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

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 gia đình, 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 Ý nghĩa 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 IC 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 10 2.2.1 IC 7476 11 2.2.2 IC 4013 12 2.3 IC giải mã mã hóa 14 2.3.1 IC 74147 14 2.3.2 IC 74LS138 16 2.3.3 IC 74247 18 2.3.4 IC 74248 20 2.4 Giới thiệu IC 74151 21 2.5 Giới thiệu IC 74192 22 2.6 IC 4017 24 2.7 LED đoạn 25 2.7.1 Led đoạn CC- Cathode 25 2.7.2 Led đoạn CA- Anode 26 2.8 Giới thiệu IC 555 27 2.9 Transistor C1815 29 2.10 Nguồn tổ ong 5V-5A 30 2.10 Biến áp 220V 5V 31 Chương THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 34 3.1 Thiết kế Kit 34 3.1.1 Thiết kế KIT số 34 3.1.2 Thiết kế Kit xung 34 3.2 Thiết kế mạch bảo vệ cho Kit 34 3.2.1 Mạch bảo vệ Kit số 34 3.2.2 Mạch bảo vệ Kit xung 35 Chương KẾT LUẬN 37 4.1 Kết luận 37 4.1.1 Hạn chế đề tài: 37 4.1.2 Những khó khăn thực đề tài: 37 4.2 Hướng phát triển 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 PHỤ LỤC i Phần I: Giới thiệu phần mềm Proteus 8.15 Error! Bookmark not defined DANH MỤC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH Bảng 1: Thơng tin IC 7404 Bảng 2: Trạng thái IC Bảng 3: Thông tin IC 7408 Bảng 4: bảng trạng thái Bảng 5: Thông tin IC 7400 Bảng 6: Trạng thái IC Bảng 7: Thông tin IC 7432 Bảng 8: Trạng thái IC Bảng 9: Thông tin IC 7402 Bảng 10: Trạng thái IC 10 Bảng 11: Thông tin IC 7476 11 Bảng 12: Trạng thái IC 12 Bảng 13: Thông tin IC 4013 13 Bảng 14: Trạng thái IC 14 Bảng 15: Thông tin IC 74147 15 Bảng 16: Trạng thái IC 15 Bảng 17: Thông tin IC 74138 17 Bảng 18: Trạng thái IC 17 Bảng 19: Thông tin IC 74247 19 Bảng 20: thông tin IC 74248 20 Bảng 21: Thông tin IC 74151 21 Bảng 22: Trạng thái IC 22 Bảng 23: Thông tin chân IC 74192 23 Bảng 24: Thông tin IC 4017 24 Bảng 25: trạng thái LED 26 Bảng 26: Trạng thái LED 27 Bảng 27: Thông tin chân IC NE555 28 Hình 1: Sơ đồ chân IC 7404 Hình 2: Sơ đồ chân IC 7408 Hình 3: Sơ đồ chân IC 7400 Hình 4: sơ đồ chân IC 7432 Hình 5: Sơ đồ chân IC 7402 Hình 6: Sơ đồ chân IC 7476 11 Hình 2.7: Sơ đồ chân 4013 13 Hình 2.8: Sơ đồ chân IC 74147 15 Hình 9: Sơ đồ chân IC 74138 17 Hình 10: Sơ đồ chân IC 74247 19 Hình 11: Sơ đồ chân IC 74248 20 Hình 12: Sơ đồ chân IC 74151 21 Hình 13: Sơ đồ chân IC 74192 23 Hình 14: Sơ đồ chân IC 4017 24 Hình 15: sơ đồ chân IC NE555 28 Hình 16: Sơ đồ chân C1815 29 Hình 17: Nguồn tổ ong 30 Hình 18: Biến áp 31 Hình 1: Thiết kế PCB cho KIT số Error! Bookmark not defined Hình 2: Bo mạch PCB Kit số mơ sau thiết kế .Error! Bookmark not defined Hình 3: Thiết kế PCB cho Kit xung Error! Bookmark not defined Hình 4: Bo mạch PCB Kit xung mô sau thiết kế .Error! Bookmark not defined Hình 5: Mơ mạch bảo vệ 34 Hình 6: Sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ tạo xung vẽ Proteus 35 Hình 7: Mạch bảo vệ vẽ PCB 35 Hình 8: Sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ tạo nguồn 36 Hình 9: Mạch bảo vệ vẽ PCB 36 Hình 1: Phần mềm Proteus Error! Bookmark not defined Hình 2: Giao diện vẽ sơ đồ nguyên lý mơ Error! Bookmark not defined Hình 3: Giao diện thiết kế mạch PCB Error! Bookmark not defined 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 xung-số" 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 xung-số” 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 Ý nghĩa 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 Chương 1: TỔNG QUAN - Đóng góp cho nghiên cứu, giảng dạy trường 1.3 Nội dung mục tiêu nghiên cứu đề tài - Tìm hiểu nguyên lý, thành phần có Kit - Thiết kế, thi công lắp ráp thành phần vào bo mạch Kit - Thiết kế, thi công hộp đựng bảo quản Kit - Soạn thảo tập thực hành liên quan - Làm số thực hành để kiểm tra Kit 1.4 Đối tượng phương pháp nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu - Các IC cổng Logic IC khối Flip-Flop - Các IC mạch đếm - Các IC tạo xung - Mạch giao động đa hài 1.4.2 Nghiên cứu đề tài 1.5 - Tìm hiểu, nghiên cứu, soạn thảo số thực hành liên quan đến Kit kỹ thuật xung- số - Tìm kiếm, thao khảo tài liệu thư viện, số trang wed - Sử dụng phần mềm Proteus việc nghiên cứu thiết kế đề tài Giới hạn đề tài Vì thời gian gấp rút kiến thức để thiết kế hạn chế , nên nhóm thực đề tài sử dụng linh kiện thông dụng Vị trí bố trí xếp cịn chưa ngăn nắp phù hợp Đồng thời, trình tìm tài liệu để cải tiến tới mức tối ưu cịn hạn chế Nhóm cịn gặp khó khăn lúc sử dụng phần mềm để thiết kế mạch cho phù hợp Chương 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN, IC + Thông số kỹ thuật: - Điện áp hoạt động (VCC): 4.75V đến 5.25V - Điện áp đầu vào thấp (VIL): 1.5V - Điện áp đầu vào cao (VIH): 3.5V - Dòng điện đầu cao (IOH): -1.1mA - Dòng điện đầu thấp (IOL): 8mA - Nhiệt độ hoạt động tự (TA): từ -55°C đến 125°C 2.7 LED đoạn: LED đoạn hay gọi LED dạng LED xếp theo hình chữ nhật đứng với bóng LED đoạn khung đoạn Khi đoạn LED chiếu sáng phần chữ số theo hệ thập phân thập lục phân hiển thị hình LED đoạn có cấu tạo đơn giản, bao gồm tối thiểu đoạn LED ký hiệu theo bảng chữ Alphabet từ a – g, kết nối với để hiển thị chữ cái, chữ số đơn giản như:”0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, b, C, d, E, F,…” Ngồi ra, LED cịn có thêm đoạn thứ gọi chấm thập phân – Decimal Point, ký hiệu DP dùng muốn hiển thị số số nguyên LED đoạn gồm loại: - LED đoạn Common Cathode – Cathode chung - LED đoạn Common Anode – Anode chung 2.7.1 LED đoạn CC- Cathode Với LED đoạn sử dụng Cathode chung, tất cực Cathode – Cực âm đèn LED nối chung với theo mức logic “0” nối Mass Các chân lại chân Anode – Cực dương nối với tín hiệu logic mức cao thơng qua điện trở giới hạn dòng điện Điều giúp đưa điện áp vào phân cực Anode từ a – g, mang đến tính hiển thị tùy ý Muốn LED sáng LED cần phân cực thuận Muốn tạo chữ số bóng LED vị trí tương ứng phải sáng lên 25 Chương 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN, IC Hình 15: Led Cathode Bảng 25: Bảng trạng thái LED Cathode Số dp 0 0 0 0 0 g 0 1 1 1 f 0 1 1 Số nhị phân e d 1 0 1 0 0 1 0 1 c 1 0 1 1 1 b 1 1 0 1 a 1 0 1 1 HEX 0x3F 0x06 0x58 0x40 0x66 0x66 0x6D 0x7D 0x7F 0x6F 2.7.2 LED đoạn CA- Anode Trong hình hiển thị Anode chung tất cực dương LED đoạn kết nối với mức logic “1”, đoạn LED riêng lẻ phát sáng cách sử dụng mức tín hiệu logic “0” thơng qua điện trở giới hạn dòng điện để phù hợp với cực âm Cathode đoạn LED a – g Muốn LED sáng LED cần phân cực thuận Muốn tạo chữ số bóng LED vị trí tương ứng phải sáng lên 26 Chương 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN, IC Hình 16: LED Anode Bảng 26: Bảng trạng thái LED Anode SỐ dp 1 1 1 1 1 g 1 0 0 0 f 1 0 0 Số nhị phân e d 0 1 0 1 1 0 1 0 c 0 0 0 0 b 0 0 1 0 0 a 0 0 0 Hex C0 F9 A4 B0 99 92 82 8F 80 90 2.8 Giới thiệu IC 555 IC NE555, hay gọi Timer 555, linh kiện điện tử phổ biến sử dụng rộng rãi lĩnh vực điện tử Nó đếm/đa chân (DIP-8) xem IC tiên phong lĩnh vực ứng dụng thời gian điều khiển IC NE555 hoạt động timer, oscillator (dao động) pulse generator (tạo xung) Nó tạo xung đơn nhiều xung với thời gian xác 27 Chương 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN, IC xác định linh kiện ngoại vi IC NE555 điều khiển ba trạng thái hoạt động: Astable (chế độ không ổn định), Monostable (chế độ ổn định) Bistable (chế độ hai ổn định) Ứng dụng IC NE555 đa dạng: - Mạch đếm đồng hồ: IC NE555 sử dụng để tạo mạch đếm đơn giản, đồng hồ đếm thời gian đồng hồ đếm kiện - Mạch dao động xung: IC NE555 tạo xung với tần số chu kỳ điều chỉnh Điều hữu ích ứng dụng tạo xung đồng hồ, chớp đèn LED, phát âm thanh, vv - Mạch điều khiển: IC NE555 sử dụng để tạo tín hiệu điều khiển kiểm sốt ứng dụng điều khiển motor, điều khiển đèn, vv - Mạch cảm biến: IC NE555 sử dụng để xử lý tín hiệu từ cảm biến cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt độ, cảm biến tiệm cận, vv - Mạch điều chỉnh độ sáng âm lượng: IC NE555 điều chỉnh độ sáng đèn LED, điều chỉnh âm lượng âm điều chỉnh độ xốy servo motor Hình 17: sơ đồ chân IC NE555 Bảng 27: Thông tin chân IC NE555 Số chân Tên chân Mô tả Ground (GND) Chân nối đất TRIGGER Chân sử dụng để kích hoạt (trigger) IC NE555 Khi điện áp chân thấp ngưỡng ngưỡng Trigger (thường 1/3 điện áp nguồn), IC bắt đầu chu kỳ thời gian đầu chuyển từ cao xuống thấp 28 Chương 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN, IC Output Chân đầu Reset Control Voltage Threshold Discharge VCC Chân dùng để đặt lại Chân cho phép điều chỉnh điện áp ngưỡng Trigger Threshold IC NE555 Chân sử dụng để kiểm soát chu kỳ thời gian IC NE555 Chân Discharge dùng để xả điện từ bên IC NE555 Chân cấp nguồn + Thông số kỹ thuật: - Điện áp hoạt động: 4.5V đến 16V - Dải nhiệt độ hoạt động: 0°C đến +70°C 2.9 Transistor C1815 Transistor C1815 hay 2SC1815 linh kiện điện tử sử dụng cho ứng dụng chung ứng dụng riêng khuếch đại tần số âm Phần lớn transistor mã hóa để dễ nhận biết thơng tin khác tùy theo nhà sản xuất Một hai chữ thường theo sau dãy số, sau nhiều số Do đó, transistor C1815 transistor 2SC1815 Chữ C tên có ý nghĩa loại sử dụng cho ứng dụng chung Ba cực transistor gọi cực phát, cực gốc cực thu Cực phát đầu cho nguồn Cực gốc hoạt động cổng điều khiển cho đầu vào điện lớn cực thu, cực thu tên gọi thu thập lượng Ví dụ, transistor C1815 sử dụng ứng dụng video, cực phát gửi tín hiệu đầu video Tín hiệu xử lý thơng qua cực gốc, tín hiệu video thấp, cấp lượng từ cực thu, nguồn cung cấp lượng 5v Hình 18: Sơ đồ chân C1815 29 Chương 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN, IC Transitor C1815 sử dụng giai đoạn khuếch đại âm thanh, khuếch đại âm nhỏ (nếu sử dụng cho loa nhỏ), tiền khuếch đại giai đoạn tiền khuếch đại Nó sử dụng chuyển đổi mạch điện tử để điều khiển tải 150mA, ví dụ để điều khiển rơle, transistor cơng suất cao khác, đèn LED công suất thấp phận khác mạch điện tử, v.v Nó sử dụng để tạo cặp darlington 2.10 Nguồn tổ ong 5V-5A Hình 19: Nguồn tổ ong Nguồn tổ ong 5V 5A - 25W sử dụng tạo nguồn cung cấp 5V với dòng đầu lên 5A, tương đương công suất cấp 25W Điện áp sử dụng đầu vào AC 110V/220V Được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau: nguồn Led, nguồn hệ thống 5V (module kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm ), nguồn điều khiển Relay, cấp nguồn cho IC,… + Thông số kỹ thuật: - Điện áp vào: 110V - 240V - Điện áp ra: 5V - Công suất: 25W - Phạm vi điện áp đầu vào: 85 ~ 132VAC / 180 ~ 264VAC - Rò rỉ: