thiết kế và thi công mạch đồng hồ số có báo giờ

33 529 0
thiết kế và thi công mạch đồng hồ số có báo giờ

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

thiết kế và thi công mạch đồng hồ số có báo giờ dùng ic số 7490 cho đồ án môn học 1. Phần lý thuyết và thi công chính xác, đã qua môn được còn bạn thì sao jjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjj,chjhlasfasdsadasfasfasmfnasfsakjfalskdnlsakdjlaskdalkdnalkd

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển tiến khoa học kỹ thuật điện tử đặc biệt kỷ thuật số, mạch số ứng dụng nhiều đời sống xã hội như: mạch đồng hồ số, đếm sản phẩm, hiển thị nhiệt độ… Trong trường học, xi nghiệp đồng hồ số dùng xem báo Mục đích đồ án thiết kế đồng hồ số có báo sau Đồ án gồm phần: giới thiệu nội dung Vì thời gian kiến thức có hạn, với việc thiếu kinh nghiệm nên không tránh khỏi thiếu sót, mong góp ý đánh giá thầy SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ LỜI CÁM ƠN Sau khoảng thời gian thực đề tài, ngày hôm đồ án em hoàn thành Ngoài cố gắng thân, em nhận nhiều giúp đỡ từ bạn bè, thầy cô môn khoa Điện, đặc biệt tận tình thầy Nguyễn Trường Duy Thầy giúp em vạch hướng hướng dẫn cụ thể yêu cầu đề tài, đồng thời truyền đạt nhiều kinh nghiệm thầy cho em để em hoàn thành tập lớn Do kiến thức hạn hẹp nên trình thực đồ án em không tránh khỏi sai sót, mong quý thầy cô hội đồng khảo thi bỏ qua hướng dẫn em chỉnh sửa sai sót để em hoàn chỉnh đồ án SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ LỜI CAM ĐOAN Đề tài tự thực dựa vào số tài liệu không chép nguyên từ tài liệu hay công trình có trước Nếu có chép hoàn toàn chịu trách nhiệm SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN MỤC LỤC SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ PHẦN 1: GIỚI THIỆU Đặt vấn đề Cùng với phát triển khoa học công nghệ, thiết bị điện tử ngày ứng dụng rộng rãi mang lại hiệu lĩnh vực sống Việc xử lý tín hiệu điện tử đại dựa sở tín hiệu số, thiết bị số có có ưu điểm hẳn thiết bị tương tự Việc phát triển mạnh mẽ công nghệ điện tử cho đời nhiều vi mạch số kích cỡ đa dạng với giá thành thấp, khả lập trình cao mang lại nhiều thay đổi ngành điện tử Với phát triển đó, mạch số ngày nhiều người ngành kỹ thuật ưu chuộng lợi ích tính ứng dụng cao Do vậy, việc hiểu biết kỹ thuật số quan trọng việc tạo mạch số giúp ích chuyên ngành điện tử Mục tiêu Tìm hiểu cách tạo đồng hồ số dùng IC số SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ Khảo sát ứng dụng IC đếm, giải mã, mạch tạo trễ… dùng mạch đồng hồ số Khảo sát đếm, báo bên đồng hồ Thiết kế mạch đồng hồ số có báo Lắp mạch thực tế, điều chỉnh lỗi thi công mạch hoàn chỉnh Các phương án thực Phương án 1: Sự dụng IC số Để tạo đếm ta dùng IC đếm IC giải mã led đoạn để hiển thị Để tạo mạch báo ta dùng chuông 5V mạch tạo trễ kết hợp mạch đếm để tạo tiếng chuông Phương án 2: Dùng vi điều khiển Để tạo đếm, báo ta dùng phần mềm PIC C viết code nạp vào cho vi điều khiển, kết hợp led doạn chuông để tạo nên mạch đồng hồ số báo Lựa chọn phương án Với tính đặc thù đề tài “Thiết kế thi công mạch đồng hồ số có báo giờ”, em chọn phương án dùng IC số Vì: • • Thứ nhất, yêu cầu môn học Thứ hai, để làm quen với việc dùng IC số chế tạo mạch đơn giản Giới hạn đề tài Trong phạm vi này, em thiết kế thi công mạch đồng hồ số thêm chức báo đơn giản không thực chức phức tạp Các sản phẩm liên quan Về đề tài có sản phẩm liên quan như: • Đồng hồ SKMEI Đây sản phẩm dùng rộng rãi thị trường Trung Quốc sản xuất, với nhiều ưu điểm như: nhỏ gọn, chỉnh giờ, phút giây; báo giờ, báo thức, chỉnh ngày tháng, giá thành rẻ Tuy SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ nhiên, với giá thành rẻ nên sản phẩm có tuổi thọ không cao, dễ hư hỏng, không chống thấm nước • Apple Watch Đây sản phẩm sản xuất gần với nhiều tính vượt trội, chức năng: báo thức, báo giờ, chỉnh giờ, ngày tháng; sản phẩm có chức theo dõi thức khoẻ, dùng liên lạc điện thoại, kết nối wifi… Tuy nhiên, sản phẩm có dung lượng pin thấp so với đồng hồ thông thường, sản phẩm dùng tối đa ngày; giá thành sản phẩm cao, cao nhiều so với sản phẩm khác; khó khăn việc bảo hành, sửa chữa PHẦN 2: NỘI DUNG Chương Lý thuyết liên quan 1.1 Led đoạn Led đoạn có chức hiển thị số thập phân cho biết kết sau xử lý, mạch đếm sản phẩm cho biết kết đếm số lượng sản phẩm Có loại led đoạn anode chung cathode chung Led đoạn có kí hiệu, sơ đồ chân hình sau: SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ Hình 1.1 Kí hiệu, sơ đồ chân led đoạn Led đoạn có cấu tạo led đơn xếp theo vị trí để sáng tắt tạo thành số thập phân từ đến Dòng cho đoạn từ 10 đếm 20 mA điện áp cho led nhỏ 2V Ở em chọn led loại anode chung 1.2 IC 74LS247 Do chọn led anode chung nên phần chọn IC giải mã anode chung vi mạch 74LS247 IC 74LS247 có chức giải mã số BCD sang mã đoạn để điều khiển led đoạn sáng số thập phân, điều khiển led đoạn loại anode chung IC có sơ đồ chân hình 1.2 SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ Hình 1.2 Sơ đồ chân IC giải mã số BCD sang đoạn 74LS247 Chức số chân quan trọng IC: IC có ngõ vào “DCBA” để nhận số BCD cần giải mã • IC có ngõ “f, g, e, d, c, b, a” dùng điều khiển led anode chung • IC có tín hiệu điều khiển kiểm tra đèn “LAMP TEST - LT”, tín hiệu xóa số không vô nghĩa vào (RB) (RBO) • Bảng 1.2 Bảng trạng thái hoạt động IC74LS247 • SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ Giải thích hoạt động IC giải mã 74LS247: Trạng thái giải mã: từ trạng thái số đến trạng thái thứ 15 hoạt động giải mã bình thường cho 16 trạng thái 16 trạng thái gồm có 10 trạng thái từ đến – gọi giải mã số BCD, 10 trạng thái led hiển thị số thập phân từ đến • trạng thái lại từ 10 đến 15 (từ 1010B đến 1111B) led giải mã không theo số hex  Trạng thái LT: tín hiệu mức ‘0’ RBO mức ‘1’ led • sáng số  Trạng thái BI: tín hiệu mức ‘0’ led tắt  Trạng thái RBI: tín hiệu mức ‘0’, ngõ vào số BCD “0000”, LT mức ‘1’ led tắt – có chức xóa số vô nghĩa 1.3 IC 74LS90 IC 74LS90 thuộc họ TTL có chức đếm mã nhị phân mod 10 mã hoá BCD Cứ xung vào đếm lên tự động reset đếm đến 10 IC có sơ đồ chân hình 1.3 10 SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ Ta chọn tụ C1 = 22pF, C2 = 100pF, R49 = 220k, R48 = 10M theo datasheet nhà sản xuất để ổn định tần số thạch anh 2.2.5 Khối giải mã báo 2.2.5.1 Sơ đồ 2.2.5.2 Nguyên tắc hoạt động Các chân vào cổng AND nối với chân IC đếm phút, giây để IC đếm 59 phút 59 giây nhấn nút tăng tạo xung lên vào cổng NOR ngõ cổng NOR tạo xung xuống kích cho mạch đơn ổn tạo thời gian trễ hoạt động Theo nguyên tắc hoạt động mạch đơn ổn tạo thời gian trễ kích xung tích cực mức thấp khoảng thời gian ngắn ngõ mạch cho xung tích cực mức cao khoảng thời gian dài theo tính toán để trì tích cực mức cao cho transitor dẫn làm chuông kêu lâu 2.2.6 Khối báo Khối báo có gồm mạch tạo thời gian trễ, transistor NPN chuông 5V Mạch tạo trễ có chức làm tăng thời gian tích cực mức cao ngõ khối 19 SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ giải mã báo giúp transistor tăng thời gian dẫn Transistor có chức tạo trạng thái ngắt, dẫn làm chuông kêu hay ngừng kêu 2.2.6.1 Sơ đồ 2.2.6.2 Tính toán • Tính toán điện trở phân cực: Để trasistor NPN C1815 hoạt động bình thường áp rơi V BE (SAT) = 0,7 V, dòng IC = IChuông = 10 mA, βSAT = 10 áp ngõ IC555 từ – 3,3V IB = = mA Điện trở phân cực: R = = 2.3 kΩ Ta chọn R = 2.2 kΩ 20 SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ • Tính toán điện trở cho mạch tạo trễ Để mạch delay thời gian ta mong muốn, ta chọn khoảng thời gian delay giây Thời gian delay: t = 1,1 x R48 x C3 = giây Chọn C3 = 10uF  R48 = 272.7 kΩ Chọn R48 = 330 kΩ Chọn R53 = 47kΩ dùng làm điện trở kéo lên 2.2.6.3 Nguyên tắc hoạt động Khi ngõ IC 74LS33 (cổng NOR) kích vào ngõ Trigger IC 555 xung mức thấp, với tính chất mạch tạo trễ ngõ IC 555 cho xung tích cực mức cao với thời gian trì xung giây để transistor dẫn từ giây làm chuông kêu 2.2.7 Khối nguồn Chức tạo nguồn nuôi cho toàn mạch, đảm bảo dòng làm việc ổn định Để tạo nguồn điện chiều ổn định 5V cho khối mạch ta sử dụng IC ổn áp 7805 để lúc ghim điện áp cố định mức cho phép 2.2.7.1 Sơ đồ 2.2.7.2 Tính toán • Tính toán giá trị trở hạn dòng: 21 SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ Để led hoạt động bình thường điện áp rơi từ 1.8V tới 2.4V, dòng qua led từ 10 - 25mA R1 = = 320 Ω Chọn R1 = 330 Ω • Tính toán giá trị tụ điện: Điện áp AC qua biến áp cách li 220V thành điệp áp AC 15V Sau qua cầu diode thành điện áp DC Khi tụ lọc C1: ��� = 0.636�� = 0.636 x 15 = 13.5V Độ gợn sóng ngõ cầu diode: �% = 48% Độ gợn sóng sau có tụ lọc C1: Chọn r% = 10% C1 = = 2.14F Chọn C1 =2200uF Ta chọn tụ C3= 100uF, C1= 10uF để triệt sóng hài • Tính toán dòng tiêu thụ: Dòng tiêu thụ mạch: Các IC họ CMOS (74HCT08, 74HCT00,74HCT32,4013BE) dòng tiêu thụ không đáng kể IC 74LS90: x15mA = 90mA IC 74LS247: x 13mA = 78mA led đoạn: x x10mA = 420 mA IC NE555: 10mA C1815: 10mA Chuông: 10mA Dòng tổng cộng: 658mA 22 SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ Với IC 7805 cung cấp dòng 1A đảm bảo cung cấp đủ dòng cho mạch 2.2.7.3 Nguyên tắc hoạt động Khi cấp điện 220V/50Hz vào mạch ta phải qua máy biến áp để hạ áp xuống 15VAC Sau đó, cho dòng điện qua cầu diode để chình lưu từ dòng AC sang DC Nhưng qua cầu diode mạch gợn sóng nên cần phải qua tụ điện đóng vai trò mạch lọc để giảm độ gợn sóng điện áp chỉnh lưu Sau qua mạch lọc, điện áp gần lọc phẳng phải cần qua IC ổn áp 7805 để tạo điện áp cố định 5V cho mạch Để đề phòng sóng hài lại sau qua IC ổn áp, ta mắc thêm tụ điện 100uF đóng vai trò mạch lọc thông thấp để triệt sóng hài sau cấp nguồn cho khối mạch 2.2.8 Sơ đồ nguyên lý 2.2.8.1 Sơ đồ nguyên lý 23 SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ 2.2.8.2 Sơ đồ mạch in • Sơ đồ mạch in khối giải mã, hiển thị, giải mã báo giờ, đếm giây • Sơ đồ mạch in khối giải mã, hiển thị, giải mã báo giờ, đếm phút 24 SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ • Sơ đồ mạch in khối giải mã, hiển thị, đếm 25 SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ • Sơ đồ mạch in khối báo • Sơ đồ mạch in khối báo nguồn 26 SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ • Sơ đồ mạch in khối tạo xung 2.2.8.3 Sơ đồ bố trí linh kiện • Sơ đồ bố trí linh kiện khối giải mã, hiển thị, giải mã báo giờ, đếm giây 27 SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ • Sơ đồ bố trí linh kiện khối giải mã, hiển thị, giải mã báo giờ, đếm phút 28 SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ • Sơ đồ bố trí linh kiện khối giải mã, hiển thị, đếm 29 SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ • Sơ đồ bố trí linh kiện khối báo • Sơ đồ bố trí linh kiện khối nguồn 30 SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ • Khối tạo xung 2.2.6.4 Quá trình lắp ráp cân chỉnh  Khối nguồn: Kiểm tra testboard, lắp ráp linh kiện vào cấp nguồn xoay chiều vào sau dùng VOM đo ngõ 4.93V Sau làm mạch in, bắt đầu lắp ráp linh kiện sơ đồ bố trí mạch linh kiện hàn chân linh kiện Sau hàn xong, dùng VOM chỉnh chế độ đo điện trở để thử mối hàn xem có hàn xem chân có dính hay không Khi thứ ổn, cấp nguồn cho khối nguồn từ máy biến áp dùng VOM chế độ VDC đo thấy 4.93V  Khối tạo xung Kiểm tra mạch tạo xung testboard, lắp linh kiện vào cấp nguồn 5V vào Dùng led đơn nối vào ngõ Q13 4060 chân Q 4013 31 SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ thấy led 4060 nhấp nháy lần led 4013 nhấp nháy lần chứng tỏ có xung 1Hz chân Q Sau lắp ráp vào mạch in, hàn mạch, dùng VOM kiểm tra mối hàn Cấp nguồn cho mạch, mạch chạy tốt  Khối đếm, giải mã, hiển thị Kiểm tra IC đếm, giải mã, led đoạn testboard Cấp nguồn xung cho IC đếm, giải mã, led đoạn; dùng VOM chân đen cấm GND, chân đỏ đo chân CP0 ngõ IC đếm Thấy CP0 có xung, chân ngõ đếm bình thường, tương tự cho IC giải mã led đoạn Lắp ráp linh kiện vào mạch in, hàn mạch, dùng VOM kiểm tra mối hàn thấy tất ổn Sau đó, cấp nguồn xung vào mạch: • Mạch đếm giây: mạch sáng led mà không đếm Dùng VOM đo nguồn ngõ vào IC đếm nhận thấy chúng hoạt động bình thường Đo ngõ vào IC giải mã 74LS247 có hoạt động ngõ không Sau đó, kiểm tra lại mối hàn thấy mối hàn hàn vào mạch Kiểm tra lại đường nối dây mạch in thấy hoàn chỉnh Cuối cùng, thay IC 74LS247 IC 74LS47 vào mạch hoạt động Nút nhấn nhấn bị dội nhiều thiếu tụ, nên gắn tụ vào dội mà • Mạch đếm phút đếm giờ: tương tự mạch đếm giây  Khối báo Kiểm tra IC NE555, transistor chuông cách lắp ráp mạch testboard sơ đồ nguyên lý Cấp xung nguồn cho mạch, sau dùng VOM xung IC NE555 thấy có xung tính toán chuông kêu khoảng thời gian Lắp ráp vào mạch in, hàn mạch kiểm tra mối hàn thấy ổn Sau đó, cấp nguồn xung cho mạch Mạch không hoạt động, đo xung ngõ cổng NOR 74LS33 khối giải mã báo thấy cấp xung xung ngõ Kiểm tra nguồn cấp thấy có 3,32V không đủ áp để 74LS33 hoạt động, hoạt động mức từ 4,75V đến 5,5V Do trình làm không tính toán chuyện sụt áp nên gây ảnh hưởng đến toàn mạch Để 32 SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO GIỜ khắc phục tình trang đó, ta phải gắn thêm tụ gốm lọc nguồn có giá trị nhỏ từ 102nF tới 104nF để hồi áp tránh bị sụt trình hoạt động Chương 3: Kết luận Kết luận Sau nhiều tháng tìm hiểu, nghiên cứu tuần thi công mạch cân chỉnh, mạch hoạt động chưa hoàn thiện Nhưng qua em rút nhiều kinh nghiệm thiết kế thi công mạch, em nghĩ giúp em nhiều đồ án tới Hướng phát triển Từ mạch phát triển thêm dùng để điều khiển thiết bị dân dụng tắt mở đèn, đo nhiệt độ… Hoặc dùng chip vi điều khiển để thực mạch để đạt kết tốt Phần phụ lục ALLDATASHEET.COM Tài liệu kham khảo GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT SỐ Nguyễn Đình Phú – Nguyễn Trường Duy Nhà xuất Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Trần Thu Hà (chủ biên) Nhà xuất Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh TÀI LIỆU THỰC HÀNH KỸ THUẬT SỐ Biên soạn: Nguyễn Đình Phú 33 SVTH: NGUYỄN VIỆT TÍN

Ngày đăng: 10/07/2016, 17:09

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan