: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 100 SẢN PHẨM, SỬ DỤNG IC ĐẾM TÍCH HỢP, KẾT QUẢ HIỂN THỊ TRÊN LED 7 THANH Chức năng các khối Khối thu phát : Sử dụng LED thu phát hồng ngoại, IC LM358 cung cấp xung vuông cho bộ đếm Khối đếm : sử dụng IC 74LS90 thực hiện đếm lên mã BCD. Khối giải mã : Mã BCD tạo được giải mã qua IC 74LS47 để giải sang LED 7 đoạn . Khối hiển thị : Sử dụng LED 7 đoạn âm chung, hiển thị kết quả đếm . Khối nguồn: Cung cấp nguồn 5V cho hệ thống.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ -o0o - ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 100 SẢN PHẨM, SỬ DỤNG IC ĐẾM TÍCH HỢP, KẾT QUẢ HIỂN THỊ TRÊN LED THANH Giáo viên hướng dẫn: ThS HÀ THỊ PHƯƠNG NHÓM 24 LỚP: FE6021.2 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hữu An 2021601078 Trần Anh Đức 2021601176 Hồ Hữu Lâm 2021600358 Năm học: 2023 - 2024 LỜI MỞ ĐẦU Ngày khoa học kĩ thuật ngày phát triển, nhu cầu đếm sản phẩm với số lượng lớn băng chuyền đại ngày nhiều Với tốc độ sản phẩm từ băng chuyển xuất nhanh nhiều việc cơng nhân đếm sản phẩm hoàn tất xuất từ băng chuyền cuối xác việc khó khăn -> mạch đếm sản phẩm giúp ta kiểm soát tốt sản phẩm xuất từ băng chuyền MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan đề tài 1.2 Nhiệm vụ đề tài CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái niệm xung 2.1.1 Các loại xung thường gặp: 2.2 Mạch đếm 2.3 Mã hóa số thập phân CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG 3.1 Giới thiệu linh kiện sử dụng mạch 3.1.1 LED thu phát hồng ngoại 3.1.2 Led đoạn 3.1.3 IC 74LS47 3.1.4 IC 7490 10 3.1.5 Các linh kiện khác 12 Sơ đồ khối hệ thống 12 3.2 Nguyên lý hoạt động mạch đếm sản phẩm 13 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý 13 3.2.2 Nguyên lý hoạt động 13 3.3 Mơ hình hệ thống phần mềm proteus 14 CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 15 4.1 In mạch 15 4.1.1 Mạch in proteus 15 4.1.2 Mạch in thực tế 16 4.2 Lắp ráp 17 4.2.1 Hệ thống hoàn chỉnh 17 4.3 Thử nghiệm hệ thống 18 4.3.1 Tiến hành chạy thử nghiệm hệ thống 18 4.4 Đánh giá hệ thống 18 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình ảnh 3-1: LED hồng ngoại Hình ảnh 3-2: LED đoạn Hình ảnh 3-3: Cấu tạo IC 74LS47 Hình ảnh 3-4: Cấu tạo IC 74LS90 11 Hình ảnh 3-5: Sơ đồ khối hệ thống 12 Hình ảnh 3-6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phần mềm proteus 13 Hình ảnh 3-7: Mơ hình mơ hệ thống proteus 14 Hình ảnh 4-1: Mạch in proteus 15 Hình ảnh 4-2: Mạch in thực tế sau khoan 16 Hình ảnh 4-3: Mơ hình hệ thống hồn chỉnh 17 Hình ảnh 4-4: Chạy thử nghiệm hệ thống 18 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan đề tài Ngày với phát triển mạnh mẽ giới mặt, với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật hàng loạt thiết bị có đặc điểm với độ 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 bọn em chọn đề tài: “ Thiết kế mạch đếm 100 sản phẩm, sử dụng IC đếm tích hợp, kết hiển thị LED thanh” 1.2 Nhiệm vụ đề tài - Xây dựng sơ đồ khối chức xác định nhiệm vụ khối Phân tích thiết kế sơ đồ nguyên lý Thiết kế phần cứng mua linh kiện Tiến hành làm mạch thực tế thử nghiệm Viết hoàn thiện báo cáo CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái niệm xung Xung thay đổi đột ngột biên độ, pha tần số, (thường biên độ) từ giá trị ban đầu lên giá trị cao giảm xuống giá trị thấp ( chí ngya lập tức) trở vị trí ban đầu 2.1.1 Các loại xung thường gặp: Tính hiệu xung hình sin Tín hiệu xung vng Tín hiệu xung tam giác Tín hiệu xung cưa 2.2 Mạch đếm Lợi dụng tính đảo trạng thái FF JK J=K=1, người ta thực mạch đếm.Chức mạch đếm đếm số xung Cx đưa vào