THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN DÂY TRUYỀN ĐÓNG CHAI TỰ ĐộNG

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

GVHD: Th.s NGUYỄN THU HÀ SVTH: ĐÀO VĂN TRỌNG

MSSV: 0541040284

ĐỀ TÀI: 6

LỚP: ĐH ĐIỆN 4- K5

LỜI NÓI ĐẦU

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 sửdụng 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) giúpcác bạn đọc dễ hiểu về dây truyền đóng chai hoặc các hệ

thống tương tự khác

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

2 Sơ lược về mạch tổ hợp, mạch dãy:

2.1 Mạch dãy:

- Hệ dãy là hệ mà tín hiệu ra không chỉ phụ thuộc vào tín hiệu vào tại thời điểm hiện tại mà còn phụ thuộc vào quá khứcủa tín hiệu vào

- Hệ dãy còn được gọi là hệ có nhớ

Để thực hiện được hệ dãy, nhất thiết phải có phần tử nhớ Ngoài ra còn có thể có các phần tử logic cơ bản

Hệ dãy đồng bộ: khi làm việc cần có1 tín hiệu đồng bộ đểgiữ nhịp cho toàn bộ hệ hoạt động

Hệ dãy không đồng bộ: không cần tín hiệu này để giữ nhịp chung cho toàn bộ hệ hoạt động

Hệ dãy đồng bộ nhanh hơn hệ dãy không đồng bộ tuy nhiên lại có thiết kế phức tạp hơn.

Mô hình của hệ dãy được dung để mô tả hệ dãy thông qua tínhiệu vào, tín hiệu ra và trạng thái của hệ mà không quan tâm đến cấu trúc bên trong của hệ

Mô hình Mealy mô tả hệ dãy thông qua 5 tham số:

Đầu ra của trigger chính là trạng thái của nó

Một trigger có thể làm việc theo 2 kiểu:

Trigger không đồng bộ: đầu ra của trigger thay đổi chỉ phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào

Trigger đồng bộ: đầu ra của trigger thay đổi phụ thuộc vào tín hiệu vào và tín hiệu đồng bộ

Đồng bộ theo mức:

Khi tín hiệu đồng bộ xuất hiện sườn dương(sườn đi lên, từ

0 →1) thì hệ làm việc bình thường Trong các trường hợp còn lại, hệ nghỉ(giữ nguyên trạng thái)

Sườn âm:

Khi tín hiệu đồng bộ xuất hiện sườn âm (sườn đi xuống, từ

1 →0), hệ làm việc bình thường Trong các trường hợp còn lại, hệ nghỉ(giữ nguyên trạng thái)

Đồng bộ kiểu xung:

Khi có xung thì hệ làm việc bình thường

Khi không có xung thì hệ nghỉ (giữ nguyên trạng thái)

Có 4 loại Trigger:

RS Reset-Set Xóa -Thiết lập.

Trigger D có 1 đầu vào là D và hoạt động ở 2 chế độ đồng bộ

và không đồng bộ Ta chỉ xét trigger D hoạt động ở chế độ đồng bộ

Trigger D đồng bộ theo mức gọi là chốt D (Latch).

Trigger D đồng bộ theo sườn được gọi là xung phát sườn

(Edge trigged)

Trigger JK chỉ hoạt động ở chế độ đồng bộ

Sơ đồ khối:

là tồn tại tổ hợp toàn Zero, gây khó khăn trong việc đồng bộ khi truyền dẫn tín hiệu.

Vì vậy người ta dùng mã Dư-3 được hình thành từ mã NBCD bằng cách cộng thêm 3 vào mỗi tổ hợp mã Như vậy, mã

không bao gồm tổ hợp toàn Zero Mã Dư-3 chủ yếu được dùng để truyền dẫn tín hiệu mà không dùng cho tính toán trực tiếp

2 Mã Gray:

Mã Gray còn được gọi là mã cách 1, là loại mã mà các tổ hợp

mã kế nhau chỉ khác nhau duy nhất 1 bit Loại mã này không

có tính trọng số, do đó giá trị thập phân đã được mã hóa chỉ được giải mã thông qua bảng mã mà không thể tính theo tổng trọng số như đối với mã BCD

Mã Gray có thể được tổ chức theo nhiều bit Bởi vậy, có thể đếm theo mã Gray Cũng tương tự như mã BCD ngoài mã Gray chính còn có mã Gray Dư-3

Thập phân GrayGray dư 3

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 tất cả các lối vào khác bằng

0 thì lối ra cũng bằng 0, bốn lối ra A,B,C,D thể hiện tổ hợp mã tương ứng với mỗi chữ số thập phân trên lối vào theo trọng

số 8421

- Mạch mã hóa ưu tiên

Trong bộ mã hóa vừa xét trên, tín hiệu vào tồn tại độc lập (không có trường hợp có 2 tổ hợp trở 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 nàythì 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:

-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 cực ở sườn âm

+ Để tạo thành bộ đếm 10 ta nối đầu ra QA vào chân B để tạo xung kích cho bộ đếm 5

QA,QB,QC,QD là các đầu ra

Sơ đồ chân:

Bảng trạng thái:

Ta ghép nối 4 IC 7490 để tạo thành bộ đếm thập phân có thể đếm được các giá trị từ 0-9999 xung clock đưa vào bộ đếm chính là tần số mà ta muốn đo.

