BTL XUNG SỐ HAUI Nhóm 23 THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 10 SẢN PHẨM, SỬ DỤNG IC ĐẾM TÍCH HỢP, KẾT QUẢ HIỂN THỊ TRÊN LED 7 THANH

THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 10 SẢN PHẨM, SỬ DỤNG IC ĐẾM TÍCH HỢP, KẾT QUẢ HIỂN THỊ TRÊN LED 7 THANH IC là cụm từ viết tắt của thuật ngữ Integrated Circuit, nghĩa là mạch tích hợp, hay còn gọi là vi mạch. Vậy vi mạch là gì? Đây là tập các mạch điện chứa các linh kiện bán dẫn và linh kiện điện tử thụ động được kết nối với nhau, để thực hiện được một chức năng xác định. Tức là mạch tích hợp được thiết kế để đảm nhiệm một chức năng như một linh kiện phức hợp. IC được phân loại theo 4 tiêu chí đánh giá khác nhau trong đó có tín hiệu xử lý, mức độ tích hợp, công nghệ, công dụng. Trong mỗi phạm vi phân loại có những dòng IC khác nhau

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 10 SẢN PHẨM, SỬ DỤNG IC ĐẾM TÍCH HỢP, KẾT QUẢ HIỂN THỊ TRÊN LED 7 THANH

Giáo viên hướng dẫn: Hà Thị Phương

Hà Nội – 2023

Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Hữu Văn 2021603438

Đào Quang Thắng 2021603698

Đỗ Quốc Việt 2021604430

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH ẢNH 2

LỜI NÓI ĐẦU 3

LỜI CẢM ƠN 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 5

1.1 Giới thiệu chung về IC 5

1.1.1 Khái niệm 5

1.1.2 Phân loại 5

1.1.3 Ứng dụng 7

1.1.4 IC 74192 8

1.1.5 IC 7447 9

1.2 LED 7 thanh 11

1.3 Cơ sở lựa chọn đề tài 13

1.4 Ứng dụng trong thực tiễn 13

1.5 Phạm vi lựa chọn đề tài nghiên cứu 14

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG 15

2.1 Sơ đồ khối mạch đếm sản phẩm 15

2.2 Nguyên lý hoạt động 15

2.3 Bộ giải mã hiển thị BCD sang 7 đoạn 15

2.4 Mô phỏng mạch 18

CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 20

3.1 Chế tạo các bộ phận điện tử 20

3.2 Lắp ráp 21

3.3 Thử nghiệm hệ thống 22

KẾT LUẬN 23

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Hình ảnh IC thực tế 5

Hình 1 2 Hình ảnh IC 74192 thực tế 8

Hình 1 3 Hình ảnh các chân của IC 74192 8

Hình 1 4 Hình ảnh IC 7447 thực tế 9

Hình 1 5 Hình ảnh sơ đồ chân của IC 7447 10

Hình 1 6 Cấu tạo chung của LED bảy thanh 11

Hình 1 7 Cấu tạo bên trong LED bảy thanh Anot chung 12

Hình 1 8 Cấu tạo bên trong LED bảy thanh Katot chung 13

Hình 2 1 Sơ đồ khối mạch đếm sản phẩm 15

Hình 2 2 Sơ đồ bộ giải mã hiển thị thập phân mã hoá nhị phân sang LED 7 thanh 16

Hình 2 3 Ví dụ về đầu vào 4 bit 17

Hình 2 4 Mạch mô phỏng trên Proteus 18

Hình 2 5 Mạch mô phỏng sản phẩm trên Altium 18

Hình 2 6 Mạch in 2D 19

Hình 3 1 Bảng mạch sau khi in và tạo lỗ 20

Hình 3 2 Mạch sau khi hoàn thành thiết kế 21

Hình 3 3 Thử nghiệm hệ thống 22

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số đã trở nên quen thuộc với nhiều người, bởi vì sự phát triển của ngành kỹ thuật số đã có ảnh hưởng rất lớn đến ngành kinh tế toàn cầu

Có người đã nêu lên ý tưởng gọi nền kinh tế của thời đại chúng ta là “nền kinh tế kỹ thuật số”, “số hóa” đã gần như vượt khỏi ranh giới của một thuật ngữ kỹ thuật Nhờ có

