ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỒNG HỒ BẤM GIỜ DÙNG PROTEUS

Đồng hồ bắt đầu thời gian khi ấn giữ nút Start, khi thả Start đồng hồ hiển thị thời gian trên Led 7 thanh .Khuyến khích: Cho phép chọn các chế độ hiển thị 24h hoặc 12 AM : PMChương 1: Tìm hiểu chung về mạch tổ hợp, mạch dãy và mạch dao động.Chương 2: Thiết kế mạch đồng hồ bấm giây.Chương 3: Xây dựng chương trình mô phỏng.

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ ĐỒNG HỒ BẤM GIỜ

Nhóm sinh viên thực hiện : 1 Nguyễn Văn Nam

2 Phạm Văn Tuấn

3 Vũ Thái Bảo

4 Nguyễn Đức Kiên

5 Tiêu Văn Dương

Yêu cầu về bố cục nội dung :

Chương 1: Tìm hiểu chung về mạch tổ hợp, mạch dãy và mạch dao động.Chương 2: Thiết kế mạch đồng hồ bấm giây

Chương 3: Xây dựng chương trình mô phỏng

Yêu cầu về thời gian :

Ngày giao đề : 10/10/2014

2 Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà

Nội Ngày hoàn thành :… 01/12/2014

Thời gian bảo vệ dự kiến : 06/12/2014

Ngày … tháng … năm 2012 Khoa Bộ môn Giáo viên hướng dẫn

NGUYỄN BÁ KHÁ NGUYỄN VĂN VINH

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

eee

Giáo viên hướng dẫn

GVC.Th.S NGUYỄN VĂN VINH

4 Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà

Nội 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 khiểnhiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều khiển lắp rápbằng các linh kiện rời như kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, côngsuất tiêu thụ nhỏ

Ngày nay, trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trongcác thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người nhưmáy giặt, đồng hồ bấm giây, đồng hồ báo giờ đã giúp cho đời sống cuả chúng tangày càng hiện đại và tiện nghi hơn

“Đồng Hồ Bấm Giây” rất đa dạng và phong phú, có nhiều loại hình

khác nhau dựa vào công dụng và độ phức tạp Với những kiến thức được học trênlớp và tìm hiểu thực tế Trong thời gian yêu cầu nhóm em đã hoàn thành đồ ánmôn học với nội dung sau đây Do kiến thức chuyên ngành còn thiếu nhiều thực tếnên đồ án không tránh khỏi những sai sót, mong các thầy cô góp ý kiến để đồ ánđược hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn Thầy NGUYÊN VĂN VINH và các thầy cô trong

bộ môn đã giúp nhóm em hoàn thành đồ án này

Thực hiện đồ án

NHÓM 5

6 Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà

Với các giá trị i ở tổ hợp ngõ vào thì ngõ ra Yi sẽ tích cực & các ngõ

còn lại không tích cực Có 2 dạng: tích cực mức cao & tích cực mức thấp

*Giải mã số BCD sang mã LED 7 thanh:

LED 7 thanh: là loại đèn LED dùng để hiển thị các số thập phân(từ 0 đến 9)

Các số thập phân được hiển thị bởi LED 7 thanh

Ngoài ra, LED 7 thanh còn hiển thị được 1 số chữ cái & các kí tự đặc biệt

Có 2 loại LED 7 thanh: Anot chung & Katot chung

LED Katot chung & Anot chung

Mạch giải mã số BCD sang LED 7 thanh:

Mạch có 4 ngõ vào tương ứng với tổ hợp BCD và 7 ngõ ra tương ứng 7 thanh của LED

Xây dựng hệ giải mã cho led 7 đoạn anode chung.

8 Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà

Nội Giảimãled

*Sơ đồ logic

10 Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà

2.1Khái niệm:

Hệ đếm nối tiếp: xung đếm chỉ đưa vào một FF

Hệ đếm song song: xung đếm được đưa vào tất cả các phần tử đếm

Nội Hệ đếm: đếm nối tiếp, đếm song song.

* Xét hệ đếm nối tiếp 3bit:

Đặt xung clock vào bộ đếm M.

Lấy tín hiệu từ bit có trọng số cao nhất của bộ đếm M làm xung clock cho bộ đếmN

VD: Hệ đếm 10 ghép với hệ đếm 6 thành hệ đếm 60

14 Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà

Nội Xoá bit nhớ về 000

Mạch đếm giây dùng IC74LS90

Mạch giải mã BCD dùng IC74LS47

Nút

reset

* Nhiệm vụ các khối:

Khối tạo xung: là 1 IC 555 để tạo xung vuông với tần số phù hợp

Khối đếm: Gồm các IC7490 được ghép nối với nhau để tạo thành các hệđếm phù hợp

Khối giải mã: Gồm các IC7447 để giải mã BCD để đưa ra khối hiển thị

Khối hiển thị: Hiển thị tín hiệu sau giải mã qua LED 7 đoạn

16 Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà

Nội Nút

bấm

Hiển thị phút qua led

7 thanh

Mạch đếm phút dùng IC74LS90

Mạch giải mã BCD dùng IC74LS47

Khối tạo

xung dùng

IC555

Hiển thị giờ qua led 7 thanh

Mạch đếm giờ dùng IC74LS90

Mạch giải mã BCD dùng IC74LS47

Ngoài ra có 2 nút ấn :

+ Nút bấm : gồm 1 nút ấn, để khi ấn cấp xung từ IC 555 cho IC 74LS90

+ Nút Reset : cho toàn bộ hệ thống về thời điểm ban đầu

II Hoạt động của từng khối:

1 Khối tạo xung:

1 IC 555 :

IC NE555 là IC có quá nhiều ứng dụng rộng rãi, IC 555 có 8 chân, sơ

đồ cho thấy công dụng của các chân theo tên như sau:

Thứ tự các chân của IC 555

1. Chân 1 (GND): Chân cho nối masse để lấy dòng.

2 Chân 2 (Trigger): Chân so áp với mức áp chuẩn là 1/3 mức

nguồn nuôi

3 Chân 3 (Output): Chân ngả ra, tín hiệu trên chân 3 c1 dạng

xung, không ở mức áp thấp thì ở mức áp cao

4 Chân 4 (Reset): Chân xác lập trạng thái nghĩ với mức áp trên

chân 3 ở mức thấp, hay hoạt động

5 Chân 5 (Control Voltage): Chân làm thay đổi mức áp chuẩn

8 Chân 8 (VCC): Chân nối vào đường nguồn V+ IC 555 làm

việc với mức nguồn từ 3 đến 15V

18 Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà

Thứ tự các chân của IC 555 cho thấy sơ đồ mạch đẳng hiệu của

IC 555 (Nếu Bạn muốn mô phỏng IC 555 trong trình PSpice, Bạn

có thể dùng sơ đồ này, mô tả với lệnh Subcircuit rồi cất vào thư viện đặt tên là 555 và sau này Bạn dùng nó để chạy mô phỏng các dạng mạch điện với IC 555).

Sơ đồ các khối chức năng của IC 555

Trong IC với chân 1 nối masse và chân 8 nối vào đường nguồn Vcc, là mộtcầu chia áp với 3 điện trở bằng nhau (đều là 5K) Cầu chia áp này tạo ra 2mức áp ngưỡng, một là 1/3 mức áp nguồn dùng làm mức áp ngưỡng cho tầng

so áp, tín hiệu vào trên chân số 2, và một khác là 2/3 mức áp nguồn dùng làmmức áp ngưỡng cho tầng so áp khác, tín hiệu vào trên chân số 6 Chân số 5 cóthể chịu tác động ngoài để làm thay đổi mức áp ngưỡng Chân số 7 là mộtkhóa điện đóng/mở (transistor bão hòa/ngưng dẫn) theo mức áp trên chân số

3 Chân số 3 là ngả ra và là ngả ra một tầng Flip Flop, nên tín hiệu trên chân

3 có dạng xung (mức áp chỉ xác lập ở trạng thái cao hay thấp) Chân 4 làchân Reset, khi chân 4 ở mức áp thấp nó ghim chân 3 luôn ở mức áp thấp, chỉkhi chân 4 ở mức áp cao, lúc đó trạng thái mức áp trên chân số 3 sẽ theo tácđộng của tầng Flip Flop

Chú ý trong mạch này, chân số 2 cho nối vào chân số 6 IC 555 đã được rápthành mạch dao động (A-Stable) Tần số xung ra trên chân 3 sẽ tùy thuộc vàotrị số các điện trở RA, RB và tụ C Trên chân 5 có thể mắc thêm tụ lọc

20 Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà

Nội 0.01uF để ổn định điện áp của các mức áp ngưỡng Trạng thái ra trên chân số

3 sẽ tùy thuộc vào mức áp cao trên chân 4 cho dao động và mức áp thấp trên

chân 4 (bị ghim ở mức thấp)

IC 555 được ráp thành mạch đa hài đơn ổn (Mono-Srable), ở đây mức

áp ra trên chân 3 sẽ tùy thuộc mức áp ở ngả vào trên chân số 2 Khi mức

áp trên chân 2 xuống dưới mức áp ngưỡng 1/3 Vcc thì mức áp ngả ra trênchân 3 sẽ lên mức áp cao Xung vào trên chân 2 có thể ở dạng liên tục (tínhiệu analog), nhưng tín hiệu ra trên chân 3 luôn ở dạng xung (hay dạngdigital), chỉ xác lập ở mức áp cao hay thấp Do vậy IC 555 có là sự kếthợp của hai dạng tín hiệu A/D (Analog/Digital)

Vài ứng dụng thông thường của IC 555.

Nguyên lý làm việc của IC NE555

22 Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà

Hình vẽ cho thấy trong IC 555 có 2 tầng so áp Tầng so áp dưới (LOWERCOMPARATOR), điện áp vào trên chân 2 cho so áp với mức áp ngưỡng là(1/3)Vcc, ngả ra của tầng só áp tác động vào chân Set của Flip Flop Tầng so

áp trên (UPPER COMPARATOR), điện áp vào trên chân số 6 cho so áp vớimức áp ngưỡng là (2/3)Vcc, ngả ra của tầng so áp tác động vào chân Resetcủa Flip Flop Như vậy Trạng thái ngả ra của Flip Flip sẽ tùy thuộc vào tácđộng của tín hiệu vào trên chân 2 và chân 3

+ Nếu mức áp chân 2 xuống thấp hơn (1/3)Vcc thì ngả ra trên chân 3 sẽtăng lên mức áp cao

+ Nếu mức áp trên chân 6 lên cao hơn (2/3)Vcc thì ngả ra trên chân 3 sẽxuống mức áp thấp

+ Khi chân 3 ở mức áp cao thì transistor T1 sẽ ngưng dẫn (tác dụng nhưcho chân 7 hở masse).

+Khi chân 3 ở mức áp thấp thì transistor T1 sẽ bão hòa (tác dụng như chochân 7 nối masse)

+ Chân 4 chân Reset Khi chân 4 ở mức áp thấp, chân 3 bị chốt ở mức ápthấp, chỉ khi chân 4 ở mức áp cao, lúc đó chân 3 mới có thể biến đổi theoFlip Flop Do vậy trong các mạch dao động, người ta thường cho chân 4nối vào mức nguồn cao

IC 7490 gồm 2 bộ chia là chia 2 và chia 5:

24 Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà

Nội Bộ chia 2 do Input CKA điều khiển đầu ra Q A.

Bộ chia 5 do Input CKB điều khiển đầu ra Q B, Q C, Q D

- Đầu vào CKA, CKB tích cực ở sườn âm

- Để tạo thành bộ đếm 10 ta nối đầu ra Q A vào chân CKB để tạo xung kíchcho bộ đếm 5 Q A, Q B, Q C, Q D là các đầu ra

2.1.2 Sơ đồ logic và bảng trạng thái

Nội Mạch giải là mạch có chức năng ngược lại với mạch mã hoá Mục đích sửdụng phổ biến nhất của mạch giải mã là làm sáng tỏ các đèn để hiển thị kết quả ởdạng chữ số Do có nhiều loại đèn hiển thị và có nhiều loại mã số khác nhau nên cónhiều mạch giải mã khác nhau.

Ví dụ: giải mã 4 đường sang 10 đường, giải mã BCD sang thập phân…IC74LS47 là loại IC giải mã BCD sang led 7 đoạn Mạch giải mã BCD sangled 7 đoạn là mạch giải mã phức tạp vì mạch phải cho nhiều ngõ ra lên cao hoặcxuống thấp (tuỳ vào loại đèn led là anode chung hay cathode chung) để làm cácđèn cần thiết sáng nên các số hoặc ký tự IC 74LS47 là loại IC tác động ở mức thấp

có ngõ ra cực thu để hở và khả năng nhận dòng đủ cao để đưa vào trực tiếp các đènled 7 đoạn loại anod chung

Chân 6: BCD D Input.

Chân 7: BCD A Input

Chân 8: GND

Chân 9: 7-Segment e Output

Chân 10: 7-Segment d Output

Chân 11: 7-Segment c Output

Chân 12: 7-Segment b Output

Chân 13: 7-Segment f Output

Chân 14: 7-Segment g Output

Chân 15: 7-Segment a Output

Chân 16: Vcc

28 Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà

Nội 3.1.3 Sơ đồ logic và Bảng trạng thái:

Bảng sự thật của IC 7447

BI/RBO được nối theo kiểu điểm AND bên trong IC và được dùng như ngãvào xóa (Blanking Input, BI) và / hoặc ngã ra xóa dợn song (Ripple BlankingOutput, RBO).

Ngã vào BI phải được để hở hay giữ ở mức cao khi cần thực hiện giải mãcho số ra Ngã vào xóa dợn sóng (Ripple Blanking Input,RBI) phải để hở hay ởmức cao khi muốn đọc số 0

Khi đưa ngã vào BI xuống thấp, ngã ra lên 1(không tác động) bất chấp ngãvào còn lại Ta nói IC làm việc dưới điều kiện bị ép buộc và đây là trường hợp duynhất BI giữ vai trò ngã vào

30 Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà

Nội * Nguyên lý hoạt động:

IC 74LS47 là IC tác động mức thấp nên các ngõ ra mức 1 là tắt, mức 0 làsáng, tương ứng với các thanh a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn loại anode chung,trạng thái ngõ ra cũng tương ứng với các số thập phân (các số từ 10 đến 15 khôngđược dùng tới)

Ngõ vào xoá BI được để không hay nối lên mức 1 cho hoạt động giải mãbình thường Nếu nối lên mức 0 thì các ngõ ra đều tắt bất chấp trạng thái ngõ ra.Ngõ vào RBI được để không hay nối lên mức 1 dùng để xoá số 0 (số 0 thừa phíasau số thập phân hay số 0 trước số có nghĩa) Khi RBI và các ngõ vào D, C, B, A ởmức 0 nhưng ngõ vào LT ở mức 1 thì các ngõ ra đều tắt và ngõ vào xoá RBOxuống mức thấp

Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức 1 và LT ở mức 0 thì ngõ ra đều sáng.Kết quả là khi mã số nhị phân 4 bit vào có giá trị thập phân từ 0 đến 15 đènled hiển thị lên các số như ở hình bên dưới Chú ý là khi mã số nhị phân vào là1111= 1510 thì đèn led tắt.

Chân 3, 8 là Vcc_được nối lại với nhau

32 Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà

Nội III Thiết kế mạch

1 Sơ đồ nguyên lý:

2 Nguyên lý hoạt động:

34 Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà

Nội Xung được tạo ra từ IC 555 qua chân số 3, khi ấn nút start xung sẽ được truyền đến chân 14 của IC 74LS90, ngã ra của IC74LS90 được nối vào IC 74LS47

để giải mã  LED 7 thanh để hiển thị

Khi thả nút ấn start thì ngừng cấp xung từ IC 555 đến chân của IC

74LS90  không có tín hiệu cho IC 74LS47  LED 7 thanh hiển thị kết quả.

+ Nếu muốn tiếp tục đo thời gian tiếp ấn nút start tiếp thời gian sẽ

tiếp tục chạy theo kiểu cộng dồn

+ Nếu muốn xóa kết quả để thực hiện lại ấn nút reset thì LED 7

thanh sẽ xóa kết quả hiển thị lại từ đầu.

*****

Xung kích được tạo ra từ IC 555 và khi bấm nút start xung này được đưa tới chân

CKA của IC 74LS90 đếm giây Ngõ ra của IC7490 ở các chân Q A, Q B, Q C, Q D

được đưa đến ngõ vào của IC giải mã 74LS47

Đối với hai IC đếm giây (IC1 và IC2): Ta nối chân Qa vào chân CKB củaIC1 để thành bộ đếm 10,xung CLK từ bộ tạo xung được cấp cho IC1 qua đầu vàiCKA, IC1 này đếm giá trị của 9 xung ( led hiển thị số 9), sau khi đếm hết giá trịcủa 9 xung thì cấp cho IC 2 một xung đếm Khi đó, IC1 đếm về 0 và IC2 đếm lên

1, ta sẽ có số 10 Sau đó IC1 tiếp tục đếm từ 0 đến 9 và tiếp tục cấp xung cho IC2tăng lên 2, 3,… Khi IC1 đếm đếm 9 và IC2 đếm đến 5 chuyển sang 6 thì khi đó 2bit C ,B của IC2 sẽ ở mức 1 và ta sẽ cho 2 đầu ra này vào 2 chân MR1,MR2 của 2

IC 7490 để reset cả hai IC trở về 0 Đồng thời đầu ra Qc của IC2 này được nối vớichân CKA của IC đếm phút.Khi Qc đang ở trạng thái 1 khi đếm số 5 sẽ reset về0,như vậy xung này sẽ kích vào đầu vào CKA của IC3 để đếm 1 đơn vị tương ứngvới 1 phút

Đối với IC đếm phút (IC3 và IC4): Khi IC3 nhận được xung từ nó lại đếmgiống như IC1 đếm giây , tương tự IC4 giống IC 2.Như vậy 2 IC 3 và 4 sẽ đếm đếngiá trị 59 Vì lấy xung từ IC đếm giây nên khi mạch đếm giây đếm đến 59 thì mạchđếm phút mới nhận được một xung Khi cả IC đếm giây và đếm phút đều đếm đến

giá trị 59 thì tất cả 4 IC cũng được reset về 0, đồng thời IC4 đếm phút cấp cho IC5

là IC đếm giờ một xung

Đối với IC đếm giờ (IC5 và IC6): Khi IC5 nhận được một xung thì nó cũngbắt đầu đếm lên Khi IC5 đếm đến 9 thì cấp xung cho IC6 đếm, khi hai IC đếm giờđếm đến 23 và tại thời điểm sang 24 là lúc cả hai IC được reset Vì số nhị phântương ứng của 2 là DCBA = 0010, của 4 là DCBA = 0100 nên ngõ ra B của ICđếm giờ ( đếm hàng chục) và ngõ ra C của IC đếm giờ (đếm hàng đơn vị) đượcđưa vào 2 chân MR1,MR2 của 2 IC đếm giờ để thực hiện reset về 0.Như vậy khimạch đang ở trạng thái 23:59:59, nếu nhận thêm 1 xung CLK từ bộ tạo xung thì ta

có trạng thái tiếp theo sẽ là 00:00:00

Khi thả nút ấn start thì hệ thống sẽ dừng lại vào hiển thị kết quả

Khi ấn nút reset hệ thống sẽ bắt đầu lại từ đầu

IV: Mạch mô phỏng Proteus

36 Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà