ĐỒ ÁN MÔN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN MẠCH LED NHÁY THEO NHẠC SỬ DỤNG IC LM3914 đề tài: “ MẠCH LED NHÁY THEO NHẠC”. Mục tiêu của đề tài là sử dụng IC lm3914 tạo thành hệ thống led nháy theo nhạc với nguồn nhạc lấy từ hệ thống bên ngoài.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN MẠCH LED NHÁY THEO NHẠC SỬ DỤNG IC LM3914 CBHD: Sinh viên: Mã số sinh viên: Hà Nội – Năm 2021 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .7 CHƯƠNG TỔNG QUAN Phạm vi nghiên cứu .8 Yêu cầu mạch điện .8 Một số linh kiện liên quan tới đề tài 3.1 IC LM3914 3.2 IC LM 7805 12 3.3 Các linh kiện khác 14 CHƯƠNG TÍNH TỐN MƠ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 15 Cấu trúc sơ đồ khối 15 Nguyên lý hoạt động 15 Khối nguồn 15 3.1 Lựa chọn phương án tối ưu 15 3.2 Nguyên lý hoạt động 16 3.3 Công dụng 17 Khối nhận tín hiệu audio vào 17 Khối điều khiển 17 5.1 Điện áp chuẩn bên lm3914 18 5.2 Điều khiển dòng 19 5.3 Chân mode 20 Khối hiển thị 21 Mô mạch protues .21 Mô breadboard 22 8.1 Linh kiện .22 8.2 Quy trình kiểm tra breadboard 23 8.3 Mô breadboard 24 Thiết kế mạch in 24 CHƯƠNG Chế tạo mạch 26 Hàn mạch 26 Quy trình kiểm tra mạch in .26 2.1 Kiểm tra mạch in trước hàn 26 2.2 Kiểm tra sau hàn linh kiện 26 CHƯƠNG Kết .29 Kết đạt được: 29 1.1 Cơ sở lý thuyết: 29 1.2 Cấu trúc, nguyên lý thiết kế mạch: 29 CHƯƠNG TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 IC LM 3914 Hình 1.2 S đồ chân LM3914 Hình 1.3 Sơ đồ khối lm3914 .11 Hình 1.4 IC LM7805 12 Hình 1.5Sơ đồ chân IC LM7805 13 Hình 1.6 Sơ đồ khối IC LM7805 14 Hình 1.7 Một số linh kiện khác 14 Hình 2.1 Sơ đồ khối 15 Hình 2.2 Lựa chọn nguồn cho sản phẩm .16 Hình 2.3 Sơ đồ khối nguồn 16 Hình 2.4 Sơ đồ chi tiết khối nguồn .16 Hình 2.5 Nguồn vào tín hiệu .17 Hình 2.6 Khối điều khiển 18 Hình 2.7 Dịng lm3914 .19 Hình 2.8 Sơ đồ khối chân MODE .20 Hình 2.9 Khối hiển thị 21 Hình 2.10 Mơ protues .21 Hình 2.11 Quy trình kiểm tra breadboard 23 Hình 2.12 Mạch in .24 Hình 2.13 Mạch in 3D 25 Hình 3.1 Quy trình kiểm tra mạch in 27 Hình 3.2 Mạch in thực tế .28 Hình 3.3 Mạch hoàn thiện 28 MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 So sánh nguồn từ laptop nguồn adapter 17 Bảng 2.2 Linh kiện sử dụng .21 Bảng 3.1Mạch hoàn thiện 26 LỜI MỞ ĐẦU Trong đời sống công nghệ đại ngày ngành kỹ thuật điện tử ngành mũi nhọn, đại, ứng dụng rộng rãi lĩnh sản xuất đời sống đòn bảy giúp ngành khoa học kỹ thuật khác phát triển Việc đại hóa suất lao động thiết bị điện tự động cầu cấp thiết Do yêu cầu máy móc cần phải gọn nhẹ hơn, linh động hơn, uyển chuyển hơn, thơng minh tiết kiệm Vì ngành cơng nghệ kỹ thuật điện tử ngày đóng vai trò quan trọng sản xuất đời sống Là sinh viên ngành điện tử viễn thông, để nâng cao thực hành vận dụng kiến thức học vào thực tế việc tìm tịi, tự nghiên cứu, thiết kế mạch điện tử thiết yếu sinh viên Để giúp cho việc tìm hiểu đưa sinh viên đến gần với công nghệ điện tử Bộ môn đồ án điện tử đời giúp chúng em làm quen dễ dàng tạo động lực cho học tập Với vốn kiến thức học hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Ngọc Anh cộng thêm tìm hiểu kiến thức qua mạng em xin thực đề tài: “ MẠCH LED NHÁY THEO NHẠC” Mục tiêu đề tài sử dụng IC lm3914 tạo thành hệ thống led nháy theo nhạc với nguồn nhạc lấy từ hệ thống bên Trong q trình thực khơng thể tránh khỏi sai sót định, mong đánh giá phê bình thầy đề đề tài hồn thiện Em xin chân thành cảm thầy Nguyễn Ngọc Anh hướng dẫn em tận tình