thiết kế mạch đếm 8 sản phẩm (sử dụng JK FF), hiển thị trên led 7 thanh

1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT XUNG SỐ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 8 SẢN PHẨM (sử dụng JK FF), HIỂN THỊ TRẠNG THÁI TRÊN LED 7 THANH Giáo viên hướng dẫn Gv Nguyễn Thị Thu Hà Nhóm sinh viên thực hiện Lê Nguyễn Ngọc Dũng 2018601541 Nguyễn Tất An 2018600747 Đồn Minh Đức 2018600245 Hà Nội 2021 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam Độc Lập Tự Do Hạnh Phúc PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT XUNG SỐ Họ và tên.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT XUNG SỐ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 8 SẢN PHẨM (sử dụng JK-FF), HIỂN THỊ TRẠNG THÁI TRÊN LED 7 THANH

Giáo viên hướng dẫn: Gv Nguyễn Thị Thu Hà

Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Nguyễn Ngọc Dũng 2018601541

Nguyễn Tất An 2018600747 Đồn Minh Đức 2018600245

Hà Nội - 2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN TỬ

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KỸ THUẬT XUNG SỐ

Họ và tên sinh viên :

1 Lê Nguyễn Ngọc Dũng Mã sinh viên: 2018601541

2 Nguyễn Tất An Mã sinh viên: 2018600747

3 Đồng Minh Đức Mã sinh viên: 2018600245

Lớp: 20202FE6021001 Khoá: 13

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà

Tên đề tài: Thiết kế mạch đếm 8 sản phẩm (sử dụng JK-FF), hiển thị trên Led 7 thanh

NỘI DUNG THỰC HIỆN

1 Lập kế hoạch làm việc L1.3

2 Phân tích lựa chọn ý tưởng tốt nhất và khả thi L1.2; L1.3

3 Tính toán thiết kế, xây dựng và phân tích mô

4 Chế tạo và lắp ráp L1.2; L1.3

5 Thử nghiệm và hiệu chỉnh L1.2; L1.3

6 Viết thuyết minh và chuẩn bị báo cáo L1.2; L1.3

I Yêu cầu thực hiện:

1 Phần thuyết minh:

* Trình bày đầy đủ các nội dung đồ án, bao gồm:

- Chương 1 Tổng quan (Nêu cơ sở lựa chọn đề tài đồ án, ứng dụng trong thực tiễn …);

- Chương 2 Tính toán, thiết kế mô phỏng;

- Chương 3 Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm và hiệu chỉnh;

- Phụ lục (nếu có)

* Quyển báo cáo được trình bày từ 10 đến 15 trang giấy A4 với các định dạng theo quyết định số 815/QĐ-ĐHCN ngày 15/08/2019:

2 Sản phẩm của đồ án môn

2 Quyển báo cáo Theo quyết định 815/QĐ-ĐHCN 01

3 Slide thuyết minh đồ án 01

3 Phạm vi lựa chọn đề tài

- Đề tài thuộc lĩnh vực điện tử trong phạm vi kỹ thuật xung số

- Vật tư, trang thiết bị: dụng cụ cầm tay, vật liệu (theo đề tài của các nhóm), linh kiện điện tử cơ bản…

- Đảm bảo an toàn lao động

Hà Nội, ngày 13 tháng 04 năm 2021

Trưởng bộ môn

Giảng viên hướng dẫn

Nguyễn Thị Thu Hà

Mục lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 5

1.1 Cơ sở lựa chọn đề tài 5

1.2 Mục đích yêu cầu 5

1.3 Phương pháp nghiên cứu 5

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BỘ ĐẾM,THIẾT KẾ MÔ PHỎNG, TÍNH TOÁN 6

2.1 Tính toán 6

2.2 Thiết kế bộ đếm, thiết kế mô phỏng 13

CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 16

3.1 Liệt kê các linh kiện cần dùng 16

3.2 Chế tạo, lắp ráp mạch 16

3.3 Thử nghiệm hệ thống 18

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ-KẾT LUẬN 20

4.1 Đánh giá sản phẩm 20

4.2 Tính thực tế của sản phẩm 20

4.3 Đề xuất cải tiến và hướng phát triển 20

Tài liệu tham khảo: 20

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở lựa chọn đề tài

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa học công nghệ nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật Điện Tử nói riêng

có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết

bị có các đặc điểm với sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ linh hoạt và hoạt động ổn định Đó là những yếu tố cần thiết làm cho năng suất, hiệu quả trong công việc được tăng cao, hoạt động của con người được giảm bớt Xuất phát từ

thực tế, nên em chọn đề tài “Thiết kế mạch đếm 8 sản phẩm (sử dụng

JK_FF), hiển thị trạng thái đếm trên LED 7 thanh” được sử dụng đếm sản

phẩm

1.2 Mục đích yêu cầu

Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp cho nhà máy đếm được số lượng sản phẩm của máy tao ra một cách đơn giản,chính xác mà không cần tốn sức của công nhân

