Mạch Điều khiển hệ thống tưới cây tự Động 3

Hòa nhịp với sự phát triển đó nhưng ở chừng mực nhất định luận án tốt nghiệp với để tài “Mạch điều khiển hệ thống tưới cây tự động“ sẽ ứng dụng bộ nhớ bán dẫn EPROM, RAM để thiết kế và t

BO GIAO DUC VA DAO TAO

TRUONG DAI HOC SU’ PHAM KY THUAT

oO

TP Hồ Chí Minh, thang 02/2002

^^

- -

BO GIAO DUC VA BAO TAO Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

'TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc Lập — Tự Do — Hạnh Phúc

1 Tên để tài MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG

2 Các số liệu ban dau:

Ngay “4 thang 02 nam 2002 Ngày tháng năm 2002

NGUYỄN PHƯƠNG QUANG

SKL 001209

BẮNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

~~— Seo

Họ và tên sinh viên thực hiện: NGUYỄN LÂM

Lớp: 98KÐĐ”/;

Giảng viên hướng dẫn: NGUYỄN PHƯƠNG QUANG

Tên để tài: MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG

1 Nội dụng đồ án tốt nghiệp:

3 Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:

Giáo viên hướng dẫn

Ký tén

BANG NHAN XET CUA GIAO VIEN PHAN BIEN

OPPO He

Họ và tên sinh viên thực hiện: NGUYEN LAM

Lớp: 9§8KÐĐ”⁄;

Giẳng viên hướng dẫn: NGUYN PHƯƠNG QUANG

Tên để tài: MẠCH ĐIỂU KHIỂN HÍ: THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG

1 Nội dụng đồ án tốt nghiệp,

3 Nhận xét của giáo viên phản biện:

Giáo viên phần biện

Ký tén

BANG NHAN XET CUA HOL DONG CHAM BO ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên thực hiện: NGUYỄN LÂM

Láp: 9NKĐĐỲ

Giảng viên hướng dẫn: NGUYỄN PHƯƠNG QUANG

Pen dé ar MACH DIEU KHIỂN HÍ: THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG

{2 Nội dụng đỏ ẩn tốt nghiệp:

2 Nhận xét của hội đồng chấm đồ án tốt nghiệp:

Đại diện hội đồng chấm đồ án tốt nghiệp

Ký tên

LOI CAM ON

Với tất cả sự cố gắng tập đô án này đã được hoàn thành, đây là một bước

ngoặc đánh dấu sự kết thúc thời gian học tập tại trường để chúng em bước vào đời

Và nếu không có sự đóng góp từ nhiều phía chắc chắn người thực hiện để tài này

sẽ gặp nhiều khó khăn hơn khi thực hiện

Đó là sự đóng góp tích cực về vật chất, sự ủng hộ động viên tỉnh thần từ phia giá đình từ đó đã hình thành một chỗ dựa vững chắc cho chúng con Chúng

còn sẽ mãi mãi phí nhớ

Và em xin chân thành cảm dn tiáy Nguyễn Phương Quang với tất cả sự

nhiệt tình đã quan tâm hướng dẫn chỉ đạo vá tạo mọi điều kiện để em hoàn thành

tập đồ an này,

Qua dây em cũng xin gửi đến Bán Giám hiệu, qúy thầy cô trường Đại Hoe Su Pham Kỹ Thuật lòng trị ân sáu sắc đã chỉ dạy chúng em trong những tháng

nam hye tap ta

Cuối cùng tôi cũng xin cảm ơn cảm ơn tất cả các bạn đã trợ giúp người thực hiện đổ án hoàn thành tốt trách nhiệm được giao

Xin chán thành cảm ơn Sinh viên thực hiện đồ án

NGUYÊN LÂM

A Loi giới thiệu trang 1

B Mục đích, yêu cầu, giới hạn đề t trang 1 Thể thức nghiên cứu „ trang 1

Sơ đồ khối

L Givi thiéu trang 5

IL Các cổng Logic trang 6

L Giới thiệu chung trang 18

Chương 3: Giới thiệu mạch hẹn giờ kết hợp với việc báo ngày giờ

và một số mạch tổ hợp (IC) liên quan trang 25

I Giới thiệu mạch hẹn giờ " trang 25

Il Giới thiệu các mạch tổ hợp C) liên quan

Chương 4: Bộ nhớ bán dẫn

1 Giới thiệu sơ lược về bộ nhớ bán dẫn

IL B6 nhé chi doc (ROM)

Ill Khdo sát một số EPROM thông dụng

IV Khảo sátbộnhớ RAM

ul Khối tạo tín hiệu giải mã địa ch

Hl Mạch chọn nguồn tạo tín hiệu giải mã dia chi

IV Mạch điều khiển vôi phun nước

\ Tình thời gián làm việc của voi phun nước

trang 61 trang 63 trang 63 trang 68 trang 70 trang 71 trang 73 trang 74 trang 79

Dé an tét ughiep Mach điều kiuểu lệ tiếng tưới câu tự động

CHƯƠNG DẪN NHẬP

A LỜI GIỚI THIỆU:

Cùng với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật hiện đại ngành Điện - Điện tử đã góp phần không nhỏ vào đời sống xã hội ngày nay, nhất là lĩnh vực kỹ thuật số Với những ứng dụng mang tính tự động cao, nhỏ gọn, hiệu qủa và

kinh tế nó đã phát huy tính ưu việt và vì thế có mặt trong hầu hết các thiết bị hiện

xẽ xâm nhập, than giá vào hấu hết các lĩnh vực điện tử thông dụng lẫn chuyên dụng một cách nhành chóng và hiệu quả Thật sự nó đã đem lại một luồng gió mới cho đời sông sinh hoạt, sản xuất, giải trí của chúng ta

Hòa nhịp với sự phát triển đó nhưng ở chừng mực nhất định luận án tốt nghiệp với để tài “Mạch điều khiển hệ thống tưới cây tự động“ sẽ ứng dụng bộ

nhớ bán dẫn (EPROM, RAM) để thiết kế và thi công mạch điều khiển các vòi phun

để tưới cây trong vườn hay giúp người nóng dán chăm sóc cây cối qua công việc

B MỤC ĐÍCH YÊU CẦU - GIỚI HẠN ĐỀ TÀI:

