Đồ Án 2 Mạch Đếm Sản Phẩm

LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển không ngừng khoa học kĩ thuật, làm cho sống ngày nâng cao mặt sinh hoạt hàng ngày sản xuất Với xu hướng tự động hoá mục tiêu tăng suất lao động nhiều thiết bị máy móc mạch điện tử nghiên cứu ứng dụng thực tế sản xuất Với đời mạch điện tử làm tăng đáng kể suất lao động làm giảm sức lao động người trình sản xuất Trong đồ án em xin giới thiệu mạch điện tử ứng dụng nhiều thực tế mạch đếm sản phẩm Mạch điện tử có độ xác cao dễ sử dụng, thay cho công nhân đứng máy nâng cao suất lao động tăng hiệu suất làm việc máy móc Với mong muốn ứng dụng kiến thức học điện tử số nội dung kiến thức khác, em lựa chọn đề tài “Thiết Kế Chế Tạo Mạch Đếm Sản Phẩm Bằng Thu Phát Hồng Ngoại” nhằm nắm bắt rõ hệ thống này, kiểm chứng kiến thức lý thuyết học Mạch đếm hệ thống đếm đơn giản, sử dụng tia hồng ngoại đếm tốc độ cao, khả tin cậy chấp nhận Mặc dù cố gắng để hoàn thành đồ án, chắn không tránh khỏi sai sót Em mong nhận ý kiến đóng góp thầy, cô bạn để đề tài hoàn thiện CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan mạch đếm sản phẩm thu phát hồng ngoại Mạch đếm sản phẩm thu phát hồng ngoại mạch điện tử dựa phương pháp nghiên cứu phân tích đặc tính chức linh kiện điện tử, nguyên lý làm việc IC áp dụng kiến thức học với hướng dẫn giáo viên phụ trách để nghiên cứu xây dựng nên mạch có chức đếm sản phẩm hoạt động tốt ổn định với yêu cầu đề tài, thay cho công nhân đứng máy nâng cao suất lao động tăng hiệu suất làm việc máy móc Mạch đếm sản phẩm thu phát hồng ngoại phát triển để ứng dụng vào lĩnh vực khác như: đếm số lượng người vào siêu thị, khách sạn, nhà hàng … 1.2 Sơ đồ khối mạch đếm sản phẩm thu phát hồng ngoại Khối tạo xung Khối giải mã Khối đếm Khối hiển thị Trong đó: - Khối tạo xung: phát thu tín hiệu hồng ngoại tạo xung clock cho khối đếm - Khối đếm: Nhận xung clock từ khối tạo xung tiến hành trình đếm, đồng thời xuất giá trị mã BCD chuyển đến khối giải mã - Khối giải mã: Nhận giá trị BCD từ khối đếm chuyển đổi thành giá trị LED đoạn chuyển đến khối hiển thị - Khổi hiển thị: Nhận giá trị chuyển đổi từ khối giải mã hiển thị Trong đồ án thiết kế hệ thống mạch này, toán đặt phải thiết kế mạch ứng dụng đếm sản phẩm thu phát hồng ngoại chạy cách xác, mạch chạy ổn định, gọn nhẹ, dễ lắp đặt, dễ sữa chữa có hỏng hóc giá thành rẻ Mạch thiết kế, mô vẽ mạch in phần mềm ISIS (PROTEUS ) Các linh kiện sử dụng mạch bao gồm: IC 74LS192, IC 74LS47, IC NE555, led đoạn Anode chung, led hồng ngoại, nút bấm, transistor, điện trở, dây nối giắc cắm 1.3 Các linh kiện sử dụng mạch 1.3.1 IC đếm BCD 74LS192 a cấu tạo bên Hình 1.1 Cấu tạo bên IC 74LS192 b sơ đồ chân chức Hình 1.2 Sơ đồ chân IC P0, P1, P2, P3 (15, 1, 10, 9): Các đầu vào đặt trước liệu Q0, Q1, Q2, Q3 (3, 2, 6, 7): Các đầu nhị phân đếm BCD PL (11): Đầu vào cho phép đặt liệu mức tích cực thấp MR (14): Đầu vào xóa liệu đầu 0000, hoạt động mức tích cực cao CPU, CPD (4, 5): Đầu vào cho phép đếm thuận,đếm nghịch TCU,TCD (12, 13): Tín hiệu đếm đếm thuận, đếm nghịch GND (8): Nối mass VCC (16): Nối nguồn cấp dòng áp 1.3.2 IC giải mã 74LS47 Mạch giải mã sử dụng phổ biến dùng để hiển thị kết dạng chữ số Do có nhiều loại đèn hiển thị nhiều loại mã số khác nên có nhiều mạch giải mã khác IC 74LS47 loại IC giải mã BCD sang led đoạn Mạch giải mã BCD sang led đoạn mạch giải mã phức tạp mạch phải cho nhiều ngõ lên cao xuống thấp (tùy vào loại đèn led anode chung catot chung) để làm đèn sáng lên số ký tự IC 74LS47 loại IC tác động mức thấp có ngõ cực thu để hở khả nhận dòng đủ cao để thúc trực tiếp vào đèn led đoạn loại anode chung Hình 1.3 Hình dạng, sơ đồ chân IC 74LS47 Đây IC giải mã từ BCD sang LED đoạn với chân đầu vào chân đầu với chức chân sau: - Chân 1,2,6,7: Chân liệu BCD vào liệu lấy từ IC đếm - Chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15: Các chân tác động mức thấp nối với LED - Chân :là chân nối đất GND - Chân 16: Chân nối nguồn 5V - Chân 4: Chân nối lên Vcc - Chân 5: Ngõ vào xóa gợn sóng RBI để không hay nối lên cao không dùng để xóa số (số trước số có nghĩa hay số thừa bên trái dấu chấm thập phân) - Chân 3: Chân nối lên nguồn Vcc Bảng 1.1 Bảng tóm tắt hoạt động 74LS47 Số thấy Ghi D C B A 1 1 1 X X X X X X 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 10 11 12 13 14 15 BI RBI LT 1 1 1 1 1 X X X X X X X X X X X X X 0 1 1 1 1 X X 1 0 0 1 1 X X 1 0 1 0 1 X X 1 1 X X 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 Nhận thấy ngõ mạch giải mã tác động mức thấp (0) led tương ứng sáng Ngoài 10 số từ đến giải mã, mạch giải mã trạng thái khác, không dùng đến (ghi 2) Để hoạt động giải mã xảy bình thường chân LT BI/RBO phải mức cao Muốn thử đèn led để led sáng hết kéo chân LT xuống thấp (ghi 5) Muốn xoá số (tắt hết led) kéo chân BI xuống thấp (ghi 3) Khi cần giải mã nhiều led đoạn ta ghép nhiều tầng IC, muốn xoá số vô nghĩa trước nối chân RBI tầng đầu xuống thấp, chân RBO xuống thấp nối tới tầng sau muốn xoá tiếp số vô nghĩa tầng (ghi 4) Riêng tầng cuối RBI để trống hay để mức cao để hiển thị số cuối 1.3.3 IC LM555 a hình dạng, cấu tạo sơ đồ chân IC 555 - Hình dạng: Hình 1.4 Hình dạng IC555 - Cấu tạo sơ đồ chân IC 555: Hình 1.5 Cấu tạo sơ đồ chân IC 555 + Chân số (GND) : Cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân gọi chân chung, cho qua điện trở R nhằm hạn chế dòng đất + Chân số (Trigger) : Ngõ vào tầng so áp Mức áp chuẩn 1/3 Vcc, lấy cầu chia áp tạo điện trở 5K Khi mức áp chân xuống đến mức 1/3Vcc chân chuyển lên mức áp cao, lúc khóa điện (transistor) chân số trạng thái hở + Chân số (Output): Ngõ Tín hiệu ngõ có dạng xung (mức áp không thấp cao) Khi chân xuống thấp mức áp chuẩn 1/3Vcc chân lên mức áp cao chân lên cao mức áp chuẩn 2/3Vcc chân xuống mức áp thấp + Chân số (Reset) : Xác lập trạng thái ngõ Khi chân số nối mass ngõ mức thấp Còn chân nối vào mức áp cao trạng thái ngõ lúc lên cao lúc xuống thấp, tạo tín hiệu dạng xung + Chân số (Control Voltage): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn IC 555 theo mức biến áp hay dùng điện trở cho nối GND Chân không nối mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF tụ lọc nhiễu giữ cho điện áp chuẩn ổn định + Chân số (Threshold) : Ngõ vào tầng so áp Có mức điện áp chuẩn 2/3Vcc, lấy cầu chia áp tạo điện trở 5K Khi mức điện áp chân lên đến mức 2/3Vcc chân chuyển xuống mức áp thấp, lúc khóa điện (transistor) chân số trạng thái đóng + Chân số (Discharge) : Chân xả điện, ngõ khóa điện (transistor) đóng mở theo điện áp, khóa điện đóng mở theo mức điện áp chân số Khi chân mức áp cao khóa điện đóng lại cho dòng chảy ra, chân số mức áp thấp khóa điện hở cắt dòng chảy chân số + Chân số (Vcc) : Chân nguồn, nối với nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC555 Nguồn nuôi cấp cho IC 555 khoảng từ +3V đến +18v b nguyên lý hoạt động Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động IC 555 Trong trình hoạt động bình thường IC 555, điện áp tụ C dao động quanh điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3 - Khi nạp điện, tụ C nạp điện với điện áp ban đầu Vcc/3, kết thúc nạp thời điểm điện áp C 2Vcc/3 Nạp điện với thời (Ra+Rb)C - Khi xả điện, tụ C xả điện với điện áp ban đầu 2Vcc/3, kết thúc xả thời điểm điện áp C Vcc/3 Xả điện với thời Rb.C - Thời gian mức ngõ thời gian nạp điện, mức xả điện 1.3.4 LED đoạn Gồm led xếp lại với theo hình mẫu Một chân LED nối chung lại với Ở mạch đếm sản phẩm ta sử dụng LED có Anot nối chung Hình 1.7 Sơ đồ chân LED đoạn Anot chung + Vcc chân cấp nguồn chung + Các chân a, b, c, d, e, f, g, dp chân cấp nguồn cho tương ứng a, b, c, d, e, f, g, dp - Trong đề tài ta sử dụng Led Anot chung: + Chân chân Vcc nối ngắn mạch lại với nhau, sau nối chung với chân Anode led đơn, muốn led sáng việc nối chân Katot xuống mass + Điện áp Vcc mass phải lớn 1.3V cung cấp đủ led sáng, nhiên không cao 3V Led Anot chung: Hình 1.8 Biểu diễn led led đoạn Để có tín hiệu vào Led đoạn ta phải có mạch giải mã từ mã BCD sang led đoạn Tín hiệu đầu vào a, b, c, d, e, f, g để kích thích cho Led sáng tương ứng hiển thị đoạn Với Led Anot chung tín hiệu đầu vào phải mức logic thấp Led sáng Bảng 1.3.4 Bảng chức led đoạn A B C D E F G Số hiển thị L L L L L L H H L L H H H H L L H L L H L L L L L H H L H L L H H L L L H L L H L L L H L L L H L L L L H H L H L L L L L L L L L L L H L L 9 CHƯƠNG II THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ CHẾ TẠO MẠCH 2.1 Yêu cầu thiết kế mạch - Số đếm phải xác reset ban đầu cách xác, mạch đếm sản phẩm từ 00 đến 99 nên có tràn mạch đếm vòng - Bộ phận hiển thị rõ ràng - Mạch ổn định - Gọn nhẹ, dễ lắp đặt, dễ sửa chữa có hỏng hóc - Chi phí thấp 2.2 Thiết kế tính toán 2.2.1 Sơ đồ khối Khối tạo xung Khối đếm Khối giải mã Khối hiển thị - Khối tạo xung: phát thu tín hiệu hồng ngoại tạo xung clock cho khối đếm - Khối đếm: Nhận xung clock từ khối tạo xung tiến hành trình đếm, đồng thời xuất giá trị mã BCD chuyển đến khối giải mã - Khối giải mã: Nhận giá trị BCD từ khối đếm chuyển đổi thành giá trị LED đoạn chuyển đến khối hiển thị - Khổi hiển thị: Nhận giá trị chuyển đổi từ khối giải mã hiển thị 2.2.2 Thiết kế khối tạo xung (thu phát hồng ngoại) Hình 2.1 Khối tạo xung (thu phát hồng ngoại) - Tính toán lựa chọn linh kiện 10 Led phát - thu ta sử dụng led hồng ngoại Led phát màu trắng, led thu màu đen Dòng qua led phát dao động khoảng 10mA, sụt áp khoảng 2V Dùng trở R=220Ω để hạn dòng giúp cho led hoạt động tốt Để cho Triger RS bên 555 hoạt động điện áp vào chân phải thấp Vcc/3 (1.67V) ta cần mắc thêm trở R20 = 10K vào mạch Các tụ C3=102F C6=104F có chức lọc nhiễu giữ điện áp chuẩn ổn định Để thay đổi độ nhạy cho tín hiệu ra, ta cần thay đổi độ rộng xung ra:  Nên em chọn C4=10uF RV2=10K để thay đổi cách xác Vì điện áp chân 555 không đủ lớn để cấp cho khối đếm hoạt động nên mắc thêm Transistor loại npn, mắc E chung nhằm khuếch đại điện áp lên, transistor em chọn C1815 2.2.3 Thiết kế khối đếm Hình 2.2 Khối đếm 11 Khối đếm làm nhiệm vụ nhận liệu từ Khối tạo xung đếm, mạch sử dụng IC 74LS192, IC thứ đếm hết chu trình chuyển sang IC Giá trị IC 74LS192 mã hóa BCD chân đầu đến khối hiển thị => Vậy nên em lựa chọn IC đếm đồng 74192 đếm nhị phân chia 10 mã hóa BCD 2.2.4 Thiết kế khối giải mã hiển thị Hình 2.3 Khối giải mã hiển thị Hoạt động: nhiệm vụ khối giải mã hiển thị hiển thị thông số lên Led đoạn nhờ IC giải mã BCD từ khối đếm sau đưa mã Gray đầu chuyển Led đoạn (Anot chung) để hiển thị Khối giải mã: + Chúng ta sử dụng IC 74LS47: Nó nhận tín hiệu từ ngõ vào QA, QB, QC, QD IC 74192 để giải mã led - Khối hiển thị: 12 + Chúng ta sử dụng loại led Anode chung đầu IC 74LS47 mức thấp + Dòng để led đoạn hoạt động tốt 20mA Vậy ta lựa chọn trở hạn dòng cho led R=220Ω Hình 2.4 Sơ đồ mắc trở Led đoạn Nguyên lý toàn mạch: Khi có sản phẩm qua led thu led phát led thu nhận xung cấp vào chân số IC 555 lúc mạch IC 555 phần thu nhận xung âm hẹp (do tín hiệu phát led phát mức cao) tác động tức thời ngõ vào làm mạch thay đổi trạng thái ngõ chân có xung dương Độ rộng xung có thời gian dài hay ngắn tùy thuộc mạch định RC ( ta dùng biến trở để điểu chỉnh), lúc chân IC74192 nhận xung từ chân phần thu, tức có xung kích cạnh lên lúc IC74192 nhận xung tín hiệu ngõ A=1, B=0, C=O, D=O Các tín hiệu dạng số qua IC giải mã 7447 hiển thị thành số 1, có xung kích hay sản phẩm qua led hiển thị tăng dần lên Khi hàng đơn vị đếm số có thêm xung cờ báo tràn chân 14 mức cao đồng thời reset led hàng đơn vị từ số số lúc có thêm xung led hàng chục tăng lên hàng đơn vị tăng đến thi hàng chục lại tăng thêm chân 14 hàng đơn vị nối với chân 11 hàng chục 13 2.3 Chế tạo mạch Quá trình vẽ mạch nguyên lý phần mềm Proteus Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý mạch Hình 2.6 Mạch in 14 Hình 2.7 Hình ảnh 3D mạch Hình 2.8 Mạch thật 2.4 Kết thu Sau thi công khảo sát mạch đếm sản phẩm thu phát hồng ngoại, mạch đạt yêu cầu đặt từ trước như:  Biết cách chế tạo mạch đếm số sử dụng IC số đơn giản  Thiết kế mô hoạt động mạch đếm sản phẩm phần mềm Proteus  Mạch thiết kế đơn giản, chi phí thấp  Mạch hoạt động ổn định  Đảm bảo tính thẩm mỹ Trong trình thiết kế có khuyết điểm:  Tín hiệu hồng ngoại từ Led phát không đủ mạnh để truyền xa không gian nên để Led thu hoạt động cách mạnh ổn định khoảng cách Led thu Led phát phải không xa 15  Vì mạch hoạt động theo nguyên lý nhận tín hiệu hồng ngoại tạo xung clock để đếm nên hai người đứng gần tín hiệu hồng ngoại bị che khuất Nghệ An, ngày tháng năm Sinh viên thực 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Quốc Trung , “Vi điện tử số”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật,năm 1997 [2] Nguyễn Thúy Vân , “Kỹ thuật số”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, năm 1999 [3] Nguyễn Thúy Vân, “Thiết kế logic mạch số”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, năm 2001 [4] “Cơ sở kỹ thuật điện tử số”, Nhà xuất Giáo dục, năm 1999 [5] http://alldatasheet.com 17 ... nhiều loại mã số khác nên có nhiều mạch giải mã khác IC 74LS47 loại IC giải mã BCD sang led đoạn Mạch giải mã BCD sang led đoạn mạch giải mã phức tạp mạch phải cho nhiều ngõ lên cao xuống thấp (tùy... vào đèn led đoạn loại anode chung Hình 1.3 Hình dạng, sơ đồ chân IC 74LS47 Đây IC giải mã từ BCD sang LED đoạn với chân đầu vào chân đầu với chức chân sau: - Chân 1,2,6,7: Chân liệu BCD vào liệu... chung: Hình 1.8 Biểu diễn led led đoạn Để có tín hiệu vào Led đoạn ta phải có mạch giải mã từ mã BCD sang led đoạn Tín hiệu đầu vào a, b, c, d, e, f, g để kích thích cho Led sáng tương ứng hiển thị