thiết kế báo chuông giờ học

Ngày nay, trong các trường học việc định thời gian của các tiết học đều đượcthực hiện bằng tay như: việc đánh trống, xem đồng hồ để đảm bảo các tiết học vào ra được chính xác.. Dựa trên

MỤC LỤC

MỤC LỤC………1

Lời mở đầu: 2

Phần I Các phương án để thực hiện đề tài: 3

Sơ đồ khối báo chuông giờ học: 5

A, Khối nguồn: 5

B, Khối tạo xung chuẩn 1Hz: 6

C, Giới thiệu một số IC sử dụng trong thiết kế: 9

1, IC 74LS90 (Bộ đếm): 9

Bảng chân lý các chân IC 74LS90: 10

2, IC 74LS48 (Giải mã): 11

Sơ đồ chân và bảng chân lý: 11

D, Khối đồng hồ: 13

1, Thiết kê bộ đếm: 13

Bộ đếm cơ số 10: 13

Bộ đếm cơ số 6: 15

Bộ đếm cơ số 5: 16

2, Bộ giải mã: 19

E, Khối thiết lập lại thời gian: 20

F, Khối giải mã chuông: 20

Phần II Thiết kế mạch: 21

Sơ đồ mạch chuông báo giờ học: 21

Giới thiệu một số IC điển hình: 22

A, Mạch AND (Vi mạch 7408): 22

B, Mạch OR (Vi mạch 7432): 22

C, Vi mạch NAND (Vi mạch 7400): 23

D, Vi mạch NOT (Vi mạch 7404): 23

Phần III Kết luận: 24

Lời mở đầu

Trước sự phát triển nhanh chóng của khoa học và kỹ thuật thì các thiết bịđiện tử đang ngày càng trở nên quan trọng Hầu hết trong các lĩnh vực, nhu cầu tựđộng hoá đang ngày càng trở nên cần thiết Nó giúp tạo nên sự linh động, rút ngắnthời gian, nhanh nhạy và chính xác

Ngày nay, trong các trường học việc định thời gian của các tiết học đều đượcthực hiện bằng tay như: việc đánh trống, xem đồng hồ để đảm bảo các tiết học vào

ra được chính xác Do đó rất là khó khăn và phức tạp khi người bảo vệ phải làmmột công việc nhàm chán Trước vấn đề đó, em đã ứng dụng những kiến thức đãhọc về môn Kỹ thuật số để thiết kế: “ Bộ báo chuông giờ học”

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của TS NguyễnThị Hằng và các thầy, cô giáo bộ môn đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện bảnthiết kế này

Do thời gian và kiến thức còn hạn hẹp, bản báo cáo thiết kế mạch logis của

em còn nhiều thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy, cô giáo

và các bạn

Đề tài gồm 3 phần:

Phần I Các phương án để thực hiện đề tài.

Nội dung: Lựa chọn phương án tối ưu, phân tích nguyên lí từng khối

 Hệ thống có khả năng chỉnh lại giờ

 Hệ thống chuông được dùng đi dây điện đồng bộ 220V

Yêu cầu:

 Hệ thống làm việc ổn định

 Có khả năng đưa vào ứng dụng thực tế

Thiết kế bộ báo chuông giờ học

Phần I: Các phương án để thực hiện đề tài.

Dựa trên thực tế các thời điểm vào ra của các tiết học tại trường Đại họcVinh như sau:

Bảng 2: Thời gian các tiết học vào buổi chiều.

Như vậy mỗi buổi học kéo dài 5 tiết Thời gian của mỗi tiết là 45 phút Thờigian nghỉ giải lao giữa các tiết 3 và tiết 8 là: 10 phút, trong khi thời gian nghỉ giảilao giữa các tiết còn lại là: 5 phút

Vấn đề đặt ra là việc nhận biết được thời gian đổ chuông giữa các tiết học làrất phức tạp, cho nên em đã lựa chọn giải pháp là cho thời gian nghỉ giải lao giữacác tiết học là 5 phút

Cứ sau chu kỳ 50 phút (45+5) thì hoạt động của hệ thống được lặp lại Vàolúc 7h00’, bấm công tắc thì hệ thống bắt đầu đếm, khi đó sẽ có chuông vào kêu 10giây

Cho đến khi hệ thống đếm đến 45 phút thì bắt đầu đổ chông ra 10 giây vàcho đến khi hệ thống đếm đến phút thứ 50 thì kích chuông vào kêu 10 giây Sau đó

hệ thống Reset về 0 và cứ lặp lại chu kỳ như vậy

Hết tiết 5 tắt công tắc thì hệ thống ngừng hoạt động Thời gian đổ chuôngcủa các tiết học vào buổi chiều cũng giống như vào buổi sáng

Do đó thời gian của các tiết học và thời gian nghỉ giải lao được tính lại nhưsau:

Bảng 4: Thời gian các tiết học vào buổi chiều.

