Ngày nay ngành kỹ thuật điện tử có vai trò rất quan trọng trong cuộc sống của con người. Các hệ thống điện tử ngày nay rất đa dạng và đang thay thế các công việc hàng ngày của con người từ những công việc từ đơn giản đến phức tạp như đóng nút chai, điều khiển tín hiệu đèn giao thông, đo tốc độ động cơ hay các đồng hồ số… Các hệ thống này có thể thiết kế theo hệ thống tương tự hoặc hệ thống số. Tuy nhiên trong các hệ thống điện tử thông minh hiện nay người ta thường sử dụng hệ thống số hơn là các hệ thống tương tự bởi một số các ưu điểm vượt trội mà hệ thống số mang lại đó là: độ tin cậy cao, giá thành thấp, dễ dàng thiết kế, lắp đặt và vận hành… Để làm được điều đó, chúng ta phải có kiến thức về môn điện tử số, hiểu được cấu trúc và chức năng của một số IC số, mạch giải mã, các cổng logic và một số kiến thức về các linh kiện điện tử. Sau một thời gian học tập và tìm hiểu tài liệu về kỹ thuật xung số, em đã làm đề tài: ” thiết kế và điều khiển dây truyền đóng chai tự động dùng một số linh kiện đã được học và rất phổ biến hiện nay như IC 7490, IC 7447,…”. Với đề tài này em sử dụng các IC số và các thiết bị khác để thiết kế một hệ thống đóng chai.Bài tập bao gồm cả hình ảnh và mạch mô phỏng (tập trung vào thiết kế hệ thống xử lí) giúp các bạn đọc dễ hiểu về dây truyền đóng chai hoặc các hệ thống tương tự khác. PHẦN I: NỘI DUNG 1: Mô tả hệ thống: Hệ thống gồm băng tải chai, băng tải hộp, cảm biến phát hiện chai và hộp. Ban đầu, băng tải hộp chạy đến vị trí cảm biến thì dừng lại. tiếp đó thì băng tải chai chạy, khi đếm được N chai thì băng tải chai dừng lại, băng tải hộp chạy tiếp, số chai đếm được hiển thị trên Led 7 thanh. Hai nút Start và Stop để chạy, dừng hệ thống. Cho phép nhập giá trị đặt số chai từ Keypad hoặc bàn phím, N=14
ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN DÂY TRUYỀN ĐÓNG CHAI TỰ ĐộNG GVHD: Th.s NGUYỄN THU HÀ SVTH: ĐÀO VĂN TRỌNG MSSV: 0541040284 ĐỀ TÀI: LỚP: ĐH ĐIỆN 4- K5 LỜI NÓI ĐẦU Ngày ngành kỹ thuật điện tử có vai trò quan trọng sống người Các hệ thống điện tử ngày đa dạng thay công việc hàng ngày người từ công việc từ đơn giản đến phức tạp đóng nút chai, điều khiển tín hiệu đèn giao thông, đo tốc độ động hay đồng hồ số… Các hệ thống thiết kế theo hệ thống tương tự hệ thống số Tuy nhiên hệ thống điện tử thông minh người ta thường sử dụng hệ thống số hệ thống tương tự số ưu điểm vượt trội mà hệ thống số mang lại là: độ tin cậy cao, giá thành thấp, dễ dàng thiết kế, lắp đặt vận hành… Để làm điều đó, phải có kiến thức môn điện tử số, hiểu cấu trúc chức số IC số, mạch giải mã, cổng logic số kiến thức linh kiện điện tử Sau thời gian học tập tìm hiểu tài liệu kỹ thuật xung - số, em làm đề tài: ” thiết kế điều khiển dây truyền đóng chai tự động dùng số linh kiện học phổ biến IC 7490, IC 7447,…” Với đề tài em sử dụng IC số thiết bị khác để thiết kế hệ thống đóng chai Bài tập bao gồm hình ảnh mạch mô (tập trung vào thiết kế hệ thống xử lí) giúp bạn đọc dễ hiểu dây truyền đóng chai hệ thống tương tự khác PHẦN I: NỘI DUNG 1: Mô tả hệ thống: Hệ thống gồm băng tải chai, băng tải hộp, cảm biến phát chai hộp Ban đầu, băng tải hộp chạy đến vị trí cảm biến dừng lại tiếp băng tải chai chạy, đếm N chai băng tải chai dừng lại, băng tải hộp chạy tiếp, số chai đếm hiển thị Led Hai nút Start Stop để chạy, dừng hệ thống Cho phép nhập giá trị đặt số chai từ Keypad bàn phím, N=14 Sơ lược mạch tổ hợp, mạch dãy: 2.1 Mạch dãy: Hệ dãy hệ mà tín hiệu không phụ thuộc vào tín hiệu vào thời điểm mà phụ thuộc vào khứ tín hiệu vào - Hệ dãy gọi hệ có nhớ Để thực hệ dãy, thiết phải có phần tử nhớ Ngoài có phần tử logic Hệ dãy đồng bộ: làm việc cần có1 tín hiệu đồng để giữ nhịp cho toàn hệ hoạt động Hệ dãy không đồng bộ: không cần tín hiệu để giữ nhịp chung cho toàn hệ hoạt động Hệ dãy đồng nhanh hệ dãy không đồng nhiên lại có thiết kế phức tạp Mô hình hệ dãy dung để mô tả hệ dãy thông qua tín hiệu vào, tín hiệu trạng thái hệ mà không quan tâm đến cấu trúc bên hệ Mô hình Mealy mô tả hệ dãy thông qua tham số: X = {x1, x2, , xn} Y = {y1, y2, , yl} S = {s1, s2, , sm} FS(S, X) FY(S, X) • Các loại trigger: Phần tử hệ dãy phần tử nhớ hay gọi trigger Đầu trigger trạng thái Một trigger làm việc theo kiểu: Trigger không đồng bộ: đầu trigger thay phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào đổi Trigger đồng bộ: đầu trigger thay đổi phụ thuộc vào tín hiệu vào tín hiệu đồng Đồng theo mức: Mức cao: Khi tín hiệu đồng có giá trị logic hệ nghỉ (giữ nguyên trạng thái) Khi tín hiệu đồng có giá trị logic bằng1 hệ làm việc bình thường Mức thấp: Khi tín hiệu đồng có giá trị logic bằng1 hệ nghỉ (giữ nguyên trạng thái) Khi tín hiệu đồng có giá trị logic bằng0 hệ làm việc bình thường Đồng theo sườn: Sườn dương: Khi tín hiệu đồng xuất sườn dương(sườn lên, từ →1) hệ làm việc bình thường Trong trường hợp lại, hệ nghỉ(giữ nguyên trạng thái) Sườn âm: Khi tín hiệu đồng xuất sườn âm (sườn xuống, từ →0), hệ làm việc bình thường Trong trường hợp lại, hệ nghỉ(giữ nguyên trạng thái) Đồng kiểu xung: Khi có xung hệ làm việc bình thường Khi xung hệ nghỉ (giữ nguyên trạng thái) Có loại Trigger: RS Reset-Set Xóa -Thiết lập D Delay Trễ JK Jordan Kelly (Tên nhà phát minh) T Toggle Bập bênh, bật tắt Triger RS: Triger D: Trigger D có đầu vào D hoạt động chế độ đồng không đồng Ta xét trigger D hoạt động chế độ đồng Trigger D đồng theo mức gọi chốt D (Latch) Trigger D đồng theo sườn gọi xung phát sườn (Edge trigged) Trigger JK hoạt động chế độ đồng Sơ đồ khối: Trigger T hoạt động chế độ đồng Sơ đồ khối: Một số ứng dụng hệ dãy: Bộ đếm dùng để đếm xung Bộ đếm gọi modulen đếm n xung: từ đến n- Có loại đếm: Bộ đếm không đồng bộ: không đồng thời đưa tín hiệu đếm vào đầu vào trigger Bộ đếm đồng bộ: có xung đếm đồng thời xung clock đưa vào tất trigger đếm 2.2 Mạch tổ hợp: Mạch giải mã mạch mã hóa A.Một số loại mã thông dụng Mã BCD mã dư MÃ BCD (Binary Coded Decimal) mã cấu tạo cách dùng từ nhị