Đồng hồ số dùng IC 555

TÊN ĐỀ TÀI: GVHD: TRẦN NGUYÊN BẢO TRÂN SVTH: NGUYEÃN MINH THIEÄN LỚP: MỤC LỤC Nhận xét giáo viên hướng dẫn…………………………………… Lời mở đầu…………………………………………………………… Phần I: Dẫn Nhập………………………………………………………5 Đặt vấn đề Mục đích u cầu Giới hạn đề tài Phần II Cơ sở lý thuyết……………………………………………… Giới thiệu IC sử dụng mạch Phần III: Thiết kế thi công………………………………………… 15 Chương I: Thiết kế mạch Sơ đồ khối Nguyên lý hoạt động khối Sơ đồ nguyên lý Chương II: Thi công mạch Dụng cụ sử dụng Q trình thi cơng Phần IV: Kết luận……………………………………………………… 22 Nhận xét chung Hướng phát triển đề tài NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Chữ ký giáo viên hướng dẫn: LỜI MỞ ĐẦU Với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, đặc biệt ngành điện tử ứng dụng nhiều công nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển, từ cơng nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đem đến kỹ thuật điều khiển đại có nhiều ưu điểm so với việc sử dụng mạch điều khiển lắp ráp linh kiện rời kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ Ngày nay, lĩnh vực điều khiển ứng dụng rộng rãi thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày người máy giặt, đồng hồ báo giờ… giúp cho đời sống cuả ngày đại tiện nghi Đề tài “đồng hồ số” đa dạng phong phú, có nhiều loại hình khác dựa vào công dụng độ phức tạp Do tài liệu tham khảo Tiếng Việt hạn chế, trình độ có hạn kinh nghiệm thực tế non kém, nên đề tài chắn nhiều thiếu sót Vì mong nhận ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân thành thầy bạn sinh viên PHẦN I Dẫn Nhập I Đặt vấn đề Cùng với phát triển khoa học công nghệ, thiết bị điện tử đã, tiếp tục ứng dụng ngày rộng rãi mang lại hiệu hầu hết lĩnh vực khoa học kỹ thuật đời sống xã hội Việc gia công, xử lý tín hiệu điện tử đại dựa sở nguyên lý số Vì thiết bị làm việc dựa sở nguyên lý số có ưu điểm hẳn so với thiết bị làm việc dưạ sở nguyên lý tương tự, đặc biệt kỹ thuật tính tốn Sự phát triển mạnh mẽ công nghệ điện tử cho đời nhiều vi mạch số cỡ lớn với giá thành rẻ khả lập trình cao mang lại thay đổi lớn ngành điện tử Mạch số mức độ khác thâm nhập lĩnh vực điện tử thông dụng chuyên nghiệp cách nhanh chóng Các trường kỹ thuật nơi mạch số thâm nhập mạnh mẽ học sinh, sinh viên ưa chuộng lợi ích tính khả thi Vì hiểu biết sâu sắc kỹ thuật số thiếu sinh viên ngành điện tử Nhu cầu hiểu biết kỹ thuật số không riêng người theo chuyên ngành điện tử mà cịn cán kỹ thuật khác có sử dụng thiết bị điện tử II.Mục đích yêu cấu Sự cần thiết,quan trọng tính khả thi lợi ích mạch số lý để chọn thực đề án “thiết kế mạch đồng hồ số” nhằm ứng dụng kiến thức học kó thuật số vào thực tế III.Giới hạn đề tài Trong phạm vi tập đề án này, người thực thiết kế thi công mạch đồng hồ thể thao gọn, đơn giản PHẦN II Cơ SởLý Thuyết I.Giới thiệu IC sử dụng mạch I.1 IC giải mã 74LS47 a) Đại cương Mạch giải mạch có chức ngược lại với mạch mã hố Mục đích sử dụng phổ biến cũa mạch giải mã làm sáng tỏ đèn để hiển thị kết dạng chữ số Do có nhiều loại đèn hiển thị có nhiều loại mã số khác nên có nhiều mạch giải mã khác nhau, ví dụ: giải mã đường sang 10 đường, giải mã BCD sang thập phân…IC74LS47 loại IC giải mã BCD sang led đoạn Mạch giải mã BCD sang led đoạn mạch giải mã phức tạp mạch phải cho nhiều ngõ lên cao xuống thấp( tuỳ vào loại đèn led anod chung hay catod chung) để làm đèn cần thiết sáng nên số ký tự IC 74LS47 loại IC tác động mức thấp có ngõ cực thu để hở khả nhận dòng đủ cao để thúc trực tiếp đèn led đoạn loại anod chung b) Hình dáng sơ đồ chân Hinh 5:Hình dáng sơ đồ chân IC 74LS47 Chân 1, 2, 6, 7: Chân dử liệu BCD vào Chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15: Các chân tác động mức thấp Chân 8: Chân nối mass Chân 16: Chân nối nguồn Chân 4: Gồm ngõ vào xoá BI để không hay nối lên cao cho hoạt động giải mã bình thường Khi nối BI mức thấp, ngõ tắt bất chấp trạng thái ngõ vào Chân 5: Ngõ vào xố dợn sóng RBI để không hay nối lên cao không dùng để xoá số 0( số trước số có nghĩa hay số thừa bên trái dấu chấm thập phân) Chân 3: Ngõ vào thử đèn LT cao ngõ tắt ngõ xoá dợn sóng RBO thấp Khi ngõ vào BI/RBO để khơng hay nối lên cao ngõ vào LT giữ mức thấp ngõ sáng c) Sơ đồ logic bảng trạng thái Hình 6: Sơ đồ logic IC 74LS47 Sơ đồ cấu trúc IC74LS47, giúp cho muốn tìm hiểu sâu IC giải mã 74LS47 hoạt động giải mã BCD sang led đoạn Sự hoạt động mạch thể bảng thật, ngõ H tắt L sáng, nghĩa 74LS47 thúc đèn led đoạn đoạn a, b, c, d, e, f, g đèn sáng hay tắt tuỳ vào ngõ tương ứng 74LS47 L hay H Hình 7: Bảng trạng thái IC74LS47 Kết mã số nhị phân bit vào có giá trị thập phân từ đến 15 đèn led hiển thị lên số hình bên Chú ý mã số nhị phân vào 1111= 1510 đèn led tắt Hình 8: Các hiển thị IC giải mã 74LS47 I.2 IC LM555 a) Đại cương Vi mạch định LM555 mạch tích hợp Analog- digital Do có ngõ vào tín hiệu tương tự ngõ tín hiệu số Vi mạch định LM555 ứng dụng rộng rãi thực tế, đặc biệt lĩnh vực điều khiển, kết hợp với linh kiện R, C thực nhiều chức như: định thì, tạo xung chuẩn, tạo tín hiệu kích, hay điều khiển linh kiện bán dẫn công suất Transistor, SCR, Triac… b) Hình dáng sơ đồ chân Hình 9: Hình dáng sơ đồ chân IC LM555 Chân 1: Nối mass Chân 2: Trigger Input ( ngõ vào xung nảy) Chân 3: Output ( ngõ ra) Chân 4: Reset (đặt lại) Chân 5: Control Voltage (điện áp điều khiển) Chân 6: Threshold (thềm- ngưỡng) Chân 7: Discharge ( xả điện) Chân 8: Nối Vcc c) Cấu trúc nguyên lý Hình 10: Sơ đồ cấu trúc IC 555 Bên vi mạch 555 có 20 transistor nhiều điện trở thực chức hình 2.2 gồm có: Cầu phân áp gồm điện trở 5k Ω nối từ nguồn +Vcc xuống Mass cho hai điện áp chuẩn 1/3Vcc 2/3Vcc Op-Amp(1) mạch khuếch đại so sánh có ngõ I n- nhận điện áp chuẩn 2/3Vcc, cịn ngõ In+ nối chân Tuỳ thuộc điện áp chân so với điện áp chuẩn 2/3Vcc Op-Amp(1) có điện áp mức High( cao) hay mức Low( thấp) để làm tín hiệu R (Reset), điều khiển Flip-Flop Op-Amp(2) mạch khuếch đại so sánh có ngõ I n+ nhận điện áp chuẩn 1/3Vcc, cịn ngõ In- nối chân Tuỳ thuộc điện áp chân so với điện áp chẩn 1/3Vcc Op-Amp(2) có điện áp mức High hay mức Low để làm tín hiệu S (Set), điều khiển Flip-Flop Mạch Flip – Flop loại mạch lưỡng ổn kích bên Khi chân Set có điện áp cao thi điện áp kích đổi trạng thái Flip-Flop ngõ Q lên _ mức cao ngõ Q xuống mức thấp Khi chân Set mức cao xuống mức thấp mạch Flip-Flop khơng đổi trạng thái Khi chân Reset có điện áp _ cao điện áp kích đổi trạng thái Flip-Flop làm ngõ Q lên mức cao ngõ Q xuống mức thấp Khi ngõ Reset mức cao xuống thấp mạch FlipFlop khơng đổi trạng thái Mạch Output mạch khuếch đại ngõ để tăng độ khuếch đại dòng _ cấp cho tải Đây mạch khuếch đại đảo, có ngõ vào chân Q Flip _ Flop, nên Q mức cao ngõ chân IC có điện áp thấp ( ≈ _ 0V), ngược lại, Q mức thấp ngõ chân IC có điện áp cao ( ≈ Vcc) Transistor T1 có chân E nối vào điện áp chuẩn khoảng 1,4V, loại transistor NPN Khi cực B nối ngồi chân có điện áp cao 1,4V, T1 ngưng dẫn, nên T1 khơng ảnh hưởng tới mạch Khi chân có điện trở trị số nhỏ thích hợp nối mass T1 dẫn bão hoà đồng thời làm mạch Output dẫn bão hoà ngõ mức thấp Chân gọi chân Reset có nghĩa reset IC 555 bất chấp tình trạng ngõ vào khác Do , chân Reset dùng để kết thúc xung sớm cần thiết Nếu khơng dùng chức Reset nối chân lên Vcc để tránh bị Reset nhiễu Transistor T2 transistor có cực C để hở, nối chân Do cực B _ _ phân cực mức điện áp Q F/F, nên Q mức cao T2 bão hoà cực C T2 coi nối mass Lúc đó, ngõ chân mức _ thấp Khi Q mức thấp T2 ngưng dẫn , cực C T2 để hở, lúc đó, ngõ chân có mức điện áp cao Theo nguyên lý trên, cực C T chân làm ngõ phụ thuộc có mức điện áp giống mức điện áp ngõ chân d) Giao tiếp với tải IC 555 giao tiếp với nhiều loại tải khác tuỳ trường hợp loại tải mắc theo hai cách  Tải cấp điện ngõ có điện áp thấp Lúc đó, IC 555 nhận dòng điện tải theo chiều từ nguồn qua tải vào IC Dòng điện tải trường hợp gọi Inhận  Tải cấp điện ngõ có điện ấp cao Lúc đó, IC 555 cấp dòng điện cho tải theo chiều từ nguồn qua IC tải Dòng điện trường hợp gọi Inguồn PHẦN III Thiết Kế VàThi Cơng Chương I THIẾT KẾ MẠCH I SƠ ĐỒ KHỒI Mạch đồng hồ thể thao xây dựng mơ sau: Khối tạo xung Khối đếm Khối giải mã Khối hiển thị Khối tạo xung dùng IC555 Mạch đếm giaây Mạch giải mã BCD Led đoạn loại aond chung Mạch đếm phút Mạch giải mã BCD Led đoạn loại anod chung Mạch đếm Mạch giải mã BCD Led đoạn loại anod chung II NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC KHOÁI II.1 Khối tạo xung Bộ tạo xung thành phần quan trọng hệ thống Đặc biệt đếm, định trạng thái ngõ đếm Có nhiều mạch tạo dao động, thông dụng ta quan tâm đến mạch tạo dao động dùng IC 555 Đây vi mạch định thời chuyên dùng, mắc thành mạch đơn ổn hay phi ổn Sơ đồ chân chức chân  G N D VC C TR G D SC H G O U T TH R R ST C V Chân 1: Nối mass Chân 2: Nhận tín hiệu kích Chân 3: Ngõ tín hiệu Chân 4: Đặt lại trạng thái ban đầu Chân 5: Điện áp điều khiển Chân 6: Điện áp ngưỡng Chân 7: Xả điện LM 555 Chân 8: Cấp nguồn II.3 KHỐI GIẢI MAÕ ( IC74LS47) Mạch giải mã BCD sang led đoạn mạch thúc nên thường gọi mạch giải mã/thúc Giải mã BCD sang led đoạn phức tạp giải mã BCD sang thập phân mạch phải có tổ hợp nhiều ngõ lên cao xuống thấp( tuỳ loại led anod chung hay catod chung) Mạch giải mã thông dụng sử dụng IC 74LS47 Vì có ngõ để hở khả nhận dòng cao để thúc trực tiếp đèn led đoạn loại 16 D VC C anod2 chung D LT F 15 14 G IC 74LS47 thúc đèn led đoạn đoạn a, b, c, d, e, f, g B I/R B O A R BI B 13 đèn 5sẽ sang hay tắt tuỳ ngõ tương ứng IC la H hay L 12 6 Sơ đồ chức chân 11 D C D D G N D E 74LS47 10 Chân 1, 2, 6, 7: Tín hiệu vào Chân 3: Ngõ vào thử đèn Chân 4: Ngõ vào xoá (BI) ngõ dợn sóng Chân 5: Ngõ vào xố dợn sóng Chân 8: Nối mass Chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15: Tín hiêu Chân 16: Nối nguồn  Nguyên lý hoạt động IC 74LS47 IC tác động mức thấp nên ngõ mức tắt mức sáng tương ứng với a, b, c, d, e, f, g led đoạn anod chung trạng thái ngõ tương ứng với số thập phân(các số từ 10 đến 15 khơng dùng tới) Ngõ vào xố BI để không hay nối lên mức cho hoạt động giải mã bình thường Nếu nối lên mức ngõ tắt bất chấp trạng thái ngõ Ngõ vào xố dợn sóng RBI để khơng hay nối lên mức dùng để xoá số ( số thừa phía sau dấu thập phân hay số trước số có nghĩa) Khi RBI ngõ vào D, C, B, A mức ngõ vào LT mức ngõ đểu tắt ngõ vào xóa dợn sóng RBO xuống mức thấp Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức LT mức ngõ B A DP C CA E led7doan D CA F G 10 U3 II.4 KHỐI HIỂN sáng THỊ Một báo thông dụng để hiển thị số thập phân led đoạn Ở loại anod chung( anod đèn nối lên +5V), đoạn sáng ta nối đầu catod đoạn xuống mức thấp thơng qua điện trở để hạn dòng( 180 Ω ≤R≤1k Ω ) III SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ III.1 Sơ đồ mạch đếm V+ V+ V+ DISP6 DISP5 abcdefg LT RBI 12 Q0 Q1 Q2 11 Q3 U11 14 15 10 V7 11 10V 12 +V 13 RBO 74LS247 A3 g A2 f A1 e A0 d c b a LT RBI U13 CP1 114 CP0 MR2 32 MR1 MS2 MS1 74LS90 12 Q0 Q1 Q2 11 Q3 LT RBI RBO U10 CP1 114 CP0 MR2 32 MR1 MS2 MS1 12 Q0 Q1 Q2 11 Q3 74LS90 RBO U4 CP1 114 CP0 MR2 32 MR1 MS2 MS1 74LS90 S2 74LS247 A3 g A2 f A1 e A0 d c b a LT RBI 12 Q0 Q1 Q2 11 Q3 +V LT RBI RBO U1 abcdefg U6 74LS247 A3 g A2 f A1 e A0 d c b a 14 15 10 11 V2 12 10V 13 DISP4 abcdefg U2 14 15 10 V3 11 10V 12 13 +V V+ DISP3 abcdefg U3 +V DISP1 abcdefg 74LS247 A3 g A2 f A1 e A0 d c b a 14 15 10 11 V1 12 10V 13 V+ DISP2 abcdefg U12 74LS247 A3 g A2 f A1 e A0 d c b a V+ U7 14 15 10 V4 11 10V 12 +V 13 RBO 74LS247 A3 g A2 f A1 e A0 d c b a LT RBI 14 15 10 11 V5 12 10V 13 RBO +V V6 CP1 Q1 CP2 Q2 CP1 114 CP0 MR2 32 MR1 MS2 MS1 12 Q0 Q1 Q2 11 Q3 74LS90 U5 CP1 114 CP0 MR2 32 MR1 MS2 MS1 74LS90 S3 12 Q0 Q1 Q2 11 Q3 U8 CP1 114 CP0 MR2 32 MR1 MS2 MS1 74LS90 III.2.Sơ đồ mạch giải mã hiển thò RBI 5 GND 74LS247 RBI 8 VCC LT 16 16 10 150 150 150 150 150 150 150 VCC LT BI/RBO 74LS247 GND RBI A B C D E F G 13 12 11 10 15 14 10 13 12 11 10 15 14 150 150 150 150 150 150 150 A B C D E F G CA CA CA CA BI/RBO A B C D E F G A B C D E F G 8 5 GND 74LS247 BI/RBO RBI VCC LT 16 Q0 Q1 Q2 Q3 GND 74LS247 VCC F0 F1 F2 F3 VCC LT BI/RBO Q0 Q1 Q2 Q3 16 VCC A B C D E F G CA CA A B C D E F G 10 13 12 11 10 15 14 150 150 150 150 150 150 150 A B C D E F G 10 150 150 150 150 150 150 150 13 12 11 10 15 14 A B C D E F G 16 VCC VCC LT VCC E0 E1 E2 E3 RBI 8 CA CA BI/RBO Q0 Q1 Q2 Q3 74LS247 VCC GND VCC D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 A B C D E F G 7 A0 A1 A2 A3 VCC C0 C1 C2 C3 10 RBI Q0 Q1 Q2 Q3 GND 74LS247 B0 B1 B2 B3 VCC LT BI/RBO Q0 Q1 Q2 Q3 16 VCC 13 12 11 10 15 14 150 150 150 150 150 150 150 A B C D E F G CA CA CA CA A B C D E F G 10 150 150 150 150 150 150 150 A B C D E F G 13 12 11 10 15 14 VCC VCC VCC VCC III.3 Nguyên lý hoạt động Về phần tạo xung ta dùng IC 555 mắc theo kiểu phi ổn Theo yêu cầu mạch T= 1s, Khi tụ nạp ngõ chân số IC 555 mức Khi tụ xả ngõ chân số IC mức Xung kích đưa vào chân số 14 IC 74ls90 Ngõ xung (Q0, Q1, Q2, Q3) đưa đến ngõ vào IC giải mã 74LS47 Khi đếm từ chân số 11 bật lên mức tạo xung cho IC thứ họa động Tương tự IC2 tọa xung cho IC3 IC3 tạo xung cho IC4 hoạt động… Khi IC2 đếm từ đến bị reset cấp xung cho IC3 đếm IC3 đếm từ đến chân 11 IC3 bật lên cấp xung cho IC4 đếm Khi IC4 nhận xung kích từ chân số11 IC3 bắt đầu đếm từ đến Khi IC4 đếm đến 6, chân bật lên mức tạo xung cho IC5 IC5 đếm từ đến Chân 11 IC5 tạo xung kích cho IC6 IC6 đếm từ đến 2.Cứ IC (74LS90) kích xung cho tạo thành vòng đếm lặp lại tuần hoàn Chương II THI CƠNG MẠCH I Dụng cụ sử dụng • Đồng hồ VOM • Chì hàn • Các linh kiện • Mạch in • Các linh kiện II Qúa trình thi cơng • Phân tích sơ đồ ngun lý • Tiến hành gia cơng mạch • Lắp rắp kiểm tra hoạt động mạch PHAÀN IV Kết Luận I.NHẬN XÉT CHUNG Đồng hồ thể thao thiết bị ứng dụng nhiều thực tế, có nhiều phương pháp thiết kế thực mạch đồng hồ khác Trong tập đồ án trình bày dạng trình bày số chức đồng hồ mà Do thời gian kinh nghiệm thực tế nên thực nhiều thiếu sót, mong đánh giá quý thầy cô góp ý bạn sinh viên để đề tài hoàn chỉnh TÀI LIỆU THAM KHẢO Kỹ thuật xung_Nguyễn Tấn Phước_NXB Thanh Hoá Linh kiện quang điện tử_Dương Minh Trí_NXB KHKT Kỹ thuật số_Nguynễn Hữu Phương_NXB Thống Kê Vi mạch tạo sóng_Tống Văn On_NXB Giáo Dục ... Về phần tạo xung ta dùng IC 555 mắc theo kiểu phi ổn Theo yêu cầu mạch T= 1s, Khi tụ nạp ngõ chân số IC 555 mức Khi tụ xả ngõ chân số IC mức Xung kích đưa vào chân số 14 IC 74ls90 Ngõ xung (Q0,... vào IC giải mã 74LS47 Khi đếm từ chân số 11 bật lên mức tạo xung cho IC thứ họa động Tương tự IC2 tọa xung cho IC3 IC3 tạo xung cho IC4 hoạt động… Khi IC2 đếm từ đến bị reset cấp xung cho IC3 ... cho IC3 đếm IC3 đếm từ đến chân 11 IC3 bật lên cấp xung cho IC4 đếm Khi IC4 nhận xung kích từ chân số1 1 IC3 bắt đầu đếm từ đến Khi IC4 đếm đến 6, chân bật lên mức tạo xung cho IC5 IC5 đếm từ