ưu điểm của xử lý số như độ tin cậy trong truyền dẫn, tính đa thích nghi và kinh tế của nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi trong điều khiển và khai thác mạng Số hóa đang là xu hướng phát triển tất yếu của nhiều lĩnh vực kỹ thuật và kinh tế khác nhau Không chỉ trong lĩnh vực thông tin liên lạc và tin học

Ngày nay, kỹ thuật số đã và đang thâm nhập mạnh mẽ vào Kỹ thuật điện tử, Điều khiển tự động, Phát thanh truyền hình, Y tế, Nông nghiệp và ngay cả trong các dụng

cụ sinh hoạt gia đình Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng các linh kiện bán dẫn đã phần vào giảm bớt giá thành sản phẩm làm bằng các linh kiện rời Ứng dụng môn kỹ thuật điện tử, kỹ thuật xung số ngày càng nhiều Nó thâm nhập nhanh chóng vào các lĩnh vực điện tử thông dụng và chuyên nghiệp Nhận thấy

sự phát triển và rất nhiều ứng dụng của kỹ thuật số hay kỹ thuật điện tử trong tương lai

vì vậy nhóm chúng em xin phép chọn đề tài: Thiết kế mạch đếm 10 sản phẩm, sử dụng

ic đếm tích hợp, kết quả hiển thị trên LED bảy thanh

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, chúng em xin được gửi lời cảm ơn trân trọng và sâu sắc nhất cô

Hà Thị Phương – người đã hết sức tạo điều kiện và tận tình hướng dẫn, động viên chúng em trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện đồ án môn học này

Chúng em xin trân trọng cảm ơn đến tất cả các quý thầy cô khoa Cơ Khí trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, những người đã trang bị cho chúng em những kiến thức cơ bản, cũng như đã nhiệt tình quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để chúng em được học tập, nghiên cứu hoàn thành đồ án Kỹ thuật xung số này

Chúng em xin cám ơn

Trân trọng!

Hà Nội, ngày tháng năm 2023

Sinh viên thực hiện Nguyễn Hữu Văn Đào Quang Thắng

Đỗ Quốc Việt

IC được phân loại theo 4 tiêu chí đánh giá khác nhau trong đó có tín hiệu xử lý, mức độ tích hợp, công nghệ, công dụng Trong mỗi phạm vi phân loại có những dòng IC khác nhau

Hình 1 1 Hình ảnh IC thực tế

1.1.2 Phân loại

Có rất nhiều loại IC, loại lập trình được và loại cố định chức năng, không lập trình được Người ta có rất nhiều cách để phân loại IC Thông thường người ta phân loại IC theo tín hiệu mà nó xử lý Ví dụ IC nguồn chuyển đổi, điều chỉnh, ổn định dòng điện

và mức điện áp đi qua nó Một nguồn cung cấp điện của IC có thể phân chia và nhân điện thế nhất định từ một nguồn điện áp mong muốn cho bất kỳ điện áp đầu ra công suất mong muốn

 Theo công dụng của mạch:

nhỏ

khách hàng

giặt…

cấp hiện nay

máy tính ngày nay

 Theo tín hiệu được xử lý

 IC digital: Xử lý các tín hiệu Digital

 Theo công nghệ

tinh thể Các linh kiện bán dẫn được tạo bằng pha tạp chất (doping), và theo thứ tự lớp thực hiện lai ghép điện trở, đường mạch dẫn, tụ điện, lớp cách điện, cực gate của MOSFET Ví dụ công nghệ TTL, CMOS, CCD, BiCMOS, DMOS, BiFET-, transistor lưỡng cực

đọng hơi trên nền thủy tinh Nó thường là các mạng điện trở Chúng có thể được chế tạo bằng cách cân bằng điện tử với độ chính xác cao, và được phủ nhúng bảo vệ Trong nhóm này bao gồm cả các mạch của transistor màng mỏng (TFT), ví dụ trong ứng dụng màn hình phẳng

kiện điện tử thụ động (gần như chỉ có điện trở) Nền thường là gốm và thường được nhúng tráng

 Theo mức độ tích hợp

ra thành SSI và MSI (đã giải thích ở trên), LSI, VLSI (gồm CPU, GPU, ROM, RAM, PLA…), UL

