ - BÁO CÁO ĐỒ ÁN THUỘC HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TÊN ĐỀ TÀI: MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM 000-999 SỬ DỤNG LED HỒNG NGOẠI Cán hướng dẫn : Th.S Lê Anh Tuấn Sinh viên thực : Nguyễn Văn Tân Mã sinh viên : 2019603430 Lớp :CNKT ĐT1 – K14 Hà Nội – 2021 Nhận xét giáo viên hướng dẫn Hà Nội, Ngày … Tháng … Năm… Người nhận xét MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG I GIỚI THIỆU .7 1.1 Tổng quan 1.2 Nhiệm vụ đề tài 1.2.1.Yêu cầu 1.2.2 Kết cần đạt 1.2.3 Giới hạn đề tài CHƯƠNG II LÝ THUYẾT .8 2.1 Led đoạn 2.2 IC 4511 2.3 IC 4518 11 2.4 IC 4093 14 2.5 Led hồng ngoại 15 CHƯƠNG III THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG 16 3.1 Yêu cầu thiết kế .16 3.2 Phân tích thiết kế .16 3.2.1 Phương án 17 3.2.2 Phương án 17 3.3 Chức khối .17 3.4 Nguyên lý hoạt động .18 3.5 Mạch mô proteus 18 3.6 Sơ đồ nguyên lý .19 3.7 Mạch in 19 3.8 Mạch thực tế 19 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ THỰC HIỆN 21 4.1 Kết đạt .21 4.2 Kết test mạch 22 4.3 Đánh giá 22 4.3.1 Những mặt hạn chế .22 4.3.2 Hướng phát triển đề tài 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 PHỤ LỤC 24 DANH MỤC HÌNH Ả Hình 2.1 Sơ đồ logic Led đoạn .8 Hình 2.2 Cấu tạo led anot catot Hình 2.3 Sơ đồ chân led đoạn Hình 2.4 Hình ảnh thực tế led đoạn Hình 2.5 Sơ đồ chân IC 4511 10 Hình 2.6 Hình ảnh thực tế IC 4511 11 Hình 2.7 Cấu tạo IC 4518 11 Hình 2.8 Sơ đồ chân IC 4518 12 Hình 2.9 Hình ảnh thực tế IC 4518 .13 Hình 2.10 Sơ đồ cấu trúc IC 4093 14 Hình 2.11 Hình ảnh thực tết IC 4093 15 Hình 2.12 Hình ảnh led hồng ngoại thu-phát 15 YHình 4.1 Kết test mạch lần 20 Hình Kết test mạch lần 20 DANH MỤC BẢNG Bảng Giá trị led đoạn Bảng 2.2 Bảng chân lý IC 4511 .10 Bảng Bảng chân lý IC 4518 .12 Bảng 2.4 Bảng chân lý IC 4093 14 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án em thực hiện, số liệu kết nghiên cứu đề tài trung thực Mọi giúp đỡ cho báo cáo cảm ơn thơng tin trích dẫn báo cáo ghi nguồn gốc rõ ràng Nếu lời cam đoan khơng em xin chịu tồn trách nhiệm Hà Nội, tháng năm Sinh viên thực Nguyễn Văn Tân LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài đồ án này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Lê Anh Tuấn hướng dẫn cho em kiến thức, kỹ cần có để hồn thành đề tài nghiên cứu Tuy nhiên trình nghiên cứu đề tài, kiến thức chuyên ngành hạn chế nên em nhiều thiếu sót tìm hiểu, đánh giá trình bày đề tài Rất mong nhận quan tâm, góp ý thầy để đề tài em đầy đủ hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn CHƯƠNG I GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan Xã hội ngày phát triển, khoa học kĩ thuật nói chung ngành Điện tử Truyền thơng nói riêng ngày ứng dụng hầu hết lĩnh vực sống, mà đặc biệt sản xuất Trong dịch vụ vận chuyển hay kiểm tra hàng hóa, khơng thể tránh khỏi nhầm lẫn, thừa thiếu số lượng Ứng dụng kiến thức học vào thực tiễn em đưa đề tài "Thiết kế mạch đếm sản phẩm (000-999) sử dụng led hồng ngoại" 1.2 Nhiệm vụ đề tài 1.2.1.Yêu cầu: Thiết kế vận hành mạch đếm sản phẩm số sử dụng led hồng ngoại IC số 1.2.2 Kết cần đạt: Mạch đếm hoạt động bình thường, khơng đếm lỗi, cảm biến hồng ngoại phải nhạy, nút nhấn reset phải hoạt động, mạch hoạt động tốt vùng từ 5-12 1.2.3 Giới hạn đề tài: Chỉ nghiên cứu dựa kiến thức học, kết hợp tự tìm hiểu, đề tài khơng ứng dụng trực tiếp vào công nghiệp Với giới hạn đề tài phạm vi kiến thực tích lũy nên phạm vi nghiên cứu tập