Embed Size (px)
Citation preview
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNTT VÀ TRUYỀN THÔNG THÁI NGUYÊNKHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG
---------------
BÀI TẬP LỚNMÔN: THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ VÀ SỐ
GIẢNG VIÊN: NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THANH
Đề tài: ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG Ở NGÃ BA
Sinh viên thực hiên :Lớp :
Nhóm 3 :KTYS-K13A
1. Đinh Lương Bình2. Nguyễn Khánh Linh3. Lưu Mã Giám4. Nguyễn Công Trình
Thái Nguyên ,ngày 25/05/2016
Nhóm 3 Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông
PHỤLỤC Trang
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Nhóm 3 Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông
LỜI NÓI ĐẦUTrên thế giới nhờ sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp chế tạo linh kiện bán
dẫn, các nhà khoa học đã cho ra đời các vi mạch tích hợp( integrated circuit, gọi tắt là IC). Với nhiều ưu điểm, vi mạch tích hợp đã được sử dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực khác nhau. Bằng cách áp dụng vi mạch tích hợp trong quá trình sản xuất và xử lý, IC đã thực sự trở thành thiết bị không thể thiếu trong mọi thiết bị điện tử.Vì những lý do trên, vi mạch tích hợp đã thực sự trở thành kiến thức căn bản và hết sức quan trọng trong nhiều trường Đại Học, Cao Đẳng. Qua Bài tập này, đã giúp chúng em có được hình dung thực tế về IC được áp dụng như thế nào trong cuộc sống hiện đại, cụ thể chính là hệ thống đèn giao thông tại ngã ba. Đồ án gồm 3chương:
Phần I: Giới thiệu.Phần II: Các tổng quát các linh kiện và phần mềm sử dụn .Phần III: Thiết kế mạch điều khiển giao thông ở ngã ba.
3.1 Mạch nguyên lí3.2 Mạch in3.3 Nguyên lí hoạt động
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên , Tháng 5 năm 2016
Nhóm sinh viên thực hiện
(Nhóm 3)
4
Nhóm 3 Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông
PHẦN I - TỔNG QUAN VỀ ĐÈN GIAO THÔNGNgày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, xã hội ngày càng văn minh và hiện
đại, các đô thị ngày một đi lên. Nhu cầu về giao thông ngày càng trở nên cấp thiết, nhất là trong các khu vực thành thị. Do nhu cầu của đời sống con người, đặc biệt là nhu cầu đi lại, các loại phương tiện giao thông đã tăng một cách chóng mặt. Riêng tại Việt Nam số lượng xe máy trong những năm qua tăng một cách đột biến, mật độ xe lưu thông trên đường ngày một nhiều, trong khi đó hệ thống đường xá tại Việt Nam còn quá nhiều hạn chế nên thường gây ra các hiện tượng như kẹt xe, ách tắc giao thông, đặc biệt là tai nạn giao thông ngày càng phổ biến trở thành mối hiểm họa cho nhiềungười.
Vì lý do đó các luật giao thông lần lượt ra đời và được đưa vào sử dụng một cách lặng lẽ rồi dần trở nên phổ biến như hiện nay. Trong đó hệ thống đèn giao thông là công cụ điều khiển giao thông công cộng thực tế và hiệu quả có vai trò rất lớn trong việc đảm bảo an toàn và giảm thiểu tai nạn giao thông.
Từ thực tế đó nhóm chúng em thực hiện đề tài “Thiết kế mạch đèn giao thông” nhằm tìm hiểu cách thức hoạt động của đèn giao thông cũng như vai trò và ứng dụng thực tế của các IC.
Phần 2 –CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG MẠCH
1.1IC 555
Hình 2. 1Hình dạng IC 555
IC 555 là một loại linh kiện khá phổ biến, dễ dàng tạo được xung vuông và có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản, điều chế được độ rộng xung. Nó được ứng dụng hầu hết vào các mạch tạo xung, đóng cắt hay là những mạch dao động khác.
