“Tìm hiểu, thiết kế mạch đếm thuận, mod 10000, sử dụng IC 7490, hiển thị kết quả trên LED 7 thanh”

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa học công nghệ nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật Điện Tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị có các đặc điểm với sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ linh hoạt và hoạt động ổn định. Đó là những yếu tố cần thiết làm cho năng suất, hiệu quả trong công việc được tăng cao, hoạt động của con người được giảm bớt. Xuất phát từ thực tế, nên em chọn đề tài “Tìm hiểu, thiết kế mạch đếm thuận, mod 10000, sử dụng IC 7490, hiển thị kết quả trên LED 7 thanh” được sử dụng để đếm thời gian,đếm sản phẩm, đèn giao thông, chia tần số và điều khiển các mạch khác…… Đồ án gồm có 3 Chương: Chương 1: Tổng quan về đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 3: Thiết kế mạch thực tế. Mặc dù đã cố gắng hoàn thành bài báo cáo này, tuy nhiên vẫn không thể tránh sót mong quý Thầy, cô và bạn đọc đóng góp ý kiến để đồ án có thể hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin cảm ơn ThS. XXX đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án này để em được hoàn thành với thời gian sớm nhất và hoàn chỉnh nhất.

LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển mạnh mẽ giới mặt, khoa học cơng nghệ nói chung ngành cơng nghệ kỹ thuật Điện Tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho giới ngày đại văn minh Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị có đặc điểm với xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ linh hoạt hoạt động ổn định Đó yếu tố cần thiết làm cho suất, hiệu công việc tăng cao, hoạt động người giảm bớt Xuất phát từ thực tế, nên em chọn đề tài “Tìm hiểu, thiết kế mạch đếm thuận, mod 10000, sử dụng IC 7490, hiển thị kết LED thanh” sử dụng để đếm thời gian,đếm sản phẩm, đèn giao thông, chia tần số điều khiển mạch khác…… Đồ án gồm có Chương: Chương 1: Tổng quan đề tài Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Thiết kế mạch thực tế Mặc dù cố gắng hoàn thành báo cáo này, nhiên khơng thể tránh sót mong q Thầy, bạn đọc đóng góp ý kiến để đồ án hoàn thiện Cuối em xin cảm ơn ThS XXX nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt trình làm đồ án để em hoàn thành với thời gian sớm hoàn chỉnh CHƯƠNG 1: 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Lý chọn đề tài: Đây đề tài hay ứng dụng nhiều đời sống công nghiệp Nhằm tăng suất, hiệu công việc giảm sức lao động người, mạch đếm đưa vào sử dụng thay người công việc đếm sản phẩm, đếm thời gian, đèn giao thông, chia tần số điều khiển mạch khác… Với đặc điểm tiện lợi, xác cao, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt,mạch đếm nhanh chóng biết đến sử dụng rộng rãi lĩnh vực Xuất phát từ thực tế ứng dụng rộng rãi mạch đếm, nên em chọn đề tài “Tìm hiểu, thiết kế mạch đếm thuận, mod 10000, sử dụng IC 7490, hiển thị kết LED thanh” cho đồ án môn học Đồ án Điện tử 1.2 Mô tả sản phẩm: - Khi cấp nguồn, mạch đếm đếm tiến/thuận liên tục 0000 đến 9999 ( mod 10000) tuần hoàn lặp lại - Khi ngừng cấp nguồn, mạch ngừng đếm, khơng hoạt động - Có thể điều chỉnh biến trở để thay đổi tốc độ đếm mạch - Điện áp hoạt động hệ thống không gây nguy hiểm đến người sử dụng - Giao diện dễ sử dụng, nhỏ gọn, tiện dụng 1.3 Tìm hiểu mạch đếm 1.3.1 Khái niệm Mạch đếm mạch dãy đơn giản xây dựng từ phần tử nhớ phần tử tổ hợp, mạch đếm thành phần hệ thống số Bộ đếm mạch dãy tuần hồn có đầu vào đếm đầu ra, mạch có số trạng thái hệ số đếm (Kđ) Dưới tác động tín hiệu vào đếm mạch chuyển từ trạng thái đến trạng thái khác theo thứ tự định Cứ sau Kđ lần tín hiệu vào đếm, mạch trở trạng thái xuất phát ban đầu Bộ đếm thực việc đếm dãy xung có xung điều khiển có đầu vào Do đó, xung đồng (CLK) xuất khác thời điểm xung đếm (Xđ) xuất việc đếm xung khơng thực nên mạch đếm phải có xung đếm đưa vào dãy xung đồng hay mạch đếm có đầu vào Đồ hình mơ hình mơ tả chuyển đổi trạng thái mô tả hoạt động đếm Khi tín hiệu vào đếm ( ) mạch giữ ngun trạng thái ban đầu (i  i) có tín hiệu vào đếm (Xđ) mạch chuyển đến trạng thái kế tiếp( i i+1) Hình 1 Sơ đồ khối đếm Khi đếm trạng thái tác động tín hiệu vào đếm đếm trở trạng thái ban đầu đồng thời xuất tín hiệu lần Trong trường hợp cần hiển thị trạng thái đếm phải dùng thêm mạch giải mã 1.3.2 Phân loại Hình Đồ hình trạng thái tổng quát đếm  Phân loại theo cách làm việc: + Bộ đếm đồng (Synchronous counter): đếm mà chuyển đổi trạng thái FF diễn đồng thời có tác động xung đếm Mọi chuyển đổi trạng thái (từ Si sang trạng thái Sj) không thông qua trạng thái trung gian (SiSj) Xung đồng tác động đồng thời tới phần tử nhớ + Bộ đếm không đồng (Asynchronous counter): đếm tồn cặp chuyển biến trạng thái Si  Sj mà FF khơng thay đổi trạng thái đồng thời (Si  Si’ Si’’ Sj) Xung đồng tác động không đồng thời tới FF  Phân loại theo hệ số đếm + Bộ đếm có hệ số đếm Kđ = : Bộ đếm có hệ số đếm cực đại, sử dụng n FF để mã hoá trạng thái cho đếm khả mã hoá tối đa (Kđ = 2, 4, 8, 16 ) + Bộ đếm có hệ số đếm Kđ = : Sử dụng n FF để mã hoá trạng thái cho đếm, có ( - Kđ) trạng thái không sử dụng đến Do thiết kế đếm cần phải lưu ý đến trạng thái không sử dụng tức cần phải có biện pháp làm cho đếm khỏi trạng thái cách hợp lý để trở chu trình mà phải đảm bảo đếm thiết kế đơn giản (Kđ = 3, 5, 6, 7, 10 )  Phân loại theo mã: Quá trình đếm đếm trình thay đổi từ trạng thái đến trạng thái khác trạng thái đếm mã hoá mã cụ thể Cùng đếm có nhiều cách mã hố trạng thái khác nhau, cách mã hoá khác tương ứng với mạch thực khác - Mã nhị phân, Mã Gray - Mã BCD, Mã Johnson - Mã vòng  Phân loại theo hướng đếm: + Bộ đếm thuận (Up counter): đếm mà có tín hiệu vào đếm (Xđ) trạng thái đếm tăng lên 1.(Si  Si+1) + Bộ đếm nghịch (Down counter): đếm mà có tín hiệu vào đếm (Xđ) trạng thái đếm giảm 1.(Si Si-1) Chú ý: Khái niệm thuận nghịch tương đối chủ yếu vấn đề mã hoá trạng thái đếm + Bộ đếm thuận nghịch: đếm vừa có khả đếm thuận vừa có khả đếm nghịch  Phân loại theo khả lập trình: + Bộ đếm có khả lập trình: Kđ thay đổi phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển + Bộ đếm khơng có khả lập trình: Kđ cố định, không thay đổi CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tìm hiểu khối tạo xung – IC 555: IC 555 Ic tạo xung đa năng, tạo xung vuông đơn giản Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân gọi chân chung Chân số (TRIGGER): chân đầu vào thấp điện áp so sánh dùng chân chốt hay ngõ vào tần so áp Mạch so sánh dùng transistor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3 Vcc Chân số (OUTPUT): chân chân dùng để lấy tín hiệu logic Trạng thái tín hiệu xác định theo mức Mức mức cao, tương đương với gần Vcc (PWM=100%) mức tương đương với 0V mà thực tế mức khơng 0V mà khoảng 0.35-0.75V Chân (RESET): dùng lập định mức trạng thái Khi chân số nối mass ngõ mức thấp Còn chân nối vào mức điện áp cao trạng thái ngõ tùy theo mức điện áp chân chân Nhưng mà mạch để tạo dao động thường hay nối chân lên Vcc Chân 5(CONTROL VOLTAGE) Dùng làm thay đồi mức áp chuẩn IC 555 theo mức biến áp hay dùng điện trở cho nối GND Chân khơng nối mà 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 ổn định Chân số (THRESHOLD): chân đầu vào so sánh điện áp khác dùng chân chốt Chân số (DISCHAGER): xem chân khóa điện tử chịu điều khiển 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 8(Vcc) chân cung cấp áp dịng cho IC hoạt động Khơng có chân coi IC chết Nó cấp điện áp từ 2V-18V Tần số tính sau: F= C2 tụ nối với chân số R2 chân chân chân R1 biến trở Thông số kỹ thuật:       2.2 Điện áp đầu vào: 4.5-16V Dòng điện cung cấp: 10mA - 15mA Điện áp logic mức cao: 0.5 - 15V Điện áp logic mức thấp: 0.03 - 0.06V Công suất lớn là: 600mW Nhiệt độ hoạt động: – 70oC Tìm hiểu khối điều khiển đếm-IC 7490 IC 74LS90 IC đếm thường dùng mạch số đếm lên mạch chia tần số Hình IC tạo xung NE555 Bảng 1.Chức chân IC 7490 Số chân Tên chân Mô tả Clock input (CLKA) Ngõ vào xung đồng hồ (xung kích cạnh xuống) Reset (R0(1)) Chân Reset (Reset 0) – Tích cực mức Reset (R0(2)) Chân Reset (Reset 0) – Tích cực mức Not connected (NC) Không sử dụng Supply voltage Chân cấp nguồn 5V (4.75V – 5.25V) Reset (R9(1)) Chân Reset (Reset 9) – Tích cực mức Reset (R9(2)) Chân Reset (Reset 9) – Tích cực mức Output (QC) Ngõ Output (QB) Ngõ 10 Ground (0V) Chân nối đất 11 Output (QD) Ngõ 12 Output (QA) Ngõ 13 Not connected Không sử dụng 14 Clock input (CLKA) Ngõ vào xung đồng hồ (xung kích cạnh xuống) 2.3 Tìm hiểu khối giải mã- IC 74LS47 Chân 16 cấp nguồn VCC 5V, 5V IC bị chết Chân chân nối GND (mass) Các chân 1,2,6,7 chân tín hiệu vào ứng với A,B,C,D Các chân 15,14,13,12,11,10,9 chân ra, chân nối với led bảy nối hình mạch ngun lí Chân thứ LT(Lamp Test) tên gọi nó, chân chân kiểm tra led bảy đoạn, ta cắm chân xuống mass giải mã sáng lúc với bảy đoạn Chân phục vụ để kiểm tra xem có led bị hỏng hay không thực tế không sử dụng Chân (BI/RB0) ln ln kết nối với mức cao, kết nối với mức thấp tồn led khơng sáng bất chấp trạng thái ngõ vào mức Chân (RBI) kết nối với mức cao Hình 2 Sơ đồ chân IC giải mã 74LS47 2.4 Tìm hiểu khối hiển thị- led Led (7-segment Display) hay gọi led đoạn thiết kế để hiển thị số số ký hiệu khác Với đoạn LED hình nối với chân kết nối để đưa Các chân gán ký tự từ a đến g, chúng đại diện cho LED riêng lẻ Các chân kết nối với để tạo thành chân chung Chân Pin chung hiển thị thường sử dụng để xác định loại hình LED loại Có loại LED sử dụng Cathode chung (CC) Anode chung (CA) Trong hình hiển thị Anode chung, tất kết nối Anode LED nối với mức logic “1”, phân đoạn LED riêng lẻ sáng cách áp dụng cho tín hiệu logic “0” mức thấp “LOW” thông qua điện trở giới hạn dòng điện để giúp phù hợp với cực Cathode với đoạn LED cụ thể từ a đến g Thông số kĩ thuật:      Màu đỏ, A chung (A anode), Dot, 10 chân Điện áp rơi LED 2.2V Kích thước (19mm x 12.6mm x 8mm) Dòng tối đa chạy qua LED 25mA Dịng chạy bình thường: 10mA Nếu nguồn 5V Led phải nối với điện trở 220R (dịng chạy qua led 13mA) Hình 4.Led hiển thị giá trị đếm CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH THỰC TẾ 3.1 Sơ đồ khối toàn mạch 3.2 Thiết kế mạch đếm Hình Sơ đồ khối tồn mạch Hình Mạch ngun lý mơ phần mềm Proteus Hình 3 Mạch in PCB 2D thiết kế phần mềm Proteus Hình Mạch in PCB 3D thiết kế phần mềm Proteus Mặt sau mạch in Hình Mạch in PCB thực tế Hình Nguyên lý hoạt động: Mạch đếm từ 0000 đến 9999 mạch đếm mod 10000, sử dụng IC NE555 để tạo xung, sử dụng IC đếm 74LS90, IC giải mã 74LS47 LED Command Anode, tương ứng với hàng đơn vị, hàng chục, hàng trăm hàng nghìn hiển thị giá trị đếm Mạch đếm sử dụng IC NE555 để tạo xung, cấp xung vng CLK cho tồn mạch hoạt động với đầu chân Chân IC NE555 cấp xung vuông nối với chân 14 (CKA) IC 74LS90 hàng đơn vị Các chân (CKB) IC 74LS90 nối với chân 12 tương ứng Các chân 2, 3, 6, (R0(1), R0(2), R9(1), R9(2) ) IC 74LS90 nối mass GND Chân 11 (Q3) IC 74LS90 này, nối với chân 14 (CKA) IC khác Các đầu IC 74LS90 chân 12, 9, 8, 11 (Q0, Q1, Q2, Q3) nối với chân đầu vào tương ứng 7, 1, 2, 6( A, B, C, D) IC giải mã 74LS47 Các chân 4, 5, 3( BI/RBO, RBI, LT) IC 74LS47 nối với nguồn VCC Các đầu IC giải mã 74LS47 chân 13, 12, 11, 10, 9, 15, 14 (QA, QB, QC, QD, QE, QF, QG) nối với điện trở R có giá trị 330 Ω có tác dụng hạn dịng, nối với LED Command Anode để hiển thị giá trị đếm KẾT QUẢ- KẾT LUẬN Ưu điểm: mạch chạy yêu cầu, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt, chi phí phù hợp Nhược điểm: bố trí mạch chưa khoa học, thiết kế chưa mang tính cơng nghiệp Hướng phát triển: Có thể thay linh kiện, IC tạo xung, IC điều khiển, IC giải mã… linh kiện khác thị trường mà đáp ứng nhu cầu đề tài Đề xuất cải tiến: thiết kế mạch phù hợp hơn, thêm nút điều khiển RESET để dễ dàng tùy chỉnh TÀI LIỆU THAM KHẢO www.alldatasheet.com ... chọn đề tài “Tìm hiểu, thiết kế mạch đếm thuận, mod 10000, sử dụng IC 74 90, hiển thị kết LED thanh” cho đồ án môn học Đồ án Điện tử 1.2 Mô tả sản phẩm: - Khi cấp nguồn, mạch đếm đếm tiến/thuận... PCB thực tế Hình Nguyên lý hoạt động: Mạch đếm từ 0000 đến 9999 mạch đếm mod 10000, sử dụng IC NE555 để tạo xung, sử dụng IC đếm 74 LS90, IC giải mã 74 LS 47 LED Command Anode, tương ứng với hàng... Hình 2 Sơ đồ chân IC giải mã 74 LS 47 2.4 Tìm hiểu khối hiển thị- led Led (7- segment Display) hay gọi led đoạn thiết kế để hiển thị số số ký hiệu khác Với đoạn LED hình nối với chân kết nối để đưa