Vẽ mạch và thiết kế mạch in hiển thị LED 7 thanh

Bài thí nghiệm với LED 7 thanh giúp sinh viên làm quen với qui trình và các bước cụ thể của việc thiết kế và sau đó là đặt mạch in.

Báo cáo môn học

Thiết kế mạch số

Đề tài : Vẽ mạch và thiết kế mạch in hiển thị LED 7 thanh

GVHD: Nguyễn Huy Dũng Nhóm 4 : Vũ Tiến Đội Phạm Văn Đức Nguyễn Sỹ Hùng

Tạ Văn Mạnh Nguyễn Văn Quân

I Mục đích

Bài thí nghiệm với LED 7 thanh giúp sinh viên làm quen với qui trình và các bước cụ thể của việc thiết kế và sau đó là đặt mạch in Công cụ để thiết kế là các phần mềm quen thuộc như Protel 99 hay ORCAD, đồng thời qua đây sinh viên cũng tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử cơ bản

II Các linh kiện được sử dụng trong bài thí nghiệm :

- Điện trở:

+ 28 điện trở có giá trị: 330Ω ( R1 ÷ R28 ).Ω ( R1 ÷ R28 )

+ 4 điện trở có giá trị: 560Ω ( R1 ÷ R28 ).Ω ( R29 ÷ R32 )

+ 1 điện trở có giá trị: 10Ω ( R1 ÷ R28 ).0Ω ( R1 ÷ R28 ).KΩ ( R33 ).Ω ( R33 )

- 4 LED 7 đoạn

- 4 bộ giải mã 4511 ( U1 ÷ U4)

III Giải thích chức năng của các linh kiện trong mạch :

1.BCD-To-7 Segment Latch/decoder/Driver

Led 7-segment

a.Giới thiệu:

CD4511BC BCD-to-seven segment latch/decoder/driver được xây dựng với sự hổ trợ của công nghệ MOS(CMOS) và transitor lưỡng cực NPN

Linh kiện cung cấp những hàm hổ trợ cho việc giải mã bộ mã BCD sử dụng cho việc hiển thị qua led 7 đoạn

Trong bài này 4511 được sử dụng dể giải mã tín hiệu BCD để hiển thị trên LED

7 đoạn

b.Nhiệm vụ.

Nhiệm vụ của BCD to 7-segment decoder là convert tất cả các trạng thái logic của bộ đếm BCD thành dạng display của led 7 đoạn.để chỉ dưới dạng từ 0Ω ( R1 ÷ R28 ).-9 cho thân thuộc vơi con người

c.Sơ đồ chân của 4511.

1.Chân đầu vào:

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT

2

*Các chân tín hiệu BCD vào:

BCD là bộ mã 4 bit có tín hiệu vào là giá trị của tín hiệu và tín hiệu ra của nó là dạng nhị phân

Bảng mã hoá của BCD như sau:

0Ω ( R1 ÷ R28 ) 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 0Ω ( R1 ÷ R28 )

1 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 1

2 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 1 0Ω ( R1 ÷ R28 )

4 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 1 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 0Ω ( R1 ÷ R28 )

8 1 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 0Ω ( R1 ÷ R28 )

Các giá trị khác của bộ 4 bít ABCD ở dạng cấm Các tín hiệu dạng mã BCD được đưa vào 4511 để giải mã hiện thị trên led 7-segment.

Sơ đồ nối chân

*Các chân vào diều khiển

Sơ đồ nối chân

+Chân Lamp Test(LT).Chân này tích cực ở mức HIGH.KΩ ( R33 ).hi chân này ở mức LOW thì

tất cả các chân đầu ra Led ở mức HIGH cho tất cả các điều kiện khác của tín hiệu đầu

+Chân Lamp Enable(BE) Điều khiển hoạt động của 4 chốt tín hiệu đầu vào của 4511

Nếu ở mức thấp ,các chốt tín hiệu ra được theo bởi các trạng thái logic của BCD đầu vào

Và các tín hiệu ra 7 đoạn phù hợp với tín hiệu chuyển đổi này

Nếu BE ở mức HIGH , trạng thái logic của tín hiệu vào BCD sẽ được lưu trử lại tín hiệu đầu ra 7 đoạn sẽ không thay đổi cho đến khi BE ở mức LOW

*Các chân nguồn.

Sơ đồ nối chân

Chân đất (0Ω ( R1 ÷ R28 ).V) 8

Để hoạt động thì các chân này phải được cấp.

2.Chân tín hiệu đầu ra-Chân tín hiệu ra 7 đoạn.

Sơ đồ nối chân

KΩ ( R33 ).hi LT ở mức thấp (LOW) tất cả các chân này ở mức HIGH

KΩ ( R33 ).hi LT ở mức cao(HIGH),BI ở mức LOW tất cả các chân này ở mức LOW

KΩ ( R33 ).hi LT ở mức cao (HIGH) BI ở mức HIGH tất cả các chân này phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào

Bảng ra các tín hiệu cạnh như sau:

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT

4

d.Điều kiện hoạt động của BCD-To-7 Segment (4511)

1.Tổng quan.

4511 được sử dụng theo các thông số sau:

Dải giá trị có thể Nên cung cấp ở giá trị Nguồn cung cấp (DC) -0Ω ( R1 ÷ R28 ) 5->+18V 3->5V

Tín hiệu đầu vào -0Ω ( R1 ÷ R28 ) 5->+0Ω ( R1 ÷ R28 ) 5V 0Ω ( R1 ÷ R28 ).->VDD

Nhiệt độ cho phép -850Ω ( R1 ÷ R28 ).C->+150Ω ( R1 ÷ R28 ).0Ω ( R1 ÷ R28 ).C -550Ω ( R1 ÷ R28 ).C->+1250Ω ( R1 ÷ R28 ).C

Công suất tiêu thụ 70Ω ( R1 ÷ R28 ).0Ω ( R1 ÷ R28 ).mW(DIL),50Ω ( R1 ÷ R28 ).0Ω ( R1 ÷ R28 ).mW(SO)

2.Đặc điểm tín hiệu điện DC.

Đặc điểm tín hiệu điện ra và vào của 4511 được cho bởi các bảng sau:

*.Đặc điểm điện 1 chiều (DC)

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT

6

*.Đặc điểm điện xoay chiều.

3.Bộ định thời trong 4511

Bộ đình thời của 4511 được biểu diễn bởi sơ đồ sau

4.Khoảng cách vật lý của các chân 4511.

KΩ ( R33 ).hoảng cách vật lý của dạng DIL được cho bởi hình vẽ sau:

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT

8

2.LED 7-Segment.

a.Giới thiệu.

Là một thiết bị được dùng dể hiện thí kết quả trong đo lường

Thực tế Led 7-segment là 7 con điod quang được lắp ở 7 vị trí khác nhau Theo dạng sau:

b.Nhiệm vụ

Từ tín hiệu đầu vào của a các chân a,b,c,d,…f hiển thị ra dạng số thập phân dạng thân thuộc.

Tín hiệu đầu vào

Dạng hiển thị

0Ω ( R1 ÷ R28 ) 1 1 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 0Ω ( R1 ÷ R28 )

1 1 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 1 1 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 1

1 1 1 1 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 1

0Ω ( R1 ÷ R28 ) 1 1 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 1 1

1 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 1 1 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 1 1

0Ω ( R1 ÷ R28 ) 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 1 1 1 1 1

1 1 1 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 0Ω ( R1 ÷ R28 )

1 1 1 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 0Ω ( R1 ÷ R28 ) 1 1

c.Đặc điểm điện học.

Có hai cách mắc Led 7-Thanh : Mắc chung Catot và mắc chung Anod

*Măc chung Cathode.

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT

10Ω ( R1 ÷ R28 ).

*Mắc chung Anod.

*Đặc điểm điện học

3.Resistor.

a.Giới thiệu

Điện trở là một thiết bị điện dùng để hạn chế sự chuyển động của các điện tích

b.Mục đích.

Hạn chế dòng vào các chân của Led và chân của các con 4511

Ngoài ra còn kể đến 2 linh kiện sau đây :

+ Connector 4 chân :

Có chức năng nối bốn đường dẫn tín hiệu từ mạch bên ngoài vào 4 chân A, B, C, D của chíp 4511

+ Test Led: là phím bấm để chốt số đếm

IV- Mạch nguyên lý và quá trình thực hiện

Đầu vào : Bốn tổ hợp mã BCD

Đầu ra : Các giá trị thập phân của 4 tổ hợp BCD được hiển thị trên 4 LED 7 thanh

Nguyên lý hoạt động của mạch: Các connector có 4 đầu vào tương ứng với 4 bit tín hiệu của một số BCD, các bit tín hiệu này được đưa đến 4 đầu A, B, C, D tương ứng của mối chip 4511 Bốn chíp 4511 sẽ giải mã các tín hiệu BCD này và đưa ra 7 đầu ra và hiện thị trên các đèn LED tương ứng

Cách vẽ thực hiện mạch nguyên lý :

Mở chương trình Protel 99 và chương trình cho phép lựa chọn tên và thư mục đặt DatabaseName của project :

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT

12

Sau khi nhấn nút OKΩ ( R33 ) thì ta được một Project mới với 3 thành phần : Design Team, RecycleBin và Documents KΩ ( R33 ).ích chuột vào Documents, sau đó nhấp chuột phải chọn New Một cửa sổ mới mở ra với màn hình như sau :

Nhấp chuột trái vào Schematic Document để bắt đầu vẽ mạch nguyên lý Ta được một file với tên mặc định sheet1.sch KΩ ( R33 ).ích đúp chuột vào tên này ta có cửa sổ vẽ mạch nguyên lý như sau:

Bắt đầu gắp các linh kiện cần thiết từ Tab Browse Libraries Nếu chưa có các linh kiện cần thiết thì có thể click vào Tab Add/Remove để Add thư viện

Miscellaneous Devices.lib

V Các bước vẽ mạch in:

- Từ cửa sổ Document, chọn New→PCB Document:

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT

14

- Đặt tên cho file mới ( trong bài này là PCB2.PCB).

- Trong cửa sổ PCB2.PCB, lấy ra từ thư viện các component tương ứng với các linh kiện đã vẽ trong mạch nguyên lý (điện trở, LED 7 đoạn, bộ giải mã…) Đặt tên cho các component này trùng với tên của các linh kiện trong mạch nguyên lý:

- Mở lại cửa sổ LED7THANH.sch, chọn Design→Update PCB để tạo các đường xanh mờ nối các chân linh kiện theo sơ đồ nguyên lý ở file PCB2.PCB

- Sắp xếp lại các component trong PCB2.PCB sao cho thuận lợi cho việc vẽ các đường mạch sau này

- Mạch có thể làm nhiều lớp, trong bài này do mạch đơn giản, ít linh kiện nên chúng

em chọn cách làm mạch 1 lớp, đường mạch sẽ nằm ở mặt dưới ( bottom layer ) của board

- Nhấp chuột phải, chọn Interactive Routing, nối chân các component theo đường xanh mờ sao cho không có bất cứ 2 đường dây nào chồng lên nhau Trong quá trình vẽ có thể chọn độ dày của đường dây bằng cách kích chuột trực tiếp vào đường đó

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT

16

- Sau khi nối xong các đường, mạch có hình như sau:

-Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT

18

VI Kết quả đạt được.

Sau khi test thử nhóm nhận thấy mạch hoạt động tốt Với bốn đàu vào tín hiệu các LED hiện thị đúng các số BCD cần đếm

Ví dụ : Cấp các mức điện áp vào Connector1 một số BCD như sau

ABCD=0Ω ( R1 ÷ R28 ).0Ω ( R1 ÷ R28 ).0Ω ( R1 ÷ R28 ).1 thì sau khi cấp nguồn vào trên LED 1 sẽ hiển thị số 1

KΩ ( R33 ).hi bấm phím Test LED thì do chân LT (chân số 3 , tích cực mức thấp) của 4511 chuyển mức từ cao xuống thấp nên chức năng chốt được thực hiện, các số đếm trên LED trở về trạng thái mặc định là tất

cả các thanh đều sáng.

I Mục đích

II Các linh kiện được sử dụng trong bài thí nghiệm

III Giải thích chức năng của các linh kiện trong mạch

1 BCD-To-7 Segment Latch/decoder/Driver

a Giới thiệu

b Nhiệm vụ

c Sơ đồ chân của 4511

d Điều kiện hoạt động của BCD-To-7 Segment (4511)

2 Đặc điểm tín hiệu điện DC

3 Bộ định thời trong 4511

4 Khoảng cách vật lý của các chân 4511

a Giới thiệu

b Nhiệm vụ

c Đặc điểm điện học

IV Mạch nguyên lý và quá trình thực hiện

V Các bước vẽ mạch in

VI Kết quả đạt được

Nhóm 10: Lớp K7B_ Khoa CNĐT_VT

20Ω ( R1 ÷ R28 ).