ĐỒ N KÁ Ỹ THUẬT XUNG SỐ GVHD :TRẦN THANH SƠN LỜI NÓI ĐẦU  Cùng với môn học kỹ thuật điện tử môn học kỹ thuật xung số là môn học kỹ thuật cơ sở quan trọng của bộ môn kỹ thuật mạch và vi xử lý tín hiệu. Nó đặc biệt quan trọng đối với học sinh, sinh viên của tất cả các nghành trong trường nhất là ngành điện tử và điện xí nghiệp của trường ta. Bởi vậy thông qua việc làm đồ án sẽ giúp cho mỗi sinh viên sẽ có cái nhìn sâu hơn về môn học kĩ thuật xung số này, và qua đây sẽ giúp cho học sinh – sinh viên đánh giá được khả năng tích luỹ kiến thức về môn này đồng thời biết cách vận dụng môn học vào thực tế. Dù em đã cố gắng nhưng vẫn không tránh khỏi hạn chế thiếu xót vì thiếu kinh nghiệm cũng như kiến thức chuyên môn, rất mong được sự đóng góp ý kiến của toàn thể thầy cô cùng các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! Nam Định, ngày… tháng… năm2008 sinh viên thực hiện Đỗ Duy Hà ĐỖ DUY H :LÀ ỚP ĐK-KTĐ1 1 LỚP: ĐK -KTĐ1 ĐỒ N KÁ Ỹ THUẬT XUNG SỐ GVHD :TRẦN THANH SƠN PHẦN I. Ý TƯỞNG THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN Đề tài: Thiết kế một mạch quảng cáo gồm 5 chu trình hoạt động giao tiếp 16 bóng đèn 220v/100w dùng rơle hoặc SCR Để làm được điều một chương trìng quảng cáo,dưới dạng mạch số thì ta phải sử dụng các loại IC số, căn cứ vào đề tài đưa ra ý tưởng thiết kế mạch gồm 5 chu trình: 1. Mạch đèn 2 sáng 2 tối xen kẽ từ trái qua phải. 2. Mạch sáng dần từ phải sang trái, tắt dần từ phải sang trái. 3. Một sáng một tối dịch xen kẽ từ trái sang phải,tắt dần từ trái sang phải. 4. sáng từ hai đầu vào,rồi tắt từ giữa ra. 5. hai diểm sáng chạy từ hai đầu vào. Sau khi đã đưa ra ý tưởng thiết kế mạch thì ta phải lựa chọn linh kiện nào để phù hợp với mạch ta định làm 16 bóng đèn được coi là 16 đối tượng điều khiển, sử dụng IC ghi dịch có nhiều loại IC ghi dịch nhưng dùng IC 74164 vì đây là loại IC thông dụng trên thị trường, đây là loại IC ghi dịch 8 bit. Số lượng IC cần để đảm bảo cho 5 chu trình diễn ra là 4 con IC 74164 có ngã vào dữ liệu nối tiếp và các ngã ra song song, muốn chương trình điều khiển có các trạng thái khác nhau thì phải có mạch đến chương trình. Số trạng thái khác nhau được gọi là dung lượng của mạch đếm, có nhiều loại IC đếm nhưng ở đây ta chọn IC đếm là 4017, đây là IC đếm thập phân khi mạch đếm đến trạng thái thứ 10 nếu cứ tiếp tục có xung đếm thì mạch đếm tự động trở về trạng thái ban đầu và đếm lại, ta có thể khống chế ở bất kỳ trạng thái nào. Ta dùng 3 IC 4017, một con dùng để nhân số xung CK,hai con dùng để đếm chương trình và một con dùng để điều khiển chương trình. Các trạng thái đầu ra cần phải đưa qua các cổng logic, các cổng cần dùng đó là cổng OR 2 đầu vào, cổng OR 3 đầu vào, cổng OR 4 đầu vào, cổng AND 2 đầu vào. ĐỖ DUY H :LÀ ỚP ĐK-KTĐ1 2 LỚP: ĐK -KTĐ1 ĐỒ N KÁ Ỹ THUẬT XUNG SỐ GVHD :TRẦN THANH SƠN Điều kiện để cho các IC làm việc được thì phải có bộ tạo xung CK và nguồn cấp cho IC. Chọn IC 555 để tạo xung, yêu cầu có nguồn 12v DC cấp cho rơle hoặc phần tử công suất để giao tiếp, ta có thể dùng đèn đệm và là đèn thuận để khi nó khoá thì đèn đóng TZT dẫn bão hoà mục đích để khoá K đóng ngắt dứt khoát. Từ dòng tải để đến dòng tiêu thụ, chọn điôt và tụ lọc chọn biến áp (sơ cấp, thứ cấp) phân tử cần ổn áp để IC làm việc đúng tốc độ, ổn định CK. Chọn IC ổn áp 7805. Giao tiếp với rơle hoặc SCR đều có ưu nhược điểm của nó dùng rơle có nhược điểm là đóng ngắt nhiều dẫn đến hỏng move và đắt hơn, cồng kềnh hơn, dùng SCR rẻ, tiện dụng, linh hoạt hơn. Chọn TZT thuận (nếu dùng rơle) là A1015 làm đèn đệm. Chọn TZT ngược (nếu dùng SCR) là C828 hoặc C1815 làm đệm để khi TZT hơi dẫn thì SCR dẫn bão hoà. Sau khi đã lựa chọn được những phần tử cần phục vụ cho ý tưởng thiết kế mạch ta có thể khái quát mạch quảng cáo dưới dạng sơ đồ khối như sau: ĐỖ DUY H :LÀ ỚP ĐK-KTĐ1 3 LỚP: ĐK -KTĐ1 ĐỒ N KÁ Ỹ THUẬT XUNG SỐ GVHD :TRẦN THANH SƠN Nhiệm vụ các khối: * Khối nguồn: có nhiệm vụ tạo ra nguồn cấp cho các IC số hoạt động, cấp cho rơle đóng cắt và bóng đèn, như vậy nguồn yêu cầu cả AC và DC. - Sơ đồ mạch điện: - Tác dụng linh kiện: L 1 , L 2 là sơ cấp và thứ cấp máy biến áp, biển đổi áp xoay chiều U 1 thành áp xoay chiều U 2 có giá trị phù hợp với tải. D 1 → D 4 là cầu chỉnh lưu đổi áp xoay chiều thành áp 1 chiều nhấp nhô. C 1 , C 4 là các tụ lọc nguồn san bằng điện áp 1 chiều nhấp nhô. C 2 , C 3 là các tụ cải thiện quá trình quá độ. - Để các IC số hoạt động được ổn định thì nguồn cấp cho nó cũng phải được ổn định, vì các IC số hoạt động tốt ở nguồn +5v do vậy chọn IC ổn áp loại 7805 được dùng thông dụng hơn trong số các loại IC khác cùng họ, nó có điện áp ra ổn định cực tính dương là +5v và dòng ra là 1A. - Chức năng các chân của IC 7805: Chân 1: chân vào Chân 2: chân mass Chân 3: chân ra Tụ C 2 thường được chọn C = 0,1µF để cải thiện quá trình quá độ và giữa cho điện trở ra của mạch đủ nhỏ ở tần số cao. ĐỖ DUY H :LÀ ỚP ĐK-KTĐ1 4 LỚP: ĐK -KTĐ1 7805 in out 2 3 1 C 1 C 2 2 2 0 V A C n g u o n + C1 2200uF + C4 1uF +5v +12v 2 OUT 3 GND 1 VIN 7805 + C10 C3 L1 F1 T1 1 2 3 4 D1 + C8 C2 C3 C4 ĐỒ N KÁ Ỹ THUẬT XUNG SỐ GVHD :TRẦN THANH SƠN Các IC ổn áp được cấu trúc bao gồm các khối tạo điện áp chuẩn lấy mẫu, khuyếch đại so sánh, phần tử điều chỉnh, bảo vệ quá tải. IC ổn áp có thể có cấu trúc như hình vẽ sau: - Với loại có 3 chân ra (họ 78, 79) điện trở R 1 và R 2 được đấu bên trong IC điện áp ra có trị số cố định. - Với loại có 4 chân, chân số 4 được để ngỏ khi đó có thể điều chỉnh điện áp ra tải ở chân 3 theo công thức:         += 1 2 1 R R UU chr với U ch = U ĐZ1 Để bảo vệ IC người ta thiết kế 2 mạch bảo vệ qua áp và bảo vệ quá dòng. R 3 , R 4 và Q 3 tạo thành một bảo vệ quá dòng nếu dòng tải lớn U R3 lớn Q 3 mở hạn chế dòng vào B Q4 . Khi điện áp vào quá lớn hoặc do chập tải lớn làm điện áp ra quá nhỏ dẫn đến U V – U R > U t (U t là điện áp đánh thủng của D Z ) D Z thông có dòng qua R 5 , R 4 , R 3 làm cho Q 3 mở ngay khi dòng qua R 3 chưa đạt tới giá trị max do đó bảo vệ được Q 5 không quá nhiệt. Điện áp vào U in = U out + 3v là tốt nhất nếu nhỏ hơn điện áp ra không đúng. Nếu điện áp vào lớn thì điện áp ra vẫn ổn áp nhưng công suất chịu đựng của IC rẽ giảm làm cho Ic nóng. - Chọn tụ chú ý điện áp chiu đựng, chọn điôt cần chú ý khả năng chụi đựng dòng của tải và điện áp ngược. ĐỖ DUY H :LÀ ỚP ĐK-KTĐ1 5 LỚP: ĐK -KTĐ1 ĐỒ N KÁ Ỹ THUẬT XUNG SỐ GVHD :TRẦN THANH SƠN Các thông số: Symbol Nom Unit Power suply Vin +5 V Output current I 0 1 A Operating temperature T opr 0 ÷ 125 0 0 C Storage temperature T stg - 65 ÷ +150 0 0 C * Khối dao động: - Đặt vấn đề: mạch dao động đa hài tạo xung vuông có nhiều mạch sử dụng nhiều loại linh kiện khác nhau để lắp ráp, sử dụng nhiều chế độ làm việc khác nhau. Xung vuông được tạo ra được ứng dụng rộng rãi có thể làm xung nhịp xung điều khiển…. - Ta có một số mạch dao động đa hài tạo xung vuông như: mạch dao động đa hài dùng TZT, mạch dao động đa hài dùng IC 741, mạch dao động đa hài dùng IC 555. - Chọn mạch dao động dùng IC 555: chu trình làm việc có thể thay đổi được, khả năng cho dòng ra lớn, có khả năng cung cấp dòng đến 200 mA. Điện thế nguồn nuôi cho phép biến đổi rộng từ 4,5v ÷ 16v, đầu ra tương thích TTL, độ ổn định làm việc cao (biến đổi 0,005% trong mỗi 0 C). - Sơ đồ mạch điện ĐỖ DUY H :LÀ ỚP ĐK-KTĐ1 6 LỚP: ĐK -KTĐ1 ĐỒ N KÁ Ỹ THUẬT XUNG SỐ GVHD :TRẦN THANH SƠN - Tác dụng linh kiện: IC 555 dùng để tạo dao động. R 1 , VR 1 , C 1 : định tần số . C 2 chống nhiễu. - Sơ đồ chân IC 555 - Sơ đồ cấu trúc bên trong IC 555 Chân 8: cấp nguồn 4,5v ÷ 16v Chân 1: mass Chân 2: chân nảy (trigger) Chân 3: output Chân 4: preset khôi phục lại trạng thái ban đầu Chân 5: điều khiển (control) Chân 6: chân thềm Chân 7: chân xả - Các điện trở R tạo thành bộ phân áp sao cho: 3 2 ; 3 B V B V JI ++ == - O 1 , O 2 là 2 opam ĐỖ DUY H :LÀ ỚP ĐK-KTĐ1 7 LỚP: ĐK -KTĐ1 ĐỒ N KÁ Ỹ THUẬT XUNG SỐ GVHD :TRẦN THANH SƠN - A 1 là một chuyển mạch, A 2 khuyếch đại đảo - FF là loại Flip – Flop RS - Nguyên lý làm việc: Khi cấp nguồn cho mạch ta có ngay V C = V pin 6 = V pin 2 < 3 B V I + = nên : S = 1, R = 0, Q = 1, 0=Q (trạng thái 1 của bảng chân lý). ⇔ Out = 1, A 1 khoá, V pin 7 = 1⇔ tụ C nạp điện từ + B ÷ R 1 ÷ VR 1 ⇔ V C tăng lên đến 3 2 3 B V B C ++ << lúc đó S = 0, R = 0 nên các đầu ra Q và Q không thay đổi tức là 0=Q tụ C tiếp tục nạp điện (trạng thái 2). Khi V C tăng bằng 3 2 B + lúc này ta có R = 1, S = 0, 1=Q . Tụ C bắt đầu xả điện từ +C ÷ VR 1 ÷ R CEA1 ÷ mass làm cho V C giảm xuống. Khi 3 2 B V C + < thì ta có S = 0, R = 0 đầu ra không đổi tức là 1=Q tụ C tiếp tục phóng điện cho đến khi 3 B V C + = thì lúc này R vẫn = 0 còn S = 1 làm cho đầu ra 0=Q lúc này đầu ra lên cao còn A 1 khoá lại tụ C bắt đầu nạp để hình thành 1 chu kỳ mới. - Bảng chân lý S R Q 1 0 0 Tụ C bắt đầu nạp 0 0 Q 0 Tụ C nạp 0 1 1 Tụ C xả đầu ra xuống thấp 0 0 Q 0 Tụ C xả ĐỖ DUY H :LÀ ỚP ĐK-KTĐ1 8 LỚP: ĐK -KTĐ1 ĐỒ N KÁ Ỹ THUẬT XUNG SỐ GVHD :TRẦN THANH SƠN * Khối điều khiển chương trình: Chọn IC số họ CMOS 4017 + Đặc điểm của IC số CMOS : CMOS được sử dụng trong kỹ thuật hàng không vũ trụ có đặc tính không phụ thuộc vào lưới điện, miễn nhiễu … ngày nay CMOS được dùng rộng rãi trong điện tử công nghiệp, điện tử Y khoa, kỹ thuật xe hơi và kỹ thuật máy tính điện tử. - CMOS do hãng RCA (Mỹ) sản xuất. • Loạt đầu tiên mang tên CD 4000 (CD 4000A) • Loạt công nghiệp tên CD 4000B có thên tầng đệm ra. • Loạt CD 4500 và CD 4700. - Hãng motorola sản xuất : MC 14000, MC14000B, MC14500 - Loạt 74 HC và 74 HCT loại CMOS tốc độ cao có khả năng thay thế tương đương TTL 74, 74LS. - Đặc tính điện của CMOS gồm các đặc tính giống loại TTL, điện thế cấp điện V ĐD của các loạt rất khác nhau - Loạt CMOS Điện thế V ĐD CD 4000A, B, CD 4500 3v ÷ 15v (max 18v) MC 14000A, B, MC 14500 3v ÷ 15v (max 18v) 74HC 2v ÷ 6v 74HCT 4,5v ÷ 5,5v ĐỖ DUY H :LÀ ỚP ĐK-KTĐ1 9 LỚP: ĐK -KTĐ1 3 2 B + 3 B + V out 3 2 B + Vc ĐỒ N KÁ Ỹ THUẬT XUNG SỐ GVHD :TRẦN THANH SƠN + Điện thế logic ngõ vào V i : Thông số 4000B 74HC 74HCT V iHmin 3,5 3,5 2 V iLmax 1,5 1 0,8 V oHmin 7,95 4,9 4,9 V oLmax 0,05 0,1 0,1 + Điện thế ngõ ra V o . + Dòng điện vào và dòng ra + Công suất tiêu tán nhỏ 2,5 nw + CMOS có tính miễn nhiễu tốt: là khả năng của mạch logic không bị nhầm lẫn logic khi điện thế ngõ vào của mạch có lẫn nhiễu. + Khoảng nhiệt độ làm việc: - 40 0 C ÷ + 85 0 C - 55 0 C ÷ + 125 0 C + Điện dung ngõ ra/ ngõ vào : điện dung ngõ vào của CMOS = 1,5pF ÷ 5pF và điện dung ngõ ra = 3pF ÷ 7,5pF + Thời gian trễ điện áp càng cao thì CMOS hoạt động càng nhanh, thời gian trễ ra tăng với nhiệt độ tải điện dung. - Khảo sát IC 4017 :+ Sơ đồ chân ĐỖ DUY H :LÀ ỚP ĐK-KTĐ1 10 LỚP: ĐK -KTĐ1 [...]... Nhiệt độ hàn cao nhất với bể thiếc/ chì hàn 2400C Sơ đồ chân và chức năng của IC SN 74164 - Sơ đồ cấu trúc - SN 74164 gồm 14 chân ĐỖ DUY HÀ :LỚP ĐK-KTĐ1 18 LỚP: ĐK -KTĐ1 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ GVHD :TRẦN THANH SƠN Chân 14 cấp nguồn Chân 7 nối mass Chân 1, 2 nối 2 chân dữ liệu đầu vào Chân 3, 4, 5, 6, 10, 11, 12, 13 các chân đầu ra Chân 9 xung xoá Chân 8 xung nhịp Bảng chân lý Clear L H H H H inputs Clock... tần số phụ thuộc vào loại mạch chỉnh lưu - Thành phần xoay chiều có tần số ω - hài bậc 1 - Thành phần xoay chiều có tần số 2ω - hài bậc 2 - Để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử làm việc phải lọc bỏ các thành phần hài ĐỖ DUY HÀ :LỚP ĐK-KTĐ1 23 LỚP: ĐK -KTĐ1 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ - GVHD :TRẦN THANH SƠN Để đặc trưng cho chất lượng điện áp (hay dòng điện) sau chỉnh lưu người ta đưa ra hệ số. .. cứ sau một xung nhịp ck mạch lưu giữ trạng thái mới đồng thời dữ liệu được dịch đi một bit (trong khoảng thời gian không có xung ck thì mạch giữ nguyên trạng thái) *Khối hiển thị: Gồm có 16 bóng đèn 220v/100w giao tiếp qua rơle hoặc SCR ĐỖ DUY HÀ :LỚP ĐK-KTĐ1 20 LỚP: ĐK -KTĐ1 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ GVHD :TRẦN THANH SƠN PHẦN II LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN KHỐI NGUỒN I MẠCH CUNG CẤP NGUỒN 1 Khái niệm về mạch...ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ GVHD :TRẦN THANH SƠN + Sơ đồ cấu trúc + Chức năng các chân gồm 16 chân: chân 1, 2, 3, 4,5, 6, 7, 9, 10, 11 là chân đầu ra Chân 8: chân mass Chân 16: cấp nguồn Chân 15: MR thiết lập lại trạng thái ban đầu, tích cực mức cao Chân 14: cấp xung tích cực mức cao Chân 13: CP1 cấp xung tích cực mức thấp + Bảng trạng thái MR H L L L... khuyếch đại so sánh, phần tử điều chỉnh, phần tử bảo vệ quá tải + Sơ đồ ổn áp có điện áp ra cố định dùng IC 7805 IC 7805 cho ra điện áp ổn định 5v có cực tính dương + Uv 7 ÷ 35v 1 C1 0,33µF 7805 2 + Ur +5v 3 C2 0,1µF Tụ C2 = 0,1 µF để cải thiện quá trình quá độ và giữ cho điện trở ra của mạch đủ ĐỖ DUY HÀ :LỚP ĐK-KTĐ1 25 LỚP: ĐK -KTĐ1 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ GVHD :TRẦN THANH SƠN nhỏ ở tần số cao 7805 có... biến áp là c = 1,2(cm) - Chọn tụ lọc: nguồn cung cấp hoạt động ở tần số 50 Hz, tần số nhấp nhô gấp đôi tần số ngõ vào đối với chỉnh lưu hai nửa chu kỳ T= 1 1 = = 0,01( s ) f 2.50 Khi dòng tải là 2,5A và độ nhấp nhô có thể cho phép là 10% = 1,2V pp điện dung tụ được tính: ĐỖ DUY HÀ :LỚP ĐK-KTĐ1 27 LỚP: ĐK -KTĐ1 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ C= GVHD :TRẦN THANH SƠN I t T 2,5.0,01 = = 0,2( F ) V pp 1,2 Chọn... ĐỖ DUY HÀ :LỚP ĐK-KTĐ1 28 LỚP: ĐK -KTĐ1 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ GVHD :TRẦN THANH SƠN PHẦN III SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH SỐ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH Mạch quảng cáo gồm 5 chu trình Nguyên tắc hoạt động của 4017 là tại một thời điểm ở ngõ ra chỉ có một đầu ra ở mức cao còn tất cả các đầu ra khác đều ở mức thấp 4017 là 1 IC đếm thập phân cứ mỗi lần xuất hiện 1 xung đưa tới Cp thì đầu ra lật trạng thái... 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ GVHD :TRẦN THANH SƠN Khi có xung CK thứ 25 thì Q 3II =1 ,Q0II =Q1II =Q2II=0 còn Q3II=1 ,Q0III vẫn giữ nguyên trạng thái =1 , mạch sáng tối xen kẻ & tắt dần từ tráI sang phải *Nguyên lý làm việc của chu trình 2: Mạch sáng dần từ phải sang trái tắt dần từ phải sang trái CK 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12... 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ GVHD :TRẦN THANH SƠN Từ bảng trạng thái ta thấy : Khi có xung CK tác động thì Q0I = Q0II = Q1III = 1 tại ngõ ra L16 =1 Khi có xung CK thứ 2 thì Q 0I = 0 và Q1I =1 ,Q0II và Q1III vẫn giữ nguyên trạng thái ban đầu tạingõ ra L15=1 cho đến khi có xung ck thứ 9 thì lúc này Q 0I lại lặp lại trạng thái ban đầu =1còn... ĐK -KTĐ1 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ GVHD :TRẦN THANH SƠN + Giản đồ thời gian của Ic 74164 Clear Cloc k D Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Bảng trạng thái: Clock K0 có 1 2 3 4 5 6 7 8 D x 1 0 1 0 1 0 1 0 Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 Q1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 Q2 0 0 0 1 0 1 0 1 0 Q3 0 0 0 0 1 0 1 0 1 Q4 0 0 0 0 0 1 0 1 0 Q5 0 0 0 0 0 0 1 0 1 Q6 0 0 0 0 0 0 0 1 0 Q7 0 0 0 0 0 0 0 0 1 Từ bảng chân lý ta thấy cứ sau một xung nhịp . ĐỒ N KÁ Ỹ THUẬT XUNG SỐ GVHD :TRẦN THANH SƠN LỜI NÓI ĐẦU  Cùng với môn học kỹ thuật điện tử môn học kỹ thuật xung số là môn học kỹ thuật cơ sở quan trọng của bộ môn kỹ thuật mạch. 8 LỚP: ĐK -KTĐ1 ĐỒ N KÁ Ỹ THUẬT XUNG SỐ GVHD :TRẦN THANH SƠN * Khối điều khiển chương trình: Chọn IC số họ CMOS 4017 + Đặc điểm của IC số CMOS : CMOS được sử dụng trong kỹ thuật hàng không vũ. làm đồ án sẽ giúp cho mỗi sinh viên sẽ có cái nhìn sâu hơn về môn học kĩ thuật xung số này, và qua đây sẽ giúp cho học sinh – sinh viên đánh giá được khả năng tích luỹ kiến thức về môn này đồng