Đồ án Xung số thiết kế mạch đếm 00-99 dùng ic tích hợp hc192

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN MÔN HỌC KĨ THUẬT XUNG SỐ Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Thị Thu Hà Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh 2018603336 Giáp Hải Bình 2018604533 Nguyễn Trọng Vũ 2018602588 Hà Nội-2021 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN MÔN HỌC KĨ THUẬT XUNG SỐ Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Thị Thu Hà Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Anh 2018603336 Giáp Hải Bình 2018604533 Nguyễn Trọng Vũ 2018602588 Hà Nội-2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT XUNG SỐ Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Anh Giáp Hải Bình Nguyễn Trọng Vũ Lớp: 20202FE6021001 Mã sinh viên: 2018603336 Mã sinh viên: 2018604533 Mã sinh viên: 2018602588 Khoá: 13 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà Tên đề tài: Thiết kế mạch đếm 100 sản phẩm, sử dụng IC đếm tích hợp, kết hiển thị LED NỘI DUNG THỰC HIỆN Nội dung cần thực TT CĐR Lập kế hoạch làm việc Phân tích lựa chọn ý tưởng tốt khả thi L1.2; L1.3 Tính tốn thiết kế, xây dựng phân tích mơ hình L1.2; L1.3 Chế tạo lắp ráp L1.2; L1.3 Thử nghiệm hiệu chỉnh L1.2; L1.3 Viết thuyết minh chuẩn bị báo cáo L1.2; L1.3 Báo cáo L1.2; L1.3 L1.3 I Yêu cầu thực hiện: Phần thuyết minh: * Trình bày đầy đủ nội dung đồ án, bao gồm: - Chương Tổng quan (Nêu sở lựa chọn đề tài đồ án, ứng dụng thực tiễn …); - Chương Tính tốn, thiết kế mô phỏng; - Chương Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm hiệu chỉnh; - Phụ lục (nếu có) * Quyển báo cáo trình bày từ 10 đến 15 trang giấy A4 với định dạng theo định số 815/QĐ-ĐHCN ngày 15/08/2019: Sản phẩm đồ án mơn TT Tên sản phẩm Mơ hình (mạch điện) Quyển báo cáo Slide thuyết minh đồ án Định dạng Số lượng 01 Theo định 815/QĐ-ĐHCN 01 01 Phạm vi lựa chọn đề tài - Đề tài thuộc lĩnh vực điện tử phạm vi kỹ thuật xung số - Vật tư, trang thiết bị: dụng cụ cầm tay, vật liệu (theo đề tài nhóm), linh kiện điện tử bản… - Đảm bảo an toàn lao động Ngày giao: 13/04/2021 Ngày hoàn thành: 15/05/2021 Hà Nội, ngày 13 tháng 04 năm 2021 Trưởng môn Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Thị Thu Hà NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Giáo viên hướng dẫn ĐÁNH GIÁ, NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Giáo viên chấm phản biện MỤC LỤC MỤC LỤC .7 DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG LỜI NÓI ĐẦU .10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 11 1.1 LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI 11 1.2 ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN .12 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ PHỎNG 13 2.1 YÊU CẦU CỦA THIẾT BỊ 13 2.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 13 2.2.1 Sơ đồ khối 13 2.2.2 Khối đếm 14 2.2.3 Mạch giải mã 17 2.2.4 Khối hiển thị 19 2.2.5 Khối tạo tín hiệu đếm 21 2.2.6 Khối reset .23 2.3 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN 24 2.3.1 Nguyên lý hoạt động 24 CHƯƠNG 3: CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 28 3.1 CHẾ TẠO, LẮP RÁP 28 3.2 THỬ NGHIỆM, HIỆU CHỈNH .30 KẾT LUẬN 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Sơ đồ khối 13 Hình Sơ đồ chuân IC CD74HC192E 14 Hình Chức cấc chân IC IC CD74HC192E 15 Hình 4: Bảng thật IC CD74HC192E 16 Hình 5: Giản đồ xung IC IC CD74HC192E 16 Hình 6: Sơ đồ kết nối chân mạch giải mã 17 Hình 7: Bảng thật mạch giải mã 18 Hình 8: Led 19 Hình 9: Sơ đồ chân LED Anode chung 20 Hình 10: Mắt thu hồng ngoại 21 Hình 11: LED phát hồng ngoại .21 Hình 12: Sơ đồ chân IC 4093 .22 Hình 13 Sơ đồ nguyên lý khối thu phát hồng ngoại .24 Hình 14: Khối đếm .25 Hình 15: Khối giải mã 25 Hình 16: Khối hiển thị 26 Hình 17: Khối reset .27 Hình 18: Mơ phần mềm Proteus 28 Hình 19: Thiết kế mạch phần mềm Altium 28 Hình 20: Hình 3D mạch đểm sản phẩm 29 Hình 21: Ảnh thử nghiệm có sản phẩm qua .30 Hình 22 Ảnh thử nghiệm khơng có sản phẩm qua 31 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Bảng thật IC4093 22 LỜI NĨI ĐẦU Trải qua q trình học tập với môn học Kĩ thuật xung số, với yêu cầu môn Đồ án môn học , nhóm sinh viên đăng kí đề tài : Thiết kế mạch đếm sản phẩm dùng IC tích hợp Hiện , xí nghiệp , cơng việc đóng gói sản phẩm độ xác cần thiết Vì , biết xác số lượng sản phẩm đóng gói cơng việc quan trọng Với mạch đếm sản phẩm đặt trước số sản phẩm đóng gói giúp chu trình tự động hóa hoạt động nhanh chóng tiện lợi Hiện thị trường có số sản phẩm Counter số nhà phân phối cung cấp XC410/10, hay XC22B ,XC200NX,XC1200 ,…… có tích hợp sensor XC410/XC10B hãng SELECT Tuy nhiên , sinh viên có kiến thức hạn hẹp thực mạch đếm sản phẩm dùng IC số thực việc thực mạch cảm biến hồng ngoại không khó khăn 10 Cấu tạo Mỗi đèn led đoạn có chân đưa khỏi hộp hình vng Mỗi chân gán cho chữ từ a đến g tương ứng với led Những chân khác nối lại với thành chân chung Như cách phân cực thuận (forward biasing) chân led theo thứ tự cụ thể, số đoạn sáng số đoạn khác không sáng cho phép hiển thị ký tự mong muốn Điều cho phép hiển thị số thập phân từ đến led đoạn Nguyên lý hoạt động Loại CA (common anode): Tất chân anode nối với với logic Mỗi phân đoạn chiếu sáng cách sử dụng điện trở tín hiệu logic (hay low) vào cực cathode (từ a đến g) Hình 9: Sơ đồ chân LED Anode chung 20 2.2.5 Khối tạo tín hiệu đếm Sử dụng led thu led phát Photodiode loại diode tiếp giáp P-N chuyển đổi lượng ánh sáng thành dịng điện Hoạt động ngược lại với đèn LED Hình 10: Mắt thu hồng ngoại Hình 11: LED phát hồng ngoại Mỗi diode bán dẫn bị ảnh hưởng hạt mang điện quang Đó lý chúng đóng gói vật liệu chặn ánh sáng Trong photodiode, có lỗ mở đặc biệt cho phép ánh sáng vào phần cảm biến 21 Khi ánh sáng (hạt Photon) chiếu vào tiếp giáp P-N, tạo cặp lỗ electron Những electron lỗ trống chảy dòng điện Để tăng hiệu quả, cần sử dụng thêm diode tiếp giáp PIN Photodiode sử dụng phân cực ngược chúng sử dụng pin mặt trời IC 4093 Cấu tạo bên ic số 4093 có bốn cổng logic NAND, cổng có ngõ vào ngõ Hình 12: Sơ đồ chân IC 4093 Input A Input B Output Y 0 1 1 1 Bảng 1: Bảng thật IC4093 22 2.2.6 Khối reset Để tạo độ xác cho số đếm số đếm ban đầu reset nhờ mạch tự Reset thông qua nút nhấn Reset tụ C Khi cấp điện tụ C chưa nạp, mức áp vào chân MR IC 1,2 mức tác động làm Reset số đếm Khi tụ C nạp đầy mức áp vào chân MR trở ngưng tác động, mạch thực đếm Reset mạch đếm đến 99 Khi mạch đếm đến 99 Q0 Q3 H0 H3 mang giá trị 1, sử dụng IC AND 4081 để thiết đặt điều kiện Khi mạch đếm đến 99 tự động reset Hình 13 Khối reset 23 2.3 Thiết kế tính tốn 2.3.1 Ngun lý hoạt động Mạch đếm sản phẩm bao gồm khối nhận biết sản phẩm hồng ngoại, khối đếm hiển thị số đếm Khối thu phát hồng ngoại có tia hồng ngoại, có sản phẩm tia hồng ngoại bị ngắt làm giảm áp hồng ngoại kích khối nhận biết so sánh khối hồng ngoại làm xuất xung vuông nảy Xung vuông nảy tác động tới khối đếm, đặt trước đếm lên , số đếm hiển thị LED đoạn A.Khối thu phát hồng ngoại: Hình 14 Sơ đồ nguyên lý khối thu phát hồng ngoại Nhận biết sản phẩm qua sóng hồng ngoại Khi có sản phẩm qua sóng hồng ngoại bị ngắt, điện áp chân 1,2 mức thấp Bình thường điện áp chân 1, NAND 4093 mang điện áp cao, áp chân mang giá trị thấp , có sản phẩm qua LED thu dẫn nên điện áp chân 1,2 mức thấp, áp chân mức cao, điều tạo xung nảy cấp cho mạch đếm Led thể có sản phẩm qua hay khơng Khi có sản phẩm qua led sáng, không led tắt 24 B Mạch đếm hiển thị dùng IC 74HC192 & 7447: Khối đếm nhận xung đếm từ mạch thu phát hồng ngoại, chuyển xung thành xung đếm lên cho mạch đếm Mạch đếm dùng IC 74192 với chân vào Up kích mức ca, để thực đếm lên theo mã BCD Mã BCD tạo giải mã qua IC 7447 để giải mã sang LED đoạn Anode chung, hiển thị số đếm thập phân chữ số Hình 15: Khối đếm Hình 16: Khối giải mã 25 Hình 17: Khối hiển thị C Khối reset Để tạo độ xác cho số đếm số đếm ban đầu reset nhờ mạch tự Reset thông qua nút nhấn Reset tụ C Khi cấp điện tụ C chưa nạp , mức áp vào chân MR IC 1,2 mức tác động làm Reset số đếm Khi tụ C nạp đầy mức áp vào chân MR trở ngưng tác động , mạch thực đếm Reset mạch đếm đến 99 Khi mạch đếm đến 99 Q0 Q3 H0 H3 mang giá trị 0, sử dụng IC NAND để thiết đặt điều kiện Khi mạch đếm đến 99 tự động reset 26 Hình 18: Khối reset 27 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MẠCH 3.1 Mơ Phỏng Hình 19: Mơ phần mềm Proteus 3.2 Chế tạo, lắp ráp Thiết kế mạch phần mềm Altium Hình 20: Thiết kế mạch phần mềm Altium 28 Hình 21: Hình 3D mạch đểm sản phẩm 29 3.3 Thử nghiệm, hiệu chỉnh Kết thử nghiệm: Hình 22: Ảnh thử nghiệm có sản phẩm qua 30 Hình 23 Ảnh thử nghiệm khơng có sản phẩm qua Hình 24 Ảnh mạch hồn thiện mặt 31 Hình 25 Ảnh sản phẩm đếm đến 10 có vật qua Hình 26 Ảnh đếm lên 99 32 KẾT LUẬN Sau hai tháng thực hiện, nhóm sinh viên thực đề tài “ Mạch đếm sản phẩm sử dụng IC số ” cảm ơn hướng dẫn thực đề tài cô Hà Với kiến thức kỹ thuật số, sử dụng IC số với nguyên lý thu phát hồng ngoại, nhóm sinh viên hoàn thành đề tài “Mạch đếm sản phẩm sử dụng IC số ”, nhóm phủ nhựa thơng lỏng cịn có sai sót vấn đề chống nhiễu cho mạch đếm Với hướng dẫn giáo viên hướng dẫn nhóm sinh viên giải vấn đề Nhưng vấn đề cần giải tính ổn định mạch đếm sau khoảng thời gian dài 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO - Giáo trình trình điện tử số Trường ĐHCN Hà Nội - Datasheet ic 74hc192, 4081, 4093, 7447 - Một số video hướng dẫn youtube 34 ... hiểu đồng ý giảng viên hướng dẫn Th Nguyễn Thị Thu Hà nhóm lựa chọn đề tài ? ?Thiết kế mạch đếm 100 sản phẩm, sử dụng IC đếm tích hợp, kết hiển thị LED thanh” thực đồ án cho môn học Kĩ thuật xung số. .. Kĩ thuật xung số, với u cầu mơn Đồ án mơn học , nhóm sinh viên đăng kí đề tài : Thiết kế mạch đếm sản phẩm dùng IC tích hợp Hiện , xí nghiệp , cơng việc đóng gói sản phẩm độ xác cần thiết Vì... điều tạo xung nảy cấp cho mạch đếm Led thể có sản phẩm qua hay khơng Khi có sản phẩm qua led sáng, không led tắt 24 B Mạch đếm hiển thị dùng IC 74HC192 & 7447: Khối đếm nhận xung đếm từ mạch thu