Báo cáo thiết kế mạch Điện tử với sự trợ giúp của máy tính Đề tài thiết kế mạch nhấp nháy led sử dụng ic ne555

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀTRUYỀN THÔNG VIỆT – HÀN KHOA KĨ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ BÁO CÁO THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH NHẤP NHÁY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ

TRUYỀN THÔNG VIỆT – HÀN

KHOA KĨ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ VỚI SỰ

TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH NHẤP NHÁY LED SỬ

DỤNG IC NE555

Sinh viên thực hiện: Trần Văn Quốc Đạt – 21CE077

Giảng viên hướng dẫn: TS Vương Công Đạt

Đà Nẵng, tháng 11, năm 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ

TRUYỀN THÔNG VIỆT – HÀN

KHOA KĨ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ VỚI SỰ

TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH NHẤP NHÁY LED SỬ

DỤNG IC NE555

Sinh viên thực hiện: Trần Văn Quốc Đạt – 21CE077

Giảng viên hướng dẫn: TS Vương Công Đạt

Đà Nẵng, tháng 11, năm 2023

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Vương Công Đạt Trong quá trình học tập và tìm hiểu bộ môn Thiết kế mạch điện tử với sự trợ giúp của máy tính, chúng em đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy, bên cạnh đó còn có sự trợ giúp của các anh trợ giảng đã giúp em hoàn thiện báo cáo môn học này

Có lẽ kiến thức là vô hạn mà sự tiếp nhận kiến thức của bản thân mỗi người luôn tồn tại những hạn chế nhất định Do đó, trong quá trình hoàn thành bài tiểu luận, chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Bản thân em rất mong nhận được những góp ý đến từ cô để bài báo cáo của nhóm em được hoàn thiện hơn

Xin trân trọng cảm ơn!

3

PHẦN MỞ ĐẦU

Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, việc tự động hoá thiết kế các mạch điện tử đóng một vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển kỹ thuật tính toán Từ những năm 50 của thế kỷ 20, quá trình phát triển kỹ thuật điện tử đã trải qua nhiều giai đoạn: từ những bóng đèn điện tử đến những bóng bán dẫn, qua những mạch tích hợp nhỏ tới những mạch tích hợp với mức độ lớn và siêu lớn Những mạch tích hợp loại này có thể chứa hàng triệu linh kiện bán dầu trên một mạch Việc thiết kế những mạch với độ tích hợp lớn và siêu lớn không thể thuộc hiện một cách thủ công, mà phải có sự giúp đỡ của máy tính

NHẬN XÉT (Nhận xét của giảng viên hướng dẫn)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Đà Nẵng, ngày … tháng 8 năm 2023

Ký tên

5

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7

1.1 Linh kiện dùng trong mạch 7

1.2 Chức năng các linh kiện 7

1.2.1 IC Ne555 7

1.2.1.1 Cấu tạo 7

1.2.1.2 Chức năng hoạt động 8

1.2.1.3 Nguyên lý hoạt động 10

1.2.2 Điện trở 11

1.2.2.1 Nguyên lý hoạt động 11

1.2.2.2 Cấu tạo 11

1.2.3 Tụ điện 11

1.2.3.1 Nguyên lý hoạt động 11

1.2.3.2 Cấu tạo 12

CHƯƠNG II: TIẾN HÀNH THI CÔNG 13

2.1 Thực hiện mô phỏng 13

2.1.1 Mô phỏng trên proteus 13

2.1.1.1 Mạch nguyên lý 13

2.1.1.2 Mạch in 14

2.2 Thực hiện mạch thực tế 17

2.3 Hoàn thiện mạch 19

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Linh kiện dùng trong mạch

 Ic Ne555

 Điện trở

 Tụ Điện

 Led, Domino

1.2 Chức năng các linh kiện

1.2.1 IC Ne555

1.2.1.1 Cấu tạo

Cấu tạo của 1 IC NE555 gồm có một bộ OP – AMP dùng để so sánh điện áp, 1 mạch lật và transistor giúp xả điện Cấu tạo rất đơn giản nhưng nó được coi là một mạch tích hợp hoạt động rất tốt và có độ chính xác khá cao

Cấu tạo bên trong gồm có 3 điện trở được mắc nối tiếp để có thể chia điện áp nguồn (Vcc) thành 3 phần giúp tạo nên một điện áp chuẩn Điện áp ⅓ Vcc sẽ được nối với chân dương của OP – AMP 1 và điện áp ⅔ Vcc còn lại sẽ được nối với chân âm của OP – AMP 2 Trong trường hợp khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn ⅓ Vcc thì chân S=

và lúc này FF kích hoạt Khi điện áp ở chân số 6 mà lớn hơn ⅔ Vcc thì chân R của FF= và FF sẽ được reset

