thiết kế mạch đếm và hiển thị số xe trong ga

Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án môn học(Kĩ thuật số) Khoa Điện – Điện tử Lớp: Đ-ĐTK40 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………… Hưng Yên, tháng 2 năm 2012 GVHD: VŨ VĂN CHIẾN @&? - 1 - Trng i Hc SPKT Hng Yờn ỏn mụn hc(K thut s) Khoa in in t Lp: -TK40 LI M U Khoa học kỹ thuật đang ngày càng phát triển rất mạnh mẽ, các công nghệ mới thuộc các lĩnh vực khác nhau cũng nhờ đó đã ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu của xã hội và kỹ thuật số cũng nằm trong số đó. Hịên nay kỹ thuật số đã đợc giảng dạy rộng rãi ở các trờng Đại Học Cao Đẳng trong cả nớc , nhằm đáp ứng về nhu cầu điều khiển, đo lờng điều chỉnh của dây truyền công nghiệp . Trong quá trình học ở trờng Đại học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên, nhằm nâng cao kĩ năng thực hành chúng em đợc các thầy cô trong khoa điện - điện tử giao cho làm đề tài chuyn i t mó nh phõn( t 4->8 bit) sang mó BCD hin th ra led 7 thanh Dới sự giúp đỡ của các thầy trong khoa và các bạn đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy V Vn Chin, sau 1 thời gian chúng em đã hoàn thành đề tài. Trong quá trình làm không tránh khỏi những sai sót nên chúng em mong nhận đ- ợc những ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn để đồ án của chúng em đợc hoàn thiện hơn. Qua đây chúng em xin đợc gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy V Vn Chin đã tận tình chỉ bảo cho chúng em, để có thể hoàn thành đề tài. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực hiện : Nguyn xuõn ụng Bựi Tin ụng Lu Quang on GVHD: V VN CHIN @&? - 2 - Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án môn học(Kĩ thuật số) Khoa Điện – Điện tử Lớp: Đ-ĐTK40 GVHD: VŨ VĂN CHIẾN @&? - 3 - LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy vũ văn chiến đã tận tình chỉ dạy hướng dẫn, đóng góp nhiều ý kiến quý báu và tạo điều kiện chúng em sửa sai và hoàn chỉnh kiến thức của mình trong suốt thời gian qua. Sự chỉ dạy và những ý kiến của thầy mở đường cho chúng em nhanh chóng khắc phục được những khúc mắc khó khăn và sớm tìm ra được những phương án giải quyết hiệu quả trong quá trình thực hiện đề tài. Chúng em xin cảm ơn quý thầy cô trong khoa Điện - Điện tử trường ĐHSP KT Hưng Yên đã hết lòng dạy dỗ chúng em trong thời gian qua. Xin cảm ơn các bạn sinh viên cùng khoá đã tận tình ủng hộ, giúp đỡ để chúng tôi hoàn thành tốt đề tài này. Hưng Yên, tháng 1 năm 2011 Trng i Hc SPKT Hng Yờn ỏn mụn hc(K thut s) Khoa in in t Lp: -TK40 MC LC NHN XẫT CA GIO VIấN HNG DN 1 LI M U 2 1.4.1. Cng AND 7 1.4.2. Cổng OR 7 1.4.3. Cổng NOT 8 1.4.4. Cổng NAND 9 1.4.5. Cổng NOR 9 1.5. Triger. 