Đề tài xúc xắc điện tử

Đề tài xúc xắc điện tử

Đồ án môn học kỹ thuật số VIETHANIT Mở Đầu Trong năm gần công nghệ vi điện tử phát triển mạnh mẽ Sự đời vi mạch cỡ lớn, cực lớn với giá thành giảm nhanh, khả lập trình ngày cao mang lại thay đổi sâu sắc ngành kỹ thuật điện tử, mạch số mức độ khác thâm nhập vào tất thiết bị điện tử thông dụng chuyên dụng Tình hình đòi hỏi kỹ thuật số sở ngành ngành Kỹ thuật điện tử, Kỹ thuật máy tính, Tin học, Điều khiển học tự động, Thông tin đo lường điện tử phải có cải tiến phù hợp Chính lý nên Bộ Giáo Dục Đào Tạo đưa môn học kỹ thuật số vào chương trình đào tạo ngành Điện tử - Tin học – Viễn thông Thời đại nhu cầu giải trí người đa dạng Những trò chơi để thử may mắn ngày ưa thích, có trò xúc xắc Và em người ưa thích may mắn Chính nên nghe cô giáo giới thiệu đề tài làm đồ án em thích mạch xúc xắc, em cảm thấy mạch không khó chứa đựng nhiều kiến thức mà cô giáo truyền đạt cho chúng em học Và lại làm mạch xúc xắc chúng em tự làm mạch thực tế để thỏa mãn hiếu kỳ Chính lý nên em định chọn đề tài xúc xắc điện tử lần làm đồ án kết thúc môn học lần Đây lần đầu làm đồ án nên tránh khỏi thiếu sót Kính mong thầy cô giáo bạn góp ý kiến nhận xét để chúng em rút kinh nghiệm đồ án sau Chúng em trân trọng cảm ơn!!! Đề tài: Xúc xắc điện tử Trang Đồ án môn học kỹ thuật số Đề tài: Xúc xắc điện tử VIETHANIT Trang Đồ án môn học kỹ thuật số VIETHANIT Mục lục Mở đầu Mục lục Phần I : Cơ sở lý thuyết 1.1 Sơ đồ khối 1.2 Mã hóa trạng thái .5 1.3 Bản đồ krnaugh 1.4 Tối thiểu hàm 1.5 Vẽ logic 1.6 Phân tích mạch phương án thiết kế 1.6.1 Chỉ dùng cổng NAND 1.6.1.1 Phương trình logic 1.6.1.2 Vẽ logic .7 1.6.2 Chỉ dùng cổng NOR 1.6.2.1 Phương trình logic 1.6.2.2 Vẽ logic .8 Phần II : Thực nghiệm 2.1 Chọn phương án thiết kế 2.2 Thiết kế .9 2.3 Phân tích mạch chọn linh kiện 2.4 Giới thiệu linh kiện có mạch .10 2.4.1 IC555 10 2.4.1.1 Cấu tạo 10 2.4.1.2 Chức 10 2.4.1.3 Chức chân 10 2.4.2 IC4017 .11 2.4.2.1 Cấu tạo 11 2.4.2.2 Chức 11 2.4.2.3 Sơ đồ chân chức chân .11 2.4.3 Diode phát quang (led) 12 2.4.3.1 Cấu tạo 12 2.4.3.2 Nguyên lý hoạt động 12 2.4.4 Diode bán dẫn 12 2.4.4.1 Cấu tạo 12 Đề tài: Xúc xắc điện tử Trang Đồ án môn học kỹ thuật số VIETHANIT 2.4.4.2 Nguyên lý hoạt động 12 2.4.5 Transistor 12 2.4.5.1 Cấu tạo 12 2.4.5.2 Nguyên lý hoạt động 12 2.4.6 Điện trở 12 2.4.6.1 Cấu tạo 12 2.4.6.2 Ứng dụng 13 2.4.7 Tụ điện .13 2.4.7.1 Cấu tạo 13 2.4.7.2 Ứng dụng 13 2.5 Mạch thực tế .13 2.6 Nguyên lý hoạt động mạch xúc xắc 14 Phần III : Nhận xét đánh giá kết .15 3.1 Những việc làm 15 3.2 Những việc chưa làm 15 Đề tài: Xúc xắc điện tử Trang Đồ án môn học kỹ thuật số VIETHANIT PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Sơ đồ khối Để làm viên xúc xắc hình vẽ: Hình 1.1 Mạch hiển thi xúc xắc ta cần đầu tương ứng với led để hiển thị xúc xắc từ đến ta có sơ đồ khối: Hình 1.2 Sơ đồ khối mạch xúc xắc điện tử 1.2 Mã hóa trạng thái Mạch có trạng thái nên để mã hóa cần biến nhị phân ( A ,B ,C ) Ở ta nối kathode led chung với nối cực âm nguồn chọn mức tích cực ngõ Vậy ta có bảng trạng thái mô tả hoạt động mạch giãi mã xúc xắc sau: Đề tài: Xúc xắc điện tử Trang Đồ án môn học kỹ thuật số VIETHANIT Bảng 1.1 Bảng trạng thái mô tả hoạt động giải mã mạch A B C a b c d e f g Hiển thị 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 x x x x x x x X 1 x x x x x x x X 1.3 Bảng đồ krnaugh Từ bảng trạng thái mô tả hoạt động giãi mã xúc xắc ta lập đồ Krnaugh sau: Hình 1.3 Bản đồ krnaugh tối thiểu Đề tài: Xúc xắc điện tử Trang Đồ án môn học kỹ thuật số VIETHANIT 1.4 Tối thiểu hàm Sau thực tối thiểu hóa hàm logic ta có phương trình led sau: a= C b=e=A+B+C c=f=A.C d=g=A+B.C I.5 Vẽ logic Từ phương trình ta vẽ hàm logic sau: Hình 1.4 Mạch logic xúc xắc 1.6 Phân tích mạch phương án thiết kế Từ phương trình tối thiểu hình 1.4 ta đưa mạch dạng dùng cổng NAND dùng cổng NOR sau: 1.6.1 Chỉ dùng cổng NAND 1.6.1.1 Phương trình logic 1.6.1.2 Vẽ logic Đề tài: Xúc xắc điện tử Trang Đồ án môn học kỹ thuật số VIETHANIT Hình 1.5 Mạch logic xúc xắc cổng NAND 1.6.2 Chỉ dùng cổng NOR 1.6.2.1 Phương trình logic 1.6.2.2 Vẽ logic Hình 1.6 Mạch logic xúc xắc cổng NOR Đề tài: Xúc xắc điện tử Trang Đồ án môn học kỹ thuật số VIETHANIT PHẦN II: THỰC NGHIỆM 2.1 Chọn phương án thiết kế Từ phương án phân tích phần 1.6 em thấy phương án dùng cổng NAND phương án tốt sử dụng phương án sử dụng cổng cổng NAND Mặt khác so với phương án khác phương án sử dụng cổng nên mạch gọn tiết kiệm chi phí lắp mạch mạch em sử dụng phương án dùng cổng NAND 2.2 Thiết kế Vì mạch tổ hợp nên để thiết kế mạch ta làm theo bước thiết kế mạch tổ hợp sau: Bước 1: phân tích yêu cầu Để làm mạch xúc xắc hình 1.1 ta cần đầu phải có đầu vào Bước 2: Lập bảng trạng thái Từ yêu cầu mạch theo phân tích bước ta có bảng trạng thái (bảng 1.1) Bước 3: Tối thiểu hóa Từ bảng trạng thái lập bước (bảng 1.1) ta tối thiểu hàm logic có phương trình led đầu (phần 1.4) Bước 4: Vẽ sơ đồ logic Theo phương trình led đầu bước ta vẽ mạch logic ( hình1.4) Từ mạch logic (hình 1.4) ta thấy mạch dùng nhiều cổng logic nên để đưa chúng dạng dùng mọt loại cổng ta biến đổi phương trình led đầu (phần 1.4.1) từ phương trình ta vẽ lại mạch logic (hình 1.5) 2.3 Phân tích mạch chọn linh kiện Đề tài: Xúc xắc điện tử Trang Đồ án môn học kỹ thuật số VIETHANIT Từ mạch logic (hình 1.5) ta thấy thực tế không cần phải dùng cổng logic mà dựa vào chức IC4017 ta thay cổng logic IC4017 Như làm cho mạch gọn Nhưng IC4017 hoạt động theo mạch ta ta cần sử dụng thêm IC555 để kích chân clock cho IC4017 Ngoài IC linh kiện mạch mạch chạy theo yêu cầu cần có số linh kiện kèm theo khác như: diode phát quang (led) dùng để hiển thị xúc xắc, transistor dùng để khuếch đại tín hiệu làm cho led sáng hơn, diode bán dẫn dùng để chống tượng ngắn mạch transistor hoạt động từ nhiều ngõ IC4017, điện trở dùng để hạn dòng tụ điện dùng để bảo vệ mạch điện áp tăng dùng để lọc nhiễu giữ cho điện áp chuẩn ổn định Vậy để làm mạch xúc xắc ta cần có linh kiện : Một IC555, IC4017, diode phát quang (led), diode bán dẫn, transistor, 15 điện trở, tụ điện cần có dây dẫn bảng để gắn mạch 2.4 Giới thiệu linh kiện có mạch Để hiểu mạch xúc xắc phần chúng em trình bày sơ lược cấu tạo hoạt động linh kiện có mach 2.4.1 IC555 2.4.1.1 Cấu tạo IC555 vi mạch số cấu tạo hình 2.1 Hình 2.1 Sơ đồ chân cấu tạo IC555 2.4.1.2 Chức Là thiết bị tạo xung xác Đề tài: Xúc xắc điện tử Trang 10 Đồ án môn học kỹ thuật số VIETHANIT Máy phát xung Điều chế độ rộng xung (PWM) Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng thu phát hồng ngoại) 2.4.1.2 Chức chân Chân số (GND) : cho nối GND (mass) để lấy dong cung cấp cho IC(còn gọi chân chung) Chân số (TRIGGER): chân đầu vào thấp điện áp so sánh dùng chân chốt hay ngõ vào tần số so áp với mức điện áp chuẩn 2/3 Vcc Chân 3(OUTPUT): chân dùng để lấy tín hiệu logic Chân số 4(RESET): dùng lập định mức trạng thái Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức điện áp chuẩn IC555 theo mức biến áp hay dùng điện trở cho nối GND (mass) để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF tụ lọc nhiễu giữ cho điện áp chuẩn ổn định Chân số 6(THRESHOLD):chân đầu vào so sánh điện áp dùng chân chốt Chân sô 7(DISCHAGER): xem chân khóa điện tử, chịu điều khiển tầng logic chân Khi chân mức áp thấp khóa đóng lại, ngược lại mở Chân số 8(Vcc): Chân cung cấp áp dòng cho IC hoạt động (từ 2v - 18v) 2.4.2 IC4017 2.4.2.1 Cấu tạo IC4017 vi mạch tổ hợp gồm nhiều linh kiện điện tử hợp thành 2.4.2.2 Chức IC4017 dòng CMOS dùng để đếm xung thập phân Nó đếm xung sườn dương sườn âm kết thúc chu kỳ đếm tự động reset 2.4.2.2 sơ đồ chân chức chân Đề tài: Xúc xắc điện tử Trang 11 Đồ án môn học kỹ thuật số VIETHANIT Chân 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 11 tương ứng với 10 đầu IC4014.Các chân xuất mức số xung đếm tương ứng với thứ tự chân đầu Chân 15 chân reset Khi chân tác động mức đếm bị reset đầu Chân 14 chân xung đầu vào đếm sườn dương Chân 13 chân xung đầu vào đếm sườn âm Chân 12 chân xung báo hiệu đếm xong chu kì đếm ( có nghĩa IC4017 đếm từ 1-5 chân 12 mức IC4017 đếm từ 6-10 chân 12 mức 0) Chân 16 chân nguồn 2.4.3 Diode phát quang (led) 2.4.3.1 Cấu tạo Diode phát quang linh kiện bán dẫn có lớp tiếp giáp P-N 2.4.3.2 Nguyên lý hoạt động Khi phân cực thuận, electron từ bán dẫn N chuyển sang bán dẫn P Electron nhận lượng điện trường chuyển trạng thái từ mức lượng thấp lên mức lượng cao Electron trạng thái kích thích chuyển xuống mức lượng tự phát chuyển xuống mức lượng thấp phát xạ ánh sáng có lượng hf 2.4.4 Diode bán dẫn 2.4.4.1 Cấu tạo Diode bán dẫn có cấu tạo mặt ghép P-N với hai điện cực nối với hai miền P N 2.4.4.2 Nguyên lý hoạt động Diode bán dẫn hoạt động dựa vào tính chất mặt ghép P-N 2.4.5 Transistor Đề tài: Xúc xắc điện tử Trang 12 Đồ án môn học kỹ thuật số VIETHANIT 2.4.5.1 Cấu tạo Transistor linh kiện bán dẫn gồm miền bán dẫn tạp chất P, N xen kẽ nhau, tùy thuộc theo trình tự miền P miền N ta có hai loại cấu trúc điển hình: PNP NPN ( mạch ta sử dụng loại NPN) Miền N thứ gọi miền emitơ, miền có nồng độ tạp chất lớn nhất, đóng vai trò phát xạ hạt dẫn (điện tử), điện cực nối với miền gọi miền emitơ, ký hiệu E Miền P gọi miền bazơ, miền có nồng độ tạp chất hơn, độ dày có kích thước nhỏ so với kích thước toàn transistor, miền bazơ đóng vai trò truyền hạt dẫn, điện cực nối với miền gọi cực bazơ, ký hiệu B Miền N lại gọi miền colectơ, điện cực nối với miền gọi cực colectơ, ký hiệu C 2.4.5.2 Nguyên lý hoạt động Transistor hoạt động chế độ chế độ khuyếch đại, chế độ cắt dòng chế độ bảo hòa Ở mạch transistor hoạt động chế độ khuếch đại 2.4.6 Điện trở 2.4.6.1 Cấu tạo Điện trở thông thường( không dây quấn): Thường làm than hay chất đặc biệt khác có tình dẫn điện Các vật liệu bao bọc bên lõi sứ, lớp bọc bị xẽ theo đường rãnh xoắn óc xung quanh lõi ( điện trở mặt), chúng ép lại thành khối ( điên trở khối) Điện trở có dây quấn: làm dây côngtantan ( điện trở thấp) hay nicrôm ( điện trở cao) quấn ống sứ, bao phủ lớp men màu nâu hay xanh 2.4.6.2 Ứng dụng Điện trở dùng để giới hạn dòng điện, tạo sụt áp, dùng để phân cực, làm tải cho mạch điện, chia áp, địng hằnh số thời gian, v.v 2.4.7 Tụ điện 2.4.7.1 Cấu tạo Tụ điện cấu tạo hai bề mặt dẫn điện ngăn cách chất điện môi 2.4.7.2 Ứng dung Tụ điện ứng dụng rộng rãi mạch điện tử Cho điện áp xoay chiều qua ngăn điện áp chiều lại, tụ điên sử dụng để truyền tính hiệu tầng khuyếch đại có chênh lệch điện áp chiều Lọc điện áp xoay chiều sau chỉnh lưu điện áp chiều phẳng Với điện áp xoay chiều tụ dẫn điện điện chiều tụ lại trở thàng tụ lọc Đề tài: Xúc xắc điện tử Trang 13 Đồ án môn học kỹ thuật số VIETHANIT 2.5 Mạch thực tế Từ bước phân tích thiết kế ta có mạch thực tế hoàn chỉnh: Hình 2.1 Sơ đồ mạch thực tế xúc xắc điện tử 2.6 Nguyên lý hoạt động DÙng IC555 để tạo xung vuông sơ đồ tạo xung vuông (Hình 2.6) Hình 2.6 Sơ đồ tạo xung vuông IC555 Đề tài: Xúc xắc điện tử Trang 14 Đồ án môn học kỹ thuật số VIETHANIT IC555 tạo xung vuông có giá trị IC4017 đếm giá trị Sau tạo xung vuông chuyển qua IC4017 Tại IC4017 đếm xung Khi xung đầu vào mức dương xung đếm xung đầu vào xuống mức âm chân giữ trạng thái mực 1.Khi xung đầu vào lại đến sườn dương thứ ngày xung thứ đếm xung bị trạng thái xuống mức âm Cứ đếm đến 10 kết thúc chu kì đếm quay trở chu kì Nhưng ngõ đếm thứ (chân số 5) nối với chân reset (chân 15) (Hình 2.1) nên giới hạn mức đếm cho mạch từ => 5.Tức xúc xắc nhảy từ đến led điều khiển transitor diode, tương ứng với nhóm tín hiệu đèn Chân số 13 4017 nối với nút nhấn đến nguồn âm có tác dụng đếm nhấn nút dừng đếm nhả nút Như vật ta nhấn công tắc mạch chạy ngẫu nhiên với trang thái để hiển thị xúc xắc từ đén nhả công tắc dừng trạng thái Vậy xúc xắc ta nhảy xong Phần III: NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 3.1 Những việc làm Trong lần làm đò án môn học lần chúng em chọn mạch xúc xắc điện tử đạt số thành sau: Đã phân tích từ yêu cầu đề tài để vẽ sơ đồ khối cho mạch Từ sơ đồ khối phân tích giải mã trạng thái mạch Sau lập bảng giãi mã trạng thái cho mạch chúng em lập đồ krnaugh tối thiểu Khi tối thiểu phương trình cho led từ đồ krnaugh vẽ mạch logic Nhìn vào mạch logic chúng em phân tích đưa số phương án thiết kế thích hợp chọn phương án thích hợp Đề tài: Xúc xắc điện tử Trang 15 Đồ án môn học kỹ thuật số VIETHANIT Sau chọn phương án thiết kế thích hợp tham khảo số tài liệu mạng chúng em xác định mô hình mạch linh kiện cần có Sau xác định mạch linh kiện chúng em xác định cách làm mạch thực tế tiến hành mua linh kiện lắp mạch Kết lắp mạch mạch chạy 3.2 Những việc chưa làm Chúng em muốn thiết kế nút reset để nhấn nút tất led sáng vẩn chưa làm Khi thiết kế mạch chúng em xét cho mạch chạy tránh trường hợp mạch chạy theo chu kỳ lắp mạch xong mạch vẩn chạy theo chu kỳ mạch chạy nhanh nên vẩn định xúc xắc dừng số TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Viết Nguyên (2009), Giáo trình Linh Kiện Điện Tử, Nhà xuất Giáo Dục [2] Nguyễn Thúy Vân (2008), Kỹ Thuật Số, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [3] Nguyễn Thúy Vân (2008), Mạch logic số, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [4] [5] [6] Đặng Văn Chuyết, Giáo trình Kỹ Thuật Xung Số, Nhà xuất Giáo Dục Trần Thị Trà Vinh (2009), Bài giảng kỹ thuật số, Trường CĐ CNTT Hữu Nghị Việt – Hàn, Đà Nẵng Webside www.vutbay.net Đề tài: Xúc xắc điện tử Trang 16