Nghiên cứu và thiết kế mạch Đèn giao thông sử dụng ic555

Do sử dụng các linh kiệnchính trong mạch là IC số nên mạch chỉ có thể mô tả lại được 1 chế độ duy nhất thời gian hiển thị không thay đổi được sau khi thiết đặt so với nhiều chế độ củamộ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT - HÀN

KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO GIỮA KÌ

Môn học: Thiết kế mạch điện tử với sự trợ giúp của máy

tính

TÊN ĐỀ TÀI Nghiên cứu và thiết kế mạch đèn giao thông sử dụng

IC555

Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Hiếu

Lương Vũ Bảo Duy

Giảng viên hướng dẫn : TS Vương Công Đạt

Đà Nẵng, tháng 11 năm 2023

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Đà Nẵng tháng 11 năm 2023,

Giáo viên hướng dẫn

TS Vương Công Đạt

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Vương Công Đạt về sự hướng dẫn tận tình

và hỗ trợ nhiệt tình trong quá trình làm đề tài

Trong suốt thời gian thực tập, em đã được thầy chỉ dẫn cách thức làm việc chuyênnghiệp, cách tiếp cận vấn đề một cách khoa học và phù hợp, từ đó giúp em nâng cao

kỹ năng và hiểu biết trong lĩnh vực của mình

Ngoài ra, thầy cũng đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình thực hiện đề tài,đồng thời cũng giúp em rèn luyện được kỹ năng làm việc nhóm và tư duy độc lập

Em sẽ luôn ghi nhớ những kiến thức và kinh nghiệm mà thầy đã truyền đạt, và sẽ cốgắng áp dụng trong học tập và cuộc sống của mình

Đà Nẵng, tháng 05 năm 2023Sinh viên

Đỗ Hữu Hiếu Lương Vũ Bảo Duy

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU···VII

1 Giới thiệu··· vii

2 Mục tiêu của đề tài···viii

3 Nội dung và kế hoạch thực hiện···viii

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG IC 555···1

1.1 Tổng quan về đề tài··· 1

1.1.1 Giới thiệu về mạch đèn giao thông···1

1.1.2 Tổng quan về IC555···1

1.1.3 Các linh kiện điện tử sử dụng trong mạch···1

1.1.4 Sơ đồ chân IC555···3

1.1.5 Công thức tính tần số điều chế độ rộng xung IC555···5

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH···6

2.1 Sơ đồ khối··· 6

2.2 Sơ đồ mạch··· 7

2.3 Chức năng của từng khối trong sơ đồ mạch và chức năng của các linh kiện trong các khối··· 7

2.3.1 Khối nguồn···7

2.3.2 Khối tạo xung···7

2.3.3 Khối đếm···8

2.3.4 Khối giải mã···8

2.3.5 Khối hiển thị···8

2.4 Hình ảnh mạch in···8

2.5 Phần mềm vẽ mạch···9

2.5.1 Phần mềm Protetus···9

2.5.2 Phần mềm Altium···10

2.4.1 Nguyên lí hoạt động···11

CHƯƠNG III: NHỮNG HẠN CHẾ VÀ ĐỀ TIẾN CẢI XUẤT···11

3.1 Hạn chế··· 12

3.2 Đề xuất và cải tiến···12

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.2: IC555 1

Hình 1.3: Điện trở 2

Hình 1.4: Tụ điện 2

Hình 1.5: Các loại led 3

Hình 1 6: Sơ đồ chân IC555 3

Hình 2 1: Hình ảnh sơ đồ khối 6

Hình 2 2: Hình ảnh sơ đồ mạch 7

Hình 2 3: Sơ đồ mạch in trên protetus 8

Hình 2.4 : Phần mềm proteus 9

Hình 2.5 : Phần mềm Altium Designer 10

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Bảng phân chia kế hoạch thực hiện viii

