Bài tập lớn điện tử số PTIT - Hiệu ứng bảng led

Mạch bảng LED là mạch tạo hiệu ứng của 1 dãy LED gồm 12 LED đơn. Mạch gồm 4 hiệu ứng : Đuổi led trái qua phải ; sáng dần sau đó tắt dần từ trái qua phải ; đuổi 3 led ; nhấp nháy. Khi bấm nút khởi động thì mạch sẽ nhận tín hiệu xung và chuyển sang 1 hiệu ứng khác. Mạch cần sử dụng LED đơn,DIODE, IC 555, IC 74HC164, IC 74HC112, IC 4017 và các cổng logic AND, OR, NOT, sử dụng các nguồn Vcc = 5V

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

Nhóm 9 – Đề 4

Môn : Điện tử số Giảng viên: Trần Thúy Hà

      Đề bài : Tạo bảng LED hiệu ứng trái

phải, phải trái, nhấp nháy,

1 GIỚI THIỆU CHUNG.

Mạch bảng LED là mạch tạo hiệu ứng của 1 dãy LED gồm 12 LED đơn

Mạch gồm 4 hiệu ứng : Đuổi led trái qua phải ; sáng dần sau đó tắt dần từ trái qua phải ; đuổi 3 led ; nhấp nháy

Khi bấm nút khởi động thì mạch sẽ nhận tín hiệu xung và chuyển sang 1 hiệu ứng khác

Mạch cần sử dụng LED đơn,DIODE, IC 555, IC 74HC164, IC 74HC112,

IC 4017 và các cổng logic AND, OR, NOT, sử dụng các nguồn Vcc = 5V

2 SƠ ĐỒ KHỐI.

    

    

3. THIẾT KẾ CỤ THỂ TỪNG KHỐI.

3.1 KHỐI TẠO XUNG CHUẨN.

Trong khối tạo xung ta sử dụng IC 555 để tạo ra một xung vuông có tần

số 5Hz… 

Khối tạo xung chuẩn

Khối tạo hiệu ứng LED

Khối hiển thị LED

Khối chuyển hiệu ứng

Khối nguồn

Dưới dây là sơ đồ khối nguyên lý của IC này, trong đó chức năng của các chân được chỉ ra trong bảng sau:

Chân    Chức năng   Chân    Chức năng

2 Chân kích

Sơ đồ khối nguyên lý của IC 555.

Sơ đồ nguyên lý của IC 555 gồm một mạch phân áp với 3 điện trở R mắc nối tiếp với chân 8 Ở đây chân 8 bao gồm nguồn nuôi của các bộ so sánh và các cổng logic trong mạch Mạch gồm hai bộ so sánh (1) và (2) Điện áp đầu vào của bộ so sánh (1) có giá trị là 23Vcc, của bộ (2) là 13Vcc

Điện áp Vcc nối với chân 8 có giá trị từ 5V tới 25V tùy vào mức biên độ của xung đầu ra Trong bài này ta sử dụng nguồn Vcc=5V

Sơ đồ nguyên lý của mạch tạo xung sử dụng IC 555 được trình bày như hình sau:

Chân 2, 6 và tụ C được nối với nhau, nên điện thế trên tụ sẽ điều khiển đồng thời cả hai bộ so sánh điện áp Nếu điện thế này vượt quá mức ngưỡng 2/3Vcc, thì xung trên đầu ra của Triger sẽ bị xoá Ngược lại, khi tụ phóng xuống dưới mức 1/3 Vcc thì xung ra lại được lập Quá trình này sẽ tiếp diễn

và cho một chuỗi xung ở lối ra

Thời gian nạp và phóng của tụ được tính theo công thức sau:

+   Thời gian nạp:

tnạp=(R1+R2) C ln2=0,7 (R1+R2).C

+   Thời gian phóng:

tph=R2.C.ln2=0,7 R2.C

+   Chu kì của xung đầu ra:

T=tnạp+tph=0,7 (R1+2R2).C

+ Để có thể cân bằng t nạp và t phát bằng cách thêm các diode phụ như hình dưới:

+ Khi đó tần số dao động của chuỗi xung ra là:

f = 1,4 C(R1+R2 )

+ Với R1 = R2 thì ta có tần số dao động của chuỗi xung ra là:

f = 0,7 CR

Để tạo ra xung đồng hồ có tần số f = 5Hz ta chọn các giá trị của R, C như sau:

R= 1,4k, C = 100uF

Hình ảnh mạch mô phỏng:

3.2 KHỐI TẠO HIỆU ỨNG LED.

Sử dụng các IC khác nhau để tạo hiệu ứng khác nhau của 12 LED đơn, bao gồm IC 74HC164, IC CD4017, 74HC112

