thiết kế mạch ghi dịch 10 bít

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Cùng với phát triển khoa học công nghệ, thiết bị điện tử đã, tiếp tục ứng dụng ngày rộng rãi mang lại hiệu hầu hết lĩnh vực khoa học kỹ thuật đời sống xã hội Việc gia công, xử lý tín hiệu điện-điện tử đại dựa sở nguyên lý số Vì thiết bị làm việc dựa sở nguyên lý số có ưu điểm hẳn so với thiết bị làm việc dưạ sở nguyên lý tương tự, đặc biệt kỹ thuật tính toán Sự phát triển mạnh mẽ công nghệ điện tử cho đời nhiều vi mạch số cỡ lớn với giá thành rẻ khả lập trình cao mang lại thay đổi lớn ngành điện tử Mạch số mức độ khác thâm nhập lĩnh vực điện tử thông dụng chuyên nghiệp cách nhanh chóng Một toán thường gặp kỹ thuật chuyển đổi liệu, việc ngày thực dễ dàng loại vi mạch điều khiển.Vì chúng em định thực ghi dịch bít nhị phân sang thập phân hiển thị led Chúng em nghiên cứu thiết kế hướng dẫn nhiệt tình thầy………… Vì kiến thức, kinh nghiệm chúng em hạn chế nên đồ án không tránh sai sót Chúng em mong đánh giá quý thầy cô bạn bè, để đồ án hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Thiều Hữu Phố Phạm Xuân Tiệp NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng Yên,Ngày… Tháng… Năm Ký Tên CHƯƠNG I TỔNG QUAN VÀ GIỚI THIỆU LINH KIỆN 1.Điện trở 1.1.Khái niệm điện trở Điện trở ? Ta hiểu cách đơn giản - Điện trở cản trở dòng điện vật dẫn điện, vật dẫn điện tốt điện trở nhỏ, vật dẫn điện điện trở lớn, vật cách điện điện trở vô lớn Điện trở dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu, độ dài tiết diện dây tính theo công thức sau: R = ρ.L / S -Trong : ρ điện trở suất phụ thuộc vào chất liệu L chiều dài dây dẫn S tiết diện dây dẫn R điện trở đơn vị Ohm 1.2.Hình dáng ký hiệu Trong thiết bị điện tử điện trở linh kiện quan trọng, chúng làm từ hợp chất cacbon kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo loại điện trở có trị số khác a)Hình dạng thực tế điện trở thiết bị điện tử Hình 1.1 Điện trở công suất,đện trở thường Hình 1.2.Biến trở b)Ký hiệu sơ đồ nguyên lý : Hình 1.3 Ký hiệu điện trở Hình 1.4 Ký hiệu biến trở 1.3.Phân Loại : Có cách phân loại điện trở.Đó là: phân loại theo vật liệu chế tạo theo công dụng a) Phân loại theo vật liệu chế tạo Điện trở than , điện trở màng kim loại, điện trở dây quấn, điện trở xi măng , điện trở oxit kim loại b) phân loại theo công dụng Biến trở , điện trở nhiệt, quang trở, điện trở thay đổi theo điện áp(VDR, điện trở cầu chì, mạng điện trở 1.4 Các kiểu ghép điện trở Trong thực tế , ta cần điện trở có trị số ta có , điện trở sản xuất khoảng 100 loại có giá trị thông dụng, để có điện trở ta phải đấu điện trở song song nối tiếp Hình 1.5.Điện trở mắc nối tiếp Ta có: Rtd=R1+R2+R3 Hình 1.6.Điện trở mắc song song Ta có: (1/Rtd)=(1/R1)+(1/R2)+(1/R3) Hình 1.7.Điên trở mắc hỗn hợp Ta có: Rtđ=(R1.R2)/(R1+R2)+R3 2.Tụ điện 2.1.Định nghĩa : Tụ điện linh kiện điện tử thụ động sử dụng rộng rãi mạch điện tử, chúng sử dụng mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động 2.2 Cấu tạo tụ điện : Cấu tạo tụ điện gồm hai cực đặt song song, có lớp cách điện gọi điện môi 2.3.Điện dung - Đơn vị - Kí hiệu Tụ điện a) Điện dung : Là đại lượng nói lên khả tích điện hai cực tụ điện, điện dung tụ điện phụ thuộc vào diện tích cực, vật liệu làm chất điện môi khoảng cách giữ hai cực theo công thức: C=ξ.S/d Trong : C : điện dung tụ điện ξ : Là số điện môi lớp cách điện d : chiều dày lớp cách điện S : diện tích cực tụ điện b) Đơn vị điện dung tụ : Đơn vị Fara (F) , 1Fara lớn thực tế thường dùng đơn vị nhỏ MicroFara (µF) , NanoFara (nF), PicoFara (pF) c) Ký hiệu : Tụ điện có ký hiệu C (Capacitor) Hình 1.8.Kí hiệu mạch vẽ điện d) Sự phóng nạp tụ điện: Một tính chất quan trọng tụ điện tính chất phóng nạp tụ , nhờ tính chất mà tụ có khả dẫn điện xoay chiều Tụ điện phóng điện từ dương cực sang âm cực Điện dung tụ lớn thời gian tích điện lâu 2.4.Phân loại tụ điện a) Tụ giấy , tụ gốm : Tụ giấy tụ gốm có trị số ghi ký hiệu Hình 1.9.Tụ gốm không phân cực b) Tụ hoá ( Tụ có phân cực ) Tụ hoá tụ có phân cực âm dương , tụ hoá có trị số lớn giá trị từ 0,47µF đến khoảng 4.700 µF , tụ hoá thường sử dụng mạch có tần số thấp dùng đểlọc nguồn, tụ hoá luôn có hình trụ Hình 1.10.Tụ hoá c) Tụ xoay Tụ xoay tụ xoay để thay đổi giá trị điện dung, tụ thường lắp Radio để thay đổi tần số cộng hưởng ta dò đài - Cách ghép tụ điện Hình Hình 1.12.Tụ ghép song song 1.11.Tụ Ta có :Ctd=C1+C2+C3 ghép nối tiếp Ta có:1/Ctd=1/C1+1/C2 d) Ứng dụng - Loc điện áp xoay chiều sau chỉnh lưu ( loại bỏ pha âm ) thành điện áp chiều phẳng nguyên lý tụ lọc nguồn - Với điện AC ( xoay chiều ) tụ dẫn điện với điện DC( chiều ) tụ lại trở thành tụ lọc - Tụ giấy tụ gốm (trị số nhỏ) thường lắp mạch cao tần tụ hoá (trị số lớn) thường lắp mạch âm tần hoăc lọc nguồn điện có tần số thấp Ngoài tụ ứng dụng nhiều thực tế Biến áp 3.1.Cấu tạo biến áp Biến áp thiết bị để biến đổi điện áp xoay chiều, cấu tạo bao gồm cuộn sơ cấp ( đưa điện áp vào ) hay nhiều cuộn thứ cấp ( lấy điện áp sử dụng) quấn lõi từ thép lõi ferit Hình 1.13 Ký hiệu máy biến áp 3.2 Tỷ số vòng / vol biến áp Gọi n1 n2 số vòng quộn sơ cấp thứ cấp U1 I1 điện áp dòng điện vào cuộn sơ cấp U2 I2 điện áp dòng điện từ cuộn thứ cấp Ta có hệ thức sau : U1 / U2 = n1 / n2 Điện áp hai cuộn dây sơ cấp thứ cấp tỷ lệ thuận với số vòng dây quấn U1 / U2 = I2 / I1 Dòng điện hai đầu cuộn dây tỷ lệ nghịch với điện áp, nghĩa ta lấy điện áp cao cho dòng nhỏ a) Công xuất biến áp Công xuất biến áp phụ thuộc tiết diện lõi từ, phụ thuộc vào tần số dòng điện xoay chiều, biến áp hoạt động tần số cao cho công xuất lớn b) Phân loại biến áp Hình 1.14 Biến áp nguồn biến áp âm tần: Hình 1.15 Biến áp xung & Cao áp 4.Diode 10 7.IC7414 Hình 1.26.Hình dạng ic sơ đồ chân -Chức IC 74ls14: Chân nối mass chân 14 nối vơi Vcc 7414 IC sử dụng rộng vào nhiều mục đích nhu; Tạo xung vuông , chốt , đảo trạng thái xung … Schmitt-Trggers inverters có nghia IC 7414 biến xung không vuông thành xung vuông -Bảng thật.ic 74ls14 17 8.IC 74HC147 IC mã hóa đường liệu đầu vào sang đường liệu đầu theo BCD Hình 1.27 Sơ đồ chân hình dạng thực tếcủa 74HC147 Trong đó: Chân 16 nối nguồn dương Chân nối mass Chân 1,2,3,4,5,10,11,12,13 chân liệu vào Chân 15 không nối Chân 6,7,9,14 chân liệu Bảng trạng thái sơ đồ logic 74HC147: 18 9.IC 74LS247 - Mạch giải mã sủ dụng phổ biến dùng để hiển thị kết dạng chữ số Do có nhiều loại đèn hiển thị nhiều loại mã số khác lên có nhiều mạch giải mã khác Ví dụ: giải mã đường đường, giải mã BCD thập phân IC74LS47 loại IC giải mã BCD sang led đoạn Mạch giải mã BCD sang led đoạn mạch giải mã phức tạp mạch phải cho nhiều ngõ lên cao xuống thấp( tùy vào loại đèn led anod chung catot chung) để làm đèn sáng lên số ký tự IC 74LS47 loại IC tác động mức thấp có ngõ cực thu để hở khả nhận dòng đủ cao để thúc trực tiếp vào đèn led đoạn loại anot chung Hình 1.28 Hình dạng kích thước chân thực tế: Đây IC giải mã từ BCD sang LED đoạn với chân đầu vào chân đầu với chức chân sau: 19 - Chân 1,2,6,7: Chân liệu BCD vào liệu lấy từ IC đếm - Chân :9,10, 11,12,13,14,15: Các chân tác động mức thấp nối với LED - Chân :là chân nối đất GND - Chân 16: Chân nối nguồn 5V - Chân 4: Chân nối lên Vcc - Chân 5: Ngõ vào xóa dợn sóng RBI để không hay nối lên cao không dùng để xóa số (số trước số có nghĩa hay số thừa bên trái dấu chấm thập phân) - Chân 3: Chân nối lên nguồn Vcc Sơ đồ logic 74LS47 Bảng trạng thái IC74LS47 20 *Nguyên lý hoạt động: - Nhìn bảng chân lý ta thấy với đầu vào sau giải mã cho 15 giá trị LED đoạn hiển thị lên LED đoạn Sự hoạt động mạch thể bảng chân lý, ngõ H tắt L sáng Nghĩa 74LS47 thúc đèn led đoạn đoạn a,b,c,d,e,f,g đèn sáng hay tắt tùy vào ngõ tương ứng 74LS47 la L hay H nên phải dùng LED anod chung Ngõ vào xóa RBI để hay nối lên mức dùng để xóa số (số thừa phía sau số thập phân hay số trước số có nghĩa) Khi RBI vá ngõ vào A,B,C,D mức ngõ vào LT mức ngõ tắt ngõ vào xóa dạng sóng RBO xuống mức thấp Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức LT mức ngõ sáng Kết mã số nhị phân bit vào có giá trị thập phân từ 0-15 đèn led hiển thị số hình bên Bộ đếm gồm IC đếm có chức đếm số Mỗi có xung CLK tác động vào đếm nhảy số Thông qua đếm tạo địa đưa vào giải mã hiển thị led 21 Chú ý: Khi mã số nhị phân vào 1111=(15)10 led tắt Giải mã trình phiên dịch hàm ý gán cho mã, mạch điện thực việc giải mã gọi giải mã CHƯƠNG II THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN 2.Sơ đồ khối: Khối nguồn Khối tạo xung NE555 Khối ghi dịch Bộ chuyển đổi bít nhị phân sang BCD Giải mã hiển thị 2.1.Khối nguồn 22 Tính toán chọn linh kiện Khối nguồn có nhiệm vụ cung cấp nguồn nuôi cho khối thu khối điều khiển mà hai khối gồm chủ yếu IC hoạt động điện áp V DC không cần dòng lớn pin lại không cấp đủ dòng không đủ độ ổn định, khối nguồn kết nối trực tiếp với khối thu khối phát Vậy nên em thiết kế khối nguồn dùng mạng điện lưới 220 V AC, tần số 50 Hz ổn áp thành nguồn chiều V DC với dòng tối đa 1A Nguồn 220 V AC Máy biến áp 220V/9V AC Chỉnh lưu Lọc nhiễu san phẳng Ổn áp Điện áp giảm áp từ 220 V AC xuống V AC thông qua biến áp cách li Nhờ Diode chỉnh lưu cầu tín hiệu xoay chiều nắn thành dạng chiều Điện chiều dạng sóng nhấp nhô Hình 2.1.Dạng sóng điện áp trước sau chình lưu cầu Điện áp lưới có giá trị lớn : = 13 V Dòng điện lớn qua Diode chỉnh lưu cầu : 1A ( dòng lớn biến áp em sử dụng tải ) Hệ số gợn sóng (khi không lắp tụ lọc) : K = 0,49 Tần số điện áp chỉnh lưu : f = 2.f0 = 2.50 = 100 Hz Trong đề tài em sử dụng Diode chỉnh lưu cầu KBP307 Để tín hiệu chiều phẳng (không nhấp nhô) Ta lắp thêm tụ chiều C1 để lọc tín hiệu nhấp nhô Giá trị tụ C1 tính sau : 23 Theo datasheet diode cầu KBP307 sụt áp 1,1 V Vậy điện áp lớn đặt nên tụ lọc C1 : 13-1,1 = 11,9 V Trong mạch chỉnh lưu cầu toàn phần : Hệ số đập mạch : mđm = Tần số góc : wt = 2πf = 2π.100 = 200 rad/s Điện trở máy biến áp : Rt = = 13 Ω Chọn hệ số gợn : K = 0,1 Ta có : C1 = = = 612.10-6 F Trong đề tài em sử dụng tụ lọc C có giá trị 1000 uF, chịu điện áp tối đa 35V Tụ lọc cao tần C2 có giá trị 10000nF để lọc nhiễu san phẳng gai sót lại sau tụ C1 Do IC dùng mạch điều khiển sử dụng nguồn V nên em sử dụng IC 7805 để ổn áp, cho dòng chiều V DC ổn định dùng cho mạch thu mạch điều khiển Công suất tiêu hao IC 7805 tính công thức : Pth = (Uv – Ur).I Khi cho mạch hoạt động em đo I ≈ 0,1 A Khi : Pth = (7,9 – 5).0,1 = 0,29 W Tổng trở tương đương mạch thu mạch điều khiển nuôi khối nguồn : R = = 50 Ω Để đảm bảo điện áp đầu hoàn toàn ổn định, không bị nhiễu gây ảnh hưởng tới hoạt động linh kiện khối thu khối điều khiển em sử dụng thêm tụ C3 C3 có giá trị tính sau : C3 = = 80.10-6 F Trong đề tài em dùng tụ C3 có giá trị 100uF/35V Dùng thêm tụ lọc cao tần C4 có giá trị 100nF 2.2.Khối tạo xung NE555 24 NE555 loại linh kiện tạo dung vuông có điều chỉnh độ rộng xung (PWM) Mạch tạo xung vuông đơn giản cần trở tụ điện tạo dao động xung vuông cấp cho 74HC4017 Sơ đồ đơn giản để tạo xung vuông NE555 quen thuộc Các R1, R2 , C1 dùng để tính giá trị tần số xung vuông đầu dao động tần số tính : f = 1/(ln2.C.(R1+2R2) Bài ta chẳng cần tính đến độ rộng xung làm cho phức tạp ta cần tính tần số dao động đủ Như công thức muốn thay đổi tần số 555 cần thay đổi giá trị R1 , R2, C xong Nhưng muốn thay đổi giá trị R2 tần số thay đổi biến trở Các pác thay đổi C hay R1 Nhưng mà C phức tạp mà lại đắt Thôi thay đổi R2 cho dễ + Xung NE555 tạo xung vuông có giá trị 74HC4017 đếm giá trị 2.3.Khối ghi dịch Sau cấp xung PWM vào chân 14 ic 74HC4017 dịch song song nối tiếp 10 bít nhị phân 2.4.Khối chuyển đổi 25 Nhận tín hiệu ghi dịch từ ic 74HC4017 chuyển qua ic74HC147 chuyển đổi bít nhị phân sang bít thập phân 2.5.Khối giải mã hiển thị 2.6.Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 2.7.Sơ đồ board 26 CHƯƠNG III THI CÔNG MẠCH 27 3.1.Chuẩn bị Mỏ hàn,thiếc,nhựa thông,khoan,phíp đồng,giấy màu in mạch,bàn là,bút xoá,bột Fe, 3.2.Thi công B1: Đánh bóng phíp đồng mục đích đánh hết chất bẩn bề mặt phíp đồng làm phíp đồng tạo độ kết dính B2: Lấy tờ giấy màu in mạch sẵn,đo cắt phíp đồng khoảng cách vừa đủ mạch ta cần làm cố định tờ giấy màu phíp đồng để tránh bị xê rịch tờ giấy màu làm hỏng mạch in.Rồi dùng bàn là tờ giấy màu đó,là kỹ góc mạch,bàn để nhiệt độ vừa phải k nóng k nguội quá.Là ta cầm phíp đồng lên nhìn thấy tờ giấy màu với phíp đồng in hình lên tờ giấy thui B3: Đem mạch in vừa xong ngâm vòi nước lạnh,đến t có cảm giác tờ giấy màu mềm t dùng bàn chải đánh đánh đi.Kết để lại chỗ có mạch in lại phíp đồng có màu đen.Còn chỗ mực in màu vàng phíp đồng.Tiếp đến dùng bút xoá tô lại đường mạch bị đứt mạch chưa kỹ.Rồi ta rửa mạch nước bột Fe.Lắc mạch in nước bột Fe đến ta thấy màu đen mực in phíp đồng màu vàng bị ăn mòn bột Fe ta thôi,đem rửa phíp đồng dùng cọ xoong nồi đánh lớp mực in lại phíp đồng B4: Khoan mạch,giáp linh kiện hàn mạch 3.3.Sản phẩm 28 KẾT LUẬN 29 Sau thời gian tìm hiểu thực đề tài, chúng em hoàn thành đạt kết sau : -Chế tạo thành công mạch điều khiển -Sản phẩm có tính mỹ thuật, mỹ thuật tính ổn định cao -Qua đồ án lần này, với việc thiết kế, chế tạo sản phẩm thực tế, chúng em thu nhiều kinh nghiệm việc tính toán, chế tạo sản phẩm Qua củng cố thêm kiến thức mà chúng em học tạo hội để tìm hiểu sâu môn học thời gian tới   TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 1.Kỹ thuật điện tử Tác giả : Đỗ Xuân Thụ 2.Kỹ thuật điện tử Tác giả : Trần Tiến Phức 3.Sách điện tử (Components and Basic circuits) tác giả : Nguyễn Thành Long, Nguyễn Vũ Thắng, Hoàng Hải Hưng 4.Sách kỹ thuật số tác giả : Nguyễn Quốc Trung (Chủ biên), Bùi Thị Kim Thoa 5.web : luanvan.net.vn, dientuvietnam.net, codientu.org, slideee.com, 123doc.vn, sites.google.com, vi.scribd.com, số trang khác 6.Datasheet linh kiện sử dụng mạch từ trang web : alldatasheet.com, datasheetcatalog.com, datasheets360.com, priceton.com.tw, nxp.com, 31 ... 2.3.Khối ghi dịch Sau cấp xung PWM vào chân 14 ic 74HC4017 dịch song song nối tiếp 10 bít nhị phân 2.4.Khối chuyển đổi 25 Nhận tín hiệu ghi dịch từ ic 74HC4017 chuyển qua ic74HC147 chuyển đổi bít. .. 1111=(15 )10 led tắt Giải mã trình phiên dịch hàm ý gán cho mã, mạch điện thực việc giải mã gọi giải mã CHƯƠNG II THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN 2.Sơ đồ khối: Khối nguồn Khối tạo xung NE555 Khối ghi dịch Bộ... đánh đi.Kết để lại chỗ có mạch in lại phíp đồng có màu đen.Còn chỗ mực in màu vàng phíp đồng.Tiếp đến dùng bút xoá tô lại đường mạch bị đứt mạch chưa kỹ.Rồi ta rửa mạch nước bột Fe.Lắc mạch in