BTL Xung số haui nhóm 20 Thiết kế mạch đếm 0023, 0059 sử dụng IC đếm tích hợp, hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh.

Thiết kế mạch đếm 0023, 0059 sử dụng IC đếm tích hợp, hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh. 1. Tên đề tài: Thiết kế mạch đếm 0023, 0059 sử dụng IC đếm tích hợp, hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh. 2. Hoạt động của sinh viên (xác định các hoạt động chính của sinh viên trong quá trình thực hiện Đồ án để hình thành tri thức, kỹ năng đáp ứng mục tiêuchuẩn đầu ra nào của học phản). 3. Sản phẩm nghiên cứu (xác định cụ thể sản phẩm của chủ đề nghiên cứu cần đạt được) Nội dung mô tả xác định yêu cầu bài toán Nội dung thể hiện việc xây dựng sơ đồ khối chức năng và nhiệm vụ các khối Nội dung thiết kế sơ đồ nguyên lý và mô phỏng mạch điện Mạch in đã thiết kế, lắp ráp, hiệu chỉnh và hoàn thiện Báo cáo Đồ án theo mẫu BM03 của quyết định số 815QĐĐHCN ngày 18 tháng 8 năm 2019 của trường ĐH Công nghiệp Hà nội (Phụ lục 3), bao gồm các nội dung sau:

BỘ CÔNG THƯƠNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ – Ô TÔ KHOA CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỀ TÀI : Thiết kế mạch đếm 00-23, 00-59 sử dụng

IC đếm tích hợp, hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh.

Giáo viên hướng dẫn: Ths Hà Thị Phương

Sinh viên thực hiện: Mai Văn Lập - 2020604210

Lê Đức Thắng - 2020605206 Hoàng Công Chất - 2020604286

Hà Nội – 2023

PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỌC PHẦN KỸ THUẬT XUNG SỐ

I Thông tin chung

1 Mã lớp học phần: 20231FE6021002 Khóa: 16

2 Tên nhóm: Nhóm 20

3 Họ và tên thành viên trong nhóm:

Sinh viên 1: Mai Văn Lập MSV: 2020604210

Sinh viên 2: Lê Đức Thắng MSV: 2020605206

Sinh viên 3:Hoàng Công Chất MSV: 2020604286

II Nội dung học tập

1 Tên đề tài: Thiết kế mạch đếm 00-23, 00-59 sử dụng IC đếm tích hợp, hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh

2 Hoạt động của sinh viên (xác định các hoạt động chính của sinh viên trong quá

trình thực hiện Đồ án để hình thành tri thức, kỹ năng đáp ứng mục tiêu/chuẩn đầu ra nào của học phản)

TT Nội dung cần thực hiện CĐR Thời gian hoàn thành

3 Xây dựng sơ đồ khối chức năng và xác định

7 Viết và hoàn thiện báo cáo Bài tập lớn mô tả

các nội dung đã thực hiện

Tuần 15

3 Sản phẩm nghiên cứu (xác định cụ thể sản phẩm của chủ đề nghiên cứu cần đạt được)

- Nội dung mô tả xác định yêu cầu bài toán

- Nội dung thể hiện việc xây dựng sơ đồ khối chức năng và nhiệm vụ các khối

- Nội dung thiết kế sơ đồ nguyên lý và mô phỏng mạch điện

- Mạch in đã thiết kế, lắp ráp, hiệu chỉnh và hoàn thiện

- Báo cáo Đồ án theo mẫu BM03 của quyết định số 815/QĐ-ĐHCN ngày 18 tháng 8 năm 2019 của trường ĐH Công nghiệp Hà nội (Phụ lục 3), bao gồm các nội dung sau:

TT Nội dung báo cáo đồ án

1 Mở đầu (Nêu lý do chọn đề tài; Mục tiêu của đề tài; Phương pháp thực hiện

2 Phần 1 Tổng quan (Nêu tổng quan về vấn đề cần nghiên cứu; Cơ sở xác định đề tài; Ứng dụng trong thực tiễn …)

3 Phần 2 Xây dựng sơ đồ khối; Tính toán, mô phỏng và thiết kế sơ đồ nguyên lý

4 Phần 3 Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm và hiệu chỉnh

5 Kết luận

6 Tài liệu tham khảo

7 Phụ lục (Nếu có)

III Nhiệm vụ học tập

1 Hoàn thành Đồ án theo đúng quy định (từ ngày 21/11/2023 đến ngày 26/12/2023)

2 Báo cáo sản phẩm và trình bày kết quả thực hiện nghiên cứu theo đề tài đã được giao trước giảng viên và các sinh viên

IV Học liệu thực hiện Đồ án

1 Tài liệu học tập:

[1] Nguyễn Thị Thu Hà, Lê Văn Thái, Nguyễn Ngọc Anh, Giáo trình Điện tử số,NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2013

[2] Nguyễn Ngọc Anh, Nguyễn Thị Thu Hà, Lê Văn Thái, Giáo trình Thực hành

kỹ thuật xung - số, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2014

2.Phương tiện, nguyên liệu thực hiện Đồ án (nếu có): Linh kiên điện tử cơ

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

LỜI CẢM ƠN 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 5

1.1 Mạch đếm 5

1.2 Phân loại 5

1.3 Cơ sở lựa chọn đề tài 7

1.4 Phạm vi nghiên cứu 7

1.5 Phương pháp nghiên cứu 7

1.6 Ứng dụng thực tiễn 8

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 9

2.1 Xây dựng sơ đồ khối của hệ thống 9

2.2 Chọn linh kiện từng khối 9

2.2.1 Khối nguồn 9

2.2.2 Khối tạo xung 9

2.2.3 IC đếm tích hợp 74192 11

2.2.4 Khối giải mã 13

2.2.5 Khối hiển thị 15

2.3 Thiết kế và tính toán 17

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG, LẮP RÁP VÀ THỬ NGHIỆM 22

3.1 Mô phỏng 22

3.2 Vẽ mạch in trên Proteus 22

3.3 Chế tạo và lắp ráp 25

3.4 Chạy thử nghiệm 27

KẾT LUẬN 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO 29

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Sơ đồ khối của bộ đếm 5

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống 9

Hình 2.2 IC tạo xung NE555 10

Hình 2.3 Sơ đồ chân IC NE555 10

Hình 2.4 Đèn LED 11

Hình 2.5 Hình dạng thực tế IC7490 12

Hình 2.6 Sơ đồ chân IC7490 12

Hình 2.7 Sơ đồ IC7447 14

Hình 2.8 Cấu tạo bên trong LED 7 thanh 15

Hình 2.9 Điện trở 16

Hình 2.10 Khối tạo xung bằng IC NE555 17

Hình 2.11 Khối đếm và giải mã 18

Hình 2.12 Khối hiển thị 18

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý 22

Hình 3.2 Mô phỏng 2D 23

Hình 3.3 Mô phỏng 3D 23

Hình 3.4 Mạch in 24

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Chức năng các chân IC74192 13

Bảng 2.2 Bảng chân lý LED 7 thanh 16

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa học công nghệ nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật Cơ Điện Tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị có các đặc điểm với sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ linh hoạt và hoạt động ổn định Trong đó, mạch đếm được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống của chúng ta như: đồng hồ số, đếm sản phẩm,

đếm số người, … Xuất phát từ thực tế đó, chúng em lựa chọn đề tài: Thiết kế mạch

đếm 00-23, 00-59 sử dụng IC đếm tích hợp, hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh

Vì kiến thức, kinh nghiệm còn hạn chế nên đồ án không tránh được những sai sót Chúng em rất mong nhận được sự đánh giá của thầy cô và bạn bè để đồ án được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Trân trọng!

Bộ đếm thực hiện việc đếm các dãy xung khi có xung điều khiển và nó chỉ có một đầu vào Do đó, nếu xung đồng bộ (CLK) xuất hiện khác thời điểm xung đếm (Xđ) xuất hiện thì việc đếm xung không thực hiện được nên mạch đếm phải có xung đếm đưa vào chính là dãy xung đồng bộ hay mạch đếm chỉ có một đầu vào

Hình 1-1: Sơ đồ khối của bộ đếm

1.2 Phân loại

Có nhiều cách phân loại bộ đếm:

- Phân loại theo cách làm việc:

+ Bộ đếm đồng bộ (Synchronous counter): là bộ đếm mà sự chuyển đổi trạng thái trong các FF diễn ra đồng thời khi có tác động của xung đếm Mọi sự chuyển đổi trạng thái (từ Si sang trạng thái mới Sj) đều không thông qua trạng thái trung gian (SiSj)

Xung đồng bộ tác động đồng thời tới các phần tử nhớ

+ Bộ đếm không đồng bộ (Asynchronous counter): là bộ đếm tồn tại ít nhất một

cặp chuyển biến trạng thái Si  Sj mà trong đó các FF không thay đổi trạng thái đồng thời (Si  Si’ Si’’ Sj)

Xung đồng bộ tác động không đồng thời tới các FF

- Phân loại theo hệ số đếm

- Phân loại theo mã:

Quá trình đếm của bộ đếm là quá trình thay đổi từ trạng thái trong này đến trạng thái trong khác và mỗi trạng thái trong của bộ đếm được mã hoá bởi một mã cụ thể Cùng một bộ đếm có thể có nhiều cách mã hoá trạng thái trong khác nhau, các cách mã hoá khác nhau sẽ tương ứng với các mạch thực hiện khác nhau

+ Mã nhị phân, Mã Gray

+ Mã BCD, Mã Johnson

+ Mã vòng

- Phân loại theo hướng đếm:

+ Bộ đếm thuận (Up counter): là bộ đếm mà khi có tín hiệu vào đếm (Xđ) thì trạng thái trong của bộ đếm tăng lên 1.(Si  Si+1)

+ Bộ đếm nghịch (Down counter): là bộ đếm mà khi có tín hiệu vào đếm (Xđ) thì trạng thái trong của bộ đếm giảm đi 1.(Si Si-1)

Chú ý: Khái niệm thuận nghịch chỉ là tương đối chủ yếu là do vấn đề mã hoá các trạng thái trong của bộ đếm

+ Bộ đếm thuận nghịch: là bộ đếm vừa có khả năng đếm thuận vừa có khả năng

đếm nghịch

- Phân loại theo khả năng lập trình:

+ Bộ đếm có khả năng lập trình : Kđ có thể thay đổi phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển

+ Bộ đếm không có khả năng lập trình : Kđ cố định, không thay đổi được

1.3 Cơ sở lựa chọn đề tài

Với sự phát triển của kỹ thuật số, chúng ta có thể thấy được sự phổ biến của mạch đếm như trong máy giặt, đồng hồ kỹ thuật số, mạch đếm sản phẩm,… và có nhiều ưu điểm như hoạt động ổn định, lâu dài, chính xác, … Vì vậy, nhóm em quyết định chọn

đề tài này vì những ứng dụng thực tiễn của nó và sự thuận tiện mà nó đem lại cho cuộc sống

1.4 Phạm vi nghiên cứu

- Đề tài thuộc lĩnh vực điện tử trong phạm vi kỹ thuật xung số

- Vật tư, trang thiết bị: dụng cụ cầm tay, vật liệu (theo đề tài của các nhóm), linh kiện điện tử cơ bản…

- Đảm bảo an toàn lao động

1.5 Phương pháp nghiên cứu

- Dựa vào kiến thức đã được học, tìm hiểu qua internet, sách vở và tham khảo ý kiến bạn bè, thầy cô

- Áp dụng những phương pháp thiết kế, tính toán để xây dựng mô hình phù hợp với đề tài

- Sử dụng các phần mền lập trình, thiết kế đồ họa để hỗ trợ như: Proteus, Altium Designer

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

2.1 Xây dựng sơ đồ khối của hệ thống

‒ Mạch đếm 00 đến 59 và 00 đến 23

‒ Đầu vào: tín hiệu xung đồng bộ

‒ Đầu ra: hiển thị số đếm trên LED 7 thanh

Hình 2-1 Sơ đồ khối hệ thống

2.2 Chọn linh kiện từng khối

2.2.1 Khối nguồn

Sử dụng trực tiếp nguồn 5v từ sạc dự phòng hoặc máy tính

2.2.2 Khối tạo xung

IC NE555 là một mạch tích hợp của hãng CMOS sản xuất, là một linh kiện khá phổ biến để tạo được xung PWM và có thể thay đổi tần số NE555 làm việc với sơ đồ mạch đơn giản, điều chế được độ rộng xung Vì vậy, NE555 được sử dụng trong một loạt các bộ đếm thời gian, thế hệ xung, dao động và các ứng dụng NE555 có thể được

sử dụng để cung cấp cho sự chậm trễ thời gian, như một dao động, và như là một yếu tố flip-flop Các dẫn xuất cung cấp lên đến bốn mạch thời gian trong một gói

Hình 2.2 IC tạo xung NE555

- Sơ đồ chân:

Hình 2.3 Sơ đồ chân IC NE555

- Thông số kỹ thuật:

+ Điện áp đầu vào: 4.5-16V

+ Dòng điện cung cấp : 10mA – 15mA

+ Điện áp logic ở mức cao : 0.5 – 15V

Hình 2.5 Hình dạng thực tế IC7490

- Sơ đồ chân:

Hình 2.6 Sơ đồ chân IC7490

- Đặc tính thông số kỹ thuật 7490:

+ Dãy nguồn đầu vào cho IC là 4,75V đến 5,25V

+ Dãy nhiệt độ hoạt động cho IC là 0 đến 70 độ

+ Dãy điện áp đầu vào IC ở trạng thái mức CAO nhỏ nhất 2,0V và trạng thái THẤP là tối đa 0,7V

+ IC cho dòng điện đầu ra ở trạng thái mức CAO là -0,4mA và ở trạng thái THẤP là 8,0mA

- Chức năng các chân:

Bảng 2.1 Chức năng các chân IC7490

Tên chân Mô tả

CLKB Đầu vào xung clock của MOD 5

R1, R2 Sử dụng như chân reset ( giá trị Max đầu ra)

NC Không ảnh hưởng đến mạch

VCC Cấp đầu vào nguồn

R3, R4 Xóa tất cả các đầu ra khi kết hợp với nhau

Hình 2.7 Sơ đồ IC7447

- Thông số kĩ thuật

+ C được đóng gói với 16 chân trong 1 dòng kép DIP

+ Bộ chuyển đổi BCD sang led 7 đoạn, hiển thị giá trị từ 0 đến 9

+ Nguồn cấp hoạt động tốt nhất trong khoảng điện áp 5V (có thể giao động

+ Chân 8: chân nối đất GND

+ Chân 16: chân cấp nguồn Vcc 5V (không cấp quá nguồn 5V để IC có thể hoạt động bình thường)

+ Chân 3 LT (Lamp Test) sử dụng để kiểm tra led 7 đoạn Nếu chân 3 nối mass thì led sẽ sáng cùng lúc 7 đoạn Chân này chỉ sử dụng để kiểm tra xem led 7 thanh có bị hỏng tại đoạn nào hay không

+ Chân 4 BI/RB0 được nối với mức cao (khi bị nối với mức thấp thì toàn bộ đèn sẽ không sáng được)

+ Chân 5 RBI được nối với mức cao

2.2.5 Khối hiển thị

LED 7 thanh hay còn được gọi là LED 7 đoạn, bao gồm 7 đoạn đèn LED được xếp lại với nhau thành hình chữ nhật Khi các đoạn lập trình để chiếu sáng thì sẽ hiển thị chữ số của hệ thập phân hoặc thập lục phân Đôi khi LED số 8 được hiển thị dấu thập phân khi có nhiều LED 7 thanh được nối với nhau để có thể hiển thị được các số lớn hơn 2 chữ số