Sự lợi ích và tính khả thi của các mạch số đã tạo nên nhu cầu tìm hiểu học hỏi trong mọi sinh viên ngành điện tử nói riềng và những ai quan tâm nói chung

Và đó cũng chính là lý do mà ngừơi thực hiện luận án tốt nghiệp chọn để tài

“Mạch điều khiển hệ thống tưới cây tự động“ nhằm ứng dụng các kiến thức đã học vào thực tế đồng thời có địp tìm hiểu sâu hơn về lĩnh vực kĩ thuật số

Với chức năng chính của mạch số theo để tài dùng để điều khiển các đầu

phun nước tưới cây với giờ giấc được định trước, bên cạnh đó có thể báo ngày, giờ trong ngày, trong tuần

Trong phạm vi của để tài người thực hiện chỉ thi công thật đơn giản, nhỏ gọn không hoàn toàn làm theo bản thiết kế, một số bộ phận được thay thế sao cho thật

đơn giản và phù hợp với khả năng người thực hiện như vòi phun được thay thế bằng

đèn Led (mỗi Led đại diện cho một vòi phun), về phần lý thuyết tuy chưa thật chỉ tiết và hoàn chỉnh nhưng đã được trình bày khá trình tự đây đủ

C THỂ THỨC NGHIÊN CỨU:

I — Phương pháp thu thập dữ kiện:

Đây là giai đoạn quan trọng, sử dụng các phương pháp và phương tiện nghiên cứu để thu thập các dữ kiện về để tài đã được xác định Dữ kiện thu thập được sẽ là chất liệu để hình thành công trình nghiên cứu khoa học Vấn để là làm sao thu thập được dữ kiện đầy đủ, chính xác và phù hợp với nội dung nghiên cứu

Dé ám tết ughi¢p Mach diéu khién h¢ thing tdi eâ tự động

“Trong phạm vi tập đổ án này người thực hiện sử dụng các phương pháp

tham khảo tài liệu và thực nghiệm để thu thập dữ kiện giải quyết đề tài Việc tham khảo tài liệu giúp cho người thực hiện bổ sung thêm kiến thức, lý luận cũng như

phương pháp mà những công trình nghiên cứu trước đó đã xây dựng Nhờ đó người

nghiên cứu tập trung năng lực vào việc giải quyết các vấn để còn tổn tại Tuy

nhiên việc nghiên cứu tham khảo tài liệu luôn bảo đảm tính kế thừa và phát triển

có chọn lọc,

H Xử lý dữ kiện:

Các dữ kiện sau khi được thu thập chưa thể sử dụng được ngay mà phải qua

quá tình sàng lọc, sữa chữa, phân tích khái quát hóa thành lý luận Tài liệu được

người thức hiện sứ dụng là những tài liệu có chất lượng cao chủ yếu là tài liệu gốc

nên báo đ

WH Cơsở lý luận:

Tỏt nghiệp thực chất là một quá trình nghiền cứu khoa học, quá trình nhân thức và hành động Quá trình này đòi hỏi phải có thời gian nhất định tương xưng với nội dung của đối tượng nghiên cứu và tính chất phức tạp của vấn để

\ chính xác về nội dung dé cap

Hoạt động nghiên cứu khoa học muốn đạt kết quả tốt phải hội đủ các

yếu tố: phương tiện, phương pháp, cơ sở vật chất máy móc thiết bị, hình thức tổ chức Các yếu tố này có mối liên hệ hữu cơ và phù hợp với đối tượng nghiên cứu

Các cơ sở cho việc nghiên cứu và thực hiện đề tài:

Trong quá trình lựa chọn và thực hiện để tài người nghiên cứu phải cân

nhắc kỹ độ khó và độ phức tạp của để tài sao cho phù hợp với khả năng, kiến thức

và năng lực của người nghiên cứu

Độ phức tạp của đề tài thể hiện ở các mặt: lĩnh vực nghiên cứu rộng hay hẹp, ở một ngành hay liên ngành, đối tượng nghiên cứu là đồng nhất hay không đồng nhất Tuy nhiên cẩn lưu ý rằng giá trị của để tài không phụ thuộc vào độ

phức tạp của nó Để tài hẹp chưa hẳn là để tài kém giá trị Mỗi để tài nghiên cứu

khoa học có phạm vi nhất định, phạm vi này càng hẹp thì việc nghiên cứu càng sâu Do đó độ phức tạp của để tài thường có mối liên hệ hổ tương đốivới độ khó của nó

nại

Kiến thức của người nghiên cứu (đây là điểu kiện chủ quan ở người

nghiên cứu) Trước hết đó là vốn liếng là kinh nghiệm của người nghiên cứu Giáo

sư Hà Văn Tấn đã nhận xét: “Trình độ học sinh, sinh viên hiện nay không cho

phép họ ngay từ đầu chọn được để tài nghiên cứu Vì vậy phải có sự gợi ý của thầy

giáo ” Mỗi để tài nghiên cứu khoa học có những yêu cầu nhất định của nó Người

Soth : Aguyin Lim s —2 0 €Qohad : 4 fguuễn (Dương Quang

Dé in tét ughigpn Mach diéu khién hf thing tưới câu tự ding

nghiên cứu cần nắm vững nội dung, phương pháp nghiên cứu phù hợp với để tài,

nói khác di dé tài nghiên cứu phải mang tính vừa sức

Người nghiên cứu phải thể hiện năng lực nghiên cứu koa học bao gồm việc nắm vững lý thuyết cơ bản của khoa học trong lĩnh vực nghiên cứu của mình, nắm được mức độ nhất định vé sự phát triển và tiến bộ thuộc lĩnh vực nghiên cứu

Có như thế mới chọn được nghiên cứu có giá trị Trong tình hình tiến bộ khoa học kỹ thuật ngày nay trên thế giới, khối lượng thông tin khoa học kỹ thuật gia tăng với qui mô lớn và nhịp đó nhanh đòi hồi người nghiên cứu khoa học phải tham khảo tài liệu nước ngoài Để thực hiện được diéu này người nghiên cứu khoa học

cần có số vốn ngoại ngữ nhất định,

IV, — Vấn để thực tiễn:

Người nghiên cứu phái coi thực la cơ sở là động lực của nhận thức

ÿ thuật thì xã hội thúc đẩy khoa học

hơn mười trường Đại học” Mặt khác thực tiến cũng là tiêu chuẩn để kiểm tra nhận

Chính thực tiễn giúp người nghiền cứu tìm thấy vấn để một cách cụ thể Người nghiên cứu phải xem thực tiễn cao hơn nhận thức (lý luận) vì nó ưu điểm

không những của tính phổ biến mà còn của tính hiện thực trực tiếp Hồ Chủ Tịch cũng đã dạy: “Học tập thì theo nguyên tắc: kinh nghiệm và thực tiễn phải đi cùng

nhau Để tài thực hiện mang tính thực tiễn, nội dung của để tài là có thật, phát

triển từ thực tế khách quan

Có thể nói hầu như mọi công trình nghiên cứu đều có giá trị thực tế của

nó, chỉ khác nhau ở mức độ ít nhiều, phục vụ trước mắt hay lâu dài, gián tiếp hay trực tiếp

Trong quá trình nghiên cứu thực hiện để tài người nghiên cứu là yếu tố chủ quan góp phần quan trọng đến kết quả còn đối tượng nghiên cứu, phương pháp

nghiên cứu kể cả phương tiện nghiên cứu, thời gian nghiên cứu cũng như người công tác nghiên cứu và người hướng dẫn nghiên cứu là những điều kiện khách quan ảnh hưởng trực tiếp đến việc nghiên cứu và kết quả nghiên cứu Người

nghiên cứu càng nắm chắc các yếu tố khách quan đó bao nhiêu thì kết quả nghiên cứu càng được khẳng định bấy nhiêu

Soth ; (2fguyấu -Đâm wt 3 Oe Gokd : Mguyén Dlucong Quang.

thu fii Sat Sun)

KHOI DIEU CHINA

KHỐI CHIA KHỐI DAO ĐỘNGTẠO XUNG CHUẨN

Dé én tét ughi¢p Mich diéu khién hg thing tdi cay tye ding

GIẢI THÍCH SƠ ĐỒ KHỐI:

Khối nguồn: luôn giữ vai trò quan trọng trong các mạch điện tử có nhiệm

vụ cung cấp nguôn 5v €hó bác khối trong mạch

Khối dao động: tạo xung chuẩn cho mạch chia tân, sau đó tín hiệu được

đưa qua mạch giải mã địa chỉ (bên trong RAM, EPROM), mach chinh ngay/gid,

mach nạp RAM để đặt trước thời điểm xuất tín hiệu điều khiển vòi phun nước làm

chúa tấn HÍ cùng cấp tín biệu cho phần báo thứ

Khải điều chỉnh: được dung dé dat trước gi lam việc cho các vòi phun

nước đồng thời điều chính bằng cách cung cấp xung cho các khối-theo sơ đồ-để

phần hiển thị báo đúng ngày/giờ

Bộ đệm: phân báop giờ gồm bốn Led bảy đoạn, khi EPROM xuất dữ liệu

thì chí có một trong bốn Led nhận được xung tác động va bộ đệm sẽ diéu khiển

hướng đi của dữ liệu đến từng Led theo xung từ bộ giải đa hợp đưa đến đồng thời nâng cao dòng điện ngõ ra cho Led được chọn

Khối hiển thị: bao gồm bốn Led bay đoạn và các Led đơn có nhiệm vụ

hiển thị những con số và làm sáng các hộp đèn để chỉ ngày/giờ Vì khối làm việc

thụ động theo xung nhận được từ bộ nhớ nên yếu câu về độ chính xác còn tùy

thuộc vào bộ giải mã địa chỉ, khối tạo địa chí, khối chia tân, khối dao động, sự làm việc ổn định cña bộ nguồn và khả năng chống nhiễu tốt của toàn mạch

Khối điều khiển: dùng để kiểm tra độ ẩm trong đất hay môi trường sống của cây để quyết định việc cho xuất dữ liệu điều khiển vòi phun nước hay không

Soth : Aguyén Lim a od Gohd : Uguyén Dhucong Quang

Đồ ám tất nghiệp VWgelt điều kiểu liệ tướng tưới câu tự động

Các cổng logic cơ bắn là các phần tứ đóng vai trò chủ yếu thực biện các

g logic dun gián nhất trong các sơ đổ logic (là các sơ đồ thực hiện một

ham loge mae đó), Các cổng logic cơ bản thường có một hoặc nhiễu đầu vào và một đấu ra Từ các cổng logic cơ bắn, ta có thể kết hợp lại để tạo ra nhiều mạch logic thực hiện các hầm logic phức tạp hón, Những dữ liệu ngõ vào, ra chỉ nhận các giá trị logic là Đúng (mức 1) va Sai (mức 0) Vì các cổng logic hoạt động với các số nhị phần (0, L) nên có đôi khi còn được m: n là cổng logic nhị phân

Người ta thường dùng ún hiệu điện để biểu diễn dữ liệu vào ra của các

vống logic nói riêng và của các mạch logic nói chung Chúng có thể là tín hiệu

« _ Biểu diễn bằng tín hiệu thế:

Dùng hai mức điện thế khác nhau để biểu diễn hai gía trị (mức 1) và Sai (mức 0) có hai phương pháp biểu diễn hai giá trị này:

»_ Phương pháp logic dương (hình 4)

Điện thế dương hơn là mức 1

Điện thế âm hơn là mứdfJ ”

» Phương pháp logic âm ( hình b)

Điện thế âm hơn là mức 0

Điện thế dương hơn là mil)

Dé tn tét ughiép Mach diéu khiéu he thing titi câu tự động

«Biểu diễn bằng tín hiệu xung:

Hai giá trị logic 1 và Ö tương ứng với sự xuất hiện hay không xuất của

xung trong dấy tín hiệu theo một chu kỳ T nhất định

uk

4 le)

Biểu) diễn dữ liệu tàng Tín hiệu xung

Biểu thức Logic: X = A.B

Cổng AND có ký hiệu như sau:

Soth : Aguyén Lim ot 6 oe Gohd + Aguyén Phuong Quang

Pa an tét nghi¢p Mach diéu khiéu hg thing tui cay te động

Ngõ ra cổng AND chỉ lên H khi tất cả các ngõ vào lên 1, mức L khi có ít

nhất 1 ngõ vào) Cổng AND có thể có nhiều ngõ vào nhưng tính chất của nó vẫn không thay đổi

Dé an tét nghiép Mach diéu khién he thing tuihi edy te động

4 Cổng NAND:

Mạch điện thực hiện phép đảo của phép nhân logic gọi là cổng NAND

Cổng NAND là sự kết hợp 2 cổng AND và NOT

Biểu thức Logic: X= Ä B

Ký hiệu:

— | B®

Tương đương Với:

Mạch điện thực hiện phép đảo của phép cộng logic (cổng OR) gọi là

NOR Cổng NOR là sự kết hợp 2 cổng OR và NOT

Biểu thức Logic: X=A+B

⁄ĐÄ đu tốt nghiệp, VWaek: điều kiểu kệ thống tưới cây tự động

1 Giới thiệu chung:

Mạch lấy được chia làm 2 loại la mạch tổ hợp và mạch tuần tự (mạch

dãy) Mạch tổ hợp là mạch mà tín hiệu ra chỉ phụ thuộc vào tin hiệu vào Các phần

tử cơ bản được dùng để xây dựng nền mạch tổ hợp là các mạch logic AND, OR, NOT, NOR Mach day là mạch mà tín hiệu ra phụ thuộc không những vào tín hiệu vào mà còn phụ thuộc trạng thái trong của mạch nghĩa là mạch có lưu trữ, nhớ các trạng thái Như vậy, để xây dựng mạch dãy, ngoài các mạch tổ hợp cơ bản còn phải có các phần tử nhớ Các phần tử nhớ cơ bản tạo nên mạch dãy gọi là Flip-Flop (FF), chúng lưu trữ các tín hiệu nhị phân Vì bit tín hiệu nhị phân có thể nhận một

trong 2 giá trị 0 hay 1 nên Flip Flop tối thiểu cần 2 chức năng:

- Có hai trạng thái ổn định chức năng

- Có thể tiếp thu, lưu trữ, đưa tới tín hiệu và Flip Flop có từ 1 đến vài đầu

vào điều khiển có 2 đầu ra luôn ngược nhau là Qva Q\( hay Q)

Flip Flop là phần tử cơ ban để chế tạo các mạch ứng dụng quan trọng trong hệ thống số như mạch đếm, mạch ghi, bộ nhớ Nhưng thực tế cac Flip Flop

được chế tạo từ các logic chỉ là lý thuyết cơ bản, thực tế, chúng đã được tích hợp

Dé dn tet nghiéa Mach diéw khién hp thing tudi edy te djing

2 Phan loai:

Có nhiều cách phân loai Flip Flop

“Theo chức năng làm việc của các đầu vào điều khiển: Flip Flop một đầu vào điều khiển D.FF, T FF hai đầu vào điều khiển RS FF, JK.FF

Theo cách làm việc ta có loại Flip Flop đồng bộ và không đồng bộ, Flip

Flop đồng bộ lại gồm loại thường và loại chủ tớ Đối với loại không đồng bộ các tín hiệu điều khiển vẫn điều khiển được hoạt động của Flip Flop mà không cần tín hiệu đồng bộ

a Flip Flop dang chu t¢ (MS - FR):

của hệ sau khi hệ đã hoàn thành việc ghi thóng tin, Đầu vào của hệ là đầu vào Flip

Elop chú, đầu ra của hệ là đầu ra Flip Fiop tớ Cá 2 Flip Flop đều được điều khiển theo xung nhip Cy Dưới sự điều khiển của xung nhịp, việc ghi thông tin vào Flip

Flop "chú tớ” thực hiện qua các bước:

Bước 1 : Cách ly giữa hai Flip Flop “chú tớ”

Bước 2 : Ghi thông tin vào Flip Flop chi

Bước 3 : Cách ly giữa đầu vào và Flip Flop chủ

Bước 4 : Chuyển thông tin từ Flip Flop chủ sang Flip Flop tớ

giữa đầu vào va Flip Flop chủ được cách ly đồng thời qua cổng NOT đầu vào khối

điều khiển Flip Flop tớ có xung đồng bộ nên hệ chuyển thông tin từ Flip Flop chủ

sang Flip Flop tớ Quá trình ghi thông tin vào Flip Flop “chủ tớ” khá phức tạp và đôi hỏi xung nhịp C¿ chính xác cấu trúc sơ đổ khá phức tạp nên gây trễ khá lớn

Nhưng Flip Flop “ chủ tớ” có ưu điểm là chống nhiểu tốt, khả năng đồng bộ tốt

Soth : Aguyén Lim we 10 e Gohd : Aguyén Phuong Quang

EE - RS là Flip Flop có 2 đâu vào điều khiển R,S Đâu vao S (set) la dau

vào đặt, đầu vào R ( RerseU là đầu vào xóa Mach không có đầu vào diéu khién và xung nhịp C,

Đô ám tất ngiiệp Mach diéu khién tuệ thiốuag, tưới câu tự động

vào vần lai, Nó mang tính ưu tiên (override) tuyệt đối

Điện thế kích thích tại S,R phải có trước khí có xung nhịp Q và Q\ chỉ chịu sự điều khiển của S và R khi có xung nhịp

Dé đụ tốt nghiệp, Mach diéu khién hp thing tdi cây tự động

Dé dn tot nghigp Mach diéu khién he thing uidi cay tự động

FF - D là Flip Flop có một đầu vào dữ liệu Ta nhận thấy rằng trạng thái đâu ra của FF - D lặp lại trạng thái đầu vào D tại thời điểm trước đó Nghĩa là tín

hiệu ra bị trễ so với tín hiệu vào một khoảng thời gian nào đó Đối với FF-D không đồng bộ thời gian trễ do thông số của mạch quyết định Còn đổi với FF - D đồng bộ

thì thời gian trễ đúng bằng chu kỳ của xung nhịp Cụ Do tính chất này của FF-D mà

người ta thường dùng chúng để làm trể tín logic

| “Đã ám tất ngiiệp, JWeele điều khúểu liệ thống tưới cây tự động

CHƯƠNG 3

ĐẠI CƯƠNG VỀ TRANSISTOR

Transistor thuéc họ linh kiện ba cực Transistor bao gồm hai bán dẫn loại

p và một bán dẫn loại n đối với loại PNP, hai bán dẫn loại n và một bán dẫn loạip đối với loại NPN

Sơ đổ ký hiệu của Transistor được mô tả ở hình A

Chiều đồng điện được qui ước theo chiểu của mũi tên, /

ig Va Vpg theo quan hé nhy sau ip = f(vpe) va thong số ngõ ra là ic và vẹg theo

quan hệ như sau ic= (Vcg)

Dé én tétughigp JMaelt điều kduển hệ thống tưới cây tự động

Nhìn trên đường đặc tính ta có thể phân thành ba vùng làm việc của

“Transistor như sau :

« Vùng tất: Transistor rơi vào vùng hoạt động này khi thõa mãn điều kiện sau: Mối nối BE và BC phải được phân cực nghịch Khi đó, các thông số ngõ ra là

dong Ic gin như bằng 0 và điện áp Vẹpg gần bằng Vcc ?

+ Vang khuếch đại : Transistor hoạt động trong vùng khuếch đại) khi mối nối

BE được phần cực thuận (Vụ > Vụ) và mối nối BC được phân cự: 48h (Vo >Vp)

G ché dG nay thi Ip = file K =gly, VGi BB hE số độ lợi, giá trị điển hình

của J3 biến thiên trong phạm ví từ 20 dén BO tiy theo loai Transistor

Hinh 5 Chúng ta sẽ phân tích mạch hình õ sau để làm sáng tỏ hơn về đường cong đặc tính này

Ap dụng định luật Kirchoff 2 cho lưới vòng quanh từ cực C đến cực E:

Dạng đường tải tĩnh này được minh họa trên đường cong đặc tính hình B

«_ Vùng bão hòa : Transistor làm việc ở vùng bão hòa cần thõa mãn các điều kiện sau: Mối nối BC và mối nối BE đều được phân cực thuận Transistor rơi vào vùng bão khi ngõ vào phải được cung cấp tín hiệu đủ lớn sao cho điện áp tại cực

Dé tn tot ughig ep Mach diéu khién he thing tidi cay tye ding 2

nên (Vạ) lớn hơn một mức ngưỡng để Transistor phân cực bão hòa Mức điện áp

ngưỡng này là Vạg„„,, nó có trị số tùy thuộc vào từng loại chất bán dẫn

Vggạ, = 0,7v đến 0,Bv, Transistor loai Si

Veet = 0.3v, Transistor loai Ge

Khi sử dụng ở chế độ công tác chuyển mạch, Transistor thông thường

mắc theo dạng E chung ( mắc CE.)

Khảo sát một dạng mạch mắc CE ở hình œ làm việc ở chế độ bão hòa

Áp dụng định luật Kirchoff 2 cho lưới vòng quanh cực C đến cực E

Ta có Vec= Ic.Rc - Vẹpg

Ở trạng thái bão hòa thì Iẹ rất lớn và đạt đến Tea, Va Vee dat Voesa =

0,1V đến 02V Từ đó, Ic„ được tính theo công thức sau: lcạ, = —

Cc

Khi đã có dòng điện tải Ic, ta phải tính dong điện cần thiết cấp cho cực nền B, nhằm chọn trị số R; thích hợp Ta xác định Iạ„„, theo biểu thức :

1 Ths = lesa

B

Trường hợp can cho Transistor lam việc ở chế độ bão hòa sâu, thì có thể tính Iạ theo công thức:

bare " k_ ,Trong đó, k là hệ số bão hòa sâu (k= 2 +5)

Khi Transistor bão hòa, các giá trị Ia„, và Ic„¿ , đều do mạch ngoài quết định Ta có thể xác định Rg theo công thức sau :

Rạ= V —Vsesat

$KL 00/420 9 Soth : Nquyén Lam At 17 0 Gohd + Wguyén Phuong Quang

Dé dn tétnghi¢p Mach diéu khién he thi'ug tudi câu tự động

PHANB

MACH DEM

I GIỚI THIỆU CHUNG:

Mạch đếm là môt loại mạch rất thông dụng và có nhiều ứng dụng trong

y Khi ra khỏi một phòng điện thoại, hay tính quãng đường đi được của một chiếc taxi thì mạch đếm sẽ cho bạn biết bạn đã đi bao xa, gọi bao

lâu Không chí có thể tng dung trong đời sống hàng ngày mạch đếm còn sử dung

tông rải trong công nghiệp, Nó giúp cho nhà sắn xuất quản lí được số lượng sản phẩm mà mình đã làm ra, nó giúp cho người công nhân trong việc đếm được số

Mạch đểm là mạch dãy được xáy dựng từ các phần tử nhớ và Flip Flop

và các phần tứ tổ hợp Mạch có một đầu vào cho xung đến và nhiễu đầu ra, những

điển kiện thường là đầu ra Q của các Fip Flop Điểu kiện để một mạch gọi là mạch đếm là nó có các trạng thái khác nhau mỗi khí có xung nhịp vào Nhưng vì số Flip Flop là có giới hạn nên số trạng thái khác nhau tối đa của mạch cũng bị giới hạn số xung đếm tối đa được gọi là dung lượng của mạch đếm Nếu cứ tiếp tục kích thích khi đã tới giới hạn mạch thường ưở về trạng thái khởi đầu, tức là mạch có

tính chất tuần hoàn

Mạch đếm là thành phần cơ bản cúa hệ thống số, chúng được sử dụng để đếm thời gian, chia tần số, điều khiển các mạch khác Mạch đếm dùng rất nhiều

trong máy tính, trong thông tin Để xây dựng mạch đếm, người ta dùng mã nhị phân

hoặc các mã khác như mã BCD, mã HEXA

Il PHANLOAIMACH DEM:

Có nhiều cách để đếm số lượng như:

« Bộ đếm cơ khí: ta thường thấy nhất là các thủy lượng kế, điện kế hay các

hệ thống máy trước đây Ưu điểm lớn nhất cũa bộ đếm này là sử dụng lực làm

quay các vòng số Nhưng nó có khuyết điểm là hiển thị không rõ ràng, kém chính

xác, không truyền dữ liệu đã đo đi xa được

‹ Bộ đếm sử dụng vi xử lí: Có nhiều ưu điểm hơn hẳn các loại khác, nó có thể ghi lại các giá trị, giao tiếp với các thiết bị ngoại vi khác Nhưng nó lại phức tạp, đắt tiền, không thích hợp với các nhu cầu đơn giản

« _ Bộ đếm sử dụng IC số: Nó thông dụng hơn các loại khác, hiển thị rõ, khá chính xác Có nhiều phương pháp kết nối các Flip Flop trong mạch đếm nên có các tình huống chuyển đổi các Flip Flop khác nhau

Dựa vào sự khác biệt của tình huống chuyển đổi trạng thái của Flip Flop

người ta phân bộ đếm thành đếm đồng bộ và không đồng bộ

Soth : Nguyén Lim et 18 0 Gohd : Mguyén Dlutong Quang

Dé du tél nghigp Mach diéu khién he théng.tudi céy tee djug

+ Trong b6 dém déng bé, các Flip Flop chịu tác động của một xung nhịp C¿ duy nhất đó đếm đầu vào nên sự chuyển đổi trạng thái là đồng bộ

+ Trong bộ đếm không đồng bộ, chỉ có một Flip Flop nhận xung nhịp Cụ nối các Flip Flop tự kích thíchđẩn nhau (Xung nhip cho Flip Flop nay 1a đầu ra

của Flip Flop kia) Vậy sự chuyển đổi các trạng thái không cùng lúc tức là không

đồng bộ

Dựa vào sự khác nhau giữa các hệ số đếm người ta phân thành các loại :

» Mạch đếm bệ 2: (mạch đếm nhị phân) là mạch đếm trong đó các trang thải của mạch được trình bày dưới dạng hệ số 2 tự nhiên Mạch đếm sử dụng n Flip

Elop sẽ có dụng lượng là 2",

«— Mạch đếm BCP: thường dũng nhiều Flip Flop nhưng chỉ có II trạng thái khác nhau để biểu diễn các tạng thái từ | - 9, Trạng thái của mạch được trình bày

didi dang ma BCD,

* Mach dém MOD N (Moudulo Nj: có dung lượng là N với N là số

bất kỳ Mạch thường dùng cổng logic với Flip Flop và các cổng hồi

trếp đặc biệ rình bày dưới các dạng nhau

Dựa vào cách thức đếm của mặch ta phần thành các loại

« _ Đếm lên (Up - Counter): Còn gọi là mạch đếm thuận

«_ Đếm xuống (Down Couter): Gọi là mạch đếm nghịch, đếm hỗnhợp

Ba dn tél nghigp Mach diéu khién h¢ thi'ng tudi cy tự động

Gian dé thời gian:

số nên sau bốn tầng tần số của mạch được chia cho 16 =2! Điểu quan trọng là

trong hệ thống nhị phân sự chia đôi tần số liên tiếp lại là sự đếm tần số Ta hãy

quan sát bắng trạng thái (được trình bày ờ trang sau) sể hiểu rõ về điều này

Mạch có 4 tầng Flip Flop như trên gọi là mạch đếm nhị phân 4 bit hay mạch đếm Modulo 16 (2*) hay mạch chia cho 16 Mạch đếm ti 0000 = Oyo (Nếu được xóa trước khi có xung vào) lên tối đa 1111 = 15¡o rồi tự động quay về đếm lại

từ 0000 = 0o,

Trong mạch đếm trên do sự trì hoãn truyền qua giữa các Flip Flop nên

chúng không giao hoán cùng thời điểm khi có sự chuyển tiếp từ cao xuống thấp của

các xung vào, đây cũng chính là mạch đếm không đổng bộ (Asynchronous

counter)

'Từ mạch đếm cơ bần này mà ta có thể thực hiện được mạch đếm xuống khi nối ối ngã

ra của FFa là Q đáo vào chân CK của FFạ và ngõ ra Qg đảo lại đưa vào Ck của la FEc

cứ như thế ta sẽ có mạch đếm xuống Ta cũng có thể tạo mạch đếm lên hoặc đếm

xuống tùy vào ngõ điều khiển nhờ sử dụng các cổng logic

Soth : Nguyin Lim —— 20 e Gohd : Nguyén Phuong Quang

Đồ áu tốt nghigp Mach diéu khién hé thing tudi edy tye dgug

Bang trang thai:

Số xung Trang Phái ra ngay sau khi có Số thập phân tương ứng

Đặc tính của mạch đếm đồng bộ là xung đếm được đưa vào các tầng

đếm một cách song song Để tạo ra mạch đếm đồng bộ cơ bẩn người ta dùng loại

JK - EFE, MS - FF là mạch đếm đồng bộ 4 bit, xung vào được đưa đến tất cả các ngõ vào CLK

Ta xét mạch đếm đồng bộ 4 bit sau đây:

Để phân tích mạch đếm đồng bộ 4 bit ta xét thời gian trễ của hai loại

mạch đếm không đồng bộ và mạch đếm đông bộ (Quan sát giản đồ thời gian kèm

theo) Ở mạch đếm không đồng bộ thời gian trễ của 1 Flip Flop là tre và thời gian trễ của toàn mạch sẽ là >t Nếu mạch đếm được tạo từ 4 Flip Flop thì thời gian trễ

sẽ là ty = 4tr riop Như vậy mạch đếm không đồng bộ có thời gian trễ rất lớn so với mạch đếm đồng bộ, đây là nhược điểm của mạch đếm không đồng bộ

