THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 8 SẢN PHẨM (SỬ DỤNG JKFF), HIỂN THỊ TRẠNG THÁI ĐẾM TRÊN LED 7 THANH 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 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 . Đó là những yếu tố cần thiết làm cho năng suất, hiệu quả trong công việc được tăng cao, hoạt động của con người được giảm bớt. Xuất phát từ thực tế, nên nhóm em chọn đề tài “Thiết kế mạch đếm 8 sản phẩm (sử dụng JK_FF), hiển thị trạng thái đếm trên LED 7 thanh” được sử dụng đếm sản phẩm. 1.2 Mục đích yêu cầu Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp cho nhà máy đếm được số lượng sản phẩm của máy tao ra một cách đơn giản,chính xác mà không cần tốn sức của công nhân. Yêu cầu của mạch đếm sản phẩm là chạy một cách chính xác, ổn định,gọn nhẹ,dễ lắp đặt,dễ sửa và rẻ tiền
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - - BÁO CÁO ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM (SỬ DỤNG JK-FF), HIỂN THỊ TRẠNG THÁI ĐẾM TRÊN LED THANH Giáo viên hướng dẫn : ThS.Hà Thị Phương Nhóm sinh viên thực : Khóa Dương Văn Xn 2021606327 Ngơ Đức Việt 2021607961 Lê Trọng Hoàng Việt 2021606365 : 16 Hà Nội - 2023 Mục Lục CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1 Cơ sở lựa chọn đề tài 1.2 Mục đích yêu cầu 1.3 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐẾM,THIẾT KẾ MƠ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN 2.1 Tính tốn hệ thống 2.2 Mạch JK-FF đếm sản phẩm 10 2.3 Thiết kế mạch 11 CHƯƠNG CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 13 3.1 Liệt kê linh kiện cần dùng 13 3.1.1 IC 4093 cổng NAND 13 3.1.2 IC 7408 15 3.1.3 IC 4027 18 3.1.4 IC 7447 19 3.2 Chế tạo, lắp ráp mạch 22 CHƯƠNG KẾT LUẬN 22 4.1 Đánh giá sản phẩm 25 4.2 Tính thực tế sản phẩm 25 4.3 Đề xuất cải tiến hướng phát triển 25 Danh mục hình ảnh Hình 2.1: Biểu đồ trạng thái đếm nhị phân bit Hình 2.2: Đếm chuỗi sau xung Hình 2.3: Mạch JK-FF 10 Hình 2.4: Mạch đếm sản phẩm sử dụng JK-ff 11 Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý 11 Hình 2.6: Mặt sau mạch đếm sản phẩm mô altium 12 Hình 2.7: Mặt trước mạch đếm sản phẩm mơ altium 12 Hình 3.1: Sơ đồ chân CD4093 14 Hình 3.2: Sơ đồ chân IC 7408 17 Hình 3.3: Sơ đồ chân CD4027 19 Hình 3.4: Sơ đồ chân IC 7447 20 Hình 3.5: Sơ đồ kết nối IC 7447 21 Hình 3.6: Mạch vẽ mơ Error! Bookmark not defined Hình 3.7: Mạch dựng 3D Error! Bookmark not defined Hình 3.8: Mạch ngun lí sau in Error! Bookmark not defined Hình 3.9: Ngâm mạch in vào dung dịch FeCl3 Error! Bookmark not defined Hình 3-1: Mạch in 22 Hình 3-2: Mạch in đồng 23 Hình 3-3: Mạch sau ngâm 23 Hình 3-4: Lắp ráp linh kiện 24 Hình 3-5: Mạch sau hàn 24 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số trở nên quên thuộc với nhiều người, phát triển nghành kỹ thuật số có ảnh hưởng lớn đến nghành kinh tế tồn cầu có người nêu lên ý tưởng gọi kinh tế thời đại “nền kinh tế kỹ thuật số”, “số hóa” gần vượt khỏi ranh giới thuật ngữ kỹ thuật Nhờ có ưu điểm xử lí số độ tin cậy truyền dẫn, tính đa thích nghi kinh tế nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi điều khiển khai thác mạng Số hóa xu hướng phát triển tất yếu nhiều linh vực kỹ thuật kinh tế khác Không lĩnh vực thông tin liên lạc tin học Ngày nay, kỹ thuật số thâm nhập mạnh mẽ vào Kỹ thuật điện tử, Điều khiển tự động, Phát truyền hình, Y tế, Nông nghiệp đồ dùng sinh hoạt gia đình Với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng linh kiện bán dẫn phần vào giảm bớt giá thành sản phẩm làm linh kiện rời Ứng dụng môn kỹ thuật điện tử, kỹ thuật xung số ngày nhiều Nó thâm nhập nhanh chóng vào lĩnh vực điện tử thông dụng chuyên nghiệp Trong đố án này, nhóm chúng em lựa chọn đề tài Thiết kế mạch đếm sản phẩm (sử dụng JK-FF), hiển thị trạng thái đếm LED CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1Cơ sở lựa chọn đề tài Ngày với phát triển mạnh mẽ giới mặt, khoa học cơng nghệ nói chung ngành cơng nghệ kỹ thuật Điện Tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho giới ngày đại văn minh Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị có đặc điểm với xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ linh hoạt hoạt động ổn định Đó yếu tố cần thiết làm cho suất, hiệu công việc tăng cao, hoạt động người giảm bớt Xuất phát từ thực tế, nên nhóm em chọn đề tài “Thiết kế mạch đếm sản phẩm (sử dụng JK_FF), hiển thị trạng thái đếm LED thanh” sử dụng đếm sản phẩm 1.2 Mục đích yêu cầu Mục đích mạch đếm sản phẩm giúp cho nhà máy đếm số lượng sản phẩm máy tao cách đơn giản,chính xác mà khơng cần tốn sức công nhân Yêu cầu mạch đếm sản phẩm chạy cách xác, ổn định,gọn nhẹ,dễ lắp đặt,dễ sửa rẻ tiền 1.3 Phương pháp nghiên cứu Trên phương pháp nghiên cứu phân tích chức linh kiện, vi mạch áp dụng kiến thức với đạo phụ trách giáo dục để xây dựng nên mạch có chức hoạt động đếm số lượng với tài nguyên yêu cầu CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐẾM, THIẾT KẾ MƠ PHỎNG VÀ TÍNH TỐN 2.1 Tính tốn hệ thống Ta có đề hình trạng thái: Biểu đồ thị chuỗi trạng thái mà đếm tiến lên có tạo xung nhịp Hình bên cho thấy trạng thái đếm nhị phân bit â 0000 0001 0010 0011 0100 1000 0111 0110 0101 Hình 2.1: Biểu đồ trạng thái đếm nhị phân bit Mạch khơng có đầu vào ngồi xung đồng khơng có đầu khác khác ngồi trạng thái bên (đầu lấy khỏi flip-flop đếm) Trạng thái đếm phụ thuộc hoàn toàn vào trạng thái Và chuyển đổi trạng thái xảy xung đồng xuất Hình 2.1 cho thấy chuỗi đếm sau xung đồng â 0000 0001 0010 0011 0100 1000 0111 0110 0101 Hình 2.2: Đếm chuỗi sau xung Khi mạch xác định biều đồ trạng thái, bước lấy bảng trạng thái bảng chuyển đổi trạng thái giá trị đầu vào, bảng suy từ biều đồ trạng thái hình 2.1 thể bảng bên JK-FF STT Q3 Q2 Q1 Q0 Q′3 Q′2 Q′1 Q′0 J3 K3 J2 K2 J1 K1 J0 K0 0 0 0 0 X X X X 0 0 0 X X X X 0 0 1 X X X X 0 1 0 X X X X 0 1 X X 0 X X 1 1 0 X X X X 1 0 1 X X X X 1 1 0 X X X X 0 0 0 X X X X 0 X X X X X X X X X X X X 10 1 X X X X X X X X X X X X 11 1 X X X X X X X X X X X X 12 1 0 X X X X X X X X X X X X 13 1 X X X X X X X X X X X X 14 1 X X X X X X X X X X X X 15 1 1 X X X X X X X X X X X X Tối thiểu hóa bìa Karnaugh Hàm J3: Q1Q0 Q3Q2 00 01 11 10 00 01 11 X X X X 10 X X X X J3 = Q2Q1Q0 Hàm K3: Q1Q0 00 Q3Q2 01 11 10 00 X X X X 01 X X X X 11 X X X X 10 X X X 00 01 K3 = Hàm J2: Q1Q0 Q3Q2 11 00 10 01 X X X X 11 X X X X X X X 00 01 11 10 X X X X 10 J2 = Q1Q0 Hàm K2: Q1Q0 Q3Q2 00 01 11 X X X X 10 X X X X K2 = Q1Q0 Hàm J1: Q1Q0 01 11 10 00 X X 01 X X X X X X X X 00 01 11 10 00 X X 01 X X 11 X X X X 10 X X X X 01 11 10 Q3Q2 11 00 X 10 J1 = Q0 Hàm K1: Q1Q0 Q3Q2 K1 = Q0 Hàm J0: Q1Q0 00 Q3Q2 00 X X 01 X X 11 X X X X 10 X X X X J0 = Hàm K0: Q1Q0 00 Q3Q2 01 11 10 00 X 1 X 01 X 1 X 11 X X X X 10 X X X X K0 = Tổng kết sau rút gọn: J3 = Q2Q1Q0 K3 = J2 = K2 = Q1Q0 J1 = K1 = Q0 J0 = K0 = 2.2Mạch JK-FF đếm sản phẩm Hình 2.3: Mạch JK-FF 10 -Mạch in 2D mô phần mềm Altium: Hình 2.6: Mặt sau mạch đếm sản phẩm mơ altium -Mạch in 3D mô phần mềm Altium: Hình 2.7: Mặt trước mạch đếm sản phẩm mô altium 12 CHƯƠNG CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 3.1 Liệt kê linh kiện cần dùng IC HCF4093BEY, 7SEG, IC 7408, IC 7447, IC 4027 điện trở, biến trở… Tên linh kiện Giá trị Chức IC 4093 3-20v Tạo xung cho mạch đếm Hiển thị giá trị đếm 7SEG IC 7408 5v Cổng logic AND IC 4027 5v Trigger JK-FF IC 7447 5v IC giải mã cho led 7seg 3.1.1 IC 4093 cổng NAND IC CD4093 gọi cổng NAND đầu vào gói bốn chứa bốn cổng NAND đầu vào độc lập với hoạt động kích hoạt Schmitt IC hoạt động mức điện áp khác tiêu thụ dịng điện tối đa 1uA hoạt động 18V DC o Các tính thơng số kỹ thuật CD4093 Điện áp hoạt động: 5V, 10V, 15V DC Dòng đầu vào tối đa: 1uA Điện áp trễ thông thường 0,9 V VDD: V 2,3 V VDD: 10 V Khả miễn nhiễm nhiễu lớn 50% Thời gian tăng giảm đầu vào không giới hạn 13 Hình 3.1: Sơ đồ chân CD4093 Sơ đồ chân CD4093 IC có 14 chân cho I / O nguồn IC có mạch kích hoạt Schmitt với cổng NAND đầu vào, bảng cho hiểu rõ sơ đồ chân IC Số chân Tên chân Mô tả A Đầu vào B Đầu vào J Đầu NAND A B K Đầu NAND C D C Đầu vào D Đầu vào VSS Ground E Đầu vào F Đầu vào 10 L Đầu NAND E F 11 M Đầu NAND G H 12 G Đầu vào 13 H Đầu vào 14 VCC Đầu vào điện áp dương 14 Bảng làm việc đầu NAND gọi cổng NOT-AND, cổng logic cung cấp đầu sai đầu vào đúng, đầu bổ sung cổng AND CD4093 IC 14 chân với cổng NAND bên Chân A Chân B đầu vào cổng NAND cung cấp đầu bổ sung cổng AND chân J Tương tự, hình ảnh bên mơ tả cách cổng NAND kết nối với chân Bảng chân lý bên cho thấy đầu vào đầu cổng NAND Bất kỳ đầu vào cấp cho chân 1, 2, 5, 6, 8, 9, 11, 12, đầu tương ứng thông qua cổng NAND nhận Bảng sau tham chiếu cho giá trị đầu vào đầu Đàu vào A Đầu vào B Đầu 0 1 1 1 3.1.2 IC 7408 IC 7408 (IC 74LS08) biết đến vi mạch tích hợp với cổng AND hai đầu vào bit 7408 dòng IC thuộc họ IC 74XXYY Cổng AND mạch tín hiệu sử dụng để chuyển đổi trạng thái logic Trong cổng AND có dạng tín hiệu logic sử dụng Đầu tiên, dạng tín hiệu mức cao, có điện áp khoảng từ 3-5V dạng thứ dạng tín hiệu mức thấp tương đương với mức điện áp – 2,6V Một cổng AND cần sử dụng chân đầu vào chân cho đầu Đầu hoạt động trạng thái mức cao mức thấp, để đầu mức cao buộc trạng thái đầu vào phải mức cao IC 7408 cấu tạo với cổng AND, cơng sử dụng riêng biệt mà không gây ảnh hưởng tới cổng khác 74LS08 cần sử dụng nguồn nhất, đầu IC ln tương thích với thiết bị TTL vi điều khiển khác 15 IC 7408 với kích thước nhỏ gọn tốc độ xử lý nhanh nên có độ tin cậy cao Một số cổng logic khác dòng như: 74LS73, 74LS00, 74LS02, 74LS04, 74LS138 o Thông số kỹ thuật IC 7408: Dải điện áp hoạt động 4,75 – 5,25V Điện áp khuyến nghị cho IC 5V lên tối đa 7V IC cho phép dòng điện lớn 8mA đầu Thời gian tăng giảm điển hình: 18ns Nhiệt độ hoạt động: ° C đến 70 ° C Nhiệt độ bảo quản: -65 ° C đến 150 ° C Tiêu thụ điện Chi tiết sơ đồ chân IC 7408 16 Hình 3.2: Sơ đồ chân IC 7408 CHÂN A1 Chân MÔ TẢ CHI TIẾT Chân chân đầu vào cho cổng AND IC 74LS08 B1 Chân Chân chân đầu vào thứ hai cho cổng AND IC 74LS08 Y1 Chân Đầu cổng AND A2 Chân Chân chân đầu vào cổng AND thứ hai IC 74LS08 B2 Chân Chân đầu vào thứ hai cổng AND thứ hai IC 74LS08 Y2 Chân Chân đầu cổng AND thứ hai GND Chân Chân chân nối đất Y3 Chân Chân đầu cổng AND thứ ba A3 Chân Chân đầu vào cho cổng AND thứ ba vi mạch B3 Chân 10 Chân 10 đầu vào thứ hai cho cổng AND thứ ba Y4 Chân 11 Chân 11 đầu cổng AND thứ tư A4 Chân 12 Chân 12 chân đầu vào cổng AND thứ tư B4 Chân 13 Chân 13 chân đầu vào thứ hai cổng AND thứ tư VCC Chân 14 Chân cấp nguồn 17 3.1.3 IC 4027 Cấu tạo bên ic số CD4027 có cổng Flip-Flop, cổng có xung clock ngõ vào ngõ Q & Q’ IC CD4027 sản xuất theo công nghệ Cmos, mạch tích hợp xây dựng từ Mosfet số điện trở phụ trợ IC hoạt động tốt điện áp 0-20V Các hoạt động IC đơn giản để hiểu hiểu hoạt động cổng Flip-Flop Bạn nhìn thấy sơ đồ cổng Flip-Flop dây độc lập Thông số kỹ thuật ic số CD4027 cổng Flip-Flop Datasheet CD4027 Chân 14 Số cổng Flip-Flop ic Điện áp hoạt động 3V – 20V DC Dòng ngõ 10mA Nhiệt độ hoạt động -55°C – 125°C Mức logic Sơ đồ chân CD4027 Số chân Tên chân Mô tả 16 Vcc Cấp nguồn 5V cho IC Ground Nối mass hệ thống JK Flip Flop / JK Flip Flop Clock-1 / clock3, 13 Các chân phải cấp xung đồng hồ cho flip flop Khi Preset cao, flip flop đặt Q = Q = 2, Reset-1 / reset-2 4, 12 Clear-1 / clear-2 Khi Clear cao, flip flop đặt Q = Q = 18 5, 11 K-1 / K-2 Chân đầu vào flip flop 6, 10 J-1 / J-2 Q-1(bar) / Q2(bar) Q-1 / Q-2 Chân đầu vào khác flip flop 2, 14 1, 15 Chân đầu đảo ngược flip flop Chân đầu flip flop Hình 3.3: Sơ đồ chân CD4027 3.1.4 IC 7447 IC 7447 hay IC 74LS47 mạch tích hợp nằm dịng IC 74xx sử dụng máy tính, đếm kỹ thuật số, đồng hồ hay thiết bị đo lường khác IC 7447 biết đến nhiều dùng giải mã hiển thị BCD Led đầu thu mở 15V IC 74LS47 sản xuất gói 14 chân Sơ đồ chân IC 7447 19 Hình 3.4: Sơ đồ chân IC 7447 Dưới sơ đồ chân IC 7447: Chân số 1, 2, 6, đầu vào ứng với B, C, D, A Chân số 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 chân đầu ra, chân nối với led để điều khiển chúng Chân số chân nối đất GND Chân số 16 chân cấp nguồn Vcc 5V, không cấp nguồn 5V để IC hoạt động bình thường Chân số LT (Lamp Test) dùng để kiểm tra led đoạn Nếu chân số nối mass led sáng lúc đoạn Chân dùng để kiểm tra xem led có bị hỏng đoạn hay không Chân số BI/RB0 nối với mức cao, bị nối với mức thấp tồn đèn khơng sáng Chân số RBI nối với mức cao 20