bài tập lớn thiết kế hệ thống bãi đỗ xe tự động môn kỹ thuật số

MỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦU ……………………………………………………………………..3CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ MẠCH LOGIC, MẠCH DÃY, MẠCH DAO ĐỘNG. I. MẠCH LOGIC TỔNG HỢP………………………………………………....4 II.MẠCH DÃY…………………………………………………………………...8 III.MẠCH TẠO DAO ĐỘNG …………………………………………………14CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH BÃI GỬI XE TỰ ĐỘNGI. SƠ ĐÒ KHỐI CẤU TRÚC BÃI GỬI XE……………………………………19II.BỘ PHẬN NHẬN BIẾT TÍN HIỆU…………………………………………19III. XỬ LÝ TÍN HIỆU…………………………………………………………..20CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNGI.SƠ ĐÒ MẠCH………………………………………………………………….23II. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG............................................24KẾT LUẬN……………………………………………………………………….25 Lời Nói ĐầuVới sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Trong lĩnh vực điều khiển, từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều khiển hiện đại có 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, công 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 bấm giây, đồng hồ báo giờ ... đã giúp cho đời sống cuả chúng ta ngày càng hiện đại và tiện nghi hơn. Với những kiến thức được học trên lớp và tìm hiểu thực tế. Trong thời gian yêu cầu nhóm em đã hoàn thành đồ án môn học với nội dung “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG”. Do kiến thức chuyên ngành còn thiếu nhiều thực tế nên đồ án không tránh khỏi những sai sót, mong các thầy cô góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn Thầy : Nguyễn Vũ Linh đã giúp nhóm em hoàn thành bài tập lớn môn này.Chương 1:TÌM HIỂU CHUNG VỀ MẠCH LOGIC, MẠCH DÃY, MẠCH DAO ĐỘNG.I. MẠCH LOGIC TỔNG HỢP1. Đặc điểm cơ bản và phương pháp thiết kế mạch logic tổ hợp1.1Đặc điểm cơ bản của mạch logic tổ hợp Mạch logic tổ hợp có đặc điểm cơ bản là giá trị ( 0 or 1 ) tín hiệu đàu ra tại thời điểm bất kỳ chỉ phụ thuộc vào tổ hợp giá trị tín hiệu vào tại thời điểm đó. Nói cách khác, mạch logic tổ hợp là mạch không có các phần tử nhớ. Mạch logic tổ hợp được xây dựng từ các mạch điện cổng logic.

BÀI TẬP LỚN MÔN KĨ THUẬT SỐ

Nội dung: Thiết kế hệ thốngđiều khiển bãi đỗ xe tự

đông gồm : Hai cửa vào /ra, mỗi cửa có 1 Barrie được điều khiển bởi 2 động cơ 1 và 2, bốn công tắc hành trình báo barrie đóng hết và mở hết, hai cảm biến

phát hiện xe vào /ra, 2 led 7 thanh để hiển thị số xe trong bãi đỗ và 2 đèn báo còn chỗ /hết chỗ Hai nút ấn

Start và Stop để khởi động và dừng hệ thống.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU ……… 3CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ MẠCH LOGIC, MẠCH DÃY, MẠCH DAO ĐỘNG.

I MẠCH LOGIC TỔNG HỢP……… 4 II.MẠCH DÃY……… 8

III.MẠCH TẠO DAO ĐỘNG ………14

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH BÃI GỬI XE TỰ ĐỘNG

I SƠ ĐÒ KHỐI CẤU TRÚC BÃI GỬI XE………19 II.BỘ PHẬN NHẬN BIẾT TÍN HIỆU………19 III XỬ LÝ TÍN HIỆU……… 20

CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG

I.SƠ ĐÒ MẠCH……….23

II NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG 24

KẾT LUẬN……….25

Lời Nói Đầu

Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện

tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển, từ khi côngnghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều khiển hiện đại có 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, công 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 bấm giây, đồng hồ báo giờ đã giúp cho đời sống cuả chúng ta ngày càng hiện đại và tiện nghi hơn

Với những kiến thức được học trên lớp và tìm hiểu thực tế Trong thời gian

yêu cầu nhóm em đã hoàn thành đồ án môn học với nội dung “THIẾT KẾ HỆ

THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG” Do kiến thức chuyên ngành

còn thiếu nhiều thực tế nên đồ án không tránh khỏi những sai sót, mong các thầy

cô góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn Thầy : Nguyễn Vũ Linh đã giúp nhóm em hoàn

thành bài tập lớn môn này

Chương 1:

TÌM HIỂU CHUNG VỀ MẠCH LOGIC, MẠCH DÃY, MẠCH DAO ĐỘNG.

I MẠCH LOGIC TỔNG HỢP

1 Đặc điểm cơ bản và phương pháp thiết kế mạch logic tổ hợp

1.1 Đặc điểm cơ bản của mạch logic tổ hợp

- Mạch logic tổ hợp có đặc điểm cơ bản là giá trị ( 0 or 1 ) tín hiệu đàu ra tạithời điểm bất kỳ chỉ phụ thuộc vào tổ hợp giá trị tín hiệu vào tại thời điểm đó Nóicách khác, mạch logic tổ hợp là mạch không có các phần tử nhớ

- Mạch logic tổ hợp được xây dựng từ các mạch điện cổng logic

- Đồ thị dạng song theo thời gian

1.3 Phương pháp thiết kế mạch logic tổ hợp

- Khi tín hiệu đã được mã hóa và xử lý bằng thiết bị điện tử số Kết quả xử lý cũng

là tín hiệu số Bởi vậy cần chuyển đổi tín hiệu dạng số thành tín hiệu mà ta dễ hiểu.Các thiết bị điện tử thực hiện nhiệm vụ này được gọi là bộ giải mã

3.1 Bộ giải mã nhị phân

- Bộ giải mã nhị phân có chức năng phiên dịch mã nhị phân thàh tín hiệu đầu ra tương ứng với một tín hiệu quy định nào đó

3.3 Bộ giải mã hiển thị ký tự

- Để hiển thị ký tự là 10 chữ số hệ thập phân từ 0 đến 9 thường sử dụng các phần

tử quang điện, trong đó có led 7 thanh

4 Bộ so sánh

- Là mạch điện để so sánh 2 số hệ nhị phân đã được chuyển hóa thành dãy tín hiệu xung điện áp với các mức tương ứng Kết quả sau khi so sánh phải xác định được, hai số có bằng nhau không, hay số nào lớn hơn, số nào bé hơn

- Phân loại :

+ so sánh bằng nhau

+ so sánh lớn hơn, bé hơn

5 Bộ cộng

- Bộ cộng mạch điện để thực hiện phép tính cộng hai số hệ nhị phân đã được

chuyển hóa thành dãy tín hiệu xung điện áp với các mức tương ứng Kết quả ở cửa

ra của bộ cộng cũng là dãy xung điện áp, mỗi xung xó mức tương ứng

II.MẠCH DÃY

1.Đại cương về mạch dãy

1.1Đặc điểm và phương pháp mô tả chức năng mạch dãy

Mạch dãy là mạch điện số mà trạng thái đầu ra của nó không chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu vào ở thời điểm đó,mà còn phụ thuộc vào trạng thái bản thân mạch ởthời điểm trước đó (đó là trạng thái trong mạch) Vậy trong mạch dãy phai có mạchlật (mạch FF) để tạo nhớ Sơ đồ khối mạch dãy có thể mô tả như hình sau:

Các phương pháp để mô tả chức năng của mạch dãy

-Phương pháp sử dụng phương trình logic:dùng để mô tả quan hệ phụ thuộc của các biến ra theo các biến vào và trạng thái nội tại đang có trong mạch

-Phương pháp sử dụng bảng trạng thái:dùng bảng liệt kê mối quan hệ theo giá trị logic giữa các tập biến

-Phương pháp sử dụng đồ hình trạng thái:dùng hình vẽ phản ánh quy luật chuyển đổi trạng thái và tình hình giá trị đầu vào,đầu ra tương ứng của mạch

-Phương pháp sử dụng đồ thị thời gian:là dạng sóng công tác mô tả quan hệ tương ứng các giá trị đầu vào,đầu ra,trạng thái mạch điện về thời gian

1.2.Phương pháp cơ bản phân tích chức năng logic mạch dãy

Bước 1:Viết các phương trình:phương trình định thời,đầu ra và phương trình kíchBước 2:Tìm phương trình trạng thái

Bước 3:Tính toán

Bước 4:Vẽ sơ đồ trạng thái (hoặc lập bảng trạng thái,vẽ đồ thị thời gian)

2.Bộ đếm

2.1 Đặc điểm và phân loại bộ đếm

• Là mạch điện số có khả năng nhớ được số xung đến cửa vào

• Ngoài ra có bộ đếm thuận, bộ đếm nghịch, bộ đếm

thuận/ nghịch

2.2.Bộ đếm đồng bộ

2.3.Bộ đếm dị bộ

Xét sơ đồ nguyên lí đặc trưng của mạch dị bộ

Đồ thị dạng sóng tương ứng :

2.4.Một số mạch điển hình dùng bộ đếm

Trong thực tế bộ đếm được sử dụng rộng rãi như:dùng làm đồng hồ số,bãi đỗ xe tựđộng hay đèn báo giao thông ,…

Là thiết bị cung cấp tín hiêụ điều khiển với các yêu cầu thực hiện phép toán diễn

ra tuần tự,thật chính xác.Các tín hiệu đó phải lần lượt xuất hiện cách nhau 1khoảng thời gian chính xác

3.5 Bộ nhớ RAM

• RAM là bộ nhớ cho phép người sử dụng có thể

viết và đọc dữ liệu (Gọi là bộ nhớ truy xuất ngẫu

nhiên- Random Access Memory)

III.MẠCH TẠO DAO ĐỘNG

1 Khái niệm về mạch dao động

Mạch dao động được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị điện tử, như mạch dao động nội trong khối RF Radio, trong bộ kênh Tivi mầu, Mạch dao động tạo xung dòng , xung mành trong Tivi, tạo sóng hình sin cho IC Vi xử lý hoạt động v v

Mach dao động trên có tụ C1 // L1 tạo thành mạch dao động L -C Để duy trì sự dao động này thì tín hiệu dao động được đưa vào chân B của Transistor, R1 là trở định thiên cho Transistor, R2 là trở gánh để lấy ra tín hiệu dao động ra , cuộn dây đấu từ chân E Transistor xuống mass có tác dụng lấy hồi tiếp để duy trì dao động Tần số dao động của mạch phụ thuộc vào C1 và L1 theo công thức

f = 1 / 2.p.( L1.C1 )1/2

3 Mạch dao động đa hài.

Mạch dao động đa hài tạo xung vuông

4 mạch dao động bằng IC

IC tạo dao động XX555 ; XX có thể là TA hoặc LA v v

Mạch dao động tạo xung bằng IC 555

IC 555 là một loại linh kiện khá là phổ biến bây giờ với việc dễ dàng tạo được

xung vuông và có thể thay đổi tần số tùy

thích, với sơ đồ mạch đơn giản,điều chế

được độ rộng xung Nó được ứng dụng hầu

hết vào các mạch tạo xung đóng cắt hay là

những mạch dao động khác Đây là linh

kiện của hãng CMOS sản xuất

Các thông số cơ bản của IC 555 có trên thị trường :

+ Điện áp đầu vào : 2 - 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555, NE7555 )+ Dòng điện cung cấp : 6mA - 15mA

+ Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V

+ Điều chế được độ rộng xung (PWM)

+ Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)

Sơ đồ chân IC555:

sơ đồ chân IC555

+ Chân số 1(GND): Cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là

+ Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số 4 nối masse

thì ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6.Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân này lên VCC

+ Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong

IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND Chân này có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta

thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định

+ Chân số 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp

khác và cũng được dùng như 1 chân chốt

+ Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu

điều khiển bỡi tầng logic của chân 3 Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại.ngược lại thì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động

+ Chân số 8 (Vcc): Không cần nói cũng bít đó là chân cung cấp áp và dòng cho IC

hoạt động Không có chân này coi như IC chết Nó được cấp điện áp từ 2V >18V(Tùy từng loại 555 thấp nhất là con NE7555)

Chương 2:

THIẾT KẾ MẠCH BÃI GỬI XE TỰ ĐỘNG

I SƠ ĐÒ KHỐI CẤU TRÚC BÃI GỬI XE

Chức năng, nguyên lí chung: khi có xe vào hoặc ra.hệ thống tự động báo hiệu

và tăng hoặc giảm số lượng xe hiển thị trên màn hình

Mỗi khi có xe ra hay vào thì có đèn báo hiệu, luôn có một đèn sang báo hiẹu

còn chỗ trống.nếu hết chỗ thì đèn này tắt và có một đèn khác báo hết chỗ

→nhìn vào bộ phạn hiển thị ta biết đựợc khi nào có x era, vào, số xe trong bãi,

Hết xe Tín hiệu vào

Số xe trong bãi

Bộ phận hiển thị

Xử lý tín hiệu

Đầy xe Tín hiệu ra

Do việc mô tả tín hiệu bằng cảm biến trong Proteus khá khó khăn nên cảm biến được thay bằng các nút bấm

Hình a Hình b

Nút bấm

 Trạng thái mở : Không có tín hiệu ( hình a )

 Trạng thái đóng : có tín hiệu (hình b )Khi có xe vào hoặc ra khỏi bãi cảm biến sẽ nhận biết và phát tín hiệu: tương ứng với việc đóng và mở 2 nút ấn để đưa tín hiệu vào hệ thống

 Bộ so sánh 74LS85

Chân ( A0 A1 A2 A3 ) ; ( B0 B1 B2 B3 ) lần lượt là 2 giá trị cần so sánh

Chân A < B(2); A = B (3) ; A > B (4) : các giá trị của phép toán so sánh trước ( nếu có )

Chân QA<B (7) ; QA=B (6) ; QA>B (5) : Kết quả của phép so sánh

VI Bộ phận hiển thị tín hiệu

1.Đèn LED 7 thanh ( 4 chân )

Sau khi tín hiệu đã được xử lý

Tín hiệu được đưa vào bộ phận hiển thị

Đưa tín hiệu ra của bộ đếm lần lượt vào 4 chân của đèn LED 7 thanh

Tín hiệu sẽ được hiển thị thành số trên đèn

2, Đèn báo

Đèn báo là đèn LED- GREEN

II NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG

- Các biến logicstate ở hai bộ so sánh U3 và U4 để ta nhập đầu vào ở dạng nhịphân của số lượng xe tối đa mà bãi có thể chứa đựơc

- Khi bắt đầu khởi động hệ thống, chưa có xe nào trong bãi nên đèn 1 sáng báo hiệu bãi còn trống

- Tương tự với xe ra, cảm biến ra phát tín hiệu: tutơng ứng với nút ấn 1

đóng.cấp tín hiệu vào chân up của bộ đếm 1 làm giảm biến đếm đi 1 đơn vị

- Khi led 1 đếm đựoc 10 xe thì chân 13 của bộ đếm 1 sẽ phát tín hiệu sang bộ đếm 2 làm tăng biến đếm của bộ2 lên 1 đơn vị

Kết luận:

Qua việc làm bài tập lớn về thiết kế bãi đỗ xe,chúng em đã biết thêm được một

số kiến thức về nguyên lý làm việc của hệ thống bãi đỗ xe tự động thực tế, cũng như biết được cách sử dụng và chức năng của một số ic, từ đó cũng đã thiết kế được một mạch đơn giản ,nhưng do kiến thức còn hạn chế cộng mới thời gian làm bài ngắn ,chúng em khó có thể tránh được những thiếu xót , mong thầy cô nhận xét,đánh giá để bài làm của em hoàn thiện hơn Chúng em xin trân thành cảm ơn