Đối với LED 7 thanh để hiển thị chính xác các con số từ 0 – 9 như mong muốn thì chúng ta cần phải tạo ra một bảng chân lý để giúp chúng ta nắm bắt và hiển thị những con số, ký tự một cách nhanh chóng và dễ dàng hơn

Hình 2.8 Cấu tạo bên trong LED 7 thanh

Bảng 2.2 Bảng chân lý LED 7 thanh

Trong đề tài này sẽ sử dụng LED 7 thanh Anot chung

- Điện trở:

+ Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp

+ Mắc điện trở thành cầu phân áp

+ Phân cực cho bóng bán dẫn

+ Tham gia vào các mạch tạo dao động RC

Hình 2.9 Điện trở

2.3 Thiết kế và tính toán

- Nguyên lý hoạt động:

Mạch đếm gồm các khối nguồn, khối tạo xung, khối đếm, khối giải mã, khối hiển thị

Xung này được cấp vào chân CLKA của IC hàng đơn vị

Khối đếm thực hiện chức năng đếm lên từ 00 – 23 hoặc 00 – 59

Khối giải mãi IC 7447 giải mã BCD của khối đếm chuyển sang khối hiển thị Led

Các đầu ra của IC 7490 nối với đầu vào của IC 7447 , sau đó khối giải mã sẽ chuyển mã BCD sang mã led 7 đoạn để hiển thị số 2 chữ số

Hình 2.11 Khối đếm và giải mã

Khối hiển thị:

Các đầu ra a,b,c,d,e,f,g của IC 7447nối lần lượt lới led 7 thanh

Hình 2.12 Khối hiển thị

Cài đặt giới hạn đếm 00-23 hay 00-59 ta sử dụng cổng AND 7408

Muốn bộ đếm đếm từ 00 – 23 hoặc 00 – 59 và reset về 00, ta lấy tín hiệu đầu ra

từ 2 bộ đếm theo mã nhị phân, nếu đạt mức logic 1 thông qua các cổng AND nó sẽ tác động lên khối reset qua chân R1, R2 làm mạch reset về 0

Ta sử dụng IC 7408 làm cổng AND để điều khiển chân RS, khi RS lên mức 1 thì mạch sẽ reset về 00

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG, LẮP RÁP VÀ THỬ NGHIỆM

Hình 3-2 Mô phỏng 2D

Hình 3-3 Mô phỏng 3D

Hình 3-4 Mạch in

3.3 Chế tạo và lắp ráp

Mạch in sau khi thiết kế trên Proteus và được xuất ra sẽ đem đi in và được ăn mòn phần đồng dư bằng dung dịch sắt, sau khi ăn mòn mạch sẽ được tẩy sạch mực bằng dung dịch Axeton và tiến hành gia công Quá trình gia công sẽ khoan chân linh kiện và tạo lỗ via cho mạch Các linh kiện sau khi đo kiểm sẽ được hàn vào mạch và các IC sẽ được cắm vào đế

Hình 3.5 Sản phẩm mặt trước

Hình 3.6 Sản phẩm mặt sau

- Đề xuất cải tiến và hướng phát triển:

Hướng phát triển: Có thể thay thế các linh kiện, IC tạo xung, IC điều khiển, IC giải mã… bằng các linh kiện khác trên thị trường mà vẫn đáp ứng được nhu cầu của đề tài

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Sách tham khảo:

[1] Nguyễn Thị Thu Hà, Giáo Trình Điện Tử Số, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật, 2013 [2] Hà Thị Phương, Giáo Trình Kỹ Thuật Điện Tử, NXB Thống Kê, 2019

[3] Lê Văn Thái, Giáo Trình Kỹ Thuật Xung, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật, 2013

Trang web tham khảo:

[1] https://dientutuonglai.com/74ls192.html

[2] html

https://dammedientu.vn/huong-dan-lam-mach-in-thu-cong-don-gian-tai-nha-id19-[3] https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/27410/TI/74247.html