Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án Đồ án mơn học: Mơ hình điều khiển đèn giao thông ngã tư Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử mơn học Đồ án MỤC LỤC Lời nói đầu .1 Nhận xét giáo viên hướng dẫn Nhận xét giáo viên phản biện Ý tưởng thiết kế Chương I – Cơ sở lí thuyết .6 I- Các cổng logic Phép toán OR cổng OR Phép toán AND cổng AND Phép toán NOT cổng NOT .8 Hàm NOR 10 II- Các đếm .10 1.Đặc điểm phân loại đếm 10 2.Một số đếm sử dụng đề tài 11 2.1Bộ đếm nhị phân 11 2.1.1Bộ đếm nhị phân không đồng .11 2.1.2 Bộ đếm nhị phân đồng .14 2.2 Bộ đếm thập phân mã BCD 15 Các vi mạch ứng dụng 16 III- Bộ giải mã .20 1.Bộ giải mã hiển thị chữ số 20 2.Bộ giải mã BCD sang Led 21 3.Vi mạch ứng dụng .22 Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án IV- Bộ tạo xung dao động 24 Chương II- Thiết kế mạch điều khiển đèn .26 I- Sơ đồ khối .26 II- Mạch nguồn mạch tạo xung .28 III- Mạch chia tần tạo mã 80 : 10 điều khiển đèn 31 IV- Thiết kế mạch điều khiển 32 Một số quy ước 32 Mạch điều khiển đèn 34 Mạch đèn hiển thị đường I .35 Mạch đèn hiển thị đường II 36 Mặt trước bo mạch 37 Mặt sau bo mạch 38 Nguyên lí hoạt động 39 Chương III- Hướng mở rộng đề tài .41 Những khó khăn gặp phải thực 41 Hướng mở rộng 41 Kết luận 42 Tài liệu tham khảo 43 Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án Lời nói đầu Ngày nay, phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, sống người có thay đổi ngày tốt hơn, với trang thiết bị đại phục vụ cơng cơng nghiệp hố, đại hố đất nước Đặc biệt góp phần vào phát triển ngành kĩ thuật điện tử góp phần khơng nhỏ nghiệp xây dựng phát triển đất nước Những thiết bị điện,điện tử phát triển mạnh mẽ ứng dụng rỗng rãi đời sống sản suất Từ thời gian đầu phát triển KTS cho thấy ưu việt ngày tính ưu việt ngày khẳng định thêm Những thành tựu biến tưởng chừng khơng thể thành có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất tinh thần cho người Để góp phần làm sáng tỏ hiệu ứng dụng thực tế môn KTS chúng em sau thời gian học tập thầy cô giáo khoa giảng dạy kiến thức chuyên nghành, đồng thời giúp đỡ nhiệt tình thầy Đào Văn Đã, với lỗ lực thân, chúng em “ thiết kế chế tạo mơ hình điều khiển đèn giao thơng ngã tư “ thời gian, kiến thức kinh nghiệm chúng em cịn có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót Chúng em mong giúp đỡ & tham khảo ý kiến cảu thầy bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài Hưng yên, tháng 04 năm 2010 Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Văn Tuấn Loại Văn Tuấn Nguyễn Mạnh Tuấn Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng yên, ngày… tháng 04 năm 2010 Giáo viên hướng dẫn Đào Văn Đã Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Hưng Yên ngày … tháng 04 năm 2010 Giáo viên phản biện Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án Ý TƯỞNG THẾT KẾ Mạch điều khiển dàn đèn giao thông ngã tư ưu tiên xe giới, góc đường, đèn bố trí hình vẽ Mỗi góc ngã tư đường gồm đèn xanh, đỏ vàng dành cho xe giới đồng thời có led hiển thị thời gian đếm ngược dành cho xe giới để người xe tiện quan sát Hướng chiếu đèn hướng lại đường mơ tả hình vẽ Chiều mũi tên nhỏ hướng chiếu đèn người tham gia giao thông theo hướng mũi tên đậm nằm đường phải quan sát đèn giao thông gần bên tay phải làm dẫn giao thông Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án Khi đèn làm nhiệm vụ điều khiển giao thơng đèn đối diện có trạng thái màu đèn Cịn đèn đường kề sát ngược lại màu đèn Ví dụ đèn nhánh có màu xanh, vàng, đỏ đèn nhánh bên cạnh có màu đỏ, vàng, xanh, việc thiết kế đèn vàng sáng đèn xanh đèn đỏ để báo cho phương tiện giao thông biết có chuyển đổi hai đèn màu xanh đèn màu đỏ Do vậy, đèn điều khiển giao thông ngã tư chia làm hai dàn: dàn đèn dàn đèn Ngoài mạch thiết kế hai chế độ làm việc ban ngày ban đêm.Ở chế độ làm việc ban ngày, đèn led hoạt động bình thường Cịn chế độ ban đêm có đèn vàng nhấp nháy theo xung nhịp đưa vào.Hai chế độ thiết lập chuyển mạch công tắc Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án 10 Chương I: CƠ SỞ LÍ THUYẾT I- Các cổng logic Phép toán OR cổng OR a Phép tốn OR hay cịn gọi phép cộng logic + Hàm OR (hàm hoặc): y = x1 + x2 + Bảng chân lý: x1 x2 0 X1 X2 y 0 1 1 + y 1 - Mạch điện minh hoạ quan hệ logic OR + Mở rộng cho trường hợp tổng quát có n biến: y = x1 + x2 + … + xn Mạch điện thực quan hệ logic OR gọi cổng OR b Cổng OR: + Định nghĩa: Là mạch có từ hai đầu vào trở lên có đầu tổ hợp or biến đầu vào + Giản đồ thời gian: x1 x2 y + Ký hiệu logic: X1 X2 y X1 X2 y X1 X2 Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn y Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án + Mạch điện dùng điốt bán dẫn: Điện áp sụt điốt phân cực 0V +3V x thuận 0.7V y +2.3V -0.7V x2 R0 Khi Vx1 = Vx2 = 0V E=-12V Vy = 0V – 0.7V = -0.7V Khi Vx1 = 0V, Vx2 = 3V Vx1 = 3V, Vx2 = 0V Vy = 3V – 0.7V = 2.3V (do điốt có katốt nối chung nên anốt có điện cao dẫn điện mạnh làm cho điốt chịu phân cực ngược trạng thái ngắt hở mạch) Khi Vx1 = Vx2 = 3V Vy = 3V – 0.7V = 2.3V Nếu có n đầu vào mắc n điốt tương tự Phép toán AND cổng AND a Phép tốn AND hay cịn gọi phép nhân logic + Hàm AND (hàm và): y = x1.x2 +Bảng chân lý: x1 x2 y 0 0 1 0 1 X1 X2 - y + Mạch điện minh hoạ quan hệ logic AND + Mở rộng cho trường hợp tổng quát có n biến: y = x1 x2 … xn Mạch điện thực quan hệ logic AND gọi cổng AND Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án IV- Thiết kế mạch điều khiển đèn Một số quy ước: Ta chia làm hai nhóm đèn (Đường I đườngII) Đường I: XI , VI, ĐI Đường II: XII , VII, ĐII *Thời gian sáng đèn sau: ĐườngI XI : 30s VI : 10s ĐI : 40s Đường II ĐII :40s XII : 30s VII : 10s Từ bảng ta thấy thời gian xe giới tổng thời gian đèn xanh đèn vàng V= 30 + 10 = 40 s Tổng số thời gian đèn ( xanh – vàng - đỏ) = 30 + 10 + 40 = 80 s Từ ta sử dụng đếm trạng thái để cấp tín hiệu điều khiển cho điều khiển có bảng trạng thái sau: ( Mỗi trạng thái đèn tương ứng với 10 s đèn sáng) Với quy ước ta có bảng trạng thái sau: QD 0 0 1 1 QC 0 1 0 1 QB 1 1 XI 1 0 0 VI 0 0 0 ĐI 0 0 1 1 XII 0 0 1 VII 0 0 0 ĐII 1 1 0 0  Các đầu vào QB, QC ,QD lấy từ đầu mạch chia tần 80:10 tạo mã điều khiển đèn giao thơng  Ta có bảng rút gọn đầu theo bảng karnough sau Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn 32 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án Ta có: XI = Σ 0,1,2 XII = Σ 4,5,6 VI = Σ = BC D VII = Σ = BCD ĐII = Σ0,1,2,3 ĐI =Σ 4,5,6,7 DC 00 01 1 1 B B DC 00 01 11 10 ⇒ XI = D B + C D = D ( B + C ) 11 10 ⇒ ĐI = D 1 1 B DC 00 01 11 10 1 ⇒ XII = D B + DC = D( B + C ) 1 DC 00 01 1 11 10 ⇒ ĐII = D 1 B Mạch điều khiển đèn Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn 33 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn Đồ án 34 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án Mạch đèn hiển thị thời gian đường I Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn 35 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án 4.Mạch đèn hiển thị thời gian đường II Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn 36 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử mơn học Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn Đồ án 37 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án Mặt trước bo mạch Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn 38 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án Mặt sau bo mạch Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn 39 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án Nguyên lý hoạt động mạch hiển thị thời gian sáng đèn đường I II: Biết chu kì đèn sáng đường T = 80s Trong đó: Xanh: 30s Vàng: 10s Đỏ : 40s Theo bảng trạng thái điều khiển đèn (bảng 1) Thời gian 30s đầu Đường I XI sáng, VI, ĐI tắt;, 10s sau VI sáng, ĐI, XI tắt; 40s cuối ĐI sáng, XI, VI tắt Đường II ĐII sáng, XII, VII tắt; ĐII sáng, XII, VII tắt XII sáng, ĐII, VII tắt Biết :IC10 (74192) đếm (hàng chục) IC11 (74192) đếm (hàng chục) Khi XI sáng :( XI or VI) qua IC15 (7432) đầu chân cho mức 1, cấp xung CLR cho IC10 Khi có đếm hoạt động Tín hiệu đếm lùi lấy từ chia xung, mà đầu “MW1” cấp vào chân (Down) IC10 IC11 Khi có đếm hoạt động Hàng chục hiển thị số 2, hàng đơn vị hiển thị số ⇒ Thời gian sáng đèn XI từ 29 ÷ 00 s Khi đèn XI tắt VI sáng: + ( XI or VI) qua IC15 đầu chân cho mức 1, tạo xung CLR vào đếm +( VI or ĐI) qua IC15 đầu chân cho mức 1, tạo xung CLR vào đếm Khi cịn đếm lùi hàng đơn vị hoạt động ⇒ Thời gian sáng VI 9÷0s; Khi VI tắt ĐI tắt: (ĐI or VI) qua IC15 đầu chân cho mức 1, tạo Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn 40 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án xung CLR vào đếm Lúc có IC10 hoạt động: Hàng chục hiển thị số 3, hàng đơn vị hiển thị số ⇒ Thời gian sáng ĐI 39÷00s Khi ĐI tắt XI sáng Chu kì sau lặp lại tương tự chu kì trước Với đường II nguyên lý hoạt động tương tự đường I Chỉ khác trạng thái sáng, tắt đèn đối lập Mạch đèn hiển thị quyền ưu tiên cho người sang đường: Quyền di chuyển người ngược lại với quyền di chuyển xe giới.Vì ta cần đấu nối tín hiệu đèn xanh người với tín hiệu đèn đỏ xe giới, tín hiệu đèn đỏ người với tín hiệu đèn xanh xe giới đường Ngoài mạch thiết lập hai chế độ đèn ban ngày ban đêm.Khi làm việc chế độ ban ngày , đèn hoạt động sáng bình thường Còn làm việc chế độ ban đêm, tồn hệ thống bị cắt nguồn.Chỉ cịn đèn vàng nháy theo xung nhịp đưa vào, báo hiệu cho người tham gia giao thông biết điểm giao ngã tư Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn 41 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án Chương III- HƯỚNG MỞ RỘNG ĐỀ TÀI 1.Những khó khăn gặp phải thực hiện: Yêu cầu mạch điều khiển sử dụng tồn IC số.Vì việc tránh xung nhiễu vấn đề khó khăn để mạch hoạt động Một số nguyên nhân: - Các mối hàn không chặt, đường mạch khơng q trình thiết kế gia cơng mạch - Sử dụng nguồn 5V cho tồn hệ thống máy biến áp (qua chỉnh lưu ổn áp nguồn).Tuy nhiên, xụt áp IC led thanh, dịng cung cấp nguồn cho tồn hệ thống khơng đủ ; tín hiệu đèn điểu khiển khơng chuyển trạng thái theo trạng thái đếm, đèn led hiển thị sáng yếu Cách khắc phục : Nâng dòng cung cấp cho mạch cách thay nguồn cung cấp (sử dụng nguồn chiều máy vi tính, lấy điện áp đầu 5V) 2.Hướng mở rộng đề tài Trên sở thiết kế mạch điều khiển đèn giao thơng ngã tư, mở rộng mơ hình điều khiển với nhiều hướng khác điều khiển khu giao nhiều đường.Đó việc liên kết cột đèn tín hiệu.Tín hiệu cho phép đường (đèn xanh) lúc tín hiệu dừng lại (đèn đỏ) đường khác không chiều, hướng Ngồi ta thiết kế điền khiển đèn giao thông ưu tiên xe giới, ưu tiên cho đường theo chiều Ưu tiên xe giới so với người nghĩa : thời gian xe giới lớn thời gian dành cho người ( sử dụng chia tần) Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn 42 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án Kết luận Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu đề tài, Thiết kế, chế tạo mơ hình “điều khiển đèn giao thơng “dùng kỹ thuật số Q trình hồn thành khơng thể tránh khỏi cố nêu trên.Cùng với giúp đỡ nhiệt tình thầy chúng em hoàn thành đề tài Qua phần giúp bạn đọc hiểu rõ ứng dụng kỹ thuật số thực tế, đồng thời hiểu kiến thức kỹ thuật số chức vi mạch Trong năm gần công nghệ vi điện tử phát triển mạnh mẽ đời vi mạch với kích thước, đa dạng chức với giá thành giảm nhanh, khả lập trình ngày cao mang lại thay đổi sâu sắc ngành kĩ thuật điện tử , mạch số mức độ khác thâm nhập vào tất thiết bị điện tử thơng dụng chun dụng Vì đời kỹ thuật số sở cho ngành kỹ thuật điện tử, kỹ thuật máy tính, tin học… thuyết minh nhằm đáp ứng nhu cầu tiếp cận với vi mạch số mục đích ứng dụng thực tế Qua trình thiết kế, chế tạo khơng thể tránh khỏi sai sót khuyết điểm Vì chúng em mong đóng góp ý kiến thầy bạn đọc, từ chúng em rút kinh nghiệm cho thân đồng thời tìm nhược điểm thuyết minh Qua giúp thuyết minh hoàn chỉnh hơn, tối ưu Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn 43 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án Nhiệm vụ đồ án môn học Thiết kế chế tạo mơ hình diều khiển đèn giao thơng 1) Nội dung thuyết minh  Thuyết minh đề tài ( nêu ý tưởng thiết kế, phương án thực hiện, sở lý thuyết, trình thiết kế thi công mạch, vận hành điều khiển…)  Phải đảm bảo tính khả thi, hiệu kinh tế khả ứng dụng  Các vẽ thiết kế đầy đủ xác  Sản phẩm phải đảm bảo tính kĩ thuật, mỹ thuật hoạt động tốt  Khả đáp ứng linh hoạt, xác, hồn thành thời gian quy định  Nêu hướng phát triển mở rộng đề tài Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn 44 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án TÀI LIỆU THAM KHẢO Mạch điện tử kỹ thuật số Phạm Ngọc Thái Kỹ thuật điện tử số Đặng Văn Chuyết Thiết kế mạch logíc Nguyễn Thuý Vân Khí cụ điện Nguyễn Xn Phú – Tơ Đằng Kỹ thuật số ứng dung Kỹ thuật số thực hành Huỳnh Đắc Thắng Kỹ thuật số Nguyễn Thuý Vân Kỹ Thuật điện tử Đỗ Xuân Thụ Kỹ thuật mạch điện tử Phạm Minh Hà Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn 45 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Giáo viên hướng dẫn: Đào Văn Đã Nhóm sv thực hiện: Lê Văn Tuấn-Loại Văn Tuấn-Nguyễn Mạnh Tuấn Đồ án 46 ... Yên Khoa Điện-Điện Tử môn học Đồ án Chương II: Thiết kế mạch điều khiển đèn giao thông I- Sơ đồ khối mạch điện Sơ đồ khối tổng quan: Mạch điều khiển đèn giao thông ngã tư gồm khối: Mạch nguồn... Điện-Điện Tử môn học Đồ án Khi đèn làm nhiệm vụ điều khiển giao thơng đèn đối diện có trạng thái màu đèn Còn đèn đường kề sát ngược lại màu đèn Ví dụ đèn nhánh có màu xanh, vàng, đỏ đèn nhánh bên... thiết kế đèn vàng sáng đèn xanh đèn đỏ để báo cho phương tiện giao thơng biết có chuyển đổi hai đèn màu xanh đèn màu đỏ Do vậy, đèn điều khiển giao thông ngã tư chia làm hai dàn: dàn đèn dàn đèn Ngồi