ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ: THIẾT KẾ MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ

MỤC LỤCNhận xét của giáo viên hướng dẫn……………………………………..3Lời mở đầu……………………………………………………………..4Chương 1: Tổng quan………………………………………………………5 1.1 Đặt vấn đề. 1.2Mục đích và yêu cầu. 1.3Giôùi haïn ñeà taøi.Chương 2. Giới thiệu các IC sử dụng trong mạch…………………………..6 .2.1 IC 4543…………………………………………………………..8 2.2 IC 4510…………………………………………………………...11 2.3 IC 4060…………………………………………………………...14Chương 3: Thiết kế và thi công………………………………………………15 3.1 Sơ đồ khối……………………...…….…………………................163.2 Nguyên lý hoạt động của các khối……………………………...…163.3 Sơ đồ nguyên lý…………………………………………………....21.3.4 Thi công……………………………………………………….…...22Chương 4: Kết luận………………………………………………………….. 224.1Nhận xét chung.4.2Hướng phát triển của đề tàiPhụ lục………………………………………………………………………...23

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ



ĐỒ ÁN

ĐỀ TÀI:

GVHD: TRẦN MINH HỒNG SVTH : ĐINH MINH TOÀN LỚP : CĐĐT9B

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Chữ ký của giáo viên hướng dẫn:

2

-NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Chữ ký của giáo viên phản biện:

2.2 IC 4510……… 11

2.3 IC 4060……… 14

Chương 3: Thiết kế và thi công………15

3.1 Sơ đồ khối……… …….……… 16

3.2 Nguyên lý hoạt động của các khối……… …16

3.3 Sơ đồ nguyên lý……… 21

3.4 Thi công……….… 22

Chương 4: Kết luận……… 22

4.1Nhận xét chung 4.2Hướng phát triển của đề tài Ph l c……… 23ụ lục……… 23 ụ lục……… 23

4

-LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện

tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển, từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều khiển lắp ráp bằngcác linh kiện rời như kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ

Ngày nay, trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người như máy giặt, đồng hồ báo giờ… đã giúp cho đời sống cuả chúng ta ngày càng hiện đại và tiện nghi hơn

Đề tài “ĐỒNG HỒ SỐ” rất đa dạng và phong phú, có nhiều loại hình khác nhau dựa vào công dụng và độ phức tạp Do tài liệu tham khảo bằng Tiếng Việt còn hạn chế, trình độ có hạn và kinh nghiệm trong thực tế còn non kém, nên đề tài chắc chắn còn nhiều thiếu sót Vì vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, giúp

đỡ chân thành của các thầy cô cũng như của các bạn sinh viên

LỜI CẢM ƠN

Em cũng chân thành cảm ơn ban giám hiệu và các thầy,cô trong khoa trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM đã tạo điều kiện thuận lợi về thời gian và tận tình cung cấp các tài liệu mới liên quan nhằm giúp chúng em có thể hoàn thành tốt đồ án được giao

Để hoàn thành cuốn đồ án này chúng em đã nhận được sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn TRẦN MINH HỒNG cùng sự giúp đỡ tận tình của bạn bè Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy giáo hướng dẫn là người hướng dẫn chính và là người tân tình giúp đỡ chúng em để chúng em thực hiện tốt đề tài

Đinh Minh Toàn

6

Việc gia cơng, xử lý các tín hiệu điện tử hiện đại đều dựa trên cơ sở nguyên lý số Vì các thiết bị làm việc dựa trên cơ sở nguyên lý số cĩ ưu điểm hơn hẳn so với các thiết bị làm việc dưạ trên cơ sở nguyên lý tương tự, đặc biệt là trong

kỹ thuật tính tốn

Sự phát triển mạnh mẽ của cơng nghệ điện tử đã cho ra đời nhiều vi mạch

số cỡ lớn với giá thành rẻ và khả năng lập trình cao đã mang lại những thay đổi lớn trong ngành điện tử Mạch số ở những mức độ khác nhau đã đang thâm nhập trong các lĩnh vực điện tử thơng dụng và chuyên nghiệp một cách nhanh chĩng Các trường kỹ thuật là nơi mạch số thâm nhập mạnh mẽ và được học sinh, sinh viên ưa chuộng do lợi ích và tính khả thi của nĩ Vì thế sự hiểu biết sâu sắc về kỹ thuật số là khơng thể thiếu đối với sinh viên ngành điện tử hiện nay Nhu cầu hiểu biết về kỹ thuật số khơng chỉ riêng đối với những người theo chuyên ngành điện tử mà cịn đối với những cán bộ kỹ thuật khác cĩ sử dụng thiết bị điện tử

1.2.Mục đích yêu cấu.

Sự cần thiết,quan trọng cũng như tính khả thi và lợi ích của mạch số cũng chính là lý do để chọn và thực hiện đề án “thiết kế mạch đồng hồ số” nhằm ứng dụng kiến thức đã học về kĩ thuật số vào thực tế

1.3.Giới hạn đề tài.

Trong phạm vi tập đề án này, người thực hiện chỉ thiết kế và thi công

mạch đồng hồ thể thao gọn, đơn giản

sang thập phân… CD4543B là loại IC giải mã BCD sang led 7 đoạn Mạch giải mã

BCD sang led 7 đoạn là mạch giải mã phức tạp vì mạch phải cho nhiều ngõ ra lên cao hoặc xuống thấp( tuỳ vào loại đèn led là anod chung hay catod chung) để làm

các đèn cần thiết sáng nên các số hoặc ký tự IC CD4543B là loại IC tác động ở

mức thấp có ngõ ra cực thu để hở và khả năng nhận dòng đủ cao để thúc trực tiếp các đèn led 7 đoạn loại anod chung

b) Hình dáng và sơ đồ chân.

8

Hinh 2.1: Hình dáng và sơ đồ chân của IC CD4543B

IC 4543B là loại chốt/giải mã/lái từ số BCD ra 7 đoạn cho các loại hiển thị tinh thể lỏng (LCD) và LED IC bao gồm bốn ngõ vào địa chỉ (A B C D),một ngõ vào không cho phép chốt (disable latch) tác động mức cao (LD),một ngõ vào xóa tácđộng mức cao(BI Blanking Input),một ngõ vào phase (PH) tác động mức cao và 7 ngõ ra điều khiển led đã đệm.(oa-og) Mạch có chức năng chốt ,lưu trữ 4 bit và giải

mã ,lái số BCD ra 7 đoạn Nó có thể làm đảo ngược mức logic của tổ hợp ngõ ra,nhờ chân điều khiển phase(PH),ngõ vào xóa (BI) dùng để xóa hiển thị,và ngõ vàokhông cho phép chốt (LD) dùng lưu nhớ mã BCD

c)Nhiệm vụ các chân:

-Chân 2, 3, 4, 5 (A-D) : các ngõ vào địa chỉ (hay dữ liệu BCD).

-Chân 6 (PH) : Ngõ vào điều khiển pha(tác động mức cao),đối với màn hình hiển thị bằng led Cathode chung ,chọn PH =0,đối với led có Anode chung chon PH =1 Đối với màn hình tinh thể lỏng cung cấp một xung vuông đến PH.-Chân 7(BI) : Ngõ vào xóa ,tác dộng mức cao (Blanking input)

- Chân 1(LD) : Ngõ vào không cho phép chốt tác động mức cao

-Chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 : Các ngõ ra lái led 7 đoạn(tác động mức thấp)

-Chân 8: Chân nối mass

-Chân 16: Chân nối nguồn

+Một số ứng dụng của Ic 4543:

-Lái màn hình hiển thị tinh thể lỏng

-Lái màn hình hiển thị led

-Lái màn hiển thị đèn huỳnh quang

d) Sơ đồ logic và bảng trạng thái

Hình 2.2: Sơ đồ logic của IC CD4543

Sơ đồ cấu trúc của IC CD4543, nó giúp cho những ai muốn tìm hiểu sâu

về IC giải mã CD4543 hoạt động và giải mã BCD sang led 7 đoạn như thế nào

10

-Hình 2.3: Bảng trạng thái của CD4543Kết quả là khi mã số nhị phân 4 bit vào có giá trị thập phân từ 0 đến 15 đèn led hiển thị lên các số như ở hình bên dưới Chú ý là khi mã số nhị phân vào là 1111= 1510 thì đèn led tắt.

Hình 2.4: Các hiển thị của IC giải mã CD4543

2 IC CD4510B

a)Hình dạng và sơ đồ chân IC

Hình 2.4: Hình dạng và sơ đồ chân IC

chãn tên đường nối

1 LOAD input thường ở mức LOW, 0 V

2 output D, Q8 Ngõ ra, bit 3

9 RESET input thường ở mức LOW

10 UP/DOWN input HIGH=LÊN, LOW=XUỐNG

11 output B, Q2 Ngõ ra, bit 1

12 load input B, L2 nối với mức HIGH

13 load input C, L4 nối với mức HIGH

14 output C, Q4 Ngõ ra, bit 2

15 CLOCK input Kích xung vào

16 +V Nguồn cung cấp +9 V (5-15 V)

b)Đại cương

Block BCD Counter: sử dụng IC 4510, IC này nhận xung Clock từ khối

ASTABLE và đưa ra ngỏ ra đếm mã BCD Khi mã BCD đưa ra từ 4510 là 0000 thì tất cả các Led đơn đều tắt và Led 7 đoạn sẽ hiển thị số 0 Mỗi lần 4510 được kích 1 xung từ 4093 thì Led 7 đoạn sẽ nhảy lên 1 đơn vị cho tới số 9 (1001) thì nó sẽ quay lại số 0 và lại thực hiện lại như cũ Khi ta nhấn nút switch, chân số 9 của IC 4510 sẽđược đưa lên mức cao; do đó IC4510 sẽ được reset Do đó toàn bộ mạch hiển thị sẽ được reset

c) Các cổng logic:

12

-Hình 2.5: Các cổng logic của IC

Hình 2.6: Hình dạng và Sơ đồ chân IC

External CExternal RclockReset VCC

Đếm đầu raĐếm đầu raNối đấtKết nối với tụ bên ngoài Kết nối điện trở ngoàiChốt ngõ vào/định thờikhởi động lại

-4060 gồm có một bộ dao động và bộ đếm lên 14 bít ( từ Q4 đến Q14) mạch này ta lấy xung ra từ Q14(chân số 3) nên được chia với tần số là 214 =16384 lần

Thứ tự chia tần số ở các chân IC có dang:

Một đầu vào lập lại được cung cấp lại vào IC rồi đếm tới mọi trạng thái và

vô hiệu hóa bộ dao động Một mức cao được lập lại đưa về không Tất cả các giai đoạn đếm đều phụ thuộc vào F_F Trạng thái đếm thay đổi mức 1 và mức 0 Tất cả các đầu vào và những đầu ra hoàn toàn là bộ đệm

Mạch giải mã BCD

Mạch giải mã BCD

Led 7 đoạn loại aond chung

Led 7 đoạn loại anod chung

3.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC KHOÁI.

1 Khối tạo xung: Mạch tạo xung 1 Hz dùng thạch anh

Bộ tạo xung là thành phần quan trọng nhất của hệ thống Đặc biệt là đối với bộ đếm nó quyết định các trạng thái ngõ ra của bộ đếm

Có rất nhiều mạch tạo dao động, nhưng để cho việc chính xác hơn ta nên dùng thạch anh

Khi tạo xung chính xác ta nên dùng con thạch anh có tần số 32768Hz, được tạo dao động qua mach smitch trigger là cổng NAND nối vào 4060 để tạo xung và chia tần Tần số thấp nhất tạo ra được từ 4060 là 2Hz Còn từ 2Hz xuống

1Hz thì ta cần dùng IC 4040 để chia tần số xuốngnhư ta mong muốn

16

Để kích cho IC4510B làm việc,bạn cần kết nối tất cả như sau.Tất cả ngõ vào của mạch tích hợp chip CMOS phải được kết nối.Ví dụ như ngõ vào CLOCK,sẽ được nối với ngõ ra của nguồn kích xung như là không ổn định.Hơn nữa bạn cần nối tất

cả các ngõ nhập dữ liệu vào thực hiện và ngõ vào lên xuống

Hình 3.1: hình dạng IC4510

chãn tên đường nối

1 LOAD input thường ở mức LOW, 0 V

2 output D, Q8 Ngõ ra, bit 3

3 load input D, L8 nối với mức LOW

4 load input A, L1 nối với mức LOW

10 UP/DOWN input HIGH=LÊN, LOW=XUỐNG

11 output B, Q2 Ngõ ra, bit 1

12 load input B, L2 nối với mức HIGH

13 load input C, L4 nối với mức HIGH

14 output C, Q4 Ngõ ra, bit 2

15 CLOCK input Kích xung vào

16 +V Nguồn cung cấp +9 V (5-15 V)

3 Kh i gi i mã ( IC CD4543B) ối giải mã ( IC CD4543B) ải mã ( IC CD4543B).

Mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn là mạch thúc nên cũng thường được gọi là mạch giải mã/thúc Giải mã BCD sang led 7 đoạn phức tạp hơn giải mã BCD sang thập phân vì mạch phải có tổ hợp nhiều ngõ ra lên cao hoặc xuống thấp( tuỳ từng loại led anod chung hay catod chung)

Mạch giải mã thông dụng nhất là sử dụng IC CD4543B Vì có ngõ ra để

hở và khả năng nhận dòng cao để thúc trực tiếp các đèn led 7 đoạn loại anod chung

IC CD4543B thúc đèn led 7 đoạn thì các đoạn a, b, c, d, e, f, g của đèn sẽ

sang hay tắt tuỳ từng ngõ ra tương ứng của IC la H hay L

 Sơ đồ và chức năng của các chân:

18

-Chân 2, 3, 4, 5 (A-D) : các ngõ vào địa chỉ (hay dữ liệu BCD).

-Chân 6 (PH) : Ngõ vào điều khiển pha

-Chân 7(BI) : Ngõ vào xóa ,tác dộng mức cao (Blanking input)

- Chân 1(LD) : Ngõ vào không cho phép chốt tác động mức cao

-Chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 : Các ngõ ra lái led 7 đoạn(tác động mức thấp)

-Chân 8: Chân nối mass

-Chân 16: Chân nối nguồn

Hình 3.2: Sơ đồ và chức năng của các chân

và giải mã ,lái số BCD ra 7 đoạn Nó có thể làm đảo ngược mức logic của tổ hợp ngõ ra,nhờ chân điều khiển phase(PH),ngõ vào xóa (BI) dùng để xóa hiển thị,và ngõvào không cho

4.Khối hiển thị:

a)Led 7 đoạn:

Là 7 con led sắp xếp theo hình mẫu Một chân của con led được được nối vớinhau( Anod chung hoặc Catod chung ), các chân còn lại được đưa ra ngoài để phân cực các con led

Đây là lọai đèn dùng hiển thị các số từ 0 đến 9, đèn gồm 7 đọan a, b, c, d, e,

f, g, bên dưới mỗi đọan là một led (đèn nhỏ) hoặc một nhóm led mắc song song (đènlớn).Qui ước các đọan cho bởi:

Khi một tổ hợp các đọan sáng sẽ tạo được một con số thập phân từ 0 - 9

LED anot chung LED catot chung

Đối với led 7 đoạn ta phải tính toán sao cho mỗi đoạn của led 7 đoạn có dòng điện từ 10 20mA Với điện áp 12V thì điện trở cần dùng là 1kΩ; công suất là 1,4 Watt

Hình 3.3:hình dạng và sơ đồ chân của Led 7 đoạn

Bảng giá trị Led 7 Đoạn

b)Nguyên lý hoạt động.

Về phần tạo xung ta dùng thạch anh có tần số 32768Hz để tạo ra xung clock

có tần số 1HZ đưa vào chân 15 của IC CD4510 Ngõ ra xung (Q0, Q1, Q2, Q3) được đưa đến ngõ vào của IC giải mã CD4543

Khi đếm từ 9 về 0 chân số 11 của IC CD4510 được đưa lên mức cao

(9=1001) khi trở về (0=0000) tạo xung nhịp cạnh xuống cho IC thứ 2 hoạt động Tượng tự IC 2 tạo xung cho IC3 và IC3 tạo xung cho IC4

Khi IC2 đếm từ 0 đến 5 thì bị chặn lại bằng cách dùng cổng AND IC2 đếm tới (5=0101) khi đó ngõ ra cổng AND ở mức cao khi trở về 0 ngõ ra cổng AND ở

mức thấp và tạo xung cạnh xuống cho I3 đếm

Khi IC3 đếm từ 0 đến 9 chân 11 của IC3 sẽ tạo ra xung cạnh dưới cho IC 4 hoạt động

IC 4 nhận xung kích từ chân số 11 của IC 3 thì đếm từ 0 đến 5

Khi IC4 đếm lên, chân 8 đưa lên mức 1 tạo xung cho IC5 IC5 đếm từ 0 đến

3 Chân 11 IC5 tạo xung kích cho IC6, IC6 đếm từ 0 đến 2

Khi muốn điều chỉnh thời gian ta lấy xung ngoài đưa vào chân 11 của IC CD4510 để chỉnh thời gian

20

Một trong các chỉ báo thơng dụng để hiển thị các số thập phân là led 7 đoạn.

Ở loại anod chung( anod của đèn được nối lên +12V), đoạn nào sáng ta nối đầu catod của đoạn đĩ xuống mức thấp thơng qua điện trở để hạn dịng(R =1 k)

3.3.S ơ đồ nguyên lý: đồ nguyên lý: nguyên lý:

2 Qúa trình thi cơng.

-Phân tích sơ đồ nguyên lý

-Tiến hành gia cơng mạch

-Lắp rắp và kiểm tra hoạt động của mạch

CHƯƠNG 4 Kết Luận

4.1.NHẬN XÉT CHUNG.

Đồng hồ thể thao là một thiết bị ứng dụng nhiều trong thực tế, có nhiều phương pháp thiết kế và thực hiện các mạch đồng hồ khác nhau Trong tập đồ ánnày chỉ trình bày một trong các dạng đó và chỉ trình bày một số chức năng của đồng hồ mà thôi Do thời gian và kinh nghiệm thực tế còn kém nên khi thực hiệncòn nhiều thiếu sót, rất mong được sự đánh giá của quý thầy cô và sự góp ý của các bạn sinh viên để đề tài hoàn chỉnh hơn

4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

Ngày nay với sự phát triển của vi xử lý và vi điều khiển thì mạch “Đồng hồ thể số” dùng IC rời đã lạc hậu và có nhiều hạn chế Ví dụ như khi thay đổi theo một yêu cầu nào đó của mạch thì phải lắp đặt lại, vì vậy gây ra tốn kém về kinh tế khi không đáp ứng được yêu cầu

Chính vì vậy người thực hiện hy vọng rằng sau này với kiến thức được nâng cao hơn thì sẽ thay thế IC rời bằng vi điều khiển để khắc phục các hạn chế của mạch, đáp ứng yêu cầu thời đại

24