Đề tài thiết kế mạch kiểm đếm lùi từ 666 về 222

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1: Giới thiệu chung 1.2: Ý tưởng thực 1.3 Ứng dụng mạch 1.4: Kết luận chương CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN MẠCH .6 2.1.: Giới thiệu linh kiện sử dụng mạch 2.1.1 Khái niệm,ký hiệu phân loại điện trở 2.1.2 Mã màu điện trở 2.1.3 Xác định chất lượng điện trở 2.2 Tụ điện 2.2.1 Khái niệm ký hiệu phân loại 2.2.2 Xác định chất lượng tụ điện 10 2.3 IC74192 11 2.4 IC74LS247 13 2.5 IC NE 555 15 2.6 IC 7432 16 2.7.IC 7805 17 2.8 Led đoạn 17 2.9 :Kết luận chương 18 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH 19 3.1.Sơ đồ khối mạch điện 19 3.1.1 Khối nguồn (Adapter) 19 3.1.2 Khối tạo tín hiệu 20 3.1.3.Khối ghi dịch nút nhấn (botton) 21 3.1.4 Khối hiển thị 22 3.2.Sơ đồ ngun lí tồn mạch 23 3.2.1: Sơ đồ mạch in 24 3.2.2: Sơ đồ lắp ráp cân chỉnh mạch 24 3.2.3: Sản phẩm thực tế 25 3.2.4:Kết luận chương 25 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 26 4.1:Kếtquả 26 4.2:Hạnchế .26 4.3:Hướng phát triển đề tài .26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển kinh tế khoa học kỹ thuật đường công nghiệp hóa đại đất nước,ngành điện tử nói chung có bước tiến vượt bậc mang lại thành đáng kể.Để thúc đẩy kinh tế đất nước ngày phát triển đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo giáo dục.Trường ĐHSPKT Hưng Yên số trường trú trọng đến việc đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu giảng dạy giúp sinh viên có khả thực tế cao Để sinh viên tăng khả tư làm quen với công việc thiết kế,chế tạo chúng em giao cho thực đồ án: “” nhằm củng cố mặt kiến thức thực tế, tổng hợp nâng cao kiến thức chuyên ngành Sau nhận đề tài, nhờ giúp đỡ, hướng dẫn tận tình thầy giáo,giảng viên : NGUYỄN VĂN VINH với nỗ lực cố gắng nhóm, tìm tịi, nghiên cứu tài liệu, đến đồ án chúng em mặt hoàn thành Trong trình thực dù cố gắng trình độ cịn hạn chế,kinh nghiệm cịn nên khơng thể tránh khỏi sai sót Chúng em mong nhận bảo giúp đỡ đóng góp ý kiến thầy cô giáo khoa để đồ án chúng em ngày hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn ! CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1: Giới thiệu chung Từ thực tế công ty,doanh nghiệp, cửa hàng, nhân viên cịn đếm sản phẩm thủ cơng, chúng em thấy nhiều bất tiện cịn nhầm lẫn số sản phẩm,đơn hàng, khó kiểm sốt Tuy nhiên công ti,doanh nghiệp vừa nhỏ việc tự động hóa hồn tồn chưa áp dụng mà cịn sử dụng nhân cơng Từ điều thấy khả chúng em, chúng em muốn làm điều nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo độ xác cao Vậy nên chúng em định thiết kế: ‘’MẠCH KIỂM ĐẾM LÙI TỪ 666 222’’ 1.2: Ý tưởng thực Trong thời đại nay,dưới bùng nổ phát triển công nghệ Đặc biệt ngành công nghệ điện tử kỹ thuật số mạch ứng dụng vào thực tế nhiều Các thiết bị điện tử số dù đơn giản đại đến đâu hướng tới tiện lợi cho người sử dụng Trước yêu cầu đòi hỏi cấp thiết sống Nhóm đồ án chúng em bắt tay vào tìm hiểu thiết kế “’MẠCH KIỂM ĐẾM LÙI TỪ 666 222 Dưới hướng dẫn thầy NGUYỄN VĂN VINH thầy cô giáo khoa giúp đỡ chúng em thực ý tưởng 1.3: Ứng dụng mạch Đếm số sản phẩm cách tự động, hiển thị LED Mạch đếm sử giao thông hay , sản phẩm chạy theo băng chuyền Xung điện đưa vào khối đếm sau hiển thị số sản phẩm Cũng hệ thống liên kết với máy tính tự động lưu trữ vào máy tính muốn làm với số sản phẩm định tạo khối đặt trước với số đếm ví dụ Hình 1.1 Đèn giao thơng dụng đếm lùi 1.4: Kết luận chương Chúng ta thấy mạch đếm lùi ứng dụng nhiều lĩnh vực thực tế : hiển thị đèn đường giao thông , đồng hồ hẹn Mạch đếm đèn giao thơng nói sản phẩm quan trọng ngày điện điện tử có ứng dụng vào thực tiễn cao CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN MẠCH 2.1 Giới thiệu linh kiện sử dụng mạch 2.1.1 Khái niệm,ký hiệu phân loại điện trở a.Khái niệm - Điện trở linh kiện điện tử thụ động có chức cản trở dịng điện mạch Biểu thức xác định: R= U/I Đơn vị: Ohm ( Ω ) b.Ký hiệu điện trở mạch điện Chuẩn EU Chuẩn US Biến trở Điện trở nhiệt Quang trở Hình2.1 ký hiệu điện trở c.Phân loại điên trở - Phân loại theo cấu tạo có loại bản: + Than ép: loại có cơng suất < 3W hoạt động tần số thấp + Màng than:loại có cơng suất > 3W hoạt động tần số cao + Dây quấn: loại có cơng suất > 5W hoạt động tần số thấp - Phân loại theo công suất: + Công suất nhỏ: có kích thước nhỏ + Cơng suất trung bình: có kích thước lớn + Cơng suất lớn: có kích thước lớn - Lưu ý: + Kích thước lớn khả tản nhiệt nhiều ngược lại + Khi ghép nối hay thay điện trở ta chọn loại có cơng suất 2.1.2 Mã màu điện trở a.Điện trở vạch màu Tên màu Vạch Vạch Vạch Vạch (hệ số nhân) (sai số) Đen - - Nâu 1 101 ±1% Đỏ 2 102 ±2% Cam 3 103 - Vàng 4 104 - Lục 5 105 ±0.5% Lam 6 106 ±0.25% Tím 7 107 ±0.1% Xám 8 108 - Trắng 9 109 - Kim nhũ - - 10-1 ±5% - -2 Ngân nhũ Không màu - 10 - ±10% ±20% Bảng 2.2 mã màu điện trở vạch màu b.Điện trở vạch màu Tên màu Vạch Vạch Vạch Vạch (hệ số nhân) (sai số) Vạch Đen - 0 - Nâu 1 101 ±1% Đỏ 2 102 ±2% Cam 3 103 - Vàng 4 104 - Lục 5 105 ±0.5% Lam 6 106 ±0.25% Tím 7 107 ±0.1% Xám 8 108 - Trắng 9 109 - Kim nhũ - - - 10-1 ±5% -2 Ngân nhũ - - - 10 ±10% Không màu - - - - ±20% Bảng 2.3 mã màu điện trở vạch màu 2.1.3 Xác định chất lượng điện trở - Để xác định chất lượng điện trở có phương pháp sau: + Quan sát mắt: kiểm tra xem màu sắc thân điện trở có chỗ bị đổi màu hay khơng,nếu có giá trị điện trở thay đổi q trình làm việc + Dùng đồng hồ vạn kết hợp với số ghi thân điện trở để xác định chất lượng điện trở - Những hư hỏng thường gặp: + Đứt: dùng đồng hồ để đo kim đồng hồ không lên + Cháy: làm việc công suất chịu đựng + Tăng trị số: thường xảy điện trở bột than, lâu ngày hoạt tính lớp bột than bị biến chất làm tăng trị số điện trở + Giảm trị số: thường xảy loại điện trở dây quấn ,do bị chạm số vòng dây 2.2 Tụ điện 2.2.1 Khái niệm ký hiệu phân loại a.Khái niệm - Là linh kiện điện tử thụ động có khả tích trữ lượng dạng điện trường Biểu thức xác định: Đơn vị: Fara (F) b.Ký hiệu tụ điện Tụ khơng phân cực Tụ hóa có phân cực Tụ hóa khơng phân cực Tụ biến dung tụ vi chỉnh Hình 2.4 ký hiệu tụ điện c.Phân loại tụ điện - Có nhiều phương pháp phân loại tụ điện ta dựa sở chất chế tạo bên tụ điện:+ Nhóm tụ mica,tụ seelen,tụ ceramic nhóm làm việc khu vực tần số cao tần + Nhóm tụ sứ,sành,giấy,dầu: nhóm hoạt động khu vực tần số trung bình + Tụ hóa hoạt động khu vực có tần số thấp d.Đặc điểm tụ điện + Dùng để nạp, xả điện,chỉ cho tín hiệu xoay chiều qua ngăn tín hiệu chiều + Khả nạp xả nhiều hay phụ thuộc vào điện dung C tụ + Đơn vị đo điện dung mạch điện tử gồm: pF;nF; µF + Khi sử dụng ta cần quan tâm tới: điện dung tụ điện áp tụ (cho biết giới hạn chịu đựng tụ ) 2.2.2 Xác định chất lượng tụ điện Dùng thang đo Ohm đồng hồ vạn thị kim + Khi đo tụ > 100 µF: chọn thang đo x1 + Khi đo tụ 10 µF đến 100 µF: chọn thang đo x10 + Khi đo tụ 104 đến 10 µF: chọn thang đo x1K + Khi đo tụ 102 đến 104: chọn thang đo x10K Cách đo: đo lần có đảo chiều que đo + Nếu kim vọt lên trả hết: khả nạp xả tụ tốt + Nếu kim vọt lên Ω: tụ bị nối tắt (bị đánh thủng,chạm chập) + Nếu kim vọt lên trả không hết: tụ bị rò rỉ + Nếu kim vọt lên trả lờ đờ: tụ bị khô + Nếu kim không lên: tụ bị đứt 2.3 IC74192 IC 74LS192 IC đếm bất đồng thông dụng Để tiện lợi , mạch đếm chia làm phần : phần đầu hai FF với ngõ xung vào BC để chia đôi tần số ( mạch đếm bit) Muốn thực mạch đếm đầy đủ ta áp can đếm ngõ nối (ngoài IC) ngõ QB,QC , lúc số đếm nhị phân QDQCQBQA(0110) Xung vào phải tương thích TTL có độ rộng xung vài nano giây Mỗi mạch đếm có ngõ Reset (đặt lại) gọi R01 R02 Vì ngõ đựơc nối AND với nên để xoá mạch đếm (QA = QB =QC =QD =0) ngõ Reset đưa lên cao để mạch đếm đếm xuống phải đưa ngõ Reset xuống thấp Thường ngõ nối chung với giữ mức thấp , muốn xoá mạch ta phải đưa ngõ lên cao chốc lát (ít vài chục nano=giây) đưa xuống thấp phép mạch đếm xuống ngõ ngõ bất đồng tác động độc lập với đồng hồ (xung vào) Hai thông số quan trọng để thiết kế mạch đếm là: Bảng chân lý mã hóa BCD điều kiện để Reset (Trở trạng thái ban đầu) b Sơ đồ chân 10 Hình 2.7 Sơ đồ chân - Chân 1,2,6,7 tín hiệu ngõ vào Chân hiển thị số Chân kiểm tra led đoạn Chân chọn trạng thái trước Chân nối nguồn GND Chân 9,10,11,12,13,14,15 mức logic ngõ -Chân 16 nối nguồn dương VCC b Bảng chân lý Bảng 2.8 chân lý 13 * + + + Trong : H : High voltage levele : đặt điện áp cao L : Low voltage levele : đặt điện áp thấp X : Immaterial : không xác định 2.5 IC NE 555 Thơng số kỹ thuật: Điện áp đầu vào: 4.5-16V Dịng điện cung cấp : 10mA - 15mA Điện áp logic mức cao : 0.5 - 15V Điện áp logic mức thấp : 0.03 - 0.06V Công suất lớn : 600mW Nhiệt độ hoạt động: – 70oC 14 IC NE555 mạch tích hợp hãng CMOS sản xuất, linh kiện phổ biến để tạo xung PWM thay đổi tần số tùy thích NE555 làm việc với sơ đồ mạch đơn giản, điều chế độ rộng xung Vì vậy, NE555 sử dụng loạt đếm thời gian, hệ xung, dao động ứng dụng NE555 sử dụng để cung cấp cho chậm trễ thời gian, dao động, yếu tố flip-flop Các dẫn xuất cung cấp lên đến bốn mạch thời gian gói Hình 2.9 Sơ đồ chân timer NE555 Các chức 555: + + + + Là thiết bị tạo xung xác Máy phát xung Điều chế độ rộng xung (PWM) Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng thu phát hồng ngoại) Cấu trúc bên NE555 tương đương với 20 transitor, 15 điện trở diode phụ thuộc vào nhà sản xuất Trong mạch tương đương có: đầu vào kích thích, khối so sánh, khối điều khiển chức hay công suất đầu Một số đặc tính 555 là: Điện áp cung cấp nằm khoảng từ 4V đến 16V, dòng cung cấp từ đến mA Khi làm việc chế độ ổn định kép NE555 hoạt động flip-flop, pin DIS không kết nối không sử dụng tụ điện Chế độ đơn ổn - chế độ NE55 hoạt động nguồn phát xung Chế độ tự – NE555 hoạt động tạo dao động 15 2.6 IC 7432 + + + IC 7432 IC thuộc họ TTL hãng Fairchild sản xuất Cấu tạo bên IC IC 7432: IC cổng logic And Gồm cổng And đầu vào Nguồn cấp cho IC la +5V Điện áp đầu vào cung cấp cho IC 7432 thấp khoảng từ 4.75V ~ 5.25V, IC hoạt động tốt điện áp 5V Hình 2.10 Sơ đồ chân 7432 + Các hoạt động IC đơn giản để hiểu hiểu hoạt động cổng NAND Bạn nhìn thấy sơ đồ cổng NAND N1 N4 dây độc lập có phụ thuộc vào cổng + Khi đầu vào mức thấp, đầu cao liên tục + Khi đầu vào đặt mức cao, tín hiệu vào đầu vào khác đảo ngược xuất đầu 16 2.7.IC 7805 Hình 2.11 Sơ đồ chân 7805 IC 7805 biết IC điều chỉnh nguồn điện áp đầu +5V 7805 thuộc dòng IC ổn áp dương họ LM78xx, sản xuất gói TO- 220 Đây dịng IC sử dụng rộng rãi mạch thiết bị điện tử thương mại IC7805 có nhiều tính tích hợp nhiều ứng dụng điện tử dịng điện đầu 1,5A, có chức bảo vệ tải, bảo vệ nhiệt, dòng điện tĩnh thấp, giữ hoạt động an toàn cho transistor cơng suất, … 2.8 Led đoạn Hình 2.12 Cấu tạo sơ đồ chân led đoạn + Chân số 1,2,4,6,7,9,10 nối với IC giải mã,cấp tín hiệu cho led để thị số thập phân + Chân 3,8 chân cấp nguồn cho led nối với Vcc 17 Hình 2.13 Hình ảnh thực tế led đoạn 2.9 :Kết luận chương Chương chúng em trình bày sơ lược linh kiện sử dụng mạch Cũng sơ đồ chân nguyên lí hoạt động linh kiện mạch điện CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH 3.1.Sơ đồ khối mạch điện Khối tạo tín hiệu Khối ghi dịch Và nút nhấn Khối giải mã Khối hiển thị Khối nguồn 3.1.1 Khối nguồn Nguồn thiết bị dùng để chuyển đổi điện áp thiết bị có nguồn điện khác 220V xuống mức điện áp thấp hơn, nhằm đảm bảo yêu cầu sử dụng người dùng Cấu tạo adapter đơn giản, lại đảm nhiệm vai trò đặc biệt quan trọng với chức sau: - Đảm bảo mang tới nguồn điện phù hợp để thiết bị hoạt động tốt Ở Adapter có tác dụng chuyển đổi nguồn điện 220v xoay chiều 5v chiều để mạch điện hoạt động ổn định 3.1.2 Khối tạo tín hiệu Mạch tạo xung NE555 sử dụng để tạo tín hiệu sóng vng Nó tạo tín hiệu sóng vng sử dụng để phát triển thử nghiệm Ngồi ra, cịn sử dụng để điều khiển động bước để tạo tín hiệu truyền động sóng vng 19 Chu kỳ đầu điều chỉnh biến trở, chu kỳ tần số không điều chỉnh riêng biệt, việc điều chỉnh chu kỳ nhiệm vụ thay đổi tần số Chức mạch tạo dao độnglà chuyển trạng thái đầu (từ CAO sang THẤP từ THẤP sang CAO) theo khoảng thời gian mong muốn, khơng có can thiệp từ bên Chúng ta đạt điều cách điều khiển cực xả (chân 7) IC 555 thông qua tụ điện (C) Bên IC 555, chân kết nối với đầu cực collector transistor có đế kết nối trực tiếp với đầu (đầu không đảo ngược - Q) flip flop RS Bạn phải lưu ý Vout (chân - đầu IC 555) lấy từ đầu đảo ngược Q flip flop Vì vậy, đầu flip flop (không đảo ngược) Q mức CAO, Vout mức THẤP đầu flip flop Q mức THẤP, Vout mức CAO 3.1.3.Khối ghi dịch nút nhấn (botton) -Ghi dịch - IC 74192 IC đếm mã nhị phân chia 10 mã hóa BCD Xung lấy từ khối tạo tín hiệu,tạo xung đưa vào chân IC 74192 đếm hàng đơn vị.cứ xung vào IC đếm hàng đơn vị đếm lùi xuống Khi IC đếm hàng đơn vị đếm đến (QD=1) tự động trở 9,đồng thời đầu QD lại nối vào chân IC đếm hàng chục nên IC đếm hàng đơn vị đếm từ 9-0 sản phẩm trở IC đếm hàng chục lùi xuống 1, Sản phẩm qua tiếp tục tạo xung,bộ đếm tiếp tục đếm IC đếm hàng đơn vị đếm đến trở lần thứ hai IC đếm hàng chục đếm lùi xuống 2, sau đếm từ 666 đến 222 sản phẩm đếm lại đếm lại từ đầu Để đáp ứng yêu cầu trên,chúng ta ứng dụng trạng thái đầu IC đếm để thiết 20