THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SỐ TỪ 2040 ( KỸ THUẬT XUNG SỐ )

ĐỀ TÀI MÔ TẢ CHI TIẾT VỀ THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SỐ THỨ TỰ TỪ 2040 CỦA MÔN KỸ THUẬT XUNG SỐ. GIÚP NGƯỜI XEM HIỂU ĐƯỢC CHI TIẾT CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ HỖ TRỢ CHO VIỆC SỐ ĐẾM. SỬ DỤNG IC ĐẾM 74192 , IC GIẢI MÃ 7447 VÀ LED 7 THANH. SỬ DỤNG NE555 ĐỂ TẠO XUNG CHO MẠCH ĐẾM.

TRƯỜNG CAO ĐẲNG FPT POLYTECHNIC BỘ MÔN: ĐIỆN – CƠ KHÍ – TỰ ĐỘNG HOÁ ASSIGMENT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ MÔN: Kĩ Thuật Xung Số Đề tài: Thiết kế mạch đếm tăng từ 20 đến 40 sử dụng IC555, 74192, 7447 hiển thị ra led 7 thanh GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : ĐÀO VĂN HOA NHÓM THỰC HIỆN : NHÓM 2 LỚP : AE19301 THÀNH VIÊN NHÓM Đỗ Văn Toàn :PH48745 Nguyễn Chí Hiếu : PH48263 Dương Việt Phương : PH48322 0 LỜI MỞ ĐẦU Trong đời sống công nghệ hiện đại ngày nay ngành kỹ thuật Điện tử là ngành kỹ thuật mũi nhọn, hiện đại, được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của sản xuất và đời sống và là đòn bẩy giúp các ngành khoa học kĩ thuật khác phát triển Các hệ thống điện tử ngày nay rất đa dạng và đang thay thế các công việc hằng ngày của con người từ đơn giản đến phức tạp Việc hiện đại hoá năng suất lao động bằng các thiết bị điện tự động là nhu cầu cấp thiết Do đó yêu cầu máy móc cần phải gọn nhẹ hơn, linh động hơn, uyển chuyển hơn, thông minh hơn và tiết kiệm điện hơn Vì vậy, ngành Công nghệ kỹ thuật Điện tử ngày càng đóng vai trò quan trọng trong sản xuất và đời sống Các thiết bị điện tử đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế kỹ thuật cũng như trong đời sống xã hội Việc gia công xử lý tín hiệu trong các thiết bị làm việc dựa trên nguyên lý số có ưu điểm hơn hẳn các thiết bị điện tử làm việc dựa trên cơ sở nguyên lý tương tự Trải qua sự phát triển của khoa học công nghệ, giờ đây chúng ta đã chết tạo ra rất nhiều loại tần số phục vụ trong ngàn điện tử viễn thông, công nghệ thông tin, tự động hóa… Bên cạnh đó với việc thiết kế được các mạch đếm có ứng dụng rộng rãi trong thực tế, nó giúp con người tự động hóa một số ngành công nghiệp Xuất phát từ những ứng dụng đó cùng với những kiến thức được học trên lớp và tìm hiểu thực tế, em đã quyết định lựa chọn đề tài: “ Thiết kế mạch đếm tăng từ 20 đến 400 sử dụng IC555, 74192, 7447 hiển thị ra led 7 thanh ” 1 2 Bảng phân công công việc ST Công việc Người thực Người Người Hạn hoàn hỗ trợ kiểm tra thành hiện Phương 23h Toàn 1 Phân tích yêu cầu Hiếu 8/1/2024 Asignment 2 Lập đề cương Phương Hiếu Toàn 23h Hiếu Toàn Phương 10/1/2024 chi tiết Toàn Phương Hiếu 23h 3 Lập bảng kế hoạch Toàn Hiếu 11/1/2024 thực hiện Phương Toàn Phương 23h 4 Thao khảo, trích Hiếu 11/1/2024 dẫn các nguồn tài nguyên phục vụ cho Phương 23h nội dung Assinment Hiếu 14/1/2024 5 Nguyên lý mạch 23h điều khiển 16/1/2024 6B Trích dẫn các Toàn 23h thông số kỹ thuật 16/1/2024 lựa chọn thiết bị 7 Lựa chọn thiết bị 8 Lập bảng vật tư, Phương Toàn Hiếu 23h thiết bị Toàn Hiếu Phương 18/1/2024 Hiếu Phương Toàn 9 Thi công sản 23h 19/1/2024 phẩm 23h 10 Kết luận 20/1/2024 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT XUNG, KỸ THUẬT SỐ 1 Tổng quan về mạch đếm 1.1 Khái niệm về bộ đếm Mạch đếm là một mạch dãy đơn giảm được xây dựng từ các phần tử nhớ và các phần tử tổ hợp, mạch đếm là thành phần cơ bản của các hệ thống số Bộ đếm là một mạch dãy tuần hoàn có một đầu vào đếm và một đầu ra, mạch có số trạng thái trong chính hệ số đếm (Kđ) Dưới tác động của tín hiệu vào đếm mạch sẽ chuyển từ trạng thái trong này đến một trạng thái trong khác thoe một thứ tự nhất định Cứ sau Kđ lần tín hiệu vào đếm, mạch sẽ trở về trạng thái xuất phát ban đầu Bộ đếm thực hiện việc đếm các dãy xung khi có xung điều khiển và nó chỉ có một đầu vào Do đó, nếu xung đồng bộ (CLK) xuất hiện khác thời điểm xung đếm (Xđ) xuất hiện thì việc đếm xung không thực hiện được nên mạch đếm phải có xung đếm đưa vào chính là dãy xung đồng bộ hay mạch đếm chỉ có một đầu vào Hình 1 1 Sơ đồ khối của bộ đếm Đồ hình là mô hình mô tả sự chuyển đổi các trạng thái trong hay chính là mô tả hoạt động của bộ đếm Hình 1 2 Đồ hình trạng thái tổng quát của bộ đếm Khi không có tín hiệu vào đếm ( (Xđ )̅ ) mạch giữ nguyên trạng thái ban đầu (i  i) khi có tín hiệu vào đếm (Xđ) mạch sẽ chuyển đến trạng thái kế tiếp( i i+1) Khi bộ đếm ở trạng thái S_(Kđ-1) nếu tác động một tín hiệu vào đếm thì bộ đếm sẽ trở về trạng thái ban đầu S_0 và khi đó đồng thời xuất hiện tín hiệu ra một lần duy nhất 4 Trong trường hợp cần hiển thị trạng thái của bộ đếm thì phải dùng thêm mạch giải mã 1.2 Phân loại Phân loại theo cách làm việc: + Bộ đếm đồng bộ (Synchronous counter): là bộ đếm mà sự chuyển đổi trạng thái trong các FF diễn ra đồng thời khi có tác động của xung đếm Mọi sự chuyển đổi trạng thái (từ Si sang trạng thái mới Sj) đều không thông qua trạng thái trung gian (SiSj) Xung đồng bộ tác động đồng thời tới các phần tử nhớ + Bộ đếm không đồng bộ (Asynchronous counter): là bộ đếm tồn tại ít nhất một cặp chuyển biến trạng thái Si  Sj mà trong đó các FF không thay đổi trạng thái đồng thời (Si  Si’ Si’’ Sj) Xung đồng bộ tác động không đồng thời tới các FF Phân loại theo hệ số đếm + Bộ đếm có hệ số đếm Kđ = 2^n : Bộ đếm có hệ số đếm cực đại, khi sử dụng n FF để mã hoá các trạng thái trong cho bộ đếm thì khả năng mã hoá tối đa là 2^n (Kđ = 2, 4, 8, 16 + Bộ đếm có hệ số đếm Kđ = 2^n : Sử dụng n FF để mã hoá các trạng thái trong cho bộ đếm, sẽ có (2^n - Kđ) trạng thái không được sử dụng đến Do vậy khi thiết kế bộ đếm cần phải lưu ý đến các trạng thái không sử dụng tức là cần phải có biện pháp làm cho bộ đếm thoát khỏi các trạng thái đó một cách hợp lý để trở về chu trình đúng mà vẫn phải đảm bảo bộ đếm được thiết kế là đơn giản (Kđ = 3, 5, 6, 7, 10 ) Phân loại theo mã: Quá trình đếm của bộ đếm là quá trình thay đổi từ trạng thái trong này đến trạng thái trong khác và mỗi trạng thái trong của bộ đếm được mã hoá bởi một mã cụ thể Cùng một bộ đếm có thể có nhiều cách mã hoá trạng thái trong khác nhau, các cách mã hoá khác nhau sẽ tương ứng với các mạch thực hiện khác nhau -Mã nhị phân, Mã Gray -Mã BCD, Mã Johnson -Mã vòng Phân loại theo hướng đếm: + Bộ đếm thuận (Up counter): là bộ đếm mà khi có tín hiệu vào đếm (Xđ) thì trạng thái trong của bộ đếm tăng lên 1.(Si  Si+1) + Bộ đếm nghịch (Down counter): là bộ đếm mà khi có tín hiệu vào đếm (Xđ) thì trạng thái trong của bộ đếm giảm đi 1.(Si Si-1) Chú ý: Khái niệm thuận nghịch chỉ là tương đối chủ yếu là do vấn đề mã hoá các trạng thái trong của bộ đếm 5 + Bộ đếm thuận nghịch: là bộ đếm vừa có khả năng đếm thuận vừa có khả năng đếm nghịch Phân loại theo khả năng lập trình: + Bộ đếm có khả năng lập trình : Kđ có thể thay đổi phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển + Bộ đếm không có khả năng lập trình : Kđ cố định, không thay đổi được  1.3 Ứng dụng của bộ đếm Bộ đếm số có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Dưới đây là một số ví dụ về cách bộ đếm số được sử dụng: Công nghiệp và Sản xuất:Bộ đếm số được sử dụng để theo dõi số lượng sản phẩm được sản xuất trong quy trình sản xuất Nó có thể giúp tự động ghi lại và kiểm soát sản lượng, giúp cải thiện hiệu suất và quản lý tồn kho Giao thông và Điều khiển:Trong hệ thống đèn giao thông, bộ đếm số có thể được sử dụng để theo dõi số lượng phương tiện đi qua một giao lộ Trong hệ thống giao thông công cộng, bộ đếm số có thể được tích hợp vào cổng và thang máy để theo dõi số lượng người sử dụng Y tế: Trong lĩnh vực y tế, bộ đếm số có thể được sử dụng để đếm số lần nhất định sự kiện như nhịp tim, số lần hô hấp, hoặc số lượng viên thuốc đã được sử dụng Thương mại và Bán lẻ: Các doanh nghiệp bán lẻ có thể sử dụng bộ đếm số để theo dõi số lượng khách hàng, số lượng lượt xem trực tuyến, hoặc số lượng sản phẩm đã bán Điều khiển quy trình tự động: Trong các hệ thống tự động hóa, bộ đếm số thường được sử dụng để kiểm soát số lượng chu kỳ hoạt động của các thiết bị và đảm bảo rằng quy trình hoạt động đúng cách Điện tử và Máy tính: Trong lĩnh vực điện tử và máy tính, bộ đếm số thường được sử dụng trong các mạch đồng hồ, đếm xung, hay các ứng dụng khác liên quan đến xử lý tín hiệu Thể thao và Giải trí: Trong các sự kiện thể thao hoặc giải trí, bộ đếm số có thể được sử dụng để theo dõi số điểm, số lượt và các thống kê khác liên quan Những ứng dụng trên chỉ là một số ví dụ, và bộ đếm số có thể được tích hợp trong nhiều lĩnh vực khác nhau để cung cấp thông tin chính xác về số lượng đối tượng hoặc sự kiện cụ thể Ứng dụng của bộ đếm được điều khiển qua máy tính Ứng dụng của chức năng bộ đếm BATCH 6 Hình 1.4 Bộ đếm BATCH VD: Đặt 5 sản phẩm vào 1 hộp rồi đóng gói các hộp khi số lượng hộp đạt tới 200 Giá trị cài đặt trước: 5 Giá trị cài đặt BATCH: 200 Hình 1.4 Sơ đồ nguyê lý bộ đếm Batch Ứng dụng của bộ đếm để cắt sản phẩm: VD: Trường hợp cắt giấy là 300mm, sử dụng roller đường kính (D) 50mm kết hợp vơi Encoder 1000 xung Hình 1.5 Sơ đồ bộ đếm để cắt sản phẩm Ứng dụng của bộ định thời trong việc rót sữa vào chai VD: Rót đầy sữa vào chai trong 30sec (Thời gian cài đặt), rồi khi hòan tất 500 chai, đèn báo kết thúc đếm Batch bật ON 7 Hình 1.6 Sơ đồ bộ đếm định thời giúp rót sữa tự động 2 Vai trò của kỹ thuật xung với chuyên ngành và ứng dụng 2.1 Vai trò của kỹ thuật xung với chuyên ngành tự động hóa Trong lĩnh vực tự động hóa, kỹ thuật xung (hoặc còn gọi là kỹ thuật điều khiển xung) đóng một vai trò rất quan trọng Dưới đây là một số vai trò chính của kỹ thuật xung trong ngành tự động hóa: Điều khiển Motor: Trong các hệ thống tự động hóa, motor thường được sử dụng để thực hiện các chuyển động Kỹ thuật xung được sử dụng để điều khiển tốc độ và hướng của motor thông qua việc cung cấp các xung điều khiển chính xác Điều Khiển PID: Kỹ thuật xung thường được kết hợp với các bộ điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative) để điều chỉnh các biến điều khiển như vận tốc, vị trí, áp suất, nhiệt độ và các biến khác trong các hệ thống tự động Máy CNC (Máy điều khiển số): Trong công nghiệp chế tạo, kỹ thuật xung rất quan trọng trong việc điều khiển các trục di chuyển của máy CNC, giúp máy thực hiện các phép cắt và gia công chính xác Biến Tần (Inverter): Kỹ thuật xung cũng được sử dụng trong các biến tần để biến đổi dòng điện đầu vào thành dạng xung điều khiển tần số và biên độ, từ đó điều khiển tốc độ và hướng quay của motor Mạch Điều Khiển Logic: Trong các hệ thống tự động, kỹ thuật xung được sử dụng để đồng bộ hóa và điều khiển các tín hiệu logic, bao gồm việc kích hoạt các thiết bị hoặc chuyển đổi trạng thái của chúng 2.2 Ứng dụng của kỹ thuật xung trong cuộc sống Kỹ thuật xung không chỉ có ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp và tự động hóa mà còn có những ứng dụng phổ biến trong đời sống hàng ngày của chúng ta Dưới đây là một số ví dụ: Điều Khiển Tốc Độ Motor: Trong các thiết bị gia đình như máy giặt, máy sấy, quạt điện, kỹ thuật xung được sử dụng để điều khiển tốc độ quay của motor, giúp điều chỉnh công suất và tiết kiệm năng lượng 8 Điều Khiển Ánh Sáng: Trong các hệ thống chiếu sáng thông minh, kỹ thuật xung được sử dụng để điều khiển độ sáng và màu sắc của đèn LED, tạo ra các hiệu ứng ánh sáng đa dạng và tiết kiệm điện năng Điều Khiển Động Cơ Xe Đạp Điện: Trong xe đạp điện, kỹ thuật xung được sử dụng để điều khiển động cơ, giúp điều chỉnh tốc độ và hiệu suất của xe Điều Khiển Máy In 3D: Trong công nghệ in 3D, kỹ thuật xung được sử dụng để điều khiển chuyển động của đầu in và bàn làm việc, giúp tạo ra các sản phẩm in 3D chính xác và đẹp mắt Điều Khiển Đèn LED Trang Trí: Trong trang trí nội thất và ngoại thất, kỹ thuật xung được sử dụng để điều khiển đèn LED trang trí, tạo ra các hiệu ứng ánh sáng độc đáo và thu hút Điều Khiển Máy Tính: Trong máy tính và các thiết bị điện tử, kỹ thuật xung được sử dụng để tạo ra xung clock, điều khiển tốc độ hoạt động của các thành phần và đồng bộ hóa chúng 3 Vai trò của kỹ thuật số với chuyên ngành và ứng dụng 3.1 Vai trò của kỹ thuật số với chuyên ngành tự động hóa Kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong chuyên ngành tự động hóa bởi vì nó cung cấp các công cụ và phương tiện để xử lý và điều khiển các tín hiệu số, dữ liệu và các thiết bị điện tử trong các hệ thống tự động Dưới đây là một số vai trò chính của kỹ thuật số trong tự động hóa: Xử Lý Tín Hiệu Số: Trong các hệ thống tự động hóa, tín hiệu từ cảm biến và thiết bị đầu ra thường được chuyển đổi sang dạng số để xử lý bởi các vi xử lý số và các thiết bị logic kỹ thuật số Điều Khiển Tự Động: Kỹ thuật số được sử dụng để lập trình và điều khiển các hệ thống tự động, từ các thiết bị đơn giản như các bộ điều khiển logic PLC (Programmable Logic Controller) đến các hệ thống phức tạp như các hệ thống điều khiển tối ưu dựa trên thuật toán Mạch Logic Programable (PLC): Kỹ thuật số cung cấp cơ sở cho việc phát triển và lập trình các hệ thống điều khiển logic có thể lập trình lại, như PLC Các PLC được sử dụng rộng rãi để điều khiển các quy trình tự động trong sản xuất và công nghiệp Mạch Điện Tử Số: Các mạch điện tử số được sử dụng để điều khiển các thiết bị như van, motor và các thiết bị điện tử khác trong hệ thống tự động hóa Giao Thức Liên Kết Dữ Liệu: Kỹ thuật số hỗ trợ việc truyền dữ liệu giữa các thiết bị tự động hóa thông qua các giao thức liên kết dữ liệu như Modbus, Profibus, Ethernet/IP, và CAN bus 9