TIỂU ĐỀ ÁN HỌC PHẦN MẠCH ĐIỆN TỬ

TIỂU ĐỀ ÁN HỌC PHẦN MẠCH ĐIỆN TỬ Tiểu đề án thứ (bài 6): Anh (chị) thiết kế, chế tạo, vận hành mạch đếm xung tự động (ứng dụng IC số 74LS90)? SỰ CẦN THIẾT LẬP TIỂU ĐỀ ÁN 1.1 Sự cần thiết lập tiểu đề án: Đối với SV: Báo cáo kết sau học xong “Đi sâu vào phần mạch dãy liên tiếp”; Học đơi với hành: Lí luận phải gắn liền với thực tiễn; Cơ sở thực tiễn: Sinh viên khối ngành kỹ thuật nói chung, chun ngành Cơng nghệ -Truyền thơng nói riêng cần thiết phải chắt lọc ghi nhớ kiến thức làm sở cho việc thực tập tạo sản phẩm cụ thể vật; Vì vậy, sau kết thúc học, em lựa chọn tiểu đề án: “Thiết kế, chế tạo, vận hành mạch đếm xung tự động (ứng dụng IC số 74LS90)” làm Báo cáo kết sau học xong 6: “Đi sâu vào phần mạch dãy liên tiếp” để tự kiểm tra đánh giá chấm điểm thu hoạch theo chuẩn đầu 1.2 Phạm vi đối tượng tiểu đề án - Phạm vi tiểu đề án phạm vi 6: “Đi sâu vào phần mạch dãy liên tiếp”; - Đối tượng tiểu đề án: Là phần mạch dãy liên tiếp nội dung liên quan (vi mạch 7490, 555, khối nguồn, bo mạch linh kiện: R, led, công tắc …) 1.3 Phương pháp thực hiện - Phương pháp kế thừa: Kế thừa kiến thức học biết trước….; - Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập, tổng hợp thống kê kiến thức có liên quan đến làm sở phân tích đánh giá; - Dùng phần mềm chuyên dụng để vẽ sơ đồ; - Thí nghiệm mạch panel: Xem mạch có hoạt động ngun lí mạch mô không; - Làm mạch in hàm linh kiện; - Chạy thử; - Phương pháp tổng hợp: Tổng hợp các thông tin, số liệu liên quan đến từng mục tiêu của tiểu đề án và đưa các giải pháp phù hợp 1.4 Yêu cầu tiểu đề án - Xác định rõ mục tiêu, nhiệm vụ giải pháp chủ yếu cần tập trung đạo, thực để khắc phục hạn chế, tồn - Có chế sách cụ thể, đảm bảo nguồn lực cho thực tiểu đề án; - Về thời gian: Từ 24/ 11/ 2015 đến 01/ 12/ 2015; 1.5 Sản phẩm tiểu đề án Báo cáo thu hoạch tiểu đề án làm sở để giảng viên thực hành hướng dẫn (Giảng viên lý thuyết phối hợp) cho sinh viên thực tập tạo sản phẩm vật cuối Xác định nhiệm vụ: + Phải nghiêm túc chấp hành; + Bám sát cụ thể hóa học Mạch dẫy liên tiếp, học phần Mạch điện tử NỘI DUNG CỦA TIỂU ĐỀ ÁN 2.1 Căn cứ xây dựng tiểu đề án 2.1.1 Căn cứ pháp lý: - Căn chương trình đào tạo kế hoạch thực Nhà trường nhằm đào tạo lý luận gắn liền với thực tiễn, phù hợp với nhu cầu xã hội nước hội nhập quốc tế - Căn cứ: Quy định Nhà nước - TCVN 5699-1:2004: Quy định an toàn thiết bị điện gia dụng thiết bị điện tương tự; - QCVN 4: 2009/ BKHCN: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia an toàn thiết bị điện điện tử (Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng trình duyệt ban hành theo Thông tư số 21/2009/ TT-BKHCN ngày 30 tháng năm 2009 Bộ trưởng Bộ Khoa học Công nghệ); - TCVN IPC A-610: Quy định yêu cầu chấp nhận cho lắp ráp điện tử; - Quy định Nhà sản xuất: Datasheets IC 74LS00 chứa cổng NAND; 74LS02 chứa cổng NOR; 74LS04 chứa cổng NOT; 74LS08 chứa cổng AND; 74LS32 chứa cổng OR; Datasheets IC 74LS47; 74LS90; 555 2.1.2 Căn cứ yêu cầu thực tiễn: Xuất phát từ thực tiễn lực giảng dạy học tập Trường Đại học Hải Dương 2.2 Mục tiêu của tiểu đề án đến năm 2015 2.2.1 Mục tiêu chung Đạt chất lượng theo chuẩn đầu ngành Kỹ thuật Điện, Điện tử 2.2.2 Mục tiêu cụ thể (Cơ sở lí luận thực tiễn) Đạt chất lượng theo ”Mạch dẫy liên tiếp” tiến tới đạt chuẩn đầu theo ngành Kỹ thuật Điện, Điện tử: 2.2.2.1 Lí luận chung mạch dãy liên tiếp a) Khái niệm: Mạch dãy liên tiếp (sequential circuit): Là mạch mà trạng thái ngõ phụ thuộc vào tổ hợp ngõ vào mà phụ thuộc trạng thái ngõ trước Ta nói mạch dãy liên tiếp có tính nhớ Hay nói cách khác: Mạch dãy liên tiếp mạch tín hiệu phụ thuộc khơng vào tín hiệu vào mà cịn phụ thuộc vào trạng thái mạch; Ta nói, mạch dãy liên tiếp mạch có nhớ b) Sơ đồ khối mạch đếm xung tự động (ứng dụng IC số 74LS90): Khối nguồn nuôi Khối tạo dao động Khối đếm xung Khối giải mã tín hiệu xung Khối hiển thị - Sơ đồ nguyên lí mạch đếm xung tự động (ứng dụng IC số 74LS90): U2 14 R2 R V CC Q DC TR R0(1) R0(2) R9(1) R9(2) 13 12 11 10 15 14 QA QB QC QD QE QF QG U5:A 220 TH 7408 D1 LED-YELLOW RV1 25 % 555 50k U1 C1 A B C D BI/RBO RBI LT 7447 7490 R1 12 11 1 Q0 Q1 Q2 Q3 CV GND 10k U6 U3 CKA CKB C2 47u 104 14 CKA CKB R0(1) R0(2) R9(1) R9(2) U4 Q0 Q1 Q2 Q3 12 11 A B C D BI/RBO RBI LT QA QB QC QD QE QF QG 13 12 11 10 15 14 7447 7490 c) Chức khối c1) Khối nguồn nuôi Nguồn nuôi tạo từ khối chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện áp chiều ổn áp thơng qua IC ổn áp 7805 để có nguồn chiều 5V ổn định cung cấp cho toàn mạch c2) Khối tạo dao động c2.1) Vi mạch NE555 Khối tạo dao động thành phần quan trọng hệ thống điều khiển Đặc biệt đếm, định trạng thái ngõ đếm - Kí hiệu chân vi mạch NE555 thể hình vẽ sau: Vi mạch 555 - Chức chân: Vi mạch NE555 gồm có số chân, có hai chân số số hai chân cấp nguồn GND VCC Chân số chân nhận xung kích để đổi trạng thái Chân số chân ngõ Chân số chân trả trạng thái đầu Chân số chân lấy điện áp điều khiển tần số dao động Chân số chân lập mức ngưỡng cho tầng so sánh Chân số chân xả điện cho tụ mạch định thời - Sơ đồ nguyên lý vi mạch NE555 hình vẽ đây: - Nguyên lý hoạt động: Vi mạch NE555 thể hình vẽ Ký hiệu mức thấp 0V, mức cao gần VCC Mạch lật loại RS - FF Khi S = [1] Q = [1], R = [1] = [0] Khi S = [0] Q = [1], = [0] Khi = [1] Q = [0] Tóm lại: Khi S = [1] Q = [1] R = [1] Q = [0] = [1], transistor mở dẫn, cực C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp chân không vượt V2 - Ứng dụng: Vi mạch NE555 thường sử dụng mạch đa hài đơn ổn (hệ thống chuông báo động, hệ thống bật đền trời tối ) mạch đa hài phiếm định (làm sáng đèn neon) c2.2) Điện trở (R) - Khái niệm: Điện trở linh kiện dùng để ngăn cản dòng điện mạch - Ký hiệu mạch: R R R - Đơn vị đo điện trở: Để đặc trưng khả cản trở dịng điện nhiều hay ít, người ta dùng đơn vị đo điện trở Ω (Ơm), kΩ (Kilơ Ơm), MΩ (MêgaÔm) 1MΩ = 103kΩ = 106Ω - Biến trở (Variable Resistor, viết tắt VR) + Ký hiệu hình dáng: VR + Biến trở cịn gọi chiết áp cấu tạo gồm điện trở màng than hay dây quấn có dạng hình cung góc quay 270 o Có trục xoay nối với trượt làm than (hay kim loại) Khi chạy dịch chuyển, giá trị điện trở thay đổi + Các trị số biến trở than: 100, 220, 470, 1K, 2.2K, 4.7K, 10K, 22K, 47K, 100K, 220K, 470K, 1M, 2.2M, 4.7M + Các trị số biến trở dây quấn: 10, 20, 47, 100, 220, 470, 1K, 2.2K, 4.7K, 10K, 22K, 47K - Ứng dụng: Để giới hạn dòng điện, tạo sụt áp, dùng để phân cực, làm tải cho mạch điện, chia áp, định số thời gian c2.3) Tụ điện (C) - Khái niệm: Tụ điện linh kiện sử dụng nhiều mạch điện tử, làm việc nguyên tắc nạp phóng lượng dạng điện trường + Tụ điện phần tử có giá trị dịng điện qua tỷ lệ với tốc độ biến đổi điện áp theo thời gian : i = C du dt + Để đặc trưng cho khả phóng nạp điện tích tụ điện người ta đưa khái niệm điện dung + Đơn vị đo điện dung F (fara), µF, nF, pF…) - Ứng dụng: Với khả phóng nạp nhanh nên tụ điện ứng dụng rộng rãi mạch điện tử (như giao thông để khai thác lại lượng hãm phanh, cung cấp lượng đỉnh đột xuất cho ô tô điện, tàu điện, tàu hoả nhanh ) c2.4) Điốt (D) - Khái niệm: Điốt linh kiện bán dẫn cho phép dòng điện qua theo chiều định + Diode tạo thành từ kết hợp lớp bán dẫn P lớp bán dẫn N (người ta thường gọi mặt ghép PN hay tiếp giáp PN) Từ hai lớp bán dẫn lấy hai cực: Cực lấy P gọi anốt; Cực lấy N gọi Katốt + Kí hiệu hình dáng số Diode: D1 Diode bán dẫn D2 D3 Diode Lazer Diode Zener D4 Diode Tunel D5 Diode biến dung - Ứng dụng: Điốt ứng dụng rộng rãi kỹ thuật điện điện tử (dùng làm cơng tắc điện tử, đóng ngắt điều khiển mức điện áp Điốt chỉnh lưu dòng điện, giúp chuyển dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều…) c3) Khối giải mã (vi mạch 74LS47) Vi mạch 74LS47 điều khiển - hiển thị dùng phổ biến, có đầu đảo nên sử dụng với LED Anot chung - Sơ đồ chân vi mạch 74LS47: Đầu Đầu vào Đầu vào - Chức chân: Vi mạch 74LS47 gồm có mười sáu chân, hai chân số 16 hai chân cấp nguồn GND VCC Các chân số 1, 2, 6, chân tín hiệu vào BCD Các chân số 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 chân đầu Các chân số 3, 4, chân kiểm tra cuả vi mạch - Để hiểu rõ chức vi mạch 74LS47 ta tìm hiểu bảng trạng thái sau đây: Đầu vào Đầu D C B A a b c d e f g Số hiển thị 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 - Từ bảng trạng thái ta xây dựng phương trình logic tương ứng với đầu sau: 10 + a = DC BA + CA; + b = C BA + CB A = C ( B ⊕ A); + c = CB A; + d = C BA + C B A + CBA = C BA + C ( B ⊕ A); + e = C B + A; + + f = BA + CB + DCA; g = DC B + CBA - Dựa vào phương trình sử dụng phần tử logic ta có sơ đồ logic hình vẽ sau đây: - Nguyên lý hoạt động vi mạch 74LS47: Khi tác động mức thấp (L) ngõ mức tắt mức sáng tương ứng với a, b, c, d, e, f, g LED loại Anot chung, trạng thái ngõ tương ứng với số thập phân Ngõ vào xố BI để khơng hay nối lên mức cho hoạt động giải mã bình thường 11 Nếu nối lên mức ngõ tắt Ngõ vào xố RBI để khơng hay nối lên mức dùng để xoá số Khi RBI, D, C, B, A mức 0, LT mức ngõ tắt ngõ vào xóa RBO xuống mức thấp Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức LT mức ngõ sáng c4) Khối đếm (vi mạch 74LS90) Vi mạch 74LS90 vi mạch đếm mã nhị phân chia 10 mã hóa BCD Cứ xung vào đếm tiến lên mã hóa bốn chân Khi đếm đến chuyển sang 10 tự reset quay trở ban đầu - Sơ đồ chân vi mạch 74LS90 hình sau: - Chức chân: Vi mạch 74LS90 có 14 chân, có hai chân số 10 hai chân nối nguồn GND VCC Chân số 13 hai chân không dùng đến Bốn chân số 2, 3, 6, chân thiết lập Bốn chân số 8, 9, 12, 11 chân đầu đếm Hai chân số 14 chân đưa tín hiệu vào đếm đếm - Sơ đồ logic vi mạch 74LS90: 12 - Ứng dụng: Vi mạch 74LS90 sử dụng nhiều mạch đếm mạch đếm sản phẩm c5) Khối hiển thị (LED thanh) - Sơ đồ chân LED hình sau: Anot chung Catot chung - Chức chân: LED gồm có 10 chân, có hai chân cấp nguồn GND VCC tương ứng với LED Catot chung Anot chung Tám chân a, b, c, d, f, g, dp chân cấp nguồn cho tương ứng a, b, c, d, e, f, g, dp + LED Anot chung: Đối với dạng LED Anot chung, chân COM phải có mức logic muốn sáng LED tương ứng chân từ a đến f, dp mức logic + LED Catot chung: 13 Đối với dạng LED Catot chung, chân COM phải có mức logic muốn sáng LED tương ứng chân a – f, dp mức logic d) Tổng hợp so sánh vi mạch tích hợp Nội dung Khác Giống Tính Vi mạch NE555 Ứng dụng Sơ đồ chân Tạo tín hiệu xung -Đều mạch Vi mạch khơng nhớ; Biến đổi mã 74LS47 -Dùng vi nhị phân sang 4511 mạch tích LED đoạn -Dùng thiết kế mạch tạo dao động; đếm xung, máy tính… Vi mạch hợp cỡ vừa; 74LS90 -Được cấu Đếm chia tần số -Giải mã