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 THANH Giáo viên hướng dẫn: Hà Thị Phương Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Hữu Văn 2021603438 Đào Quang Thắng 2021603698 Đỗ Quốc Việt 2021604430 Hà Nội – 2023 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI NÓI ĐẦU LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG 1: 1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG Giới thiệu chung IC 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Ứng dụng 1.1.4 IC 74192 1.1.5 IC 7447 1.2 LED 11 1.3 Cơ sở lựa chọn đề tài 13 1.4 Ứng dụng thực tiễn 13 1.5 Phạm vi lựa chọn đề tài nghiên cứu 14 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MƠ 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 đoạn 15 2.4 Mô mạch 18 CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 20 3.1 Chế tạo phận điện tử .20 3.2 Lắp ráp .21 3.3 Thử nghiệm hệ thống 22 KẾT LUẬN 23 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Hình ảnh IC thực tế Hình Hình ảnh IC 74192 thực tế Hình Hình ảnh chân IC 74192 Hình Hình ảnh IC 7447 thực tế Hình Hình ảnh sơ đồ chân IC 7447 10 Hình Cấu tạo chung LED bảy 11 Hình Cấu tạo bên LED bảy Anot chung 12 Hình Cấu tạo bên LED bảy Katot chung 13 Hình Sơ đồ khối mạch đếm sản phẩm 15 Hình 2 Sơ đồ giải mã hiển thị thập phân mã hố nhị phân sang LED 16 Hình Ví dụ đầu vào bit 17 Hình Mạch mơ Proteus 18 Hình Mạch mô sản phẩm Altium 18 Hình Mạch in 2D 19 Hình Bảng mạch sau in tạo lỗ 20 Hình Mạch sau hoàn thành thiết kế 21 Hình 3 Thử nghiệm hệ thống 22 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số trở nên quen thuộc với nhiều người, phát triển ngành kỹ thuật số có ảnh hưởng lớn đến ngành 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 lý 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 lĩnh 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, Nơng nghiệp dụng cụ sinh hoạt gia đình Với phát triển khơng 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 Nhận thấy phát triển nhiều ứng dụng kỹ thuật số hay kỹ thuật điện tử tương lai nhóm chúng em xin phép chọn đề tài: Thiết kế mạch đếm 10 sản phẩm, sử dụng ic đếm tích hợp, kết hiển thị LED bảy ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ LỜI CẢM ƠN Trước tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn trân trọng sâu sắc cô Hà Thị Phương – người tạo điều kiện tận tình hướng dẫn, động viên chúng em suốt trình nghiên cứu thực đồ án mơn học Chúng em xin trân trọng cảm ơn đến tất q thầy khoa Cơ Khí trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, người trang bị cho chúng em kiến thức bản, nhiệt tình quan tâm giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để chúng em học tập, nghiên cứu hoàn thành đồ án Kỹ thuật xung số Chúng em xin cám ơn Trân trọng! Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Sinh viên thực Nguyễn Hữu Văn Đào Quang Thắng Đỗ Quốc Việt ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung IC 1.1.1 Khái niệm IC cụm từ viết tắt thuật ngữ Integrated Circuit, nghĩa mạch tích hợp, hay cịn gọi vi mạch Vậy vi mạch gì? Đây tập mạch điện chứa linh kiện bán dẫn linh kiện điện tử thụ động kết nối với nhau, để thực chức xác định Tức mạch tích hợp thiết kế để đảm nhiệm chức linh kiện phức hợp IC phân loại theo tiêu chí đánh giá khác có tín hiệu xử lý, mức độ tích hợp, công nghệ, công dụng Trong phạm vi phân loại có dịng IC khác Hình 1 Hình ảnh IC thực tế 1.1.2 Phân loại Có nhiều loại IC, loại lập trình loại cố định chức năng, khơng lập trình Người ta có nhiều cách để phân loại IC Thông thường người ta phân loại IC theo tín hiệu mà xử lý Ví dụ IC nguồn chuyển đổi, điều chỉnh, ổn định dịng điện mức điện áp qua Một nguồn cung cấp điện IC phân chia nhân điện định từ nguồn điện áp mong muốn cho điện áp đầu công suất mong muốn ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ Theo công dụng mạch: System-on-a-chip (SoC) hệ thống chip IC công suất xử lý dịng hay điện áp lớn Vi điều khiển (microcontroller) chứa tất phận máy tính nhỏ FPGA (Field-programmable gate array) cấu hình IC digital khách hàng ADC DAC, chuyển đổi analog ←→ digital DSP (Digital signal processing) IC cảm biến trình gia tốc, ánh sáng, từ trường, chất độc,… ASSP sản phẩm tiêu chuẩn cho ứng dụng cụ thể ASIC với công dụng điều khiển lò nướng bánh, thiết bị xe hơi, máy giặt… Công nghệ RFID để giám sát sử dụng cho khóa cửa điện tử chống trộm cao cấp Memory, nhớ lưu trữ CPU, quen thuộc với bạn yêu máy tính, xem vi xử lý máy tính ngày Theo tín hiệu xử lý IC hỗn hợp: Xử lý loại tín hiệu IC analog xử lý tín hiệu Analog IC digital: Xử lý tín hiệu Digital ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ Theo công nghệ Monolithic: Tất phần tử đặt miếng vật liệu bán dẫn đơn tinh thể Các linh kiện bán dẫn tạo pha tạp chất (doping), theo thứ tự lớp thực lai ghép điện trở, đường mạch dẫn, tụ điện, lớp cách điện, cực gate MOSFET Ví dụ cơng nghệ TTL, CMOS, CCD, BiCMOS, DMOS, BiFET-, transistor lưỡng cực Mạch màng mỏng hay mạch phim, phần tử tạo lắng đọng thủy tinh Nó thường mạng điện trở Chúng chế tạo cách cân điện tử với độ xác cao, phủ nhúng bảo vệ Trong nhóm bao gồm mạch transistor màng mỏng (TFT), ví dụ ứng dụng hình phẳng Lai mạch màng dày kết hợp số chip, vết mạch in đường dây dẫn, linh kiện điện tử thụ động (gần có điện trở) Nền thường gốm thường nhúng tráng Theo mức độ tích hợp IC tên gọi thuật ngữ chung Tùy theo mức độ tích hợp mà IC chia thành SSI MSI (đã giải thích trên), LSI, VLSI (gồm CPU, GPU, ROM, RAM, PLA…), UL 1.1.3 Ứng dụng Mạch tích hợp (IC) yếu tố chủ chốt lĩnh vực điện tử đại Chúng trái tim não hầu hết mạch Một vi mạch tích hợp có chức khuếch đại, dao động, định thời, nhớ, đếm, nhớ máy tính vi xử lý Hiện nay, nhà nghiên cứu nỗ lực tìm loại vật liệu thay cơng nghệ silicon cơng nghệ silicon tiến tới giới hạn vi mạch tích hợp ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ Có hai loại IC gồm lập trình cố định chức năng, khơng lập trình Mỗi IC có tính chất riêng nhiệt độ, điện giới hạn, công suất làm việc, ghi bảng thông tin 1.1.4 IC 74192 Hình Hình ảnh IC 74192 thực tế Hình Hình ảnh chân IC 74192 MR ¯ PL CP u CP D MODE H X X X Reset L L X X Preset L H H No change L H H Count down ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ IC 74192 IC đếm BCD Các giá trị thể chân 2,3,6,7 LSB cịn MSB Các chân 1,9,10,15 chân điều khiển giá trị bắt đầu đếm Chân chân có xung kích giá trị đếm xuống Chân chân có xung kích giá trị đếm lên Chân 16 chân cấp nguồn IC, chân chân nối mass Chân 12, 13 dùng để liên kết IC 74192 khác để đếm giá trị lớn Chân 14 để xóa giá trị 1.1.5 IC 7447 Hình Hình ảnh IC 7447 thực tế ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ Hình Hình ảnh sơ đồ chân IC 7447 Input Decimal or Output LT RBI A3 A2 A1 A0 BI a b c d e f g H H L L L L L L L L L L L H H X L L L H H H L L H H H H H X L L H L H L L L L H H L H X L L H H H L L L L H H L H X L H L L H H L L H H L L H X L H L H H L H L L H L L H X L H H L H H H L L L L L H X L H H H H L L L H H H H H X H L L L H L L L L L L L H X H L L H H L L L H H L L 10 H X H L H L H H H L L L H L function 10 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ 11 H X H L H H H H H H L H H L 12 H X H H L L H H L L H H L L 13 H X H H L H H L H H L H L L 14 H X H H H L H L H H L H L L 15 H X H H H H H H H H H H H H BI X X X X X X L H H H H H H H RBI H L L L L L L H H H H H H H LT L X X X X X H L L L L L L L IC 7447 IC giải mã cho LED đoạn anot chung Chân chân kiểm tra xem ngõ IC cịn dùng hay khơng Chân 1,2,6,7 chân giá trị ngõ vào Chân dùng để xóa số vơ nghĩa Chân nối mass, chân 16 nối nguồn Vcc 1.2 LED Led chia làm loại, Led anot chung Led katot chung Cả hai loại có có cấu tạo từ led đơn ghép lại với thành hình số dấu chấm (xem hình dưới) Hình Cấu tạo chung LED bảy 11 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ Nếu Led Anot chung chân dương Led (chân Anot) nối chung với (chân COM hình 