đồ án kỹ thuật điện tử đề tài lắp ráp mạch đếm sản phẩm từ 000 999 dùng cảm biến hồng ngoại

Một trong những ngành dẫn đầu trong sự phát triển ấy không thể không nhắc đến ngành Công nghệ kỹ thuật Cơ-Điện tử được phát triển dựa trên những tiến bộ của ngành Vật liệu điện tử và Máy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA: CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

Lắp ráp mạch đếm sản phẩm từ 000-999 dùng cảm biến hồng ngoại

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : Hoàng Quốc Tuân

SINH VIÊN THỰC HIỆN : Phạm Đăng Tùng

LỚP : 110213

Hưng Yên 2023

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Ngày nay, dưới sự phát triển mạch mẽ của Khoa học Công nghệ ngày càng nhiều những sản phẩm công nghệ hiện đại được ra đời nhằm phục vụ cuộc sống con người Một trong những ngành dẫn đầu trong sự phát triển ấy không thể không nhắc đến ngành Công nghệ kỹ thuật Cơ-Điện tử được phát triển dựa trên những tiến bộ của ngành Vật liệu điện tử và Máy tính điện tử

Để tiếp nối sự phát triển mạnh mẽ ấy, sau một thời gian dài học tập tại khoa dưới sự dạy bảo tận tình của các thầy cô và đặc biệt là sự hướng dẫn nhiệt

tình của thầy Hoàng Quốc Tuân , em đã thực hiện đề tài : Lắp ráp mạch đếm

sản phẩm từ 000-999 dùng cảm biến hồng ngoại

Đây là một sản phẩm có tính hiệu quả và ứng dụng rất cao trong thực tế

Vì vậy dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo cùng với sự nỗ lực không ngừng thì em đã hoàn thành đồ án Do kiến thức của em còn hạn chế nên còn nhiều thiếu sót Vì vậy em rất mong nhận được những góp ý chân thành của thầy cô để em có thể hoàn thiện và phát triển đề tài ở mức cao hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, Ngày tháng năm 2023

Giảng viên hướng dẫn

bộ đếm.

b Phân loại.

Căn cứ vào sự khác biệt của tình huống chuyển đổi trạng thái các trigơ trong bộ đếm, người ta phân thành hai loại lớn: Bộ đếm đồng bộ (bộ đếm song song) và bộ đếm không đồng bộ (bộ đếm nối tiếp) Trong bộ đếm đồng bộ, các trigơ đều chịu tác động điều khiển của một xung đồng hồ duy nhất, đó là xung đếm đầu vào vậy sự chuyển đổi trạng thái của chúng là đồng bộ Bộ đếm khôngđồng bộ thì khác, có FF chịu tác động điều khiển trực tiếp của xung đếm đầu vào, nhưng cũng có trigơ chịu tác động điều khiển của xung đầu ra của FF khác.Vậy sự chuyển đổi trạng thái của các FF không cùng lúc tức là không đồng bộ Căn cứ vào sự khác biệt về hệ số đếm của bộ đếm, người ta phân thành các loại:

Bộ đếm nhị phân, bộ đếm thập phân, Căn cứ vào tác động của xung đếm đầu vào mà số đếm của bộ đếm tăng hay giảm người ta phân thành 3 loại: bộ đếm thuận, bộ đếm nghịch và bộ đếm thuận nghịch

vì mỗi flip-flop trong mạch này sẽ được đồng bộ chính xác tạ cùng một thời điểm

Hình 1.1 Sơ đồ mạch bộ đếm lên đồng bộ

Thiết kế mạch đếm không đồng bộ dựa trên thực tế là mỗi bit chuyển đổi xảy ra cùng lúc mà bit trước đó chuyển từ “cao” sang “thấp” (từ 1 đến 0)

2.1.2 Mạch đếm xuống đồng bộ.

Để tạo một bộ đếm xuống đồng bộ, chúng ta cần xây dựng mạch để nhận

ra các mẫu bit thích hợp dự đoán từng trạng thái bật tắt trong khi đếm ngược Khi chúng ta kiểm tra chuỗi đếm nhị phân 4 bit, chúng ta thấy rằng tất cả các bittrước đó đều "thấp" trước khi chuyển đổi (theo trình tự từ dưới lên trên)