tín hiệu như: máy tính, định thời, LED Hiển thị 2.2.2.2 Sử dụng phần mềm PROTUES vẽ mô mạch (File đường link mơ mạch) 14 2.2.2.3 Thí nghiệm mạch panel Bảng linh kiện dùng thiết kế đếm: ST Tên linh kiện Số lượng Thông số kỹ thuật T LED 02 Vi mạch giải mã BCD 74LS47 02 Vi mạch đếm xung 74LS90 02 Vi mạch tạo xung NE555 01 Bộ cấp nguồn 01 Nguồn chiều, 5V Điện trở 02 4.7KΩ 12 220Ω 01 100µF (tụ gốm) 01 100uF – 16V (tụ hóa) Tụ Diode 01 Nút ấn 02 2.2.2.3 Làm mạch in hàn linh kiện 15 Tại xưởng thuộc Trung tâm ĐTVT, giảng đường T6, khu kí túc xá sinh viên, Liên Hồng Gồm bước: Bước 1: In mạch giấy trắng; Bước 2: Cắt phít đồng; Bước 3: Là mạch; Bước 4: Khoan mạch; Bước 5: Cắm linh kiện; Bước 6: Hàn mạch 2.3 Nội dung tiểu đề án 2.3.1 Bối cảnh xây dựng triển khai thực tiểu đề án: - Thuận lợi: Đã thực hành xưởng học phần liên quan phần đo lường, phần linh kiện, điện tử tương tự, kỹ thuật làm mạch in, ; - Khó khăn thách thức: Do lần làm mạch thực tế nên kỹ thực thao tác thiết kế chưa linh hoạt, nhiều thời gian làm công đoạn quy trình thiết kế mạch 2.3.2 Thực trạng a) Các kết đạt được: - Kỹ giao tiếp, ứng xử; - Kỹ làm việc nhóm; - Tổng hợp kiến thức cốt lõi vi mạch số số ứng dụng chúng thực tế; - Tích lũy kiến thức công nghệ hàn phương pháp bảo hộ an toàn làm việc b) Những tồn hạn chế: - Kinh nghiệm thiết kế, chế tạo; - Hình thức: Mạch làm thủ cơng nên độ thẩm mỹ tính chuyên nghiệp chưa cao Các linh kiện xếp chưa cân đối; việc dây mạch 16 chưa đẹp, mối hàn, bố trí linh kiện chưa nhau; 2.3.4 Các giải pháp a) Chắt lọc nội dung cốt lõi từ nguồn tài liệu lựa chọn phương pháp thiết kế tối ưu để tiểu đề án có kết tốt b) Triển khai thực hành theo tiểu đề án (Sử dụng phần mềm PROTUES mô Trung tâm thực hành ĐTVT, giảng đường T6, khu kí túc xá sinh viên, Liên Hồng c) Triển khai thực tập tạo sản phẩm cuối (hiện vật) theo tiểu đề án Trung tâm thực hành ĐTVT, giảng đường T6, khu kí túc xá sinh viên, Liên Hồng d) Đánh giá hiệu giá trị sử dụng sản phẩm cuối (hiện vật): Nhóm sinh viên tự đánh giá, giảng viên chấm điểm, hội đồng môn/ khoa/ Nhà trường phê duyệt e) Đưa sản phẩm cuối (hiện vật) xưởng thực hành làm mẫu để nhân rộng, đồng thời học thực tiễn cho sinh viên Sinh viên giảng viên tự đề xuất, hội đồng môn, khoa chuyên môn Nhà trường phê duyệt 2.3.5 Phân công thực tiểu đề án - Phân công giảng viên lý thuyết giảng viên thực hành phối kết hợp để hướng dẫn sinh viên làm tiểu đề án đạt kết cao; - Tổ chức nhóm sinh viên (từ 6-8 SV); phân cơng nhóm trưởng (cán lớp: lớp trưởng, lớp phó, tổ trưởng, tổ phó; SV có ý thức), phân cơng nhiệm vụ cho thành viên nhóm Mỗi thành viên phân