Mạch Khóa Số Điện Tử Dùng IC4017

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỳ thuật, kỹ thuật điện tử đóng vai trò quan trọng trong mỗi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp

-1 Quyển báo cáo ĐAMH được trình bày có đúng mẫu ?

- -

-2 Nội dung báo cáo có đáp ứng đủ các yêu cầu của đề tài ?

- -

-3 Các bản vẽ(A3,A4) có đúng mẫu ?

- -

-4 Phần cứng, phần mềm của ĐAMH có đáp ứng đủ các yêu cầu của đề tài ?

- -

-5 Các ý kiến khác

- -

TP.HCM, Ngày … Tháng…Năm 20…Giáo viên hướng dẫn

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỳ thuật, kỹ thuật

điện tử đóng vai trò quan trọng trong mỗi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin… do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng

nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thếgiới nói chung và trong kỹ thuật điện tử nói riêng

Cùng với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, các thiết bị điện tử đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật cũng như đời sống xã hội Các ứng dụng của mạch

điện tử như đồng hồ số, mạch khóa điện tử, mạch đếm sản phẩm, mạch đo nhiệt độ,

… được ứng dụng rộng khắp trong các cơ quan xí nghiệp, gia đình… Trong đó yêu cầu bảo mật rất quan trọng, đứng trước những yêu cầu của xã hội về tính bảo mật vànhu cầu tìm hiểu về mạch khóa điện tử của chính bản thân và những người yêu

thích lĩnh vực này tôi đã bắt tay vào việc nghiên cứu đề tài: “ Mạch khóa điện tử, điều khiển động cơ ĐC dùng ic 4017”

Em xin chân thành cảm ơn ban giám hiệu và các thầy cô Trường Đại Học SưPhạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh đã chỉ dẫn em trong những tháng năm học tập tại trường.

Trong quá trình thực hiện đề tài môn học em xin chân thành cám ơn thầy

Nguyễn Mạnh Hùng, giảng viên hướng dẫn, các thầy cô trong khoa Điện – Điện

Tử và các bạn trong và ngoài lớp đã động viên giúp đỡ em hoàn thành đề tài môn

Dù có những tiến bộ diệu kì như vậy nhưng kỹ thuật điện tử cũng là mộtmôn kỷ thuật rất gần gũi với con người chỉ với cái mỏ hàn, vài linh kiện, vài cuốnsách đủ làm người ta say sưa thiết kế, lắp ráp các loại mạch điện tử đủ loại côngdụng sự cần thiết, quan trọng cũng như tính khả thi và lợi ích của các mạch điện tử

chính là lý do để chọn và thực hiện đề tài “ Mạch khóa điện tử, điều khiển động

cơ ĐC dùng ic 4017” nhằm ứng dụng những kiến thức đã học về kỹ thuật vào đời

sống

1.2 Giới hạn đề tài

Mạch phụ thuộc vào nhiều yếu tố, phải biết thiết kế từ đầu, phải hiểu lýthuyết mạch, có bảng tra cứu linh kiện ( tính năng, kích thước, chỉ tiêu… ) rất phứctạp

1.3 Mục đích nghiên cứu

tử y sinh, hệ thống cảnh báo, điện tử công nghiệp và các thiết bị đo từ xa…

Hình 2.1.1 IC 4017

 Sơ đồ kiểu chân và tác dụng của từng chân

Hình 2.1.2 Sơ đồ chân IC 4017

Từ hình vẽ ta thấy:

• Từ chân 1,2,3,4,5,6,7,9,10,11 tương ứng với 10 xung đầu ra của IC 4017 các chân này được xuất ra mức 1 khi số xung được đếm tương ứng với thứ tựcác chân đầu ra

• Chân 15 là chân reset Khi chân này tác động ở mức 1 thì đếm sẽ được reset

về đầu

• Chân 14 là chân xung đầu vào và đếm ở sườn dương

• Chân 13 là chân xung đầu vào và đếm ở sườn âm

• Chân 12 là chân xung báo hiệu là đã đếm xong 1 chu kì đếm ( có nghĩa là khi

4017 đếm từ 1 tới 5 thì chân 12 ở mức 1 và 4017 đếm từ 6 đến 10 thì chân

12 ở mức 0)

• Chân 8 và chân 16 là chân nguồn

 Xung clock và sơ đồ nguyên lý làm việc của 4017

Hình 2.1.3 Cổng logic sử dụng trong 4017

4017 cấu tạo gồm các fliplop D và các cổng logic

Hình 2.1.4 xung ngõ ra 4017

IC 4017 có 10 ngõ ở mức cao liên tục như hình 2.4

Nguyên lý làm việc:

Chỉ có một ngõ ra được kích mức cao tại một thời điểm

Có thể thấy ngõ ra ÷10 output sẽ mức cao cho lượt đếm 0->4 và ở mức thấp khiđếm 5->9

Khi xung đầu vào đang ở mức dương thì xung đầu tiên được đếm và khixung đầu vào ở mức âm thì chân 1 vẫn giữ ở mức 1 Khi xung đầu vào đấm sườndương thứ 2 thì ngay lập tức thì xung thứ 2 được đếm và xung đầu tiên bị mất trạngthái và xuống mức âm Và cứ thế nó đếm đến 10 là kết thúc 1 chu kì đếm và quaytrở lại 1 chu kỳ mới

Chú ý: 4017 có thể đếm được 2 mức: đếm sườn âm và sườn dương:

• Nếu đếm sườn dương: clock chân 14 và chân 13 nối đất

• Nếu đếm sườn âm: clock chân 14 và chân 13 nối Vcc

• Thiết bị đo từ xa…

2.2 SƠ LƯỢC VỀ TRANSISTOR

 Giới thiệu BJT

Transistor có nhiều loại, ở đây chúng ta nói đến loại transistor 2 mối nối,quen gọi là Bi-Junction Transistor, hay BJT Trong transistor này có 2 mối nốiNP+PN hay PN+NP, hay NPN và PNP Transistor có 3 chân:

* Chân E (Emitter) là chân dùng để phun ra các hạt mang điện Với transistor NPN,chân E phun ra dòng điện tử và với transistor PNP chân E phun ra dòng lỗ (dòng lỗ

là chuyển động biểu kiến của các hạt điện tử chuyển dời trên các nối trống)

* Chân C (Collector) là chân dùng để thu gôm các hạt điện phun ra từ chân E Vớitransistor NPN, nó thu gôm các hạt điện tử và với transistor PNP nó thu gôm cáchạt lỗ

* Chân B (Base) là chân dùng để điều khiển dòng điện chảy trong transistor, chảy từchân E vào chân C

Khi dùng transistor làm linh kiện khuếch đại tín hiệu, chúng ta cho phân cực thuậnmối nối B-E và phân cực nghịch mối nối B-C Lúc này tín hiệu đưa vào là mức áptăng giảm trên chân B, nó sẽ tác động vào dòng chảy trong transistor, tín hiệu lấy ra

có thể trên chân E hay trên chân C Hình 2.5 dưới đây cho thấy ký hiệu củatransistor, với loại transistor NPN, mũi tên trên chân E chỉ ra và với loại PNP mũitên trên chân B chỉ vào

Hình 2.2.1 Kí hiệu transistor

 Một vài cách phân chia BJT

Transistor BJT cũng có nhiều chủng loại, có nhiều kiểu chân Khi cằm mộttransistor, chúng ta phải biết:

* Nó là transistor cao tần hay âm tần

* Transistor khuếch đại analog hay transistor đóng mở digital hay transistor khóaswitching

* Transistor công suất nhỏ hay công suất trung bình hay transistor công suất lớn

* Transistor có độ lợi dòng lớn hay nhỏ

* Transistor có mức áp bão hoà nhỏ hay bình thường

Có thể xem một transistor như 2 diode (nhưng không thể dùng 2 diode ghép lại đểtạo ra một transistor) Do vậy khi kiểm tra một transistor, chúng ta thường dùng