Để thực hiện chức năng như trên chúng ta có thể dùng hai phương án sau:

 Phương án 1:

- Ta có thể dùng vi xử lý để thiết kế với đầy đủ chức năng hơn, ví dụ như:thêm giờ, ngày, tháng, có sự điều chỉnh linh hoạt hơn Phương án này đòi hỏi yêucầu cao về thiết bị và kỹ năng lập trình nhưng có ưu điểm là mạch gọn, hoạt độngvới độ tin cậy cao

Các IC được dùng trong các thiết kế này gồm:

những kiến thức của môn Kỹ thuật số Các linh kiện phổ biến trên thị trường, khảnăng lắp ráp, mô phỏng và thử nghiệm rất đơn giản.

Qua đó cho thấy việc lựa chọn phương án 2 là phù hợp nhất Sơ đồ khối chophương án 2 như sau:

Sơ đồ khối mạch chuông báo giờ học:

Hình 1: Sơ đồ khối mạch chuông báo giờ học.

1 Chỉnh lưu dòng xoay chiều đã hạ áp, sau đó cho qua mạch ổn áp 5V

2 Dùng các dòng một chiều có sẵn ( khác 5V ), qua bộ chỉnh đơn giản gần 5V

Khối đồng

hồ số

Khối thiếtlập lại thờigian

Khối giải

 Xét phương án 1:

Sơ đồ nguyên lí của mạch:

Hình 2.

Dòng xoay chiều 220V bên sơ cấp biến áp T được đưa hạ áp xuống còn 9V~

ở bên thứ cấp Qua bộ chỉnh lưu cầu sẽ thu được dòng một chiều 9V

Tụ C1, C2 có tác dụng lọc đi các thành phần xoay chiều trong điện áp mộtchiều không ổn định này Qua mạch điện áp là IC 7085 sẽ thu được dòng mộtchiều ổn định có giá trị 5V Để có giá trị điện áp ra ổn định là 5V thì yêu cầu điện

áp một chiều đầu vào phải >=7V

 Xét phương án 2:

Nguồn một chiều ở đây là pin hay bộ pin ghép lại cho ta điện áp >=4.5V( giá trị điện áp tối thiểu để cung cấp cho các IC ) Thông thường nên chọn điện áp

từ 4.8V-5.5V Vì trong quá trình làm việc, do tiêu hao suy giảm, giá trị điện áp

<4.8V sẽ cho thời gian làm việc ngắn

Nếu ghép 4 pin tiểu nối tiếp nhau nguồn 6V Sau đó dùng một Diode hạ

áp 6V để có được nguồn như ý với giá trị 5.4V

 Sơ đồ của mạch:

Hình 3.

Từ các phương án trên, nếu dùng một pin 9V thì có thể cho qua mạch ổn áp là

IC 7805 như ở phương án 1 để có được giá trị điện áp chuẩn 5V hoặc dùng cácDiode hạ áp như ở trên để có điện áp chấp nhận được

B, Khối tạo xung chuẩn 1Hz.

Có nhiều IC và triger để tạo xung chuẩn 1Hz, trong bài viết này em dùng ICđịnh thời 555 Sau đây em xin giới thiệu về IC này

5V 220V~ 9V~

7805

4 x 1N4001

+ C3 + C2

C1

T

IN COM OUT

5.4V

D1 DIODE +

6V

Sơ đồ chân IC 555:

Hình 4.

Bảng giới thiệu chức năng của các chân vi mạch 555:

Bảng 5.

Bộ phận chính của mạch là 2 bộ so áp: C1 và C2, một Triger RS và một khoáđiều khiển phóng nạp bằng transistor trường Q1

Bộ so áp có 2 đầu vào được đánh dấu + và –

Khi V+ > V- thì đầu ra bộ so áp ở mức logis cao

Khi V+ < V- thì đầu ra bộ so áp ở mức logis thấp

Ba điện trở bằng nhau R được mắc nối tiếp thành mạch phân áp để đưa cácđiện áp chuẩn cho bộ so áp C1 và C2 làm việc Mức chuẩn cao V- = 23 EC được đưatới cửa đảo (-) của bộ so áp C1 Mức chuẩn thấp V+ = 13 EC được dẫn tới cửa thuận(+) của bộ so áp C2

Trigger RS do hai cổng NOR cấu trúc nên R = 0 thì Q = 0, Q = 1

Tuỳ theo mức kích trên lối vào so sánh 2 và 6 mà trên lối ra bộ so sánh cócác trạng thái kích thích vào lối vào của trigger và thay đổi trạng thái ra.

Hình 5 Sơ đồ nguyên lí

Transistor trường được điều khiển bằng cổng OR Đầu ra cổng OR ở mứclogis 0 thì Q1 ngắt, còn ở mức logis 1 thì Q1 thông Transistor Q1 điều khiển quátrình phóng, nạp tụ điện ngoài

đến đầu vào của bộ đếm Đó là xung kích CLK 0 vào bộ đếm 10.

Hình 6 Sơ đồ mạch tạo xung vuông.

C, Giới thiệu một số IC sử dụng trong thiết kế.

1, IC 74LS90 ( Bộ đếm ):

Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý:

Hình 7.

Trong đó: H=HIGH, L=LOW.

IC 74LS90 được cấu tạo từ 4 Triger, nó thực hiện chức năng của bộ đếm

 Mô hình chung của bộ đếm:

a = D B CA C A+ + + b =C BA BA+ +

Khi các đầu vào DCBA đều thấp (LLLL - số 0 thập phân) và RBI (RBINPUT) đều thấp, tất cả các trạng thái đầu ra ở trạng thái cao (trạng thái tắt: OFF).Điều này cho phép xoá bỏ số 0 không mong muốn Nguồn cung cấp Vcc=+5V.

1 0

0 0

0 0

1 0

1 0

0 0

0 0

1 0

Bảng 10.

Đến sườn sau của xung thứ 10 qua mạch AND đưa một xung vào chân Reset

và đưa bộ đếm về trạng thái ban đầu

 Nguyên lí hoạt động có thể mô tả bằng giản đồ sóng:

Cơ sở lý thuyết của bộ đếm cơ số 6, và bộ đếm cơ số 5:

 Bộ đếm cơ số 6:

Để đếm từ 0 5 bộ đếm 6 phải dùng n triger sao cho n thoả mãn:

N>=log26 do đó n= 3, và số trạng thái có thể là: 23= 8, thừa 2 trạng thái.Sau khi bộ đếm hàng chục đếm từ 0 5, thì bộ đếm sẽ nhớ 1 và kích 1xung lên bộ đếm phút

0 0

1 0

10

1 0

1 0

00

ClockABC

0 0

1 0

1 0

0 0

10

Bảng 12.

 Sơ đồ sử dụng IC 74LS90:

Hình 14.

Bộ đếm hoạt động bình thường cho đến xung thứ 5 (đếm từ 0 đến 4) Vì triger

JK này hoạt động tích cực ở sườn âm của xung nhịp nên đến sườn sau xung thứ 5 chỉ có đầu C ở mức logis cao, qua cổng AND đưa vào kích hoạt Reset làm trở lại trạng thái ban đầu

 Sơ đồ thực hiện các bộ đếm

Bộ đếm cơ số 10:

Hình 15.

Xung CLK 0 là xung từ IC 555 đưa vào bộ đếm cơ số 10, còn xung CLK 1

là xung đưa vào bộ đếm cơ số 6

Quá trình làm việc của mỗi thanh sáng được

tổng hợp bởi một hàm khi đã được tối giản bằng bìa

Cacno

Hiện nay người ta đã chế tạo sẵn các IC làm

nhiệm vụ giải mã từ số BCD sang hiện thị 7 thanh

Các IC đó có thể là loại 7448 hay 74LS48 hoặc

4511 Trong mạch này em sử dụng 4 IC 74LS48 và

hiển thị qua LED 7 thanh KATHODE chung

Sơ đồ IC 74LS48 như hình bên Hình 20.

Để tạo ra được đồng hồ và bộ hiển thị em đã sử dụng IC 74LS90 là IC đếm10

Khối giây gồm 2 IC: 1 IC đếm 10 mắc với 1 IC đếm 6 để chúng ta có thểđếm được đến 60 Sau khi khối giây đếm đến 60 thì sẽ có một xung đưa sang khốiđếm phút

Khối phút gồm 2 IC: 1 IC đếm 10 mắc với 1 IC đếm 5 để chúng ta có thểđếm được đến 50 Bộ hiện thị bao gồm các bộ giãi mã BCD và đèn LED 7 thanh.Nguyên lí hoạt động của đèn LED 7 thanh dựa trên các Diode phát quang Diodephát quang (LED) là một tiếp giáp P-N chế tạo bằng hợp chất bán dẫn Gali-

Acxênie hay Gali-Phốt pho…Tiếp giáp này có đặc tính phát ra ánh sáng màu xanh lá cây) Khi dẫn điện theo chiều thuận ánh sáng phát ra do hiện tượng kết hợpcủa điện tử và lỗ trống và có cường độ ánh sáng thay đổi theo cường độ dòng điệnchạy qua lớp tiếp giáp.

(đỏ-E, Khối thiết lập lại thời gian:

Khối lấy lại thời gian gồm có một nút để chọn khối để chỉnh và một nút đểthiết lập lại thời gian

Trong trường hợp người bấm công tắc hệ thống có một chút sai sót về thờigian hoặc do một sự cố như: mất điện… Thì khối thiết lập thời gian có chức năngthiết lập lại thời gian để chuông đồng hồ kêu theo mong muốn

Mạch chọn chế độ chỉnh phút bao gồm một bộ tạo xung bấm, một IC đếmqua một IC giải mã 74LS48

 Sơ đồ của mạch tạo xung bấm:

Hình 21.

F, Khối giải mã chuông:

Để nhận biết các thời điểm vào ra của các tiết học, em sử dụng các phần tử:AND, NOT, NOR, NAND

Khi bắt đầu cung cấp nguồn, giá trị ban đầu của bộ đếm là: 00 phút thì cácgiá trị đầu vào là: 0000 và 0000 Để nhận biết các giá trị này em dùng phần tửNOR_3 nối vào chân phần tử AND_2, đồng thời dùng phần tử NOT nối vào châncủa phần tử AND_2 Tất cả các chân của các phần tử NOR_3 và NOT được nốivào bộ đếm phút Để thời gian đổ chuông là 10 giây thì em cũng dùng các phần tửtrên để nhận biết giá trị 0 (có giá trị thâp phân là: 0000) nối vào bộ đếm cơ số 6 của

có giá trị thập phân là: 0000) nối vào bộ đếm cơ số 6 của bộ đếm giây.

Và khi bộ đếm đến 50 phút thì hệ thống Reset về trạng thái 0 và việc nhậnbiết trạng thái 0 thì tương tự như các bước trên

Phần II: Thiết kế mạch.

 Sơ đồ mạch chuông báo giờ học:

Hình 22.

 Linh kiện được lựa chọn tương ứng với các khối:

 Nguồn một chiều: bộ pin 5V

 Xung nhịp: IC555, R1=330K, R2=15K, C1=47 uF, C2= 1uF

 Tạo mã BCD: 74LS90

 Mạch giải mã: 74LS48, 74LS08

Việc nhận biết các thời điểm đổ chuông ngoài việc dùng các phần tử logis,chúng ta còn có thể tích hợp các phần tử trong các con IC.

 Giới thiệu một số IC điển hình:

-Chân 14 nối với nguồn 5V

-Chân 7 nối với đất

 Sơ đồ chân IC 7408 như hình sau:

Hình 24.

B, Mạch OR : Vi mạch 7432 IC gồm cổng OR 2 đầu vào.

-Các đầu ra là các chân 3,6,8,11

-Chân 14 nối với nguồn

-Chân 7 nối với đất

Các phần tử AND, OR, NOT, NOR được tích hợp trong chân các con IC, do

đó chúng ta chỉ cần nối các chân IC với các bộ đếm

 Sơ đồ chân IC 7432 như hình sau:

Hình 25.

C, Mạch NAND : Vi mạch 7400 IC gồm cổng NAND 2 đầu vào.

Trong mạch gồm có 4 phần tử NAND

-Các đầu ra là các chân 3,6,8,11

-Chân 14 nối với nguồn

-Chân 7 nối với đất

 Sơ đồ chân IC 7400 như hình sau:

Hình 26.

D, Mạch NOT : Vi mạch 7404 IC gồm cổng NOT 1 đầu vào.

Trong mạch gồm có 6 phần tử NOT.

-Các đầu ra là các chân 2,4,6,8,10,12

-Chân 14 nối với nguồn

-Chân 7 nối với đất

 Sơ đồ chân IC 7404 như hình sau:

Do tích hợp nhiều linh kiện nên việc thiết kế mạch trở nên cồng kềnh, phứctạp Làm tăng độ khó cho quá trình kết nối dây giữa các linh kiện Một điều khôngthể thiếu là khối tạo xung chuẩn nhiều khi không đảm bảo dẫn đến đồng hồ đôi khicòn có sự sai lệch Khi thiết kế đề tài này em chỉ ứng dụng vào một trường họcnhất định, còn khi áp dụng cho các trường học khác thì phải thiết kế lại mạch Dothời gian giữa các tiết học của các trường rất khác nhau Dẫn đến việc lắp ráp cácthiết bị sẽ trở nên rất phức tạp

Ưu điểm của mạch chuông đồng hồ là sự đồng bộ do sử dụng một nguồnxung duy nhất cho toàn bộ hệ thống Vẫn còn là mạch bán tự động do đầu buổi họcphải nhấn nút và cuối buổi học phải tắt Nếu thiết kế hoàn toàn tự động sẽ trở nênphức tạp hơn