1.1), chân Katot đưa làm chân liệu A,B,C,D,E,F,G,DP Để điều khiển Led anot chung, cấp nguồn dương vào chân anot chung (chân COM) xuất liệu tích cực mức chân liệu để hiển thị theo ý muốn Hình Cấu tạo bên LED bảy Anot chung Nếu Led Katot chung chân âm Led (chân Katot) nối chung với (chân COM hình 1.1), chân Anot đưa làm chân liệu A,B,C,D,E,F,G,DP Để điều khiển Led Anot chung, cấp nguồn âm vào chân Katot chung (chân COM) xuất liệu tích cực mức chân liệu để hiển thị theo ý muốn 12 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ Hình cấu tạo bên LED bảy Katot chung 1.3 Cơ sở lựa chọn đề tài Ở xí nghiệp sản xuất nhà máy, chúng em thấy nhiều khâu tự động hóa trình sản xuất Một khâu đơn giản dây chuyền sản xuất tự động hóa số lượng sản phẩm làm đếm cách tự động Tuy nhiên doanh nghiệp vừa nhỏ việc tự động hóa chưa áp dụng khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà cịn sử dụng nhân cơng Chúng em muốn làm điều để góp phần giúp người lao động bớt mệt nhọc chân tay mà lại đạt hiệu cơng việc cao thiết kế mạch đếm sản phẩm, để với số lượng lớn tùy theo yêu cầu người mua, hay người sử dụng Yêu cầu mạch đếm sản phẩm chạy cách xác, ổn định, gọn nhẹ, dễ lắp đặt, dễ sử dụng, giá thành rẻ tốn điện tiêu thụ Nên chúng em định thiết kế mạch đếm sản phẩm gần gũi với thực tế đồng thời giúp em thực tập, vận dụng kiến thức học để thiết kế chế tạo sản phẩm đem ứng dụng rộng rãi, đóng góp phần nhỏ cho xã hội 1.4 Ứng dụng thực tiễn 13 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ Đếm sản phẩm phôi máy dập Đếm sản phẩm cho máy tiện 1.5 Phạm vi lựa chọn đề tài nghiên cứu Đề tài thuộc lĩnh vực điện tử phạm vi kỹ thuật xung số Vật tư, trang thiết bị: dụng cụ cầm tay, vật liệu (theo đề tài nhóm), linh kiện điện tử bản… Đảm bảo an toàn lao động 14 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ khối mạch đếm sản phẩm Khối tạo xung phát Khối đếm sản phẩm Khối Khối so nguồn sánh Khối giải Khối hiển mã thị Hình Sơ đồ khối mạch đếm sản phẩm 2.2 Nguyên lý hoạt động Mạch đếm sản phẩm bao gồm khối nhận biết sản phẩm hồng ngoại, khối đếm hiển thị số đếm, khối so sánh reset Khối thu phát hồng ngoại ln có tia hồng ngoại Áp chân > chân 3, đầu mức (- ), tran bị khóa, đầu mức cao Khi có sản phẩm qua, tia hồng ngoại bị ngắt làm giảm áp chân 2, đầu cực C tran mức thấp tran thông Tạo xung, kích cho mạch đếm hoạt động Xung vng tác động tới khối đếm, đặt trước đếm lên, số đếm hiển thị LED đoạn Khối so sánh reset Khi mạch đếm đến số đặt trước(ở số 10) mạch reset trạng thái ban đầu 00 2.3 Bộ giải mã hiển thị BCD sang đoạn Một giải mã hiển thị thập phân mã hóa nhị phân (BCD) sang đoạn TTL 74LS47 74LS48, có đầu vào BCD đường ra, đường cho đoạn LED Điều cho phép số nhị phân bit nhỏ (nửa byte) sử dụng để hiển thị tất số nhị phân từ đến cách thêm hai hình lại với nhau, loạt số từ 00 đến 99 hiển thị với byte tám bit liệu 15 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ Hình 2 Sơ đồ giải mã hiển thị thập phân mã hoá nhị phân sang LED Việc sử dụng BCD cho phép hai chữ số BCD lưu trữ byte liệu (8 bit), cho phép byte liệu chứa số BCD phạm vi từ 00 đến 99 Dưới ví dụ đầu vào BCD bit ( 0100 ) đại diện cho số “4” Ví dụ Bộ giải mã led đoạn hiển thị số: 16 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ Hình 2.3 Ví dụ đầu vào bit Trong thực tế, điện trở hạn dòng khoảng 150Ω đến 220Ω mắc nối tiếp IC giải mã / trình điều khiển đoạn LED để giới hạn dòng điện tối đa Ví dụ: 74LS48 cho loại LED katot chung, 74LS47 cho loại LED anode chung CMOS CD4543 cho loại hình tinh thể lỏng (LCD) Màn hình tinh thể lỏng (LCD) có ưu điểm lớn so với loại LED tương tự chúng tiêu thụ điện ngày nay, hình LCD LED kết hợp với để tạo thành hình chấm-Matrix Chữ số lớn hiển thị chữ ký tự số đầu Đỏ Ba màu tiêu chuẩn 17 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ 2.4 Mơ mạch Hình Mạch mơ Proteus Hình Mạch mơ Altium 18 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ Hình Mạch in 2D 19