Đồ án thiết kế mạch điều khiển đèn giao thông tại ngã tư (thuyết minh + mạch điều khiển)

NHĨM NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MƠN HỌC ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯ PHẦN THUYẾT MINH : Yêu cầu bố cục nội dung : Chương 1: Tìm hiểu chung mạch tổ hợp, mạch dãy mạch dao động Chương 2: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông Chương 3: Xây dựng chương trình mơ u cầu thời gian : Ngày giao đề : 10/11/2012 Ngày hoàn thành :… 20/12/2012 Thời gian bảo vệ dự kiến : 30/12/2012 Ngày … tháng … năm 2012 Khoa Điện Bộ môn Giáo viên hướng dẫn NGUYỄN VĂN VINH THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯT KẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯN ĐÈN GIAO THÔNG TẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯI NGÃ TƯ Page NHÓM NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN eee Giáo viên hướng dẫn GVC.Th.S NGUYỄN VĂN VINH THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯT KẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯN ĐÈN GIAO THÔNG TẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯI NGÃ TƯ Page NHÓM MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1.Mạch tổ hợp 1.1 Khái quát .6 1.2 Các phương pháp tối thiểu hoá hàm logic 1.3 Tổng hợp hàm logic ràng buộc 1.3.1 Khái niệm hàm logic ràng buộc 1.4 Bộ mã hoá giải mã 2.1 Khái niệm mạch dãy 11 2.2 Thanh ghi ghi dịch 11 2.3 Bộ đếm 11 2.3.1 Bộ đếm nối tiếp đếm song song 11 2.3.2 Bộ đếm 12 2.3.3 Ghép hệ đếm 13 3.Mạch dao động 13 3.1 Nguyên lý tạo dao động 13 3.1.1 Các vấn đề chung 13 3.1.2 Điều kiện dao động 14 3.1.3 Kết luận 15 I.Khối tạo xung .16 1.1 IC 555 16 II.Khối đếm 19 1.IC4017 19 2.IC 74ls90 .21 III Khối giải mã 23 IV Khối hiển thị 27 PHẦN III:XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG 28 I.Mạch tạo xung 28 II.Mạch điều khiển thời gian sáng đèn 29 III.Mạch hiển thi thời gian led 29 VI.Mạch chung .30 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯT KẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯN ĐÈN GIAO THÔNG TẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯI NGÃ TƯ Page NHĨM PHẦN IV:NGUN LÍ HOẠT ĐỘNG 31 KẾT LUẬN 32 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯT KẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯN ĐÈN GIAO THÔNG TẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯI NGÃ TƯ Page NHÓM LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số trở thành quen thuộc với nhiều người, phát triển ngành kỹ thuật số có ảnh hưởng lớn đến ngành kinh tế tồn cầu Nhờ có ưu điểm xử lý số độ tin cậy truyền dẫn, tín đa thích nghi kinh tế nhiều phần mềm khác nhau, tín tiện lợi điều khiển khai thác mạng Số hóa xu hướng phát triển tất yếu nhiều lĩnh vực kỹ thuật kinh tế khác nhau.Không lĩnh vục thông tin liên lạc tin học Ngày nay, kỹ thật số thâm nhập mạnh mẽ vào Kỹ thuật điện tử, Điều khiển tự động, phát thang truyền hình, y tế, nơng nghiệp…và dụng cụ sinh hoạt gia đình Ngay từ ngày đầu khai sinh, kỹ thuật số nói riêng ngành điện tử nói chung tạo nhiều bước đột phá mẽ cho ngành kinh tế khác đảm bảo yêu cầu người dùng chất lượng dịch vụ Đồng thời kiến thức kỹ thuật số thiếu sinh viên, sinh viên điện tử Và người nhận thấy rằng, ngày trật tự giao thơng nước ta rối ren Vì việc sử dụng đèn giao thông giao lộ cần thiết để hiểu rõ nguyên lý hoạt động muốn phát triển thêm vấn đề này, bọn em thiết kế nghiên cứu hệ thống điều khiển đèn giao thông ngã tư Mặc dù có nhiều cố gắng, lần làm đồ án nên “Đồ án môn học” khó tránh khỏi sai sót, nhóm chúng em mong nhận nhiều ủng hộ góp ý thầy bạn đọc để lần sau nhóm em cố gắng hồn thiện THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯT KẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯN ĐÈN GIAO THÔNG TẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯI NGÃ TƯ Page NHÓM PHẦN I:LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 1.Mạch tổ hợp 1.1 Khái quát *Mạch logic tổ hợp mạch logic giá trí logic tín hiệu không phụ thuộc vào trạng thái cũ mạch, mà hoàn toàn xác định giá trị logic cửa vào mạch thời điểm * Khi tổng hợp mạch logic tổ hợp ta cần tuân thủ bước đây: - Lập bảng chức logic mạch Đó bảng chân lí hay bảng trạng thái, bảng giá trị biến tương ứng với tong tổ hợp biến vào - Từ bảng trạng thái xác định biểu thức hàm logic bảng Các nô - Tiến hành tối thiểu hoá hàm logic đưa dạng thuận lợi để triển khai hàm thông qua mạch logic 1.2 Các phương pháp tối thiểu hoá hàm logic - Tối thiểu hoá hàm logic cách sử dụng định luật đại số logic - Tối thiểu hố hàm logic biểu đồ Các nơ 1.3 Tổng hợp hàm logic ràng buộc 1.3.1 Khái niệm hàm logic ràng buộc -Hàm số n biến có 2n tổ hợp biến, tương ứng với tổ hợp biến hàm số có giá trị Nhưng có trường hợp với số tổ hợp biến số hàm số biến khơng xác định giá trị theo điều kiện -Phần tử ràng buộc hay số hạng ràng buộc tổ hợp biến tương ứng với trường hợp hàm số không xác định, số hạng ràng buộc -Điều kiện ràng buộc biểu thức logic tạo tổng phần tử ràng buộc Vậy điều kiện ràng buộc -Hàm logic ràng buộc hàm số logic xác định với điều kiện ràng buộc THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯT KẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯN ĐÈN GIAO THÔNG TẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯI NGÃ TƯ Page NHĨM -Tối thiểu hố hàm logic ràng buộc có cách: tối thiểu hố cơng thức bảng nơ 1.4 Bộ mã hố giải mã * Hệ chuyển mã: Hệ chuyển mã -Hệ chuyển mã hệ tổ hợp có nhiệm vụ làm cho hệ thống tương thích nhau, hệ thống sử dụng2 mã nhị phân khác Hệ chuyển mã có số lượng ngõ vào ngõ * Hệ giải mã -Hệ giải mã hệ chuyển mã có nhiệm vụ chuyển từ số nhị phân n bit ngõ vào sang mã nhị phân m ngõ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯT KẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯN ĐÈN GIAO THÔNG TẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯI NGÃ TƯ Page NHÓM - Với giá trị i tổ hợp ngõ vào ngõ Yi tích cực ngõ cịn lại khơng tích cực Có dạng: tích cực mức cao tích cực mức thấp *Giải mã số BCD sang mã LED thanh: Led thanh: loại đèn LED ding để hiển thị số thập phân (từ đến 9) Các số thập phân hiển thị LED -Ngoài LED hiển thị số chữ kí tự đặc biệt * Có loại LED thanh: Anot chung Katot chung LED Katot chung Anot chung *Mạch giải mã số BCD sang led thanh: - Mạch có ngõ vào tương ứng với tổ hợp BCD ngõ tương ứng LED -Xây dung hệ giải mã cho led anode chung THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯT KẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯN ĐÈN GIAO THÔNG TẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯI NGÃ TƯ Page NHÓM Bảng chân lý: Input Output D C B A a b c d e f g 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 X X X X X X X 1 X X X X X X X 1 0 X X X X X X X 1 X X X X X X X 1 X X X X X X X 1 1 X X X X X X X THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯT KẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯN ĐÈN GIAO THÔNG TẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯI NGÃ TƯ Page NHÓM Các hiển thị tương ứng LED với đầu vào: *Sơ đồ logic: *Phương trình logic a DC BA  CA b C BA  CB A C ( B  A) d C BA  C B A  CBA C BA  C ( B  A) f BA  CB  DCA c CB A e C B  A g DC B  CBA -Từ kết ta kết hợp cổng logic để tạo mã cho LED thanh.Trong ta sử dụng IC 74ls47 để giải mã cho LED THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯT KẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯN ĐÈN GIAO THÔNG TẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯI NGÃ TƯ Page 10 NHĨM Hình vẽ cho thấy IC 555 có tầng so áp Tầng so áp , điện áp vào chân so áp với mức ngưỡng 1/3VCC, ngõ tầng so áp tác động vào chân Set Flip Flop Tầng so áp trên, điện áp vào chân cho so áp với mức áp ngưỡng 2/3VCC, ngõ tầng so áp tác động vào chân Reset Flip Flop Như trạng thái ngả Flip Flop tuỳ thuộc vào tác động tín hiệu vào chân -Nếu mức áp chân xuống thấp 1/3VCC ngõ chân tăng lên mức ap cao -Nếu mức áp chân lên cao 2/3VCC ngõ chân xuống mức áp thấp -Khi chân mức áp cao transistor T1 ngưng dẫn -Khi chân mức áp thấp transistor T bão hồ -Khi chân mức thấp, chân bị chốt mức áp thấp, chân mức áp cao, lúc chân biến đổi theo Flip Flop Do mạch dao động, người ta cho chân nối vào mức nguồn cao THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯT KẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯN ĐÈN GIAO THÔNG TẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THƠNG TẠI NGÃ TƯI NGÃ TƯ Page 18 NHĨM  Thơng thường mạch dao động ta có cơng thức tính thời gian ngưng dẫn transistor là: T=RCln2=0.693(R1+2R2)C  Thời gian ngưng dẫn mức áp cao lúc tụ C2 nạp dòng qua R1+R2: Tn=0,693*(R1+R2)*C2  Thời gian ngưng dẫn mức áp thấp lúc tụ C2 xả dòng qua R2: Tx=0,693*R2*C2 II.Khối đếm 1.IC4017 *Ta có: + Từ chân 1,2,3,4,5,6,7,8,9,11 tương ứng với 10 xung đầu CD4014 Các chân xuất mức số xung đếm tương ứng với thứ tự chân đầu + Chân 15 chân Reset Khi chân tác động mức đếm bị Reset đầu + Chân 14 chân xung đầu vào đếm sườn dương + Chân 13 chân xung đầu vào đếm sườn âm + Chân 12 chân xung báo hiệu đếm xong chu kì đếm ( -Có nghĩa THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯT KẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯN ĐÈN GIAO THÔNG TẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THƠNG TẠI NGÃ TƯI NGÃ TƯ Page 19 NHĨM CD4017 đếm từ đến chân 12 mức CD4017 đếm từ đến 10 chân 12 mức 0) + Chân 16 chân nguồn *Bảng trạng thái: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯT KẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯN ĐÈN GIAO THÔNG TẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯI NGÃ TƯ Page 20