trình thực đề tài CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN Phạm vi nghiên cứu Với giới hạn đề tài phạm vi kiến thực tích lũy nên phạm vi nghiên cứu tập trung vào vấn đề cần nghiên cứu là: Tìm hiểu IC LM3914 Tìm hiểu IC LM7805 Tìm hiểu số thiết linh kiện khác Tìm hiểu phần mềm mơ Proteus phần mềm Altium Designer Tìm hiểu cách chế tạo mạch in thực tiễn Yêu cầu mạch điện - Mạch phải đơn giản, phù hợp với kiến thức học - Mạch phải hoạt động ổn định - Kích thước 80x59 mm 3.1 3.1.1 Một số linh kiện liên quan tới đề tài IC LM3914 Giới thiệu IC LM 3914 LM3914 khối tích hợp với mức điện áp cảm ứng, ta dùng IC để điều khiển 10 LED, LCD đèn huỳnh quang chân khơng Nó cung cấp bậc analog dB Dòng LED qua IC điều chỉnh lập trình được, điều tất nhiên phải tính đến có mặt điện trở hạn dịng Những hệ thống hiển thị sử dụng từ việc cung cấp điện áp từ 3V đến 25V với dòng điện nhỏ từ 1mA đến 30mA điều chỉnh LM3914 chứa chuẩn điện áp điều chỉnh có 10 bước điện áp chia cách xác nhờ bô chia điện áp Trở kháng đầu vào LM3914 chấp nhận mức điện áp tín hiệu dao động từ 0V đến 1,5V mức điện áp dương cung cấp Ngồi trở kháng khơng có nhu cầu bảo vệ mức điện áp +/- 35V Mỗi bật hiển thị LM3914 thích hợp với tín hiệu dải động, dải động mức âm thanh, cấp độ ánh sáng loại hình dao động Những ứng dụng âm bao gồm mức thấp cao báohiệu, đếm xung tín hiệu có tần số cao Việc thay đếm thông thường biểu đồ dạng cột với LED đáp ứng nhanh Một số tín hiệu phức tạp qua IC LM3914 giữ lại cách có trật tự dễ chịu tín hiệu tương tự Về nhiệt độ sử dụng, LM3914 hoạt động nhiệt độ dao động từ 0˚C đến 70˚C Với nhiệt độ LM3914 dễ bảo quản tốt Hình 1.1 IC LM 3914 3.1.2 Sơ đồ chân: Hình 1.2 S đồ chân LM3914 Sau nguyên lý hoạt động chân LM3914 Chân 1: Hiển thị đèn LED thứ Chân : V- nối với điện áp âm Chân 3: V+ nối với điện áp dương Chân 4: Bộ chia mức thấp- Divider (Low end) Chân 5: Tín hiệu ngõ vào- Signal Input Chân : Bộ chia mức cao- Divider (High end) Chân 7: Chuẩn ngõ ra- Reference output Chân 8: Chuẩn hiệu chỉnh- Reference adjust Chân 9: Kết nối, điều kiến với khối mạch dùng IC khác- Mode select Chân 10 đến chân 18: Hiển thị LED thứ 10 đến LED thứ 3.1.3 Sơ đồ khối Hình sơ đồ khối LM3914, có chân mô tả chi tiết bên IC, so sánh (Opamp), điện trở hạn dòng đặt có chủ định, điện trở nối với so sánh cách đối xứng(điện trở dây) Sơ đồ khối LM3914cho biết cách sử dụng khái quát IC Tổng trở vào sử dụng với tín hiệu từ 0V đến 12V, nhờ có điện trở mà ngăn ngừa mức điện áp đảo áp từ tín hiệu Tín hiệu vào cung cấp cho 10 so sánh (như hình 3) Mỗi so sánh có mức điện áp khác định tuyến điện trở dây, thay đổi từ 1K đến 6.63K (như hình 3) Trong ví dụ minh họa, điện trở dây nối kết với mức điện áp chuẩn 1,25V Trong trường hợp 3dB tín hiệu vào chân số tăng dần, so sánh bật LED lên mức tín hiệu tương ứng Bộ chia điện trở có tác dụng kết nối hai mức điện áp cung cấp mức điện áp 1,5V mức V+ không thấp mức V- 10 a) Nguồn laptop b) Nguồn adapter Hình 2.9 Lựa chọn nguồn cho sản phẩm Điện áp Giá thành Nguồn từ laptop 5V 0VND Nguồn adapter 12V Ghi Gây nguy hiểm cho laptop gặp cố 40.000VND Không thiệt hại lớn gặp cố Bảng 2.1 So sánh nguồn từ laptop nguồn adapter Để bảo đảm an tồn tránh thiệt hại khơng đáng có tơi định sử dụng lấy nguồn adapter 3.2 Nguyên lý hoạt động Nguồn 220V AC Bộ chuyển đổi AC- Bộ xử lý điện áp, DC(Adapter) dịng cho mạch Hình 2.10 Sơ đồ khối nguồn Hình 2.11 Sơ đồ chi tiết khối nguồn 15 Tụ C2 dùng để làm biến đổi chậm điện áp từ điều chỉnh dạng ổn định Khi giá trị tụ tăng lên ổn định mở rộng Nhưng tụ điện lọc thay đổi nhỏ điện áp đầu 3.3 Công dụng - Cung cấp điện áp cho khối lại - Sử dụng adapter để lấy dòng DC từ nguồn 220V AC - Nguồn vào nguồn chiều 12V - Dùng IC lm7805 để tạo nguồn 5V, 1.5A cấp cho mạch - Dùng tụ hóa để làm biến đổi chậm điện áp cho nguồn IC lm7805 Khối nhận tín hiệu audio vào Hình 2.12 Nguồn vào tín hiệu Tín hiệu audio vào từ jack 3.5 P1, đường đường tín hiệu đường để đồng âm nguồn audio vào với nguồn adapter Khối điều khiển Khối điều khiển sử dụng IC lm3914 mạch tích hợp đơn khối cảm nhận mức điện áp tương tự điều khiển thị 10LED 16 Hình 2.13 Khối điều khiển 5.1 - Tín hiệu đưa vào chân IC lm 3914 để xử lý - Tụ điện C1 giúp lọc nhiễu nguồn vào chân IC lm 3914 - Tín hiệu xử lý xong đưa chân LED IC tới khối hiển thị - Điện trở R1 R2 giúp hạn chế dòng để bảo vệ IC lm 3914 Điện áp chuẩn bên lm3914 Chuẩn điện áp thiết kế để điều chỉnh trì mức điện áp danh định 1,25V chân 7(REF OUT) chân 8(REF ADJ) Điện áp rơi điện trở R1 có giá trị khơng đổi gọi VREF, lúc có dịng trị số khơng đổi từ chân IC xuống điện trở R2 Và cơng thức tính điện áp ngõ cho công thức R2 R1 VOUT= VREF (1 + ) + IADJR2 17 Với dịng lớn khoảng 120µA, xuất sai số khác không cần thiết Chân số thiết kế để hạn chế cách thấp dòng với điện áp V+ tải thay đổi Nếu sử dụng dịng qua tải dao động từ 80µA đến 50mA Điện dung tải cần thiết cần 0.05µF 5.2 Điều khiển dịng Sơ đồ khối IC lm3914 khơng hồn toàn minh họa hết việc điều khiển độ sáng LED Dòng chân định độ sáng dịng qua LED, có tín hiệu vào dịng chạy qua 10LED, dòng số tương đối điện áp nhiệt độ thay đổi Dịng xuất nội trở, có dịng điện áp bên ngồi, dịng áp thiết lập cho chia tính tốn dịng qua LED Khả điều khiển độ sáng LED theo thời gian tỷ lệ với điện áp đầu vào, ngồi cịn số tín hiệu khác điều khiển số hướng hiển thị báo hiệu áp hay báo độn,… Ngõ LM3914 giới hạn dịng transistor NPN, có mạch hồi tiếp bên điều khiển transistor Dòng điều chỉnh 10 tải chuẩn, tức 10 LED có trị số kỹ thuật khơng đổi, điện áp ngõ biến đổi, lúc transistor khơng chế độ bão hịa Sau sơ đồ minh họa dịng LM3914 Hình 2.14Dịng lm3914 18 Ngõ chạy chế độ bão hịa khơng có hiệu ứng gây cản trở Điên trở cực E transistor cân với điện trở cực E cộng với R E, tổng cộng khoảng 50ohm Điều có khả thực với chỉnh lưu AC mà khơng có lọc Để tránh dao động, nhiễu không cần thiết LED ta nên rẽ mạch đến tụ 2.2µF tantalum 5.3 Chân mode Chân MODE có hai chức Ta quan sát sơ đồ khối chân MODE Hình 2.15 Sơ đồ khối chân MODE Điện áp chân số nhận biết tụ C1, điện áp chuẩn danh nghĩa từ V+ đến khoảng 100mV LM3914 kết hợp với IC khác hiển thị dạng điện áp đưa vào chân số mức này, nói cách khác khơng kết hợp với IC khác hiển thị điểm Nhưng so sánh thiết kế để điều khiển hiển thị dạng điểm Đứa vào so sánh đến khuếch đại mức điện áp biến đổi 100mV Chân số nên để mức điện áp từ 20mV đến V+ hiển thị dạng từ 200mV đến V+ hiển thị dạng điểm Ta để ý, số ứng dụng chân số mở nối với chân số Trong kết hợp để hiển thị dạng chân số nối trực tiếp với chấn số 19 Khối hiển thị Hình 2.16 Khối hiển thị Khối hiển thị gồm 10 LED nhận tín hiệu từ khối điều khiển Các LED bố trí thành dải, nhấp nháy nhận tín hiệu tùy thuộc vào biên độ âm lớn hay nhỏ Những trở có tác dụng hạn chế dịng bảo vệ LED LED đỏ sử dụng nguồn từ 2V-3V sau tính tốn sử dụng điện trở 220R để LED sáng tốt Mơ mạch protues Hình 2.17 Mơ protues 20