Báo cáo môn học kĩ thuật số Đề tài mạch led trái tim

2.4 Điện trở 2.4.1 Giới thiệu Điện trở Resistor là một linh kiện điện tử thụ động với 2 tiếp điểm kết nối, chức năng dùng để điều chỉnh mức độ tín hiệu, hạn chế cường độ dòng điện chảy t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & ĐIỆN, ĐIỆN TỬ

Trương Nguyễn Hải Triều 2251050078

TP.HCM - 26/11/2024

MỨC ĐỘ HOÀN THÀNH CÔNG VIỆC

Họ và tên Phân công Mức độ hoàn thành

Trương Nguyễn Hải Triều Lựa chọn chủ đề và lắp ráp mô hình 100%

Đào Thị Kim Tuyên Lựa chọn báo cáo và lắp ráp mô hình 100%

Lê Minh Khoa Linh kiện sử dụng 100%

Đoàn Thị Thu My Tổng hợp nội dung 100%

LỜI MỞ ĐẦU

Ngành điện tử ngày càng phát triển, kéo theo những sản phẩm điện tử ngày càng phổbiến Với sự phát triển mạnh mẽ của vi điều khiển, chỉ cần một tác động nhẹ đủ làmcho các thiết bị được điều khiển một cách nhanh chóng

Với nhu cầu của con người để tạo ra những món quà tinh thần đặc biệt ý nghĩa, chúng

em đã quyết định thiết kế “Mạch LED trái tim” và đồng thời đặt nhiều tâm huyết vào

mô hình thực hành và cố gắng áp dụng những kiến thức đã học vào thực hành để hiểusâu hơn về những kiến thức đã học

Trong quá trình thực hiện đề tài này, nhóm may mắn khi nhận được nhiều sự hỗ trợ,giúp đỡ từ giảng viên hướng dẫn và các bạn học Cùng với đó nhóm cũng gặp không ítnhững khó khăn khi nguyên cứu lý thuyết và thực hành mô phỏng khi thiếu một số cáctrang thiết bị cũng như chất lượng linh kiện chưa được đảm bảo Vượt qua những khókhăn đó nhóm chúng em đã tìm cách giải quyết và cố gắng hoàn thành mô hình thựchành tốt nhất có thể

Cuối cùng, nhóm chúng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Đoàn VănĐổng đã hỗ trợ, hướng dẫn tận tình và tạo điều kiện cho nhóm hoàn thành bài báo cáothuận lợi

Nhóm thực hiện đề tài

Nhóm 1

MỤC LỤC

L I M Đ U Ờ Ở Ầ

PHẦN 1 LINH KIỆN SỬ DỤNG 4

PHẦN 2 LÝ THUYẾT 4

2.1 IC 4017 4

2.1.1 Giới thiệu 4

2.1.2 Thông số kỹ thuật 4

2.1.3 Hình dạng và sơ đồ chân 4

2.1.4 Chức năng 4

2.1.5 Nguyên lý hoạt động 5

2.2 IC 555 5

2.2.1 Giới thiệu 5

2.2.2 Thông số kĩ thuật 5

2.2.3 Hình dạng và sơ đồ chân 5

2.2.4 Chức năng 5

2.2.5 Nguyên lý hoạt động 5

2.3 Tụ điện 4.7uF 6

2.3.1 Giới thiệu 6

2.3.2 Chức năng 6

2.3.3 Hình dạng và sơ đồ chân 6

2.3.4 Nguyên lý hoạt động 6

2.4 Điện trở 51k 6

2.4.1 Giới thiệu 6

2.4.2 Cấu tạo 7

2.4.3 Chức năng 7

2.4.4 Nguyên lí hoạt động 8

2.5 Đèn LED 8

2.5.1 Giới thiệu 8

2.5.2 Hình dạng và sơ đồ chân 9

2.5.3 Nguyên lí hoạt động 9

2.6 Biến trở Volume 100k 10

2.6.1 Khái niệm 10

2.6.2 Cấu tạo của biến trở 10

2.6.3 Nguyên lí hoạt động 11

2.6.4 Ứng dụng 11

PHẦN 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ MẠCH LED TRÁI TIM 12

3.1 Mô hình ghép nối 12

3.2 Chương trình phần mềm: Proteus 12

3.3 Nguyên lý làm việc của toàn mạch……… 14

3.3.1 Các thành phần chính 15

3.3.2 Nguyên lý hoạt động 15

3.3.3 Điều chỉnh thời gian sáng/tắt của đèn 15

3.4 Đánh giá ưu/ nhược điểm……… 16

3.4.1 Ưu điểm 16

3.4.2 Nhược điểm 17

3.5 Sửa chữa, bảo dưỡng……… 18

3.6 Phạm vi ứng dụng 19

3.7 Hướng phát triển 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

clock và có 10 đầu ra Bộ đếm từ 0 đến 10 bằng

cách bật lần lượt 10 đầu ra của cạnh dương cùng

clock

2.1.2 Thông số kỹ thuật

o Điện áp hoạt động: 3V - 15V

o Dòng điện tiêu thụ: 10mA (ở mức 5V)

o Tốc độ hoạt động tối đa: 5MHz (tại 5V)

o Nhiệt độ làm việc: -55°C đến +125°C

2.1.3 Hình dạng và sơ đồ chân

IC 4017 có tổng cộng 16 chân, trong đó

chân 14 và chân 15 là chân nguồn, chân 1 là

đầu vào clock, chân 12 là đầu vào tham chiếu và chân 13 là đầu vào reset Các chân còn lại là các đầu ra của IC, với khả năng đếm từ 0 đến 10 hoặc 0 đến 9 tùy thuộc vào cách nói của chân clock và chân reset

2.1.4 Chức năng

IC 4017 có thể tạo ra các tín hiệu chuỗi, trong đó chỉ một trong mười chân đầu

ra sẽ có mức logic cao tại bất kỳ thời điểm nào Nó được sử dụng trong các ứng dụng

như đếm thời gian, phân chia tần số và tạo các tín hiệu đồng bộ.

2.1.5 Nguyên lý hoạt động

Khi có xung đồng hồ (Clock) vào chân CLK, IC sẽ đếm từ 0 đến 9 Sau mỗi xung đồng hồ, chân đầu ra tiếp theo sẽ được bật lên (High), trong khi các chân còn lại giữ ở mức thấp (Low)

2.2 IC 555

2.2.1 Giới thiệu

IC 555 là một IC rất phổ biến, được sử dụng rộng

rãi trong nhiều ứng dụng điện tử Nó có thể hoạt động

như một timer, tạo sóng vuông, hoặc làm bộ dao động

2.2.2 Thông số kĩ thuật

Thông số chuẩn của IC 555:

o Với nguồn điện áp đầu vào nằm trong dải từ 2 – 18V

o Dòng điện tiêu thụ: 6 – 15mA

o Công suất tiêu thụ lớn nhất (Pmax): 600mW

o Điện áp logic đầu ra ở mức cao (mức 1): 0.5 – 15V

o Điện áp logic đầu ra ở mức thấp (mức 0): 0.03 – 0.06V

o Chế độ monostable: Tạo tín hiệu xung đơn

o Chế độ astable: Tạo tín hiệu sóng vuông (có tần số)

o Chế độ bistable: Dùng như một bộ nhớ với hai trạng thái

2.2.5 Nguyên lý hoạt động

IC 555 hoạt động dựa trên hai transistor bên trong Khi một tín hiệu kích hoạt vào chân Trigger, nó sẽ thay đổi trạng thái đầu ra từ cao sang thấp hoặc ngược lại, tùy thuộc vào chế độ hoạt động

2.3 Tụ điện 4.7uF

2 3.1 Giới thiệu

Tụ điện 4.7uF 50V là tụ phân cực, có dung môi là

một lớp hóa chất Tụ điện 4.7uF 50V là tụ có hình

trụ, trị số được ghi trực tiếp trên thân tụ Sau trị số

điện dung bao giờ cũng có giá trị điện áp, điện áp

ghi trên tụ chính là điện áp cực đại mà tụ có thể

chịu được, vượt qua giá trị này thì lớp cách điện sẽ

 Tụ này có hai chân, thường là chân kim loại dài

 Tụ nhôm thường có hai chân:

o Chân dương (+): Chân dài hơn và có dấu hiệu hoặc vạch màu

(thường là vạch đen hoặc vạch chéo) trên thân tụ

o Chân âm (-): Chân ngắn hơn và thường là chân không có dấu hiệu

đặc biệt, nhưng có thể có đầu nối màu hoặc ghi chú “-” trên thân

2.3.4 Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của tụ 4.7µF 50V là lưu trữ điện tích khi điện áp được áp dụnggiữa hai bản cực của nó Khi tụ được nối vào mạch, điện tích sẽ di chuyển từ bản dương sang bản âm, tạo ra dòng điện trong mạch, và khi tụ phóng điện, nó sẽ trả lại điện tích đã lưu trữ Dung lượng 4.7µF cho phép tụ này lưu trữ một lượng điện tích nhỏ, và điện áp 50V xác định mức điện áp tối đa mà tụ có thể chịu mà không bị hỏng

2.4 Điện trở

2.4.1 Giới thiệu

Điện trở (Resistor) là một linh kiện điện tử thụ động với 2 tiếp điểm kết nối, chức năng dùng để điều chỉnh mức độ tín hiệu, hạn chế cường độ dòng điện chảy trong mạch, dùng để chia điện áp, kích hoạt các linh kiện điện tử chủ động như

transistor, tiếp điểm cuối trong đường truyền điện và có trong rất nhiều ứng dụng khác.

*Ký hiệu và hình dạng:

2.4.2 Cấu tạo

Điện trở cấu tạo từ những vật liệu có điện trở suất cao như làm bằng than, magie kim loại Ni-O2, oxit kim loại, dây quấn

Điện trở 100 ohm Điện trở 51K ohm

o Điện trở 100 ohm: là mức điện trở khá phổ biến, được dùng trong nhiều ứng dụng như bảo vệ mạch, điều chỉnh dòng điện hoặc tạo ra sự phân chia điện áp

o Điện trở 51K ôm: là một mức điện trở khá lớn so với các điện trở có giá trị nhỏ như 100 ohm hay 1k ohm Điện trở 51k ohm có thể dùng trong các mạch yêu cầu sự cản trở dòng điện lớn hơn, như trong các mạch phân chia điện áp hoặc các mạch điều khiển tín hiệu

2.4.3 Chức năng

Điện trở 100 ohm:

 Để giới hạn dòng điện trong mạch.

 Để tạo ra điện áp phân chia giữa các linh kiện trong mạch

 Để bảo vệ các linh kiện khỏi dòng điện quá lớn

Điện trở 51k ohm: được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh dòng điện, phân chia điện áp, hoặc làm mạch tín hiệu Giá trị lớn của nó làm cho nó thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu mức cản trở cao, ví dụ như mạch điều khiển tín hiệu, mạch khuếch đại, hoặc phân chia điện áp

2.4.4 Nguyên lí hoạt động

Điện trở 100 ohm:

 Điện trở này có giá trị nhỏ, chỉ 100 ohm, vì vậy nó sẽ cản trở dòng điện ít

hơn khi so với điện trở có giá trị lớn hơn

 Nếu mạch điện có điện áp cố định, điện trở 100 ohm sẽ cho phép dòng điện

đi qua với cường độ lớn hơn so với điện trở có giá trị cao hơn (như 51k

ohm) Điều này có nghĩa là điện trở 100 ohm sẽ giới hạn ít dòng điện hơn.