Yêu cầu của mạch đếm sản phẩm là chạy một cách chính xác, ổn định,gọn nhẹ,dễ lắp đặt,dễ sữa và rẽ tiền

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Trên phương pháp nghiên cứu và phân tích các chức năng của linh kiện, vi mạch

và áp dụng các kiến thức cùng với sự chỉ đạo của phụ trách giáo dục để xây dựng nên một mạch có chức năng hoạt động đếm số lượng và đúng với tài nguyên yêu cầu

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BỘ ĐẾM,THIẾT KẾ MÔ PHỎNG,

TÍNH TOÁN 2.1 Tính toán

Ta có sơ đồ khối:

Hình 2.1 Sơ đồ khối Thiết kế bộ đếm: Để thiết kế bộ đếm ta tiến hành theo các bước sau:

- Bước 1: Xác định các yêu cầu của bài toán Phân tích yêu cầu đầu bài tìm ra số trạng thái trong

- Bước 2: Lập đồ hình trạng thái Căn cứ vào yêu cầu của bộ đếm cần thiết kế như: hệ số đếm và một số các yêu cầu khác để xây dựng đồ hình mô tả hoạt động của bộ đếm

- Bước 3: Xác định số phần tử nhớ cần sử dụng, mã hóa các trạng thái trong của

bộ đếm theo mã đã cho Số phần tử nhớ được xác định như sau:

+Mã nhị phân và mã Gray n ≥ log2 Kđ

+Mã vòng n = Kđ

+Mã Johnson n = 1/2 Kđ

- Bước 4: Xác định hàm kích của các FF và hàm ra: Dựa vào bảng chuyển đổi trạng thái, bảng ra để xác định phương trình kích cho các FF và phương trình hàm ra

- Bước 5: Vẽ sơ đồ mạch thực hiện

Từ các phương trình đầu vào kích các FF và phương trình hàm ra đưa ra sơ đồ mạch thực hiện

Khối nguồn Khối tạo

xung

Khối điều khiển

Khối giải mã Khối hiển thị

Tính toán: Bộ đếm 8 sản phẩm sử dụng JK-FF

2n≥9 ( có 9 trạng thái)

➔ 24≥9

➔n=4

Do đó cần sử dụng 4 phần tử nhớ JK-FF

Đồ hình trạng thái của bộ đếm được minh họa như hình dưới đây :

Hình 2.2 Đồ hình trạng thái của bộ đếm Bảng chuyển đổi trạng thái và giá trị đầu vào kích như sau:

S QDQCQBQA QDQCQBQA JDKD JCKC JBKB JAKA

S0 0000 0001 0X 0X 0X 1x

S12 1100 XXXX XX XX XX XX

Bảng 1 Bảng chuyển đổi trạng thái

J D

QBQA

QDQC

00

JD=QCQBQA

K D

QBQA

QDQC

KD=1

J C

QBQA

QDQC

JC=QAQB

K C

QBQA

QDQC

KC=QBQA

J B

QBQA

QDQC

JB=QA

K B

QBQA

QDQC

KB=QA

J A

QBQA

QDQC

JA=QD

K A

QBQA

QDQC

KA=1

Phương trình các đầu vào kích :

JD=QCQBQA

KD=1

JC= KC=QAQB

JB=KB=QA

JA=QD

KA=1

Sơ đồ logic:

Hình 2.3 Thiết kế mạch logic

Mô phỏng trên phần mềm proteus:

Hình 2.4 Mô phỏng mạch trên proteus

Hoặc ta có thể sử dụng Reset như sau :

Khi mạch đếm 0 -8 sản phẩm thì mạch sẽ được RESET

QBQA

QDQC

00

01

Ta được phương trình các đầu vào kích: QDQA

Ta sử dụng cổng NAND để reset về vị trí ban đầu

reset

2.2 Thiết kế bộ đếm, thiết kế mô phỏng

Sơ đồ logic:

Hình 2.5 Sơ đồ logic

Mô phỏng trên phần mềm proteus:

Hình 2.6 Mô phỏng sơ đồ logic trên proteus

Ta thấy khi sử dụng Reset mạch sẽ đơn giản hóa đi nhiều nên ta sẽ đi thiết kế mạch sử dụng Reset

Ta có mạch nguyên lý mô phỏng trên phần mềm altium:

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý

Thông số kỹ thuật của mạch in

• Kích thước BOARD mạch là : 135mm x 110mm

• Thiết kế mạch in 1 lớp BOTTOM

• Khoảng cách Clearance là: 10 mil (0.254 mm )

• Độ rộng đường GND là: 40 mil (1.106 mm )

• Độ rộng đường VCC là: 35 mil (0.889 mm)

• Độ rộng đường NET là: 35 mil (0.889 mm)

Mạch in 2D mô phỏng trên phần mềm Altium:

Hình 2.8 Mặt sau mạch đếm sản phẩm mô phỏng bằng altium

Mạch in 3D mô phỏng trên phần mềm Altium:

Hình 2.9 Mặt trước mạch đếm sản phẩm mô phỏng bằng altium

CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU

CHỈNH 3.1 Liệt kê các linh kiện cần dùng

IC HCF4093BEY, 7SEG, IC 74LS73, IC 7447, điện trở, nút nhấn…

Tên linh kiện Giá trị Chức năng

IC 4093 3-20v Tạo xung cho mạch đếm

7SEG Hiển thị giá trị đếm

IC 7400 5v Cổng logic NAND, điều khiển tín

hiệu mạch đếm

IC 74LS73 5v Trigger JK-FF

IC 7447 5v IC giải mã cho led 7seg

3.2 Chế tạo, lắp ráp mạch

Bước 1: In phần layout bảng mạch ra giấy A4 hoặc giấy bóng

(Lưu ý mirrow lại phần mạch in trước khi in để khi là xong thì ko bị ngược)

Bước 2: Cắt phíp đồng để làm bảng mạch

Cắt phíp đồng theo kích thước bảng mạch đã do trên altium bằng dao dọc giấy Chà xước phần cạnh miếng đồng bằng miếng rửa chén để loại bỏ lớp oxit trên mặt phíp đồng để dung dịch fecl3 ăn nhanh hơn Bề mặt nhám cũng giúp cho hình ảnh từ giấy dính tốt hơn

Bước 3: Chuyển phần in PCB lên miếng đồng

Ủi trên giấy bóng

Đặt bảng mạch được in trên giấy bóng lên bảng đồng Đảm bảo rằng bo mạch được căn chỉnh chính xác dọc theo đường viền của giấy in và sử dụng băng keo

để giữ bảng và giấy in ở đúng vị trí

Sau khi in trên giấy bóng, đặt hình mạch in xuống tấm đồng và chỉnh bàn ủi lên nhiệt độ cao nhất trong khoảng 5p là đều và ấn xuống để mực dễ ăn

Chú ý đến phần rìa của bảng mạch, bạn cần phải ủi từ từ

Nhiệt từ bàn ủi sẽ chuyển mực in từ giấy qua tấm đồng

Chú ý không chạm trực tiếp vào tấm đồng vì lúc này nó rất nóng

Sau khi là xong thì để nguội trước quạt tầm 5p rồi bắt đầu bóc

Bước 4: Ngâm mạch

Bạn cần phải cẩn thận khi thực hiện bước này

Lấy một cái hộp nhựa và đổ đầy nước dùng nước ấm để phản ứng xảy ra nhanh hơn

Hòa FeCl3 vào nước pha đặc 1 chút

Nhúng bảng mạch in vào dung dịch ăn mòn trong 30 phút

FeCl3 phản ứng với phần đồng chưa có lớp in và loại ra khỏi bảng mạch

Quá trình này được gọi là ăn mòn Sử dụng kẹp để gắp PCB ra và kiểm tra phần đồng không phủ mực in đã ăn mòn hết chưa Nếu chưa tiếp tục bỏ nó vào trong dung dịch

Bước 5: Vệ sinh và khoan lỗ

Bước 6 Hàn mạch

Và đây là sản phẩm cuối cùng sau 5 lần thất bại:

Hình 3.2 Mặt trước của sản phẩm

Hình 3.3 Mặt sau của sản phẩm

3.3 Thử nghiệm hệ thống

Hình 3.4 Led hiển thị 0 Hình 3.5 Led hiển thị 1

Hình 3.5 Led hiển thị 5 Hình 3.5 Led hiển thị 8

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ-KẾT LUẬN 4.1 Đánh giá sản phẩm

Ưu điểm: mạch chạy đúng yêu cầu, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt, chi phí phù hợp Nhược điểm: bố trí mạch chưa khoa học, thiết kế chưa mang tính công nghiệp

4.2 Tính thực tế của sản phẩm

Đây là đề tài rất hay và được ứng dụng rất nhiều trong đời sống cũng như trong công nghiệp.Nhằm tăng năng suất, hiệu quả trong công việc và giảm sức lao động của con người, MẠCH ĐẾM được đưa vào sử dụng thay thế con người trong công việc như đếm sản phẩm, đếm thời gian, đèn giao thông, chia tần số

và điều khiển các mạch khác… Với đặc điểm tiện lợi, chính xác cao, hoạt động

ổn định, gọn nhẹ linh hoạt; MẠCH ĐẾM nhanh chóng được biết đến và được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực

4.3 Đề xuất cải tiến và hướng phát triển

Hướng phát triển:Có thể thay thế các linh kiện, IC tạo xung, IC điều khiển, IC giải mã… bằng các linh kiện khác trên thị trường mà vẫn đáp ứng được nhu cầu của đề tài

Đề xuất cải tiến: thiết kế mạch phù hợp hơn, để mạch được thống nhất, không bị rối mắt vì phải câu dây nhiều

Tài liệu tham khảo:

1 Nguyễn Thị Thu Hà-Lê Văn Thái-Nguyễn Ngọc Anh, (2013), Giáo trình Điện tử số, Hà Nội, NXB Khoa học và Kỹ thuật