Bài tập lớn thiết kế mạch đếm 8 sản phẩm sử dụng JKFF hiển thị trên led 7 thanh

Bài tập lớn thiết kế mạch đếm 8 sản phẩm sử dụng JKFF hiển thị trên led 7 thanh Cơ sở lựa chọn đề tài Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa học công nghệ nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật Điện Tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị có các đặc điểm với sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ linh hoạt và hoạt động ổn định . Đó là những yếu tố cần thiết làm cho năng suất, hiệu quả trong công việc được tăng cao, hoạt động của con người được giảm bớt. Xuất phát từ thực tế, nên em chọn đề tài “Thiết kế mạch đếm 8 sản phẩm (sử dụng JK_FF), hiển thị trạng thái đếm trên LED 7 thanh” được sử dụng đếm sản phẩm. 1.2 Mục đích yêu cầu Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp cho nhà máy đếm được số lượng sản phẩm của máy tao ra một cách đơn giản,chính xác mà không cần tốn sức của công nhân. Yêu cầu của mạch đếm sản phẩm là chạy một cách chính xác, ổn định,gọn nhẹ,dễ lắp đặt,dễ sữa và rẽ tiền. 1.3 Phương pháp nghiên cứu Trên phương pháp nghiên cứu và phân tích các chức năng của linh kiện, vi mạch và áp dụng các kiến thức cùng với sự chỉ đạo của phụ trách giáo dục để xây dựng nên một mạch có chức năng hoạt động đếm số lượng và đúng với tài nguyên yêu cầu.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT XUNG SỐ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM (sử dụng JK-FF), HIỂN THỊ TRẠNG THÁI TRÊN LED THANH Giáo viên hướng dẫn: Gv Nguyễn Thị Thu Hà Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Nguyễn Ngọc Dũng 2018601541 Nguyễn Tất An 2018600747 Đồn Minh Đức 2018600245 Hà Nội - 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT XUNG SỐ Họ tên sinh viên : Lê Nguyễn Ngọc Dũng Mã sinh viên: 2018601541 Nguyễn Tất An Mã sinh viên: 2018600747 Đồng Minh Đức Mã sinh viên: 2018600245 Lớp: 20202FE6021001 Khoá: 13 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà Tên đề tài: Thiết kế mạch đếm sản phẩm (sử dụng JK-FF), hiển thị Led NỘI DUNG THỰC HIỆN TT Nội dung cần thực CĐR Lập kế hoạch làm việc 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 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 mơ 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 môn TT Tên sản phẩm Mơ hình (mạch điện) Quyển báo cáo Slide thuyết minh đồ án Định dạng Số lượng 01 Theo định 815/QĐ-ĐHCN 01 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 TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở lựa chọn đề tài Ngày với phát triển mạnh mẽ giới mặt, khoa học cơng nghệ nói chung ngành cơng nghệ kỹ thuật Điện Tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho giới ngày đại văn minh Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị có đặc điểm với xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ linh hoạt hoạt động ổn định Đó yếu tố cần thiết làm cho suất, hiệu công việc tăng cao, hoạt động người giảm bớt Xuất phát từ thực tế, nên em chọn đề tài “Thiết kế mạch đếm sản phẩm (sử dụng JK_FF), hiển thị trạng thái đếm LED thanh” sử dụng đếm sản phẩm 1.2 Mục đích yêu cầu Mục đích mạch đếm sản phẩm giúp cho nhà máy đếm số lượng sản phẩm máy tao cách đơn giản,chính xác mà khơng cần tốn sức công nhân Yêu cầu mạch đếm sản phẩm chạy cách xác, ổn định,gọn nhẹ,dễ lắp đặt,dễ sữa rẽ tiền 1.3 Phương pháp nghiên cứu Trên phương pháp nghiên cứu phân tích chức linh kiện, vi mạch áp dụng kiến thức với đạo phụ trách giáo dục để xây dựng nên mạch có chức hoạt động đếm số lượng với tài nguyên yêu cầu CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐẾM,THIẾT KẾ MƠ PHỎNG, TÍNH TỐN 2.1 Tính tốn Ta có sơ đồ khối: Khối nguồn Khối tạo xung Khối hiển thị Khối điều khiển Khối giải mã Hình 2.1 Sơ đồ khối Thiết kế đếm: Để thiết kế đếm ta tiến hành theo bước sau: - Bước 1: Xác định yêu cầu toán Phân tích u cầu đầu tìm số trạng thái - Bước 2: Lập đồ hình trạng thái Căn vào yêu cầu đếm cần thiết kế như: hệ số đếm số u cầu khác để xây dựng đồ hình mơ tả hoạt động đếm - Bước 3: Xác định số phần tử nhớ cần sử dụng, mã hóa trạng thái đếm theo mã cho Số phần tử nhớ xác định sau: +Mã nhị phân mã Gray n ≥ log2 Kđ +Mã vòng n = Kđ +Mã Johnson n = 1/2 Kđ - Bước 4: Xác định hàm kích FF hàm ra: Dựa vào bảng chuyển đổi trạng thái, bảng để xác định phương trình kích cho FF phương trình hàm - Bước 5: Vẽ sơ đồ mạch thực Từ phương trình đầu vào kích FF phương trình hàm đưa sơ đồ mạch thực Tính tốn: Bộ đếm sản phẩm sử dụng JK-FF 2n≥9 ( có trạng thái)  24≥9 n=4 Do cần sử dụng phần tử nhớ JK-FF Đồ hình trạng thái đếm minh họa hình : Hình 2.2 Đồ hình trạng thái đếm Bảng chuyển đổi trạng thái giá trị đầu vào kích sau: S QDQCQBQA QDQCQBQA JDKD JCKC JBKB JAKA S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 S15 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 0000 XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX 0X 0X 0X 0X 0X 0X 0X 1X X1 XX XX XX XX XX XX XX 0X 0X 0X 1X X0 X0 X0 X1 0X XX XX XX XX XX XX XX 0X 1X X0 X1 0X 1X X0 X1 0X XX XX XX XX XX XX XX 1x X1 1X X1 1X X1 1X X1 0X XX XX XX XX XX XX XX Bảng Bảng chuyển đổi trạng thái JD QBQA QDQC 00 00 01 11 01 10 11 X X X X 10 X X X X 00 01 11 10 X X X X 01 X X X 11 X X X 10 X X X X 00 01 11 10 JD=QCQBQA KD QBQA QDQC 00 KD=1 JC QBQA QDQC 00 01 X X X X 11 X X X X 10 X X X X 00 01 11 10 X X X X JC=QAQB KC QBQA QDQC 00 01 11 X X X X 10 X X X X 00 01 11 10 X X X X X X X X 00 01 11 10 X X 01 X X 11 X X X KC=QBQA JB QBQA QDQC 00 01 11 X 10 JB=QA KB QBQA QDQC 00 10 X 10 X X X X 00 01 11 10 X X 01 X X 11 X X X X X X X 00 01 11 10 X 1 X 01 X 1 X 11 X X X X 10 X X X X KB=QA JA QBQA QDQC 00 10 JA=QD KA QBQA QDQC 00 KA=1 Phương trình đầu vào kích : JD=QCQBQA KD=1 JC= KC=QAQB JB=KB=QA JA=QD KA=1 11 Sơ đồ logic: Hình 2.3 Thiết kế mạch logic Mơ phần mềm proteus: Hình 2.4 Mơ mạch proteus Hoặc ta sử dụng Reset sau : CLK QD 0 0 0 0 QC 0 0 1 1 QB 0 1 0 1 12 QA 1 1 R 0 0 0 0 reset 0 0 10 1 11 1 12 1 13 1 14 1 15 1 Khi mạch đếm -8 sản phẩm mạch RESET 1 1 QBQA QDQC 00 00 01 11 10 1 1 1 01 11 10 Ta phương trình đầu vào kích: QDQA Ta sử dụng cổng NAND để reset vị trí ban đầu 2.2 Thiết kế đếm, thiết kế mô Sơ đồ logic: 13 1 1 1 Hình 2.5 Sơ đồ logic Mô phần mềm proteus: Hình 2.6 Mơ sơ đồ logic proteus 14 Ta thấy sử dụng Reset mạch đơn giản hóa nhiều nên ta thiết kế mạch sử dụng Reset Ta có mạch ngun lý mơ phần mềm altium: Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý Thơng số kỹ thuật mạch in • • • • • • Kích thước BOARD mạch : 135mm x 110mm Thiết kế mạch in lớp BOTTOM Khoảng cách Clearance là: 10 mil (0.254 mm ) Độ rộng đường GND là: 40 mil (1.106 mm ) Độ rộng đường VCC là: 35 mil (0.889 mm) Độ rộng đường NET là: 35 mil (0.889 mm) 15 Mạch in 2D mơ phần mềm Altium: Hình 2.8 Mặt sau mạch đếm sản phẩm mô altium Mạch in 3D mơ phần mềm Altium: Hình 2.9 Mặt trước mạch đếm sản phẩm mô altium 16 CHƯƠNG CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 3.1 Liệt kê linh kiện cần dùng IC HCF4093BEY, 7SEG, IC 74LS73, IC 7447, điện trở, nút nhấn… Tên linh kiện IC 4093 7SEG IC 7400 Giá trị 3-20v IC 74LS73 IC 7447 5v 5v Chức Tạo xung cho mạch đếm Hiển thị giá trị đếm Cổng logic NAND, điều khiển tín hiệu mạch đếm Trigger JK-FF IC giải mã cho led 7seg 5v 3.2 Chế tạo, lắp ráp mạch Bước 1: In phần layout bảng mạch giấy A4 giấy bóng (Lưu ý mirrow lại phần mạch in trước in để xong ko bị ngược) Bước 2: Cắt phíp đồng để làm bảng mạch Cắt phíp đồng theo kích thước bảng mạch altium dao dọc giấy Chà xước phần cạnh miếng đồng miếng rửa chén để loại bỏ lớp oxit mặt phíp đồng để dung dịch fecl3 ăn nhanh Bề mặt nhám giúp cho hình ảnh từ giấy dính tốt Bước 3: Chuyển phần in PCB lên miếng đồng Ủi giấy bóng Đặt bảng mạch in giấy bóng lên bảng đồng Đảm bảo bo mạch chỉnh xác dọc theo đường viền giấy in sử dụng băng keo để giữ bảng giấy in vị trí Sau in giấy bóng, đặt hình mạch in xuống đồng chỉnh bàn ủi lên nhiệt độ cao khoảng 5p ấn xuống để mực dễ ăn Chú ý đến phần rìa bảng mạch, bạn cần phải ủi từ từ Nhiệt từ bàn ủi chuyển mực in từ giấy qua đồng Chú ý không chạm trực tiếp vào đồng lúc nóng Sau xong để nguội trước quạt tầm 5p bắt đầu bóc 17 Bước 4: Ngâm mạch Bạn cần phải cẩn thận thực bước Lấy hộp nhựa đổ đầy nước dùng nước ấm để phản ứng xảy nhanh Hòa FeCl3 vào nước pha đặc chút Nhúng bảng mạch in vào dung dịch ăn mòn 30 phút FeCl3 phản ứng với phần đồng chưa có lớp in loại khỏi bảng mạch Quá trình gọi ăn mòn Sử dụng kẹp để gắp PCB kiểm tra phần đồng không phủ mực in ăn mịn hết chưa Nếu chưa tiếp tục bỏ vào dung dịch Bước 5: Vệ sinh khoan lỗ Bước Hàn mạch Và sản phẩm cuối sau lần thất bại: 18 Hình 3.2 Mặt trước sản phẩm 19 Hình 3.3 Mặt sau sản phẩm 3.3 Thử nghiệm hệ thống Hình 3.4 Led hiển thị Hình 3.5 Led hiển thị 20 Hình 3.5 Led hiển thị Hình 3.5 Led hiển thị 21 CHƯƠNG KẾT QUẢ-KẾT LUẬN 4.1 Đánh giá sản phẩm Ưu điểm: mạch chạy yêu cầu, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt, chi phí phù hợp Nhược điểm: bố trí mạch chưa khoa học, thiết kế chưa mang tính cơng nghiệp 4.2 Tính thực tế sản phẩm 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 4.3 Đề xuất cải tiến hướng phát triển Hướng phát triển:Có thể thay linh kiện, IC tạo xung, IC điều khiển, IC giải mã… linh kiện khác thị trường mà đáp ứng nhu cầu đề tài Đề xuất cải tiến: thiết kế mạch phù hợp hơn, để mạch thống nhất, không bị rối mắt phải câu dây nhiều Tài liệu tham khảo: Nguyễn Thị Thu Hà-Lê Văn Thái-Nguyễn Ngọc Anh, (2013), Giáo trình Điện tử số, Hà Nội, NXB Khoa học Kỹ thuật 22 ... tài ? ?Thiết kế mạch đếm sản phẩm (sử dụng JK_FF), hiển thị trạng thái đếm LED thanh? ?? sử dụng đếm sản phẩm 1.2 Mục đích yêu cầu Mục đích mạch đếm sản phẩm giúp cho nhà máy đếm số lượng sản phẩm. .. 7SEG, IC 74 LS73, IC 74 47, điện trở, nút nhấn… Tên linh kiện IC 4093 7SEG IC 74 00 Giá trị 3-20v IC 74 LS73 IC 74 47 5v 5v Chức Tạo xung cho mạch đếm Hiển thị giá trị đếm Cổng logic NAND, điều khiển... Hàn mạch Và sản phẩm cuối sau lần thất bại: 18 Hình 3.2 Mặt trước sản phẩm 19 Hình 3.3 Mặt sau sản phẩm 3.3 Thử nghiệm hệ thống Hình 3.4 Led hiển thị Hình 3.5 Led hiển thị 20 Hình 3.5 Led hiển thị