Hình 1.2 Sơ đồ mạch bộ đếm xuống đồng bộ

Vì mỗi flip flop JK đều có đầu ra Q 'cũng như đầu ra Q, chúng ta có thể

sử dụng đầu ra Q' để bật chế độ bật tắt trên mỗi flip flop tiếp theo, tức là mỗi Q 'sẽ "cao" khi mà Q tương ứng là "thấp"

2.1.3 Bộ đếm lên xuống đồng bộ.

Chúng ta có thể xây dựng một mạch đếm có thể lựa chọn giữa chế độ đếm lên và xuống bằng cách có hai dòng cổng AND phát hiện các điều kiện bit thích hợp cho chuỗi đếm lên và xuống tương ứng, sau đó sử dụng cổng OR để kết hợp đầu ra cổng AND với đầu vào J và K của mỗi flip-flop tiếp theo:

Hình 1.3 Sơ đồ mạch đếm lên xuống đồng bộ

Dòng đầu vào điều khiển lên hoặc xuống chỉ đơn giản cho phép chuỗi trên hoặc chuỗi dưới của cổng AND chuyển các đầu ra Q / Q ’đến các giai đoạn tiếp theo của flip-flop Nếu dòng điều khiển lên hoặc xuống là “cao”, các cổng AND trên cùng sẽ được bật và mạch hoạt động giống hệt như mạch đếm đồng

bộ lên Nếu dòng điều khiển lên xuống được đặt ở mức “thấp”, các cổng AND phía dưới sẽ được bật và mạch hoạt động giống với bộ đếm xuống

2.1.4 Bộ đếm nhị phân đồng bộ.

Đếm nhị phân đồng bộ còn gọi là đếm song song Đếm không đồng bộ cónhược điểm là tốc độ chậm vì có quá trình trễ khi đi qua các trigơ Để khắc phục nhược điểm đó người ta dung mạch đếm song song,nghĩa là các xung nhịp đồng thời tác dụng vào tất cả các trigơ

-Đếm tiến:

Sơ đồ đếm nhị phân đồng bộ 4 bit

Hình 1.4 Sơ đồ mạch bộ đếm nhị phân đồng bộ

Từ sơ đồ ta thấy : tuy xung nhịp tác động đồng thời vào các trigơ nhưng chỉ trigơ nào có J=K=1 thì nó mới chuyển trạng thái Từ sơ đồ trên ta có được các điều kiện chuyển trạng thái các trigơ trong bộ đếm như sau :

Trigơ A chuyển trạng thái với mọi xung CLK

Trigơ B chuyển khi QA=1

Trigơ C chuyển khi QA=QB=1

Trigơ B chuyển khi QA=QB=QC=1

Như vậy các trigơ sau chỉ chuyển trạng thái khi tất cả lối ra Q của các tri

gơ ở trước nó đồng thời bằng 1 Qúa trình đếm của sơ đồ có thể mô tả như sau:

Khi tác dụng xung xóa CLK thì QD QC QB QA=0000

Khi có xung nhịp đầu tiên tác dụng chỉ trigơ A chuyển trạng thái từ 0 lên

1, các tri gơ B, C ,D không chuyển trạng thái vì J=K=0, trạng thái lối ra của bộ đếm sau khi kết thúc xung nhịp thứ nhất là ; 0001

Khi có xung nhịp thứ hai tác dụng :J,K của trigơ B là 1 nên B và A đều chuyển trạng thái QA từ 1 về 0, QB từ 0 lên 1 ; trigơ D và C vẫn chưa chuyển trạng thái, trạng thái ở lối ra của bộ đếm sau khi kết thúc xung nhịp thứ hai là: 0010

Qúa trình hoạt động của bộ đếm nhị phân đồng bộ cũng diễn ra tiếp tục như bộ đếm nhị phân không đồng bộ đã nêu ở trên

Đếm lùi: Trong sơ đồ bộ đếm tiến thay nối đầu ra Q bằng đầu ra Q † ta sẽ được bộ đếm lùi

Đếm tiến /lùi tùy ý : Sơ đồ bộ đếm modul 16 đồng bộ đếm tiến lùi tùy ý cho trên hình ;

Ưu điểm của bộ đếm đồng bộ so với bộ đếm không đồng bộ:

Trong một bộ đếm đồng bộ , mọi trigơ sẽ thay đổi trạng thái đồng

thời ,điều đó có nghĩa chúng được đồng bộ hóa theo mức tích cực của xung nhịp

Do đó không giống như bộ đếm không đồng bộ ,những khoảng trễ do truyền sẽ không được cộng lại với nhau mà nó chỉ gồm thời gian trễ của 1 trigơ Thời gian trễ bé hơn nhiều so với bộ đếm không đồng bộ Do đó ,bộ đếm đồng bộ có thể hoạt động ở tần số cao hơn, dĩ nhiên mạch điện của bộ đếm đồng

bộ đếm đồng bộ phức tạp hơn so với bộ đếm không đồng bộ

Yêu cầu TCLK≥ tpd của trigơ.

2.2 Bộ đếm không đồng bộ.

2.2.1 Bộ đếm nhị phân không đồng bộ.

Đếm nhị phân không đồng bộ còn được gọi là đếm nối tiếp: các trigo mắcnối tiếp với nhau, lối ra của trigo trước được nối với lối vào xung nhịp của trigo sau Đặc điểm cảu bộ đếm này là xung nhịp CLK không được đưa đồng thời vào các trigo Xung nhịp chỉ được đưa vào và làm chuyển trạng thái của FF đầu tiên, lối ra của FF trước làm chuyển trạng thái của FF tiếp theo

-Đếm tiến:

Hình 1.5 Bảng đếm nhị phân

Sơ đồ đếm:

Hình 1.6 Sơ đồ mạch bộ đếm nhị phân không đồng bộ

Như trên sơ đồ , muốn xóa để Pr=1, CLR=0, muốn đặt để Pr=0, CLR=1

Để bộ đếm làm việc ở chế độ đếm ta để Pr=1, CLR=1 Dựa vào nguyên lý hoạt động của trigo JK giải thích hoạt động của bộ đếm này

+ Đầu tiên xóa mạch đếm bằng xung xóa CLR=0 Lúc đó trạng thái lối ra của cả 4 trigo đều chuyển về 0

+ Sau đó để Pr= CLR=1

+ Đặt lối vào đếm J=K=1 : mạch đếm bắt đầu hoạt động theo trạng thái của các lối vào đồng bộ J,K Tất cả 4 trigo đền có J=K=1 nên khi có xung nhịp tác dụng các trigo đều chuyển trạng thái

Trigo A chuyển trạng thái với mọi xung nhịp tác dụng chuyển từ 1 về 0.Trigo B chuyển trạng thái khi QA chuyển từ 1 về 0

Trigo C chuyển trạng thái khi QB chuyển từ 1 về 0

Trigo D chuyển trạng thái khi QC chuyển từ 1 về 0

2.3 Bộ đếm đặt lại trạng thái

Bộ đếm có Kd = m ≠ 2n(bộ đếm modul bất kỳ) có thể thực hiện bằng cách đặt lại trạng thái: sử dụng bộ đếm có sẵn, để cho bộ đếm chuyển sang trạngthái m rồi dùng trạng thái này tạo tín hiệu điều khiển để xóa tất cả các FF về trạng thái 0( trạng thái ban đầu.)

Vd: Thiết kế bộ đếm Kd=5 thì dung phương pháp đặt trạng thái

Sử dụng bộ đếm có Kd=8 và dập đi 3 trạng thái cuối Với bộ đếm modul

8, khi hết xung thứ 8 thì QBQBQA=000 Muốn cho đếm theo modul 5 thì mã nhị phân tương ứng với xung thứ 5 có QBQBQA=101 phải xóa đi hai số 1 để có000.Ta đưa hai lối ra của cổng QB QA qua một cổng NAND hai lối vào.Lối ra của cổng NAND cùng với xung xóa CLR đưa qua một cổng AND hai lối vào,

đầu ra của cổng AND được nối với các đầu vào xóa các FF, bộ đếm lại từ đầu khi hết xung thứ 5.

