Trang 1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT XUNG SỐ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 8 SẢN PHẨM sử dụng JK-FF, HIỂN THỊ TRẠNG THÁI TRÊN LED 7 THANH
lOMoARcPSD|39270540 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT XUNG SỐ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 8 SẢN PHẨM (sử dụng JK- FF), HIỂN THỊ TRẠNG THÁI TRÊN LED 7 THANH Giáo viên hướng dẫn: Gv Nguyễn Thị Thu Hà Nhóm sinh viên thực hiện: Vũ Trọng Hải Đăng 2021601364 Trịnh Hoàng Anh 2021601404 Lưu Vũ Việt Anh 2021600571 Hà Nội – 2023 1 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ I Thông tin chung 1 Mã lớp học phần: 20231FE6021001 Khóa: K16 2 Tên nhóm: 20231FE6021001 - 20 3 Họ và tên thành viên trong nhóm: Sinh viên 1: Lưu Vũ Việt Anh MSV 2021600571 Sinh viên 2: Vũ Trọng Hải Đăng MSV 2021601364 Sinh viên 3: Trịnh Hoàng Anh MSV 2021601404 II Nội dung học tập 1 Tên đề tài: Thiết kế mạch đếm 8 sản phẩm (sử dụng JK-FF), hiển thị trạng thái đếm trên LED 7 thanh 2 Hoạt động của sinh viên (xác định các hoạt động chính của sinh viên trong quá trình thực hiện Đồ án để hình thành tri thức, kỹ năng đáp ứng mục tiêu/chuẩn đầu ra nào của học phản) TT Nội dung cần thực hiện CĐR Thời gian hoàn thành 1 Lựa chọn đề tài 2 Xác định yêu cầu bài toán 3 Xây dựng sơ đồ khối chức năng và xác định nhiệm vụ các khối 4 Phân tích và thiết kế sơ đồ nguyên lý 5 Thử nghiệm và hiệu chỉnh 6 Thiết kế mạch in và lắp ráp 7 Viết và hoàn thiện báo cáo 3 Sản phẩm nghiên cứu (xác định cụ thể sản phẩm của chủ đề nghiên cứu cần đạt được) - Nội dung mô tả xác định yêu cầu bài toán - Nội dung thể hiện việc xây dựng sơ đồ khối chức năng và nhiệm vụ các khối - Nội dung thiết kế sơ đồ nguyên lý và mô phỏng mạch điện - Mạch in đã thiết kế, lắp ráp, hiệu chỉnh và hoàn thiện - Báo cáo Đồ án theo mẫu BM03 của quyết định số 815/QĐ-ĐHCN ngày 18 tháng 8 năm 2019 của trường ĐH Công nghiệp Hà nội (Phụ lục 3), bao gồm các nội dung sau: 2 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 TT Nội dung báo cáo đồ án 1 Mở đầu (Nêu lý do chọn đề tài; Mục tiêu của đề tài; Phương pháp thực hiện 2 Phần 1 Tổng quan (Nêu tổng quan về vấn đề cần nghiên cứu; Cơ sở xác định đề tài; Ứng dụng trong thực tiễn …) 3 Phần 2 Xây dựng sơ đồ khối; Tính toán, mô phỏng và thiết kế sơ đồ nguyên lý 4 Phần 3 Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm và hiệu chỉnh 5 Kết luận 6 Tài liệu tham khảo 7 Phụ lục (Nếu có) 8 Hướng dẫn sử dụng sản phẩm III Nhiệm vụ học tập 1 Hoàn thành đồ án theo đúng quy định: từ ngày 14/11/2023 đến ngày 22/12/2023 2 Báo cáo sản phẩm và trình bày kết quả thực hiện nghiên cứu theo đề tài đã được giao trước giảng viên và các sinh viên IV Học liệu thực hiện đồ án 1 Tài liệu học tập: 1 Nguyễn Thị Thu Hà (2013), Giáo trình điện tử số, Nhà Xuất Bản KH&KT 2 Đặng Văn Chuyết (2000), Điện tử số, Nhà xuất bản giáo dục 3 Nguyễn Viết Tuyến (2016), Giáo trình CAD trong điện tử/Nguyễn Viết Tuyến Nhà Xuất bản ĐHSPHN 2 Trang web: https://www.bachkhoadientu.com/2018/08/ic-7447-ic-giai-ma-bcd-ra-led-7-thanh.html https://datasheetspdf.com/datasheet/7400.html https://www.soldafria.com.br/circuito-integrado-cd4093-hcf4093bey https://components101.com/displays/7-segment-display-pinout-working-datasheet https://datasheetspdf.com/pdf/375696/HitachiSemiconductor/74LS73/1 https://www.jotrin.de/technology/details/ic-7447 https://datasheetspdf.com/pdf/865233/INCHANGE/A1441/1 3 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 3 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện đồ án (nếu có): Bộ nguồn, diode, tụ điện, điện trở, led 7 thanh, đèn led đơn, IC 7400, IC HCF4093BEY, 7SEG, IC 74LS73, IC 7447, IC 1441, IC 4093, nút nhấn 2023 Hà Nội, ngày … tháng … năm Trưởng bộ môn Giảng viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) 4 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 PHỤ LỤC: MÔ TẢ YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ 1 Các tính năng: - Đếm được sản phẩm và hiển thị trạng thái trên LED 7 thanh 2 Các thông số kỹ thuật chính: - Điện áp cấp cho linh kiện 5V - Kích thước dự kiến 40×25×5 - Điều kiện hoạt động: 15-40℃ - Khối tạo xung sử dụng IC555 - Khối đếm xung - Khối giải mã sử dụng 74LS47 - Khối hiển thị sử dụng LED 7 đoạn 5 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 Mục lục CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN .7 1.1 Cơ sở lựa chọn đề tài 7 1.2 Mục đích yêu cầu 7 1.3 Phương pháp nghiên cứu .7 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN 7 2.1 Tính toán 7 2.2 Thiết kế bộ đếm, thiết kế mô phỏng 15 CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 18 3.1 Liệt kê các linh kiện cần dùng 18 3.2 Chế tạo, lắp ráp mạch 18 3.3Thử nghiêm hệ thống 21 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ-KẾT LUẬN 22 4.1 Đánh giá sản phẩm 22 4.2 Tính thực tế của sản phẩm 22 4.3 Đề xuất cải tiến và hướng phát triển 22 Tài liệu tham khảo: 23 6 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở lựa chọn đề tài Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa học công nghệ nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật Điện Tử, Cơ Điện Tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị có các đặc điểm với sự 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 trong công việc được tăng cao, hoạt động của con người được giảm bớt Xuất phát từ thực tế, nên em chọn đề tài “Thiết kế mạch đếm 8 sản phẩm (sử dụng JK_FF), hiển thị trạng thái đếm trên LED 7 thanh” được sử dụng đếm sản phẩm 1.2 Mục đích yêu cầu Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp cho nhà máy đếm được số lượng sản phẩm của máy tao ra một cách đơn giản,chính xác mà không cần tốn sức của công nhân Yêu cầu của mạch đếm sản phẩm là chạy một cách chính xác, ổn định,gọn nhẹ,dễ lắp đặt,dễ sữa và rẽ tiền 1.3 Phương pháp nghiên cứu Trên phương pháp nghiên cứu và phân tích các chức năng của linh kiện, vi mạch và áp dụng các kiến thức cùng với sự chỉ đạo của phụ trách giáo dục để xây dựng nên một mạch có chức năng hoạt động đếm số lượng và đúng với tài nguyên yêu cầu CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN 2.1 Tính toán Ta có sơ đồ khối: 7 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) Khối nguồn lOMoARcPSD|39270540 Khối điều khiển Khối tạo xung Khối hiển thị Khối giải mã Hình 2.1 Sơ đồ khối Thiết kế bộ đếm: Để thiết kế bộ đếm ta tiến hành theo các bước sau: - Bước 1: Xác định các yêu cầu của bài toán phân tích yêu cầu đầu bài tìm ra số trạng thái trong - Bước 2: Lập đồ hình trạng thái căn cứ vào yêu cầu của bộ đếm cần thiết kế như: hệ số đếm và một số các yêu cầu khác để xây dựng đồ hình mô tả hoạt động của bộ đếm - Bước 3: Xác định số phần tử nhớ cần sử dụng, mã hóa các trạng thái trong của bộ đếm theo mã đã cho Số phần tử nhớ được xác định như sau: +Mã nhị phân và mã Gray n ≥ log2 Kđ +Mã vòng n = Kđ +Mã Johnson n = 1/2 Kđ - Bước 4: Xác định hàm kích của các FF và hàm ra: Dựa vào bảng chuyển đổi trạng thái, bảng ra để xác định phương trình kích cho các FF và phương trình hàm ra - Bước 5: Vẽ sơ đồ mạch thực hiện Từ các phương trình đầu vào kích các FF và phương trình hàm ra đưa ra sơ đồ mạch thực hiện Tính toán: Bộ đếm 8 sản phẩm sử dụng JK-FF 2n≥9 ( có 9 trạng thái) ➔ 24≥9 ➔n=4 Do đó cần sử dụng 4 phần tử nhớ JK-FF Đồ hình trạng thái của bộ đếm được minh họa như hình dưới đây : 8 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 Hình 2.2 Đồ hình trạng thái của bộ đếm Bảng chuyển đổi trạng thái và giá trị đầu vào kích như sau: S QDQCQBQA QDQCQBQA JDKD JCKC JBKB JAKA S0 0000 0001 0X 0X 0X 1x X1 S1 0001 0010 0X 0X 1X 1X X1 S2 0010 0011 0X 0X X0 1X X1 S3 0011 0100 0X 1X X1 1X X1 S4 0100 0101 0X X0 0X 0X XX S5 0101 0110 0X X0 1X XX XX S6 0110 0111 0X X0 X0 XX XX S7 0111 1000 1X X1 X1 XX XX S8 1000 0000 X1 0X 0X S9 1001 XXXX XX XX XX S10 1010 XXXX XX XX XX S11 1011 XXXX XX XX XX S12 1100 XXXX XX XX XX S13 1101 XXXX XX XX XX S14 1110 XXXX XX XX XX S15 1111 XXXX XX XX XX Bảng 1 Bảng chuyển đổi trạng thái 9 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 JD QBQA 00 01 11 10 QDQC 00 01 1 11 X X X X 10 X X X X JD=QCQBQA KD QBQA 00 01 11 10 QDQC 00 X X X X 01 X X 1 X 11 1 X X X 10 X X X X KD=1 10 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 JC QBQA 00 01 11 10 QDQC 00 1 01 X X X X 11 X X X X 10 X X X X JC=QAQB KC QBQA 00 01 11 10 QDQC 00 X X X X 01 1 11 X X X X 10 X X X X KC=QBQA 11 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 JB QBQA 00 01 11 10 QDQC 00 1 X 01 1 X 11 X X X X 10 X X X JB=QA KB QBQA 00 01 11 10 QDQC 00 X X 1 01 X X 1 11 X X X X 10 X X X X KB=QA 12 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 JA QBQA 00 01 11 10 QDQC 00 1 X X 1 01 1 X X 1 11 X X X X 10 X X X JA=QD KA QBQA 00 01 11 10 QDQC 00 X 1 1 X 01 X 1 1 X 11 X X X X 10 X X X X KA=1 Phương trình các đầu vào kích : JD=QCQBQA KD=1 JC= KC=QAQB JB=KB=QA JA=QD KA=1 Sơ đồ logic: 13 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 Hình 2.3 Thiết kế mạch logic Mô phỏng trên phần mềm proteus: 14 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 Hình 2.4 Mô phỏng mạch trên proteus 2.2 Thiết kế bộ đếm, thiết kế mô phỏng Mô phỏng trên phần mềm proteus: Hình 2.6 Mô phỏng sơ đồ logic trên proteus 15 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 Ta có mạch nguyên lý mô phỏng trên phần mềm altium: Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý Thông số kỹ thuật của mạch in • Kích thước BOARD mạch là : 135mm x 110mm • Thiết kế mạch in 1 lớp BOTTOM • Khoảng cách Clearance là: 10 mil (0.254 mm ) • Độ rộng đường GND là: 40 mil (1.106 mm ) • Độ rộng đường VCC là: 35 mil (0.889 mm) • Độ rộng đường NET là: 35 mil (0.889 mm) 16 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 Mạch in 2D mô phỏng trên phần mềm Altium: Hình 2.8 Mặt sau mạch đếm sản phẩm mô phỏng bằng altium Mạch in 3D mô phỏng trên phần mềm Altium: Hình 2.9 Mặt trước mạch đếm sản phẩm mô phỏng bằng altium 17 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 3.1 Liệt kê các linh kiện cần dùng IC HCF4093BEY, 7SEG, IC 74LS73, IC 7447, điện trở, nút nhấn… Tên linh kiện Giá trị Chức năng IC 4093 3-20v Tạo xung cho mạch đếm 7SEG Hiển thị giá trị đếm IC 74LS73 5v Trigger JK-FF IC 7447 5v IC giải mã cho led 7seg Ngoài ra còn có các linh kiện khác: điện trở 10k, 500, các Led thu phát, Led màu, Ic ổn định nguồn 5v, Tụ, Pin, dây cắm 3.2 Chế tạo, lắp ráp mạch Bước 1: In phần layout bảng mạch ra giấy A4 hoặc giấy bóng (Lưu ý mirrow lại phần mạch in trước khi in để khi là xong thì ko bị ngược) Bước 2: Cắt phíp đồng để làm bảng mạch Cắt phíp đồng theo kích thước bảng mạch đã do trên altium bằng dao dọc giấy Chà xước phần cạnh miếng đồng bằng miếng rửa chén để loại bỏ lớp oxit trên mặt phíp đồng để dung dịch fecl3 ăn nhanh hơn Bề mặt nhám cũng giúp cho hình ảnh từ giấy dính tốt hơn Bước 3: Chuyển phần in PCB lên miếng đồng Ủi trên giấy bóng Đặt bảng mạch được in trên giấy bóng lên bảng đồng Đảm bảo rằng bo mạch được căn chỉnh chính xác dọc theo đường viền của giấy in và sử dụng băng keo để giữ bảng và giấy in ở đúng vị trí Sau khi in trên giấy bóng, đặt hình mạch in xuống tấm đồng và chỉnh bàn ủi lên nhiệt độ cao nhất trong khoảng 5p là đều và ấn xuống để mực dễ ăn Chú ý đến phần rìa của bảng mạch, bạn cần phải ủi từ từ Nhiệt từ bàn ủi sẽ chuyển mực in từ giấy qua tấm đồng Chú ý không chạm trực tiếp vào tấm đồng vì lúc này nó rất nóng Sau khi là xong thì để nguội trước quạt tầm 5p rồi bắt đầu bóc Bước 4: Ngâm mạch 18 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 Bạn cần phải cẩn thận khi thực hiện bước này Lấy một cái hộp nhựa và đổ đầy nước dùng nước ấm để phản ứng xảy ra nhanh hơn Hòa FeCl3 vào nước pha đặc 1 chút Nhúng bảng mạch in vào dung dịch ăn mòn trong 30 phút FeCl3 phản ứng với phần đồng chưa có lớp in và loại ra khỏi bảng mạch Quá trình này được gọi là ăn mòn Sử dụng kẹp để gắp PCB ra và kiểm tra phần đồng không phủ mực in đã ăn mòn hết chưa Nếu chưa tiếp tục bỏ nó vào trong dung dịch Bước 5: Vệ sinh và khoan lỗ Bước 6 Hàn mạch Hình 3.2 Mặt trước của sản phẩm 19 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 Hình 3.3 Mặt sau của sản phẩm 20 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com)