Đề tài thiết kế mạch đồng hồ báo thức

Trong đồ án này trình bày một mạch đồng hồ đơn giản,có khả năng báo thức và hẹn giờ,cứ 30 phút lại đa ra 1 tiếng kêu và sau 60 phút lại đa ra 2 tiếng kêu với thời gian mổi lần là 1 sec.

Lời nói đầu:

Trong những năm gần đây ,cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẻ của công nghệ vi điện tử,con ngời ngày càng thâm

nhập sâu hơn về mọi lỉnh vực,đặc biệt là trong lỉnh vực đIện tử,tin học.Đời sống của con ngời càng ngày càng phát triển,nhu cầu của con ngời ngày càng cao.Nhằm góp phần vào sự phát triển chung đó,chúng em,những ngời sinh viên khoa Điện Tử Viển Thông luôn mong muốn làm một cáI gì đó,trớc hết là xem mình có thể làm đợc những gì sau nữa là học hỏi thêm trong quá trình thực hành thực tế để rồi sau này hy vọng mình sẻ góp đợc 1 phần nhỏ bé vào xây dựng đất nớc đợc giàu đẹp hơn.

Do trình độ còn có hạn,bài thiết kế còn có nhiều sai sót, nhiều phơng án cha tối u,mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của các bạn,của các thầy,các cô Trong đồ án này trình bày một mạch đồng hồ đơn giản,có khả năng báo thức

và hẹn giờ,cứ 30 phút lại đa ra 1 tiếng kêu và sau 60 phút lại đa ra 2 tiếng kêu với thời gian mổi lần là 1 sec.Thời gian đặt giờ báo thức là 1 phút.

1 số IC đơn giản phổ biến để thiết kế 1 đồng hồ thoả mãn chức năng trên.

Nếu thiết kế dùng VXL thì sơ đồ khối có dạng:

Các IC đợc dùng trong thiết kế này gồm có:

Đệm dử liệu(Data buffer):74LS245

Vấn đề cơ bản khi thiết kế bằng VXL dó là IC định thời :IC 8254

Sơ đồ khối của nó có dạng:

CS

IC này có 3 bộ đếm ngợc 16 bit,chỉ cần dùng 3 bộ đếm của IC này ta có thể đếm

đợc :giây,phút ,giờ,ngày ,tháng, năm

Bằng phần mềm ta có thể điều chỉnh để có đợc giây,phút giờ,ngày ,tháng, năm

và báo thức một cách uyển chuyển

Ban đầu ta thiết lập cho 8254 chế độ hoạt động là chế độ 2,ban đầu ta nạp vào cho 8254 ở bộ đếm 0:3600

Tuy nhiên với yêu cầu bài toán nh trên thì nh đả nói ta chỉ cần dùng các IC đơn giản phổ biến là đả có thể làm đợc

I/Sơ đồ khối của hệ thống:

D0-D7 CPU RD WR A0 A1 A2-A15

ĐệmBusdữ liệu

Bộ

đếm 0

Bộ đếm 1

Bộ

đếm 2

RD Logic

WR điều A0 khiểnA1 ghi/đọc

Thanh ghi

từ điềukhiển

Clock0Gatek0Out0

Clock1Gate1Out1Clock2Gate2Out2

Cách thức hoạt động:Bình thờng chuyển mạch ở vị trí 1.

Lúc này khối sẻ hiển thị :Giờ _Phút _Giây

Khi muốn đặt giờ báo thức:

+Từ khối điều khiển sẻ đa ra chi thị (Bấm) làm chuyển mạch đợc đóng ơ vị trí 2.+Từ nguồn xung clock 1HZ ta sử dụng các khoá K1,K2 đẻ đặt thời gian cần báo thức.Trong đó ta dùng :

=1 phút.Xung này đa tới điều khiển bộ tạo dao động đa hài làm cho mạch tạo

âm hoạt động.Thông qua loa sẻ phát ra âm thanh kéo dài trong 1 phút.Trong

tr-ờng hợp ta muốn cắt âm thanh báo thức trớc thời gian qui định thì ta ngắt khoá K3

K412

Sơ đồ bộ đếm cơ số 3:

Ta còn có thể thiết kế bộ đếm 3 kiểu đồng bộ nh sau:

*Chu trình đếm : (Bảng trạng thái của bộ đếm)

1 0

11 00

Cloc

k

Cloc

k

*Nguyên lý hoạt động:Có thể biểu diễn thông qua giãn đồ sóng:

bcefgd

01

XX

1X

1

X1

1

1 11

1

AB

0

Trong thực tế bộ đếm 3 đợc thiết kế từ IC 7493 và bộ giải mã bằng IC SN 7447

đợc hiển thị bằng đèn 7 thanh KATHODE chung

A

B

abcd

fge

10

10

10

00

Từ bảng trạng thái ta co sơ đồ nguyên lý:

-Bộ đếm hoạt động bình thơng thờng cho đén xung thứ 6 (Đếm từ 0 đến 5) Vìtriger J_K này hoạt động tích cực ở xờn âm của xung nhịp nên đến sờn sauxung thứ 6 cả 2 đầu B,C đều có mức logic cao,qua cổng and đa vào kích hoạtreset làm trở lại trạng tháiđầu.

Nguyên lý hoạt động cí thể đợc mô tả bằng giản đồ sóng

c

ABC

E

aA

BC

01

1

0BCA

A01BC

Thực tế bộ đếm 6 dùng IC SN7493,IC giải mã SN7448 và dùng đèn LED 7 thanh

e

đầu tiên,do đó ta sử dụng 6 tổ hợp còn lại để thực hiện tối thiểu hoá.

-Ta nhận thấy :từ bảng chân lý thì các khe sáng nhiều hơn khe tối.Do đó nếu viếthàm ra cho các khe sáng thì phức tạp hơn so với việc viết hàm ra cho các khetối.Vởy ta thiết lập hàn ra cho các khe tối là các hàm đảo

abcdefg

a

00011110

DCBA

b

00011110

DCBA

c

00011110DCBA

f

00011110

DCBA

e

00011110

DCBA

00011110

DCBAg

-Dùng các bộ đếm có Kđ=10,Kđ=6,Kđ=3 ta tiến hành nối ghép lại với nhau ta sẻt

đợc bộ đếm 30,60 theo y muốn Đôí với bộ đếm 30 ta tiến hành khử đi 6 trangthaí thừa ta sẻ đợc bộ đếm 24

*Bộ đếm 60:

*Bộ đếm 24:

Ta củng làm tơng tự để thíêt kế bộ đếm 30,sau đó ta dùng các mạch logic để loại

đi 6 trạng thái thừa

Sơ đồ bộ đếm 30 :

-Ta nhận thấy rằng:để thiết lập bộ đếm 24 khi ở hàng đơn vị,ở trạng thái: 0101

và ở hàng chục,ở trạng thái:0010 thì bộ đếm phải đợc reset lại trạng thái ban đầu

Nh vậy thì ta chỉ cần dùng 1 mạch AND 3 đầu vào để làm việc này

Khi đầu B của bộ đếm hàng chục là:1 đầu C và A của bộ đếm hàng đơnvị đềucủng là :1 ta cần xoá bộ đếm về trạng thái ban đầu.

-Để đấu nối giửa bộ đếm giờ và bộ đếm phút ta cũng làm nh sau:Cứ khi bộ

đếm phút đếm đến 59 và chuyển về 0 thì ta đa 1 xung Clock vào để kích cho bộ

đếm giờ hoạt động

-Ơ hàng chục của bộ đếm phút,khi trạng tháI của bộ đếm đạt đến 6,tức là ơ xungthứ 7:0110 và ở hàng đơn vị của bộ đếm phút đạt đến 10,tức là ở xung thứ11:1010 thì trạng tháI của hệ phảI tức thì quay về trsngj tháI ban đầu

Ta đa 2 chân B và Cở hàng chục bộ đếm phút vào một mạch AND ,2 chân D và

B ở hàng đơn vị của bộ đếm phút vào một mạch AND ,đa dầu ra cuả 2 mạchAND này vào một mạch AND rồi sau đó đa vào CLOCK ở hàng đơn vị của bộ

-Chỉnh giờ:K1 đợc chuyển về vị trí 2.Xung Clock (f=10 Hz) sẻ tác động vào bộ

đếm giờ cho đến khi đặt đợc đúng giờ,khoá K1 lại đợc chuyển sang vi trí 1 ban

đầu

B/hệ thống báo thức và đặt chuông

I/Mạch tạo âm thanh đơn giản:

1.Yêu cầu:

+Cứ sau 30 phút thì loa phát ra một tiếng kêu

+ Cứ sau 60 phút thì loa phát ra hai tiếng kêu

-Ta có thể mô phỏng yêu cầu trên bằng giản đồ thời gian nh sau:

1,2=1s

Cứ sau 30 phút thì từ bộ đếm sẻ tổ hợp và đa ra 1 xung có =1secsec Xung này đợc

đa tới bộ tạo dao động và qua loa sẻ phát ra tiếng kêu trong khoảng thời gian 1sec

Cứ sau 60 phút thì từ bộ đếm qua mạch tổ hợp sẻ đa ra 2 xung có 1=2 =1secsec và

cách nhau t=1sec.Hai xung này đợc đa tới bộ tạo dao động đa hàI và sau đó tạochuổi xung có tần số 1Khz và loa sẻ phát ra tiêng kêu kéo dàI 1sec và cách nhau

Khi cha có xung vào trạng thái của N1(đầu ra)là:’1’(UP=3,6v)

Trạng thái của N2(đầu ra)là :‘0’(UQ=0v)

Do có sự chênh lệch điện thế giữa P và Q nên tụ điện C đợc nạp điện theo đờngsau:

P R  MtụCQ.ĐIửn áp trên tụ tăng dần cho tới khi UC3,6V

Thời gian nạp:Nạp=R.C

Khi bắt đầu có xung vào kích,luc này qua mạch AND N1 ,đầu ra P lại chuyển từ

‘1’ sang ‘0’

Qua mạch AND N2 đầu ra Q lại chuyển từ ‘0’ sang ‘1’

Do có sự chênh lệch đIửn thế giữa P và Q nên tụ C bắt đầu phóng đIện theo đờngsau:

+CM RPN2Q-C với thời gian phóng:phóng=R.C

Xung

ĐK

PM

R

C

QN2N1

Ta nhận thấy rằng thời gian 1 chu kỳ phóng nạp là:=nạp+phóng=2RC.

Quá trình hoật động của mạch (có thể) đợc biểu diển thông qua giản đồ trạng thái diện áp của UM,UP,UQ nh sau:

UM

Ungỡng

t

UM

1 1

0 0 0 t

UQ 1 1 1

0 0 0 0 t Dùng IC để tạo mạch đa hài: SN7400: VCC RL=10 Rb

Tín hiệu C

R

điều khiển 2/Tạo tín hiệu điều khiển: a)Cứ 30 phut tạo ra 1 xung có =1sec đa đến đầu điều khiển mạch tạo dao động đa hài tạo âm thanh để phát ra 1 tiếng kêu.Việc tạo ra 1 xung có =1sec đợc thực hiện nh sau: Đa ra loa Tín hiệu ĐK Tới điều khiển bộ tạo dao dộng SN7400

Hàng chục Hàng đơn vị

Hàng

chục

Hàng

đơn vị

T¹i Q :

AND(A.D)(A.B) = 1phót

ở bộ đếm phút:bộ đếm ở trạng tháI 59 có ngiả là ở hàng chục của bộ đếm là 5(0101)

Và ở hàng đơn vị của bộ đếm là 9(1001) ta càn tạo 2 xung kích có f=1Hz và cáchnhau=1 sec

ở bộ đếm giây củng tơng tự nh vậy.

4.Khối đặt thời gian:

-Ta củng thiết kế 1 bộ đếm nh vậy,tuy nhiên ta không cần thiết kế bộ đếm giây vì

ta không cần đặt giờ báo thức cho giây

5.khối so sánh:

-Từ khối đặt giờ và khối đồng hồ ta đua các đờng so sánh giờ ,phút tới bộ sosánh

-Khối so sánh đợc cấu thành từ 2 IC:SN7485 và SN7400

-Khối so sánh đợc mô tả thông qua sơ đồ khối sau:

-ở đầu ra tại thời gian cần báo thức sẻ có một chuổi xung đợc tạo ra ,mổi xung có

=4 sec.Chuổi xung này sẻ đợc đa đến khối tạo âm thanh qua khoá K3.Loa sẻphát một chuổi các tiếng kêu,mổi tiêng kêu kéo dàI khoang =4 sec và hai tiếngkêu liên tiếp cách nhau một khoang thời gian =4 sec

-Chuổi tiếng kêu phát ra loa sẻ kéo dài cho đến khi ta ngắt khoá K3 và nó sẻ tự

động dừng lại sau 15 tiếng kêu

-Mô phỏng bằng giản đồ thời gian nh sau:

So sánh phút

Cổng

A B A=B A<B A>B

B 3 A<B A=B A>B A<B A=B A>B GND

Data Cascad Output

Input input

-Bảng sự thật của IC 7485: Comparing inputs Cascading inputs Outputs A3,B3 A2,B2 A1,B1 A0,B0 A>B A<B A=B A>b A<B A=B A3>B3 x x x x x x H L L A3<B3 x x x x x x L H L A3=B3 A2>B2 x x x x x H L L A3=B3 A2<B2 x x x x x L H L A3=B3 A2=B2 A1>B1 A0>B0 x x x H L L A3=B3 A2=B2 A1<B1 A0<B0 x x x L H L A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 x x x H L L A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 x x x L H L A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 H L L H L L A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 L H L L H L A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 L L H L L H Từ bảng chân lý ta có thể thiết lập bộ so sánh 4 bit nh sau: Ơ chế độ A=B thì chân Cascading inputs có thể có 3 trơng hợp nh trên,do vậy để lấy ra đợc trạng tháI bằng nhau thì ta có thể lấy 2 chân A>B và A<B ở Cascading inputs nối với đất(mức 0) và chân A=B nối +VCC(mức 1)

Ground B0

A0 B1 A1 A2 B2 A3 B3 Ground

9 8

10 7

11 6

12 SN 5 13 7485 4 14 3

15 2

16 1

1

9 8

1 7

11 6

12 SN 5

13 7485 4 14 3

15 2

16 1

11111

9 8

10 7

11 6

12 SN 5 13 7485 4 14 3

15 2

16 1

9 8

10 7

11 6

12 SN 5

13 7485 4 14 3

15 2

16 1

1 14

2 13

3 12

4 11

5 10

6 9

7 8

- 24 –Thiết kế mạch logic

B0

A0 B1 A1 A2 B2 A3 B3 Ground

B0 A0 B1 A1 A2 B2 A3 B3 Ground

B0 A0 B1 A1

A2 B2 A3 B3

*)Chuyển mạch: -chuyển mạch có chức năng nh trên đợc thiết lập thông qua IC74LS224 -IC 74LS244 có 8 tầng đệm không đảo đợc cấu tạo nh hình sau: V CC 19 18 17 16 15 14 13 12 11

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-Căn cứ vào sơ đồ chân của IC 74LS244 ta nối ghép các chân nh sau: khối hiển thị Khối báo Thức Khối đồng Hồ 3 5 7 9 8 6 4 2 18 16 14 12 11 13 15 17 10 7

11 6

12 SN 5

13 7485 4 14 3

15 2

16 1

Tới tạo

âm thanh

E1 1 20

E2 19 10

Hoạt động:

-khi E1 và E2 đều ở mức logic cao thì cả 1 và 2 đều mở.

-Khi E1=”L”

E2=”H”

Thì khoá 1 sẻ đóng ,khoá 2 sẻ mở,lúc này khối đồng hồ đợc nói với hiển thị

-Khi E1=”H”

E2 =”L”

Thì khoá 1 sẻ mở,khoá 2 sẻ đóng,lúc này khối báo thức sẻ đựoc nối với bộ hiển thị

*)Khối tạo xung đồng hồ chuẩn (f=1KHz):

Để tạo đợc xung đồng hồ này:

-Ta có thể dùng thạch anh dao động.

-Dùng mạch khuếch đại dao động.

Cụ thể ta làm nh sau:

Dùng mạch khuếch đại dao động:Sơ đồ nguyên lý:

Mạch trên có hai trạng thái không ổn định và tự động chuyển đổi giữa hai trạng thái này

Hai trạng thái đó là:T 1 thông và T 2 tắt.

T1 tắt và T 2 thông.

Nguyên lý hoạt động: Giả sử T1 thôngC2 nạp từ +EC2đất Với thời gian nạp là:

nạp=C2.RC2

T2 tắtC1 phóng qua RC2 ,RB1 với thời gian phóng là: phóng= C1(RB1 +RC1)

Nếu ta chọn linh kiện cân đối:RC2=RC1=RC

RB2=RB1=RB

1 Hz +E

C1=C2=C

Ta thấy thời gian nạp lớn hơn thời gian phóng

Giá trị điện áp trên tụ C1 giảm dần tức là UB2 du7ơng đần lên.Khi C1 phóng đếnlúc chạm điện áp cắt của T2 làm cho T2 từ tắt thành thông,T1 từ thông thànhtắt.Lúc này C2 phóng,giá trị diện áp trên C2 giảm dần,thời gian phóng của C2 duytrì cho T1 tắt và khi C2phóng chạm điện áp cắt thì T1 lại từ tắt sang thông và T2lại từ thông sang tắt.Quá trình nh thế cứ tự chuyển đổi lẩn nhau Chu kỳ tạo xungvuông:=phóng +nạp= C1(RB1 +RC1)+ C2.RC2

Tuỳ ta chọn R và C mà ta có thể có xung 1Hz

Tuy nhiên đối với mạch trên thì có các nhợc điểm sau:

-Dải tần không cao:100hz-200khz

-Độ ổn định tần số kém:f+f với f biến thiên lớn

Trong thực tế ngời ta thờng dùng thạch anh 10 MHz để tạo đao động:

Sau đó để sửa dạng xung vuông ta cho qua mạch sửa dạng sau:

Tổng kết:Ta nhận thấy rằng,đối với yêu cầu chỉ cần hiên giờ và báo thức nh trên

thì ta chỉ nên dùng những IC thông thờng nh trên để thiết kế.Ta còn có thể mởrộng để thiết kế thêm hiển thị ngày,tháng năm.Tuy nhiên để có đợc thời gianchính xác,có nhiều tính năng công dụng thì đòi hỏi ta phải nên thiết kế theo kiểudùng bộ VXL nh trên

Lý thuyết trên đợc dùng làm cơ sở để lắp mạch thực tế.Do thời gian và điều kiện