(Đồ án) đồ án mạch đèn giao thông dùng ic số hiển thị ra đèn led và led 7 đoạn

1.2 Giới thiệu chung về mạch đèn giao thông dùng IC số Mạch đèn giao thông dùng IC số mô tả lại cách thức hoạt động của một trụ đèn giaothông ngoài thực tế với bảng hiển thị thời gian 2

MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG IC

SỐ

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VII DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IX

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG IC SỐ 1

1.1 MỤC DÍCH 1

1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG IC SỐ 1

1.3 CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG TRONG MẠCH 1

1.3.1 IC 74192 1

1.3.2 IC 4017 2

1.3.3 IC 555 2

1.3.4 IC 7447 3

1.3.5 IC 7432 4

1.3.6 IC 7414 4

1.3.7 Điện trở, biến trở 5

1.3.8 Tụ điện 6

1.3.9 LED 7 đoạn 6

1.3.10 LED 7

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH 8

2.1 SƠ ĐỒ KHỐI 8

2.2 SƠ ĐỒ MẠCH 9

2.3 CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI TRONG SƠ ĐỒ MẠCH VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC LINH KIỆN TRONG CÁC KHỐI 9

2.3.1 Khối nguồn 9

2.3.2 Khối tạo xung 10

2.3.3 Khối đếm 11

CHƯƠNG 3 THỰC THI PHẦN CỨNG 19

3.1 THIẾT KẾ MẠCH IN 19

3.1.1 Mạch in của mạch nguồn 19

3.1.2 Mạch in của mạch đề tài 20

3.2 MẠCH NGUỒN 20

3.3 MẠCH ĐỀ TÀI 21

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN, ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 22

4.1 KẾT LUẬN 22

4.2 ỨNG DỤNG 22

4.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

HÌNH 1-1 IC 74192 [1] 2

HÌNH 1-2 IC 4017 [2] 2

HÌNH 1-3 IC 555 [2] 3

HÌNH 1-4 IC 7447 [2] 3

HÌNH 1-5 IC 7432 [3] 4

HÌNH 1-6 IC 7414 [4] 4

HÌNH 1-7 ĐIỆN TRỞ [5] 5

HÌNH 1-8 BIẾN TRỞ [6] 5

HÌNH 1-9 TỤ ĐIỆN [7] 6

HÌNH 1-10 LED 7 ĐOẠN [1] 6

HÌNH 1-11 LED [8] 7

HÌNH 1-12 SƠ ĐỒ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG IC SỐ 9

HÌNH 1-13 KHỐI NGUỒN 10

HÌNH 1-14 KHỐI TẠO XUNG 11

HÌNH 1-15 KHỐI ĐẾM 12

HÌNH 1-16 KHỐI GIẢI MÃ 13

HÌNH 1-17 KHỐI HIỂN THỊ 14

HÌNH 1-18 MẠCH MÔ PHỎNG 16

HÌNH 1-19 MẠCH MÔ PHỎNG Ở TRẠNG THÁI ĐÈN XANH 16

HÌNH 1-20 MẠCH MÔ PHỎNG Ở TRẠNG THÁI ĐÈN VÀNG 17

HÌNH 1-21 MẠCH MÔ PHỎNG Ở TRẠNG THÁI DÈN ĐỎ 18

HÌNH 1-22 MẠCH IN CỦA MẠCH NGUỒN 19

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

LED Light Emitting Diode

IC Integrated Circuit

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG IC

SỐ

1.1 Mục dích

Vấn đề về an toàn giao thông là một trong những vấn đề quan trọng của mỗi quốcgia trên thế giới Đặc biệt là ở Việt Nam, một quốc gia có lượng phương tiện vàmạng lưới giao thông dày đặc Do đó việc điều tiết giao thông là vô cùng cần thiết

Vì vậy việc sử dụng các trụ đèn giao thông tại các con đường hiện nay được xem làphương pháp tối ưu nhất để điều tiết giao thông, hạn chế phần nào tai nạn và ùn tắc.Chính vì những lợi ích đó là giúp cho em có cảm hứng xây dựng nên đề tài này

1.2 Giới thiệu chung về mạch đèn giao thông dùng IC số

Mạch đèn giao thông dùng IC số mô tả lại cách thức hoạt động của một trụ đèn giaothông ngoài thực tế với bảng hiển thị thời gian 2 chữ số và 3 đèn hiệu lệnh ( xanh,

đỏ, vàng) Do sử dụng các linh kiện chính trong mạch là IC số nên mạch chỉ có thể

mô tả lại được 1 chế độ duy nhất ( thời gian hiển thị không thay đổi được sau khithiết đặt ) so với nhiều chế độ của một trụ đèn giao thông thực tế

1.3 Các linh kiện điện tử sử dụng trong mạch

1.1.1 IC 74192

IC 74192 là loại IC số dùng để đếm nhị phân ( cách thức hoạt động tương tự một bộđếm bất đồng bộ) Ngoài khả năng đếm tiến như các IC cùng loại thì IC 74192 còn

có thể đếm lùi

ĐỒ ÁN 1 Trang 2/24

ĐỒ ÁN 1 Trang 4/24

Biến trở là một dạng của điện trở với khả năng tuỳ chỉnh được giá trị Có rất nhiềuloại biến trở với hình dạng và giá trị khác nhau như biến trở tinh chỉnh, biến trởvolume,

ĐỒ ÁN 1 Trang 6/24

Hình 1-9 Tụ điện [7]

1.1.9 LED 7 đoạn

LED 7 đoạn là loại linh kiện điện tử được cấu tạo từ các LED nối chung chân lạivới nhau dùng để hiện thị số Dựa vào chân nối chung với nhau mà ta có hai loạiLED 7 đoạn là anode chung và cathode chung

Hình 1-10 LED 7 đoạn [1]

1.1.10 LED

LED ( viết tắt từ Light Emitting Diode) là loại diode có khả năng đặc biệt phát raánh sáng Ánh sáng mà diode phát ra có thể có nhiều màu khác nhau tuỳ thuộc vàochất liệu hoá học trong LED

Hình 1-11 LED [8]

Khối tạo xung Khối đếm Khối giải mã

Khối nguồn

Khối hiển thị

ĐỒ ÁN 1 Trang 8/24

Hình 1-12 Sơ đồ mạch đèn giao thông dùng IC số

1.6 Chức năng của từng khối trong sơ đồ mạch và chức năng của các linh kiện trongcác khối

1.1.11 Khối nguồn

Khối nguồn có chức năng cung cấp điện áp cho toàn bộ mạch hoạt động Do mạch

đồ án cần sử dụng nguồn điện áp 5V DC để hoạt động được nên ta sử dụng bộ biến

áp để giảm điện áp từ 220V AC xuống còn 6V AC, sau đó đi qua cầu diode đểchuyển từ AC sang DC, ở ngõ ra ta sẽ thu được điện áp xấp xỉ 5V do điện áp được

ổn định bởi IC ổn áp 7805

ĐỒ ÁN 1 Trang 10/24

Hình 1-13 Khối nguồn

1.1.12 Khối tạo xung

Do mạch đồ án giống như một mạch đếm nên ta cần phải cung cấp xung clock chomạch thì các IC đếm mới hoạt động được Vì vậy trong khối tạo xung này ta sửdụng IC 555 làm linh kiện chính kết hợp với các tụ điện và điện trở, biến trở tạo raxung clock Ta có thể thay đổi được tần số xung clock bằng cách tuỳ chỉnh biến trở

và quan sát nó bằng đèn led trong khối

Hình 1-14 Khối tạo xung

1.1.13 Khối đếm

Khối đếm có chức năng nhận tín hiệu xung clock từ khối tạo xung, thực hiện cácphép toán logic và đưa kết quả sang khối giải mã Ngoài ra khối đếm còn được nốilên nguồn thông qua một nút nhấn, chức năng của nút nhấn này là làm cho khốiđếm chuyển tiếp sang trạng thái tiếp theo ngay lập tức ( ví dụ khi đang đèn xanh tanhấn thì lập tức mạch chuyển sang đèn vàng, đang đèn đỏ ta nhấn thì lập tức mạchchuyển sang đèn xanh)

ĐỒ ÁN 1 Trang 12/24

Hình 1-15 Khối đếm

1.1.14 Khối giải mã

Khối giải mã có chức năng nhân tín hiệu từ khối đếm, chuyển từ mã nhị phân sang

mã LED 7 đoạn để hiển thị kết quả Các ngõ ra của IC 7447 nối với các điện trở đểhạn chế dòng điện đi qua khối hiển thị nhằm hạn chế trường hợp cháy LED 7 đoạn

Hình 1-16 Khối giải mã

1.1.15 Khối hiển thị

Khối hiển thị có chức năng hiển thị kết quả sau khi được nhận dữ liệu giải mã từkhối giải mã

ĐỒ ÁN 1 Trang 14/24

Hình 1-17 Khối hiển thị

1.7 Nguyên lí hoạt động của mạch

Khi ta cấp nguồn cho mạch khối tạo xung sẽ thực hiện nhiệm vụ tạo ra xung clock

để đưa vào khối đếm Tại đây các IC đếm và IC tích hợp cổng logic thực hiện cácphép toán logic và đưa tín hiệu sau khi xử lí xong sang khối giải mã Khối giải mãchuyển từ hệ mã nhị phân sang mã của LED 7 đoạn và hiển thị thông tin trên LED 7đoạn, còn các LED đơn hiển thị các đèn giao thông thông qua ngõ ra của IC 4017 ởkhối đếm

Từ sơ đồ nguyên lí trên ta sử dụng phần mềm Protues để mô phỏng quá trình hoạtđộng của mạch.

Cấp nguồn 5V DC cho mạch hoạt động Tín hiệu đầu vào là xung clock từ khối tạoxung đi vào khối đếm để thực hiện các phép tính toán Đầu ra là tín hiệu đã qua xử

lí và hiển thị ra trên LED 7 đoạn

Với 3 ngõ ra của IC 4017 ( Q0 đến Q2) nối với IC tích hợp cổng logic đưa tín hiệuchỉ thị trực tiếp tới ngõ vào của IC đếm 74192 Ta thiết lập được các giá trị mongmuốn 30, 35, 05 là số giây đếm theo thứ tự của đèn đỏ, đèn xanh, đèn vàng

Hình 1-18 Mạch mô phỏng

1.1.17 Kết quả

ĐỒ ÁN 1 Trang 16/24

Kết quả mô phỏng cho thấy mạch chạy tương đối đúng so với thực tế ( khi test trêntest board ) ở trường hợp đèn vàng và đèn đỏ Tuy nhiên mạch mô phỏng lại chưađúng ở trường hợp đèn xanh do thực tế đèn xanh phải hiển thị số giây đếm là 35.Điều này cho thấy có sự khác nhau khi ta kiểm thử giữa mạch mô phỏng và mạchkhi test thực tế

Hình 1-19 Mạch mô phỏng ở trạng thái đèn xanh

Hình 1-20 Mạch mô phỏng ở trạng thái đèn vàng

ĐỒ ÁN 1 Trang 18/24

Hình 1-21 Mạch mô phỏng ở trạng thái dèn đỏ

ĐỒ ÁN 1 Trang 20/24

Hình 1-26 Mạch đề tài ( mặt Bottom)

ĐỒ ÁN 1 Trang 22/24

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN, ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

1.12 Kết luận

- Mạch hoạt động đúng theo yêu cầu đề tài

- Hiển thị trực quan, sinh động

- Mạch chạy khá ổn định tuy nhiên thỉnh thoảng vẫn xảy ra hiện tượng nhiễu

- Có chút khó khăn trong việc thiết kế mạch in và chi phí mua linh kiện khá cao

1.13 Ứng dụng

Đèn giao thông đã là một thiết bị vô cùng quen thuộc và không thể thiếu trên mỗitrục đường giao thông hiện nay Nhờ có đèn giao thông mà sự lưu thông trên cáctuyến đường được trơn tru và không xảy ra hiện tượng ách tắc, tê liệt Tuy nhiênmạch đèn giao thông dùng IC số có nhiều hạn chế nên không thể ứng dụng ngoàithực tế Thế nhưng nó có thể được ứng dụng trong việc nghiên cứu học tập để hiểuhơn về các môn học ( ví dụ như môn Kĩ thuật số, Mạch điện 1, …)

1.14 Hướng phát triển

Ngoài việc hiển thị như đèn giao thông thì mạch đồ án này còn có thể phát triểnthêm để làm một số mạch khác như mạch đếm sản phẩm, mạch quang báo,…

TÀI LIỆU THAM KHẢO

ĐỒ ÁN 1 Trang 24/24

PHỤ LỤC