Mạch đếm số xe ra vào gara dùng IC và hồng ngoại

1. Nhận xét chung: Mạch kiểm tra xe ra vào dùng hồng ngoại là mach có nhiều ứng dụng trong thực tế đặc biệt trong các xí nghiệp công ty, cơ quan, trường học,…….. Mạch kiểm tra được tất cả các xe ra vào được thể thị bằng led 7 đoạn giúp ta quản lý các xe một các dễ dàng. 2. Chức năng : Mạch kiểm tra xe ra vào dùng hồng ngoại hiển thị tổng số lượng xe hiện có trong nhà trên led 7 đoạn . Mạch này có thể đếm được 25 xe . Nhà xe phải được thiết kết sao cho có cửa ra vào riêng. 3. Hướng phát triển của đề tài: Ngày nay với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật việc thiết kế mạch sử dụng quá nhiều IC không được coi là tối ưu. Mạch trở nên rườm rà tốn nhiều thời gian, tuổi thọ sử dụng của mạch ngắn , có nhiều sai sót dễ hưng hỏng. Chính vì vậy nhóm chúng em cần nâng cao kiến thức thay thế các IC bằng vi xử lý, vi điều khiển để phục vụ cho sản xuất đáp ứng nhu cầu cho thời đại. 4. Mở rộng: Bằng cách ghép các chân CO và BO của tầng thấp các chân CLKU và CLKD của tầng cao và thêm vào bộ hiển thị (7447+ led 7 đoạn ) bạn có thể thiết kế mạch đếm được từ 999, 9999,…..v.v

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

LỜI CẢM ƠN 4

ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN 5

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU MỘT SỐ LINH KIỆN ĐIỂN HÌNH DÙNG TRONG MẠCH 6

1 IC 74LS47: 6

2 IC 74LS192: 9

3 IC 74HC14: 10

4 Led 7 thanh (led 7 đoạn): 11

5 Led : 12

6 Điện trở: 14

7 Tụ điện: 15

8 Diode: 17

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN 18

1 Sơ đồ khối: 18

2 Chức năng từng khối: 19

a) Khối nguồn: 19

b) Khối thu và khối phát hồng ngoại: 19

c) Khối đếm: 20

d) Khối giải mã: 21

b Chức của IC 74192: 24

c Nguyên lý hoạt động: 24

5 Thi công mạch: 25

Dụng cụ sử dụng: 25

Quá trình thi công: 25

CHƯƠNG III: KẾT LUẬN 26

Tài liệu tham khảo 27

LỜI MỞ ĐẦU

Việt Nam là một nước đang trên con đường phát triển và đang hòa nhập vào sự phát triển của “WTO” tạo ra thay đổi về mặt kinh tế xã hội của nước ta Tạo cơ hội cho học sinh – sinh viên chúng em tiếp cận và nắmbắt được nhiều thành tựu vĩ của thế giới, đặc biệt là về các lĩnh vực khoa học kỹ thuật nói chung và ngành Điện Tử nói riêng

Thế hệ trẻ chúng ta không tự mình phấn đấu học hỏi thì chúng ta sẽ sớm lạc hậu và nhanh chống bị đẩy lùi Nhìn thấy được điều đó trường:

“ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN” đã sớm chủ trương hình thức đào tạo sâu rộng, từ thấp đến cao Để tăng chất lượng học tập của sinh viên nhà trường nói chung và khoa Điện - Điện Tử nói riêng đã tổchức cho sinh viên làm đồ án môn học nhằm tạo nền tảng vững chắc cho sinh viên khi ra trường, đáp ứng nhu cầu tuyển dụng việc làm Chính vì vậy chúng em đã chọn đề tài: “Mạch đếm số xe ra vào gara dùng IC và hồng ngoại”

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đồ án được sự tận tình hướng dẫn của thầy

cô Khoa Điện - Điện Tử, đặc biệt là thầy : Đỗ Quang Huy

Và do kiến thức còn hạn hẹp nên trong quá trình thực hiện đồ án , chúng em không thể tránh những sai sót Rất mong quý thầy cô trong hội đồng khảo thi bỏ qua và có hướng giúp đỡ để chúng em có thể hoàn chỉnh

đồ án của mình hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn

ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

T

Điể m ĐG (tối đa 10)

1 Năng lực chung (Ý thức thực hiện và khả năng làm việc nhóm)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

2 Năng lực chuyên môn (Kiến thức lý thuyết, khả năng thực hành)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm kết luận: … … … …

Hưng Yên, ngày … tháng … năm 2017

NGƯỜI ĐÁNH GIÁ

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU MỘT SỐ LINH KIỆN ĐIỂN HÌNH

DÙNG TRONG MẠCH

1 IC 74LS47:

- Chức năng IC 74LS47:

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 Mạch logic của IC như hình vẽ

IC có 8 ngõ ra từ Q0 – Q7, 4 ngõ vào dữ liệu IC là loại Decorder.Nhìn hình vẽ ta thấy ở ngõ ra các tín hiệu được nối với nhau qua cổng NAND do đó ngõ ra luôn ở mức thấp

- Bảng hoạt động của IC74LS47.

2 IC 74LS192:

- Chức năng IC:

Đây là IC vừa có khả năng đếm lên vừa có khả năng đếm xuống với ngõ ra là số BCD Đếm lên hay đếm xuống là tùy vào kết nối xung clock vào Count Up Clock Pulse Input (chân 5) hay Count Down Clock Pulse Input (chân 4) Do đó trên mạch, đối với IC 47LS192 chân 4 được nối với

dữ liệu lấy từ cửa ra còn chân 5 được nối với dữ liệu lấy từ cửa vào

3 IC 74HC14:

- Chức năng IC:

Là IC đảo giúp ổn định tín hiệu nhận vào từ LED thu hồng ngoại

4 Led 7 thanh (led 7 đoạn):

LED 7 đoạn hay LED 7 thanh (Seven Segment display) là 1 linh kiện

rất phổ dụng , được dùng như là 1 công cụ hiển thị đơn giản nhất

Trong LED 7 thanh bao gồm ít nhất là 7 con LED mắc lại với nhau ,

vì vậy mà có tên là LED 7 đoạn là vậy ,7 LED đơn được mắc sao cho

nó có thể hiển thị được các số từ 0 - 9 , và 1 vài chữ cái thông dụng, để phân cách thì người ta còn dùng thêm 1 led đơn để hiển thị dấu chấm (dot)

Các led đơn lần lượt được gọi tên theo chữ cái A- B -C-D-E-F-G, và dấu chấm dot

Như vậy nếu như muốn hiển thị ký tự nào thì ta chỉ cần cấp nguồn vào chân đó là led sẽ sáng như mong muốn

LED 7 thanh dù có nhiều biến thể nhưng tựu chung thì cũng chỉ vẫn

có 2 loại đó là :

+ Chân Anode chung (chân + các led mắc chung lại với nhau ) + Chân Catode chung (Chân - các led được mắc chung với nhau )

* Đối với loại Anode chung :

+ Chân 3 và 8 là 2 chân Vcc(nối ngắn mạch lại với nhau , sau đó nối chung với chân anode của 8 led đơn ), vậy muốn led nào đó sáng thì chỉ việc nối chân catot xuống mass

Điện áp giữa Vcc và mass phải lớn hơn 1.3 V mới cung cấp đủ led sáng, tuy nhiên không được cao quá 3V

5 Led :

LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là

các Diode có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như Diode, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n

Hoạt động của LED giống với nhiều loại Diode bán dẫn

Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nênkhi ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này

có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối n Cùng lúc khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống)

Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo

khí Do đó công nghệ trích xuất ánh sáng từ LED cũng rất quan trọng, cần rất nhiều sự nghiên cứu và phát triển.

sắc

Bước sóng [nm]

Bước sóng

Hồng

ngoại

λ > 760 ΔV < 1.63 Gallium arsenide (GaAs)

Aluminium gallium arsenide

500 < λ < 570 1.9 < ΔV < 4.0 Indium gallium nitride (InGaN) /

Gallium(III) nitride (GaN)

Gallium(III) phosphide (GaP)

Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP)

Aluminium gallium phosphide

(AlGaP)

Bảng dưới đây trình bày các loại màu sắc cùng với bước sóng, điện áp và vật liệu các led dùng trong đồ án.

R = U / I

trong đó:

U: là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn (V)

I: là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ampe (A)

R: là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω)

7 Tụ điện:

Tụ điện là một loại

linh kiện điện tử thụ động tạo bởi hai bề mặt dẫn điện được ngăn cách bởi điện môi Khi có chênh lệch điện thế tại hai bề mặt, tại các bề mặt sẽ xuấthiện điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu

Sự tích tụ của điện tích trên hai bề mặt tạo ra khả năng tích trữ năng lượng điện trường của tụ điện Khi chênh lệch điện thế trên hai bề mặt là điện thế xoay chiều, sự tích luỹ điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở kháng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều

Về mặt lưu trữ năng lượng, tụ điện có phần giống với ắc qui Mặc dù cách hoạt động của chúng thì hoàn toàn khác nhau, nhưng chúng đều cùng lưu trữ năng lượng điện Ắc qui có 2 cực, bên trong xảy ra phản ứng hóa học để tạo ra electron ở cực này và chuyển electron sang cực

Trong đó,

 C: là điện dung tụ điện, đơn vị là Fara [F]

 ε: Là hằng số điện môi của lớp cách điện;

 ε0: Là hằng số điện thẩm;

 d: là chiều dày của lớp cách điện;

 S: là diện tích bản cực của tụ điện

Đơn vị của đại lượng điện dung là Fara [F] Trong thực tế đơn vị Fara làtrị số rất lớn, do đó thường dùng các đơn vị đo nhỏ hơn như micro Fara (1µF=10−6F), nano Fara (1nF=10−9F), picoFara (1pF=10−12F)

Tụ điện phân cực, tụ hóa

Thông thường một số loại tụ có biến đổi điện dung theo thời gian là giảm Các tụ hóa có mức độ giảm lớn nhất, và thường gọi là "già cỗi" Nó dẫn đến sai lệch hoạt động của mạch điện tử

Điện dung còn được thể hiện bằng hai bề mặt được tích điện và có phương trình sau:

C=Q/V

 C: có đơn vị là farad, nó tượng trương cho điện dung

 Q: có đơn vị là coulomb, là độ lớn điện tích được tích tụ ở hai bề mặt

 V: có đơn vị là voltage, là voltage được áp dụng vô hai bề mặt

8 Diode:

Diode bán dẫn hay Diode là một loại linh kiện bán dẫn chỉ cho phép

dòng điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại

Có nhiều loại Diode bán dẫn, như điốt chỉnh lưu thông thường,

Diode Zener, LED Chúng đều có nguyên lý cấu tạo chung là một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N và được nối với 2 chân

ra là anode và cathode

Diode là linh kiện bán dẫn đầu tiên Khả năng chỉnh lưu của tinh thể được nhà vật lý người Đức Ferdinand Braun phát hiện năm 1874 Diodebán dẫn đầu tiên được phát triển vào khoảng năm 1906 được làm từ các tinh thể khoáng vật như galena Ngày nay hầu hết các Diode được làm

từ silic, nhưng các chất bán dẫn khác như selen hoặc germani thỉnh

Vì Diode có đặc tính chỉ dẫn điện theo một chiều từ anode đến cathode khi phân cực thuận nên Diode được dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN

1 Sơ đồ khối:

2 Chức năng từng khối:

a) Khối nguồn:

Tạo ra dòng điện 5V DC cung cấp cho toàn mạch

b) Khối thu và khối phát hồng ngoại:

c) Khối đếm:

Nhận xung Clock từ khối thu hồng ngoại và tiến hành đếm, đồng thờixuất ra giá trị mã BCD chuyển đến khối giải mã

e) Khối hiển thị:

Nhận giá trị đã chuyển đổi từ khối giải mã và xuất ra hình ảnh

Cổng AND nhận giá trị từ khối đếm chuyển giá trị đến LED tín hiệu báo đỏ khi đầy 25 xe, báo xanh ở các số còn lại.

