Thiết kế chế tạo mạch đếm sản phẩm sử dụng thu phát hồng ngoại

Thiết kế chế tạo mạch đếm sản phẩm sử dụng thu phát hồng ngoại

BẢNG THÔNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên: Lớp : Tên đồ án: Mạch đếm sản phẩm sử dụng thu phát hồng ngoại Lần Thời gian Nội dung Nhận xét Phân nhóm giới thiệu đề tài Giao đề tài cho nhóm thực Thơng qua sở lý thuyết chỉnh sửa báo cáo Hướng dẫn thiết kế thi công đề tài Kết luận, đánh giá mức độ hoàn thành đề tài Chữ ký GVHD Nhận xét chung: ………………………………………………………… Vinh, ngày tháng năm Giảng viên hướng dẫn Trang LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số trở nên quen thuộc với nhiều người Sự phát triển ảnh hưởng đến ngành kinh tế đất nước toàn cầu Nhờ có ưu điểm tốc độ xử lý, độ tin cậy cao truyền dẫn, đa thích nghi phần mềm điều khiển khác nên thiết bị kỹ thuật số khai thác sử dụng mạnh mẽ Một ứng dụng phổ biến kỹ thuật số nhà máy, xí nghiệp việc đếm số lượng sản phẩm Từ xa xưa việc đếm sản phẩm thực cách thủ cơng người với hiệu không cao độ tin cậy thấp Để giải vấn đề này, người ta nghiên cứu thiết kế chế tạo đếm sản phẩm tự động sử dụng kỹ thuật số Với hệ thống này, hiệu suất đếm nhanh với độ tin cậy cao tốn tiền cho nhân cơng Với mong muốn ứng dụng kiến thức học điện tử số nội dung kiến thức khác, em lựa chọn đề tài “Thiết kế chế tạo mạch đếm sản phẩm sử dụng thu phát hồng ngoại” nhằm tìm hiểu rõ hệ thống này, kiểm chứng kiến thức lý thuyết học Mạch đếm hệ thống đếm đơn giản, sử dụng tia hồng ngoại đếm tốc độ cao, khả tin cậy chấp nhận Mặc dù cố gắng để hoàn thành đồ án, chắn khơng tránh khỏi sau sót Em mong nhận ý kiến đóng góp thầy, bạn để đề tài hoàn thiện Trang MỤC LỤC CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT .Trang 1.1 Giới thiệu chung mạch Trang 1.2 Sơ đồ khối thiết kế khối mạch Trang 1.2.1 Sơ đồ khối chức khối .Trang 1.2.2 Thiết kế khối chức mạch .Trang a Khối tạo xung cấp nguồn Trang b Khối mô .Trang 1.3 Các loại IC mạch thiết kế đếm Trang a Giới thiệu IC 7414, IC đếm BCD 74LS192, IC giải mã 74LS47 Trang b Led đoạn Trang c Tính toán linh kiện mạch Trang 11 d Thiết kế đếm .Trang 13 e Khối giải mã khối hiển thị Trang 16 CHƯƠNG II THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ KHẢO SÁT MẠCH Trang 18 2.1 Sơ đồ nguyên lý nguyên tắc hoạt động mạch Trang 18 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý .Trang 18 2.1.2 Nguyên tắc hoạt động mạch Trang 18 2.2 Thi công khảo sát mạch Trang 19 2.2.1 Thiết kế sơ đồ mạch in .Trang 19 2.2.2 Dụng cụ vật tư tiêu hao .Trang 22 2.2.3 Khảo sát hoạt động mạch Trang 23 KẾT LUẬN .Trang 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 25 Trang CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu chung mạch Hiện thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, nhà máy xí nghiệp sản xuất sản phẩm băng chuyền đại, sản phẩm xuất nhanh nhiều việc đếm xem có sản phẩm hồn tất xuất từ băng chuyền cuối người cơng nhân khó thực xác Vì mạch đếm sản phẩm giúp ta kiểm soát sản lượng cho băng chuyền Mục đích mạch đếm sản phẩm giúp cho nhà máy đếm số lượng sản phẩm máy tạo cách đơn giản, xác mà không tốn nhiều công sức lao động công nhân Yêu cầu mạch đếm sản phẩm phải chạy cách xác, ổn định, gọn nhẹ dễ lắp đặt dễ sửa chửa rẻ tiền 1.2 Sơ đồ khối thiết kế khối mạch 1.2.1 Sơ đồ khối chức khối Khối Khối Khối tạo tín Hình 1.1đếm giải mã Sơ đồ khối tồn mạch - Khối nguồn hiệu : Cấp nguồn cho khối - Khối tạo tín hiệu : Tạo xung tín hiệu - Khối đếm : Đếm giá trị Khối nguồn - Khối giải mã : Giải mã giá trị đưa đến khối hiển thị -Khối hiển thị : Hiển thị kết 1.2.2 Thiết kế khối chức mạch a Khối tạo xung cấp nguồn Trang Khối hiển thị b Khối mô Trang 1.3 Các loại IC mạch thiết kế đếm a Giới thiệu IC 7414, IC đếm BCD 74LS192, IC giải mã 74LS47 Giới thiệu IC 7414 Sơ đồ chân ic 7414 IC 7414 có chức đảo giá trị vào Trang Chân nối mass chân 14 nối vơi Vcc 7414 IC sử dụng rộng vào nhiều mục đích nhu; Tạo xung vuông , chốt , đảo trạng thái xung … Schmitt-Trggers inverters có nghia IC 7414 biến xung không vuông thành xung vuông IC đếm BCD 74LS192 a Cấu tạo bên b Hình 1.4 Cấu tạo bên IC 74LS192 Sơ đồ chân chức Hình 1.5 Sơ đồ chân IC P0, P1, P2, P3 (15, 1, 10, 9): Các đầu vào đặt trước liệu Q0, Q1, Q2, Q3(3, 2, 6, 7): Các đầu nhị phân đếm BCD PL(11): Đầu vào cho phép đặt liệu mức tích cực thấp Trang MR(14): Đầu vào xóa liệu đầu 0000, hoạt động mức tích cực cao CPU, CPD(4, 5): Đầu vào cho phép đếm thuận,đếm nghịch TCU,TCD(12, 13): Tín hiệu đếm đếm thuận, đếm nghịch GND (8): Nối mass VCC (16): Nối nguồn cấp dòng áp IC giải mã 74LS47 Đây IC giải mã dành riêng cho LED đoạn Anode chung có ngõ cực thu để hở khả nhận dòng đủ lớn Hình 1.6 Cấu trúc bên IC Hình Sơ đồ chân IC Trang Chức chân: A,B,C,D: Các ngõ vào mã BCD RBI: Ngõ vào xóa gợn sóng LT: Ngõ thử đèn BI/ RBO: Ngõ vào xóa hay ngõ xóa gợn a,b,c,d,e,g: Các ngõ (cực thu để hở) b Led đoạn Hình 1.8 Biểu diễn led led đoạn Gnd, Vcc chân cấp nguồn chung Các chân a, b, c, d, e, g, dp chân cấp nguồn cho tương ứng a, b, c, d, e, g, dp - Trong led đoạn, đoạn điốt phát quang có dòng điện qua đủ lớn (5 ÷ 30 mA) đoạn LED sáng Ngồi đoạn sáng chính, led có thêm điốt để hiển thị dấu phân số cần thiết LED có hai loại chính: LED Anot chung LED Katot chung nên logic loại LED ngược Để có tín hiệu vào Led đoạn ta phải có mạch giải mã từ mã BCD 8421 sang led đoạn Tín hiệu đầu vào a, b, c, d, e, f, g để kích thích cho Led sáng tương ứng hiển thị đoạn Với Led Anot chung tín hiệu đầu vào phải mức logic thấp Led sáng Bảng 1.1 Bảng chức led đoạn Trang Số A B C D E F G L L L L L L H H L L H H H H L L H L L H L L L L L H H L H L L H H L L L H L L H L L L H L L L H L L L L H H L H L L L L L L L L L L L H L L Trang 10 thị hiển c Tính tốn linh kiện mạch Tính tốn lựa chọn linh kiện Led phát-thu có loại chân chân Trong đề tài em chọn Led loại chân vè giá thành rẻ, hiệu cao dễ sử dụng Led phát màu trắng,led thu màu đen Dòng qua led phát dao động khoảng 10mA, sụt áp khoảng 2V  Dùng trở R=220ohm để hạn dòng giúp cho led hoạt động tốt Các tụ C1 C3 có chức lọc nhiễu giữ điện áp chuẩn ổn định Để thay đổi độ nhạy cho tín hiệu ra, ta cần thay đổi độ rộng xung ra: Nguyên lý hoạt động mạch tạo tín hiệu Ở mạch H: mức cao gần Vcc; L mức thấp 0V Sử dụng FF – RS Khi S = [1] Q = [1] = Q- = [ 0] Sau đó, S = [0] Q = [1] =Q- = [0] Khi R = [1] = [1] Q = [0] Khi S = [1] Q = [1] R = [1] Q = [0] Q-= [1], transisitor mở dẫn, cực C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp chân không vượt V2 Do lối Op-amp mức 0, FF khơng reset Khi đóng mạch, tụ C nạp qua Ra, Rb, với thời (Ra+Rb)C * Tụ C nạp từ điện Áp 0V -> Vcc/3: - Lúc V+1(V+ Opamp1) > V-1 Do O1 (ngõ Opamp1) có mức logic 1(H) - V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) Do O2 = 0(L) - R = 0, S = > Q = 1, /Q (Q đảo) = Trang 11 - Q = > Ngõ = - /Q = > Transistor hồi tiếp không dẫn * Tụ C tiếp tụ nạp từ điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3: - Lúc này, V+1 < V-1 Do O1 = - V+2 < V-2 Do O2 = - R = 0, S = > Q, /Q giứ trạng thái trước (Q=1, /Q=0) * Tụ C nạp qua ngưỡng 2Vcc/3: - Lúc này, V+1 < V-1 Do O1 = - V+2 > V-2 Do O2 = - R = 1, S = > Q=0, /Q = - Q = > Ngõ đảo trạng thái = - /Q = > Transistor dẫn, điện áp chân xuống 0V ! - Tụ C xả qua Rb Với thời Rb.C - Điện áp tụ C giảm xuống tụ C xả, làm cho điện áp tụ C nhảy xuống 2Vcc/3 * Tụ C tiếp tục "XẢ" từ điện áp 2Vcc/3 > Vcc/3: - Lúc này, V+1 < V-1 Do O1 = - V+2 < V-2 Do O2 = - R = 0, S = > Q, /Q giứ trạng thái trước (Q=0, /Q=1) - Transistor dẫn ! * Tụ C xả qua ngưỡng Vcc/3: - Lúc V+1 > V-1 Do O1 = - V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) Do O2 = - R = 0, S = > Q = 1, /Q (Q đảo) = Trang 12 - Q = > Ngõ = - /Q = > Transistor không dẫn -> chân không = 0V tụ C lại nạp điện với điện áp ban đầu Vcc/3 ==>Tóm lại: - Khi nạp điện, tụ C nạp điện với điện áp ban đầu Vcc/3, kết thúc nạp thời điểm điện áp C 2Vcc/3.Nạp điện với thời (Ra+Rb)C - Khi xả điện, tụ C xả điện với điện áp ban đầu 2Vcc/3, kết thúc xả thời điểm điện áp C Vcc/3 Xả điện với thời Rb.C - Thời gian mức ngõ thời gian nạp điện, mức xả điện d Thiết kế đếm Xung đếm Tín hiệu chuyển vị BỘ ĐẾM Vì 2n ≥ N = 10 Vậy n = 4, chọn Trigger JK Xây dựng đồ hình trạng thái: Bộ đếm có 10 trạng thái Xây dựng bìa Karnaugh để tối thiểu hóa để tìm phương trình kích phương trình sau: Bảng 1(Q3n+1): Trang 13 Bảng (Q2n+1): Bản g 3(Q1n+1): Trang 14 Bảng 4(Q0n+1): Phương trình đặc trưng Trigger JK: Đồng hệ số phương trình trạng thái Trigger sử dụng đếm phương trình Trigger JK ta tìm phương trình đầu vào điều khiển Trigger sử dụng đếm: J = K0 = J1 = Q3nQ0n K1 = Q0n J2 = K2 = Q1nQ0n Trang 15 J3 = Q2nQ1nQ0n K3 = Q0n -Vậy nên em lựa chọn IC đếm đồng 74192 đếm nhị phân chia 10 mã hóa BCD e Khối giải mã hiển thị Bảng trạng thái giải mã: D B C A a b c d e f g 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - IC 74LS47 : Nó nhận tín hiệu từ ngõ vào QA, QB, QC, QD IC 74LS192 để giải mã led 7thanh Khối hiển thị: - Chúng ta sử dụng loại led Anode chung đầu IC 74LS47 mức thấp - Dòng để led đoạn hoạt động tốt 20mA Vậy ta lựa chọn trở hạn dòng cho led R=220 Trang 16 Hình 1.9 Khối hiển thị Trang 17 CHƯƠNG II THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ KHẢO SÁT MẠCH 2.1 Sơ đồ nguyên lý nguyên tắc hoạt động mạch 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý mạch Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch đếm sản phẩm 2.1.2 Nguyê n tắc hoạt động mạch Khi có sản phẩm qua led thu led phát led thu nhận xung cấp vào chân số IC7414 lúc mạch IC7414 phần thu nhận xung âm hẹp(do tín hiệu phát led phát mức cao) tác động tức thời ngõ vào làm mạch thay đổi trạng thái ngõ chân 12 có xung dương Lúc chân IC74192 nhận xung từ chân 12 phần thu, ,tức có xung kích cạnh lên lúc IC74192 nhận xung tín hiệu ngõ A=1,B=0,C=O,D=O Trang 18 Các tín hiệu dạng số qua IC giải mã 7447 hiển thị thành số 1,như có xung kích hay sản phẩm qua led hiển thị tăng dần lên Khi hàng đơn vị đếm số có thêm xung cờ báo tràn chân 14 mức cao đồng thời reset led hàng đơn vị từ số số lúc có thêm xung led hàng chục tăng lên hàng đơn vị tăng đến thi hàng chục lại tăng thêm chân 14 hàng đơn vị nối với chân 11 hàng chục 2.2 Thi công khảo sát mạch 2.2.1 Thiết kế sơ đồ mạch in Quá trình vẽ mạch in phần mềm Proteus Trang 19 Hình 2.2 Mạch in Trang 20 Hình 2.3 Hình ảnh 3D mạch Trang 21 Hình 2.4 Mạch thật Trang 22 2.2.2 Dụng cụ vật tư tiêu hao Dụng cụ, thiết bị - Nguồn cung cấp chiều +9V - Mỏ hàn Vật tư tiêu hao Tên vật tư IC7414 IC74LS192 IC74LS47 IC7805 Điện trở 220 Điện trở 330 Điện trở 10k Điện trở 1k Cơng tắc Tụ hóa 100u Tụ hóa 220u Tụ gốm 100nF Transistor C828 Thiếc Dây điện để nối mạch Điốt Zenner Led hồng ngoại Led thường Số lượng 4 40 5 5 5 2 Đơn vị Con Con Con Con Con Con Con Con Con Con Con Con Con Cuộn Mét Con Con Con 2.2.3 Khảo sát hoạt động mạch - Mạch hoạt động ổn định, số đếm xác thay đổi số đếm cách linh hoạt mạch đếm từ 00 đến 99 nên đêm đến 99 mà có tín hiệu qua bị tràn bit đếm vòng - Bộ phận hiển thị rõ ràng - Khối đếm khối giải mã: Chúng quan sát số thay đổi hiển thị led đoạn Kết khối đếm khối giải mã hoạt động ổn định với lý thuyết Trang 23 KẾT LUẬN Sau hoàn thành xong đề tài này, em thu kết sau: Biết cách chế tạo mạch đếm số sử dụng IC số đơn giản Thiết kế mô hoạt động mạch đếm sản phẩm phần mềm • • Proteus • • Chế tạo thành công mạch thật hoạt động ổn định Thu kết yêu cầu đề tài đưa Trong thiết kế có khuyết điểm :Vì mạch tín hiệu số dễ bị nhiễu nên trình thiết kế cần ý chống nhiễu, mạch chưa phát triển đầy đủ hoàn thiện Nghệ An, ngày tháng năm Sinh viên thực Trang 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Quốc Trung , “Vi điện tử số”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, năm 1997 Nguyễn Thúy Vân , “Kỹ thuật số”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, năm 1999 Nguyễn Thúy Vân, “Thiết kế logic mạch số”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, năm 2001 “Cơ sở kỹ thuật điện tử số”, Nhà xuất Giáo dục, năm 1999 http://alldatasheet.com truy cập lần cuối vào ngày 4/5/2016 Trang 25 ... tài Thiết kế chế tạo mạch đếm sản phẩm sử dụng thu phát hồng ngoại nhằm tìm hiểu rõ hệ thống này, kiểm chứng kiến thức lý thuyết học Mạch đếm hệ thống đếm đơn giản, sử dụng tia hồng ngoại đếm. .. đoạn Kết khối đếm khối giải mã hoạt động ổn định với lý thuyết Trang 23 KẾT LUẬN Sau hoàn thành xong đề tài này, em thu kết sau: Biết cách chế tạo mạch đếm số sử dụng IC số đơn giản Thiết kế mô... người cơng nhân khó thực xác Vì mạch đếm sản phẩm giúp ta kiểm soát sản lượng cho băng chuyền Mục đích mạch đếm sản phẩm giúp cho nhà máy đếm số lượng sản phẩm máy tạo cách đơn giản, xác mà khơng