2, IC 74LS47

Chức năng:

- Một trong những IC phổ biến trong điện tử số Có rất nhiều kí hiệu khác nhau tùy thuộc vào hãng và khả năng đáp ứng như: 74HC47, 74HCT47,74LS47,.

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 giá trị theo nhị phân (BCD) từ 0 tới 15, tương ứng với mối giá trị nhận được sẽ giải mã ra đầu ra Q tương ứng.

PORT QA-QG : Nối trực tiếp LED 7 thanh 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 số 1 bit) Tín hiệu đem so sánh là B (tín hiệu cài đặt)

Sẽ có 3 trường hợp xảy ra cho ngõ ra :

Bây giờ dạng tín hiệu vào mạch so sánh không phải chỉ có mức cao hay mức thấp (1 bit) mà là một chuỗi các xung vuông thì mạch khi này phải là mạch so sánh độ lớn nhiều bít.

Hình thức so sánh của mạch 4 bit cũng giống như mạch 1 bit

và rõ ràng là phải so sánh bit MSB trước rồi mới lùi dần.

7485/LS85 là 1 IC tiêu biểu có chứa mạch so sánh 4 bit

Kí hiệu khối của IC như hình, còn sơ đồ chân có thể xem trong phần datasheet

Ở 8 trường hợp đầu mạch so sánh bình thường, lần lượt so sánh

từ bít cao trước Khi tất cả các bit của 2 ngõ vào đều bằng nhau

thì phải xét đến logic của các ngõ vào nối chồng (được dùng khi ghép chồng nhiều IC để có số bit so sánh lớn hơn) Logic ở các ngõ vào này thực ra là của các ngõ ra tầng so sánh các bit thấp (nếu có) Trường hợp ngõ vào nối chồng nào lên cao thì ngõ ra

tương ứng cũng lên cao.Trường hợp các bít trước không so sánh

được thì các ngõ ra sau cùng đều thấp Trường hợp không có tín hiệu ngõ vào nối chồng thì tức là dữ liệu ngõ vào A và B khác nhau nên ngõ ra A < B và A> B đểu ở mức cao Vậy để mạch so sánh đúng 4 bit thì nên nối ngõ nối chống A = B ở mức

cao

4 IC 74192:

IC 74192 là IC đếm BCD Các giá trị ra được thể hiện ở các chân QA,

QB, 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 trị về 0

5, IC 4017

Tìm hiểu IC 4017:

Sơ đồ chân:

IC đếm thập phân 4017 có 10 ngõ ra ở mức cao với các đầu ra tương ứng từ Q0-Q9 ứng với các giá trị đếm từ 0-9.

IC 4017 có 10 ngõ ra ở mức cao liên tục nhau như hình dưới đây:

Chỉ có một ngõ ra được kích mức cao tại một thời điểm.

Bạn 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 cấp xung vào chân CLK(14) và chân EN(13) được kéo xuống 0V thì mức logic của các 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 hữu dụng khi tạo những ứng dụng liên quan đến Timer

Sơ đồ khối bên trong vi mạch của IC 4017

6, IC 74HC573

IC chốt 74hc573: trong hệ thống yêu cầu phải chốt dữ liệu trước khi đưa ra khối giải mã vì vậy ta phải dùng IC chốt 8 bit 74573

Sơ đồ chân lý và ký hiệu logic:

Chân OE: cho phép xuất dữ liệu ra từ IC74573.

Chân LE: cho phép chốt dữ liệu vào.

Các chân từ D0-D7 các chân dữ liệu đưa vào IC

Các chân Q0-Q7 các chân xuất dữ liệu ra.

Khi chân OE được đưa lên 5V dữ liệu đưa vào các chân D0-D7 được đưa vào IC, khi chân OE được đưa xuống 0V dữ liệu này sẽ được xuất

ra các chân từ Q0-Q8 Từ đó ta có thể dùng IC 74573 để tạo thành 1 mạch chốt dữ liệu cho bộ đếm trước khi Reset khôi đếm.

SƠ ĐỒ KHỐI 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 trong hộp đã đủ chưa, nếu đủ rồi thì RESET mạch đếm về 0 và đồng thời kích xung cho hệ 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 bằng nút nhấn mềm ta có thể thay đổi linh hoạt giá trị mong muốn.

+khối giải mã dùng IC 7447: khối này có nhiệm vụ giải mã các giá trị cần hiển thị để đưa giá trị sau giải mã sang khối hiển thị.

+ khối hiển thị dùng LED 7 thanh: hiển thị các giá 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 chân OE(cho phép xuất dữ liệu ra) khi chân này được kéo xuống 0V băng chuyền sẽ chạy thay đổi này được thực hiện bằng nút nhấn.