ĐỒ ÁN VI MẠCH SỐ, VI MẠCH TƯƠNG TỰ, ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH,ĐO TẦN SỐ 2018
Trường ĐHCN Hà Nội Bộ Mơn ĐLĐK BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ********* ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH SỐ- VI MẠCH TƯƠNG TỰ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH- ĐO TẦN SỐ Giáo viên hướng dẫn : Phạm Văn Hùng Sinh viên thực : Mạc Thành Trung Lớp : ĐH Điện 1-K11 Mã sinh viên : 1134040066 Tháng 12 năm 2016 NHÓM TRANG GIỚI THIỆU ĐỒ ÁN Đề Tài: Thiết Kế Mạch Đo Tần Số Mô Tả : Mạch dùng để đo hiển thị tần số xung vng tín hiệu xoay chiều Khuyến Khich : Cho phép chọn chế độ đo khác (Hz,KHz,MHz ) LỜI MỞ ĐẦU Như biết, khoa học công nghệ phát triển cách nhanh chóng năm gần đây, đặc biệt ngành kỹ thuật điện-điện tử Sự xuất vi mạch, IC số tổng hợp giúp cho kích thước mạch nhỏ gọn, tiện lợi Trải qua phát triển khoa học công nghệ, chế tạo nhiều loại tần số, phục vụ ngành điện tử viễn thơng, cơng nghệ thơng tin, tự động hóa Máy đo tần số thiết bị cho phép biết tần só tín hiệu cách xác, góp phần vào việc đo điều khiển tín hiệu.Với kiến thức học lớp tìm hiểu thực tế Trong thời gian yêu cầu nhóm em hồn thành đồ án mơn học với nội dung “Mạch Đo Tần Số” Do kiến thức chuyên ngành thiếu nhiều thực tế nên đồ án khơng tránh khỏi sai sót, mong thầy góp ý kiến để đồ án hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn Thầy Phạm Văn Hùng giúp đỡ nhóm em hồn thành đồ án này! Mục Lục Chương 1: Tìm hiểu chung mạch tổ hợp, mạch dãy mạch dao dộng I Mạch tổ hợp… 1.Mã hóa 2.Mạch giải mã… 2.1.Giải mã BCD sang led đoạn Mạch dãy .8 3.1 Thanh ghi ghi dịch 3.2 Bộ đếm Mạch dao động 10 Chương 2: Thiết kế hệ thống đo hiển thị tần số I Linh kiện mạch 10 II Tìm hiểu linh kiện 11 1.IC 555 11 IC 4017 .14 IC đếm BCD 74ls190 16 IC giải mã 74hc4511 20 Hiển thị( Led thanh) 22 III Tính tốn thiết kế mạch mơ 23 Sơ đồ khối hệ thống 23 Khối mạch tạo xung đến giây dùng IC 555: .23 Khối đếm xung hay đo tốc độ động 24 Khối tín hiệu cho phép đếm dừng đếm 25 Cổng NOT 25 Cổng AND 25 Khối tín hiệu cần đo 26 Lắp ghép sơ đồ ta mạch hoàn chỉnh 26 9.Thuyết minh nguyên lý hoạt động 27 Chương : Mạch mô 28 Khối mạch chưa chạy: 28 Khối mạch chạy 29 Khối mạch dừng đếm sau đếm xong kết tần số đo được: 30 Kết luận 31 Chương 1: Tìm hiểu chung mạch tổ hợp, mạch dãy mạch dao dộng I Mạch tổ hợp Mã hóa Mã hóa giải mã khơng có xa lạ tất yếu đời sống Nó dùng để dễ nhớ, dễ đặt, dễ làm,….là quy ước chung phổ biến bí mật Chẳng hạn dùng chữ để đặt tên cho đường, cho người, dùng số mã số sinh viên, thi đấu thể thao, quy ước đèn xanh, đỏ, vàng tương ứng cho phép đi,đứng, dừng giao thông, viết thư sử dụng chữ viết tắt, kí hiệu riêng để giữ bí mật hay phức tạp phải mã hố thơng tin dùng tình báo, … Trong hệ thống số kể viễn thơng, máy tính, đường điều khiển tuỳ chọn hay liệu truyền hay xử lí phải dạng số hệ gồm 0, có nhiều đường tín hiệu có bit đường điều khiển mở nguồn cho mạch mức 1, có nhiều đường địa nhiều bit chẳng hạn 110100 để CPU xác định địa nhớ, liệu dạng hex gửi xuống máy in cho in kí tự Tất tổ hợp bit gọi mã số (code) hay mã Và mạch tạo mã số gọi mạch mã hố (lập mã: encoder) 1.1.1 Bộ mã hóa nhị phân – thập phân ( mã hoa BCD) 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 -Bảng chân lí mã hóa BCD : Mạch giải mã Mạch giải mã mạch có chức ngược lại với mạch mã hoá tức có mã số áp vào ngõ vào tương ứng có ngõ tác động, mã ngõ vào thường mã ngõ Tất nhiên ngõ vào cho phép phải bật lên cho chức giải mã Mạch giải mã ứng dụng ghép kênh liệu, hiển thị led đoạn, giải mã địa nhớ 2.1 Giải mã BCD sang led đoạn Một dạng mạch giải mã khác hay sử dụng hiển thị led đoạn mạch giải mã BCD sang led đoạn Mạch phức tạp nhiều so với mạch giải mã BCD sang thập phân nói phần trước mạch phải cho tổ hợp có nhiều ngõ lên cao xuống thấp (tuỳ loại đèn led anode chung hay cathode chung) để làm đoạn led cần thiết sáng tạo nên số hay kí tự Trước hết xem qua cấu trúc loại đèn led đoạn số đèn cấu tạo đoạn led có chung anode (AC) hay cathode (KC); xếp hình số vng (như hình trên) ngồi có led đặt làm dấu phẩy thập phân cho số thị; điều khiển riêng biệt không qua mạch giải mã Các chân led xếp thành hàng chân hàng chân A chung hay K chung Thứ tự xếp cho loại trình bày : Hình 2.3 Cấu trúc chân dạng led đoạn Để đèn led hiển thị số led tương ứng phải sáng lên, đó, led phải phân cực điện trở khoảng 180 đến 390 ohm với nguồn cấp chuẩn thường 5V IC giải mã có nhiệm vụ nối chân a, b, g led xuống mass hay lên nguồn (tuỳ A chung hay K chung) Mạch dãy Mạch dãy mạch logic có phần tử nhớ tạo mạch lật mạch logic biến mạch không phụ thuộc vào tổ hợp biến vào mà phụ thuộc vào trạng thái mạch 3.1 Thanh ghi ghi dịch Thanh ghi dãy mạch nhớ có chức lưu giữ dưc liệu biến đổi liệu số từ nối tiếp sang song song ngược lại mạch lật lưu giữ bit, ghi dài bit phải tạo từ nhiêu mạch lật Thanh ghi nhận liệu song song Mạch chốt liệu : Bộ ghi dịch : 3.2 Bộ đếm Bộ đếm thiết bị đếm số xung cửa vào, đầu đếm số lượng xung đếm NHÓM TRANG 10 Bảng trạng thái chân chức đặc biệt : Giản đồ xung 74ls190 : NHÓM TRANG 20 IC giải mã 74hc4511 - Đây IC giải mã , làm nhiệm vụ giải mã từ mã nhị phân logíc (dạng 0,1) sang mã led vạch để xuất led vạch cấu tạo tập hợp mạch tổ hợp gồm cách linh kiện số logic cổng and , or , việc thiết kế mạch khơng q khó ,chỉ cần xây dựng mạch tổ hợp lả hồn tồn làm ,nhưng điều khiến thời gian ,không đảm bảo chất lượng sử dụng , =>dùng IC tích hợp cho tiện - Chúng ta tìm hiểu sơ đồ chân sau : -Chú ý loại dùng cho seg vạch loại cathot chung có nghĩa tất cathot led nốí chung với nối với đất ,như liệu đẩy vào led tích cực mức cao tức mức làm led sang - 4511 Có 16 chân - Chân 16 ln chân nối với nguồn dương (5 v ), chân số nối với đất - Chân 1,2,7,6 chân đưa liệu đầu vào ,chúng ta chọn liệu loại liệu logic tức dạng 1,0,1,0… - chân đầu chân ,10,11,12,13,14,15.sẽ xuất liệu dạng vạch - Chân số chân dùng để điều khỉên tế bào nhớ ,chần = IC hoạt động bình thường , = ngun trạng thái đầu ,và trở chân chuyển đầu lại tiếp tục hoạt động (nếu hiểu sâu sa hiểu IC hoạt động liệu đầu luân phiên nhớ tế bào bít ,vậy chân số mức giả gọi đóng cửa IC hoạt động bình thường khơng vấn đề ,nhưng = tức mở cửa liệu tế bào nhớ trào đẩy liên tục vào cửa nên giữ đầu mức liệu cố định ) - Trong sơ đồ mạch nối với đất - Chân số =0 tất đầu mức logic 1.(dùng kiểm tra led đoạn ,bất chấp đầu vào ) - Chân số có tác dụng ngược lại chân số Bảng chân lí Hiển thị( Led thanh) Led thanh: led xếp với thành hình, nhằm thể số Một chân led nối với ( Katot chung Anot chung), chân lại đưa nhằm phân cực led Với yêu cầu đề tài ta chọn led cathode chung III Tính tốn thiết kế mạch mơ Sơ đồ khối hệ thống : Bộ tạo xung 1Hz Bộ đếm số BCD Nguồn t/h cần đo Start Stop Khối mạch tạo xung đến giây dùng IC 555: Ta có cơng thức tính tốn f=1/T=1/0.69(R2+2R1)C2 bô giải mã 7Seg Hiển Thị Led 7Seg - ton=0.69(R1+R2)C2 tof f=0.69.R1.C2 Theo yêu cầu đề lên ta chọn chu kì giây tức T=1s Ta chọn ton= 0.85s t0ff= 0.15s Khối đếm xung hay đo tần số : Nguyên lý hoạt động: Khi ấn nút START mạch hoạt động đếm xung hay tần số đến nhận tín hiệu dừng mạch dừng đếm Khối tín hiệu cho phép đếm dừng đếm Khối tín hiệu sử dụng băng cổng AND 7408 mạch chế độ hoạt đông đầu cổng mức thấp đạt mức cao mạch dừng Cổng NOT (inverter - đảo) Ngõ Q mức cao ngõ vào A đảo (Not) mức cao, ngõ đảo (ngược lại ) ngõ vào : Q = NOT A Cổng NOT có ngõ Một cổng NOT gọi đảo Cổng AND Ngõ Q mức cao ngõ vào A "AND" ngõ vào B mức cao (giống nhân A với B): Q= A AND B Một cổng AND có hai nhiều ngõ vào Ngõ mức cao tất ngõ vào mức cao Khối tín hiệu cần đo Nguồn tín hiệu cần đo tín hiệu xung vng xoay chiều Tại : Ta chọn tín hiệu xoay chiều tần số 1500Hz Lắp ghép sơ đồ ta mạch hoàn chỉnh : Thuyết minh nguyên lý ho ạt động Khi ta ấn nut START/STOP mạch hoạt động IC 555 cấp xung cho đếm thời gian nguồn tín hiệu cần đo cấp xung cho đếm xung hoat động Khi mạch đếm chưa hết tần số đầu cổng 7408 mức thấp mạch hoạt động đạt hết trình đếm xung đầu 7408 đạt mức cao hệ thống ngừng đếm Và kết đo tần sơ nguồn tín hiệu cần đo Khi ta muốn đo lại ta ấn nút RESET mach trạng thái Muốn tiếp tục đo ta ấn RESET lần Khi muốn dùng mạch ta ấn nút START/STOP mạch dừng lại khối đếm xung đếm thời gian dừng lại Chương : Mạch mô phỏng Ta vẽ mạch protous ta khối mạch mô theo ý muốn: Khối mạch chưa chạy: NHÓM TRANG 30 Khối mạch chạy: Khối mạch dừng đếm sau đếm xong kết tần số đo được: Trong q trình đo xuất sai số, sai số mức không ảnh hưởng lớn đến độ xác, nên chấp nhận Kết Luận : Sau thời gian tìm hiểu tài liệu kiến thức có mơn vi mạch số vi mạch tương tự, hướng dẫn thầy giáo mơn nhóm hồn thành tập lớn mạch đo tần số, kiến thức mạch điện tử chưa có kinh nghiệm nên trính thiết kế dựa nhiều vào lí thuyết nên áp dụng vào thực tế có sai sót ý tưởng ban đầu Nên mong muốn nhận tư vấn góp ý thầy giáo bạn sinh viên để nhóm hồn thiện Một lưu ý nhỏ, với ý tưởng xây dựng khả đo tần số nhỏ 9999 Hz Tháng 12 năm 2012