BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐỀ TÀI Thiết kế mạch đếm sản phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ KHOA TỰ ĐỘNG HÓA BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐỀ TÀI: Thiết kế mạch đếm sản phẩm MỤC LỤC A.LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU LINH KIỆN 1.1 IC đếm 74LS192 1.1.1 Chức .4 1.1.2 Thông số hoạt động 1.1.3 Chức chân 1.1.4 Chế độ hoạt động 1.1.5 Sơ đồ lôgic .7 1.2 Led đoạn 1.2.1 Cấu tạo 1.2.2 Bảng trạng thái 1.3 IC giải mã led 74LS247 1.3.1 Chức chân 1.3.2 Bảng trạng thái .9 1.4 IC 4093 .11 1.4.1 Chức 11 1.4.2 Các chân IC4093 .11 1.5 IC 7805 .11 1.6 Các linh kiện khác 12 1.6.1 Điện trở .12 1.6.2 Biến trở 12 1.6.3 Tụ điện 13 1.6.4 Led đơn, Led thu – phát hồng ngoại 13 CHƯƠNG : CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 14 2.1 Cấu trúc 14 2.2 Nguyên lý hoạt động 15 2.2.1 Khối nguồn 15 2.2.2 Khối cảm biến .16 2.2.3 Khối đếm 16 2.2.4 Khối giải mã hiển thị led 17 2.3 Thiết kế mạch đếm sản phẩm đếm đến 20 sản phẩm 17 C KẾT LUẬN .19 D Tài liệu tham khảo 20 A.LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà kỹ thuật số đóng vai trị quan trọng lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin Do phải nắm bắt kiến thức để bận dụng cách hiệu góp phần vào phát triển khoa học kỹ thuật Trong hầu hết lĩnh vực sản xuất tự động hóa , khâu đơn giản đếm số lượng sản phẩm tạo từ dây chuyền sản xuất Tuy nhiên thực tế việc đếm số sản phẩm sử dụng nhân cơng điều khơng đảm bảo độ xác Chính nhóm chúng em chọn đề tài : “Thiết kế mạch đếm sản phẩm sử dụng IC số ” gần gũi với thực tế Do kiến thức chúng em cịn nhiều mặt hàn chế , nên việc hồn thành đề tài khơng tránh khỏi sai sót Chúng em mong nhận góp ý Thầy để đề tài ngày hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Tóm tắt đề tài: Đề tài gồm hai phần phận đếm cảm biến hồng ngoại Bộ cảm biến gồm hai led thu-phát Led hồng ngoại phát ánh sáng hồng ngoại mục đích để chống nhiễu so với loại ánh sáng khác, phần thu led thu để thu ánh sáng hồng ngoại Bộ phận đếm nhóm chúng em sử dụng IC đếm 74LS192 có tác dụng nhận tín hiệu có sản phẩm qua từ cảm biến đếm lên đơn vị , sau hiển thị thơng qua led B NỘI DUNG CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU LINH KIỆN 1.1 IC đếm 74LS192 1.1.1 Chức 74HC192 vi mạch đếm mod 10 thông dụng sử dụng nhiều thực tế, chế tạo cơng nghệ tiết kiệm điện năng, đếm tiến, đếm lùi, đếm có liệu vào có chức reset… 1.1.2 Đếm lên mặc định từ 0-9 Đếm xuống mặc định từ 9-0 IC đếm BCD Đếm lên đếm xuống theo giá trị mặc định (đặt trước ) Thông số hoạt động Thơng số Nguồn cung cấp Dịng điện lớn nhát chịu Tần số lớn chịu Tần số làm việc lớn Nhiệt độ tới hạn 1.1.3 Chức chân Giá trị 2-6 (V) Imax =4µA 54MHz với thời gian làm việc 0ns đến 500ns 54uHz -40oC đến +85oC Hình 1.1 IC 74LS192 Chân Tên chân Chức GND Hai chân cấp nguồn cho IC Chân nối đất, chân 16 nối nguồn 5V 16 VCC 15 P0 P1 10 P2 P3 Q0 Q1 Q2 Q3 11 PL – Parallel load chân điều khiển cho IC làm việc đầu tích cực thấp ( PL ) nghĩa PL=0 