1.1.3 Ứng dụng

Mạch tích hợp (IC) là một yếu tố chủ chốt của lĩnh vực điện tử hiện đại Chúng là trái tim và bộ não của hầu hết các mạch Một vi mạch tích hợp có chức năng như một bộ khuếch đại, dao động, định thời, bộ nhớ, bộ đếm, bộ nhớ máy tính hoặc một bộ vi xử

lý Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang nỗ lực tìm ra một loại vật liệu mới có thể thay thế công nghệ silicon này vì công nghệ silicon đang tiến tới những giới hạn của vi mạch tích hợp

Có hai loại IC chính gồm lập trình được và cố định chức năng, không lập trình được Mỗi IC có tính chất riêng về nhiệt độ, điện thế giới hạn, công suất làm việc, được ghi trong bảng thông tin

 IC 74192 là IC đếm BCD

MSB

1.1.5 IC 7447

Hình 1 4 Hình ảnh IC 7447 thực tế

Hình 1 5 Hình ảnh sơ đồ chân của IC 7447

1.2 LED 7 thanh

Led 7 thanh được chia làm 2 loại, Led anot chung và Led katot chung Cả hai loại này có đều có cấu tạo từ 8 con led đơn ghép lại với nhau thành hình số 8 và 1 dấu chấm (xem hình dưới)

Hình 1 6 Cấu tạo chung của LED bảy thanh

Nếu là Led Anot chung thì 8 chân dương của Led (chân Anot) sẽ được nối chung với nhau (chân COM ở hình 1.1), các chân Katot sẽ được đưa ra làm các chân dữ liệu A,B,C,D,E,F,G,DP Để điều khiển Led anot chung, chúng ta cấp nguồn dương vào chân anot chung (chân COM) và xuất dữ liệu tích cực mức 0 ra 8 chân dữ liệu để hiển thị theo ý muốn

Hình 1 7 Cấu tạo bên trong LED bảy thanh Anot chung

Nếu là Led Katot chung thì 8 chân âm của Led (chân Katot) sẽ được nối chung với nhau (chân COM ở hình 1.1), các chân Anot sẽ được đưa ra làm các chân dữ liệu A,B,C,D,E,F,G,DP Để điều khiển Led Anot chung, chúng ta cấp nguồn âm vào chân Katot chung (chân COM) và xuất dữ liệu tích cực mức 1 ra 8 chân dữ liệu để hiển thị theo ý muốn

Hình 1 8 cấu tạo bên trong LED bảy thanh Katot chung

1.3 Cơ sở lựa chọn đề tài

Ở các xí nghiệp sản xuất và các nhà máy, chúng em đã thấy được nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa chưa được áp dụng trong những khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công

Chúng em muốn làm một điều gì đó để góp phần giúp người lao động bớt mệt nhọc chân tay mà lại có thể đạt được hiệu quả công việc cao hơn đó là thiết kế một mạch đếm sản phẩm, để với số lượng lớn tùy theo yêu cầu của người mua, hay người sử dụng nó Yêu cầu của mạch đếm sản phẩm là chạy một cách chính xác, ổn định, gọn nhẹ, dễ lắp đặt, dễ sử dụng, giá thành rẻ và ít tốn điện năng tiêu thụ

Nên chúng em quyết định thiết kế một mạch đếm sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực

tế đồng thời cũng là giúp em thực tập, vận dụng kiến thức đã được học để thiết kế và chế tạo ra một sản phẩm có thể được đem ứng dụng rộng rãi, đóng góp một phần nhỏ cho xã hội

Ứng dụng trong thực tiễn

 Đếm sản phẩm phôi của máy dập

1.5 Phạm vi lựa chọn đề tài 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

Khối nguồn

Khối hiển thị

Khối so sánh

Khối giải

mã Khối đếm

Khối tạo xung khi phát hiện sản phẩm

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ khối mạch đếm sản phẩm

Hình 2 1 Sơ đồ khối mạch đếm sản phẩm

2.2 Nguyên lý hoạt động

Mạch đếm sản phẩm bao gồm các khối nhận biết sản phẩm bằng hồng ngoại, khối đếm

và hiển thị số đếm, khối so sánh và reset Khối thu phát hồng ngoại sẽ luôn có tia hồng ngoại Áp chân 2 > chân 3, đầu ra ở mức (- ), tran bị khóa, đầu ra ở mức cao Khi có sản phẩm đi qua, tia hồng ngoại bị ngắt làm giảm áp chân 2, đầu ra tại cực C của tran ở mức thấp do tran thông Tạo ra 1 xung, kích cho mạch đếm hoạt động Xung vuông này tác động tới khối đếm, đặt trước đếm lên, và số đếm được hiển thị trên LED 7 đoạn Khối so sánh và reset Khi mạch đếm đến số đặt trước(ở đây là số 10) thì mạch sẽ reset

về trạng thái ban đầu 00

2.3 Bộ giải mã hiển thị BCD sang 7 đoạn

Một bộ giải mã hiển thị thập phân mã hóa nhị phân (BCD) sang 7 đoạn như TTL 74LS47 hoặc 74LS48, có 4 đầu vào BCD và 7 đường ra, một đường cho mỗi đoạn LED Điều này cho phép một số nhị phân 4 bit nhỏ hơn (nửa byte) được sử dụng để hiển thị tất cả các số nhị phân từ 0 đến 9 và bằng cách thêm hai màn hình lại với nhau, một loạt các số từ 00 đến 99 có thể được hiển thị chỉ với một byte của tám bit dữ liệu

Hình 2 2 Sơ đồ bộ giải mã hiển thị thập phân mã hoá nhị phân sang LED 7 thanh

Việc sử dụng BCD cho phép hai chữ số BCD được lưu trữ trong một byte dữ liệu (8 bit), cho phép một byte dữ liệu duy nhất chứa một số BCD trong phạm vi

từ 00 đến 99

Ví dụ về Bộ giải mã led 7 đoạn hiển thị số:

Hình 2.3 Ví dụ về đầu vào 4 bit

Trong thực tế, các điện trở hạn dòng khoảng 150Ω đến 220Ω sẽ được mắc nối tiếp giữa

IC giải mã / trình điều khiển và mỗi đoạn LED để giới hạn dòng điện tối đa Ví dụ: 74LS48 cho các loại LED katot chung, 74LS47 cho các loại LED anode chung hoặc CMOS CD4543 cho các loại màn hình tinh thể lỏng (LCD)

Màn hình tinh thể lỏng (LCD) có một ưu điểm lớn hơn so với các loại LED tương tự là chúng tiêu thụ ít điện năng hơn và ngày nay, cả màn hình LCD và LED được kết hợp với nhau để tạo thành màn hình chấm-Matrix Chữ và số lớn hơn có thể hiển thị các chữ cái và ký tự cũng như các số ở đầu ra Đỏ hoặc Ba màu tiêu chuẩn

2.4 Mô phỏng mạch

Hình 2 5 Mạch mô phỏng trên Altium

Hình 2 6 Mạch in 2D

CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH

3.1 Chế tạo các bộ phận điện tử

Bảng mạch sau khi in và tạo lỗ

Hình 3 1 Bảng mạch sau khi in và tạo lỗ

3.2 Lắp ráp

Hình 3 2 Mạch sau khi hoàn thành thiết kế

3.3 Thử nghiệm hệ thống

Hình 3 3 Thử nghiệm hệ thống

KẾT LUẬN

Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án, nhóm chúng em đã tiếp thu được thêm nhiều kiến thức, tìm kiếm thêm các nguồn tài liệu để bổ sung thêm kiến thức để hoàn thành đồ án Nhóm em đã biết cách thiết kế, lựa chọn các linh kiện phù hợp với

đề tài Việc hoàn thành tốt đồ án kỹ thuật xung số này là cơ sở để nhóm em thực hiện những đồ án quan trọng sau này như đồ án cơ điện tử và đồ án tốt nghiệp

Tuy rằng hệ thống đã hoạt động tốt theo yêu cầu đặt ra, nhưng không thể tránh khỏi sai sót trong quá trình vận hành và điều khiển hệ thống Vì vậy, nhóm chúng em rất mong nhận được những góp ý để hoàn thành hệ thống tốt hơn

Xin chân thành cảm ơn!