ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẦM TỪ 00 ĐẾN 99 (BẢN FULL)

đồ án thiết kế mạch đếm sản phẩm từ 00 đến 99 rồi tự động quay về 00 cứ thế đếm lên

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

LỜI CẢM ƠN 4

PHẦN 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 5

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 5

2 MỤC TIÊU 5

3 NHỮNG SẢN PHẨM LIÊN QUAN 5

4 PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN 7

5 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 8

6 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI .8

PHẦN 2 NỘI DUNG 9

Chương 1 GIỚI THIỆU LINH KIỆN 9

1.1 IC 74192 9

1.2 IC 74247 10

1.3 IC 7485 11

1.4 LED 7 ĐOẠN 12

1.5 IC 555 13

1.6 LM 7805 14

1.7 Led thu – phát hồng ngoại 15

1.8 C1815 15

1.9IC 741 16

Chương 2 THIẾT KẾ 17

2.1 Sơ đồ khối 17

2.1.1 Sơ đồ khối 17

2.1.2 Nguyên tắc hoạt động 17

2.2 Thiết kế 18

2.2.1 Khối nguồn 18

2.2.2 Khối thu phát hồng ngoại 18

2.2.3 Khối đếm 19

2.2.4 Khối so sánh 19

2.2.5 Khối đặt trước số đếm 20

2.2.6 Khối giải mã và hiển thị 20

2.3 Sơ đồ nguyên lý 21

2.3.1 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 21

2.3.2 Nguyên lý hoạt động toàn mạch 22

Chương 3 THI CÔNG 23

3.1 Sơ đồ mạch in 23

3.2 Sơ đồ đặt linh kiện 24

3.3 Quá trình lắp ráp và cân chỉnh mạch 25

Phần 3 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 26

1 Kết luận 26

2 Hướng phát triển 26

Phần 4 PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

PHỤ LỤC 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

LỜI NÓI ĐẦU

eeeKhoa học kỹ thuật ngày càng phát triển làm nền tảng thúc đẩy các ngành côngnghiệp, nông nghiệp … cùng phát triển Việc ứng dụng những thành tựu của ngànhkhoa học kỹ thuật sẽ giảm bớt nhân lực, thời gian, chi phí … trong các dây chuyềnsản xuất Với những thành tựu của khoa học kỹ thuật đã được ứng dụng vào sảnxuất thì mạch đếm sản phẩm mang lại lợi ích lớn trong dây chuyền sản xuất của cácnhà máy Việc đếm chính xác số sản phẩm trên dây chuyền, có thể đặt trước được

số đếm sản phẩm mong muốn để kết thúc lấy sản phẩm đó là mục tiêu đặt ra củamạch đếm sản phẩm có đặt trước số đếm

Mạch đếm sản phẩm có đặt trước số đếm được nghiên cứu và phân tích dựa trênchức năng của các linh kiện cũng như các IC số Mục tiêu hướng đến của mạch đếmsản phẩm là độ chính xác cao, thiết kế và thi công đơn giản, rẻ tiền

Từ những kiến thức đã học, thực hành và sự hướng dẫn tận tình của giáo viênhướng dẫn em đã hoàn thành “Mạch đếm sản phẩm có đặt trước số đếm dùng ICsố”

LỜI CẢM ƠN

eee

Để hoàn thành đồ án “ Mạch đếm sản phẩm có đặt trước số đếm” em xin chânthành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của Thầy Nguyễn Trường Duy – giảng viênkhoa Điện – Điện Tử, trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Cùng với sựgiúp đỡ chân tình của các bạn trong lớp 12341 em đã thực hiện tìm hiểu sâu vềmạch

