Báo cáo học phần Đồ án 1 ( thiết kế mạch tương tự) Đề tài mạch Đếm sản phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA: ĐIỆN- ĐIỆN TỬBÁO CÁO HỌC PHẦN ĐỒ ÁN 1 THIẾT KẾ MẠCH TƯƠNG TỰ ĐỀ TÀI: MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM Giảng viên: TRẦN VĂN KHẨN Sinh viên thực hiện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA: ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO HỌC PHẦN ĐỒ ÁN 1( THIẾT KẾ MẠCH TƯƠNG TỰ)

ĐỀ TÀI: MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM Giảng viên: TRẦN VĂN KHẨN Sinh viên thực hiện: Hoàng Văn Triệu Nguyễn Thị Thương

Nguyễn Thị Yến Lớp : K24- ĐT2 Khoá : 2021-2025

Hệ : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Họ tên sinh viên: Hoàng Văn Triệu

Nguyễn Thị ThươngNguyễn Thị Yến

Lớp: K24 – ĐT2 Khoá: 24 (2021 - 2025)

Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật điện tử - viễn thông

: Đại học chính quy

Hệ đào tạo

Giảng viên hướng dẫn

Trần Văn Khẩn

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Lý do chọn đề tài

1.2 Yêu cầu đề tài

1.3 Phạm vi nghiên cứu

1.4 Phương pháp nghiên cứu

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH

2.1 Sơ đồ khối hệ thống

2.1.1 Chức năng của từng khối trong hệ thống………

…

2.2 Tính toán lựa chọn phần tử

2.2.1 Lựa chọn bộ cảm biến

2.2.2 Lựa chọn bộ đếm

2.2.3 Lựa chọn bộ hiển thị

2.2.4 Lựa chọn bộ giải mã

2.2.5 Lựa chọn bộ nguồn

2.4 Thiết kế mạch

2.4.1 Sơ đồ nguyên lý

2.4.2 Nguyên lý hoạt động toàn mạch

CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM

3.1 Chế tạo mạch

3.1.1 Sơ đồ đi dây của mạch in

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 4.1 Đánh giá kết quả

4.2 Kiến thức và kỹ năng thu được

4.3 Tồn tại 4.4 Hướng phát triển

 Các linh kiện điện tử sử dụng trong mạch:

STT Tên linh kiện Đơn vị tính Số lượng

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển mạch mẽ của khoa học công nghệ, cuộcsống con người đã có những thay đổi càng ngày tốt hơn, mang lại sự tiệnlợi tối ưu với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc côngnghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Góp phần cào sự phát triển đó thìngành kĩ thuật điện tử đã góp phần không nhỏ vào sự nghiệp xây dựng

và phát triển đất nước Trong đó sự tích hợp của mạch điện – điện tửngày càng trở nên thiết yếu khi mà công nghệ ngày càng phát triển hơntiến tới thời đại của vi xử lý vi mạch những mạnh phức tạp chiếm nhiềudiện tích sẽ bị loại bỏ thay vào đó bằng những mạch siêu nhỏ giúp gọngàng hơn đang được ưa chuộng Những phát minh đang dần được hoànthiện góp phần nâng cao đời của loài người

Trong đó nghành “ Kĩ thuật số “ có vai trò rất quan trọng và việc ápdụng điều khiển số trong công nghiệp hiện đại là điều vô cùng cần thiết

Kĩ thuật số ra đời và đang làm nên một cuộc cách mạng trong mọi lĩnhvực của đời sống hiện đại từ những vật dụng gia đình như là: máy giặt,

tủ lạnh đến những lĩnh vực khác như: truyền hình, công nghệ thôngtin Những ứng dụng của nó trong nhiều lĩnh vực là không thể kể hết.Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, chúng em đã gặp một sốvướng mắc về lý thuyết và khó khăn trong việc thi công sản phẩm Tuynhiên, chúng em đã nhận được sự giải đáp và hướng dẫn kịp thời củathầy Trần Văn Khẩn cùng với sự góp ý của các thầy cô trong khoa vàcác bạn trong lớp Được như vậy chúng em xin chân thành cảm ơn vàmong muốn nhận được nhiều hơn nữa sự giúp đỡ, chỉ bảo của thầy, cô

và các bạn trong các đồ án sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Lý do chọn đề tài

Xuất phát từ những chuyến đi tham quan thực tế tại các khuxưởng, nhà máy của cách doanh nghiệp, chúng em đã được thấy nhiềukhâu tự động hóa trong quá trình sản xuất Một trong những khâu đơngiản trong dây chuyền tự động đó là số lượng sản phẩm đầu vào, đầu rađược đếm một cách tự động Tuy nhiên đối với doanh nghiệp vừa và nhỏthì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng một cách phổ biến

Từ những điều mà chúng em đã được quan sát và học hỏi, chúng emmuốn làm điều gì nho nhỏ để góp phần phát triển xã hội, phát triển sựtiện ích do tự động hóa mang lại Đối với cách nơi cung cấp các dịnh vụcho con người như: siêu thị, cửa hàng tạp hóa, khu vui chơi haynhững nơi cần quản lý số lượng người ra vào Vậy nên chúng em quyếtđịnh thiết kế mạch đếm vì nó rất phù hợp với thực tế và nó rất có ý nghĩavới chúng em vì đã đóng góp một phần nho nhỏ cho xã hội

1.2 Yêu cầu đề tài

Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp cho nhà máy đếm được

số lượng sản phẩm của máy tạo ra, sản phẩm xuất – nhập kho một cáchđơn giản, chính xác mà không cần tốn sức của công nhân Có thể đếmđược nhiều sản phẩm, với số lượng lớn tuỳ theo yêu cầu của người mua,hay người sử dụng nó Yêu cầu của đề tài mạch đếm sản phẩm là chạymột cách chính xác, ổn định, gọn nhẹ, dễ lắp đặt, dễ sử dụng, giá thành

rẻ và ít tốn điện năng tiêu thụ

1.3 Phạm vi nghiên cứu

Xuất phát từ mong muốn giúp cho các nhà máy, xí nghiệp, công ty

có thể kiểm soát cũng như đếm được lượng sản phẩm, hàng hoá xuất,nhập kho một cách dễ dàng, tiện lợi nhất; đề tài mạch đếm sản phẩm của

chúng em sẽ được ứng dụng trong phạm vi kho hàng của các công ty,doanh nghiệp Bên cạnh đó, dựa trên vốn hiểu biết, kinh nghiệm chưanhiều cũng như kinh phí và thời gian không cho phép nên đề tài mạchđếm sản phẩm của chúng em sẽ áp dụng để đếm sản phẩm ở kho của cácdoanh nghiệp, xí nghiệp vừa và nhỏ với lượng sản phẩm lưu kho khôngquá lớn (< 1000 sản phẩm).

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Dựa trên các phương pháp nghiên cứu và phân tích đặc tính chứcnăng của các linh kiện từ cơ bản (transistor, điện trở, tụ điện,…), các IC

số (đếm, giải mã,…) và áp dụng những kiến thức đã học, những tài kiệuđọc được trên các tạp chí, báo đài, internet,…; qua sự tìm hiểu trongthực tế về việc đếm sản phẩm, ngoài ra là việc sử dụng các phần mềm hỗtrợ đắc lực cho việc lên ý tưởng, thiết kế, chạy thử đề tại,… và với sựhướng dẫn nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn để xây dựng nên mộtmạch có chức năng đếm sản xuất hoạt động tốt và đúng với yêu cầu đềtài

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH

2.1 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 2.1 Sơ đồ khối của mạch 2.1.1 Chức năng của từng khối trong hệ thống

- Khối nguồn: cung cấp nguồn nuôi cho toàn hệ thống

- Khối cảm biến: khảo sát, biến đổi thành tín hiệu điện, thu thập thông tin về trạng thái

- Khối đếm: đếm xung phạm vi từ 000 đến 999

- Khối giải mã: giải mã số xung đếm được từ khối đếm sang mã 7 đoạn

- Khối hiển thị: hiển thị kết quả đếm dạng số thập phân

Khốigiải mã

Khốihiển thị

Khối nguồn

Cặp Led thu phát hồng ngoại

Hình ảnh khối cảm biến

IC 4093 kích hoạt Schmitt NAND

 Các tính năng và thông số kỹ thuật IC 4093

- Điện áp hoạt động: 5V, 10V, 15V DC

- Dòng đầu vào tối đa: 1uA

- Điện áp trễ thông thường 0,9 V ở VDD: 5 V và 2,3 V ở VDD: 10 V

- Khả năng miễn nhiễm nhiễu lớn hơn 50%

- Thời gian tăng và giảm đầu vào không giới hạn

 Sơ đồ chân IC4093

IC có 14 chân cho I / O và nguồn IC có 4 mạch kích hoạt Schmitt với 2 cổng NAND đầu vào, bảng dưới đây cho chúng ta hiểu rõ hơn về sơ đồ chân của IC

Sơ đồ chân IC 4093

Các cổng của IC 4093

Hình ảnh IC 4093

2.2.2 Lựa chọn bộ đếm

Bộ đếm cần đáp ứng được những yêu cầu sau:

- Bộ đếm có chức năng đếm 2 chữ số gồm hàng chục và hàng đơn vị,

bộ đếm hiện số sản phẩm trong khoảng từ 000 đến 999

- Đếm được tiến hoặc lùi tuỳ theo sản phẩm nhập hay xuất

- Nhận biết chính xác tín hiệu mà bộ cảm biến cấp vào…

Trên thị trường có rất nhiều IC đếm có thể đáp ứng tốt các yêu cầu trên như 7490, 74192, Trong đề tài này, lựa chọn IC 4518 do giá thành rẻ và

đã được tiếp xúc ở bộ môn kỹ thuật số

Hình ảnh IC 4518

Hình ảnh bộ đếm

 IC 4518 là IC đếm lên BCD kép bao gồm hai bộ đếm 4 tầng giống nhau, đồng bộ bên trong Các tần của bộ đếm là loại flip flop kiểu D

có các dòng CLK và EN có thể hoán đổi cho nhau để tăng dần trên chuyển tiếp về dương hoặc chuyển tiếp về âm IC cũng cung cấp nhiềutính năng như khả năng chống nhiễu cao và tản nhiệt thấp IC có gói

16 chân được niêm phong kín và có thể giao tiếp trực tiếp với mọi thiết bị TTL, CMOS & NMOS Bộ đếm có thể được xếp tầng ở chế độripple bằng cách kết nối Q4 với đầu vào enable của bộ đếm tiếp theo trong khi đầu vào đồng hồ của bộ đếm sau được giữ ở mức thấp

 Thông số kỹ thuật của IC 4518

Các loại điện áp cao (Định mức 20V)

Bộ đếm lên BCD kép CD4518BMS

Bộ đếm lên nhị phân kép CD4520BMS

Hoạt động tốc độ trung bình

Tần số xung nhịp điển hình 6MHz ở 10V

Kích hoạt sườn dương hoặc âm

100% được kiểm tra cho dòng điện tĩnh ở 20V

Số chân Tên chân Mô tả

2 ENABLE A Chân enable của bộ đếm A

9 ENABLE B Chân enable của bộ đếm B

10 CLOCK B Chân clock của bộ đếm B

15 RESET B Chân reset của bộ đếm B

2.2.3 Lựa chọn bộ giải mã

 Để hiển thị được kết quả từ IC đếm 4518 ra Led 7 thanh ta cần dùng IC giải mã để chuyển đổi tín hiệu BCD từ IC 4511 ra Led 7 thanh

 Một số loại IC giải mã điển hình như: CD4511, 74HC47, 74HC48,74247,…

Trong đề tài này, để giải mã ta sử dụng IC 4511 để giải mã bởi giá thành

rẻ, kết nối không quá phức tạp



 Thông số kĩ thuật và đặc trưng của IC 4511

 Sơ đồ chân

9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 E, d, c, b, a, g, f Các đầu ra 7 đoạn

Hình ảnh IC 4511

Hình ảnh bộ giải mã

2.2.4 Lựa chọn bộ hiển thị

 Với khoảng đếm trong đề tài (000 – 999), có rất nhiều phương án

để hiển thị Trong đó nổi bật như màn hình LCD, Led 7 thanh,…

 Tuy nhiên, với màn hình LCD, ta cần phải lập trình khá phức tạp

và giá thành màn hình LCD khá cao so với led 7 thanh Bên cạnh

đó, trong đề tài này ta chỉ hiển thị các số đơn thuần Vậy ta chọn Led 7 thanh làm thiết bị hiển thị cho đề tài mạch đếm sản phẩm Với khoảng đếm 000

– 999, ta cần 3 con Led 7 thanh để hiển thị

Led 7 thanh:

- Đèn hiển thị gồm 7 đoạn 7 diode phát quang hay 7 chỉ thị tinh thểlỏng Mỗi bit thể hiện bắng sang led a, led b đến led g

- Có 2 loại led là anot chung và katot chung

- Nhờ 7 đoạn led này ta có thể đếm số từ 0 đến 9

2.4 Thiết kế mạch

2.4.1 Sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ nguyên lí toàn mạch

2.4.2 Nguyên lý hoạt động toàn mạch

Dựa trên nguyên tắc phát và thu sóng hồng ngoại từ led phát và led thu tạo tín hiệu xung với hai mức thấp (0v) và mức xung mức cao (5v) để cấp cho chân nhận xung clock của IC đếm ( IC 4518) IC 4518 có nhiệm

vụ đếm xung clock ở ngõ vào và cả chuyển đổi thành tín hiệu số thuộc

hệ số nhị phân ở ngõ ra và cấp cho ngõ vào của IC mã 4511 IC 4511 có

chức năng chuyển đổi mà mã số từ số nhị phân thành mã số thập phân tại ngõ ra và cấp cho led 7 đoạn hiện thị số thập phân.

CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM 3.1 Chế tạo mạch

3.1.2 Sơ đồ đi dây mạch in

Hình ảnh sơ đồ đi dây mạch in

Hình ảnh mô phỏng 3D mặt trên

Hình ảnh mô phỏng 3D mặt dưới

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

4.1 Đánh giá kết quả

- Mạch hoạt động ổn định đáp ứng đúng yêu câu đề bài để ra

- Tần số hoạt động ổn định

- Ấn nút reset mạch về 000

- Hiện thị trên led 7 thanh đúng với tín hiệu đưa vào

- Số đếm chính xác và thay đổi số đếm 1 cách linh hoạt

- Mạch điện không quá phức tạp, bảo đảm sự an toàn và dễ sử dụng Giáthành không quá đắt

4.2 Kiến thức và kỹ năng thu được

- Hiểu biết thêm về nguyên lý hoạt động và ứng dụng của một số IC

- Biết cách làm mạch in và sử dụng máy hàn mạch

- Học được kỹ năng làm việc nhóm

- Học được thêm kỹ năng thiết kế và chế tạo được mô hình thực tế

- Thành thạo sử dụng phần mềm soạn thảo văn bản Word và phần mềm

điểm này thì yêu cầu vật đi qua phải có một khoảng cách tối thiểu saocho tín hiệu hồng ngoại từ led phát đến led thu sau khi vật đi qua rồi tiếptục đến vật tiếp theo.

4.4 Hướng phát triển trong tương lai

Bên cạnh những kiến thức, kinh nghiệm thu được từ đề tài mạch đếmsản phẩm này; đề tài này vẫn còn rất nhiều những thiếu hụt hay nhữngyêu cầu cao hơn mà đề tại chưa thể thực hiện được Dựa trên nhữn điều

đó, định hướng phát triển cho đề tài trong tương lai như sau:

- Có thể đếm số lượng sản phẩm lớn hơn

- Tốc độ đếm nhanh hơn

- Cảm biến được nhạy và chính xác hơn

- Không chỉ đếm sản phẩm mà có thể dùng để kiểm soát số lượng người,…



 Tài liệu tham khảo





 Phụ lục đồ án