- Sử dụng thông thạo các thiết bị đo kiểm phần tương tự.
BÀI 6: ĐÈN GIAO THÔNG
Hãy mô phỏng mạch điện điều khiển đèn giao thông sau.
1. Mục đích -Yêu cầu :
- Củng cố lại kiến thức về mạch dao động tạo xung vuông dùng IC 555, Flip-Flop D và các cổng logic.
- Giới thiệu về các thiết bị phân tích mạch logic.
- Thông thạo cách lấy linh kiện trong EWB 5.12.
Khởi động chương trình Electronics WorkBench bằng cách nhấp chuột vào nút Start > Programs > Electronics WorkBench > Electronics WorkBench.
- Bước 1 : Lấy linh kiện.
Các bạn sẽ lấy IC 555 bằng cách chọn hộp linh kiện Mixed ICs trên thanh công cụ. Nhấp chuột vào hộp linh kiện này và chọn 555 Timer
có biểu tượng IC 555.
Nhấn chuột và kéo IC 555 vào màn hình thiết kế, đặt vào vị trí thích hợp trong màn hình thiết kế và thả chuột.
Tiếp theo hãy nhấp chuột vào hộp linh kiện Digital để mở hộp linh kiện này.
Trong hộp linh kiện này, nhấn chuột vào nút D Flip-Flop with Ative Low Asynch Inputs, kéo nó vào màn hình thiết kế, đặt vào màn hình thiết kế và thả chuột.
Trong hộp linh kiện này, nhấn chuột vào nút 2-Input AND Gate, kéo nó vào màn hình thiết kế, đặt vào vị trí thích hợp và thả chuột. Hãy lấy 4 cổng AND vào màn hình thiết kế.
Trong hộp linh kiện Digital còn đang mở hãy nhấn chuột vào nút
NOT Gate, kéo vào màn hình thiết kế, đặt vào vị trí thích hợp và thả chuột.
Nhấp chuột vào hộp linh kiện Basic để mở hộp linh kiện này.
Trong hộp linh kiện này, nhấn chuột vào nút Resistor, kéo nó vào màn hình thiết kế, đặt vào vị trí thích hợp và thả chuột. Hãy kéo vào màn hình 8 điện trở. Trong hộp linh kiện Basic còn đang mở, chọn tụ điện không cực tính (Capacitor), nhấn và kéo nó vào màn hình thiết kế, đặt vào vị trí thích hợp và thả chuột, các bạn sẽ cần có 2 tụ điện. Trên thanh công cụ các bạn hãy chọn hộp linh kiện Sources có biểu tượng nguồn Pin và nhấp chuột vào nó để mở hộp linh kiện.
Trong hộp linh kiện Sources, các bạn hãy nhấn chuột vào biểu tượng nguồn Pin (Battery) và kéo nó vào cửa sổ thiết kế đặt vào vị trí thích hợp và thả chuột.
Trong hộp linh kiện Sources còn mở, bạn hãy chọn MASS có biểu tượng nối đất (Ground) và kéo nó vào cửa sổ thiết kế, đặt vào vị trí thích hợp và thả chuột. Các bạn sẽ cần đến hai Ground.
Nhấp chuột vào hộp linh kiện Indicators để mở hộp linh kiện này. kế đến nhấn chuột vào nút Red Probe, kéo nó vào màn hình thiết kế, đặt vào vị trí thích hợp và thả chuột. Hãy lấy 6 bóng đèn Red Probe. (Tất cả các linh kiện thụ động vừa nêu đã hướng dẫn cách lấy ở các bài tập trước)
Xoay chân của bóng đèn lại cho phù hợp với mạch điện bằng cách nhấn chuột vào một vị trí phía trên bên trái của bóng đèn trên cùng, kéo đến vị trí phía dưới của bóng đèn cuối cùng, một hình chữ nhật bao lấy tất cả các bóng đèn xuất hiện, hãy thả chuột để chọn tất cả các bóng đèn cùng một lúc.
Các bóng đèn đã được chọn sẽ có màu đỏ, nhấp chuột lên nút Flip Horizontal để xoay linh kiện theo chiều ngang đối diện.
Trong hộp dụng cụ, hãy nhấn chuột vào nút Logic Analyser và
Oscilloscope, kéo vào màn hình thiết kế, đặt vào vị trí thích hợp và thả chuột.
- Bước 2: Ðặt tên và thay đổi giá trị cho các linh kiện.
Mạch dao động sẽ tạo ra thời gian xung dương là t+=8s và thời gian xung âm là t-=2s. Từ công thức trên ta chọn tụ C1=470mF; R2=6K; R1=18K; C2 = 0.01mF.
Nhấp chuột phải vào điện trở R1, một trình đơn sẽ sổ xuống, nhấp chuột vào lệnh Component Properties. Cửa sổ Resistor Properties
sẽ xuất hiện, trong bảng Value hãy nhập số 18 vào ô Resistance và ô đơn vị chọn K.
Nhấp chuột vào nút OK khi đã nhập xong các thông số trên để chấp nhận.
Sau khi điện trở R1 được thay trị số mới là 18K. Tương tự như điện trở R1, hãy thay trị số của R2 = 6K.
Các điện trở còn lại vẫn để ở giá trị mặc định là 1K.
Nhấp chuột phải vào tụ điện C1, trong trình đơn sổ xuống hãy nhấp chuột chọn lệnh Component Properties.
Trong cửa sổ Capacitor Properties nhập giá trị 470 vào ô
Nhấp vào nút OK khi đã chấp nhận các thông số vừa nhập. Thực hiện tương tự đối với tụ C2 = 0.01mF
Nhấp chuột phải vào cổng NOT để mở trình đơn sổ. Nhấp chuột chọn lệnh Component Properties (tương tự như trên).
Trong cửa sổ NOT Gate Properties, chọn loại cmos trong ô
Library và chọn HC trong ô Model. Ðiều này có nghĩa là IC thuộc họ
Cmos và có tốc độ cao H.
Trong bảng Label nhập tên của cổng NOT vào ô Label. Nhấp chuột vào nút OK để chấp nhận những thông số đã nhập vào.
Hãy làm tương tự đối với Flip- Flop D. Trong bảng Label hãy nhập tên FF và trong bảng Model hãy chọn loại cmos trong ô Library và chọn HC trong ô Model.
Hãy làm tương tự đối với Flip- Flop D. Trong bảng Label hãy nhập tên FF và trong bảng Model hãy chọn loại cmos
trong ô Library và chọn HC trong ô
Các cổng AND hãy làm tương tự như trên trong cửa sổ 2-Input AND Gate . Ðặt tên cho các cổng AND theo thứ tự từ trên xuống cho từng cổng AND là G1,
G2, G3, G4 trong bảng Label; chọn
cmos trong ô Library và chọn HC trong ô Model của bảng Model trong cửa sổ 2- Input AND Gate.
Mở cửa sổ Red Probe Properties bằng cách nhấp nút phải chuột vào bóng đèn đầu tiên trên cùng và chọn Component Properties
trong trình đơn sổ xuống. Trong cửa sổ Red Probe Properties hãy nhập tên của bóng đèn này là X1 (xanh thứ 1) trong bảng Label. Nhấp chuột vào bảng Model, chọn cmos trong ô Library và HC trong ô
Model.
Nhấp chuột vào bảng Choose Probe và chọn loại đèn hiển thị, trong bảng này có ba loại màu theo thứ tự từ trên xuống là màu: Red
(Ðỏ); Green (xanh lá); Blue (xanh dương). Ðối với bóng đèn này thì chọn loại xanh dương, hãy nhấp chuột vào chữ Blue Probe sao cho một dấu chấm xuất hiện trong ô tròn bên cạnh.
Sau khi đã chọn xong các thông số cần thiết thì nhấp chuột vào nút
OK. Với các bóng đèn còn lại hãy làm tương tự và theo thứ tự từ trên xuống. Bóng thứ Bảng Label Bảng Model Bảng Choose Probe
Label Library Model 1 X1 Cmos HC Blue 2 V1 Cmos HC Green 3 Ð1 Cmos HC Red 4 X2 Cmos HC Blue 5 V2 Cmos HC Green 6 Ð2 Cmos HC Red
- Bước 3 : Nối dây
Hãy bắt đầu từ chân số 1 của
IC 555, chân này có ký hiệu là
GND (Ground) vì vậy đây là chân nối đất của IC, đưa con trỏ chuột đến chân số 1 sao cho tại đây xuất hiện 1 chấm đen.
Nhấn và kéo đến vị trí của điểm nối đất sao cho tại đây cũng xuất hiện 1 chấm đen và đường dây nối hai điểm hiện ra.
Khi thấy chấm đen ở điểm nối đất xuất hiện thì hãy thả chuột, hai điểm sẽ tự nối với nhau.
Kế đến là chân số 2 (TRI) của IC, hãy nối chân số 2 với tụ C1 bằng cách nhấn chuột vào chân số 2 sao cho tại đây xuất hiện 1 chấm đen.
Nhấn chuột vào chân số 3 của IC 555 và kéo điểm này đến ngõ vào của cổng NOT.
Và nhả chuột
Nhấn chuột vào chân Ck của Flip-Flop D và kéo điểm này đến đoạn dây vừa nối chân số 3 của IC 555 với ngõ vào của cổng NOT và thả chuột.
Nhấn chuột vào một chân của cổng AND _ G1; kéo điểm này đến điểm nối tại ngõ vào của cổng NOT; thả chuột.
Nhấn chuột vào chân còn lại của G1; kéo điểm này đến chân Q của
FF; và thả chuột.
Để lưu tập tin ta thực hiện tương tự như các bài tập trước.
- Bước 4 : Phân tích mạch.
Nhấp đúp chuột vào máy đo dạng sóng Oscilloscope để mở màn hình hiển thị của máy đo. Chỉnh Time base ở mức 1s/div và hệ số điện áp tại kênh A là 5V/Div
Nhấp đúp chuột vào máy phân tích Logic (Logic Analyzer) để mở màn hình hiển thị của máy. Trong màn hình hiển thị hãy chỉnh Clocks per division ở giá trị là 1. Nhấp chuột vào nút Set trong khung Clock
để mở cửa sổ Clock Setup.
Trong cửa sổ Clock Setup, nhập số 1 vào ô Internal clock rate và ô đơn vị chọn là Hz. Các giá trị khác đặt ở chế độ mặc định. Sau đó nhấp chuột vào nút Accept để chấp nhận những thông số trong cửa số.
Nhấp chuột vào thanh tiêu đề của máy đo trên màn hình hiển thị (thanh có ghi tên của máy đo) để di chuyển màn hình đến vị trí thích hợp và thả chuột.
Tương tự như vậy đối với máy đo dạng sóng Oscilloscope. Sau khi di chuyển các máy đo sao cho dễ quan sát mạch điện nhất thì màn hình thiết kế có dạng như hình trên.
Nhấp chuột vào nút Activate simulation trên thanh công cụ để cấp nguồn cho mạch hoạt động (tương tự các bài trước).
Căn cứ vào máy phân tích Logic ta thấy được dạng sóng tại các đèn được điều khiển bởi các cổng Logic và qua mạch điện ta dễ dạng tìm được biểu thức hàm cho mỗi đèn.
Thời gian đèn xanh dương sẽ bằng 8s và đèn xanh lục (đại diện cho đèn vàng) sẽ là 2s và thời gian cho đèn đỏ sẽ là tổng thời gian sáng của hai đèn xanh dương và xang lục bằng 10s.
Mạch điện hoạt động dựa trên các biểu thức hàm của các cổng AND và NOT, điện áp ngõ ra sẽ cấp cho các bóng đèn sáng.
Thời gian của đèn xanh dương sẽ bằng thời gian của xung dương của IC 555 tại ngõ ra.
Thời gian của đèn xanh lục sẽ bằng thời gian của mức 0 của IC 555 tại ngõ ra.
Dựa vào công thức tính thời gian của xung dương và mức 0 của IC 555 có thể tăng hoặc giảm thời gian sáng của các bóng đèn.
4. Bài tập củng cố:
Hãy thiết kế mạch đèn giao thông có thể ứng dụng ra thực tế tại một ngã tư giao lộ với yêu cầu cụ thể như sau:
- Có thể chọn được 1 trong 4 chế độ làm việc sau:
* Đồng quyền: Thời gian dành cho tín hiệu đèn xanh và đỏ cho hai đường như nhau.
* Ưu tiên 1: Đèn đỏ A = 2/3 đỏ B (tính về thời gian). * Ưu tiên 2: Đèn đỏ A = 1/2 đỏ B (tính về thời gian).
* Về khuya: từ 21h đến 6h sáng hôm sau, chỉ có đèn vàng nhấp nháy.
- Thời gian trễ ở các đèn có thể chỉnh trong một khoảng rộng và trơn (chỉnh nhưng vẫn tuân thủ theo tỉ lệ điều khiển trên).
- Thiết kế thêm 2 đèn dành cho người đi bộ: đèn này chỉ sáng khi đèn đỏ ở lộ đó sáng.