10 1.5.1. Khái niệm: 10 1.5.2. Phân loại 11 1.5.3. Cấu trúc của trigơ JK( FF-JK ) 12 1.6. Bộ đếm 15 1.6.1. Các bớc thiết kế bộ đếm 16 1.6.2. Đặc điểm và phân loại bộ đếm 17 1.7. Giải mã. 23 1.7.1. LED 7 thanh 23 PHN II : 30 THIT K MCH M V HIN TH S XE TRONG GARA ễTễ 30 2.1. Sơ đồ khối. 30 2.2. Nguyên lý hoạt động của các khối 30 2.2.2. Khối cảm biến: 31 2.2.3. Khối đếm: 32 2.2.4. Khối giải mã và hiển thị 32 2.2.5. Khối xử lý tín hiệu và điều khiển 33 TNG KT 36 GVHD: V VN CHIN @&? - 4 - Trng i Hc SPKT Hng Yờn ỏn mụn hc(K thut s) Khoa in in t Lp: -TK40 PHN I : C S Lí THYT 1.1. Khái niệm về tín hiệu số Về cơ bản có hai cách biểu diễn giá trị của đại lợng, đó là tơng tự( analog) và số( digital). Biểu diễn dới dạng tơng tự : trong cách biểu diễn dạng tơng tự đựoc biểu diện bằng hiệu điện thế, cờng độ dòng điện, hay số đo chuyển động t- ơng quan với giá trị của đại lợng đó. Ví dụ : đồng hồ đo vận tốc trong xe ôtô, kim đo lệch phải tơng ứng với tốc độ hiện tại của xe và độ lệch này phải thay đổi tức thì khi vân tốc xe tăng hay giảm. Các đại lơng tơng tự có một đặc điểm rất quan trọng đó là đại lơng tơng tự có thể thay đổi theo một khoảng giá trị liên tục. Biểu diễn dới dạng số : trong cách biểu diêc dạng số đại lợng đợc biểu diện bằng các kí tự số (0 và1). ví dụ nh đồng hồ hiện số, hiển thị thời gian trong ngày nh giờ phút giây dới dạng số thập phân.Tuy thời gian trong ngày thay đổi liên tục nhng số hiện của đồng hồ số lại thay đổi từng bớc, mỗi bớc là một phút hay một giây. Nói cách khác các đại lợng số có đặc điểm à giá trị của nó thay đổi theo từng bớc rời rạc. Nh vây ta thấy có sự khác biệt cơ bản giữa đại lợng tơng tự và đại lợng số, đó là: Tơng tự liên tục Số rời rạc Vì tính rời rạc trong biểu diện số nên khi đọc giá trị của đại lợng sô không hề có sự mơ hồ. * u, nhợc điểm của kỹ thuật số so với kỹ thuật tơng tự: -Ưu điểm: Do sử dụng chuyển mach nên nhìn chung các thiết bị sốdễ thiết kế hơn Thông tin đợc lu trữ dễ dàng Tính chính xác và độ tin cậy cao hơn Có thể lập trình để điều khiển hệ thống số It ảnh hởng bởi nhiễu -Nhợc điểm: mặc dù có nhiều u điểm nhng bên cạnh đó vẫn có 1 số hạn chế. Do hầu hết các đại lợng vật lý đều có bản chất là tơng tự nên muóon tận dụng đợc hệ thống kỹ thuật số thì chúng ta phỉa thực hiện các bớc sau: Biến dổi đầu vào dạng tơng tự thành dạng số( A/D) Xử lý tín hiệu số Biến đổi đầu ra từ dạng số dang tơng tự( D/A) Một hệ thống để tận dụng cả u điểm của kỹ thuật số và kỹ thuật tơng tự thì ng- ời ta dùng cả 2 hệ thống. Trong hệ thống nh vậy việc quan trọng là ta phải xác định đợc phần nào nên dùng kỹ thuật số và phần nào dùng tơng tự. GVHD: V VN CHIN @&? - 5 - Trng i Hc SPKT Hng Yờn ỏn mụn hc(K thut s) Khoa in in t Lp: -TK40 1.2. Trạng thái nhị phân và mức logic Trong hệ thống kỹ thuật số thông tin đợc xử lý đều đựơc biểu diễn dới dạng nhị phân. Bất kỳ thiết bị nào chỉ có 2 trạng thái hoạt động đều có thể biểu diễn dới dạng nhị phân. Ví dụ công tắc chỉ có 2 trạng tháI hoạt động là đóng hoặc mở. Ta có thể quy ớc mở là 0 và đóng là 1. Với quy ớc này ta có thể biểu diễn số nhị phân bất kỳ. Trong thiết bị điện tử số thông tin nhị phân đợc biểu diễn bằng hiệu điện thế( hay dòng điện) tại đầu vào hay đầu ra của mạch. Thông thờng số nhị phân 0 và 1 đợc biểu diễn bằng 2 mức điện thế danh định. Ví dụ 0V có thể biểu diễn bằng 0 và +5V có thể biểu diễn bằng số nhị phân 1. Trên thực tế các IC số các số 0 hoặc 1 đợc biẻu diễn bằng 1 khoảng điện thế quy định nào đó. VD: 0V 0.8V biểu thị nhị phân 0 3V -5V biểu thị nhị phận 1 1.3. Các hệ thống số đếm Để biểu diễn các số đo, đại lợng vật lý ta cần các hệ thống số đếm. TRong một hệ thống số đếm bất kỳ một con số đựơc biểu diễn dới dạng một dãy chữ số liên tiếp. Nh vậy ứng với mỗ tập hợp các chữ số dùng để biểu diễn các con số chúng ta sẽ đợc một hệ thống đếm khác nhau. Ngời ta gọi cơ số của hệ đếm là số chữ số khác nhau dùng để biểu diện các con số trong hệ đếm đó. Trong kỹ thụât số có bốn hệ thống số đếm quan trọng là: + Hệ thống thập phân (decimal); còn đợc foi là hệ cơ số 1.,nó sử dung 10 chữ số để biểu diễn các con số, đó là các chữ số 0,1,2.9 + Hệ nhị phân( binary): còn đợc gọi là hệ cơ số 2 nó sử dụng 2 chữ số để biểu diễn tất cả các con số đó là 2 số 0 và1 + Hệ bát phân (octal): còn đựoc gọi là hệ cơ số 8 nó sử dụng 8 chữ số để biển diễn tất cả các con số, 8 chữ số đó là 0,1,27 +Hệ thập lục phân (hexa): còn đợc gọi là hệ cơ số 16 nó sử dụng 16 ký tự để biểu diện tất cẩ các con sô 16 kí tự đó là 0, 1,29,A,B,C,D,E,F GVHD: V VN CHIN @&? - 6 - Trng i Hc SPKT Hng Yờn ỏn mụn hc(K thut s) Khoa in in t Lp: -TK40 1.4. Cỏc phộp toỏn logic v cng locgic. 1.4.1. Cng AND a) Khái niệm: Cổng AND là cổng lôgíc có n đầu vào biến và 1 đầu ra thực hiện phép nhân lôgíc f(x 1 , x n ) = x 1 * x 2 * . . . *x n b) Ký hiệu: & & 2 đầu vào n đầu vào 2 đầu vào n đầu vào Ký hiệu EU Ký hiệu US c) Bảng trạng thái. x 1 x 2 y 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 d ) giản đồ thời gian . 1.4.2. Cổng OR. a) Khái niệm: Cổng OR là cổng lôgíc có n đầu vào biến x và 1 đầu ra thực hiện phép cộng lôgíc f(x 1 , x n ) = x 1 + x 2 + . . . + x n b) Ký hiệu: GVHD: V VN CHIN @&? - 7 - Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án môn học(Kĩ thuật số) Khoa Điện – Điện tử Lớp: Đ-ĐTK40 > 1 > 1 2 ®Çu vµo n ®Çu vµo 2 ®Çu vµo n ®Çu vµo Ký hiÖu EU Ký hiÖu US c) B¶ng tr¹ng th¸i. x 1 x 2 y 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 d) gi¶n ®å thêi gian . 1.4.3. Cæng NOT a) Kh¸i niÖm Cæng NOT lµ cæng l«gÝc cã 1 ®Çu vµo biÕn x vµ 1 ®Çu ra thùc hiÖn phÐp ®¶o l«gÝc f(x) = x(®¶o) b) Ký hiÖu 1 EU US c) B¶ng tr¹ng th¸i GVHD: VŨ VĂN CHIẾN @&? - 8 - Trng i Hc SPKT Hng Yờn ỏn mụn hc(K thut s) Khoa in in t Lp: -TK40 x y 0 1 1 0 d )Giản đồ thời gian 1.4.4. Cổng NAND. a) Khái niệm Cổng AND là cổng lôgíc có n đầu vào biến và 1 đầu ra thực hiện phép nhân phủ định lôgíc f(x 1 , x n ) = x 1 * x 2 *. . . * x n b) Ký hiệu & & 2 đầu vào n đầu vào 2 đầu vào n đầu vào Ký hiệu EU Ký hiệu US c) Bảng trạng thái B A F B A F L K1 K2 F F N A B K1 0 0 1 L L H 0 1 1 L H H 1 0 1 H L H 1 1 0 H H L NAND 2 đầu vào 1.4.5. Cổng NOR. a) Khái niệm Cổng NOR là cổng lôgíc có n đầu vào biến và 1 đầu ra thực hiện phép cộng đảo lôgíc f(x 1 , x n ) = x 1 + x 2 ++ x n b) Ký hiệu GVHD: V VN CHIN @&? - 9 - Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án môn học(Kĩ thuật số) Khoa Điện – Điện tử Lớp: Đ-ĐTK40 > 1 > 1 2 ®Çu vµo n ®Çu vµo 2 ®Çu vµo n ®Çu vµo Ký hiÖu EU Ký hiÖu US c) B¶ng tr¹ng th¸i B A F B A F L A B K1 N K2 F F K1 0 0 1 L L H 0 1 0 L H L 1 0 0 H L L 1 1 0 H H L NOR 2 ®Çu vµo 1.5. Triger. 1.5.1. Kh¸i niÖm: - Trigơ trong tiếng anh gọi là Flip-Flop, viết tắt là FF nó là phần tử nhớ có hai trạng thái cân bằng ổn định tương ứng với hai mức logic 0 và 1. Dưới tác dụng của các tín hiệu điều khiển lối vào, trigơ có thể chuyển về một trong hai trạng thái cân bằng và giữ nguyên trạng thái đó trừng nào chưa có tín hiệu điều khiển làm thay đổi trạng thái của nó Trạng thái tiếp theo của trigơ phụ thuộc không những vào tín hiệu ở lối vào mà còn phụ thuộc vào trạng thái đang hiện hành của nó. - Trigơ được cấu thành từ một nhóm các cổng logic, mặc dù các cổng logic tự nó không có khả năng lưu trữ nhưng có thể nối nhiều cổng với nhau theo cách GVHD: VŨ VĂN CHIẾN @&? - 10 - [...]... kích các FF và phơng trình hàm ra, đa ra sơ đồ mạch thực hiện 1.6.2 Đặc điểm và phân loại bộ đếm a) Đặc điểm Đếm là khả năng nhớ đợc số xung đầu vào; mạch điện thực hiện thao tác đếm gọi là bộ đếm Số xung đếm đợc biểu diễn dới các dạng số nhị phân hoặc thập phân Đếm là một thao tác rất quan trọng, đợc sử dụng rất rộng rãi trong thực tế, từ các thiết bị đo chỉ thị số đến các máy tính điện tử số Bất kỳ... duy nht trong trng hp b m ang trng thỏi K 1 v cú tớn hiu vo X khi ú b m s tr v trng thỏi 0 Trong trng hp cn hin th trng thỏi ca b m thỡ phi dùng thờm mch gii mó 1.6.1 Các bớc thiết kế bộ đếm Các bớc thiết kế bộ đếm * Bớc1:Vẽ đồ hình trạng thái của bộ đếm: Căn cứ vào yêu cầu của bộ đếm cần thiết kế nh : hệ số đếm (Kđ) và một số các yêu cầu khác để xây dung đồ hình mô tả hoạt động của bộ đếm * Bớc... của bộ đếm, hoặc hệ số đếm + Căn cứ vào số đếm tăng hay giảm dới tác dụng của xung đầu vào ngời ta chia ra làm 3 loại: - Bộ đếm thuận (Up Counter) - Bộ đếm nghịch (Down Cuonter) - Bộ đếm thuận nghịch.(Up/Down) * Bộ đếm nhị phân Hệ đếm nhị phân đợc cấu trúc bởi các trigơ, các trạng thái ngõ ra đợc xác lập dới dạng mã nhị phân biểu thị bằng các trạng thái 0 và 1 Bộ đếm nhị phân không đồng bộ (đếm nối... 74L47, 74S47 là các vi mạch 16 chân , số 6 và số 9 chỉ có 5 thanh sáng giống nh 7448, 7449 Vi mạch có lối ra tác động thấp ( mức 0 ) nên đèn chỉ thị 7 đoạn có anốt chung 1.7.1 LED 7 thanh - LED 7 thanh là phần tử hiển thị thông dụng, để hiển thị các phần tử số từ 0 đến 9 trong một số hệ thập phân Nó gồm 7 thanh xếp thành hình số 8, mỗi thanh là một diode ( LED ) phát quang hoặc hiển thị tinh thể lỏng Điode... đảo chiểu và đóng cánh gạt lại Tín hiệu của 2 cặp cảm biến này cũng tác động vào chân count up của IC 74192 và nó sẽ thực hiện đếm mỗi khi có xe vào và số xe đợc hiển thị lên led 7 thanh @&? GVHD: V VN CHIN - 34 - Trng i Hc SPKT Hng Yờn ỏn mụn hc(K thut s) Khoa in in t Lp: -TK40 - Khi có xe đi ra khỏi gara ô tô: hoạt động tơng tự khi có xe vào Chỉ khác là tín hiệu từ cặp cảm biến sẽ tác động vào chân... hc(K thut s) Lp: -TK40 Sơ đồ chân: Trong mạch ta sử dụng 2 IC 7447 để giải mã và hiển thị ra 2 led 7 thanh - IC 7486: là IC chứa 4 cổng XOR cộng nhị phân Dùng để xử lý tín hiệu cảm biến đa vào điều khiển động cơ và đếm số xe Sơ đồ chân: - IC 7432: là ic chứa 4 cổng OR Dùng để OR các tín hiệu cảm biến để đa vào chân set cho trigger JK để đóng mở cửa gara và thực hiện đếm @&? GVHD: V VN CHIN - 27 - Trng... in t ỏn mụn hc(K thut s) Lp: -TK40 2.2.6 Mch m s xe ra vo Gara * Nguyên lý hoạt động Mạch đếm này đợc thiết kế cho loại gara có cổng vào và ra khác nhau - Khi có xe đi vào gara: Cặp thu phát thứ nhất sẽ có tín hiệu tác động vào chân CLK của trigger JK làm cho Triger JK hoạt động, đầu ra Q =1 và động cơ quay theo chiều thuận kéo cánh gạt cho ô tô vào Khi ô tô đi qua vị trí cặp thu phát thứ 2 thì chân... ta có thể sử dụng vào mạch đếm số xe trong gara Bằng việc kích tín hiệu vào chân count up (4) và count down(5) ta có thể thiết lập cho IC thực hiện đếm tiến hoặc lùi Trong mạch ta sử dụng 2 IC 74192: 1 IC thực hiện đếm số xe vào, một số xe thực hiện đếm số x era - IC 7447 : là IC giải mã , có nhiệm vụ chuyển đổi từ mã nhị phân đầu vào thành một tín hiệu logic duy nhất ở một đầu ra nào đó tơng ứng với... - Bộ đếm nhị phân - Bộ đếm thập phân - Bộ đếm Modul bất kỳ Nếu gọi n là số ký số trong mã nhị phân (tơng ứng với số FF có trong bộ đếm) thì dung lợng của bộ đếm là N = 2n Đối với bộ đếm thập phân thì N = 10 là trờng hợp đặc biệt của bộ đếm N phân @&? GVHD: V VN CHIN - 17 - Trng i Hc SPKT Hng Yờn ỏn mụn hc(K thut s) Khoa in in t Lp: -TK40 N là dung lợng của bộ đếm hoặc có thể nói là độ dài đếm của... Dùng 2 chân đầu ra Q và Q đảo đa tín hiệu vào điều khiển động cơ đóng mở cửa gara Sơ đồ chân: -LED 7 thanh: có chức năng hiển thị số xe trong gara IC 7447 sẽ giải mã từ IC 74192 và hiển thị ra led 7 thanh @&? GVHD: V VN CHIN - 28 - Trng i Hc SPKT Hng Yờn Khoa in in t ỏn mụn hc(K thut s) Lp: -TK40 Sơ đồ chân: - Động cơ 1 chiều : có tác dụng mở cửa khi có tín hiệu qua cảm biến và đóng cổng khi dữ liệu . Các bớc thiết kế bộ đếm Các bớc thiết kế bộ đếm. * Bớc1:Vẽ đồ hình trạng thái của bộ đếm: Căn cứ vào yêu cầu của bộ đếm cần thiết kế nh : hệ số đếm (Kđ) và một số các yêu cầu khác để xây dung. Căn cứ vào hệ số đếm ngời ta phân chia thành các loại: - Bộ đếm nhị phân - Bộ đếm thập phân - Bộ đếm Modul bất kỳ Nếu gọi n là số ký số trong mã nhị phân (tơng ứng với số FF có trong bộ đếm) thì. 0.8V biểu thị nhị phân 0 3V -5V biểu thị nhị phận 1 1.3. Các hệ thống số đếm Để biểu diễn các số đo, đại lợng vật lý ta cần các hệ thống số đếm. TRong một hệ thống số đếm bất kỳ một con số đựơc