Thiết kế đồng hồ 24h sử dụng led đơn

- Chân số 4: Gồm ngõ vào xóa BI được để không hay nối lên cao cho hoạt động giải mã bình thường.. - Chân số 5: Ngõ vào xóa gợn sóng RBI được để không hay nối lên cao khi không dùng để xó

UBND THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT LÝ TỰ TRỌNG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

(CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP)

Tiểu luận môn học : NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐƠN

GVHD: - Châu Văn Bảo

UBND THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT LÝ TỰ TRỌNG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

(CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP)

Tiểu luận môn học : NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐƠN

GVHD: - Châu Văn Bảo

Nhận xét của giảng viên hướng dẫn

Hồ Chí Minh, ngày tháng năm

GV hướng dẫn:

LỜI CẢM ƠN

Nhóm thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn tới quý Thầy Cô trong khoa Điện – Điện Tử, đặc biệt là các Thầy Cô trong bộ môn Điện Tử đã giúp đỡ nhóm trong thời gian thực hiện đề tài

Đặc biệt nhóm xin gửi lời cám ơn chân thành tới thầy Châu Văn Bảo đã

tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi để nhóm có thể thực hiện tốt

và hoàn thành đề tài này

Nhóm thực hiện đồ án cũng xin cảm ơn các bạn trong lớp đã trao đổi, góp

ý và nhóm cũng cám ơn tới những ngưởi thân của các thành viên trong nhóm đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho nhóm thực hiện tốt đề tài

Trong quá trình thực hiện đề tài không thể tránh sai sót, kính mong Thầy,

Cô và các bạn góp ý, chỉ dẫn nhóm thực hiện đề tài được hoàn thiện trong các đồ án tiếp theo

Em xin chân thành cảm ơn!

Lời nói đầu

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của Khoa học và Kỹ thuật, chúng ta phải luôn sáng tạo tìm hiểu những thứ xung quanh Nghiên cứu khoa học là một hoạt động then chốt hàng đầu trong những ngành khoa học NCKH phát triển nhận thức khoa học về thế giới, sáng tạo kỹ thuật mới có giá trị cao, NCKH đem lại cho thế giới một thông điệp văn minh tiến hóa vượt bật của con người.Với sự phát triển của xã hội hôm nay chúng ta phải luôn luôn sáng tạo ra cái mới để đem lại cái lợi ít chung cho con người

Chúng ta luôn thấy những ngôi nhà hiện nay được xây dựng lên với sự thiết kế hài hòa bên ngoài của ngôi nhà, chúng cũng được thiết kế bên trong với những ý muốn sáng tạo riêng của mỗi chủ nhân ngôi nhà Đối với mỗi ngôi nhà chúng ta đang sống không, không có một cái đồng hồ trong nhà nó là một vật thời gian giá trị quý báo của mỗi con người

Tới đây nhóm chúng em xin giới thiệu mục đích làm tiểu luận của môn NCKH là thiết kế đồng hồ số có chức năng xem thời gian dựa trên những kiến thức môn kỹ thuật số

MỤC LỤC

Phần giới thiệu:

- Lời cảm ơn

- Nhận xét của GV hướng dẫn

- Lời nói đầu

- Mục lục

Chương 1: NỘI DUNG ĐỒ ÁN 1.1 Giới thiệu một số cổng Logic………

1.1.1 Cổng Not………

1.1.2 Cổng And………

1.1.3 Cổng Nand………

1.2 Giới thiệu các linh kiện sử dụng trong mạch………

1.2.1 IC 74LS90………

1.2.2 IC giải mã 74LS247………

1.2.3 IC LM555………

1.2.4 Led ………

Chương 2: THIẾT KẾ ĐỒNG HỔ SỐ 2.1 Thiết kế sơ đồ mạch………

2.1.1 Sơ đồ khối………

2.1.2 Khối tạo xung………

2.1.3 Khối đếm………

2.1.4 Khối giải mã………

2.1.5 Khối hiển thị………

2.2 Mạch đồng hồ số ………

2.2.1 Khối giây………

2.2.2 Khối phút………

2.2.3 khối giờ………

Chương 3: THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ 3.1 Dụng cụ sử dụng………

3.2 Quá trình thi công………

3.2.1 Chạy thử mạch trên proteus………

3.2.2 Gia công mạch, lắp ráp và chạy thử………

Chương 4: KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Chương 1.

NỘI DUNG ĐỒ ÁN

1 GIỚI THIỆU MỘT SỐ CỔNG LOGIC

Các cổng logic cơ bản là các phần tử đóng vai trò chủ yếu thực hiện các chức năng logic đơn giản nhất trong các sơ đồ logic Các cổng logic cơ bản thường có một hoặc nhiều đầu vào và một đầu ra Từ các cổng logic cơ bản ta có thể kết hợp lại

để tạo nên nhiều mạch logic thực hiện các hàm logic phức tạp hơn Những dữ liệu ngõ vào, ra chỉ nhận các giá trị logic là Đúng (mức 1) và sai (mức 0) Vì các cổng logic hoạt động với các số nhị phận (0, 1) nên có đôi còn ược mang tên là cổng logic nhị phân

- Là mạch điện thực hiện quan hệ logic AND (phép nhân logic)

- Biểu thức đại số: Q =A.B

A B Q =

A.B

+Ngõ ra cổng AND chỉ ở mức cao khi tất cả ngõ vào lên cao.

+Khi có một ngõ vào bằng 0, ngõ ra bằng 0 bất chấp các ngõ vào còn lại

+Khi có một ngõ vào bằng 1, ngõ ra bằng AND của các ngõ vào còn lại

1.1.3 Cổng NAND:

- Là mạch điện thực hiện phép đảo của phép nhân logic Cổng NAND là sự kết hợp của 2 cổng AND và NOT

- Biểu thức đại số: Q = A.B

- Nhận xét: Tương tự như cổng AND, ở cổng NAND ta có thể dùng 1 ngõ vào

làm ngã kiểm soát Khi ngõ kiểm soát bằng 1, cổng mở cho phép tín hiệu logic ở ngõ vào còn lại qua cổng và bị đảo, khi ngõ kiểm soát bằng 0, cổng đóng, ngõ ra luôn bằng 1

2 GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG

MẠCH

1.2.1 IC 74LS90

- IC 74LS90 thuộc họ TTL có công dụng đếm mã nhị phân chia 10 mã hóa BCD Cứ mỗi một xung vào thỉ nó đếm tiến lên 1 và được mã hóa ra bốn chân Khi đếm đến 10 tự nó sẽ reset và trở về ban đầu IC này có ứng dụng rộng trong các mạch số ứng dụng đếm 10 và trong các mạch chia tần số

- Khi đặt R0(1)= R0(2)= H (ở mức cao) thì bộ đếm được xóa về 0 và các đầu

ra ở mức thấp

- R9(1), R9(2) là chân thiết lập trạng thái cao của đầu ra: QA=QD=1, QB=

QC=0

- Chân NC (chân 4,13): bỏ trống

- Chân 1 và chân 14: hai chân nhân xung đếm CK

- Bốn chân 8, 9, 11, 12: chân ngõ ra,ương ứng QC, QB, QD, QA

- Chân 5(Vcc): cấp nguồn cho IC

- Chân 10 (GND) chân nối mass

- Sơ đồ logic:

Hình 2.1.2.1: Sơ đồ mạch logic IC 7490

- Dựa vào sơ đồ ta nhận thấy IC 7490 có bốn chân ngõ vào Reset dùng để Reset hệ thống Khi ta đưa vào IC các mức điện áp thích hợp thì IC sẽ tự động Reset Sau đây là bảng các mức Reset:

- IC 74LS247 là loại IC tác động mức thấp có ngõ ra cực thu để hở và khả năng nhận dòng đủ cao để tác động trực tiếp đến đèn led 7 đoạn loại anode chung Nếu ta dùng led 7đoạn kiểu cathode thi tại các ngõ ra của IC 74LS247 phải gắn thêm cổng đảo trước khi đến các chân led 7 đoạn.

• Hình dáng và sơ đồ chân

Hình 1.1.2.2 : Hình dáng IC 74LS247

Hình 2.1.2.2: Sơ đồ chân IC 74LS247

- Chân 1, 2, 6, 7: Chân dữ liệu BCD vào, lấy từ IC đếm

- Chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15: Các chân tác động mức thấp (0), nối vào led 7 đoạn

- Chân số 4: Gồm ngõ vào xóa BI được để không hay nối lên cao cho hoạt động giải mã bình thường Khi nối BI ở mức thấp, các ngõ ra đều tắt bất chấp trạng thái của các ngõ vào

- Chân số 5: Ngõ vào xóa gợn sóng RBI được để không hay nối lên cao khi không dùng để xóa số 0 (số 0 ở trước số có nghĩa hay số 0 thừa bên trái dấu chấm thập phân)

- Chân 3: Ngõ vào thử đèn LT ở mức cao các ngõ ra đều tắt và ngõ ra xóa đợn sóng RBO thấp Khi ngõ vào BI/RBO để không hay nối lên cao và ngõ vào LT giữ

ở mức thấp các ngõ ra đều sáng

- Chân 8: Chân nối mass

- Chân 16: Chân nối nguồn

• Sơ đồ logic và bảng trạng thái

Hình 3.1.2.2: Sơ đồ logic của IC 74LS247

- Sự hoạt động của mạch được thể hiện ở bảng sự thật, trong đó đối với các ngõ ra mức cao (H) là tắt và mức thấp (L) là sáng, nghĩa là nếu 74LS247 tác động vào led 7 đoạn thì các đoạn a, b, c, d, e, f, g của đèn sẽ sáng hay tắt tùy thuộc vào

ngõ ra tương ứng là thấp(L)hay cao(H)

Bảng 4.1.2.2: Bảng trạng thái của IC 74LS247

- Dựa vào bảng trạng thái ta nhận thấy rằng sau khi giải mã IC cho ra 15 giá trị của

mã led 7 đoạn, 15 mã này được thể hiện như sau:

Hình 5.1.2.2: 15 giá trị của mã led 7 đoạn

- Chú ý: khi ngõ vào đều mức cao thì led sẽ tắt.

1.2.3 IC LM555.

• Đại cương

- Vi mạch định thời LM555 là mạch tích hợp Analog- digital Do có ngõ vào là tín hiệu tương tự và ngõ ra là tín hiệu số Vi mạch định thời LM555 được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế, đặc biệt trong lĩnh vực điều khiển, vì nếu kết hợp với các linh kiện R, C thì nó có thể thực hiện nhiều chức năng như: định thời, tạo xung chuẩn, tạo tín hiệu kích, hay điều khiển các linh kiện bán dẫn công suất như: Transistor, SCR, Triac…

• Hình dạng và sơ đồ chân

Hình 1.1.2.3: Hình dạng và sơ đồ chân IC 555

- Chân số 1 (GND): chổ nối mass để cấp dòng cho IC

- Chân số 2 (TRIGGER): ngõ vào của một tầng so áp, mạch so áp dùng các transistor PNP Mức áp chuẩn 2*Vcc/3

- Chân số 3 (OUTPUT): ngõ ra Xác định theo mức volt 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 mass thí ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân số 4 nối lên mức điện áp cao thì ngõ ra tùy theo mức điện áp giửa chân 2 và 6

- Chân số 5 (CONTROL VOLTAGE): dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC

555 theo mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối mass Tuy nhiên, trong hầu hết các mạch ứng dụng chân số 5 nối mass qua một tụ từ 0.01µF→ 0.1µF, các tụ có tác dụng lọc bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn ổn định

- Chân số 6 (THRESHOLD): ngõ vào của một tầng so áp khác, mạch so sánh dùng các transistor NPN Mức áp chuẩn Vcc/3

- Chân số 7 (DISCHAGER): có thể xem như một khóa điện và chịu điều khiển bởi tầng logic Khi chân 3 ở mức thấp thì khóa này đóng lại Ngược lại thì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho một mạch R-C lúc IC 555 dung như một tầng dao động

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

• Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình 2.1.2.3: Cấu tạo bên trong IC 555

- Bên trong vi mạch IC555 có hơn 20 transistor và nhiều điện trở, thực hiện các chức năng sau:

- Cầu phân áp gồm 3 điện trở R1=R2 =R3 = Ω5k nối từ Vcc xuống mass, cho ra

hai mức điện áp chuẩn 1/3Vcc và 2/3Vcc

- So sánh COMP1: là mach khuếch đại so sánh có V in+ =1/ 3Vcc nối ra chân 6, in

V− nối qua chân 2 Tuỳ thuộc vào điện áp chân 2 so với điện áp chuẩn 1/3Vcc mà

so sánh 1 có điện áp mức cao hay mức thấp để tín hiệu S điều khiển Flop( FF ) hoạt động

Flip So sánh COMP2: là mạch khuếch đại so sánh có V in+

nối ra chân 6,

2 / 3

in

V− = Vcc.Tuỳ thuộc vào điện áp chân 6 so với điện áp chuẩn 2/3Vcc mà so sánh

2 cho ra mức điện áp cao hay thấp để tín hiệu R điều khiển FF hoạt động

- Mạch FF là loại mạch lưỡng ổn kích một bên khi chân S có điện áp cao thì điện áp này sẽ kích đổi trạng thái FF làm ngõ ra Q lên mức cao, Q = 0 Khi S đang ở mức cao xuống mức thấp thì FF không đổi trạng thái

 Khi: S = 1 ⇒ Q = 1 → Q = 0

S = 1 → 0 ⇒ FF không đổi trạng thái.

- Khi R có điện áp cao thì điện áp này sẽ kích đổi trạng thái FF làm Q = 1, Q =

0 Khi R đang ở mức cao xuống mức thấp thì R không đổi trạng thái

- Mạch khuếch đại đảo nhằm khuếch đại dòng điện cung cấp cho tải, có ngõ vào là Q của FF, nên khi Q ở mức cao thì ngõ ra chân 3 có điện áp thấp ≈0V và ngược lại, khi Q ở mức thấp thì ngõ ra chân 3 của IC sẽ có điện áp cao (≈ Vcc)

Transistor T1 có chân E nối vào điện áp chuẩn khoảng 1,4V, là loại transistor NPN Khi cực B nối ra ngoài bởi chân 4 có điện áp cao hơn 1,4V thì T1 ngưng dẫn, nên

T1 không ảnh hưởng tới mạch Khi chân 4 có điện trở trị số nhỏ thích hợp nối xuống mass thì T1 dẫn bão hòa đồng thời làm mạch Output cũng dẫn bão hòa và ngõ ra mức thấp Chân 4 gọi là chân reset có nghĩa là nó reset IC 555 bất chấp tình trạng các ngõ vào khác Do đó, chân reset dùng để kết thúc xung ra sớm khi cần thiết Nếu không dùng chức năng reset thì nối chân 4 lên Vcc để tránh bị reset do nhiễu

- Transistor T2 là transistor có cực C để hở, nối ra chân 7 Do cực B được phân cực bởi mức điện áp raQ của FF, nên khi Q ở mức cao thì T2 bão hoà và cực C của T2 coi như nối mass Lúc đó, ngõ ra chân 3 cũng ở mức thấp Khi Q ở mức thấp thì T2 ngưng dẫn , cực C của T2 để hở, lúc đó, ngõ ra ở chân 3 có mức điện áp cao Theo nguyên lý trên, cực C của T2 ra chân 7 có thể làm ngõ ra phụ thuộc có mức điện áp giống như mức điện áp của ngõ ra chân 4

1.2.4 Led 7 đoạn

- Cấu tạo và hình dáng led 7 đoạn: Một con led 7 đoạn được cấu tạo từ 7 thanh

led đơn liên kết lại với một thứ tự và tỉ lệ thích hợp để hiển thị các số từ 0-9 và các

ký tự A, B, C, D, E, F Ngoài ra, nó còn có một led nữa dùng để hiển thị dấu chấm

thập phân

Hình 1.1.2.4: Hình dáng và sơ đồ chân led 7 đoạn

- Áp rơi trên mổi đoạn từ 1,8÷2v với dòng từ 7÷20mA.Do vậy ta cần tính điện trở hạn dòng cho led

- Ta có:

VR= VCC – Vled = 5 – 2 = 3v

=> R == 375 Ω

Chọn R = 330 Ω

Chương 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ

2.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH.

2.1.1 Sơ đồ khối.

bộ đếm giờ gồm 24 trạng thái đếm) sau đó xuất mã BCD ra khối giải mã.

- Khối giải mã: chuyển đổi tín hiệu mã nhị phân BCD từ khối đếm giờ thành

mã 7 đoạn để xuất hiện điều khiển các LED 7 đoạn ở khối hiển thị

- Khối hiển thị: là các LED đơn nối anode chung lại thành 7 đoạn, hiển thị các tín hiệu xuất ra từ khối giải mã, số hiển thị là các số thập phân từ 0 đến 9 trên mỗi LED

2.1.2 Khối tạo xung.(dùng IC 555)

Bộ tạo xung là thành phần quan trọng nhất của hệ Đặt biệt là đối với bộ đếm, nó quyết định các trạng thái ngõ ra của bộ đếm

Có rất nhìu mạch tạo dao động, nhưng do sự thông dụng ta chỉ quan tâm đến mạch tạo xung dùng IC LM555

- Các công thức tính toán và một số đều cần biết:

Tn = 0,693.(R1+R2).C1 (Tn là thời gian xả điện)

Tx= 0,693.R2C1 (Tx là thời gian nạp điện)

T=Tn+Tx ( T chu kỳ dao động)

T= 0.693.(R1+2R2).C1

Điện trở R1 ≥ 1kΩ

Vì đây là mạch đồng hồ số cho nên để cho thời gian được chính xác thì: T = 1s,

Tn=Tx

Để cho bài toán được đơn giản ta chọn R1=1kΩ, C1= 47μF Tính R2.

R2

10k

R3

4k7

Hình 1.2.1.2: Sơ mạch tạo xung dùng IC 555

Hình 2.2.1.2: Dạng xung ngõ ra tại chân số 3 của IC 555

 Bảng chân lý mã hóa BCD của IC 74LS90:

Bảng 1.2.1.3: Bảng chân lý BCD của IC 74LS90

Trong bảng chân lý có một chú ý quan trọng là ngõ ra Q0 được nối với đầu vào CP1.

 Bảng mức reset của IC 74LS90 :

Bảng 2.2.1.3: Bảng mức reset IC 74LS90

2.1.4 Khối giải mã.

Mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn là mạch thúc nên cũng thường được gọi

là mạch giải mã thúc Giải mã BCD sang led 7 đoạn phức tạp hơn giải mã BCD sang thập phân vì mạch có tổ hợp nhiều ngõ ra lên cao hoặc xống thấp (tùy thuộc vào loại led 7 đoạn anode chung hay cathode chung)

Ở đây dùng IC 74LS247, nó có ngõ ra để hở và khả năng nhận dòng cao để thúc trực tiếp các led 7 đoạn loại anode chung Khi IC này tác động vào led 7 đoạn thì các đoạn a, b, c, d, e, f, g của đèn sẽ sáng hay tắt tùy thuộc vào ngõ ra tương ứng của IC là thấp(L) hay cao(H)

Hình 1.2.1.4: Sơ đồ chân IC 74LS247Chân 1, 2, 6, 7: Tín hiệu vào

Chân 3: ngõ vào thử đèn

Chân 4: ngõ vào xóa (BI)

Chân 5: ngõ vào xóa gợn sóng

Chân 8: nối mass

- Ngõ vào xóa BI được để không hay nối lên nguồn cho hoạt động giải

mã bình thường Nếu nối xuống mass thì tất cả các ngõ ra đều tắt

- Ngõ vào xóa dợn sóng RBI được để không hay nối lên nguồn dùng để xóa số 0 (số 0 thừa sau dấu chấm thập phân hay số 0 trước số có nghĩa)

Khi RBI và các ngõ vào D, C, B, A ở mức 0 nhưng ngõ vào LT ở mức 1 thì các ngõ ra đều tắt và ngõ vào xóa dợn sóng RBO xuống mức thấp.

- Khi ngõ vào BI/RBO nối lên nguồn và LT nối xuống mass thì ngõ ra đều sáng

2.1.5 Khối hiển thị.

Để hiển thị kết quả ta dùng led 7 đoạn Ở đây, để mạch được đơn giản ta dùng led 7 đoạn anode chung vì ngõ ra của IC 74LS247 tích cực mức thấp

Một con led 7 đoạn được cấu tạo từ 7 thanh led đơn liên kết lại với một thứ tự và tỉ lệ thích hợp để hiển thị các số từ 0-9 và các ký tự A, B, C, D, E, F Ngoài ra, nó còn có một led nữa dùng để hiển thị dấu chấm thập phân

Hình 1.2.1.5: Hình dáng và sơ đồ chân led 7 đoạn

Áp rơi trên mổi đoạn từ 1,8÷2v với dòng từ 7÷20mA.Do vậy ta cần tính điện trở hạn dòng cho led Ta có:

VR= VCC – Vled = 5 – 2 = 3v

=> R == 375 Ω Chọn R = 330 Ω

2.2 MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ.