Đang tải... (xem toàn văn)
thiết kế mạch đồng hồ số dùng ic74ls90×thiết kế mạch đồng hồ số×thiết kế mạch đồng hố số×thiết kế mạch đồng hồ cho hệ thống chỉ sử dụng 1 port để giao tiếp×thiết kế mạch đồng hồ hiển thị ngày tháng năm giờ phút giây dùng ic số×thiết kế mạch đồng hồ sử dụng các ic sốthiết kế mạch đồng hồ số dùng ic74ls90×thiết kế mạch đồng hồ số×thiết kế mạch đồng hố số×thiết kế mạch đồng hồ cho hệ thống chỉ sử dụng 1 port để giao tiếp×thiết kế mạch đồng hồ hiển thị ngày tháng năm giờ phút giây dùng ic số×thiết kế mạch đồng hồ sử dụng các ic số
ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN MỤC LỤC ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN Chương 1:GIỚI THIỆU YÊU CẦU – GIỚI HẠN 1.1 Giới thiệu: Thế giới ngày đại với công nghệ tiên tiến giúp cho sống thuận tiện với phát triển khoa học công nghệ, thiết bị điện tử thông minh đã, tiếp tục ứng dụng ngày rộng rãi mang lại hiệu hầu hết lĩnh vực khoa học kỹ thuật đời sống xã hội Trong số đồng hồ công cụ đời để giúp người quản lí tốt thời gian Đồng hồ dùng để đo đạc mốc thời gian nhỏ ngày Hiện nay, hầu hết người cần sử dụng đồng hồ để xem thông tin thời gian phút giây ngày, xem ngày tháng năm, dùng để quản lý thời gian ví dụ tính cước điện thoại: vào thời gian để biết gọi vào thời điểm nào, dùng để điều khiển báo chuông học, tính phí cho hoạt động thể thao theo giờ,… Công nghệ đồng hồ ngày mở rộng phát triển giới, Việt Nam Với nhu cầu tìm hiểu lĩnh vực đồng hồ ứng dụng sống, em xin thực đề tài “Mạch đồng hồ số hiển thị led đoạn” 1.2 Giới hạn: - Mạch hiển thị giờ, phút, giây led đoạn - Mỗi led đoạn có kích thước: rộng 8.1mm, dài 14.2mm - Mạch dùng nguồn 5VDC để cung cấp cho toàn mạch - Vì mạch điều khiển IC số có nút nhấn chỉnh phút tăng lên theo yêu cầu ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN Chương 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Giới thiệu: Đồng hồ thiết bị gồm nhiều kết nối với tạo hoạt động tạo nên tính cần thiết hiển thị phút giây cho người sử dụng xem, chỉnh phút tương ứng với muối Ngày có nhiều loại đồng hô, đồng hồ kỹ thuật số với độ xác cao bị hư hại mạch điện tích hợp nhiều IC kết nối chắn với Để tạo mạch đồng hồ kỹ thuật số ta cần cần phải ghép khối mạch điện với chức khác như: khối tạo xung, khối đếm, khối giải mả,… 2.2 Thiết kế sơ đồ khối: Với yêu cầu đặt phần đầu, đồng hồ kỹ thuật số gồm có khối sau: KHỐI TẠO XUNG CLOCK CHÍNH XÁC 1S KHỐI ĐẾM KHỐI GIẢI MÃ KHỐI HIỂN THỊ KHỐI NGUỒN KHỐI CÀI ĐẶT GIỜ BẰNG NÚT NHẤN Hình 2-1: Sơ đồ khối mạch đồng hồ số hiển thị led đoạn Chức nhiệm vụ khối: - Khối tạo xung clock xác 1s: có chức tạo xung giây - Khối đếm: có chức đếm xung ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN - Khối giải mã: có chức giải mã số xung đếm từ khối đếm sang mã đoạn - Khối hiển thị: có chức hiển thị kết đếm dạng số thập phân - Khối so sánh: có chứa so sánh giá trị đếm với giá trị cài đặt để reset lại - mạch đếm Khối cài đặt nút nhấn: có chức cài đặt thời gian người sử - dụng muốn Khối nguồn: cung cấp nguồn nuôi cho toàn hệ thống, để hệ thống hoạt động 2.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý: 2.3.1 Khối tạo xung clock xác giây: Khối tạo xung clock xác 1s có chức tạo xung 1Hz cung cấp cho khối xử lý Đối với mạch tạo xung ta dùng IC555 thạch anh dao động, mà mạch đồng hồ ta cần tạo xung 1Hz có độ xác cao Ta nên sử dụng thạch anh mạch tạo xung từ IC4060 có sai số nhỏ 2.3.1.1 Khảo sát IC4060: IC 4060 đếm/bộ chia (Counter/Divider) nhị phân không đồng với 14 tầng Flip-Flop Mạch dao động gồm chân nối là: RS, RTC, CTC, tất ngõ (10 ngõ từ O3~O9, O11~O13) đệm sẵn từ bên trước đưa Quan trọng hết chân Master Reset (MR) dùng để cấm mạch dao động làm việc reset mạch đếm Khi chân MR mức logic cao, reset mạch đếm làm tất ngõ đếm mức logic thấp, việc reset hoàn toàn độc lập với ngõ vào khác (bất chấp trạng thái logic ngõ vào lại) Sơ đồ chân: ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN Hình 2.2: Sơ đồ chân IC 4060 Hình 2.3: Sơ đồ chức IC 4060 VDD, VSS: cung cấp nguồn cho IC (ở mạch VDD nối đến +5V, VSS nối đến 0V) MR: master reset, dùng khóa mạch dao động bên IC reset đếm Khi chân tác động tất ngõ IC bị kéo mức logic thấp RS: clock input/oscillator pin, chân có hai chức năng: dùng mạch dao động từ bên IC có nhiệm vụ nhận xung, dùng mạch dao động bên IC thành phần mạch dao động (kết hợp với chân RTC, CTC) RTC: oscillator pin, chân tạo dao động (kết hợp với chân khác) Khi dùng mạch dao động R-C đầu điện trở nối với chân CTC: external capacitor connection, chân tạo dao động (kết hợp với chân khác) Khi IC4060 dao động với mạch R-C (dùng dao động bên IC) chân nối với đầu tụ điện O3 - O9, O11 - O13: counter outputs, ngõ IC Các ngõ không liên tục mà bị nhảy cấp hai lần: ngõ O3 O0 (nhảy bỏ tầng Flip-Flop đầu tiên, không đưa tầng ngoài), ngõ từ O9 đến O11 (không có chân O10 ) IC4060 có Vcc khoảng 4,5-10V ta chọn áp vào Vcc=5V, công suất: 500-700mW IC4013 có Vcc khoảng 3-18V ta chọn áp vào Vcc=5V, công suất: 500-700mW ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN Hình 2.4: Sơ đồ cổng logic IC 4060 2.3.1.2 Thiết kế khối tạo xung clock: Hình 2.5: Sơ đò nguyên lý mạch tạo xung clock 1Hz Ta sử dụng thạch anh 32768Hz tạo dao động, IC4060 để đếm chia tần Flip Flop D để tạo Q14 thạch anh tạo dao động 32768 xung giây, mà IC4060 có 10 ngõ tới Q13 nên ta thêm Flip Flop D để tạo Q14 phù hợp với thạch anh 2.3.2 Khối đếm: Các mạch đếm thường sử dụng IC đếm BCD 74LS90,74LS192,… mà IC74LS90 có cấu trúc phần cứng đếm đếm đến tự động quay nên không cần dùng thêm cổng logic Vì sử dụng IC 74LS90 làm trễ xung ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN 2.3.2.1 Khảo sát IC74LS90: Hình 2.6: Sơ đồ chân sơ đồ kí hiệu IC 74LS90 - IC 7490 gồm chia: chia chia 5: • Bộ chia ngõ vào CK0 điều khiển ngõ Q0 • Bộ chia ngõ vào CP1 điều khiển ngõ Q1,Q2,Q3 - CP0 CP1 điều tích cực mức thấp - Chân NC bỏ trống - Để tạo đếm mod 10 ta nối ngõ Q0 input chân CP1 - Chân MR1 MR2 chân Reset cho đếm - Chân MS1 MS2 chân thiết lâp trạng thái cao đầu ra: Q0 = Q3 = 1, Q2 = Q1=0 Sơ đồ logic bảng trạng thái: Hình 