Đế tài - Mạch đồng hồ số dùng IC555 ppsx

Trong lĩnh vực điều khiển, từ khi cơng nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều khiển hiện đại cĩ nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều k

TÊN ĐỀ TÀI:

MỤC LỤC

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn……… 3 Lời mở đầu……… 4 Phần I: Dẫn Nhập……… 5

Đặt vấn đề

Mục đích và yêu cầu

Giới hạn đề tài

Phần II Cơ sở lý thuyết……… 6 Giới thiệu các IC sử dụng trong mạch

Phần III: Thiết kế và thi cơng……… 15

Chương I: Thiết kế mạch

Sơ đồ khối

Nguyên lý hoạt động của các khối

Sơ đồ nguyên lý

Chương II: Thi cơng mạch

Dụng cụ sử dụng

Quá trình thi cơng

Phần IV: Kết luận……… 22

Nhận xét chung

Hướng phát triển của đề tài

LỜI MỞ ĐẦU

Với sự phát triển khơng ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện tử đã ứng dụng rất nhiều trong cơng nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển,

từ khi cơng nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều khiển hiện đại cĩ nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều khiển lắp ráp bằng các linh kiện rời như kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, cơng suất tiêu thụ nhỏ

Ngày nay, trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người như máy giặt, đồng hồ báo giờ… đã giúp cho đời sống cuả chúng ta ngày càng hiện đại và tiện nghi hơn

Đề tài “đồng hồ số” rất đa dạng và phong phú, cĩ nhiều loại hình khác nhau dựa vào cơng dụng và độ phức tạp Do tài liệu tham khảo bằng Tiếng Việt cịn hạn chế, trình độ cĩ hạn và kinh nghiệm trong thực tế cịn non kém, nên đề tài chắc chắn cịn nhiều thiếu sĩt Vì vậy rất mong nhận được những ý kiến đĩng gĩp, giúp đỡ chân thành của các thầy cơ cũng như của các bạn sinh viên

PHẦN I Dẫn Nhập

tử đã, đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả trong hầu hết các lĩnh vực khoa học kỹ thuật cũng như trong đời sống xã hội

Việc gia cơng, xử lý các tín hiệu điện tử hiện đại đều dựa trên cơ sở nguyên lý số Vì các thiết bị làm việc dựa trên cơ sở nguyên lý số cĩ ưu điểm

hơn hẳn so với các thiết bị làm việc dưạ trên cơ sở nguyên lý tương tự, đặc biệt là trong kỹ thuật tính tốn

Sự phát triển mạnh mẽ của cơng nghệ điện tử đã cho ra đời nhiều vi mạch số cỡ lớn với giá thành rẻ và khả năng lập trình cao đã mang lại những thay đổi lớn trong ngành điện tử Mạch số ở những mức độ khác nhau đã đang thâm nhập trong các lĩnh vực điện tử thơng dụng và chuyên nghiệp một cách nhanh chĩng Các trường kỹ thuật là nơi mạch số thâm nhập mạnh mẽ và được học sinh, sinh viên ưa chuộng do lợi ích và tính khả thi của nĩ Vì thế sự hiểu biết sâu sắc về kỹ thuật số là khơng thể thiếu đối với sinh viên ngành điện tử hiện nay Nhu cầu hiểu biết về kỹ thuật số khơng chỉ riêng đối với những người theo chuyên ngành điện tử mà cịn đối với những cán bộ kỹ thuật khác cĩ sử dụng thiết bị điện tử

II.Mục đích yêu cấu

Sự cần thiết,quan trọng cũng như tính khả thi và lợi ích của mạch số cũng chính là lý do để chọn và thực hiện đề án “thiết kế mạch đồng hồ số” nhằm ứng dụng kiến thức đã học về kĩ thuật số vào thực tế

III.Giới hạn đề tài

Trong phạm vi tập đề án này, người thực hiện chỉ thiết kế và thi công

mạch đồng hồ thể thao gọn, đơn giản

PHẦN II

Cơ SởLý Thuyết

I.Giới thiệu về các IC sử dụng trong mạch

I.1 IC giải mã 74LS47

a) Đại cương

Mạch giải là mạch có chức năng ngược lại với mạch mã hoá Mục đích sử dụng phổ biến nhất cũa mạch giải mã là làm sáng tỏ các đèn để hiển thị kết quả ở dạng chữ số Do có nhiều loại đèn hiển thị và có nhiều loại mã số khác nhau nên có nhiều mạch giải mã khác nhau, ví dụ: giải mã 4 đường sang

10 đường, giải mã BCD sang thập phân…IC74LS47 là loại IC giải mã BCD sang led 7 đoạn Mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn là mạch giải mã phức tạp vì mạch phải cho nhiều ngõ ra lên cao hoặc xuống thấp( tuỳ vào loại đèn led là anod chung hay catod chung) để làm các đèn cần thiết sáng nên các số hoặc ký tự IC 74LS47 là loại IC tác động ở mức thấp có ngõ ra cực thu để

hở và khả năng nhận dòng đủ cao để thúc trực tiếp các đèn led 7 đoạn loại anod chung

b) Hình dáng và sơ đồ chân

Hinh 5:Hình dáng và sơ đồ chân của IC 74LS47

Chân 1, 2, 6, 7: Chân dử liệu BCD vào

Chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15: Các chân ra tác động mức thấp Chân 8: Chân nối mass

Chân 16: Chân nối nguồn

Chân 4: Gồm ngõ vào xoá BI được để không hay nối lên cao cho hoạt động giải mã bình thường Khi nối BI ở mức thấp, các ngõ ra đều tắt bất chấp trạng thái của các ngõ vào

Chân 5: Ngõ vào xoá dợn sóng RBI được để không hay nối lên cao khi không được dùng để xoá số 0( số 0 ở trước số có nghĩa hay số 0 thừa bên trái dấu chấm thập phân)

Chân 3: Ngõ vào thử đèn LT ở cao các ngõ ra đều tắt và ngõ ra xoá dợn sóng RBO thấp Khi ngõ vào BI/RBO để không hay nối lên cao và ngõ vào LT giữ ở mức thấp các ngõ ra đều sáng

c) Sơ đồ logic và bảng trạng thái

Hình 6: Sơ đồ logic của IC 74LS47

Sơ đồ cấu trúc của IC74LS47, nó giúp cho những ai muốn tìm hiểu sâu về IC giải mã 74LS47 hoạt động và giải mã BCD sang led 7 đoạn như thế nào

Sự hoạt động của mạch được thể hiện ở bảng sự thật, trong đó đối với các ngõ ra H là tắt và L là sáng, nghĩa là nếu 74LS47 thúc đèn led 7 đoạn thì các đoạn a, b, c, d, e, f, g của đèn sẽ sáng hay tắt tuỳ vào ngõ ra tương ứng của 74LS47 là L hay H

Hình 7: Bảng trạng thái của IC74LS47

Kết quả là khi mã số nhị phân 4 bit vào có giá trị thập phân từ 0 đến

15 đèn led hiển thị lên các số như ở hình bên dưới Chú ý là khi mã số nhị

Hình 8: Các hiển thị của IC giải mã 74LS47

I.2 IC LM555

a) Đại cương

Vi mạch định thì LM555 là mạch tích hợp Analog- digital Do có ngõ vào là tín hiệu tương tự và ngõ ra là tín hiệu số Vi mạch định thì LM555 được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế, đặc biệt trong lĩnh vực điều khiển, vì nếu kết hợp với các linh kiện R, C thì nó có thể thực hiện nhiều chức năng như: định thì, tạo xung chuẩn, tạo tín hiệu kích, hay điều khiển các linh kiện bán dẫn công suất như Transistor, SCR, Triac…

b) Hình dáng và sơ đồ chân

Hình 9: Hình dáng và sơ đồ chân của IC LM555

Chân 1: Nối mass

Chân 2: Trigger Input ( ngõ vào xung nảy)

Chân 3: Output ( ngõ ra)

Chân 4: Reset (đặt lại)

Chân 5: Control Voltage (điện áp điều khiển)

Chân 6: Threshold (thềm- ngưỡng)

Chân 7: Discharge ( xả điện)

Chân 8: Nối Vcc

c) Cấu trúc và nguyên lý

Hình 10: Sơ đồ cấu trúc của IC 555

Bên trong vi mạch 555 có hơn 20 transistor và nhiều điện trở thực hiện các chức năng như hình 2.2 gồm có:

Cầu phân áp gồm 3 điện trở 5k Ω nối từ nguồn +Vcc xuống Mass cho ra hai điện áp chuẩn 1/3Vcc và 2/3Vcc

6 so với điện áp chuẩn 2/3Vcc Op-Amp(1) có điện áp ra ở mức High( cao) hay mức Low( thấp) để làm tín hiệu R (Reset), điều khiển Flip-Flop

2 so với điện áp chẩn 1/3Vcc Op-Amp(2) có điện áp ra ở mức High hay mức Low để làm tín hiệu S (Set), điều khiển Flip-Flop

Mạch Flip – Flop là loại mạch lưỡng ổn kích một bên Khi chân Set

có điện áp cao thi điện áp này kích đổi trạng thái của Flip-Flop ở ngõ Q lên

mức thấp thì mạch Flip-Flop không đổi trạng thái Khi chân Reset có điện áp

và ngõ Q xuống mức thấp Khi ngõ Reset mức cao xuống thấp thì mạch Flip- Flop không đổi trạng thái

Mạch Output là mạch khuếch đại ngõ ra để tăng độ khuếch đại dòng

transistor NPN Khi cực B nối ra ngoài bởi chân 4 có điện áp cao hơn 1,4V,

cũng dẫn bão hoà và ngõ ra mức thấp Chân 4 gọi là chân Reset có nghĩa là nó

reset IC 555 bất chấp tình trạng ở các ngõ vào khác Do đó , chân Reset dùng

để kết thúc xung ra sớm khi cần thiết Nếu không dùng chức năng Reset thì nối chân 4 lên Vcc để tránh bị Reset do nhiễu

có thể làm ngõ ra phụ thuộc có mức điện áp giống như mức điện áp của ngõ

ra chân 4

d) Giao tiếp với tải

hợp mỗi loại tải có thể mắc theo hai cách

nhận dòng điện tải theo chiều từ nguồn qua tải rồi vào IC Dòng điện tải

dòng điện cho tải theo chiều từ nguồn qua IC rồi ra tải Dòng điện trong

PHAÀN III

Chương I THIẾT KẾ MẠCH

I SƠ ĐỒ KHỒI

Mạch đồng hồ thể thao được xây dựng trên mơ hình như sau:

Khối tạo xung Khối đếm Khối giải mã Khối hiển thị

II NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC KHỐI

II.1 Khối tạo xung

Bộ tạo xung là thành phần quan trọng nhất của hệ thống Đặc biệt là đối với bộ đếm, nĩ quyết định các trạng thái ngõ ra của bộ đếm

quan tâm đến mạch tạo dao động dùng IC 555

Đây là vi mạch định thời chuyên dùng, cĩ thể mắc thành mạch đơn

ổn hay phi ổn

Khối tạo xung dùng

IC555

Mạch đếm giây

Mạch đếm phút

Mạch đếm giờ

Mạch giải mã BCD

Mạch giải mã BCD

Mạch giải mã BCD

Led 7 đoạn loại aond chung

Led 7 đoạn loại anod chung

Led 7 đoạn loại anod chung

8 1

VCC GND

Chân 1: Nối mass

Chân 2: Nhận tín hiệu kích

Chân 3: Ngõ ra của tín hiệu

Chân 7: Xả điện

Chân 8: Cấp nguồn

II.3 KHỐI GIẢI MÃ ( IC74LS47)

Mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn là mạch thúc nên cũng thường được gọi là mạch giải mã/thúc Giải mã BCD sang led 7 đoạn phức tạp hơn giải mã BCD sang thập phân vì mạch phải cĩ tổ hợp nhiều ngõ ra lên cao hoặc xuống thấp( tuỳ từng loại led anod chung hay catod chung)

Mạch giải mã thơng dụng nhất là sử dụng IC 74LS47 Vì cĩ ngõ ra

để hở và khả năng nhận dịng cao để thúc trực tiếp các đèn led 7 đoạn loại anod chung

IC 74LS47 thúc đèn led 7 đoạn thì các đoạn a, b, c, d, e, f, g của đèn sẽ sang hay tắt tuỳ từng ngõ ra tương ứng của IC la H hay L

Chân 1, 2, 6, 7: Tín hiệu vào

Chân 3: Ngõ vào thử đèn

74LS47

7

1

2

6

4

5

3

13 12 11 10 9

15 14 16

8

D0

D1

D2

D3

BI/RBO

RBI

LT

A B C D E

F G VCC

GND

ƒ Nguyên lý hoạt động

IC 74LS47 là IC tác động mức thấp nên các ngõ ra mức 1 là tắt và mức 0 là sáng tương ứng với các thanh a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn anod chung trạng thái ngõ ra tương ứng với các số thập phân(các số từ 10 đến 15 không dùng tới)

Ngõ vào xoá BI được để không hay nối lên mức 1 cho hoạt động giải mã bình thường Nếu nối lên mức 0 thì các ngõ ra đều tắt bất chấp trạng thái các ngõ ra

Ngõ vào xoá dợn sóng RBI được để không hay nối lên mức 1 dùng

để xoá số 0 ( số 0 thừa phía sau dấu thập phân hay số 0 trước số có nghĩa) Khi RBI và các ngõ vào D, C, B, A ở mức 0 nhưng ngõ vào LT ở mức 1 thì các ngõ ra đểu tắt và ngõ vào xóa dợn sóng RBO xuống mức thấp

Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức 1 và LT ở mức 0 thì ngõ ra đều sáng

II.4 KHOÁI HIEÅN THỊ

III SƠ ĐỒ NGUYEÂN LYÙ

U3

led7doan

7 6

S 3

S 2

+ V

V 7

1 0 V

+ V

V 1

1 0 V

7 4 L S 9 0

6

M S 1

7

M S 2

2

M R 1

3

M R 2

1 4

C P 0

1

C P 1

1 1Q 3

8Q 2

9Q 1

1 2Q 0

U 1 3

7 4 L S 2 4 7

6A 3

2A 2

1A 1

7A 0

3 L T

5 R B I

1 4

g

1 5

f

9

e

1 0

d 1 1

c

1 2

b

1 3

a

4

R B O

U 1 2

a b c d e f g

V +

D I S P 6

a b c d e f g

V +

D I S P 5

7 4 L S 2 4 7

6A 3

2A 2

1A 1

7A 0

3 L T

5 R B I

1 4 g

1 5 f 9 e

1 0

d 1 1 c

1 2 b

1 3 a 4

R B O

U 1 1

7 4 L S 9 0

6

M S 1 7

M S 2 2

M R 1 3

M R 2

1 4

C P 0 1

C P 1

1 1Q 3

8Q 2

9Q 1

1 2Q 0

U 1 0

7 4 L S 9 0

6

M S 1 7

M S 2 2

M R 1 3

M R 2

1 4

C P 0 1

C P 1

1 1Q 3

8Q 2

9Q 1

1 2Q 0

U 1

7 4 L S 2 4 7

6 A 3

2A 2

1A 1

7A 0

3 L T

5 R B I

1 4 g

1 5 f 9 e

1 0 d

1 1 c

1 2 b

1 3 a 4

R B O

U 2

a b c d e f g

V +

D I S P 1

a b c d e f g

V +

D I S P 2

7 4 L S 2 4 7

6A 3

2A 2

1A 1

7A 0

3 L T

5 R B I

1 4 g

1 5 f 9 e

1 0

d 1 1 c

1 2 b

1 3 a 4

R B O

U 3

7 4 L S 9 0

6

M S 1 7

M S 2 2

M R 1 3

M R 2

1 4

C P 0 1

C P 1

1 1

8Q 2

9Q 1

1 2

U 4

+ V

V 2

1 0 V + V

V 3

1 0 V

7 4 L S 9 0

6

M S 1 7

M S 2 2

M R 1 3

M R 2

1 4

C P 0 1

C P 1

1 1Q 3

8Q 2

9Q 1

1 2Q 0

U 8

7 4 L S 2 4 7

6A 3

2A 2

1A 1

7A 0

3 L T

5 R B I

1 4 g

1 5 f 9

e 1 0 d

1 1 c

1 2 b

1 3 a 4

R B O

U 7

a b c d e f g

V +

D I S P 4

a b c d e f g

V +

D I S P 3

7 4 L S 2 4 7

6 A 3

2A 2

1A 1

7A 0

3 L T

5 R B I

1 4 g

1 5 f 9 e

1 0 d

1 1 c

1 2 b

1 3 a 4

R B O

U 6

7 4 L S 9 0

6

M S 1 7

M S 2 2

M R 1 3

M R 2

1 4

C P 0 1

C P 1

1 1Q 3

8Q 2

9Q 1

1 2Q 0

U 5

C P 1 Q 1

V 6 + V

V 5

1 0 V + V

V 4

1 0 V

III.1 Sơ đồ mạch đếm

III.2.Sơ đồ mạch giải mã và hiển thị

III.3 Nguyên lý hoạt động

Về phần tạo xung ta dùng IC 555 mắc theo kiểu phi ổn

Theo yêu cầu của mạch thì T= 1s,

Khi tụ nạp ngõ ra chân số 3 của IC 555 ở mức 1

Khi tụ xả ngõ ra chân số 3 của IC ở mức 0

C1 C3

150 150

VCC

B1 B3

74LS247

4 5

3

13 12 11 10 9 15 14

16 8

BI/RBO RBI LT

A B C D E F G

VCC GND

E1 E3

74LS247

3

13 12 11 10 9 15 14

16 8

BI/RBO RBI

LT

A B C D E F G

VCC GND

VCC

74LS247

3

13 12 11 10 9 15 14

16 8

BI/RBO RBI LT

A B C D E F G

VCC GND

74LS247

4 5

3

13 12 11 10 9 15 14

16 8

BI/RBO RBI LT

A B C D E F G

VCC GND

150 150

VCC

D1 D3

150 150

150 150

A1 A3

7 6 4 2 1 9 10

3 8

A B C D E F G

CA CA

VCC

7 6 4 2 1 9 10

3 8

A B C D E F G

CA CA

VCC

7 6 4 2 1 9 10

3 8

A B C D E F G

CA CA

VCC

VCC

74LS247

4 5

3

13 12 11 10 9 15 14

16 8

BI/RBO RBI LT

A B C D E F G

VCC GND

7 6 4 2 1 9 10

3 8

A B C D E F G

CA CA

VCC

7 6 4 2 1 9 10

3 8

A B C D E F G

CA CA

F1 F3

VCC

74LS247

3

13 12 11 10 9 15 14

16 8

BI/RBO RBI LT

A B C D E F G

VCC GND

7 6 4 2 1 9 10

3 8

A B C D E F G

CA CA

VCC

Xung kích được đưa vào chân số 14 của IC 74ls90 Ngõ ra xung (Q0, Q1, Q2, Q3) được đưa đến ngõ vào của IC giải mã 74LS47

Khi đếm từ 9 về 0 chân số 11 được bật lên mức 1 tạo xung cho IC thứ

2 họa động Tương tự như vậy IC2 tọa xung cho IC3 và IC3 tạo xung cho IC4 hoạt động…

Khi IC2 đếm từ 0 đến 6 thì bị reset và cấp xung cho IC3 đếm

IC3 đếm từ 0 đến 9 chân 11 của IC3 bật lên 1 cấp xung cho IC4 đếm Khi IC4 nhận xung kích từ chân số11 của IC3 thì nó bắt đầu đếm từ 0 đến 6

Khi IC4 đếm đến 6, chân 8 bật lên mức 1 tạo xung cho IC5 IC5 đếm từ 0 đến 3 Chân 11 IC5 tạo xung kích cho IC6 IC6 đếm từ 0 đến 2.Cứ như thế các IC (74LS90) lần lượt kích xung cho nhau tạo thành vòng đếm lặp lại tuần hoàn

Chương II

THI CƠNG MẠCH

I Dụng cụ sử dụng

• Đồng hồ VOM

• Chì hàn

• Các linh kiện

• Mạch in

• Các linh kiện

II Qúa trình thi cơng

• Phân tích sơ đồ nguyên lý

• Tiến hành gia cơng mạch

• Lắp rắp và kiểm tra hoạt động của mạch

PHẦN IV

Kết Luận

I.NHẬN XÉT CHUNG

Đồng hồ thể thao là một thiết bị ứng dụng nhiều trong thực tế, có nhiều phương pháp thiết kế và thực hiện các mạch đồng hồ khác nhau

Trong tập đồ án này chỉ trình bày một trong các dạng đó và chỉ trình bày một số chức năng của đồng hồ mà thôi Do thời gian và kinh nghiệm thực tế còn kém nên khi thực hiện còn nhiều thiếu sót, rất mong được sự đánh giá của quý thầy cô và sự góp ý của các bạn sinh viên để đề tài hoàn chỉnh hơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Kỹ thuật xung_Nguyễn Tấn Phước_NXB Thanh Hố

2 Linh kiện quang điện tử_Dương Minh Trí_NXB KHKT

3 Kỹ thuật số_Nguynễn Hữu Phương_NXB Thống Kê