THIẾT kế, CHẾ tạo MẠCH đếm sản PHẨM từ 00 đến 99

Từ những điều đãđược thấy đó và khả năng của chúng em, chúng em muốn làm một điềugì nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép tăng hiệu suất lao động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Tên đề tài : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM TỪ 00 ĐẾN 99

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Diên

Nhóm Sinh viên thực hiện :

Hưng Yên, Ngày…Tháng Năm 2010 Giảng viên hướng dẫn

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 4

NỘI DUNG 6

Chương I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

1 Xây dựng sơ đồ khối của toàn mạch 6

2 Nguyên tắc hoạt động của các khối 6

2.1 Khối nguồn 6

2.2 Khối tạo tín hiệu 8

2.3 Khối mã hóa 11

2.4 Khối giải mã 11

2.5 Khối hiển thị - Led 7 thanh 12

Chương II: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM SỐ NGƯỜI RA VÀO CỬA SIÊU THỊ 14

1 Sơ đồ nguyên lý của mỗi khối và tính toán chọn lọc linh kiện 14

1.1 Khối nguồn 14

1.2 Khối phát tín hiệu 16

1.3 Khối đếm hiển thị 17

2 Sơ đồ nguyên lý và nguyên tắc hoạt động của toàn mạch 19

2.1 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch 19

2.2 Nguyên tắc hoạt động của mạch 20

3 Yêu cầu đồ án 21

KẾT LUẬN 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

PHỤ LỤC

1 IC7805 20

và phát triển đất nước Trong đó sự tích hợp các mạch điện – điện tửngày càng trở nên thiết yếu khi mà công nghệ ngày càng phát triển hơntiến tới thời đại của vi xứ lý vi mạch những mạch cồng kềnh chiếm nhiềudiện tích đã bị loại bỏ dần thay vào dó là các mạc siêu nhỏ gọn gàng hơnđang đươc ưa chuộng Những thành tựu của nó đã có thể biến đượcnhững cái tưởng chừng như không thể thành những cái có thể, góp phầnnâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người.

Trong đó có ngành “Kĩ thuật số” có vai trò rất quan trọng vàviệc áp dụng điều khiển bằng số trong công nghệ hiện đại Kĩ thuật số

ra đời đã và đang làm nên một cuộc cách mạng trong mọi lĩnh vựccủa đời sống hiện đại từ chiếc nồi cơm điện, máy giặt, máy điệnthoại… đến truyền hình, chụp ảnh, công nghệ thông tin,… Những ứngdụng của nó trong sản xuất của các công ty lớn nhỏ là không thể kểhết

Xuất phát từ thực tế tại các nhà máy và tham quan các doanhnghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóatrong quá trình sản xuất Một trong những khâu đơn giản trong dâychuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được đếm

việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu đếmsản phẩm, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công Từ những điều đãđược thấy đó và khả năng của chúng em, chúng em muốn làm một điều

gì nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay

mà cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảmbảo được độ chính xác cao Đối với các nơi có nhiều dịch vụ tiện ích chocon người như các siêu thị, cửa hàng cần quản lý số lượng người ra vào

để biết được tình hình kinh doanh của siêu thị hoặc cửa hàng đó Vậynên chúng em quyết định thiết kế một mạch đếm người vì nó rất phù hợpvới thực tế và nó thật sự rất có ý nghĩa đối với chúng em vì đã làm đượcmột phần nhỏ đóng góp cho xã hội

Nhận thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của mạch đếm số lượtngười ra vào cửa siêu thị Chúng em đã nghiên cứu và thiết kế dưới sự

hướng dẫn nhiệt tình của thầy: Nguyễn Văn Diên, giảng viên khoa Cơ

Khí Vì kiến thức, kinh nghiệm của chúng em còn hạn chế nên đồ ánkhông tránh được sai sót Chúng em rất mong sự đánh giá của quý thầy

cô và bạn bè, để đồ án được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

NỘI DUNG Chương I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Xây dựng sơ đồ khối của toàn mạch

Hình 1.1: Sơ đồ khối của toàn mạch

2 Nguyên tắc hoạt động của các khối

2.1 Khối nguồn

Bộ nguồn cung cấp cho toàn mạch ở đây ta dùng nguồn một chiều5V Nguồn ta dùng ở đây ta cần độ ổn định cao để mạch đếm chạy mộtcách chính xác, nếu ta dùng nguồn không ổn định ví dụ như pin thì hoạtđộng bị gián đoạn

Mạch yêu cầu dùng dòng 1 chiều, điện áp 5V nên khối nguồn này

ta dùng máy biến áp, cầu chỉnh lưu, và IC7805 có tác dụng ổn định điện

áp ra 5V

2.1.1 Khối hạ áp

Ở đây chúng ta biến đổi điện áp lưới 220VAC-50Hz xuống còn24VAC - 3A Mục đích là cấp đầy vào cho bộ biến đổi và bộ lọc để cóđiện áp một chiều mong muốn

2.1.2 Khối chỉnh lưu

Thành phần chỉnh lưu là biến đổi tín hiệu xoay chiều thành tínhiệu 1 chiều thông qua 4 con diode chỉnh lưu Đây là sơ đồ chỉnh lưu cảchu kì với dạng sóng đầu vào và đầu ra sau chỉnh lưu như sau:

Hình 1.2 : Điện áp sau chỉnh lưu.

Dạng điện áp sau chỉnh lưu nó vẫn còn các sóng nhấp nhô nhưngọn núi và dạng điện áp này vẫn được coi là điện áp 1 chiều nhưngchưa ổn định

2.1.3 Khối lọc

- Có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch U3 thànhđiện áp một chiều U4 ít nhấp nhô hơn

- Tụ có điện dung càng lớn thì điện áp ở đầu ra càng bằng phẳng

Hình 1.3: Điện áp sau khi được lọc bằng tụ điện.

- Tụ gốm có tác dụng lọc xung đột biến

2.1.4 Khối ổn áp

- Dòng họ 78xx cho ra nhiều loại ổn áp điện khác nhau: như 7805

ổn áp 5V

- Điện áp đầu vào của họ 78xx là điện áp 1 chiều và max <=40V

- Công suất tiêu tán cực đại có tản nhiệt là 15W

- Đảm bảo thông số là : Vi - V0 = 2V đến 3V ( lúc đó mạch mớihoạt động ổn áp được)

2.2 Khối tạo tín hiệu

Có nhiệm vụ nhận biết tín hiệu,mã hoá tín hiệu thành tín hiệuxung

2.2.1 Mạch dao động

Có nhiều thiết kế để tạo xung như thiết kế mạch dùng transistor.ở đâychúng em chọn thiết kế mạch tạo xung dùng NE555 vì nó rất phổ biến dễtìm

M ch t o xung b ng ic này r t d làm d hi u nguyên lý làm vi c ạch tạo xung bằng ic này rất dễ làm dễ hiểu nguyên lý làm việc ạch tạo xung bằng ic này rất dễ làm dễ hiểu nguyên lý làm việc ằng ic này rất dễ làm dễ hiểu nguyên lý làm việc ất dễ làm dễ hiểu nguyên lý làm việc ễ làm dễ hiểu nguyên lý làm việc ễ làm dễ hiểu nguyên lý làm việc ểu nguyên lý làm việc ệc

c a nó.ủa nó

Sơ đồ nguyên lý

2.2.2 Nguyên lý hoạt động

Cấu tạo của NE555 gồm OP-amp so sánh điện áp, mạch lật và transistor

để xả điện Cấu tạo của IC đơn giản nhưng hoạt động tốt Bên trong gồm

3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Op-amp 1

và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2 Khi điện áp ở chân

2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset

điện áp ở chân 6 không vượt quá V2 Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0,

FF không reset

Giai đoạn ngõ ra ở mức 1:

Khi bấm công tắc khởi động, chân 2 ở mức 0

Vì điện áp ở chân 2 (V-) nhỏ hơn V1(V+), ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 1nên S = [1], Q = [1] và = [0] Ngõ ra của IC ở mức 1

Khi = [0], transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp trên tụ tăng Khinhấn công tắc lần nữa Op-amp 1 có V- = [1] lớn hơn V+ nên ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 0, S = [0], Q và vẫn không đổi Trong khi điện áp tụ C nhỏ hơn V2, FF vẫn giữ nguyên trạng thái đó

Kết quả cuối cùng: Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông,

có chu kỳ ổn định

2.3 Khối mã hóa

 Khái niệm mã hóa:

- Nói một cách khái quát, mã hóa là dùng văn tự, ký hiệu hay mãhóa để biểu thị một đối tượng xác định Ví dụ như đặt tên cho trẻ sơsinh, các thí sinh tham gia các môn thì có một số báo danh để thay thế.văn tự và hệ đếm thập phân không tiện dùng cho mạch số mã hóa nhịphân là quá trình dùng mã hóa nhị phân để biểu thị đối tượng sẽđến( đối tượng này là tín hiệu) Biểu thị số lượng nhiều thì tăng số bitBinary digital mã nhị phân có n bit thì có 2n trạng thái, có thể biểu thịđược 2n tín hiệu Vậy để mã hóa n tín hiệu cần sử dụng n bit, theocông thức 2n >=n

- Bộ mã hóa là mạch điện thực hiện thao tác mã hóa căn cứ vào yêucầu, đặc điểm khác nhau của tín hiệu được mã hóa, chúng ta có các

mã hóa khác nhau: bộ mã hóa nhị phân, bộ mã hóa nhị thập phân, bộ

mã hóa ưu tiên

2.4 Khối giải mã

 Giải mã là quá trình phiên dịch hàm ý đã gán cho mã, mạch điệnthực hiện việc giải mã được gọi là bộ giải mã

 Sơ đồ khối

Hình 1.6: Sơ đồ khối giải mã.

 Nguyên lý hoạt động của khối giải mã

- Bộ đếm gồm các IC đếm có chức năng đếm số Mỗi khi có xungCLK tác động vào bộ đếm sẽ nhảy số

- Thông qua bộ đếm sẽ tạo địa chỉ đưa vào bộ giải mã hiển thị led

2.5 Khối hiển thị - Led 7 thanh

- Đèn chỉ thị 7 đoạn gồm 7 diode phát quang (LED: Light EmissionDiode) hay 7 chỉ thị tinh thể lỏng (LCD: Liquid Crystal Display).Mỗibit được thể hiện bằng một đoạn sáng a, hoặc b, hoặc c đến g

- Có hai loại chỉ thị 7 đoạn: Anot chung và Catot chung

- Nhờ 7 đoạn sáng này ta có được 10 số thập phân từ 0 đến 9

-Hình 1.7 : Cấu tạo led 7 thanh.

Hình 1.8.Sơ đồ nối chân giữa khối giải mã và khối hiển thị

 Giải mã BCD ra mã 7 đoạn:

- Khi bộ hiển thị LED 7 đoạn được sử dụng rộng rãi, 1 con IC vớitên là "Bộ giải mã BCD sang 7 đoạn" được phát triển nhằm đơn giảnhóa việc sử dụng led 7 đoạn Dữ liệu định dạng kiểu nhị phân sau khiđược IC sử lý sẽ được hiển thị chính xác lên màn hình bằng dạng sốtương ứng (0-9)

- Mặc dù IC này hoạt động không cần chốt, nhưng IC trong trườnghợp này có sẵn chốt 4-bit (được sử dụng cho ví dụ sau) Ở ví dụ này

chốt được thiết lập sao cho dữ liệu nhập vào có thể truyền thông suốtqua bộ giải mã.

Chương II: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM TỪ 00 ĐẾN 99

1 Sơ đồ nguyên lý của mỗi khối và tính toán chọn lọc linh kiện

1.1 Khối nguồn

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của mạch nguồn.

 Tính toán chọn linh kiện

- Máy biến áp

Yêu cầu đề bài điện áp ra ổn định tối đa là 12VDC, mà điện ápđầu vào 220VAC nên ta có thể sử dụng máy biến áp: 220VAC-24VAC-3A hoặc 220VAC-12VAC-1A Trong đề tài này chúng em chọn220VAC-24VAC-3A vì sẵn có trong bộ linh kiện của chúng em

- Cầu chỉnh lưu

Các IC ổn áp trong mạch nguồn này có IRa tối đa là 1A nên lựachọn diode 1N4007 hoặc 1N4004 vì IThuận của diode này không được lớnhơn 1A Trong đề tài này chúng em lựa chọn diode 1N4007

Có hai loại linh kiện ổn áp họ 78XX và 79XX

Họ 78xx là họ cho ổn định điện áp đầu ra là dương Còn xx là giátrị điện áp đầu ra như 5V, 8V…

Họ 79xx là họ ổn định điện áp đầu ra là âm Còn xx là giá trị điện

Trong các thiết bị, để hiển thị trạng thái hoạt động của các thiết bị

đó cho người sử dụng với các dãy số là đơn thuần người ta sử dụng Led

7 đoạn để hiển thị Vậy để hiển thị từ 000 đến số 100 người đi ra vào cửasiêu thị ta sử dụng 3 con led 7 đoạn

2 Sơ đồ nguyên lý và nguyên tắc hoạt động của toàn mạch

2.1 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch

2.2 Nguyên tắc hoạt động của mạch.



- Sau khi dùng máy biến áp ta được nguồn điện 24VAC Sau đó tacho nguồn điện qua cầu chỉnh lưu Lúc này nguồn điện được chuyển từtín hiệu xoay chiều thành tín hiệu một chiều Tiếp theo ta cho nguồn điệnqua tụ điện để lọc phẳng tần số Cuối cùng ta cho nguồn điện qua IC

7805 và trở thành nguồn điện 5VDC cấp nguồn cho mạch điện

- Mạch tạo xung tạo ra xung vuông để đưa vào chân up clock củaIC74192 thứ nhất để đếm tiến,đếm hàng đơn vị cảu bộ đếm.Như vậy cứmỗi xung IC sẽ đếm lên một đơn vị (nghĩa là mỗi khi có sản phẩm tácđộng vào công tác hành trình thì sẽ đếm lên một đơn vị)

Khi IC74192 hàng đơn vị đếm hết 1 chu kỳ(từ 0 đến 9) sẽ có sườn âm

ở chân 12 kích cho chân up clock ở IC74192 thứ hai để đếm lên hàngchục

Dùng IC 7447 để giải mã Khi giải mã xong thì tín hiệu sẽ được hiểnthị trên led 7 thanh và nó sẽ giữ nguyên trạng thái cho đến khi có sảnphẩm tiếp theo tác động vào công tắc hành trình

3 Yêu cầu đồ án

- Số đếm phải chính xác, và thay đổi việc cài đặt số đếm ban đầumột cách linh hoạt Theo yêu cầu đề tài thì mạch sẽ chỉ đếm được từ

00 đến 99 nên khi đếm đến 100, mà vẫn có tín hiệu (sản phẩm) thì sẽ

bị tràn và bắt đầu đếm vòng tiếp theo

- Bộ phận hiển thị phải rõ ràng

- Mạch phải hoạt động tốt khi có và không có tín hiệu Khi hiển thịtrên led 7 thanh phải đúng với số lượng tín hiệu đưa vào

- Để bảo vệ led thu phat, hiển thị không bị cháy cần đưa vào mạchcác con điện trở khoảng 1kilom

- Mạch điện không quá phức tạp, bảo đảm được sự an toàn,dễ sửdụng Giá thành không quá mắc

Hướng phát triển của đồ án: nó sẽ xuất hiện nhiều trong các nhàmáy, công ty…Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sảnxuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tựđộng thay thế cho con người và nâng cao năng suất lao động của công ty

Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em được rất nhiều hướng

dẫn của thầy cô trong khoa điện-điện tử, đặc biệt là thầy Phạm Ngọc

Thắng đã tận tình chỉ bảo chúng em trong suốt thời gian giảng bài trên lớp và thời gian làm đồ án Nhưng do kiến thức còn hạn hẹp nên trong

quá trình thực hiện đồ án chúng em không thể tránh khỏi sai sót, mongquý thầy cô trong hội đồng khảo thi bỏ qua và có hướng giúp đỡ đểchúng em có thể hoàn chỉnh đồ án của mình

Chúng em xin chân thành cảm ơn!!!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 Giáo trình “Kĩ thuật số„

- Tác giả: Nguyễn Thúy Vân

- Tác giả: Phạm Ngọc Thắng - Bùi Thị Kim Thoa

 Sách linh kiện điện tử Tác giả - Giảng viên Lê Thị Hồng ThắmTrường đại học công nghiệp TPHCM

 Sách sơ đồ chân linh kiện bán dẫn tác giả: Dương Minh Trí- Xuấtbản lần thứ 5, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

 Tìm trên internet (google.com; tailieu.vn; dientuvietnam.vn;hoiquandientu.vn)

 Datasheet của IC

 Thông số kĩ thuật điện của IC7805:

3 IC74192

 Mô tả chức năng IC74192

- IC74192 là không đồng bộ nó có thể preset Thập kỷ và 4-bit nhịphân đồng bộ UP / DOWN (thuận nghịch) Sơ đồ nhà nước Mỗimạch có bốn chủ /nô lệ flip-flops, với Gating logic nội bộ và chỉ đạo

để cung cấp thiết lập lại, cá nhân cài sẵn, tính lên và đếm xuống hoạtđộng

- Mỗi-flip flop chứa thông tin phản hồi JK từ nô lệ để làm chủnhư vậy mà thấp đến cao chuyển tiếp vào đầu vào của nó khiến Tđầu vào, và do đó sản lượng Q để thay đổi trạng thái Đồng bộchuyển đổi, trái với tính gợn sóng, là đạt được bằng lái xe cửa chỉ đạocủa tất cả các giai đoạn từ một đếm lên và đếm xuống dòng, từ đó gây

ra tất cả thay đổi nhà nước để được bắt đầu cùng một lúc, hoặc thấphoặc cao, chuyển tiếp vào đầu vào đếm lên sẽ tạm ứng số lượng củamột; một sự chuyển đổi tương tự trên các đầu vào đếm xuống sẽ giảmmột số Trong khi kể với một đầu vào đồng hồ, các khác nên được tổchức cao Nếu không, các mạch hoặc sẽ được tính bằng twos hoặckhông, tùy thuộc vào nhà nước của các thất bại đầu tiên-flip, màkhông thể bật / tắt khi một trong hai đầu vào đồng hồ là LOW

- Các thiết bị đầu cuối đếm lên(TCU) và xuống(TCD) đầu rathường cao Khi một mạch đã đạt tình trạng số lượng tối đa (9 choLS192,15 cho LS193 sự), sự chuyển đổi tiếp theo CAO-to-LOW củađếm lên của xung Clock sẽ gây TCU đi xuống TCU sẽ ở lại cho đếnkhi CPU đi xuống Tăng lên một lần nữa, do đó hiệu quả lặp lại đếmlên đồng hồ, nhưng bị trì hoãn bởi hai sự chậm trễ cửa Tương tự, sảnlượng sẽ TCD đi xuống khi mạch trong trạng thái không và đếm đồng

hồ đi xuống thấp Kể từ khi ra TC lặp lại các đồng hồ dạng sóng,

chúng có thể được sử dụng như là tín hiệu đầu vào đồng hồ đến Đểmạch cao hơn kế tiếp trong một đa tầng truy cập

- Mỗi mạch có khả năng song song với tải không đồng bộcho phép truy cập được cài sẵn Khi tải song song (PL) và MasterReset (MR) đầu vào được LOW, thông tin Hiện nay trên dữ liệu đầuvào song song (P0, P3) được nạp vào truy cập và xuất hiện trêncác kếtquả bất kể điều kiện đầu vào đồng hồ Một tín hiệu cao trên Master.Thiết lập lại đầu vào sẽ vô hiệu hóa các cửa cài đặt sẵn, ghi đè lên cảhai đồng hồ đầu vào, và mỗi chốt đầu ra Q ở trạng thái LOW Nếumột trong những đồng hồ đầu vào là LOW trong và sau một hoạt độngthiết lập lại hoặc tải, tiếp theo LOW-to-CAO chuyển đổi đó sẽ đượcđồng hồ hiểu như là một tín hiệu hợp pháp và sẽ được tính

 Chế độ làm việc