MẠCH PHÂN TẦN VÀ DỒN KÊNH DÙNG IC 4017 VÀ IC 47HC393

+ Chân số 3OUTPUT: Ngõ ra trạng thái ngõ ra chỉ xác định theo mức điện áp cao gần bằng mức áp chân 8 và thấp gần bằng mức áp chân 1... Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ

—–¯—–

BÁO CÁO ỨNG DỤNG KĨ THUẬT SỐ TRONG

ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG MẠCH PHÂN TẦN VÀ DỒN KÊNH DÙNG IC 4017 VÀ IC 47HC393

GVHD : Ths LÊ VĂN BẠN

SVTH : Trần Đức Bảo LỚP : DH12TD

Tháng 10 năm 2014

A. CẤU TẠO, CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG :

1 Bộ tạo xung : IC555

- Dựa vào chế độ tạo xung vuông của IC555 ta có thể xây dựng một bộ tạo xung cho mạch đếm

- Công nghệ chế tạo: TTL-transistor-transistor logic

- Lí do: IC555 phỗ biến và đơn giản

- Chức năng : tạo xung vuông đễ cấp cho mạch đếm

-Sơ đồ chân :

Hình 1: Sơ đồ chân IC 555

+ 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 dụng 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 điện áp cao (gần bằng 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 trên chân 2 và 6 + 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 mase Tuy nhiên trong hầu hết các mạch ứngdụng chân số 5 nối masse qua 1 tụ từ 0.01uFà 0.1uF, các tụ cótác dụng lọc bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn ổn định

+ Chân số 6(THRESHOLD) : là ngõ vào của 1 tầng so áp khác mạch so sánh dùng các transistor NPN mức chuẩn là Vcc/3

+ Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem như 1 khóa điện và chịu điều khiển bỡi tầng logic 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 mạchR-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động

+ Chân số 8 (Vcc): cấp nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC.Nguồn nuôi cấp cho IC 555 trong khoảng từ +5và +15v và mức tối đa là +18v

-Cấu tạo:

Hình 2: Cấu tạo IC 555

□ Về bản chất thì IC 555 là 1 bộ mạch kết hợp giữa 2 con Opamp , 3 điện trở , 1 con transistor,

và 1 bộ Fipflop(ở đây dùng FFRS )

- 2 OP-amp có tác dụng so sánh điện áp

- Transistor để xả điện

- Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành3 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 1/3VCC, 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

- Nguyên lí hoạt động :

Hình 3: Nguyên lý hoạt động IC 555

+Ký hiệu 0 là mức thấp (L) bằng 0V, 1 là mức cao (H) gần bằng VCC Mạch FF là loại

RS Flip-flop,

+Khi S = [1] thì Q = [1] và Q-= [ 0]

+Sau đó, khi S = [0] thì Q = [1] và Q-= [0]

+Khi R = [1] thìQ- = [1] và Q = [0]

+Tóm lại, khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì Q- = [1], transisitor mở dẫn, cực C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không vượt quá V2 Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset

+Khi mới đóng mạch, tụ C nạp qua Ra, Rb, với thời hằng (Ra+Rb)C

□ Tụ C nạp từ điện Áp 0V -> Vcc/3:

+ Lúc này V+1(V+ của Opamp1) > V-1 Do đó O1 (ngõ ra của Opamp1) có mức logic 1(H)

+ V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) Do đó O2 = 0(L)

+ R = 0, S = 1 > Q = 1, /Q (Q đảo) = 0

+ Q = 1 > Ngõ ra = 1

+Q = 0 > Transistor hồi tiếp không dẫn

□ Tụ C tiếp tụ nạp từ điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3:

+ Lúc này, V+1 < V-1 Do đó O1 = 0

+ V+2 < V-2 Do đó O2 = 0

+ R = 0, S = 0 > Q, /Q sẽ giứ trạng thái trước đó (Q=1, /Q=0)

+ Transistor vẫn ko dẫn

* Tụ C nạp qua ngưỡng 2Vcc/3:

+ Lúc này, V+1 < V-1 Do đó O1 = 0

+ V+2 > V-2 Do đó O2 = 1

+ R = 1, S = 0 > Q=0, /Q = 1

+ Q = 0 > Ngõ ra đảo trạng thái = 0

+ Q = 1 > Transistor dẫn, điện áp trên chân 7 xuống 0V

+ Tụ C xả qua Rb Với thời hằng Rb.C

+ Điện áp trên tụ C giảm xuống do tụ C xả, làm cho điện áp tụ C nhảy xuống dưới

2Vcc/3.4

□ Tụ C tiếp tục "XẢ" từ điện áp 2Vcc/3 > Vcc/3:

+ Lúc này, V+1 < V-1 Do đó O1 = 0

+ V+2 < V-2 Do đó O2 = 0

+ R = 0, S = 0 > Q, /Q sẽ giứ trạng thái trước đó (Q=0, /Q=1)

+ Transistor vẫn dẫn

+ Lúc này V+1 > V-1 Do đó O1 = 1

+ V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) Do đó O2 = 0

+ R = 0, S = 1 > Q = 1, /Q (Q đảo) = 0

+ Q = 1 > Ngõ ra = 1

+Q = 0 > Transistor không dẫn -> chân 7 không = 0V nữa và tụ C lại được nạp điện với điện áp ban đầu là Vcc/3

□ Quá trình lại lặp lại.

Kết quả: Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ ổn định

2 Bộ phân tần: IC CD4017

a Giới thiệu IC CD4017 và 1 số hình ảnh:

IC 4017 là IC dòng CMOS dùng đếm xung thập phân Nó có thể đếm xung sườn dương

và sườn âm kết thúc một chu kỳ đếm tự động Reset Và được ứng dụng nhìu trong các

ứng dụng như: điều khiển tự động, làm các công cụ âm nhạc, điện tử y sinh,hệ thống cảnh báp, điện tử công nghiệp và thiết bị đo từ xa…

Hình 4: IC CD4017

b Sơ đồ kiểu chân và tác dụng của từng chân:

Hình 5: Sơ đồ chân IC CD4017

Từ hình vẽ ta thấy:

+ Từ chân 1,2,3,4,5,6,7,9,10,11 tương ứng với 10 xung đầu ra của CD4017 Các chân này được xuất ra mức 1 khi số xung được đếm tương ứng với thứ

tự các chân đầu ra

+ Chân 15 là chân Reset Khi chân này tác động ỡ mức 1 thì đém sẽ bị Reset về đầu + Chân 14 là chân xung đầu vào và đếm ỡ sườn dương

+ Chân 13 là chân xung đầu vào và đếm ỡ sườn âm

+ Chân 12 là chân xung báo hiệu là đã đém xong 1 chu kì đém ( có nghĩa là khi CD4017 đếm từ 1 đến 5 thì chân 12 ở mức 1 và CD4017 đếm từ 6 đén 10 thì chân 12 ở mức 0) + Chân 8 và 16 là chân nguồn

c Xung clock và sơ đồ nguyên lý làm việc của CD4017:

Hình 6: Cổng logic sử dụng trong IC CD4017.

Hình 7: Xung clock của IC CD4017

IC đếm thập phân 4017 có 10 ngõ ra ở mức cao liên tục như hình trên.Chỉ có một ngõ ra được kích mức cao tại một thời điểm

Có thể thấy được ra ngõ ra ÷10 output sẽ mức cao cho lượt đếm 0 > 4 và ở mức thấp khi đếm 5 > 9

Khi xung đầu vào nó đang ỡ mức dương thì xung đầu tiên được đém và khi xung đầu vào

ở mức âm tì chân 1 vẫn giữ ở mức 1

Khi xung đầu vào đếm sườn dương thứ 2 thì ngây lập tức xung thứ 2 được đém và xung đầu tiên bị mất trạng thái và xuống mất âm

Và cứ thế nó đếm đến 10 là kết thúc 1 chu kỳ đếm và quay trỡ về chu kỳ mới

Chú ý: IC4017 có thể đếm được ỡ 2 mức: đém sườn âm và đếm sườn dương

+ Nếu đém sườn dương: Clock vào chân 14 và chân 13 được nối đất

+ Nếu đếm sườn âm: Clock vào chân 13 và chân 14 nối với Vcc

Sơ đồ nguyên lí làm việc:

Hình 8: Sơ đồ nguyên lý làm việc IC CD4017

Dùng 10 con Led để hiển thị số xung đém được Mỗi xung tương ứng với 1 con Led sáng

d Một số ứng dụng của CD4017:

+Điều khiễn tự động

+Công cụ âm nhạc

+Điện tử y sinh

+Hệ thống cảnh báo

+Thiết bị đo từ xa…vv

3 Bộ dồn kênh: IC 74HC393

a Giới thiệu IC 74HC393 và 1 số hình ảnh:

IC đếm 74393 thuộc họ 74xx cũng là loại IC có chứa 2 mạch đếm 4 Bit độc lập trong cùng 1 IC nhưng có ngõ vào Clock được tác động bởi sườn Xung âm (tức là Xung chuyển

từ mức cao xuống mức thấp) cho nên các Ngõ vào của tầng sau hoàn toàn được ghép trực tiếp với Ngõ ra cuối cùng của tầng trước

Hình 9: IC 74HC393

b Sơ đồ kiểu chân và tác dụng của từng chân:

Hình 10: Sơ đồ kiễu chân IC 74HC393

Từ hình vẽ ta thấy :

+ Chân 3,4,5,6,8,9,10,11 tương ứng với 8 xung đầu ra của 74HC393

+ Chân 2,12 là chân Reset

+ Chân 1,13 là chân xung đầu vào

+ Chân 7,14 nối nguồn

c Xung clock của 74HC393:

Hình 11: Cổng logic sử dụng trong IC 74HC393

Hình 12: Xung clock của IC 74HC393

B. THIẾT KẾ:

1. Mạch nguyên lý :

Hình 13: Sơ đồ mạch nguyên lý

2. Mạch layout :

Hình 14: Sơ đồ mạch layout

3. Mạch in :

Hình 15: Sơ đồ mạch in

C. NHẬN XÉT:

1 Ưa điểm:

+ Mạch có ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống.

+ Dễ thiết kế và chế tạo

+ Sữ dụng nhìu IC thông dụng,dễ mua.nhanh gọn.

+ Phù hợp trong học tập, trau dồi kiến thức và làm quen dần với kỹ thuật số.

2 Nhược điểm:

+ Mạch chỉ dạng mô hình nhỏ.

+ Ít ứng dụng vào thực tế

+ Không đáp ứng cho những người có nhu cầu cao.