Đồ án môn học i đề tài thiết kế mạch đếm sản phẩm dùng IC số

Đồ án môn học i đề tài thiết kế mạch đếm sản phẩm dùng IC số

KHOA ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC I

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM

DÙNG IC SỐ

GVHD:

PHÙ THỊ NGỌC HIẾU

SVTH:

TRẦN ĐỖ TRỌNG THẠNH 05101156

TRƯỜNG ĐH SPKT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA: ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP TỰ DO HẠNH PHÚC

NHIỆM VỤ ĐỀ ÁN MÔN HỌC

SVTH:

GVHD:Phù Thị Ngọc Hiếu

1) Tên đề tài :

THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM DÙNG IC SỐ

2) Nội dung đề tài :

- Dùng tia hồng ngoại nhận biết có sản phẩm đi qua

- Mạch tự động đếm lên khi có tín hiêu xung vào từ mạch hồng ngoại

- Khi đếm tới giá trị đặt trước thì sáng đèn

3) Giáo viên hướng dẫn :

4) Ngày giao nhiệm vụ: 12/09/2008

5) Ngày hoàn thành : 30/11/2008

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Sau hơn hai tháng thực hiện , nhóm sinh viên thực hiện đề tài “ Mạch đếm sản phẩm sử dụng IC số

” rất cảm ơn sự hướng dẫn thực hiện đề tài của cô Hiếu Với những kiến thức kỹ thuật số , và sử dụng IC

số cùng với nguyên lý thu phát hồng ngoại , nhóm sinh viên đã hoàn thành đề tài “ Mạch đếm sản phẩm

sử dụng IC số ”

Nhận xét của GVHD:

LỜI NÓI ĐẦU

-Trải qua quá trình học tập với các môn học : điện tử cơ bản 1 & 2, kỹ thuật số và thực tập kỹ thuật số , và với yêu cầu của môn Đồ án môn học I , nhóm sinh viên đã đăng

kí đề tài : Thiết kế mạch đếm sản phẩm dùng IC số

- Hiện nay , trong các xí nghiệp , đối với công việc đóng gói các sản phẩm thì độ chính xác là cần thiết Vì vậy , biết chính xác số lượng sản phẩm đóng gói là một công việc quan trọng Với mạch đếm sản phẩm và đặt trước số sản phẩm đóng gói sẽ giúp chu trình tự động hóa hoạt động nhanh chóng và tiện lợi.

- Hiện nay trên thị trường có một số sản phẩm Counter do một số nhà phân phối cung cấp như XC410/10, hay XC22B ,XC200NX,XC1200 ,…… có tích hợp sensor XC410/XC10B của hãng SELECT Tuy nhiên , đối với sinh viên có kiến thức hạn hẹp thì thực hiện mạch đếm sản phẩm dùng IC số là có thể thực hiện và việc thực hiện mạch cảm biến hồng ngoại là không quá khó khăn.

Mục lục

Lời nói đầu .4

Phần I :Giới thiệu 6

I Đặt vấn đề 6

II Mục tiêu 6

III Sản phẩm trên thị trường 6

IV Lựa chọn đề tài 8

V Giới hạn đề tài 8

Phần II :Nội dung 9

I Giới thiệu 9

II Linh kiện 9

1 IC7414 9

2 IC7485 10

3 IC74112 10

4 IC74133 11

5 IC74192 11

6 IC74147 12

7 IC74194 12

8 IC74247 13

III Nguyên lý hoạt động 13

IV Sơ đồ nguyên lý 13

V Sơ đồ khối 15

A.Khối thu phát hồng ngoại 15

B.Khối đếm và hiển thị 15

C.Khối đặt trước số đếm 16

D.Khối so sánh & chỉ báo 17

Phần III :Kết luận 18

Phần I Giới thiệu

I.Đặt vấn đề :

Từ thập niên 70 , các thiết bị kỹ thuật số đã ,mang một tầm quan trọng không thể thiếu trong cuộc sống từ các thiết bị nghe nhạc digital , máy vi tính , các hệ thống điều khiển tự động ,… đến các

thiết bị y khoa , ĐTDĐ Đặc biệt khi ra đời của vi xử lý thì tầm ảnh hưởng của nó ngày càng lớn Bởi vì

mạch kỹ thuật số có các ưu điểm :

- Dễ thiết kế

- Dễ lưu trữ , truyền tải

- Độ chính xác cao , ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu

- Có thể lập trình được

- Có thể dễ dàng tạo mạch tích hợp với chức năng đơn giản tới phức tạp

Vì thế trong tương lai , ứng dụng kỹ thuật số ngày càng lớn từ lĩnh vực giải trí đến công nghệ , y khoa tới viễn thông , xe hơi tới phi thuyền vũ trụ

II.Mục tiêu :

- Hoàn thành thiết kế - thi công thực tế

- Mạch hoạt động tốt với độ bền cao

- Có thể phát triển đề tài : mạch công dồn , đếm tăng ,…

III.Những sản phẩm trên thị trường :

- Hãng SELECT có các sản phẩm tích hợp sẵn sensor hồng ngoại :

XC410/10 , XC22B XC200NX hiển thị led , LXC9 , LT9 hiển thị LCD

- Sản phẩm của công ty Hoàng Quốc Tico 734 006 Timer Counter , nhưng không có

tích hợp sensor hồng ngoại :

IV Lựa chọn đề tài :

Đề tài đếm sản phẩm dùng tín hiệu hồng ngoại và IC số của nhóm sinh viên được thực hiện nhàm giảm nhằm thử nghiệm tính chính xác và ổn định của IC số trong ứng dụng thực tiễn so với sản phẩm trên thị trường Đề tài này được thực hiện với những linh kiện rời tạo thành các khối chức năng như : khối thu phát hồng ngoại , khối đếm sản phẩm & hiển thị số đếm , khối đặt trước

số đếm & hiển thị , khối so sánh & báo hiệu khi tới số đếm đặt trước

Khối thu phát hồng ngoại dùng tia hồng ngoại để phát hiện có sản phẩm đi qua , và khi đó cung cấp xung cho khối đếm lên Và khối đếm thực hiện đếm lên mã BCD 4 bit bằng các IC đếm 47192 , cung cấp mã BCD cho khối hiển thị Khối hiển thị giải mã BCD sang led 7 đoạn và hiển thị số sản phẩm đếm được

Khối đặt trước số đếm và khối so sánh có chức năng chỉ báo cho mạch điều khiển khi mạch đếm sản phẩm đạt tới số đặt trước Ở đây dùng chỉ báo đèn Led khi tới số đặt trước

V.Giới hạn đề tài:

- Board mạch lớn , nhiều linh kiện IC , phần cứng cố định

- Không có khả năng lập trình

- Muốn nâng cấp chức năng phải thiết kế lại phần cứng

Khối thu phát

hồng ngoại

Khối đếm mã BCD

Hiển thị bằng Led 7 đoạn

Khối đặt trước

số đếm Khối so sánh số đếm Chỉ báo đèn Led khi đếm tới số đặt trước

Hiển thị số đặt

trước

Phần II:

NỘI DUNG

I Giới thiệu :

Mạch đếm sản phẩm cần có các khối nhận biết có sản phẩm đi qua cung cấp xung cho mạch đếm lên Mạch thực hiện nhận biết sản phẩm bằng mạch thu phát hồng ngoại Và để thực hiện chức năng đặt trước số đếm cần có mạch đặt trước

II.Giới thiệu linh kiện :

1.IC 7414:

IC 7414 là IC cổng NOT có trigger IC này có 14 chân , trong đó chân 7 – GND ,14 –VCC Có tất

cả 6 cổng NOT Đường tín hiệu khi đi qua IC này sẽ bị đảo

Dùng IC này để thực hiện trả lại mã BCD đúng sau khi ra khỏi IC giải mã ưu tiên 74147 ( thập phân sang BCD)

Mức điện áp sử dụng và khoảng nhiệt độ hoạt động cho ở bảng dưới

2.IC 7485:

Có sơ đồ chân như hình bên : 16 chân với 8 –

GND , 16 – Vcc Có 3 ngõ vào so sánh

A>B ,A<B ,A=B và 3 ngõ ra so sánh tương ứng

Đây là IC so sánh 4 bit của 2 mã ngõ vào

Bảng sự thật và nối chân cho ở hình dưới :

3 IC 74112:

Sơ đồ chân và bảng trạng thái cho ở hình bên dưới

vậy có thể áp dụng , mỗi khi có nút nhấn thì Q đổi trạng thái , chỉ kích cho một thanh ghi dịch làm việc.

4 IC 74133:

Là IC 13 inputs NAND ,1 ngõ ra IC 74133 được dùng để nhận biết có nút nhấn Khi có bất kì nút nào được nhấn thì ngõ ra nảy trạng thái lên 1

5.IC 74192:

Là IC thực hiện nhiệm vụ đếm lên/ xuống

khi có xung tác động vào chân đếm UP /DOWN

Bảng trạng thái bên dưới cho thấy IC đếm

khi chân PL nối mức cao và MR nối mức thấp

Là IC thực hiện chức năng giải mã ưu tiên từ nút nhấn thập phân sang mã BCD tương ứng , nhưng đã bị đảo Theo như bảng chân thật phía dưới :

7.IC 74194:

Sơ đồ chân và bảng trạng thái cho ở hình bên dưới

IC này có 16 chân , với 2 chân nguồn : 7-GND 16-Vcc

Dựa trên bảng sự thật thì IC này thực hiện chức năng dịch 4 bit ngõ vào sang 4 bit ngõ ra và có thể chốt mức ra Như vậy có thể dùng nó để dịch mã BCD sau giải mã để lưu mã BCD sau khi có nút nhấn tác động Vì vậy ta chỉ thực hiện chức năng dịch song song của IC này Chân MR , S0 và S1 nối

IC này có 16 chân Chân nguồn 8-GND , 16- Vcc Để thực

hiện chức năng giải mã mã BCD sang 7 đoạn thì phải kết nối chân LT

với mức cao và chân RBO cũng nối mức cao

Để tắt số 0 ở LED 7 đoạn hàng chục khi mạch đang đếm chưa

tới hàng chục thì IC giải mã hàng chục thì phải nối chân RBO của IC

này với chân RBI của IC giải mã hàng đơn vị

III Nguyên lý hoạt động :

Mạch đếm sản phẩm bao gồm các khối nhận biết sản phẩm bằng hồng ngoại , khối đếm và hiển thị số đếm , khối đặt trứơc số đếm và hiển thị số đặt trước , khối so sánh và báo hiệu khi đạt tới số so sánh

Khối thu phát hồng ngoại sẽ luôn có tia hồng ngoại , khi có sản phẩm tia hồng ngoại bị ngắt làm giảm áp hồng ngoại sẽ kích khối nhận biết so sánh ở khối hồng ngoại làm xuất hiện xung vuông nảy

Xung vuông nảy này tác động tới khối đếm , đặt trước đếm lên , và số đếm được hiển thị trên LED 7 đoạn

Khối đặt trước sẽ đặt trước số đếm cho mạch đếm Khi mạch đếm đến số đặt trước thì sẽ có đèn báo vượt số qua mạch so sánh

đếm và hiển thị số đặt trước , khối so sánh và báo hiệu khi đạt tới số so sánh

A.Khối thu phát hồng ngoại:

Nhận biết sản phẩm đi qua bằng sóng hồng ngoại Khi có sản phẩm đi qua thì sóng hồng ngoại

bị ngắt ,tạo ra chênh lệch điện áp ngõ vào của IC LM741 Bình thường điện áp chân 2 LM741 cao hơn chân 3 , áp ra chân 6 mang giá trị âm , khi có sản phẩm đi qua thì LED thu dẫn làm giảm áp chân 2 , áp

ra chân 6 tăng lên giá trị dương , làm cho transistor C1815 dẩn tạo ra xung nảy cấp cho mạch đếm

Tụ C2 102 có nhiệm vụ giảm bớt xung nhiễu của Led thu khi có sản phẩm đi qua Tụ C3 lọc nhiễu một lần nữa , sau khi qua IC LM741 Các điện trở R48 & R46 , R47 dùng để phân áp cho

transistor Q1 Transistor Q1 dùng loại npn như :C1815 hay A2222N đều được , nhưng dùng loại 2222N thì đảm bảo ổn định hơn

Biến trở R53 dùng để chỉnh độ nhạy của Led thu hồng ngoại thông qua mức áp so sánh tại chân 2 của IC so sánh LM741 Khi tăng giá trị biến trở thì nâng áp chân 2 lên , vì vậy một sự thay đổi nhỏ của Led thu cũng sẽ được nhận biết , và làm thay đổi giá trị áp ra của IC LM741 Như thế đã tạo ra xung vuông ở ngõ vào khối đếm

B Mạch đếm và hiển thị dùng IC 74HC192 & 74247:

Khối đếm nhận xung đếm từ mạch thu phát hồng ngoại , và chuyển xung đó thành xung đếm lên cho mạch đếm Mạch đếm dùng IC 74192 với chân vào Up được kích mức cao , để thực hiện đếm lên theo

mã BCD Mã BCD tạo được giải mã qua IC 74247 để giải mã sang LED 7 đoạn , Anode chung , hiển thị số đếm thập phân 2 chữ số

Để tạo ra độ chính xác cho số đếm thì số đếm ban đầu được reset về 0 nhờ mạch tự Reset thông qua

Việc thực hiện hiển thị số đặt trước phải dùng IC 74133 nhận biết số lần nút nhấn để cho ra hiển thị hàng đơn vị , hàng chục IC 74133 tạo ra xung nảy cho phép IC đếm 74122 tạo ra mă nhị phân 2 bit

mã BCD Vì IC74133 là IC giải mã ưu tiên nên chỉ nhận số đếm lớn nhất khi nhấn đồng thời các nút nhấn V à ngõ ra bị đảo nên phải dùng cổng đảo IC 7414

Và ngõ ra BCD này được đưa qua 2 thanh ghi dịch 74194 để lựa chọn cho hàng đơn vị , hàng chục Việc nhận biết số thập phân hàng chục hay đơn vị được thực hiện thông qua số lần nhấn Việc nhận biết số lần nhấn nhờ IC 74133 , cổng NAND 13 input , và IC 74112 Khi nhấn lần 1 ngõ ra 74133 lên 1 rồi về 0 tạo xung ↑ đếm cho 74112 Ngõ ra Q của 74112 kích thanh ghi U3 , 74194 , dịch mã BCD đơn vị , thanh ghi U4 không hoạt động Nhấn lần 2 thì cổng Q- lên 1 rồi về không tạo xung ↑ đếm cho thanh ghi dịch U4 hoạt động , dịch mã BCD hàng chục cho Led hiển thị

D.Khối so sánh :

Dùng IC so sánh 7485 để so sánh mã nhị phân BCD 8 bit của ngõ vào từ mạch đếm và từ khối tạo trước số đếm Ngõ ra so sánh dùng để chỉ báo đèn led

Hai IC 7485 có nhiệm vụ so sánh số đặt trước và số đếm IC U13 nhận mã BCD hàng đơn vị , IC U14 so sánh mã BCD hàng chục Khi so sánh 2 mã BCD bit cao của số đặt trước và số đếm sẽ có 3 trường hợp :

- Khi bằng nhau thì sẽ tùy thuộc giá trị đầu vào ( A>B ,A=B,A>B) từ ngõ ra so sánh hàng đơn

vị thì chân tương ứng sẽ lên 1.Làm sáng led tương ứng

- Khi số đếm lớn hơn thì ngõ ra A >B lên mức 1 bất chấp so sánh hàng đơn vị

- Khi số đếm nhỏ hơn thì ngõ ra A< B lên mức 1 bất chấp so sánh hàng đơn vị

Kết luận

Sau hơn hai tháng thực hiện , nhóm sinh viên thực hiện đề tài “ Mạch đếm sản phẩm sử dụng

IC số ” rất cảm ơn sự hướng dẫn thực hiện đề tài của cô Hiếu Với những kiến thức kỹ thuật số , và sử dụng IC số cùng với nguyên lý thu phát hồng ngoại , nhóm sinh viên đã hoàn thành đề tài “ Mạch đếm sản phẩm sử dụng IC số ”, nhưng vẫn còn có những sai sót trong vấn đề chống nhiễu cho mạch đếm, cũng như mạch đặt trước số đếm Với sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn nhóm sinh viên đã giải quyết được vấn đề này Nhưng vẫn còn vấn đề cần giải quyết là tính ổn định của mạch đếm sau khoảng thời gian dài

Tài liệu tham khảo :

1- Giáo trình kỹ thuật số - ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT

2- Kỹ thuật số - Nguyễn Trung Lập – ĐH CẦN THƠ

3- Sơ Đồ Chân Linh Kiện Bán Dẫn -Dương Minh Trí - Nxb Trẻ