Hình 1.7 Sơ đồ mạch bộ đếm đặt lại trạng thái

với các đầu vào của cổng NOR 4 đầu vào và lối ra của cổng NOR này điều khiển cho đường ĐK đặt.

Hình 2.2 Máy biến áp

*Cấu tạo

Cấu tạo chung của máy biến áp gồm 2 phần chính : cuộn dây và lõi thépLõi thép gồm có Trụ và Gông Trụ là phần để đặt dây quấn còn Gông là phần lối liền giữa các trụ để tạo thành một mạch từ kín

Lõi thép của máy biến áp được chế tạo từ nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau và thường được chế tạo bằng các vật liệu dẫn từ tốt

Hình 2.3 Lõi thép của máy biến áp

Cuộn dây :

Hình 2.4 Cuộn dây của máy biến áp

Phần dây quấn này thường được chế tạo bằng đồng hoặc nhóm bên ngoài học cách điện Nó có nhiệm vụ nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra

Phần có nhiệm vụ nhận năng lượng vào ( nối với mạch điện xoay chiều ) được gọi là cuộn dây sơ cấp, còn phần có nhiệm vụ truyền năng lượng ra ( nối với tải tiêu thụ ) được gọi là cuộn dây thứ cấp Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà cóthể N1 > N2 hoặc ngược lại

*Nguyên lý làm việc của máy biến áp

Nguyên lý làm việc của máy biến áp dựa trên sự tương tác giữa các cuộn dây và nguyên tắc cảm ứng điện tử Máy biến áp được sử dụng để chuyển đổi điện áp AC từ một mức vào thành một mức ra khác nhau, có thể cao hơn hoặc thấp hơn mức đầu vào

Hình 2.5 Nguyên lý làm việc của máy biến áp

2.2 Điện trở.

Điện trở là linh kiện thụ động không thể thiếu trong các mạch điện tử, chúng có tác dụng cản trở dòng điện, tạo sự sụt giảm áp để thực hiện chức năng tùy theo vị trí của điện trở trong mạch

Có 3 loại điện trở thường được chế tạo và sử dụng:

Điện trở Carbon ( Carbon-Film)

Điện trở Film ( Metal-Film)

Điện trở dây quấn

*Cấu tạo của điện trở:

Điện trở Carbon: Chúng có cấu tạo từ hợp chất than hoặc than chì và phủ bên ngoài là bột gốm cách điện Loại này có công suất thấp, phù hợp với các ứng dụng tần số cao Có điện cảm thấp và khả năng chống nhiễu tốt

Điện trở Film: Bên trong tụ gốm thường có các kết tủa kim loại tinh khiết(niken, ), màng oxit(oxit thiếc, )hoặc chất nền Giá trị điện trở của loại này sẽ thay đổi khi chiều dày màng kết tủa thay đổi

*Quy ước giá trị điện trở:

Hình 2.6 Bảng màu điện trở

2.3 Tụ điện

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 mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động

Trong thực tế chúng ta thường thấy các loại tụ sau:

-Tụ gốm: Điện môi bằng gốm thường có kích thước nhỏ, dạng ống hoặc dạng đĩa có tráng kim loại lên bề mặt, trị số từ 1pF - 1μF và có điện áp làm việc tương đối cao

-Tụ mica: Điện môi làm bằng mica có tráng bạc, trị số từ 2,2pF – 10nF vàthường làm việc ở tần số cao, sai số nhỏ, đắt tiền

-Tụ giấy polyste: Chất điện môi làm bằng giấy ép tẩm polyester có dạng hình trụ, có trị số từ 1nF - 1μF

-Tụ hóa (tụ điện phân): Có cấu tạo là lá nhôm cùng bột dung dịch điện phân cuộn lại đặt trong vỏ nhôm

*Cấu tạo của tụ điện:

Tụ điện được cấu tạo bởi hai bản điện cực băng kim loại Lúc này tụ điệnhoạt động với vai trò là một linh kiện của mạch điện, nhưng nó tích lũy năng lượng ngược lại, khi điện áp tác dụng nên tụ điện giảm tụ điện lại cung cấp mộtmạch điện áp cho mạch ngoài Lúc này tụ điện hoạt động như một nguồn điện Quá trình xảy ra là quá trình phóng điện của tụ điện Người ta thường dùng giấy, gốm, mica, giấy tẩm hóa chất làm điện môi và tụ điện cũng được phân loạitheo tên gọi của các chất điện môi này: tụ giấy, tụ gốm, tụ hóa…

Đơn vị của tụ điện: Fara (F), MicroFra (μF), NanoFara (nF), PicrôFara (pF)

2.4 Diode.

Khái niệm: là một loại linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua

nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại

Ký hiệu:

Hình 2.8a Ký hiệu diode.

