z TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP  ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: MẠCH ĐỒNG HỒ BÁO THỨC CÓ HIỆU CHỈNH DÙNG IC SỐ GVHD SVTH MSSV : ThS Hoàng Ngọc Văn : Nguyễn Ngọc Nhiệm : 16141218 TP.Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 06 năm 2019 Sinh Viên Thực Hiện Nguyễn Ngọc Nhiệm - 16141218 Điểm: Nhận xét giáo viên ……………………………………………………………………………………… .………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Chữ ký giáo viên MỤC LỤ MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ Chương GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.2 MỤC TIÊU VÀ GIỚI HẠN 1.2.1 Mục tiêu .3 1.2.2 Giới hạn .4 Chương THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI 2.1 GIỚI THIỆU 2.2 KHẢO SÁT SƠ ĐỒ KHỐI .5 2.2.1 Khối tạo xung dao động 2.2.2 Khối đếm giờ, phút, giây 2.2.3 Khối giải mã hiển thị 10 2.2.4 Khối báo thức 12 Chương 15 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 15 3.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG 15 3.1.1 Sơ đồ nguyên lý 15 3.1.2 Sơ đồ mô 16 3.2 THIẾT KẾ PCB .17 Chương 19 TỔNG KẾT 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2-1: Sơ đồ khối mạch đồng hồ báo thức có hiệu chỉnh Hình 2-2: Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của IC LM555 Hình 2-3: Khối tạo xung dao động tần số 1hz sử dụng IC LM555 Hình 2-4: Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của IC 74LS90 Hình 2-5: Khối đếm giây Hình 2-6: Khối đếm và phím hiệu chỉnh Hình 2-7: Khối đếm phút và phím hiệu chỉnh Hình 2-8: Sơ đồ chân và sơ đồ khối của IC 74LS90 Hình 2-9: Sơ đồ chân và Hình ảnh thực tế led đoạn anode Chung Hình 2-10: Các số thập phân hiển thị tương ứng led Hình 2-11: Sơ đồ khối giải mã và hiển thị led đoạn loại anode chung Hình 2-12 Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của IC 74LS85 Hình 2-12: Hình ảnh Swich 4P ngoài thực tế Hình 2-13: Hình ảnh Loa Buzzer ngoài thực tế Hình 2-14: Transistor C1815 Hình 2-15: Sơ đồ khối báo thức Hình 3-1 : Sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh mạch đồng hồ báo thức có hiệu chỉnh Hình 3-2 : Sơ đồ mơ mạch đồng hồ báo thức có hiệu chỉnh Hình 3-3 : Sơ đồ thiết kết PCB mặt Hình 3-4 : Sơ đồ thiết kế PCB mặt CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, ngành kỹ thuật điện tử số có vai trò quan trọng sống của người Các hệ thống điện tử số ngày đa dạng và dần thay thế công việc hàng ngày của người từ công việc đơn giản đến phức tạp điều khiển tín hiệu đèn giao thơng, điều khiển tốc độ động cơ, điều khiển hệ thống đóng ngắt tự động… hệ thống này có thể thiết kế theo hệ thống tương tự hệ thống số Tuy nhiên hệ thống điện tử thông minh người ta thường sử dụng hệ thống số nhiều tương tự số ưu điểm mà hệ thống số mang lại là: độ tin cậy cao, giá thành thấp, thiết kế nhỏ gọn, nhiều tính tiêu thụ cơng suất hơn… để thiết kế hệ thống điện tử số, phải có kiến thức mơn điện tử bản, kỹ thuật số, hiểu cấu trúc và chức của số IC số, cổng logic và số kiến thúc linh kiện điện tử… Sau thời học tập và tìm hiểu tài liệu kỹ thuật số, em chọn đề tài: “Thiết kế mạch đồng hồ báo thức có hiệu chỉnh dùng IC số” để làm đề tài đồ án điện tử sự quan trọng của thời gian sống với mong muốn ứng dụng kiến thức học vào sống để phục vụ nhu cầu của người Do kiến thức và trình độ lực hạn hẹp nên q trình thực đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót, kính mong nhận sự thơng cảm và góp ý của thầy và bạn để đồ này có thể hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn 1.2 MỤC TIÊU VÀ GIỚI HẠN 1.2.1 Mục tiêu Thiết kế và thi cơng mơ hình đồng hồ số có chức báo thức và hiệu chỉnh giờ, phút hiển thị led đoạn Phát triển và cải tiến để mạch nhỏ gọn, đơn giản, xác và tối ưu Thực theo yều cầu dẫn của giáo viên 1.2.2 Giới hạn Do hạn chế sai số q trình tính tốn thơng số linh kiện nên thời gian có phần sai lệch so với thực tế CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI 2.1 GIỚI THIỆU Mạch đếm phút giây hiển thị led đoạn, có chức hiệu chỉnh phút và có chức cài báo thức phát tín hiệu chuông 2.2 KHẢO SÁT SƠ ĐỒ KHỐI KHỐI TẠO XUNG DAO DỘNG KHỐI NGUỒN KHỐI CÀI THỜI GIAN KHỐI SO SÁNH CHUÔNG KHỐI ĐẾM GIỜ, PHÚT, GIÂY KHỐI GIẢI MÃ KHỐI HIỂN THỊ Hình 2-1: Sơ đồ khối mạch đồng hồ báo thức có hiệu chỉnh Chức của khối:  Khối nguồn (5V-1A): có chức cấp nguồn 5V-1A cho toàn mạch hoạt động  Khối tạo xung Hz : Tạo xung dao dộng 1Hz cấp cho mạch đồng hồ  Khối đếm, giờ, phút, giây: nhận tín hiệu xung dao động đếm từ 00 đếm 59 (giây, phút) và 00 đến 23 (giờ)  Khối giải mã hiển thị: Giải mã tín hiệu BCD từ mạch đếm đồng hồ sang mã đoạn  Khối hiển thị: Hiển thị thời gian led đoạn: (từ 00 đến 23), phút và giây (từ 00 đến 59)  Khối cài xung báo thức : Cài thời gian báo thức ((giờ, phút) dạng số BCD) là tín hiệu điện áp đưa vào mạch so sánh  Khối so sánh và chng: Nhận tín hiệu từ khối cài và từ IC đếm phút và đếm giờ, thông qua IC so sánh sau xuất tín hiệu hiệu báo thức chng 60 giây 2.2.1 Khối tạo xung dao động Có nhiều cách để tạo xung chuẩn 1Hz dùng dao động đa hài, dùng mạch khuếch đại có hồi tiếp dương, dùng thạch anh, và IC tạo dao động chuyên dụng 555 Trong cách nếu dùng thạch anh là xác cả sai số của nhỏ, nhiên dùng thạch lại phải tạo mạch tương đối phức tạp là khuyếch đại dao động nội từ thạch anh sau lại phải tiến hành chia tần nhiều lần phức tạp Để có mạch dao động tạo xung chuẩn tương đối xác người ta hay dùng IC555 giá thành rẻ, lắp ráp và vận hành tương đối đơn giản đề tài này em sử dụng loại IC này để tạo dao động -Giới thiệu IC LM555: Hình 2-2: Sơ đồ chân hình ảnh thực tế của IC LM555  Chân 1: GND ( nối đất )  Chân 2: Trigger Input ( ngõ vào xung nảy )  Chân 3: Output ( ngõ )  Chân 4: Reset ( hồi phục )  Chân 5: Control Voltage ( điều khiển điện áp)  Chân 6: Threshold ( chân đầu vào so sánh điện áp )  Chân 7: Dirchage ( xả điện )  Chân8: +Vcc(nguồndương) Tần số xung clock tính sau: F=1/(ln2.C.(R1+R2)) Hay (1) T=ln2.C.(R1+2R2) (2) -Thời gian xung mức H (1) chu kì: t1 = ln2 (R1 + R2).C (3) -Thời gian xung mức L (0) chu kì t2 = ln2.R2.C (4) Trong qua trình thiết kế mạch ta chọn C=100uF, R1=10K, R2=2.2K Vậy ta có chu kỳ xung là: T=ln2x0.1x(10+2x2.2) = 0.99813s ≈ 1s Thời gian xung mức H (1): t1=ln2x(10+2.2)x0.1 ≈0.8456s Thời gian xung mức L (0): t2=ln2x2.2x0.1≈0.1525s Vì IC đếm 7490 có xung ck tác động cạnh xuống nên q trình tính tốn chọn R và C ta nên tính tốn cho thời gian xung mức là và thời gian xung mức là max để tránh lãng phí lượng Khối xung gồm IC 555 kết nối mạch hình bên dưới: Hình 2-3: Khối tạo xung dao động tần số 1hz sử dụng IC LM555 2.2.2 Khối đếm giờ, phút, giây: -Giới thiệu IC 74LS90 Hình 2-4: Sơ đồ chân hình ảnh thực tế của IC 74LS90        Chân 14 nhận xung vào Chân 12, 11, 9, liệu ngõ Chân 10 nối GND Chân nối VCC Chân 13,4 không sử dụng Chân 2, 3, 6, RESET Chân nhận xung clock báo tràn, led hiển thị từ số số Cứ xung vào đếm tiến lên và mã hóa sang mã BCD Khi đếm đến tự động reset và quay trở Xung kích tạo từ mạch tạo xung và xung này đưa tới chân CKA của IC 7490 Ngõ xung của 7490 chân QA , QB , QC , QD đưa đến ngõ vào của IC giải mã 74LS47 Đối với hai IC đếm giây (IC1 và IC2): xung cấp cho IC1, IC1 này đếm giá trị của xung ( led hiển thị số 9), sau đếm hết giá trị của xung cấp cho IC xung đếm Khi đó, IC1 đếm và IC2 đếm lên 1, tức ta có giá trị là 10 Sau IC1 tiếp tục đếm từ đến và tiếp tục cấp xung cho IC2 tăng lên 2, 3,… Khi IC1 đếm đếm và IC2 đếm đến chuyển sang ( tức là số 59 led đoạn) ta dùng chân R0 để reset cả hai IC trở đồng thời cấp cho chân CKA của IC đếm phút, xung kích và phút đếm lên đơn vị Đối với IC đếm phút (IC3 và IC4): IC3 nhận xung lại đếm IC đếm giây đến giá trị 59 Vì lấy xung từ IC đếm giây nên mạch đếm giây đếm đến 59 mạch đếm phút nhận xung Khi cả IC đếm giây và đếm phút đếm đến giá trị 59 tất cả IC reset 0, đồng thời mạch đếm phút cấp cho IC5 của IC đếm xung Đối với IC đếm (IC5 và IC6): Khi IC5 nhận xung bắt đầu đếm lên Khi IC5 đếm đến cấp xung cho IC6 đếm, hai IC đếm đếm đến 23 và thời điểm sang 24 là lúc cả hai IC reset trạng thái Vì số nhị phân tương ứng của là Q3Q2Q1Q0 = 0010, của là Q3Q2Q1Q0 = 0100 nên ngõ Q1 của IC đếm ( đếm hàng chục) và ngõ Q2 của IC đếm (đếm hàng đơn vị) đưa vào chân R0(1), R0(2) để thực reset Khối điều chỉnh thời gian là phím nhấn để tạo mức điện áp tương ứng với mức logic và 1để chỉnh phút và chỉnh Các phím bấm này kết hợp với công EXOR để tạo xung đưa vào ngõ vào xung clock của khối đếm phút và khối đếm Trong mạch không dùng đến nút cỉnh giây đơn vị thời gian của nhỏ Hình 2-5: Khối đếm giây Hình 2-6: Khối đếm phím hiệu chỉnh Hình 2-7: Khối đếm phút phím hiệu chỉnh 2.2.3 Khối giải mã hiển thị -Giới thiệu IC 74LS247: IC74LS47 là loại IC giải mã BCD sang mã đoạn IC 74LS47 là loại IC tác động mức thấp có ngõ cực thu để hở và khả nhận dòng đủ cao để thúc trực tiếp đèn led đoạn loại anode chung 10 Hình 2-8: Sơ đồ chân sơ đồ khối của IC 74LS90  Chân 1, 2, 6, 7: Chân liệu BCD vào liệu này lấy từ IC đếm  Chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15: Các chân tác động mức thấp và nối với LED đoạn  Chân 8: là chân nối đất GND  Chân 16: Chân nối nguồn 5V  Chân 4: Chân này nối lên Vcc  Chân 5: Ngõ vào xóa dợn sóng RBI để không hay nối lên cao không dùng để xóa số (số trước số có nghĩa hay số thừa bên trái dấu chấm thập phân)  Chân 3: Chân này nối lên nguồn Vcc - Lựa chọn linh kiện: Ở chọn IC giải mã anode Chung 74LS247 led lựa chọn là loại anode Chung -Có loại led hiển thị phổ biến là anode Chung và cathode Chung Với LED cathode Chung: để led sáng chân của led phải mức (VCC) 11 Với LED anode Chung: để led sáng chân của led phải mức (GND) -Giới thiệu Led đoạn loại anode Chung: Gồm led xếp lại với theo hình mẫu Một chân của LED nối chung lại với Hình 2-9: Sơ đồ chân Hình ảnh thực tế led đoạn anode Chung Hình 2-10: Các số thập phân hiển thị tương ứng led -Lựa chọn linh kiện: chọn loại led anode chung, lựa chọn IC giải mã là loại anode chung 12 Hình 2-11: Sơ đồ khối giải mã hiển thị led đoạn loại anode chung Ta có: R=(Vcc-Vled)/Iled (5) Led hoạt động mức 1,8 - 3V dòng 10 đến 20mA Ở ta chọn R=330 ôm 2.2.4 Khối báo thức Khối báo thức bao gồm khối : Khối cài thời gian, khối so sánh và chng -Giới thiệu IC so sánh 7485: Hình 2-12 Sơ đồ chân hình ảnh thực tế của IC 74LS85           Chân 10,12,13,15 : Chân liệu ngõ vào so sánh bit thứ Chân 9,11,1,14 : Chân liệu ngõ vào so sánh bit thứ Chân 2: Chân liệu ngõ vào ưu tiên A