Bài tập lớn vi mạch tương tự và vi mạch số đề tài thiết kế bãi đỗ xe tự động

Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Trong lĩnh vực điều khiển, từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều khiển lắp ráp bằng các linh kiện rời như kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ.Ngày nay, trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người như máy giặt, đồng hồ bấm giây, đồng hồ báo giờ ... đã giúp cho đời sống cuả chúng ta ngày càng hiện đại và tiện nghi hơn.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN oOo BÀI TẬP LỚN BỘ MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: NGUYỄN THỊ HẠNH Hà nội - 2017 Lời nói đầu Với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, đặc biệt ngành điện tử ứng dụng nhiều công nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển, từ công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đem đến kỹ thuật điều khiển đại có nhiều ưu điểm so với việc sử dụng mạch điều khiển lắp ráp linh kiện rời kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ Ngày nay, lĩnh vực điều khiển ứng dụng rộng rãi thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày người máy giặt, đồng hồ bấm giây, đồng hồ báo giúp cho đời sống cuả ngày đại tiện nghi Với kiến thức học lớp tìm hiểu thực tế Trong thời gian u cầu nhóm em hồn thành tập lớn mơn học với nội dung “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG” Do kiến thức chuyên ngành thiếu nhiều thực tế nên đồ án không tránh khỏi sai sót, mong thầy góp ý kiến để làm chúng em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn cô: Nguyễn Thị Hạnh giúp nhóm em hồn thành tập lớn mơn MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠCH LOGIC, MẠCH DAO ĐỘNG, MẠCH ĐẾM 1.1 Mạch logic tổng hợp 1.1.1 Đặc điểm phương pháp thiết kế mạch logic tổ hợp 1.1.2 Bộ mã hóa giải mã .2 1.1.3 Bộ so sánh 1.1.4 Mạch lật .3 1.2 Mạch dãy 1.2.1 Bộ đếm CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG 2.1 Yêu cầu sơ đồ khối hệ thống 2.1.1 Yêu cầu 2.1.2 Sơ đồ khối hệ thống .7 2.2 Liệt kê thiết bị có hệ thống 2.2.1 Nút bấm (thay cho cảm biến xe vào) 2.2.2 Mạch lật (74ls112) .9 2.2.3 Bộ tích logic AND (74ls08) 10 2.2.4 Cổng NOT – Bộ đảo 10 2.2.5 Bộ cộng logic (74ls32) 11 2.2.6 Bộ cộng đảo (NOR-4) .11 2.2.7 Ic đếm (74ls190) 12 2.2.8 Ic so sánh (74ls85) .14 2.2.9 Led 17 2.3 Mô hình hệ thống 18 2.3.1 Mơ hình cửa vào, 18 2.3.2 Mơ hình xử lý trung tâm hiển thị 19 CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG 20 3.1 Sơ đồ mạch 20 3.2 Nguyên lý làm việc hệ thống 20 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN .21 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠCH LOGIC, MẠCH DAO ĐỘNG, MẠCH ĐẾM 1.1 Mạch logic tổng hợp 1.1.1 Đặc điểm phương pháp thiết kế mạch logic tổ hợp a Đặc điểm - Mạch logic tổ hợp mạch logic, giá trị logic tín hiệu khơng phụ thuộc vào trạng thái cũ mạch, mà hoàn toàn xác định giá trị logic cửa vào mạch thời điểm Hình 1: Sơ đồ biến đổi mạch logic  Khi tổng hợp mạch logic tổ hợp ta cần tuân thủ bước đây:  Lập bảng chân lý, bảng giá trị biến tương ứng với tổ hợp biến vào  Từ bảng trạng thái xác định biểu thức hàm logic bảng –nô  Tiến hành tối thiểu hóa hàm logic đưa dạng thuận lợi để triển khai hàm thông qua mạch logic b Phương pháp thiết kế mạch logic tổ hợp Phân tích yêu cầu Lập bảng chân lý Tối thiểu hóa hàm logic Vẽ sơ đồ logic Xác định biến vào quan hệ chúng Dùng mã 0, để mô tả giá trị biến đầu theo biến vào Đơn giản hóa biểu thức logic dùng bìa Mơ tả biểu tối giản cổng Các –thức nơ biếnbằng đổi.các logic 1.1.2 Bộ mã hóa giải mã a Bộ mã hóa  Bộ mã hóa nhị - thập phân  Bộ mã hóa nhị - thập phân mạch điện có nhiệm vụ chuyển 10 chữ số hệ thập phân thành mã hệ nhị phân Dạng mã gọi mã BCD Hình 2: Sơ đồ mã hóa b Bộ giải mã  Bộ giải mã nhị - thập phân  Bộ giải mã BCD có cửa vào bit nhị phân, ký hiệu chúng theo trọng số giảm dần D, C, B, A Có cửa 10 số hệ thập phân (số đến số 9), ký hiệu chúng y0, y1, y2, y3, y4, y5, y6, y7, y8 y9 Ứng với tổ hợp biến vào có biến xuất Quy định mức thấp (mức 0) mức tích cực biến Hình 3: Sơ đồ thị led dùng 4511 1.1.3 Bộ so sánh - Là mạch điện để so sánh số hệ nhị phân chuyển hóa thành dãy tín hiệu xung điện áp với mức tương ứng Kết sau so sánh phải xác định được, hai số có khơng, hay số lớn hơn, số bé - Phân loại : + so sánh + so sánh lớn hơn, bé 1.1.4 Mạch lật a Tổng quan loại mạch lật  FF mạch có khả lật lại trạng thái ngõ tuỳ theo tác động thích hợp ngõ vào, điều có ý nghĩa quan trọng việc lưu trữ liệu mạch xuất liệu cần  Có nhiều loại flip flop khác nhau, chúng sử dụng rộng rãi nhiều ứng dụng Các mạch FF thường kí hiệu sau Hình 4: Sơ đồ mạch lật b Các loại mạch lật  FF SR (mạch lật lại đặt)  Mạch lật kiểu RS có ngõ vào: ngõ vào đặt S ngõ vào xóa R  Mạch có ngõ Q Q ̅ Hình 5: Nguyên lý mạch lật kiểu FF SR  Mạch lật kiểu JK (JK – FF)  Mạch lật kiểu JK có ngõ vào : ngõ vào đặt J – chuyển trạng thái mạch ngõ vào xóa K – chuyển trạng thái mạch  Mạch lật kiểu JK có ngõ Q  Mạch lật kiểu (T6: –FF) HìnhT Nguyên lý mạch lật kiểu FF JK  Mạch lật kiểu T thường dùng mạch đồng bộ, mạch tác động có xung đồng đến ngõ vào đồng  Mạch có ngõ vào điều khiển T, ngõ vào đồng CP, ngõ Q Hình 7: Nguyên lý mạch lật kiểu FF T  Mạch lật kiểu D (D- FF)  Mạch lật kiểu D có tín hiệu Q lặp lại tín hiệu vào chậm lại khoảng thời gian  Mạch có ngõ vào D, có ngõ Q Hình 8: Nguyên lý mạch lật kiểu FF D 1.2 Mạch dãy  Các phương pháp để mô tả chức mạch dãy  Phương pháp sử dụng phương trình logic:dùng để mơ tả quan hệ phụ thuộc biến theo biến vào trạng thái nội có mạch  Phương pháp sử dụng bảng trạng thái:dùng bảng liệt kê mối quan hệ theo giá trị logic tập biến  Phương pháp sử dụng đồ hình trạng thái:dùng hình vẽ phản ánh quy luật chuyển đổi trạng thái tình hình giá trị đầu vào,đầu tương ứng mạch  Phương pháp sử dụng đồ thị thời gian:là dạng sóng công tác mô tả quan hệ tương ứng giá trị đầu vào,đầu ra,trạng thái mạch điện thời gian 1.2.1 Bộ đếm  Bộ đếm thiết bị đếm số xung đến cửa vào, đầu đếm số lượng xung đếm  Phân loại:  Xét sơ đồ nguyên lí đặc trưng mạch dị Hình 9: Sơ đồ nguyên lý đếm dị  Đồ thị dạng sóng tương ứng : Hình 10: Đồ thị dạng sóng đếm a Một số mạch điển hình dùng đếm Hình 11: Ví dụ mạch dùng đếm  Trong thực tế đếm sử dụng rộng rãi như:dùng làm đồng hồ số,bãi đỗ xe tự động hay đèn báo giao thơng ,… CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG 2.1 Yêu cầu sơ đồ khối hệ thống 2.1.1 Yêu cầu  Thiết kế mạch điều điều khiển bãi đỗ xe tự động gồm hệ thống cảm biến phát xe + Barrie cửa vào cửa  Yêu cầu: - Hiển thị số xe có bãi ( B), "Một B" (OA B đểu mức cao Vậy để mạch so sánh bit nên nối ngõ nối chống A = B mức cao 2.2.9 Led Hình 7: Sơ đồ led 15  Led có cấu tạo bao gồm led đơn có dạng đc xếp heo hình số led đơn hình tròn nhỏ thể dấu “chấm” tròn nhỏ góc bên phải led led đơn ted có Anode (cực +) Cathode (cực -) nối chungvới tạo thành loại led thanh:  Anode chung (cực + chung): đầu (+) chung nối với +Vcc, chân lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt led đơn Led sáng tín hiệu đặt vào chân mức thấp  Cathode chung (cực – chung): đầu (-) chung nối xuống Ground (hay mass), chân lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt led đơn, led sáng tín hiệu đặt vào chân mức cao  LED phát sáng với dòng thuận khoảng 520mA, điện áp rơi LED khoảng 1,5  3V điều khiển LED theo mức logic cao ( Katốt chung) mức logic thấp (Anốt chung)  Led dùng để thị số xe có bãi, số xe có, số xe trống thời gian barie đóng mở 2.3 Mơ hình hệ thống 2.3.1 Mơ hình cửa vào, 16 Hình 8: Mơ hình cửa vào  Phần cửa vào thiết kế gồm có hai cảm biến đặt đằng trước sau barie (động cơ), có tác dụng phát xe gửi tín hiệu đến điều khiển.Ngồi có khối điều khiển barie xử lý tín hiệu 2.3.2 Mơ hình xử lý trung tâm hiển thị 17 Hình 9: Sơ đồ khối xử lý trung tâm  Khối xử lý trung tâm gồm có mạch xử lý tín hiệu để tính tốn đưa tín hiệu đến hiển thị CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG 3.1 Sơ đồ mạch 18 Hình 1: Sơ đồ mạch điều khiển tổng hợp 3.2 Nguyên lý làm việc hệ thống Các biến logicstate đếm so sánh để ta nhập giá trị số xe có, số lượng xe tối đa (tín hiệu vào dạng nhị phân) mà bãi chứa đựơc Khi bắt đầu khởi động hệ thống xử lý (ic đếm 74ls190) nhận giá trị đặt trước từ logicstate hiển thị hiển thị (led thanh) Khi có xe vào, cảm biến vào thứ (sensor 1) phát tín hiệu tương ứng với nút ấn đóng xuống Cấp tín hiệu vào chân CLK ic 74ls112, làm cho tín hiệu ic bị thay đổi từ barie (động cơ) mở lên Bộ đếm timer có tác dụng đếm dừng mở barie Khi xe qua cảm biến thứ (sensor – nút ấn ấn xuống), tín hiệu cấp vào chân CKL ic 74ls112 từ làm cho barie đóng lại đồng thời tín hiệu cấp vào chân đếm làm tăng biến đếm lên 1, sau phận hiển thị hiển thị led Khi có xe thứ vào, hệ thống hoạt động tương tự đếm tăng lên đơn vị Tương tự với xe ra, cảm biến cửa thứ (sensor 3) phát tín hiệu từ barie cửa mở lên sau xe qua cảm biến thứ (sensor 4) barie đóng xuống đồng thời tín hiệu cấp vào chân đếm làm giảm biến đếm đơn vị, sau phận hiển thị hiển thị led Khi số xe có số xe tối đa so sánh (ic 74ls85) so sánh cấp tín hiệu để tắt barie làm cho barie khơng thể mở lên có xe vào 19 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN Qua việc làm tập lớn thiết kế bãi đỗ xe,chúng em biết thêm số kiến thức nguyên lý làm việc hệ thống bãi đỗ xe tự động thực tế, biết cách sử dụng chức số ic, từ thiết kế mạch đơn giản ,nhưng kiến thức hạn chế cộng thời gian làm ngắn ,chúng em khó tránh thiếu xót , mong thầy cô nhận xét ,đánh giá để làm em hoàn thiện Chúng em xin trân thành cảm ơn 20 ... CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN Qua vi c làm tập lớn thiết kế bãi đỗ xe, chúng em biết thêm số kiến thức nguyên lý làm vi c hệ thống bãi đỗ xe tự động thực tế, biết cách sử dụng chức số ic, từ thiết kế mạch đơn... đồng hồ số, bãi đỗ xe tự động hay đèn báo giao thông ,… CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG 2.1 u cầu sơ đồ khối hệ thống 2.1.1 Yêu cầu  Thiết kế mạch điều điều khiển bãi đỗ xe tự động. .. Giám sát số lượng xe bãi từ xa 2.1.2 Sơ đồ khối hệ thống Hết xe Tín hiệu vào Xử lý tín hiệu Bộ phận hiển thị Số xe bãi Tín hiệu Đầy xe  Chức năng, ngun lí chung: có xe vào ra.hệ thống tự động báo