Mạch điều chỉnh âm lượng 16 bước có hiển thị trênLED 7 đoạn

Khối đếm: Nhận xung từ khối điều khiển để đếm lên hoặc đếm xuống, xuất ra số nhị phân 4 bit chuyển đến khối tách kênh.. Tín hiệu đầu vào sẽ được đưa qua 1 dãy điện trở thông qua cầu phân

yêu cầu của đề tài, đồng thời cũng truyền đạt rất nhiều kinh nghiệm của thầycho em để em có thể hoàn thành bài tập lớn này.

Và do kiến thức còn rất hạn hẹp nên trong quá trình thực hiện đồ án emkhông tránh khỏi những sai sót, mong quý thầy cô trong hội đồng khảo thi bỏqua và hướng dẫn em chỉnh sửa những sai sót để em có thể hoàn chỉnh đồ áncủa mình

LỜI MỞ ĐẦU



Thế hệ trẻ chúng ta nếu không ngừng phấn đấu học hỏi thì chúng ta sẽ

nhanh chóng lạc hậu và thụt lùi Chính vì nhận ra điều đó Trường Đại học SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH đã chú trọng đào tạo

sâu rộng, từ thấp đến cao Để tăng chất lượng học tập và kiểm tra lại kiến thứccủa sinh viên nhà trường nói chung và khoa Điện nói riêng, nhà trường đã tổchức cho sinh viên làm các đồ án môn học nhằm tạo nền tảng kiến thức chosinh viên khi ra trường, đáp ứng nhu cầu tuyển dụng việc làm Chính vì vậy,

em đã chọn đề tài:” Mạch điều chỉnh âm lượng 16 bước có hiển thị trên LED 7 đoạn”

Hiện nay, các thiết bị âm thanh thường được điều khiển âm lượng bằngnhững núm vặn hay những thanh trượt để tăng độ to nhỏ của âm thanh, tăng độStreble, Bass, Echo….chính vì thế nhiều khi nó chiếm rất nhiều không gian củasản phấm và rất bất tiện khi sử dụng Để tài này sẽ giúp chúng ta giải quyếtnhững khó khăn trên, dùng nút nhấn để điều khiển thiết bị

MỤC LỤC

Chương 1: Thiết lập sơ đồ khối và giải thích

nguyên lí làm việc tổng quát 3

Chương 2: Chức năng nhiệm vụ và phương án thực hiện từng khối 4

Khối nguồn 4

Khối điều khối 6

Khối đếm 6

Khối tách kênh 7

Khối khuyếch đại 9

Khối giải mã và hiển thị 9

Một số linh kiện sử dụng trong mạch 12

Chương 3: Sơ đồ nguyên lí và hoạt động chi tiết 15

Sơ đồ nguyên lí 15

Giải thích hoạt động chi tiết 17

Sơ đồ bố trí linh kiện 18

Chương 4: Báo cáo kết quả thi công 19

II Chức năng và nhiệm vụ từng khối.

1 Khối nguồn: Tạo ra dòng ổn định cung cấp cho toàn mạch

2 Khối điều khiển: Tạo xung kích cho khối đếm bằng nút bấm

3 Khối đếm: Nhận xung từ khối điều khiển để đếm lên hoặc đếm xuống, xuất

ra số nhị phân 4 bit chuyển đến khối tách kênh Một khối đếm khác xuất ra sốBCD dùng cho khối hiển thị

4 Khối tách kênh: Lấy tín hiệu từ khối đếm, tiến hành tách kênh

5 Khối khuyếch đại: Nhận các giá trị điện áp từ khối tách kênh, tiến hànhkhuyếch đại

6 Khối giải mã và hiển thị: Giải mã số BCD vả hiển thị giá trị thập phân tươngứng của khối điều khiển

III Nguyên lí làm việc tổng quát

Mạch hoạt động dựa trên nguyên lí chung là khuyếch đại biên độ điện áp củatín hiệu Tín hiệu đầu vào sẽ được đưa qua 1 dãy điện trở thông qua cầu phân

áp để tạo ra các mức điện áp khác nhau tạo thành các nấc tín hiệu để đưa tớimạch khuyếch đại.Các nấc tín hiệu này sẽ được điều khiển bởi mạch điềukhiển

KHỐI ĐIỀU

KHỐI TÁCH KÊNH

KHỐI KHUYẾCH ĐẠI

KHỐI GIẢI

MÃ & HIỂN THỊ

CHƯƠNG II: CHỨC NĂNG NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG ÁN THỰC

HIỆN TỪNG KHỐI

1 Khối nguồn

Chức năng chính là tạo nguồn nuôi cho toàn mạch, đảm bảo dòng làm việc

ổn định

Để tạo ra nguồn điện một chiều ổn định 5V cho toàn mạch ta sẽ sử dụng IC

ổn áp 7805 để lúc nào cũng ghim điện áp cố định ở mức cho phép

a Mạch chỉnh lưu và ổn áp

Nguồn điện chúng ta đang sử dụng là nguồn xoay chiều 220V, để có thể

sử dụng cho mạch thì ta phải biến đổi nó thành một chiều

Bộ chuyển đổi cơ bản bao gồm:

- Biến áp nguồn: hạ áp từ nguồn xoay chiều từ 220V xuống các mức áp thấphơn như 12V, 9V, 6V…

- Mạch chỉnh lưu: biến đổi nguồn xoay chiều thành một chiều, cụ thể ở đây tadùng cầu Diode

- Mạch lọc: giúp dòng điện sau khi chỉnh lưu được phẳng hơn, thường dùng tụ

có điện dung lớn như: 1000uF, 2200uF…

- Mạch ổn áp: giữ cho giá trị điện áp cần dùng ổn định, ở đây ta dùng Ic ổn áp

7805 để lấy nguồn 5V sự dụng cho toàn mạch

Hình 3.1: Sơ đồ chuyển đổi nguồn AC thành DC

b Tìm hiểu IC ổn áp 7805

• Sơ đồ và nguyên lí hoạt động của mạch ổn áp một chiều 5V.

Nguồn 9V AC từ cuộn thứ cấp của máy biến áp được chỉnh lưu thành DCtại điểm A thong qua chỉnh lưu cầu 4 diode Sau khi chỉnh lưu dòng điện ravẫn còn nhấp nhô gợn song nên khi gắn tụ C1 vào sẽ giảm được độ gợn songtrước khi cho qua IC 7805 để thực hiện chức năng giữ ổn định áp ra là 5V nếu

Vin > 5V để cung cấp cho tải

Tra cứu datasheet của các IC thì công suất tiêu thụ của các IC này chỉ có từ

uW đến mW Linh kiện tiêu thụ đáng kể nhất là LED 7 đoạn nên cần phải tínhtoán nguồn để đảm bảo mạch hoạt động tốt Trong mạch có sử dụng 2 LED 7

cứ mỗi thanh LED nhỏ sáng là phải cần dòng 10 mA Vậy dòng điện tối thiềucần cho cả 2 LED 7 đoạn là:

I= 2 x 7 x 10 = 140 mA

Vậy ta chỉ cần chọn IC ổn áp 7805 loại 1A là đủ

2 Khối điều khiển

Chức năng tạo xung kích điều khiển mạch

Khi ta nhấn nút, tụ sẽ xả điện ( khi nhả nút nhấn tụ lại tiếp tục nạp ) tạo ramột xung kích mức cao đưa vào cổng AND, chân số 1 của IC 7408 Chân số 2

sẽ có mức cao, khi chân số 1 và chân 2 đều ở mức cao thì đầu ra sẽ cho ra mứccao, một trong hai chân nếu ở mức thấp thì ngõ ra cổng AND sẽ ở mức thấp,tác dụng cổng AND này là dùng để khoá xung của nút bấm Ngõ ra của cổngAND sẽ được nối với cổng NOT của IC 7414 HC, mục đích là để triệt tiêu hiệntượng Trigger chống dội tốt hơn cho nút bấm

3 Khối đếm

a Khối đếm dùng cho tách kênh

Nhận xung từ khối điều khiển để đếm lên hoặc đếm xuống, xuất ra số nhịphân 4 bit chuyển đến khối tách kênh

Khi có 1 xung cấp vào chân UP, chân DN được cho lên mức cao thì ngõ Q

sẽ xuất các giá trị là các số nhị phân 4 bit tăng dần còn khi cấp xung vào chân

DN và chân UP lúc này nối lên mức cao thì ngõ Q sẽ xuất ra các giá trị là sốnhị phân 4 bit giảm dần Chân MR có tác dụng xoá số đếm, khi có xung cạnhlên thì chân này sẽ tác dụng Các chân không sử dụng sẽ được nối mass hay nốinguồn tuỳ thuộc vào kiểu tác động

Bảng trạng thái

b Khối đếm dùng cho hiển thị

Chức năng và cấu tạo tương tự như khối đếm dùng cho tách kênh, nhưng dođặc thù là LED 7 đoạn chỉ hiển thị được giá trị BCD (có giá trị thập phân từ 0 đến 9) nên ta sử dụng IC 741912 để xuất ra giá trị BCD Để có thể hiển thị mở rộng thêm, IC 74192 cón có chân TCU, TCD là xung CK đếm lên, đếm xuống cho IC tiếp theo được ghép

4 Khối tách kênh.

Lấy tín hiệu từ khối đếm, tiến hành tách kênh

Khi đưa số nhị phân 4 bit tương ứng vào chân A, B, C, D IC 74154 sẽ tiếnhành tách kênh tương ứng với giá trị thập phân của số nhị phân 4 bit Các kênhchọn sẽ được xuất ra ở các ngõ từ Q0 đến Q15, mức logic của kênh được chọn

sẽ là mức thấp Hai chân E1 và E2 khi cùng ở mức thấp thì sẽ cho IC tiến hànhtách kênh, những trường hợp còn lại sẽ khoá không cho tách kênh bất chấptrạng thái ngõ vào

Chức năng chính của khối này trong mạch là điều khiển, đóng cắt các nútcầu phân áp của tín hiệu đưa vào để lấy áp ra tương ứng với giá trị điều khiển

Sẽ có 1 dãy điện trở gồm 16 điện trớ mắc nối tiếp với nhau tạo thành một dãycầu phân áp, ở mỗi nút của cầu phân áp sẽ có 1 giá trị điện áp khác nhau sẽđược đưa vào khối khuyếch đại Các ngõ ra được này sẽ được ngắt hay dẫn tuỷthuộc vào IC 4066 đang ở trang thái cho phép đóng hay mở

5 Khối khuyếch đại

Chức năng khuyếch đại tín hiệu đầu ra của mạch

IC LM386 là loại OPAMP chuyên dùng để khuyếch đại tín hiệu âm thanhvới độ làm việc tin cậy cao Sử dụng nguồn 5V, hệ số khuyếch đại nhỏ từ 10 ~

Chân Lamp Test là chân kích dùng để kiểm tra tất cả 7 vạch sáng của LED

7 đoạn, bất chấp ngõ vào

Ngõ vào xoá RI/RBO dùng để tắt LED, tức các chân a, b, c, d, e, f, g lúcnày đều ở mức cao nên LED 7 đoạn sẽ không sáng thanh nào, bất chấp ngõ vàonhư thế nào

Ngõ vào RBI dùng để xoá số 0 vô nghĩa

Bảng trạng thái.

b Khối hiển thị

Chức năng là hiển thị giá trị thập phần bằng LED 7 đoạn

LED 7 cấu trúc nó là 7 thanh LED đơn và có 1 Led tròn dùng để hiển thị

8 LED đơn trên thanh LED 7 đoạn sẽ có loại là nối dương chung ( Anodechung ) hoặc là loại nối âm chung ( Kathode chung ) được đưa ra ngoài để kếtnối với nguồn Còn các chân riêng lẻ kia sẽ dược nối đến bộ phận điều khiển.Phổ biến hiện nay là loại Anode chung vì IC giải mã 74247 được sự dụng phổbiến nên loại Kathode chúng thường ít sử dụng trong mạch.

