Damh1 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM TỪ 00 ĐẾN 99 HIỂN THỊ TRÊN LED 7 THANH

đồ án môn học 1 khoa điện điện tử tự động hóa đề tài THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM TỪ 00 ĐẾN 99 HIỂN THỊ TRÊN LED 7 THANH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ

PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

CHUYÊN NGÀNH TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP

Tên đề tài:

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM TỪ 00 ĐẾN 99 HIỂN

THỊ TRÊN LED 7 THANH

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG I 4

TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 4

1.1 Khái quát chung 4

1.2 Các phương án thực hiện 4

1.3 Công dụng và ứng dụng của mạch đếm trong thực tế 5

1.4 Ý nghĩa của đề tài 5

CHƯƠNG II 6

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 Điện trở 6

2.2 Tụ điện 9

2.3 Đèn LED 11

2.4 Nút ấn 12

2.5 LED 7 thanh 13

2.6 IC 74192 16

2.7 IC 74247 18

CHƯƠNG III 20

THIẾT KẾ VÀ HOÀN THỆN MẠCH 20

3.1 Sơ đồ toàn mạch 20

3.2 Linh kiện trong mạch 20

3.3 Nguyên lý hoạt động của mạch 21

3.4 Gia công, chế tạo mạch 22

3.5 Cách vận hành mạch 25

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 26

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đường công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước Ngành điện tử nói chung đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể Để thúc đẩy nền kinh tế của đất nước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo cho thế hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo thì phải đưa ra các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ của con người ngày càng cao mới đáp ứng được nhu của

xã hội Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đã rất trú trọng đến việc hiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả trong giảng dạy cũng như giúp sinh viên có khả năng thực tế cao

Để các sinh viên có tăng khả năng tư duy và làm quen với công việc thiết kế, chế tạo chúng em đã được giao cho thực hiện đồ án: “Thiết kế mạch đếm tiến, lùi” nhằm củng cố về mặt kiến thức trong quá trình thực tế

Sau khi nhận đề tài, nhờ sự giúp đỡ tận tình của giảng viên hướng dẫn cùng với sự lỗ lực cố gắng của cả nhóm, sự tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, đến nay đồ án của chúng em

về mặt cơ bản đã hoàn thành Trong quá trình thực hiện dù đã rất cố gắng nhưng do trình độ còn hạn chế kinh nghiệm còn ít nên không thể tránh khỏi sai sót Chúng em mong nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các cô giáo trong khoa

để đồ án của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án.

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1 1 Khái quát chung

Trong kỷ nguyên công nghệ hiện nay, sự phát triển rất mạnh mẽ của khoa học

kỹ thuật, các mô hình đếm sản phẩm, băng truyền đếm sản phẩm ra đời dựa vào công nghệ chế tạo vi mạch và lập trình nhúng cho vi điều khiển Vi điều khiển tích hợp nhỏ gọn, giá thành thấp, tính linh động cao, tiết kiệm nguồn năng lượng

Hiện nay, ở Việt Nam và thế giới có rất nhiều loại mô hình đếm sản phẩm, băng truyền đếm sản phẩm đã được thiết kế thi công giúp con người giảm chi phí nhân công, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin Mô hình đếm sản phẩm tự động, giúp bớt được nhiều sức lao động và thời gian, giúp tăng hiệu suất lạo động, đồng thời đảm bảo độ chính xác

Ngày nay, các vi điều khiển đã có một bước phát triển mạnh với mật độ tích hợp cao, khả năng xử lý mạnh, tiêu thụ năng lượng ít và giá thành thấp Khi được nạp phần mềm nhúng, các vi điều khiển này sẽ hoạt động độc lập theo ứng dụng cụ thể

Xuất phát từ những bài học thực tập trên lớp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động

Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công

Từ những điều đã được thấy và khả năng của chúng em, chúng em muốn làm một điều gì nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần một nhọc chân tay mà cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo được độ chính xác Nên chúng em quyết định thiết kế mạch đếm sản phẩm vì

nó rất gần gũi với thực tế

Từ những vấn đề trên, chúng em đã lựa chọn đề tài nghiên cứu “Thiết kế, chế tạo mạch đếm từ 00 đến 99 hiển thị trên Led 7 thanh” với mong muốn đề tài ứng dụng tốt trong cuộc sống

