Thiết kế mạch đếm nghịch, nhị phân, đồng bộ Kđ = 8, sử dụng DFF hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh, có đầu ra báo khi gặp số đếm 1, 4. đại học công nghiệp hà nội. FIle báo cáo đầy đủ được 89đ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ – Ô TÔ - - BÁO CÁO MÔN HỌC KỸ THUẬT XUNG SỐ ĐỀ TÀI: Thiết kế mạch đếm nghịch, nhị phân, đồng Kđ = 8, sử dụng D-FF hiển thị kết đếm LED thanh, có đầu báo gặp số đếm 1, GVHD: Nguyễn Thị Thu Hà Mã lớp: 20231FE6021001 Nhóm: 12 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Sỹ Thoan_2021603469 Nguyễn Quang Thực_2021602727 Nguyễn Văn Tiến_2021603809 Nguyễn Minh Vũ_2021602402 Hà Nội – 2023 PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ Thông tin chung Mã lớp học phần: 20231FE6021001 Tên nhóm: 20231FE6021001 - 12 Khóa: K16 Họ tên thành viên nhóm: Sinh viên 1: Nguyễn Sỹ Thoan Sinh viên 2: Nguyễn Quang Thực MSV 2021603469 MSV 2021602727 Sinh viên 3: Nguyễn Văn Tiến Sinh viên 4: Nguyễn Minh Vũ MSV 2021603809 MSV 2021602402 I Nội dung học tập Tên đề tài: Thiết kế mạch đếm nghịch, nhị phân, đồng Kđ = 8, sử dụng D-FF hiển thị kết đếm LED thanh, có đầu báo gặp số đếm 1, Hoạt động sinh viên (xác định hoạt động sinh viên q trình thực Đồ án để hình thành tri thức, kỹ đáp ứng mục tiêu/chuẩn đầu học phản) TT Nội dung cần thực Lựa chọn đề tài Xác định yêu cầu toán Xây dựng sơ đồ khối chức xác định nhiệm vụ khối Phân tích thiết kế sơ đồ nguyên lý Thử nghiệm hiệu chỉnh Thiết kế mạch in lắp ráp Viết hoàn thiện báo cáo CĐR Thời gian hoàn thành Sản phẩm nghiên cứu (xác định cụ thể sản phẩm chủ đề nghiên cứu cần đạt được) - Nội dung mơ tả xác định u cầu tốn - Nội dung thể việc xây dựng sơ đồ khối chức nhiệm vụ khối - Nội dung thiết kế sơ đồ nguyên lý mô mạch điện - Mạch in thiết kế, lắp ráp, hiệu chỉnh hoàn thiện - Báo cáo Đồ án theo mẫu BM03 định số 815/QĐ-ĐHCN ngày 18 tháng năm 2019 trường ĐH Công nghiệp Hà nội (Phụ lục 3), bao gồm nội dung sau: TT Nội dung báo cáo đồ án Mở đầu (Nêu lý chọn đề tài; Mục tiêu đề tài; Phương pháp thực Phần Tổng quan (Nêu tổng quan vấn đề cần nghiên cứu; Cơ sở xác định đề tài; Ứng dụng thực tiễn …) Phần Xây dựng sơ đồ khối; Tính tốn, mơ thiết kế sơ đồ ngun lý Phần Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm hiệu chỉnh Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục (Nếu có) Hướng dẫn sử dụng sản phẩm II Nhiệm vụ học tập Hoàn thành đồ án theo quy định: từ ngày 14/11/2023 đến ngày 22/12/2023 Báo cáo sản phẩm trình bày kết thực nghiên cứu theo đề tài giao trước giảng viên sinh viên III Học liệu thực đồ án Tài liệu học tập: Nguyễn Thị Thu Hà (2013), Giáo trình điện tử số, Nhà Xuất Bản KH&KT Đặng Văn Chuyết (2000), Điện tử số, Nhà xuất giáo dục Nguyễn Viết Tuyến (2016), Giáo trình CAD điện tử/Nguyễn Viết Tuyến Nhà Xuất ĐHSPHN Trang web: https://www.bachkhoadientu.com/2018/08/ic-7447-ic-giai-ma-bcd-ra-led-7-thanh.html