BBài báo cáo LED 7 THANH đếm thuận nghịch

Đây là một IC giải mã , nó làm nhiệm vụ giải mã từ mã nhị phân logic (dạng 0,1) sang mã của led 7 vạch để xuất ra led 7 vạch .về cấu tạo nó là một tập hợp các mạch tổ hợp gồm cách linh kiện số logic như các cổng and , or ,..việc thiết kế một mạch như vậy không hẳn là quá khó ,chỉ cần xây dựng mạch tổ hợp lả chúng ta hoàn toàn có thể làm được ,nhưng điều đó khiến chúng ta mất thời gian ,không đảm bảo chất lượng sử dụng , =>dùng IC tích hợp cho tiện . Chúng ta tìm hiểu sơ đồ chân của nó như sau :Chú ý là loại này dùng cho seg 7 vạch loại cathot chung có nghĩa là tất cả cathot của led nốí chung với nhau và nối với đất ,như vậy dữ liệu đẩy vào led sẽ tích cực ở mức cao tức là mức 1 thì mới làm led sáng .

Bộ Giaó Dục Và Đào Tạo

KHOA: ĐIỆN, ĐIỆN TỬ - CƠ KHÍ - XÂY DỰNG



BÀI BÁO CÁO THỰC HÀNH KĨ THUẬT SỐ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH IC SỐ ĐẾM THUẬN NGHỊCH

 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : TH.S NGUYỄN XUÂN TOẠI

 CÁC SINH VIÊN THỰC HIỆN : [ NHÓM 3]

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

-

-

-

-

-

Ngày Tháng… Năm…… Chữ Ký GVHD

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, khái niệm kĩ thuật số đã trở thành quen thuộc với khá nhiều người, bởi vì sự phát triển của ngành kĩ thuật số này đã có ảnh hưởng rất lớn với nền kinh tế toàn cầu Có người đã nêu lên ý tưởng gọi nền kinh tế của thời đại chúng ta là “nền kinh tế kĩ thuật số” , ‘số hóa’ đã gần như vượt khỏi ranh giới của một thuật ngữ kĩ thuật Nhờ có ưu điểm của xử lí số như độ tin cậy trong truyền dẫn, tính đa thích nghi và kinh tế của nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi trong điều khiển và khai thác mạng

Số hóa đang là xu hướng phát triển tất yếu của nhiều lĩnh vực và kinh tế khác nhau Không chỉ trong lĩnh vực thông tin liên lạc và tin học Ngày nay, kĩ thuật số đã và đang thâm nhập mạnh mẽ vào kĩ thuật điện tử, điều khiển tự động, phát thanh truyền hình, y tế, nông nghiệp… , và ngay cả trong các dụng cụ gia đình

Ngày từ những ngày đầu khai sinh, kĩ thuật số nói riêng và ngành điện tử nói chung đã tạo ra nhiều bước đột phá mới mẽ cho các ngành kinh tế khác và còn đảm bảo được yêu cầu của con người dùng cả về chất lượng và dịch vụ Đồng thời kiến thức về kĩ thuật số là không thể thiếu với mỗi sinh viên, nhất là sinh viên điện

tử

Công nghệ kĩ thuật số có nhiều ứng dụng rộng rãi trong thực tế, với nhiều những ứng dụng rất tiện ích sử dụng trong kĩ thuật, trong đời sống, trong công nghiệp ở các nhà máy và xí nghiệp sản xuất … và cả những tiện nghi trong ngôi nhà chúng ta Một trong những ứng dụng tiện ích của kĩ thuật số đó là chức năng đếm với các mạch đếm sản phẩm, đếm số người vào phòng, thang máy hay đếm xe

ra vào cổng… đó đều là những ứng dụng rất thực tế Và trong bài tập này em đã được nghiên cứu về mạch đếm thuận nghịch

Bài báo cáo này được tìm kiếm từ nhiều nguồn khác nhau như: sách chuyên ngành, internet… Và đó là những kiến thức còn hạn hẹp, nên trong quá trình thực hiện bài báo cáo này em không thể tránh khỏi những sai sót và đề tài chưa được phát triển một cách hoàn hảo Mong quý Thầy bỏ qua và có hướng giúp

đỡ để em có thể hoàn chỉnh kiến thức của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

Mục Lục

Trang

Lời nói đầu:……… 03

PHẦN 1: VẤN ĐỀ ĐẶT RA……… 05

PHẦN 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN……… 06

2.1/ Các Linh kiện trong mạch………

2.2/Sơ đồ mạch ………

PHẦN 3: PHÂN TÍCH MẠCH ĐẾM THUẬN NGHỊCH……… 09

3.1/ Khối tạo xung vuông IC 555 ………

3.2/Khối giải mã IC 4511………

3.3/ Khối xử lý IC 4510………

3.4/ Điện Trở………

3.5/ Tụ điện………

3.6/ Led………

3.7/ Led 7 đoạn………

3.8/ Biến trở ………

3.9/ Công tắc 3 cực………

3.10/ Nút nhấn………

PHẦN 4: NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG MẠCH ĐẾM THUẬN NGHỊCH….17 4.1 /Nguyên tắc hoạt động của mạch………

4.2/ Mạch in sau khi vẽ………

PHẦN 5: KẾT LUẬN……… 21

5.1/ Ưu điểm, nhược điểm………

5.1.1 Ưu điểm………

5.1.2 Nhược điểm………

5.2 /Hướng phát triển ………

5.3/ Kết Luận………

TÀI LIỆU THAM KHẢO………

PHẦN 1: VẤN ĐỀ ĐẶT RA

1.1 Tính cấp thiết của đề tài:

 Hiện nay là thời đại khoa học kĩ thuật phất triển, các nhà máy xí nghiệp sản xuất sản phẩm của mình trên các băng chuyền hiện đại, sảm phẩm xuất ra rất nhanh và nhiều vì vậy đếm xem có bao nhiêu sản phẩm hoàn tất xuất ra từ băng chuyền cuối cùng thì người công nhân khó có thể thực hiện chính xác được Vì vậy mạch đếm sẽ giúp ta kiểm soát được sản lượng cho ra tại mỗi băng chuyền Không chỉ vậy, hệ thống đếm còn giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo được độ chính xác cao

1.2 Mục đích, yêu cầu đề tài:

 Mục đích của mạch đếm là giúp cho nhà máy đếm được số lượng srn phẩm hay sso người người ra vào… Tùy vào mục đích sử dụng, như vậy sẽ không tốn nhiều công sức lao động của con người

 Yêu cầu của mạch đếm là phải chạy một cách chính xác, ổn định, gọn nhẹ

dễ lắp đặt, dễ sữa chữa và rẻ tiền

 - Với mạch này ,không sử dụng vi điều khiển vì dùng vi điều khiển chúng

ta chỉ cần viết một đoạn code là đơn giản vấn đề là chúng ta không sử dụng vi điều khiển mà tạo được một mạch đếm tiện lợi và hoạt động tốt

- Sử dụng những linh kiện đơn giản ,dễ tìm kiếm và thịnh hành trên thị trường cũng những tiện cho việc nghiên cứu phân tích mạch

- Mạch thiết kế tối ưu đơn giản để các bạn sinh viên đều có thể làm được ,khi thiết kế xong thì đảm bảo tính ổn định chạy bền bỉ lâu dài

PHẦN 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN 2.1/ Các Linh kiện trong mạch :

 IC NE 555 dùng tạo dao động

 Điện trở 10k & 100 Ω

 Tụ điện (0.1 uF tụ thường) ,(100uF phân cực )

 Công tắc 3 cực

2.2/Sơ đồ mạch :

Hình 1: Mạch sơ đồ nguyên lí

Mạch nguyên lý được vẽ trên Protues nên khi thiết kế mạch cần cấp nguồn vào các

IC do nhiều IC trong Protues đã mặc định cấp nguồn nên khi thiết kế mạch cần chú

ý điều này nhưng khi sang PCB trong Protues lại đầy đủ

PHẦN 3: PHÂN TÍCH MẠCH ĐẾM THUẬN NGHỊCH 3.1/ Khối tạo xung vuông IC 555 :

Hình 2: Mạch IC 555

- IC 555 là một Ic tạo xung rất đa năng Tạo xung vuông rất đơn giản

+ 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 một trong những chân đầu vào so sánh điện áp

khác và cũng được dùng như 1 chân chốt

+ 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 áp thấp 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): Không cần nói cũng bít đó là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động Không có chân này coi như IC chết Nó được cấp điện áp từ 2V >18V (Tùy từng loại 555 nhé thấp nhất là con NE7555)

• Tần số được tính như sau :

f = 1/(ln2.C.(R1 + 2R2))

C2 là tụ nối với chân số 5

R2 là chân giữa chân 7 và chân

- Đây là một IC giải mã , nó làm nhiệm vụ giải mã từ mã nhị phân logic (dạng 0,1) sang mã của led 7 vạch để xuất ra led 7 vạch về cấu tạo nó là một tập hợp các mạch tổ hợp gồm cách linh kiện số logic như các cổng and , or , việc thiết kế một mạch như vậy không hẳn là quá khó ,chỉ cần xây dựng mạch tổ hợp lả chúng ta hoàn toàn có thể làm được ,nhưng điều đó khiến chúng ta mất thời gian ,không đảm

bảo chất lượng sử dụng , =>dùng IC tích hợp cho tiện

- Chúng ta tìm hiểu sơ đồ chân của nó như sau :

-Chú ý là loại này dùng cho seg 7 vạch loại cathot chung có nghĩa là tất cả cathot của led nốí chung với nhau và nối với đất ,như vậy dữ liệu đẩy vào led sẽ tích cực ở mức cao tức là mức 1 thì mới làm led sáng

- 4511 Có 16 chân

- Chân 16 luôn là chân nối với nguồn dương (5 v ), chân số 8 nối với đất

- Chân 1,2,7,6 là chân đưa dữ liệu đầu vào ,chúng ta có thể chọn dữ liệu loại này là

dữ liệu logic tức là dạng 1,0,1,0…

- 7 chân đầu ra là chân 9 ,10,11,12,13,14,15.sẽ xuất ra dữ liệu của dạng 7 vạch

- Chân số 5 là chân dùng để điều khỉên tế bào nhớ ,chần này = 0 thì IC hoạt động bình thường , còn = 1 thì dữ nguyên trạng thái ở các đầu ra ,và dữ cho đến khi nó trở về chân này được chuyển về 0 thì đầu ra lại tiếp tục hoạt động (nếu hiểu sâu sa thì chúng ta hiểu khi IC hoạt động thì dữ liệu tại đầu ra sẽ luân phiên nhau được nhớ trong tế bào 4 bít ,vậy khi chân số 5 này ở mức 0 giả sự gọi là đóng cửa thì IC hoạt động bình thường không vấn đề gì ,nhưng khi nó = 1 tức là mở cửa thì dữ liệu trong tế bào nhớ trào ra và đẩy liên tục vào cửa ra nên giữ tại đầu ra một mức dữ liệu cố định )

- Trong sơ đồ mạch chúng ta nối nó với đất

- Chân số 3 nếu =0 thì tất cả đầu ra sẽ là mức logic 1.(dùng kiểm tra led 7 đoạn ,bất chấp đầu vào là thế nào )

- Chân số 4 thì có tác dụng ngược lại chân số 3

3.3/ Khối xử lý IC 4510:

Hình 4: IC số 4510

4 Chân đầu ra là 4 chân 2,6,11,14

- Chân 16 nối với dương nguồn ,chân số 8 nối với âm nguồn

- Chân số 1 với chân số 9 nối đất để tích cực mức 0 để Ic mới hoạt động

- Chân số 15 là chân đầu vào để chúng ta đưa xung vào

Chân số 5 là chân Cary in , chân này=0 thì Ic hoạt động , còn khi để hở ,thì nó sẽ giữ nguyên trạng thái của dữ liệu đầu ra

- Chân 3,4,12,13 là dùng cho ứng dụng khác , trong phần này chúng ta chưa cần nói đến

- Chân số 10 là chân dùng để đảo trạng thái đầu ra khi nó luân phiên tích cực mức thấp và mức cao

3.4/ Điện Trở:

Hình 5: Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử

Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý

trong đó:

 Ứng dụng : Điện trở được dùng để chế tạo ra dịch mức điện áp giữa 2 điểm khác nhau của mạch

3.5/ Tụ điện:

Hình 6: Hình dạng của tụ điện trong thiết bị điện tử

Ký hiệu của tụ điện trên các sơ đồ nguyên lý

trường của tụ điện Khi chênh lệch điện thế trên hai bề mặt là điện thế xoay chiều,

mạch điện xoay chiều

3.6/ Led:

Hình 7: Hình dạng của led trong thiết bị điện tử

Ký hiệu của led trên các sơ đồ nguyên lý

Led là một dạng diode phát quang, khi phân cực thuận thì led phát sáng, khi phân cực ngược thì led không phát sáng

3.7/ Led 7 đoạn :

Hình 8: Hình dạng của led 7 đoạn trong thiết bị điện tử

Ký hiệu các chân led 7 đoạn

LED 7 đoạn hay LED 7 thanh (Seven Segment display) là 1 linh kiện rất phổ dụng , được dùng như là 1 công cụ hiển thị đơn giản nhất

Trong LED 7 thanh bao gồm ít nhất là 7 con LED mắc lại với nhau , vì vậy mà có tên là LED 7 đoạn là vậy ,7 LED đơn được mắc sao cho nó có thể hiển thị được các

số từ 0 - 9 , và 1 vài chữ cái thông dụng, để phân cách thì người ta còn dùng thêm 1 led đơn để hiển thị dấu chấm (dot)

Các led đơn lần lượt được gọi tên theo chữ cái A- B -C-D-E-F-G, và dấu chấm dot

Như vậy nếu như muốn hiển thị ký tự nào thì ta chỉ cần cấp nguồn vào chân đó là led sẽ sáng như mong muốn

3.8/ Biến trở :

Hình 9: Hình dạng của led 7 đoạn trong thiết bị điện tử

Ký hiệu của biến trở trên các sơ đồ nguyên lý

có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dây dẫn

3.9/ Công tắc 3 cực:

Hình 10: Hình dạng của công tắc 3 cực trong thiết bị điện tử

Ký hiệu của công tắc 3 cực trên các sơ đồ nguyên lý

3.10/ Nút nhấn:

Hình 11: Hình dạng nút nhấn trong thiết bị điện tử

Ký hiệu của nút nhấn trên các sơ đồ nguyên lý

PHẦN 4: NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG MẠCH ĐẾM THUẬN NGHỊCH 4.1 /Nguyên tắc hoạt động của mạch:

- Sau khi đã tìm hiểu được về cơ bản các khối ,chúng ta tiến tới việc láp ráp

và phân tích toàn bộ sơ đồ mạch điện

Hình 12: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của mạch đếm

-Về biên độ ,chúng ta có thể sử dụng mức ,khi tạo ra xung ,chúng ta sẽ

có xung 2 mức với mức tích thấp là 0 v ,và mức tích cực cao sẽ là # 0v (có thể trên dưới 5 v)

-Sau khi đã tạo được xung tại đầu ra chân số 3 ,chúng ta đưa nó vào chân clock , chân số 15 của IC 4510

- Nhìn vào mạch điện chúng ta thấy chân số 10 của IC được nối với một chuyển mạch ,chuyển mạch này được nối với 2 mức là 5 v và 0 vôn

- Chân số 5 được nối với một button và sau đó là tiến về đất

 Vậy chúng ta cùng phân tích :

- Khi chúng ta chuyển switch sang vị trí ground (0 v), và đóng button ,thì lúc này IC bắt đầu hoạt động ,đầu vào của IC là dạng xung 2 mức ,1-0-1-0-1-0……

Thì lúc này 4 bít tại đầu ra sẽ đếm tăng dần từ 0 cho đến 9 , tức là tại 4 chân đầu ra nó tạo một mã nhị BCD và tăng dần giá trị từ 0, đến 9.và chân số 2 là chân MSB , chân số 6 là chân LSB

4 chân này được đưa vào IC giải mã từ BCD sang 7 vạch Và với mỗi giá trị tăng dần của đầu vào theo mã BCD thì seg 7 vạch sẽ hiện ra con số tương ứng với giá trị dạng thập phân

Ví dụ đầu vào là 0011 thì seg 7 vạch hiện là só 3

- Trong khối này chân số 5 được giữ cố định ở mức 0 để hoạt động bình thường

Hình 13: Nguyên lí hoạt động của mạch tạo xung IC 555 -Chân số 3 và số 4 được nối với nguồn 5 v Tại sao ?

+ Nếu chân 3 =0 còn chân 4 =0 , đầu ra ưu tiên chốt ở giá trị 1

+Nếu nối chân số 3 = 0 còn chân 4 = 1 Đầu ra tiếp tục được chốt ở 1 + chân 4 bằng =1 chân 3 không nối thi lúc này IC được tích cực , có nghĩa chung ta hiểu như là IC được mở khóa và đầu ra không bị chốt gì cả - đầy là

1 trường hợp có thể chọn

+ chân 4 =1 chân 3 = 0 thì lại giống như trên

+ chân 4 =1 , chân 3 =1 thì đầu ra của Ic không hề bị chốt mà được tích cực hoàn toàn – nghĩa là các chân đầu ra của IC hoàn toàn được xuất ra dữ liệu -vậy trong 2 trường hợp chúng ta có thể chọn trường hợp số 1 hay 2 là tùy ý

Hình 14: Nguyên lí hoạt động của mạch

Một vấn đề nữa đó là chân số 10 của IC 4510 , thực chất nó như là một công tắc đảo dữ liệu

Khi nó = 0 thì nó sẽ đếm ngược , tức là đầu ra của nó đạt giá trị cao nhất và bắt đầu giảm dần giá trị

Ngược lại khi nó ở mức 1 thì nó sẽ đẩy giá trị thấp nhất ở đầu ra và tăng dần giá trị

- Một câu hỏi đặt ra là khi chúng ta đạng chạy mạch mà chuyển công tắc chuyển mạch thì điều gì xảy ra thì lúc này nhiệm vụ của nó là xác định xem chuyển mạch trên là tăng hay giảm ,nếu chuyển mạch trên là tăng thì khi chuyển xuống chuyển mạch này nó xác định giá trị đang hiện thị và giảm đi

- Ngoài ra một vấn đề khác đó là khi mạch đang chạy ,chúng ta nhả nút bấm ra thì sao thì lúc này mạch sẽ giữ nguyên trạng thái

Sau khi thiết kế xong được mạch nguyên lý ,các bạn có thể sử dụng và mạch in Quá trình vẽ mạch in bằng proteus

4.2/ Mạch in sau khi vẽ :

Hình 14: Mạch in sau khi vẽ

PHẦN 5: KẾT LUẬN 5.1/ Ưu điểm, nhược điểm:

5.1.1 Ưu điểm:

- Sau 3 tuần thực hiện làm bài tập kĩ thuật số về đề tài : “ Mạch đém thuận nghịch” chúng em đã đạt được một số kết quả sau:

- Số đêm chính xác, hiển thị rõ ràng

- Mạch điện không quá phức tạp, đảm bảo sự an toàn , dễ sử dụng

- Gía thành không quá đắt

- Nếu giả sử chúng ta tách 1 nhanh xung tại đầu ra ở bộ ic 5555 cho sang một hệ thống mạch tương tự vấn đề là chúng ta sẽ giữ làm sao seg của khu mạch này được giữ ở mức 0 trong khi seg trên chưa đếm hết đến 9.vậy khi đếm đến 9 chúng ta thiết

kế sao cho hệ thống thứ 2 mở chế độ chạy để đếm lên 1 và lại giữ nguyên ở mức đó bằng cách nào ? vấn đề này xin dành cho các bạn đọc ,các bạn sinh thể hiện ý tưởng sáng tạo độc đáo cuả mình

Chúng Em Chân thành Cảm Ơn!