1.2 Các phương án thực hiện

Thiết kế mạch đếm tiến chạy từ 00 đến 99 dùng IC 74192 để đếm và IC giải mã là IC 74247 ứng với Led 7 thanh A chung, bên cạnh đó dùng các nút bấm để điều chỉnh khi IC đếm lên, xuống cấp xung cho IC 74192 để đếm

1.3 Công dụng và ứng dụng của mạch đếm trong thực tế

Mạch đếm sẽ giải quyết các vấn đề như là đếm số nhân công trong các nhà máy xí nghiệm hoặc là dùng để hiển thị giờ, những vấn đề liên quan đến hiển thị số một cách thụ động hoặc chủ động ví dụ như là: đồng hồ số, số hiển thị trên cột đèn giao thông,

Dưới đây là một số hình ảnh về mạch đếm

1.4 Ý nghĩa của đề tài

Để giúp sinh viên có thể củng cố kiến, tổng hợp và nâng cao kiến thức

chuyên ngành Đề tài còn thiết kế chế tạo thiết bị, mô hình để các sinh viên trong trường đặc biệt là các sinh viên khoa Điện - Điện tử tham khảo, học hỏi tạo tiền đề nguồn tài liệu cho sinh viên khoá sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu và học tập Những kết quả thu được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên là giúp cho chúng em hiểu sâu hơn về nguyên lý hoạt đông của mạch đếm, có thể tự thiết kế ra nó Từ đó tích luỹ được kiến thức cho các năm học sau và ngoài thực tế

Hình 1: Đồng hồ số Hình 2: Thời gian hiển thị

trên cột đèn giao thông

2.1.2 Các loại điện trở

- Điện trở thường là các điện trở có công xuất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W

- Điện trở công xuất là các điện trở có công xuất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W -

Điện trở sứ, điện trở nhiệt là cách gọi khác của các điện trở công suất, điện trở này

có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt

- Dưới đây là 1 số hình ảnh về điện trở

Hình 1.2: điện trở dây cuốn

Để dễ dàng đọc giá trị điện trở thì dưới đây là bảng vạch kí hiệu điện trở.

Màu thân điện trở Vòng a Vòng b Vòng c Vòng d

Bảng 1.5 Bảng tra vạch kí hiệu màu điện trở

Kiểm tra bằng mắt thường nhìn vào màu trên thân điện trở Kiểm tra bằng đồng

2.2 Tụ điện

2.2.1 Định nghĩa, cấu tạo tụ điện

-Định nghĩa:

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện

tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động

- Để dễ dàng nhận biết dưới đây là hình dạng tụ điện:

Hình 1.6 Tụ điện thực tế.

- Để dễ dàng trong việc vẽ sơ đồ nguyên lí thì dưới đây là những kí hiệu về tụ điện:

Hình 1.7 Kí hiệu của tụ điện

- Cấu tạo của tụ điện:

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi

Người ta thường dùng giấy, gốm, mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như:

tụ giấy, tụ gốm, tụ hoá

2.2.2 Ý nghĩa của giá trị điện áp ghi trên thân tụ

- Một tính chất quan trọng của tụ điện là tính chất phóng nạp của tụ, nhờ tính chất

này mà tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều

- Tụ điện sẽ phóng điện từ dương cực sang âm cực, nó phóng điện qua tải sau đó về

cực âm của tụ điện Điện dung của tụ càng lớn thì thời gian tích điện càng lâu

- Ta thấy rằng bất kể tụ điện nào cũng được ghi trị số điện áp ngay sau giá trị điện

dung, đây chính là giá trị điện áp cực đại mà tụ chịu được, quá điện áp này tụ sẽ bị

nổ

- Khi lắp tụ vào trong một mạch điện có điện áp là U thì bao giờ người ta cũng lắp

tụ điện có giá trị điện áp Max cao gấp khoảng 1,4 lần

2.2.3 Ứng dụng của tụ điện

- Tụ điện được sử dụng rất nhiều trong kỹ thuật điện và điện tử, trong các thiết bị

điện tử, tụ điện là một linh kiện không thể thiếu đươc, mỗi mạch điện tụ đều có một công dụng nhất định như truyền dẫn tín hiệu, lọc nhiễu, lọc điện nguồn, tạo dao động

…

- Cho điện áp xoay chiều đi qua và ngăn điện áp một chiều lại, do đó tụ được sử dụng

để truyền tín hiệu giữa các tầng khuếch đại có chênh lệch về điện áp một chiều

- Lọc điện áp xoay chiều sau khi đã được chỉnh lưu (loại bỏ pha âm) thành điện áp

một chiều bằng phẳng, đó là nguyên lý của các tụ lọc nguồn

- Với điện AC (xoay chiều) thì tụ dẫn điện còn với điện DC (một chiều) thì tụ lại trở

thành tụ lọc

- Tụ giấy và tụ gốm (trị số nhỏ) thường lắp trong các mạch cao tần còn tụ hoá (trị số

lớn) thường lắp trong các mạch âm tần hoăc lọc nguồn điện có tần số thấp

2.3 Đèn LED

2.3.1 Định nghĩa và cấu tạo đèn LED

- Định Nghĩa :

LED là viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát ra ánh sáng -

- Dưới đây là hình dạng của led :

Hình 1.8 hình ảnh của đèn LED

- Cấu tạo : Cũng giống như một điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n

2.3.2 Nguyên lý hoạt động của đèn LED

- Khi có 1 dòng điện đi qua tại nơi tiếp giáp của hai bề mặt, các điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa và giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng

2.3.3 Ứng dụng của đèn LED

- Do sự tiện dụng của đèn LED hiện nay nên ngày càng được sử dụng rộng rãi Ứng dụng của đèn LED phụ thuộc hoàn toàn vào nơi mà đèn LED được sử dụng Đầu tiên một bộ phận rất nhỏ công nghệ LED được sử dụng như một bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện tử, đèn quảng cáo, đèn trang trí, đèn giao thông

- Ngày này với những bước tiến nhảy vọt trong công nghệ LED nên đèn

LED ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực chiếu sáng dân

dụng cũng như chiếu sáng công nghiệp như chiếu sáng nhà ở, sân vườn,

trường học, bệnh viện, shop, cửa hiệu, chiếu sáng nhà xưởng, đường

phố, trang trí nội ngoại thất hiện đại,v.v

2.4.3 Ứng dụng

điện thoại nút nhấn và nhiều thiết bị gia dụng Bạn có thể nhìn thấy chúng trong nhà, văn phòng và trong các ứng dụng công nghiệp ngày nay Chúng có thể bật, tắt máy hoặc làm cho thiết bị thực hiện các hoạt động cụ thể, như

trường hợp với máy tính Trong một số trường hợp, các nút nhấn có thể kết nối thông qua liên kết cơ học, điều khiển một nút nhấn khác hoạt động

nút nhất màu xanh thường được sử dụng để bật thiết bị hay nút nhấn màu đỏ

để tắt thiết bị Điều này tránh gây nên một sô nhầm lẫn Nút dừng khẩn cấp thường là các nút ấn lớn, thường có màu đỏ và có đầu lớn hơn để sử dụng dễ dàng hơn

2.5 LED 7 thanh

2.5.1 Định Nghĩa

Hình 2.0 Hình ảnh thực của LED bảy đoạn

số, mang đến một màn hình hiển thị dễ dàng nhìn thấy Đôi khi chúng được gọi là “màn hình bảy đoạn” hoặc “chỉ báo bảy đoạn”

2.5.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

- Mỗi đèn led 7 đoạn có chân đưa ra khỏi hộp hình vuông Mỗi một chân sẽ được gán cho một chữ cái từ a đến g tương ứng với mỗi led Những chân khác được nối lại với nhau thành một chân chung

- Như vậy bằng cách phân cực thuận (forward biasing) các chân của led theo một thứ tự cụ thể, một số đoạn sẽ sáng và một số đoạn khác không sáng cho phép hiển thị ký tự mong muốn Điều này cho phép chúng ta hiển thị các số thập phân từ 0 đến 9 trên cùng một led 7 đoạn

- Chân chung được sử dụng để phân loại led 7 đoạn Vì đèn led có 2 chân, 1 chân là anode và 1 chân là cathode nên có 2 loại led 7 đoạn là cathode chung (CC) và anode chung (CA)

- Sự khác nhau giữa 2 loại có thể thấy ngay ở tên gọi của nó Loại CC là các chân cathode được nối chung với nhau Còn loại CA là các chân anode được nối chung với nhau Cách chiếu sáng mỗi loại như sau:

- Loại CC (common cathode): Tất cả các chân cathode được nối với nhau và nối đất, hay logic là 0 Mỗi phân đoạn được chiếu sáng bằng cách sử dụng điện trở đặt tín hiệu logic 1 (hay mức cao) để phân cực thuận từng cực anode (từ a đến g)

Hình 2.1 LED bảy đoạn cathode chung

- Loại CA (common anode): Tất cả các chân anode được nối với nhau với logic là 1 Mỗi phân đoạn được chiếu sáng bằng cách sử dụng điện trở tín hiệu logic 0 (hay low) vào các cực cathode (từ a đến g)

Hình 2.2 LED bảy đoạn anode chung

- Nói chung loại CA phổ biến hơn trong 2 loại Loại CA không thay thế được

cho loại CC trong mạch điện, và ngược lại vì cách nối đèn led bị đảo ngược Tùy

vào chữ số thập phân nào được hiển thị mà một bộ đèn led cụ thể sẽ được phân cực

thuận Ví dụ để hiển thị chữ số 0, cần phải chiếu sáng 6 đoạn tương ứng là a, b, c, d,

e và f Như vậy các số từ 0 đến 9 có thể hiển thị bằng 1 led 7 đoạn như hình bên

dưới

Hình 2.3 Hình ảnh hiển thị của LED bảy đoạn

2.5.3 Ứng dụng của LED bảy đoạn Các

ứng dụng phổ biến của LED bảy đoạn là:

• Đồng hồ đo đường cho ô tô, xe máy

• Trong các thiết bị điệnc ông nghiệp có hiển thị màn hình

- Khi các đầu ra đếm lên và xuống riêng biệt được ứng dụng làm đồng hồ cho các giai đoạn hoạt động tiếp theo mà không cần sử dụng thêm logic Chính bởi vậy, IC 74LS192 giúp đơn giản hóa việc thiết kế bộ đếm có nhiều tầng

- Các đầu vào preset riêng lẻ sẽ cho phép bạn lập trình được bộ đếm theo ý muốn Đầu vào tải song song PL và reset chính MR đều ghi đè không đồng bộ đồng hồ

2.6.2 Sơ đồ chân

Hình 2.5 Sơ đồ chân IC

IC 74LS192 thiết kế có 16 chân với các chức năng cơ bản như sau:

 Chân số 1, 9, 10, 15 là các đầu vào dữ liệu song song

 Chân số 2, 3, 6, 7 là các đầu ra của flip flop

 Chân số 4 là đầu vào xung đồng hồ đếm xuống

 Chân số 5 là đầu vào xung đồng hồ đếm lên

 Chân số 8 là chân nối đất

 Chân số 11 là đầu vào của tải song song không đồng bộ

 Chân số 12 là đầu ra đếm lên

 Chân số 13 là đầu ra đếm xuống

 Chân số 16 là chân cấp nguồn

2.6.3 Các đặc tính và thông số kỹ thuật

Hình 2.6 Các thông số kỹ thuật

 Tốc độ cao, tần số điển hình là 40MHz

 Dải điện áp hoạt động: Từ 2 – 6 V

 Các đặc tính và thông số kỹ thuật của IC 74LS192Dòng điện tối đa được phép qua mỗi cổng ra: 8mA

Một số tính năng và thông số của IC 74192 đó là:

 Công suất: 90mW

 Nhiệt độ hoạt động: Từ 0 đến 75 độ C

 Tính năng đếm đồng bộ

 Reset chính không đồng bộ và tải song song

 Có đầu vào preset riêng lẻ

 Mạch phân tầng được cấp nội bộ

 Diode kẹp đầu vào sẽ hạn chế hiệu ứng kết thúc tốc độ cao

IC

- IC 74247 giải mã BCD sang Led 7 đoạn, có mức tác động thấp, cực thu để hở

Hình 2.8 Hình ảnh IC 74247

2.7.3 Hình dáng và sơ đồ chân tín hiệu

Hình 2.9 Sơ đồ chân IC

- Chân 1,2,6,7 : chân dữ liệu BCD (A1,A2,A3,A0) vào dữ liệu lấy được

từ IC đếm

- Chân 9,10,11,12,13,14,15 : các chân ra mức tác động tích cực thấp (0)

và được nối với Led bảy đoạn

- Chân 8 : chân nối đất GND

- Chân 16 : nối nguồn VCC=5v

- Chân 3 : tín hiệu điều khiển (Lamp Test)