https://datasheetspdf.com/datasheet/7490.html https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm555.pdf https://www.electroschematics.com/7408-datasheet/ Mạch đồng hồ số đơn giản (Thạch anh, 7490, 7447) (semicon.edu.vn) Phương tiện, nguyên liệu thực đồ án (nếu có): Bộ nguồn, diode, tụ điện, điện trở, led đơn, led thanh, IC 74LS47, IC 7447, IC 7432, IC 7408, IC 7486 Hà Nội, ngày … tháng … năm 2023 Trưởng môn Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) PHỤ LỤC: MÔ TẢ YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ Các tính năng: Có thể ứng dụng thiết bị điện tử sau: - Đồng hồ - Máy đếm số - Máy đếm thời gian - Thiết bị báo động Các thơng số kỹ thuật chính: - Điện áp cấp cho linh kiện 5V - Kích thước dự kiến 40×25×5 - Điều kiện hoạt động: 15-40℃ - Khối đếm xung - Khối giải mã sử dụng 74LS47 - Khối hiển thị sử dụng LED đoạn KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN Mã lớp học phần: 20231FE6021001 Khóa: 16 Tên sinh viên thực hiện: Nguyễn Sỹ Thoan Mã SV: 2021603469 Nguyễn Quang Thực Mã SV: 2021602727 Nguyễn Văn Tiến Mã SV: 2021603809 Nguyễn Minh Vũ Mã SV: 2021602402 Tên đề tài: Thiết kế mạch đếm nghịch, nhị phân, đồng Kđ = 8, sử dụng D-FF hiển thị kết đếm LED thanh, có đầu báo gặp số đếm 1, Tuần Nội dung công việc Phương pháp thực Tìm hiểu đề tài Các thành viên tìm hiểu qua mạng, cách thiết kế mạch in họp thảo luận, trao đổi với điện tử đưa kết luận chung Thực toán Các thành viên tìm hiểu qua mạng, thiết kế thống kê sách họp thảo luận trao đổi thiết bị cần sử hướng sử dụng thiết bị đưa kết dụng đề tài luận chung Mua thiết bị điện Góp quỹ mua linh kiện điện tử Ghi tử thiết kế mạch in mạch thống mạch in thiết kế Làm mạch, chạy thử Cả nhóm làm mạch thử nghiệm, nghiệm, làm báo cáo người hoàn thành phần báo cáo sau tổng hợp lại Hoàn thiện báo cáo Chỉnh sửa lỗi cịn lại hồn sản phẩm thiện tồn báo cáo, sản phẩm Ngày …… tháng …… năm 2023 XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN Mục lục Mục lục Danh mục hình ảnh .4 Danh mục bảng biểu .6 LỜI NÓI ĐẦU .7 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục tiêu đề tài Nhiệm vụ đề tài Phương pháp thực Chương 1: Tổng quan đề tài 11 1.1 Tổng quan vấn đề cần nghiên cứu 11 1.1.1 Về mặt lý thuyết 11 1.1.2 Về mặt thực hành 11 1.2 Ứng dụng thực tiễn đề tài 11 1.3 Tổng quan đếm 12 1.3.1 Khái niệm 12 1.3.2 Đồ hình trạng thái 13 1.3.3 Phân loại đếm 13 1.3.4 Các bước thiết kế đếm 14 1.4 Tổng quan đếm nhị phân, nghịch, đồng 15 1.4.1 Nguyên lý hoạt động đếm nhị phân, nghịch, đồng 15 1.4.2 Đặc điểm đếm nhị phân, nghịch, đồng 16 1.4.3 Phân loại đếm nhị phân, nghịch, đồng 16 1.4.4 Ứng dụng đếm nhị phân, nghịch, đồng 16 1.5 Tổng quan phần tử nhớ D (D-FF) 17 Chương 2: Thiết kế mạch mô 19 2.1 Xây dựng sơ đồ khối 19 2.1.1 Sơ đồ khối 19 2.1.2 Chức khối 19 2.2 Tính tốn 19 2.2.1 Thiết lập đồ hình trạng thái 19 2.2.2 Bảng chuyển đổi trạng thái giá trị đầu vào kích 19 2.2.3 Thiết lập bảng Karnaugh tối thiểu hóa 20 2.2.4 Phương trình đầu vào kích đầu Z là: 21 2.3 Mô sơ đồ logic phần mềm proteus 22 2.3.1 Các phần tử logic cần cho hệ thống 22 2.3.2 IC7447 hiển thị số hình LCD 24 2.3.3 Mô hệ thống 25 2.4 Thiết kế sơ đồ nguyên lý 29 Chương 3: Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm, hiệu chỉnh đánh giá hệ thống 31 3.1 Chế tạo 31 3.1.1 Lựa chọn linh kiện 31 3.1.2 Nguyên lý cấu tạo linh kiện dùng cho mạch thực tế 32 3.2 Lắp ráp 35 3.3 Thử nghiệm 40 3.4 Hiệu chỉnh 40 3.5 Đánh giá hệ thống 41 3.5.1 Đánh giá tổng quan 41 3.5.2 Đánh giá mặt kỹ thuật 41 3.5.3 Đánh giá mặt kinh tế 41 3.5.4 Đánh giá mặt ứng dụng 41 3.5.5 Đánh giá mặt ưu nhược điểm 41 Kết luận 42 Danh mục hình ảnh Hình 1.1: Bộ đếm 13 Hình 1.2: Đồ hình trạng thái 13 Hình 1.3: Ứng dụng đếm đồng hồ 16 Hình 1.4: Ứng dụng đếm máy tính 17 Hình 1.5: Ứng dụng đếm máy in 17 Hình 1.6: Kí hiệu D-FF 18 Hình 1.7: Đồ hình trạng thái D-FF 18 Hình 2.1: Sơ đồ khối .19 Hình 2.2: Đồ hình trạng thái 19 Hình 2.3: Kí hiệu phần tử AND 22 Hình 2.4: Kí hiệu phần tử OR .23 Hình 2.5: Kí hiệu phần tử NOT 24 Hình 2.6: IC7447 24 Hình 2.7: Sơ đồ chân IC7447 .24 Hình 2.8: Bước mô 25 Hình 2.9: Bước tạo xung 26 Hình 2.10: Bước tạo xung 26 Hình 2.11: Đầu vào D1 26 Hình 2.12: Đầu vào D2 27 Hình 2.13: Đầu vào D3 27 Hình 2.14: Đầu vào Z 27 Hình 2.15: Tạo khối hiển thị 27 Hình 2.16: Mạch hồn thành 28 Hình 2.17: Khi đầu khác 28 − Khi đầu led báo sáng Hình 2.18: Khi đầu 2.4 Thiết kế sơ đồ nguyên lý Các bước mô phần mềm altium tương tự Proteus, nhiên sử dụng phần mềm Proteus để mô chạy thử nghiệm hệ thộng Phần mềm Altium giúp in mạch Layout dễ dàng việc làm mạch thực tế Hình 2.19: Sơ đồ ngun lí Altium 29 Từ mạch sơ đồ nguyên lý ta chuyển sang chế độ mạch layout xếp linh kiện giúp mạch gọn gàng Hình 2.20: Mạch Layout Quan sát mạch dạng hình 3D giúp dễ dàng việc làm mạch thực tế Hình 2.21: Mạch 3-D 30 CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM, HIỆU CHỈNH VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 3.1 Chế tạo 3.1.1 Lựa chọn linh kiện Tên linh kiện Giá trị Số lượng Chức IC NE555 2V-18V Tạo xung cho mạch điều khiển LED Red 5V Hiện thị đầu báo số đếm 1,4 báo nguồn LED 2.2V Hiển thị giá trị số đếm Tụ hóa 16V 22μF 16V Tụ gốm 103 50V Nút nhấn nhả chân 5V Biến trở tam giác 0V-5V Jack nguồn Lọc nguồn Chống nhiễu Reset Điều chỉnh điện trở 5V Cung cấp nguồn cho mạch điện IC 7805 7V-35V IC 7474 2V-12V Mạch nhớ D-FF IC 7432 7V Sử dụng thực logic OR IC 7408 2V-6V Sử dụng để thực logic AND IC 7447 2V-6V Giải mã Led Cung cấp điện áp cho mạch điện tử Bảng 3.1: Bảng linh kiện 31 3.1.2 Nguyên lý cấu tạo linh kiện dùng cho mạch thực tế 3.1.2.1 IC74LS74 Hình 3.2: Sơ đồ cấu tạo chân 7474 Hình 3.1: IC74LS74 Chân 14 (chân VCC): chân cấp nguồn nuôi cho IC Trong thực tế cấp nguồn 5V Chân (chân GND): chân nối đất để có dịng điện chạy ,nếu bạn khơng nối chân thành xuống đất IC không làm việc Chân 2,12 (chân D1,D2 ): chân tín hiệu vào Ic D Delay có nghĩa chậm trễ tín hiệu tạo chậm trễ Chân 5, 9(chân Q1,Q2): Đây chân tín hiệu Chân 8,6 (chân Q1 đảo ,Q2 đảo): Đây chân ngược với chân 5,9 chân 5,9 mức cao chân mức thấp Chân 3,11(chân CLK): chân xung clock ,ở tích cực sườn lên xung nghĩa làm việc khoảng thời gian xung chuyển từ mức thấp lên mức cao Chân 1,13(chân CRL) chân Clear có nhiệm vụ xoa trạng thái Chân 4,10(chân PR1) chân Preset nghĩa đặt trước 3.1.2.2 LED loại Anode 32 Hình 3.3: LED loại Anode Hình 3.4: Sơ đồ cấu tạo LED Các chân 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10 nối với chân Digital Các chân 3, nối với nguồn 5V 3.1.2.3 IC 7408 Hình 3.6: Sơ đồ cấu tạo IC7408 Hình 3.5: IC7408 Số PIN Sự miêu tả Cổng vào B Cổng vào Cổng đầu Y Cổng vào B Cổng vào Cổng đầu Y 33 Đất Cổng Y B Cổng vào 10 Cổng vào 11 Cổng Y 12 B Cổng vào 13 Cổng vào 14 Vcc - Nguồn cung dương Bảng 3.2: Miêu tả chân IC7408 3.1.2.4 IC7432 Hình 3.7: IC7432 Hình 3.8: Sơ đồ cấu tạo IC7432 Số PIN Sự miêu tả Cổng vào B Cổng vào Cổng đầu Y Cổng vào B Cổng vào 34 Cổng đầu Y Đất Cổng Y Cổng vào 10 B Cổng vào 11 Cổng Y 12 Cổng vào 13 B Cổng vào 14 Vcc - Nguồn cung dương Bảng 3.3: Miêu tả chân IC7432 3.2 Lắp ráp Bước 1: In mạch layout từ Alitum Hình 3.9: Mạch in 35 Bước 2: Cắt đồng phù hợp kích thừa mạch Layout mài Hình 3.10: Mài phip đồng Vì phip đồng có lớp cách điện mỏng trên, bề mặt, cần mài hết lớp cách điện để hở lớp đồng bên Bước 3: Đặt mạch in lên đồng khoảng 10’- 15’ Hình 3.11: Là mạch Bước giúp mực mạch in layout dính lên đồng 36 Bước 4: Ngâm mạch sau in xong vào dung dịch pha muối ăn mòn nước nóng Hình 3.12: Ngâm mạch Bước giúp đồng phip đồng bị loại bỏ, phần đồng bên lớp mực giữ lại Bước 5: Mài Hình 3.13: Mài mạch Bước giúp loại bỏ lớp mực bên lớp đồng làm lộ lớp đồng dẫn điện 37 Hình 3.14: Mạch sau mài Sau mài xong Bước 6: Khoan lỗ phip đồng Hình 3.15: Khoan lỗ Bước giúp phip có lỗ để cắm chân linh kiện Hình 3.16: Mạch sau khoan xong 38 Bước 7: Bôi mỡ hàn hàn Hình 3.18: Hàn thiếc Hình 3.17: Bơi mỡ Bôi mỡ hàn giúp để mối hàn tốt hơn, đặt linh kiện theo sơ đồ nguyên lý hàn linh kiện Bước 8: Cấp nguồn cho hệ thống Hình 3.19: Hệ thống sau cấp nguồn Ta thấy đèn báo xung có tín hiệu, led thị kết 39 3.3 Thử nghiệm Hình 3.20: Đầu khác 1-4 Khi đầu khác giá trị 4, đèn led không sáng, yêu cầu đề tài Hình 3.21: Khi đầu 1-4 Khi đầu nhận giá trị 4, led báo sáng đáp ứng yêu cầu đề tài đặt 3.4 Hiệu chỉnh Mạch chạy nhiễu, cần gắn chặt nguồn, thêm tụ gốm vào đầu vào IC giúp chống nhiễu IC để mạch ổn định (nếu có thể) 40 3.5 Đánh giá hệ thống 3.5.1 Đánh giá tổng quan Hệ thống Thiết kế mạch đếm nghịch, nhị phân, đồng