Cấu hình chân của IC 555 như sau:
5
Nhóm 3 Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông
Hình 2. 2Sơ đồ chân của IC 555
Hình 2.2 cho ta sơ đồ chân của IC 555 . Mô tả tóm tắt chức năng của từng chân nhưsau.
Chân số 1( GND ) Chân chung nối đất (0V). Chân số 2(Trigger) Chân so áp với mức áp chuẩn là 1/3 mức nguồn nuôi. Chân số 3(Output) Chân này dùng để lấy tín hiệu ra logic. Trạng thái của tín hiệu
ra được xác định theo mức 0 và 1.1 ở đây là mức cao nó tương ứng với gần bằng Vcc nếu (PWM = 100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng trong thực tế mức 0 này không được 0V mà nó trong khoảng từ(0.35 -> 0.75V).
Chân số 4(Reset) Dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nói masse thì nó ra ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6. Nhưng trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân này lên Vcc.
Chân số 5( Control Voltage) Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND. Chân này có thể không nối cũng được nhưng để giảm độ nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01 µF -> 0.1µF các tụ lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn ổn định.
Chân số 6(Threshold)Chân so áp với mức áp chuẩn là 2/3 mức nguồn nuôi. Chân số 7(Dischager)Có thể xem chân này như 1 khóa điện tử chịu điều khiển bởi
tầng logic của chân 3. Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lai, ngược lại thì nó mở ra.
Chân số 8(Vcc) Chân nguồn nuôi .*Công thức tính tần số điều chế độ rộng xung của IC 555:
6
Nhóm 3 Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông
Hình 2. 3Mạch điều chế độ rộng xung của IC 555
Tần số của tín hiệu đầu ra:
f = 1.4/(R1 + 2R2)*C1Chu kì tín hiệu đầu ra:
T = 1/f = 0.7*( R1 + 2R2 )*C1Thời gian tín hiệu ở mức thấp:
T2 = 0.7* R2*C1T: thời gian của một chi kì toàn phần (s)f: Tần số dao động (Hz)R1: điện trở ( Ʊ)R2: điện trở (Ʊ)C : tụ điện ( F )
Chu kì làm việc T = TonTon+Toff
Chu kì ( time peried) = thời gian ON ( ON time ) + thời gian OFF (OFF time) và là hằng số. Nếu thời gian ON tăng thì thời gian OFF sẽ giảm nhưng chu kì làm việc vẫn là hằng số.
Có thêm một khái niệm về chu kì làm việc có cùng công thức như trên. Nó có nghĩa là tỉ số thời gian xung ON trên chu kì, đơn vị %.
1.1 IC 4017
7
Nhóm 3 Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông
Hình 2. 4Hình dạng IC 4017
IC 4017 là IC đếm thập phân tức đếm hệ 10, nó đếm xung clock. Khi ta đư tín hiệu xung vào chân clock thì ic sẽ đếm xung và xuất ra 10 output tương ứng với 1 xung clock.
Hình 2. 5Sơ đồ chân của IC 4017
IC 4017 có 16 chân và chức năng của mỗi chân được giải thích như sau: Chân 1(output 5): lấy tín hiệu ra logic ở mức cao khi bộ đếm đọc được 5 lần đếm. Chân 2 (output 1): lấy tín hiệu ra logic ở mức cao khi bộ đếm đọc được 0 lần đếm Chân 3(output 0): lấy tín hiệu ra logic ở mức cao khi bộ đếm đọc được 0 lần đếm. Chân 4( output 2): lấy tín hiệu ra logic ở mức cao khi bộ đếm đọc được 2 lần đếm. Chân 5( output 6): lấy tín hiệu ra logic ở mức cao khi bộ đếm đọc được 6 lần đếm. Chân 6( output 7): lấy tín hiệu ra logic ở mức cao khi bộ đếm đọc được 7 lần đếm. Chân 7( output 3): lấy tín hiệu ra logic ở mức cao khi bộ đếm đọc được 3 lần đếm. Chân 8 (GND): chân chung nối đất (0V). Chân 9(output 8): lấy tín hiệu ra logic ở mức cao khi bộ đếm đọc được 8 lần đếm.
