đề tài thiết kế mạch đếm 00 99 sử dụng ic 74ls192

Đề Tài: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 00-99 SỬ DỤNG IC74LS192 Hà Nội 2023-TRƯỜNG CAO ĐẲNG FPT FPOLYTECHNICSinh Viên Thực Hiện: GVHD: G.V Phạm Hương GiangMôn: Điện tử công xuấtASSIGNMENTBỘ MÔN : ĐI

Đề Tài: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 00-99 SỬ DỤNG IC

74LS192

Hà Nội -2023

TRƯỜNG CAO ĐẲNG FPT FPOLYTECHNIC

Sinh Viên Thực Hiện:

GVHD: G.V Phạm Hương Giang

Môn: Điện tử công xuất ASSIGNMENT

BỘ MÔN : ĐIỆN - CƠ

KHI

LỜI CẢM ƠN

Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô trong trong Bộ Môn Điện

đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức chuyên ngành để em có thể hoàn thành bản

đồ án cơ bản một cách tốt nhất trong thời gian vừa qua

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ths Nguyễn thị Lan, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để em có thể thực hiện và hoàn thành nốt đề tài đồ án cơ bản đúng thời gian

Tôi rất vui được viết lời nói đầu cho đề tài thiết kế mạch đếm này Trong thời đại công nghệ hiện đại, mạch đếm là một phần quan trọng trong nhiều ứng dụng điện

tử, từ đồng hồ đếm thời gian đến bộ đếm tự động trong các quy trình sản xuất công nghiệp.Mục tiêu của đề tài này là thiết kế một mạch đếm đơn giản và hiệu quả, có khả năng đếm các tín hiệu vào và đưa ra kết quả đếm tương ứng Để đạt được mục tiêu này, chúng ta sẽ sử dụng các phương pháp thiết kế mạch điện tử, bao gồm phân tích, thiết kế, mô phỏng và kiểm tra mạch

Trong lời nói đầu này, tôi hy vọng mang đến cho các bạn cái nhìn tổng quan về đề tài này và giúp các bạn hiểu rõ hơn về những thách thức và cơ hội trong quá trình thiết kế mạch đếm Tôi hy vọng đề tài này sẽ hữu ích cho các bạn trong việc phát triển các ứng dụng điện tử và nâng cao khả năng thiết kế mạch của các bạn

Cảm ơn các bạn đã quan tâm đến đề tài này và chúc các bạn thành công trong quá trình học tập và nghiên cứu

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

MỤC LỤC 3

DANH MỤC HÌNH ẢNH 5

DANH MỤC BẢNG BIỂU 7

PHẦN 1 MỞ ĐẦU 8

1.1 Tổng quan 8

1.2 Nhiệm vụ đề tài 9

PHẦN 2 LÝ THUYẾT 10

2.1 IC 555 10

2.2 IC 74LS192 12

2.3 IC 7447 14

2.4 LED 7 thanh 15

PHẦN 3 THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG 17

3.1 Yêu cầu thiết kế 17

3.2 Phân tích thiết kế 17

3.3 Thiết kế sơ đồ khối 19

3.4 Thiết kế các khối 19

3.4.1 Khối nguồn 19

3.4.2 Khối tạo xung 20

3.4.3 Khối đếm 21

3.4.4 Khối giải mã 22

3.4.5 Khối hiển thị 22

3.5 Thiết kế mạch và mô phỏng 23

3.5.1 Thiết kế mạch nguyên lý 23

3.5.2 Mô phỏng 23

So sánh kết quả lý thuyết tính toán và kết quả mô phỏng 24

3.5.3 Thiết kế mạch in 24

3.6 Chế tạo và lắp ráp 25

3.6.1 Mạch cắm trên breadboard 25

3.6.2 Làm mạch in thủ công và lắp ráp linh kiện 26

PHẦN 4 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 27

4.1 Thử nghiệm 27

4.2 Đo đạc và hiệu chỉnh 27

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 30

Những kết quả đạt được: 30

Những mặt hạn chế: 30

Hướng phát triển: 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO 31

PHỤ LỤC 32

Lập kế hoạch liên quan đến tài chính và quản lý dự án: 32

Mô tả nội dung hướng dẫn sử dụng sản phẩm trong đồ án: 33

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Hình ảnh thực tế của IC555 10

Hình 2.2 Sơ đồ chân IC555 10

Hình 2.3 Cấu tạo bên trong IC555 11

Hình 2.4 Hình ảnh thực tế IC74LS192 12

Hình 2.5 Sơ đồ chân IC74LS192 12

Hình 2.6 Cấu tạo bên trong IC74LS192 13

Hình 2.7 Hình ảnh thực tế của IC7447 14

Hình 2.8 Sơ đồ chân IC7447 14

Hình 2.9 Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của led 7 thanh 15

Hình 3.1 Sơ đồ khối toàn mạch 19

Hình 3.2 Nguồn 5V 19

Hình 3.3 Khối tạo xung của IC555 20

Hình 3.4 Khối đếm 21

Hình 3.5 Khối giải mã 22

Hình 3.6 Khối hiển thị 22

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý thiết kế trên Alium 23

Hình 3.8 Sơ đồ mô phỏng trên Proteus 23

Hình 3.9 Sơ đồ mạch PBC thiết kế trên Altium 24

Hình 3.10 Hình ảnh 3D của mạch PBC 24

Hình 3.11 Mạch cắm và test trên breadboard 25

Hình 3.12 Mặt trước của mạch sau khi hoàn thiện 26

Hình 3.13 Mặt sau của mạch sau khi hoàn thiện 26 Hình 4.1 Thử nghiệm mạch chạy mạch thực tế 27 Hình 4.2 Tín hiệu xung đo được ở chân 3 IC555 và chân Q0 của IC74LS192 .27 Hình 4.3 Tín hiệu xung đo được ở chân Q1 và Q2 IC74LS1192 28 Hình 4.4 Tín hiệu xung đo được ở chân Q3 của IC đếm hàng đơn vị và chân Q0 của IC đếm hàng chục 28 Hình 4.5 Tín hiệu xung đo được ở chân Q1 và Q0 của IC đếm hàng chục29 Hình 4.6 Tín hiệu xung đo được ở chân Q1 và Q2 của IC đếm hàng chục29

Phần 1: Mở Đầu

1.1 Tổng quan.

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

Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là mạch đếm 00-99

Mục đích nghiên cứu:

Kết hợp IC74LS192 với IC555, IC7447 tạo thành mạch đếm từ 00-99 Chứng minh khả năng và sự hiểu biết cũng như những kiến thức của những môn chuyên ngành đã được học

1.2 Nhiệm vụ đề tài.

Nội dung 1: Tìm hiểu nguyên lý, lý thuyết về mạch đếm số từ 5 đến 15

Nội dung 2: Tìm hiểu về các IC 74LS912, IC7447, IC555, các linh kiện: điện trở, led 7 thanh…

Nội dung 3: Thiết kế bộ đếm, thiết kế mạch và thi công thực tế

- Hoàn thành thiết kế- thi công thực tế

- Mạch hoạt động tốt với độ bền cao

- Có thể phát triển đề tài: mạch cộng dồn, đếm tăng…

Phần 2 Lý thuyết

1.1 IC 555

 Giới thiệu IC555:

- Công dụng: Tạo ra xung vuông, xung tam giác, xung răng cưa

Hình 2.1 Hình ảnh thực tế

của IC555

Hình 2.2 Sơ đồ chân IC555

- Các thông số cơ bản của IC 555:

+ Điện áp đầu vào: 2-18V

+ Dòng điện cung cấp: 6mA- 15mA

+ Điện áp logic ở mức cao: 0.5- 15V

+ Điện áp logic ở mức thấp: 0.03- 0.06V

+ Công suất lớn nhất: 600mW

+ Nhiệt độ hoạt động: 0- 700C

- IC NE555 gồm có 8 chân[5]:

+ Chân số 1 (GND): cho nối đất để lấy dòng cấp cho IC

+ Chân số 2 (Trigger): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được dùng như một chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp Mạch so sánh ở đây dùng các transitor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc

+ Chân số 3 (Output): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic Trạng thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1

+ Chân số 4 (Reset): Dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số 4 nối mase thì ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ

ra tùy theo mức điện áp trên chân 2 và 6

+ Chân số 5 (Control Voltage): Dùng làm thay đổi mức điện áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài nối mass Tuy nhiên trong hầu hết các mạch ứng dụng chân số 5 nối mase qua 1 tụ từ 0.01uF-> 0.1uF, các tụ có tác dụng lọc bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn ổn định

+ Chân số 6 (Threshold): Là ngõ vào của 1 tần so áp khác Mạch so sánh dùng transitor NPN, mức chuẩn là Vcc/3

+ Chân số 7 (Dischager): Có thể xem chân này như 1 khóa điện và chịu điều khiển bởi tầng logic của chân 3 Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại, ngược lại thì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động

+ Chân số 8 (Vcc): Cấp nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC

 Cấu tạo bên trong và nguyên tắc hoạt động của IC 555[7]

Hình 2.3 Cấu tạo bên trong IC555

- Về bản chất thì IC 555 là 1 bộ mạch kết hợp giữa 2 con Opamp, 3 điện trở, 1 transitor và 1 bộ Flipflop (ở đây dùng FFRS)

+ 2 OP- amp có tác dụng so sánh điện áp

+ Transitor để xả điện

+ Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp Vcc thành 3 phần Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3Vcc nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3Vcc nối vào chân âm của Op-Op-amp 2 Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3Vcc, chân S= [1] và FF được kích Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3Vcc, chân R của FF = [1] và FF được reset

1.2 IC 74LS192

Hình 2.4 Hình ảnh thực tế

- Thông số kỹ thuật:

+ Nguồn cấp cho IC: 2V- 6V

+ Tần số lớn nhất có thể chịu được Fmax=54Mhz

+ Nhiệt độ giới hạn: -40oC đến +85oC

+ Dòng điện lớn nhất có thể chịu đựng IMax=4uA

- Chức năng của các chân[5]:

+ Chân 8, 16 là 2 chân cấp nguồn cho IC Chân 8 nối mass, chân 16 nối nguồn 5V

+ Chân 4, 5 là chân nhận xung đếm từ bộ dao động chuyển sang Chân 4 (CPU) là chân đếm ngược, chân 5 (CPD) là chân đếm thuận

+ Chân 11 (PL): là chân Preset (chân đặt trước giá trị), chân điều khiển cho IC làm việc ở đầu ra tích cực thấp

+ Chân 14 (MR): là chân Master Clear, chân xóa làm việc ở mức tích cực cao, để IC đếm ta nối chân này xuống Mass

+ Chân 15, 1, 10, 9 (P0, P1, P2, P3) là các đầu vào dữ liệu

+ Chân 12 (TCU): là chân chuyển tiếp dùng cho đếm thuận

+ Chân 13 (TCD): là chân chuyển tiếp dùng cho đếm ngược

+ Chân 3, 2, 6, 7 (Q0, Q1, Q2, Q3): là các đầu ra của bộ đếm

- Sơ đồ logic:

Hình 2.6 Cấu tạo bên trong IC74LS192

- Bảng trạng thái:

Bảng 2.1 Bảng trạng thái của IC74LS192

Down

- Nguyên lý hoạt động:

Khi có xung clock đặt vào lối vào xung đếm thuận của IC đếm hàng đơn vị của khối đếm, IC này sẽ đếm từ 0 đến 9 cho ra mã BCD ở đầu ra của nó Khi IC này

đếm lên đến 9 thì tín hiệu TCU sẽ chuyển về mức thấp, ta dùng chân này để nối vào lối vào của xung clock của IC đếm hàng chục Khi 2 IC đếm giây đếm đến

99 thì lập tức tạo ra 1 xung đưa vào chân reset của 2 IC đếm, 2 IC này bọ reset

về 0 đồng thời tạo xung kích vào lối vào xung clock của IC đếm hàng đơn vị phút[6]

1.3 IC 7447

Hình 2.7 Hình ảnh thực tế của IC7447

- Thông số kĩ thuật:

+ Nguồn nuôi: 5V DC

+ Dải nhiệt độ hoạt động: -55°C đến 125°C

+ Dòng điện: 50mV

- Chức năng các chân[5]:

Hình 2.8 Sơ đồ chân IC7447

+ Chân số 3: Dùng để kiểm tra các thanh LED 7 thanh cũng như các ngõ

ra của IC

+ Các chân 1, 2, 6, 7: Các ngõ vào của tín hiệu BCD

+ Chân số 4: Chân cho phép đầu ra

+ Chân số 5: Chân cho phép loại bỏ số 0 không mong muốn ở các bộ hiển thị

+ Các chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15: Các ngõ ra nối với LED 7 thanh + Chân 8 và chân 16 cung cấp nguồn cho IC

- Nguyên tắc hoạt động:

+ IC 7447 là IC tác động mức thấp nên các ngõ ra mức 1 là tắt, mức 0 là sáng ứng với các thanh a, b, c, d, e, f, g của LED 7 thanh loại anode chung, trạng thái ngõ ra tương ứng với các số thập phân (các số từ 10 đến 15 không được dùng tới)

+ Ngõ vào xóa BC được để không hay nối lên mức 1 cho đoạn hoạt động giải mã bình thường Nếu nối lên mức 0 thì các ngõ ra đều tắt bất chấp trạng thái ngõ ra

+ Ngõ RBI được để không hay nối lên mức 1 dùng để xóa số 0 (số 0 thừa phía sau số thập phân hay số 0 trước số có nghĩa) Khi RBI và các ngõ vào D, C,

B, A ở mức 0 nhưng ngõ vào LT ở mức 1 thì các ngõ ra đều tắt và ngõ vào xóa dợn sóng RBO xuống mức thấp

+ Khi ngõ vào BI/ RBO nối lên mức 1 và LT ở mức 0 thì ngõ ra đều sáng

1.4 LED 7 thanh

Hình 2.9 Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của led 7 thanh

- LED 7 thanh có cấu tạo gồm 7 LED đơn có dạng thanh xếp và có thêm một LED đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phải của LED 7 thanh

- Bảng trạng thái LED 7 thanh:

Bảng 2.2 Bảng trạng thái của led 7 thanh

Số

X