Bài tập lớn môn thực hành kĩ thuật xung số thiết kế mạch đếm 60 sản phẩm dùng IC 74ls192

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH KĨ THUẬT XUNG SỐ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 60 SẢN PHẨM DÙNG IC 74ls192 GVHD: NGUYỄN THỊ MINH TÂM SVTH: BÙI CÔNG TÂM NGUYỄN TRẦN KIÊN HÀ NỘI-THÁNG 11-2010 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Sau hai tuần thực , nhóm sinh viên thực đề tài “ Mạch đếm 60 sản phẩm sử dụng IC 74ls192 ” cảm ơn hướng dẫn thực đề tài cô Tâm Với kiến thức kỹ thuật số , sử dụng IC số với nguyên lý thu phát hồng ngoại , nhóm sinh viên hồn thành đề tài “ Mạch đếm 60 sản phẩm sử dụng IC 74192 ” Nhận xét GVHD: Mạch đếm sản phẩm dùng IC số LỜI NĨI ĐẦU -Trải qua q trình học tập với môn học : điện tử & 2, kỹ thuật số thực tập kỹ thuật số , với yêu cầu môn thực hành kĩ thuật xung số , nhóm sinh viên đăng kí đề tài : Mạch đếm 60 sản phẩm sử dụng IC 74ls192 - Hiện , xí nghiệp , cơng việc đóng gói sản phẩm độ xác cần thiết Vì , biết xác số lượng sản phẩm đóng gói công việc quan trọng Với mạch đếm sản phẩm đặt trước số sản phẩm đóng gói giúp chu trình tự động hóa hoạt động nhanh chóng tiện lợi - Hiện thị trường có số sản phẩm Counter số nhà phân phối cung cấp XC410/10, hay XC22B ,XC200NX,XC1200 ,…… có tích hợp sensor XC410/XC10B hãng SELECT Tuy nhiên , sinh viên có kiến thức hạn hẹp thực mạch đếm sản phẩm dùng IC số thực việc thực mạch cảm biến hồng ngoại khơng q khó khăn Mạch đếm sản phẩm dùng IC số Mục lục g Lời nói đầu Phần I :Giới thiệu I Đặt vấn đề II Mục tiêu .6 III Sản phẩm thị trường IV Lựa chọn đề tài V Giới hạn đề tài Phần II :Nội dung I Giới thiệu II Linh kiện LED THU,PHÁT HỒNG NGOẠI IC7400 10 IC7432 10 ICLM358 .11 IC74192 .12 IC74247 .13 LED THANH 14 III Nguyên lý hoạt động 14 IV Sơ đồ nguyên lý .15 V Sơ đồ khối .16 A.Khối thu phát hồng ngoại .16 B.Khối đếm hiển thị 17 C.Khối so sánh reset 18 Phần III :Kết luận .19 Mạch đếm sản phẩm dùng IC số Phần I Giới thiệu I.Đặt vấn đề : Từ thập niên 70 , thiết bị kỹ thuật số ,mang tầm quan trọng thiếu sống từ thiết bị nghe nhạc digital , máy vi tính , hệ thống điều khiển tự động ,… đến thiết bị y khoa , ĐTDĐ Đặc biệt đời vi xử lý tầm ảnh hưởng ngày lớn Bởi mạch kỹ thuật số có ưu điểm : - Dễ thiết kế - Dễ lưu trữ , truyền tải - Độ xác cao , bị ảnh hưởng nhiễu - Có thể lập trình - Có thể dễ dàng tạo mạch tích hợp với chức đơn giản tới phức tạp Vì tương lai , ứng dụng kỹ thuật số ngày lớn từ lĩnh vực giải trí đến cơng nghệ , y khoa tới viễn thông , xe tới phi thuyền vũ trụ II.Mục tiêu : - Hồn thành thiết kế - thi cơng thực tế - Mạch hoạt động tốt với độ bền cao - Có thể phát triển