Trong quá trình tìm hiểu đề tài, thi công mạch không tránh khỏi những sai sót

Em mong Thầy cùng các bạn góp ý để đề tài hoàn thiện hơn và em hiểu sâu hơn về

đề tài

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

PHẦN 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

Những thành tựu của ngành kỹ thuật điện – điện tử đã được ứng dụng trongnhiều ngành Để tăng năng xuất lao động, giảm thời gian, giảm thiểu chi phí, nhất làhạn chế tai nạn lao động trong công nghiệp…vì vậy, mạch điện tử có vai trò rấtquan trọng trong dây chuyền sản xuất công nghiệp Để để hạn chế tối đa thời gian,nhân lực và tăng độ chính xác trong việc đếm số sản phẩm trên một dây chuyển sảnxuất công nghiệp từ đây mạch đếm sản phẩm được ứng dụng rộng và ngày càngđược nghiên cứu sâu hơn Từ thực tiễn đó, em đã muốn tìm hiểu và thi công vềmạch đếm sản phẩm có đặt trước số đếm

2 MỤC TIÊU:

Mạch đếm sản phẩm sẽ đếm số sản phẩm đi qua bằng phương pháp đếm xung.Mỗi sản phẩm đi qua trên băng chuyền sẽ chắn ngang quá trình thu và phát hồngngoại của Led thu – Led phát tạo một xung điện, xung điện này đi vào khối đếm vàđược đếm tăng 1 đơn vị sản phẩm nhờ IC 74192 Sau đó hiển thị số đếm thông qualed 7 đoạn nhờ IC 74247 giải mã Để đặt trước một số đếm bất kỳ ta tác động xungvào phần mạch hiển thị số đếm trước qua nút nhấn và hiển thị ra led 7 đoạn Sốđếm trong phần mạch đếm sẽ được so sánh với số đặt trước trong phần mạch đặttrước số đếm qua IC 7485, khi 2 giá trị đếm được và số đặt trước bằng nhau thìmạch tự động Reset về 00 ở khối đếm lên sau đó tiếp tục đếm khi có sản phẩm qua.Khi đếm đến giá trị đặt trước mạch có khối hiển thị đèn led sáng

 Khi đổ xăng ở các trạm bán xăng lẻ, bạn thường đặt trước số tiền trả Nhânviên bán xăng nhập số tiền vào cây xăng và hiển thị lên bảng ( có thể chỉ hiển thịtrong vài giây rồi tự động reset về 0 bảng giá phải trả - đây chính là thao tác nhậptrước số đếm cho mạch Xăng được bơm ứng với tín hiệu xung vào và có mạch đếm

để hiển thị số tiền tương ứng với số xăng đã được bơm – đây là khối đếm lên Khi

số tiền đếm bằng số tiền nhập vào trước thì ngưng việc bơm xăng thông qua khối sosánh Khi nhân viên cất lại cần bơm xăng tương ứng với việc nhấn nút reset lạimạch và trả về 0 trên bảng hiển thị Đây là một trong số những ứng dụng thực tiễncủa mạch đếm sản phẩm có đặt trước số đếm

 Trong dây chuyền sản xuất sản phẩm công nghiệp, sản phẩm chạy trên băngchuyền cắt ngang tín hiệu thu phát hồng ngoại hay cảm biến hồng ngoại tạo xungđiện Xung điện được đưa vào khối đếm và sau đó hiển thị số sản phẩm Cũng cóthể hệ thống liên kết với máy tính và tự động lưu trữ dữ liệu vào máy tính Nếumuốn làm ra với một số lượng sản phẩm nhất định thì có thể tạo khối đặt trước sốđếm

 “ Mạch đếm sản phẩm ” cũng được ứng dụng trong máy đếm tiền Khi tiềnđược thả vào khay sẽ được cuốn vào máy bằng các bánh răng và đệm cao su, tiền sẽ

được chạy qua một con mắt điện tử là mắt đếm, mắt này sẽ thống kê được lượngtiền chạy qua rồi đưa lên bảng điện tử hiển thị.

Để hoàn chỉnh mạch đếm sản phẩm có đặt trước số đếm cần thiết kế các khốisau: khối nguồn 5V,khối thu phát hồng ngoại, khối đếm, khối đặt trước số đếm,khối so sánh, khối hiển thị

Phương án thực hiện:

 Dùng Led thu và Led phát hồng ngoại Việc dùng Led phát và thu hồng ngoại

có nhiều nhược điểm Hạn chế nhược điểm của khối thu phát hồng ngoại khidùng Led phát và Led thu là mạch tạo dao động xung trước Led phát để tăng tần

số cho Led phát

 Dùng cảm biến ( gồm cả phần phát và thu), phần phát thường dùng laser vì cótính định hướng cao và ổn định, để phát ra ánh sáng mục đích chống nhiễu so vớicác loại ánh sáng khác và chính xác hơn Phần thu là transistor quang để thu ánhsánh hồng ngoại

- Các chân A , B , C , D là các chân để điều khiển giá trị bắt đầu đếm.