công nhiệm vụ cụ thể (2 sinh viên thu thập tài liệu, sinh viên vẽ sơ đồ nguyên lí, phân tích chức khối, SV vẽ mạch phần mềm PROTUES để mô phỏng, 2SV thí nghiệm mạch panel, 2SV làm mạch in hàn linh kiện) 2.3.6 Tiến độ thực tiểu đề án: 01 tuần TT Hoạt động ưu tiên Thời gian 17 T gian Kinh phí, cơng cụ dụng triển khai dự phịng Vẽ sơ đồ ngun lí Chức khối sơ đồ nguyên lí, đọc 26/11- 28/11 datasheets IC 7447,7490,555 Dùng phần mềm 29/11- 04/12 PROTUES vẽ chạy mô mạch Thí nghiệm mạch 05/12- 12/12 panel Làm mạch in hàm 13/12- 19/12 linh kiện Chạy thử cụ, trang thiết bị 24/11- 25/11 19/12 2.3.7 Nguồn lực thực tiểu đề án - Nguồn tài chính; - Nguồn lực người 2.3.8 Hiệu tiểu đề án a) Hiệu trang bị kiến thức lý luận, thực hành, thực tập tạo sản phẩm cho thân: - Thực hành: Sử dụng phần mềm PROTUES mô Trung tâm thực hành ĐTVT, giảng đường T6, khu kí túc xá sinh viên, Liên Hồng; - Thực tập: Thí nghiệm panel; làm mạch in hàn linh kiện xưởng thuộc Trung tâm ĐTVT, giảng đường T6, khu kí túc xá sinh viên, Liên Hồng; - Hiện vật (Sản phẩm cuối cùng): Nghiệm thu hoàn thành tiểu đề án: gồm sản phẩm cụ thể vật; hoạt động theo yêu cầu đặt tiểu đề án b) Hiệu kinh tế - xã hội: Sau hoàn thành đưa tiểu đề án làm mơ hình để minh họa cho sinh viên khóa sau thực hành, thực tập 18 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận Đối chiếu với nhiệm vụ tiểu đề án, báo cáo bám sát nội dung làm sở vững cho sinh viên thực hành, thực tập tạo sản phẩm cụ thể tiểu đề án ”Mạch đếm xung tự động (ứng dụng IC số 74LS90)”; “Đi sâu vào phần mạch dãy liên tiếp” thuộc học phần Mạch điện tử Sinh viên sử dụng phần mềm PROTUES mô Trung tâm thực hành ĐTVT, phòng T6, khu giảng đường, khu kí túc xá sinh viên Liên Hồng Tiểu đề án hoàn thành gồm sản phẩm cụ thể vật, mạch hoạt động thông số kỹ thuật đảm bảo yêu cầu đặt tiểu đề án 3.2 Đề xuất kiến nghị a) Đề xuất: - Sinh viên tự chấm điểm; - Giảng viên nhận xét, đánh giá cho điểm b) Kiến nghị: Hội đồng môn, khoa chuyên môn Nhà trường kết luận 19 ... Phải nghiêm túc chấp hành; + Bám sát cụ thể hóa học Mạch dẫy liên tiếp, học phần Mạch điện tử NỘI DUNG CỦA TIỂU ĐỀ ÁN 2.1 Căn cứ xây dựng tiểu đề án 2.1.1 Căn cứ pháp lý: - Căn chương trình... thuật điện điện tử (dùng làm cơng tắc điện tử, đóng ngắt điều khiển mức điện áp Điốt chỉnh lưu dòng điện, giúp chuyển dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều…) c3) Khối giải mã (vi mạch 74LS47)... In mạch giấy trắng; Bước 2: Cắt phít đồng; Bước 3: Là mạch; Bước 4: Khoan mạch; Bước 5: Cắm linh kiện; Bước 6: Hàn mạch 2.3 Nội dung tiểu đề án 2.3.1 Bối cảnh xây dựng triển khai thực tiểu đề án: