Đang tải... (xem toàn văn)
Nội dung: Thiết kế mạch đồng hồ số gồm: hai nút Start và Stop để khởi động và dừng hệ thống, 6 Led 7 thanh để hiển thị Giờ, Phút, Giây ( hh:mm:ss), một nút chọn chế đọ Mode, 3 nút để chỉnh giờ, phút, giây. Hoạt động: Khi nhấn nút Start đồng hồ hoạt động ở chế độ 24h. Nếu nhấn Mode đồng hồ chuyển sang chế độ 12h. Đang ở chế độ 12h, nếu ấn Mode thì chuyển sang chế độ 24h và ngược lại. Điều chỉnh thời gian bằng 3 nút H, M,S. Khi ấn Stop, hệ thống dừng hoạt động. Phần thuyết minh: Chương 1: Trình bày về các mạch chức năng sử dụng trong hệ thống 1.1. Phân tích các yêu cầu công nghệ 1.2. Các linh kiện cần dùng trong bài Chương 2: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông. 2.1. Sơ đồ khối bố trí các linh kiện trong bài 2.2. Liệt kê các linh kiện sử dụng trong bản thiết kế 2.3. Trình bày sơ đồ chân,bảng chân lý.....
Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN KỸ THUẬT SỐ TÊN ĐỀ TÀI: Số 4: Thiết kế mạch đồng hồ số Page 1 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện PHIẾU GIAO BÀI TẬP LỚN MÔN KỸ THUẬT SỐ Số 4: Thiết kế mạch đồng hồ số. Nội dung: Thiết kế mạch đồng hồ số gồm: hai nút Start và Stop để khởi động và dừng hệ thống, 6 Led 7 thanh để hiển thị Giờ, Phút, Giây ( hh:mm:ss), một nút chọn chế đọ Mode, 3 nút để chỉnh giờ, phút, giây. Hoạt động: Khi nhấn nút Start đồng hồ hoạt động ở chế độ 24h. Nếu nhấn Mode đồng hồ chuyển sang chế độ 12h. Đang ở chế độ 12h, nếu ấn Mode thì chuyển sang chế độ 24h và ngược lại. Điều chỉnh thời gian bằng 3 nút H, M,S. Khi ấn Stop, hệ thống dừng hoạt động. Phần thuyết minh: Chương 1: Trình bày về các mạch chức năng sử dụng trong hệ thống 1.1. Phân tích các yêu cầu công nghệ 1.2. Các linh kiện cần dùng trong bài Chương 2: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông. 2.1. Sơ đồ khối bố trí các linh kiện trong bài 2.2. Liệt kê các linh kiện sử dụng trong bản thiết kế 2.3. Trình bày sơ đồ chân,bảng chân lý và ứng dụng các vi mạch sử dụng 2.4. Sơ đồ nguyên lý mạch 2.5. Thuyết minh nguyên lý hoạt động của mạch 2.6. Xây dựng mạch mô phỏng trên phần mề proteus và chạy thử Chương 3: Kết luận 3.1. Các kết quả đạt được 3.2. Các hạn chế tồn tại của bản thiết kế và phương hương khắc phục Page 2 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Chú ý: Trước khi bảo vệ đồ án sinh viên phải nộp: - File mềm gồm file trình bày đồ án và file mô phỏng - Quyển in khổ A4 Có phiếu giao đề tài và danh sách nhóm. BỘ MÔN ĐL&ĐK GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nguyễn Bá Khá Nguyễn Vũ Linh Page 3 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay các hệ thống điện tử rất đa dạng và đang dần thay thế các công việc hàng ngày của con người từ những công việc đơn giản đến phức tạp như điều khiển tín hiệu đèn giao thông, đo tốc độ động cơ hay các đồng hồ số. Các hệ thống này có thể thiết kế theo hệ thống tương tự hoặc hệ thống số. Tuy nhiên trong các hệ thống điện tử thông minh hiện nay người ta thường sử dụng hệ thống số hơn là các hệ thống tương tự bởi một số các ưu điểm vượt trội mà hệ thống số mang lại đó là: độ tin cậy cao, giá thành thấp, dễ dàng thiết kế, lắp đặt và vận hành… Để làm được điều đó, chúng ta phải có kiến thức về môn kỹ thuật số, hiểu được cấu trúc và chức năng của một số IC số, mạch giải mã, các cổng logic và một số kiến thức về các linh kiện điện tử. Sau một thời gian học tập và tìm hiểu các tài liệu về môn kỹ thuật số, với sự giảng dạy, hướng dẫn nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn cô giáo Nguyễn Thị Hà, em đã hoàn thành xong đề tài:”Thiết kế mạch điều khiển đèn giao thông” . Do kiến thức và trình độ năng lực hạn hẹp nên việc thực hiện đề tài này không thể tránh được thiếu sót, kính mong nhận được sự thông cảm và góp ý của cô giáo. Em xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện: Page 4 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Chương 1: CÁC MẠCH CHỨC NĂNG SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG 1.1 Phân tích yêu cầu công nghệ Mạch đèn giao thông bao gồm 2 cột đèn .Ban đầu cột đèn thứ nhất ở đèn xanh ,cột thứ 2 để đèn đỏ.Đặt thời gian là 15 s với cột thứ nhất và 20s với cột thứ 2 .Sau 15s cột đèn thứ nhất chuyển sang đèn vàng ,sau 20s cột đèn thứ 2 chuyển sang đèn đỏ.Trong khoảng thời gian 5s 2 cột đèn cách nhau thì cột đèn thứ nhất ở trạng thái đèn vàng.Hết 5s 2 cột đèn lại quay trở lại trạng thái ban đầu và hoạt động lặp lại theo chu kỳ. 1.2 Các mạch và chức năng của từng mạch 1.2.1.Mạch logic tổ hợp a. Đặc điểm cơ bản và phương pháp thiết kế của mạch - Đặc điểm: mạch tổ hợp là mạch mà trị số ổn định của tín hiệu đầu ra ở thời điểm bất kì chỉ phụ thuộc vào tổ hợp các giá trị tín hiệu đầu vào ở thời điểm đó. - Phương pháp thiết kế: + Phân tích yêu cầu + Kê bảng chân lí +Tiến hành tối thiểu hóa + Vẽ sơ đồ logic b. Bộ mã hóa Mã hóa là dung văn tự, kí hiệu hay mã để biểu thị một đối tượng xác định. Bộ mã hóa là mạch điện thực hiện thao tác mã hóa. Các bộ mã hóa: - Bộ mã hóa nhị phân Là mạch điện dung n bit để mã hóa N=2 n tín hiệụ - Bộ mã hóa nhị - thập phân Là mạch điện chuyển mã hệ thập phân bao gồm 10 chữ số 0,1,2… 9 thành mã hệ nhị phân. Đầu vào là 10 chữ số, đầu ra là nhóm mã số nhị phân,. - Bộ mã hóa ưu tiên Page 5 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Bộ mã hóa ưu tiên có thể có nhiều tín hiệu đồng thời đưa đến, nhưng mạch chỉ tiến hành mã hóa tín hiệu đầu vào nào có cấp ưu tiên cao nhất ở thời điểm xét. c. Bộ giải mã Giải mã là quá trình phiên dịch hàm ý đã gán cho từ mã Bộ giải mã là mạch điện thực hiện giải mã từ mã thành tín hiệu đầu ra, biểu thị tin tức vốn có. - Bộ giải mã nhị phân Thực hiện phiên dịch các từ mã nhị phân thành tín hiệu đầu ra Nếu từ mã đầu vào có n bit thì sẽ có 2 n tín hiệu đầu ra tương ứng với mỗi từ mã. - Bộ giải mã (BCD)- thập phân Là bộ giải mã thực hiện chuyển đổi từ mã BCD thành 10 tín hiệu đầu ra tương ứng 10 chữ số của hệ thập phân. - Bộ giải mã của hiển thị kí tự Hai loại hiển thị số: + linh kiện hiển thị bán dẫn + đèn hiển thị số 7 thanh chân không Bộ giải mã hiển thị d. Bộ so sánh - Bộ so sánh bằng nhau: Bộ so sánh bằng nhau 1 bit Bộ so sánh bằng nhau 4 bit - Bộ so sánh e. Bộ cộng - Bộ cộng nửa Là mạch điện thực hiện phép cộng nửa, tức là phép cộng hai số 1 bit. - Bộ cộng đủ - Bộ cộng có nhớ nối tiếp f. Bộ chọn kênh g. Rom - Bộ nhớ cố định chỉ đọc(ROM) - Bộ nhớ chỉ đọc có thể ghi trình tự (PROM) - Bộ nhớ chỉ đọc có thể viết lại 1.2.2 Mạch dãy 1. Đại cương về mạch dãy a. Đặc điểm Page 6 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện - Một mạch điện được gọi là mạch dãy nếu trạng thái đầu ra ổn định ở thời điểm xét bất kì không vhir phụ thuộc vào trạng thái đầu vào thời điểm đó mà còn phụ thuộc vào cả trạng thái bản thân mạch điện ở thời điểm trước. b. Phương pháp phân tích chức năng logic mạch dãy. - Viết phương trình - Tìm phương trình trạng thái - Tính toán - Vẽ bảng trạng thái 2. Bộ đếm - Bộ đếm đồng bộ: + bộ đếm nhị phân đồng bộ: cấu trúc bằng Flip Flop T + bộ đếm thập phân đồng bộ + bộ đếm N phân đồng bộ - Bộ đếm dị bộ: + bộ đếm nhị phân dị bộ +bộ đếm thập phân dị bộ - Bộ đếm IC cỡ trung 3. Bộ nhớ - Bộ nhớ cơ bản: là mạch điện có chức năng tiếp nhận tín hiệu nhị phân mã hóa và xóa tín hiệu đã nhớ trước - Bộ ghi dịch 4. Bộ tạo xung tuần tự 5. Bộ nhớ RAM và dụng cụ ghép điện tích CCD 1.2.3.Mạch dao động 1. Bộ phát xung - Bộ dao động đa hài cơ bản cổng NAND TTL - Bộ dao động đa hài vòng RC - Bộ dao đọng đa hài thạch anh - Bộ dao động đa hài CMOS 2. Trigơ smit - Trigo smit có thể biến đổi dạng xung, biến đổi vô cùng châm chạp ở đầu vào thành dạng xung vuông thỏa mãn yêu cầu mạch số ở đầu ra. - Có ứng dụng rộng trong các mạch phát xung và tạo dạng xung. 3. Mạch đa hài đợi - Mạch đa hài đợi CMOS - Đa hài đợi họ TTL 4. IC định thời họ CMOS 1.3.Các linh kiện cần dùng trong bài IC 555 Page 7 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện 4017 74LS190 74LS247 Chương 2:Thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông I.Sơ đồ nguyên lý mạch: 1/Sơ đồ khối Mạch gồm có 5 khối: - Bộ tạo xung - Bộ đếm - Bộ giải mã hiển thị - Bộ hiển thị Page 8 Bộ tạo xung Bộ đếm Bộ giải mã hiển thị Bộ hiển thị Bộ nguồn Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện - Bộ nguồn 2/ Chức năng các khối 2.1/ Bộ nguồn: Bộ nguồn cung cấp cho toàn bộ mạch ở đây ta dùng nguồn một chiều khoảng 5V cung cấp cho bộ tạo xung IC555 và bộ đếm IC 74190 . 2.2 / Bộ tạo xung: Dùng IC 555 để tạo ra xung nhịp. Cấu tạo IC 555 *Sơ đồ tạo xung nhịp: Page 9 U 1 N E 5 5 5 3 4 8 1 5 2 6 7 O U T R S T V C C G N D C V T R G T H R D S C H G Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện *Chu kỳ tạo xung: Thông thường trong mạch dao động ta có công thức tính thời gian ngưng dẫn của transistor là : T = RCln2 =0.693 RC . Thời gian ngưng dẫn ở mức áp cao cũng là lúc tụ C2 nạp d.ng qua R1+R2 Tn = 0.693*(R1+R2)*C2 Thời gian ngưng dẫn ở mức áp thấp cũng là lúc tụ C2 xả d.ng qua R2 Tx = 0.693*R2*C2 Như vậy chu kỳ của tín hiệu sẽ là : T = Tn+Tx T = 0.693*(R1+2*R2)*C2 . Vi mạch định thì LM 555 là mạch tích hợp Analog- digital. Do có ngõ vào là tín hiệu tương tự và ngõ ra là tín hiệu số. Vi mạch định thì LM555 được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế, đặc biệt trong lĩnh vực điều khiển, vì nếu kết hợp với các linh kiện R, C thì nó có thể thực hiện nhiều chức năng như: định thì, tạo xung chuẩn, tạo tín hiệu kích, hay điều khiển các linh kiện bán dẫn công suất như Transistor, SCR, Triac… *Sơ đồ chân LM555 Page 10 [...]... học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện xung vuông vào mạch đếm xung và qua bộ giải mã sau đó là hiển thị trên bộ hiển thị là đèn led 7 thanh và led màu Chương 3.Kết Luận 3.1: Các kết quả đạt được - Điều khiển được đèn giao thông, hoạt động ổn định - Biết được cấu tạo, đặc điểm và nguyên lí hoạt động của 1 số vi mạch điện tử - Sơ đồ nguyên lí của mạch đồng hồ số - Học hỏi thêm nhiều kiến thức, có khả năng... 1 ; y2 y1 J1 = y2 ; Z2=y1 ; K1= 1 ; Z3=y2 * Sơ đồ thiết kế bộ xung kích trạng thái hiển thị đèn giao thông: * Sơ đồ nguyên lý bộ đêm thập phân ngược đồng bộ: Page 24 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện II Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch dùng IC số điều khiển đèn giao thông ở ngã tư: III.Thuyết minh nguyên lý hoạt động của mạch -Đầu tiên mạch sẽ được nuôi bằng một nguồn xung vuông.Ta sử... Nghiệp Hà Nội Khoa Điện : 2.4/Bộ giải mã: 2.5/Bộ hiển thị: Bộ hiển thị là thiết bị thể hiện số đếm, và thiết bị hiển thị bộ đèn giao thông Hiển thị số đèn giao thông Sơ đồ thế hiện số đếm *Sơ Lược Về Các Linh Kiện Chính Trong Mạch a) Máy biến áp Page 13 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Máy biến thế hay máy biến áp là thiết bị điện gồm hai hoặc nhiều cuộn dây, hay 1 cuộn dây có đầu vào và đầu... trạng thái ngõ ra Khi chân số 4 cho nối mass thì chân số 3 chốt ở mức áp thấp , chỉ khi chân số 4 đặt ở mức áp cao thì ngõ ra chân 3 mới được tự do và mới có thể lúc cao lúc thấp Chân số 5:(Control Voltage) Chân điều khiển ,chân này làm thay đổi các mức điện áp chuẩn trên trên cầu chia volt Chân số 6: (Threshold) Ngõ vào của một tầng so với áp 1.Có mức áp chuẩn bằng 2/3 Vcc Chân số 7: (Dirchange) Chân... N D lm 7 8 1 2 VO U T 2 +12v 3 L 7 8 5 2 /TO 3 Trong mạch điện tử thì khối nguồn là quan trọng nhất, nó quyết định sự hoạt động hay không của cả mạch một bộ nguồn tốt sẽ làm cho mạch hoạt động ổn định và đảm bảo sự bền vững lâu dài cho các linh kiện có trong mạch Chức năng chính của khối nguồn là biến đổi dòng điện AC thàn dòng điện DC để nuôi mạch hoạt động.Có thể dùng nhiều loại IC nhưng thông... Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện *Sơ Đồ Nguyên Lý Mạch Nguồn Và Mạch Tạo Xung: Nguồn Ac hoặc Dc 15V đuợc lấy từ con 3 (máy biến áp) dẫn qua cầu diode nén điện dẫn qua tụ lọc gợn sóng qua IC ổn áp 78xx qua tụ chống nhiễu 104 qua IC 741 tạo xung vuông đơn cực -Sơ Đồ Nguyên Lý Mạch Nguồn: XUNG C Nguồn và xung được lấy từ mạch nguồn và mạch xung, xung được cung cấp cho IC 74190 đếm Page 21 Trường... của bản thiết kế và phương hướng khắc phục - Không được sử dụng trực tiếp các linh kiện điện tử, chỉ được tham khảo qua Internet, sách tham khảo và các tài liệu có liên quan,… nên bài làm còn nhiều thiếu sót và sai sót,… - Cồng kềnh không thuận lợi cho sử dụng Dễ bị hư hỏng khi có sự va chạm hoặc điện áp không ổn định Các IC dễ bị hư hỏng khi thi công không có nhiều chức năng như các đồng hồ khác Nên... Xanh Để đèn sáng nhanh hay chậm ta chỉnh chu kì xung ở mạch tạo xung Mạch này có hai trụ riêng biệt,để 4 trụ ta gắn các led song song với nhau -Sơ Đồ Nguyên Lý Mạch Tạo Xung: Mạch dùng IC 555 được lắp theo sơ đồ nguyên lý như hình vẽ *Thiết kế bộ hiển thị đèn giao thông: Nguyên lý: các trạng thái chuyển tiếp theo thứ tự lặp tuần hoàn • • Đ X V Bảng trạng thái tổng quát: Đ V X t)s) t)s+1) 1Z 2Z 3Z 0s... chiều Công thức tính điện dung của tụ: C = ε.S/d ε là hằng số điện môi S là điện tích bề mặt tụ m2 d là bề giày chất điện môi Tụ điện phẳng gồm hai bàn phẳng kim loại diện tích đặt song song và cách nhau một khoảng d ÷ Cường độ điện trường bên trong tụ có trị số E= ε0 = 8.86.10-12 δ ε 0ε C2/ N.m2 là hằng số điện môi của chân không ε là hằng số điện môi tương đối của môi trường; đối với chân không giấy... Chân số 1 : (GND) Cho nối mass để lấy dòng cấp cho IC , dòng điện từ mas chảy vào IC Chân sô 2: (Trigger Input ) Ngõ vào của một tầng, ở đây mức áp chuẩn bằng 1/3 Vcc, lấy cầu phân áp tạo bởi ba điện trở 5K.Khi mức áp chân 2 xuống đến mức (1/3)Vcc thì chân 3 sẽ chuyển lên mức cao, lúc này khóa điện tử trên chân số 7sẽ hở Chân số 3: (Output) Ngõ ra tín hiệu ở dạng xung (mức áp không thấp thì cao) Chân số . RCln2 =0.693 RC . Thời gian ngưng dẫn ở mức áp cao cũng là lúc tụ C2 nạp d.ng qua R1+R2 Tn = 0.693*(R1+R2)*C2 Thời gian ngưng dẫn ở mức áp thấp cũng là lúc tụ C2 xả d.ng qua R2 Tx = 0.693*R2*C2 Như. học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện 2 2 0 0 u F / 2 5 v + 1 2 v l m 7 8 1 2 L 7 8 5 2 / T O 3 1 3 2 V I N G N D V O U T D 1 L 7 8 0 5 1 3 2 V I N G N D V O U T D 2D 4 A C D 3 A C + 5 v Trong mạch. thị số 7 thanh chân không Bộ giải mã hiển thị d. Bộ so sánh - Bộ so sánh bằng nhau: Bộ so sánh bằng nhau 1 bit Bộ so sánh bằng nhau 4 bit - Bộ so sánh e. Bộ cộng - Bộ cộng nửa Là mạch điện thực