7

Với đặc tính của Ic 555 thì chân cấp nguồn sẽ được hoạt động với dải điện áp từ 2.0 – 18V, cùng với đó là chuẩn đầu ra tương thích TTL khi được cấp nguồn 5V với dòng điện rút và ấp có thể lên đến 200mA

Thông số chuẩn của IC 555 sẽ được liệt kê như sau:

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

 Dòng điện tiêu thụ: 6 – 15mA;

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

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

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

1.2.1.2 Chức năng hoạt động

Trong một số trường hợp khi điện áp mức ngưỡng (Threshold) và điện áp kích (Trigger) lần lượt là ⅔ và ⅓ so với điện áp nguồn Vcc Với các mức độ điện áp này thì

có thể sẽ bị thay đổi bằng chân điều khiển áp (CONT)

Khi điện áp ở chân số 2 (TRIG) ở dưới mức kích thì mạch Flip – Flop sẽ ở trạng thái Set (mức 1) làm cho gõ ra (OUT) ở mức cao (mức 1) Khi điện áp ở chân TRIG của IC 555 ở trên mức kích và đồng thời chân ngưỡng (THRES – chân 6) ở trên

mức ngưỡng thì tự động mạch Flip – Flop sẽ bị reset về mức 0 và từ đó sẽ làm cho đầu

ra output xuống mức 0

Ngoài ra, khi chân RESET (chân 4) xuống mức thấp thì mạch Flip – Flop cũng

sẽ bị reset khiến cho đầu ra (OUT) xuống mức 0 Khi đầu ra ở mức 0 thì lúc này DISCH (chân 7) sẽ được nối với GND

Các chức năng của IC 555 thường được sử dụng để tạo xung, điều chế độ rộng xung (PWM), điều chế vị trí của xung (PPM) hay được sử dụng trong thu phát hồng ngoại

Chức năng hoạt động từng chân:

 Chân 1 (GND): Chân nối GND để giúp cung cấp dòng cho IC hay còn được gọi

là mass chung

 Chân số 2 (TRIGGER): Được biết đến là chân đầu vào thấp hơn so với điện áp

so sánh và được sử dụng giống như 1 chân chốt của một tần số áp Mạch so sánh ở đây được sử dụng là các Transistor PNP với điện áp chuẩn là ⅔ Vcc

 Chân số 3 (OUTPUT): Đây là chân được lấy tín hiệu logic đầu ra Trạng thái tín hiệu ở chân số 3 này được xác định ở mức thấp (mức 0) và mức cao (mức 1)

 Chân số 4 (RESET): Dùng để lập định trạng thái đầu ra của IC 555 Khi chân 4 được nối với Mass thì OUTPUT sẽ ở mức 0 Còn khi chân 4 ở mức cao thì trạng thái đầu ra sẽ phụ thuộc theo mức áp trên chân số 2 và chân số 6 Trong trường hợp, muốn tạo dao động thường chân này sẽ được nối trực tiếp với nguồn Vcc

 Chân số 5 (CONTROL VOLTAGE): Chân này được sử dụng để làm thay đổi mức điện áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng ở các điện trở ngoài nối với chân số 1 GND

 Chân số 6 (THRESHOLD): Là một trong những chân đầu vào để so sánh điện

áp và cũng được dùng như một chân chốt

 Chân số 7 (DISCHAGER): Đây được coi như một khóa điện tử và chịu tác động điều khiển từ tầng logic của chân 3 Khi đầu ra là chân OUTPUT ở mức 0 thì khóa này sẽ được đóng và ngược lại Chân số 7 có nhiệm vụ tự nạp và xả điện cho mạch R-C

9

 Chân số 8 (Vcc): Đây chính là nguồn cấp cho IC 555 hoạt động Chân 8 có thể được cung cấp với mức điện áp dao động từ 2 – 18V

1.2.1.3 Nguyên lý hoạt động

Điện trở bên trong sẽ hoạt động như một mạch tiến hành phân chia áp, xộ so sánh trên sẽ vào ở ngõ không đảo và ngõ đảo sẽ vào ở bộ so sánh dưới

Đa phần các ứng dụng mình sẽ không điều chỉnh được ngõ vào điều khiển chính vì thế nó sẽ được giữ cố định bằng Vcc Bất cứ mọi lúc nếu điện áp ở ngưỡng vượt quá điện áp điều khiến ngay lập tức bộ so sánh trên sẽ sét flip-flop lên mức cao nhất, đồng thời ngõ ra Q của flip-flop sẽ được đưa ngay vào cực B và làm nó dẫn bão hòa

Để có thể thay đổi ngõ ra của flip-flop xuống ở mức thấp thì anh /em cần điện

áp ở chân ngưỡng giảm xuống dưới Vcc

Nếu điều này xảy ra, ngay ngõ ra của bộ so sánh dưới (LC) sẽ ngay lập tức được nối vào chân reset (R) của Flip-flop làm cho ngõ ra hạ xuống mức thấp dẫn đến việc ngắt transistor đồng thời làm chân 3 được đẩy lên mức cao

Tuy nhiên, điều kiện này sẽ tiếp tục độc lập với điện áp phía trên đầu vào kích hoạt và bộ so sánh dưới cũng chỉ có thể làm cho ngõ ra Flip-flop ở tại mức thấp

Vì ngõ ra ở reset (chân 4) của IC 555 sẽ làm việc ở mức thấp nên chỉ khi hoạt động ngõ ra ở mức thấp tương ứng với trường hợp transistor dẫn Transistor sẽ tiếp tục phóng điện tiếp tục và bộ khuếch đại công suất này sẽ cho ra mức thấp

Ở trạng thái này chúng sẽ tiếp tục cho đến khi nào chân reset được đưa lên mức cao Điều này cho phép đồng bộ hóa tất cả hoặc đặt lại hoạt động của mạch Vcc nguồn sẽ được nối lại với chân reset khi không sử dụng

1.2.2 Điện trở

1.2.2.1 Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của điện trở dựa trên hiện tượng điện trở, cũng được gọi là kháng điện Khi một điện áp được áp dụng qua hai đầu của một điện trở, điện trở sẽ tạo ra một sự cản trở cho luồng điện chảy qua nó Điện trở được xác định bởi một giá trị gọi là trở kháng, được đo bằng đơn vị ohm (Ω) Trở kháng càng lớn thì cản trở càng cao và ngược lại

1.2.2.2 Cấu tạo

Thường được tạo thành từ một vật liệu có đặc tính, như kim loại hoặc thanh carbon Cấu tạo cơ bản của một điện trở gồm có hai đầu kết nối và một phần điện trở chính Phần điện trở chính có thể có nhiều hình dạng khác nhau, như thanh, cuộn, hoặc bảng mạch in Đối với điện trở kim loại, phần điện trở chính thường được làm từ dây kim loại có khả năng dẫn điện tốt như đồng, nhôm hoặc chất hợp kim

1.2.3 Tụ điện

1.2.3.1 Nguyên lý hoạt động

Cách th c ho t ng c a t là l u tr n ng lứ ạ độ ủ ụ ư ữ ă ượng dướ ại d ng điện trường,

bằng cách l u tr các electron Khi 2 b n tư ữ ả ụ được tích đ ện, chúng s t o ra si ẽ ạ ự chênh l ch hi u ệ ệ điện th gi a 2 ế ữ đầu b n c c T c ng có th phóng ra electron ả ự ụ ũ ể để

tạo thành dòng đ ện ây là c tính n p và phóng i Đ đặ ạ đ ện c a t , do v y linh ki n nàyi ủ ụ ậ ệ

có th d n dòng xoay chiể ẫ ều

11

1.2.3.2 Cấu tạo

Cấu t o c b n c a tạ ơ ả ủ ụ điện s gẽ ồm 2 t m d n ấ ẫ điệ đượ đặn c t song song và

ngăn cách v i nhau b ng dung d ch ớ ằ ị đ ện môi cách đ ện Ph n dây d n c a t có th lài i ầ ẫ ủ ụ ể

giấy b c ho c màng m ng Trong khi, ch t cách ạ ặ ỏ ấ đ ện có th là gi ể ốm, mica, giấy, th y ủ tinh… Thông thường d a trên v t li u cách ự ậ ệ điện mà t ụ điệ đượ đặn c t tên tương ứng

CHƯƠNG II: TIẾN HÀNH THI CÔNG

2.1 Thực hiện mô phỏng

2.1.1 Mô phỏng trên proteus

2.1.1.1 Mạch nguyên lý

 Bước 1: Mở Proteus và tạo dự án mới

+ Khởi động Proteus và chọn "File" -> "New Project" để tạo một dự án mới

 Bước 2: Chọn linh kiện và đặt chúng lên mạch

+ Chọn "P" trên thanh công cụ để mở công cụ "Pick From Libraries" + Tìm và chọn linh kiện bạn muốn sử dụng

+ Thả linh kiện vào một vị trí trống trên mạch

 Bước 3: Kết nối các linh kiện

+ Chọn công cụ "Place Wire" từ thanh công cụ hoặc nhấn phím "W" để chọn công cụ này

+ Kéo từ chân của một linh kiện đến chân của linh kiện khác để tạo kết nối

13

+ Kết nối tất cả các chân cần thiết để hoàn thành mạch.

 Bước 4: Thiết lập thông số và thuộc tính của linh kiện

+ Bạn có thể thiết lập các thông số và thuộc tính của linh kiện bằng cách nhấp đúp vào linh kiện trên mạch hoặc sử dụng các cửa sổ thuộc tính trong Proteus

 Bước 5: Mô phỏng và kiểm tra hoạt động của mạch

+ Chọn "Simulate" -> "Run" để mô phỏng mạch và kiểm tra hoạt động của nó + Bạn có thể theo dõi tín hiệu trên các chân của linh kiện hoặc sử dụng các công cụ mô phỏng khác để kiểm tra mạch

2.1.1.2 Mạch in

 Bước 1: Thiết kế mạch điện tử

+ Bắt đầu bằng việc thiết kế mạch điện tử trên Proteus như đã mô tả trong câu trả lời trước đó Đảm bảo rằng mạch điện tử đã hoàn thiện và kiểm tra kỹ lưỡng trước khi tiếp tục

 Bước 2: Chuyển đổi sang chế độ PCB Layout

+ Sau khi hoàn thành mạch điện tử, chọn "Design" -> "Convert to PCB" để chuyển đổi sang chế độ PCB Layout

 Bước 3: Đặt linh kiện trên mặt PCB.

+ Trên giao diện PCB Layout, chọn "P" trên thanh công cụ để mở công cụ

"Pick From Libraries"

+ Chọn linh kiện từ thư viện và đặt chúng lên mặt PCB theo cách bạn muốn Bạn có thể di chuyển, xoay và đặt lại kích thước linh kiện để tạo bố cục tốt nhất

 Bước 4: Kết nối các linh kiện trên PCB

+ Sử dụng công cụ "Place Track" từ thanh công cụ hoặc nhấn phím "T" để chọn công cụ này

+ Kéo từ chân của một linh kiện đến chân của linh kiện khác để tạo kết nối Đảm bảo các kết nối trên PCB tuân thủ các nguyên tắc thiết kế mạch in, chẳng hạn như tránh đường kết nối giao cắt nhau hoặc tạo đường kết nối quá dài

15

 Bước 7: Kiểm tra và xem trước mạch PCB.

+ Trước khi chuyển sang sản xuất, hãy kiểm tra kỹ lưỡng mạch PCB để đảm bảo rằng không có lỗi và các yêu cầu thiết kế được đáp ứng

+ Sử dụng công cụ "Design Rule Check" để kiểm tra các quy tắc thiết kế và sửa chữa các lỗi tiềm ẩn

+ Xem trước mạch PCB để đảm bảo bố cục và kết nối đúng

+ Chuyển sang chế độ 3D để xem hình ảnh thực tế

 Bước 8: In và xuất mạch PCB

+ Chọn "Design" -> "Print" để in mạch PCB hoặc chọn "Design" -> "Export"

để xuất ra các định dạng tệp như Gerber hoặc DXF để sử dụng trong các công đoạn sản xuất mạch in thực tế

2.2 Thực hiện mạch thực tế

 Bước 1: In bảng mạch từ phần mềm ra giấy in mạch chuyên dụng

 Bước 2: Cắt tấm phíp đồng theo kích thước phù hợp và vệ sinh

 Bước 3: Chuyển mạch in từ tấm phim lên bảng mạch bằng cách ủi

17

 Bước 4: Rửa và vệ sinh giấy bóng còn sót lại

 Bước 5: Ngâm vào dung dịch FeCl3 để làm sạch đồng dư

 Bước 6: Dùng giấy nhám làm sạch mực in trên bề mặt

 Bước 7: Khoan lỗ cho mạch PCB

 Bước 8: Hàn các linh kiện lên mạch

2.3 Hoàn thiện mạch

19