Tính tốn các giá trị tụ điện và điện trở:
• Đầu tiên, tra bảng ta thấy Rf nằm trong khoảng 5M →10MΩ , chọn Rf = 10MΩ. • Tụ C1, C2 sẽ được chọn sao cho trùng với tải điện dung của thạch anh, trong
trường hợp này thạch anh được sử dụng thuộc dịng HC-49/S có tải điện dung CL = 20pF. Vậy ta chỉ cần tính tốn sao cho điện dung tương đương của C1, C2 bằng 20pF là được. Nhưng thực tế cần phải xét đến các vấn đề nảy sinh khác như:
Tụ ký sinh trên mạch ước lượng Cs= 2- 3pF
• Chọn Cin = 5.5pF, Cout = 9.5pF và C1 = C2 = C. Ta thu được sơ đồ mạch cầu phân áp và tính được điện trở tương đương của mạch.
• Để đạt điều kiện dao động Cp = CL
• Suy ra được: C > 27pF, chọn C = C1 = C2 = 220pF
3.2.2 Khối giây
Khối giây có nhiệm vụ hiển thị giá trị từ “00” đến “59”. Khi khối giây đếm đến giá trị “59” và sau một chu kì xung tiếp theo thì giá trị đếm tự động reset về “00”, và đồng thời cấp xung cho khối phút đếm phút.
Tần số Khoảng giá trị của Rf
≤ 32.768Khz 10Ω →15MΩ 32.768Khz → 1Mhz 5MΩ →10MΩ
1Mhz → 10Mhz 1MΩ → 5MΩ
SVTH: Nguyễn Quang Huy_19161240 GVHD: Th.s Nguyễn Trường Duy
28
Tần số 1Hz tại đầu ra của IC tạo dao động 4013 được cấp cho khối giây để đếm. Hàng đơn vị sẽ đếm giá trị từ “0” đến “9”, còn hàng chục sẽ đếm từ “0” đến “5”. Cứ sau 1 chu kì xung được cấp thì khối giây đếm tăng 1 giá trị. Ở đây ta phải sử dụng bộ đếm 10 cho hàng chục (c) và hàng đơn vị (đv). Các chân Q0, Q1, Q2, Q3 tạo thành một bộ đếm lần lượt tương ứng với bộ đếm A, B, C, D. Khi hàng chục đếm đến giá trị “6” (DCBA = “0110”) thì có mức điện áp logic tương ứng với giá trị “6” (C = D = “1”) được đưa về từng chân R0(1) và R0(2) của IC đếm hàng chục để reset giá trị đếm về “0” và đồng thời cấp xung Clock (Clk) cho khối phút. Hàng chục Hàng đơn vị Số Bộ đếm Số Bộ đếm D C B A D C B A 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 9 1 0 0 1 Clk(khối phút) Reset (Clk hàng chục) Hình 3.2. 3 Bảng mã khối giây
SVTH: Nguyễn Quang Huy_19161240 GVHD: Th.s Nguyễn Trường Duy
29
Hình 3.2. 4 Sơ đồ khối giây
Tính tốn điện trở hạn dịng cho Led 7 đoạn:
- Ở đây mạch điện sử dụng nguồn 5VDC và tra datasheets tương ứng IC 7447 thì ta thấy dòng ngõ ra khoảng 10-20mA nên suy ra: R =𝑉𝐶𝐶
𝐼𝑟 = 5
20.10−3 = 250Ω , vì vậy sử dụng
điện trở có giá trị 330Ω
➢ Tương tự sử dụng cho các khối phút và khối đếm giờ.
3.2.3 Khối phút
Khối phút cũng tương tự như khối giây có nhiệm vụ hiển thị giá trị từ “00” đến “59” và sau khi đếm đến “59”, sau 1 chu kì xung tiếp theo thì giá trị đếm cũng tự động reset về “00” và đồng thời cấp xung cho khối giờ để đếm giờ.
Xung được cấp cho khối phút khi khối giây đếm giá trị “59” về “00”. Vì vậy cứ sau khi khối giây đếm hết 60 giây thì khối phút đếm tăng 1 giá trị. Hàng đơn vị sẽ đếm giá trị từ
SVTH: Nguyễn Quang Huy_19161240 GVHD: Th.s Nguyễn Trường Duy
30
“0” đến “9”, còn hàng chục sẽ đếm từ “0” đến “5”.Ta cũng sử dụng bộ đếm 10 cho cả hàng chục và hàng đơn vị và quá trình reset cũng tương tự như khối giây.
Hàng chục Hàng đơn vị Số Bộ đếm Số Bộ đếm D C B A D C B A 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 9 1 0 0 1
(Clk Khối giờ) Reset (Clk hàng chục)
SVTH: Nguyễn Quang Huy_19161240 GVHD: Th.s Nguyễn Trường Duy
31
Hình 3.2. 6 Sơ đồ khối phút
- Tính tốn thiết kế mạch nút nhấn mức cao : Giả sử dòng tiêu thụ mỗi khi nhấn nút là 1mA, hệ thống có VCC =5V, ta áp dụng định luật Om: IR = 𝑈
𝑅𝑟1
• Theo mạch như trên ta có: Vcc = IR1.R1 • Suy ra: R1 = 𝑉𝑐𝑐
𝐼𝑅1 = 5
10−3 = 5KΩ
• Ở đây em sử dụng điện trở kéo có giá trị là 4.7KΩ
SVTH: Nguyễn Quang Huy_19161240 GVHD: Th.s Nguyễn Trường Duy
32
3.2.4 Khối giờ
Khối giờ có nhiệm vụ hiển thị giá trị từ “00” đến “23”. Khi khối giờ đếm đến giá trị “23” và sau 1 chu kì xung tiếp theo thì giá trị đếm tự động reset về “00” và đồng thời cấp xung cho khối ngày đếm ngày.
Xung cấp cho khối giờ được cấp từ khối phút. Cứ sau khi khối phút đếm hết 60 phút thì khối giờ đếm tăng 1 giá trị. Hàng đơn vị sẽ hiển thị giá trị từ “0” đến “9”, còn hàng chục sẽ hiển thị giá trị từ “0” đến “1”. Ta sẽ sử dụng bộ đếm 4 (B và C) cho hàng chục và bộ đếm 10 cho hàng đơn vị. Khi hàng chục đếm được giá trị “2” (CB = “10”) và hàng đơn vị đếm đến giá trị “4” (DCBA = “0100”) thì có mức điện áp logic tương ứng với giá trị “24” được đưa về từng chân R0(1) và R0(2) của IC đếm hàng chục và IC đếm hàng đơn vị để reset giá trị đếm về “00” và đồng thời cấp xung Clock cho khối ngày.
Hàng chục Hàng đơn vị Số Bộ đếm Số Bộ đếm C B D C B A 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 2 1 0 2 0 0 1 0 3 1 1 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1
(Clk khối ngày) (Reset) (Clk hàng chục)
SVTH: Nguyễn Quang Huy_19161240 GVHD: Th.s Nguyễn Trường Duy
33
Hình 3.2. 8 Sơ đồ khối giờ
3.2.5 Khối nguồn
Nguồn nuôi được tạo ra từ khối chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều và được ổn áp thông qua IC ổn áp 7805 để có được nguồn một chiều 5V ổn định cung cấp cho toàn mạch.
SVTH: Nguyễn Quang Huy_19161240 GVHD: Th.s Nguyễn Trường Duy
34 Tính tốn và lựa chọn linh kiện:
❖ Chọn biến áp nguồn: 220V → 9VAC 5A
❖ Chọn Diode cầu: KBP 307 3A 700V
❖ Tụ lọc nguồn: ta có điện áp đầu ra của biến áp là 9V nên điện áp đỉnh sẽ là 12.73V, vì thế ta cần chọn tụ lọc nguồn có giá trị định mức lớn hơn giá trị điện áp đỉnh đầu ra máy biến áp, ở đây em chọn tụ lọc nguồn có giá trị 1000uF 16V
❖ Phía sau ổn áp thêm 1 tụ 100uF để làm điện áp đầu ra phẳng, mịn hơn.
❖ Tra cứu datasheet các IC thì cơng suất tiêu thụ như sau: IC 74LS90 công suất tiêu thụ là 45mW.
IC 74LS47 công suất tiêu thụ là 35mW. IC 74LS86 công suất tiêu thụ là 30,5mW.
Vậy Ptải = 6xP74LS90 + 6xP74LS47 + P74LS08 + 6xP7seg +P1Hz < 5W
➢ Chọn IC ổn áp 7805 loại (5V-2A) thì đủ cơng suất ni mạch.
3.2.6 Nguyên lý làm việc
Khi mạch được cấp nguồn, khối tạo dao động Thạch anh tạo xung vng có chu kì 1 giây đưa vào chân đếm IC đơn vị của khối giây. Khối giây sẽ đếm xung vào và hiển thị giá trị đếm được trên Led, mỗi xung đếm tương ứng với một giây.
Khi khối giây đếm hết 60 giây thì sẽ tạo một xung cấp vào chân đếm IC hàng đơn vị của khối phút và reset khối giây bắt đầu đếm lại giá trị ban đầu. Mỗi xung đếm được sẽ tương ứng với một phút và được hiển thị giá trị đếm trên Led.
Khi khối phút đếm hết 60 phút thì sẽ tạo một xung cấp vào chân đếm IC hàng đơn vị của khối giờ và reset khối phút bắt đầu đếm lại giá trị ban đầu. Mỗi xung đếm được sẽ tương ứng với một giờ và được hiển thị giá trị đếm trên Led.
Khi khối giờ đếm tới 23, khối phút đếm tới 59 và khối giây là 59 thì xung tiếp theo được cấp vào thì sẽ reset tất cả 3 khối về 00 và bắt đầu chu kỳ đếm tiếp.
SVTH: Nguyễn Quang Huy_19161240 GVHD: Th.s Nguyễn Trường Duy
35
3.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ MẠCH IN 3.3.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
Hình 3.3.1 là sơ đồ mạch nguyên lý đầy đủ của mạch đồng hồ số với xung được cấp từ thạch anh 32.768Khz, kết quả được hiển thị giờ phút giây trên 6 Led 7 đoạn Anode chung và có hai nút nhấn hiệu chỉnh phút và giờ.
SVTH: Nguyễn Quang Huy_19161240 GVHD: Th.s Nguyễn Trường Duy
36
SVTH: Nguyễn Quang Huy_19161240 GVHD: Th.s Nguyễn Trường Duy
37
3.3.2 SƠ ĐỒ MẠCH IN
Hình 3.3. 2 Sơ đồ mạch in mạch đồng hồ mặt dưới
Sơ đồ đi dây mạch in mặt dưới mạch đồng hồ ở đây chủ yếu là dây tín hiệu với kích thước dây T50.
SVTH: Nguyễn Quang Huy_19161240 GVHD: Th.s Nguyễn Trường Duy
38
Hình 3.3. 3 Sơ đồ mạch in mạch đồng hồ mặt trên
Sơ đồ đi dây mạch in mặt trên mạch đồng hồ ở đây chủ yếu là dây nguồn VCC và GND với kích thước dây T60.
3.3.3 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ LINH KIỆN
Hình 3.3.4 là sơ đồ bố trí linh kiện được hiển thị ở chế dộ 3D trong phần mềm Proteus.
SVTH: Nguyễn Quang Huy_19161240 GVHD: Th.s Nguyễn Trường Duy
39
SVTH: Nguyễn Quang Huy_19161240 GVHD: Th.s Nguyễn Trường Duy
40
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ 4.1 THI CÔNG MẠCH 4.1 THI CÔNG MẠCH
Mạch đi đây trên board đồng mặt trên sau khi thi công:
SVTH: Nguyễn Quang Huy_19161240 GVHD: Th.s Nguyễn Trường Duy
41
Mạch đi dây trên Board đồng mặt dưới sau khi thi công:
SVTH: Nguyễn Quang Huy_19161240 GVHD: Th.s Nguyễn Trường Duy
42 Sơ đồ mạch sau khi đã thi công hàn mạch:
SVTH: Nguyễn Quang Huy_19161240 GVHD: Th.s Nguyễn Trường Duy
43
4.2 KẾT QUẢ
Hình 4.2. 1 Mạch hồn thiện thực tế
Sơ đồ mạch sau khi đã thi công và sắp xếp linh kiện hồn tất gồm có khối tạo xung dao động, khối đếm xung, khối giải mã và khối hiển thị trên 6 Led 7 đoạn.
SVTH: Nguyễn Quang Huy_19161240 GVHD: Th.s Nguyễn Trường Duy
44
Hình 4.2. 2 Kết quả mạch đồng hồ số thực tế
Đây là kết quả hoạt động của mạch đồng hồ và có 2 nút điều chỉnh phút và giờ để có thể tùy chỉnh thời gian theo ý muốn, đúng như mục đích ban đầu đã đặt ra cho đề tài.
SVTH: Nguyễn Quang Huy_19161240 GVHD: Th.s Nguyễn Trường Duy
45
CHƯƠNG 5. TỔNG KẾT 5.1 KẾT LUẬN
Đồng hồ số là thiết bị được sử dụng nhiều trong thực tế. Có nhiều phương pháp thiết kế và thực hiện các mạch đồng hồ khác nhau và trong đồ án này chỉ trình bày một trong các phương pháp đó.
Sau một thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài, thực tế cơ bản đáp ứng được yêu cầu thiết kế đặt ra ban đầu. Tuy nhiên đề tài chỉ dừng lại ở mức hiển thị thông số thời gian giờ, phút giây.
5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Trong thời gian thực hiện đồ án em đã đạt được những kết quả sau: - Học hỏi được nhiều hơn và có thêm nhiều kiến thức.
- Có khả nămg phân tích, thiết kế và thi cơng một sản phẩm hồn chỉnh.
Tuy nhiên với thời gian cho phép em cũng chưa khắc phục một số hạn chế cũng như bổ sung thêm nhiều ý tưởng như:
- Thêm nút điều chỉnh 2 chế độ 24 giờ và 12 giờ. - Hạn chế trong việc chỉnh thời gian.
- Thiết kế phần hiển thị lịch ( ngày, tháng, năm ). - Thiết kế khối báo thức.
- Kết nối thêm phần báo nhiệt độ.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn giảng viên hướng dẫn, thầy Nguyễn Trường Duy đã nhiệt tình hướng dẫn và truyền đạt kiến thức trong suốt quá trình học tập và thực hiện đồ án này.
Sinh viên thực hiện
SVTH: Nguyễn Quang Huy_19161240 GVHD: Th.s Nguyễn Trường Duy
46
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Đình Phú, Nguyễn Trường Duy, Nguyễn Duy Thảo, Hà A Thồi, Giáo
Trình Thực Hành: Kỹ Thuật Số, Khoa Điện-Điện Tử, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2016
2. Nguyen Dinh Phu, Nguyen Truong Duy, Giáo Trình: Kỹ Thuật Số, Xuất bản ĐH Quốc Gia, Tp.HCM, 2013.
3. Trần Thu Hà, Trương Thị Bích Ngà, Nguyễn Thị Lưỡng, Bùi Thị Tuyết Đan,
Phù Thị Ngọc Hiếu, Dương Thị Cẩm Tú, Giáo Trình Điện Tử Cơ Bản, Khoa Điện-Điện