Ohm kế đo tính thuật nghịch của 2 diode này Chúng ta còn biết: Diode ở mối nối

BE có tính chịu áp nghịch thấp thường khoảng dưới 10V, diode ở mối nối CBthường có tính chịu áp nghịch cao, thường trên 60V đến vài ngàn volt

Hình 2.2.2 transistor tương đương 2 điode

 Ghép các transistor lại để đạt hiệu quả hơn

Hình 2.2.3 ghép BJT kiểu darlington

Chúng ta biết, trong chế tạo, một transistor cho độ lợi dòng lớn thì công suấtkhông lớn, một transistor công suất lớn thì hệ số khuếch đại dòng nhỏ Vậy để cócác transistor vừa có công suất lớn, vừa có độ lợi dòng lớn, người ta dùng cách ghépphức hợp còn gọi là cách ghép Darlington.Transistor

Transistor phức hợp sẽ cho hệ số khuếch đai dòng rất lớn và có công suất lớn

2.3 SƠ LƯỢC VỀ ĐIODE

 Giới thiệu điode

Điode là chất bán dẫn, khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép

điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sangvùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện

=> lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn

Hình 2.3.1 Mối tiếp xúc P - N => Cấu tạo của Diode

* Ở hình trên là mối tiếp xúc P - N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn

Hình 2.3.2 Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn.

 Phân cực thuận cho điode

Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt ( vùng bán dẫn P ) và điện áp âm (-)vào Katôt ( vùng bán dẫn N ) , khi đó dưới tác dụng tương tác của điện

áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt0,6V ( với Diode loại Si ) hoặc 0,2V ( với Diode loại Ge ) thì diệntích miền cách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện Nếutiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênhlệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V )

Hình 2.3.5 Đường đặc tuyến của điện áp thuận qua Diode

* Kết luận :

Khi Diode (loại Si) được phân cực thuận, nếu điện áp phân cực thuận < 0,6Vthì chưa có dòng đi qua Diode, Nếu áp phân cực thuận đạt = 0,6V thì có dòng đi quaDiode sau đó dòng điện qua Diode tăng nhanh nhưng sụt áp thuận vẫn giữ ở giá trị0,6V

 Phân cực ngược cho Diode

Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn (+) vào Katôt (bándẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện ápngược, miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản dòng điện đi quamối tiếp giáp, Diode có thể chiu được điện áp ngược rất lớnkhoảng 1000V thì diode mới bị đánh thủng

Hình 2.3.6 Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngựơc tăng > = 1000V

 Phương pháp đo kiểm tra Diode

Hình 2.3.7 Đo kiểm tra Diode

• Đặt đồng hồ ở thang x 1Ω , đặt hai que đo vào hai đầu Diode, nếu :

• Đo chiều thuận que đen vào Anôt, que đỏ vào Katôt => kim lên, đảo chiều

đo kim không lên là => Diode tốt

• Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω => là Diode bị chập

• Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode bị đứt

• Ở phép đo trên thì Diode D1 tốt , Diode D2 bị chập và D3 bị đứt

• Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là Diode bịdò

Hình 2.3.7 Diode cầu trong mạch chỉnh lưu điện xoay chiều

 Các loại Diode

• Diode Zener

• Diode Thu quang ( Photo Diode )

• Diode Phát quang ( Light Emiting Diode : LED )

• Diode Varicap ( Diode biến dung )

• Tụ điện không phân cực : Là tụ không qui định cực tính, đấu nối "thoải mái"vào mạng AC lẫn DC.

• Tụ điện hạ (thấp) áp và cao áp : Do điện áp làm việc mà có phân biệt "tươngđối" này

• Tụ lọc (nguồn) và tụ liên lạc (liên tầng) : Tụ điện dùng vào mục tiêu cụ thểthì gọi tên theo ứng dụng, và đây cũng là phân biệt "tương đối"

• Tụ điện tĩnh và tụ điện động (điều chỉnh được) : Đa số tụ điện có một trị sốđiện dung "danh định" nhưng cũng có các loại tụ điện cần điều chỉnh trị sốcho phù hợp yêu cầu của mạch điện, như tụ điện trong mạch cộng hưởng haydao động chẳng hạn

