Bài báo cáo thiết kế mạch Đèn giao thông có hiển thị thời gian

THIET KE MACH DEN GIAO THONG CO HIEN THỊ THỜI GIAN TÓM TẮT Vấn đề về an toàn giao thông là một trong những vấn đề quan trọng của mỗi quốc gia trên thế giới.. Kết quả của đề tài là một m

111 Equation Chapter 1 Section 1TONG LIEN DOAN LAO DONG VIET

NAM TRUONG DAI HOC TON DUC THANG KHOA DIEN - ĐIỆN TỬ

ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG TON DUC THANG UNIVERSITY

PHAM NGOC LONG_ 42101331 (Nhém truéng) NGUYEN BA LUAN _ 42000237

NGUYEN HAI LUAN_ 42001051

HA NHAT LONG _ 42200450 ĐÀM HOANG HAI LONG 42001049 BAI BAO CAO

THIET KE MACH DEN GIAO THONG

CO HIEN THI THOI GIAN

MON HOC: THIET KE HE THONG SO 1

Mã môn học : 402061

THANH PHO HO CHI MINH, NAM 2023

TONG LIEN DOAN LAO DONG VIET NAM TRUONG DAI HOC TON DUC THANG KHOA DIEN - ĐIỆN TỬ

ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG TON DUC THANG UNIVERSITY

THIET KE MACH DEN GIAO THONG

CO HIEN THI THOI GIAN

MON HOC: THIET KE HE THONG SO 1

Mã môn học : 402061

Người hướng dẫn

TS Nguyễn Nhat Tan

THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH, NĂM 2023

LOI CAM ON

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Nhật Tân là người đã truyền cho tôi tat cả những kiến thức và kỹ năng cân thiết để tôi có thể hoàn thành tốt đự án này Trong quá trình em còn thiếu và chưa nắm rõ về những kiến thức chuyên môn sâu và kinh nghiệm thực tế trong quá trình học tập, nghiên cứu nên thường thấy mình thiếu sót điều gì đó Em rất biết ơn vì bạn luôn kiên nhẫn và sẵn sảng dành nhiều thời gian để hướng dẫn, tư vân cho em và tiép tuc hoản thiện

TP Hô Chí Minh, ngày 12 tháng 12 năm 2023

Tác giả

THIET KE MACH DEN GIAO THONG CO HIEN

THỊ THỜI GIAN TÓM TẮT

Vấn đề về an toàn giao thông là một trong những vấn đề quan trọng của mỗi quốc gia trên thế giới Đặc biệt là ở Việt Nam, một quốc gia có lượng phương tiện

và mạng lưới giao thông đày đặc Do đó việc điều tiết giao thông là vô cùng cần thiết Vì vậy việc sử đụng các trụ đèn giao thông tại các con đường hiện nay được xem là phương pháp tối ưu nhất đề điều tiết giao thông, hạn chế phần nào tai nạn và

ùn tắc Chính vì những lợi ích đó là giúp cho em có cảm hứng xây dựng nên đề tài này

Kết quả của đề tài là một mạch đèn giao thông có khả năng hiển thị thời gian còn lại của mỗi trạng thái giao thông Mạch đèn giao thông có thể được sử dung trong các trường học, các trung tâm đảo tạo lái xe, hoặc các khu vực giao thông đông đúc

MUC LUC

DANH MỤC HÌNH ÁẢNH VII CHUONG I: GIỚI THIỆU 9 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 5-52 2121121111 1111211 7111121221222 9 1.2 LÝ DO CHỌN ĐÈ TÀI - 5s T1 1221212112111 Ẹ1T1 1E ryu 9 1.3 NHIỆM VỤ CAN LÀM s s22 211222 22 tt rên 9 CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU LINH KIỆN 11

QD T-SEG-LED ooo ccccccecseessessesesssessessteresresssseseressetiessesssetesinteesatieseesatees ll

PIN NHI) Vấp aẠ II

2.1.2 Sơ đồ chân LED 7 đoạn - S211 1122112121111 12122 tt grtreg 11

2.1.3 So sanh LED 7 doan Anode chung voi Led 7 doan Cathode chung .12 2.1.4 Cách hoạt động của LED 7 đoạn Q0 22211222 13 2.1.5 Cách tính chọn điện trở hạn đòng -.- 2 2222212222222 14

2.2 LED 222 222222222 2122112221122 eeeereg lã 2.2.1 LED là gÌ? 5 2212221122222 re lã

2.2.2 Ứng dụng của LED L1 2n 12x 2 n1 nH 119 1111 1 kn ng 231kg 15

2.3 TC 74LS190 25221 221122122112211221122212112222121221 re lã 2.3.1 IC 74LS190 là gì? 5c 21 1 2121222121212 rree lã 2.3.2 Sơ đồ chân của IC 74190 22s 222212211211221121222 2e l6 2.3.3 Một số tính năng và thông số của IC 74190 đó là: 5s 17 2.3.4 Ứng dụng của 74LSI0W - 5s St 212212111112111111 11121 1E reg 17

P ¡9y rẢẢAẢAAAÝÝÝ 17

24D 0v cán na ốố ốố ốe 17

2.4.2 Sơ đồ chân của IC 7447 : 222 2211221211112 17

2.4.3 Thông số kỹ thuật của IC 74LS47 c1 2111121211112 121 re 18

2.4.4 Các tính năng của IC 74LŠ47 0 01011222112 1125 222 11tr ưey 19 2.4.5 Nguyên lý hoạt động của IC 7447 02.11212211 11222121 19 2.4.6 IC 7447 thường được sử dụng tại 4 trường hợp 20

2 IC SSS 20 P50 ` 20 2.5.2 Cấu tạo IC 555 -à ST 121112112121 12g grag 21

2.6.3 Ưu điểm Flip-flop JK - 5 S1 1112127121111 7127221 re 25

2.6.5 Một số đặc tính kỹ thuật quan trọng của Flip-flop JK 25 2.6.6 Ứng dụng của Flip-flop J 00 222111121222 22 222 221tr re 26 PIN tì na 26

2.7.1 Tu Dién La in ch ẽ 26

2.7.2 Công Dụng Của Tụ Điện 0 2220122111121 122111222212 à 27 2.7.3 Nguyên Lý Hoạt Động Của Tụ Điện 2-5555 52 2-2s252 27 2.7.4 Các Loại Tụ Điện 0Q Q0 nn H111 2101111222011 27

2.12.4 Các ứng dụng của LM7805 - 00001211122 11222 31

CHUONG 3: THIET KE MACH 33

3.1 Báng tổng sử dụng linh kiện 22 ST TS E2 12121111112 1122 tra 33

3.2 Thiết kế bộ hiễn thị đèn giao thông 2 ST 121211121221 2c rrea 34 3.2.1 Nguyên lý 55-21 2122121121121121211112112111112121212211221 ru 34

3.2.2 Mạch nguồn ẨM 2.22200000000011 2 1n nH ng vn TH ng k1 21111 111g kh sryn 34 3.3 Mô phỏng mạch trên pr0feus 2 2c 22221122111 22111 1211221111111 34 3.3.1 Mạch chạy khi đèn xanh - - 221122221111 11 115121111111 tr ey 35 3.3.2 Mạch chạy khi đèn vàng - 2Q 0121211122211 1 22121122 111181111 ra 35 3.3.3 Mạch chạy khi đèn đỏ - - Q22 1122211111221 1 1112111122 111221112 36

CHUONG 4: THUC THI PHAN CUNG 37 CHUONG 5: KÉT LUẬN, ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 38 5.1 Kết luận 5 21221212111 11211211211 711112121 111gr tr 38

5.2 Ung ¡275 cc ete cette cece nsec eeneeeeeeeeseeeeecesaesesaeesetiesetittieeseesees 38

VI

5.3 Huong phat trién

CHUONG 6: BANG DANH GIA CÁC THÀNH VIÊN TRONG NHÓM 40

VII

DANH MUC HINH ANH

Hinh | led7 doati ce äaaaAaAaAa TDỪ_D 11

Hình 2 sơ đỗ chân 2-22 2192212512215 2122111271121121121121121211211211121121121 1201 12

Hình 3 cách hoạt động - Q0 0.011 111122111211 1121112211101 1 1101112011101 1 11011111 13 Hình 4 Cách tính chọn điện trở hạn dòng - 2 222 2222122223 112222111222 212 14

Hình 5 IC 741LLS L90 - 22-221 221221122112212711271221122112111211221 1022112121212 te l6 Hình 6 IC 74447 ©2s+ 122112212711 111211121121102112211222121212221212 ra 17 Hình 7 Sơ đồ chân của IC 74447 -©-++2222121122121122112121121121121211 2122 1e 18 Hình § Thông số kỹ thuật của IC 74L/S417 - + s1 E21 1121511111212 11 x6 18

Hinh 9 Nguyên lý hoạt động của IC 7447 - 120112111211 122111211 1111111211112 xe 19

Hình L0 IC 555 - 52 2 221 212714 11121212711211211122112112112112211221221 1g 20 Hình I1 Cấu tạo IC 555 5 2221 212211221211271121121121121112112112112112122 1e 21

Hinh 12 Nguyên lý hoạt động IC 555 2 2 2112211211121 1211111112121 11a 22

Hinh 13 Cấu hình chân ]C 2-22 +22221S12EE22E2212212211271271221711211212111 122 6 23

Hinh 14 JK Flip-FÏop - 2 2c 2211211121121 1 1211211151111 11711011111 11111 11111 cha 24

Hình I5 Tụ Điện -2 5s 2112212 111221121121121112212212121121221212221 2 ere 26 Hình 16 điện trở -2 22s 2122212112711121211271121121121121121211212222 re 28 Hình 17 Công OR 1 5c 1 11111111211 1111 11121 1112111111111 1 ng tk 29

In SE T®E.0))NỶỶÝ 30

Hinh 20 Sơ đỗ chân LM7805 - 2 22 3521522125127127112111121111127121211 2212 xe 31

Hinh 21 Mach nguồn 5v ccccccccccccssescssesscsesecsesecsecscsesssecsessvsssesscsessesevessvsnsesseceees 34 Hinh 22 M6 phong mach trên prof€US - 2 2222222 121122111 2111121151111 12 81112 xe 35 Hình 23 Mạch chạy khi đèn xanh - - + c2 22 2221122111121 112 2111111115211 152222 35 Hình 24 Mạch chạy khi đèn vàng 5 - c1 2212222111211 121111211121 1111122111112 36 Hình 25 Mạch chạy khi đèn đỏ - G2 2212221111211 12211121111 81112211 181111124 36

Vill

CHUONG 1: GIOI THIEU

I.1 GIỚI THIỆU ĐÈ TÀI

Mạch đèn giao thông là một mạch điện tử có chức năng điều tiết giao thông, đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông Mạch đèn giao thông thường có 3 màu chính là xanh, vàng và đỏ, biêu thị các trạng thái giao thông khác nhau

Mạch đèn giao thông có hiến thị thời gian sử dụng thêm một IC số đếm thời gian đề hiến thị thời gian còn lại của mỗi trạng thái giao thông Mạch đèn giao thông có hiến thị thời gian giúp người tham gia giao thông nắm bắt được thời gian còn lại của mỗi trạng thái giao thông, từ đó có thể điều chỉnh tốc độ và hành vi của mình cho phù hợp

Mạch đèn giao thông có thê được thiết kế bằng nhiều cách khác nhau, nhưng về cơ bản, mạch đèn giao thông bao gồm các thành phần chính sau:

>

>

>

Nguồn điện: Cung cấp điện cho mạch đèn giao thông

IC số: Điều khiến hoạt động của mạch đèn giao thông

Đèn LED: Hiễn thị trạng thái giao thông

LY DO CHON DE TAI

Đèn giao thông là một thiết bị quan trọng trong việc điều tiết giao thông, đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông Thiết kế mạch đèn giao thông là một ứng dụng thực tế của kiến thức điện tử, giúp người học vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn

Đề tài này có tính ứng dụng cao, có thê được sử dụng trong các trường học, các trung tâm đảo tạo lái xe, hoặc các khu vực giao thông đông đúc

Đề tài này có tính thử thách cao, đòi hỏi người học phải có kiến thức và kỹ năng về điện tử, lập

trình ví điều khiển

Mạch đèn giao thông có hiến thị thời gian giúp người tham gia giao thông nắm bắt được thời gian còn lại của mối trạng thái giao thông, tử đó có thê điêu chỉnh tốc độ và hành vị của mình cho phù hợp

1.3 NHIỆM VỤ CAN LAM

Một cột đèn giao thông có 7 - seg - LED hién thị thời gian đếm ngược của đèn

> Nghiên cứu các kiến thức về điện tử, đặc biệt là về IC số 4017 và đèn LED 7 đoạn

