ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH ĐO VÀ HIỂN THỊ TỐC ĐỘ ĐỒ ÁN MÔN HỌC VI MẠCH TƯƠNG TỰ VI MẠCH SỐ.docx

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH ĐO VÀ HIỂN THỊ TỐC ĐỘ ĐỒ ÁN MÔN HỌC VI MẠCH TƯƠNG TỰ VI MẠCH SỐ.docx TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ( ĐỒ ÁN MÔN HỌC VI MẠCH TƯƠNG TỰ VI MẠCH SỐ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH ĐO VÀ HIỂN THỊ TỐC ĐỘ ( Sử dụng Encoder 1xungvòng, hiển thị tốc độ đo được trên Led 7 th.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN - - ĐỒ ÁN MÔN HỌC VI MẠCH TƯƠNG TỰ & VI MẠCH SỐ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐO VÀ HIỂN THỊ TỐC ĐỘ ( Sử dụng Encoder 1xung/vòng, hiển thị tốc độ đo Led thanh) Giảng viên hướng dẫn: Nhóm thực hiện: Nhóm Danh sách sinh viên nhóm: NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Giáo viên hướng dẫn Thầy ……… MỤC LỤC Lời mở đầu………………………………………………………………………5 Chương 1: Tìm hiểu chung mạch số đếm BCD , giải mã cho led có ca-tot chung led …………………………………………………………………………… I Mạch số Khái quát……………………………………………………………6 1.1 Cách chuyển đổi số hệ đếm ……………………6 Bộ mã hóa giải mã……………………………………………7 2.2.1Bộ mã hóa nhị - thập phân ( mã hóa BCD)……………… 2.2.2Bộ giải mã nhị - thập phân ( giải mã BCD)……………… 2.2.3 giải mã cho led mã nhị thập phân (bộ giải mã BCD ) cho led có ca-tot chung …………………………………….8 2.2.4 led ………………………………………………….9 Chương 2: Thiết kế mạch đo hiển thị tốc độ……………………………… I II III Sơ đồ khối………………………………………………………… 12 Hoạt động khối Khối tạo xung……………………………………………………… 1.1 Khối tạo xung mở cổng………………………………… 13 1.2 Khối reset…………………………………………………16 1.3 Khối động Encodor…………………………… …16 1.4 Khối cổng…………………………………………… …17 Khối đếm ( IC 74LS190)………………………………… ……17 Khối giải mã ( IC 74HC4511)………………………………….18 Chia tần IC 4017………………………………………….…….19 Khối hiển thị………………………………………………….…20 Nguyên lý Nguyên lý làm việc……………………………………… ……21 Tính tốn thơng số…………………………………………… 21 Chương 3: Xây dựng chương trình mơ phỏng…………………………….21 Chọn thiết bị Mạch proteus……………………………………………………… Kết luận………………………………………………………………………24 Lời mở đầu Trong thời đại ngày nay, việc tự động hóa trình sản xuất ứng dụng mang ý nghĩa to lớn, nói ngành kỹ thuật điện điện tử ngành đánh giá phát triển cơng nghiệp giới nói chung quốc gia nói riêng Sự tự động hóa sản xuất làm tăng suất, giảm giá thành, nâng cao chất lượng sản phẩm tiếp cận thâu tóm thị trường Những số mục tiêu mà doanh nghiệp muốn hướng đến cải thiện Vì tầm quan trọng to lớn nên sinh viên chuyên ngành điện, phải trau dồi kiến thức cho để có tảng phát huy tính sang tạo sau phát triển đất nước Động thiết bị phổ biến, sử dụng rộng rãi lĩnh vực, việc đo tốc độ động vơ quan trọng để tính tốn sử dụng động Sau thời gian làm việc, nghiên cứu, tham khảo chúng em hoàn thành đề tài ĐO TỐC ĐỘ BẰNG ENCODER sở lý