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu

Mạch đèn giao thông dùng IC số mô tả lại cách thức hoạt động của một trụ đèn giaothông ngoài thực tế với 3 đèn hiệu lệnh ( xanh, đỏ, vàng) Do sử dụng các linh kiệnchính trong mạch là IC số nên mạch chỉ có thể mô tả lại được 1 chế độ duy nhất( thời gian hiển thị không thay đổi được sau khi thiết đặt ) so với nhiều chế độ củamột trụ đèn giao thông thực tế

2 Mục tiêu của đề tài

Vấn đề về an toàn giao thông là một trong những vấn đề quan trọng của mỗi quốcgia trên thế giới Đặc biệt là ở Việt Nam, một quốc gia có lượng phương tiện vàmạng lưới giao thông dày đặc Do đó việc điều tiết giao thông là vô cùng cần thiết

Vì vậy việc sử dụng các trụ đèn giao thông tại các con đường hiện nay được xemlà

phương pháp tối ưu nhất để 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

3 Nội dung và kế hoạch thực hiện

a) Nội dung

Nội dung của đề tài bao gồm các công việc sau:

 Tìm hiểu về mạch đèn giao thông, các module phần cứng và phần mềm hỗ trợ

 Nghiên cứu và lựa chọn các ứng dụng điện tử cần phát triển trên bo mạch

 Kiểm tra và đánh giá kết quả thực nghiệm

 Viết báo cáo và thuyết trình kết quả đề tài

b) Kế hoạch thực hiện

Kế hoạch thực hiện của đề tài được phân chia thành các giai đoạn sau:

Vẽ mạch nguyên lí và mạch in Đỗ Hữu Hiếu

Mua linh kiện Lương Vũ Bảo DuyLắp ráp mạch Lương Vũ Bảo Duy

Làm báo cáo Đỗ Hữu Hiếu

Bảng 1 Bảng phân chia kế hoạch thực hiện

 Danh sách các linh kiện và chức năng của từng linh kiện

 Tìm hiểu và vẽ mạch đèn giao thông với IC555

Chương 3 Kiến nghị và kết luận Chương này sẽ đề cập một số cải tiến và giải

pháp

Cuối cùng là Kết luận và Tài liệu tham khảo

<Thiết kế mạch đèn giao thông>

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG

DÙNG IC 555 1.1 Tổng quan về đề tài

1.1.1 Giới thiệu về mạch đèn giao thông

Mạch đèn giao thông là một ứng dụng phổ biến của vi điều khiển trong lĩnh vực giaothông đô thị Mục đích chính của mạch này là điều khiển hoạt động của đèn giao thôngtại các ngã tư, đảm bảo an toàn và sắp xếp giao thông hiệu quả

IC555 là một loại vi mạch tích hợp dựa trên nguyên tắc của bộ đếm và máy tạo xung

Nó bao gồm các thành phần như bộ so sánh điện áp, bộ chia tần số và bộ tạo xung.IC555 có thể hoạt động ở ba chế độ chính: chế độ tạo xung, chế độ đếm và chế độdạng sóng

IC555 là một thành phần quan trọng trong mạch đèn giao thông và được sử dụngrộng rãi vì tính linh hoạt và khả năng điều khiển chính xác của nó IC555 có thể đượccấu hình để tạo ra các xung tín hiệu với chu kỳ và thời gian xung có thể điều chỉnh,điều này rất hữu ích trong việc điều khiển hoạt động của đèn giao thông

IC555 có thể được cấu hình để hoạt động ở chế độ tạo xung, trong đó nó tạo ra mộtchuỗi các xung tín hiệu với chu kỳ và thời gian xung điều chỉnh Chế độ này cho phépđiều chỉnh thời gian hoạt động và thời gian nghỉ của đèn giao thông, giúp tạo ra cácmẫu đèn giao thông khác nhau như đèn xanh, đèn đỏ và đèn vàng

1.1.3 Các linh kiện điện tử sử dụng trong mạch

Dưới đây là các linh kiện thành cấu tạo nên bo mạch Z12/EV B8051 bao gồm :