đề tài : mạch cộng dồn , đếm tăng ,… III.Những sản phẩm thị trường : - Hãng SELECT có sản phẩm tích hợp sẵn sensor hồng ngoại : XC410/10 , XC22B XC200NX hiển thị led , LXC9 , LT9 hiển thị LCD Mạch đếm sản phẩm dùng IC số - Sản phẩm cơng ty Hồng Quốc Tico 734 006 Timer Counter , khơng có tích hợp sensor hồng ngoại : Mạch đếm sản phẩm dùng IC số IV Lựa chọn đề tài : Đề tài đếm sản phẩm dùng tín hiệu hồng ngoại IC số nhóm sinh viên thực nhằm thử nghiệm tính xác ổn định IC số ứng dụng thực tiễn so với sản phẩm thị trường Đề tài thực với linh kiện rời tạo thành khối chức : khối thu phát hồng ngoại , khối đếm sản phẩm & hiển thị số đếm , khối đặt trước số đếm & hiển thị , khối so sánh & báo hiệu tới số đếm đặt trước Khối thu phát hồng ngoại Khối đếm mã BCD Hiển thị Led đoạn Khối so sánh số đếm Thực so sánh reset 00 Khối thu phát hồng ngoại dùng tia hồng ngoại để phát có sản phẩm qua , cung cấp xung cho khối đếm lên Và khối đếm thực đếm lên mã BCD bit IC đếm 74192 , cung cấp mã BCD cho khối hiển thị Khối hiển thị giải mã BCD sang led đoạn hiển thị số sản phẩm đếm V.Giới hạn đề tài: - Board mạch lớn , nhiều linh kiện IC , phần cứng cố định - Không có khả lập trình - Muốn nâng cấp chức phải thiết kế lại phần cứng Mạch đếm sản phẩm dùng IC số Phần II: NỘI DUNG I Giới thiệu : Mạch đếm sản phẩm cần có khối nhận biết có sản phẩm qua cung cấp xung cho mạch đếm lên Mạch thực nhận biết sản phẩm mạch thu phát hồng ngoại Và để thực chức reset 00 cần có mạch so sánh II.Giới thiệu linh kiện : 1.Led thu,phát hồng ngoại Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) ánh sáng khơng nhìn thấy mắt thường có bước sóng từ 0.86µm đến 0.98µm Có vận tốc vận tốc ánh sáng Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả xuyên thấu Phát có hướng, chùm tia hẹp Vì thu phải hướng Vật liệu bán dẫn “trong suốt “ với ánh sáng hồng ngoại Vì ánh sáng hồng ngoại không bị suy yếu qua vật liệu bán dẫn Led thu quang( photo diode), hoạt động chế độ phân cực nghịch, vỏ đi-ốt có miếng thủy tinh để ánh sáng chiếu vào mối P-N (tia hồng ngoại), dòng điện ngược qua diode tỉ lệ thuận với cường độ ánh sáng chiếu vào diode Mạch đếm sản phẩm dùng IC số 2.IC 74ls32 IC 74ls32 IC cổng OR có trigger IC có 14 chân , chân – GND ,14 –VCC Có tất cổng OR Đường tín hiệu qua IC bị đảo IC 74ls00: IC 7400 IC cổng NAND có trigger IC có 14 chân , chân – GND ,14 –VCC Có tất cổng NAND Mạch đếm sản phẩm dùng IC số IC LM358 Hoạt động sau : + Chân phân áp nhờ trở 10K , dùng nguồn 5V điện áp chân 2.5V (người ta thường dùng mức mức chuẩn để so sánh ) , Nhưng nên thay trở 10K biến trở tốt Biến trở có tác dụng thay đổi độ nhạy LM358 + Chân chân có điện áp vào để so sánh Nếu điện áp chân (V in) > điện áp chân (V ref ) đầu chân có mức logic , ngược lại Vin < Vref đầu có mức logic Từ tín hiệu phân biệt rõ mức hay mức để giúp transistor nhận biết rõ ràng 10 Mạch đếm sản phẩm dùng IC số IC 74192: Là IC thực nhiệm vụ đếm lên/ xuống có xung tác động vào chân đếm UP /DOWN Bảng trạng thái bên cho thấy IC đếm chân PL nối mức cao MR nối mức thấp 11 Mạch đếm sản phẩm dùng IC số IC giải mã đoạn 74247 : IC có 16 chân Chân nguồn 8-GND , 16- Vcc Để thực chức giải mã mã BCD sang đoạn phải kết nối chân LT với mức cao chân RBO nối mức cao Để tắt số LED đoạn hàng chục mạch đếm chưa tới hàng chục IC giải mã hàng chục phải nối chân RBO IC với chân RBI IC giải mã hàng đơn vị 12 Mạch đếm sản phẩm dùng IC số LED THANH III) Nguyên lý hoạt động Mạch đếm sản phẩm bao gồm khối nhận biết sản phẩm hồng ngoại , khối đếm hiển thị số đếm ,khối so sánh reset Khối thu phát hồng ngoại ln có tia hồng ngoại.Áp chân > chân 3, đầu mức (- ), tran bị khóa,đầu mức cao.Khi có sản phẩm qua, tia hồng ngoại bị ngắt làm giảm áp chân 2, đầu cực C tran mức thấp tran thông Tạo xung, kích cho mạch đếm hoạt động Xung vng tác động tới khối đếm , đặt trước đếm lên , số đếm hiển thị LED đoạn Khối so sánh va reset Khi mạch đếm đến số đặt trước(ở la số 60) mạch reset trạng thái ban đầu 00 13 Mạch đếm sản phẩm dùng IC số IV.Sơ đồ nguyên lý: 14 Mạch đếm sản phẩm dùng IC số V Sơ đồ khối : Bao gồm khối thu phát hồng hồng ngoại , khối đếm hiển thị số đếm , khối so sánh reset 00 A.Khối thu phát hồng ngoại: V C _ A R R O W V R R R C C _ A R R O W U A V C C _ A R R O N B C E W R R C D D L E R + - R R R R Q N P D L E D L M C C C C Nhận biết sản phẩm qua sóng hồng ngoại Khi có sản phẩm qua sóng hồng ngoại bị ngắt ,tạo chênh lệch điện áp ngõ vào IC LM358 Bình thường điện áp chân LM358 cao chân , áp chân mang giá trị âm , có sản phẩm qua LED thu dẫn làm giảm áp chân , áp chân tăng lên giá trị dương , làm cho transistor C1815 dẫn tạo xung cấp cho mạch đếm Tụ C1 102 có nhiệm vụ giảm bớt xung nhiễu Led thu có sản phẩm qua Tụ C2 lọc nhiễu lần , sau qua IC LM358 Transistor Q1 dùng loại npn :C1815 hay A2222N , dùng loại 2222N đảm bảo ổn định Điện trở R5,R6 dùng để chỉnh độ nhạy Led thu hồng ngoại thông qua mức áp so sánh chân IC so sánh LM358 Khi tăng giá trị R5 nâng áp chân lên , thay đổi nhỏ Led thu nhận biết , làm thay đổi giá trị áp IC LM358 Như tạo xung vuông ngõ vào khối đếm 15 Mạch đếm sản phẩm dùng IC số B Mạch đếm hiển thị dùng IC 74LS192 & 74247: J C R O DB UC 1 C L L O R A W C _ A R R O W C Q Q Q Q L L K K DB UC 1 C L L O R A C C A R R O W U _ VC C C L S O W 3 O O 5 D D D D A B C D E F G I B I / R L S V C C L T R B 1 1 1 R R R 4 B O _ A A B C D E F G I D R R _ A 16 R J C V L T R B 16 U P 1 P P P D L S V O O _ A C K K C C D D D D C VC C L L G N D VC C W Q Q Q Q G N D O 3 C R R O W C O J N C N O R R V C V C C R R _ A R R L S B I / R 1 1 1 B O A R W _ A O N 16 C _ R G N D C C R U V C A G N D V _ VC C C U P 1 P P P C 16 V V O J C O N Khối đếm nhận xung đếm từ mạch thu phát hồng ngoại , chuyển xung thành xung đếm lên cho mạch đếm Mạch đếm dùng IC 74192 với chân vào Up kích mức cao , để thực đếm lên theo mã BCD Mã BCD tạo giải mã qua IC 74247 để giải mã sang LED đoạn , Anode chung , hiển thị số đếm thập phân chữ số Để tạo độ xác cho số đếm số đếm ban đầu reset nhờ nút nhấn Reset chân 14 Đây cơng tắc thường đóng, chân 14 nối mass, mạch hoạt động đếm Khi công tắc nhấn lần ngắt chân 14 khỏi mass, mạch tự động reset 00, đếm lại từ đầu 16 O W Mạch đếm sản phẩm dùng IC số C.Khối so sánh reset P P P P 1 16 Q Q Q Q L K L K D B UC O O C C U VC C C L R L O A A 3 L S 0 U G N D U D A L S 2 C _ A R S R W S O Q Q Q Q L L K K D B UC 1 C L L O R A W W _ P B _ S C C L P S S A 3 O O L S 0 G N D C S V U VC C P 1 P P P 16 U L D T Khối so sánh gồm IC: 74ls00 ( IC cổng Nand) 74ls32 (IC cổng Or) Thực so sánh: 6=0110 0ab0 1=0001 000c Chân 11 thực chức thiết lập đầu vào thông qua chân: 15-1-10-9.Tổ hợp đầu vào là: 0000 Chân 11 tích cực mức thấp: Khi mạch đếm tới giá trị 61 chân 11 mức logic mạch reset 00 17 Mạch đếm sản phẩm dùng IC số PHẦN III Kết luận Sau hai tuần thực , nhóm sinh viên thực đề tài “ Mạch đếm sản phẩm từ đến 60 sử dụng IC 74192 ” cảm ơn hướng dẫn thực đề tài cô Tâm Với kiến thức kỹ thuật số , sử dụng IC số với nguyên lý thu phát hồng ngoại , nhóm sinh viên hoàn thành đề tài “ Mạch đếm sản phẩm sử dụng IC số ”, có sai sót vấn đề chống nhiễu cho mạch đếm Với hướng dẫn giáo viên hướng dẫn nhóm sinh viên giải vấn đề Nhưng vấn đề cần giải tính ổn định mạch đếm sau khoảng thời gian dài Ưu điểm Khuyết điểm mạch 1.1 Ưu điểm Mạch đếm sản phẩm có ưu điểm đơn giản, gọn nhẹ hoạt động ổn định,dễ lắp đặt sửa chữa Mạch thực đếm số lượng sản phẩm từ dây chuyền sản xuất cách xác, thay cho việc đếm sản phẩm công nhân tiết kiệm sức lao động hoạt động với dòng điện chiều 5V nên tiết kiệm lượng 1.2 Khuyết điểm Bên cạnh ưu điểm mạch đến sản phẩm mắc khuyết điểm sau: khoảng cách LED thu LED phát không xa Mặt khác, sản phẩm đứng gần mạch đếm sản phẩm, kết đếm khơng xác Chính vậy, mạch đếm sản phẩm yêu cầu sản phẩm phải có khoảng cách định 2.Mở rộng đề tài Với đề tài “ Mạch đếm 60 sản phẩm dùng IC 74ls192” mạch giới hạn 60 sản phẩm, khơng có linh hoạt số sản phẩm đếm Có thể mở rộng đề tài, việc thêm đặt trước số đếm, hiển thị số đếm đặt trước đề tài tổng quát thành “ Mạch đếm sản phẩm dùng IC 74ls192” 18 Mạch đếm sản phẩm dùng IC số 2.1 Sơ đồ khối: Khối thu phát hồng ngoại Khối đếm mã BCD Hiển thị Led đoạn Khối đặt trước số đếm Khối so sánh số đếm Thực reset 00 2.2 Giới thiệu linh kiện: 2.2.1.IC 7414: IC 7414 IC cổng NOT có trigger IC có 14 chân , chân – GND ,14 –VCC Có tất cổng NOT Đường tín hiệu qua IC bị đảo Dùng IC để thực trả lại mã BCD sau khỏi IC giải mã ưu tiên 74147 ( thập phân sang BCD) Mức điện áp sử dụng khoảng nhiệt độ hoạt động cho bảng 19 Mạch đếm sản phẩm dùng IC số 2.2.2.IC 74112: Sơ đồ chân bảng trạng thái cho hình bên IC 74112 có chức đếm bit Như có xung clock ngõ Q thay đổi trạng thái Vì áp dụng , có nút nhấn Q đổi trạng thái , kích cho ghi dịch làm việc 2.2.3 IC 74133: Là IC 13 inputs NAND ,1 ngõ IC 74133 dùng để nhận biết có nút nhấn Khi có nút nhấn ngõ nảy trạng thái lên 20 Mạch đếm sản phẩm dùng IC số 2.2.4.IC 74147: Là IC thực chức giải mã ưu tiên từ nút nhấn thập phân sang mã BCD tương ứng , bị đảo Theo bảng chân thật phía : 2.2.5.IC 74194: Sơ đồ chân bảng trạng thái cho hình bên IC có 16 chân , với chân nguồn : 7-GND 16-Vcc Mạch đếm sản phẩm dùng IC số 21 Dựa bảng thật IC thực chức dịch bit ngõ vào sang bit ngõ chốt mức Như dùng để dịch mã BCD sau giải mã để lưu mã BCD sau có nút nhấn tác động Vì ta thực chức dịch song song IC Chân MR , S0 S1 nối với mức cao để thực chức 2.3 Sơ đồ nguyên lý nguyên tắc hoạt động Việc thực hiển thị số đặt trước phải dùng IC 74133 nhận biết số lần nút nhấn hiển thị hàng đơn vị , hàng chục IC 74133 tạo xung nảy cho phép IC đếm 74122 tạo mă nhị phân bit cho phép ghi 74194 để ghi dịch cho Ic giải mă đoạn 74247 Dùng 10 nut nhấn để đặt trước số đếm thập phân thông qua IC 74147 giải mã số thập phân sang mã BCD Vì IC74133 IC giải mã ưu tiên nên nhận số đếm lớn nhấn đồng thời nút nhấn V ngõ bị đảo nên phải dùng cổng đảo IC 7414 Và ngõ BCD đưa qua ghi dịch 74194 để lựa chọn cho hàng đơn vị , hàng chục Việc nhận biết số thập phân hàng chục hay đơn vị thực thông qua số lần nhấn Việc nhận biết số lần nhấn nhờ IC 74133 , cổng NAND 13 input , IC 74112 Khi nhấn lần ngõ 74133 lên tạo xung ↑ đếm cho 74112 Ngõ Q 74112 kích ghi U3 , 74194 , dịch mã BCD đơn vị , ghi U4 khơng hoạt động Nhấn lần cổng Q- lên không tạo xung ↑ đếm cho ghi dịch U4 hoạt động , dịch mã BCD hàng chục cho Led hiển thị Mạch đếm sản phẩm dùng IC số 22 Tài liệu tham khảo : 1- Giáo trình kỹ thuật số - ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT 2- Sơ Đồ Chân Linh Kiện Bán Dẫn -Dương Minh Trí - Nxb Trẻ 3- Website: dientuvietnam.net 23