Báo cáo kỹ thuật số thí nghiệm mạch Đếm sản phẩm hiển thị số 0

1.3 Giới thiệu tống quan về đề tài Mạch đếm IC đếm sản phâm hiển thị qua 2 LED 7 đoạn là một thiết bị hữu ích trong việc theo dõi và quản lý số lượng sản phẩm trong nhiều lĩnh vực khác

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC NGUYEN TAT THANH KHOA KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ

NGUYEN TAT THANH

BAO CAO

KY THUAT SO - THI NGHIEM MACH DEM SAN PHAM HIEN THI SO

Giảng viên hướng dẫn: ThS BÙI VŨ MINH

Sinh viên thực hiện: VÕ THÀNH PHÁT - 2100004468

Khóa: 2021

TP HO CHi MINH, THANG 12/ 2024

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC NGUYEN TAT THANH KHOA KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ

NGUYEN TAT THANH

BAO CAO

KY THUAT SO - THI NGHIEM MACH DEM SAN PHAM HIEN THI SO

Giảng viên hướng dẫn: ThS BÙI VŨ MINH

Sinh viên thực hiện: VÕ THÀNH PHÁT - 2100004468

Khóa: 2021

TP HO CHI MINH, THANG 12/ 2024

MUC LUC

DANH MUC HINH ANH, ccscsssessssssssssssessessssscssssssessscssssscssessessssessscssseasesesessseessecescenes 4 CHƯƠNG I1: GIỚI TIHIỆU 5-2 2-2 528528 £ES2EEESzEEEEEseteevsetseezreereee 5 09.72 .a aaAaA aĂẶÁIAAa 5 1.2 Phân loại IC sỐ - 2191221221 111111 1121111211 1111121212121 110112 ng 1c reg 5 1.3 Giới thiệu tổng quan về để tài 52-1 1 E1 112112121111 2121220211221 ru 5

1.4 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu - c2 0121112211211 1221112211 11111151811 re 6 1.5 Phuong phap nghién - 6

CHUONG 2: CO SO LY THUYET a7

2.1 Tổng quan về hệ thống đếm sản phâm - 5-5 SE 1 121511 21512715E1x te 7 2.2 Linh kién stp dung 9

2.3 Sơ đồ nguyên lý - 5 S121 011212121221 1111121121 11tr re, 10 2.4 Sơ đồ bố trí linh kiện 5 5 1 111 E712112112111111 2111222112211 re, 11

2.5 So 46 mach ith ocececcccccccccccccscecsssssessvevevevsvevsesssessvevesevevsssesessvevevevevevsssesesevevevevsees 11

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP - 5-5 5c<¿ 12

3.1 Phương hướng nghiên cứửu - - c2 2 122112211211 151 1111111121212 1 811 81111 Hy 12

3.2 Các phương án tối ưu và khả thi s5 s21 2212111111112 12

3.3 Lựa chọn phương án tối ưu — 13

CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ 14

4.2 Thực nghiệm - Đánh gI1á 2 1 2012111 211122112111211111111111111 111118111 14 4.3 Thực nghiệm mô hình - 1 2 22222222211 153 123112 1125115121111 111111181 518k ray 14

4.4 Kết quả mô hình - s21 2221115115 1121111211 1.11111111212122 111gr, 15

TAI LIEU THAM KHAO 16

Hinh 2.1:

Hinh 2.2:

Hinh 2.3:

Hinh 2.4:

Hinh 2.5:

Hinh 2.6:

Hinh 2.7:

Hình 4.1:

Hình 4.2:

DANH MUC HINH ANH

9 ha 9

9 0 occ ccccescesccescescececescssecssceseesscsececaesvssessevssseseessuecsessasssssessesueesecnseersensessts 10

LED 7 đoạn Ặ QQ ST Sn TS KTS kg ng TH TK kg kg tk 0 xvg 10

Sơ đỗ nguyên lý - s2 222121 21122 1 2121 1111112 rey 10

Sơ đồ bố trí linh kiện - +: + 22251 1112112211 2111221 11 1122212121212 e 11

Sơ đồ mach ÌH 2n 111 21 1011219512111121111211112111121111211112111121111111111112111211112111211 1121 xe 11 Thực nghiệm mô hỉnh (12 2012121311191 3113011911 1101111111111 1 7111101111111 011 H1 rệt 14

Kết quả mô hình + St S211 E212111211211 11211 11 1 11 2121 11121 1g re rr de 15

CHUONG 1: GIOI THIEU 1.1 IC sé la gi?

IC s6 (Digital Integrated Circuit) 1a các mạch tích hợp hoạt động với tín hiệu số (0

và 1) Tín hiệu số có hai trang thai logic co ban:

- 0 (Low): Thuong biéu dién mic dién ap thấp (0V)

- 1 (Hiph): Thường biểu diễn mức điện áp cao (5V hoặc 3.3V)

- IC số được thiết kế đề thực hiện các chức nang logic nhu AND, OR, NOT, luu trữ dữ liệu, đếm, mã hóa và giai ma

1.2 Phân loại IC số

IC số có thể được chia thành các loại chính sau:

- IC céng logic (Logic Gates): Bao g6m các công cơ bản như AND, OR, NOT,

NAND, NOR, XOR, XNOR

- IC Flip-Flop: Luu trit mét bít dữ liệu và có khả năng chuyên đôi trạng thái theo xung nhịp

- IC dém (Counter IC): Dém xung nhip va xuat ra kết quả đếm

- IC mã hóa và giải mã (Encoder/Decoder IC): Chuyên đổi dữ liệu từ dạng này

sang dạng khác

1.3 Giới thiệu tống quan về đề tài

Mạch đếm IC đếm sản phâm hiển thị qua 2 LED 7 đoạn là một thiết bị hữu ích trong việc theo dõi và quản lý số lượng sản phẩm trong nhiều lĩnh vực khác nhau Đề tải

nảy tập trung vào việc thiết kế, xây dựng và tối ưu hóa mạch đếm, nhằm cung cấp giải

pháp hiệu quả và dễ sử dụng cho người dùng

Mạch này sẽ sử dụng:

- IC 4511: Dé hién thị số trén 7-segment display

- IC 4518: Dé thyc hién phép toán logic

- IC 4093: Dé tao ra các tín hiệu ôn định

1.4 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

a Mục tiêu nghiên cứu:

- Phát triền một mạch đêm sản phâm 2 sô sử dụng các IC so, nham tôi ưu hóa hiệu suất và độ chính xác trong việc đếm va hién thi sé liệu

- Nghién ctu va phan tich nguyén ly hoat déng cua cac IC 4511, 4518 va 4093

- Thiét ké mạch điện tối ưu để đảm bảo hoạt động én định và chính xác

- - Đánh giá hiệu suất của mạch trong các điều kiện khác nhau

b _ Phạm vi nghiên cứu:

- Nghiên cứu lý thuyết về các IC số và cách chúng tương tác trong mạch

- - Thiết kế và xây dựng mạch thực tế đề kiểm tra các lý thuyết đã nghiên cứu

- Thực hiện thử nghiệm và phân tích đữ liệu thu được từ mạch

- Nghiên cứu ứng dụng của mạch đếm trong các lĩnh vực như điện tử tiêu dùng,

công nghiệp, và tự động hóa

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu bp thuyết:

- _ Tìm hiểu tải liệu, sách vở và các nghiên cứu trước đây liên quan đến IC số và mạch đếm

- Phân tích các nguyên lý hoạt động của các IC 4511, 4518 và 4093

Phương pháp thục nghiệm:

- _ Thiết kế sơ đồ mạch và thực hiện xây dựng mạch điện với các linh kiện cần thiết

- _ Sử dụng các thiết bị đo lường để kiểm tra và ghi nhận dữ liệu từ mạch

- Thực hiện các thử nghiệm với các điều kiện khác nhau dé đánh giá hiệu suất Phân tích dữ liệu:

- Sử dụng các phương pháp phân tích thống kê để xử lý và so sánh dữ liệu thu được

- Đánh giá kết quả và rút ra kết luận từ các thử nghiệm thực tế

CHUONG 2: CO SO LY THUYET

2.1 Tổng quan về hệ thống đếm sản phẩm

Hệ thông đếm sản phẩm sử dụng led phát, thu sóng hồng ngoại kết hợp với led 7 đoạn tạo nên một quy trình đếm sản pham Hé thống này được thiết kế để hoạt động tự động, với các thành phân chính gồm led 7 đoạn, led phát sóng hồng ngoại, led thu sóng hồng ngoại,

IC số, trở

a (Cầu tạo của mô hình

LED cảm biến hồng : Sử dụng để phát hiện sự hiện diện của vật thé thông qua ánh sáng hồng ngoại Thường được sử dụng trong các ứng dụng tự động hóa và bảo mật

LED thu hồng ngoại: Nhận tín hiệu hồng ngoại từ các thiết bị phát, thường dùng trong các ứng dụng điều khiến từ xa

Nút nhắn reset: Dùng dé dat lại trang thai cua mach hoac thiét bi vé gia tri ban đầu Thường được sử dụng trong các mạch điện tử đê khởi động lại quy trình LED 7 đoạn: Hiển thị các chữ số từ 0 đến 9 (và một số ký tự khác) trong các thiết

bị điện tử Thường được sử dụng trong đồng hồ, máy đếm và các thiết bị hiển thị

số khác

Biến trở nút: Điều chỉnh điện trở trong mạch, thường dùng để điều chỉnh độ sáng của đèn LED hoặc tốc độ quay của động cơ

Biến trở: Thường được sử dụng đề điều chỉnh dòng điện trong mạch, như trong mạch LED để hạn chế dòng chảy

Tụ I0uF 16V: Sử dụng để lọc nhiễu, ôn định điện áp và lưu trữ năng lượng trong các mạch điện Thường được dùng trong nguồn cung cấp và mạch khuếch đại

Tụ 100uF 50V: Tương tự như tụ 10uF, nhưng với dụng lượng lớn hơn, thường sử dụng trong các mạch nguồn va mạch lọc để ổn định điện áp

Tụ pi thường 104: Dùng dé lọc nhiễu tần số cao trong các mạch điện tử, thường được sử dụng trong các ứng dụng RF va mach khuếch đại

- IC 4511: IC giai ma BCD sang 7-segment, ding dé điều khiến hiển thị số trên

man hinh 7-segment

- IC 4518: IC NAND gate, duoc sur dung dé thực hiện các phép toán logic trong các mạch sô

- IC 4093: IC NAND Schmitt Trigger, giup tao ra tín hiệu ổn định và xử lý tín hiệu đầu vào, thường dùng trong các ứng dụng cần độ tin cậy cao

- Nguồn

Nguyên lý hoạt động của hệ thống:

Cảm biến:

- Chức năng: Cảm biến (như cảm biến hồng ngoại hoặc cảm biến quang học) phát hiện sự hiện diện của sản phâm khi nó đi qua khu vực đếm

- Hoạt động: Khi một sản phẩm đi qua, cảm biến sẽ gửi một tín hiệu (thường là tín

hiệu điện) đến bộ điều khiến

Bộ điều khiển:

- Chức năng: Bộ điều khiến (thường là vi điều khiến hoặc cac IC logic nhu IC

4518) nhận tín hiệu từ cảm biến và xử lý nó

- - Hoạt động:

- Nhận tín hiệu từ cảm biến khi sản phẩm được phát hiện

- _ Thực hiện các phép toán logic để xác định số lượng sản phẩm dựa trên tín hiệu nhận được

- Cung cấp tín hiệu điều khiển cho các linh kiện hiển thị và các phan khác của hệ thống

Màn hình hiển thị:

- - Chức năng: Màn hình hiển thị (như LED 7 đoạn) hiển thị số lượng sản phâm đã được đếm

- - Hoạt động:

- Bộ điều khiến gửi tín hiệu BCD (Binary-Coded Decimal) dén IC 4511

- IC4511 chuyên đôi tín hiệu BCD thanh tin hiéu diéu khién cho cac doan LED, tir

đó hiển thị số lượng trên màn hình

> Quá trình đếm:

- Khisan pham di qua cam biến, tín hiệu được oui đến bộ điều khiến

- Bộ điều khiến phi nhận tín hiệu và tăng giá trị đếm lên 1

- Giá trị đếm được chuyên đến IC 4511 và hién thị trên LED 7 đoạn

- Qua trinh này lặp lại cho mỗi sản phẩm được phát hiện

2.2 Linh kiện sử dụng:

a IC4511 là IC giải mã BCD sang 7 đoạn Thiết bị này lấy một số ở dạng nhị phân làm đầu vào, sau đó hiện thị số này trên màn hình 7 đoạn bang các đầu ra của nó

Output}

Hinh 2.1: IC4511

b C4518 là một IC lopIc thuộc dòng CMOS, được thiết kế đề thực hiện chức năng công NAND với hai đầu vào Nó là một phần của các mạch số, thường được sử dụng trong các ứng dụng logic và điều khiến

Hình 2.2: IC4518

ce IC4093 là công NAND 2 đầu vảo gói bốn vì nó chứa bốn công NAND 2 đầu vảo độc

lập với hoạt động kích hoạt Schmitt IC hoạt động ở các mức điện áp khác nhau và có thể tiêu thụ dòng điện tối đa luA khi hoạt dong 6 18V DC

Hinh 2.3: IC4093

d LED 7 đoạn mỗi led là một đoạn Khi mỗi đoạn chiếu sáng thì một phần của chữ số

(hệ thập phân hoặc thập lục phân) sẽ được hiển thị Đôi khi có thêm led thir 8 dé biểu

thị dấu thập phân khi có nhiều led 7 đoạn nối với nhau để hiển thị các số lớn hơn 10

(|

2.3 Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý

2.4 Sơ đồ bố trí linh kiện

90000000 060000000

BOOO00000 BOOOOOGOGO

°o so

° Oo °

Do 0 °

Ws Bo BA

$\(81? 115.878

Hình 2.6: Sơ đồ bồ trí linh kiện

2.5 Sơ đồ mach in

Hinh 2.7: So dé mach in

CHUONG 3: PHUONG HUONG VA CAC GIAI PHAP

3.1 Phương hướng nghiên cứu

Trong việc thiết kế mạch đếm sản phẩm, cần xác định rõ phương hướng nghiên

cứu nhằm phát triển một hệ thống hiệu quả, dễ sử dụng và tiết kiệm chỉ phí Các yếu tổ

cân xem xét bao gôm:

- Hiệu suất hoạt động: Đảm bảo mạch hoạt động én định và chính xác trong việc đếm

- Chi phí linh kiện: Lựa chọn linh kiện phù hợp đề giảm chỉ phí sản xuất

- _ Khả năng mở rộng: Thiết kế mạch có khả năng mở rộng cho các ứng dụng trong tương lai

3.2 Các phương án tối ưu và khả thi

a Sử dụng IC 4511 và 4518:

- IC 4511: Giúp hiển thị số trên LED 7 đoạn, tối ưu hóa quá trình hiển thị

-_ IC 4518: Cung cấp khả năng đếm lên đến 15, cho phép mở rộng khả năng đếm

b Thiết kế mạch logic hiệu quả:

- Su dung IC 4093: Tao các céng NAND dé xây dựng mạch điều khiển đơn giản và hiệu quả

- Mạch điều khiển đơn giản hóa: Thiết kế mạch với số lượng linh kiện tôi thiểu

để giảm thiêu sai sót

c Chế độ hoạt động linh hoạt:

- _ Chế độ đếm tự động: Tích hợp chức năng đếm tự động cho phép mạch hoạt

động liên tục

- _ Chế độ reset: Cung cấp chức năng reset dễ dàng cho người sử dụng

d Danh gia tinh kha thi:

- Chí phí sản xuất: Tính toán tông chi phí sản xuất để đảm bảo tính khả thí

kinh tế

- Kha nang bao tri: Thiét ké mach dé dang trong viéc kiém tra va bao tri

3.3 Lựa chọn phương án tối ưu

Sau khi đánh giá các phương án, lựa chọn phương án tối ưu dựa trên các tiêu chí:

- Chi phí hiệu quả: Kết hợp các IC 4511, 4518 và 4093 mang lại hiệu suất cao với chi phi hop ly

- Độ tin cậy và chính xác: Mạch được thiết kế với tính năng ôn định và chính xác trong việc đếm

- _ Khả năng mở rộng: Thiết kế cho phép tích hợp thêm chức năng hoặc linh kiện

trong tương lai

CHUONG 4; THUC NGHIEM - DANH GIÁ

4.1 Ché tao san pham

- _ Chuẩn bị linh kiện: Tập hợp các linh kiện cần thiết nhu IC 4511, 4518, 4093, LED 7

đoạn, điện trở, tụ, led hồng ngoại và mạch In

- _ Lắp ráp mạch: Tiến hành lắp ráp theo sơ đồ thiết kế đã xác định, đảm bảo chính xác

trong việc kết nối

4.2 Thực nghiệm - Đánh giá

- Thử nghiệm: độ chính xác của led hồng ngoại trả tính hiệu có chính xác hay không

- Đánh giá độ chính xác: Ðo lường độ chính xác của mạch trong việc đếm sản phâm và

hién thị kết quả

Đánh giá kết quả

- Đánh giá độ chính xác: Đo lường và đánh giá độ chính xác của hệ thống

- - Đánh giá hiệu suất: Đánh giá hiệu suất của hệ thống trong việc đo các chỉ số của led hồng ngoại cho ra các chi sé led 7 doan 6n định

4.3 Thực nghiệm mô hình

Hinh 4.1: Thực nghiệm mô hình