8
Nhóm 3 Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông Chân 10 ( output 4): lấy tín hiệu ra logic ở mức cao khi bộ đếm đọc được 4 lần đếm. Chân 11(output 9): lấy tín hiệu ra logic ở mức cao khi bộ đếm đọc được 9 lần đếm. Chân 12 (÷10 output): chân chia hệ 5, sẽ mức cao cho lượt đếm từ 0 -> 4 và ở mức thấp
khi đếm từ 5-> 9.
Chân 13( enable input): chân này thường được nối đất hoặc cổng tín hiệu logic nguồn thấp. Nếu chân này được nối với cổng tín hiệu logic nguồn cao thì mạch sẽ dừng nhận xung. Vì thế, nó sẽ không đếm thêm số xung được nhận từ chân clock.
Chân 14 ( clock input): đây là chân nơi mà chúng ta cần đưa vào xung clock tới IC để đếm thứ tự tăng dần của xung của bộ đếm.
Chân 15 ( reset): chân này thường được nối với đất hoặc cổng tín hiệu logic mức thấp. Nếu cần đặt lại trạng thái ban đầu của IC thì cần nối chân này với Vcc.
Chân 16 ( Vcc): chân nguồn nuôi.
Hình 2. 6Hình đếm thập phân ở 10 ngõ ra của IC 4017
9
Nhóm 3 Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thôngNguyên lí hoạt động: IC 4017 chỉ cho phép có một ngõ ra được kích ở mức cao tại một
thời điểm.Ngõ ra ÷10 output sẽ mức cao cho lượt đếm 0 -> 4 và ở mức thấp khi đếm 5 -> 9.
1.3. Điện trở
Hình 2. 7: Hình ảnh điện trở
Hình 2. 8Kí hiệu của điện trở
Điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau.
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.
Ứng dụng: điều chỉnh điện áp, hạn chế dòng điện, chia điện áp, điều chỉnh hệ số khuếch đại, ổn định nhiêt.
1.4 .Led
10
Nhóm 3 Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông
Hình 2. 9: Hình ảnh của led
Hình 2. 10: Kí hiệu của led
LED (Light Emitting Diode) hay còn gọi là diode phát quang, chiếu sáng nhờ 2 điện cực với chất liệu bán dẫn
Cấu tạo bởi các thành phần sau: Chip( vi mạch): tác dụng phát quang, tính năng dẫn điện 1 chiều.
Giá đỡ gồm đế lót và đế tản nhiệt, nối với chân LED, tác dụng tản nhiệt và dẫn điện
Lớp bao bọc bằng nhựa tổng hợp, tác dụng bảo vệ tinh thể bên trong và ánh sáng có thể xuyên qua được.
Nguyên lí hoạt động: Hoạt động của LED giống với nhiều loại bán dẫn khác. Khối bán dẫn loại P chứa nhiều loại lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghé với khối bán dẫn N (Chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối N. Cùng lúc khối P lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối N chuyển sang. Kết quả là khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối N tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống). Ở biên giới hai mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện tử có bước sóng gần đó).
Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát khác nhau(tức màu sác đền LED khác nhau). Mức năng lượng hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các chất bán dẫn.
LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn diode thông thường (khoảng từ 1,5V đến 3V). Nhưng điện thế phân cực nghịch của LED không cao. Do đó, LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra.
