Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án Nghiên cứu chế tạo mạch đếm sản phẩm
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC Tên đề tài : ”NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM” Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Trung Thành Nhóm Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Hiếu Tiêu Văn Tiến Lớp : ĐTK10.1 Trang 1 NhËn xÐt, ®¸nh gi¸ cña c¸n bé híng dÉn Hưng Yên, Ngày…Tháng Năm 2013 Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Trung Thành Trang 2 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật,kỹ thuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật,quản lý, tự động hóa Với việc sử dụng khoa học kỹ thuật trong cuộc sống đã làm cho chất lượng cuộc sống được nâng cao rõ rệt, đặc biệt trong các xí nghiệp đã làm nâng cao nâng suất lao động. Đó là các mạch điện tử được ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất đã lần lượt ra đời thay cho các công nhân đứng máy. Các mạch điện tử này cho độ chính xác cao và rất dễ sử dụng. Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng. Xuất phát từ những đợt đi thực hành, thăm quan các xí nghiệp sản xuất và các nhà máy, chúng em đã thấy được nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động. Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa chưa được áp dụng trong những khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công. Chúng em là nhhững sinh viên năm thứ 2 của trường ĐH SPKT Hưng Yên. Từ những điều đã được thấy đó và những kiến thức đã được thầy cô dạy bảo, tìm tòi học hỏi trong thực tế chúng em muốn làm một điều gì đó để góp phần giúp người lao động bớt mệt nhọc chân tay mà lại có thể đếm được nhiều sản phẩm, với số lượng lớn tùy theo yêu cầu của người mua, hay người sử dụng nó. Yêu cầu của mạch đếm sản phẩm là chạy một cách chính xác, ổn định,gọn nhẹ,dễ lắp đặt, dễ sử dụng, giá thành rẻ và ít tốn điện năng tiêu thụ.Nên chúng em quyết định thiết kế một mạch đếm sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế đồng thời cũng là một lần chúng em thực tập,vận dụng kiến thức đã được học để thiết kế và chế tạo ra một sản phẩm có thể được đem ứng dụng rộng rãi, đóng góp một phần nhỏ cho xã hội. Dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Trung Thành nhóm sinh viên chúng em thực hiện đề tài:” nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch đếm sản phẩm”. Trong quá trình hoàn thành đề tài này chúng em xin chân thành cảm ơn thầy, cô trong khoa Điện– Điện tử và đặc biệt là thầy Nguyễn Trung Thành đã giúp đỡ chúng em. Do thời gian hoàn thành và kiến thức còn hạn chế nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót và chưa hợp lý, chúng em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và bạn bè để đề tài này được hoàn thiện hơn. Chúng em xin trân thành cảm ơn ! Trang 3 MỤC LỤC 1.1.Tổng quan về mạch 5 1.2. Ý tưởng thực hiện 5 2.1.Các Triger số. 6 2.1.1. Định nghĩa và phân loại 6 RS-FF 8 JK-FF 8 T-FF 8 2.1.2 Các loại triger và điều kiện đồng bộ 8 2.1.3. Đầu vào bất đồng bộ 11 2.1.4. Triger RS 12 2.1.5 Triger RS đồng bộ 13 Hình 2.1: Cấu tạo bên trong IC 74LS90 15 Hình 2.2: Sơ đồ chân IC 74LS90 16 2.3. IC74LS247 17 2.6. Led 7 thanh 22 Hình 2.4: Sơ đồ chân Led 7 thanh 23 2.7. Led thu phát hồng ngoại. 