trung vào vấn đề cần nghiên cứu là: Nội dung 1: Tìm hiểu chức ứng dụng IC IC 4518, IC 4511, IC 4093 Nội dung 2: Tìm hiểu ứng dụng led hồng ngoại, led Nội dung 3: Tìm hiểu phần mềm mô thiết kế mạch Proteus, Altium Designer Nội dung 4: Thiết kế mạch đếm sản phẩm số (000-999) lắp ráp sản phẩm thực tế CHƯƠNG II LÝ THUYẾT Giới thiệu linh kiện sử dụng mạch 2.1 Led đoạn Đây lọai đèn dùng hiển thị số từ đến 9, đèn gồm đọan a, b, c, d, e, f, g, bên đoạn led (đèn nhỏ) nhóm led mắc song song (đèn lớn).Qui ước đoạn cho bởi: Khi tổ hợp đoạn sáng tạo số thập phân từ -9 Hình 2.1 Sơ đồ logic Led đoạn Hình 2.2 Cấu tạo led anot catot Đối với led đoạn, ta phải tính tốn cho đoạn led có dịng điện từ 10-20mA Với điện áp khoảng 5V điện trở cần dùng 270Ω - 330 Ω cơng suất 1,4 W Hình 2.8 Sơ đồ chân IC 4518 Chức chân Chân 1,9: Cấp xung (clock) Chân 3,4,5,6,14,13,12,11: Đầu vào đếm BCD (thường sử dụng với IC giải mã) Chân 16: Chân nguồn Chân 8: Chân nối đất Chân 7,15: chân reset Chân 2,10: Các chân kích hoạt Bảng Bảng chân lý IC 4518 12 Hình 2.9 Hình ảnh thực tế IC 4518 Tính thông số kỹ thuật CD4518: Các loại điện áp cao (Định mức 20V) Hoạt động tốc độ trung bình Tần số xung nhịp điển hình 6MHz 10V Kích hoạt sườn dương âm Định mức tham số 5V, 10V 15V Dịng đầu vào tối đa 1µA 18V phạm vi nhiệt độ đầy đủ Ứng dụng: Đếm đồng nhiều tầng Đếm Ripple nhiều tầng Bộ phân tần 13 2.4 IC 4093 IC 4093 bao gồm bốn mạch kích hoạt Schmitt Mỗi mạch hoạt động cổng NAND đầu vào với Schmitt-trigger hoạt động hai đầu vào Cổng chuyển đổi điểm khác cho tín hiệu tích cực tiêu cực Sự khác biệt điện áp dương (VT+) điện áp âm (VT-) làđược định nghĩa điện áp trễ (Vh).Tất đầu có nguồn dịng chìm dịng điệndạng sang ổ đầu B-series tiêu chuẩn Cấu tạo Hình 2.10 Sơ đồ cấu trúc IC 4093 IC 4093 sử dụng phổ biến để chuyển đổi tín hiệu chống nhiễu cho mạch Bảng 2.4 Bảng chân lý IC 4093 Ứng dụng Đa sóng đơn / linh hoạt Bộ tạo sóng xung Thực logic NAND 14 Hình 2.11 Hình ảnh thực tết IC 4093 2.5 Led hồng ngoại LED hồng ngoại loại bóng LED thu phát ánh sáng hồng ngoại Đây loại ánh sáng khơng thể nhìn thấy mắt thường Hình 2.12 Hình ảnh led hồng ngoại thu-phát Nguyên lý hoạt động LED hồng ngoại Một đèn LED phát hồng ngoại, giống tất đèn LED, loại diode, chất bán dẫn đơn giản Điốt thiết kế cho dịng điện chạy theo hướng Khi dòng điện chạy, electron rơi từ phần diode vào lỗ phần khác Để rơi vào lỗ này, electron phải làm lượng dạng photon tạo ánh sáng Bước sóng màu sắc ánh sáng tạo phụ thuộc vào vật liệu sử dụng diode Đèn LED phát hồng ngoại sử dụng vật liệu tạo ánh sáng phần hồng ngoại quang phổ, tức là, mắt người nhìn thấy Ứng dụng LED hồng ngoại – Một nhiều đèn LED bên điều khiển từ xa truyền xung ánh sáng hồng ngoại nhanh đến máy thu TV - Ánh sáng hồng ngoại sử dụng để truyền liệu thiết bị điện tử 15 CHƯƠNG III THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG 3.1 Yêu cầu thiết kế Mạch hoạt động tốt, không đếm lỗi, hoạt động dải 5-9V Có chức reset lại đếm Tín hiệu hồng ngoại phải hoạt động ổn định khơng xảy trường hợp lúc phát lúc khơng Có thể điều chỉnh độ nhạy phát- thu hồng ngoại Mạch thiết kế gọn gàng, linh kiện xếp phải thẳng hàng, hạn chế dây jumper, mối hàn đẹp, chắn, kích thước mạch dao động từ 60mm x130mm 70mmx140mm 3.2 Phân tích thiết kế 3.2.1 Phương án Sơ đồ khối tổng quát: Sử dụng thêm IC tạo dao động tần số cao khoảng 30khz-40khz led phát hồng ngoại phát xa,bộ thu nhận tín hiệu hồng ngoại Khi có vật chắn qua tia hồng ngoại ,lúc khối thu mức logic làm cho khối thu nhận tín hiệu đưa xung vào khối đêm sau khối đếm thực giải mã BCD đưa khối hiển thị Ưu điểm: Dễ thiết kế, đáp ứng tiêu chí mạch thiết kế gọn gàng Khuyết điểm Khơng có chức reset đếm, hoạt động dải điện áp khơng cao khơng có nguồn Khơng thể đếm có vật chắn qua tia hồng ngoại 16 17 3.2.2 Phương án Sơ đồ khối tổng quát Khối nguồn Khối cảm biến Khối đếm Khối hiển thị Khối reset Ưu điểm: Đảm bảo tất yêu cầu tính đề Khuyết điểm: - Nhiều linh kiện, mạch phức tạp - Không thể đếm có vật chắn qua tia hồng ngoại Từ tất phân tích trên, chọn phương án phương án phù hợp 3.3 Chức khối: Khối nguồn: Cấp nguồn hoạt động cho mạch Khối cảm biến: Sử dụng led hồng ngoại thu-phát, phát vật thể gửi tín hiệu đến khối đếm Khối đếm: Thực đếm lên IC số có tín hiệu chuyển vào chân CLK Khối hiển thị: Hiển thị kết đếm led đoạn thông qua IC số nối với khối đếm Khối reset: Thực đưa đếm trở cách kích hoạt vào chân MR (Master reset) khối đếm 3.4 Nguyên lý hoạt động Nếu có sản phẩm qua che tín hiệu hồng ngoại từ led phát đến led thu, khối cảm biến cho xung clock cấp vào chân số IC 4518 Sau IC 4518 đếm lên đơn vị BCD, số BCD xuất từ chân 3, 4, 5,6 tương ứng Q0, Q1, Q2, Q3 đến D1, D2, D3, D4 IC 4511 IC 4511 giải mã BCD sang hệ số thập phân xuất chân a, b, c, d, e, f, g led đoạn 18 3.5 Mạch mô proteus 3.6 Sơ đồ nguyên lý 3.7 Mạch in 19 3.8 Mạch thực tế 20 21 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ THỰC HIỆN 4.1 Kết đạt Thiết kế mơ hình, hồn thành phần thiết kế mạch đề tài mơ hình hoạt động Vận dụng kiến thức điện tử số để thiết kế mô hình Sử dụng kiến thức phần mềm proteus, Altium để mô vẽ mạch in Lắp ráp mạch theo yêu cầu đảm bảo tính kỹ thuật tính thẩm mỹ 4.2 Kết test mạch Hình 4.1 Kết test mạch lần Hình 4.2 Kết test mạch lần 22 4.3 Đánh giá 4.3.1 Những mặt hạn chế Mạch đơn giản, cần cải tiến thêm muốn ứng dụng vào sống 4.3.2 Hướng phát triển đề tài Mạch đếm thông dụng khối ngành kĩ thuật dần sử dụng nhiều đời sống Có phát triển, cải tiến, lắp ráp thêm loại cảm biến điện tử để làm mạch trở lên hiệu thiết thực ngành công nghiệp 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO GIÁO TRÌNH THAM KHẢO [1] Nguyễn Thị Thu Hà, Giáo trình Điện tử số, NXB KH&KT, 2013 [2] Đỗ Xuân Thụ, Kỹ thuật điện tử, NXB Giáo dục, 2006 [3] Lê Ngọc Bích – Phạm Quang Huy, CAD Điện – Điện tử, NXB Bách Khoa Hà Nội [4] Hồ Văn Sung, Linh kiên bán dẫn vi mạch, NXB Giáo dục Việt Nam, 2011 TRANG WEB THAM KHẢO https://blog.mecsu.vn/ic-cd4511-bo-giai-ma-so-bcd-hien-thi-tren-led-7-doan https://dientutuonglai.com/ic-cd4518-dip16.html https://dientutuonglai.com/ic-cd4093be-dip14.html http://arduino.vn/bai-viet/298-tong-quan-ve-cach-lam-mach-bang-phuong-phap-ui-thucong 24 PHỤ LỤC Bảng tra cứu điện trở KẾ HOẠCH LÀM VIỆC Danh sách linh kiện 25 26 ... vận hành mạch đếm sản phẩm số sử dụng led hồng ngoại IC số 1.2.2 Kết cần đạt: Mạch đếm hoạt động bình thường, khơng đếm lỗi, cảm biến hồng ngoại phải nhạy, nút nhấn reset phải hoạt động, mạch hoạt... phần mềm mơ thiết kế mạch Proteus, Altium Designer Nội dung 4: Thiết kế mạch đếm sản phẩm số (000-999) lắp ráp sản phẩm thực tế CHƯƠNG II LÝ THUYẾT Giới thiệu linh kiện sử dụng mạch 2.1 Led đoạn... mô vẽ mạch in Lắp ráp mạch theo yêu cầu đảm bảo tính kỹ thuật tính thẩm mỹ 4.2 Kết test mạch Hình 4.1 Kết test mạch lần Hình 4.2 Kết test mạch lần 22 4.3 Đánh giá 4.3.1 Những mặt hạn chế Mạch