 Ứng dụng: Thường dùng trong các mạch cần dòng điện lớn hoặc khi muốn

tạo ra ít cản trở, ví dụ trong mạch tải nhẹ hoặc để bảo vệ các linh kiện khỏi dòng điện quá mạnh

Điện trở 51k ohm:

 Điện trở 51k ohm có giá trị rất lớn so với điện trở 100 ohm, tức là nó sẽ cản

trở dòng điện rất nhiều hơn

 Khi mạch có điện áp cố định, điện trở 51k ohm sẽ giới hạn dòng điện rất

nhỏ, cho phép dòng điện đi qua mạch chỉ một lượng nhỏ, do điện trở lớn sẽ

tạo ra sự cản trở mạnh

 Ứng dụng: Thường được sử dụng trong các mạch phân chia điện áp, các

mạch điều chế tín hiệu, hoặc trong các mạch yêu cầu dòng điện rất nhỏ để điều khiển các linh kiện nhạy cảm, như trong các mạch khuếch đại hoặc mạch đo lường

Cả điện trở 100 ohm và 51k ohm đều hoạt động theo nguyên lý cản trở dòng

điện Sự khác biệt giữa chúng nằm ở giá trị điện trở: điện trở 100 ohm cho phép

dòng điện đi qua nhiều hơn, trong khi điện trở 51k ohm cản trở dòng điện nhiều hơn Tùy vào yêu cầu của mạch, chúng ta sẽ chọn điện trở phù hợp để điều khiển dòng điện và điện áp một cách hiệu quả

2.5 Đèn LED

2.5.1 Giới thiệu

Là viết tắt 3 chữ cái đầu tiên của

cụm từ Light-Emitting-Diode, có

nghĩa là đi ốt phát quang Hiểu một

cách đơn giản nhất, LED là một thiết bị

bán dẫn phát ra ánh sáng khi có dòng

điện chạy qua nó

Ánh sáng được tạo ra khi các hạt mang dòng điện (được gọi là electron và lỗtrống) kết hợp với nhau trong vật liệu bán dẫn Quá trình này giải phóng năng lượngdưới dạng ánh sáng Tùy theo mức độ năng lượng giải phóng là cao hay thấp mà màusắc ánh sáng phát ra sẽ khác nhau Đèn LED chiếu sáng được là nhờ chip LED này

2.5.2 Hình dạng và sơ đồ chân

Hình dạng: Thường là hình trụ

hoặc hình chữ nhật, có thể có kích

thước và chiều cao khác nhau

Sơ đồ chân: LED DIP thường

có hai chân, một chân dài hơn để biểu

diễn anốt (+) và một chân ngắn hơn để

biểu diễn cathod (-)

2.5.3 Nguyên lí hoạt động

- Dựa trên công nghệ bán dẫn:

Hoạt động của LED giống với nhiều loại điốt bán dẫn Khối bán dẫn loại p chứa nhiều loại 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 chuyển động khuyếch tánsang 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 hường kết hợp với 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)

- Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát

khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau) Mức năng lượng (và màu sắc củaLED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn

- LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn diode thông thường, trong

khoảng 1,5 đến 3V Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao Do đóLED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra

2.6 Biến trở Volume 100k

2.6.1 Khái niệm

Biến trở 100k là một linh kiện điện tử có khả năng

điều chỉnh giá trị điện trở trong một phạm vi nhất định, với

giá trị tối đa là 100k ohm (100,000 ohm) Biến trở là một

loại điện trở điều chỉnh được, cho phép người sử dụng

thay đổi giá trị của điện trở để điều khiển dòng điện, điện

áp hoặc các đặc tính khác của mạch điện

2.6.2 Cấu tạo của biến trở

Biến trở có cấu tạo gồm 3 bộ phận chính:

 Biến trở 100k thường có ba chân: một chân nối vào mạch điện, một chân nối với đất (hoặc điện áp tham chiếu), và một chân còn lại kết nối với một phần tử thay đổi

điện trở, thường là một cần điều chỉnh (có thể là vặn tay hoặc điều khiển điện tử).

 Thân biến trở chứa một dải vật liệu có điện trở thay đổi được, và một phần tử di

động (thường là một gạt hoặc dây dẫn có thể di chuyển trên bề mặt vật liệu điện

trở) điều chỉnh giá trị điện trở

2.6.3 Nguyên lí hoạt động

 Khi người sử dụng điều chỉnh cần điều khiển (hoặc vòng xoay), phần tử di động thay đổi vị trí trên dải điện trở, từ đó làm thay đổi giá trị điện trở giữa các chân của biến trở

 Khi giá trị điện trở thay đổi, nó ảnh hưởng đến dòng điện đi qua mạch và cóthể điều chỉnh các thông số như điện áp, tần số, hoặc các đặc tính của tín hiệu trong mạch

2.6.4 Ứng dụng của biến trở 100k

Biến trở 100k có rất nhiều ứng dụng trong các mạch điện tử, đặc biệt là trong các mạch cần điều chỉnh hoặc thay đổi giá trị điện trở:

1 Điều chỉnh âm lượng: Biến trở 100k thường được sử dụng trong các mạch

âm thanh (như trong radio, ampli, hoặc hệ thống âm thanh) để điều chỉnh mức độ âm lượng Dòng điện trong mạch sẽ thay đổi khi giá trị điện trở thay đổi, từ đó điều chỉnh mức độ tín hiệu âm thanh

2 Điều chỉnh độ sáng của đèn: Trong các mạch điều khiển độ sáng đèn

(dimmer), biến trở 100k có thể được sử dụng để thay đổi mức độ ánh sáng bằng cách điều chỉnh dòng điện qua đèn

3 Mạch điều chỉnh tần số: Biến trở 100k có thể được sử dụng trong các mạch

dao động hoặc mạch lọc để điều chỉnh tần số của tín hiệu

4 Điều chỉnh điện áp: Trong các mạch nguồn hoặc mạch điện áp tham chiếu,

biến trở 100k có thể được dùng để điều chỉnh điện áp đầu ra theo yêu cầu

5 Thử nghiệm và hiệu chỉnh mạch: Trong các mạch thử nghiệm hoặc mạch

hiệu chỉnh, biến trở 100k cho phép kỹ sư thay đổi giá trị điện trở để điều chỉnh hoặc kiểm tra các đặc tính của mạch

PHẦN 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ MẠCH LED TRÁI TIM

3.1 Mô hình ghép nối

3.2 Chương trình phần mềm: Proteus

* Sơ đồ mạch nguyên lý:

*

Mạch PCB:

3.3 Nguyên lý làm việc của toàn mạch

Sau khi chạy:

 LED (D1-D8): Các đèn LED này được kết nối với các chân đầu ra của IC 4017

để hiển thị quá trình đếm Mỗi lần IC 555 tạo ra một xung, một LED sẽ sáng lên theo thứ tự, tạo hiệu ứng ánh sáng chuyển động qua lại

3.3.2 Nguyên lý hoạt động

 Tạo xung clock (IC 555):

 Khi mạch được cấp nguồn 9V, IC 555 bắt đầu dao động ở chế độ astable, tạo

ra các tín hiệu xung vuông tại chân OUT (chân 333)

 Các thông số R1, R2, VR1, và C1 quyết định tần số dao động, tức là tốc độ các LED sáng lần lượt Người dùng có thể điều chỉnh VR1 để thay đổi tốc độsáng tuần tự

 Đếm xung và điều khiển LED (IC 4017):

 Tín hiệu xung từ chân 333 của IC 555 được đưa vào chân CLK (chân 14) của

IC 4017

 IC 4017 sẽ đếm các xung và kích hoạt lần lượt các đầu ra Q0 đến Q9

 Hoạt động của LED:

 Các chân đầu ra Q0 → Q5 (chân 3, 2, 4, 7, 10, 1 của IC 4017) được nối với các LED (D1 → D12)

 Khi một chân Q được kích hoạt (ở mức cao HIGH), LED tương ứng sẽ sáng

 Khi xung clock tiếp theo đến, IC 4017 chuyển sang chân Q tiếp theo, làm LED tiếp theo sáng và LED trước đó tắt

 Hiệu ứng sáng: Quá trình lặp đi lặp lại theo thứ tự: D1 → D2 → D3 → D4

→ D5 → D6, rồi quay lại từ đầu

3.3.3 Điều chỉnh thời gian sáng/tắt của đèn

Điều chỉnh bằng biến trở RV1:

 RV1 cho phép thay đổi giá trị điện trở trong mạch

 Khi tăng giá trị RV1, thời gian mức cao sẽ tăng, làm giảm tần số dao động, khiến đèn LED sáng/tắt chậm hơn

 Ngược lại, khi giảm giá trị RV1, tần số dao động tăng, đèn LED sẽ sáng/tắt nhanh hơn

Thay đổi tụ C1, R1:

Để điều chỉnh thời gian sáng/tắt, bạn có thể thay đổi giá trị của R1 và C1 trong mạch IC 555 Càng giá trị R1 và C1 lớn, thời gian sáng/tắt càng lâu Điều này sẽ làm cho các LED sáng lâu hơn và ngược lại

 Khi bạn tăng giá trị của R1 và C1, chu kỳ xung của IC 555 sẽ dài hơn, từ đó thời

gian sáng/tắt của các LED cũng sẽ lâu hơn

 Khi bạn giảm giá trị của R1 và C1, chu kỳ xung của IC 555 sẽ ngắn hơn, và thời

gian sáng/tắt của LED sẽ nhanh hơn

3.4 Đánh giá ưu/ nhược điểm

3.4.1 Ưu điểm

. Dễ dàng xây dựng và hiểu:

 IC 555 và IC 4017 là hai IC phổ biến và dễ sử dụng, với giá thành thấp và dễdàng tìm thấy trên thị trường

 Mạch sử dụng chúng rất đơn giản, chỉ cần một vài linh kiện cơ bản (điện trở,

tụ điện, LED) để tạo ra hiệu ứng ánh sáng đẹp mắt

Điều chỉnh dễ dàng:

 Việc sử dụng biến trở (VR) trong mạch giúp người dùng dễ dàng điều chỉnh

thời gian sáng và tắt của các LED, giúp thay đổi hiệu ứng ánh sáng một cách linh hoạt

 Điều này rất hữu ích khi bạn muốn điều chỉnh thời gian nhấp nháy hoặc thời gian sáng/tắt của các LED theo sở thích cá nhân

Hiệu ứng ánh sáng đẹp mắt:

 Mạch LED trái tim sử dụng IC 555 và IC 4017 tạo ra hiệu ứng ánh sáng sáng

và tắt của các LED theo chu kỳ, tạo cảm giác "chớp nháy" rất thú vị, thích hợp cho các dự án trang trí ánh sáng, quà tặng DIY, hay hiệu ứng ánh sáng nghệ thuật

Độ ổn định tương đối cao:

 Cả IC 555 và IC 4017 đều rất ổn định và ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện áp, điều này giúp mạch hoạt động ổn định trong thời gian dài mà không gặp phải

sự cố nhiều

Tiết kiệm chi phí:

 Các linh kiện như IC 555, IC 4017 và LED đều có giá thành rất thấp, giúp giảm chi phí cho các dự án DIY hoặc các ứng dụng không yêu cầu quá nhiềutính năng phức tạp