NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ ĐỒNG HỒ SỐ ppt

Đồ án môn học X SVTH: HÀ QUỐC VIỆT NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1.Tên đề tài: THIẾT KẾ ĐỒNG HỒ SỐ Các số liệu ban đầu: Đồng hồ số hiển thị led đoạn, không chỉnh phút giây, sai số 10 giây ngày Led hiển thị loại 7×12 mm Nội dung phần thuyết minh: Khảo sát loại vi mạch sử dụng đề tài gồm sơ đồ chân, sơ đồ logic, bảng trạng thái, đặt tính điện Các loại led đoạn Thiết kế sơ đồ khối, chức khối Thiết kế sơ đồ mạch dao động, mạch đếm giây, mạch đếm phút, mạch đếm Vẽ sơ đồ mạch đồng hồ Vẽ sơ đồ mạch in, thi công lắp ráp, kiểm tra chạy thực Các hình vẽ đồ thị: Bảng vẽ mạch dao động Bảng vẽ mạch đếm giây Bảng vẽ mạch đếm phút Bảng vẽ mạch đếm 6.Giáo viên hướng dẫn : Th.S NGUYỄN ĐÌNH PHU 7.Ngày giao nhiệm vụ : 19-09-2010 8.Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 08-01-2011 Ngày … tháng … năm 2011 Giáo viên hướng dẫn GVC.THS.NGUYỄN ĐÌNH PHÚ GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú Đồ án môn học X SVTH: HÀ QUỐC VIỆT NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN e&f Giáo viên hướng dẫn GVC.Th.S NGUYỄN ĐÌNH PHÚ GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú Đồ án môn học X SVTH: HÀ QUỐC VIỆT LỜI CẢM ƠN e&f Sau khoảng thời gian tháng, với hướng dẫn bảo tận tình thầy Th.S Nguyễn Đình Phú, ngày hơm nay, đề tài tốt nghiệp em hồn thành xong Để đạt kết hôm nay, chăm miệt mài thân em, em không nhắc đến công lao vạch hướng cho đề tài hướng dẫn yêu cầu đề tài mà thầy Th.S Nguyễn Đình Phú truyền đạt cho em Cũng vì lý trên, thông qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành em đến giáo viên hướng dẫn em thầy Th.S Nguyễn Đình Phú, người có cơng lao lớn kết đề tài em ngày hôm Bên cạnh đó, em xin gửi lời chân thành cảm ơn đến công ty Texas Instrument, tạo điều kiện hội cho em tiếp xúc với KIT thí nghiệm, lập diễn đàn trang web công ty nhằm giải đáp thắc mắc lập trình ứng dụng cho sản phẩm công ty, để em lập trình thành cơng ứng dụng liên quan đến hệ vi điều khiển giới, tạo tảng vững vàng cho em tiếp xúc thao tác với hệ vi điều khiển sau Cuối cùng, em khơng qn nhắc đến đóng góp việc trao đổi ý kiến, chia sẻ kiến thức kinh nghiệm bạn nhóm đề tài lớp 061011 để em hoàn tất hiệu đề tài Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài HUỲNH VĂN TIẾN GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú Đồ án môn học X SVTH: HÀ QUỐC VIỆT MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU LINH KIỆN, THIẾT KẾ MẠCH .5 I Giới thiệu vi mạch HEF4071 II Giới thiệu vi mạch HEF4071 III Giới thiệu vi mạch HEF4071 IV Giới thiệu vi mạch HEF4071 V Giới thiệu vi mạch HEF4071 I Thiết kế sơ đồ khối II Thiết kế sơ đồ mạch Phần III: THI CƠNG MẠCH (NẾU CĨ) I Vẽ mạch in II Hàn linh kiện III kiểm tra, chạy thực CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU -KẾT LUẬN- HƯỚNG PHÁT TRIỂN I Kết nghiên cứu 117 II Kết luận 117 III Hướng phát triển 118 GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú Đồ án môn học X SVTH: HÀ QUỐC VIỆT LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình H.1: Board vi điều khiển LM3S8962 H.2 Board mạng CAN sử dụng vi điều khiển LM3S2110 H.3 Sơ đồ khối board vi điều khiển LM3S8962 H.4 Sơ đồ khối board vi điều khiển LM3S2110 H.5:Cấu trúc bên vi điều khiển LM3S8962 LIỆT KÊ BẢNG Bảng 1: Mô tả ghi SysTick Control and Status Register 2: Mô tả ghi SysTick Reload Value Register 3: Mô tả ghi SysTick Current Value Register 4: Các ngắt LM3S8962 5: Mô tả ghi Run-Mode Clock Configuration (RCC) GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú Đồ án môn học X SVTH: HÀ QUỐC VIỆT LỜI MỞ ĐẦU Với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, đặc biệt ngành điện tử ứng dụng nhiều công nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển, từ công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đem đến kỹ thuật điều khiển đại có nhiều ưu điểm so với việc sử dụng mạch điều khiển lắp ráp linh kiện rời kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ Ngày nay, lĩnh vực điều khiển ứng dụng rộng rãi thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày người máy giặt, đồng hồ báo giúp cho đời sống cuả ngày đại tiện nghi Đề tài “Đồng Hồ Số” đa dạng phong phú, có nhiều loại hình khác dựa vào công dụng độ phức tạp Do tài liệu tham khảo Tiếng Việt hạn chế, trình độ có hạn kinh nghiệm thực tế cịn non kém, nên đề tài chắn nhiều thiếu sót Vì mong nhận ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân thành thầy bạn sinh viên Người thực đề tài HUỲNH VĂN TIẾN GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú Đồ án môn học X SVTH: HÀ QUỐC VIỆT Chương I GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN, THIẾT KẾ MẠCH I KHẢO SÁT VI MẠCH HEF4071: Vi mạch HEF4071 có cổng OR, thực hàm logic OR có sơ đồ logic, sơ đồ chân hình Hình 1: Sơ đồ logic so đồ chân IC HEF4071 II KHẢO SÁT VI MẠCH HEF4081: Vi mạch HEF4081 có cổng AND, thực hàm logic AND có sơ đồ logic, sơ đồ chân hình Hình 2: Sơ đồ logic so đồ chân IC HEF4081 III KHẢO SÁT VI MẠCH HEF4511: Vi mạch HEF4511 có chức giải mã số BCD sang mã đoạn điều khiển led loại cathode chung có sơ đồ logic, sơ đồ chân hình GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú Đồ án môn học X SVTH: HÀ QUỐC VIỆT Hình 3: Sơ đồ logic so đồ chân IC HEF4511 IC HEF4511 có ngõ vào DDDCDBDA nối với mạch đếm BCD, có ngõ OGOFOEODOCOBOA nối với led đoạn, có tín hiệu chốt EL tích cực mức thấp, có tín hiệu xóa số 0, có tín hiệu kiểm tra đèn đoạn LT tích cực mức thấp Chức chân thể qua bảng trạng thái Bảng 1: Bảng thật HEF4511 Giải thích bảng trạng thái: nhìn vào BTT ta thấy để giải mã hiển thị thì tín hiệu EL phải nối mức logic (0V), tín hiệu BI LT phải nối mức (5V) Các trạng thái cịn lại khơng sử dụng Kết giải mã hiển thị led đoạn hình 4: GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú Đồ án môn học X SVTH: HÀ QUỐC VIỆT Hình 4: Số thập phân hiển thị led đoạn IV KHẢO SÁT VI MẠCH HEF4060: Vi mạch HEF4060 có chức dao động chia tần số 14 bit có sơ đồ logic, sơ đồ chân hình Hình 5: Sơ đồ logic so đồ chân IC HEF4060 IC có chức đếm hay chia tần 14 bit tạo dao động Có mạch dao động: mạch dao động RC xem hình mạch dao động thạch anh xem hình Hình 6: Sơ đồ mạch dao động RC dùnhg IC HEF4060 GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú Đồ án môn học X SVTH: HÀ QUỐC VIỆT Hình 7: Sơ đồ mạch dao động thạch anh dùnhg IC HEF4060 V KHẢO SÁT VI MẠCH HEF4518: Vi mạch HEF4518 có chức đếm BCD có mạch đếm tích hợp bên có sơ đồ logic, sơ đồ chân hình Hình 8: Sơ đồ logic so đồ chân IC HEF4518 Bảng 2: Bảng thật IC HEF4518: GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 10 Đồ án môn học X SVTH: HÀ QUỐC VIỆT VI KHẢO SÁT LED ĐOẠN: Bộ hiển thị có chức thể số thập phân linh kiện sử dụng led đoạn Cấu tạo: Sơ đồ chân Bảng mã hiển thị số thập phân: Led đoạn thị đoạn diode phát quang (Light Emiting Diode) ký hiệu là: a, b, c, d, e, f, g Có hai loại đèn đoạn: - Loại cathode chung, dùng cho mạch giải mã có ngã tác động cao - Loại anode chung, dùng cho mạch giải mã có ngã tác động thấp Sơ đồ chân LED đoạn: Hình 9: Sơ đồ cấu tạo led anode chung cathode chung GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 11 Đồ án môn học X SVTH: HÀ QUỐC VIỆT Chương II THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI, SƠ ĐỒ MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ I THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI Với mạch đồng hồ số thì sơ đồ khối thiết kế sau: Hình 11: Sơ đồ khối mạch đồng hồ số Chức khối: • Khối nguồn: có chức cấp nguồn cho tồn mạch để hoạt động • Khối dao động: có chức tạo xung có tần số 1Hz xác để cung cấp cho mạch đếm thời gian định độ xác đồng hồ • Khối đếm giây: có chức đếm đơn vị giây, chục giây từ 00 đến 59, sau kết thúc chu kỳ đếm thì kích xung cho mạch đếm phút • Khối giải mã giây: có chức giải mã số BCD đơn vị giây, chục giây sang mã đoạn • Khối hiển thị giây: có chức hiển thị số thập phân giây • Tương tự cho khối đếm phút – đếm từ 00 đến 59 kết thúc chu kỳ thì kích xung đếm cho hàng • Tương tự cho khối đếm giờ: đếm từ 00 đến 23 II THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH CHO CÁC KHỐI Phần thiết kế sơ đồ mạch điện cho khối Khối dao động tạo xung Hz: Chức tạo xung Hz xác Có nhiều mạch dao động: • Mạch dao động dùng RC: gồm có IC, điện trở R tụ điện C • Mạch dao động dùng tinh thể thạch anh: gồm có IC, điện trở R, tụ điện C, thạch anh Ưu điểm mạch dao động thạch anh tần số ổn định, xác hoạt động tần số cao, muốn có xung 1Hz thì phải dùng thêm chia tần số Ưu điểm mạch dao động RC hoạt động tần số thấp khuyết điểm thì không ổn định tần số nên gây sai số Để đếm xác thời gian thì mạch dao động sử dụng vi mạch HEF4060 vừa tạo dao động dùng thạch anh vừa chia tần số Sơ đồ mạch điện sau: GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 12 Đồ án môn học X SVTH: HÀ QUỐC VIỆT Hình 12: Sơ đồ mạch dao động dùng IC HEF4060 HEF40193 Giải thích hoạt động mạch: IC HEF4060 có chức tạo dao động thạch anh sử dụng thạch anh có tần số 32768Hz Tín hiệu từ dao động đưa qua mạch chi tần số ta tần số ngõ hình, tín hiệu có tần số thấp 2Hz Để có xung tần số 1Hz thì phải dùng thêm mạch chia 2, sử dụng Flip Flop hoạt mạch đếm, … sử dụng IC đếm HEF40193 Kết ta xung 1Hz Khối đếm giây: Chức đếm đơn vị giây đếm chục giây, đếm đơn vị giây từ đến chục giây từ đến 5, hay kết hợp lại đếm từ 00 đến 59 Xung đếm giây lấy từ mạch dao động, sau đếm xong chu kỳ thì phải tạo xung kích cho mạch đếm phút, đồng thời chịu tác động mạch reset hệ thống Sơ đồ khối mạch đếm giây sau: Hình 13: Sơ đồ khối mạch đếm giây Mạch đếm thiết kế sử dụng IC đếm HEF4518 mạch giải mã sử dụng IC HEF4511, led đoạn sử dụng loại cathode chung, sơ đồ mạch toàn hình 1-9 Giải thích hoạt động mạch: xung ck 1hz lấy từ mạch dao động đưa đến ngõ vào CK2 tích cực cạnh xuống IC3A, ngõ vào CK1 tích cực cạnh lên không sử dụng nên nối mass, ngõ vào RES nối với mạch “RESET_ALL” toàn mạch Ngõ BCD IC3A nối với IC giải mã HEF4511 để điều khiển led đoạn hiển thị số đếm Ngõ Q3 (XUNG_CHUC_GIAY) IC3A làm xung ck kích cho mạch đếm hàng chục giây IC3B – nối với ngõ vào CK2 Do hàng chục giây đếm từ đến nên lấy trạng thái thứ = 0110 làm trạng thái reset IC3B: sử dụng tín hiệu Q1 Q2 IC3B qua cổng AND qua cổng OR để kết hợp với tín hiệu reset toàn mạch “RESET_ALL” Ngõ Q2 IC3B dùng xung CK để kích cho mạch đếm phút GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 13 Đồ án môn học X SVTH: HÀ QUỐC VIỆT Hình 14: Sơ đồ mạch đếm giây – giải mã – hiển thị Khối đếm phút: Chức đếm đơn vị phút đếm chục phút, đếm đơn vị phút từ đến chục phút từ đến 5, hay kết hợp lại đếm từ 00 đến 59 Xung đếm phút lấy từ mạch đếm giây “CK_PHUT”, sau đếm xong chu kỳ 60 phút thì phải tạo xung kích cho mạch đếm giờ, đồng thời chịu tác động mạch reset hệ thống Sơ đồ khối mạch đếm phút sau: Hình 15: Sơ đồ khối mạch đếm phút Mạch đếm thiết kế sử dụng IC đếm HEF4518 mạch giải mã sử dụng IC HEF4511, led đoạn sử dụng loại cathode chung, sơ đồ mạch tồn hình 16 Giải thích hoạt động mạch: xung lấy từ mạch đếm giây “CK_PHUT” đưa đến ngõ vào CK2 tích cực cạnh xuống IC8A, ngõ vào CK1 tích cực cạnh lên khơng sử dụng nên nối mass, ngõ vào RES nối với mạch “RESET_ALL” toàn mạch Ngõ BCD IC3A nối với IC giải mã HEF4511 để điều khiển led đoạn hiển thị số đếm Ngõ Q3 (XUNG_CHUC_PHUT) IC8A làm xung ck kích cho mạch đếm hàng chục phút IC8B – nối với ngõ vào CK2 Do hàng chục phút đếm từ đến nên lấy trạng thái thứ = 0110 làm trạng thái reset IC8B: sử dụng tín hiệu Q1 Q2 IC8B qua cổng AND qua cổng OR để kết hợp với tín hiệu reset tồn mạch “RESET_ALL” Ngõ Q2 IC8B dùng xung CK để kích cho mạch đếm GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 14 Đồ án môn học X SVTH: HÀ QUỐC VIỆT Hình 16: Sơ đồ mạch đếm phút – giải mã – hiển thị Khối đếm giờ: Chức đếm đơn vị đếm chục giờ, đếm từ 00 đến 23 Xung đếm lấy từ mạch đếm phút “CK_GIO”, sau đếm xong chu kỳ 24 thì phải tạo xung kích cho mạch đếm ngày có, đồng thời chịu tác động mạch reset hệ thống Sơ đồ khối mạch đếm sau: Hình 17: Sơ đồ khối mạch đếm Mạch đếm thiết kế sử dụng IC đếm HEF4518 mạch giải mã sử dụng IC HEF4511, led đoạn sử dụng loại cathode chung, sơ đồ mạch toàn hình 18 Giải thích hoạt động mạch: xung lấy từ mạch đếm giây “CK_GIO” đưa đến ngõ vào CK2 tích cực cạnh xuống IC13A, ngõ vào CK1 tích cực cạnh lên khơng sử dụng nên nối mass Ngõ BCD IC13A nối với IC giải mã HEF4511 để điều khiển led đoạn hiển thị số đếm Ngõ Q3 (XUNG_CHUC_GIO) IC13A làm xung ck kích cho mạch đếm hàng chục IC13B – nối với ngõ vào CK2 Do đếm từ 00 đến 23 nên lấy trạng thái thứ 24 = 0010 0100 làm trạng thái reset hai IC13A IC13B: sử dụng tín hiệu Q2 IC13A Q1 IC13B qua cổng AND qua cổng OR để kết hợp với tín hiệu reset tồn mạch “RESET_ALL” Ngõ Q2 IC8B dùng xung CK để kích cho mạch đếm ngày GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 15 Đồ án môn học X SVTH: HÀ QUỐC VIỆT Hình 18: Sơ đồ mạch đếm – giải mã – hiển thị Khối nguồn: Các vi mạch sử dụng nguồn 5V Tra cứu datasheet IC có cơng suất tiêu thụ khoảng hàng µW đến mW Thiết bị tiêu thụ công suất nhiều led đoạn cần phải tính tốn nguồn Có led đoạn, led có đoạn, led sáng hết thì đoạn sáng, lấy trung bình đoạn sáng Mỗi đoạn tương đương led đơn có dịng 10mA Dịng tổng I T = × × 10 = 300mA Chọn IC ổn áp 7805 loại 1A thì đủ dòng cấp cho mạch hoạt động Sử dụng nguồn ổn áp 12VDC qua IC ổn áp 7805 để nguồn 5V Sơ đồ mạch sau: Hình 19: Sơ đồ mạch nguồn Mạch nguồn sử dụng IC GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 16 Đồ án môn học X SVTH: HÀ QUỐC VIỆT Chương III THI CÔNG 1) Các bước vẽ sơ đồ mạch in kiểm tra 2) Các bước tiến hành lắp ráp 3) Các bước kiểm tra chạy thử 4) Đánh giá kết chạy thực – tính tốn sai số GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 17 Đồ án môn học X SVTH: HÀ QUỐC VIỆT Chương IV KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1) Kết luận 2) Hướng phát triển GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 18 Đồ án môn học X SVTH: HÀ QUỐC VIỆT Tài liệu tham khảo GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 19 ... II THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI, SƠ ĐỒ MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ I THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI Với mạch đồng hồ số thì sơ đồ khối thiết kế sau: Hình 11: Sơ đồ khối mạch đồng hồ số Chức khối: • Khối nguồn: có chức cấp nguồn... Sơ đồ chân LED đoạn: Hình 9: Sơ đồ cấu tạo led anode chung cathode chung GVHD: GVC.Th.S Nguyễn Đình Phú 11 Đồ án môn học X SVTH: HÀ QUỐC VIỆT Chương II THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI, SƠ ĐỒ MẠCH ĐỒNG HỒ... khiển ứng dụng rộng rãi thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày người máy giặt, đồng hồ báo giúp cho đời sống cuả ngày đại tiện nghi Đề tài ? ?Đồng Hồ Số? ?? đa dạng phong phú,