Thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển đèn giao thông ngã tư

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước.

Trang 1

Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện-Điện Tử Đồ án môn học

Lời nói đầu

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con người

đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị hiện đại phục vụ côngcuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Đặc biệt góp phần vào sự phát triển đó thìngành kĩ thuật điện tử đã góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đấtnước Những thiết bị điện,điện tử được phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rỗng rãitrong đời sống cũng như sản suất Từ những thời gian đầu phát triển KTS đã cho thấy sự

ưu việt của nó và cho tới ngày nay tính ưu việt đó ngày càng được khẳng định thêm.Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng chừng như không thể thànhnhững cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người

Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế của mônKTS chúng em sau một thời gian học tập được các thầy cô giáo trong khoa giảng dạy vềcác kiến thức chuyên nghành, đồng thời được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Đào Văn Đã,cùng với sự lỗ lực của bản thân, chúng em đã “thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển đèn giao thông ngã tư “ nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của chúng emcòn có hạn nên sẽ không thể tránh khỏi những sai sót Chúng em rất mong được sự giúp

đỡ & tham khảo ý kiến cảu thầy cô và các bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài

Hưng yên, tháng 04 năm 2010

Nhóm sinh viên thực hiện:

Lê Văn Tuấn Loại Văn Tuấn Nguyễn Mạnh Tuấn

1 2

Trang 2

3

Hưng yên, ngày… tháng 04 năm 2010.

Giáo viên hướng dẫn

Đào Văn Đã

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Trang 3

Hưng Yên ngày … tháng 04 năm 2010

Giáo viên phản biện

5 6

7

Mạch điều khiển dàn đèn giao thông tại ngã tư ưu tiên xe cơ giới, tại các góc đường,đèn sẽ được bố trí như hình vẽ dưới đây Mỗi góc của ngã tư đường sẽ gồm một bộ đènxanh, đỏ vàng dành cho xe cơ giới và đồng thời có led hiểnthị thời gian đếm ngược dành cho xe cơ giới để người đi xe tiện quan sát Hướng chiếucủa các đèn và hướng đi lại trên đường sẽ được mô tả như hình vẽ.

Trang 4

Chiều mũi tên nhỏ chỉ hướng chiếu của đèn và người tham gia giao thông sẽ đi theohướng mũi tên đậm nằm trên đường và sẽ phải quan sát bộ đèn giao thông gần nhất bêntay phải làm chỉ dẫn giao thông.

Khi các đèn làm nhiệm vụ điều khiển giao thông thì các bộ đèn đối diện nhau sẽ

có cùng trạng thái về màu đèn Còn các bộ đèn ở đường kề sát sẽ ngược lại về màu đèn

Ví dụ như bộ đèn ở nhánh này có màu xanh, vàng, đỏ thì đèn ở nhánh bên cạnh sẽ cómàu đỏ, vàng, xanh, việc thiết kế đèn vàng sáng giữa đèn xanh và đèn đỏ là để báo chophương tiện giao thông biết là sắp có sự chuyển đổi giữa hai đèn màu xanh và đèn màu

đỏ

Do vậy, về cơ bản đèn điều khiển giao thông tại ngã tư được chia làm hai dàn: dànđèn 1 và dàn đèn 2

Trang 5

Ngoài ra mạch còn được thiết kế hai chế độ làm việc ban ngày và ban đêm.Ở chế

độ làm việc ban ngày, các đèn led sẽ hoạt động bình thường Còn ở chế độ ban đêm sẽchỉ có một đèn vàng nhấp nháy theo xung nhịp đưa vào.Hai chế độ được thiết lập chuyểnmạch bằng công tắc

Trang 6

+ Mở rộng cho trường hợp tổng quát có n biến: y = x1 + x2 + … + xn.

Mạch điện thực hiện quan hệ logic OR được gọi là cổng OR

Trang 7

Khi Vx1 = Vx2 = 3V thì Vy = 3V – 0.7V = 2.3V

Nếu có n đầu vào thì mắc n điốt tương tự như trên

2 Phép toán AND và cổng AND

a Phép toán AND hay còn được gọi là phép nhân logic.

+ Hàm AND (hàm và): y = x1.x2

+B ng chân lý: ảng chân lý:

x 1 x 2 y 0

0 1 1

0 1 0 1

0 0 0 1

Mạch điệnminh hoạ quan hệ logic AND

+ Mở rộng cho trường hợp tổng quát có n biến: y = x1 x2 … xn.

Mạch điện thực hiện quan hệ logic AND được gọi là cổng AND

Trang 8

Nếu có n đầu vào thì mắc n điốt tương tự

3 Phép toán NOT và cổng NOT

a Phép toán NOT hay còn được gọi phép đảo hay phép phủ định

+3V

+0.7V

+3.7V

Trang 9

Mạch điện minh hoạ quan hệ logic NOT:

Mạch điện thực hiện quan hệ logic NOT được gọi là cổng NOT

y

- + x R

3.2

3.2 V x

Trang 10

4 Hàm NOR (không hoặc: NOT - OR)

Đếm là khả năng nhớ được số xung đầu vào; mạch điện thực hiện thao tác đếm gọi

là bộ đếm Số xung đếm được biểu diễn dưới các dạng số nhị phân hoặc thập phân

Đếm là một thao tác rất quan trọng, được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế, từ cácthiết bị đo chỉ thị số đến các máy tính điện tử số Bất kỳ hệ thống số hiện đại nào cũng có

bộ đếm

b) Phân loại

Có 3 cách phân loại

x 1 x 2 y 0

0 1 1

0 1 0 1

1 0 0 0

Trang 11

+ Căn cứ vào tác động của xung đầu vào người ta chia làm 2 loại

- Bộ đếm đồng bộ

- Bộ đếm dị bộ

Bộ đếm đồng bộ có đặc điểm là xung Clock đều được đưa đồng thời đến các FF

Bộ đếm dị bộ thì xung Clock chỉ được đưa vào FF đầu tiên, còn các FF tiếp theo thì lấytín hiệu tại đầu ra của FF phía trước thay cho xung Clock

+ Căn cứ vào hệ số đếm người ta phân chia thành các loại:

N là dung lượng của bộ đếm hoặc có thể nói là độ dài đếm của bộ đếm, hoặc hệ sốđếm

+ Căn cứ vào số đếm tăng hay giảm dưới tác dụng của xung đầu vào người ta chia ra làm

2.1.1 Bộ đếm nhị phân không đồng bộ (đếm nối tiếp):

a) Khái niệm: là bộ đếm mà các trigơ mắc nối tiếp với nhau, lối ra trigơ trước được nối với lối vào của trigơ sau

Trang 12

b) Đặc điểm: xung CLK không được đưa đồng thời vào các trigơ mà chỉ được đưa vào

và làm chuyển trạng thái của trigơ đầu tiên, lối ra của trigơ trước làm chuyển trạng thái của trigơ liền sau nó

c) Phân loại: trong đếm nhị phân không đồng bộ có các loại sau:

 Đ ếm tiến (Up counter):

- Sơ đồ:

- Giải thích sơ đồ: đây là sơ đồ đếm nhị phân không đồng bộ 4 bít đếm thuận

+ Muốn xoá: Pr=1, CLR=0 Muốn đặt: Pr=0, CLR=1

+ Để bộ đếm làm việc đặt mức lôgic J=K=1 ;CLR=1

+ Xung nhịp tác động vào trigơ có trọng số nhỏ nhất và tác động bởi sườn âm nên khi CLK chuyển từ 1 về 0 thì lập tức đầu ra Q1=1; Q2, Q3, Q4=0

Trigơ 2 thay đổi trạng tháI khi Q1 chuyển từ 1 về 0

Trigơ 3 thay đổi trạng tháI khi Q2 chuyển từ 1 về 0

Trigơ 4 thay đổi trạng tháI khi Q3 chuyển từ 1 về

Đếm lùi(up/down):

