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

BẢNG NHẬN XÉT 2LỜI MỞ ĐẦU 3CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ỨNG DỤNG VÀ Ý TƯỞNG THỰC HIỆN 1.1. Tổng quan về mạch. 6 1.2. Ý tưởng thực hiện. 6CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH 2.1.Các Triger số. 7 2.1.1. Định nghĩa và phân loại. 7 JK-FF RS-FF T-FF 2.1.2.Các loại triger và điều kiện đồng bộ. 9 2.1.3. Đầu vào bất đồng bộ . 11 2.1.4. Triger RS. 11 2.1.5 Triger RS đồng bộ. 132.2. IC74LS90. 13

Hình 2.1: Cấu tạo bên trong IC 74LS90.

Hình 2.2: Sơ đồ chân IC 74LS90.

2.3.IC74LS247. 13 Hình 2.3: Sơ đồ chân

2.3.1. Bảng chân lý. 2.3.2. Cấu tạo trong. 2.4. IC LM324N 17 2.5. IC logic 74ls14 19 IC 74ls14 Cổng NOT với 6 ngõ vào2.6. Led 7 thanh 20

Hình 2.8: Sơ đồ chân Led 7 thanh

2.7.Led thu phát hồng ngoại. 212.8. IC7805 21

Trang 4

2.9. Biến trở 232.10. Điện trở 24CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM 3.1. Cấu trúc sơ đồ khối. 27

Hình 3.1: Sơ đồ khối của mạch.

3.2. Chức năng của các khối. 283.1.1. Khối nguồn. 303.1.2. Khối thu, phát tín hiệu. 293.1.3. Khối đếm, giải mã. 313.1.4. Khối hiển thị. 31

II. Sơ đồ của mạch đếm3.2.1. Sơ đồ nguyên lý 333.2.2. Nguyên lý hoạt động 333.2.3. Board mạch 34

III. Ưu -Khuyết điểm của mạch 35

IV.Mở rộng 35 V.Kết luận 5.1. Một số phương án làm mạch đếm khác 37

Trang 5

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.

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.

Trang 6

CHƯƠNG 2

GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH2.1.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

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:

Trang 7

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 :

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:

Trang 8

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

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 Qn+1 =Qn (Qn : trạng thái lối ra ở thời điểm n, Qn+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

Flip - Flop

D - FF T-FF RS-FF JK-FF AsvnchronousAvnchronous

Normal Master-Slave

=>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

thái ổn định. Bởi vì tất cả tín hiệu vào điều khiển D-FF, RS- FF đều có một trạng

thái Qn = Qn+1.

Các T-FF và JK-FF không thể làm việc ở chế độ không đồng bộ vì mạch rơi

vào trạng thái dao động nếu như tập tín hiệu vàoT = 1 hoặc JK =1. Với các tập tín

hiệu vào này không bao giờ có trạng thái Qn = Qn+1

Như vậy, các D-FF và RS-FF có thể làm việc ở hai chế độ: đồng bộ và không

đồng bộ, còn T-FF và JK-FF chỉ có thể làm việc ở chế độ đồng bộ .

Chế độ không đồng bộ: Trạng thái đầu ra sẽ thay đổi bất kỳ khi nào khi có sự thay

đổi đầu vào điều khiển .

Trang 10

T Qn Qn=1

0

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

0

J K Qn Qn+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 Qn Qn+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

Chế độ đồng bộ: Để khống chế sự thay đổi trạng thái đầu ra người ta đưa vào FF

1 đầu vào xung nhịp (Clock). Chỉ khi nào tác động của xung nhịp thì FF mới thay

đổi trạng thái theo đầu vào điều khiển. Xung nhịp thường là một chuỗi xung hình

chữ nhật hoặc xung vuông.

Hầu hết kỹ thuật số là đồng bộ vì mạch đồng bộ dễ thiết kế và dễ dò lỗi hơn là bởi vì đầu ra của mạch chỉ thay đổi ở những thời gian xác định.

2.1.3. Đầu vào bất đồng bộ .

Đối với triger đồng bộ có đầu vào điều khiển và đầu xung nhịp. Các đầu vào

điều khiển còn được gọi là đầu vào đồng bộ vì tác động của chúng lên đầu ra của

triger đồng bộ với đầu vào xung nhịp.

Hầu hết các triger đều có một hoặc nhiều đầu vào bất đồng bộ là những đầu

vào hoạt động độc lập với đầu vào đồng bộ và đầu vào xung nhịp. Đầu vào bất đồng

bộ dùng để thiết lập FF ở trạng thái 1 hoặc xoá triger về trạng thái 0 bất kỳ thời

điểm nào, bất chấp điều kiện các đầu vào còn lại.

Hai đầu vào bất đồng bộ Preset (thiết lập) và Clear (xoá) là những đầu vào tích

cực ở mức thấp, Preset (Pr) thiết lập FF ở trạng thái 1 bất cứ lúc nào và Clear (CLR)

xoá FF về trạng thái 0 vào bất cứ lúc nào.

Do đó có thể sử dụng các đầu vào bất đồng bộ để giữ FF ở trạng thái cụ thể trong bất kỳ khoảng thời gian dự tính nào. Tuy nhiên, đầu vào bất đồng bộ rất thường được dùng để thiết lập hoặc xoá FF về trạng thái mong muốn bằng cách áp xung nhất thời .

Trang 11

2.1.4. Triger RS.

Triger RS là một triger có hai đầu vào điều khiển là R, S. S là đầu vào thiết lập 1(Set) còn R là đầu vào xoá 0 (Reset)

Bảng chân lý rút gọn:

R S Qn+1 Mốt hoạt động0011

0101

Qn

10x

NhớThiết lập

XoáCấm dùng

Trên bảng chân lý Qn chỉ trạng thái lối ra ở thời điểm hiện tại, Qn+1 chỉ trạng

thái lối ra tại thời điểm tiếp theo .

Phương trình đặc trưng :

Qn+1 =S + Qn

Phương trình trên cho thấy lối ra không những là hàm số của lối vào mà còn

phụ thuộc vào trạng thái trước đó của lối ra.

Ta có thể xây dựng sơ đồ logic của triger RS từ mạch NOR, lối vào tích cực ở

mức cao.

Từ bảng chân lý trên ta cũng có thể viết phương trình của triger RS như sau:

Qn+1 =S +Qn =(S+Qn ) =

Sơ đồ logic và giản đồ xung biểu diễn trạng thái của triger :

Trang 12

Ta cũng có thể xây dựng triger RS không đồng bộ với đầu vào tích cực bởi mức

logic thấp từ phần tử logic NAND.

Sơ đồ logic và giản đồ xung :

2.1.5 Triger RS đồng bộ.

Triger RS đồng bộ đầu ra sẽ thay đổi trạng thái bất kỳ thời điểm nào có sự tác

động của đầu vào R hoặc S, vì thế trạng thái của triger sẽ không ổn định khi lối vào

chịu ảnh hưởng của nhiễu. Để khắc phục nhược điểm trên người ta dùng triger TS

đồng bộ nghĩa là thêm vào một đầu xung nhịp Clock(Ck, CLK) điều khiển chung

cho cả hai lối vào. Chỉ khi nào có tác động của xung nhịp này thì triger mới chuyển

trạng thái theo tác động của R hay S. Ký hiệu của triger RS đồng bộ cho trên hình :

Trang 13

Sự chuyển trạng thái của triger RS và tất cả các loại triger đồng bộ khác xảy ra

có thể vào thời điểm sau khi xung nhịp đã chuyển từ mức logic 0 lên mức logic 1

(Sườn dương) hoặc ngược lại (Sườn âm).

2.2. 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). Xung vào

phải tương thích 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 (ít nhất là vài chục

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).

Trang 14

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 * IC 7490 là IC 14 chân,trongđó :

Chân 14 nhận xung vào.Chân 12,11,9,8 dữ liệu ngõ ra.Chân 10 nối GND.Chân 5 nối VCC.Chân 13,4 không được sử dụng.Chân 2,3,6,7 RESET.Chân 1 nhận xung clock báo tràn,led hiển thị từ số 9 về số 0 .

Bảng chân lý mã hóa ra BCD

Trang 16

c. Mức Reset cho LS7490.

Nó có 4 chân Reset dùng để reset hệ thống với các chân : MR1, MR2, MS1, MS2. Đưa các mức thích hợp vào các chân này thì nó sẽ tự động Reset. Sau đây là bảng mức Reset:

2.3. IC74LS247.

IC 74247 là IC giải mã led 7 đoạn.IC này thuộc họ TTL.Nó nhận tính hiệu BCD

từ ngõ vào QA,QB,QC,QD của IC7490 để giải mã ra led 7 đoạn.IC này có chân

3(LT) dùng để kiển tra led tức là chân này nối với mức 0V thì các ngõ ra đều là

mức cao hay led 7 đoạn hiển thị số 5(RBI) là chân cho phép hoạt động.chân BI

dùng để ngắt chế độ hoạt động

Vì các chân ngõ ra của IC 74247 là mức thấp cho nên ta phải sử dụng led loại

Anot chung.

Trang 17

a. Sơ đồ chân.

Hình 2.3: Sơ đồ chân

- Chân 1,2,6,7 tín hiệu ngõ vào.

- Chân 3 hiển thị số 0.

- Chân 4 kiểm tra led 7 đoạn.

- Chân 5 chot trạng thái trước đó.

- Chân 8 nối nguồn GND.

- Chân 9,10,11,12,13,14,15 là mức logic ngõ ra.

Chân 16 nối nguồn dương VCC

Trang 18

b. Bảng chân lý

* Trong đó :

+ H : High voltage levele : đặt điện áp cao.

+ L : Low voltage levele : đặt điện áp thấp.

+ X : Immaterial : không xác định.

Trang 19

b. Cấu tạo trong .

2.4 IC LM324N

LM324 là bộ gồm 4 mạch khuếch đại thuật toán (operational amplifier, op amp, opamp) độc lập giống hệt nhau được đặt trong cùng một vỏ bọc và có khả năng chạy nguồn đôi,( nguồn dương và nguồn âm)cũng như nguồn đơn( Vcc và GND).Đặc điểm nữa là nguồn nuôi của LM324 có thể hoạt động độc lập với nguồn tín hiệu:

+ Điện áp cung cấp: Nguồn cung cấp cho LM324 tầm từ 5V~32V. Tuy nhiên ta chỉ nên dùng điện áp từ 5V~12V

Trang 20

+ Điện áp tối đa ngõ vào: áp ngõ vào từ 0~32V đối với nguồn đơn và cộng trừ 15V đối với nguồn đôi + Điện áp ngõ ra từ 0~Vcc-1,5V + Dòng ngõ ra Dòng ngõ ra khi mắc theo kiểu đẩy dòng (dòng Sink) thì dòng đẩy tối đa đạt được 20mA. Dòng ngõ ra khi mắc theo kiểu hút dòng (dòng Souce) thì dòng hút tối đa có thể lên đến 40mA + Tần số hoạt động của LM324 là 1MHz và độ lợi khuếch đại điện áp DC của LM324 tối đa khoảng 100 dB

Sơ đồ chân:

2.5 IC logic 74ls14

IC 74ls14 Cổng NOT với 6 ngõ vào

Bảng chức năng và sơ đồ chân:

Trang 21

Tín hiệu vào có thể bị nhiễu và chưa “vuông” nên có thể gây ra việc đọc sai số xung ở vi điều khiển.

Chính vì vậy qua mạch đảo tín hiệu xung này tín hiệu sẽ “vuông ” hơn tạo điều kiện thuận lợi cho vi điều khiển xử lý.

2.6. Led 7 thanh

a.Sơ đồ chân :

Hình 2.4: Sơ đồ chân Led 7 thanh Trong đồ án này chúng em sử dụng led 7 thanh anode chung.

2.7. Led thu phát hồng ngoại.

Đây là loại cảm biến sử dụng ánh sáng hồng ngoại là ánh sáng không nhìn thấy.Nguồn sáng được tạo ra từ các LED phát ra ánh sáng hồng ngoại và nó được gọi là bộ phát.Bộ thu có thể là photodiode hoặc phtotransistor.Cảm biến quang có 1 dạng hoạt động chính đó là:

Trang 22

+ Tối hoạt động: là 1 dạng hoạt động của cảm biến .mà tải được cấp điện khi ánh sáng từ bộ phát không đến được bộ thu của cảm biến. + Sáng hoạt động : là 1 dạng hoạt động của cảm biến .mà tải được cấp điện khi ánh sáng từ bộ phát được truyền đến bộ thu của cảm biến.

2.8. IC7805

IC 7805 giúp giảm điện áp từ 6v-12v xuống còn 5v

-Chân 1 là chân dương vào.

-Chân 2 là chân trung hoà.

-Chân 3 là chân dương

-Dòng cực đại có thể duy trì 1A.

-Dòng đỉnh 2,2A.

2.9. Biến trở.

Ký hiệu trên sơ đồ nguyên lý :Biến trở:

.

Trang 23

Điện trở xi măng :Vật liệu chủ yếu là xi măng.Chúng được sử dụng chính trong các mạch cung cấp nguồn điện do công suất cho phép cao không bốc cháy trong trường hợp quá tải. Điện trở oxit kim loại :Cấu tạo từ vật liệu oxit thiếc,loại này chịu được nhiệt độ cao và độ ẩm cao,thường có công suất 1/2 W.* Phân loại theo công dụng. Biến trở :là loại điện trở có thể thay đổi trị số theo yêu cầu,thương gọi là chiết áp.Có 2 loại biến trở :Biến trở dây quấn và biến trở than.Công dụng :Biến trở có vai trò phân áp, phân dòng cho mạch hay để thay đổi âm lượng, tốc độ đếm sản phẩm trong mạch.

2.10. Điện trở.

*Cách xác định trị số điện trở.

Các điện trở khác nhau ở vòng mầu thứ 3 Khi các điện trở khác nhau ở vòng mầu thứ 3, thì ta thấy vòng mầu bội số này thường thay đổi từ mầu nhũ bạc cho đến mầu xanh lá , tương đương với điện trở < 1 Ω đến hàng MΩ.

Các điện trở có vòng mầu số 1 và số 2 thay đổi . Ở hình trên là các giá trị điện trở ta thường gặp trong thực tế, khi vòng mầu số 3 thay đổi thì các giá trị điện trở trên tăng giảm 10 lần.

Trang 24

Còn vòng mầu thứ 4 thường là vòng mầu chỉ sai số của điện trở.Các trị số điện trở thông dụng.Ta không thể kiếm được một điện trở có trị số bất kỳ, các nhà sản xuất chỉ đưa ra khoảng 150 loại trị số điện trở thông dụng , bảng dưới đây là mầu sắc và trị số của các điện trở thông dụng. Nên việc nhìn các màu điện trở ta có thể xác định điện trở đó bao nhiêu ôm.

-Phân loại:

+Điện trở thường : Điện trở thường là các điện trở có công xuất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W +Điện trở công xuất : Là các điện trở có công xuất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W.

+Điện trở sứ, điện trở nhiệt : Là cách gọi khác của các điện trở công xuất , điện trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt.

-Công suất của trở:

+Khi mắc điện trở vào một đoạn mạch, bản thân điện trở tiêu thụ một công xuất P tính được theo công thức : P = U . I = U2 / R = I2.RTheo công thức trên ta thấy, công xuất tiêu thụ của điện trở phụ thuộc vào dòng điện đi qua điện trở hoặc phụ thuộc vào điện áp trên hai đầu điện trở. +Công xuất tiêu thụ của điện trở là hoàn toàn tính được trước khi lắp điện trở vào mạch. +Nếu đem một điện trở có công xuất danh định nhỏ hơn công xuất nó sẽ tiêu thụ thì điện trở sẽ bị cháy.

+Nên khi mắc điện trở các bạn chú ý đến công suất của điện trở. Thông thường người ta lắp điện trở vào mạch có công xuất danh định > = 2 lần công xuất mà nó sẽ tiêu thụ

-Một số cách mắc trở:

+ Mắc nối tiếp

Trang 25

Các điện trở mắc nối tiếp có giá trị tương đương bằng tổng các điện trở thành phần cộng lại. Rtd = R1 + R2 + R3 Dòng điện chạy qua các điện trở mắc nối tiếp có giá trị bằng nhau và bằng I

I = ( U1 / R1) = ( U2 / R2) = ( U3 / R3 ) Từ công thức trên ta thấy rằng , sụt áp trên các điện trở mắc nối tiếp tỷ lệ thuận với giá trị điệnt trở .

+Mắc song song

Các điện trở mắc song song có giá trị tương đương Rtd được tính bởi công thức

(1 / Rtd) = (1 / R1) + (1 / R2) + (1 / R3) Nếu mạch chỉ có 2 điện trở song song thì Rtd = R1.R2 / ( R1 + R2) Dòng điện chạy qua các điện trở mắc song song tỷ lệ nghịch với giá trị điện trở .I1 = ( U / R1) , I2 = ( U / R2) , I3 =( U / R3 ) Điện áp trên các điện trở mắc song song luôn bằng nhau

-Ứng dụng của trở:

Điện trở có mặt ở mọi nơi trong thiết bị điện tử và như vậy điện trở là linh kiện quan trọng không thể thiếu được trong mạch điện , điện trở có những tác dụng sau:

Trang 26

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

Hình 3.1: Sơ đồ khối của mạch

3.1 Sơ đồ nguyên lý các khối và tính toán chọn linh kiện.

3.1.1.Khối nguồn .

Trang 27

Cảm biến Bộ hiểthịBộ mã hóa Bộ giải mã

Bộ nguồn

-Sử dụng nguồn bin một chiều cấp vào nguồn là 9V. -Có hai loại linh kiện ổn áp họ 78XX và 79xx : Họ 78XX là họ cho ổn định điện áp đầu ra là dương. Còn XX là giá trị điện áp ra như 5V, 8V,…. Họ 79XX là họ ổn định điện áp đầu ra âm. Còn XX là giá trị đầu ra như 5V, 8V,… -Ở đề tài của ta chọn loại 7805, tạo nguồn một chiều 5V cung cấp cho bộ đếm.

IC 7805 giúp giảm điện áp từ 6v-12v xuống còn 5v +Chân 1 là chân dương vào. +Chân 2 là chân trung hoà. +Chân 3 là chân dương +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: 15W Công suất tiêu tán trên ổn áp nối tiếp được tính như sau: Pd = (Ui - Uo) * I Trong đó: Ui - áp lối vào Uo - áp lối ra I - dòng sử dụng

Trang 28

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn

3.1.2. Khối thu phát tín hiệu.

a.Mạch phát tín hiệu hồng ngoại

Trang 29

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch thu phát

Lựa chọn linh kiện: -Led phát-thu có hai loại: 2 chân và 3 chân. Trong đề tài này ta sử dụng loại 2 chân vì giá thành rẻ mà rễ kiếm, hiệu quả cao. Led phát màu trắng, led thu màu đen.

-Điện trở R=220 ohm có tác dụng hạn dòng cấp cho led phát hồng ngoại : U

R= I

-Led phát hồng ngoại ,khi có dòng điện chạy qua thì phát ra tín hiệu hồng

ngoại một cách liên tục ra ngoài không gian theo một hướng 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.

Trang 30

-Điện trở R=220 ohm có chức năng hạn dòng chạy qua led thu.Bình thường

khi không có sản phẩm đi qua led thu nhận được tín hiệu một cách liên tục, led thu

dẫn dòng điện từ nguồn qua R 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.

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 vào chân 14 của IC

74LS90 đếm hàng đơn vị.cứ mỗi xung vào thì IC đếm hàng đơn vị sẽ đếm tăng lên.

Trang 31

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 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 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 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 led có Anot chung vì các chân ngõ ra của IC

74LS247 là mức thấp.

3.1.4.Khối hiển thị.

Chúng ta sử dụng led 7 thanh Anode chung để hiển thị các giá trị đếm. Đây là led Anode chung nên chân Anode chung (chân8 hoặc 3 )sẽ nguồn được nối lên dương.

Cấp nguồn âm cho chân nào thì đoạn tương ứng với chân đó sáng.Ví dụ muốn

led hiển thị số 3 thì các chân a,b,c,d,e,f,g,dp tương ứng với các mức điện áp(mức

logic) là: 00001101. Sau đây là bảng chân lý thể hiện mức logic của các chân tương

Trang 32

ứng với các chữ số mà led 7 thanh hiển thị:

(Ở đây chân dp luôn đươc nối lên dương nguồn ,vì chỉ hiển thị số nguyên nên

không cho hiển thị dp).

Hình 3.5: Led 7 thanh có anot chung

Trang 33

II. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH ĐẾM

3.2.1 Sơ đồ nguyên lý.

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

Trang 34

=> 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, và khi

IC 74LS90 hàng chục đếm hết đến 9 thì IC7490 đếm hàng trăm bắt đầu đếm. Ban

đầu hàng chục hiển thị số 0. Sau khi hàng đơn vị đếm đến 9, sau đó quay về 0 thì

hàng chục bắt đếm lên 1. Tương tự như vậy hàng trăm hiển thị số 0,sau khi hàng

chục đếm đến 9 sau đó về 0 thì hàng trăm bát đầu đếm lên 1. Cứ như vậy sau khi

đếm được 999 sản phẩm thì quay trở về 0 và đếm lại.Dữ liệu chỉ mất đi khi nhấn

Reset hoặc tắt nguồn.

3.2.3 Board mạch

Trang 35

III. ƯU-KHUYẾT ĐIỂM CỦA MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM

- Ưu điểm :

Mạch đếm sản phẩm có ưu điểm là mạch đơn giản,gọn nhẹ,hoạt động ổn định,

chính xác, dễ lấp đặt và sữa chữa. Mạch có giá trị thiết thực khi thực hiện đếm số

lượng sản phẩm được xuất ra từ các băng chuyền một cách chính xác thay thế cho

việc đếm sản phẩm của công nhân giúp tiết kiệm sức lao động .

Mạch đếm sản phẩm hoạt dộng với dòng điện một chiều nên ít hao tốn nhiều năng

lượng.

- Khuyết điểm :

Bên cạnh những ưu điểm thì mạch cũng tồn tại một số khuyết điểm như sau: tín

hiệu hồng ngoại từ led phát không đủ mạnh để truyền đi xa trong không gian nên để

led thu hoạt động một cách mạnh và ổn định nhất thì khoảng cách của led thu và

phát phải không quá xa, chính vì vậy sản phẩm được đếm không quá lớn, hạn chế

của mạch đếm sản phẩm là chỉ đếm những sản phẩm có kích thước nhỏ.

Vì mạch hoạt động theo nguyên lí nhận tín hiệu hồng ngoai tạo xung clock để đếm

nên khi hai sản phẩm đứng quá gần nhau thì tín hiệu hồng ngoại vẫn bị che khuất

nên mạch vẫn đếm cho một sản phẩm, để khắc phục các nhược điểm này thì yêu

cầu các sản phâm trên băng chuyền phải có một khoảng cách tối thiểu sao cho tín

hiệu hồng ngoại từ led phát đến led thu sau khi có một sản phẩm đi qua .

IV. MỞ RỘNG Mạch đếm sản phẩm này tuy là một mạch nhỏ nhưng có rất nhiều ứng dụng

và ta cũng có thể phát triển thành các mạch khác cũng có ứng dụng thiết thực như

mạch đếm tiền, mạch điều khiển ở trạm xăng.

Trang 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Giáo trình “ Kĩ thuật số “

- Tác giả: Nguyễn Thúy Vân.

- 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 TPHCM.

Sách sơ đồ chân linh kiện bán dẫn tác giả: Dương Minh Trí- Xuất bản lần

thứ 5, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.

Tìm trên internet :

-google.com

- tailieu.vn

-dientuvietnam.vn

-hoiquandientu.vn)

- Datasheet của IC

V. KẾT LUẬN

5.1. Một số phương án khác làm mạch đếm

a. Mạch đếm sử dụng ic NE555

-Cái tạo ra xung vuông đơn giản mà dễ làm chính là IC-555. Loại IC này có tác

dụng tạo ra xung vuông có thể điều chỉnh được tần số đầu ra một cách đơn giản. Sơ

đồ ghép nối rất đơn giản như sau :

-Tần số đầu ra được tính rất đơn giản :

F=1/(Ln2.C.(R1+2R2)) (Hz)

Đồng thời IC này rất dễ kiếm trên thị trường và kinh tế nữa. Ta có thể dễ dàng tạo

dao động được từ IC này.

Trang 37

* Sơ đồ NE555 tạo xung clock :

b. Mạch sử dụng IC 74LS194 và IC 74LS47 Mạch này sử dụng IC 42LS194 để đếm và IC 74LS47 để giải mã đưa ra led hiển thị từ 8 đến 1.

Trang 38

c. Mạch đếm số người ra vào cửa Mạch này đếm số người ra, số người vào khi đi qua led thu và phát. Sơ dồ mạch như sau:

Trang 39

5.2. Hình ảnh sản phẩm thực tế.

Trang 40

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu về đề tài : “Nghiên cứu, thiết kế,

chế tạo mạch đếm sản phẩm” cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của giáo viên hướng

dẫn Nguyễn Trung Thành, cùng các thầy cô giáo trong khoa Điện-Điện tử và các

bạn cùng lớp, chúng em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn. Cuốn thuyết minh đồ

án môn học này giúp bạn phần nào hiểu được rõ hơn về ứng dụng của Kỹ Thuật Số

(KTS) trong cuộc sống, qua đó ta càng nắm vững hơn về những kiến thức cơ bản

của KTS hiểu rõ hơn về các IC đếm, các bộ giải mã và các linh kiện bán dẫn. Từ đó

ta có thể tìm ra phương án thích hợp nhất để thiết kế hệ thống tối ưu nhất.

Qua quá trình làm bài chúng em nhận thấy mình còn quá nhiều hạn chế về

kiến thức, trong cuốn thuyết trình này chắc chắn không tránh khỏi những sai sót. Vì

vậy chúng em mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn, từ đó

chúng em có thể rút ra được những kinh nghiệm cho bản thân để chúng em tìm ra

những nhược điểm của chính mình. Qua đó chúng em sẽ hoàn thành tốt hơn những

công việc tiếp theo.

Chúng em xin chân thành cám ơn !

Hưng yên, ngày 01 tháng 11 năm 2013.

Nhóm sinh viên thực hiện đồ án:

Nguyễn Văn Hiếu

Tiêu Văn Tiến

Trang 41