(TIỂU LUẬN) báo cáo đồ án CDIO tên đề tài MẠCH đếm THUẬN NGHỊCH 0 9 0

ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ  BÁO CÁO ĐỒ ÁN CDIO TÊN ĐỀ TÀI: MẠCH ĐẾM THUẬN NGHỊCH 0-9-0 Sinh viên thực hiện: NGÔ PHI TIỆP Giảng viên hướng dẫn: VÕ HOÀNG ANH MỤC LỤC Phần 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu thiết kế 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu Phần 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các linh kiện sử dụng mạch 2.2 Cấu tạo chức linh kiện 2.2.1 Khối tạo xung ICNE 555 .4 2.2.2 Khối giải mã IC 4511 2.2.3 Khối xử lí IC 4510 2.2.4 Tụ điện 2.2.6 Led đoạn 10 2.2.7 Led thường 12 Phần 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 13 3.1 Phần mềm sử dụng 13 3.2 Sơ đồ khối 13 3.3 Sơ đồ nguyên lý 14 3.5 Mạch PCB 16 3.7 Kết thử nghiệm 17 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 18 Kết đạt 18 Hướng phát triển .18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 Phần 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài - Khi học môn kỹ thuật số thấy IC số giúp thiết kế mạch đơn giản nhanh chóng IC đếm, IC giải mã, IC mã hóa, IC logic Các IC giúp tạo mạch điện tử theo mục đích Khi học xong mơn kỹ thuật số ứng dụng IC vào toán đơn giản để hiểu IC số Để hiểu IC số nhóm chúng em xin trình bày mạch đếm thuận nghịch 0-9-0 Với việc không sử dụng vi điều khiển tạo mạch đếm tiện lợi hoạt động tốt, mạch thiết kế tối ưu đơn giản để bạn yêu thích kỹ thuật làm được, thiết kế xong đảm bảo tính ổn định chạy bền bỉ lâu dài - Mạch đếm thuận nghịch hiểu cách đơn giản, ban đầu mạch đếm, đếm nghĩa sao? Đơn giản biết đếm chúng ta, ví dụ đếm từ đến 10, hay đồng hồ đếm giây chạy hay tập nín thở chẳng hạn Thế “thuận nghịch” đơn giản khả nó, tức đếm xi ngược ví dụ đếm từ đến đếm từ - Mạch đếm thuận nghịch ứng dụng tốt thực tế, đơn giản việc làm đồng hồ bấm Ngồi khả ứng dụng cịn tuỳ thuộc sáng tạo khả thiết kế ý tưởng độc đáo sinh viên 1.2 Mục tiêu thiết kế - Sử dụng linh kiện IC đơn giản, dễ tìm kiếm thịnh hành thị trường tiện cho việc nghiên cứu phân tích mạch 1.3 Đối tượng nghiên cứu - Mạch đếm từ đến từ - Các linh kiện điện tử 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Tìm hiểu kiến thức đề tài mang lại - Tìm hiểu linh kiện - Thiết kế thi công mạch - Kết mạch Phần 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các linh kiện sử dụng mạch - IC NE 555 Dùng đẻ tạo dao động - Điện trở 10k, 100 Ω - Tụ điện (0 u tụ thường), (100u phân cực ) - LED, Vônkế (ko thiết, sử dụng dạng đồng hồ nhỏ chuyên dùng để đo vonkế) - Biến trở 10k - Button, SEG Vạch - Ic 4510:4511 - Switch (Chuyển mạch cổng, SW) 2.2 Cấu tạo chức linh kiện 2.2.1 Khối tạo xung ICNE 555 Hình 2.1: IC555 - IC 555 Ic tạo xung đa Tạo xung vuông đơn giản + Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân gọi chân chung + Chân số 2(TRIGGER): Đây chân đầu vào thấp điện áp so sánh dùng chân chốt hay ngõ vào tần so áp Mạch so sánh dùng transitor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3Vcc + Chân số 3(OUTPUT): Chân chân dùng để lấy tín hiệu logic Trạng thái tín hiệu xác định theo mức 1 mức cao tương ứng với gần Vcc (PWM=100%) mức tương đương với 0V mà thực tế mức ko 0V mà khoảng từ (0 35 ->0 75V) + Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái Khi chân số nối masse ngõ mức thấp Còn chân nối vào mức áp cao trạng thái ngõ tùy theo mức áp chân Nhưng mà mạch để tạo dao động thường hay nối chân lên VCC + Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn IC 555 theo mức biến áp hay dùng điện trở cho nối GND Chân khơng nối mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số xuống GND thông qua tụ điện từ 01uF đến 1uF tụ lọc nhiễu giữ cho điện áp chuẩn ổn định + Chân số 6(THRESHOLD): chân đầu vào so sánh điện áp khác dùng chân chốt + Chân số 7(DISCHAGER): xem chân khóa điện tử chịu điều khiển bỡi tầng logic chân Khi chân mức áp thấp khóa đóng lại ngược lại mở Chân tự nạp xả điện cho mạch R-C lúc IC 555 dùng tầng dao động + Chân số (Vcc): Khơng cần nói bít chân cung cấp áp dịng cho IC hoạt động Khơng có chân coi IC chết Nó cấp điện áp từ 2V >18V (Tùy loại 555, thấp NE7555) • Tần số tính sau: f = 1/(ln2 C (R1 + 2R2)) C2 tụ nối với chân số R2 chân chân chân R1 biến trở - Vậy đến hiểu chân số NE 555 tạo xung dạng vuông - Đèn Led đấu song song với chân số 555 nhấp nháy lên dùng để báo hiệu - Vôn kế dùng để đo giá trị điến áp đầu 555 (có thể khơng cần cần thao tác tức thời ) 2.2.2 Khối giải mã IC 4511 Hình 2.2: IC4511 - Đây IC giải mã, làm nhiệm vụ giải mã từ mã nhị phân logic (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 khơng q khó, cần xây dựng mạch tổ hợp lả hồn tồn làm được, điều khiến thời gian, không 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 seg vạch loại cathode chung có nghĩa tất cathode led nốí chung với nối với đất, liệu đẩy vào led tích cực mức cao tức mức làm led sáng - - 4511 Có 16 chân đất Chân 16 ln chân nối với nguồn dương (5v ), chân số nối với Chân 1, 2, 7, chân đưa liệu đầu vào, chọn liệu loại liệu logic tức dạng 1, 0, 1, 0… - chân đầu chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 xuất liệu dạng vạch - Chân số chân dùng để điều khỉên tế bào nhớ, chần = IC hoạt động bình thường, cịn = ngun trạng thái đầu ra, 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, chân số mức giả gọi đóng cửa IC hoạt động bình thường khơng vấn đề gì, = 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 (dùng kiểm tra led đoạn, bất chấp đầu vào nào) - Chân số có tác dụng ngược lại chân số 2.2.3 Khối xử lí IC 4510 Hình 2.3: IC4510 - Đây IC giải mã, làm nhiệm vụ giải mã từ xung clock đưa đếm mã BCD Chân đầu chân 2, 6, 11, 14 - Chân 16 nối với dương nguồn, chân số nối với âm nguồn Chân số với chân số nối đất để tích cực mức để Ic hoạt động - Chân số 15 chân đầu vào để đưa xung vào Chân số chân Cary in, chân này=0 Ic hoạt động, cịn để hở, giữ ngun trạng thái liệu đầu - Chân 3, 4, 12, 13 dùng cho ứng dụng khác, phần chưa cần nói đến - Chân số 10 chân dùng để đảo trạng thái đầu ln phiên tích cực mức thấp mức cao 2.2.4 Tụ điện 2.2.4.1 Tụ phân cực - Là loại tụ điện có đầu (-) (+) rõ ràng bạn khơng thể mắc ngược đầu mạng điện DC Tụ điện phân cực thường tụ hóa học tụ tantalum Hình 2.4: Tụ phân cực 2.2.4.2 Tụ không phân cực - Là tụ điện khơng quy định cực tính, bạn đấu nối "thoải mái" vào mạng AC lẫn DC Hình 2.5: Tụ không phân cực 2.2.5 Điện trở 2.2.5.1 Điện trở thường - Là linh kiện điện tử thụ động với tiếp điểm kết nối, chức dùng để điều chỉnh mức độ tín hiệu, hạn chế cường độ dòng điện chảy mạch, dùng để chia điện áp, kích hoạt linh kiện điện tử chủ động transistor, tiếp điểm cuối đường truyền điện có nhiều ứng dụng khác Hình 2.6: Điện trở 10K 2.2.5.2 Biến trở - Nhìn từ bên ngồi, dễ dàng nhận thấy biến trở có cấu tạo gồm phận chính: - Cuộn dây làm hợp kim có điện trở suất lớn Con chạy/chân chạy Cho khả chạy dọc cuộn dây để làm thay đổi giá trị trở kháng - Chân ngõ gồm có chân (3 cực) Trong số ba cực này, có hai cực cố định đầu điện trở Các cực làm kim loại Cực lại cực di chuyển thường gọi cần gạt Vị trí cần gạt dải điện trở định giá trị biến trở 10 Hình 2.7: Cấu tạo biến trở 2.2.6 Led đoạn - Led đoạn đèn led xếp thành hình chữ nhật hình bên Mỗi đèn led đoạn có chân đưa khỏi hộp hình vng Mỗi chân gán cho chữ từ a đến g tương ứng với led Những chân khác nối lại với thành chân chung - Như cách phân cực thuận (forward biasing) chân led theo thứ tự cụ thể, số đoạn sáng số đoạn khác không sáng cho phép hiển thị ký tự mong muốn Điều cho phép hiển thị số thập phân từ đến led đoạn Hình 2.8: Led đoạn 11 - Chân chung sử dụng để phân loại led đoạn Vì đèn led có chân, chân anode chân cathode nên có loại led đoạn cathode chung (CC) anode chung (CA) - Sự khác loại thấy tên gọi Loại CC chân cathode nối chung với Còn loại CA chân anode nối chung với Cách chiếu sáng loại sau: - Loại CC (common cathode): Tất chân cathode nối với nối đất, hay logic Mỗi phân đoạn chiếu sáng cách sử dụng điện trở đặt tín hiệu logic (hay mức cao) để phân cực thuận cực anode (từ a đến g) Hình 2.9: Đèn Led đoạn Cathode - Loại CA (common anode): Tất chân anode nối với với logic Mỗi phân đoạn chiếu sáng cách sử dụng điện trở tín hiệu logic (hay low) vào cực cathode (từ a đến g) Hình 2.10: Đèn Led đoạn Anode - Nói chung loại CA phổ biến loại Loại CA không thay cho loại CC mạch điện, ngược lại cách nối đèn led bị đảo ngược 12 2.2.7 Led thường - Là diode có khả phát ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống diode, LED cấu tạo từ khối bán dẫn loại p ghép với khối bán dẫn loại n Hình 2.11: Led thường 13 Phần 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 3.1 Phần mềm sử dụng - Proteus phần mềm xây dựng nhằm giúp người kỹ sư, người thiết kế mạch điện mô hoạt động Môi trường làm việc phần mềm tương đương với thực mạch điện làm hồn chỉnh Trên phần mềm có đầy đủ thư viện linh kiện điện tử nên tiện lợi Protues chạy hệ điều hành windows áp dụng cho việc thiết kế sơ đồ mạch, mô phỏng, PCB - Thông qua mô phần mềm người thiết kế mạch điện hồn tồn biết hoạt động thế, sai đâu, thiếu gì, có hoạt động khơng, có đạt mục tiêu u cầu khơng Từ chỉnh sửa thay đổi để đến dự án thành giảm tối thiểu lỗi phát sinh nhất, thời gian làm thực tế hay khơng phải tốn nhiều chi phí để thay linh kiện điện tử trường hợp bị cháy 3.2 Sơ đồ khối NGUỒN KHỐI TẠO XUNG KHỐI MÃ HÓA KHỐI GIẢI MÃ KHỐI HIỂN THỊ Hình 3.1: Sơ đồ khối 14 Chức khối: - Khối nguồn: cung cấp điện cho mạch hoạt động 3.5v - Khối tạo xung: tạo xung vng - Khối mã hóa: nhận tín hiệu từ khối tạo xung đưa mã đếm BCD - Khối giải mã: nhận tín hiệu từ khối mã hóa đưa số thập phân hiển thị led đoạn Khối hiển thị: Led đoạn cathode chung hiển thị số từ đến từ 3.3 Sơ đồ nguyên lý Hình 3.2: Sơ đồ mạch nguyên lý 3.4 Nguyên lý hoạt động - Đầu tiên, với kết cấu mạch sơ đồ trên, IC 555 tạo xung với mức tích cực - Thơng số chu kỳ bạn tự chọn, theo công thức tần số bạn tính tốn chọn cho chu kỳ vào khoảng 1s hợp lý, ý biến trở mạch giúp điều chỉnh vấn đề - Về biên độ, sử dụng mức, tạo xung, có xung mức với mức tích cực thấp v, mức tích cực cao > 0v (3.5) 15 - Sau tạo xung đầu chân số 3, đưa vào chân clock, chân số 15 IC 4510 - Nhìn vào mạch điện thấy chân số 10 IC nối với chuyển mạch, chuyển mạch nối với mức 5v 0v - Chân số nối với button sau tiến đất - Vậy phân tích Khi chuyển switch sang vị trí ground (0 v), đóng button, lúc IC bắt đầu hoạt động, đầu vào IC dạng xung mức, 1-0-1-0-1-0…… Thì lúc bít đầu đếm tăng dần từ 9, tức chân đầu tạo mã nhị BCD tăng dần giá trị từ 0, đến chân số chân MSB, chân số chân LSB - chân đưa vào IC giải mã từ BCD sang vạch Và với giá trị tăng dần đầu vào theo mã BCD seg vạch số tương ứng với giá trị dạng thập phân Ví dụ đầu vào 0011 seg vạch só Trong khối chân số giữ cố định mức để hoạt động bình thường + Chân số số nối với nguồn v Tại ? Nếu chân số mà không nối cả, suy IC khơng hoạt động loại trường hợp + Nếu chân = thì, chân ko nối, đầu hết tức led vạch số mãi đầu chốt + Nếu chân =0 chân =0, đầu ưu tiên chốt giá trị +Nếu nối chân số = chân = Đầu tiếp tục chốt + chân =1 chân khơng nối thi lúc IC tích cực, có nghĩa chung ta hiểu IC mở khóa đầu khơng bị chốt Đây trường hợp chọn + + chân =1 chân = lại giống chân =1, chân =1 đầu Ic khơng bị chốt mà tích cực hoàn toàn Nghĩa chân đầu IC hoàn toàn xuất liệu - Vậy trường hợp chọn trường hợp số tùy ý 16 - Một vấn đề chân số 10 IC 4510, thực chất cơng tắc đảo liệu Khi =0 đếm ngược, tức đầu đạt giá trị cao bắt đầu giảm dần giá trị, ngược lại mức đẩy giá trị thấp đầu tăng dần giá trị - Một câu hỏi đặt đạng chạy mạch mà chuyển công tắc chuyển mạch điều xảy lúc nhiệm vụ xác định xem chuyển mạch tăng hay giảm, chuyển mạch tăng chuyển xuống chuyển mạch xác định giá trị thị giảm - Ngoài vấn đề khác mạch chạy, nhả nút bấm Thì lúc mạch giữ nguyên trạng thái 3.5 Mạch PCB Hình 3.3: Mạch PCB 17 Hình 3.4: Mạch in PDF 3.6 Mạch thực tế Hình 3.5: Mạch thực tế 3.7 Kết thử nghiệm LED đoạn bị vạch add thư viện sai chân g chân f lúc vẽ proteus - Biến trở rv 3252W-1-103LF không thay đổi tốc độ tạo xung IC555 18 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết đạt - Đạt mục tiêu ban đầu nhóm đề - Thiết kế đơn giản, nhỏ gọn - Khả ứng dụng cao Hạn chế - Mối hàn chưa tốt mặc thẩm mỹ Vì lần đầu làm chưa có nhiều kinh nghiệm nên ban đầu mạch khơng hoạt động Hướng phát triển - Nhóm cố gắng tìm hiểu nhiều linh kiện mạch đếm tương tự Tạo mạch đếm số lượng sản phẩm dùng vi điều khiển để ứng dụng tốt - Tìm hiểu thực thêm mạch đếm thời gian thực tế 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đình Phú, Nguyễn Trường Duy, năm xuất bản: 2009, Giáo trình: Kỹ thuật số, NXB: Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh Nguyễn Viết Nguyên, năm xuất bản: 2004, Giáo trình: Linh kiện điện tử ứng dụng NXB: Giáo Dục, Phạm Minh Hà, Sách: Kỹ thuật mạch điện tử, năm xuất bản: 2003, NXB: Khoa Học Kỹ Thuật Link tham khảo: https://hqdt vn/baiviet/mach-dem-thuan-nghich-dung-ic-so 9-0-91421589252 html 20 ... đầu mạch đếm, đếm nghĩa sao? Đơn giản biết đếm chúng ta, ví dụ đếm từ đến 10, hay đồng hồ đếm giây chạy hay tập nín thở chẳng hạn Thế cịn ? ?thuận nghịch? ?? đơn giản khả nó, tức đếm xi ngược ví dụ đếm. .. IC giúp tạo mạch điện tử theo mục đích Khi học xong mơn kỹ thuật số ứng dụng IC vào toán đơn giản để hiểu IC số Để hiểu IC số nhóm chúng em xin trình bày mạch đếm thuận nghịch 0- 9 -0 Với việc khơng... kế thi công mạch - Kết mạch Phần 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các linh kiện sử dụng mạch - IC NE 555 Dùng đẻ tạo dao động - Điện trở 10k, 100 Ω - Tụ điện (0 u tụ thường), ( 100 u phân cực ) - LED, Vônkế