3 Sơ đồ nguyên lý:

4 Nguyên lý hoạt động:

a Cấu tạo của mạch kiểm tra xe ra vào dùng hồng ngoại:

Mạch trên sử dụng 2 IC đếm 74192, 2 IC giải mã BCD 7447 và hiển thị lên 2 led 7 đoạn, bộ thu phát hồng ngoại ,IC 7414 ,IC 7408 và IC ổn áp

7805

b Chức của IC 74192

Đây là IC vừa có khả năng đếm lên vừa có khả năng đếm xuống với ngõ ra là số BCD Đếm lên hay đếm xuống là tùy thuộc vào kết nối xung clock vào chân CLKU hay chân CLKD Do đó trên mạch có thể thấy đối với IC 74192 đơn vị (IC 1) chân CLKU được nối với dữ liệu lấy từ cửa vào còn chân CLKDđược nối với dữ liệu lấy từ cửa ra Còn đối với IC

74192 hàng chục (IC 2) chân CLKUđược nối với chân /CO của IC 1 còn chân CLKD được nối với chân /BO của IC 1 Nhìn vào sơ đồ nguyên lý tathấy IC 74192 bắt đầu đếm lên của xung clock , khi ngõ ra đang ở giá trị 1001( số 9) mà gặp cạnh xuống của clock tại chân CLKU thì chân /co sẽ từmức 1 chuyển xuống mức 0 nếu tiếp theo đó là 1 cạnh lên của clock thì giátrị ở ngõ ra sẽ chuyển từ 1001 sang 0000 đồng thời chân /CO sẽ trở lại mức 1( tạo ra 1 cạnh lên), giải thích tương tự với chân /BO nhưng lần này

là ngõ ra chuyển từ 0000 sang 1001 và xét tại chân CLKD Điều này giải thích cho cách đấu 2 tầng : hàng chục và hàng đơn vị của mạch , khi hàng đơn vị đếm lên chuỷen từ 9 sang 0 thì hàng chục tăng lên 1, còn khi đếm xuống mà chuyển từ 0 sang 9 thì hàng chục sẽ bị giảm 1

c Nguyên lý hoạt động của mạch kiểm tra xe ra vào dùng hồng ngoại

Khối tạo xung clock ( tức là khối phát hồng ngoại): do ở cửa vào và

ra đều như nhau nên ta chỉ giải thích cho 1 cửa ví dụ cử vào Khi không có

vị Khi xe đi qua led thu nhận hồng ngoại từ led phát nên tụ C nhanh chóng được xả xuống mass và cứ thế tiếp tục

Quá trình thi công:

-Phân tích sơ đồ nguyên lý

-tiến hành gia công mạch

-lắp rắp và kiểm tra hoạt động của mạch

-sữa chữa và hoàn thành

CHƯƠNG III: KẾT LUẬN

Mạch kiểm tra xe ra vào dùng hồng ngoại hiển thị tổng số lượng xe hiện

có trong nhà trên led 7 đoạn Mạch này có thể đếm được 25 xe Nhà xe phải được thiết kết sao cho có cửa ra vào riêng

3 Hướng phát triển của đề tài:

Ngày nay với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật việc thiết kế mạch sử dụng quá nhiều IC không được coi là tối ưu Mạch trở nên rườm rà tốn nhiều thời gian, tuổi thọ sử dụng của mạch ngắn , có nhiều sai sót dễ hưng hỏng Chính vì vậy nhóm chúng em cần nâng cao kiến thức thay thế các ICbằng vi xử lý, vi điều khiển để phục vụ cho sản xuất đáp ứng nhu cầu cho thời đại

4 Mở rộng:

Bằng cách ghép các chân /CO và /BO của tầng thấp các chân CLKU và CLKD của tầng cao và thêm vào bộ hiển thị (7447+ led 7 đoạn ) bạn có thể thiết kế mạch đếm được từ 999, 9999,… v.v

Tài liệu tham khảo

1 Http://www.alldatasheet.com

2 Http://www google.com.vn

3 Giáo trình “linh kiện và mạch điện tử cơ bản” - TS Phạm Ngọc Thắng (Chủ biên) - ThS Nguyễn Thành Long - Trường đại học sư phạm kỹ thuậtHưng Yên

4 Giáo trình “Kỹ thuật số”- PGS.TS Nguyễn Quốc Trung (Chủ biên) – ThS Bùi Thị Kim Thoa

5.Http:// www.machdientu.googlepage.com