Sơ đồ cấu trúc LED 7 đoạn của loại Cathode chung và Anode chung

+ Gnd, Vcc là chân nối chung

+ Các chân a, b, c, d, e, f, g là các chân điều khiển các thanh LED đơn củaLED 7 đoạn Ngoài ra còn có chân Dp để hiển thị dấu chấm

Đối với LED dùng Anode chung thì chân COM phải có mức logic 1, muốn sáng thì các chân a, b, c, d, e, g, f, dp phải có mức logic 0

Bảng mã LED 7 đoạn dùng Anode chung.

Loại dùng Cathode chung

Đối với LED dùng Cathode chung thì chân a, b, c, d, e, g, f, dp phải ở mức logic 1, chân COM ở mức logic 0 thì LED sáng

Bảng mã LED 7 đoạn Cathode chung

Đối với LED 7 đoạn bên trong nó là 8 LED đơn, do đó khi kết nối cần chú

ý đảm bảo đủ dòng cho mỗi LED đơn sáng có dòng khoảng từ 10 – 20 mA.Trong mạch ta kết nối nguồn 5V thì có thể hạn dòng bằng cách mắc điện trở

có giá trị là 470 Ω

7 Một số linh kiện được sử dụng trong mạch

a IC 7408

b IC 7414

c IC 74247

d IC 4066

e LM 386

CHƯƠNG III: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ VÀ GIẢI THÍCH HOẠT ĐỘNG

CHI TIẾT

1.Sơ đồ nguyên lí

IC 74192 cũng chỉ hiển thị ở nấc 15 Bình thường thì chân số 15 của IC 74154

là mức 1 và xung cấp cũng là mức 1 thì ngõ ra chân 3 IC 7408 sẽ là mức 1 Khichân 15 IC 74154 xuống 0 (nấc 15) thì ngõ ra IC 7408 sẽ ở mức 0 kết quả làngắt xung tới 2 IC 74193 và IC 74192 dù có xung nhưng cả 2 con IC đều giữ ởtrạng thái nấc 15

Ngõ ra chân 3 của IC 7408 sẽ nối tới chân số 3 của IC 7414 và ngõ rađược lấy ở chân số 4 Sau khi qua IC 7414 sẽ bị đảo trạng thái từ mức caoxuống mấp thấp và ngược lại, IC này có chức năng là chống dội khi nút bấmđược nhấn vì nút nhấn ở đây là các thiết bị cơ khí nên khi tiếp xúc với nhau thì

lò xo đẩy phím ngược và lực tác động làm phím tiếp xúc nhiều lần trước khi ổnđịnh Ngõ ra chân 4 của IC 7414 được nối thẳng đồng thời đến chân số 5 của

IC 74193 và chân số 5 của IC 74192 của khối hiển thị

IC 74193 là loại IC đếm nhị phân 4 bit dùng để đếm lên, đếm xuống Khi tacấp xung vào chân UP, chỉ tác dụng cạnh lên, thì thì các ngõ sẽ xuất ra số nhịphân và sẽ đếm tăng Ngõ ra Q0, Q1, Q2, Q3 tức là chân 2, 3, 6, 7 sẽ được nốiđến ngõ vào chân A, B, C, D tức là chân 20, 21, 22, 23 của IC 75154 Khi cóxung vào chân UP của IC 74193 thì ngõ ra sẽ thay đổi trạng thái tăng lên 1 sovới trang thái ban đầu, ngõ vào của IC 74154 sẽ lấy giá trị nhị phân từ ngõ racủa IC 74193 để giải mã và chọn kênh theo giá trị ngõ vào Ngõ ra của IC

74154 bình thường là ở mức cao, kênh được chọn sẽ ở mức thấp Các ngõ racủa IC 74154 sẽ lần lượt nối đến các chân kích của IC 4066, 4066 đóng vai trònhư cái van trong mạch, nó sẽ dẫn hay không dẫn tuỳ thuộc vào chân khíchđang ở mức 0 hay mức 1, nếu ở 1 thì sẽ cho tín hiệu đi qua.Sẽ có 1 dãy gồm 16

ngõ vào của IC 4066 Do ngõ ra cùa IC 74154 khi chưa được chọn kênh trạng

đã ở mức 1 nên sẽ cho tất cả ngõ ra của IC 74154 này qua IC 7414 - cổng đảo

để tránh hiện tượng sẽ làm tất cả IC 4066 đều dẫn Ngõ ra của IC 4066 sẽ đượcmắc chung đến ngõ vào của khối khuyếch đại để lấy tín hiệu ra Ví dụ, khi Q6của IC 74154 được chọn thì sẽ có mức 0, qua cổng đảo sẽ lên mức 1 làm châncho phép con IC 4066 được điều khiển sẽ cho tin hiệu đi qua, những con cònlại sẽ bị khoá do lúc này chân cho phép đang ở mức 0

Khi nhấn UP IC 74192 cũng được cấp xung đồng thời giống như IC 74193,cách hoạt dộng của nó cũng giống như IC 74193 nhưng IC 47192 là loại đếmBCD từ 0 đến 9 Xung được đưa dến chân 5, ngõ ra Q0, Q1, Q2, Q3 sẽ nối đếnngõ vào IC 74247 để giải mã Ban đầu cả hai chân UP và DN đều ở mức cao,

vì nút nhấn trong mạch là tác động mức cao, lúc chưa nhấn là mức thấp , xung

từ nút nhấn qua cổng đảo 7414 sẽ đảo trạng thái Khi nhấn nút UP thì chân số 5

sẽ xuống mức thấp rồi lại lên mức cao, ngõ ra sẽ đếm tăng lên so với trạng tháilúc trước Trong mạch cần đếm hàng chục nên sẽ sử dụng hai IC 74192, chânTCU và TCD của con thứ nhất sẽ được nối tới chân UP và DN, và sử dụngnhư là xung kích cho con thứ hai Khi con thứ nhất tăng lên 9 và về 0 thì sẽ có

1 xung từ TCU vào chân UP của con thứ 2 Kết quà con thứ hai tăng lên 1 sovới trạng thái trước đó Ngõ ra của con 74192 thứ hai cũng được nối đến ngõvào của IC 74247 thứ hai và tiến hành giải mã hiển thị theo khối điều khiển

b Khi nhấn nút DN

Tương tự như nhấn nút UP, Khi ta bấm nút DN sẽ tạo ra 1 xung điện mức 1đưa đến chân 1 của IC 7408, chân số 2 của IC 7408 được nối đến chân số 15của IC 74154 và được lấy ra ở chân số 3 Tác dụng là để khóa xung cấp cho IC

74193 không quay về nấc 15 và IC 74192 cũng chỉ hiển thị ở nấc 0 Bìnhthường thì chân số 15 của IC 74154 là mức 1 và xung cấp cũng là mức 1 thìngõ ra chân 3 IC 7408 sẽ là mức 1 Khi chân 15 IC 74154 xuống 0 (nấc 15) thìngõ ra IC 7408 sẽ ở mức 0 kết quả là ngắt xung tới 2 IC 74193 và IC 74192 dù

có xung nhưng cả 2 con IC đều giữ ở trạng thái nấc 0

3 Sơ đồ mạch bố trí linh kiện.

Chương 4: BÁO CÁO KẾT QUẢ THI CÔNG CÁC BƯỚC THI CÔNG MẠCH

- Nghiên cứu và vẽ mạch nguyên lý

- Chuyển mạch nguyên lí thành sơ đồ mạch in

- In và ủi mạch lên bo đồng

- Rửa mạch

- Khoan và tiến hành hàn gắn linh kiện lên bo đồng

- Tiến hành chạy thử và kiểm tra mạch

KẾT QUẢ THU ĐƯỢC

Mạch chạy tốt trên mô phỏng nhưng lắp trên thực tế mạch chưa chạy theođúng yêu cầu, tín hiệu ra âm thanh ra chưa khuyếch đại tốt và bị nhiễu

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

TP.HCM, ngày…tháng…năm 2012