Nghiên cứu chế tạo mạch đếm sản phẩm

Đồ án Nghiên cứu chế tạo mạch đếm sản phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Trung Thành

Nhóm Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Hiếu

Tiêu Văn Tiến

Lớp : ĐTK10.1

Hưng Yên, Ngày…Tháng Năm 2013

Giảng viên hướng dẫn

Nguyễn Trung Thành

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật,kỹ thuật điện tử

mà trong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹthuật,quản lý, tự động hóa Với việc sử dụng khoa học kỹ thuật trong cuộc sống đãlàm cho chất lượng cuộc sống được nâng cao rõ rệt, đặc biệt trong các xí nghiệp đãlàm nâng cao nâng suất lao động Đó là các mạch điện tử được ứng dụng trong cácdây chuyền sản xuất đã lần lượt ra đời thay cho các công nhân đứng máy Các mạchđiện tử này cho độ chính xác cao và rất dễ sử dụng Do đó chúng ta phải nắm bắt vàvận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển của khoa học

kỹ thuật thế giới nói chung và sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng

Xuất phát từ những đợt đi thực hành, thăm quan các xí nghiệp sản xuất và cácnhà máy, chúng em đã thấy được nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất.Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là sốlượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động Tuy nhiên đối với những doanhnghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa chưa được áp dụng trong những khâu đếmsản phẩm, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công

Chúng em là nhhững sinh viên năm thứ 2 của trường ĐH SPKT Hưng Yên Từnhững điều đã được thấy đó và những kiến thức đã được thầy cô dạy bảo, tìm tòihọc hỏi trong thực tế chúng em muốn làm một điều gì đó để góp phần giúp ngườilao động bớt mệt nhọc chân tay mà lại có thể đếm được nhiều sản phẩm, với sốlượng lớn tùy theo yêu cầu của người mua, hay người sử dụng nó Yêu cầu củamạch đếm sản phẩm là chạy một cách chính xác, ổn định,gọn nhẹ,dễ lắp đặt, dễ sửdụng, giá thành rẻ và ít tốn điện năng tiêu thụ.Nên chúng em quyết định thiết kếmột mạch đếm sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế đồng thời cũng là một lầnchúng em thực tập,vận dụng kiến thức đã được học để thiết kế và chế tạo ra một sảnphẩm có thể được đem ứng dụng rộng rãi, đóng góp một phần nhỏ cho xã hội

Dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Trung Thành nhóm sinh viên chúng em thực hiện đề tài:” nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch đếm sản phẩm” Trong quá

trình hoàn thành đề tài này chúng em xin chân thành cảm ơn thầy, cô trong khoa

Điện– Điện tử và đặc biệt là thầy Nguyễn Trung Thành đã giúp đỡ chúng em Do

thời gian hoàn thành và kiến thức còn hạn chế nên chắc chắn không tránh khỏinhững thiếu sót và chưa hợp lý, chúng em rất mong nhận được ý kiến đóng góp củathầy cô và bạn bè để đề tài này được hoàn thiện hơn

Hình 2.8: Sơ đồ chân Led 7 thanh

2.9 Biến trở 23

2.10 Điện trở 24 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM

Hình 3.1: Sơ đồ khối của mạch

V.Kết luận

5.1 Một số phương án làm mạch đếm khác 37

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH ỨNG DỤNG VÀ Ý TƯỞNG

THỰC HIỆN

1.1 Tổng quan về mạch.

Với yêu cầu của đề tài chúng em đã nghiên cứu, tính toán và đưa ra linh kiện

cần dùng trong mạch đó là: led thu phát hồng ngoại; 3 bộ mã hoá BCD dùng

IC74LS90; 3 bộ giải mã BCD sang mã led 7 thanh dùng IC7447; 3 led 7 thanh có anot chung để hiển thị IC LM324N, IC logic 74LS14 Với những linh kiện này chúng em đã dược sự chấp nhận của giáo viên hướng dẫn thiết kế và chế tạo thành

công mạch “ Mạch đếm số sản phẩm được hiển thị led 7 thanh”.

