Đồng hồ là vật dụng vô cùng cần thiết trong đời sống con người. Sử dụng đồ hồ cơ, người dùng phải nhìn vào kim chỉ vạch thời gian sẽ mất một khoảng thời gian để nhận biết giờ, phút, giây, việc này gây một số khó khăn cho người sử dụng, nhất là ở các xí nghiệp, nhà máy. Đối với đồng hố số, thời gian được hiển thị rõ ràng bằng các chữ số và dễ nhận biết thời gian hơn. Để đáp ứng nhu cầu sử dụng đồng hồ số, nhóm chúng em tìm kiếm các phương pháp thực hiện, và nghiên cứu khảo sát các IC cần thiết như IC tạo xung, IC đếm, IC giải mã BCD. Do các hạn chế về trình độ, thời gian và kinh tế nên nhóm chúng em sẽ thực hiện hiển thị giờ, phút, giây trên LED 7 đoạn và điều chỉnh thời gian bằng nút nhấn.
ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ HIỆU CHỈNH GVHD: Th.S Võ Đức Dũng Sinh viên thực MSSV Nguyễn Văn Thi 17129043 Nguyễn Ngọc Phƣơng Uyên 17129060 Khóa: 2017 Ngành: Điện tử y sinh TP.Hồ Chí Minh, tháng 11, năm 2019 ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ MỤC LỤC PHẦN 1: TỔNG QUAN 1 Đặt vấn đề Lý chọn đề tài Phạm vi nghiên cứu Mục tiêu Giới hạn PHẦN 2: NỘI DUNG .2 Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 IC đếm 7490 1.2 IC giải mã 74LS47 1.3 Led đoạn Anode chung 1.4 IC 4060 1.5 IC 4013 1.6 IC 74HC86 Chương 2: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 10 2.1 Thiết kế sơ đồ khối 10 2.2 Phân tích phần cứng 11 2.3 Thiết kế sơ đồ mạch 15 Chương 3: THI CÔNG MẠCH 23 3.1 Linh kiện 23 3.2 Vẽ PCB 24 3.3 Mạch in 25 3.4 Mạch thi cơng hồn thiện 26 Chương 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 29 PHẦN 3: KẾT LUẬN 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ PHẦN 1: TỔNG QUAN Đặt vấn đề Ngày sống kỉ có cơng nghệ - kỹ thuật phát triển mạnh mẽ Các hệ thống điện tử ngày đa dạng thay công việc hàng ngày người từ công việc từ đơn giản đến phức tạp điều khiển tín hiệu đèn giao thơng, đo tốc độ động hbay đồng hồ số Đồng hồ vật dụng vô cần thiết đời sống người Sử dụng đồ hồ cơ, người dùng phải nhìn vào kim vạch thời gian khoảng thời gian để nhận biết giờ, phút, giây, việc gây số khó khăn cho người sử dụng, xí nghiệp, nhà máy Đối với đồng hố số, thời gian hiển thị rõ ràng chữ số dễ nhận biết thời gian Lý chọn đề tài - Đồng hồ vật dụng vô cần thiết đời sống người Sử dụng đồ hồ cơ, người dùng phải nhìn vào kim vạch thời gian khoảng thời gian để nhận biết giờ, phút, giây, việc gây số khó khăn cho người sử dụng, xí nghiệp, nhà máy Đối với đồng hố số, thời gian hiển thị rõ ràng chữ số dễ nhận biết thời gian - Để đáp ứng nhu cầu sử dụng đồng hồ số, nhóm chúng em tìm kiếm phương pháp thực hiện, nghiên cứu khảo sát IC cần thiết IC tạo xung, IC đếm, IC giải mã BCD Do hạn chế trình độ, thời gian kinh tế nên nhóm chúng em thực hiển thị giờ, phút, giây LED đoạn điều chỉnh thời gian nút nhấn Phạm vi nghiên cứu Do hạn hẹp kiến thức kinh tế nên nhóm chúng em thiết kế đồng hồ số có hiệu chỉnh, khơng có ngày, tháng, năm Mục tiêu Hiểu nguyên lý đồng hồ số Thiết kế phần cứng: mạch in, nút nhấn điều chỉnh, IC, LED đoạn, điện trở Tính tốn thông số điện trở, tụ điện, ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ điện áp mạch Thiết kế phần mềm bao gồm lưu đồ, Proteus, PCB Mô mạch Giới hạn - Dao động chưa xác thực tế - Kích thước đồng hồ thiết kế chưa nhỏ gọn - Chưa hiển thị ngày tháng năm ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ PHẦN 2: NỘI DUNG Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 IC đếm 7490 Sử dụng IC 7490 để đếm MOD, sơ đồ chân IC 7490 thể qua hình 1: Hình sơ đồ chân IC 7490 - Chức IC : IC có ngõ vào (chân chân 14) IC có ngõ (chân 12,9,8,11) Các chân 2,3,6,7 dùng để điều khiển đếm đặt trước Chân chân VCC Chân 10 chân GND ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ Bảng Bảng trạng thái hoạt động IC7490 Giải thích hoạt động IC7490: Trạng thái số 2: trạng thái đặt trước số Trạng thái số 3: trạng thái đặt trước số Trạng thái số đến số 7: trạng thái đếm 1.2 IC giải mã 74LS47 Do chọn led anode chung nên phần chọn IC giải mã anode chung vi mạch 74LS47 Vi mạch 74LS47 có chức giải mã số BCD sang mã đoạn để điều khiển led đoạn sáng số thập phân, điều khiển led đoạn loại anode chung, IC có sơ đồ chân hình ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ Hình Sơ đồ chân IC giải mã số BCD sang đoạn 74LS47 Chức tín hiệu IC: IC có ngõ vào “DCBA” để nhận số BCD cần giải mã IC có ngõ “f, g, e, d, c, b, a” dùng điều khiển led anode chung IC cịn có tín hiệu điều khiển kiểm tra đèn “LAMP TEST - LT”, tín hiệu xóa số khơng vơ nghĩa vào (RB) (RBO) ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ Bảng Bảng trạng thái hoạt động IC74LS247 Giải thích hoạt động IC giải mã 74LS47: Trạng thái giải mã: từ trạng thái số đến trạng thái thứ 15 hoạt động giải mã bình thường cho 16 trạng thái - 16 trạng thái gồm có 10 trạng thái từ đến – gọi giải mã số BCD, 10 trạng thái led hiển thị số thập phân từ đến – xem hình - trạng thái cịn lại từ 10 đến 15 (từ 1010B đến 1111B) led giải mã không theo số hex – xem hình Trạng thái LT: tín hiệu mức „0‟ RBO mức „1‟ led sáng số Trạng thái BI: tín hiệu mức „0‟ led tắt Trạng thái RBI: tín hiệu mức „0‟, ngõ vào số BCD “0000”, LT mức „1‟ led tắt – có chức xóa số vô nghĩa ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ 1.3 Led đoạn Anode chung Led đoạn có chức hiển thị số thập phân cho biết kết sau xử lý, mạch đếm sản phẩm cho biết kết đếm số lượng sản phẩm Led đoạn có kí hiệu, sơ đồ chân hình sau: Hình Kí hiệu hình ảnh led đoạn Led đoạn có cấu tạo led đơn xếp theo vị trí để sáng tắt tạo thành số thập phân từ đến Dòng cho đoạn từ đếm 15 mA điện áp cho led nhỏ 2V Nhóm tiến hành chọn led loại anode chung ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ - Các chân 3,4,5 IC giải mã nối xuống ground khơng cần xóa số vơ nghĩa - Các ngõ IC giải mã kết nối với led đoạn để thị Các IC đếm hàng chục: - Nối chân 6,7 xuống ground để tắt chế độ set cho IC đếm - Kết nối ngõ Q3 IC đếm hàng đơn vị vào chân số 14 làm xung CK cho IC đếm - Dùng ngõ Q0 làm CK cho chân để cấu hình đếm MOD10 cho IC đếm - Các ngõ IC đếm kết nối với IC giải mã 74LS47 để giải mã - Các chân 3,4,5 IC giải mã nối xuống ground khơng cần xóa số vơ nghĩa - Các ngõ IC giải mã kết nối với led đoạn để thị - Mạch reset xảy đồng thời trạng thái số (0100) hàng đơn vị số (0010) hàng chục Nghĩa reset giá trị 24 20 ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ 2.3.4 Mạch tạo xung 1Hz Cấu hình IC 4060 4013 linh kiện tụ, trở hình 2.3.4.1 Hình 2.3.4.1: Mạch tao xung Hz - Thạch anh 32.768kHz X1 tụ C1, C2 R1 tạo mạng lưới dịch pha thêm 180 độ, nhằm thỏa điều kiện dao động Được nối vào chân RS RTC - 2Hz chân Q13 IC 4060 để có tần số 1Hz (chu kỳ 1s), ta nối vào chân CLK IC 4013 để chia tần số thạch anh thêm lần (chia cho 2^15) 21 ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ 2.3.5 Mạch chỉnh giờ/phút Sử dụng mạch reset high để tạo xung cấp CK cho mạch đếm, lần nhấn tăng đơn vị Sử dụng IC 74HC86 linh kiện tụ, trở để tạo mạch chỉnh giờ/phút Hình 2.3.5.1: Mạch chỉnh giờ/phút - Sử dụng nút nhấn reset high, chưa nhấn tín hiệu ngõ mức thấp, nhấn tính hiệu ngõ mức cao - Kết hợp với cổng EX-OR (IC 74 HC86) nhấn tạo xung cạnh lên, làm cho IC đếm tăng lên đơn vị 22 ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ 2.3.6 Mạch sơ đồ hồn chỉnh Hình 2.3.6.1 Mạch Proteus mạch đồng hồ số Hình 2.3.6.2 Mạch Proteus mạch tạo xung 23 ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CHƢƠNG 3: THI CÔNG MẠCH 3.1 Linh kiện Bảng 3.1 Bảng thống kê linh kiện Tên linh kiện/IC Số chân Số lượng Đặc điểm Led đoạn 10 Linh kiện hàn 74LS47 16 Linh kiện hàn 7490 14 Linh kiện hàn IC4060 16 Linh kiện hàn IC4013 14 Linh kiện hàn 74HC86 14 Linh kiện hàn Trở 330 42 Linh kiện hàn Trở 10k Linh kiện hàn Tụ 1nF Linh kiện hàn Nút nhấn Linh kiện hàn Domino chân Trở 220k Linh kiện hàn Trở 1M Linh kiện hàn Tụ 10µF Linh kiện hàn Tụ 1nF Linh kiện hàn Linh kiện hàn Trở 10M Linh kiện hàn Tụ 220pF Linh kiện hàn LED đơn Linh kiện hàn Thạch anh 32.768 KHz Linh kiện hàn 24 ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ 3.2 Vẽ PCB Vẽ PCB phần mềm Proteus 8.5, sử dung dây tiêu chuẩn T40, T20 T15 Vì thực vẽ mạch PCB lớp nên có nhiều vị trí kết nối dây khó vẽ Hình 3.2.1 PCB mạch đồng hồ số Hình 3.2.2 PCB mạch tạo xung 25 ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ 3.3 Mạch in Hình 3.3.1 Mạch in mạch đồng hồ số Hình 3.3.2 Mạch in mạch tạo xung 26 ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ 3.4 Thi cơng mạch hồn thiện Hình 3.4.1 Mặt trước mạch tạo xung 27 ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ Hình 3.4.2 Hàn mạch đồng hồ số Hình 3.4.3 Mặt sau mạch đồng hồ số 28 ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ Hình 3.4.4 Mặt trước mạch đồng hồ số 29 ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ Hình 4.1 Mạch chạy bình thường - Nguồn cấp vào thơng qua biến áp có điện áp 15V, qua mạch nguồn chuyển đổi thành nguồn 5V Sau cấp nguồn, LED đoạn đồng hồ hiển thị giờ, phút, giây sáng tốt Đồng hồ đếm lên giây Thời gian bảng mạch 13 giờ, 53 phút, 25 giây 30 ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ Hình 4.2 Mạch sau hiệu chỉnh phút - Sau nhấn nút hiệu chỉnh phút, LED đoạn hiển thị phút tăng lên đơn vị Đồng hồ hiển thị thời gian sau hiệu chỉnh 13 giờ, 54 phút, 32 giây 31 ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ Hình 4.3 Mạch sau hiệu chỉnh - Sau nhấn nút hiệu chỉnh giờ, LED đoạn hiển thị tăng lên đơn vị Đồng hồ hiển thị thời gian sau hiệu chỉnh 14 giờ, 54 phút, 37 giây 32 ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ PHẦN KẾT LUẬN Qua đề tài trên, nhóm em đạt mục tiêu ban đầu hiểu nguyên lý đồng hồ số bao gồm IC đếm, đặc biệt IC7490, IC giải mã 74LS47 hiển thị LED đoạn Anode chung Ngồi ra, chúng em cịn có hội tìm hiểu cách thức tạo xung 1Hz sử dụng IC 4060 4013 Hơn nữa, chúng em thành thạo công việc vẽ mạch nguyên lý PCB Proteus, rửa hàn linh kiện mạch in Những hạn chế sản phẩm chưa có nút nhấn reset, nguồn cấp vào chưa ổn định làm cho việc hiệu chỉnh cịn sai sót kích thước mạch đồng hồ cần thu nhỏ lại để gần với thực tế mục tiêu mà nhóm em đề để hồn thiện cho sản phầm Ngoài ra, bổ sung thêm ngày, tháng, năm để yêu cầu cần phải có để phát triển cho đồ án môn học chúng em thực Tính tốn, thiết kế khối chức cho phép hẹn tạo đáp ứng xung ngõ thông qua relay cho phép báo động nhằm tăng chức khả ứng dụng hệ thống Trên thị trường có nhiều loại đồng hồ số đại nên mạch đồng hồ số chúng em phần ứng dụng thực tế thấp bước đệm cho chúng em vào đồ án sau 33 ĐỒ ÁN – MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đình Phú, Nguyễn Trường Duy, Nguyễn Duy Thảo, Hà A Thồi, “Giáo trình: Thực tập Kỹ Thuật số”, Nhà xuất ĐH Quốc Gia, Tp.HCM, 8/2016 [2] Nguyễn Đình Phú, Nguyễn Trường Duy, “Giáo trình: Kỹ Thuật Số”, Nhà xuất ĐH Quốc Gia, Tp.HCM, 2013 [3] Motorola Inc, “74LS90 Datasheet”, alldatasheet.com [4] Texas Instruments, “SN74LS247”, calstatela.edu, 3/1988 34 ... Bảng Bảng trạng thái ho? ??t động IC74LS247 Giải thích ho? ??t động IC giải mã 74LS47: Trạng thái giải mã: từ trạng thái số đến trạng thái thứ 15 ho? ??t động giải mã bình thường cho 16 trạng thái - 16... 2.2.1.1 Cấu hình đếm MOD cho IC 7490 - Nối chân 6,7 xuống ground để tắt chế độ set cho IC - Cấp xung CK vào chân 14 - Dùng ngõ Q0 làm CK cho chân để cấu hình đếm MOD10 cho IC - Dúng trạng thái... hình đếm MOD 10 cho IC 7490 - Nối chân 7, 6, 2, xuống ground để tắt chế độ set set cho IC đếm - Cấp xung CK vào chân 14 - Dùng ngõ Q0 làm CK cho chân để cấu hình đếm MOD 10 cho IC - IC 7490 tự