> Thiết kế mạch điện của đèn giao thông

9

> Lập trình vi diéu khién dé diéu khién mạch đèn giao thông

>_ Xây dựng mô hình đèn giao thông và kiếm tra hoạt động của mạch

CHUONG 2: TIM HIEU LINH KIEN

2.1 7-SEG-LED

2.1.1 LED 7 doan la gi?

LED 7 doan, hay con duoc viét la “seven segment display”, bao g6m bảy đèn LED được sắp xép theo hinh sé ‘8’ Méi dén LED duoc gọi là một đoạn, vì khi được chiếu sáng, nó tạo thành một phần của chữ số Đèn LED thứ tám thường được sử dụng đề làm đấu thập phân

Mỗi đoạn có thế được bật hoặc tắt riêng lẻ bằng cách đặt chân tương ứng thành mức “CAO” hoặc mức “THÁP”, giống như một đèn LED thông thường Bằng cách “BẬT/TẮÁT” các đoạn LED, các bạn có thể tạo hình ký tự số hoặc chữ cái

2.1.2 Sơ đồ chân LED 7 đoạn

lr a Cac chan a, b, c, d, e, f, g va DP duoc nỗi với các chân Digital trén

= | | |; max Arduino và có thê bật/tắt riêng rẻ từng đoạn

COM (chân 3 và 8) được noi với nhau tạo thành một chân chung Tùy thuộc vào loại Led 7 đoạn, chân này sẽ được kết nối với GND hoặc 5V

| | Bony 2.1.3 So sanh LED 7 doan Anode chung với Led 7 đoạn m- Cathode chung

(ZSeamon: EEE lồ đ4dlúá4»s Có hai loại Led 7 đoạn được sử dụng phố biến hiện nay: LED 7

Hình 2 sơ đô chân đoạn Anode chung và Led 7 đoạn Cathode chung

Cầu tạo bên trong của cả hai loại gần như giống hệt nhau Đối với led 7 thanh canot chung tất cả các chân cực âm (GND) của LED sẽ được nối với nhau, còn riêng đối với led 7 thanh anot chung các chân đương (VCC) của LED sẽ nối với nhau

Cathode chung, chan COM sẽ được nối với GND và điện áp đương sẽ được cấp vào từng đoạn (a-g) dé bat sáng

iQ ENGINEERS com

Anode chung, chân COMI sẽ được nối với VCC và điện âm sẽ được cấp vào từng đoạn (a-g) để bật sáng

i® ENGINEERS com

2.1.4 Cách hoạt động của LED 7 doan

Tủy vào từng trường hợp cụ thê mà bạn muốn hiển thị số hay là chữ, thì cần phải bật các đoạn LED cho phù hợp Ví dụ, để hiến thị số 4, bốn đoạn đèn LED b, c, f và øg phải được bật sáng Tương

tự, các chữ số khác nhau từ 0 đến 9 và các ký tự từ A đến F có thế được hiển thị trên màn hình LED 7

đoạn, như hình bên dưới

Common Anode Seven Segment Truth-Table Common Cathode Seven Segment Truth-Table

Thông thường, đối với Led 7 đoạn màu đỏ, mức chiếu sáng lý tưởng trên mỗi đoạn LED 1a 15 mA; do

đó, trên mạch điện có điện áp 5V, giá trị của điện trở sẽ xấp xỉ 200 (5V- 2V)/15mA Hoặc các bạn

có thể sử dụng các giá trị điện trở gan nhat nhu 220Q, 330Q

> Màn hình: LED được sử dụng trong màn hình TV, máy tính và điện thoại thông minh

> Đèn giao thông: LED được sử dụng trong đèn giao thông để hiến thị các tín hiệu màu xanh, vàng và đỏ

> Đồ chơi và đề điện tử: LED được sử dụng trong nhiều loại đồ chơi và đồ điện tử, chăng hạn như đèn led trang trí, đèn led dây, đèn led thanh, đèn led âm trần,

Nghiên cứu về LED đang diễn ra liên tục, và các loại LED mới và sáng tạo đang được phát triển LED đang ngày càng trở thành nguồn sáng phố biến nhất trên thế giới và dự kiến sẽ tiếp tục phát triên mạnh mẽ trong những năm tới

2.3 IC 74LS190

2.3.1 IC 74LS190 la gi?

IC 74LS190 la IC dong TTL dung dé đếm lên va đếm xuống chia 10 hay gọi là vi mạch thuận nghịch

thập phân (MODI0) Khi có xung vào chân đếm của 74LS 190 thì tùy vào điều kiện mà chúng ta cầu

hình đêm lên hay đêm xuông thì IC này cứ mỗi sườn lên của xung đâu vào thi nó giải mã ra mã BCD

Nếu mà đếm xuống thì nó sẽ đếm và giải mã kiêu này : Xung vào thứ 1 no giai mã BCD ra (0001) tức

là số 9, tương tự như vậy thì xung thứ 2 nó giải mã BCD ra (1000) tức là số 8 cứ thế cho đến xung thứ

9 và BCD là số 0 Còn đếm lên thì ngược lại

HD74LS190 Pin Arrangement

2.3.2 Sơ đồ chân của IC 74190

Các chân của IC 74LS190 được kết nối như sau:

VCC (1): Nguồn cấp đương

GND (2): Nguồn cấp âm

CP (3): Tín hiệu xung

Q0 (4): Đầu ra 4-bit, bít 0

QI (5): Đầu ra 4-bit, bit 1

Q2 (6): Dau ra 4-bit, bit 2

Q3 (7): Dau ra 4-bit, bit 3

D (8): Tín hiệu dữ liệu cho chức nang tải song song

CE (9): Tín hiệu cho phép

R(10): Tín hiệu xóa

LY (11): Dau ra LY, cap logic | khi đếm lên hoặc đêm xuống

2Y (12): Dau ra 2Y, cap logic | khi đếm lên hoặc đêm xuống

3Y (13): Đầu ra 3Y, cấp logic 1 khi đếm lên hoặc đếm xuống

4Y (14): Dau ra 4Y, cap logic | khi đếm lên hoặc đêm xuống

1C (15): Đầu ra 1C, cap logic | khi dém lên

2C (16): Đầu ra 2C, cấp logic I khi đếm xuống

2.3.3 Một số tính năng và thông số của IC 74190 đó là:

Đếm lên hoặc đếm xuống dựa trên tín hiệu điều khiên

Đếm thập phân (0 đến 9)

Hoạt động đồng bộ trên cạnh lên của tín hiệu xung

Đầu ra nhị phân 4 bít

Chức năng tải song song

Chức năng cho phép và xóa

Tần số hoạt động tối đa 48 MHz (kiểu)

Dòng điện cấp nguồn tối đa 4 pA

IC 7447 được biết đến nhiều khi được dùng trong bộ giải mã hiển thị của bộ BCD Led 7 thanh

và đầu ra bộ thu mở L5V IC 74LS47 được sản xuất trong gói 14 chân

2.4.2 Sơ đồ chân của IC 7447

Chân số 8 là chân nối dat GND

Chân số 16 là chân cấp nguồn Vcc 5V, không cấp quá nguồn 5V để IC hoạt động bình thường Chân số 3 LT (Lamp Test) dùng để kiểm tra led 7 đoạn Nếu chân số 3 nối mass thì led sẽ sáng cùng lúc 7 đoạn Chân này chỉ dùng để kiểm tra xem led 7 thanh có bị hỏng đoạn nào hay không

Hình 8 Thông số kỹ thuật của IC 74LS47

Đóng gói với L6 chân trong một dòng kép DỊP

Bộ chuyên đổi BCD sang led 7 doan dé hién thị từ 0 — 9

Nguồn cấp hoạt động tốt nhất trong khoảng 5V (4.75 đến 5.25)

18

2.4.4 Cac tính năng của IC 74LS47

IC 7447 là IC thuộc họ logic rất phô biến sử dụng các công logic, flip - flop và bộ đếm Các tính năng của IC đó là:

Có dải điện áp rộng hơn

Bạn không cần lắp với điện trở bên ngoài

Có 4 đầu vào nhưng có tới 7 đầu ra

Có đầu ra bộ thu mở

Diode kẹp đầu vào nên không cân tốc độ cuôi cao

4.5 Nguyên lý hoạt động của IC 7447

Hình 9 Nguyên lý hoạt động của IC 7447

Sơ đỗ nguyên lý của IC 74LS47: Như sơ đồ bên dưới, A,B,C,D ( Nối với Vi xử lý, mạch số

counter, ), BI/RBO,RBL,LT ( chân điều khiển của 7447, tùy thuộc vào nhu cầu sẽ nối khác nhau) Cac chan QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG nối lần lượt với chân a,b,c,d,e,f,¢ cua led 7 thanh anot chung

Mô tả cách thức hoạt động của IC trong mạch như sau:

19