Báo cáo đồ án chuẩn Đồ Án : Mạch Logic

Mẫu báo cáo chuẩn, đầy đủ của nhóm 1 DT8a2 UNETI .Mẫu báo cáo chuẩn, đầy đủ của nhóm 1 DT8a2 UNETI Mẫu báo cáo chuẩn, đầy đủ của nhóm 1 DT8a2 UNETI Mẫu báo cáo chuẩn, đầy đủ của nhóm 1 DT8a2 UNETI vvvvvMẫu báo cáo chuẩn, đầy đủ của nhóm 1 DT8a2 UNETI Mẫu báo cáo chuẩn, đầy đủ của nhóm 1 DT8a2 UNETI Mẫu báo cáo chuẩn, đầy đủ của nhóm 1 DT8a2 UNETI Mẫu báo cáo chuẩn, đầy đủ của nhóm 1 DT8a2 UNETI vMẫu báo cáo chuẩn, đầy đủ của nhóm 1 DT8a2 UNETI Mẫu báo cáo chuẩn, đầy đủ của nhóm 1 DT8a2 UNETI Mẫu báo cáo chuẩn, đầy đủ của nhóm 1 DT8a2 UNETI v

ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN:

THIẾT KẾ MODULE ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ KHẢO SÁT CÁC CỔNG LOGIC CƠ

BẢN

TRANG NHẬN XÉT & LỜI CÁM ƠN

* Nhận xét của Giáo Viên hướng dẫn đồ án

Cô Nguyễn Mai Anh

Thầy Lê Tuấn Đạt

• Lời cảm ơn của Sinh Viên NHÓM 1 - Do yêu cầu môn học việc làm đồ án này rất cần thiết, dưới sự hướng dẫn của Thầy Cô (Trao dồi những hướng dẫn cơ bản về chi tiết 1 đồ án, lên kế hoạch cần thực hiện, cũng như việc phân bố thời gian rất hợp lý, cung cấp kiến thức đầy đủ… )

Đã tạo điều kiện cho nhóm chúng em hòan thành công việc 1 cách hòan chỉnh.

Chúng em rất chân thành cám ơn vì điều này !

- Vì đây là lần đầu tiên làm đồ án môn học, sẽ không khỏi có nhiều thiếu

sót, kính mong thầy thông cảm và có những nhận xét cũng nhưng góp ý,

giúp em có những cái nhìn mới hơn, cũng nhưng trái khỏi những sai sót

1 Nguyễn Phương Anh Thiết kế Khối tạo xung

2 Nguyễn Thị Phương

5 Vũ Quang Nguyên TK khối hiển thị LED7seg

+Khối Tạo Xung

+Khối hiển thị LED đơn

+Khối giả mã và hiển thị LED 7 Segment

+Khối IC logic

+Khối Flip-Flop

Phần 3: Mô phỏng và vận dụng điều khiển giữa các khối

Chương IV:Thi Công Mạch

+Các bước thực hiện

+Sơ đồ nguyên lý

+Sơ đồ linh kiện

+Sơ đồ mạch in

Chương V: Khảo sát các cổng logic cơ bản

Chương VI: Hướng phát triển Đề tài và Kết luận

+ Hướng phát triển đề tài

II – Phương án Thực Hiện:

- Mạch Logic được tích hợp các module( các khối) với các chức năng riêng biệt để phục vụ việc học và thực hành điều kiển tín hiệu số

1 Thiết kế mạch trên khổ A4(21 cm x 29,7 cm)

2 Thiết kế thành các khối riêng biệt

3 Khối IC logic: Được thiết kế bằng việc hàn sẵn 7 đế IC chờ cắm theo một hàng Mỗi chân vào/ ra của IC logic được kết nối với 5 chân cắm răm đực (Jumper 1x7) để câu tín hiệu theo mong muốn

4 Khối tạo xung vuông: Hàn sẵn đế IC 555, đầu ra ở chân 3 để một răm đực (đầu chờ để lấy xung) Có một nút nhấn hoặc công tắc để tắt bật xung.

5 Khối giải mã LED 7 thanh: Hàn sẵn đế IC 7447 và có sẵn răm để cắm tín hiệu và kết nối luôn với LED 7 thanh (Anot chung).

6 Khối hiển thị LED đơn: Có trở treo cho LED ( giá trị là 220 ÷470 Ω)

7 Khối hiển thị LED 7 thanh : Gắn các chân a, b…g bằng các răm đực chờ cắm tín hiệu Có một nút nhấn hoặc công tắc để tắt hiển thị.