1.2 Ý tưởng thực hiện.

là ngành công nghệ điện tử kỹ thuật số thì những mạch ứng dụng vào thực tế càng nhiều Các thiết bị điện tử số dù đơn giản hay là hiện đại đến đâu đi nữa thì đều hướng tới sự tiện lợi cho người sử dụng Trước những yêu cầu đòi hỏi cấp thiết của

cuộc sống Nhóm đồ án chúng em đã bắt tay vào tìm hiểu và thiết kế “mạch đếm số

sản phẩm hiển thị led trên 7 thanh”.

Dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Trung Thành và các thầy cô giáo trong

khoa đã giúp đỡ chúng em thực hiện ý tưởng này

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH

Đang chạy, nếu ngừng các tín hiệu điều khiển ở lối vào vẫn có khả năng giữtrạng thái hiện hành của mình trong thời gian dài, chừng nào mà còn điện nuôimạch triger không bị ngắt thì thông tin dưới dạng nhị phân lưu giữ trong triger vẫnđược duy trì Như vây, nó được sử dụng như một phần tử nhớ

Triger được cấu thành từ một nhóm các cổng logic, mặc dù các cổng logic tựthân nó không có khả năng lưu trữ, nhưng có thể nối nhiều cổng với nhau theo cáchthức cho phép lưu trữ được thông tin Mỗi sự sắp xếp cổng khác nhau sẽ cho ra cáctriger khác nhau

Triger có nhiều đầu vào điều khiển và chỉ hai đầu ra luôn luôn ngược nhau là Q và

Sơ đồ khối tổng quát của một triger:

Q : Đầu ra thường : Đầu ra đảo.

được gọi là trạng thái Set (Thiết lập)

+Khi Q =0, =1 ta nói FF ở trạng thái 0 hay trạng thái thấp; trạng thái nay còn

gọi là trạng thái Reset (tái thiết lập)

 Các ký hiệu về tính tích cực của tín hiệu:

Có nhiều cách phân loại triger :

Phân loại theo chức năng làm việc của các đầu vào điều khiển Hiện naythường sử dụng loại triger 1 đầu vào (triger D, triger T) và loại hai đầu vào (triger

RS, triger JK ) ngoài ra đôi khi còn gặp loại triger nhiều đầu vào

Phân loại theo cách làm việc ta có loại triger đồng bộ và không đồng bộ.Loại đồng bộ lại được chia ra làm hai loại, đó là loại đồng bộ thường và loại đồng

bộ chủ tớ

 Sơ đồ khối cho sự phân loại triger như sau:

2.1.2 Các loại triger và điều kiện đồng bộ

Các triger đều có thể xây dựng từ các mạch tổ hợp có hồi tiếp Ta biết rằngmạch có hồi tiếp chỉ có thể làm việc tin cậy khi điều kiện sau đây được thoả mãn:Mạch không rơi vào trạng thái dao động dưới tác động của bất kỳ tập hợp tínhiệu điều khiển nào Điều này có nghĩa là, ứng với mỗi tập hợp tín hiệu vào bất kỳphải tồn tại ít nhất một trạng thái ổn định Trạng thái ổn định là trạng thái thoả mãnđiều kiện Qn+1 =Qn (Qn : trạng thái lối ra ở thời điểm n, Qn+1: Trạng thái lối ra ở thờiđiểm n+1 )

Flip - Flop

=>Từ bảng chân lý trên ta rút ra nhận xét :

Các D-FF và RS-FF có thể làm việc ở chế độ không đồng bộ vì mỗi tập hợptín hiệu vào điều khiển D-FF, RS-FF luôn luôn tồn tại ít nhất một trong các trạngthái ổn định Bởi vì tất cả tín hiệu vào điều khiển D-FF, RS- FF đều có một trạngthái Qn = Qn+1

Các T-FF và JK-FF không thể làm việc ở chế độ không đồng bộ vì mạch rơivào trạng thái dao động nếu như tập tín hiệu vàoT = 1 hoặc JK =1 Với các tập tínhiệu vào này không bao giờ có trạng thái Qn = Qn+1

Như vậy, các D-FF và RS-FF có thể làm việc ở hai chế độ: đồng bộ và khôngđồng bộ, còn T-FF và JK-FF chỉ có thể làm việc ở chế độ đồng bộ

 Chế độ không đồng bộ: Trạng thái đầu ra sẽ thay đổi bất kỳ khi nào khi có sự thayđổi đầu vào điều khiển

1

0

1

1 0

00

00

01

010

0

11

01

001

1

00

01

111

1

11

01

10

00

00

01

010

0

11

01

111

1

00

01

001

1

11

01xx

 Chế độ đồng bộ: Để khống chế sự thay đổi trạng thái đầu ra người ta đưa vào FF

1 đầu vào xung nhịp (Clock) Chỉ khi nào tác động của xung nhịp thì FF mới thayđổi trạng thái theo đầu vào điều khiển Xung nhịp thường là một chuỗi xung hìnhchữ nhật hoặc xung vuông

Hầu hết kỹ thuật số là đồng bộ vì mạch đồng bộ dễ thiết kế và dễ dò lỗi hơn làbởi vì đầu ra của mạch chỉ thay đổi ở những thời gian xác định

2.1.3 Đầu vào bất đồng bộ

Đối với triger đồng bộ có đầu vào điều khiển và đầu xung nhịp Các đầu vàođiều khiển còn được gọi là đầu vào đồng bộ vì tác động của chúng lên đầu ra củatriger đồng bộ với đầu vào xung nhịp

Hầu hết các triger đều có một hoặc nhiều đầu vào bất đồng bộ là những đầuvào hoạt động độc lập với đầu vào đồng bộ và đầu vào xung nhịp Đầu vào bất đồng

bộ dùng để thiết lập FF ở trạng thái 1 hoặc xoá triger về trạng thái 0 bất kỳ thờiđiểm nào, bất chấp điều kiện các đầu vào còn lại

Hai đầu vào bất đồng bộ Preset (thiết lập) và Clear (xoá) là những đầu vào tíchcực ở mức thấp, Preset (Pr) thiết lập FF ở trạng thái 1 bất cứ lúc nào và Clear (CLR)xoá FF về trạng thái 0 vào bất cứ lúc nào

Do đó có thể sử dụng các đầu vào bất đồng bộ để giữ FF ở trạng thái cụ thểtrong bất kỳ khoảng thời gian dự tính nào Tuy nhiên, đầu vào bất đồng bộ rấtthường được dùng để thiết lập hoặc xoá FF về trạng thái mong muốn bằng cách ápxung nhất thời

Qn10x

NhớThiết lậpXoáCấm dùng

Trên bảng chân lý Qn chỉ trạng thái lối ra ở thời điểm hiện tại, Qn+1 chỉ trạngthái lối ra tại thời điểm tiếp theo

Phương trình đặc trưng :

Qn+1 =S + QnPhương trình trên cho thấy lối ra không những là hàm số của lối vào mà cònphụ thuộc vào trạng thái trước đó của lối ra

Ta có thể xây dựng sơ đồ logic của triger RS từ mạch NOR, lối vào tích cực ởmức cao

Từ bảng chân lý trên ta cũng có thể viết phương trình của triger RS như sau:

Qn+1 =S +Qn =(S+Qn ) =

Sơ đồ logic và giản đồ xung biểu diễn trạng thái của triger :

Sự chuyển trạng thái của triger RS và tất cả các loại triger đồng bộ khác xảy ra

có thể vào thời điểm sau khi xung nhịp đã chuyển từ mức logic 0 lên mức logic 1(Sườn dương) hoặc ngược lại (Sườn âm)

2.2 IC74LS90

IC 7490 là IC đếm bất đồng bộ cơ bản và thông dụng Để được tiện lợi , mỗi

mạch đếm được chia làm 2 phần : phần đầu là một FF với ngõ xung vào là A để chia đôi tần số ( mạch đếm 1 bit) , tần tiếp theo là 3 bộ FF với ngõ xung vào là B để thực hiện việc chia 5 tần số

Muốn thực hiện mạch đếm đầy đủ ta áp can đếm ở ngõ ra và nối (ngoài IC) ngõ ra

QA đến ngõ vào B , lúc này số đếm nhị phân là QDQCQBQA(0001) Xung vào phải tương thích TTL và có độ rộng xung ít nhất là vài nano giây

Mỗi mạch đếm có 2 ngõ Reset (đặt lại) gọi R01 và R02 Vì 2 ngõ này đựơc nối AND với nhau nên để xoá mạch đếm (QA = QB =QC =QD =0) cả 2 ngõ Reset được đưa lên cao và để mạch đếm có thể đếm lên phải đưa ít nhất 1 ngõ Reset xuống thấp Thường 2 ngõ này được nối chung với nhau và giữ ở mức thấp , khi muốn xoá mạch ta phải đưa 2 ngõ này lên cao trong chốc lát (ít nhất là vài chục nano=giây) rồi đưa xuống thấp để cho phép mạch đếm lên 2 ngõ này là 2 ngõ bất đồng bộ vì tác động độc lập với đồng hồ (xung vào)

Hai thông số quan trọng để thiết kế mạch đếm này là: Bảng chân lý mã hóa ra BCD và điều kiện để Reset (Trở về trạng thái ban đầu)

a Cấu tạo bên trong.

Hình 2.1: Cấu tạo bên trong IC 74LS90

b Sơ đồ chân

Hình 2.2: Sơ đồ chân IC 74LS90

* IC 7490 là IC 14 chân,trongđó :

Chân 14 nhận xung vào

Chân 12,11,9,8 dữ liệu ngõ ra

2.3 IC74LS247.

IC 74247 là IC giải mã led 7 đoạn.IC này thuộc họ TTL.Nó nhận tính hiệu BCD

từ ngõ vào QA,QB,QC,QD của IC7490 để giải mã ra led 7 đoạn.IC này có chân 3(LT) dùng để kiển tra led tức là chân này nối với mức 0V thì các ngõ ra đều là

mức cao hay led 7 đoạn hiển thị số 5(RBI) là chân cho phép hoạt động.chân BI dùng để ngắt chế độ hoạt động

Vì các chân ngõ ra của IC 74247 là mức thấp cho nên ta phải sử dụng led loại Anot chung

a Sơ đồ chân

- Chân 3 hiển thị số 0.

- Chân 4 kiểm tra led 7 đoạn

- Chân 5 chot trạng thái trước đó

- Chân 8 nối nguồn GND

- Chân 9,10,11,12,13,14,15 là mức logic ngõ ra

Chân 16 nối nguồn dương VCC

b Bảng chân lý

* Trong đó :

+ H : High voltage levele : đặt điện áp cao

+ L : Low voltage levele : đặt điện áp thấp

+ X : Immaterial : không xác định

2.4 IC LM324N

LM324 là bộ gồm 4 mạch khuếch đại thuật toán (operational amplifier, op amp,

opamp) độc lập giống hệt nhau được đặt trong cùng một vỏ bọc và có khả năng chạy nguồn đôi,( nguồn dương và nguồn âm)cũng như nguồn đơn( Vcc và GND)

Đặc điểm nữa là nguồn nuôi của LM324 có thể hoạt động độc lập với nguồn tín hiệu:

+ Điện áp cung cấp: Nguồn cung cấp cho LM324 tầm từ 5V~32V Tuy nhiên

ta chỉ nên dùng điện áp từ 5V~12V

+ Điện áp tối đa ngõ vào: áp ngõ vào từ 0~32V đối với nguồn đơn và cộng trừ 15V đối với nguồn đôi

+ Điện áp ngõ ra từ 0~Vcc-1,5V

IC 74ls14 Cổng NOT với 6 ngõ vào

Bảng chức năng và sơ đồ chân:

Chính vì vậy qua mạch đảo tín hiệu xung này tín hiệu sẽ “vuông ” hơn tạo điều kiện thuận lợi cho vi điều khiển xử lý.

2.7 Led thu phát hồng ngoại

Đây là loại cảm biến sử dụng ánh sáng hồng ngoại là ánh sáng không nhìn

thấy.Nguồn sáng được tạo ra từ các LED phát ra ánh sáng hồng ngoại và nó được

gọi là bộ phát.Bộ thu có thể là photodiode hoặc phtotransistor.

Cảm biến quang có 1 dạng hoạt động chính đó là:

+ Tối hoạt động: là 1 dạng hoạt động của cảm biến mà tải được cấp điện khi ánh sáng từ bộ phát không đến được bộ thu của cảm biến

+ Sáng hoạt động : là 1 dạng hoạt động của cảm biến mà tải được cấp điện khi ánh sáng từ bộ phát được truyền đến bộ thu của cảm biến.

2.8 IC7805

IC 7805 giúp giảm điện áp từ 6v-12v xuống còn 5v

-Chân 1 là chân dương vào

-Chân 2 là chân trung hoà

-Chân 3 là chân dương

-Dòng cực đại có thể duy trì 1A

-Dòng đỉnh 2,2A.

2.9 Biến trở.

Ký hiệu trên sơ đồ nguyên lý :

Biến trở:

Điện trở xi măng :Vật liệu chủ yếu là xi măng.Chúng được sử dụng chính trong

các mạch cung cấp nguồn điện do công suất cho phép cao không bốc cháy trong trường hợp quá tải

Điện trở oxit kim loại :Cấu tạo từ vật liệu oxit thiếc,loại này chịu được nhiệt độ

cao và độ ẩm cao,thường có công suất 1/2 W

* Phân loại theo công dụng

Biến trở :là loại điện trở có thể thay đổi trị số theo yêu cầu,thương gọi là chiết

áp.Có 2 loại biến trở :Biến trở dây quấn và biến trở than

Công dụng :Biến trở có vai trò phân áp, phân dòng cho mạch hay để thay đổi âm

lượng, tốc độ đếm sản phẩm trong mạch

2.10 Điện trở.

*Cách xác định trị số điện trở.

Các điện trở khác nhau ở vòng mầu thứ 3

Khi các điện trở khác nhau ở vòng mầu thứ 3, thì ta thấy vòng mầu bội số này thường thay đổi từ mầu nhũ bạc cho đến mầu xanh lá , tương đương với điện trở < 1

Ω đến hàng MΩ

Các điện trở có vòng mầu số 1 và số 2 thay đổi

Ở hình trên là các giá trị điện trở ta thường gặp trong thực tế, khi vòng mầu số 3 thay đổi thì các giá trị điện trở trên tăng giảm 10 lần

Còn vòng mầu thứ 4 thường là vòng mầu chỉ sai số của điện trở.

Các trị số điện trở thông dụng.Ta không thể kiếm được một điện trở có trị số bất kỳ,các nhà sản xuất chỉ đưa ra khoảng 150 loại trị số điện trở thông dụng , bảng dưới đây là mầu sắc và trị số của các điện trở thông dụng Nên việc nhìn các màu điện trở

ta có thể xác định điện trở đó bao nhiêu ôm

-Phân loại:

+Điện trở thường : Điện trở thường là các điện trở có công xuất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W

+Điện trở công xuất : Là các điện trở có công xuất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W

+Điện trở sứ, điện trở nhiệt : Là cách gọi khác của các điện trở công xuất , điện trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt

-Công suất của trở:

+Khi mắc điện trở vào một đoạn mạch, bản thân điện trở tiêu thụ một công xuất

P tính được theo công thức :

+Nên khi mắc điện trở các bạn chú ý đến công suất của điện trở

Thông thường người ta lắp điện trở vào mạch có công xuất danh định > = 2 lần công xuất mà nó sẽ tiêu thụ

-Một số cách mắc trở:

+ Mắc nối tiếp

Các điện trở mắc nối tiếp có giá trị tương đương bằng tổng các điện trở thành phần cộng lại Rtd = R1 + R2 + R3

Dòng điện chạy qua các điện trở mắc nối tiếp có giá trị bằng nhau và bằng I