: 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.
Trang 1BỘ 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 7 THANH
Giáo viên hướng dẫn: ThS HÀ THỊ PHƯƠNG
NHÓM 24
LỚP: FE6021.2
Trần Anh Đức 2021601176
Hồ Hữu Lâm 2021600358
Trang 2LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay khoa học kĩ thuật ngày càng phát triển, nhu cầu đếm sản phẩm với số lượng lớn trên các băng chuyền hiện đại ngày càng nhiều Với tốc độ sản phẩm từ băng chuyển xuất ra nhanh và nhiều thì việc công nhân đếm sản phẩm đã hoàn tất xuất ra từ băng chuyền cuối cùng chính xác là việc rất khó khăn -> mạch đếm sản phẩm sẽ giúp ta kiểm soát tốt sản phẩm xuất ra từ băng chuyền
Trang 3MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 5
1.1 Tổng quan đề tài 5
1.2 Nhiệm vụ đề tài 5
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5
2.1 Khái niệm về xung 5
2.1.1 Các loại xung thường gặp: 5
2.2 Mạch đếm 6
2.3 Mã hóa số thập phân 6
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG 7
3.1 Giới thiệu các linh kiện sử dụng trong mạch 7
3.1.1 LED thu phát hồng ngoại 7
3.1.2 Led 7 đoạn 7
3.1.3IC 74LS47 8
3.1.4IC 7490 10
3.1.5Các linh kiện khác 12
Sơ đồ khối của hệ thống 12
3.2 Nguyên lý hoạt động của mạch đếm sản phẩm 13
3.2.1 Sơ đồ nguyên lý 13
3.2.2 Nguyên lý hoạt động 13
3.3 Mô hình hệ thống trên 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 trên 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
Trang 4DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình ảnh 3-1: LED hồng ngoại 7
Hình ảnh 3-2: LED 7 đoạn 7
Hình ảnh 3-3: Cấu tạo IC 74LS47 9
Hình ảnh 3-4: Cấu tạo IC 74LS90 11
Hình ảnh 3-5: Sơ đồ khối của hệ thống 12
Hình ảnh 3-6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống trên phần mềm proteus 13
Hình ảnh 3-7: Mô hình mô phỏng hệ thống trên proteus 14
Hình ảnh 4-1: Mạch in trên proteus 15
Hình ảnh 4-2: Mạch in thực tế sau khi khoan 16
Hình ảnh 4-3: Mô hình hệ thống hoàn chỉnh 17
Hình ảnh 4-4: Chạy thử nghiệm hệ thống 18
Trang 5CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Tổng quan đề tài
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật hàng loạt những thiết bị có đặc điểm với độ 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 công việc được tăng cao, hoạt động của con người được 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 quả hiển thị trên LED 7 thanh”
1.2 Nhiệm vụ đề tài
- Xây dựng sơ đồ khối chức năng và xác định nhiệm vụ các khối
- Phân tích và thiết kế sơ đồ nguyên lý
- Thiết kế phần cứng và mua linh kiện
- Tiến hành làm mạch thực tế và thử nghiệm
- Viết và hoàn thiện báo cáo
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Khái niệm về xung
Xung là sự thay đổi đột ngột về biên độ, pha hoặc tần số, (thường là biên độ) từ giá trị ban đầu lên giá trị cao hoặc giảm xuống giá trị thấp hơn dần dần ( thậm chí ngya lập tức) trở về vị trí ban đầu
2.1.1 Các loại xung thường gặp:
Tín hiệu xung vuông Tính hiệu xung hình sin
Tín hiệu xung răng cưa Tín hiệu xung tam giác
Trang 62.2 Mạch đếm
Lợi dụng tính đảo trạng thái của FF JK khi J=K=1, người ta thực hiện các
mạch đếm.Chức năng của mạch đếm là đếm số xung Cx đưa vào đầu vào hoặc thể hiện
số trạng thái có thể có của các đầu ra.Nếu xét khía cạnh tần số của tín hiệu thì mạch đếm
có chức năng chia tần, nghĩa là tần số của tín hiệu ở đầu ra là kết quả của phép chia tần số của tín hiệu CK ở đầu vào cho số đếm của mạch
Ta có các loại: mạch đếm đồng bộ, không đồng bộ và đếm vòng
2.3 Mã hóa số thập phân
a Khái niệm
Trong thực tế để mã hoa số thập phân, người ta sử dụng các số nhị phân 4 bit
Ví dụ:
0 0000
1 0001
2 0010
Việc sử dụng các số nhị phân để mã hoa các số phập phân gọi là các số BCD
(Binary Code Decimal)
b Phân loại
Khi sử dụng số nhị phân 4 bit để mã hoa các số thập phân tương ứng với 24 = 16 tổ hợp mã nhị phân phân biệt Do việc chọn 10 tổ hợp trong 16 tổ hợp để mã hoa các ký hiệu thập phân từ 0 đến 9 mà trong thực tế xuất hiện nhiều loại mã BCD khác nhau Mặc dù tồn tại nhiều loại mã BCD khác nhau nhưng người ta chia làm 2 loại chính: BCD có trọng số và BCD không có trọng số
- Mã BCD co trong số: gom co ma BCD tự nhiên, mã BCD số học Mã BCD tự nhiên
đó là loại mã mà trong đó các trọng số thươbngf được sắp xếp theo thú tự tăng dần Mã BCD số học là loại mã mà trong đó có tổng các trong số luôn bằng 9
- Mã BCD không có trong số: là loại mã không cho phép phân tích thành đa thức theo cơ
số của nó
Trang 7CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG
3.1 Giới thiệu các linh kiện sử dụng trong mạch
3.1.1 LED thu phát hồng ngoại
Hình ảnh 3-1: LED hồng ngoại
Nguyên lý hoạt động của LED thu phát hồng ngoại
Giống như tất cả các loại đèn LED đang có trên thị trường, nguyên lý LED thu phát hồng ngoại sử dụng điốt và nhiều chất bán dẫn đơn giản Điốt luôn có thiết kế sao cho dòng điện chỉ có thể chạy theo một hướng
Khi các dòng điện chạy, electron rơi từ một phần của diode vào lỗ trên một phần khác Để rơi vào các lỗ này, các electron phải làm năng lượng dưới dạng photon tạo ra ánh sáng Bước sóng và màu sắc của ánh sáng được tạo ra phụ thuộc vào vật liệu được sử dụng trong diode
Đèn LED phát hồng ngoại sử dụng vật liệu tạo ra ánh sáng trong phần hồng ngoại của quang phổ, tức là, ngay dưới những gì mắt người có thể nhìn thấy
Đèn LED hồng ngoại khác nhau có thể tạo ra ánh sáng hồng ngoại của các bước sóng khác nhau, giống như các đèn LED khác nhau tạo ra ánh sáng có màu sắc khác nhau
3.1.2 Led 7 đoạn
Hình ảnh 3-2: LED 7 đoạn
Trang 8Cấu tạo của LED 7 đoạn
LED 7 đoạn có cấu tạo khá đơn giản, bao gồm tối thiểu 8 đoạn LED được ký hiệu theo bảng chữ cái Alphabet từ a – g, được kết nối với nhau để có thể hiển thị được các 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 7 thanh còn có thêm một đoạn thứ 8 gọi là chấm thập phân – Decimal Point, ký hiệu là DP và dùng khi muốn hiển thị số không phải là số nguyên
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của LED 7 đoạn rất đơn giản, hầu hết các dòng sản phẩm đều hoạt động thông qua một nguyên tắc chung đó là: Muốn LED nào sáng thì LED đó cần được phân cực thuận Muốn tạo ra chữ số nào thì bóng LED ở vị trí tương ứng phải sáng lên
Bảng nguyên lý hoạt đ ộng led 7 thanh âm chung
3.1.3 IC 74LS47
74LS47 là IC điều khiển / giải mã BCD sang 7 đoạn Nó chấp nhận một số thập phân được mã hóa nhị phân làm đầu vào và chuyển đổi nó thành một mẫu để điều khiển 7 đoạn
để hiển thị các chữ số từ 0 đến 9 Số thập phân được mã hóa nhị phân (BCD) là một kiểu
Trang 9mã hóa trong đó mỗi chữ số của một số được biểu diễn bằng chuỗi nhị phân của chính nó (thường là bốn bit)
Cấu tạo của 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 của
IC 7447, tùy thuộc vào nhu cầu mà sẽ có kiểu nối khác nhau) Các chân QA, QB, QC,
QD, QE, QF, QG sẽ nối lần lượt với chân a, b, c, d, e, f, g của led 7 thanh
Các chân A, B, C, D: Đầu vào của 7447, nhận các giá trị nhị phân (BCD) từ 0 đến 15, tương ứng với mỗi giá trị nhận được sẽ giải mã 1 đầu ra Q tương ứng
Trang 10Chân QA – QG : đươc nối trực tiếp LED 7 thanh trong đó QA=a, QB=b, QC=c, QD=d, QE=e, QF=f, QG=g Giá trị hiển thị trên LED 7 thanh sẽ phụ thuộc vào giá trị đầu vào của các mạch
Bảng chân lý IC 7447
IC 7490
74LS90 về cơ bản là một bộ đếm MOD-10 tạo mã đầu ra BCD Nó bao gồm bốn flip-flop
JK master-slave, được kết nối bên trong để cung cấp bộ đếm MOD-2 (đếm đến 2) và bộ đếm MOD-5 74LS90 cũng có một flip-flop JK bật tắt độc lập của CLKA và ba cái khác được điều khiển bởi CLKB
3.1.4 Cấu tạo IC 7490
Trang 11Hình ảnh 3-4: Cấu tạo IC 74LS90
Sơ đồ logic
Sơ đồ cấu tạo của IC 7490
Bốn ngõ ra của IC được ký hiệu là QA, QB, QC và QD Thứ tự đếm của 74LS90 được kích hoạt bởi cạnh xuống của tín hiệu xung đồng hồ, tức là khi tín hiệu xung đồng hồ CLK chuyển từ logic 1 (mức CAO) sang logic 0 (mức THẤP) thì xem như có xung đồng
hồ tác động vào mạch đếm
Các chân ngõ vào bổ sung R1, R2, R3 và R4 là các chân RESET Khi các ngõ vào
RESET R1 và R2 được kết nối với logic 1, thì mạch đếm sẽ bị RESET trở về 0 (0000) còn khi các ngõ vào R3 và R4 được kết nối với logic 1, thì mạch đếm được RESET về số
9 (1001) bất kể số đếm hoặc vị trị đếm hiện tại
Bảng trạng thái của IC 7490:
Trang 12SỐ THẬP
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 của hệ thống
Hình ảnh 3-5: Sơ đồ khối của hệ thống
Trang 13Chức 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
3.2 Nguyên lý hoạt động của mạch đếm sản phẩm
3.2.1 Sơ đồ nguyên lý
Hình ảnh 3-6: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống trên phần mềm proteus
3.2.2 Nguyên lý hoạt động
Khối thu phát hồng ngoại sẽ có tia hồng ngoại, khi có sản phẩm đi qua, tia hồng ngoại sẽ phản lại, xuất hiện dòng điện đi qua LED tạo chênh lệch điện áp ngõ vào IC LM358 so sánh với điện áp ở chân biến trở tạo ra xung vuông cấp vào bộ đếm
Mạch đếm đầu tiên nơi có xung đếm vào là hàng đơn vị, mạch đếm tiếp theo là hàng chục
Ở mạch hình khi mạch đếm 7490 thứ 1 đã đếm đầy tức đạt đến số đếm 1001 = 9, thì nếu
có thêm một xung vào nữa mạch đếm sẽ tự động reset về 0 tức ngõ ra QD của nó sẽ từ 1
Trang 14xuống 0 tạo cạnh xuống đến ngõ vào CLKB của mạch đếm 7490 thứ làm ngõ ra của mạch đếm này là 0001 = 1 Số đếm lúc bây giờ của 2 mạch đếm là 1010 Tiếp tục như thế mạch đếm lên 11 … 19 rồi 20 , 21 ….29, 30, 31… Nút bấm BT1 có tác dụng reset mạch về trạng thái ban đầu
3.3 Mô hình hệ thống trên phần mềm proteus
Hình ảnh 3-7:Mô hình mô phỏng hệ thống trên proteus
Trang 15CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 4.1 In mạch
4.1.1 Mạch in trên proteus
Hình ảnh 4-1: Mạch in trên proteus
Trang 164.1.2 Mạch in thực tế
Hình ảnh 4-2: Mạch in thực tế sau khi khoan
Trang 174.2 Lắp ráp
4.2.1 Hệ thống hoàn chỉnh
Hình ảnh 4-3: Mô hình hệ thống hoàn chỉnh
Trang 184.3 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 quả đạt được: Mạch đếm 100 sản phẩm sử dụng ic đếm tích hợp
- Lắp ráp mạch đúng yêu cầu, đảm bảo tính kĩ thuật và tính thẩm mỹ
- Mạch chạy ổn định, không bị nhiễu
- Khoảng cách nhận biết sản phẩm: 0 – 10 cm, có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh biến trở
Một số lỗi gặp phải khi thử nghiệm hệ thống:
- Lỗi hiển thị cho mạch bị chập
- Cấp nguồn sai chiều cho mạch
Trang 19- Cảm biến hồng ngoại không nhận tín hiệu do khoảng cách quá 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 là sự kết hợp giữa các khối riêng
lẻ có chức năng khác nhau tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh Qua đó chúng ta có thể dễ dàng điều chỉnh, thay thế, sửa chữa một cách thuận tiện
Khoảng cách nhận biết sản phẩm: 0-10 cm và có thể thay đổi bằng biến trở
Hướng phát triển: Chúng em xin đưa ra một số hướng phát triển cho đề tài như sau
- Thay thế các IC số bằng PIC vi xử lý để hệ thống hoạt động chuẩn xác hơn
- 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