3.2.1 IC74HC164.

IC 74HC164 sử dụng 8 D- flip-flop, là một thanh ghi dịch 8-bit với đầu vào dữ liệu nối tiếp Khi dữ liệu được cung cấp vào đầu vào DSA hoặc DSB của thanh ghi, mỗi bit sẽ được lưu trữ trong một giai đoạn (hay flip-flop) Giai đoạn đầu tiên (Q0) sẽ được điều khiển bởi một mạch AND của DSA và DSB, còn các giai đoạn tiếp theo sẽ được điều khiển bởi giai đoạn trước đó

Sau mỗi xung nhịp thì bit 1 lại được nạp vào, và sau 8 xung nhịp thì cả 8 bit 1 đều được nạp xong vào 8 đầu ra Sau đó bit 0 lại được nạp dần vào cho tới khi thay thế hết các bit 1 Kết thúc quá trình, quá trình lại được lặp lại từ đầu Quá trình đưa các bit 1 vào là quá trình các led sáng dần, còn đưa các bit 0 vào là quá trình led tắt dần Do vậy các đèn led sáng dần từ sau đó tắt dần từ trái qua phải

Để xóa dữ liệu được lưu trữ trong thanh ghi, một tín hiệu "Master Reset" (MR) có thể được cung cấp vào chân tương ứng Khi tín hiệu này được kích hoạt (ở mức thấp), tất cả các giai đoạn của thanh ghi dịch sẽ được đặt về giá trị logic 0

Ký hiệu logic :

Sơ đồ chức năng :

Bảng chức năng :

1 H = Trạng thái mức cao (điện thế dương hơn).

2 L = Trạng thái mức thấp (điện thế âm hơn).

3 X = Phi trạng thái

4 chuyển bậc thang - mức dương

3.2.1.1 Tạo hiệu ứng LED sáng dần rồi tắt dần từ trái sang phải sử

dụng 2 IC 74HC164.

Ghép nối 2 IC lại để tạo được hiệu ứng với 12 LED

Dưới đây là ảnh mô phỏng :

3.2.2 IC CD4017.

Là IC đếm logic CMOS 10 bit, nó đếm xung clock.Khi ta đưa tín hiệu xung vào chân clock thì nó sẽ đếm xung và xuất ra 10 OUTPUT tương ứng với 1 xung clock

Hình dáng và chức năng của các chân của IC 4017:

IC 4017 có tổng cộng số chân là 16, trong đó chức năng của từng chân như sau:

Nguyên lí hoạt động:

Biểu diễn dạng tín hiệu ngõ ra theo tín hiệu vào xung Clock:

3.2.2.1 Tạo hiệu ứng đuổi từng LED.

Sử dụng ghép nối 2 IC 4017, dựa trên nguyên ý hoạt động đã nêu ở trên

Vẽ mạch mô phỏng như dưới đây :

3.2.2.2 Tạo hiệu ứng đuổi 3 LED.

Dưới đây là hình ảnh mô phỏng :

3.2.3 IC 74HC112 – JK Flip-Flop

Là IC gồm 2 flip flop loại JK, nó tích hợp thêm 2 chân Set và Reset

Sơ đồ chân :

Logic symbol :

Sơ đồ logic :

Bảng sự thật :

3.2.3.1 Tạo hiệu ứng chớp tắt 12 LED đơn

Để tạo hiệu ứng chớp tắt 12 LED đơn thì sử dụng chế độ Toggle (Lật trạng thái ), nó hoạt động ở sườn âm của xung clock vì vậy các chân J K Set sẽ đặt

Dưới đây là hình ảnh mô phỏng :

3.3 KHỐI CHUYỂN HIỆU ỨNG

Sử dụng IC 4017 và button để chuyển giữa các hiệu ứng với nhau Khi bấm button thì tụ điện sẽ nạp nên xung CLK ở mức logic 0, khi thả button ra thì tụ sẽ phóng điện và tại chân CLK sec ó mức logic 1 Khi

đó sẽ hoàn thành 1 xung lên(sườn dương) nên IC4017 sẽ thực hiện đếm

và chuyển hiệu ứng.Việc chuyển hiệu ứng lặp đi lặp lại từ Q0 đến Q3 khi bấm button

Dưới đây là mạch mô phỏng:

4 KHỐI HIỂN THỊ

Sử dụng 12 LED đơn và 12 điện trở 220R

5 MẠCH MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS

Trong mạch có thêm các diode mới mục đích chi cho dòng đi 1 chiều từ IC đến các chân của LED.

Link Video mô phỏng hiệu ứng : https://youtu.be/hxuh1yP2488

5 ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH

Mạch hoạt động ổn định, chuyển hiệu ứng hoạt động tốt.

Nhược điểm : Vẫn còn phải sử dụng nhiều IC cho nhiều hiệu ứng.