Đồ án tốt nghiệp tên đề tài kit thực hành kỹ thuật xung số 2

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP -o0o - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: KIT THỰC HÀNH KỸ THUẬT XUNG SỐ GVHD: ThS NGUYỄN HỮU PHƯỚC SVTH: PHẠM MINH QUANG LỚP: CĐ ĐĐT 20ĐTF NGUYỄN HUỲNH TRỌNG NGHĨA LỚP: CĐ ĐĐT 20ĐTF NGUYỄN TRẦN NGỌC TRẦM LỚP: CĐ ĐĐT 20ĐTF TP Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2023 LỜI CẢM ƠN Lời nhóm thực đồ án xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng, đặc biệt Bộ Mơn Điện Tử Cơng Nghiệp, tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức quý giá cho sinh viên năm qua Đặc biệt, nhóm đồ án xin chân thành cảm ơn Thầy ThS Nguyễn Hữu Phước, người hướng dẫn đồ án, tận tình, quan tâm hướng dẫn để nhóm có sản phẩm ngày hơm Xin cảm ơn Thầy Huỳnh Trọng Nhân, giáo viên chủ nhiệm, ln giải đáp thắc mắc, khích lệ hỗ trợ việc học tập Xin cảm ơn ba mẹ, bạn bè hỗ trợ nguồn tài liệu động viên suốt thời gian qua để nhóm đồ án hồn thành sản phẩm ngày hơm Thông qua đồ án tốt nghiệp, sản phẩm quà cảm ơn nhóm thực đồ án gửi lại Trường Để hỗ trợ Thầy, Cô phần nhỏ công tác giảng dạy, truyền đạt kiến thức cho hệ Do thiếu hiểu biết, kỹ thời gian hạn chế, đồ án tốt nghiệp nhóm khơng thể tránh khỏi sai sót Nhóm thực đồ án mong nhận dạy góp ý Thầy, Cơ bạn sinh viên khác để có sản phẩm tốt sau Nhóm thực đồ án xin chân thành cảm ơn! NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Về thái độ tinh thần làm việc sinh viên: Những kết đạt ĐA/KLTN: Những hạn chế ĐA/KLTN: Đánh giá chung đề tài: Xuất sắc Giỏi Khá Trung bình Yếu Đề nghị: Được phản biện Không bảo vệ TPHCM, ngày……tháng … năm 20… Giảng viên hướng dẫn (GV ký tên ghi rõ họ tên) MỤC LỤC Chương TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Ứng dụng đề tài 1.3 Nội dung mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.4 Đối tượng phương pháp nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Nghiên cứu đề tài 1.5 Giới hạn đề tài Chương GIỚI THIỆU LINH KIỆN, IC 2.1 Các IC cổng logic 2.1.1 IC 7404 2.1.2 IC 7408 2.1.3 IC 7400 2.1.4 IC 7432 2.1.5 IC 7402 2.2 Các IC Flip_Flop 2.2.1 IC 7476 2.2.2 IC 4013 2.3 IC giải mã mã hóa 2.3.1 IC 74147 2.3.2 IC 74138 2.3.3 IC 74247 2.3.4 IC 74248 2.4 Giới thiệu IC 74151 2.5 Giới thiệu IC 74192 2.6 IC 4017 2.7 Led đoạn: 2.7.1 Led đoạn CC- Cathode 2.7.2 Led đoạn CA- Anode 2.8 Giới thiệu IC 555 2.9 Transistor C1815 2.10 Nguồn tổ ong 5V-5A 2.11 Biến áp 220V 15V 2.12 Đế banana đồng 2.13 Ổ dây cắm nguồn AC 2.13.1 Ổ cắm công tắc nguồn 2.13.2 Dây cắm nguồn AC 2.14 Công tắc nút nhấn 2.14.1 Nút nhấn 2.14.2 Công tắc Chương THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 32 3.1 Thiết kế Kit: 3.1.1 Thiết kế Kit số: 3.1.1.1 Khối logic 3.1.1.2 Khối giải mã mã hóa 3.1.1.3 Khối flip- flop 3.1.1.4 IC đếm 3.1.1.5 IC mở rộng 3.1.1.6 Khối Led đoạn Led đơn 3.1.1.7 Nút nhấn, công tắc mạch tạo xung 3.1.2 Thiết kế Kit xung 3.2 Tiến hành thi công 3.2 kết thi công Chương KẾT LUẬN 46 4.1 Kết luận 4.1.1 Hạn chế đề tài: 4.1.2 Những khó khăn thực đề tài: 4.2 Hướng phát triển TÀI LIỆU THAM KHẢO .47 PHỤ LỤC i DANH MỤC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH Bảng 2.1: Chức chân IC 7404 Bảng 2.2: Bảng trạng thái IC 7404 Bảng 2.3: Chức chân IC 7408 Bảng 2.4: Bảng trạng thái IC 7408 Bảng 2.5: Chức chân IC 7400 Bảng 2.6: Bảng trạng thái IC 7400 Bảng 2.7: Chức chân IC 7432 Bảng 2.8: Bảng trạng thái IC 7432 Bảng 2.9: Chức chân IC 7402 Bảng 2.10: Bảng trạng thái IC 7402 Bảng 2.11: Chức chân IC 7476 Bảng 2.12: Bảng trạng thái IC 7476 Bảng 2.13: Chức chân IC 4013 Bảng 2.14: Bảng trạng thái IC 4013 Bảng 2.15: Chức chân IC 74147 Bảng 2.16: Bảng trạng thái IC 74147 Bảng 2.17: Chức chân IC 74138 Bảng 2.18: Bảng trạng thái IC 74138 .2 Bảng 2.19: Chức chân IC 74247 Bảng 2.20: Chức chân IC 74248 Bảng 2.21: Chức chân IC 74151 Bảng 2.22: Bảng trạng thái IC 74151 .2 Bảng 2.23: Chức chân IC 74192 Bảng 2.24: Chức chân IC 4017 Bảng 2.25: Bảng trạng thái Led Cathode Bảng 2.26: Bảng trạng thái Led Anode Bảng 2.27: Thông tin chân IC 555 Hình 2.1: Sơ đồ chân IC 7404 Hình 2.2: Sơ đồ chân IC 7408 Hình 2.3: Sơ đồ chân IC 7400 Hình 2.4: Sơ đồ chân IC 7432 Hình 2.5: Sơ đồ chân IC 7402 Hình 2.6: Sơ đồ chân IC 7476 Hình 2.7: Sơ đồ chân 4013 .2 Hình 2.8: Sơ đồ chân IC 74147 Hình 2.9: Sơ đồ chân IC 74138 .2 Hình 2.10: Sơ đồ chân IC 74247 Hình 2.11: Sơ đồ chân IC 74248 Hình 2.12: Sơ đồ chân IC 74151 Hình 2.13: Sơ đồ chân IC 74192 Hình 2.14: Sơ đồ chân IC 4017 Hình 2.15: Led Cathode Hình 2.16: Led Anode Hình 2.17: Sơ đồ chân IC 555 Hình 2.18: Sơ đồ chân C1815 Hình 2.19: Nguồn tổ ong Hình 2.20: Biến áp Hình 2.21: Đế banana 2mm dài 7mm Hình 2.22: Ổ cắm cơng tắc nguồn Hình 2.23: Dây cắm nguồn AC Hình 2.24: Nút nhấn Hình 2.25: Cơng tắc Hình 26: Mơ mạch tạo xung 4Hz, 2Hz, 1Hz 0,5Hz .2 Hình 1: Khối logic sau tính tốn thiết kế Hình 2: Khối giải mã mã hóa tính tốn thiết kế Hình 3: Khối flip- flop tính toán thiết kế Hình 4: IC đếm tính tốn thiết kế Hình 5: IC mở rộng sau tính tốn thiết kế Hình 6: Led sau tính tốn thiết kế Hình 7: Công tắc, nút nhấn mạch xung Hình 8: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo bảo vệ Hình 9: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung .2 Hình 10: Kit xung sau thiết kế .2 Hình 11: Sơ đồ nguyên lý Hình 12: Mạch PCB Kit số Hình 13: Mạch bảo vệ tạo xung Kit số Hình 14: Mạch PCB Kit xung Hình 15: Mạch bảo vệ xung Hình 3.16: Kit số làm cơng nghiệp Hình 3.17: Kit xung làm công nghiệp Hình 3.18: Mạch bảo vệ tạo xung Kit số Hình 19: Mạch bảo vệ Kit xung Hình 3.20: Kit số sau hồn thành Hình 3.21: Kit xung sau hoàn thành Chương 1: TỔNG QUAN Chương TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Hiện nay, tình trạng Kit thực hành trường gặp nhiều vấn đề, khiến việc giảng dạy học tập bị ảnh hưởng không nhỏ Các Kit cũ trở nên lỗi thời, nhiều số cháy bo mạch hư hỏng linh kiện bên trong, gây khó khăn cho giảng viên trình dạy học ảnh hưởng đến kết học tập sinh viên Việc tháo rời thay thiết bị hư hỏng Kit cũ đòi hỏi rườm rà tốn thời gian Bên cạnh đó, Kit cũ cịn hạn chế việc cung cấp thực hành đa dạng, không đáp ứng đầy đủ nhu cầu sinh viên việc nghiên cứu áp dụng kiến thức từ lý thuyết sang thực tế Điều ảnh hưởng đến việc tiếp thu ứng dụng kiến thức sinh viên tương lai Với mong muốn khắc phục tình trạng góp phần nhỏ vào phát triển trường, nhóm định thực đề tài "Kit thực hành kỹ thuật xungsố" Nhóm mong muốn thiết kế xây dựng Kit thực hành mới, đại hơn, đáp ứng yêu cầu thực tế đồng thời cung cấp cho sinh viên môi trường thực hành tốt Kit mang lại tiện lợi việc thay đổi linh kiện hư hỏng, giúp giảng viên sinh viên tiết kiệm thời gian Bên cạnh đó, Kit thiết kế để đáp ứng đầy đủ tập thực hành, từ khái niệm ứng dụng phức tạp Việc tạo môi trường thực hành đồng thời song song với lý thuyết giúp sinh viên hiểu sâu áp dụng kiến thức cách linh hoạt hiệu Với đóng góp nhỏ này, nhóm mong “Kit thực hành kỹ thuật xungsố” góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy học tập trường, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho sinh viên phát triển kiến thức kỹ ngành điện tử 1.2 Ứng dụng đề tài - Đề tài đời nhằm giúp giảng viên có thêm nhiều tập áp dụng vào để giảng dạy - Đối với sinh viên có nhiều tập song song với lý thuyết, thao tác dễ dàng hơn, nâng cao tay nghề, nghiên cứu lắp ráp nhiều mạch - Đóng góp cho nghiên cứu, giảng dạy trường 1.3 Nội dung mục tiêu nghiên cứu đề tài Trang Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG Hình 7: Cơng tắc, nút nhấn mạch xung Hình 8: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo bảo vệ + Mô tả nguyên lý hoạt động: Khi cấp nguồn, tụ C3 lọc nguồn Đèn led D3 báo nguồn sáng, trở R3 hạn dòng cho led D3 Bình thường dịng điện đì từ ngõ vào J3 qua điện trở R7 Qua tiếp điểm thường đóng RL1 tới J2 để cung cấp cho mặt Kit thí nghiệm Khi có ngắn mạch xảy ra, dịng điện tăng cao, điện áp R7 tăng ( U R 7=I R 7∗R7 ) tức VBE Q1 tăng làm Q1 dẫn Khi Q1 dẫn, Q2 phân cực thuận qua R15 làm Q2 dẫn, Q2 dẫn làm RL1 đóng làm ngắt điện ngõ Sau role RL1 đóng tự giữ tiếp điểm thưởng hở Tụ điện C7 có tác dụng tạo trễ để RL1 có đủ thời gian đóng tiếp điểm hồn tồn để tự trì Diode D1 giúp bảo vệ Q2 khỏi sức điện động cảm ứng từ cuộn dây RL1 RL1 chuyển từ dẫn sang tắt Điện trở Trang 37 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG R7 chọn để dòng điện tải lớn 1.5A ngắt bảo vệ: U R 7=I R 7∗R7 = 1.5 *0.47 = 0.705 Vì vậy, VBE(Q1) > 0.7 Q1 dẫn Hình 9: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung + Mô tả nguyên lý hoạt động: Mạch gồm IC555 tạo dao động 8Hz ngõ chân số Biến Trở RV1 để chỉnh tần số cho 8Hz RV2 kết hợp để chỉnh độ rộng xung ≈ 50 % IC 7493 IC đếm nhị phân bit thiết kế để đếm từ 0000b đến 1111b chân QA, QB, QC, QD chia xung ngõ vào từ 8Hz xuống 4Hz, 2Hz, 1Hz 0.5Hz Hình 26: Mô mạch tạo xung 4Hz, 2Hz, 1Hz 0,5Hz Trang 38 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 3.1.2 Thiết kế Kit xung Sản phẩm nhóm thiết kế với Kit thước: 300x240mm Nguồn sử dụng Kit xung ±5V ±15V Vì vậy, nhóm sử dụng biến áp để tạo nguồn điện ổn định lúc thực hành Với thực hành nhóm tham khảo, nhóm sàn lộc, lấy xếp phù hợp kit thực hành Khối điện trở tụ điện nhóm thêm vào tiện việc thay đổi giá trị linh kiện, dễ dàng quan sát thay đổi linh kiện điện tử làm thực hành Hình 10: Kit xung sau thiết kế Trang 39 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG U3 7805 R7 VI VO +5V GND 22/10w A R10 BUZ1 D1 RL3 LED 330 C3 C5 100nF 100uF 100nF 3k3 D3 1N4148 CLK R Q3 V- R18 680 22/10w Q2 VI VO -5V U5 C2383 7905 U4 7815 Q C1815 5A U1:A Q V+ 7474 VI VO +15V GND 4k7 D Q1 C1815 C10 RST 3300u U2 A C K PC817 E Q6 C1815 Q D4 Q V- VI VO 100nF -15V 7915 R2 10k RST N Reset 10u U7 7805 - R12 C9 U6 7474 C1 C1815 C7 100nF 1N4148 CLK Q5 C8 100uF D R 11 GND 12 680 R17 22/10w VO R4 VI GND 2k2 4k7 1.8k + R6 R5 U1:B 10 R11 3300u S C11 C6 100uF 13 AC IN BR1 3 RST J2 S 2k2 R1 R3 R16 GND V+ R15 V- BUZZER C4 5V R14 A1015 C2 100uF 680 K Q4 R13 V+ 1/3w 1/3w +15V +5V C12 100uF -5V C13-15V 100nF J1 TBLOCK-I5 Hình 11: Sơ đồ ngun lý + Mơ tả sơ đồ nguyên lý: Điện áp vào xoay chiều 15V đối xứng từ biến áp đưa vào mạch từ J2 (AC- IN) qua cầu diode chỉnh lưu BR1 trở thành điện áp chiều, tụ C10 C11 có tác dụng lọc phẳng điện áp DC sau cầu chỉnh lưu BR1 lúc điện áp chiều đối xứng có giá trị ≈ ± 15∗√ = ±21.2 V (nếu tính xác trừ điện áp rơi diode 1.4V cầu diode) điện áp qua R7 (phía nguồn dương) R4 (phía nguồn âm) qua tiếp điểm thường đóng RL3 để vào mạch ổn áp Mạch ổn áp 7805(U3), 7815(U4) cho điện áp dương 5V, 15V Mạch ổn áp 7905(U5), 7915(U6) cho điện áp âm điện áp cung cấp cho mặt Kit thí nghiệm Riêng mạch ổn áp 7805 (U7) sử dụng để cấp nguồn cho phần mạch bảo vệ Mạch Reset gồm C1, R2 nút nhấn N: C1 R2 dùng để tự động Reset cấp nguồn, Nút nhấn N nhấn kéo chân Reset flip- flop xuống GND để Reset flip- flop 3.2 Tiến hành thi công Để mạch đẹp bền lâu sử dụng, mạch Kit số Kit xung làm cơng nghiệp, cịn mạch bảo vệ nhóm làm thủ cơng Vì nhóm cịn thiếu kinh nghiệm việc thiết kế hộp đựng, nên sử dụng vali thị trường để làm hộp đựng bo mạch Kit Trang 40 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG Hình 12: Mạch PCB Kit số Hình 13: Mạch bảo vệ tạo xung Kit số Trang 41 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG Hình 14: Mạch PCB Kit xung Hình 15: Mạch bảo vệ xung Trang 42 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG Hình 3.16: Kit số làm cơng nghiệp Hình 3.17: Kit xung làm công nghiệp Trang 43 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 3.2 kết thi cơng Hình 3.18: Mạch bảo vệ tạo xung Kit số Hình 19: Mạch bảo vệ Kit xung Trang 44 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG Hình 3.20: Kit số sau hồn thành Hình 3.21: Kit xung sau hoàn thành Trang 45 Chương 4: KẾT LUẬN Chương KẾT LUẬN 4.1 Kết luận - Vận dụng tất kiến thức học áp dụng vào đề tài, nhóm hồn thành đề tài thời hạn - Hiểu lý thuyết nguyên lý hoạt động, chức ứng dụng vào thực tế IC - Thiết kế thành công với Kit thực hành áp dụng vào việc giảng dạy cho nhà trường - Thiết kế thẩm mỹ, thay linh kiện cách nhanh chóng, bo mạch có bảo vệ xảy cố - Có thể di chuyển linh hoạt Kit - Có thêm số tập ứng dụng 4.1.1 Hạn chế đề tài: - Kit số thiết kế chưa gọn nhẹ Các mối hàn chưa đẹp Chỉ sử dụng IC thường dùng, chưa khai thác IC khác có nhiều chức năng, ổn định giá thành hoạt động tốt 4.1.2 Những khó khăn thực đề tài: - Thiếu kiến thức phần mềm vẽ nên ưu tiên vẽ thiết kế Proteus Thiếu kiến thức IC tạo xung, nên cịn sai xót lúc thiết kế Các trang thiết bị máy móc để làm mạch cịn hạn chế 4.2 Hướng phát triển - Có thể thiết kế lại vali đựng Kit số để trở nên nhỏ gọn Có thể thay số IC để phù hợp với hướng phát triển nghành điện tử đại Trang 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Đinh Thị Thanh Hoa – Nguyễn Thị Hồng Ánh – Nguyễn Hữu Phước – Phạm Thành Nhân Giáo trình Thực hành KỸ THUẬT XUNG – SỐ Xuất bản: Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng 2020 [2] Thượng Văn Bé - Phùng Đức Bảo Châu - Nguyễn Hữu Phước Giáo trình kỹ thuật xung – số Xuất bản: Trường CĐKT Cao Thắng 2020 Website [3] Thông tin IC: https://dientuviet.com/ www.alldatasheet.com [4] Thông tin transistor: https://dientutuonglai.com/ [5] Thông tin mạch nguồn: thegioiic.com/ Trang 47 PHỤ LỤC PHỤ LỤC CÁC BÀI TẬP THỰC HÀNH Bài 1: Mạch điều khiển Led dùng IC 4017 + Lắp mạch hình: Hình 5.1: Mạch điều khiển Led dùng IC 4017 + Quan sát ngõ lập bảng trạng thái Lưu ý: Chân 13 chân cho phép xung clock giữ mức logic thấp khơng tạm dừng nhận xung clock. Chân 15 chân Reset giữ mức logic thấp, có nhiệm vụ thiết lập lại đếm để đếm lại từ Do đó, để mạch hoạt động bình thường, hai chân giữ mức logic thấp Bài 2: Mạch đếm xuống từ hiển thị lên Led đơn dùng IC 74192 + Lắp mạch hình: U1(UP) 1 15 10 11 14 U1 D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 UP DN PL MR TCU TCD 12 13 R4 220 R5 220 R6 220 R7 220 74192 R8 R9 220 D4 led D5 led D6 led D7 led 220 D8 D9 led led Hình 5.2: Mạch đếm xuống từ hiển thị lên Led đơn dùng IC 74192 + Quan sát ngõ ra, lập bảng trạng thái i PHỤ LỤC Bài 3: Mạch đếm không đồng đếm lên bit dùng IC 7476 + Lắp mạch hình: Q 14 7476 16 15 CLK K Q 14 16 7476 J S S Q1:A Q Q2:A Q 15 K R1 330 CLK R J K R 15 CLK 16 Q Q0:A S Q0:A(CLK) J R Q R2 330 R3 330 14 7476 D1 LED-AQUA D2 LED-AQUA D3 LED-AQUA Hình 5.3: Mạch đếm không đồng đếm lên bit dùng IC 7476 + Quan sát ngõ lập bảng trạng thái Bài 4: Mạch đếm lên từ đến hiển thị lên Led đoạn dùng IC 74192 IC 74248 + Lắp mạch hình: Hình 5.4: Mạch đếm lên từ đến hiển thị lên Led đoạn dùng IC 74192 IC 74248 + Quan sát ngõ ra, lập bảng trạng thái Bài 5: Mạch dao động đa hài phi ổn sử dụng IC 555 + Lắp mạch hình: ii PHỤ LỤC R Vout 4K7 Q VCC U5 R DC C1 TH C2 TR 555 10uF GND CV 1nF TRIGGER INPUT Hình 5.5: Mạch dao động đa hài phi ổn dùng IC 555 + Quan sát ngõ ra, lập bảng trạng thái Bài 6: Mạch dao động đa hài đơn ổn dùng Transistor + Lắp mạch hình: R1 R2 1k Out + R3 100k R4 100k 1k C2 C1 + Out 10uF 10uF Q1 Q2 C1815 C1815 Hình 5.6: Mạch dao động đa hài đơn ổn dùng Transistor + Quan sát ngõ ra, lập bảng trạng thái Bài 7: Mạch dao động đa hài đơn ổn dùng IC 555 + Lắp mạch hình: iii PHỤ LỤC Vout Q VCC 1K U4 R1 R DC R2 CV TH C3 GND 1K 10uF TR 555 C4 1nF Hình 5.7: Mạch dao động đa hài đơn ổn dùng IC 555 + Quan sát ngõ ra, lập bảng trạng thái iv