Lời Nói Đầu Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật,đặc biệt là ngành điện tử được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp.Trong lĩnh vực điều khiển, từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều khiển lắp ráp bằng các tín hiệu rời như kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ. Ngày nay, trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, sản pẩm phục vụ cho như cầu sinh hoạt hàng ngày của con người như máy giặt, đòng hồ bấm giây, đồng hồ báo giờ đã giúc cho đời sống sinh viên của chúng ta ngyà càng hiện đại vs tiện nghi hơn. Với nhứng kiến thức đã học trên lớp và tìm hiểu thực tế .Trong thời gian yêu cầu nhóm em đã hoàn thành đồ án môn học với nội dung: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG”. Do kiến thức chuyên ngành còn thiếu nhiều thực tế nên đồ án không tránh khỏi những sai sót, mong các thầy cô góp ý để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn Thầy: Nguyễn Văn Vinh đã giúc nhóm em hoàn thành bài tập lớn môn này. CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ MẠCH TỔ HỢP, MẠCH DÃY, VÀ MẠCH DAO ĐỘNG. I.MẠCH LOGIC TỔ HỢP 1.Đặc điểm cở bản và phương pháp thiết kế mạch logic tổ hợp 1.1đặc điểm cơ bản mạch logic tổ hợp Mạch logic tổ hợp có điểm điểm cở bản là giá trị ( 0 và 1 ) tín hiệu đầu ra tại thời điểm bất kỳ chỉ phụ thuộc vào tổ hợp giá trị tại thời điểm đó.Nói cách khác, mạch logic tổ hợp là mạch không có các phần tử nhớ. Mạch logic tổ hợp được xây dựng từ mạch điện cổng logic. 1.2 Các phương pháp biểu thị hàm logic Hàm logic Bảng chân lí Sơ đồ logic Bảng các no Đồ thì dạng sóng theo thời gian 1.3 phương pháp thiết kế mạch logic tổ hợp 2.Bộ mã hóa 2.1 khái niệm Mã hóa là việc sử dụng các ký hiệu để biểu thị một số đối tượng được xác định hay một tín hiệu xác định nào đó. Bộ mã hóa là mạch điện thao tác mã hóa. 2.2 Bộ mã hóa nhị phân Bộ mã hóa nhị phân là mạch điện dùng n bit để mã hóa.: N=2n tín hiệu. 2.3 Bộ mã hóa nhị phận – thập phân(Bộ giải mã BCD) Bộ mã hóa nhị phânthập phân là bộ mã hóa có nhiệm vụ chuyển 10 chữ số thập phân thành mã hệ nhị phân. Dạng mã này còn được gọi là mã BCD Bộ giải mã BCD có 4 cửa vào là 4 bit nhị phân, ký hiệu chúng theo trọng số giảm dần là D, C, B, A,có các cửa ra là 10 số hệ thập phân ( từ 0 đến 9 ), ký hiệ chúng là y_1,y_2,y_(3,) y_(4,) y_5,y_(6,) y_(7,) y_8 〖,y〗_9, ứng với mỗi tổ hợp biến chỉ có 1 biến ra xuất hiện. 3 Bộ giải mã 3.1 Khái niệm Khi tín hiện được mã hóa và xử lí bằng thiết bị điển tử số. Kết quả xử lí là tín hiệu số.Bởi vậy cần chuyển đổi tín hiệu dạng số thành tín hiệu mà ta dễ hiểu. Các thiết bị điện tử thực hiện nhiệm vụ này được gọi là bộ giải mã. 3.2 Bộ giải mã nhị phân Bộ mã hóa nhị phân có chức năng phiên dịch mã nhị phân thành tín hiệu đầu ra tương ứng với một tính hiệu quy định nào đó. 3.3 Bộ giải mã hiển thị ký tự Để hiện thị ký tự là 10 chữ số thập phân từ 0 đến 9 thường sử dụng các phần tử quang điện, trong đó có led 7 thanh. 4. Bộ so sánh Là mạch để so sánh 2 số thập phân đã chuyển hóa thành dãy tín hiệu xung áp với các mức tương ứng. Kết quả sau khi so sánh phải xác định được, hai số có bằng nhau không, hay số nào lớn hơn, số nào bé hơn. Phân loại: So sánh bằng nhau So sánh lớn hơn, bé hơn 5. Bộ cộng Bộ cộng mạch điện để thực hiện phép tính cộng hai số hệ nhị phân đã được chuyển hóa thành dãy tín hiệu xung điện áp với các mức tương ứng. Kết quả ở cửa ra của bộ cộng cũng là dãy xung điện áp, mỗi xung có một mức tương ứng Bộ cộng nửa bit Bộ cộng đủ một bit 6. Bộ chọn kênh Bộ chọn kênh là mạch điện tử sử dụng n tín hiệu điều khiển để lựa chọn phép một trong 2n tín hiệu đưa được lên kênh truyền. II MẠCH DÃY 1.Đai cương về mạch dãy 1.1 Đặc điểm và phương pháp mô tả chức năng mạch dãy Mạch dãy là mạch điện số mà trạng thái đầu ra của nó không phụ thuộc vào trạng thái đầu vào ở thời điểm đó, mà còn phụ thuộc vào trạng thái bản thân mạch ở thời điểm đó ( trạng thái trong mạch). Vậy trong mạch dãy phải có mạch lật (mạch FF) để tạo nhớ. Sơ đồ khối mạch dãy có thể mô tả như hình sau: Các phương pháp để mô tả chức năng mạch dãy: Phương pháp sử dụng phường trình: dùng để mô tả quan hệ thuộc của các biến ra theo các biến vào và trạng thái nội tại đang có trong mạch. Phương pháp sử dụng bảng trạng thái: dùng bản liệt kê mối quan hệ theo giá trị logic giữa các biến. Phương pháp sử dụng sơ đồ hình thái:dùng hình vẽ phản ánh quy luật đổi trạng thái và tình hình giá trị đàu vào,đầu ra tương ứng của mạch. Phương pháp sử dụng đồ thị thời gian: là dạng song công tác mô tả quan hệ tương ứng các giá trị đầu vào,đầu ra, trạng thái mạch điện về thời gian. 1.2.Phương pháp cơ bản phân tích chức năng logic mạch dãy. Bước 1: Viết các phương trình định thời, đầu ra và phương trình . Bước 2:Tìm phương trình trạng thái Bước 3: Tính toán Bước 4: Vẽ sơ đồ trạng thái (hoặc lập bảng trạng thái, vẽ đồ thì thời gian) 2.Bộ đếm 2.1. Đặc điểm và phân loại bộ đếm là mạch điện số có khả năng nhớ được số xung đến cửa vào Phân loại: Theo cách thức làm việc của mạch lật + Bộ đếm đồng bộ +Bộ đếm dị bộ Theo hệ số đếm của bộ đếm: + Bộ đếm nhị phận, thập phân. +Bộ đếm N phân. Ngoài ra có bộ đếm thuận, bộ đếm nghịch, bộ đếm thuận nghịch. 2.2 Bộ đếm đồng bộ 2.3 Bộ đếm dị bộ Xét sơ đồ đặc trưng của mạch dị bộ: 2.4 Một số mạch điển hình dùng bộ đếm. Trong thực tế bộ đếm được sử dụng rộng rãi như:dùng làm đồng hồ số,bãi đỗ xe tự động hay đèn báo giao thông ,… 3. Bộ nhớ 3.1 Bộ nhớ Là linh kiện quan trọng của vi mạch số,dùng để lưu trữ tam thời dữ liệu.Mạch bao gồm các mạch lật,mỗi mạch lật nhớ được 1 bit Bộ nhớ căn bản Chức năng: – Xóa dữ liệu đã có – Tiếp nhận dữ liệu mới Phân loại – Bộ nhớ tiếp nhận 2 nhịp – Bộ nhớ tiếp nhận 1 nhịp 3.2 Bộ ghi dịch Chức năng: tiếp nhận và lưu trữ dữ liệu, dịch dữ liệu theo từng bít nhờ xung dịch (sang phải hoặc sang trái) Bộ ghi dịch có bộ ghi dịch 1 hướng và bộ ghi dịch 2 hướng. 3.3. Ứng dụng bộ nhớ Bộ nhớ căn bản có thể sử dụng để biến đổi mã nhị phân từ dạng song song sang dạng nối tiếp hoặc ngược lại và để tạo các bộ đếm có hệ số đếm khác nhau,trong đó có sử dụng mạch logic phản hồi. 3.4. Bộ nhớ xung tuần tự Là thiết bị cung cấp tín hiêụ điều khiển với các yêu cầu thực hiện phép toán diễn ra tuần tự,thật chính xác.Các tín hiệu đó phải lần lượt xuất hiện cách nhau 1 khoảng thời gian chính xác. 3.5. Bộ nhớ RAM • RAM là bộ nhớ cho phép người sử dụng có thể viết và đọc dữ liệu (Gọi là bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên Random Access Memory). III. MẠCH TẠO DAO ĐỘNG 1Khái niệm về mạch dao động. Mạch dao động được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị điện tử, như mạch dao động nội trong khối RF Radio, trong bộ kênh Tivi mầu, Mạch dao động tạo xung dòng , xung mành trong Tivi, tạo sóng hình sin cho IC Vi xử lý hoạt động v v • Mạch dao động hình Sin • Mạch dao động đa hài • Mạch dao động nghẹt • Mạch dao động dùng IC 2.Mạch dao động hình Sin Người ta có thể tạo dao động hình Sin từ các linh kiện L C hoặc từ thạch anh. Mạch dao động hình Sin dùng L C Mạch dao động hình Sin dùng L C Mach dao động trên có tụ C1 L1 tạo thành mạch dao động L C Để duy trì sự dao động này thì tín hiệu dao động được đưa vào chân B của Transistor, R1 là trở định thiên cho Transistor, R2 là trở gánh để lấy ra tín hiệu dao động ra , cuộn dây đấu từ chân E Transistor xuống mass có tác dụng lấy hồi tiếp để duy trì dao động. Tần số dao động của mạch phụ thuộc vào C1 và L1 theo công thức f = 1 2.p.( L1.C1 ) 12 3. Mạch dao động đa hài. Mạch dao động đa hài tạo xung vuông Giải thích nguyên lý hoạt động : Khi cấp nguồn , giả sử đèn Q1 dẫn trước, áp Uc đèn Q1 giảm => thông qua C1 làm áp Ub đèn Q2 giảm => Q2 tắt => áp Uc đèn Q2 tăng => thông qua C2 làm áp Ub đèn Q1 tăng => xác lập trạng thái Q1 dẫn bão hoà và Q2 tắt , sau khoảng thời gian t , dòng nạp qua R3 vào tụ C1 khi điện áp này > 0,6V thì đèn Q2 dẫn => áp Uc đèn Q2 giảm => tiếp tục như vậy cho đến khi Q2 dẫn bão hoà và Q1 tắt, trạng thái lặp đi lặp lại và tạo thành dao động, chu kỳ dao động phụ thuộc vào C1, C2 và R2, R3. 4. Mạch dao động bằng IC IC tạo dao động XX555 ; XX có thể là TA hoặc LA v v Mạch dao động tạo xung bằng IC 555 IC 555 là một loại linh kiện khá là phổ biến bây giờ với việc dễ dàng tạo được xung vuông và có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản,điều chế được độ rộng xung. Nó được ứng dụng hầu hết vào các mạch tạo xung đóng cắt hay là những mạch dao động khác. Đây là linh kiện của hãng CMOS sản xuất . Các thông số cơ bản của IC 555 có trên thị trường : + Điện áp đầu vào : 2 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555, NE7555 ) + Dòng điện cung cấp : 6mA 15mA + Điện áp logic ở mức cao : 0.5 15V + Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 0.06V + Công suất lớn nhất là : 600mW Các chức năng của 555: + Là thiết bị tạo xung chính xác + Máy phát xung + Điều chế được độ rộng xung (PWM) + Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại) CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ XE I.SƠ ĐỒ KHỐI CẤU TRÚC BÃI ĐỖ XE Các linh kiện sử dụng trong mạch mô phỏng: STT Tên linh kiện Số lượng Chú thích 1 CD4013 4 2 7408 4 3 Res 9 210k; 9180R 4 7SEGCAGREEN 4 5 74LS85 2 6 BUTTON 8 7 74247 4 8 74192 2 9 BUTTON 5 10 RELAY 4 11 LED 2 1red; 1green 12 MOTOR 2 Chức năng, đặc điểm của các vi mạch sử dụng: Các cổng logic 1.1Cổng AND Dùng để thực hiện phép nhân logic. Kí hiệu Bảng chân lý A B Y 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 Kí hiệu và bảng chân lý cổng AND + A, B: ngõ vào tín hiệu logic + Y: đáp ứng ngõ ra + 0: mức logic thấp + 1: mức logic cao 1.2 Cổng NOT Kí hiệu Bảng chân lí A B 0 1 1 0 Kí hiệu và bảng chân lý cổng NOT Hàm số của phép phủ định luôn có giá trị ngược lại so với biến giá trị tương ứng. 1.3 Cổng OR Kí hiệu Bảng chân lí A B Y 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 Hình : Kí hiệu và bảng chân lý cổng OR 1.4 Cổng NAND Kí hiệu Bảng chân lí A B Y 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 Hình : Kí hiệu và bảng chân lí cổng NAND Các IC IC 74LS85 A0, A1, A2, A3, B0, B1, B2, B3: chân tín hiệu vào. QAB: chân tín hiệu ra. AB: đầu vào tầng. Hình : IC 74LS85 Sơ đồ logic: Hình : Sơ đồ logic IC74LS85 Bảng chân lí: H mức cao L mức thấp X không xác định Đầu vào so sánh Đầu vào tầng Đầu ra A3,B3 A2,B2 A1,B1 A0,B0 A>B AB QA=B QAB3 X X X X X X H L L A3B2 X X X X X H L L A3=B3 A2B1 X X X X H L L A3=B3 A2=B2 A1B0 X X X H L L A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0