1.5 .Biến trở
11
Nhóm 3 Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông
Hình 2. 11Hình ảnh biến trở
Hình 2. 12Các kí hiệu của biến trở
Biến trở( chiết áp) có cấu tại gồm điện trở màng than hay dây quấn có dạng hình cung góc quay là 270°. Có một trục quay ở góc giữa nối với một con trượt làm bằng than (cho biến trở dây quấn) hay bằng kim loại cho biến trở than, con trượt sẽ ép lên mặt điện trở để tạo kiểu tiếp xúc làm thay đổi trị số điện trở khi xoay trục.
1.6 .Diode Zener
Hình 2. 13Hình ảnh diode zener
12
Nhóm 3 Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông
Hình 2. 14Kí hiệu của diode
Diode Zener (Zener diode) còn gọi là diode ổn áp, là một loại diode bán dẫn làm việc ở chế độ phân cực ngược trên vùng điện áp đánh thủng (breakdown). Điện áp này còn gọi là điện áp Zener hay thác lở (avalanche). Khi đó giá trị điện áp ít thay đổi.
Hình 2. 15Cấu tạo của diode
Cấu tạo: Khiđã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theomột tiếp giáp P – N ta được một Diode.Tiếp giáp P -N có đặc điểm là tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tánsang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Iontrung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữahai chất bán dẫn.
Nguyên lí hoạt động:
Diode Zener, còn gọi là diode đánh thủng hay diode ổn áp: là loại diode được chế tạo tối ưu để hoạt động tốt trong miền đánh thủng. Khi sử dụng diode này mắc ngược chiều lại, nếu điện áp tại mạch lớn hơn điện áp định mức của diode thì diode sẽ cho dòng điện đi qua.
Khi được phân cực thuận diode Zener hoạt động giống diode bình thường. Khi được phân cực nghịch, lúc đầu chỉ có dòng điện thật nhỏ qua diode. Nhưng nếu điện áp nghịch tăng đến một giá trị thích ứng: Vngược = Vz (Vz: điện áp Zener) thì dòng qua điốt tăng mạnh, nhưng hiệu điện thế giữa hai đầu diode hầu như không thay đổi, gọi là hiệu thế Zener.
1.7 .Tụ điện
13
Nhóm 3 Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông
Hình 2. 16Hình ảnh tụ điện
Hình 2. 17Kí hiệu tụ điện
Tụ điện : Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động .vv...
Hình 2. 18Cấu tạo tụ hóa
Cấu tạo: gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện
14
Nhóm 3 Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thôngmôi.Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như : tụ giấy, tụ gốm, tụ hoá….
Công thức tính điện dung:C = ξ . S / d
Trong đó C : là điện dung tụ điện , đơn vị là Fara (F)ξ : Là hằng số điện môi của lớp cách điện.d : là chiều dày của lớp cách điện.S : là diện tích bản cực của tụ điện.
1.8 Phần mềm mô phỏngPhần mềm proteus
.
Phần III -THIẾT KẾ ĐÈN GIAO THÔNG Ở NGÃ BA
3.1 Mạch nguyên lí
Hình 3.0.1Sơ đồ nguyên lý trên proteus.
15
Nhóm 3 Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông
Hình 3.2Sơ đồ 3D
3.2 Mạch in3.3 Nguyên lí hoạt động
IC 555 đóng vai trò cung cấp xung vuông vào chân clock (chân 14) của hai ic 4017 nhằm điều khiển thời gian chuyển giữa các trạng thái của các đèn xanh, vàng, đỏ.
Ngay khi có xung clock đi vào ic 4017 sẽ xuất điện áp ở mức cao ra lần lượt các chân từ output 0 đến output 9.
Với ic 4017 thứ nhất, trong khoảng điện áp ở mức cao xuất ra lần lượttừ output 0 đến output 3, lần lượt cung cấp điện áp mức cao cho led xanh1, làm cho led sáng trong khoảng thởi gian này. Khi điện áp ở mức cao xuất ra chân output 4 sẽ làm choled vàng1 sáng. Tiếp theo, đến điện áp ở mức cao xuất ra lần lượt từ các chân output 5 đến output 9 sẽ lần lượt cung cấp áp ở mức cao cho led đỏ1, làm led đỏ1 sáng trong khoảng thời gian này.
Tương tự với ic 4017 thứ hai, trong khoảng điện áp ở mức cao xuất ra các chân từ output 0 đến output 4 sẽ lần lượt cung cấp điện áp ở mức cao cho led đỏ2, làm led đỏ2 sáng trong khoảng thời gian này.Từ output 5 đến output 8 xuất điện áp ở mức cao sẽ lần lượt cung cấp điện áp mức cao cho led xanh2, làm led xanh2 sáng trong khoảng thời gian đó. Cuối cùngchân output 9xuất điện áp ở mức cao làm cho led vàng2 sáng. Kết thúc một chu kỳ chuyển trạng thái đèn giao thông.Như vậy ,thời gian sang của đèn đỏ bằng đèn vàng và đèn xanh cộng lại .Dựa vào xung của ic 4017 ,có thể nhận thấy ,xung của output 10 ở mức cao từ 0 đến 4 và ở mức thấp từ 5-9 .Nguồn sử dụng cho mạch trong trường hợp này là từ 5 v- 9v.Để tốc độ sáng của con led mau hay chậm ,ta chỉ việc vặn biến trở để thay đổi xung clock .
16
Nhóm 3 Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thôngViệc đếm tuần tự của 1 trong 2 con ic 4017 trong mạch được mô tả như sau :
Đếm tuần tự theo thứ tự Đỏ Vàng Xanh0 0 0 11 0 0 12 0 0 13 0 0 14 0 1 05 1 0 06 1 0 07 1 0 08 1 0 09 1 1 0
17
Nhóm 3 Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông
KẾT LUẬNSau thời gian tìm hiểu về hệ thống đèn giao thông, cùng với việc tìm tài liệu trên sách,
báo, internet, kết hợp với kiến thức đã được học và được sự chỉ bảo của cô Nguyễn Thị Phương Thanh. Chúng em đã hoàn thành bài tập, đáp ứng được yêu cầu cô đề ra.
Qua bài tập này giúp chúng em nắm vững được quy luật điều khiển đèn giao thông,
Cách thức đơn giản của một hệ thống đèn giao thông hoạt động
Xong do hạn chế về nhiều mặt , nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự đóng góp của cô cùng các bạn .
Xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, Tháng 5 năm 2016.Nhóm Sinh Viên
(Nhóm 3)
Nhóm 3 Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông
18
Tài liệu tham khảo[1] Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông, Tài liệu hướng dẫn thực hành xưởng, Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông Thái Nguyên, 2015.[2] Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông, Giáo trình thực hành điện tử và tương tự số 1, Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông Thái Nguyên, 2015[3]https://www.elprocus.com/ic-4017-pin-configuration-application/ , truy cập cuối cùng ngày 23/5/2016.[4]http://codientu.org/threads/9595/ , truy cập cuối cùng ngày 23/5/2016.[5]http://dientubkh.vn/bien-tro-3-chan-tron-8903173.html, truy cập cuối cùng ngày 23/5/2016.[6]http://tulieu.violet.vn/document/show/entry_id/111163, truy cập cuối cùng ngày 23/5/2016.[7]https://en.wikipedia.org/wiki/Zener_diode, truy cập cuối cùng ngày 23/5/2016.[8]http://lqv77.com/2009/02/15/co-ban-tu-dien/, truy cập cuối cùng ngày 23/5/2016.[9]https://vi.wikipedia.org/wiki/T%E1%BB%A5_%C4%91i%E1%BB%87n, truy cập cuối cùng ngày 23/5/2016.[10]https://www.youtube.com/watch?v=sbTegy15mHA, truy cập cuối cùng ngày 23/5/2016.