23 2.8. IC7805 23 IC 7805 giúp giảm điện áp từ 6v-12v xuống còn 5v 23 CHƯƠNG 3 27 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM 27 I. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA CÁC KHỐI VÀ TÍNH TOÁN CHỌN LINH KIỆN 27 Cấu trúc sơ đồ khối của mạch 27 IC 7805 giúp giảm điện áp từ 6v-12v xuống còn 5v 28 3.1.2. Khối thu phát tín hiệu 29 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch thu phát 30 3.1.3.Khối đếm và giải mã 32 32 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý mạch đếm và giải mã 32 3.2.2.Nguyên lý hoạt động 36 Trang 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH ỨNG DỤNG VÀ Ý TƯỞNG THỰC HIỆN 1.1. Tổng quan về mạch. Với yêu cầu của đề tài chúng em đã nghiên cứu, tính toán và đưa ra linh kiện cần dùng trong mạch đó là: led thu phát hồng ngoại; 3 bộ mã hoá BCD dùng IC74LS90; 3 bộ giải mã BCD sang mã led 7 thanh dùng IC7447; 3 led 7 thanh có anot chung để hiển thị. IC LM324N, IC logic 74LS14. Với những linh kiện này chúng em đã dược sự chấp nhận của giáo viên hướng dẫn thiết kế và chế tạo thành công mạch “ Mạch đếm số sản phẩm được hiển thị led 7 thanh”. 1.2. Ý tưởng thực hiện. Trang 5 Trong thời đại hiện nay, dưới sự bùng nổ và phát triển của công nghệ. Đặc biệt là ngành công nghệ điện tử kỹ thuật số thì những mạch ứng dụng vào thực tế càng nhiều. Các thiết bị điện tử số dù đơn giản hay là hiện đại đến đâu đi nữa thì đều hướng tới sự tiện lợi cho người sử dụng. Trước những yêu cầu đòi hỏi cấp thiết của cuộc sống. Nhóm đồ án chúng em đã bắt tay vào tìm hiểu và thiết kế “mạch đếm số sản phẩm hiển thị led trên 7 thanh”. Dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Trung Thành và các thầy cô giáo trong khoa đã giúp đỡ chúng em thực hiện ý tưởng này. CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH 2.1.Các Triger số. 2.1.1. Định nghĩa và phân loại. a.Định nghĩa. Triger trong tiếng anh gọi là Flip - Flop viết tắt là FF. Nó là một phần tử nhớ hai trạng thái cân bằng ổn định tương ứng với hai mức logic 0 và 1. Dưới tác dụng của các tín hiệu điều khiển ở lối vào, triger có thể chuyển về một trong hai trạng thái cân bằng, và giữ nguyên trạng thái đó chừng nào chưa có tín hiệu điều khiển làm thay đổi trạng thái của nó. Trạng thái tiếp theo của triger phụ thuộc không những vào tín hiệu lối vào mà còn phụ thuộc vào trạng thái hiện hành của nó. Đang chạy, nếu ngừng các tín hiệu điều khiển ở lối vào vẫn có khả năng giữ trạng thái hiện hành của mình trong thời gian dài, chừng nào mà còn điện nuôi Trang 6 mạch triger không bị ngắt thì thông tin dưới dạng nhị phân lưu giữ trong triger vẫn được duy trì. Như vây, nó được sử dụng như một phần tử nhớ. Triger được cấu thành từ một nhóm các cổng logic, mặc dù các cổng logic tự thân nó không có khả năng lưu trữ, nhưng có thể nối nhiều cổng với nhau theo cách thức cho phép lưu trữ được thông tin. Mỗi sự sắp xếp cổng khác nhau sẽ cho ra các triger khác nhau. Triger có nhiều đầu vào điều khiển và chỉ hai đầu ra luôn luôn ngược nhau là Q và . Sơ đồ khối tổng quát của một triger: Q : Đầu ra thường : Đầu ra đảo. + Khi Q =1, =0 ta nói FF ở trạng thái 1 hay trạng thái cao; trạng thái này còn được gọi là trạng thái Set (Thiết lập). +Khi Q =0, =1 ta nói FF ở trạng thái 0 hay trạng thái thấp; trạng thái nay còn gọi là trạng thái Reset (tái thiết lập) • Các ký hiệu về tính tích cực của tín hiệu: Ký hiệu Tính tích cực của tín hiệu Tích cực là mức thấp “ L” Tích cực là mức cao “H” Tích cực là sườn dương của xung nhịp Tích cực là sườn âm của xung nhịp b. Phân loại. Có nhiều cách phân loại triger : Trang 7 Phân loại theo chức năng làm việc của các đầu vào điều khiển. Hiện nay thường sử dụng loại triger 1 đầu vào (triger D, triger T) và loại hai đầu vào (triger RS, triger JK ) ngoài ra đôi khi còn gặp loại triger nhiều đầu vào. Phân loại theo cách làm việc ta có loại triger đồng bộ và không đồng bộ. Loại đồng bộ lại được chia ra làm hai loại, đó là loại đồng bộ thường và loại đồng bộ chủ tớ. • Sơ đồ khối cho sự phân loại triger như sau: Theo chức năng Theo cách làm việc c. Biểu diễn FF. Để mô tả một FF người ta có thể dùng: + Bảng chân lý + Đồ hình chuyển đổi trạng thái + Phương trình đặc trưng 2.1.2 Các loại triger và điều kiện đồng bộ Trang 8 Flip - Flop D - FF T-FF RS-FF JK-FF AsvnchronousAvnchronous Normal Master-Slave Các triger đều có thể xây dựng từ các mạch tổ hợp có hồi tiếp. Ta biết rằng mạch có hồi tiếp chỉ có thể làm việc tin cậy khi điều kiện sau đây được thoả mãn: Mạch không rơi vào trạng thái dao động dưới tác động của bất kỳ tập hợp tín hiệu điều khiển nào. Điều này có nghĩa là, ứng với mỗi tập hợp tín hiệu vào bất kỳ phải tồn tại ít nhất một trạng thái ổn định. Trạng thái ổn định là trạng thái thoả mãn điều kiện Q n+1 =Q n (Q n : trạng thái lối ra ở thời điểm n, Q n+1 : Trạng thái lối ra ở thời điểm n+1 ) Theo chức năng có 4 loai FF cơ bản : D, T, RS, JK. Bảng chân lýcủa các FF như sau Trang 9 =>Từ bảng chân lý trên ta rút ra nhận xét : Các D-FF và RS-FF có thể làm việc ở chế độ không đồng bộ vì mỗi tập hợp tín hiệu vào điều khiển D-FF, RS-FF luôn luôn tồn tại ít nhất một trong các trạng Trang 10 T Q n Q n=1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 J K Q n Q n+1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 R S Q n Q n+1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 x x [...]... 9 sản phẩm đầu tiên và trở về 0 thì IC đếm hàng trăm nhảy lên 1 Sản phẩm đi qua tiếp tục tạo xung,bộ đếm tiếp tục đếm khi IC đếm hàng đơn vị Trang 32 đếm đến 9 và trở về 0 lần thứ hai thì IC đếm hàng chục sẽ đếm đến 2,và IC đếm hàng chục đếm đến 9 và trở về 0 lần thứ 2 thì IC đếm hàng trăm sẽ đếm đến 2 Sau khi đếm được 999 sản phẩm, theo yêu cầu của mạch cần thiết kế là sau khi đếm được 999 sản phẩm. .. 74LS90 đếm hàng đơn vị.cứ mỗi xung vào thì IC đếm hàng đơn vị sẽ đếm tăng lên Khi IC đếm hàng đơn vị đếm đến 9(QD=1) thì nó sẽ tự động trở về 0,đồng thời đầu ra QD lại được nối vào chân 14 của IC đếm hàng chục nên khi IC đếm hàng đơn vị đếm được 9 sản phẩm đầu tiên và trở về 0 thì IC đếm hàng chục nhảy lên 1,cũng như vậy QD lại được nối vào chân 14 của IC đếm hàng trăm nên khi IC đếm hàng chục đếm được... CỦA MẠCH ĐẾM 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý Trang 35 Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý 3.2.2.Nguyên lý hoạt động Khi chưa có sản phẩm đi qua, tức là tín hiệu hồng ngoại không bị chắn => led hiển thị số 0 Khi có tín hiệu , xung được đưa vào chân 14 của IC 74LS90 đếm hàng đơn vị Cứ 1 sản phẩm đi qua sẽ có 1 xung được đưa vào bộ đếm Khi IC 74LS90 hàng đơn vị đếm hết đến 9(QD=1) thì IC 74LS90 đếm hàng chục bắt đầu đếm, ... sau: Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp, Ví dụ có một bóng đèn 8V, nhưng ta chỉ có nguồn 12V, ta có thể đấu nối tiếp bóng đèn với điện trở để sụt áp bớt 4V trên điện trở CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM I SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA CÁC KHỐI VÀ TÍNH TOÁN CHỌN LINH KIỆN • Cấu trúc sơ đồ khối của mạch Cảm biến Bộ mã hóa Bộ giải mã Bộ hiểthị Bộ nguồn Trang 27 Hình 3.1: Sơ đồ khối của mạch 3.1... IC74LS90 IC 7490 là IC đếm bất đồng bộ cơ bản và thông dụng Để được tiện lợi , mỗi mạch đếm được chia làm 2 phần : phần đầu là một FF với ngõ xung vào là A để chia đôi tần số ( mạch đếm 1 bit) , tần tiếp theo là 3 bộ FF với ngõ xung vào là B để thực hiện việc chia 5 tần số Muốn thực hiện mạch đếm đầy đủ ta áp can đếm ở ngõ ra và nối (ngoài IC) ngõ ra QA đến ngõ vào B , lúc này số đếm nhị phân là QDQCQBQA(0001)... và xuông mass -Khi có sản phẩm đi ngang qua sẽ ngăn cản đường tín hiệu hồng ngoại từ led phát đến led thu,lúc này led thu không nhận được tín hiệu hồng ngoại sẽ không dẫn điện xuống mass Trang 31 3.1.3.Khối đếm và giải mã Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý mạch đếm và giải mã * Lựa chọn linh kiên: - IC 74LS90 là IC đếm mã nhị phân chia 10 mã hóa ra BCD Xung được lấy từ khối tạo tín hiệu ,tạo xung sẽ được đưa... sẽ đếm đến 2 Sau khi đếm được 999 sản phẩm, theo yêu cầu của mạch cần thiết kế là sau khi đếm được 999 sản phẩm thì bộ đếm lại đếm lại từ đầu Để đáp ứng yêu cầu trên,chúng ta ứng dụng trạng thái các đầu ra của IC đếm để thiết kế phần mạch đưa bộ đếm về 0 và bắt đầu đếm lại khi có sản phẩm đi qua - IC 74LS247: Nó nhận tín hiệu từ ngõ vào QA, QB, QC, QD của IC 74LS90 để giải mã ra led 7 thanh Chọn loại... TTL và có độ rộng xung ít nhất là vài nano giây Mỗi mạch đếm có 2 ngõ Reset (đặt lại) gọi R01 và R02 Vì 2 ngõ này đựơc nối AND với nhau nên để xoá mạch đếm (QA = QB =QC =QD =0) cả 2 ngõ Reset được đưa lên cao và để mạch đếm có thể đếm lên phải đưa ít nhất 1 ngõ Reset xuống thấp Thường 2 ngõ này được nối chung với nhau và giữ ở mức thấp , khi muốn xoá mạch ta phải đưa 2 ngõ này lên cao trong chốc lát... xác định.Ở mạch đếm sản phẩm ta chỉnh sao cho tín hiệu hồng ngoại phát ra từ led phát đi thẳng trực tiếp đến led thu tín hiệu của mạch thu hồng ngoại -Led thu hồng ngoại sẽ cho dòng điện đi qua nó nhận được tín hiệu hồng ngoại từ led phát,vì vậy ta phải chỉnh sao cho led thu hướng về tín hiệu từ led phát -Điện trở R=220 ohm có chức năng hạn dòng chạy qua led thu.Bình thường khi không có sản phẩm đi qua... lát (ít nhất là vài chục Trang 14 nano=giây) rồi đưa xuống thấp để cho phép mạch đếm lên 2 ngõ này là 2 ngõ bất đồng bộ vì tác động độc lập với đồng hồ (xung vào) Hai thông số quan trọng để thiết kế mạch đếm này là: Bảng chân lý mã hóa ra BCD và điều kiện để Reset (Trở về trạng thái ban đầu) a Cấu tạo bên trong Hình 2.1: Cấu tạo bên trong IC 74LS90 b Sơ đồ chân Trang 15 Hình 2.2: Sơ đồ chân IC 74LS90