 IC 555

IC 555 là loại IC số được dùng khá phổ biến trong các mạch điện tử với rất nhiềuứng dụng như tạo xung, đóng cắt,…

Hình 1.1: IC555 Khoa Kĩ thuật máy tính và điện tử – Lớp 21CE1

< Thiết kế mạch đèn giao thông >

< Thiết kế mạch đèn giao thông >

 Led

LED ( viết tắt từ Light Emitting Diode) là loại diode có khả năng đặc biệt phát raánh sáng Ánh sáng mà diode phát ra có thể có nhiều màu khác nhau tuỳ thuộc vàochất liệu hoá học trong LED

Hình 1.4: Các loại led

1.1.4 Sơ đồ chân IC555

Hình 1 5: Sơ đồ chân IC555

Chân 1 (GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là chânchung

Chân 2 (TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được dùngnhư 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp Mạch so sánh ở đây dùng các transitorPNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc

Chân 3 (OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic Trạng thái của tínhiệu ra được xác định theo mức 0 và 1 1 ở đây là mức cao nó tương ứng với gần bằngVCC và mức 0 tương đương với 0V nhưng mà trong thực tế mức 0 này không được0V mà nó trong khoảng từ (0.35 ->0.75V)

Khoa Kĩ thuật máy tính và điện tử – Lớp 21CE1

< Thiết kế mạch đèn giao thông >

Chân 4 (RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số 4 nối mass thì ngõ ra

ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áptrên chân 2 và 6.Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân nàylên VCC

Chân 5 (CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND Chân này cóthể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ chođiện áp chuẩn được ổn định

Chân 6 (THRESHOLD): là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác vàcũng được dùng như 1 chân chốt

Chân 7 (DISCHAGER): có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu điều khiểnbởi tầng logic của chân 3 Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại, ngược lạithì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng daođộng

Chân 8 (VCC): chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động Không có chân này coinhư IC không hoạt động

Khoa Kĩ thuật máy tính và điện tử – Lớp 21CE1

< Thiết kế mạch đèn giao thông >

1.1.5 Công thức tính tần số điều chế độ rộng xung IC555

Nhìn vào sơ đồ mạch trên ta có thể tính tần số, độ rộng xung :

Tần số của tín hiệu đầu ra :

< Thiết kế mạch đèn giao thông >

< Thiết kế mạch đèn giao thông >

Khối nguồn có chức năng cung cấp điện áp cho toàn bộ mạch hoạt động Do mạch

đồ án cần sử dụng nguồn điện áp 5V DC để hoạt động được nên ta sử dụng bộ biến

áp để giảm điện áp từ 220V AC xuống còn 6V AC, sau đó đi qua cầu diode đểchuyển từ AC sang DC, ở ngõ ra ta sẽ thu được điện áp xấp xỉ 5V do điện áp được

ổn định bởi IC ổn áp 7805

2.3.2 Khối tạo xung

Khối tạo xung sử dụng IC 555 để tạo ra các xung tín hiệu với chu kỳ và thời gian xung

có thể điều chỉnh

Khoa Kĩ thuật máy tính và điện tử – Lớp 21CE1

< Thiết kế mạch đèn giao thông >

IC 555 được cấu hình ở chế độ tạo xung để tạo ra các xung tín hiệu điều khiển hoạtđộng của đèn giao thông

Chân TRIG và THRES của IC 555 được kết nối để tạo ra xung tín hiệu điều khiển

2.3.3 Khối đếm

Khối đếm được sử dụng để đếm số lượng xung tín hiệu từ khối tạo xung

Nó có thể sử dụng một bộ đếm đơn giản như bộ đếm ở chế độ đếm lên hoặc đếmxuống để đếm số xung tín hiệu và kiểm soát hoạt động của đèn giao thông

2.3.4 Khối giải mã

Khối giải mã nhận các tín hiệu từ khối đếm và dịch mã chúng thành các tín hiệu dùng

để kiểm soát các đèn giao thông

Nó có thể sử dụng bộ giải mã đơn giản như bộ giải mã 2 đến 4 hoặc bộ giải mã 3 đến 8

để tạo ra các tín hiệu điều khiển cho các đèn giao thông

Hình 2 3: Sơ đồ mạch in trên protetus

Khoa Kĩ thuật máy tính và điện tử – Lớp 21CE1

< Thiết kế mạch đèn giao thông >

Các tính năng chính của phần mềm Proteus :

Thiết kế mạch in (PCB): Phần mềm Proteus cung cấp một môi trường thiết kế PCBtrực quan và dễ sử dụng Người dùng có thể tạo các PCB từ đầu hoặc sử dụng các mẫuPCB có sẵn

Mô phỏng vi mạch điện tử (IC): Phần mềm Proteus cung cấp một thư viện phong phúcác IC để mô phỏng Người dùng có thể mô phỏng các mạch điện tử sử dụng các ICnày để kiểm tra tính chính xác và hiệu suất của mạch

Mô phỏng thời gian thực (real-time simulation): Phần mềm Proteus hỗ trợ mô phỏngthời gian thực Người dùng có thể xem cách mạch hoạt động trong thời gian thực

Mô phỏng đa nền tảng (multi-platform simulation): Phần mềm Proteus có thể được

sử dụng trên nhiều nền tảng khác nhau, bao gồm Windows, macOS, và Linux

Khoa Kĩ thuật máy tính và điện tử – Lớp 21CE1

< Thiết kế mạch đèn giao thông >

2.5.2 Phần mềm Altium

Hình 2.5 : Phần mềm Altium Designer Altium Designer là một phần mềm thiết kế mạch điện tử tích hợp (EDA) được pháttriển bởi Altium Limited Phần mềm này cung cấp một môi trường hoàn chỉnh để thiết

kế, mô phỏng, và sản xuất các mạch điện tử

Các tính năng chính của phần mềm Altium Designer :

 Thiết kế mạch nguyên lý: Phần mềm Altium Designer cung cấp một môi trườngthiết kế mạch nguyên lý trực quan và dễ sử dụng Người dùng có thể tạo cácmạch nguyên lý từ đầu hoặc sử dụng các mẫu mạch nguyên lý có sẵn

 Thiết kế mạch in: Phần mềm Altium Designer cung cấp một môi trường thiết kếmạch in mạnh mẽ và linh hoạt Người dùng có thể tạo các mạch in từ đầu hoặc

sử dụng các mẫu mạch in có sẵn

 Mô phỏng mạch điện tử: Phần mềm Altium Designer cung cấp một môi trường

mô phỏng mạch điện tử mạnh mẽ và chính xác Người dùng

 Sản xuất mạch điện tử: Phần mềm Altium Designer cung cấp các tính năng để

hỗ trợ sản xuất các mạch điện tử Người dùng có thể tạo các file Gerber để gửiđến nhà sản xuất mạch in có thể mô phỏng các mạch điện tử để kiểm tra tínhchính xác và hiệu suất của mạch

Khoa Kĩ thuật máy tính và điện tử – Lớp 21CE1

< Thiết kế mạch đèn giao thông >

2.4.1 Nguyên lí hoạt động

IC đếm 4017 là một IC đếm thập phân CMOS 16 chân IC có 10 chân đầu ra (Q0 đếnQ9), mỗi chân sẽ ở mức cao khi IC đếm đến số tương ứng Chân Q0 luôn ở mức caokhi IC không hoạt động

Đèn LED

Đèn LED là một loại diode phát sáng Đèn LED có hai cực, cực âm (cathode) và cựcdương (anode) Khi cấp điện áp dương cho cực anode và điện áp âm cho cực cathode,đèn LED sẽ phát sáng

Diode bảo vệ

Diode bảo vệ được mắc nối tiếp với đèn LED để bảo vệ đèn khỏi dòng điện ngược.Khi điện áp ngược được cấp cho đèn LED, diode bảo vệ sẽ dẫn điện và ngăn dòng điệnngược đi qua đèn LED

sẽ lặp lại

Sự chuyển đổi trạng thái của đèn LED được điều khiển bởi các chân đầu ra của ICđếm 4017 Khi chân Q0 ở mức cao, đèn LED màu đỏ và đèn LED màu vàng sẽ sáng.Khi chân Q1 ở mức cao, đèn LED màu đỏ sẽ sáng Khi chân Q2 ở mức cao, đèn LEDmàu vàng sẽ sáng Khi chân Q3 ở mức cao, đèn LED màu xanh sẽ sáng

Thời gian đèn giao thông sáng

Thời gian đèn giao thông sáng được xác định bởi giá trị của điện trở R2 Điện trở R2càng lớn thì thời gian đèn giao thông sáng càng lâu

]

Khoa Kĩ thuật máy tính và điện tử – Lớp 21CE1

< Thiết kế mạch đèn giao thông >

CHƯƠNG III: NHỮNG HẠN CHẾ VÀ ĐỀ TIẾN CẢI XUẤT3.1 Hạn chế

Mạch đèn giao thông sử dụng IC 555 có thể gặp một số hạn chế và cần được cải tiến

và cải xuất để tăng tính linh hoạt và hiệu quả Dưới đây là một số hạn chế và đề xuấtcải tiến cho mạch này:

Hạn chế:

Giới hạn độ chính xác: IC 555 có độ chính xác hạn chế trong việc điều chỉnh thờigian chu kỳ xung Điều này có thể làm giảm độ tin cậy và độ chính xác của mạch đèngiao thông

Khả năng mở rộng hạn chế: Mạch đèn giao thông sử dụng IC 555 có thể gặp khókhăn trong việc mở rộng để kiểm soát nhiều đèn giao thông hoặc các tình huống đặcbiệt khác

Không linh hoạt trong việc điều chỉnh: IC 555 không cho phép điều chỉnh linh hoạtcủa thời gian chu kỳ xung trong quá trình hoạt động Điều này có thể làm hạn chế khảnăng tùy chỉnh mạch đèn giao thông theo nhu cầu cụ thể

3.2 Đề xuất và cải tiến

Sử dụng vi điều khiển: Thay vì sử dụng IC 555 đơn giản, một vi điều khiển nhưArduino có thể được sử dụng để cung cấp tính linh hoạt và khả năng lập trình chomạch đèn giao thông Điều này cho phép tùy chỉnh dễ dàng của các thời gian chu kỳxung và quyết định điều khiển đèn giao thông dựa trên các tình huống cụ thể

Sử dụng bộ đếm và giải mã linh hoạt: Sử dụng các bộ đếm và bộ giải mã linh hoạt và

mở rộng để kiểm soát nhiều đèn giao thông và tạo ra các trạng thái đèn phức tạp hơn

Cải thiện độ chính xác: Sử dụng các thành phần và phương pháp chính xác hơn đểtăng độ chính xác của thời gian chu kỳ xung

Sử dụng giao tiếp không dây: Sử dụng công nghệ không dây như Bluetooth hoặc

Wi-Fi để thiết lập giao tiếp giữa các mạch đèn giao thông và các trung tâm điều khiển.Điều này tạo ra khả năng điều khiển từ xa và tương tác linh hoạt hơn

Sử dụng cảm biến và logic thông minh: Sử dụng cảm biến và logic thông minh đểphát hiện và phản ứng với các tình huống giao thông thay vì chỉ dựa trên thời gian chu

kỳ cố định

Tổng quan, việc sử dụng IC 555 trong mạch đèn giao thông có những hạn chế, nhưng

có thể được cải tiến và cải xuất bằng cách sử dụng các công nghệ và phương pháp mới

để tăng tính linh hoạt, độ chính xác và hiệu quả của mạch

Khoa Kĩ thuật máy tính và điện tử – Lớp 21CE1

< Thiết kế mạch đèn giao thông >

Khoa Kĩ thuật máy tính và điện tử – Lớp 21CE1