Đang tải... (xem toàn văn)
thiet ke dieu khien 2 luong giao thong tai 1 nga tu
đồ án kỹ thuật số GVHD: Th.s trần thanh sơn ****************************************************************************************** ---------- . . . . . . . . . . . ---------- ***************************************************************************************** NSVTH: Trần Văn Duy - Trần Xuân Bính 1 Lớp: CS Đ-ĐT36 đồ án kỹ thuật số GVHD: Th.s trần thanh sơn ****************************************************************************************** Mục lục Lời nói đầu .3 Chơng 1: cơ sở lý thuyết mạch .5 1.1 Sơ lợc về một số linh kiện trong mạch .5 1.1.1.Diode .5 1.1.2 . Transistor lỡng cực 6 1.1.3. Thyristor(SCR) .7 1.1.4. IC đếm 11 1.1.5 IC giải mã 74LS47 .15 1.1.6. IC tạo xung vuông 18 1.1.7. IC ổn áp 20 1.1.8 Điện trở .21 1.1.9 Led 7 thanh 21 1.2. IC chứa các cổng logic .23 1.2.1. Cổng đảo (Inverter gate) 23 1.2.2. Cổng và (AND gate) .24 1.2.3. Cổng hoặc (OR gate) 24 Chơng II. Thiết kế mạch điện .26 2.1. Xây dựng sơ đồ khối .26 2.1.1 Sơ đồ khối: 26 2.1.2 Nhiệm vụ của từng khối: .26 2.2. Tính toán và chọn linh kiện cho từng khối .27 2.2.1. Khối nguồn .27 2.2.1.1 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động 27 2.2.1.2 Tính toán: .29 2.2.2. Khối bộ đếm 38 2.2.3 Khối giải mã:< dùng IC 74LS47>: .44 2.2.4 Khối hiển thị .46 2.2.5. Tính toán và chọn linh kiện cho phần giao tiếp với bóng đèn dùng .47 2.2.5.1. Phần giao tiếp với bóng đèn dùng SCR .47 2.2.5.2 Phần giao tiếp với bóng đèn dùng Relay .48 2.2.6 Tính toán phần giao tiếp với SCR bằng TZT lỡng cực 49 2.2.7. Tính toán và chọn linh kiện cho phần tạo xung 54 2.2.7.1. Phần tạo xung dùng IC số 555 54 2.2.7.2. Phần tạo xung dùng IC OPAM .57 Chơng III: mạch điện chi tiết và nguyên lý hoạt động .60 3.1 Mạch điện chi tiết: .60 3.2. Nguyên lý hoạt động của mạch: .63 Chơng IV . Kết luận .65 4.1. Ưu điểm 65 4.2. Nhợc điểm .65 4.3. Hớng phát triển .65 TàI LIệU THAM Khảo 66 ***************************************************************************************** NSVTH: Trần Văn Duy - Trần Xuân Bính 2 Lớp: CS Đ-ĐT36 đồ án kỹ thuật số GVHD: Th.s trần thanh sơn ****************************************************************************************** Lời nói đầu Trong thập kỷ qua, sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật, công nghệ điện tử, đặc biệt là sự ra đời ngày càng nhiều các đơn vị điện tử với quy mô lớn và cực lớn, với các chỉ tiêu vật liệu và giá thành rất hạ đã làm cho các hệ thống điện tử và máy tính có mặt ngày càng nhiều trong các lĩnh vực của công nghiệp, đời sống xã hội . Trong công nghiệp các hệ thống điện tử số và máy tính cho phép các nhà sản xuất thực hiện các công nghệ phức tạp và hiện đại nhất để tạo ra các sản phẩm hoàn hảo. Trong đời sống xã hội các hệ thống điện tử số và máy tính cho phép con ngời quản lý điều hành các hoạt động xã hội trên quy mô lớn và tốc độ nhanh , độ chính xác cao và độ nhạy tuyệt vời. Ngày nay nói đến điên tử có nghĩa là nói đến điện tử số và máy tính. Vì vậy việc nắm vững và tiếp cận điện tử số và máy tính là một yêu cầu cơ bản với tất cả các kỹ thuật viên, kỹ s làm việc trong lĩnh việc điện-điện tử , điều khiển tự động và thông tin liên lạc. Nó coi nh một yêu cầu bắt buộc. Là sinh viên theo ngành điện - điện tử với những kiến thức đã học đợc chúng em đã chọn và thiết kế đề tài : Thiết kế mạch điện điều khiển hai luồng giao thông tại một ngã t. Qua việc tìm hiểu, nghiên cứu và tính toán chúng em xin đa ra mạch điều khiển hai luồng giao thông với các yêu cầu sau: dùng IC đếm bốn bít sao cho đèn đỏ sáng trong vòng 32s và đèn vàng sáng trong vòng 4s mạch điện giao tiếp với bóng đèn tròn 220v/100w. Giao tiếp với các bóng đèn bằng relay(SCR). ***************************************************************************************** NSVTH: Trần Văn Duy - Trần Xuân Bính 3 Lớp: CS Đ-ĐT36 đồ án kỹ thuật số GVHD: Th.s trần thanh sơn ****************************************************************************************** Giao tiếp với SCR bằng transistor lỡng cực. Đề tài hệ thống đèn giao thông gồm các phần sau: I : Cở sở lý thuyết mạch II: Tính toán và chọn linh kiện cho từng khối III: Mạch điện chi tiết và nguyên lý hoạt động của mạch IV: Kết luận Trong quá trình thực hiện đồ án của mình chúng em còn gặp nhiều khó khăn, do thời gian không nhiều, kiến thức có hạn và thời gian đi tìm hiểu thực tế còn hạn chế nhng nhờ có sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy giáo Th.s trần thanh sơn và sự cố gắng rất nhiều từ bản thân đã giúp chúng em đã hoàn thành đồ án này. Trong quá trình làm đồ án không tránh khỏi những thiếu xót rất mong sự góp ý của các thầy cô cùng toàn thể các bạn! Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nam Định, ngày .tháng 05 năm 2009. Sinh viên : Trần Văn duy Trần xuân bính ***************************************************************************************** NSVTH: Trần Văn Duy - Trần Xuân Bính 4 Lớp: CS Đ-ĐT36 đồ án kỹ thuật số GVHD: Th.s trần thanh sơn ****************************************************************************************** Chơng 1: cơ sở lý thuyết mạch 1.1 Sơ lợc về một số linh kiện trong mạch Trong quá trình thiết kế việc tìm hiểu về một số linh kiện cần dùng trong mạch là hết sức cần thiết. Khi đẫ hiểu rõ linh kiện mà mình cần dùng có cấu tạo, sơ đồ chân, nguyên lí hoạt động và các trạng thái đầu ra của nó nh thế nào thì việc thiết kế trở lên dễ dàng hơn. Với mạch mà em đã chọn thì em sẽ đi sâu vào tìm hiểu một số IC giải mã, IC đếm, IC 555, IC chứa các cổng logic, IC ổn áp, transistor, diode, . 1.1.1.Diode - Cấu tạo : Diode bán dẫn đợc chế tạo từ một chuyển tiếp P- N, trong đó điện cực nối với chất bán dẫn P đợc gọi là Anôt (A) và điện cực nối với chất bán dẫn N đợc gọi là Katôt (K). - Kí hiệu : A K - Điều kiện làm việc : Phân cực thuận thì U AK > 0 Phân cực ngợc thì U AK < 0 - Các thông số : + Điện áp ngợc cực đại : Là điện áp ngợc lớn nhất đặt lên diode mà diode cha bị đánh thủng. + Dòng điện cho phép cực đại qua diode : Loại diode tiếp xúc mặt cỡ vài chục mA đến vài trăm A + Công suất tiêu hao cực đại : Là công suất trên diode mà nó cha bị phá huỷ. ***************************************************************************************** NSVTH: Trần Văn Duy - Trần Xuân Bính 5 Lớp: CS Đ-ĐT36 đồ án kỹ thuật số GVHD: Th.s trần thanh sơn ****************************************************************************************** + Tần số giới hạn của điện áp : Là giới hạn mà diode còn tính chất van. 1.1.2 . Transistor lỡng cực Cấu tạo : Transistor lỡng cực là loại linh kiện bán dẫncó hai lớp tiếp giáp P N . Tuỳ theo cách sắp xếp chất bán dẫn P và N mà ta có hai loại cấu trúc điển hình là PNP và NPN. E N C E P C (Emitor) (Colector) B (Bazơ) B B C E E C B PNP NPN - Điều kiện để TZT làm việc : Ta phải đặt điện áp một chiều vào các điện cực của TZT sao cho tiếp giáp J E phân cực thuận và tiếp giáp J C phân cực ngợc. Đối với loại NPN thì U C > U B > U E , đối với loại PNP thì U E > U B > U C . - Các thông số : + Quan hệ dòng điện : I E = I B + I C + Hệ số truyền đạt : = I C /I E + Hệ số khuếch đại dòng điện : = I C / I B + Công suất giới hạn : P T = I C . U CE + Tần số cắt : Là tần số mà TZT hết khả năng khuếch đại + Dòng điện giới hạn : I Cmax là dòng điện tối đa ở cực C I Bmax là dòng điện tối đa ở cực B + Điện áp giới hạn lớn nhất đặt vào giữa các cặp cực : U CE0 là điện áp chịu đựng lớn nhất giữa E và C khi cực B hở. U EB0 là điện áp chịu đựng lớn nhất giữa E và B khi cực C hở. ***************************************************************************************** NSVTH: Trần Văn Duy - Trần Xuân Bính 6 Lớp: CS Đ-ĐT36 P P N N đồ án kỹ thuật số GVHD: Th.s trần thanh sơn ****************************************************************************************** 1.1.3. Thyristor(SCR) a. Cấu tạo của SCR SCR (Silicon Controlled Rectifier ) hay còn gọi là Thyrisor là bộ nắn điện đợc điều khiển làm bằng chất Silicon SCR gồm có 4 lớp bán dẫn khác loại P N ghép nối tiếp với nhau và đợc đa ra ba chân A : anot (cực dơng) K : catot (cực âm ) G : gate ( cực điều khiển ) A A G G K K Cấu tạo của SCR b. Nguyên lý làm việc của SCR Để phân tích nguyên lý làm việc của SCR ta có thể xem SCR giống nh hai Tranzitor gồm một tranzitor loại PNP và một Tranzitor loại NPN ghép lại với nhau theo kiểu cực C của loại NPN hgép với cực B của loại PNP và ngợc lại cực C của loại PNP ghép với cực B của loại NPN. ***************************************************************************************** NSVTH: Trần Văn Duy - Trần Xuân Bính 7 Lớp: CS Đ-ĐT36 P N P P N N P P N đồ án kỹ thuật số GVHD: Th.s trần thanh sơn ****************************************************************************************** Xét mạch điện sau: A K G + Vcc S1 Rg + Vcc R1 Q2 Q1 Trong đó Q1 là Tranzitor loại NPN , Q2 là Tranzitor loại PNP Nguyên lý: * Trờng hợp cực G để hở hay Vg = 0v Khi cực G có Vg = 0v có nghĩa là TZT Q1 không có phân cực ở cực B nên Q1 ngng dẫn. Khi Q1 ngng dẫn dòng Ib 1 = 0, Ic 1 = 0 và Ib 2 = 0 nên Q2 cũng ngng dẫn. Nh vậy trờng hợp này SCR không dẫn điện đợc dòng điện qua SCR là I A = 0 và V AK = Vcc. Nếu tăng Vcc lên đủ lớn làm điện thế V AK tăng theo đến điện thế ngập V BO (Breakover) thì điện áp V AK giảm xuống giống nh diode và dòng điện I A tăng nhanh. Lúc này SCR chuyển sang trạng thái dẫn điện. Dòng điện ứng với lúc điện thế V AK bị giảm nhanh gọi là dòng điện duy trì I H ( holding ). Sau đó đặc tính của SCR giống nh đặc tính của doide nắn điện . *Trờng hợp Vg > 0v Khi đóng SW để cấp nguồn cho cực G của SCR. Nguồn này đợc giảm thế qua điên trở Rg thì SCR chuyển sang trạng thái dẫn điện. Lúc này TZT Q1 đợc phân cực ở cực B nên dòng điện Ig vào cực G cũng chính là dòng Ib 1 do đó Q1 dẫn xuất hiện dòng Ic 1 . Dòng Ic 1 chính là dòng Ib 2 làm cho Q2 dẫn và xuất hiện dòng ***************************************************************************************** NSVTH: Trần Văn Duy - Trần Xuân Bính 8 Lớp: CS Đ-ĐT36 đồ án kỹ thuật số GVHD: Th.s trần thanh sơn ****************************************************************************************** Ic 2 cung cấp ngợc lại cho Q1 và Ic 2 = Ib 1 . Nhờ đó mà SCR sẽ tự duy trì trạng thái dẫn điện mà không cần có dòng Ig liên tục. Ta có Ic 1 = Ib 2 và Ic 2 = Ib 1 Lúc này dòng điện qua 2 TZT Q1và Q2 sẽ đợc khuếch đại lớn dần và hai TZT sẽ dẫn ở trạng thái bão hoà. Khi đó điện thế Vak sẽ giảm xuóng rất nhỏ (khoảng 0,7v ) và dòng điện qua SCR là: Ia= 1 Vcc R Vak 1R Vcc Khi dòng điện cung cấp cho cực G càng lớn thì điện thế ngập Vbo càng thấp nghĩa là SCR càng dễ dẫn điện Ta có đặc tính của SCR ứng với ba trờng hợp Ig = 0, Ig2 > Ig1 và Ig1 > 0 nh sau: I G0 I G2 I G1 I H Vn V BO V A Trờng hợp phân cực ngợc cho SCR Phân cực ngợc cho SCR là nối cực A vào cực âm và nối cực K vào cực dơng của nguồn Vcc. Trờng hợp này SCR giống nh một diode bị phân cực ngợc. SCR sẽ không dẫn điện mà chỉ có dòng điện rò rỉ rất nhỏ đi qua. Khi tăng điện thế ngợc lên đủ lớn thì SCR sẽ bị đánh thủng và dòng điện đi qua SCR là dòng điện ngợc. Điện thế để đánh thủng SCR là Vnguoc thông thờng trị số này bằng với trị số của Vbo và ngợc dấu. ***************************************************************************************** NSVTH: Trần Văn Duy - Trần Xuân Bính 9 Lớp: CS Đ-ĐT36 đồ án kỹ thuật số GVHD: Th.s trần thanh sơn ****************************************************************************************** Ký hiệu của SCR A G K G K A SCR A G K c. Các thông số của SCR Khi sử dụng SCR phải biết các thông số kỹ thuật quan trọng của SCR để tránh làm hỏng SCR do dùng sai chỗ hay vợt quá giới hạn cho phép. .Dòng điện cực đại I Amax hay I Fmax Đây là trị số lớn nhất của dòng điện qua SCR mà SCR vẫn có thể chịu đựng đợc một cách liên tục, nếu vợt quá trị số này SCR sẽ bị hỏng. Khi SCR đã dẫn ***************************************************************************************** NSVTH: Trần Văn Duy - Trần Xuân Bính 10 Lớp: CS Đ-ĐT36 . và thiết kế đề tài : Thiết kế mạch điện điều khiển hai luồng giao thông tại một ngã t. Qua việc tìm hiểu, nghiên cứu và tính toán chúng em xin đa ra mạch. trong lĩnh việc điện- điện tử , điều khiển tự động và thông tin liên lạc. Nó coi nh một yêu cầu bắt buộc. Là sinh viên theo ngành điện - điện tử với những
