Trong khối tạo xung ta sử dụng IC 555 để tạo ra một xung vuông có tần số 1Hz… Dưới dây là sơ đồ khối nguyên lý của IC này,trong đó chức năng của các chân được chỉ ra trong bảng sau: KHỐI
Trang 1
Đặt báo thức rồi đếm lùi về 0
Xử lý khi có báo thức: Ring, Silence, Snooze,…
Trang 2
MỤC LỤC I GIỚI THIỆU CHUNG……… … 3
II SƠ ĐỒ KHỐI……… … 3
III THIẾT KẾ CỤ THỂ CHO TỪNG KHỐI……… … 4
3.1 KHỐI TẠO XUNG CHUẨN……… …4
3.2 KHỐI ĐẾM LÙI VÀ ĐẶT GIỜ BÁO THỨC……… 6
3.3 KHỐI GIẢ MÃ VÀ HIỂN THỊ……… … 11
3.4 KHỐI CHUÔNG……… ………….… 14
3.5 KHỐI CÀI ĐẶT VÀ SỬ LÝ CHUÔNG……… …16
IV SƠ ĐỒ MẠCH HOÀN CHỈNH……… … 21
Trang 3
I GIỚI THIỆU CHUNG
Mạch báo thức đếm lùi là mạch cho phép ta đặt sẵn 1 giá trị thời gian nào đó Khi bấm nút khởi động thì mạch sẽ đếm ngược từ giá trị đặt trước đó về 00.00.00, lúc đó sẽ
có tín hiệu chuông báo thức Khi chuông kêu thì cho phép chọn các chế độ là tắt chuông
đi hoặc định lại thời gian hẹn giờ
Mạch cần sử dụng các IC tạo xung, IC đếm và giải mã BCD sang LED 7 đoạn để hiển thị thời gian, sử dụng các nguồn Vcc=5V
II SƠ ĐỒ KHỐI.
III THIẾT KẾ CỤ THỂ TỪNG KHỐI.
III.1 KHỐI TẠO XUNG CHUẨN.
Trong khối tạo xung ta sử dụng IC 555 để tạo ra một xung vuông có tần số 1Hz…
Dưới dây là sơ đồ khối nguyên lý của IC này,trong đó chức năng của các chân được chỉ ra trong bảng sau:
KHỐI NGUỒN
Vcc = 5 V
KHỐI HIỂN THỊ DÙNG LED 7
KHỐI TẠO
XUNG CLOCK
DÙNG IC555
KHỐI ĐẾM DÙNG IC 74192
KHỐI GIẢI
MÃ BCD DÙNG IC 74247
KHỐI ĐIỀU KHIỂN GIỜ VÀ XỬ LÍ CHUÔNG
Trang 4
Sơ đồ khối nguyên lý của IC 555
Sơ đồ nguyên lý của IC 555 gồm một mạch phân áp với 3 điện trở R mắc nối tiếp với chân 8 Ở đây chân 8 bao gồm nguồn nuôi của các bộ so sánh và các cổng logic trong mạch Mạch gồm hai bộ so sánh (1) và (2) Điện áp đầu vào của bộ so sánh (1)
3Vcc
Điện áp Vcc nối với chân 8 có giá trị từ 5V tới 25V tùy vào mức biên độ của xung đầu ra Trong bài này ta sử dụng nguồn Vcc=5V
Sơ đồ nguyên lý của mạch tạo xung sử dụng IC 555 được trình bày như hình sau
R 4
DC 7
Q 3
TR
2 TH 6
CV 5
R1
R2
C1
Chân 2, 6 và tụ C được nối với nhau, nên điện thế trên tụ sẽ điều khiển đồng thời
cả hai bộ so sánh điện áp Nếu điện thế này vượt quá mức ngưỡng 2/3Vcc, thì xung trên đầu ra của Triger sẽ bị xoá Ngược lại, khi tụ phóng xuống dưới mức 1/3 Vcc thì
Trang 5
xung ra lại được lập Quá trình này sẽ tiếp diễn và cho một chuỗi xung ở lối ra
Thời gian nạp và phóng của tụ được tính theo công thức sau:
+ Thời gian nạp:
+ Thời gian phóng:
+ Chu kì của xung đầu ra:
1 1, 43
( 2 )
f
T R R C
Để tạo ra xung đồng hồ có tần số f=1Hz ta chọn các giá trị của R,C như sau:
3.2 KHỐI ĐẾM LÙI VÀ ĐẶT GIỜ BÁO THỨC.
3.2.1 Đặc điểm,chức năng cơ bản của khối đếm.
Khối đếm là khối cơ bản trong mạch đồng hồ báo thức đếm lùi về 0 Khối này là một mạch điện gồm các IC đếm mắc logic với nhau để thực hiện chức năng đếm lùi từ một giá trị giờ/phút/giây đặt trước về 0; khi đếm về 0 bộ đếm sẽ đưa ra một trạng thái kích thích khối báo thức hoạt động Các trạng thái trong của khối đếm được gửi tới khối giải mã và hiển thị bằng Led 7 đoạn
Thực hiện chức năng đếm lùi có nhiều loại IC khác nhau như:IC74191, IC74192, IC74193 … trong khối này ta sử dụng IC74192,bộ đếm thuận nghịch thập phân
3.2.2 IC74192 bộ đếm thuận nghịch (Up/Down) thập phân.
IC này gồm 4 triger JK cung cấp bộ đếm mod 10 Sơ đồ logic của nó như sau :
Trang 6
Bảng chức năng của IC 74192 :
IC 74192 có thể thực hiện cả chức năng đếm thuận và đếm nghịch Khi thực hiện chức năng đếm nghịch thì xung clock được nối với chân DN còn chân UP được nối với logic 1 (cũng có thể để cố định ở mức logic 0), còn khi đếm thuận thì ngược lại
Trang 7
Các chân TCU,TCD có mức logic 1 và nó sẽ chuyển mức thấp khi kết thúc một vòng đếm
Các đầu vào nạp dữ liệu D3 D2 D1 D0 dưới dạng BCD Dữ liệu (D3 D2 D1 D0) sẽ được nạp vào bộ đếm khi chân PL ở mức logic thấp PL=0, khi PL=1 thì IC sẽ là bộ đếm mod 10
Q3 Q2 Q1 Q0 là Các đầu ra dữ liệu dưới dạng mã BCD
MR là đầu vào xóa, khi MR = 1 thì dữ liệu đầu ra Q3Q2Q1Q0 bị xóa về 0000
3.2.3 Mạch đếm ngược giờ/phút /giây sử dụng IC đếm 74192.
3.2.3.1 Bộ đếm ngược giây.
Bộ đếm ngược giây là bộ đếm ngược mod 60, nó được cấu tạo từ hai IC 74192,một
IC đếm mod 10 ghép nối với một IC đếm mod 6 Sử dụng IC74192 đếm mod 10 thì chân PL được đặt cố định ở mức logic 1 Đầu ra TCD của IC này sẽ làm xung clock cho IC đếm mod 6 IC74192 đếm mod 6 có thêm cổng một NAND,chức năng của cổng NAND này là hồi tiếp các trạng thái đầu ra về đầu vào PL để nạp vào dữ liệu D3D2D1D0=0101,biến bộ đếm mod 10 thành bộ đếm mod 6
3.2.3.2 Bộ đếm ngược phút.
Bộ đếm ngược phút cũng giống như bộ đếm ngược giây,cũng là bộ đếm mod 60, được cấu tạo từ hai IC 74192 và một cổng NAND thực hiên chức năng hồi tiếp các trạng thái đầu ra về chân PL
Xung Clock của bộ đếm phút được lấy từ chân TCD của bộ đếm mod 6 trong bộ đếm giây
3.2.3.3 Bộ đếm ngược giờ.
Trang 8
Bộ đếm ngược giờ là một bộ đếm mod 24 Bộ đếm này được tạo ra bởi hai IC
74192 và một cổng NAND được ghép nối như hình vẽ
Xung Clock của bộ đếm giờ được lấy từ chân TCD của bộ đếm mod 6 trong bộ đếm phút
3.2.4 Bộ điều chỉnh đặt giờ báo thức.
Bằng việc tác dụng các trạng thái logic vào các bộ đếm ta có thể đặt trước một giá trị cho bộ đếm,khi đó bộ đếm sẽ đếm ngược từ giá trị đã đặt về 0000
3.2.4.1 Điều chỉnh đặt phút.
U1 74192
U2 74192 U3
AND
R1 10k
U4
OR
1
Trang 9
Để điều chỉnh đặt phút bằng tay ta thiết kết thêm một mạch tạo xung như trên Giả
sử khi bộ đếm không chịu tác dụng của xung Clock, khi đó chân UP ở mức logic cao khi ta nhấn vào Button thì lập tức chân UP chuyển sang mức logic 0,nhả Button ra UP lại trở về mức cao,như vậy một xung clock đã được tạo ra tác dụng vào chân UP làm cho dữ liệu đầu ra thay đổi một giá trị
U1 74192
U2 74192 U3
AND
R1 10k
U4
OR
1
Khi nhấn Button, UP chuyển về mức logic 0
3.2.4.2 Điều chỉnh đặt giờ.
Cũng như bộ điều chỉnh đặt phút, ta tạo ra một mạch tạo xung bằng tay tác dụng vào chân DN của IC đếm mod 10 trong bộ chỉnh giờ Bộ giờ và đặt giờ được thiết kế như hình dưới
U1
74192
U2
74192
U3
AND
R1
10k
U4
OR
1
Trang 10
Trong khối giải mã ta sử dụng IC 74247 giải mã BCD sang LED 7 đoạn annốt chung
3.3.1 IC giải mã 74247
BẢNG TRẠNG THÁI: SƠ ĐỒ CHÂN MÔ PHỎNG
VI MẠCH CỦA IC:
Trang 11
Đây là IC chuyển từ mã nhị phân sang các số tương ứng được hiển thị trên led 7 đoạn IC có ngõ ra tích cực mức thấp
IC có - 7 ngõ ra từ Qa, Qb, Qc, Qd, Qe, Qf, và Qg,
- 4 ngõ vào dữ liệu A, B, C, D
- Chân LT có tác dụng kiểm tra xem led có hoạt động không
- Chân RBO = 0 thì led tắt
- Chân RBI = 0 thì led tắt, còn các đầu vào ở giá trị khác, đầu ra hiển thị các chữ
số khác 0 vẫn sáng bình thường
Chân RBO và RBI có tác dụng để khắc phục trường hợp hiển thị những số 0 không cần thiết nếu có nhiều hơn một led
3.3.2 Bộ hiển thị sử dụng LED 7 đoạn.
Trang 12
Đây là cấu tạo của LED 7 đoạn loại cực âm chung (common cathod).
Còn 1 loại nữa là cực dương chung (common anod) thì sơ đồ tương tự.
Nguyên lý hoạt động của LED Cấp nguồn cho chân nào thì đoạn tương ứng với chân đó sáng Ví dụ như hình trên nếu đưa chân A lên mức logic 1 thì đoạn A sẽ sáng (mức logic 1 tương ứng với điện áp cao) Nếu cấp cho E và F thì đoạn E và F sáng tạo thành số 1
Tương tự nếu hiển thị số 2 thì mức logic tương ứng ABCDEFG là 1101101
3 1111001
4 0110011
Các số còn lại và chữ A,B,C,D,E,F cũng tương tự
Trang 13
Q1
2N2222
RL1
5V
D1
DIODE
D2
LED-RED
LS1
SPEAKER
SLIENCE
U12
AND_3
U15
NOT
Nguyên lí hoạt động:
Ta quy ước khi chuông kêu nghĩa là LED sáng Chuông kêu khi mạch đếm lùi về 0 hết Lúc đó, tất cả các đầu ra Q3Q2Q1Q0 của các IC đếm 74192 đều là 0000 4 đầu này được đưa vào 1 cổng OR_4, vậy đầu ra của OR_4 sẽ là 0 ( các trường hợp còn lại đầu
ra là 1) Ta có 6 IC đếm nên cần dùng 6 cổng OR_4, 6 đầu ra này sẽ được đưa vào lối vào của 1 cổng NOR_6, vì đầu vào đều ở mức logic 0 nên đầu ra của cổng NOR_6 sẽ
là 1 (H.1)
GM1
74247
GM2
74247
GM3
74247
GM4
74247
GM5
74247
GM6
74247
U10
NOR_6
U13
Trang 14
Khi đầu ra của NOR_6 là 1, cực BASE của Q1 ở mức cao làm cho BJT Q1 thông bão
ứng điện từ làm Relay 1 hút tương đương với đóng công tắc làm chuông kêu ( LED sáng)
Q1
2N2222
RL1
5V
D1
DIODE
D2
LED-RED
LS1
SPEAKER
SLIENCE
U12
AND_3
U15
NOT
Khi đầu ra của Nor6 ở mức logic 1 thì đồng thời làm cho đầu ra của OR1 cũng ở mức 1 làm cho bộ đếm không chịu tác dụng của xung clock nên sẽ ngừng đếm khi đếm lùi về 0,chuông vẫn kêu
0R1
OR_3
0
R2
100
C1
100u
START/PAUSE
NOR 6 =1 làm cho OR 1 =1
Trang 15
3.5 KHỐI CÀI ĐẶT VÀ SỬ LÝ CHUÔNG.
U2:A
74390
R4
10k
SET HOUR
Nguyên lí như sau:
+ Chỉnh giờ: Lúc đầu, chân UP của 74192 và CKA của 74390 ở mức cao, khi ấn SET HOUR, 2 chân sẽ đi xuống GND ( Do có trở R4 nên không xung đột tín hiệu) Tín hiệu
ra của 74390 được nối vào các chân LOAD của 74192, có chức năng là nhớ mốc thời gian mình hẹn giờ trước đó
+ Chỉnh phút:
R4
10k
RL3
5V
D4
DIODE
RL4
5V
D5
DIODE
U11:A
74390
Q3
2N2222
U11:B
74390
R5
100
SET HOUR
D7
DIODE
SET MINUTE
+ Nguyên lí chỉnh tương tự như chỉnh giờ
được LOAD vào 74192 qua các chân D0D1D2D3 Khi mạch bắt đầu đếm thì chuyển mạch làm cho Q3 và Q4 thông RL3 và RL4 hút Khi đó chân LOAD của
Trang 16
74192 sẽ trỏ về giá trị LOAD là 59 phút ( IC đếm phút hàng chục được PRE-LOAD về 5 mỗi khi đếm ngược về 9)
Hẹn giờ xong ấn nút START để bắt đầu đếm ngược Khi đếm ngược về
00.00.00, lúc đó có chuông kêu Nếu ấn nút PAUSE thì chuông tắt
Q1
2N2222
RL1
5V
D1
DIODE
D2
LED-RED
LS1
SPEAKER
0R1
OR_3
1
R 4
DC 7
Q 3
TR
2 TH 6
CV 5
R1
100
R2
100
C1
100u
START/PAUSE
SLIENCE
U12
AND_3
U15
NOT
Quy ước: START ứng với logic 0
PAUSE ứng với logic 1
hồ báo thức đếm ngược lại từ đầu Để thực hiện chức năng này, xét sơ đồ mạch:
Trang 17
LAP LAI KHOANG THOI GIAN DA HEN
R7 100
RL5 5V
Q5
SET HOURU14
NOT
D3 DIODE
NGUYÊN LÍ: bình thường Q5 thông, do đó RL5 hút làm cho chân PL của 74192 hoạt động ở mức logic cao
Khi ấn SNOOZE thì Q5 ngắt làm cho RL nhả, do đó chân PL của các IC 74192 (trong bộ đếm giờ) hoạt động ở mức tích cực thấp,tức khi đó IC này đang được nạp vào
dữ liệu D3D2D1D0
Đồng thời lúc này, ta lại xét :
RL3
5V
D4
DIODE
RL4
5V
D5
DIODE
SET MINUITE
Khi ấn SNOOZE thì chuyển mạch cũng làm cho Q3 và Q4 ngắt:
Trang 18
LAP LAI KHOANG THOI GIAN DA HEN
RL3
5V
D4
DIODE
RL4
5V
D5
DIODE
U11:A
74390
Q3
2N2222
U11:B
74390
Q4
R7
100
RL5
5V
Q5
2N2222 SNOOZE
SET HOURU14
NOT
SET MINUTE
Lúc này các chân LOAD của IC 74192 ở bộ đếm phút được nạp vào giá trị phút lúc đầu đã đặt và được nhớ ở IC 74190
IV Sơ đồ mạch báo thức đếm lùi hoàn chỉnh.
Trang 19
GM1
74247
GM2
74247
NAND1
NAND
GM3
74247
GM4
74247
GM5
74247
GM6
74247
U3
NAND
U10
NOR_6
U2:A
74390
R4
10k
LAP LAI KHOANG THOI GIAN DA HEN
RL3
5V
D4
DIODE
RL4
5V
D5
DIODE
U11:A
74390
Q3
2N2222
U11:B
74390
R5
100
Q4
R7
100
RL5
5V
Q5
2N2222 SNOOZE
SET HOUR
U13
NAND
RL6
5V
D7
DIODE
Q6
2N2222
R8
100
RL7
5V
D8
DIODE
Q7
2N2222
U14
NOT
Q1
2N2222
RL1
5V
D1
DIODE
D2
LED-RED
LS1
SPEAKER
0R1
OR_3
0
R 4
DC 7
Q 3
TR
2 TH 6 CV 5
R1
100
R2
100
C1
100u
START/PAUSE
RING/SLIENCE
SET MINUTE
D3
DIODE
U12
AND_3
U15
NOT
* Chức năng của các nút bấm:
+ SET HOUR, SET MINUTE : đặt giờ báo thức.
+ SNOOZE : Lặp lại khoảng thời gian báo thức đã đặt.
+ START/PAUSE: bắt đầu/dừng đếm thời gian START ứng với mức
logic 0, PAUSE ứng với mức logic 1.
+ RING/SLIENCE: chế độ chuông/chế độ im lặng Trước khi đặt báo
thức phải nhấn nút này để khởi động chế độ chuông Khi có báo thức bấm
nút này chuông sẽ ngừng kêu RING ứng với Button ấn xuống, SLIENCE
ứng với Button làm hở mạch.
Trang 20
The end.