Soth : Aguyén Lim ~.27 Gohd + Nguyén Dlutong Quang

Đề án tất nghiệp Mach diéu khién hé thing tdi ety tye động

nó vì Qx z Qy = Qc = Qụ = 0 nên khi này đầu vào JK của các FFp, FFc, FFp tức là

d= Qu =U Đến xung thứ hai thì J và K cla FF, = 1 va hai dau nay được nối

wi Q, cand va Ke 0, con PF, 46i trang thái từ Qạ = 0 lên

Qạ = 1 Óc và Qo vẫn giữ nguyễn trạng thái Ở xung thứ ba thi Qs, Qc, Qp không đổi rạng thải vì J và K của chúng bằng 0, Q¿ đối wang thái từ 0~— 1 (QA = 1, Qạ = 1), d xun g đếm thứ tư J và K của FFp bằng 0, còn J và K cla FFs, FFp, FFc đều bằng 1 nền chúng đổi trạng thái Qạ = 0, Q; = 0, Qc = 1, xung đếm thứ 17 thì Q, =

« _ Ưu điểm: Ít bị nhiễu so với mạch đếm không đồng bộ

« Nhược điểm: Đối với mạch đếm nhiều bit thì các mạch liên kết logic cho các đầu vào trở nên phức tạp

Soth : Nquyén Lim ~.22 Gokd + (fguyễn {Ofướơng thuang.

Dé én tét nghign

3 Mạch đếm BCD:

Mach diéu bhién he thing tabi ety tự động

Từ mạch đếm BCD này mà ta có thể hiểu được việc ma hod BCD

Bang trang thái:

% Trạng thái ra ngay sau khi có xung vào Số thập phân

Dé dn tét nghigp Mach diéu khidn hp thing uudi cây tee doug

Khi xung thứ 10 đưa vào thì Mạch tự động reset để ngõ ra bốn Flip Flop trở về trạng thái ban đâu (0000) Như vậy mạch đếm BCD chính là mạch đếm nhị phân 4 bit và ngõ ra được giới hạn ở số 1001 tức là số 9 thập phân

II MẠCH GHI:

Mỗi Flip Flop có hai trạng thái ổn định và ta có thể kích thích để tạo ra

các trạng thái như ý muốn Sau khi kích thích Flip Flop sẽ giữ trạng thái này cho đến khi nó bị buộc phải thay đổi Vì vậy ta bảo Flip Flop là mạch có tính nhớ hay mạch nhớ Nếu dùng nhiều Flip Flop ta có thể ghi nhiều dữ liệu (đã được mã hóa)

vào đỏ, những Flip Flop như vậy gọi là thanh ghi ĐỂ ghỉ n bit thông tin, người ta

ding ñ Php Flop, thanh ghi như vậy có dụng lượng n bít

Đựa vào phương pháp đưa dữ liệu vào mạch ta có các loại:

« Mạch ghi nói tiếp: Dữ liệu n bịt sẽ được dịch chuyển hoàn toàn vào thanh

phú sau n xung nhịp, môi xung nhịp sẽ ghí 1 bít váo thanh ghi Thanh ghi m bit chi chứa được m bịt của một hay nhiều dữ liệu nối tiếp nhau,

» Mạch ghi song song : Các bịt của một dữ liệu được đưa vào các Flip Flop

này thường phải dùng đầu vào điều khiến trực tiếp Sp, Ro

Dựa vào hức dịch chuyến sữ liệu trong thanh ghi ta có mạch ghi dịch

phải và mạch ghi dịch trái

Mạch ghi dịch là phân tử quan trọng trong các thiết bị số Ngoài nhiệm vụ ghi đã dữ liệu chúng còn thực hiện một số chức náng khác như mạch đếm đặc biệt, mạch tạo sóng dùng cho điều khiển mạch số

Dé an tétughi¢p Mach điều kiểu lệ thống tuổi cây tự động

GIGI THIEU MACH HEN GIO KET HOP VGI

VIỆC BÁO NGÀY, GIỜ

VÀ CÁC MẠCH TỔ HỢP LIÊN QUAN

LÔ GIỚTHIỆU MẠCH HẸN GIỜ 2

“Có nhiều cách để thiết kế và thí công một bộ phận hẹn giờ (đặt trước)

biết bị cơ khí, mạch tích hợp các ÍC đơn lẻ, dùng EPROM-RAM hay Ví

hiển Nếu dùng mạch tích hợp các IC đơn lẻ thì sử dụng các IC đếm chuyên dụng (counter) kết hợp với cống LOGIC đế có thể nhận được số đếm theo ý người

xử dung Nhưng với yêu cầu số đếm tương đối lớn thì việc sử dụng nhiều IC là cần

ye như thế thì board mạch sẽ lớn dán theo,, vậy giá thành sẽ tăng lên đồng thời độ phức tạp tăng cao mặc dù số lượng ÍC đếm còn tuỳ thuộc vào xung CLK ngõ vào Trong trường hợp thời gian hẹn là khá “nhiễn” thì xung ngõ vào phải có

chu kỳ làm việc là khá nhỏ và như thế phải dùng nhiều IC đếm (thay đổi về phần

cứng) nếu muốn tăng khoảng thời gian hẹn, ngược lại để tiết kiệm IC thì tần số xung ngõ vào sẽ được giảm xuống va diéu này sẽ tạo nên khó khăn khi muốn đặt khoảng thời gian hẹn nhỏ Vậy khi làm mạch hẹn giờ, báo giờ mà quyết định chọn 1C đếm đơn lẻ để thiết kế thì cũng có nghĩa là chấp nhận mức độ phức tạp mà chưa tính đến tính kinh tế và linh hoạt mà mạch có thể có được

