đồ án thiết kế lắp ráp chế tạomôhìnhđiềukhiển hai luồng giao thôngtại mộtngãtư

Vì vậy để đảm bảo giao thông được an toàn và thông suốt thìviệc sử dụng các hệ thống tín hiệu đèn giao thông để điều khiển và phân luồng tại cácnút giao thông là rất cần thiết.Nhận thấy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT NAM ĐỊNH

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT NAM ĐỊNH

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN CƠ SỞ NGÀNH

THIẾT KẾ, LẮP RÁP, MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HAILUỒNG GIAO THÔNG TẠI MỘT NGÃ TƯ

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Sinh viên thực hiện: Đinh Phúc ĐạtLớp: ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Khóa: 2020 -2024

GV hướng dẫn: ThS Nghiêm Thị Thúy Nga

Nam Định - năm 2023

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập – Tự do – Hạnh phúc

PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN

CƠ SỞ NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Họ và tên sinh viên: Đinh Phúc Đạt Mã sinh viên: 20S1010005.Ngành học: Điện – Điện tử Khóa học: 2020 -2024

Người hướng dẫn: ThS Nghiêm Thị Thúy Nga

- Tìm hiểu các giải pháp thiết kế mạch điều khiển đèn giao thông

-Vẽ sơ đồ khối hệ thống, phân tích chức năng nhiệm vụ, nguyên lý làm việc- Tìm hiểu, lựa chọn các giải pháp cấp nguồn cho toàn mạch

- Thiết kế mạch nguyên lý, lựa chọn linh kiện và mô phỏng mạch điện.- Thiết kế mạch in, lắp ráp mạch điện và hoàn thiện mô hình sản phẩm.

4 Kết quả/sản phẩm đạt được:

- Báo cáo thuyết minh toàn bộ cơ sở lý thuyết, phương pháp luận quá trình nghiêncứu, thiết kế bằng quyển đồ án.

- Thuyết minh đầy đủ cho các phần kiến thức thiết kế của đồ án.

- Mô phỏng các mạnh điện trên phần mềm, tạo được mạch điện và mô hình sảnphẩm.

5 Thời gian thực hiện:

Từ ngày tháng 2 năm 2023 Đến ngày tháng năm 2023

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(Giáo viên ghi nhận xét của mình, bằng tay vào phần này)

-Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Trường Đại học Sư phạm Kỹthuật Nam Định nói chung và các thầy cô Bộ môn Điện - Điện Tử nói riêng đã tận tìnhgiảng dạy, truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý báu và tạo điều kiện giúp đỡchúng em trong suốt quá trình học tập những năm qua, giúp chúng em có cơ sở lýthuyết để thực hiện được đồ án cơ sở này.

Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điềukiện, quan tâm, ủng hộ, giúp đỡ, động viên chúng em trong suốt quá trình học tập vàhoàn thành đồ án cơ sở này.

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống con người đãcó những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị hiện đại phục vụ côngnghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Đặc biệt góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kĩthuật điện tử đã góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và bảo vệ đất nước.Những thiết bị điện, điện tử được phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi trongđời sống cũng như sản xuất Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của xã hội thì cácphương tiện giao thông cũng không ngừng tăng lên và hệ thống giao thông ngày nayngày càng phức tạp hơn Vì vậy để đảm bảo giao thông được an toàn và thông suốt thìviệc sử dụng các hệ thống tín hiệu đèn giao thông để điều khiển và phân luồng tại cácnút giao thông là rất cần thiết.

Nhận thấy đây là một vấn đề rất sát thực, với những kiến thức đã được trang bịtrong quá trình học tập tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định chúng em

đã chọn đề tài : “ Thiết kế, lắp ráp, chế tạo mô hình điều khiển hai luồng giao thông

tại một ngã tư ” Đồ án gồm: 3 chương.+ Chương 1: Cơ sở lý thuyết

+ Chương 2: Nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển đèn giao thông dùng IC số+ Chương 3: Mô phỏng và thi công mô hình

Trong quá trình nghiên cứu do thời gian, kiến thức kinh nghiệm của chúng em cònhạn chế nên sẽ không tránh khỏi những sai xót Chúng em rất mong được sự đóng gópgiúp đỡ và tham khảo ý kiến của thầy cô để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện

Đinh Phúc Đạt

MỤC LỤC

Phiếu giao đồ án INhận xét của giáo viên hướng dẫn IILời cảm ơn IIILời nói đầu IV

PHẦN 1:TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.Giới thiệu chung và lý do chọn đề tài 1

2.Mục tiêu nghiên cứu 1

3.Đối tượng nghiên cứu 1

4.Nhiệm vụ nghiên cứu 1

5.Phạm vi nghiên cứu 2

6.Phương pháp nghiên cứu 2

PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ 3

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.5 Khối tạo đầu vào, chuyển trạng thái led đơn 28

2.6 khối giải mã, khối hiển thị 32

2.7 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hai luồng giao thông 36

Chương 3: MÔ PHỎNG VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 38

Hình 2.10: Sơ đồ chân IC 74LS192Hình 2.11: IC 7432

Hình 2.12: IC 4072Hình 2.13: khối đếmHình 2.14: Ic 4017

Hình 2.15: Sơ đồ chân IC 4017Hình 2.16:Led đơn

Hình 2.17: Cấu tạo bên trong của led

Hình 2.18: Khối tạo đầu vào chuyển trạng thái led đơnHình 2.19: IC 74LS247

Hình 2.20: Sơ đồ chân IC 74LS247Hình 2.21: Led 7 đoạn

Hình 3.2: Đèn hiển thị mô phỏngHình 3.3: Đèn hiển thị mô phỏng

Hình 3.4: Sơ đồ mạch nguồn mạch dao độngHình 3.5: Mạch in mạch nguồn, mạch dao độngHình 3.6: Mạch in 3D trên proteus

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý toàn mạchHình 3.8: Sơ đồ nguyên lý luồng 1Hình 3.9: Mạch in mô phỏng luồng 1Hình 3.10: Mạch in luồng 1 thực tếHình 3.11: Sơ đồ nguyên lý luồng 2Hình 3.12: Mạch in mô phỏng luồng 2Hình 3.13: Mạch in luồng 2 thực tếHình 3.14: Mạch nguồn lắp ráp thực tếHình 3.15, 3.16, 3.17: Lắp ráp trên bo cắmHình 3.18: Mạch lắp ráp luồng 1 thực tếHình 3.19: Mạch lắp ráp luồng 2 thực tếHình 3.20: Lắp ráp cột đèn

Hình 3.21: Thi công đế mô hình

Hình 3.22: Mô hình với cột đèn đầu tiênHình 3.23: Mô hình hoàn thiện

PHẦN 1

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1 Giới thiệu chung và lý do chọn đề tài

Hệ thống đèn giao thông còn được gọi với tên khác là đèn tín hiệu giao thông hayđèn điều khiển giao thông là một thiết bị dùng để điều khiển giao thông ở những giaolộ có lượng phương tiện lưu thông lớn ( thường là ngã ba ngã tư đông xe qua lại ) Đâylà một thiết bị quan trọng không những an toàn cho các phương tiện mà còn giúp giảmùn tắc giao thông giờ cao điểm Nó thường được lắp ở tâm giao lộ hoặc trên vỉa hè,đèn tín hiệu có thể tự hoạt động hay cảnh sát giao thông điều khiển Để cải thiện tìnhhình phương tiện giao thông ngày càng tăng và hệ thống giao thông ngày càng phứctạp thì việc lắp đặt các hệ thống đèn tín hiệu giao thông có vai trò vô cùng quan trọngđối với cuộc sống sinh hoạt hằng ngày.

Với vai trò vô cùng quan trọng đối với sự phát triển xã hội của hệ thống đèn tín

hiệu giao thông Vì thế nhóm chúng em đã chọn thực hiện đề tài : “Thiết kế, lắp ráp,

chế tạo mô hình điều khiển hai luồng giao thông tại một ngã tư” nhằm góp phần xây

dựng một mô hình điều khiển đèn tín hiệu giao thông hợp lý hơn, giúp tình trạng giaothông tại các ngã tư trở lên ổn định hơn.

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài này là Thiết kế, chế tạo, lắp ráp được mô hình hệ thống điềukhiển đèn tín hiệu giao thông hai luồng tại ngã tư.

3 Đối tượng nghiên cứu

- Mạch tạo xung, mạch đếm, mạch giải mã.- Bộ biến đổi nguồn điện áp một chiều.

