Mạch Khoá Số Điện Tử

LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến, đại, giới ngày thay đổi, văn minh đại Với phát triển kỹ thuật thiết bị điện tử tạo hàng loạt thiết bị điện tử có đặc điểm trỗi như: độ xác cao, gọn nhẹ, tốc độ nhanh, giá thành lại rẻ góp phần thúc đẩy hiệu hoạt động người Bên cạnh nước ta đến giai đoạn công nghiệp hóa, đại hóa đất nước điện tử dần trở thành môn khoa học đa nhiệm vụ Nó đáp ứng nhu cầu thiết yếu người Một nhu cầu thiết yếu tính bảo mật cho cá nhân, tổ chức, đoàn thể, xí nghiệp Công việc bảo mật cần thiết Mạch ứng dụng khóa số điện tử sản phẩm đáp ứng nhu cầu bảo mật cho người Đồ án đặt mục tiêu: thiết kế, mô thi công mạch khóa số điện tử với yêu cầu tính ổn định cao, giá thành rẻ tính thẩm mỹ Xin chân thành cảm ơn giảng viên hướng dẫn định hướng nội dung phương pháp giúp chúng em hoàn thành đồ án tiến độ Trong trình thực gặp nhiều cản trở như: mạch thiết kế với mật cho trước không thay đổi theo ý muốn, mạch đơn ứng dụng khóa số điện tử mà chưa đạt yêu cầu khóa số điện tử yêu cầu đặt ban đầu CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MẠCH ỨNG DỤNG CỦA KHÓA SỐ ĐIỆN TỬ 1.1 Tổng quan ứng dụng mạch khóa số Mạch ứng dụng khóa số điện tử mạch số sử dụng linh kiện điện tử để tạo thiết bị bảo mật nhằm bảo vệ thiết bị, tài sản người Khi muốn mở khóa phải tác động tới mã số thiết lập sẵn Mạch ứng dụng khóa số điện tử: mở khóa phải nhập mật dãy số liên tiếp nhau, nhập dãy số đèn báo hiệu sáng ta nhập sai không với số theo mật đèn báo hiệu không sáng, thay vào đèn cảnh báo sáng Ứng dụng mạch ứng dụng khóa số điện tử làm khóa cửa điện tử cho hệ thống cần mang tính bảo mật như: nhà riêng, quan, công ty, nhà máy…Dùng để bảo vệ thiết bị, tài sản cá nhân, tập thể…, cụ thể két sắt, khóa chống trộm… 1.2 Sơ đồ khối mạch khóa số Trên hình 1.1 sơ đồ khối mạch ứng dụng khóa số điện tử tổng quát Trong đó: Khối nguồn: Nhằm cung cấp nguồn điện 5V cho toàn hoạt động hệ thống làm việc Khối giao tiếp: Nhằm tạo giao diện làm việc đơn giản, thuận lợi, dễ dàng sử dụng cho người dùng Khối điều khiển: Điều khiển hoạt động mạch thiết lập bảo mật cho mạch điện Khối hiển thị: Hiển thị đèn báo hiệu mật mã trùng khớp với mật mã hệ thống hiển thị đèn cảnh báo ta nhập sai mật Trong đồ án thiết kế hệ thống mạch này, toán đặt phải thiết kế mạch ứng dụng khóa sốđiện tử sử dụng mật mã thiết lập sẵn, hoạt động xác, đảm bảo tính ổn định, thẩm mĩ , chi phí thi công thấp, dễ thực Mạch thiết kế, mô vẽ mạch in phần mềm ISIS (PROTEUS ) Các linh kiện sử dụng mạch bao gồm: IC 4017, diode, nút bấm, transistor, điện trở, dây nối giắc cắm a Khối nguồn Khối nguồn cung cấp nguồn điện áp chiều 5V Chúng ta chọn nguồn chiều cho mạch nguồn chiều 5V với mức điện áp cung cấp cho IC, đảm bảo cho linh kiện làm việc không bị hư hỏng Để đơn giản ta cấp nguồn cho mạch thiết bị sạc điện thoại di động Nokia với thông số điện áp, dòng điện: Input: 100 – 240V AC Tần số: 50 – 60 Hz/ 100 mA Output: 5V DC/ 350 mA b Khối giao tiếp Nhằm mục đích tạo môi trường làm việc dễ dàng, thao tác đơn giản thuận lợi cho người dùng Khối giao tiếp ma trận phím bấm từ đến ký tự * # xếp bảng 1.1 Ma trận giao diện nút bấm làm việc mạch thể sau: * # Bảng 1.1 Giao diện nút bấm làm việc c Khối điều khiển Khối điều khiển sử dụng IC 4017 IC 4017 IC đếm hệ số 10, có 10 ngõ từ Q0 đến Q9 Mỗi lần chân số 14 chân clock nhận xung kích thích ứng với bờ sau nhảy lên số Ta ứng dụng mức cao đầu chân IC quay chân clock để kích mở chân Sơ đồ chân IC 4017 cho hình 1.2 Hình 1.2 Sơ đồ chân IC 4017 Chức chân sau: - Các chân 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 11:lần lượt chân ngõ đầu từ Q0 – Q9 - chân 8, 16: chân nguồn âm, nguồn dương cung cấp cho điện áp cho IC - Chân 13: cấp xung tích cực mức logic thấp - Chân 14: chân clock cung cấp xung tích cực mức logic cao - Chân 15 (MR): chân reset thiết lập lại trạng thái ban đầu Dưới dạng xung IC 4017 : Hình 1.3.Dạng xung IC 4017 d Khối hiển thị Khối hiển thị thiết bị báo hiệu cảnh báo mạch.Trong đề tài ta sử dụng hai bóng đèn LED để thông báo cảnh báo.Khi ta nhập mật thiết lập sẵn đèn led xanh sáng ta nhập sai hay reset lại mật đèn led xanh biếc sáng 1.3 Một số linh kiện khác mạch a, Điện trở Điện trở linh kiện điện tử thụ động có chức cản trở dòng điện vật dẫn điện Nếu vật dẫn điện tốt điện trở nhỏ, vật dẫn điện có điện trở lớn vật cách điện có điện trở lớn vô Điện trở dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu tiết diện dây Nó tính theo công thức : Trong đó: :là điện trở suất dây dẫn l: chiều dài dây dẫn S: tiết diện dây dẫn R: điện trở có đơn vị Ohm Hình dạng ký hiệu điện trở biểu diễn sau: Hình 1.4 Hình dạng ký hiệu điện trở Các điện trở có kích thước nhỏ ghi trị số vạch màu theo quy ước định Ngược lại, điện trở có kích thước lớn thông thường trị số giá trị ghi thân điện trở Cách đọc giá trị điện trở theo bảng màu cho bảng 1.2 Bảng màu giá trị điện trở: Màu sắc Đen Nâu Đỏ Cam Vàng Lục Lam Giá trị Tím Xám Trắng Nhũ vàng Nhũ bạc -1 -2 Bảng 1.2 Bảng màu giá trị điện trở Ví dụ: Một điện trở có màu đỏ - đỏ - đen Giá trị điện trở: 220 Ω b, Tụ điện Tụ điện linh kiện điện tử thụ động sử dụng rộng rãi mạch điện tử, chúng sử dụng mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, truyền tín hiệu, mạch tạo dao động… Cấu tạo tụ điện gồm hai cực đặt song song với nhau, chúng có lớp cách điện gọi điện môi Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi tụ điện phân loại theo tên gọi chất điện môi Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá Tụ điện bao gồm: tụ không phân cực (tụ gốm), tụ phân cực (tụ hóa)… Điện dung tụ điện đại lượng nói lên khả tích điện hai cực tụ điện Điện dung phụ thuộc vào diện tích cực, vật làm chất điện môi khoảng cách hai cực Nó tính theo công thức: Trong đó: C: điện dung tụ điện tính theo Fara số điện môi S: diện tích cực tụ điện d: độ dày lớp cách điện Hình dạng tụ điện thể hình: Hình 1.5 Hình dạng tụ điện c, Transistor Transistor linh kiện điện tử tích cực Nó có cấu tạo gồm lớp bán dẫn ghép nối với hình thành nên lớp tiếp giáp p-n Tùy theo thứ tự lớp tiếp giáp mà ta có transistor npn transistor pnp Hình dạng ký hiệu transistor cho hình : Hình 1.6 Hình dạng ký hiệu transistor Trong đó: Cực B: cực base hay gọi cực gốc Lớp bán dẫn B có nồng độ tạp chất thấp mỏng Cực E: cực emitor hay gọi cực thu Cực C: cực collector hay gọi cự góp Vùng bán dẫn E C có loại bán dẫn n p có kích thước khác nồng độ tạp chất không giống d, Diode Diode bán dẫn linh kiện thụ động phi tuyến Nó cho phép dòng điện qua theo chiều mà không cho dòng điện qua theo chiều ngược lại Khi có hai chất dẫn P N, ghép hai chất bán dẫn theo tiếp giáp P – N ta - ốt Lớp tiếp giáp có đặc điểm bề mặt tiếp xúc điện tử dư thừa bán dẫn N khuếch tán sang vùng bán dẫn P lấp vào lỗ trống tạo thành lớp Ion trung hòa điện Lớp ion tạo miền cách điện hai vùng bán dẫn Hình dạng ký hiệu diode cho hình : Hình 1.7 Hình dạng ký hiệu Diode CHƯƠNG II THIẾT KẾ, THI CÔNG MẠCH ỨNG DỤNG TRONG KHÓA SỐ ĐIỆN TỬ 2.1 Bài toán thiết kế Trong phần này, trình bày việc mô thi công mạch ứng dụng khóa số điện tử sử dụng IC số với yêu cầu cụ thể sau: Mật thiết lập sẵn với độ dài mật số: 12071994 Khi người sử dụng nhập mật cho trước đèn báo hiệu màu xanh sáng, ngược lại nhập sai mật đèn màu xanh không sang, thay vào đèn màu xanh nước biển sang ta set lại mật Các yêu cầu khác mạch cần đạt bao gồm:  Mạch thiết kế đơn giản, chi phí thấp  Mạch hoạt động ổn định  Đảm bảo tính thẩm mỹ Mạchđược thiết kế, mô vẽ mạch in phần mềm Proteus 2.2 Phân tích, thiết kế mạch khóa số điện tử dùng IC số a Khối nguồn Trong đồ án thiết kế này, khối nguồn để cung cấp nguồn cho toàn hoạt động mạch Để đơn giản ta sử dụng khối nguồn dùng nguồn 5V có sẵn từ xạc điện thoại di động Nokia Lý ta sử dụng nguồn 5V đáp ứng thông số kỹ thuật IC 4017 b Khối giao tiếp Nhằm mục đích tạo môi trường làm việc dễ dàng, thao tác đơn giản thuận lợi cho người dùng Khối giao tiếp ma trận phím bấm từ đến ký tự * # biểu diễn hình 2.1 Các phím bấm mà đặt mật phím 1, 2, 0, 7, 9, nối với ngõ IC 4017 thông qua diode Khối giao tiếp sử dụng nút bấm có giao diện thể hình 2.1 Hình 2.1 khối giao tiếp c Khối điều khiển Khối điều khiển sử dụng hai IC 4017 để điều khiển hoạt động mạch Khối điều khiển kết nối với khối giao tiếp từ chân ngõ IC 4017 thông qua diode Sơ đồ, cách kết nối khối điều khiển thể sau: Hình 2.2 khối điều khiển sử dụng IC 4017 d, khối hiển thị Khối hiển thị phần thông báo tín hiệu đèn ta nhập mật nhập sai mật Khối hiển thị kết nối với khối điều khiển thông qua ngõ Q9của IC 4017 thứ ngõ Q3 IC 4017 thứ hai Sơ đồ, cách kết nối khối hiển thị thể hình 2.3 Hình 2.3 Khối hiển thị 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động Từ phân tích, thiết kế khối mạch ứng dụng mạch khóa số điện tử ta tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lý mạch Mạch thiết lập với mật cho trước 12071994 Sơ đồ nguyên lý mạch thể hình 2.4 Nguyên tắc hoạt động mạch sau: IC số 4017 IC số có 10 ngõ ra, ứng với xung clock ngõ mức cao Khi cấp điện cho mạch IC reset, đầu thứ Q0ở mức cao Nếu ta ấn phím số mạch thông, mức cao đưa vào chân clock (chân 14) làm cho đầu thứ mức cao Tiếp đến ta nhấn phím mạch lại thông, mức cao lại quay chân clock làm cho đầu thứ IC mức cao Nếu tiếp tục ấn phím số tương ứng với mật thiết lập sẵn, ngõ nhảy lên mức cao cuối để kích mạch điện mở khóa đầu Q9 làm cho đèn báo hiệu sáng Trong trường hợp, ta nhập 1207199 phím cuối k phải thay vào phím 5, 3, xung kích ứng cho đầu Q9 IC làm cho đèn hiển thị không sáng Nếu ta nhấn phím ban đầu lúc xung mức cao đầu Q0 không quay chân clock để kích thích xung mức cao cho ngõ sau Vì vậy, trường hợp nhập sai mật mã thiết lập sẵn transistor làm việc chế độ bão hòa Tín hiệu lúc thông qua diode đưa vào chân clock IC 2, tín hiệu clock từ IC đưa vào chân reset IC để reset mật lại từ đầu, IC trở trạng thái ban đầu đèn báo màu xanh biếc sáng Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý mạch ứng dụng khóa số điện tử Trong : R1: Hạn dòng đưa vào Q1 để tránh transistor bị đánh thủng R2, R3, R5: Luôn giữ mức điện áp 0V chưa ấn phím Tụ C1: Chống dội phím 2.4.Sơ đồ mạch in mạch thi công Ta tiến hành vẽ mạch in phần mềm proteus ta hình 2.5 Hình 2.5 Mạch in mạch ứng dụng khóa số điện tử Sản phẩm hoàn thiện cho hình 2.6 Hình 2.6 mặt trước mạch Hình 2.7 Mặt sau mạch 2.5 Kết luận phương hướng Sau thi công khảo sát mạch ứng dụng khóa số điện tử, mạch đạt yêu cầu đặt từ trước như:  Mạch thiết kế đơn giản, chi phí thấp  Mạch hoạt động ổn định  Đảm bảo tính thẩm mỹ Bên cạnh kết đạt mạch gặp nhiều hạn chế: thiết lập mật cho trước mà không thay đổi mật mong muốn Phương hướng phát triển đồ án ứng dụng thay đổi mật mà muốn thông qua LCD lập trình cho KẾT LUẬN Sau thời gian thực đề tài: thiết kế, mô thi công mạch ứng dụng mạch khóa số điện tử, chúng em có thêm kiến thức bổ ích cho ngành học, vận dụng kiến thức học vào thực tế nhằm nâng cao hiểu biết nâng cao tay nghề Qua việc làm đề tài, kỹ vẽ mạch, thiết kế mạch in có tính thẩm mỹ cao, làm mạch thật với kỹ hàn mạch ngày cải thiện Cuối chúng em xin chân thành cảm ơn cô Th.S Nguyễn Thị Kim Thu giúp đỡ chúng em việc định hướng, hướng dẫn chúng em hoàn thành đề tài thời gian qua Chúng em xin chân thành cảm ơn ! TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) 2) 3) 4) 5) http://tailieu.vn http://datasheetbank.com http://dientuvietnam.org http://google.com Tra cứu lần cưới vào ngày 25-3-216 Điện tử số - Phạm Minh Hà, NXB giáo dục Hà Nội ... mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, truyền tín hiệu, mạch tạo dao động… Cấu tạo tụ điện gồm hai cực đặt song song với nhau, chúng có lớp cách điện gọi điện môi Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy... cảm ơn ! TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) 2) 3) 4) 5) http://tailieu.vn http://datasheetbank.com http://dientuvietnam.org http://google.com Tra cứu lần cưới vào ngày 25-3-216 Điện tử số - Phạm Minh Hà,... p có kích thước khác nồng độ tạp chất không giống d, Diode Diode bán dẫn linh kiện thụ động phi tuyến Nó cho phép dòng điện qua theo chiều mà không cho dòng điện qua theo chiều ngược lại Khi có