Và nếu dùng EPROM và RAM để thay các IC đơn lẻ trên kích thước mạch và giá thành sẽ giảm đáng, kể Kích thước của EPROM-RAM không thay đôi _ theo dung lượng của chúng Ngoài ra khi muốn thay đổi cách đếm (đếm lên/xuống) thì chỉ việc cách viết lại chương trình mới nạp cho chúng (thay đổi về phân mềm) Việc thay đổi chương trình như thế sẽ đơn giản hơn rất nhiều so với việc sử dụng các IC đơn lẻ để ráp mach déng thời cũng giải quyết được vấn để đặt giờ hẹn (bằng cách “nạp” RAM) nhanh hơn, dễ dàng hơn

Kế đến nếu dùng Vi xử lý để làm mạch hẹn giờ (kết hợp báo ngày, giờ)

thì mạch sẽ gọn hơn, tiện dụng hơn nhưng cũng đắt tiền hơn Với Kít Vi xử lý điều

khiển người sử dụng có thể dễ dàng thay đổi chương trình hiển thị như cho đếm

(giờ hẹn) lên/xuống bằng cách nạp chương trình mới vào RAM, việc thay đổi

chương trình được thay đổi ngay trên Kit không phải tháo IC ra khỏi mạch Tuy nhiên, khi sử dụng Vi xử lý để làm mạch hẹn/báo ngày giờ thì giá thành mạch sẽ tăng lên rất nhiều so với việc dùng EPROM-RAM vì Kit Vi xử lý cần phẩi có EPROM lưu chương trình điều khiển cho Vi xử lý, các IC ngoại vi dùng cho công tắc, bàn phím, phần hiển thị các RAM để lưu chương trình Và mức độ phức tạp

Dé dn tét nghi¢n Mach diéu khién he théng trới cay, te động

sẽ tăng lên vì Vi xử lý xuất dữ liệu ra để hiển thị phải được điều khiển sau khi dữ

liệu được gửi qua IC ngoại vi

Qua một số phương án được trình bày ở trên thì việc dùng EPROM-RAM

để thiết kế và thi công một mạch điều khiển hệ thống tưới cây tự động đồng thời

kết hợp báo ngày/giờ và khi kết hợp với một số IC khác thì có thể đáp ứng được một số yêu cầu mà giá thành lại rẻ hơn rất nhiễu so với việc sử dung Kit Vi xt ly

đồng thời lại đơn giản hơn nếu mạch dùng các IC đơn lẻ

HH GIỚI THIỆU CÁC MẠCH TỔ HỢP (IC) LIÊN QUAN:

1 1C 4040B:

ÍC 4040B là bộ đếm nhị phân không đồng bộ gồm 12 tầng Flip-Flop, cả

12 ngõ ra này (O,< Oi¡) đều đã được đệm trước khi đưa ra ngoài

Chân MR (Master RescU tác động ở mức cao, khi MR tác động thì toan

bê các ngề ra của ÍC bị kéo xuống mức thấp bất chấp trạng thái của chân CP lúc

do

1C 4040B thường được dùng làm bộ chia tân số, được sử dụng trong các

mạch làm trễ hoặc để điều khiển sự hoạt động của các bộ đếm khác

§ở đồ chân của IC 4040B:

Chức năng các chân của IC 4040B như sau:

« Vọp, Vạs: hai chân cấp nguồn của IC Vpp n6i với nguồn đương, Vss nối

với nguồn âm Ở mạch này Vpp được nối đến +5V, Vss được nối với mass (OV) + CP: Clock Input, chân nhận xung của IC Để IC hoạt động được thì phải có xung đưa vào nó (vì bộ đếm thực chất là các bộ chia tần số nên bắt buộc phải có tần số ngõ vào mới lấy được tần số cẩn chia ở ngõ ra) IC 4040B hoạt động với

cạnh xuống của xung tác động: khi xung đưa vào IC chuyển từ trạng thái Logic cao

về trạng thái Logic thấp thì bộ đếm sẽ đếm lên một xung (hoặc tần số ở ngõ ra

được chia đôi thêm một lần nữa)

Soth : Uguyén Lam vt 26 ome Gok: Aguyén Dhuiong Quang

2

1R

“Đồ ám tốt nghiệp, Mach diéu khiéu he thing tdi ety tye dpug

+ MR: master reset input, chân này ding dé reset IC, tác động ở mức cao

Khi chân MR được đưa lên mức Logic cao thì IC 4040B bị reset làm toàn bộ các

ngõ ra của nó bị kéo xuống mức Logic thấp

+ Op ~ O¡¡ (Parallel Outputs): các ngõ ra song song của IC Không như, IC 4060B, các ngõ ra của IC 4040B được lấy ra một cách liên tục (không nhảy cấp), điều này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho người thiết kế mạch khi sử dụng nó

Sơ đỗ chức năng và sơ đồ mô tả hoạt động bên trong của IC 4040B:

Dé én tét nghigp Mach diéu khién he thing tudi cay tự động

IC 4040B có giản đồ thời gian như sau:

IC 4060 là một bộ đếm/bộ chia (Counter/Divider) nhị phân không đồng

bộ với 14 tầng Flip-Flop Mạch dao động của nó gồm 3 chân được nối ra ngoài là:

RS, Rạc, Cục; tất cả các ngõ ra (10 ngõ ra từ O;~O; và O¡¡~O¡;) đều được đệm sắn

từ bên trong trước khi đưa ra ngoài Quan trọng hơn hết là chân Master Reset (MR)

dùng để cấm mạch dao động làm việc và reset mạch đếm Khi chân MR ở mức Logic cao, nó sẽ reset mạch đếm làm tất cả các ngõ ra của bộ đếm đều ở mức Logic thấp, việc reset này hoàn toàn độc lập với các ngõ vào khác (bất chấp trạng thái Logic ở các ngõ vào còn lại) Và chức năng các chân như sau:

+ VDD, VSS: cung cấp nguồn cho IC (ở mạch này VDD được nối đến 5V,

VSS nối đến 0V)

Soth : Nguyen Lim wt 28 oe Gokd : Mquyén Dhutong Quang