2.7 : Sơ đồ cổng logic IC 74LS90 Bảng 2.1: Bảng trạng thái IC 74LS90 RESET/SET INPUT MR1 H ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN H X L X L X Bảng 2.2 : Thông số kỹ thuật IC 74LS90 ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN 2.3.2.2 Thiết kế: Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý mạch đếm phút dùng IC74LS90N Thời gian đếm giây 60: đếm từ 00 59, ta lấy số hàng chục để reset giây Ta làm tương tự đếm phút, ta lấy số 24 để reset cách cho số hàng chục vào MR2 số hàng đơn vị vào MR1 hai IC 74LS90 để tiết kiệm cổng logic Ta lấy số hàng chục đếm giây đề làm xung cạnh xuống kích cho đếm phút số hàng chục đếm phút làm xung cạnh xuống kích cho đếm 2.3.3 Khối cài đặt nút nhấn: Để cài đặt nút nhấn ta sử dụng cổng logic để chỉnh cài đặt mong muốn Trong ta sử dụng cổng and, or, ex-or, ex-nor Tùy vào bảng trạng thái mà ta chọn cổng logic Qui ước nhấn nút xuất mức không nhấn nút mức Từ yêu cầu ngõ ta lập bảng trạng thái: Bảng 2.3: Bảng trạng thái ngõ làm xung kích Q Bu tto Y 10 ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN n 0 0 1 1 1 Ta sử dụng cổng EX-OR, có IC EX-OR : 74LS86, 74LS136, 74LS386 Trong ta chọn IC74LS86 phổ biến thị trường Thiết kế : Hình 2.9 : Sơ đồ nguyên lý kết nối 74LS86 Mạch thiết kế sử dụng trở 10k kết hợp nút nhấn để tạo xung cạnh lên hay xuống cho IC74LS86, ta thêm vào tụ 104 để chống dội cho nút nhấn 2.3.4 Khối giải mã: Mạch giải mạch có chúc đưa tín hiệu đèn để hiển thị kết dạng chữ số Do có nhiều loại đèn hiển thị có nhiều loại mã số khác nên có nhiều mạch giải mã khác Mạch giải mã thường sử dụng loại IC giải mã BCD như: 74LS247, 74LS47, 4511,… Trong ta sử dụng dụng loại 74LS47 giá thành thấp thực điều khiển dễ dàng IC74LS47 loại IC giải mã BCD sang led đoạn, tác động mức thấp có ngõ cực thu để hở có khả nhận dòng cao để đưa đến trực tiếp led đoạn loại 11 ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN anode chung 2.3.4.1 Khảo sát IC74LS47: Sơ đồ chân: Hình 2.10: Sơ đồ chân IC74LS47 Chân 1: BCD B Input Chân 2: BCD C Input Chân 3: Lamp Test Chân 4: RB Output Chân 5: RB Input Chân 6: BCD D Input Chân 7: BCD A Input Chân 8: GND Chân 9: 7-Segment e Output Chân 10: 7-Segment d Output Chân 11: 7-Segment c Output Chân 12: 7-Segment b Output Chân 13: 7-Segment a Output Chân 14: 7-Segment g Output Chân 15: 7-Segment f Output Chân 16: VCC Sơ đồ logic: 12 ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN Hình 2.11: Sơ đồ dùng cổng logic IC7447 Bảng trạng thái: Bảng 2.4: Bảng trạng thái hoạt động IC74LS47 13 ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN -Nguyên lý hoạt động: + IC 74LS47 IC tác động mức thấp nên ngõ mức tắt, mức sáng, tương ứng với a, b, c, d, e, f, g led đoạn loại anode chung, trạng thái ngõ tương ứng với số thập phân (các số từ 10 đến 15 không dùng tới.) + Ngõ vào xoá BI để không hay nối lên mức cho hoạt động giải mã bình thường Nếu nối lên mức ngõ tắt bất chấp trạng thái ngõ + Ngõ vào RBI để không hay nối lên mức dùng để xoá số (số thừa phía sau số thập phân hay số trước số có nghĩa) Khi RBI ngõ vào D, C, B, A mức ngõ vào LT mức ngõ tắt ngõ vào xoá dạng sóng RBO xuống mức thấp + Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức LT mức ngõ sáng 14 ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN 2.3.4.2 Thiết kế: Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý mạch giải mã BCD IC74LS47 Ta kết nối ngõ vào BCD từ IC74LS90, chân LT, RBI, BI/RBO nối vào Vcc để tích cực mức 1, ngõ IC7447 nối với với điện trở 220ohm để bảo vệ khối hiển thị mắc với nguồn 2.3.5 Khối hiển thị: Led đoạn có cấu tạo bao gồm led đơn có dạng xếp theo hình 2.13, đoạn led đơn hợp thành dạng số hay chữ , đoạn led lại hiển thị dấu chấm Có loại Led đoạn Anode (cực dương) Cathode (cực âm) + Led đoạn có Anode chung: đầu A led đơn nối với +Vcc, chân K dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt led đơn, led sáng tín hiệu đặt vào chân mức + Led đoạn có Cathode chung: đầu K led đơn nối với GND, chân A dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt led đơn, led sáng tín hiệu đặt vào chân mức Ta sử dụng led đoạn loại anode chung đầu IC 7447 có mức tích cực mức ( mức thấp) Hình 2.13: Sơ đồ led đoạn anode chung 2.3.5.1 Khảo sát led đoạn anot chung: 15 ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN Bảng 2.5: Bảng trạng thái hoạt động Led đoạn anode chung 2.3.5.2 Thiết kế: Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý mạch khối hiển thị với LED đoạn Ta kết nối ngõ mạch giải mã với led đoạn thông qua điện trở để hạn dòng cho led 2.3.6 Khối nguồn: 2.3.6.1 Giới thiệu: Nguồn chiều có nhiệm vụ cung cấp lượng chiều cho mạch thiết bị điện tử hoạt động Năng lượng chiều tổng quát lấy từ nguồn xoay chiều lưới điện thông qua trình biến đổi thực nguồn chiều Ta sử dụng IC số mắc song song nên áp 5V biến đổi từ nguồn 220V Sơ đồ khối nguồn: 16 ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN Hình 2.15: Sơ đồ khối khối nguồn 2.3.6.2 Tính toán công suất mạch: Khối hiển thị: Loại led 0.56 inch (14.20mm) Áp rơi đoạn từ 1,8÷2.3V với dòng 30mA Do cần phải có điện trở hạn dòng cho LED Để cho hiển thị tốt ta chọn dòng 10mA Ta có: VR= VCC – Vled = – = (V) => R = = 300 (Ω) => Chọn R = 330 (Ω) Riêng LED báo nguồn chọn dòng 14mA nên trở LED 220 (Ω) Ta có LED đoạn LED đơn, giả sử đoạn sáng hết LED xanh báo nguồn Mỗi LED đơn có dòng 10mA Dòng tổng : It = × × 10 + × 10 + 14 = 474 (mA) Áp rơi LED 2V => Pl = × 490 mA = 948 (mW) Khối tạo xung ta sử dụng IC4060 IC4013 có công suất 700mW : Pd = × 700 = 1400 (mW) Khối đếm gồm: có IC74LS90 có công suất 45mW, mạch sử dụng IC74LS90 : Pd=45x6=270 (mW) Khối giải mã gồm : có IC74LS47 có công suất 35mW, mạch sử dụng IC7447 : Pm=35x6=210mW Tổng công suất mạch : P = 980 + 1400 + 270 + 210 = 2860 (mW) Dòng cung cấp cho mạch : I=P/5V= 566 (mA) Vậy mạch nguồn có áp 5VDC dòng 1A đủ để cấp dòng áp cho toàn mạch 17 ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN 2.3.6.3 Thiết kế: Hình 2.16: Sơ đồ mạch khối nguồn Ta thiết kế nguồn gồm jack cấm, LED báo nguồn tụ gốm 104 để lọc nhiễu tần số cao cho IC 2.4 Sơ đồ nguyên lý: Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý mạch đồng hồ kỹ thuật số 18 ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN Chương 3: THI CÔNG MẠCH 3.1 Thi công PCB: Bảng 3.1 Các linh kiện sử dụng mạch nguyên lý STT Tên linh kiện Thông số - Giá trị Loại vỏ IC2,4,5,6,7 IC đếm số BCD 74LS90, 45mW DIP14 IC17A IC cổng XOR 74LS896 DIP14 IC9 14 IC giải mã số BCD ngõ mức thấp 74LS247, 35mW DIP16 IC2, IC đếm BCD 74LS90, 45mW Q1 Thạch anh 32768Hz TC26V IC1 IC đếm 15 bit 4060 , 700mW DIP16 S1 ,S2 Nút nhấn chân B3F-10XX R50 Điện trở 220Ω 0204/7 R3 R44, R47, R48 Điện trở 330Ω 0204/7 10 C4, C5 Tụ hóa 10µF C025024X044 11 C2,C3 Tụ gốm 22pF C025024X044 12 D1 D6 Led đoạn 0.56 Inch, 5V 7SEG-56 13 LED6 LED8 Led đỏ 5mm, 2V AXIAL-0.5 14 LED1 Led xanh 5mm, 2V AXIAL-0.5 15 X2-1,X2-2 jack cấm ngõ vào W237-132 16 IC3A IC Flip Flop D DIP14 17 C2, C7, C8, Tụ gốm 0.1µF C02519 ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN C10 C20 024X044 Sơ đồ mạch in: Hình 3.1: Sơ đồ mạch in lớp 20 ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN Hình 3.2: Sơ đồ mạch 3D 3.2 Mạch thực tế: Hình 3.3: Mạch gia công Hình 3.4: Mạch hoàn chỉnh 21 ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN Chương 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết thực hiện: • Sau 15 tuần thiết kế, thi công mạch đồng hồ số hiển thị led đoạn hoàn thành: - Tạo xung clock xác 1Hz - Khống chế IC đếm theo giờ, phút, giây - Thiết lập thời gian nút nhấn - Hiển thị phút giây xác • Sản phẩm hoạt động ổn định nhiên phần sai số • Sản phẩm thi công gọn, xếp linh kiện hợp lý, có quét lớp nhựa thông cách điện đảm bảo an toàn cho mạch người sử dụng • Mạch dễ dàng sử dụng điều khiển 4.2 Hướng phát triển: • Sản phẩm cần phải nhỏ gọn nên ta IC dán để thực tốt ta sử dụng vi xử lý để thực mạch cách xác, hiển thị nhiều thông tin ngày tháng, năm có nhiều chức cho người sử dụng • Giao diện ta cần thêm hộp để bảo vệ cho mạch, chống oxy • hóa mạch điện Ta thêm vào điều khiển loa để hẹn báo báo thức 22 ĐỒ ÁN MÔN HỌC – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ BẰNG LED ĐOẠN TÀI LIỆU THAM KHẢO: - HD_DAMH1_01_2016_NGUYENDINHPHU_VIET_BAOCAO Th.S Nguyễn Đình Phú, Giáo trình thực tập kỹ thuật số, Đại học sư - phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, tháng 8/2015 http://doc.edu.vn/tai-lieu/do-an-mach-dong-ho-so-dung-ic74ls90- - 48566/ http://tailieu.vn/tag/do-an-mach-dong-ho-so.html 23 ... BẰNG LED ĐOẠN n 0 0 1 1 1 Ta sử dụng cổng EX-OR, có IC EX-OR : 74 LS 86, 74 LS1 36, 74 LS3 86 Trong ta chọn IC74LS 86 phổ biến thị trường Thi t kế : Hình 2.9 : Sơ đồ nguyên lý kết nối 74 LS 86 Mạch thi t... trở 220Ω 0204 /7 R3 R44, R 47, R48 Điện trở 330Ω 0204 /7 10 C4, C5 Tụ hóa 10µF C025024X044 11 C2,C3 Tụ gốm 22pF C025024X044 12 D1 D6 Led đoạn 0. 56 Inch, 5V 7SEG- 56 13 LED6 LED8 Led đỏ 5mm, 2V... cổng XOR 74 LS8 96 DIP14 IC9 14 IC giải mã số BCD ngõ mức thấp 74 LS2 47, 35mW DIP 16 IC2, IC đếm BCD 74 LS90, 45mW Q1 Thạch anh 32 76 8 Hz TC26V IC1 IC đếm 15 bit 4 060 , 70 0mW DIP 16 S1 ,S2 Nút nhấn