-Sơ đồ:

Trang 13

 Bộ đếm thuận ngược tuỳ ý:

Để có một bộ đếm vừa thuận vừa ngược ta thêm một đầu vào điều khiển tiến lùiUP/DOWN

- Sơ đồ:

- Giải thích:

* Đếm tiến :khi cho lối vào đIều khiển tiến lùi U/D=1 lối ra Q của trigơ trước nối với CKL của trigơ tiếp theo Sơ đồ tương đương như hình 1.1

Trang 14

* Đếm lùi: khi cho lối vào điều khiển U/D=0 lối ra Q(đảo) của trigơ trước nối với CLK của trigơ tiếp theo Sơ đồ như hình 1.2

d) Ưu nhược, điểm của bộ đếm không đồng bộ :

- Ưu điểm: đơn giản do đòi hỏi ít linh kiện

- Nhược điểm :Tác động chậm vì thời gian trễ khá lớn do mỗi trigơ hoạt động nhờ

sự chuyển trạng thái tại đầu ra của trigơ trước nó.

2.1.2 Bộ đếm nhị phân đồng bộ (đếm song song)

- Khái niệm : là bộ đếm mà xung nhịp được kích đồng thời vào tất cả các trigơ

- Sơ đồ:

- Nguyên lí làm việc:

 Điều kiện cho các trigơ JK hoạt động:

- Đầu vào J = K = 1

- Xung CLK phải lật trạng thái từ 1 về 0

- Đầu vào Reset = 1

 Tạo mức logic CE0 = 1 (5V)

 Tại thời điểm ban đầu CLK nhảy từ 1 về 0, lập tức đầu ra Q1 = 1, do

Trang 15

CE0 = 1 các CE đều bằng 01 nên các đầu ra khác giữ nguyên trạng thái Qi = 0

CE1 = 1 đặt điều kiện cho trigơ JK thứ 2 hoạt động

 Khi xung CLK nhảy từ 1 về 0, thì lập tức Q1 nhảy từ 1 về 0 khi đó Q2 có đủ điềukiện hoạt động lập tức nhảy lên mức 1 còn các Q1 khác giữ nguyên trạng thái cũ

 CE2 = 1 đặt điều kiện cho trigơ JK thứ 3 hoạt động và lập tức nhảy lên 1

 Như vậy trigơ JK chỉ lật trạng thái khi trigơ JK ở cấp thấp hơn nó lật trạng thái từ

1 về 0 các xung CLK được đưa vào song song các trigơ JK Cho nên bộ đếm sẽ đếmtuần tự

 Xét tăng dung lượng bộ đếm:

Khi cần đếm số lượng xung lớn hơn 15, người ta không kéo dài thêm trigơ vào sautrigơ số 4 mà ghép từng nhóm 4 trigơ Việc ghép liên tiếp các bộ đếm 4 bit phảI dùng tínhiệu nhớ E và CE, các tín hiệu này được tạo bằng các mạch logic phụ

 Ưu nhược điểm của bộ đếm đồng bộ so với bộ đếm không đồng bộ:

Trong một bộ đếm đồng bộ mọi trigơ sẽ thay đổi trạng tháI đồng thời, nghĩa là chúngđược đồng bộ hoá theo theo mức tích cực của xung nhịp Do đó không giống như bộ đếmkhông đồng bộ, những khoảng trễ do truyền sẽ không được cộng lại với nhau mà nó chỉbao gồm thời gian trễ của một trigơ cộng với thời gian dành cho các mức logic mớitruyền qua một cổng AND

Thời gian trễ là như nhau bất kể bộ đếm có bao nhiêu trigơ Nói chung là thời giantrễ bé hơn nhiều so với bộ đếm không đồng bộ Do đó, bộ đếm đồng bộ có thể hoạt động

ở tần số cao hơn, dĩ nhiên mạch điện của bộ đếm không đồng bộ phức tạp hơn

Trang 16

a) Sơ đồ của bộ đếm BCD không đồng bộ đếm tiến:

b) Giải thích sơ đồ:

Sơ đồ gồm 4 trigơ ghép nối tiếp với nhau Lấy trạng thái 10 đưa quay trở về reset cáctrigơ Đầu vào J=K=1 đưa đồng thời vào các trigơ, xung CLK được đưa vào trigơ có đầu

ra có trọng số nhỏ nhất rồi lấy đầu ra đó làm xung cho trigơ tiếp theo có đầu ra có trọng

số nhỏ hơn Vì đây là bộ đếm 10 (1010) nên có 6 trạng thái không xác định Ta lấy đầu ra

QB và QD cho qua cổng NAND rồi cùng CLK qua một cổng AND vào reset Cổng ANDgiúp ta xoá bộ đếm về 0 tại thời điểm bất kỳ

+ Bộ đếm BCD không đồng bộ đếm lùi chỉ cần nối Q(đảo) với CLK

+ Bộ đếm BCD đồng bộ thì xung CLK được đưa đồng thời vào các trigơ (tương tự bộđếm nhị phân)

Trang 17

Q3 Q2 Q1

Q0 CLK1

2 3

14

1

11 8 9 12

CLR1 CLR2

Sơ đồ khối của IC7493

Nó gồm hai mạch có thể hoạt động độc lập nhau: Một mạch chia đôi tần số (DIV2)với đầu vào là CLK1 và đầu ra là Q0; một mạch chia 8 tần số, với đầu vào là CLK2 vàđầu ra là Q3 sẽ có dãy xung vuông góc lặp với tần số f thì ở đầy ra Q3 sẽ có dãy xungvuông góc tần số f/8 Mạch DIV.8 cũng có thể sử dụng như bộ đếm không đồng bộ nhịphân 3 bít Xung đếm dẫn vào CLK2, số nhị phân ở cửa ra là Q3Q2Q1(Q1 có trọng số thấpnhất -20, Q3 có trọng số cao nhất -22)

Trang 18

IC 7493 có thể sử dụng làm bộ đếm nhị phân 3 bít (bộ đếm modul 8) Nó cũng cóthể ding làm bộ đếm nhị phân không đồng bộ 4 bit, với đầu vào xung đếm đặt ở CLK1,

số nhị phân ở cửa ra là Q3Q2Q1Q0 (Q0 có trọng số 20, Q3 có trọng số 23) và đầu Q0 phảI nốivới CLK2

Có thể sử dụng IC 7493 làm các bộ chia 2, chia 8 và chia 16 tần số

Hai đầu CLR1, CLR2 là hai đầu xoá Khi CLR1= CLR2=1 logic thì đầu ra bị xoá.Vậy để mạch hoạt động phải nối mass hai đầu này (CLR1=CLR2 = 0 logic)

* Vi mạch 74192,74193 :

CTR

11 14 5

IC 74192 là bộ đếm modul 10, IC 74193 là bộ đếm nhị phân 4 bit (modul 16) Cả hai

IC có vỏ vầ cách bố trí chân hoàn toàn giống nhau IC 74192, 74193 có hai đầu vào đếm

UP và DOWN Nếu xung đếm đưa vào UP (còn đầu vào DOWN đặt giá trị 1 logic) thì bộđếm sẽ đếm thuận Ngược lại, nếu xung đầu vào DOWN (còn UP = 1 logic), bộ đếm sẽđếm ngược Nếu đồng thời có hai dãy xung đưa vào đầu vào UP và DOWN thì mạch sẽhoạt động theo cach đếm thuận, nghịch

Trang 19

Mạch có đầu CLR (CLEAR) để xoá nội dung bộ đếm Khi CLR = 1 logic, bộ đếm

bị xoá Vậy, để mạch có thể đếm được thì phảI đặt CLR = 0 logic và Load=1 logic

đầu vào/ra khác như sau:

0 logic (vì UP = 1logic), còn đầu ra BO chỉ nhảy

có xung đếm ở đầu vào DOWN, lúc đếm thuận

chỉ nhảy từ 1 logic xuống 0 logic khi bộ đếm đã đạt

III-Các bộ giải mã

11 1.Bộ giải mã hiển thị chữ số

Sơ đồ khối :

Trang 20

Khoa Điện-Điện Tử Đồ án

môn học

Hình dạng bên ngoài

Led nối anot chung:

Led nối catot chung:

Bảng trạng thái của bộ giải mã

Trang 21

D

a b

g

Bộ giải mã

Trang 22

3 Vi mạch ứng dụng :

Trong thực tế người ta đã chế tạo sẵn các vi mạch để giải mã nhị phân ra 7 đoạn:

Các vi mạch 7448, 74LS48, 7449, 74LS49 là các IC giải mã 7 đoạn có lối ra tácđộng ở mức cao ta có thể dùng chúng để giải mã từ mã BCD ra thập phân quy luật hiển thịcác chữ số thập phân của các vi mạch này về cơ bản giống như bảng chân lý trên, chỉ khácđôi chút là số 6 không dùng thanh a và số 9 không dùng thanh d

Các mạch giải mã 7 đoạn 7447A, 74L47, 74S47 là các vi mạch 16 chân, số 6 và số

9 chỉ có 5 thanh sáng giống như 7448, 7449 Vi mạch có lối ra tác động thấp (mức 0) nênđèn chỉ thị 7 đoạn có anốt chung

Mạch giải mã MC 14495 cũng là giải mã nhị phân ra 7 đoạn Vi mạch 16 chân, có lối

ra tác động cao (mức 1) nên đèn chỉ thị 7 đoạn có katốt chung Số 6 và số 9 có 6 thanhsáng, các số thập phân: 10, 11, 12, 13, 14, 15 được hiển thị giống như các chữ số trong hệthập lục phân Trên hình 4.23 minh hoạ sự hiển thị của các đèn chỉ thị số theo mã 7 đoạnkhi nó được dùng với mạch giải mã MC 14495

Khảo sát với vi mạch 74247

- Sơ đồ vi mạch

Trang 23

+V

V3 5V

abcdefg.

V+

DISP1 +V

V2 5V

74LS47

A3 A2 A1 A0

test RBI

g f e d c b a RBO

U2 74LS192

CPU CPD PL MR D3 D2 D1 D0

TCU TCD Q3 Q2 Q1 Q0

Vcc, tùy theo từng mạch, tùy từng họ loại IC khác nhau(LS hoặc HC…).

- Chân 14,15,1,10,9 của IC 74192 được nối mass.

- Chân 3,2,6,7 của IC 74192 tương ứng với Q0 ,Q1 ,Q2 ,Q3 được nối với các đầu tương ứng A0 ,A1 ,A2 ,A3 (tương ứng các chân 7,1,2,6) của IC 7447.

- Các chân 13,12,11,10,9,15,14 là các đầu ra được nối với các chân a,b,c,d,e,g,f của LED 7 thanh.

LED 7 thanh dùng loại Anot chung

B ng tr ng thái ảng chân lý: ạng thái

Trang 24

- chân số 1(GND): cho nối mase để lấy dòng cấp cho IC

- chân số 2(TRIGGER): ngõ vào của 1 tần so áp.mạch so áp dùng các transistor PNP.Mức áp chuẩn là 2*Vcc/3

- Chân số 3(OUTPUT): Ngõ ra trạng thái ngõ ra chỉ xác định theo mức volt cao(gầnbằng mức áp chân 8) và thấp (gần bằng mức áp chân 1)

- 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 trênchân 2 và 6

- Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555 theocác mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối mase Tuy nhiên trong hầu hếtcác mạch ứng dụng chân số 5 nối masse qua 1 tụ từ 0.01uF -0.1uF, các tụ có tác dụng lọc

bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn ổn định

Định dạng
Số trang	47
Dung lượng	4,16 MB