Hình 2.8b Cấu tạo trong diode Hình 2.8c Hình ảnh diode

Khi diode có điện thế Anôt dương hơn so với Katôt, ta nói diode được phân cực thuận, diode dẫn điện

Ngược lại, khi diode có điện thế Anôt âm hơn so Katôt thì diode bị phân cực ngược, diode không có dòng điện đi qua

*Đặc tuyến Von- Ampe của diode bán dẫn.

Hình 2.9 Đồ thị đặc tuyến Von- Ampe.

Đặc tuyến Von-Ampe của diode được chia làm 3 vùng:

-Vùng 1: Ứng với trường hợp phân cực thuận, điện áp nhỏ, dòng điện lớn, điện trở nhỏ ( )

-Vùng 2: Diode phân cực ngược ( khoá), điện áp vài chục đến vài trăm vol, dòng điện nhỏ và điện trở lớn (K )

-Vùng 3: Vùng đánh thủng, dòng điện tăng đột ngột, điện áp hầu như không tăng Nguyên nhân do nhiệt độ quá cao hoặc điện áp ngược quá lớn dẫn đến diode mất tính chất van dẫn điện theo hai chiều

*Hoạt động:

Hoạt động của Led giống với nhiều loại điốt bán dẫn

Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyễn động khuếch tán sang khối n Cùng lúc khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống) Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện

tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợpvới nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó)

*Ứng dụng

Led được dùng để làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, đèn quảng cáo, trang trí, đèn giao thông.Có nghiên cứu về các loại Led có độ sáng tương đương với bóng đèn bằng khí neon Đèn chiếu sáng bằng Led được cho là có các ưu điểm như gọn nhẹ, bền, tiết kiệm năng lượng

2.6 Led hồng ngoại.

Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường và có bước sóng 0,86uM-0,98uM, có vận tốc bằng vận tốc ánh sáng, có thể truyền đi được trong nhiều kênh tín hiệu, dễ bị hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng giống nhưsóng ánh sáng ( sự hội tụ qua thấu kính, tiêu cự…) Ánh sáng thường và ánh sáng hồng ngoại khác nhau rất rõ trong sự xuyên suốt qua vật chất Có những vật chất ta thấy nó dưới một màu xám đục nhưng với ánh sáng hồng ngoại nó lạitrở nên xuyên suốt vì vật liệu bán dẫn trong suốt với ánh sáng hồng ngoại, tia hồng ngoại không bị yếu đi khi nó vượt qua các lớp bán dẫn để đi ra ngoài và vìvậy nó được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp

Led phát hồng ngoại luôn phát ra song ánh sáng có bước song hồng ngoại

mà mắt thường không thể thấy được

Hình 2.10 Led hồng ngoại

2.7 Led 7 thanh

Được dùng nhiều trong các mạch thông báo, hiển thị số, kí tự đơn giản LED 7 được cấu tạo từ các LED đơn sắp xếp theo các thanh nét để có thể biểu diễn các chữ số hoặc các kí tự đơn giản như từ số 0 đến 9 và A đến F chẳng hạn.Tùy vào kích thước của số và kí tự mà mỗi thanh được cấu tạo bởi một hay nhiều LED đơn Các LED đơn đó được ghép và được đặt tên bằng các chữ cái a g và có một dấu chấm dot ( dấu chấm này có thể sáng và tắt tùy theo yêu cầu) được cấu tạo bởi 1 LED đơn Qua đó người ta chỉ cần 8 bit tương ứng với 8LED đơn để điều khiển được và hiện thị số từ 0 đến 9 và các kí tự từ A đến F

Hình 2.11 Hình ảnh thực tế của led 7 thanh.