- Chân DOWN là chân khi có xung kích vào thì giá trị ra được đếm xuống

- Chân UP là chân khi có xung kích vào thì giá trị ra được đếm lên.

- Chân VCC là chân cấp nguồn còn chân GND là chân nối mass

- Chân CO\ và chân BO\ dùng để liên kết với IC 74192 khác để đếm được giá trịcao hơn

- Chân CLR dùng để xóa giá trị về 0

1.2 IC 74247

Hình ảnh thực tế IC 74247

Sơ đồ chân IC 74247 Bảng trạng thái IC 74247

Sơ đồ chân IC 74247 Bảng thông số IC 74247

- Chân 1, 2, 6, 7: chân dữ liệu BCD vào: chân 7 = 20, chân 1 = 21, chân 2= 22, chân6=23

- Chân 13, 12, 11, 10, 9, 15, 14: các chân ra tác động mức thấp, tương ứng với cácđoạn a, b, c, d, e, f, g, f trên led 7 đoạn

- Chân 8:chân nối GND

- Chân 16: chân nối VCC

- Chân 4: gồm ngõ vào xóa BI được để không hay nối VCC cho hoạt động giải mãbình thường Khi nối BI ở mức thấp, các ngỏ ra đều tắt bất chấp trạng thái của ngỏvào

- Chân 5: ngõ vào xóa gợn sóng RBI được nối lên VCC hay để không khi khôngdùng để xóa số 0 vô nghĩa( số 0 trước số có nghĩa hay số 0 thừa bên trái dấu chấmthập phân…)

- Chân 3: là chân ngõ vào dùng để kiểm tra led, khi nối mức thấp thi các led đềusáng bất chấp ngõ vào dữ liệu

1.3 IC 7485

Hình ảnh thực tế IC 7485

Sơ đồ chân IC 7485

Bảng trạng thái IC 7485

 Để có thể đặt trước được giá trị đếm tối đa ta cần phải có sự so sánh giữa giá trịđếm trong mạch và giá trị cần đặt trước IC74LS85 là một trong những IC thực hiệnchức năng so sánh đó

- Chân 16 : cấp nguôn VCC

- Chân 8 : nối mass

- Các chân 10 , 12 , 13 , 15 là các chân

tương ứng với 4 bit A0 , A1 , A2 , A3

- Các chân 9 , 11 ,14 ,1 là các chân tương

ứng với 4 bit B0 , B1 , B2 , B3

- Các chân 4,3,2 là các chân tương ứng 3

đầu vào mở rộng IA> B, IA <B ,IA = B.

Hình ảnh thực tế Led 7 đoạn Sơ đồ chân Led 7 đoạn

- Led 7 đoạn dùng hiển thị các số từ 0 đến 9, đèn gồm 7 đoạn a, b, c, d, e, f, g và mộtdấu chấm

- Khi tổ hợp các đoạn cháy sáng sẽ tạo được một con số thập phân từ 0 -9

 Loại Anot chung : là đầu anot của các

Led được nối chung lại với nhau và được

1.5 IC 555

 IC 555 được dùng trong mạch để tạo xung

đơn ổn

+ Điện áp đầu vào : 5 - 15V

+ Dòng điện cung cấp : 6mA - 15mA

+ Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V

+ Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 - 0.06V

+ Công suất lớn nhất là : 600mW

Cấu tạo trong IC 555

 Chức năng của các chân trong IC 555:

- Chân số 1 (GND ): Nối GND

- Chân số 2 (TRIGGER ): Được dùng như 1 chân chốt

- Chân số 3 (OUTPUT ): Chân dùng để lấy tín hiệu ra logic

- Chân số 4 (RESET ): Dùng lập định mức trạng thái ra

- Chân số 5 (CONTROL VOLTAGE): Để giảm nhiễu nối chân số 5 xuống GNDqua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF, lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn ổn định

- Chân số 6 (THRESHOLD ): Được dùng như 1 chân chốt

- Chân số 7 (DISCHAGER ): Khi chân 3 ở mức áp thấp thì chân này khóa lại

- Chân số 8 (VCC ): Cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động

1.6 LM 7805

+ Chân số 1 (Input ): Chân nối với nguồn đã chỉnh lưu nguồn vào từ 5V đến 18V.+ Chân số 2 (Mass ): Nối GND

+ Chân số 3 (Output ): Ngõ ra đã được ổn áp là 5V

 Thông số cơ bản:

- Dòng cực đại có thể duy trì 1A

- Dòng đỉnh 2.2A

- Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W

- Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W

1.7 Led thu – phát hồng ngoại

 Khi Led thu không nhận được tín hiệu từ Led

phát, điện trở của Led thu rất lớn, V2>V3 => lối

ra điện áp bằng 0, khi Led thu nhận được tín hiệu

từ Led phát, điện trở của Led thu giảm xuống

mạnh (sự giảm đó phụ thuộc vào cường độ Led

phát), khi đó V2<V3=>lối ra điện áp bằng 5V

Hình ảnh thực tế Led thu - phát 1.8 C1815

Hình ảnh thực tế C1815 Cấu tạo chân C1815

 C1815 hoạt động như một công tắt bán dẫn, khi chưa có mức cao tác động thìC1815 ngưng hoạt động, làm cho dòng không thể chạy từ nguồn qua tải xuống massnên mạch không hoạt động, khi có mức cao tác động vào chân B(base) thì dòng chạy

từ nguồn qua tải về mass tạo thành mạch kín và hoạt động

 Đối với chức năng so sánh thì ICLM741 thực

hiện như sau :

 Nếu V+ > V- thì Vout = 1

 Nếu V+ < V- thì Vout = 0

SVTH: Tr n Th H o - 12341132 ần Thị Hảo - 12341132 ị Hảo - 12341132 ảo - 12341132 18

SVTH: Tr n Th H o - 12341132 ần Thị Hảo - 12341132 ị Hảo - 12341132 ảo - 12341132 20

Chương 2 THIẾT KẾ

2.1 Sơ đồ khối

2.1.1 Sơ đồ khối

2.1.2 Nguyên tắc hoạt động

ngoại liên tục khi có sản phẩm qua thì ánh sáng hồng ngoại giữa 2 Led bịchặn làm thay đổi điện áp Sự thay đổi điện áp ứng với tạo 1 xung điện

xung ( tăng 1 khi điện áp đổi từ 0V sang 5V )

xung điện cấp vào khối đếm và hiển thị kết quả đếm qua Led 7 đoạn sau khiqua khối giải mã

2.2 Thiết kế

2.2.1 Khối nguồn

 Mạch nguồn tạo dòng ra 5V ổn định khi ngỏ vào 12V AC

2.2.2 Khối thu phát hồng ngoại

 Khi chưa có vật đi qua thì led thu sẽ dẫn vì được chiếu sáng bởi led phát khi ledthu dẫn thì điện áp chân (-) > chân (+) của IC LM741 làm cho ngõ ra Vout= 0, khiVout= 0 thi transistor không dẫn thì ngõ ra out = 1

Khi có vật đi qua thì Led thu sẽ ngưng dẫn vì bị khuất ánh sáng của Led phát khiLed thu ngưng dẫn thì điện áp chân (+) > chân (-) của IC LM741 làm cho ngõ raVout= 1, khi Vout= 1 thì Transistor không dẫn thì ngõ ra out = 0

 Cứ như vậy sẽ tạo được xung đếm cho mạch

2.2.3 Khối đếm

- Khi có xung đếm vào IC đếm hàng đơn vị thì IC sẽ đếm từ 0 đến 9 theo mã nhịphân và được đưa đến IC giải mã 74LS247 để giải mã và hiển thị ra led 7 đoạn

- Khi IC 74192 hàng đơn vị đếm đến 10 thì tự động kích chân 12 1 xung điện ứngvới chân 5 của IC 74192 hàng chục được kích đếm lên 1

 Mạch sẽ đếm từ 00 → 99, khi tới giá trị bất nào ta đặt trước mạch tự động quay

về giá trị 00 và đếm lên tiếp

2.2.4 Khối so sánh

- Khi ta đặt trước giá trị đếm tối đa thì : Xét IC so sánh 74LS85 hàng chục : khigiá trị đặt trước hàng chục bằng giá trị đếm

hàng chục thì ngõ ra IC74LS85 hàng chục

sẽ lên 1 và sẽ được nối với ngỏ vào IC so

sánh hàng đơn vị , khi giá trị đặt trước hàng

đơn vị bằng giá trị đếm hàng đơn vị thì ngõ

ra IC74LS85 hàng đơn vị sẽ lên 1 và Led

sáng Khi đếm lên lớn hơn giá trị đặt vào thì

tự động Reset về 00 và đếm lên tiếp

2.2.5 Khối đặt trước số đếm

- Xung đếm và xung cắt được nối vào cổng AND khi giá trị đặt trước và giá trịđếm khác nhau thì xung cắt =1 (qua cổng NOT ) do vậy cổng AND chỉ phụ thuộcvào xung đếm khi giai trị đặt trước và giá trị đếm bằng nhau thì xung cắt =0 lúcnày ngõ ra của cổng AND luôn luôn =0 nên mạch đếm không đếm được nủa.

2.2.6 Khối giải mã và hiển thị

 Khi có xung đếm vào IC đếm hàng đơn vị thì IC sẽ đếm từ 0 đến 9 theo mã nhị phân và được đưa đến IC giải mã 74LS247 để giải mã và hiển thị ra led 7 đoạn

2.3 Sơ đồ nguyên lý

2.3.1 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

2.3.2 Nguyên lý hoạt động toàn mạch

Mạch đếm sản phẩm sẽ đếm số sản phẩm đi qua bằng phương pháp đếm xung.Mỗi sản phẩm đi qua trên băng chuyền sẽ chắn ngang quá trình thu và phát hồngngoại của Led thu – Led phát tạo một xung điện, xung điện này đi vào khối đếm và

được đếm tăng 1 đơn vị sản phẩm nhờ IC 74192 Sau đó hiển thị số đếm thông qualed 7 đoạn nhờ IC 74247 giải mã Để đặt trước một số đếm bất kỳ ta tác động xungvào phần mạch hiển thị số đếm trước qua nút nhấn và hiển thị ra led 7 đoạn Số đếmtrong phần mạch đếm sẽ được so sánh với số đặt trước trong phần mạch đặt trước sốđếm qua IC 7485, khi 2 giá trị đếm được và số đặt trước bằng nhau thì mạch tự độngReset về 00 ở khối đếm lên sau đó tiếp tục đếm khi có sản phẩm qua Khi đếm đếngiá trị đặt trước mạch có khối hiển thị đèn led sáng.

Chương 3 THI CÔNG

3.1 Sơ đồ mạch in

Khối nguồn Khối thu phát hồng ngoại

Khối so sánh

3.2 Sơ đồ đặt linh kiện

Khối so sánh

3.3 Quá trình lắp ráp và cân chỉnh mạch

Khối so sánh Khối thu phát hồng ngoại

Mạch đếm sản phẩm có đặt trước số đếm” Thực hiện đúng yêu cầu Thầy hướngdẫn đề ra:

 Mạch đếm lên khi có sản phẩm qua

 Dừng dây chuyền sản xuất khi đếm đến 1 số lượng sản phẩm đặt trước

 Dùng cảm biến hồng ngoại để thay thế cho khối thu phát hồng ngoại sử dụngLed thu phát…

Phần 4 PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 PGS.TS Nguyễn Hữu Phương - Sách “Mạch số” – NXB Thống Kê – 2004 –trang 297/ trang 317 / trang 328 / trang 368 – 374.