Thiết kế và lắp ráp mạch điều khiển đèn giao thông sử dụng IC số
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc Lập – Tự Do – Hạnh phúc BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GVHD : Nguyễn Thị Minh Tâm Lớp: LT CĐ ĐH ĐT1 – K5 Khoa: Điện Tử THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG SỬ DỤNG IC SỐ Nhận xét giáo viên hướng dẫn……………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ngày…….tháng…… năm GV hướng dẫn Lời Mở Đầu Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số trở thành quen thuộc với nhiều người, phát triển ngành kỹ thuật số có ảnh hưởng lớn đến ngành kinh tế toàn cầu Có người nêu lên ý tưởng gọi kinh tế thời đại “ kinh tế kỹ thuật số “, “số hóa” gần vượt khỏi ranh giới thuật ngữ kỹ thuật Nhờ có ưu điểm xử lý số độ tin cậy truyền dẫn, tính đa thích nghi kinh tế nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi điều khiển khai thác mạng Số hóa xu hướng phát triển tất yếu nhiều lĩnh vực kỹ thuật kinh tế khác Không lĩnh vục thông tin liên lạc tin học Ngày nay, kỹ thật số thâm nhập mạnh mẽ vào Kỹ thuật điện tử, Điều khiển tự động, phát truyền hình, y tế, nông nghiệp…và dụng cụ sinh hoạt gia đình Ngay từ ngày đầu khai sinh, kỹ thuật số nói riêng ngành điện tử nói chung tạo nhiều bước đột phá mẽ cho ngành kinh tế khác đảm bảo yêu cầu người dùng chất lượng dịch vụ Đồng thời kiến thức kỹ thuật số thiếu sinh viên, sinh viên điện tử Và người nhận thấy rằng, ngày tình hình trật tự giao nước ta, thành phố lớn phức tạp Vì việc sử dụng đèn giao thông giao lộ cần thiết để hiểu rõ nguyên lý hoạt động muốn phát triển thêm mô hình này, em chọn đề tài cho đồ án thiết kế lắp ráp mạch điều khiển Đèn Giao Thông với hướng dẫn cô Minh Tâm Do thời gian, tài liệu và trình độ còn hạn chế nên đề tài chắc chắn không thể tránh những thiếu sót, nhầm lẫn Kính mong sự chỉ dẫn và góp ý của cô để chúng em hiểu sâu sắc hơn, và rút kinh nghiệm những lần sau Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2013 PHẦN : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.Tổng quan flip-flop (FF) Flip-Flop (viết tắt FF) mạch dao động đa hài hai trạng thái bền, xây sở cổng logic hoạt động theo bảng trạng thái cho trước Có khả lưu trữ hai trang thái FF mạch có khả lật lại trạng thái ngõ tuỳ theo tác động thích hợp ngõ vào, điều có ý nghĩa quan trọng việc lưu trữ liệu mạch xuất liệu cần Có nhiều loại flip flop khác nhau, chúng sử dụng rộng rãi nhiều ứng dụng Các mạch FF thường kí hiệu sau Các FF phần tử có trang thái cân ổn định Q Một FF hoạt động hai chế độ: + Không đồng bộ: Đầu FF thay đổi trạng thái phụ thuộc vào giá trị tín hiệu vào + Đồng bộ: Việc thay đổi trạng thái FF tùy thuộc vào tín hiệu vào tín hiệu đồng ( tín hiệu đồng cho phép không cho phép chuyển trạng thái) • Đồng theo mức: Dùng mức điện áp thích hợp tín hiệu đồng bộ( mức tích cực) để thay đổi trạng thái FF • Đồng theo sườn: thời điểm thay đổi trạng thái FF ứng với thời điểm xuất sườn tín hiệu đồng bộ( đồng theo sườn dương sườn âm) 1.2.Các loại flip-flop 1.2.1.SR-FF Là phần tử có đầu vào điều khiển S,R hai đầu vào Q Hình 1.1.Sơ đồ cấu tạo SR-FF Hình 1.2.Bảng trạng thái RS-FF Hình 1.3.Giản đồ thời gian RS-FF 1.2.2.JK-FF Là phần tử có hai đầu vào điều khiển hai đầu Đầu vào J đóng vai trò thiết lập, đầu K đóng vai trò xóa + JK=00 FF giữ nguyên trạng thái cũ + JK=01 FF chuyển tới trạng thái + JK=10 FF chuyển tới trạng thái + JK=11 FF đảo trạng thái Hình 1.4.Sơ đồ cấu tạo JK-FF Hình 1.5.Bảng trạng thái JK-FF Hình 1.6.Giản đồ thời gian RS-FF 1.2.3.D-FF Là phần tử có đầu vào điều khiển đầu D-FF có khả thiết lập trạng thái theo tín hiệu D=0, thiết lập trạng thái theo tín hiệu D=1 Hình 1.7.Cấu tạo D-FF Hình 1.8.Bảng trạng thái D-FF Hình 1.9.Giản đồ thời gian D-FF 1.2.4.T-FF Là phần tử có đầu vào điều khiển đầu T-FF có chức trì chuyển đổi trạng thái tùy thuộc vào đầu vào T điều kiện định thời CLK Hình 1.10.Cấu tạo T-FF Hình 1.11.Bảng trạng thái T-FF Hình 1.9.Giản đồ thời gian T-FF PHẦN 2: THIẾT KẾ MẠCH 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI: Mạch gồm khối: + Bộ nguồn + Bộ tạo xung + Bộ đếm + Bộ giải mã hiển thị + Bộ hiển thị 2.2 CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH: 2.2.1 BỘ TẠO XUNG DÙNG IC 555: Cấu tạo chức chân IC 555 Hình 2.1: Sơ đồ chân IC 555 + Chân (GND): Chân cho nối masse để lấy dòng + Chân (Trigger): Chân so áp với mức áp chuẩn 1/3 mức nguồn nuôi + Chân (Output): Chân ngõ ra, tín hiệu chân dạng xung, không mức áp thấp mức áp cao + Chân (Reset): Chân xác lập trạng thái nghỉ với mức áp chân mức thấp + Chân (Control Voltage): Chân làm thay đổi mức áp chuẩn IC 555 + Chân (Threshold): Chân so áp với mức áp chuẩn 2/3 mức nguồn nuôi + Chân (Discharge): Chân có khóa điện đóng masse, thường dùng cho tụ xả điện + Chân (VCC): Chân nối vào đường nguồn V+ IC 555 làm việc với mức nguồn từ đến 15V Chức năng: 10 + IC 555 thường sử dụng với chức định (Timing), tạo dao động + Ứng dụng vào việc tạo dao động, định giờ, điều chế độ rộng xung (PWM), tạo thời gian trễ + Có thể định từ đơn vị mili giây đơn vị + Làm việc chế độ, đa hài đơn hài + Hoàn toàn thay đổi chu kỳ dao động (đa hài) độ rộng xung (đơn hài) + Nguồn cung cấp có điện áp khoảng từ 4,5V đến 18V + Nguồn cung cấp có dòng khoảng từ 3mA đến 6mA điện áp nguồn khoảng 5V,có dòng khoảng 10mA đến 15mA điện áp nguồn nuôi khoảng 15V + Nhiệt độ chịu đựng khoảng -65oC đến 150oC + Nhiệt độ làm việc ổn định khoảng 0oC đến 70oC + Sụt áp lối thấp, giá trị lớn khoảng 0,35V + Điện áp ngưỡng (threshold) khoảng 0,67xVCC, dòng điện ngưỡng khoảng 0,25μA + Điện áp mức cao lối VCC 5V khoảng 4V Điện áp mức cao lối VCC 15V khoảng 11V + Điện áp cấp cho chân reset khoảng 1V dòng điện khoảng 0,4mA + Khi VCC 5V điện áp đưa chân trigger khoảng 1,67 V dòng điện khoảng 0.9μA Khi VCC 15V điện áp đưa chân trigger khoảng 5V dòng điện khoảng 0,9μA 11 Cấu trúc: Hình 2.2: Cấu trúc IC 555 Cấu trúc IC 555 gồm : OPAM, điện trở, transitor, FF (FF- RS): + OP-amp có tác dụng so sánh điện áp + Transistor để xả điện + Bên gồm điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành phần Cấu tạo tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương Op-amp điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm Op-amp Khi điện áp chân nhỏ 1/3 VCC, chân S = [1] FF kích Khi điện áp chân lớn 2/3 VCC, chân R FF = [1] FF reset 12 2.2 IC 74164 : Cấu tạo chức chân IC 74164 Hình 2.3: Sơ đồ chân IC 74164 + Vcc,GND: dùng cấp nguồn cho IC hoạt động Vcc nối tiếp cực dương nguồn , GND nối đến cực âm nguồn (0V) + A,B: ngõ vào liệu nối tiếp IC 74164, ngõ vào cổng AND ngõ vào Dữ liệu muốn đến flipflop để bắt đầu trình ghi dịch phải qua cổng AND ngõ vào + Clk: chân nhận xung clock Dữ liệu ngõ vào A,B đưa đến ngõ ( đồng thời liệu ngõ lại dịch phải bít) đồng với xung vào chân Điều có nghĩa IC thực việc ghi có cạnh lên xung clock tác động + Clr: chân reset IC, chân tác động mức thấp chân CLR mức logic cao IC phép hoạt động bình thường (ghi dịch), chân đưa xuống mức logic thấp IC bị reset lập tức: tất ngõ bị kéo xuống mức thấp việc reset không đồng với xung clock đưa vào IC, nghĩa trạng thái xung clock đưa vào IC, nghĩa trạng thái xung clock( dù mức logic cao hay thấp chuyển trạng thái) ta thực hiên việc reset IC cách hạ chân clr xuống mức thấp 13 + QA – Qh: ngõ song song IC Các ngõ lấy lúc ngõ tùy vào yêu cầu người sử dụng Chức năng: + IC 74164 ghi dich bit vào nối tiếp – song song (serial- in Paraller-out) làm việc tần số cao nhờ sử dụng diode Schottky bên Dữ liệu nối tiếp nhập vào thông qua cổng AND ngõ vào, việc nhập đồng với cạnh xung lên Ck + Chân Clear (clr) tác động không đồng với xung ck, chân tác động ghi dịch bị xóa, tất ngõ bị kéo xuống mức thấp Hình 2.4: Sơ đồ nội IC 74164 Nguyên tắc hoạt động: + Khi có cạnh xung clk lên tác động vào chân clk liệu ngõ vào (A,B) dịch đến ngõ QA, trạng thái logic tất ngõ khác không thay đổi + xung ck thứ tác động liệu từ ngõ QA dịch đến ngõ thứ QB, liệu từ ngõ vào dịch đến ngõ đầu tiên, trạng thái logic tất ngõ khác không thay đổi + xung thứ tác động liệu dịch đến ngõ cuối QH Dữ liệu từ ngõ vào dịch đến ngõ Q A, liệu từ QA dịch sang QB, 14 …Như liệu đưa vào nối tiếp lấy song song ngõ sau xung ck tác động + có xung thứ tác động liệu từ ngõ vào chuyển đến ngõ đầu tiên, trạng thái logic ngõ khác dịch phải bit Trạng thái logic ngõ cuối tự biến 2.2.3 IC 7404: Cấu tạo chức chân IC 7404: + IC7404 IC chứa cổng NOT logic Hình 2.5: Sơ đồ chân IC7404 Hình 2.6: Bảng trạng thái IC 7404 Đặc điểm: + Điện áp cung cấp 7V + Điện áp 7V 15 + Nhiệt độ hoạt động 0oC - 70oC 2.2.4 IC 7408: Cấu tạo chức chân IC 7408: + Là IC chứa cổng AND logic Hình 2.7: Sơ đồ chân IC7408 Hình 2.8: Bảng trạng thái IC 7408 Đặc điểm + Điện áp cung cấp 7V + Điện áp 7V + Nhiệt độ hoạt động 0oC - 70oC 16 2.2.5 IC 7432: Cấu tạo chức chân IC 7423: + IC 7432 IC chứa cổng OR logic Hình 2.9: Sơ đồ chân IC7432 Hình 2.10: Bảng trạng thái IC 7432 Đặc điểm + Điện áp cung cấp 7V + Điện áp 7V + Nhiệt độ hoạt động 0oC - 70oC 17 2.2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ: X1 A R9 R10 R11 10k 10k 10k Q5 Q2 Q4 2N2926 2N2926 2N2926 K R4 LED-GREEN 10 X11 A K LED-GREEN V1 J1 A U2 SRG8 R CONN-H2 U3:C C1/-> R VCC Q GND R2 A 11 1D D1 7408 A U4:C U3:B A + U4:A U3:E 11 R7 Q9 A D22 10 A 7408 V2 R13 10k Q12 7408 2N2926 A R8 V22 A U5:A 2N2926 K LED-YELLOW 10 K LED-GREEN U4:B 7404 K X2 2N2926 10 Q1 K LED-RED D7 10k K + LED-RED A R6 R12 74164 D1 C4 D11 10 7408 7404 13 10u 2N2926 10 NE555 10u Q7 11 10k K D1 10 10 K LED-YELLOW 13 7404 12 C3 V11 12 R3 TH 10 CV TR 10k LED-YELLOW U4:D - & DC R1 - U1 K R5 K LED-YELLOW R14 D2 10k A 7432 R K LED-RED D22 10 A K LED-RED 18 2.2.3 SƠ ĐỒ MẠCH IN: 19 2.2.4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: Ban đầu chưa có xung, tất chân đầu mức logic “0” Tại chân 13 IC U2 qua cổng đảo đưa vào chân IC U2 Tại chân có mức logic “1”, có xung kích đưa vào chân số lúc IC thực đếm Đèn X1 D2 sáng, đếm đến chân số 13, chân 13 có mức logic “1” nên U2 lật trạng thái đèn V1 D2 sáng Đến chân số V1, D1 tắt đồng thời D1, X2 sáng Đến chân 13 X2 tắt đồng thời V2 sáng, đến chân số V2 tắt, X1, D2 lại sáng trình diễn Lặp lặp lại 20 KHỐI NGUỒN: Nguồn khối thiếu, cung cấp lượng cho mạch 21 2.3 KẾT LUẬN: 2.3.1 Ưu điểm: Mạch thiết kế gọn nhẹ dễ sử dụng 2.3.2 Nhược điểm: Không khả thi nút giao thông phức tạp Mạch mang tính sơ sài mang tính chất mô phỏng.Qua em rút kinh nghiệm làm mạch, áp dụng lý thuyết vào thực hành 2.4 TÀI LIỆU THAM KHẢO: + Giáo trình kỹ thuật Xung – Số (Khoa Điện Tử trường ĐHCN Hà Nội) + Giáo trình kỹ thuật mạch điện tử (Khoa Điện Tử trường ĐHCN Hà Nội) + Tài liệu từ trang Web: http://tailieu.vn www.ebook.edu.vn www.dientuvietnam.net 22 [...]... 2.2.3 SƠ ĐỒ MẠCH IN: 19 2.2.4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: Ban đầu khi chưa có xung, tại tất cả các chân đầu ra đều ở mức logic “0” Tại chân 13 của IC U2 qua cổng đảo đưa vào chân 1 và 2 của IC U2 Tại chân 1 và 2 sẽ có mức logic “1”, khi có xung kích đưa vào chân số 8 lúc này IC sẽ thực hiện đếm Đèn X1 và D2 sẽ sáng, khi đếm đến chân số 13, tại chân 13 có mức logic “1” nên U2 sẽ lật trạng thái đèn V1 và D2 sáng... sáng Đến chân số 5 V1, D1 tắt đồng thời D1, X2 sáng Đến chân 13 thì X2 tắt đồng thời V2 sáng, đến chân số 3 thì V2 tắt, X1, D2 lại sáng và quá trình đó diễn ra Lặp đi lặp lại 20 3 KHỐI NGUỒN: Nguồn là khối không thể thiếu, cung cấp năng lượng cho mạch 21 2.3 KẾT LUẬN: 2.3.1 Ưu điểm: Mạch thiết kế gọn nhẹ và dễ sử dụng 2.3.2 Nhược điểm: Không khả thi đối với các nút giao thông phức tạp Mạch còn mang... thái của IC 7404 Đặc điểm: + Điện áp cung cấp 7V + Điện áp ra 7V 15 + Nhiệt độ hoạt động 0oC - 70oC 2.2.4 IC 7408: Cấu tạo và chức năng chân IC 7408: + Là IC chứa 4 cổng AND logic Hình 2.7: Sơ đồ chân của IC7 408 Hình 2.8: Bảng trạng thái của IC 7408 Đặc điểm + Điện áp cung cấp 7V + Điện áp ra 7V + Nhiệt độ hoạt động 0oC - 70oC 16 2.2.5 IC 7432: Cấu tạo và chức năng chân IC 7423: + IC 7432 là IC chứa... đang ở mức logic cao hay thấp hoặc đang chuyển trạng thái) ta đều thực hiên việc reset IC bằng cách hạ chân clr này xuống mức thấp 13 + QA – Qh: các ngõ ra song song của IC Các ngõ này có thể được lấy ra cùng lúc hoặc từng ngõ tùy vào yêu cầu người sử dụng Chức năng: + IC 74164 là một thanh ghi dich 8 bit vào nối tiếp – ra song song (serial- in Paraller-out) làm việc được ở tần số cao nhờ sử dụng diode... liệu đưa vào nối tiếp đã được lấy ra song song ở cả 8 ngõ ra sau 8 xung ck tác động + khi có xung thứ 9 tác động thì dữ liệu từ ngõ vào sẽ được chuyển đến ngõ ra đầu tiên, trạng thái logic ở các ngõ ra khác sẽ được dịch phải một bit Trạng thái logic ở ngõ ra cuối cùng sẽ tự biến mất 2.2.3 IC 7404: Cấu tạo và chức năng chân IC 7404: + IC7 404 là IC chứa 6 cổng NOT logic Hình 2.5: Sơ đồ chân của IC7 404... 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 12 2.2 IC 74164 : Cấu tạo và chức năng các chân IC 74164 Hình 2.3: Sơ đồ chân IC 74164 + Vcc,GND: dùng cấp nguồn cho IC hoạt động Vcc được nối tiếp cực... tác động + Clr: chân reset IC, chân này tác động ở mức thấp khi chân CLR ở mức logic cao thì IC được phép hoạt động bình thường (ghi dịch), nhưng khi chân này được đưa xuống mức logic thấp thì IC bị reset ngay lập tức: tất cả các ngõ ra của nó đều bị kéo xuống mức thấp việc reset này không đồng bộ với xung clock đưa vào IC, nghĩa là bất kì trạng thái nào của xung clock đưa vào IC, nghĩa là ở bất kì trạng... (0V) + A,B: ngõ vào dữ liệu nối tiếp của IC 74164, đây là 2 ngõ vào của một cổng AND 2 ngõ vào Dữ liệu muốn đến được flipflop đầu tiên để bắt đầu quá trình ghi dịch thì phải qua cổng AND 2 ngõ vào này + Clk: chân nhận xung clock Dữ liệu ở 2 ngõ vào A,B được đưa đến ngõ ra ( đồng thời dữ liệu ở các ngõ ra còn lại dịch phải một bít) đồng bộ với xung đi vào chân này Điều này có nghĩa là IC sẽ được thực...+ IC 555 thường được sử dụng với chức năng định giờ (Timing), tạo dao động + Ứng dụng vào việc tạo dao động, định giờ, điều chế độ rộng xung (PWM), tạo thời gian trễ + Có thể định giờ từ đơn vị mili giây cho đến đơn vị giờ + Làm việc ở 2 chế độ, đa hài và đơn hài + Hoàn toàn có thể thay đổi được chu kỳ dao động (đa hài) và độ rộng xung (đơn hài) + Nguồn cung cấp... áp cấp cho chân reset khoảng 1V và dòng điện khoảng 0,4mA + Khi VCC bằng 5V thì điện áp đưa và chân trigger khoảng 1,67 V và dòng điện khoảng 0.9μA Khi VCC bằng 15V thì điện áp đưa và chân trigger khoảng 5V và dòng điện khoảng 0,9μA 11 Cấu trúc: Hình 2.2: Cấu trúc của IC 555 Cấu trúc của IC 555 gồm : 2 OPAM, 3 điện trở, 1 transitor, 1 FF (FF- RS): + 2 OP-amp có tác dụng so sánh điện áp + Transistor