Theo cấu tạo và dạng thức:

• Tụ điện gốm (tụ đất) : Gọi tên như thế là do chúng được làm bằng ceramic,bên ngoải bọc keo hay nhuộm màu Gốm điện môi được dùng là COG, X7R,Z5U v.v

• Tụ gốm đa lớp Là loại tụ gốm có nhiều lớp bản cực cách điện bằng gốm Tụnày đáp ứng cao tần và điện áp cao hơn loại tụ gốm "thường" khoảng 4 > 5lần

• Tụ giấy : Là tụ điện có bản cực là các lá nhôm hoặc thiếc cách nhau bằng lớpgiấy tẩm dầu cách điện làm dung môi

• Tụ mica màng mỏng : cấu tạo với các lớp điện môi là mica nhân tạo haynhựa có cầu tạo màng mỏng (thin film) như Mylar, Polycarbonate, Polyester,

• Tụ hóa học : Là tụ giấy có dung môi hóa học đặc hiệu > tạo điện dung cao

và rất cao cho tụ điện Nếu bên ngoài có vỏ nhôm bọc nhựa thì còn gọi là tụnhôm

• Tụ siêu hóa (Super Chimical Capacitance) : dùng dung môi đất hiếm, tụ nàynặng hơn tụ nhôm hóa học và có trị số cực lớn, có thể đến hàng Farad Tụ cóthể dùng như một nguồn pin cấp cho vi xử lý hay các mạch đồng hồ (clock)cần cấp điện liên tục

• Tụ hóa sinh là Siêu tụ điện thay thế cho pin trong việc lưu trữ điện năngtrong các thiết bị điện tử di động, dùng lginate trong tảo biển nâu làm nềndung môi > lượng điện tích trữ siêu lớn và giảm chỉ 15% sau mỗi chu kỳ10.000 lần sạc

• Tụ tantalium : Tụ này có bản cực nhôm và dùng gel tantal làm dung môi, cótrị số rất lớn với thể tích nhỏ

• Tụ vi chỉnh và tụ xoay : Có loại gốm, loại mica và loại kim loại

2.4 SƠ LƯỢC VỀ ĐIỆN TRỞ

 Giới thiệu

Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vôcùng lớn

Điện trở của dây dẫn :

Điện trở của dây dẫn phụ thộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây được tínhtheo công thức sau:

R = ρ.L / S

Trong đó ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu

L là chiều dài dây dẫn

S là tiết diện dây dẫn

R là điện trở đơn vị là Ohm

 Điện trở trong thiết bị điện tử

Hình dáng và ký hiệu : Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn

mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau

Hình 2.4.1 Hình ảnh điện trở

Hình 2.4.2 ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý.

• Đơn vị của điện trở

Đơn vị điện trở là Ω (Ohm) , KΩ , MΩ

1KΩ = 1000 Ω

1MΩ = 1000 K Ω = 1000.000 Ω

• Cách ghi trị số của điện trở

Các điện trở có kích thước nhỏ được ghi trị số bằng các vạch mầu theo một quy ướcchung của thế giới

Các điện trở có kích thước lớn hơn từ 2W trở lên thường được ghi trị số trực tiếp trên thân Ví dụ như các điện trở công xuất, điện trở sứ

Trở sứ công xuất lớn , trị số được ghi trực tiếp

 Cách đọc trị số điện trở

Cam 3Vàng 4Xanh lá 5Xanh lơ 6Tím 7Xám 8Trắng 9Nhũ vàng -1Nhũ bạc -2Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng mầu , điện trở chính xác thì ký hiệu bằng

5 vòng mầu

Hình 2.4.3 cách đọc trị số đện trở 4 vòng màu

Hình 2.4.4 Cách đọc trị số điện trở 5 vòng màu

Vòng số 5 là vòng cuối cùng , là vòng ghi sai số, trở 5 vòng mầu thì mầu sai

số có nhiều mầu, do đó gây khó khăn cho ta khi xác định đâu là vòng cuối cùng, tuynhiên vòng cuối luôn có khoảng cách xa hơn một chút Đối diện vòng cuối là vòng

