MẠCH TRÒ CHƠI AI NHANH TAY (có sơ đồ mạch) ................................... MẠCH TRÒ CHƠI AI NHANH TAY (có sơ đồ mạch) ................................... MẠCH TRÒ CHƠI AI NHANH TAY (có sơ đồ mạch) ................................... MẠCH TRÒ CHƠI AI NHANH TAY (có sơ đồ mạch) ................................... MẠCH TRÒ CHƠI AI NHANH TAY (có sơ đồ mạch) ...................................
Trang 1TAY
Trang 2DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ IX DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT X
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MẠCH TRÒ CHƠI AI NHANH TAY 1
1.1 GIỚI THIỆU: 1
1.2 TÓM TẮT NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: 1
1.3 HƯỚNG NGHIÊN CỨU: 1
1.4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: 1
CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU LINH KIỆN 2
2.1 MẠCH NGUỒN: 2
2.1.1 Biến áp 2
2.1.2 Cầu diode 2
2.1.3 Tụ điện 3
2.1.4 IC 7812 3
2.2 MẠCH ĐỀ TÀI 4
2.2.1 IC 7805 4
2.2.2 IC 7475 4
2.2.3 IC 74LS20 5
2.2.4 IC 74LS147 5
2.2.5 IC 74LS04 6
2.2.6 IC 74LS47 6
2.2.7 LED 7 đoạn 6
2.2.8 Điện trở 7
2.2.9 IC 555 8
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH 9
3.1 SƠ ĐỒ KHỐI: 9
Trang 33.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH: 10
3.3.1 Mạch nguồn: 10
3.3.2 Mạch đề tài: 11
3.4 MẠCH MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ: 12
CHƯƠNG 4 THỰC THI PHẦN CỨNG 16
4.1 THIẾT KẾ MẠCH IN: 16
4.1.1 Mạch nguồn: 16
4.1.2 Mạch đề tài: 17
4.2 KẾT QUẢ THỰC TẾ: 18
4.2.1 Mạch nguồn: 18
4.2.2 Mạch đề tài: 19
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 20
5.1 KẾT LUẬN: 20
5.2 ỨNG DỤNG: 20
5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN: 20
Trang 4Hình 3 Tụ điện 3
Hình 4: IC 7812 3
Hình 5: IC 7805 4
Hình 6: IC 7475 4
Hình 7: IC 74LS20 5
Hình 8: Bảng sự thật IC 74LS147 5
Hình 9: Sơ đồ chân IC 74LS04 6
Hình 10: Sơ đồ chân IC 74LS47 6
Hình 11: LED 7 đoạn 7
Hình 12: Điện trở và biến trở 7
Hình 13: IC NE555 8
Hình 14: Cấu tạo IC 555 8
Hình 15: Sơ đồ mạch đề tài 10
Hình 16: Sơ đồ mạch nguồn 10
Hình 17: Mô phỏng mạch đề tài 12
Hình 18: Mô phỏng mạch đề tài 12
Hình 19: Mô phỏng mạch đề tài 13
Hình 20: Mô phỏng mạch đề tài 14
Hình 21: Mô phỏng mạch đề tài 15
Hình 22: Mạch in mạch nguồn 16
Hình 23: Mạch in mạch đề tài 17
Hình 24: Mạch nguồn thực tế 18
Hình 25: Mạch đề tài thực tế 19
Trang 5DC: Direct Current
AC: Alternating Current
Vcc: Voltage Common Collector
LS: Low power Schottky
Trang 6CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MẠCH TRÒ CHƠI AI NHANH TAY
1.1 Giới thiệu:
Mạch trò chơi ai nhanh tay hay mạch chuông trò chơi được ứng dụng trong cácchương trình game show hay trong các trò chơi đố vui yêu cầu các người chơi cầnnhanh tay bấm chuông để dành quyền trả lời
Mạch bao gồm 4 nút nhấn đại diện cho 4 người chơi, hệ thống các IC xử lí, LED 7đoạn để hiển thị vị trí người nhấn nút và còi hú
1.2 Tóm tắt nguyên lý hoạt động:
Khi một nút nhấn được nhấn, hệ thống các IC sẽ xử lí tín hiệu nhận được để xuất raLED 7 đoạn vị trí của nút nhấn được nhấn ( ví dụ người số 1 nhấn nút thì LED 7đoạn hiển thị số 1), đồng thời hệ thống tạo xung cũng sẽ nhận được tín hiệu làm còi
hú vang lên
1.3 Hướng nghiên cứu:
Mạch trò chơi ai nhanh tay sử dụng IC số:
Hệ thống hiển thị: IC 74LS75, IC 74LS20, IC 74LS147, IC 74LS04, IC 74LS47,LED 7 đoạn
Hệ thống tạo xung: IC NE555, còi hú
1.4 Mục đích nghiên cứu:
Mục đích nghiên cứu mạch là để sinh viên có thể tổng hợp lại các kiến thức đã học
về các loại IC, các linh kiện điện tử đồng thời tìm hiểu thêm những kiến thức mới Sinh viên có thể biết được chức năng của các loại linh kiện và ứng dụng nó vào nhucầu cuộc sống của con người, xã hội đang ngày càng phát triển về tự động hóa
CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU LINH KIỆN
1.5 Mạch nguồn:
1.1.1 Biến áp: Biến đổi điện áp 220 VAC thành điện áp 12 VAC Cấu tạo gồm các
Trang 7lõi thép và các cuộn dây được quấn thành các cuộn sơ cấp và thứ cấp Biến áp có số vòng dây sơ cấp lớn hơn thứ cấp gọi là máy giảm áp Biến áp có số vòng dây sơ cấplớn hơn thứ cấp gọi là máy tăng áp.
Hình 1: Biến áp 220 - 12 V
tạo từ 4 con diode mắc thành cầu như hình
Hình 2 Cầu diode
chất cách điện 1 chiều nhưng cho dòng xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp.Trong mạch nguồn tụ có tác dụng lọc phẳng điện áp xoay chiều sau khi được chỉnh lưu bởi cầu diode
Hình ảnh:
Trang 9
Hình 5: IC 7805
ngõ ra Q và Q bù Khi E ở mức cao ( mức 1) thì thì ngõ ra Q tuân theo ngõ vào D Khi ngõ vào E ở mức thấp ( mức 0) ngõ vào D sẽ bị cấm, khi đó Q sẽ giữ nguyên trạng thái ban đầu
Hình 6: IC 7475
ở mức thấp nếu tất cả các ngõ vào đều mức cao, ngõ ra ở mức cao nếu có ít nhất 1 ngõ vào ở mức thấp
Trang 1074LS04: Cấu tạo từ 8 cổng NOT Tác dụng làm tín hiệu ngõ ra có mức bù với tín
Trang 11
Hình 9: Sơ đồ chân IC 74LS04
LED 7 đoạn
Hình 10: Sơ đồ chân IC 74LS47
Chân 7, 1, 2, 6 là ngõ vào của mã nhị phân 4 bit Chân 13, 12, 11, 10, 9, 15,
14 là các chân ra ở mức thấp và được nối với led 7 đoạn
1 led đơn thể hiện dấu chấm
Có 2 loại led 7 đoạn:
• Led 7 đoạn anode chung Đầu chung này được nối với nguồn, các chân còn lạiđiều khiển sáng tắt của các led đơn Các led đơn sáng khi nhận được tín hiệu ở mức
Trang 12• Led 7 đoạn cathode chung Đầu cathode chung được nối xuống đất, các chânkhác điều khiển led sáng tắt Các led sáng khi nhận được tín hiệu mức 1.
Hình 11: LED 7 đoạn
áp và dòng điện theo yêu cầu
Biến trở là loại điện trở có thể thay đổi giá trị
Trang 13Chân 3 : là chân tín hiệu ra, trạng thái tín hiệu ra có 2 mức thấp và cao
Chân 4 : dùng để định mức trạng thái ra Khi chân 4 nối đất ( mức thấp ) thìtín hiệu ngõ ra ở mức thấp, khi ở mức cao thì mức tín hiệu ra tùy thuộc vàomức trên chân 2 và 6
Chân 5 : dùng để giảm trừ nhiễu bằng cách nối đất thông qua tụ có giá trị0,01uF đến 0,1uF
Chân 6 : chức năng giống chân 2, dùng để so sánh điện áp vào
Chân 7 : được xem như một khóa điện tử, phụ thuộc vào mức của chân 3,chân 3 ở mức thấp thì khóa này đóng, ở mức cao thì khóa mở
Chân 8 : là chân nối nguồn có điện áp từ 3 – 15V
Trang 14
Nguồn 220
VAC
Ngõ ra 12Vdc
IC ổn áp (7812)
Thiết bị hiển thị(LED 7 đoạn)
Hệ thống các IC xử
lý
Nút nhấn (4kênh )
Trang 15Hình 15: Sơ đồ mạch đề tài
1.9 Nguyên lý hoạt động của mạch:
Hình 16: Sơ đồ mạch nguồn
Điện áp 220VAC được đặt vào 2 đầu sơ cấp của máy biến áp sẽ cho ra điện áp 12VAC ở ngõ ra cuộn thứ cấp của biến áp Điện áp xoay chiều 12 VAC sẽ đi vào ngõvào AC của cầu nắn diode để cho ra điện áp một chiều ở ngõ ra DC của cầu diode.Các tụ điện trong mạch có chức năng lọc phẳng điện áp DC ngõ ra, làm giảm cácgợn sóng sin và giảm trừ nhiễu Điện áp 12 VDC đi vào IC ổn áp 7812 giúp ổn địnhđiện áp ở mức 12 VDC để cung cấp cho mạch chính
1.1.17 Mạch đề tài:
Trang 16Khi chưa bật nút nhấn, ngõ vào D1, D2, D3, D4 của IC 7475 đều là mức 1dẫn đến ngõ vào E1, E2, E3, E4 của IC 74ls147 là mức 1( do IC 7475 cấu tạo từ 4mạch chốt D), nên ta có ngõ ra QA, QB, QC, QD lần lượt là 1111 Các giá trị của
QA, QB, QC, QD đi vào IC 74ls04 dẫn đến ngõ ra Q3, Q2, Q1, Q0 của 74ls04 cógiá trị là 0000 ( do IC 74ls04 cấu tạo từ các cổng NOT ) các giá trị Q3, Q2, Q1, Q0(0000) đi vào IC giải mã nhị phân 74ls47 sẽ hiện thị ra LED 7 đoạn số ‘0’
Khi nút nhấn S1 được bấm, ngõ vào D1, D2, D3, D4 của IC7475 lập tức cógiá trị là 0111 Các giá trị này đi vào IC 74ls147 dẫn đến ngõ ra QA, QB, QC, QDlần lượt là 0111 Giá trị 0111 của ngõ ra 74ls147 đi vào 74ls04 ta sẽ thu được giá trịQ3, Q2, Q1, Q0 lần lượt là 0001 Giá trị 0001 đi vào IC giãi mã 74ls47 sẽ xuất raLED 7 đoạn số ‘1’ Đồng thời, khi nút S1 được nhấn, giá trị ngõ vào 1, 2, 4, 5 của
IC 74ls20 sẽ là 0111 dẫn đến chân 6 của 74ls20 có giá trị là 1 dẫn đến chân 13,12,10 của 74ls20 đều bằng 1 cùng với chân 9 có giá trị là 1 ( do nối với nguồn ) nênchân 8 của 74ls20 có giá trị bằng 0 suy ra chân 13, 4 của IC7475 bằng 0 ( chânEnable của 4 mạch chốt D trong IC 7475 bằng 0 ) dẫn đến khi giá trị của D thay đổithì các ngõ ra Q của IC7475 vẫn giữ nguyên giá trị ban đầu Mặc khác, chân 6 của74ls20 được nối với chân 4 của IC555, nên khi chân 4 có giá trị 1 thì còi sẽ phát lên Khi nhấn nút reset ( S5), chân 9 của IC 74ls20 ngay lập tức trở thành mức 0.Dẫn đến chân 8 của 74ls20 có giá trị bằng 1 suy ra chân 13, 4 của 7475 bằng 1 nêncác mạch chốt D của IC 7475 hoạt động Lúc này các giá trị D1, D2, D3, D4 đều trởthành mức 1, LED 7 đoạn lại hiển thì số ‘0’, chân 4 của IC 555 trở về 0 nên còi sẽtắt
1.10 Mạch mô phỏng và kết quả:
Trang 173 Q1 15 Q1 14D2
6 Q2 10 Q2 11D3
7 Q3 9 Q3 8E0/1 13 E2/3 4
Q0 9Q1 7Q2 6Q3 14
U3
74HC147
R 4
1 QB 12 C
2 QC 11 D
6 QD 10 BI/RBO
4 QE 9 RBI
5 QF 15 LT
LS1
SPEAKER
Hình 17: Mô phỏng mạch đề tài
Ở trạng thái ban đầu, các ngõ vào của 74LS75 đều là mức 1, nên các ngõ racủa 74LS75 ( đồng thời là ngõ vào của 74LS147 ) cũng là mức 1, dẫn đến 4 ngõ racủa 74LS147 là 1111, 4 ngõ ra này qua các cổng NOT sẽ cho ra chuỗi nhị phân
0000 đi vào IC giải mã LED 7 đoạn 74LS47 sẽ xuất ra số 0
3 Q1 15 Q1 14D2
6 Q2 10 Q2 11D3
7 Q3 9 Q3 8E0/1 13 E2/3 4
Q0 9Q1 7 Q2 6Q3 14
U3
74HC147
R 4
1 QB 12 C
2 QC 11 D
6 QD 10 BI/RBO
4 QE 9 RBI
5 QF 15 LT
LS1
SPEAKER
Hình 18: Mô phỏng mạch đề tài
Trang 18
đi vào 74LS47 sẽ xuất ra LED 7 đoạn số 1 Đồng thời các ngõ ra của 74LS75 đượcnối với các chân 5, 4, 2, 1 của 74LS20 Khi một trong các chân này ở mức 0, ngõ rachân 6 sẽ là mức 1 dẫn đến chân 8 sẽ là mức 0, mức 0 này đi vào chân 13, 4 ( E0/1,E2/3) sẽ làm cho các ngõ vào của 74LS75 bị cấm, ngõ ra sẽ giữ nguyên trạng thái.Khi chân 6 của 74LS20 ở mức 1 sẽ làm chân 4 của NE555 ở mức 1 nên sẽ tạo xung
ở ngõ ra chân 3 dẫn đến còi sẽ hú
Hình 19: Mô phỏng mạch đề tài
Để trở về trạng thái ban đầu, ta nhấn nút reset ( nối với chân 9 của 74LS20) khi đó chân 9 sẽ thành mức 0, chân 13 và 4 của 74LS75 sẽ thành mức 1, các ngõ vào của 74LS75 sẽ được cho phép và mức logic lúc này là 1 Đồng thời chân 4 của NE555 sẽ về mức 0 ( do chân 6 của 74LS20 là mức 0), làm chân 3 về mức 0 dẫn đến không còn xung ngõ ra và còi tắt
Tương tự khi kênh 2, 3, 4 được nhấn, các chuỗi nhị phân ngõ ra 74LS147 lầnlượt là 1101, 1100, 1011 (tính chất mã hóa của 74LS147) qua các cổng NOT sẽ thành 0010, 0011, 0100 Các mã này đi vào 74LS47 sẽ xuất ra LED 7 đoạn lần lượt các số 2, 3, 4 Cứ mỗi lần nhấn kênh sẽ tạo xung ở NE555 làm còi hú, nhấn reset thìcòi sẽ tắt, mạch về trạng thái ban đầu
Trang 193 Q1 15 Q1 14D2
6 Q2 10 Q2 11D3
7 Q3 9 Q3 8E0/1 13 E2/3 4
12 8
Q0 9Q1 7Q2 6Q3 14
U3
74HC147
R 4
1 QB 12 C
2 QC 11 D
6 QD 10 BI/RBO
4 QE 9 RBI
5 QF 15 LT
3 Q1 15 Q1 14D2
6 Q2 10 Q2 11D3
7 Q3 9 Q3 8E0/1 13 E2/3 4
12 8
Q0 9Q1 7Q2 6Q3 14
U3
74HC147
R 4
1 QB 12 C
2 QC 11 D
6 QD 10 BI/RBO
4 QE 9 RBI
5 QF 15 LT
LS1
SPEAKER
Hình 20: Mô phỏng mạch đề tài
Trang 20
3 Q1 15 Q1 14D2
6 Q2 10 Q2 11D3
7 Q3 9 Q3 8E0/1 13 E2/3 4
12 8
Q0 9Q1 7Q2 6Q3 14
U3
74HC147
R 4
1 QB 12 C
2 QC 11 D
6 QD 10 BI/RBO
4 QE 9 RBI
5 QF 15 LT
LS1
SPEAKER
Hình 21: Mô phỏng mạch đề tài
Trang 22
Hình 23: Mạch in mạch đề tài
1.12 Kết quả thực tế:
1.1.20 Mạch nguồn:
Trang 23
Hình 24: Mạch nguồn thực tế
Trang 24
Hình 25: Mạch đề tài thực tế
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN
Trang 251.13 Kết luận:
- Mạch được thiết kế đúng với yêu cầu đề tài mặc dù còn nhiều sai sót không như ý muốn
- LED 7 đoạn hiển thị đúng vị trí của mỗi nút nhấn
- Mạch lắp ráp đơn giản, chi phí thấp
1.14 Ứng dụng:
- Ngày nay mạch được sử dụng rộng rãi trong các chương trình game show hay các chương trình trò chơi trả lời câu hỏi với quy mô vừa và nhỏ
1.15 Hướng phát triển:
- Kết quả của mạch tuy chưa thực sự tốt, nhưng dựa vào chức năng và
nguyên lý hoạt động của các linh kiện ta có phát triển thêm cho mạch
Ví dụ ta có thể tăng số lượng các kênh trong mạch, hay sử dụng chuông có công suất lớn hơn để áp dụng vào các chương trình có quy mô lớn
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 26 [5] www.huongnghiepviet.com
gia TP Hồ Chí Minh