Đang tải... (xem toàn văn)
Đề Tài: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 00-99 SỬ DỤNG IC74LS192 Hà Nội 2023-TRƯỜNG CAO ĐẲNG FPT FPOLYTECHNICSinh Viên Thực Hiện: GVHD: G.V Phạm Hương GiangMôn: Điện tử công xuấtASSIGNMENTBỘ MÔN : ĐI
Trang 1Đề Tài: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 00-99 SỬ DỤNG IC74LS192
Hà Nội 2023
-TRƯỜNG CAO ĐẲNG FPT FPOLYTECHNIC
Sinh Viên Thực Hiện:
GVHD: G.V Phạm Hương GiangMôn: Điện tử công xuất
ASSIGNMENTBỘ MÔN : ĐIỆN - CƠ
KHI
Trang 2LỜI CẢM ƠN
Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô trong trong Bộ Môn Điệnđã giảng dạy và truyền đạt kiến thức chuyên ngành để em có thể hoàn thành bảnđồ án cơ bản một cách tốt nhất trong thời gian vừa qua.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ths Nguyễn thị Lan, người tận tìnhhướng dẫn, giúp đỡ cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để em có thể thựchiện và hoàn thành nốt đề tài đồ án cơ bản đúng thời gian.
Tôi rất vui được viết lời nói đầu cho đề tài thiết kế mạch đếm này Trong thời đạicông nghệ hiện đại, mạch đếm là một phần quan trọng trong nhiều ứng dụng điệntử, từ đồng hồ đếm thời gian đến bộ đếm tự động trong các quy trình sản xuấtcông nghiệp.Mục tiêu của đề tài này là thiết kế một mạch đếm đơn giản và hiệuquả, có khả năng đếm các tín hiệu vào và đưa ra kết quả đếm tương ứng Để đạtđược mục tiêu này, chúng ta sẽ sử dụng các phương pháp thiết kế mạch điện tử,bao gồm phân tích, thiết kế, mô phỏng và kiểm tra mạch.
Trong lời nói đầu này, tôi hy vọng mang đến cho các bạn cái nhìn tổng quan về đềtài này và giúp các bạn hiểu rõ hơn về những thách thức và cơ hội trong quá trìnhthiết kế mạch đếm Tôi hy vọng đề tài này sẽ hữu ích cho các bạn trong việc pháttriển các ứng dụng điện tử và nâng cao khả năng thiết kế mạch của các bạn.
Cảm ơn các bạn đã quan tâm đến đề tài này và chúc các bạn thành công trong quátrình học tập và nghiên cứu.
Trang 3PHẦN 3 THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG 17
3.1 Yêu cầu thiết kế 17
Trang 4Lập kế hoạch liên quan đến tài chính và quản lý dự án: 32
Mô tả nội dung hướng dẫn sử dụng sản phẩm trong đồ án: 33
Trang 5DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Hình ảnh thực tế của IC555 10
Hình 2.2 Sơ đồ chân IC555 10
Hình 2.3 Cấu tạo bên trong IC555 11
Hình 2.4 Hình ảnh thực tế IC74LS192 12
Hình 2.5 Sơ đồ chân IC74LS192 12
Hình 2.6 Cấu tạo bên trong IC74LS192 13
Hình 2.7 Hình ảnh thực tế của IC7447 14
Hình 2.8 Sơ đồ chân IC7447 14
Hình 2.9 Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của led 7 thanh 15
Hình 3.1 Sơ đồ khối toàn mạch 19
Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý thiết kế trên Alium 23
Hình 3.8 Sơ đồ mô phỏng trên Proteus 23
Hình 3.9 Sơ đồ mạch PBC thiết kế trên Altium 24
Hình 3.10 Hình ảnh 3D của mạch PBC 24
Hình 3.11 Mạch cắm và test trên breadboard 25
Hình 3.12 Mặt trước của mạch sau khi hoàn thiện 26
Trang 6Hình 3.13 Mặt sau của mạch sau khi hoàn thiện 26Hình 4.1 Thử nghiệm mạch chạy mạch thực tế 27Hình 4.2 Tín hiệu xung đo được ở chân 3 IC555 và chân Q0 của IC74LS192 27
Hình 4.3 Tín hiệu xung đo được ở chân Q1 và Q2 IC74LS1192 28Hình 4.4 Tín hiệu xung đo được ở chân Q3 của IC đếm hàng đơn vị và chânQ0 của IC đếm hàng chục 28
Hình 4.5 Tín hiệu xung đo được ở chân Q1 và Q0 của IC đếm hàng chục29Hình 4.6 Tín hiệu xung đo được ở chân Q1 và Q2 của IC đếm hàng chục29
Trang 7Phần 1: Mở Đầu1.1 Tổng quan.
Trong đời sống công nghệ hiện đại ngày nay ngành kỹ thuật Điện tử là ngànhkỹ thuật mũi nhọn, hiện đại, được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của sảnxuất và đời sống và là đòn bẩy giúp các ngành khoa học kĩ thuật khác phát triển.Các hệ thống điện tử ngày nay rất đa dạng và đang thay thế các công việc hằngngày của con người từ đơn giản đến phức tạp Việc hiện đại hoá năng suất laođộng bằng các thiết bị điện tự động là nhu cầu cấp thiết Do đó yêu cầu máy móccần phải gọn nhẹ hơn, linh động hơn, uyển chuyển hơn, thông minh hơn và tiếtkiệm điện hơn Vì vậy, ngành Công nghệ kỹ thuật Điện tử ngày càng đóng vai tròquan trọng trong sản xuất và đời sống.
Các thiết bị điện tử đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi vàmang lại hiệu quả trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế kỹ thuật cũng như trong đờisống xã hội Việc gia công xử lý tín hiệu trong các thiết bị làm việc dựa trênnguyên lý số có ưu điểm hơn hẳn các thiết bị điện tử làm việc dựa trên cơ sởnguyên lý tương tự.
Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là mạch đếm 00-99
Mục đích nghiên cứu:
Kết hợp IC74LS192 với IC555, IC7447 tạo thành mạch đếm từ 00-99 Chứngminh khả năng và sự hiểu biết cũng như những kiến thức của những môn chuyênngành đã được học
1.2 Nhiệm vụ đề tài.
Nội dung 1: Tìm hiểu nguyên lý, lý thuyết về mạch đếm số từ 5 đến 15
Nội dung 2: Tìm hiểu về các IC 74LS912, IC7447, IC555, các linh kiện: điện trở,led 7 thanh…
Nội dung 3: Thiết kế bộ đếm, thiết kế mạch và thi công thực tế - Hoàn thành thiết kế- thi công thực tế.
- Mạch hoạt động tốt với độ bền cao.
- Có thể phát triển đề tài: mạch cộng dồn, đếm tăng…
Trang 8Phần 2 Lý thuyết1.1 IC 555
Giới thiệu IC555:
- Công dụng: Tạo ra xung vuông, xung tam giác, xung răng cưa
Hình 2.1 Hình ảnh thực tếcủa IC555
Hình 2.2 Sơ đồ chân IC555
- Các thông số cơ bản của IC 555: + Điện áp đầu vào: 2-18V.
+ Dòng điện cung cấp: 6mA- 15mA + Điện áp logic ở mức cao: 0.5- 15V + Điện áp logic ở mức thấp: 0.03- 0.06V + Công suất lớn nhất: 600mW
+ Nhiệt độ hoạt động: 0- 700C.
- IC NE555 gồm có 8 chân[5]:
+ Chân số 1 (GND): cho nối đất để lấy dòng cấp cho IC
Trang 9+ Chân số 2 (Trigger): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh vàđược dùng như một chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp Mạch so sánh ở đâydùng các transitor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc
+ Chân số 3 (Output): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic.Trạng thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1
+ Chân số 4 (Reset): Dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số 4 nốimase thì ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõra tùy theo mức điện áp trên chân 2 và 6
+ Chân số 5 (Control Voltage): Dùng làm thay đổi mức điện áp chuẩntrong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài nối mass.Tuy nhiên trong hầu hết các mạch ứng dụng chân số 5 nối mase qua 1 tụ từ0.01uF-> 0.1uF, các tụ có tác dụng lọc bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn ổn định
+ Chân số 6 (Threshold): Là ngõ vào của 1 tần so áp khác Mạch so sánhdùng transitor NPN, mức chuẩn là Vcc/3
+ Chân số 7 (Dischager): Có thể xem chân này như 1 khóa điện và chịuđiều khiển bởi tầng logic của chân 3 Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đónglại, ngược lại thì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555dùng như 1 tầng dao động
+ Chân số 8 (Vcc): Cấp nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC. Cấu tạo bên trong và nguyên tắc hoạt động của IC 555[7]
Hình 2.3 Cấu tạo bên trong IC555
Trang 10- Về bản chất thì IC 555 là 1 bộ mạch kết hợp giữa 2 con Opamp, 3 điện trở, 1transitor và 1 bộ Flipflop (ở đây dùng FFRS)
+ 2 OP- amp có tác dụng so sánh điện áp + Transitor để xả điện
+ Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp Vcc thành 3 phần.Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3Vcc nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3Vcc nối vào chân âm của Op-amp 2 Khi điện áp ở chân 2nhỏ hơn 1/3Vcc, chân S= [1] và FF được kích Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn2/3Vcc, chân R của FF = [1] và FF được reset
1.2 IC 74LS192
Hình 2.4 Hình ảnh thực tế
- Thông số kỹ thuật:
+ Nguồn cấp cho IC: 2V- 6V
+ Tần số lớn nhất có thể chịu được Fmax=54Mhz.
+ Nhiệt độ giới hạn: -40oC đến +85oC.
+ Dòng điện lớn nhất có thể chịu đựng IMax=4uA.
- Chức năng của các chân[5]:
+ Chân 8, 16 là 2 chân cấp nguồn cho IC Chân 8 nối mass, chân 16 nốinguồn 5V
Trang 11+ Chân 4, 5 là chân nhận xung đếm từ bộ dao động chuyển sang Chân 4(CPU) là chân đếm ngược, chân 5 (CPD) là chân đếm thuận
+ Chân 11 (PL): là chân Preset (chân đặt trước giá trị), chân điều khiểncho IC làm việc ở đầu ra tích cực thấp
+ Chân 14 (MR): là chân Master Clear, chân xóa làm việc ở mức tích cựccao, để IC đếm ta nối chân này xuống Mass
+ Chân 15, 1, 10, 9 (P0, P1, P2, P3) là các đầu vào dữ liệu
+ Chân 12 (TCU): là chân chuyển tiếp dùng cho đếm thuận + Chân 13 (TCD): là chân chuyển tiếp dùng cho đếm ngược
+ Chân 3, 2, 6, 7 (Q0, Q1, Q2, Q3): là các đầu ra của bộ đếm
- Sơ đồ logic:
Trang 12Hình 2.6 Cấu tạo bên trong IC74LS192
Trang 13đếm lên đến 9 thì tín hiệu TCU sẽ chuyển về mức thấp, ta dùng chân này để nốivào lối vào của xung clock của IC đếm hàng chục Khi 2 IC đếm giây đếm đến99 thì lập tức tạo ra 1 xung đưa vào chân reset của 2 IC đếm, 2 IC này bọ resetvề 0 đồng thời tạo xung kích vào lối vào xung clock của IC đếm hàng đơn vịphút[6]
1.3 IC 7447
Hình 2.7 Hình ảnh thực tế của IC7447
- Thông số kĩ thuật: + Nguồn nuôi: 5V DC
+ Dải nhiệt độ hoạt động: -55°C đến 125°C + Dòng điện: 50mV
- Chức năng các chân[5]:
Trang 14Hình 2.8 Sơ đồ chân IC7447
Trang 15+ Chân số 3: Dùng để kiểm tra các thanh LED 7 thanh cũng như các ngõra của IC
+ Các chân 1, 2, 6, 7: Các ngõ vào của tín hiệu BCD + Chân số 4: Chân cho phép đầu ra
+ Chân số 5: Chân cho phép loại bỏ số 0 không mong muốn ở các bộ hiểnthị
+ Các chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15: Các ngõ ra nối với LED 7 thanh + Chân 8 và chân 16 cung cấp nguồn cho IC
- Nguyên tắc hoạt động:
+ IC 7447 là IC tác động mức thấp nên các ngõ ra mức 1 là tắt, mức 0 làsáng ứng với các thanh a, b, c, d, e, f, g của LED 7 thanh loại anode chung, trạngthái ngõ ra tương ứng với các số thập phân (các số từ 10 đến 15 không được dùngtới)
+ Ngõ vào xóa BC được để không hay nối lên mức 1 cho đoạn hoạt độnggiải mã bình thường Nếu nối lên mức 0 thì các ngõ ra đều tắt bất chấp trạng tháingõ ra
+ Ngõ RBI được để không hay nối lên mức 1 dùng để xóa số 0 (số 0 thừaphía sau số thập phân hay số 0 trước số có nghĩa) Khi RBI và các ngõ vào D, C,B, A ở mức 0 nhưng ngõ vào LT ở mức 1 thì các ngõ ra đều tắt và ngõ vào xóadợn sóng RBO xuống mức thấp
+ Khi ngõ vào BI/ RBO nối lên mức 1 và LT ở mức 0 thì ngõ ra đều sáng
1.4 LED 7 thanh
Trang 16Hình 2.9 Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của led 7 thanh
Trang 17- LED 7 thanh có cấu tạo gồm 7 LED đơn có dạng thanh xếp và có thêm mộtLED đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phải của LED 7thanh
- Bảng trạng thái LED 7 thanh:
Bảng 2.2 Bảng trạng thái của led 7 thanh