Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống con người đã được thay đổi ngày càng tốt hơn, mang lại sự tiện lợi với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Góp phần vào sự nghiệp đó thì ngành kỹ thuật Điện tử viễn thông góp 1 phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước.Mach đếm cơ bản từ 00 đến 99 là bước tiền đề cho các bạn phát triển
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐAI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Tên đề tài Mạch đếm từ 00 đến 99 Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Lớp: MSV: NĂM HỌC: 2020 Mục lục Mục lục .2 Danh mục hình ảnh .3 Danh mục bảng Lời cảm ơn Lời mở đầu CHƯƠNG I Sơ đồ khối nhiệm vụ khối 1.1 Sơ đồ khối .6 1.2 Nhiệm vụ khối 1.3 Khối tạo xung (IC555) 1.4 Khối đếm 10 1.5 Khối giải mã 12 1.6.Khối hiển thị 13 1.7 Nguyên lý hoạt động 15 CHƯƠNG II Thiết kế mạch đếm 16 2.2 Sơ đồ nguyên lý 16 2.3 Sơ đồ mạch in .16 2.4 Sơ đồ mạch 3D 17 2.5 Mô Proteus 17 2.6 Mạch cắm board test 18 2.7 Mạch in 2.8 Mạch chạy thực tế 2.9 Danh mục linh kiện 2.10 Tài liệu tham khảo DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Cấu tạo IC555 Hình IC555 Hình Khối tạo xung IC555 Hình Tín hiệu đầu khối tạo xung Hình IC74LS90 Hình Cấu trúc đếm Hình Sơ đồ đầu QA, QB, QC, QD 10 Hình IC74LS47 11 Hình LED 12 Hình 10 Sơ đồ chân LED .12 Hình 11 Sơ đồ nguyên lý 15 Hình 12 Sơ đồ mạch in .15 Hình 13 Sơ đồ mạch in 3D 16 Hình 14 Mơ mạch protues 16 Hình 15 Mạch cắm board test 17 Hình 16 Mạch in mặt sau 17 Hình 17 Mạch in mặt trước .18 Hình 18 Ảnh minh họa 18 Hình 19 Ảnh minh họa 19 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Bảng chân lý Bảng Bảng trạng thái chân đầu IC74LS90 Bảng Bảng giải mã IC74LS90 .10 Bảng Bảng giải mã IC 74LS47 cho Led 12 Bảng Bảng mã hiển thị LED dành cho LED có Anode chung 13 Lời Cảm Ơn Để hồn thành được đồ án điện tử này, trước hết em xin gửi lời cảm ơn tới Thầy Cô khoa Điện tử tận tình giảng dậy cung cấp cho em nền tảng kiến thức vững trình học tập trường, nhờ em ứng dụng vào thực tiễn dễ dàng giảm bớt khó khăn làm việc Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy giúp đỡ hướng dẫn tận tình cũng tạo những điều kiện thuận lợi cho em để thực hoàn thành tốt đề tài Em cũng muốn gửi chân thành tới bạn lớp đồng hành, trao đởi góp ý để em hoàn thành đề tài cách tốt đẹp tiến độ đồ án Mặc dù có nhiều cố gắng nỡ lực thực hiện, kiến thức cũng khả thân còn nhiều hạn chế nên trình thực đề tài tránh khỏi những sai phạm, thiếu xót … Rất mong nhận được góp ý chỉ dẫn từ nơi quý thầy cô bạn sinh viên Em xin chân thành cảm ơn! Sinh Viên Thực Hiện LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, sống người được thay đổi ngày tốt hơn, mang lại tiện lợi với những trang thiết bị đại phục vụ cơng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Góp phần vào nghiệp ngành kỹ tḥt Điện tử viễn thơng góp phần khơng nhỏ nghiệp xây dựng phát triển đất nước Trong tích hợp giữa mạch Điện tử ngày trở nên thiết yếu mà công nghệ ngày phát triển tiến tới thời đại vi xử lý, những mạch cồng kềnh chiếm nhiều diện tích dần được loại bỏ thay vào những mạch gọn nhẹ được ưa chuộng được ưa chuộng hơn.Việc ứng dụng những thành tựu ngành khoa học kỹ thuật giảm bớt nhân lực, thời gian, chi phí … những dây chuyền sản xuất.Với những kiến thức được học lớp tìm hiểu thực tế Trong thời gian yêu cầu em hồn thành đồ án mơn học với nội dung “Mạch đếm từ 00 đến 99” Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu thiết kế mạch đếm từ 00 đến 99 thể số trạng thái có đầu Mục đích nghiên cứu Trong thời đại nay, bùng nổ phát triển công nghệ Đặc biệt ngành công nghệ kỹ thuật điện tử số những mạch ứng dụng vào thực tế nhiều Các thiết bị điện tử số dù đơn giản đại đến đâu nữa đều hướng tới tiện lợi cho người sử dụng Trước những yêu cầu đòi hỏi cấp thiết sống Chứng minh khả hiểu biết cũng những kiến thức được dạy từ thầy nhà trường để hồn thiện đề tài Phạm vi nghiên cứu Đếm số được từ 00 đến 99 hiển thị LED ứng dụng được nhiều thực tế hỗ trợ người… Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Hệ thống số ngày người ta sử dụng nhiều loại mạch đếm, dùng đếm xung, đếm sản phẩm, đếm làm đồng hồ, định thời gian …và rõ ràng chúng mạch logic nên xác dễ dàng thiết kế nhiều so với mạch tương tự Với đề tài” Mạch đếm từ 00 đến 99” báo cáo em gồm những nội dung sau: Chương 1: Sơ đồ khối nhiệm vụ khối Chương 2: Thiết kế mạch đếm CHƯƠNG I TỔNG QUAN BỘ ĐẾM 1.1.Sơ đồ khối Khối tạo Khối đếm Khối giải mã xung Khối hiển thị I.1.Nhiệm vụ khối Khối tạo xung: Tạo xung vuông Khối đếm: FF nhận xung dao động để xử lí đưa tín hiệu mã hoá BCD Khối giải mã: giải mã BCD để đưa khối hiển thị Khối hiển thị: hiển thị tín hiệu sau giải mã I.2.Khối tạo xung(IC555) I.2.1.Cấu tạo IC555 IC555 gồm có chân + Chân số (GND): Dùng để nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi chân chung + Chân số (TRIGGER): Đây chân đầu vào thấp điện áp so sánh được dùng chân chốt hay ngõ vào tần so áp + Chân số (OUTPUT): Chân chân dùng để lấy tín hiệu logic Trạng thái tín hiệu được xác định theo mức Mức mức cao tương ứng với gần Vcc (PWM=100%) mức tương đương với 0V thực tế mức khoảng từ (0.35 -> 0.75V) + Chân số (RESET): Định mức trạng thái Khi chân số nối mass ngõ mức thấp Còn chân nối vào mức áp cao trạng thái ngõ tùy theo mức áp chân Nếu mạch để tạo được dao động thường hay nối chân lên VCC + Chân số (CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn IC 555 theo mức biến áp hay dùng điện trở cho nối GND Để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF tụ lọc nhiễu giữ cho điện áp chuẩn được ổn định + Chân số (THRESHOLD): Là những chân đầu vào so sánh điện áp khác cũng được dùng chân chốt + Chân số (DISCHAGER): Có thể xem chân khóa điện tử chịu điều khiển bỡi tầng logic chân Khi chân mức áp thấp khóa đóng lại Ngược lại mở Chân tự nạp xả điện cho mạch R-C lúc IC 555 dùng tầng dao động + Chân số (Vcc): Đây chân cung cấp áp dòng cho IC hoạt động Nó được cấp điện áp từ 2V >18V I.2.2.Lý chọn mạch tạo xung vuông IC555 - IC555 phở biến dễ tìm - Mạch tạo xung IC555 dễ làm, dễ giải thích dễ hiểu ngun lí Về chất IC555 mạch kết hợp giữa OPAM, điện trở, transitor, FF RS * Chức năng: + OPAM: so sánh điện áp + transitor: xả điện + điện trở mắc nối tiếp chia điện áp Ucc thành phần, cấu tạo tạo nên điện áp chuẩn điện áp Ucc/3 nối vào chân dương OP1 điện áp 2Ucc/3 nối vào chân âm OP2 điện áp chân nhỏ Ucc/3, chân S=[1] FF được kích Khi điện áp chân lớn 2Ucc/3, chân R=[1] FF được RESET Hình Cấu tạo IC555 Hình 2.IC555 I.2.3.Sơ đồ khối tạo xung IC555 Hình 3.Khối tạo xung IC555 I.2.4.Nguyên lý: + Vcc cung cấp cho Ic sử dụng từ 4,5V đến 15V + Tụ từ chân xuống mass cố định + Khi thay đổi điện trở R1, R2 giá trị tụ C thu được dao động có tần số độ rộng xung theo ý muốn theo cơng thức: Trong T : Thời gian chu kỳ tồn phần tính (s) f : Tần số dao động tính Hz R1,R2 : Điện trở C: Tụ điện I.2.5.Nguyên tắc hoạt động: Kí hiệu : mức thấp (L) lấy 0V mức cao(H) lấy gần Vcc Bảng Bảng chân lý: S 0 R 0 Q đảo Q0 Q0 Trạng thái Tụ C bắt đầu nạp Tụ C nạp Tụ C xả, đầu xuống thấp Tụ C xả Kết : đầu OUT có tín hiệu dao dộng dạng sóng vng, có chu kỳ ởn định Hình 4.Tín hiệu đầu khối tạo xung Nhận xét: - Vậy trình hoạt động bình thường IC555, điện áp tụ C chỉ dao động khoảng điện áp từ Vcc/3 đến 2Vcc/3 - Khi nạp điện, tụ điện C nạp với điện áp ban đầu Vcc/3, kết thúc nạp thời điểm điện áp tụ 2Vcc/3, nạp điện với thời gian t=(R a+Rb).C - Khi xả điện, tụ C xả với điện áp ban đầu Vcc/3, kết thúc xả thời điểm điện áp tụ Vcc/3, xả điện với thời gian t=Rb.C - Thời gian mức ngõ thời gian nạp điện, mức xả điện I.3.Khối đếm Hình 5.IC74LS90 Hình Cấu trúc đếm I.3.1.Mạch đếm gì? - Mạch đếm sử dụng chip 74LS90 chíp đếm thơng dụng với đếm tích hợp sẵn chip Từ đếm kết hợp với bảng trạng thái reset đếm khoảng từ đến 10 Kết hợp nhiều chip lại đếm đến số lớn - IC7490 gồm chia chia chia + chia input A điều khiển đầu Qa + chia input B điều khiển đầu Qb,Qc,Qd (trong Qd có trọng số lớn nhất) Đầu vào đếm lấy xung từ ic 555 từ cảm biến ứng dụng đếm sản phẩm - Đầu A,B tích cực sườn âm R0(1) 1 X X 0 X Chân xác lập trạng thái R0(2) R9(1) 1 X X X X X X 0 Đầu R9(2) X X X QD 0 QC 0 QB 0 QA 0 Đếm Đếm Đếm Đếm Bảng Bảng trạng thái chân đầu IC74LS90 Sơ đồ đầu QA, QB, QC, QD: Hình Sơ đồ đầu QA, QB, QC, QD I.3.2.Nguyên tắc hoạt động: Cứ mỗi xung vào đếm tiến lên được mã hóa chân.Khi đếm đến 10 tự reset quay trở về ban đầu Bảng Bảng giải mã IC74LS90 QD 0 0 0 0 1 1 1 1 QC 0 0 1 1 0 0 1 1 QB 0 1 0 1 0 1 0 1 QA 1 1 1 1 Hiện thi số 10 11 12 13 14 15 10 I.4.Khối giải mã(IC74LS47N) Hình IC 74LS47 I.4.1.Khối giải mã gì? Mạch giải mã mạch có chức ngược lại với mạch mã hóa.Mục đích sử dụng phổ biến mạch giải mã làm sáng tỏ đèn để hiển thị kết dạng chữ số.Do có nhiều loại đèn hiển thị có nhiều loại mã số khác nên có nhiều mạch giải mã khác IC74LS47 loại IC giải mã BCD sang LED thanh.Mạch giải mã BCD sang LED mạch giải mã phức tạp mạch phải cho nhiều ngõ lên cao xuống thấp(tùy thuộc vào loại LED anod chung hay catod chung)để đèn cần thiết sáng nên số kí tự I.4.2.Nguyên tắc hoạt động - IC 74LS47 IC tác động mức thấp nên ngõ mức tắt, mức sáng, tương ứng với a, b, c, d, e, f, g LED loại anode chung, trạng thái ngõ tương ứng với số thập phân ( số từ 10 đến 15 không được dung tới) - Ngõ vào xóa BC được để khơng hay nối lên mức cho đoạn hoạt động giải mã bình thường Nếu nối lên mức ngõ đều tắt bất chấp trạng thái ngõ - Ngõ RBI được để không hay nối lên mức dùng để xóa số ( số thừa phía sau số thập phân hay số trước số có nghĩa) Khi RBI ngõ vào D, C, B, A mức ngõ vào LT mức ngõ đều tắt ngõ vào xóa dợn sóng RBO xuống mức thấp - Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức LT mức ngõ đều sáng 11 Bảng Bảng giải mã IC74LS47 cho LED Mã BCD A 0 0 0 0 1 B 0 0 1 1 0 C 0 1 0 1 0 Hiển thị Led D 1 1 a 0 1 0 b 0 0 1 0 c 0 0 0 0 d 0 0 1 e 1 1 1 f 1 0 0 g 1 0 0 0 I.5.Khối hiển thị - Hiển thị dung LED loại anode chung đầu IC 7447 có mức tích cực mức 0(mức thấp) Ở loại anode chung ( anode đền được nối lên +5V, đoạn sáng ta nối đầu canoed đoạn xuống mức thấp thơng qua điện trở) Chân 3, 8: Vcc được nối lại với Hình LED Hình 10 Sơ đồ chân LED - LED có cấu tạo bao gồm LED đơn có dạng xếp có thêm LED đơn hình tròn nhỏ thể dấu chấm tròn góc dưới, bên phải LED LED đơn LED có anode(cực+) cathode (cực-) được nối chung với vào điểm, được đưa chân để kết nối với mạch điện - cực còn lại mỗi LED đơn được đưa thành chân riêng: Nếu LED có Anode(cực+) chung, đầu chung được nối với +Vcc, chân còn lại dung để điều khiển trạng thái sáng tắt LED đơn, LED chỉ sáng tín hiệu đặt vào chân nầy mức 12 Nêu LED co cathode(cực -) chung, đầu chung được nối xuống Ground(Mass), chân còn lại dung để điều khiển trạng thái sáng tắt LED đơn, LED chỉ sáng tín hiệu đặt vào chân mức Vì LED chứa bên LED đơn, đo kêt nối cần đảm bảo dòng qua mỗi LED đơn khoảng 10mA-20mA để bảo vệ LED.Nếu kết nối với nguồn 5V hạn chế dòng điện trở 330Ω trước chân nhận tín hiệu điều khiển Bảng Bảng mã hiển thị LED dành cho LED có Anode chung (các LED đơn sáng mức 0): Số hiển thị LED A B C D E F - Mã hiển thị LED dạng nhị phân Hgfedcba 11000000 11111001 10100100 10110000 10011001 10010010 11000010 11111000 10000000 10010000 10001000 10000011 11000110 10100001 10000110 10001110 10111111 Mã hiển thị LED dạng thập lục phân C0 F9 A4 B0 99 92 82 F8 80 90 88 83 C6 A1 86 8E BF I.6.Nguyên lý hoạt động - Xung kích được tạo từ mạch 555 xung được đưa tới chân 14 IC 74LS90 cách liên tục để đếm, đếm nhanh hay đếm chậm ta điều chỉnh được tần số đếm IC555 biến trở R2 Ngõ xung 7490 chân Q0,Q1,Q2,Q3 được đưa đến ngõ vào IC giải mã 74LS47 - Khi ta cấp xung vào IC1 đếm lần lượt từ từ đồng thời cấp cho IC3 mã hoá LED thanh, LED hàng đơn vị chạy từ đến Khi tới 9(tức hết chu đếm) lúc tự động RESET cấp xung cho IC2(xung được lấy từ chân số 11 IC1) IC2 được nhận xung đếm Sau IC1 vẫn tiếp tục đếm đến IC2 lại nhận được xung nữa 13 đếm thành 2.quá trình cứ vậy, IC1 hết chu kỳ lại cấp cho IC2 xung - - Con 7490 có xung vào cổng com 1(datasheet), chân 2, 3, 6, chân reset mức cao nên nối mass để khỏi phải clear Xung vào chân 14 làm hoạt động đếm 1:2 đưa tín hiệu chân 12 chân nối với chân clkB để kích hoạt counter 1:5 đưa tín hiệu chân 9, 8, 11 tương tự vói 7490 còn lại Để đếm được từ 10 đến 99 cần nối tầng 7490, dung tín hiệu chân 11 IC1 để làm clkA cho IC2.Như vậy đếm đến xong thi lại đếm lại chờ mỗi chuyển từ sang c xung cho đếm CHƯƠNG II.THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM II.1.Sơ đồ nguyên lý 14 Hình 11 Sơ đồ nguyên lý II.2.Sơ đồ mạch in Hình 12 Sơ đồ mạch in II.3.Sơ đồ mạch 3D 15 Hình 13 Sơ đồ mạch in 3D II.4.Mơ Proteus Hình 14 Mơ mạch protues 16 2.6.Mạch cắm board test Hình 15 Mạch cắm board test 2.7.Mạch in Hình 16.Mạch in mặt sau 17 Hình 17.Mạch sau hoàn thiện 2.8 Mạch chạy thực tế Hình 18 Ảnh họa 18 Hình 19 Ảnh minh họa 2.9.Danh mục linh kiện Tên linh kiện Số lượng IC 555 IC 7490 IC 7447 LED LED đơn Điện trở 10k Tụ điện 1nF Biến trở 50k 2 1 Đơn giá (đồng) 3500 VNĐ 20000 VNĐ 25000 VNĐ 13000 VNĐ 10000 VNĐ (20c) 10000 VNĐ (50c) 8500 VNĐ (10c) 4000 VNĐ (1c) Tụ gốm10uF 8000 VNĐ(10c) 2.10 Tài liệu tham khảo [1]Nguyễn Viết Tiến, Giáo trình CAD điện tử Nhà xuất Khoa học va Kỹ thuật Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội [2]http://robocon.vn/detail/ic24-ic-74ls90-ic-giai-ma.html 19 20 ... D E F - Mã hiển thị LED dạng nhị phân Hgfedcba 1 1000 000 1111 1001 10 1001 00 101 1000 0 1001 1001 1001 0010 1 1000 010 1111 1000 1000 0000 1001 0000 1000 1000 1000 0011 1 1000 110 10 1000 01 1000 0110 1000 1110... điện 1nF Biến trở 50k 2 1 Đơn giá (đồng) 3 500 VNĐ 2000 0 VNĐ 2 5000 VNĐ 1 3000 VNĐ 1000 0 VNĐ (20c) 1000 0 VNĐ (50c) 8 500 VNĐ (10c) 4000 VNĐ (1c) Tụ gốm10uF 8000 VNĐ(10c) 2.10 Tài liệu tham khảo [1]Nguyễn... Khoa học va Kỹ thuật Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội [2]http://robocon.vn/detail/ic24-ic-74ls90-ic-giai-ma.html 19 20