Hiện này các nhà sản xuất cho ra nhiều loại điện trở theo quy địn như : 100 - 300 - 1k - 2k2 - 3k3 - 3k9 ko phải là mua loại nào là có đâu các giá trị này là các giá trịchuẩn

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH

3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI

• Khối điều khiển: là IC 4017 xuất ngỏ ra ở mức cao để khiển một thiết bị nào

đó Ở đây, điều khiển một động cơ

• Khối Reset gồm: các nút nhấn ở thứ tự reset ,4,5,7,9 kết hợp với Transitor C1815 được đưa đến chân 15 của IC 4017 Khi một trong các nút nhấn ở các

vị trí trên được tác động sẽ phân cực thuận cho C1815 đưa đến chân 15 của

IC 4017 Ic sẽ trở lại trạng thái ban đầu

• Khối ngỏ ra gồm: Relay 12VDC kết hợp với Transitor D468 để điều khiển dộng cơ quay

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý của mạch

 Nguyên lý hoạt động của mạch:

Khi nhấn sai 1 số trong 6 số trên thì chân reset của IC sẽ được tích cực mức 1, khi

đó IC được reset Q0 sẽ trở về trạng thái mức áp logic =1 Q6 có mức áp logic = 0, cặp BJT không dẫn motor không hoạt động

 Phân tích mạch:

• Mạch tạo xung clock

Tụ C1 và R1 có chức năng tạo thời gian trễ, để tạo ra xung clock Khi nhấn cácnút theo thứ tự 8,3,1,3,2,6 thì sẽ tạo ra các xung đưa vào chân 14 ( clock) của IC

4017, khi đó các chân ngõ ra output sẽ dịch mức trạng thái từ Q0 ÷ Q6

Hình 3.3 Mạch tạo xung clock

Khi ngõ ra chân Q6 lên mức 1 khi đó transistor D468 sẽ dẫn relay được nốimass, khi đó dòng điện sẽ chạy từ Vcc qua cuộn dây của relay và xuống mass làmnhảy relay Motor được cấp nguồn và hoạt động D4007 có chức năng bảo vệ relaykhi mất nguồn đột ngột…

Hình 3.4 Mạch điều khiển

• Mạch reset

Khi nhấn các nút reset, 4, 5, 7,9 thì transistor C1815 sẽ dẫn chân 15 (reset) của

IC 4017 sẽ được tích cực mức cao làm cho IC trỏ lại trạng thái ban đầu

Hình 3.5 Mạch reset

3.2 Thiết kế mạch in :

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN

Đề tài khóa điện tử tuy không phải là một đề tài mới mẻ và cũng không phải

là một đề tài lớn, nhưng qua đó đã phản ánh được sự vận dụng kiến thức một cáchkhoa học, tinh thần làm việc nghiêm túc, sự tìm tòi học hỏi, nghiên cứu kiến thứcmới của nhóm, cùng với sự giúp đỡ và chỉ dạy tận tình của thầy NGUYỄN MẠNHHÙNG và các thầy cô trong khoa Điện – Điện tử

Do thời gian thực hiện đề tài có hạn nên còn một số hạn chế như: mạch chạyvẫn chưa đạt yêu cầu cao, còn hạn chế về chức năng… nếu có điều kiện thì từ đây

có thể phát triển them hướng thiết kế để mạch có thể đạt hiệu quả cao hơn, hoànthiện và ổn định hơn

Nhìn chung mạch được thiết kế với độ chính xác, hoạt động ổn định… có thểứng dụng là một thiết bị bảo mật tốt

Sau một thời gian thực hiện đề tài Nhóm em đã rút ra được nhiều bài học cũng nhưkinh nghiệm cho bản thân, đó cũng chính là nhờ sự chỉ dạy tận tình của thầy cô và

sự góp ý của các bạn

Sau cùng một lần nữa xin chân thành bài tỏ long biết ơn của mình đối vớithầy NGUYỄN MẠNH HÙNG và quý thầy cô trong khoa đã giúp đỡ nhóm emhoàn thành đề tài môn học này

TP Hồ Chí MinhTháng 05 năm 2016