8 Khối mạch Flip –Flop: Hàn sẵn 4 đế IC FF (1 đế 14 chân cho DFF, 3 đế 16 chân cho FF còn lại)

III – Phạm vi của đề tài:

- Đề tài vận dụng kiến thức các môn học Vi Điều Khiển, Điện tử số, Thiết kế

Altium,Proteus cũng như những hiểu biết về các IC số nguyên lý hoạt động các linh kiện được sử dụng : LED đơn, LED7Seg,

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CÁC KHỐI TRONG MẠCH

Phần I : SƠ ĐỒ KHỐI TOÀN MẠCH

Sơ Đồ Khối Toàn Mạch

KHỐI NGUỒN

5V,9V

KHỐI IC LOGIC

(7400, 7402, 7404, 7408, 7432, 7486 )

KHỐI TẠO XUNG

VUÔNG KHỐI GIẢI MÃ

LED 7 THANH KHỐI MẠCH

FLIP- FLOP

(RS-FF; JK –FF; T-FF; D-FF)

KHỐI HIỂN THỊ

LED ĐƠN KHỐI HIỂN THỊ LED 7 THANH

Phần 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

I/ Khối nguồn

1 Khái niệm chung về nguồn một chiều

Nguồn một chiều có nhiệm vụ cung cấp năng lượng một chiều cho các mạch và các thiết bị điện tử hoạt động Năng lượng một chiều của nó tổng quan được lấy từ nguồn xoay chiều của lưới điện thông qua một quá trình biến đổi được thực hiện trong nguồn một chiều

Yêu cầu đối với loại nguồn này là điện áp ra ít phụ thuộc vào điện áp mạng và nhiệt độ Để đạt được yêu cầu đó cần phải dùng các mạch ổn định Các mạch cấp nguồn cổ điển thường dung biến

áp, nên kích thước và trọng lượng của nó khá lớn Ngày nay người ta

có xu hướng dung các mạch cấp nguồn không có biến áp

2 Thiết kế nguồn áp có điện áp ra 5V - 9V

2.1 Lựa chọn phương pháp thiết kế.

Dựa vào các tiêu chuẩn kỹ thuật của khối nguồn như trên ta lựa chọn phươngpháp thiết kế cho từng khối của bộ nguồn và từ đó đưa ra sơ đồ nguyên lý của bộnguồn

a Biến áp

Ở đây do nguồn ổn áp được sử dụng ở lưới điện xoay chiều 220V-50Hz và điện

áp ( dòng điện) ra là 12VAC-3A, công suất cực đại là 60W nên ta sử dụng một biến

áp có điện áp vào 220V và điện áp ra 12V, dòng ra 3A

b Mạch chỉnh lưu và bộ lọc nguồn

Do những ưu điểm của mạch chỉnh lưu cầu như điện áp ra ít nhấp nháy, điện

áp ngược mà điôt phải chịu nhỏ hơn so với phương pháp cân bằng nên ta sẽ chọn bộchỉnh lưu cầu

Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều dập mạch Ur thu được saukhối chỉnh lưu thành điện áp một chiều ít nhấp nhô hơn

Với những đặc điểm của phương pháp lọc bằng tụ điện như tính đơn giản cũngnhư chất lượng lọc khá cao nên ở đây ta sẽ sử dụng phương pháp lọc này cho khốinguồn

2.2 Nguyên tắc hoạt động của mạch.

Yêu cầu đề bài điện áp ra ổn định tối đa là 5V-9VDC, mà điện áp đầu vào 220VAC nên

ta có thể sử dụng máy biến áp: 220VAC-12VAC-3A

a, Chỉnh lưu:

Thành phần chỉnh lưu là biến đổi tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu 1 chiều thông qua 4 con diode chỉnh lưu Đây là sơ đồ chỉnh lưu cả chu kì với dạng sóng đầu vào và đầu ra sau chỉnh lưu như sau:

+ Công suất tiêu tán cực đại có tản nhiệt là 15W + Đảm bảo thông số là : Vi - V0 = 2V đến 3V ( lúc đó mạch mới hoạt động ổn áp được)

+ Tản nhiệt tốt cho 78xx Khi hoạt động với tải thì 2 IC 7805 và 7809 rất nóng Đối với cấp điện áp là 29V thì 7805 , 7809 nóng khi có tải và chú ý tản nhiệt tốt cho nó.

 Tính toán điện áp ra

Điện áp đầu vào máy biến áp là : U1 =220V

Qua máy biến áp thì điện áp là : U2 = 12V(AC)

Qua diode chỉnh lưu thì : U3 = U2 sqrt 2= 12 sqrt 2 = 17 V DC

Điện áp sụt trên cầu là: 17 V DC - 1,5V DC = 15,5 V DC ( do đi qua 2 diode nên mỗi diode

bị sụt áp mất 0.7 V )

Điện áp sau chỉnh lưu là Uc =15,5 0,9 = 13,95V DC ( 0,9 là hệ số chỉnh lưu của chỉnh lưu cầu )

Điện áp trên đi qua IC ổn áp :

7805 thu được điện áp 5V DC

7809 thu được điện áp 9V DC

Mô phỏng proteus:

II Khối tạo xung sử dụng IC555

1 Lí do chọn mạch tạo xung vuông sử dụng IC555

Có nhiều cách thiết kế mạch để tạo xung vuông như thiết kế mạch dùng Transistor , thiết kế mạch dùng Opam, …

Ở đây,chọn thiết kế mạch dao động tạo xung vuông dùng IC555vì:

• IC555 rất phổ biến và dễ tìm

• Mạch tạo xung vuông dùng IC này rất dễ làm, dễ giải thích và

dễ hiểu nguyên lý làm việc của nó

2 Chức năng của từng chân của IC555

IC555 gồm có 8 chân

+ Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân

còn gọi là chân chung

+ Chân số 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so

sánh và được dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so

áp.Mạch so sánh ở đây dùng các transitor PNP với mức điện áp

chuẩn là 2/3Vcc

+ Chân số 3(OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra

logic Trạng thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1 1 ở đây là mức cao nó tương ứng với gần bằng Vcc nếu (PWM=100%)

và mức 0 tương đương với 0V nhưng mà trong thực tế mức 0 này ko được 0V mà nó trong khoảng từ (0.35 ->0.75V)

+ Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số

4 nối masse thì ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6.Nhưng

mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân này lên VCC

+ Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp

chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND Chân này có thể không nối cũng được nhưng

mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định

+ Chân số 6(THRESHOLD) : là ngõ vào của 1 tầng so áp khác

.mạch so sánh dùng các transistor NPN mức chuẩn là Vcc/3

+ Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện

tử và chịu điều khiển bỡi tầng logic của chân 3 Khi chân 3 ở mức ápthấp thì khóa này đóng lại.ngược lại thì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động

+ Chân số 8 (Vcc): cấp nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC.Nguồn

nuôi cấp cho IC 555 trong khoảng từ +5v - 15v và mức tối đa là

+18v

3 Sơ đồ khối tạo xung của IC555

• Chân 5 bỏ trống

• Thêm 1 biến trở để điều chỉnh độ rộng xung ở ngõ ra

• Ở ngõ ra thêm 1 công tắc để điền khiển xung, 1 LED đơn báo hiệu tín hiệu xung đầu ra ( LED nhấp nháy : mạch hoạt động,

có xung ở đầu ra ; LED không sáng hoặc không nhấp nháy : mạch tạo xung lỗi, cần kiểm tra lại mạch ), 1 điện trở đặt trướcLED làm giảm cường độ điện chạy qua LED, giúp LED hoạt động ( LED hoạt động ở điện thế thấp, nếu điện thế quá cao,

có thể gây ra cháy LED )

III Khối LED Đơn

1 Khối Led đơn gồm:

+ 7 Led đơn được nối chung đất (GND)

+ Ở cực dương của mỗi Led được nối 1 jump đơn để câu nguồn vào.+ Mỗi Led được nối thêm 1 điệntrở 220(-> 470) Ohm

LED (Light-emitting diode – Đi-ốt bức xạ ánh sáng)

2 Bản chất của LED là một diode nó chứa một chíp bán dẫn có pha các tạp chất để tạo ra một tiếp giáp P-N, kênh P chứa lỗ trống, kênh

N chứa điện tử, dòng điện truyền từ Anode ( kênh P) đến Cathode (kênh N), khi điện tử lấp đầy chỗ trống nó sinh ra bức xạ ánh sáng, các bước sóng phát ra có màu khác nhau tùy thuộc vào tạp chất trong chíp bán dẫn

3 Phân loại LED

Phân ba loại chính theo dải công suất: cỡ nhỏ, cỡ trung bình, cỡ lớn

Vì LED có hiệu điện thế hoạt động khá thấp, tùy loại LED mà hiệu điện thế dao động ở mức (1.9 - 3.2 Vol).Vìvậy, khi chạy ở hiệu điện thế 5-9V, chúng ta cần sử dụng một điện trở để giảm hiệu điện thế vào LED

Côngthứctính điệntrở:

R=(Unguon-Uled)/Iled (Ohm)

Khi ta câu nguồn vào cho Led qua jump, nguồn cung cấp chạy từ cực dượng sang cực âm ra đất khiến đèn sang Tùy vào từng IC ta test mà các Led sẽ sáng chạy, nhấp nháy,…khác nhau

Sơ đồ khối Led đơn:

+ Đầu vào có các jump đực chờ sẵn tín hiệu vào

+Sử dụng điên trở 220 Ohm đểtrở dòng vào

+ Nối đất chung - tích cực dương

IV Khối giải mã và hiển thị LED7seg

1.Giải mã

1.1 - IC 74LS47

Mạch giải là mạch có chức năng ngược lại với mạch mã hoá Mục đích sử dụng phổ biến nhất của mạch giải mã là làm sáng các đèn

để hiển thị kết quả ở dạng chữ số Do có nhiều loại đèn hiển thị và

có nhiều loại mã số khác nhau nên có nhiều mạch giải mã khác nhau

IC 74LS47 là IC giải mã giành riêng cho LED 7 đoạn anode chung

IC chuyển đổi từ mã BCD sang mã LED 7 đoạn anode chung

Ứng dụng khi ta cần hiện thị số trên LED 7 đoạn trong mạch số mà không cần dùng vi điều khiển, hoặc muốn tiết kiệm chân cho vi điềukhiển

Tên Chức năng

LT: Lamp Test BI: Blank Input RBO: Ripple Blank Output RBI: Ripple Blank Input

VCC Nguồn +5v

GND Nguồn 0v

A,B,C,D Ngõ vào BCD

a,b,c,d, e,f,g

Ngõ ra mã 7 đoạn

LT Chân kiểm tra

các đoạn của LED

BI/RBO RBI

1.2 - Cấu tạo

1.3 - Nguyên Lý Hoạt động

- Sáng bình thường đủ các trạng thái từ 0 ÷ 9 (thường dùng

nhất) Chân BI/RBO phải bỏ trống hoặc nối lên mức cao, chân RBI phải bỏ trống hoặc nối lên mức cao, chân LT phải bỏ trống hoặc nối lên mức cao

- Chân BI/RBO nối xuống mức thấp thì tất các các đoạn của LED đều không sáng bất chấp trạng thái của các ngõ vào còn lại

- Bỏ trạng thái số 0 (khi giá trị BCD tại ngõ vào bằng 0 thì tất cả các đoạn của LED 7 đoạn đều tắt) Chân RBI ở mức thấp và chân BI/RBO phải bỏ trống (và nó đóng vai trò là ngõ ra)

- Chân BI/RBO phải bỏ trống hoặc nối lên mức cao và chân LT phải nối xuống mức thấp Tất cả các thanh của LED 7 đoạn đềusáng, bất chấp các ngõ vào BCD Dùng để Kiểm tra các đoạn của LED 7 đoạn (còn sáng hay đã chết).

2 Hiển thị LED 7 đoạn

2.1 - Cấu tạo LED 7 đoạn

- Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn xếp theo hình phía trên

và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở gócdưới, bên phải của led 7 thanh

- 8 led đơn trên led 7 thanh có Anode (cực +) hoặc Cathode (cực -) được nối chung với nhau vào một điểm và được đưa chân ra ngoài

để kết nối với mạch điện 7 cực còn lại trên mỗi led đơn của led 7 đoạn và 1 cực trên led đơn ở góc dưới, bên phải của led 7 đoạn đượcđưa thành 8 chân riêng để điều khiển cho led sáng tắt theo ý muốn

- Nếu led 7 đoạn có Anode (cực +) chung, đầu chung này được nối với +Vcc, các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 0

- Nếu led 7 đoạn có Cathode (cực -) chung, đầu chung này được nối xuống Ground (hay Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển

trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vàocác chân này ở mức 1

==> Ở đây nhóm mình sử dụng Led 7 đoạn ANODE CHUNG tương thích với IC7447

2.2 - Mã led 7 thanh

- Mã LED 7 đoạn có Anode chung, muốn thanh nào sáng ta xuất ra chân Cathode của LED đơn đó mức 0 Từ đó ta có bảng giải mã LED

7 đoạn Anode chung như sau:

