THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM TỪ 00 – 88

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊNKHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬCỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lậpTự do Hạnh phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌCĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM TỪ 00 – 88SỬ DỤNG LED HỒNG NGOẠIGIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN: LỚP : MSV : Hưng Yên, Ngày.....Tháng....Năm 2017NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ Hưng Yên, Ngày.....Tháng....Năm 2017Giảng viên hướng dẫnLỜI NÓI ĐẦUCùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật, trên con đường công nghiệp hóa và hiện đại đất nước ngành điện –điện tử nói chung, hay điện tửnói riêng đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể cho xã hội và đất nước. Làm theo lời Bác học phải đi đôi với làm, bên cạnh những giờ lý thuyết trên lớp vẫn cần chau dồi thêm kiến thức thực tế bằng cách thực tập tự học tự tìm tòi thêm.Vì vậy, đồ án môn học chế tạo sản phẩm là điều kiện tốt giúp chúng em kiểm chứng được lý thuyết đã được học trên lớp và cũng là chau dồi thêm kiến thức thực tế.Trong đồ án lần này, chúng em đã được nhận đề tài “Thiết kế chế tạo mạch đếm 0088 sử dụng LED hồng ngoại”. Sau thời gian nghiên cứu, chúng em đã chế tạo thành công đáp ứng được cơ bản yêu cầu của đề tài.Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, chúng em đã gặp một số vướng mắc về lý thuyết và khó khăn trong việc thi công sản phẩm. Tuy nhiên, chúng em đã nhận được sự giải đáp và hướng dẫn kịp thời của cô NguyễnVăn Vĩnh, cùng với sự góp ý của các thầy cô trong khoa và các bạn trong lớp. Đựơc như vậy chúng em xin chân thành cảm ơn và mong muốn nhận được nhiều hơn nữa sự giúp đỡ, chỉ bảo của cô giáo và các bạn trong các đồ án sau này. Em xin chân thành cảm ơnSinh viên thực hiện:CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU LINH KIỆN1.1.Điện trởa) khái niệm ,cấu tạo ,kí hiệuKhái niệm:Điện trở là linh kiện điện tử thụ động, dùng để cản trở dòng điện.Ký hiệu và hình dạng: Ký hiệu hình dạngHình 1.1: ký hiệu và hình dạng của điện trởCấu tạo :Điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điển trở suất cao như làm bằng than, magie kim loại NiO2, oxit kim loại, dây quấn.b)Phân loạiĐiện trở thường: điện trở thường là các loại điện trở có công suất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W.Điện trở công suất: là các điện trở có công suất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W.Điện trở sứ, điện trở nhiệt: Là cách gọi khác của các điện trở công suất, điện trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng tỏa nhiệt.Điện trở dây cuốn: Loại điện trở này dùng dây điện trở quấn trên lõi than và có 1 lớp cách điện thường bằng sứ hoặc nhựa tổng hợp để tạo ra điện trở có giá trị nhỏ và chịu được công suất tiêu tán lớn. Thường được sử dụng trong các mạch cung cấp điện của các thiết bị điện. Điện trở điều chỉnh: hay còn gọi là biến trở, giá trị điện trở có thể thay đổi được tùy ý.1.2. Tụ điệna) Khái niệmTụ điện là linh kiện điện tử thụ động có khả năng tích và giải phóng năng lương lượng dưới dạng điện trường. Khái niệm và hình dạng: Ký hiệu Hình dạngHình 1.2: ký hiệu và hình dạng của tụ điện Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sửdụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động.b) Cấu tạo Cẩu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi. Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như tụ giấy, tụ gốm, tụ hoá.1.3. IC 7805Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản.Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx,79xx, với xx là điện áp cần ổn áp.VD: 7805 ổn áp 5V,7812 ổn áp 12V.Việc dùng các loại IC ổn áp họ 78xx tương tự nhau.  Hình 1.3: sơ đồ chân ic7805Sơ đồ chân của IC 7805:⦁Chân số 1 là chân IN (hình vẽ trên) ⦁Chân số 2 là chân GND (hình vẽ trên) ⦁Chân số 3 là chân OUT (hình vẽ trên) Một số thông số kĩ thuật: Dòng cực đại có thể duy trì 1A.Dòng đỉnh 2.2A.Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W.Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15WNếu vượt quá ngưỡng 4 ý trên 7805 sẽ bị cháy.Thực tế ta nên chỉ dùng công suất tiêu tán =12 giá trị trên. Các giá trị cũng không nên dùng gần giá trị max của các thông số trên. Tốt nhất nên dùng ≤ 23 max. Hơn nữa các thống số trên áp dụng cho điều kiện chuẩn nhiệt độ 25 độ C.1.4. Biến ápCấu tao: Bộ phận chính của máy biến áp là một khung sắt non (có pha silic) gồm nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện lại với nhau để hạn chế dòng điện Fucô (Foucalt). Hai đầu có hai cuộn dây. Cuộn thứ nhất có N1 vòng dây nối với nguồn phát điện gọi là cuộn sơ cấp, cuộn thứ 2 có N2 vòng dây nối với các thiết bị tiêu thụ điện năng gọi là cuộn thứ cấp.Hình 1.4: Mô hình máy biến áp với khung sắt,cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp Hình 1.5: Ký hiệu máy biến áp trong mạch điệnNguyên lý của biến áp:Một điện áp hàm sin sẽ tạo ra dòng điện hàm sin trong cuộn dây sơ cấp, dòng điện này sẽ tạo ra một từ trường biến đổi luân phiên theo quy luật hàm sin. Trong biến áp, từ trường biến thiên này được cảm ứng tới một cuộn dây thứ hai qua một lõi sắt từ. Điện áp hàm sin được tạo ra trong cuộn dây thứ hai bởi sự thay đổi của từ thông.Tùy theo số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp mà quyết định biến áp là tăng áp hay hạ áp.1.5 DiodeDiodelà một loại linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại.Cấu tạo: Hình 1.6: Cấu tạo của diode Diode được cấu tạo từ là một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N. Diode có hai cực là Anot (A) và Katot (K), nó chỉ cho dòng một chiều từ A sang K và nó được coi như van một chiều trong mạch điện và được ứng dụng rộng rãi trong các máy thu thanh thu hình, các mạch chỉnh lưu, ổn định điện áp.Phân loại:Có nhiều loại diode,như diode chỉnh lưu thông thường,điode Zener, diode phát quang (LED)… Một ứng dụng cực kỳ rộng rãi của diode là diode phát quang (led). Led lại có nhiều loại khác nhau như led đơn, 7 led đơn được ghép nối đặc biệt lại với nhau lại trở thành led 7 thanh dùng để hiển thị các số thập phân.Một loại diode cúng rất đặc biệt khác là photodiode và led hồng ngoại. Led hồng ngoại là loại led mà bề ngoài giống với các loại led khác nhưng nó phát ra ánh sáng hồng ngoại mà mắt thường không nhìn thấy được. Còn photo diode lại là loại led khi nhận được tín hiệu là ánh sáng hồng ngoại thì sẽ dẫn còn không thì sẽ không dẫn, ta dễ dàng nhận biết được loại led này vì chúng thường có màu đen.1.6. IC 74LS192 74LS192 là một IC đếm đầu ra là mã BCD8421. Đầu vào tại 2 chân 4,5, nếu ta cấp xung vào chân 5 thì IC đếm tiến còn cấp xung vào chân 4 sẽ đếm lùi và cả 2 chân này đều tích cực tại xườn âm của xung khi tín hiệu từ cao xuống thấp thì bộ đếm sẽ tăng lên hoặc giảm đi một. Các chân 15,1,9,10 là các chân cho phép đặt giá trị bắt đầu của bộ đếm. Hình 1.7: Sơ đồ chân IC74LS192Chân 8,16 là hai chân cấp nguồn cho IC, chân 8 nối mass, chân 16 nối lên dương nguồn.Chân 4,5 là 2 chân nhận xung từ bộ đếm giao động chuyển sang, chân 4 đếm ngược, chân 5 đếm thuận.Chân 11 là chân đều khiển IC làm việc ở đầu ra tích cực mức thấp.Chân 14 là chân xóa làm việc ở mức mức tích cực cao, để IC đếm ta nỗi chân này xuống mass.Chân 15,1,10,9 là các chân đặt dữ liệu đầu vào.Chân 12 là dữ liệu chuyển tiếp đếm thuận.Chân 13 là dữ liệu chuyển tiếp đếm ngược.Chân3,2,6,7 (Qa,Qb,Qc,Qd) là các đầu ra của bộ đếm.1.7. IC 74LS47IC 7447 hoạt động ở mức tích cực thấp.IC 7447 giải mã led 7 đoạn có nghĩa đầu vào là mã BCD đầu ra là hiện thị led 7 đoạn. 7447 là IC giải mã led 7 đoạn có Anot chung.Sơ đồ các chân và chức năng các chân Hình 1.8 Sơ đồ chân IC 7447Các chân 1,2,6,7 :là đầu vào của tín hiệu BCD.Chân số 3: để kiểm tra led 7 đoạn cũng như các ngõ ra của IC.Chân 4 : chân cho phép đầu ra .Chân 5: cho phép loại bỏ số 0 không mong muốn ở bộ hiện thị.Chân 9,10,11,12,13,14,15: các ngõ ra nối với led 7 đoạn.Chân 8,16 là hai chân cấp nguồn cho IC.Trạng thái đầu vào của IC 7447: 1.8. IC 7414 7414 là IC chứa trong nó 6 cổng NOT. Khi đầu vào là A thì đầu ra là A đảo. Bên trong 7414 còn tích hợp thêm phần khử nhiễu cho tín hiệu. Dưới đây là thông số kỹ thuật do nhà sản xuất cung cấp: 1.9 IC 7408 Hình 1.9 Sơ đồ chân của ic 7408Đây là mạch tích hợp của 4 cổng AND gồm có các chân như hình ở trên .Một số loại cổng AND thường gập như : 7408 , 74LS08 và 74S08 trong đó 7408 có cấu tạo đơn giản nhất và được sữ dụng rộng rãi nhất.CHƯƠNG II : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO2.1 Sơ đồ khối toàn mạchKhối hiển thịKhối tạo tín hiệuKhối mã hóaKhối giải mãKhối NguồnHình 2.1: Sờ đồ khối toàn mạch2.2.Khối nguồn Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồnNguồn cũng cấp cho toàn mạch là nguồn 5V 1 chiều. Nguồn ta dùng ở đây có tính ổn định cao để mạch đếm chính xác nếu ta dùng nguồn không ổn định như pin, khi hết pin thì mạch đếm sẽ bị gián đoạn.Điện áp đầu vào sau khi đi qua biến áp ha áp xuống từ 220V AC50Hz xuống còn 12V AC.Tiếp theo được đi qua cầu diode để chuyển từ điện áp xoay chiều thành một chiều. Hình 2.3: Dạng sóng điện áp trước và sau chỉnh lưuĐiện áp hiện tại là 12V DC mà yêu cầu điện áp của mạch là 5V DC lên ta cho qua IC ổn áp 7805 để ổn định điện áp về 5V DC cấp cho mạch hoạt động.Sau chỉnh lưu và ổn áp điện áp còn nhấp nhô ta cho qua tụ để san phẳng điện áp.Tụ điện có điện dùng càng lơn thì điện áp đầu ra càng phẳng. cùng với tụ phân cực ta dùng thêm tụ gốm để lọc nhiễu cao tần. Hình 2.4: Dạng sóng điện áp sau khi được lọc bằng tụ điện2.3Khối tạo tín hiệuKhối tạo tín hiệu ở đây là một cặp led hồng ngoại thu phát. Khi ta không tác động led phát, phát tín hiệu là ánh sang hồng ngoại. Led thu nhận tín hiệu hồng ngoại dẫn mạnh từ đó đưa điện áp chảy từ vcc xuống mass dẫn tới tín hiệu tại đầu vào cổng NOT là mức thấp đi qua cổng NOT đảo lên mức cao đưa tới đầu vào của bộ đếm .Khi có tác động led thu không nhận được tín hiệu hồng từ đó ngưng dẫn, điện áp chảy từ vcc lúc này chảy vào đầu vào cổng NOT đưa nó lên mức cao qua cổng NOT đảo xuống mức thấp cấp xung cho bộ đếm hoạt động. Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý khối tạo tín hiệu2.4Khối mã hóaTín hiệu cấp vào là ở dạng xung, cấp tín hiệu cho bộ đếm từ tín hiệu này được mã hóa thành các bit của bộ đếm. Sau khi được mã hóa ta được tín hiệu ra là mã BCD8421.Ở đây khối mã hóa của chúng ta là IC 74192. Các chân không dùng ta nối lên dương nguồn. Hình 2.6: Sơ đồ nối chân của IC 74LS1922.5 Khối giải mã Từ tín hiệu được mã hóa là mã BCD chúng ta không thể đưa ra hiển thị ngay được mà phải qua khối giải mã để có thể hiển thị được.Mã BCD8421 tương tự như mã nhị phân 4 bit ta đưa vào khối giải mã.Khối giải mã có nhiệm vụ giải mã BCD ra mã thập phân hiển thị trên led 7 thanh.Vì led 7seg của chúng ta sử dụng là loại anot chung lên ta sử dụng IC giải mã là IC 7447 có các ngõ ra là ở mức thấp. Sơ đồ khối Hình 2.7: Sơ đồ khối giải mã2.6Khối hiện thị Led 7 thanhSau khối giải mã tín hiệu đã được giải mã được đưa ra hiển thị.Cấu tạo của led 7 đoạn gồm 7 diode phát quang hay được nối chung anot với nhau. Mỗi bit được thể hiện bằng việc sáng led a,led b .... đến led g.Có 2 loại led là anot chung và katot chungNhờ 7 đoạn led này ta có thể hiển thị số từ 0 đến 9. Hình 2.8: Sơ đồ giải mã và hiển thịĐể hiển thị cả hàng chục và hàng đơn vị ta sử dụng 2 bộ đếm, 2 bộ giải mã và 2 led 7seg để hiển thị.2.7 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý toàn mạchNguyên tắc hoạt động toàn mạch:Khi ta bắt đầu cấp nguồn cho mạch. IC bắt đầu hoạt động nhưng chưa đếm bộ hiển thì số 0. Khi không có tác động led hồng ngoại phát ra hồng ngoại cho led thu, led thu nhận được tín hiệu hồng ngoại dẫn mạnh đưa điện áp từ nguồn xuống mass, lúc này tín hiệu ở đầu vào của cổng NOT là ở mức thấp qua cổng NOT đảo lên mức cao do vậy IC không đếm và giữ nguyên trạng thái. Khi có tác động led thu không nhận được tín hiệu hồng ngoại từ led phát, điện trở trong led thu tăng lên dòng điện đi từ VCC qua điện trở chảy vào đầu vào cổng NOT đưa nó lên mức cao, tín hiệu qua cổng NOT đảo xuống mức thấp đưa vào chân 5 của IC 74192 khiến bộ đếm hoạt động đếm tiến lên 1. Tín hiệu được mã hóa truyền sang bộ giải mã 7447 tiếp tục tín hiệu đã được giải mã được đưa ra hiển thị trên led 7 đoạn.Ta sử dụng thêm 2 cổng AND tích hợp trong IC 7408 để đặt giá trị đếm đến 88 thì bộ đếm sẽ tự động reset về 00. Số 8 trong mã BCD có giá trị là 1000 cho lên tại ic đếm hàng chục ta đặt QD đưa vào đầu vào cổng AND thứ nhất, tại ic đếm hàng đơn vị số 9 trong mã BCD có giá trị là 1001 cho lên ta đưa QA và QD vào đầu vào của cổng AND thứ 2 khi mạch đếm đến giá trị là 89 tất cả các đầu vào cổng AND sẽ lên mức cao từ đó đưa 1 xung tín hiệu mức cao về chân reset của 2 IC từ đó đưa bộ đếm về giá trị 00.Ta nối thêm một nút nhấn tích cực mức cao vào chân số 14 để reset IC về mức 0 mỗi khi nhấn nút.2.8 Chế tạo Hình 2.10: Sơ đồ mạch boarTim hiểu chúc năng của tưng linh kiên có trong mạchThiết kế mạch nguyên lý, mạch in trên phân mềm eagle Hình 2.11: Sơ đồ bố tri linh kiệnTiến hanh làm mạch lên phíp đồng dựa trên sơ đồ mạch in đã vẽ+ Khoan vị trí các chân linh kiện trên bo mạch+ Cắm linh kiện lên bo mạch+ Hàn chân các linh kiện với bord mạch.2.9 Hình ảnh thực tế Hình 2.12: Hình ảnh thực tế của mạchCHƯƠNG III: KẾT LUẬN3.1. Kết quả Sau thời gian thực hiện đồ án môn học, cùng với sự hướng dẫn tận tình của cô NguyễnVăn Vĩnh, chúng em đã hoàn thành đồ án theo quy định. Để thực hiện được yêu cầu của đề tài, chúng em đã không ngừng học hỏi, những vấn đề về các linh kiện điện tử và các vấn đề khác liên quan. Vì thế kiến thức về điện tử, kinh nghiệm thực tế về làm mạch đã có sự tiến bộ. Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơncô3.2. Hạn chế Vì sản phẩm làm ra chỉ mang tính nghiên cứu nên còn mang tính cơ bản và chưa được sử dụng rộng rãi ngoài thực tế. Do thời gian và điều kiện của sinh viên nên sản phẩm chưa được hoàn hảo.3.3. Hướng phát triển đề tàiChúng ta có thể phát triển đề tài lên dùng các cảm biến khác có độ nhạy cao hơn hay tăng số đếm lên nhiều lần để đếm được số lương lớn hơn.Trên đây là đồ án môn học của em sau một thời gian nguyên cứu tìm hiểu đã hoàn thành. Vì kiến thức còn hạn chế cùng với thời gian có hạn đồ án còn nhiều thiếu sót và bất cập rất mong mọi ý kiến đóng góp để em có thể sửa đổi và được hoàn thiện hơn.Em xin chân thành cảm ơn TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình “ kỹ thuật số” Tác giả : Phạm Ngọc Thắng – Bùi Thị Kim Thoa Sách linh kiện điện tử tác giả: Giảng viên Lê Thị Hồng Thắm Trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Sách sở đồ chân linh kiện bán dẫn tác giả: Dương Minh Trí – xuất bản lần thứ 5, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.