- Lựa chọn, lắp ráp thử nghiệm mô hình phù hợp.- Tính toán thiết kế mạch in, thiết kế chế tạo mô hình.

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu, tìm hiểu các giải pháp thiết kế mạch điều khiển đèn giao thông.- Vẽ sơ đồ khối hệ thống

- Phân tích nguyên lý làm việc, chức năng nhiệm vụ của các khối

- Tìm hiểu mạch đếm, mạch tạo xung

- Tìm hiểu các giải pháp cấp nguồn cho toàn mạch điện- Thiết kế mạch nguyên lý

- Lựa chọn linh kiện và mô phỏng mạch điện trên proteus- Lắp thử trên bo cắm

-Thiết kế mạch in, lắp ráp mạch điện và hoàn thiện mô hình sản phẩm.

5 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiển hai luồng giao thông tại một ngã tư.

6 Phương pháp nghiên cứu

-Phương pháp nghiên cứu thực tiễn` - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết.

PHẦN 2

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢCHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Tổng quan về hệ thống đèn giao thông

Cùng với Luật Giao thông, biển số xe, bằng lái, đèn tín hiệu giao thông đã trở nênquá quen thuộc, song không phải ai cũng biết rõ lịch sử hình thành và sự phát triển củachúng.

Đèn giao thông hay đèn tín hiệu giao thông là một thiết bị được dùng để điều khiểngiao thông ở những giao lộ có lượng phương tiện lưu thông lớn (thường là ngã ba, ngãtư đông xe qua lại).

Đây là một thiết bị quan trọng không những an toàn cho các phương tiện mà còngiúp giảm ùn tắc giao thông vào giờ cao điểm Nó được lắp ở tâm giao lộ hoặc trên vỉahè Đèn tín hiệu có thể hoạt động tự động hay cảnh sát giao thông điều khiển Đèn giaothông có thể hoạt động hoàn toàn tự động hoặc cảnh sát giao thông điều khiển.

Lịch sử ra đời ( Chỉ dành cho tàu hỏa ).

Ra đời trước ôtô, đèn tín hiệu ban đầu chỉ dành cho tàu hỏa Lúc đầu, nó thắp sángbằng khí gas Sau 43 năm chúng chạy bằng điện nhưng vẫn cần người điều khiển chotới khi hoàn toàn tự động vào năm 1950 Ban đầu tín hiệu giao thông chưa có đèn vàngvà thay nó là chiếc còi hú vang khi cần.

Lịch sử đèn tín hiệu có từ tháng 10 năm 1868, khi người ta đặt hệ thống đèn ngaybên tòa nhà quốc hội Anh ở Luân Đôn Chúng lắp ở đây để báo hiệu cho những đoàntàu đi ngang qua Trên cây cột hình khuỷu tay có hai chiếc đèn: một màu đỏ và mộtmàu xanh dùng cho ban đêm Đèn đỏ nghĩa là dừng lại còn đèn xanh là chú ý.

Tháng 8 năm 1914, công ty tín hiệu giao thông ra đời tại Mỹ và chịu trách nhiệmlắp đèn tại các ngã tư bang Ohio Điều đặc biệt là khi đó đèn tín hiệu vẫn chưa có đènvàng nên khi chuyển trạng thái, cảnh sát lại bấm chiếc còi hú vang báo cho các lái xebiết.

Đèn tín hiệu 3 màu (1920-nay)

Đến năm 1920, đèn tín hiệu mới có đủ ba mầu: xanh, đỏ, vàng; do sĩ quan cảnh sátWilliams Posst, sống tại thành phố Detroit sáng chế ra Năm 1923, Gerrette Morgan đãđược nhận bằng phát minh đèn tín hiệu giao thông, mặc dù ông không phải người trựctiếp làm nên cuộc cách mạng đèn tín hiệu hiện đại.

Hình 1.1 Gerrette Morgan bên chiếc đèn giao thông do ông phát minh

Nguyên nhân dẫn tới phát minh đó của Morgan là do tình trạng tai nạn xảy ranhiều trên đường phố Mỹ trong những năm đó Ông thấy cần có tiêu chuẩn thống nhấtđể hệ thống tín hiệu sẵn có hoạt động hiệu quả Sau khi nghiên cứu, Morgan thiết kếcột đèn hình chữ T Trong đó các tín hiệu như: "dừng lại" và "đi" và "dừng lại ở tất cảcác hướng".

Khi đèn báo "dừng lại ở các hướng", người đi bộ mới được phép băng qua đường.Sau năm 1923, hệ thống vẫn phải có người vận hành Tính riêng tại thành phố NewYork, hơn 100 cảnh sát phải làm việc 16 giờ hàng ngày và tổng tiền lương là 250.000USD mỗi năm Do những khó khăn nói trên, các kỹ sư được lệnh thiết lập và phát triểnhệ thống đèn hoạt động tự động Tuy nhiên gần 20 năm sau, ước mơ đó của các cảnh

Năm 1950, đèn tín hiệu xanh đỏ được sử dụng rất rộng rãi ở Canada và phát triểnnhanh chóng trên thế giới Ngày nay, hệ thống đèn tín hiệu hiện đại hơn nhiều, có tínhnăng đặc biệt là chụp hình những xe vượt đèn đỏ Bên cạnh đó nhiều nước phát minhhết sức thú vị như đèn 4 chế độ ở Anh, New Zeland, Phần Lan v.v Đèn từ đỏ chuyểnsang đỏ và vàng rồi đến xanh và về lại vàng Trạng thái đỏ và vàng báo cho các lái xebiết rằng đèn xanh sẽ sáng lên trong một khoảng thời gian rất ngắn nữa.

Các loại đèn giao thông và ý nghĩa:Loại 3 màu (dành cho xe cộ)

Loại 3 màu có 3 kiểu: xanh, vàng, đỏ Tác dụng như sau:

• Đỏ: Khi gặp đèn đỏ, tất cả các phương tiện đang lưu thông phải dừng lại ở phíatrước vạch dừng.

• Xanh: Khi gặp đèn xanh, tất cả các phương tiện được phép đi và phải chú ý.• Vàng: Đèn vàng là dấu hiệu của sự chuyển đổi tín hiệu.

Khi đèn vàng bật sau đèn xanh nghĩa là chuẩn bị dừng, khi đó các phương tiện phảidừng lại trước vạch sơn dừng vì tiếp đó đèn đỏ sẽ sáng.

Nếu đèn vàng bật sau đèn đỏ có nghĩa là chuẩn bị đi vì tiếp đó đèn xanh sẽ sáng.

Khi đèn vàng nhấp nháy ở tất cả các hướng nghĩa là được đi nhưng người lái xevẫn phải chú ý.

Loại đèn này lắp theo thứ tự: Nếu lắp chiều dọc thì đèn đỏ ở trên, vàng ở giữa,xanh ở dưới Nếu lắp chiều ngang thì theo thứ tự đỏ ở bên trái, vàng ở giữa, xanh ởbên phải hay ngược lại (đèn xanh luôn luôn hướng về phía vỉa hè hoặc giải phân cách,đèn đỏ hướng xuống lòng đường).

Loại 2 màu (dành cho người đi bộ) :Loại 2 màu có hai màu xanh, đỏ.Tác dụng như sau:

• Đỏ: Đèn đỏ có nghĩa là "không được sang đường" Nó có hình ảnh người màuđỏ đang đứng yên hoặc chữ "dừng lại" Khi gặp đèn đỏ, người đi bộ phải đứng yên

trên vỉa hè Khi người đỏ nhấp nháy nghĩa là sắp được sang đường, người đi bộ phảichuẩn bị sang phía bên kia đường.

• Xanh: Đèn xanh có nghĩa là "được phép sang đường" Nó có hình ảnh ngườimàu xanh đang bước đi hoặc chữ "sang đường" Khi gặp đèn xanh, người đi bộ đượcphép sang đường Khi đèn xanh nhấp nháy, người đi bộ phải khẩn trương sang nốtquãng đường còn lại.

Đèn đếm lùi :

Đèn đếm lùi là loại đèn lắp đặt bổ sung bên cạnh đèn tín hiệu chính Đèn đếm lùiđược hiển thị bằng một con số đếm ngược với những màu sắc khác nhau Khi đèn đếmđến "0" là lập tức chuyển màu đèn chính Đèn đếm lùi có thể có số 0 trước hàng đơn vịhoặc không có.

Đèn điều khiển giao thông một thiết bị được dùng để điều khiển giao thôngở giao lộ có lượng phương tiện lưu thông lớn, thường là ngã ba, ngã tư đôngxe qua lại Đây là một thiết bị quan trọng, không những an toàn cho cácphương tiện mà còn giúp giảm ùn tắc giao thông vào giờ cao điểm Mọingười tham gia giao thông đều phải tuân theo sự chỉ dẫn của hệ thống đènnày: Đỏ - dừng; xanh - đi; vàng - chuẩn bị Quy luật này đã được thống nhất trêntoàn thế giới.

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, xã hội ngày càng vănminh và hiện đại, sự phát triển ở đô thị ngày một đi lên Nhu cầu về giao thông ngàycàng trở nên cấp thiết, nhất là trong các khu vực đông dân cư, khu vực có hệ thốnggiao thông phức tạp như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh Do nhu cầu của đời sống conngười, đặc biệt là nhu cầu đi lại, các loại phương tiện giao thông đã tăng một cáchchóng mặt Riêng tại Việt Nam số lượng phương tiện giao thông trong những năm quađã tăng một cách đột biến đặc biệt là xe máy, mật độ xe lưu thông trên đường ngàymột nhiều, trong khi đó hệ thống đường xá Việt Nam còn quá nhiều hạn chế nênthường gây ra các hiện tượng như kẹt xe, ách tắc giao thông, đặc biệt là tai nạn giaothông ngày càng phổ biến trở thành mối hiểm họa cho nhiều người.

Vì lý do đó các luật giao thông lần lượt ra đời và được đưa vào sử dụng mộtcách phổ biến như hiện nay Trong đó hệ thống đèn giao thông là công cụ điều khiểncông cộng thực tế và hiệu quả có vai trò rất lớn trong việc đảm bảo an toàn và giảmthiểu tai nạn giao thông.

1.2 Tổng quan về mạch điều khiển đèn tín hiệu giao thông1.2.1 Mạch dùng IC số

Với mạch dùng IC số có các ưu điểm sau:

- Tổn hao công suất bé, mạch có thể dùng pin hoặc acquy.- Giá thành rẻ.

-Mạch đơn giản dễ thực hiện.

Song với việc sử dụng kỹ thuật số sẽ rất khó khăn trong việc thay đổi chươngtrình Muốn thay đổi một yêu cầu nào đó của chương trình thì ta buộc lòng phải thayđổi phần cứng Do đó mỗi lần thay đổi phải lắp lại mạch dẫn đến tốn kém về kinh tếmà nhiều khi yêu cầu đó không thực hiện được nhờ phương pháp này

Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành kỹ thuật số đặc biệt là cho ra đời các họvi xử lý, vi điều khiển, PLC đã giải quyết được những bế tắc và ít tốn kém hơn màphương pháp dùng Ic số lại không thực hiện được.

Số linh kiện sử dụng trong mạch ít hơn.

Mạch đơn giản hơn so với mạch dùng IC số Song do phần cứng của vi xử lýchỉ sử dụng CPU đươn chip mà không có các bộ nhớ Ram, Rom, các bộ timer, hệthống ngắt Nên việc viết chương trình gặp nhiều khó khăn Do vậy hiện nay để khắcphục những nhược điểm trên hiện nay người ta thường dùng bộ vi điều khiển.

1.2.3 Mạch điều khiển bằng vi điều khiển

Ngoài những ưu điểm có của hai phương pháp trên, phươn pháp này còn cónhững ưu điểm sau:

-Trong mạch có thể sử dụng ngay bộ nhớ trong đối với chương trình có quy mônhỏ, rất tiện lợi mà vi xử lý không thực hiện được.

-Nó có thể giao tiếp nối tiếp trực tếp với máy tính mà vi xử lý cũng giao tiếpđược nhưng là giao tiếp song song nên cần có linh kiện chuyển đổi dữ liệu từ songsong sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính.

-Do trong vi điều khiển có sử dụng các bộ timer, các hệ thống ngắt câu lệnhđơn giản nên việc lập trình đơn giản dễ thực hiện.

1.2.5 Lựa chọn phương pháp điều khiển

Từ những kiến thức đã học, tham khảo tài liệu trong thư viện, trên mạng và yêucầu của đồ án cơ sở ngành là người thực hiện chủ yếu nắm những kiến thức về các linhkiện điện tử, IC số, các kĩ năng cơ bản về thi công , thiết kế mạch nên nhóm chỉ sửdụng IC số.

1.3 Tổng quan về kỹ thuật số1.3.1 Mạch logic tổ hợp

Đặc điểm cơ bản của mạch tổ hợp

• Giá trị của tín hiệu đầu ra chỉ phụ thuộc vào tổ hợp các giá trị tín hiệu đầuvào ở thời điểm đang xét

• Cấu trúc gồm các cổng logic, không gồm phần tử nhớPhương pháp biểu diễn chức năng logic

• Các phương pháp thường dùng là hàm số logic, bảng trạng thái, bảng Cac nô,đôi khi là đồ thị thời gian dạng xung.

• Vi mạch cỡ nhỏ (SSI) thường biểu diễn bằng hàm logic.• Vi mạch cỡ vừa (MSI) thường biểu diễn bằng bảng trạng thái.• Sơ đồ khối tổng quát của mạch logic tổ hợp:

• Có thể có n lối vào và m lối ra.• Mỗi lối ra là 1 hàm của các biến vào

• Quan hệ vào, ra được thể hiện bằng hệ phương trình tổng quát sau:Y0 = f0(x0, x1, …, xn-1); …

Y1 = f1(x0, x1, …, xn-1); …Phân tích mạch logic tổ hợp

- Định nghĩa: là đánh giá, phê phán một mạch Trên cơ sở đó, có thể rút gọn,chuyển đổi dạng thực hiện của mạch điện để có được lời giải tối ưu theo một nghĩanào đấy.

- Mạch tổ hợp có thể bao gồm hai hay nhiều tầng, mức độ phức tạp của củamạch cũng rất khác nhau.

Ta có các loại: mạch đếm đồng bộ, không đồng bộ và đếm vòng.Mạch đếm đồng bộ n tầng, đếm lên

Để thiết kế mạch đếm đồng bộ n tầng (lấy thí dụ n=4), trước tiên lập bảng trạng thái,quan sát bảng trạng thái suy ra cách mắc các ngã vào JK của các FF sao cho mạch giaohoán tạo các ngã ra đúng như bảng đã lập Giả sử ta dùng FF tác động bởi cạnh xuốngcủa xung CK (Thật ra, kết quả thiết kế không phụ thuộc vào chiều tác động của xung

CK, tuy nhiên điều này phải được thể hiện trên mạch nên ta cũng cần lưu ý) Với 4 FFmạch đếm được 24=16 trạng thái và số đếm được từ 0 đến 15 Ta có bảng trạng thái:

1.3.3 Mạch giải mã

Giải mã 2 đường sang 4 đường:

Thiết kế mạch Giải mã 2 đường sang 4 đường có ngã vào cho phép (cũng được dùngđể nối mạch)

Để đơn giản, ta xét mạch giải mã 2 đường sang 4 đường có các ngã vào và ra đều tácđộng cao

Bảng sự thật, các hàm ngã ra và sơ đồ mạch:

Giải mã 3 đường sang 8 đường

Dùng 2 mạch giải mã 2 đường sang 4 đường để thực hiện mạch giải mã 3 đường sang8 đường:

Quan sát bảng sự thật ta thấy: Trong các tổ hợp số 3 bit có 2 nhóm trong đó các bitthấp A1A0 hoàn toàn giống nhau, một nhóm có bit A2 = 0 và nhóm kia có A2 = 1.Như vậy ta có thể dùng ngã vào G cho bit A2 và mắc mạch như sau.

Khi A2=G=0, IC1 giải mã cho 1 trong 4 ngã ra thấp và khi A2=G=1, IC2 giải mãcho 1 trong 4 ngã ra cao

Trên thị trường hiện có các loại IC giải mã như:

- 74139 là IC chứa 2 mạch giải mã 2 đường sang 4 đường, có ngã vào tác động cao,các ngã ra tác động thấp, ngã vào cho phép tác động thấp.

- 74138 là IC giải mã 3 đường sang 8 đường có ngã vào tác động cao, các ngã ratác động thấp, hai ngã vào cho phép G2A và G2B tác động thấp, G1 tác động cao.

- 74154 là IC giải mã 4 đường sang 16 đường có ngã vào tác động cao, các ngã ratác động thấp, 2 ngã vào cho phép E1 và E2 tác động thấp

Theo đề tài đồ án , bọn em chọn IC 74LS247 để giải mã từ 4 đường sang 7 đường

1.4 Kết luận chương 1

Từ nội dung chương 1 chúng ta đã hiểu thêm về lịch sử hình thành và phát triển củađèn tín hiệu giao thông và các phương pháp thiết kế mạch điều khiển đèn tín hiệu giaothông Qua tìm hiểu về các cổng logic của môn kỹ thuật số, chúng em lựa chọn sửdụng cổng logic OR để thiết kế mạch đếm theo yêu cầu của đề tài đồ án Cụ thể chúngem sẽ sử dụng IC 74LS192 và cổng OR cho mạch đếm, IC 74LS247 cho mạch hiểnthị.

Khối đếm: có chức năng nhận tín hiệu xung từ khối tạo xung thực hiện cácphép toán logic và đưa kết quả sang khối giải mã

Khối giải mã, hiển thị: có chức năng nhận tín hiệu từ khối đếm, đưa tín hiệuvào khối logic , chuyển từ mã nhị phân sang mã led 7 đoạn để hiển thị kết quả.

KHỐI NGUỒN

Khối khống chếgiá trị đầu vào

khối đếmKHỐI

KHỐI HIỂNTHỊ

Khối khống chế giá trị đầu vào khối đếm: thiết lập đầu vào khối đếm, hiểnthị và chuyển trạng thái led đơn

2.2 Khối nguồn2.2.1 Mạch nguồn

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lí mạch cấp nguồn.a.Thông số kỹ thuật

- Điện áp ngõ vào:100~240VAC, 50/60Hz.- Điện áp ngõ ra: 5VDC

- Dòng điện ngõ ra tối đa: 2A (nếu sử dụng liên tục nên cung cấp ở mức

80% công suất).

- Kiểu nguồn: nguồn xung.

- Kiểu giắc ngõ ra: Chuẩn Jack DC tròn đường kính ngoài 5.5mm, đường

kính trong phù hợp với lỗ kim từ 2.1~2.5mm.

b Nguyên lý làm việc của các khối

- Khối mạch và chỉnh lưu: Sử dụng diode cầu 5A để chỉnh lưu điện áp

xoay chiều có giá trị hiệu dụng ta lấy là 12V Chúng kết hợp với tụ chỉnh lưu đểtạo ra điện áp DC có giá trị 15V.

- Khối mạch ổn áp và nâng dòng: Tạo điện áp ổn định 5V ở đầu ra Sử

dụng IC 7805 để chuyển điện áp đầu vào 15V thành điện áp có mức 5V IC chodòng ra định danh là 1A tuy nhiên trên thực tế thì dòng ra khoảng 500mA Dovậy, để tạo ra nguồn cung cấp 3A cần sử dụng mạch nâng dòng.

- Khối bảo vệ áp: Bảo vệ nguồn khi điện áp đầu ra tặng vọt khỏi giá trị

5V Bằng cách đóng role ngắt mạch nguồn khỏi điện áp vào Nếu điện áp đầu ralớn hơn 5V sẽ dẫn nhờ cầu phân áp.

- Khối bảo vệ dòng: Để bảo vệ dòng định mức ở mức 3A Nếu tăng hơn

mức 3A hoặc trường hợp ngắn mạch đầu ra thì mạch bảo vệ dòng sẽ đóng roleđiện áp vào.

2.2.2 Tính chọn linh kiện

- Máy biến áp

Theo sơ đồ thiết kế, ta có:U1=220V ; U2=12V ;I2=0,5AÁp dụng công thức :

UU =

I => I1=12

UU I2

Sts=0,9.Shh=0,9 3,2=2,88Số vòng/vol: n=

I (J= 2.5)

Mà S=.R2= II

=> d=

4s

Ta tính được đường kính dây như sau:S1=

JI1 =

0,027 =0,011

=> 1=

14.S =

4.0,011 =0,118

JI2 =

Ở 1/2 chu kì sau của điện áp vào, U2có chiều âm trên, dương dưới làm cho D1, D3

khoá; D2, D4dẫn có dòng qua tải.+U2→ D2 → Rt→ D4→ -U2

Ta có:

Điện áp sơ cấp là 220VĐiện áp sơ cấp đỉnh bằng:

VP1= 220 2= 311VCuộn dây sơ cấp có W1= 3613 vòng.

Cuộn dây thứ cấp W2= 187 vòng.Tỉ số

Do điện áp cấp toàn sóng được sử dụng để diode dẫn điện trong mạch nối tiếp vớiđiện trở phụ tải, điện áp phụ tải có giá trị đỉnh là 17,2V Có 2 diode dẫn điện trongmạch nối tiếp với điện trở tải trong suốt nửa chu kì, do đó chúng ta phải trừ sụt áp trên2 diode.

Suy ra điện áp đỉnh bằngVP= 17,2- 2.0,7= 15,8V 16V.Điện áp trung bình trên tải :U0=

I0max= It m=

I0=

3 0,45= 0.63A.

Điện áp ngược lớn nhất:Ungmax= U2m=

2 U0=

214,

Hình 2.3 Giản đồ dạng sóng sau chỉnh lưu

Khi mắc tụ C song song với Rt, trong mạch xảy ra quá trình phóng nạp:- từ 0 t1: điện áp sau chỉnh lưu tăng, tụ C được nạp điện từ:

RCf .2

Muốn Kpnhỏ phải chọn tụ C có giá trị lớn.

Thời gian tụ phóng điện: t1= T4+ θ

Thời gian tụ nạp điện: t2=T4 - θ

(T4 ứng với 900hay 1/4 chu kì)

Do vậy U0min= U0max sin θ hay θ= arcsin0max0min

Với dòng tải Rtcoi như không đổi thì It= C.

=> C=gs

I tt (2)

Trong đó Ugslà điện áp gợn sóng Chọn điện áp gợn sóng có giá trị:Ugs= 10%U0 => Ugs=

10 = 1,7 (V).

Do vậy U0min= 17- 0,85= 16,15 (V).U0max= 17+ 0,85= 17,85 (V).Ta xác định góc θ từ công thức (1):

θ= arcsin0max0min

1 = 10ms (bằng thời gian tương ứng với 3600)

Vậy thời gian tương ứng với 900là

I tt =

Vậy chọn tụ tiêu chuẩn là 1000 μF

- IC ổn áp

Chân 1 : Nguồn vàoChân 3 : Nguồn raChân 2 : Nối mass

IC ổn áp 7805 có dòng ra 1A, điện áp ra cốđịnh là +5V Công suất tiêu tán vài W đến vài chục

2.3 Khối tạo xung

-Sử dụng IC555:

Hình 2.6 IC555

- Cấu tạo IC555:

Gồm bộ chia áp có 3 điện trở có giá trị bằng nhau, chia làm 2 mức điệnáp là 2/3 Vcc và 1/3 Vcc.

2 bộ khuếch đại thuật toán: OPAM1, OPAM2.

R,S - FF, với đầu vào R,S được nối với đầu ra của OPAM1, OPAM2,đầu ra của FF được nối với đầu ra của IC555.

Hình 2.7 Sơ đồ chân IC555

- Chức năng hoạt động của từng chân:Chân 1(GND): Cung cấp dòng cho IC.

Chân 2(Trigger): Là chân đầu vào thấp hơn so với điện áp so sánh và đượcsử dụng như một chân chốt của một tần số áp.

Chân 3(Output): Đây là chân lấy tín hiệu logic đầu ra Trạng thái tín hiệu ởchân số 3 này được xác định ở mức thấp (mức 0) và mức cao (mức 1).

Chân 4(Reset): Dùng để lập trạng thái đầu ra của IC555 khi chân 4 đượcnối với mass thì OUTPUT sẽ ở mức 0, còn chân 4 ở mức cao thì trạng thái đầu ra sẽphụ thuộc theo mức áp ở chân số 2 và chân số 6 Muốn tạo dao động thường chân nàysẽ được nối trực tiếp với nguồn Vcc.

Chân 5(Control Voltage): Sử dụng để thay đổi mức điện áp chuẩn trongIC555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài nối với chân số

Chân 6(Threshold): Là chân đầu vào để so sánh điện áp và cũng là một chânchốt.

Chân 7(Discharge): Được coi như là một khóa điện tử và chịu tác động điềukhiển từ tầng logic của chân 3 Khi đầu ra là chân OUTPUT ở mức 0 thì khóa này sẽđược đóng và ngược lại Chân số 7 có nhiệm vụ tự nạp và xả điện cho mạch R-C.

Chân 8(Vcc): Đây là chân cấp nguồn dể IC có thể hoạt động được.

-Sơ đồ mạch tạo xung:Sơ đồ nguyên lí :