ngõ vào truyền song song sang ngõ : giá trị D0 D1 D2 D3 chuyển sang Q0, Q1, Q2, Q3 CPD (Clock Pulse Down) chân đếm ngược (đếm xuống ) CPU (Clock Pulse Up) chân đếm thuận (đếm lên) 12 TCU chân chuyển tiếp dùng cho đếm thuận kết nối nối tiếp IC đếm với 13 TCD chân chuyển tiếp đếm ngược kết nối IC đếm với 14 (MR – master reset ) có tác động xóa giá trị ngõ hay đưa giá trị ngõ 0, để IC đếm ta nối chân xuống đất chân đầu vào ứng với số nhị phân bit : P0 LSB, P3 MSB chân đầu ứng với bít nhị phân Q0 LSB, Q3 MSB 1.1.4 Chế độ hoạt động Hình 1.2 Bảng trạng thái hoạt động 74LS192 -Khi PL=1 (H), MR=0(L)  Mạch đếm lên cấp xung vào chân Cpu CPD= - Khi PL=1 (H), MR=0 (L) Mạch đếm xuống cấp xung vào chân CPD Cpu=1 -Khi PL=0 (L), MR=0(L)  Ngõ giá trị đặt trước ngõ vào ( theo mong muốn ) -Khi MR=1 (H) , chân lại tùy ý ngõ bị xóa 1.1.5 Sơ đồ lơgic Hình Sơ đồ Logic 1.2 Led đoạn 1.2.1 Cấu tạo Đây lọai đèn dùng hiển thị số từ đến 9, đèn gồm đọan a, b, c, d, e, f, g, bên đọan led (đèn nhỏ) nhóm led mắc song song (đèn lớn).Qui ước đọan cho bởi: Khi tổ hợp đọan cháy sáng tạo số thập phân từ - 1.2.2 Bảng trạng thái Hình 1.2 Bảng trạng thái led 1.3 IC giải mã led 74LS247 Vi mạch giải mã đoạn 74LS247 loại IC có 16 chân dùng để giải mã từ BCD sang mã đoạn để hiển thị led đoạn 1.3.1 Chức chân Hình 1.3 Sơ đồ chân 74LS247 Các chân 1,2,6,7 : ngõ vào tín hiệu BCD + Chân số Lamptest : dùng để kiểm tra đoạn LED ngõ IC + Chân số Blank out : Chân cho phép đầu + Chân số Blank in : chân cho phép loại bỏ số không mong muốn hiển thị + Chân 9,10,11,12,13,14,15 : ngõ nối với led + Chân số 16 cung cấp nguồn cho IC 1.3.2 Bảng trạng thái Hình 1.3 Bảng trạng thái 74LS247 1.3.3 Sơ đồ logic 74LS247 Hình 1.3 Sơ đồ Logic 10 1.4 IC 4093 1.4.1 Chức Là IC 4093 IC schmit trigger, có cấu tạo gịm cổng NAND Khác với IC NAND thông thường , điện áp vào tới ngưỡng thay đổi trạng thái ngõ cổng NAND, IC có tác dùng đùng để khử nhiễu điện áp cấp giúp cho đầu cổng NAND ổn định 1.4.2 Các chân IC4093 Hình 1.4.1 Sơ đồ - chân IC4093 Các chân 1,2,3 chân vào chân cổng NAND thứ Các chân 4,5,6 chân vào chân cổng NAND thứ Các chân 8,9,10 chân vào chân cổng NAND thứ hai Các chân 11,12,13 chân vào chân cổng NAND thứ ba Chân nối GND Chân 14 nối Vcc *Bảng trạng thái : 1.5 IC 7805 Là IC tạo nguồn ổn định 5V đầu 11 1.6 Các linh kiện khác 1.6.1 Điện trở Hình 1.5 Điện trở Điện trở đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dịng điện vật thể dẫn điện Nó định nghĩa tỉ số hiệu điện hai đầu vật thể với cường độ dịng điện qua R= U I Trong đó: U : hiệu điện hai đầu vật dẫn điện, đo vôn (V) I : cường độ dòng điện qua vật dẫn điện, đo ampe (A) R : điện trở vật dẫn điện, đo Ohm (Ω) Ứng dụng: Điện trở dùng để chế tạo địch mức điện áp hai điểm khác mạch 1.5.2 Biến trở Hình 1.5 Biến trở Gồm có cực bên có phận xoay làm thay đổi giá trị điện trở 12 1.5.3 Tụ điện Hình 1.5 Tụ điện Tụ điện phẳng gồm hai bàn phẳng kim loại diện tích đặt song song cách khoảng d Chức - Tụ điện có khả năng cho phép dòng điện áp xoay chiều qua, đồng thời ngăn điện áp chiều lại Vì chúng được dùng để truyền tín hiệu tầng khuếch đại có sự chênh lệch điện áp - Với điện xoay chiều tụ dẫn điện cịn với điện chiều tụ lại trở thành tụ lọc   1.5.4 Led đơn, Led thu – phát hồng ngoại * Led phát Hình 1.5 led phát L Ehồng D ngoại LED phát hồng ngoại chất giống diode phát quang thơng thường Tuy nhiên chúng có khác biệt bước sóng phát khơng nằm vùng ánh sáng nhìn thấy Chính lý mà mắt thường khó quan sát LED phát hồng ngoại phát ánh sáng Dựa vào tính chất nằm ngồi dải ánh sáng nhìn thấy nên chúng bị nhiễu ánh sáng thơng thường *Led thu : loại led nhận sóng hồng ngoại phát từ led phát 13 Hình 1.5 led thu hồng ngoại Led thu - phát hồng ngoại ứng dụng nhiều camera hồng ngoại, điều khiển từ xa thiết bị điện tử dân dụng , cảm biến phát sản phẩm dây chuyền sản xuất, cảm biến dò đường robot….nhìn tổng quan lại sản phẩm đèn LED sử dụng nhiều để phát loại tia hồng ngoại cảm biến CHƯƠNG : CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 14 2.1 Cấu trúc KHỐI CẢM BIẾN KHỐI ĐẾM KHỐI GIẢI MÃ KHỐI HIỂN THỊ KHỐI NGUỒN Khối cảm biến : tạo tín hiệu có sản phẩm qua Khối đếm: Nhận xung clock từ khối tạo xung tiến hành trình đếm, đồng thời xuất giá trị mã BCD chuyển đến khối giải mã Khối giải mã: Nhận giá trị BCD từ khối đếm chuyển đổi thành giá trị LED đoạn chuyển đến khối hiển thị Khổi hiển thị: Nhận giá trị chuyển đổi từ khối giải mã hiển thị Khối nguồn : Tạo nguồn 5V ổn định cho IC hoạt động 2.2 Nguyên lý hoạt động 2.2.1 Khối nguồn Hình Mạch nguồn Nguyên lý : Tụ C1 C2 để lọc điện áp đầu vào cấp cho chân Vi IC 7805, tụ C1 có dụng cung cấp điện áp tạm thời cho chân Vi nguồn đột ngột bị sụt áp, tụ C2 tụ gốm nên trở kháng lớn, C2 có tác dụng ngăn nguồn đầu vào tăng áp đột ngột làm dạng sóng điện áp đầu vào có hình cưa      Tụ C3 C4 để lọc điện áp cấp cho tải tiêu thụ lấy từ chân Vo IC 7805, tụ C3 có dụng cung cấp điện áp tạm thời cho tải điện áp tải đột ngột bị sụt áp, tụ C4 trở 15 kháng lớn, C4 có tác dụng lọc nhiễu điện áp đầu (nhiễu điện áp không mong muốn làm cho dạng sóng điện áp ngõ có hình cưa) 2.2.2 Khối cảm biến U4:A D1 IR 2 RV1 10k IR T R16 330 78% 4093 D2 D3 LED-YELLOW Hình 2 Sơ đồ khối cảm biến dùng IC 4093 Nguyên lý : Khi cung cấp nguồn cho mạch hoạt động led phát phát tia hồng ngoại đến led thu , led thu dẫn : Các chân ,2 nối chung với với mục đích có chung mức logic, - Khi led thu dẫn cung cấp điện áp vào chân số 1,2 IC LM358 khoảng V Khi mức logic hai chân số , (do nối Vcc) dẫn đến đầu nhận mức logic -Khi có vật cản chắn ngang led phát led thu , tia hồng ngoại không truyền đến led thu, led thu khơng dẫn , điện áp chân số 1,2 0V tức mức logic thấp đầu đẩy lên mức cao Đầu IC 4093 chuyển từ mức cao lên mức thấp cách liên tục có sản phẩm qua theo thời gian gần giống tín hiệu xung CLOCK Tín hiệu truyền đến chân số (CPU ) IC đếm 74192 16 2.2.3 Khối đếm Nguyên lý : Khối đếm gồm hai IC đếm 74192 ghép với Một IC đếm hàng đơn vị hàng chục ghép với từ chân TCU IC thứ đến chấn CPU IC thứ hai Hình Khối đếm Tín hiệu từ mạch cảm biến cung cấp đến chân CPU (chân số 5) IC 74192 Khi IC bắt đầu đếm , sản phẩm qua mức logic nhảy từ thấp lên cao làm cho IC 74192 đếm lên đơn vị Các chân CPD (DN) hai IC nối lên mức cao để IC đếm lên Đầu IC số BCD 2.2.4 Khối giải mã hiển thị led Đầu IC đếm số BCD muốn hiển thị ta cần phải sử dụng IC 74247 để giải mã BCD led để hiển thị led 17 GIAI MA A B C D BI/RBO RBI LT QA QB QC QD QE QF QG 13 led0 12 led1 11 led2 10 led3 led4 15 led5 14 led6 led7 led8 led9 led10 led11 led12 led13 74LS247 GIAI MA A B C D BI/RBO RBI LT QA QB QC QD QE QF QG 13 12 11 10 15 14 led7 led8 led9 led10 led11 led12 led13 led0 led1 led2 led3 led4 led5 led6 CHUC DON VI 74LS247 Hình Khối giải mã hiển thị 2.3 Thiết kế mạch đếm sản phẩm đếm đến 20 sản phẩm *Nguyên lý : - Số đặt trước : 0000 0000 - Khi mạch đếm từ 00 đến 20 chân PL=1 (theo nguyên lý hoạt động IC 74192) Tại số 21 chân PL= mạch đếm quay lại đếm từ số - Ta thiết kế điều khiển cho chân PL theo trạng thái đầu đếm đến số 21 Ta có bảng trạng thái số đếm 21 : Hàng chục Q3c Q2c Q1c Q0c 0 Trong Q3c,Q2c,Q1c,Q0c IC hàng chục Q3 PL =Q c Q0 *Sơ đồ mạch : Chân PL đầu U1 NAND Q3,Q2,Q1,Q0 IC hàng đơn vị Từ bảng trạng thái ta có : Hàng đơn vị Q2 Q1 Q0 0 DEM1(UP) 15 10 đầu DEM1 11 14 D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 UP DN PL MR TCU TCD 12 13 74LS192 15 10 11 14 DEM2 D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 UP DN PL MR TCU TCD 74LS192 12 13 18 Hình Mạch đếm 20 sản phẩm C KẾT LUẬN Nhận xét chung 19 Mạch đếm sản phẩm vào dùng hồng ngoại mạch có nhiều ứng dụng thực tế đặc biệt xí nghiệp- công ty,…Mạch đếm số sản phẩm (với số lượng định) thể thị led đoạn giúp đếm xác số sản phẩm khâu định Chức : Mạch đếm sản phẩm số hiển thị đến 99 Mạch sử dụng để đếm số sản phẩm đóng gói vào thùng ,…… Hướng phát triển đề tài: Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật việc thiết kế mạch sử dụng nhiều IC không coi tối ưu Mạch trở nên rườm rà tốn nhiều thời gian, tuổi thọ sử dụng mạch ngắn , có nhiều sai sót dễ hưng hỏng Chính hướng phát triển đề tài thay sử dụng IC đếm , thay vi xử lý, vi điều khiển để tốc độ đáp ứng nhanh Ngồi thiết kế để có thêm khả linh hoạt việc lựa chọn số đếm , ghép thêm IC đếm với nguyên lý tương tự hai IC để nâng cao số đếm lên 999,9999,……… D Tài liệu tham khảo 1:https://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=Datasheet %2074ls192&gclid=CjwKCAjwq5-WBhB7EiwAl20 ... 12 13 18 Hình Mạch đếm 20 sản phẩm C KẾT LUẬN Nhận xét chung 19 Mạch đếm sản phẩm vào dùng hồng ngoại mạch có nhiều ứng dụng thực tế đặc biệt xí nghiệp- công ty,? ?Mạch đếm số sản phẩm (với số lượng... 2.3 Thiết kế mạch đếm sản phẩm đếm đến 20 sản phẩm *Nguyên lý : - Số đặt trước : 0000 0000 - Khi mạch đếm từ 00 đến 20 chân PL=1 (theo nguyên lý hoạt động IC 74192) Tại số 21 chân PL= mạch đếm. .. thể thị led đoạn giúp đếm xác số sản phẩm khâu định Chức : Mạch đếm sản phẩm số hiển thị đến 99 Mạch sử dụng để đếm số sản phẩm đóng gói vào thùng ,…… Hướng phát triển đề tài: Ngày với phát triển