phân bit để mã hóa 10 kí hiệ thập phân, cách biểu diễn theo thập phân Ví dụ mã NBCD, chữ số thập phân nhị phân hoá theo trọng số nhau, nên có mã dư ứng với số thập phân 10,11,12,13,14 15 Sự xuất tổ hợp tin gọi là lỗi dư Do trọng số nhị phân vị trí biểu diễn thập phân tự nhiên nên máy thực trực tiếp phép tính cộng, trừ , nhân, chia theo mã NBCD Tuy nhiên nhược điểm tồn tổ hợp toàn Zero, gây khó khăn việc đồng truyền dẫn tín hiệu Vì người ta dùng mã Dư-3 hình thành từ mã NBCD cách cộng thêm vào tổ hợp mã Như vậy, mã không bao gồm tổ hợp toàn Zero Mã Dư-3 chủ yếu dùng để truyền dẫn tín hiệu mà không dùng cho tính toán trực tiếp Mã Gray: Mã Gray gọi mã cách 1, loại mã mà tổ hợp mã kế khác bit Loại mã tính trọng số, giá trị thập phân mã hóa giải mã thông qua bảng mã mà tính theo tổng trọng số mã BCD Mã Gray tổ chức theo nhiều bit Bởi vậy, đếm theo mã Gray Cũng tương tự mã BCD mã Gray có mã Gray Dư-3 Thập phân GrayGray dư 0000 0010 0001 0110 0011 0111 0010 0101 0110 0100 0111 1100 0101 1101 0100 1111 1100 1110 - Mạch mã hóa ưu tiên Trong mã hóa vừa xét trên, tín hiệu vào tồn độc lập (không có trường hợp có tổ hợp trở lên đồng thời tác động) Bộ mã hóa ưu tiên đời để giải trường hợp có nhiều đầu vào tác động đồng thời, trường hợp mã hóa ưu tiên tiến hành mã hóa tín hiệu vào có cấp ưu tiên cao thời điểm xét Việc xác định cấp ưu tiên cho tín hiệu vào người thiết kế mạch *Chương 2: Các linh kiện sử dụng mạch là: 1, IC7490: Điện áp hoạt động MIN: 4.75V, MAX:5V, NOM:5V Tần số tối đa : 42Mhz Mức logic MIN :2V Mức logic MAX : 0.8V + Bốn Chân thiết lập R0(1),R0(2),R9(1),R9(2) + Khi chân R0(1),R0(2) chân thiết lập trạng thái cao đầu ra: QA=QD=1, QB=QC=0 + NC chân không nối + IC 7490 gồm chia chia 5: -Bộ chia Input A điều khiển đầu QA -Bộ chia Input B điều khiển đầu QB,QC,QD Trong QD bit có trọng số lớn Đầu vào A,B tích cực sườn âm + Để tạo thành đếm 10 ta nối đầu QA vào chân B để tạo xung kích cho đếm QA,QB,QC,QD đầu Sơ đồ chân: Bảng trạng thái: Ta ghép nối IC 7490 để tạo thành đếm thập phân đếm giá trị từ 0-9999 xung clock đưa vào đếm tần số mà ta muốn đo 2, IC 74LS47 Chức năng: - Một IC phổ biến điện tử số Có nhiều kí hiệu khác tùy thuộc vào hãng khả đáp ứng như: 74HC47, 74HCT47,74LS47, Ứng dụng: Đây IC giải mã kí giành riêng cho LED Anot chung Ứng dụng ta cần thị số led mạch số mà không cần dùng vi xử lý muốn tiết kiệm chân.” Các thức hoạt động: - Sơ đồ nguyên lý: Như sơ đồ trên, A,B,C,D ( Nối với Vi xử lý, mạch số counter,…), BI/RBO,RBI,LT ( chân điều khiển 7447, tùy thuộc vào nhu cầu nối khác nhau), Chân QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG nối với chân a,b,c,d,e,f,g led anot chung - Mô tả cách thức hoạt động sau: PORT A,B,C,D : đầu vào 7447, nhận giá trị theo nhị phân (BCD) từ tới 15, tương ứng với mối giá trị nhận giải mã đầu Q tương ứng PORT QA-QG : Nối trực tiếp LED với QA=a,QB=b,QC=c,QD=d,QE=e,QF=f,QG=g, giá trị hiển thị LED phụ thuộc vào giá trị đầu vào PORTA,B,C,D theo bảng sau; BI/RBO,RBI,LT : Chân điều khiển 7447, để hiểu rõ bạn cần đọc tìm hiểu mức bảng logic sau (Để kích hoạt IC 7447 hoạt động cần nối BI/RBO=LT=1 ): 3, IC 74LS85 Mạch so sánh 74ls85 Để đơn giản, giả sử tín hiệu đưa A, có mức logic cao thấp (tín hiệu số bit) Tín hiệu đem so sánh B (tín hiệu cài đặt) Sẽ có trường hợp xảy cho ngõ : A > B A = B = A < B A = B = A = B A = = B hay A = = B Từ xây dựng bảng thật cho trường hợp ngõ từ tổ hợp trạng thái ngõ vào sau : Bảng 2.3.1 So sánh số bit Nhận thấy Trường hợp A = B ngõ cổng EXNOR ngõ vào A B Trường hợp A < B ngõ cổng AND ngõ vào A v Trường hợp A > B ngõ cổng AND ngõ vàoĠ B Đây gọi mạch so sánh độ lớn bit Cấu trúc mạch sau : Hình 2.2.2 Khối so sánh bit bit Hình 2.2.3 Mạch so sánh Bây dạng tín hiệu vào mạch so sánh có mức cao hay mức thấp (1 bit) mà chuỗi xung vuông mạch phải mạch so sánh độ lớn nhiều bít Hình thức so sánh mạch bit giống mạch bit rõ ràng phải so sánh bit MSB trước lùi dần 7485/LS85 IC tiêu biểu có chứa mạch so sánh bit Kí hiệu khối IC hình, sơ đồ chân xem phần datasheet Hình 2.3.4 Mạch so sánh độ lớn bit 74LS85 Bảng 2.3.2 Bảng thật 74LS85 Nhìn vào bảng thật IC ta thấy hoạt động mạch Ở trường hợp đầu mạch so sánh bình thường, so sánh từ bít cao trước Khi tất bit ngõ vào phải xét đến logic ngõ vào nối chồng (được dùng ghép chồng nhiều IC để có số bit so sánh lớn hơn) Logic ngõ vào thực ngõ tầng so sánh bit thấp (nếu có) Trường hợp ngõ vào nối chồng lên cao ngõ tương ứng lên cao.Trường hợp bít trước không so sánh ngõ sau thấp Trường hợp tín hiệu ngõ vào nối chồng tức liệu ngõ vào A B khác nên ngõ A < B A> B đểu mức cao Vậy để mạch so sánh bit nên nối ngõ nối chống A = B mức cao IC 74192: IC 74192 IC đếm BCD Các giá trị thể chân QA, QB, QC, QD QA LSB QD MSB Các chân A, B, C, D chân để điều khiển giá trị bắt đầu đếm Chân DOWN chân có xung kích vào giá trị đếm xuống Chân UP chân có xung kích vào giá trị đếm lên Chân VCC chân cấp nguồn chân GND chân nối mass Chân CO chân BO dùng để liên kết với IC 74192 khác để đếm giá trị cao Chân CLR dùng để xóa giá trị 5, IC 4017 Tìm hiểu IC 4017: Sơ đồ chân: IC đếm thập phân 4017 có 10 ngõ mức cao với đầu tương ứng từ Q0-Q9 ứng với giá trị đếm từ 0-9 IC 4017 có 10 ngõ mức cao liên tục hình đây: Chỉ có ngõ kích mức cao thời điểm Bạn thấy ngõ ÷10 output mức cao cho lượt đếm > mức thấp đếm > Khi cấp xung vào chân CLK(14) chân EN(13) kéo xuống 0V mức logic chân từ Q0-Q9 thay đổi ứng với giá trị đếm từ xung đầu vào Khi đếm tràn IC tự động RESET đếm trở trạng thái ban đầu Ta RESET đếm cách cấp xung clock vào chân MR(chân 13) để xóa giá trị đếm IC trạng thái ban đầu Dựa vào ta dùng IC 4017 kết hợp với IC khác để đưa xung chốt xung RESET cho giải mã đếm IC hữu dụng tạo ứng dụng liên quan đến Timer Sơ đồ khối bên vi mạch IC 4017 6, IC 74HC573 IC chốt 74hc573: hệ thống yêu cầu phải chốt liệu trước đưa khối giải mã ta phải dùng IC chốt bit 74573 Sơ đồ chân lý ký hiệu logic: Chân OE: cho phép xuất liệu từ IC74573 Chân LE: cho phép chốt liệu vào Các chân từ D0-D7 chân liệu đưa vào IC Các chân Q0-Q7 chân xuất liệu Khi chân OE đưa lên 5V liệu đưa vào chân D0-D7 đưa vào IC, chân OE đưa xuống 0V liệu xuất chân từ Q0-Q8 Từ ta dùng IC 74573 để tạo thành mạch chốt liệu cho đếm trước Reset khôi đếm SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÓNG CHAI TỰ ĐỘNG Nguyên lý hoạt động toàn mạch mô thiết kế hệ thống đóng chai tự động: + khối đếm sử dụng IC 7490 IC đếm thập phân có tác dụng đếm số chai đóng băng chuyền đếm thời gian băng tải chạy đóng hộp xong số chai cần thiết + khối so sánh: dùng IC 7485 khối có tác dụng so sánh số chai cần đóng với số chai hộp để biết số chai hộp đủ chưa, đủ RESET mạch đếm đồng thời kích xung cho hệ thống băng tải chạy để vận chuyển hộp đóng + khối giới hạn số chai hộp: dùng IC 74192 IC đếm tăng giảm ta dùng để thiết lập số chai cần thiết phải đóng hộp, muốn tăng lên ta nhấn phím UP giảm xuống nhấn phím DOWN Số chai mà ta thiết lập từ khối đưa đến khối so sánh để biết số chai cần thiết phải đóng hộp khối chỉnh nút nhấn mềm ta thay đổi linh hoạt giá trị mong muốn +khối giải mã dùng IC 7447: khối có nhiệm vụ giải mã giá trị cần hiển thị để đưa giá trị sau giải mã sang khối hiển thị + khối hiển thị dùng LED thanh: hiển thị giá trị sản phẩm cần thiết hộp thời gian băng tải chạy, số chai giới hạn… khối có nhiệm vụ thông báo cho người dùng biết mức độ thiết lập mà người dùng cài đăt cho hệ thống + khối cho phép hệ thống DỪNG/CHẠY dùng IC chốt 74573: IC chốt ta dùng phép xuất liệu cấm đến băng tải khối đếm sản phẩm băng chuyền cách thiết lập mức logic chân OE(cho phép xuất liệu ra) chân kéo xuống 0V băng chuyền chạy thay đổi thực nút nhấn [...]... MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÓNG CHAI TỰ ĐỘNG Nguyên lý hoạt động của toàn bộ mạch mô phỏng thiết kế hệ thống đóng chai tự động: + khối đếm sử dụng IC 7490 là IC đếm thập phân có tác dụng đếm số chai đóng được trong 1 băng chuyền và đếm thời gian băng tải chạy khi đã đóng hộp xong số chai cần thiết + khối so sánh: dùng IC 7485 khối này có tác dụng so sánh số chai cần đóng với số chai trong hộp để biết số chai. .. thống băng tải chạy để vận chuyển hộp đã đóng đi + khối giới hạn số chai trong 1 hộp: dùng IC 74192 đây là IC có thể đếm tăng giảm ta dùng để thiết lập số chai cần thiết phải đóng trong 1 hộp, nếu muốn tăng lên ta nhấn phím UP hoặc giảm xuống thì nhấn phím DOWN Số chai mà ta thiết lập từ khối này được đưa đến khối so sánh ở trên để biết được số chai cần thiết phải đóng trong 1 hộp khối này được căn chỉnh... NOM:5V Tần số tối đa : 42Mhz Mức logic 1 MIN :2V Mức logic 0 MAX : 0.8V + Bốn Chân thiết lập R0(1),R0(2),R9(1),R9(2) + Khi chân R0(1),R0(2) là chân thiết lập trạng thái cao của đầu ra: QA=QD=1, QB=QC=0 + NC chân không nối + IC 7490 gồm 2 bộ chia 2 và chia 5: -Bộ chia 2 do Input A điều khiển đầu ra QA -Bộ chia 5 do Input B điều khiển đầu ra QB,QC,QD Trong đó QD là bit có trọng số lớn nhất Đầu vào A,B tích... lên đồng thời tác động) Bộ mã hóa ưu tiên ra đời để giải quyết trường hợp có nhiều đầu vào tác động đồng thời, đối với các trường hợp này thì bộ mã hóa ưu tiên chỉ tiến hành mã hóa tín hiệu vào nào có cấp ưu tiên cao nhất ở thời điểm xét Việc xác định cấp ưu tiên cho mỗi tín hiệu vào là do người thiết kế mạch *Chương 2: Các linh kiện sử dụng trong mạch là: 1, IC7490: Điện áp hoạt động MIN: 4.75V, MAX:5V,... dùng vi xử lý hoặc muốn tiết kiệm chân.” Các thức hoạt động: - Sơ đồ nguyên lý: Như sơ đồ trên, trong đó A,B,C,D ( Nối với Vi xử lý, mạch số counter,…), BI/RBO,RBI,LT ( chân điều khiển của 7447, tùy thuộc vào nhu cầu sẽ nối khác nhau), Chân QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG nối lần lượt với chân a,b,c,d,e,f,g của led 7 thanh anot chung - Mô tả cách thức hoạt động như sau: PORT A,B,C,D : đầu vào của 7447, nhận các... trị như sản phẩm cần thiết trong hộp hoặc thời gian băng tải chạy, số chai giới hạn… khối này có nhiệm vụ thông báo cho người dùng biết mức độ cũng như các thiết lập mà người dùng cài đăt cho hệ thống + khối cho phép hệ thống DỪNG/CHẠY dùng IC chốt 74573: đây là IC chốt ta dùng để cho phép xuất dữ liệu hoặc cấm đến băng tải cũng như khối đếm sản phẩm trong băng chuyền bằng cách thiết lập mức logic ở... với QA=a,QB=b,QC=c,QD=d,QE=e,QF=f,QG=g, giá trị hiển thị trên LED 7 thanh phụ thuộc vào giá trị đầu vào PORTA,B,C,D theo bảng sau; BI/RBO,RBI,LT : Chân điều khiển của 7447, để hiểu rõ bạn cần đọc và tìm hiểu mức bảng logic sau (Để kích hoạt IC 7447 hoạt động chỉ cần nối BI/RBO=LT=1 ): 3, IC 74LS85 Mạch so sánh 74ls85 Để đơn giản, giả sử tín hiệu đưa về là A, chỉ có 2 mức logic là cao và thấp (tín hiệu... QC, QD trong đó QA là LSB còn QD là MSB Các chân A, B, C, D là các chân để điều khiển giá trị bắt đầu đếm Chân DOWN là chân khi có xung kích vào thì giá trị ra được đếm xuống Chân UP là chân khi có xung kích vào thì giá trị ra được đếm lên Chân VCC là chân cấp nguồn còn chân GND là chân nối mass Chân CO và chân BO dùng để liên kết với IC 74192 khác để đếm được giá trị cao hơn Chân CLR dùng để xóa giá... chân từ Q0-Q9 sẽ lần lượt thay đổi ứng với giá trị đếm được từ xung đầu vào Khi bộ đếm tràn IC sẽ tự động RESET bộ đếm trở về trạng thái ban đầu Ta cũng có thể RESET bộ đếm bằng cách cấp 1 xung clock vào chân MR(chân 13) để xóa giá trị đếm của IC về trạng thái ban đầu Dựa vào đó ta có thể dùng IC 4017 kết hợp với các IC khác để đưa ra các xung chốt và xung RESET cho bộ giải mã và bộ đếm IC này rất... duy nhất Để thiết lập loại mã này ta chỉ cần thêm một bit chẵn/lẻ(bit parity) vào tổ hợp mã đã cho, nếu tổng số bit trong một từ mã là chẵn thì được mã chẵn và ngược lại ta được mã lẻ B.Mạch mã hóa: Mạch thực hiện việc chuyển tin tức sang mã, được gọi là mạch mã hóa - Mạch mã hóa từ thập phân sang BCD 8421 Mạch gồm 9 lối vào ứng với các chữ số thập phân từ 1-9 Lối vào Zero là không cần thiết, vì khi