Kđ = 8, sử dụng D-FF hiển thị kết đếm LED thanh, có đầu báo gặp số đếm 1, hệ thống mạch điện tử tương đối đơn giản, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đặt Hệ thống sử dụng IC D-FF để tạo thành mạch đếm nghịch nhị phân có Kđ = Kết đếm hiển thị LED cách sử dụng IC giải mã 7447 Ngoài ra, hệ thống cịn có đầu báo gặp số đếm 1, 3.5.2 Đánh giá mặt kỹ thuật Hệ thống hoạt động ổn định xác Các trạng thái đếm hệ thống hiển thị rõ ràng dễ nhìn LED Đầu báo gặp số đếm 1, hoạt động tốt 3.5.3 Đánh giá mặt kinh tế Hệ thống sử dụng linh kiện điện tử phổ biến, dễ tìm mua có giá thành tương đối rẻ 3.5.4 Đánh giá mặt ứng dụng Hệ thống ứng dụng nhiều lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như: − Kiểm soát thời gian − Đếm số lượng − Báo hiệu 3.5.5 Đánh giá mặt ưu nhược điểm Ưu điểm: − − − − Hoạt động ổn định xác Các trạng thái đếm hiển thị rõ ràng Đầu báo gặp số đếm 1, hoạt động tốt Sử dụng linh kiện điện tử phổ biến, dễ tìm mua có giá thành tương đối rẻ Nhược điểm: − Hệ thống có cấu tạo tương đối phức tạp − Kích thước hệ thống tương đối lớn 41 Kết luận Trong báo cáo đề tài này, thiết kế thành công mạch đếm nghịch, nhị phân, đồng Kđ = 8, sử dụng D-FF hiển thị kết đếm LED thanh, có đầu báo gặp số đếm 1, Mạch đếm thiết kế sử dụng IC flip-flop D 74LS74, IC 7408, 1IC 7432 Kết đếm hiển thị LED đoạn Các đoạn LED điều khiển đầu Q flip-flop Khi số đếm đèn led sáng báo hiệu Mạch đếm hoạt động ổn định đáp ứng yêu cầu đặt Một số lưu ý thiết kế mạch đếm − Chọn loại flip-flop phù hợp với ứng dụng − Xác định số lượng flip-flop cần thiết để tạo số đếm mong muốn − Kết nối flip-flop theo thứ tự − Chọn nguồn xung đồng phù hợp với mạch đếm − Thiết kế mạch hiển thị kết đếm phù hợp với ứng dụng Ứng dụng mạch đếm − Đồng hồ − Máy tính − Thiết bị điện tử gia dụng − Thiết bị công nghiệp − Thiết bị quân 42 BÁO CÁO HỌC TẬP NHÓM Mã lớp học phần: 20231FE6021001 Khóa: 16 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Sỹ Thoan Mã SV: 2021603469 Nguyễn Quang Thực Mã SV: 2021602727 Nguyễn Văn Tiến Mã SV: 2021603809 Nguyễn Minh Vũ Mã SV: 2021602402 Tên đề tài: Thiết kế mạch đếm nghịch, nhị phân, đồng Kđ = 8, sử dụng D-FF hiển thị kết đếm LED thanh, có đầu báo gặp số đếm 1, Kiến nghị với giảng viên hướng dẫn Tuần Nội dung cơng việc Kết đạt Tìm hiểu đề tài cách thiết kế mạch in điện tử Hiểu nguyên lý hoạt động đề tài bước thiết kế mạch Không Thực toán thiết kế thống kê thiết bị cần sử dụng đề tài Thiết kế xong mạch phần mềm mơ ước tính số lượng thiết bị Không Mua thiết bị điện tử thiết kế mạch in Mua đủ thiết bị, mạch in Không Làm mạch, chạy thử nghiệm, làm báo cáo Hoàn thiện báo cáo và sản phẩm Hồn thành mạch, thử nghiệm thành cơng sơ báo cáo Hoàn thành xong báo cáo sản phẩm thu chạy yêu cầu Ghi Không Không Ngày …… tháng …… năm 2023 XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN