MỤC LỤC MỤC LỤC………………………………………………………………………1 Lời mở đầu: 2 Phần I. Các phương án để thực hiện đề tài: 3 Sơ đồ khối báo chuông giờ học: 5 A, Khối nguồn: 5 B, Khối tạo xung chuẩn 1Hz: 6 C, Giới thiệu một số IC sử dụng trong thiết kế: 9 1, IC 74LS90 (Bộ đếm): 9 Bảng chân lý các chân IC 74LS90: 10 2, IC 74LS48 (Giải mã): 11 Sơ đồ chân và bảng chân lý: 11 D, Khối đồng hồ: 13 1, Thiết kê bộ đếm: 13 Bộ đếm cơ số 10: 13 Bộ đếm cơ số 6: 15 Bộ đếm cơ số 5: 16 2, Bộ giải mã: 19 E, Khối thiết lập lại thời gian: 20 F, Khối giải mã chuông: 20 Phần II. Thiết kế mạch: 21 Sơ đồ mạch chuông báo giờ học: 21 Giới thiệu một số IC điển hình: 22 A, Mạch AND (Vi mạch 7408): 22 B, Mạch OR (Vi mạch 7432): 22 C, Vi mạch NAND (Vi mạch 7400): 23 D, Vi mạch NOT (Vi mạch 7404): 23 Phần III. Kết luận: 24 1 Lời mở đầu Trước sự phát triển nhanh chóng của khoa học và kỹ thuật thì các thiết bị điện tử đang ngày càng trở nên quan trọng. Hầu hết trong các lĩnh vực, nhu cầu tự động hoá đang ngày càng trở nên cần thiết. Nó giúp tạo nên sự linh động, rút ngắn thời gian, nhanh nhạy và chính xác. Ngày nay, trong các trường học việc định thời gian của các tiết học đều được thực hiện bằng tay như: việc đánh trống, xem đồng hồ để đảm bảo các tiết học vào ra được chính xác. Do đó rất là khó khăn và phức tạp khi người bảo vệ phải làm một công việc nhàm chán. Trước vấn đề đó, em đã ứng dụng những kiến thức đã học về môn Kỹ thuật số để thiết kế: “ Bộ báo chuông giờ học”. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của TS. Nguyễn Thị Hằng và các thầy, cô giáo bộ môn đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện bản thiết kế này. Do thời gian và kiến thức còn hạn hẹp, bản báo cáo thiết kế mạch logis của em còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy, cô giáo và các bạn. Đề tài gồm 3 phần: Phần I. Các phương án để thực hiện đề tài. Nội dung: Lựa chọn phương án tối ưu, phân tích nguyên lí từng khối. Phần II. Thiết kế mạch. Nội dung: Tính toán và thiết kế chi tiết. Phần III. Kết luận. Nội dung: Đánh giá ưu, khuyết điểm và hướng giải quyết. Mục đích:  Hệ thống hiện thị đồng hồ và báo chuông tại các thời điểm vào ra các tiết học của trường.  Hệ thống có khả năng chỉnh lại giờ.  Hệ thống chuông được dùng đi dây điện đồng bộ 220V. Yêu cầu:  Hệ thống làm việc ổn định.  Có khả năng đưa vào ứng dụng thực tế. 2 Thiết kế bộ báo chuông giờ học Phần I : Các phương án để thực hiện đề tài. Dựa trên thực tế các thời điểm vào ra của các tiết học tại trường Đại học Vinh như sau: Tiết Bắt đầu Kết thúc Nghỉ 1 7h00’ 7h45’ 5’ 2 7h50’ 8h35’ 5’ 3 8h40’ 9h25’ 10’ 4 9h35’ 10h20’ 5’ 5 10h25’ 11h10’ Hết giờ Bảng 1: Thời gian các tiết học vào buổi sáng. Tiết Bắt đầu Kết thúc Nghỉ 6 1h00’ 1h45’ 5’ 7 1h50’ 2h35’ 5’ 8 2h40’ 3h25’ 10’ 9 3h35’ 4h20’ 5’ 10 4h25’ 5h10’ Hết giờ Bảng 2: Thời gian các tiết học vào buổi chiều. Như vậy mỗi buổi học kéo dài 5 tiết. Thời gian của mỗi tiết là 45 phút. Thời gian nghỉ giải lao giữa các tiết 3 và tiết 8 là: 10 phút, trong khi thời gian nghỉ giải lao giữa các tiết còn lại là: 5 phút. Vấn đề đặt ra là việc nhận biết được thời gian đổ chuông giữa các tiết học là rất phức tạp, cho nên em đã lựa chọn giải pháp là cho thời gian nghỉ giải lao giữa các tiết học là 5 phút. Cứ sau chu kỳ 50 phút (45+5) thì hoạt động của hệ thống được lặp lại. Vào lúc 7h00’, bấm công tắc thì hệ thống bắt đầu đếm, khi đó sẽ có chuông vào kêu 10 giây. Cho đến khi hệ thống đếm đến 45 phút thì bắt đầu đổ chông ra 10 giây và cho đến khi hệ thống đếm đến phút thứ 50 thì kích chuông vào kêu 10 giây. Sau đó hệ thống Reset về 0 và cứ lặp lại chu kỳ như vậy. Hết tiết 5 tắt công tắc thì hệ thống ngừng hoạt động. Thời gian đổ chuông của các tiết học vào buổi chiều cũng giống như vào buổi sáng. 3 Do đó thời gian của các tiết học và thời gian nghỉ giải lao được tính lại như sau: Tiết Bắt đầu Kết thúc Nghỉ 1 7h00’ 7h45’ 5’ 2 7h50’ 8h35’ 5’ 3 8h40’ 9h25’ 5’ 4 9h30’ 10h15’ 5’ 5 10h20’ 11h05’ Hết giờ Bảng 3: Thời gian các tiết học vào buổi sáng. Tiết Bắt đầu Kết thúc Nghỉ 6 1h00’ 1h45’ 5’ 7 1h50’ 2h35’ 5’ 8 2h40’ 3h25’ 5’ 9 3h30’ 4h15’ 5’ 10 4h20’ 5h05’ Hết giờ Bảng 4: Thời gian các tiết học vào buổi chiều. Để thực hiện chức năng như trên chúng ta có thể dùng hai phương án sau:  Phương án 1: - Ta có thể dùng vi xử lý để thiết kế với đầy đủ chức năng hơn, ví dụ như: thêm giờ, ngày, tháng, có sự điều chỉnh linh hoạt hơn. Phương án này đòi hỏi yêu cầu cao về thiết bị và kỹ năng lập trình nhưng có ưu điểm là mạch gọn, hoạt động với độ tin cậy cao. Các IC được dùng trong các thiết kế này gồm: - Chip vi xử lý: 8088. - Hộ trợ lập trình: 8255A. - IC định thời: 8254. Và một số IC như: đệm địa chỉ (Addres buffer): 74LS244. Đệm dữ liệu (Data buffer): 74LS245. Vấn đề thiết kế vi xử lý đó là IC định thời: IC 8254.  Phương án 2: - Ta cũng có thể sử dụng một số IC đơn giản phổ biến để thiết kế 1 đồng hồ, còn nhận biết tất cả các thời điểm cần báo chuông trong ngày bằng mạch giải mã sử dụng các cổng logis tích hợp có sẵn. Phương án này tuy mạch có số lượng linh kiện lớn nhưng bù lại nguyên lí hoạt động của hệ thống được xây dựng trên cơ sở 4 những kiến thức của môn Kỹ thuật số. Các linh kiện phổ biến trên thị trường, khả năng lắp ráp, mô phỏng và thử nghiệm rất đơn giản. Qua đó cho thấy việc lựa chọn phương án 2 là phù hợp nhất. Sơ đồ khối cho phương án 2 như sau: Sơ đồ khối mạch chuông báo giờ học: Hình 1: Sơ đồ khối mạch chuông báo giờ học. A, Khối nguồn: Điện áp cung cấp cho chân Vcc của các IC làm việc thường nằm trong khoảng từ 4.5V-5V. Một vài IC có giải điện áp khác đi một chút: min= 4.75; max >5. Để tạo dòng một chiều ổn định cung cấp cho các chân IC có thể dùng hai phương án sau: 1. Chỉnh lưu dòng xoay chiều đã hạ áp, sau đó cho qua mạch ổn áp 5V. 2. Dùng các dòng một chiều có sẵn ( khác 5V ), qua bộ chỉnh đơn giản gần 5V. 5 Khối đồng hồ số Khối thiết lập lại thời gian Khối nguồn 5V – 3A Khối tạo xung chuẩn 1Hz Khối hiển thị Khối giải mã chuông Chuông  Xét phương án 1: Sơ đồ nguyên lí của mạch: Hình 2. Dòng xoay chiều 220V bên sơ cấp biến áp T được đưa hạ áp xuống còn 9V~ ở bên thứ cấp. Qua bộ chỉnh lưu cầu sẽ thu được dòng một chiều 9V. Tụ C1, C2 có tác dụng lọc đi các thành phần xoay chiều trong điện áp một chiều không ổn định này. Qua mạch điện áp là IC 7085 sẽ thu được dòng một chiều ổn định có giá trị 5V. Để có giá trị điện áp ra ổn định là 5V thì yêu cầu điện áp một chiều đầu vào phải >=7V.  Xét phương án 2: Nguồn một chiều ở đây là pin hay bộ pin ghép lại cho ta điện áp >=4.5V ( giá trị điện áp tối thiểu để cung cấp cho các IC ). Thông thường nên chọn điện áp từ 4.8V-5.5V. Vì trong quá trình làm việc, do tiêu hao suy giảm, giá trị điện áp <4.8V sẽ cho thời gian làm việc ngắn. Nếu ghép 4 pin tiểu nối tiếp nhau nguồn 6V. Sau đó dùng một Diode hạ áp 6V để có được nguồn như ý với giá trị 5.4V.  Sơ đồ của mạch: Hình 3. Từ các phương án trên, nếu dùng một pin 9V thì có thể cho qua mạch ổn áp là IC 7805 như ở phương án 1 để có được giá trị điện áp chuẩn 5V hoặc dùng các Diode hạ áp như ở trên để có điện áp chấp nhận được. B, Khối tạo xung chuẩn 1Hz. Có nhiều IC và triger để tạo xung chuẩn 1Hz, trong bài viết này em dùng IC định thời 555. Sau đây em xin giới thiệu về IC này. 6 5V220V~ 9V~ 7805 4 x 1N4001 + C3 + C2 C1 T IN COM OUT 5.4V D1 DIODE + 6V Sơ đồ chân IC 555: Hình 4. Bảng giới thiệu chức năng của các chân vi mạch 555: Kí hiệu chân Chức năng Kí hiệu chân Chức năng 2. TRIG Đầu kích mức thấp. 6. TH Đầu kích mức cao. 3. OUT Đầu ra. 7. DIS Đầu phóng điện. 4. R Reset. 5. C-V Điện áp điều khiển. Bảng 5. Bộ phận chính của mạch là 2 bộ so áp: C 1 và C 2 , một Triger RS và một khoá điều khiển phóng nạp bằng transistor trường Q 1 . Bộ so áp có 2 đầu vào được đánh dấu + và – Khi V + > V - thì đầu ra bộ so áp ở mức logis cao. Khi V + < V - thì đầu ra bộ so áp ở mức logis thấp. Ba điện trở bằng nhau R được mắc nối tiếp thành mạch phân áp để đưa các điện áp chuẩn cho bộ so áp C 1 và C 2 làm việc. Mức chuẩn cao V - = 2 3 E C được đưa tới cửa đảo (-) của bộ so áp C 1 . Mức chuẩn thấp V + = 1 3 E C được dẫn tới cửa thuận (+) của bộ so áp C 2 . Trigger RS do hai cổng NOR cấu trúc nên. R = 0 thì Q = 0, Q = 1. 7 Tuỳ theo mức kích trên lối vào so sánh 2 và 6 mà trên lối ra bộ so sánh có các trạng thái kích thích vào lối vào của trigger và thay đổi trạng thái ra. Hình 5. Sơ đồ nguyên lí Transistor trường được điều khiển bằng cổng OR. Đầu ra cổng OR ở mức logis 0 thì Q 1 ngắt, còn ở mức logis 1 thì Q 1 thông. Transistor Q 1 điều khiển quá trình phóng, nạp tụ điện ngoài. Bảng chức năng của IC 555. THR TRIG R OUT DISC X X L L Thông > 2 3 E C > 1 3 E C H L Thông < 2 3 E C > 1 3 E C H Không đổi Không đổi X > 1 3 E C H H Ngắt Bảng 6. Sau khi được cấp nguồn một chiều, mạch tự động sinh ra xung vuông để đưa 8 đến đầu vào của bộ đếm. Đó là xung kích CLK 0 vào bộ đếm 10. Hình 6. Sơ đồ mạch tạo xung vuông. C, Giới thiệu một số IC sử dụng trong thiết kế. 1, IC 74LS90 ( Bộ đếm ): Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý: Hình 7. 9  Bảng chân lý các chân IC 74LS90. INPUT OUTPUT MR1 MR2 MS1 MS2 Q0 Q1 Q2 Q3 H H L X L L L L H H X L L L L L X X H H H L L H L X L X COUNT X L X L COUNT L X X L COUNT X L L X COUNT Bảng 7. COUNT OUTPUT Q0 Q1 Q2 Q3 0 L L L L 1 H L L L 2 L H L L 3 H H L L 4 L L H L 5 H L H L 6 L H H L 7 H H H L 8 L L L H 9 H L L H Bảng 8. Trong đó: H=HIGH, L=LOW. IC 74LS90 được cấu tạo từ 4 Triger, nó thực hiện chức năng của bộ đếm.  Mô hình chung của bộ đếm: 10 [...]... -Chân 14 nối với nguồn -Chân 7 nối với đất  Sơ đồ chân IC 7404 như hình sau: Hình 27 Phần III Kết luận Đề tài thiết kế bộ báo chuông giờ học là một đề tài tuy không còn là mới mẻ nhưng nó được ứng dụng khá nhiều trong cuộc sống Từ nền tảng đề tài, chúng ta có thể tập thiết kế các loại đồng hồ như: đồng hồ báo thức…Dựa trên cơ sở lí thuyết mà chúng ta đã tìm hiểu được Bên cạnh đó còn khá nhiều IC ứng... chúng ta thiết kế thêm ngày, tháng, năm Do tích hợp nhiều linh kiện nên việc thiết kế mạch trở nên cồng kềnh, phức tạp Làm tăng độ khó cho quá trình kết nối dây giữa các linh kiện Một điều không thể thiếu là khối tạo xung chuẩn nhiều khi không đảm bảo dẫn đến đồng hồ đôi khi còn có sự sai lệch Khi thiết kế đề tài này em chỉ ứng dụng vào một trường học nhất định, còn khi áp dụng cho các trường học khác... dụng cho các trường học khác thì phải thiết kế lại mạch Do thời gian giữa các tiết học của các trường rất khác nhau Dẫn đến việc lắp ráp các thiết bị sẽ trở nên rất phức tạp Ưu điểm của mạch chuông đồng hồ là sự đồng bộ do sử dụng một nguồn xung duy nhất cho toàn bộ hệ thống Vẫn còn là mạch bán tự động do đầu buổi học phải nhấn nút và cuối buổi học phải tắt Nếu thiết kế hoàn toàn tự động sẽ trở nên phức... nhận biết trạng thái 0 thì tương tự như các bước trên Phần II: Thiết kế mạch  Sơ đồ mạch chuông báo giờ học: Hình 22  Linh kiện được lựa chọn tương ứng với các khối:  Nguồn một chiều: bộ pin 5V  Xung nhịp: IC555, R1=330K, R2=15K, C1=47 uF, C2= 1uF  Tạo mã BCD: 74LS90  Mạch giải mã: 74LS48, 74LS08 21 Việc nhận biết các thời điểm đổ chuông ngoài việc dùng các phần tử logis, chúng ta còn có thể tích... tượng kết hợp của điện tử và lỗ trống và có cường độ ánh sáng thay đổi theo cường độ dòng điện chạy qua lớp tiếp giáp E, Khối thiết lập lại thời gian: Khối lấy lại thời gian gồm có một nút để chọn khối để chỉnh và một nút để thiết lập lại thời gian Trong trường hợp người bấm công tắc hệ thống có một chút sai sót về thời gian hoặc do một sự cố như: mất điện… Thì khối thiết lập thời gian có chức năng thiết. .. như: mất điện… Thì khối thiết lập thời gian có chức năng thiết lập lại thời gian để chuông đồng hồ kêu theo mong muốn Mạch chọn chế độ chỉnh phút bao gồm một bộ tạo xung bấm, một IC đếm qua một IC giải mã 74LS48  Sơ đồ của mạch tạo xung bấm: Hình 21 F, Khối giải mã chuông: Để nhận biết các thời điểm vào ra của các tiết học, em sử dụng các phần tử: AND, NOT, NOR, NAND Khi bắt đầu cung cấp nguồn, giá trị... thập phân) và RBI (RB INPUT) đều thấp, tất cả các trạng thái đầu ra ở trạng thái cao (trạng thái tắt: OFF) Điều này cho phép xoá bỏ số 0 không mong muốn Nguồn cung cấp Vcc=+5V D, Khối đồng hồ số 1, Thiết kế bộ đếm: Bao gồm 3 MOD đếm: hàng đơn vị (MOD 10), hàng chục (MOD 6), hàng chục (MOD 5)  Bộ đếm cơ số 10: Để đếm từ 0 9, tức là 10 trạng thái, phải dùng số triger là: N>=log 210 Do đó n=4 4 triger... thời gian đổ chuông là 10 giây thì em cũng dùng các phần tử trên để nhận biết giá trị 0 (có giá trị thâp phân là: 0000) nối vào bộ đếm cơ số 6 của bộ đếm giây Khi bộ đếm đến 45 phút thì các giá trị đầu vào là: 0100 và 0101 Để nhận biết các giá trị này em dùng phần tử NAND_3 nối vào chân phần tử NOR_2 Tất cả các chân của phần tử NAND_3 và NOR_2 được nối vào bộ đếm phút Để thời gian đổ chuông là 10 giây