thuyết Chúng em chân thành cảm ơn đến thầy: Th.s Nguyễn Văn Vinh giảng dạy chúng em kiến thức bổ ích môn “Vi mạch tương tự vi mạch số’’ Tuy lượng kiến thức có hạn , thời gian ngắn nên đề tài nhóm em cịn nhiều thiếu sót, kính mong thầy giúp đỡ thêm Chúng em xin chân thành cảm ơn! Chương Tìm hiểu chung mạch số, Bộ đếm BCD, giải mã cho LED có Ca-tot chung led I MẠCH SỐ Khái quát Trong sống tốn học có hệ đếm : hệ đếm thập phân (hệ đếm 10),hệ đếm nhị phân (hệ đếm 2),hệ đếm thập lục phân(hệ đếm 16)và hệ đếm bát phân (hệ đếm 8) - Hệ đếm thập phân sử dụng 10 chữ số từ đến thường sử dụng toán học đời sống , ký hiệu hệ đếm D(decimal) - Hệ đếm nhị phân sử dụng chữ số ,thể khơng có có cịn mạch điện tương ứng với có điện áp mức thấp (L) hay mức cao (H), hệ thường dùng máy tính số , ký hiệu B(binary) - Hệ đếm thập lục phân sử dụng 10 chữ số từ 0-9 hệ 10 chữ A đến H để mơ tả tổng cộng có 16 chữ số 1.1 Cách chuyển đổi số hệ đếm - Đổi số hệ nhị phân sang hệ thập phân (hệ sang hệ 10) Quy tắc cộng số 2i có hệ số với - Đổi số thập phân sang hệ nhị phân (hệ 10 sang hệ 2) Quy tắc lấy số hệ đếm 10 chia thấy thương số - Đổi số hệ nhị phân sang hệ thập lục phân (hệ sang hệ 16) Quy tắc nhóm số hệ thành nhóm bit bit có trọng số thấp (bên phải) - Đổi số hệ thập lục phân sang hệ nhị phân (hệ đếm 16 sang hệ 2) Quy tắc hệ 16 nhóm bit cua hệ số , chuyển số hệ 16 sang số hệ 10, chuyển số hệ 10 thành nhóm bít hệ - Đổi số hệ thập phân sang hệ thập lục phân (hệ 10 sang hệ 16) Quy tắc lấy số hệ 10 chia liên tục cho 16, số dư lần chia (từ 0-FH) chữ số số hệ 16 tương ứng số dư cuối chữ số có trọng số cao - Đổi số hệ thập lục phân sang hệ thập phân (hệ 16 sang hệ 10) Quy tắc cộng số n.16i với , n chữ số từ đến Fh 2.2 Bộ mã hóa giải mã 2.2.1 Bộ mã hóa nhị - thập phân ( mã hóa BCD ) Bộ mã hóa nhị thập phân mã hóa có nhiệm vụ chuyển 10 chữ số thập phân thành mã hệ nhị phân Dạng mã gọi mã BCD ( Binary Code Decimal) Mã thập phân → → Bộ mã hóa Mã nhị phân (BCD) Mạch điện mã hóa có 10 đầu vào tương ứng với 10 chữ số cần mã hóa ký hiệu từ y0 đến y9 có số ký tự cần mã hóa N=10 Số bít mã nhị phân n cho 2n >N N=4 ta có số trạng thái 2n =16 >10=N Trong cần mã hóa 10 số dư tổ hợp ứng với tổ hợp biến có biến vào có giá trị logic 1là chữ số cần mã hóa thời điểm bít mã nhị phân ký hiệu A, bít D C B A dùng cổng NAND A=y1+…… 2.2.2 Bộ giải mã nhị -thập phân (Bộ giải mã BCD) Bộ giải mã có cửa vào bit thập phân Ký hiệu chúng theo trạng thái giảm dần D,C,B,A Có cửa 10 số hệ thập phân 0-9 từ y0-y9 ứng với tổ hợp biến vào có biến xuất quy định mức thấp mức mực tích cực biến tổ hợp biến vào không sử dụng ảnh hưởng đến trạng thái biến nên đánh dấu x Bảng chân lý mã hóa BCD theo mã 8421 2.2.3 Bộ giải mã nhị - thập phân ( giải mã BCD) cho led có ca-tot chung: Với led ca-tot chung ta dùng giải mã IC 74HC4511 Đây IC giải mã , làm nhiệm vụ giải mã từ mã nhị phân logíc (dạng 0,1) sang mã led vạch để xuất led vạch cấu tạo tập hợp mạch tổ hợp gồm cách linh kiện số logic cổng and , or , việc thiết kế mạch không khó ,chỉ cần xây dựng mạch tổ hợp hồn tồn làm ,nhưng điều khiến thời gian ,khơng đảm bảo chất lượng sử dụng , =>dùng IC tích hợp cho tiện - Chúng ta tìm hiểu sơ đồ chân sau : -Chú ý loại dùng cho led vạch loại ca-tơt  chung có nghĩa tất ca-tơt led nốí chung với nối với đất ,như liệu đẩy vào led tích cực mức cao tức mức làm led sang - 4511 Có 16 chân - Chân 16 chân nối với nguồn dương (5 v ), chân số nối với đất - Chân 1,2,7,6 chân đưa liệu đầu vào ,chúng ta chọn liệu loại liệu logic tức dạng 1,0,1,0… - chân đầu chân ,10,11,12,13,14,15.sẽ xuất liệu dạng vạch - Chân số chân dùng để điều khiên tế bào nhớ ,chân = IC hoạt động bình thường , cịn = ngun trạng thái đầu ,và trở chân chuyển đầu lại tiếp tục hoạt động (nếu hiểu sâu sa hiểu IC hoạt động liệu đầu luân phiên nhớ tế bào bít ,vậy chân số mức giả gọi đóng cửa IC hoạt động bình thường khơng vấn đề ,nhưng = tức mở cửa liệu tế bào nhớ trào đẩy liên tục vào cửa nên giữ đầu mức liệu cố định ) - Trong sơ đồ mạch nối với đất - Chân số =0 tất đầu mức logic - Chân số có tác dụng ngược lại chân số 2.2.4 LED THANH LED đoạn hay LED (seven segment display )là linh kiện phổ dụng , dùng công cụ hiển thị đơn giản , thiết bị , để báo trạnh thái hoạt động thiết bị cho người sử dụng với thơng số dãy số đơn , thường người ta sử dụng “led đoạn “ Led đoạn sử dụng dãy số khơng địi hỏi q phức tạp , cần hiển thị nhiệt độ phòng , đồng hồ treo tường điện tử , hiển thị số lượng sản phẩm kiểm tra sau cơng đoạn Trong LED bao gồm LED mắc lại với có dạng xếp hình mà có tên LED đoạn , LED đơn mắc cho hiển thị số từ o đến vài chữ thơng dụng , để phân cách người ta cịn dùng thêm LED đơn hình trịn nhỏ thể hiệ n dấu chấm trịn góc , bên phải led đoạn để hiển thị dấu chấm (dot) Các led đơn gọi tên theo chữ A-B-C-D-E-F-G , dấu chấm dot Như muốn hiển thị ký tự ta cần cấp nguồn vào chân led sáng mong muốn Thông số : LED dù có nhiều biến tựu chung có loại : + chân Anode chung (Chân + led mắc chung lại với ) + chân Catode chung (Chân – led mắc chung với ) và đưa chân nối với vào điểm , đưa chân để kết nối với mạch điện cực lại led đơn đưa thành chân riêng , đưa để kết nối với mạch điện led đoạn có Anode (cực +) chung , đầu chung nối với +Vcc, chân lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt led đơn , led sáng tín hiệu đặt vào chân mức Nếu led đoạn có cathode (cực -) chung , đầu chung nối xuống ground (hay mass), chân lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt led đơn , led sáng tín hiệu đặt vào chân mức Trở hạn dòng : A B C D E F 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 5B 4F 66 6D 7D 07 7F 6F 77 7C 39 5E 79 71 Bảng mã hiển thị led đoạn dành cho led đoạn có Anode chung (các led đơn sáng mức 0) Số hiển thị led đoạn A B h Mã hiển thị led đoạn dạng nhị phân g f e d c b a 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 Mã hiển thị led đoạn dạng thập lục phân C0 F9 A4 B0 99 92 82 F8 80 90 88 83 C D E F 1 1 0 0 0 0 0 13 0 1 1 1 1 0 C6 A1 86 8E Chương Thiết kế sơ đồ mạch I.Sơ đồ Khối tạo xung Khối đếm Khối giải mã Khối hiển thị Khối cổng Mạch đếm đơn vị dùng IC74LS190 Mạch giải mã BCD dùng 4511 Khối mở cổng reset Mạch đếm hang chục dùng IC74LS190 Mạch giải mã BCD dùng 4511 Hiển thị chục qua led Khối tạo xung dùng Mạch đếm hang trăm dùng IC74LS190 Mạch giải mã BCD dùng 4511 Hiển thị trăm qua led Động encoder Hiển thị đơn vị qua led * Nhiệm vụ khối: Khối tạo xung: IC 555 để tạo xung vuông với tần số phù hợp Khối đếm: Gồm IC 74LS190 ghép nối với để tạo thành hệ đếm phù hợp Khối giải mã: Gồm IC 74HC4511 để giải mã BCD để đưa khối hiển thị Khối hiển thị: Hiển thị tín hiệu sau giải mã LED Ngồi có nút ấn: + Nút bấm START: Gồm nút ấn, khí ấn cấp xung từ IC555 cho IC 74LS190 + Nút reset: Đặt lại toàn hệ thống thời điểm ban đầu II.Hoạt động khối: 1.Khối tạo xung: 1.1.Khối tạo xung mở cổng Khối tạo xung mở cổng Bao gồm IC555 dùng để tạo xung,1 IC 4017 để chia tần,1 cổng NOT, cổng AND Và số linh kiện khác 15 IC 555 Thứ tự chân IC 555  Chân (GND): Chân cho nối masse để lấy dòng  Chân (Trigger): Chân so áp với mức áp chuẩn 1/3 mức nguồn nuôi  Chân (Output): Chân ngả ra, tín hiệu chân c1 dạng xung, không mức áp thấp mức áp cao  Chân (Reset): Chân xác lập trạng thái nghĩ với mức áp chân mức thấp, hay hoạt động  Chân (Control Voltage): Chân làm thay đổi mức áp chuẩn IC 555  Chân (Threshold): Chân so áp với mức áp chuẩn 2/3 mức nguồn nuôi  Chân (Discharge): Chân có khóa điện đóng masse, thường dùng cho tụ xả điện  Chân (VCC): Chân nối vào đường nguồn V+ IC 555 làm việc với mức nguồn từ đến 15V - Trong IC với chân nối masse chân nối vào đường nguồn Vcc, cầu chia áp với điện trở (đều 5K) Cầu chia áp tạo mức áp ngưỡng, 1/3 mức áp nguồn dùng làm mức áp ngưỡng cho tầng so áp, tín hiệu vào chân số 2, khác 2/3 mức áp nguồn dùng làm mức áp ngưỡng cho tầng so áp khác, tín hiệu vào chân số Chân số chịu tác động để làm thay đổi mức áp ngưỡng Chân số khóa điện đóng/mở (transistor bão hịa/ngưng dẫn) theo mức áp chân số Chân số ngả ngả tầng Flip Flop, nên tín hiệu chân có dạng xung (mức áp xác lập trạng thái cao hay thấp) Chân chân Reset, chân mức áp thấp ghim chân ln mức áp thấp, chân mức áp cao, lúc trạng thái mức áp chân số theo tác động tầng Flip Flop - Chú ý mạch này, chân số cho nối vào chân số IC 555 ráp thành mạch dao động (A-Stable) Tần số xung chân tùy thuộc vào trị số điện trở RA, RB tụ C Trên chân mắc thêm tụ lọc 0.01uF để ổn định điện áp mức áp ngưỡng Trạng thái chân 17 số tùy thuộc vào mức áp cao chân cho dao động mức áp thấp chân (bị ghim mức thấp) 1.2.Khối reset: Nhiệm vụ khối reset reset lại đếm để hiển thị cho reset để cấp xung lại cho 4017 Chúng ta cần nút bấm nguồn,1 đầu nối với nguồn +5V, dầu lại chia làm nhánh: nhánh nối với chân reset IC đếm, nhánh nối với chân số 15 IC chia tần 4017 1.3.Động encoder: Một thành phần thiếu mạch đo tốc độ động cơ, với yêu cầu đo thực tế ta có loại động khác Trên thị trường có nhiều loại encoder,nhưng với yêu cầu đề tài, chúng em chọn loại encoder có số xung vịng là: 1xung/vịng ,Tức động quay vịng chân A,B encoder cấp xung Encoder:1 xung/vòng 1.4.Khối cổng: Nhiệm vụ: Cho tín hiệu qua thời gian đó, tín hiệu mở lấy từ khối xung mở cổng Chọn linh kiện :AND, NOT Khi tín hiệu chân hàm AND mức cho tín hiệu qua vào đếm Khối đếm (IC 74LSl90) IC 74LS190 IC tạo mã BCD thông dụng mạch điện tử: + Các chân 16 (VCC) nối với dương nguồn, GND(8) nối mass +Các chân P0, P1 , P2, P3 quy định mã BCDban đầu load vào mạch, chân: Q0 ,Q1 ,Q2 ,Q3 nối với giải mã BCD + Chân (CE): Tích cực mức thấp, chân mức thấp IC hoạt động, mức cao chân nối với cao trở + Chân (U/D): Chọn cách đếm lên (tăng dần giá trị ) đếm xuống ( giảm dần giá trị) + Chân 11( PL): Khi mức thấp, IC thực load giá trị vào chân (Q0 ,Q1 ,Q2 ,Q3) kích lên mức cao IC thực đếm 19 + Chân 13 (RC): Chân liệu nối tiếp, xung tạo IC đếm tiến (tại thời điểm từ – 0) IC đếm lùi (tại thời điêm từ – 9) + Chân 14( CP): Chân nhận xung clock vào, lần có xung kích vào sườn dương (từ mức thấp lên cao) mã BCD lại thay đổi tăng giảm giá trị + Chân 12( TC): Khi CE mức thấp, chân TC có nhiệm vụ cấp xung Khi RC mức thấp, TC lên mức cao ngược lại Khi CE lên mức cao, RC kéo lên mức cao 3.Khối giải mã(IC 74HC4511) IC 74HC4511 loại IC có chức ngược lại với mạch mã hóa Mục đích sử dụng phổ biến mạch giải mã làm sáng tỏ đèn để hiển thị kết dạng chữ số có nhiều loại đèn hiển thị có nhiều loại mã số khác nên có nhiều mạch giải mã khác - Hoạt động: + Chân 1, 2, 6, (D1 , D2 , D3 , D4): Nhận mã BCD vào + Chân 3, 4, (LT, BI, LE): Tích cực mức thấp + Chân (GND) nối mát, 16 (VCC) nối dương nguồn (+5 V) + Chân 13, 12, 11, 10, 9, 15, 14 (Qa , Qb ,Qc ,Qd ,Qe ,Qf ,Qg): Chân xuất lieu vào led Sử dụng cho led Catot chung ... 7D 07 7F 6F 77 7C 39 5E 79 71 Bảng mã hiển thị led đo? ??n dành cho led đo? ??n có Anode chung (các led đơn sáng mức 0) Số hiển thị led đo? ??n A B h Mã hiển thị led đo? ??n dạng nhị phân g f e d c b a 1 1... chia làm nhánh: nhánh nối với chân reset IC đếm, nhánh nối với chân số 15 IC chia tần 4017 1.3.Động encoder: Một thành phần thiếu mạch đo tốc độ động cơ, với yêu cầu đo thực tế ta có loại động khác... …………………………………….8 2.2.4 led ………………………………………………….9 Chương 2: Thiết kế mạch đo hiển thị tốc độ? ??…………………………… I II III Sơ đồ khối………………………………………………………… 12 Hoạt động khối Khối tạo xung……………………………………………………… 1.1