đầu vào thể số trạng thái có đầu ra.Nếu xét khía cạnh tần số tín hiệu mạch đếm có chức chia tần, nghĩa tần số tín hiệu đầu kết phép chia tần số tín hiệu CK đầu vào cho số đếm mạch Ta có loại: mạch đếm đồng bộ, khơng đồng đếm vịng 2.3 Mã hóa số thập phân a Khái niệm Trong thực tế để mã hoa số thập phân, người ta sử dụng số nhị phân bit Ví dụ: 0000 0001 0010 Việc sử dụng số nhị phân để mã hoa số phập phân gọi số BCD (Binary Code Decimal) b Phân loại Khi sử dụng số nhị phân bit để mã hoa số thập phân tương ứng với 24 = 16 tổ hợp mã nhị phân phân biệt Do việc chọn 10 tổ hợp 16 tổ hợp để mã hoa ký hiệu thập phân từ đến mà thực tế xuất nhiều loại mã BCD khác Mặc dù tồn nhiều loại mã BCD khác người ta chia làm loại chính: BCD có trọng số BCD khơng có trọng số - Mã BCD co số: gom co ma BCD tự nhiên, mã BCD số học Mã BCD tự nhiên loại mã mà trọng số thươbngf xếp theo thú tự tăng dần Mã BCD số học loại mã mà có tổng số ln - Mã BCD khơng có số: loại mã khơng cho phép phân tích thành đa thức theo số CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG 3.1 Giới thiệu linh kiện sử dụng mạch 3.1.1 LED thu phát hồng ngoại Hình ảnh 3-1: LED hồng ngoại Nguyên lý hoạt động LED thu phát hồng ngoại Giống tất loại đèn LED có thị trường, nguyên lý LED thu phát hồng ngoại sử dụng điốt nhiều chất bán dẫn đơn giản Điốt ln có thiết kế cho dịng điện chạy theo hướng Khi dòng điện chạy, electron rơi từ phần diode vào lỗ phần khác Để rơi vào lỗ này, electron phải làm lượng dạng photon tạo ánh sáng Bước sóng màu sắc ánh sáng tạo phụ thuộc vào vật liệu sử dụng diode Đèn LED phát hồng ngoại sử dụng vật liệu tạo ánh sáng phần hồng ngoại quang phổ, tức là, mắt người nhìn thấy Đèn LED hồng ngoại khác tạo ánh sáng hồng ngoại bước sóng khác nhau, giống đèn LED khác tạo ánh sáng có màu sắc khác 3.1.2 Led đoạn Hình ảnh 3-2: LED đoạn Cấu tạo LED đoạn LED đoạn có cấu tạo đơn giản, bao gồm tối thiểu đoạn LED ký hiệu theo bảng chữ Alphabet từ a – g, kết nối với để hiển thị chữ cái, chữ số đơn giản như:”0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, b, C, d, E, F,…” Ngoài ra, LED cịn có thêm đoạn thứ gọi chấm thập phân – Decimal Point, ký hiệu DP dùng muốn hiển thị số số nguyên Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động LED đoạn đơn giản, hầu hết dịng sản phẩm hoạt động thơng qua ngun tắc chung là: Muốn LED sáng LED cần phân cực thuận Muốn tạo chữ số bóng LED vị trí tương ứng phải sáng lên Bảng nguyên lý hoạt đ ộng led âm chung 3.1.3 IC 74LS47 74LS47 IC điều khiển / giải mã BCD sang đoạn Nó chấp nhận số thập phân mã hóa nhị phân làm đầu vào chuyển đổi thành mẫu để điều khiển đoạn để hiển thị chữ số từ đến Số thập phân mã hóa nhị phân (BCD) kiểu mã hóa chữ số số biểu diễn chuỗi nhị phân (thường bốn bit) Cấu tạo IC 74LS47 Hình ảnh 3-3: Cấu tạo IC 74LS47 Sơ đồ logic Nguyên lý hoạt động A, B, C, D (nối với vi xử lý, mạch số counter,…) BI/RBO, RBI, LT (chân điều khiển IC 7447, tùy thuộc vào nhu cầu mà có kiểu nối khác nhau) Các chân QA, QB, QC, QD, QE, QF, QG nối với chân a, b, c, d, e, f, g led Các chân A, B, C, D: Đầu vào 7447, nhận giá trị nhị phân (BCD) từ đến 15, tương ứng với giá trị nhận giải mã đầu Q tương ứng Chân QA – QG : đươc nối trực tiếp LED QA=a, QB=b, QC=c, QD=d, QE=e, QF=f, QG=g Giá trị hiển thị LED phụ thuộc vào giá trị đầu vào mạch Bảng chân lý IC 7447 IC 7490 74LS90 đếm MOD-10 tạo mã đầu BCD Nó bao gồm bốn flip-flop JK master-slave, kết nối bên để cung cấp đếm MOD-2 (đếm đến 2) đếm MOD-5 74LS90 có flip-flop JK bật tắt độc lập CLKA ba khác điều khiển CLKB 3.1.4 Cấu tạo IC 7490 10 Hình ảnh 3-4: Cấu tạo IC 74LS90 Sơ đồ logic Sơ đồ cấu tạo IC 7490 Bốn ngõ IC ký hiệu QA, QB, QC QD Thứ tự đếm 74LS90 kích hoạt cạnh xuống tín hiệu xung đồng hồ, tức tín hiệu xung đồng hồ CLK chuyển từ logic (mức CAO) sang logic (mức THẤP) xem có xung đồng hồ tác động vào mạch đếm Các chân ngõ vào bổ sung R1, R2, R3 R4 chân RESET Khi ngõ vào RESET R1 R2 kết nối với logic 1, mạch đếm bị RESET trở (0000) ngõ vào R3 R4 kết nối với logic 1, mạch đếm RESET số (1001) số đếm vị trị đếm Bảng trạng thái IC 7490: 11 SỐ THẬP QD QC QB QA 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 PHÂN 3.1.5 Các linh kiện khác - IC LM358, IC 7805, đèn LED , biến trở, điện trở (220, 1k, 10k), nút bấm, tụ điện Sơ đồ khối hệ thống Hình ảnh 3-5: Sơ đồ khối hệ thống 12 Chức khối - Khối thu phát : Sử dụng LED thu phát hồng ngoại, IC LM358 cung cấp xung vuông cho đếm - Khối đếm : sử dụng IC 74LS90 thực đếm lên mã BCD - Khối giải mã : Mã BCD tạo giải mã qua IC 74LS47 để giải sang LED đoạn - Khối hiển thị : Sử dụng LED đoạn âm chung, hiển thị kết đếm - Khối nguồn: Cung cấp nguồn 5V cho hệ thống 3.2 Nguyên lý hoạt động mạch đếm sản phẩm 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý Hình ảnh 3-6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phần mềm proteus 3.2.2 Nguyên lý hoạt động Khối thu phát hồng ngoại có tia hồng ngoại, có sản phẩm qua, tia hồng ngoại phản lại, xuất dòng điện qua LED tạo chênh lệch điện áp ngõ vào IC LM358 so sánh với điện áp chân biến trở tạo xung vuông cấp vào đếm Mạch đếm nơi có xung đếm vào hàng đơn vị, mạch đếm hàng chục Ở mạch hình mạch đếm 7490 thứ đếm đầy tức đạt đến số đếm 1001 = 9, có thêm xung vào mạch đếm tự động reset tức ngõ QD từ 13 xuống tạo cạnh xuống đến ngõ vào CLKB mạch đếm 7490 thứ làm ngõ mạch đếm 0001 = Số đếm lúc mạch đếm 1010 Tiếp tục mạch đếm lên 11 … 19 20 , 21 ….29, 30, 31… Nút bấm BT1 có tác dụng reset mạch trạng thái ban đầu 3.3 Mơ hình hệ thống phần mềm proteus Hình ảnh 3-7:Mơ hình mơ hệ thống proteus 14 CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 4.1 In mạch 4.1.1 Mạch in proteus Hình ảnh 4-1: Mạch in proteus 15 4.1.2 Mạch in thực tế Hình ảnh 4-2: Mạch in thực tế sau khoan 16 4.2 Lắp ráp 4.2.1 Hệ thống hoàn chỉnh Hình ảnh 4-3: Mơ hình hệ thống hồn chỉnh 17 4.3 Thử nghiệm hệ thống 4.3.1 Tiến hành chạy thử nghiệm hệ thống Hình ảnh 4-4: Chạy thử nghiệm hệ thống 4.4 Đánh giá hệ thống Kết đạt được: Mạch đếm 100 sản phẩm sử dụng ic đếm tích hợp - Lắp ráp mạch yêu cầu, đảm bảo tính kĩ thuật tính thẩm mỹ - Mạch chạy ổn định, không bị nhiễu - Khoảng cách nhận biết sản phẩm: – 10 cm, thay đổi cách điều chỉnh biến trở Một số lỗi gặp phải thử nghiệm hệ thống: - Lỗi hiển thị cho mạch bị chập - Cấp nguồn sai chiều cho mạch 18 - Cảm biến hồng ngoại khơng nhận tín hiệu khoảng cách xa cần điều chỉnh biến trở để thay đối khoảng cách nhận tín hiệu CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN Mạch đếm 100 sản phẩm sử dụng IC đếm tích hợp kết hợp khối riêng lẻ có chức khác tạo thành hệ thống hoàn chỉnh Qua dễ dàng điều chỉnh, thay thế, sửa chữa cách thuận tiện Khoảng cách nhận biết sản phẩm: 0-10 cm thay đổi biến trở Hướng phát triển: Chúng em xin đưa số hướng phát triển cho đề tài sau - Thay IC số PIC vi xử lý để hệ thống hoạt động chuẩn xác - Tăng số lượng đếm sản phẩm TÀI LIỆU THAM KHẢO https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/12658/ONSEMI/7447.html https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/50915/FAIRCHILD/7490.html https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/3067/MOTOROLA/LM358.html https://thuvien.tcdktcnsl.edu.vn/files/products/ky_thuat_xung_so_g76.pdf 19