2.3 - Sơ đồ nguyên lý giải mã và hiển thị Led 7 đoạn

- Mỗi chân LED được thiết kế thêm một điện trở treo để trở hạn

dòng qua Led

- Nhóm em sử dụng với led thường thì điện áp sử dụng :

led dỏ: 1.4 - 1.8v

led xanh, vàng các loại: 2.2 - 2.8v

dòng led thường thì thấp khoảng 7 - 10ma

2 ngõ vào

74LS02Cổng NOR 2 ngõ vào

74LS04Cổng NOT

74LS08 Cổng AND

2 ngõ vào

74LS32 Cổng

OR 2 ngõ vào

74LS86 Cổng XOR 2 ngõ vào

2 IC FLIP-FLOP ( RSFF,JKFF,DFF,TFF- Dự kiến sử dụng IC 74LS74,

74LS73, or 74LS76 )

74LS7

6 JKFF với CLK

và PRE 16PIN

74LS

74 DFF với CLR 14PI N

Phần 3: Mô phỏng và vận dụng điều khiển giữa các khối

1 Mô phỏng hoạt động LED 7 đoạn qua IC 7447

- CT nhị phân điều chỉnh 4 bit DBCA là các mã BCD từ 0-9 qua IC

7447 được giải mã chuyển sang LED 7 đoạn VD: DCBA=0000 -> số0; DCBA=1001-> số 9

- Thực tế LED và 7447 được cấp nguồn từ khối nguồn , do trong proteus LED lí tưởng nên ko cần có điện trở

2 Mô phỏng thực hiện đếm tiến sử dụng IC7490

==> Bộ tạo xung đưa xung ra cấp cho IC7490 Mã đếm BCB từ các

Q đưa tới đầu vào A,B,C,D và được giải mã chuyển thành mã LED 7 đoạn Trên hìn là mã 2 nên các LED đơn sáng tương ứng là

a,b,d,e,g LED 7 đoạn hiển thị số 2

CHƯƠNG IV: THI CÔNG MẠCH

- Kiểm tra Hoạt động của mạch.

II Sơ Đồ mạch nguyên lý:

III Sơ đồ bố trí linh kiện:

IV Sơ đồ Mạch In:

CHƯƠNG V: KHẢO SÁT CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN

II Tiến hành khảo sát

1 Giải quyết bài toán

+Mỗi đầu ra F nối với một LED để báo xung ra là 0 hay 1: 1 Sáng - 0 Tắt ( tích cực dương) +Hàm F thu được bằng cách quy định giá trị A,B,C,D qua các chân input ,output của các IC logic đã được quy định Ta nối dựa vào Sơ đồ Logic Tín hiệu logic cuối cùng ra F sẽ báo

1 0 0 0 0 Tắt

1 0 0 1 0 Tắt C

D | A B

1 1

1 0

Bảng giá trị và trạng thái LED

(*) (**) (***)

7408 (1) 7408 (2) 7408 (5)

7408 (3) Nối

7408 (4)

7408 (6) Nối

B C

7486 (1) 7486 (2)

7486 (3) Nối

Nối

7404 (3) 7404 (4) LED 2

CHƯƠNG VI: HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI VÀ KẾT LUẬN

I Hướng Phát Triển Đề Tài

Sau quá trình làm và kiểm tra toàn bộ mạch ,nhóm em đưa ra một số hướng phát triển đề tài:

- Từ module mạch logic tổng hợp ta có thể tiến hành thực hiện hóa các module điều khiển số tự động robot, hệ thống thông minh, hay đơn giản điều khiển quảng cáo.

- Cải thiện các khối trong mạch để có thể hoạt động tốt , giảm thiểu linh kiện không cần thiết ví như khối nguồn nên bỏ qua máy biến áp

vì kích thước và trọng lượng của nó khá lớn Ngày nay người ta có

xu hướng dung các mạch cấp nguồn không có biến áp.

- Thực hành thành thạo trên mạch logic giúp cho mỗi cá nhân hiểu bản chất đề tài, từ đó vận dụng đúng kiến thức cũng như trau dồi thêm Là bước đầu chuẩn bị cho những Đồ án,thậm chí các Dự án điện tử sau này.

II Kết Luận:

Qua các bước giới thiệu, thiết kế, đề tài của nhóm em xin được phép dừng lại ở đây Trong quán trình nghiên cứu, thiết kế em đã vận dụng những kiến thức chuyên môn., nhằm hoàn thành yêu cầu đặt ra Qua đó nhóm được củng cố lại kiến thức cơ bản chuyên nghành Trên cơ sơ đó chúng em có thể đánh giá lại những gì mình

có đc sau khi học.