thiết kế mạch đếm 00 23, 00 59 sử dụng IC đếm tích hợp, hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN KỸ THUẬT XUNG SỐ Đề tài Thiết kế mạch đếm 00 23, 00 59 sử dụng IC đếm tích hợp, hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Thị Thu Hà Sinh viên thực hiện Nguyễn Bá Khoa (2018606166) Trần Xuân Toán (2018606780) Vũ Văn Vượng (2018606807) Hà Nội – năm 2021 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN I Thông tin chung 1 Tên lớp 20202FE6021001 Khóa 13 2 Họ và tên sinh viên Nguyễn Bá Khoa Mã sinh viên 2018606166 Trần Xuân Toán.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

HỌC PHẦN: KỸ THUẬT XUNG SỐ

Đề tài: Thiết kế mạch đếm 00-23, 00-59 sử dụng IC đếm tích hợp, hiển

thị kết quả đếm trên LED 7 thanh

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Bá Khoa (2018606166) Trần Xuân Toán (2018606780)

Vũ Văn Vượng (2018606807)

Hà Nội – năm 2021

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN

I Thông tin chung

1 Tên lớp: 20202FE6021001 Khóa:13

2 Họ và tên sinh viên: Nguyễn Bá Khoa Mã sinh viên: 2018606166

Trần Xuân Toán Mã sinh viên: 2018606780

Vũ Văn Vượng Mã sinh viên: 2018606807

II Nội dung học tập

1 Tên chủ đề: Thiết kế mạch đếm 00-23, 00-59 sử dụng IC đếm tích hợp, hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh

2 Hoạt động của sinh viên:

- Hoạt động/Nội dung l: Lập kế hoạch làm việc

Mục tiêu/chuẩn đầu ra: L1.2

- Hoạt động/Nội dung 2:Phân tích lựa chọn ý tưởng tốt nhất và khả thi

Mục tiêu/chuẩn đầu ra: L1.2; L1.3

- Hoạt động/Nội dung 3:Tính toán thiết kế, xây dựng và phân tích mô hình

Mục tiêu/chuẩn đầu ra: L1.2; L1.3

- Hoạt động/Nội dung 4:Vẽ mạch và mô phỏng

Mục tiêu/chuẩn đầu ra: L1.2; L1.3

- Hoạt động/Nội dung 5:Chế tạo và lắp ráp

Mục tiêu/chuẩn đầu ra: L1.2; L1.3

- Hoạt động/Nội dung 6:Thử nghiệm và hiệu chỉnh

Mục tiêu/chuẩn đầu ra: L1.2; L1.3

- Hoạt động/Nội dung 7:Viết thuyết minh và chuẩn bị báo cáo

Mục tiêu/chuẩn đầu ra: L1.2; L1.3

- Hoạt động/Nội dung 8: Báo cáo

Mục tiêu/chuẩn đầu ra: L1.2; L1.3

3 Sản phẩm nghiên cứu: Bản thuyết minh, sản phẩm thực tế

Đồ án theo đúng thời gian quy định (từ ngày 13/04/2021 đến ngày15/05 /2021)

4 Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước giảng viên và những sinh viên khác

III Học liệu thực hiện Tiểu luận, Bài tập lớn, Đồ án/Dự án

1 Tài liệu học tập: Giáo trình Kỹ thuật điện tử, giáo trình Kỹ thuật xung, giáo trình Điện tử số…

2 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện Tiểu luận, Bài tập lớn, Đồ án/Dự án (nếu có): Điện thoại, máy tính, zalo, facebook, email…

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN TIỂU LUẬN, BÀI TẬP LỚN, ĐỒ ÁN/DỰ ÁN

Tên lớp: 20202FE6021001 Khóa: 13

Họ và tên: Nguyễn Bá Khoa Mã sinh viên: 2018606166

Trần Xuân Toán Mã sinh viên: 2018606780

Vũ Văn Vượng Mã sinh viên: 2018606807

Tên chủ đề: Thiết kế mạch đếm 00-23, 00-59 sử dụng IC đếm tích hợp, hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh

13/04/2021 Lập kế hoạch làm việc: Xây dựng được tiến độ Định hướng

11/05/2021 Viết thuyết minh và chuẩn bị báo cáo Viết, soạn thảo

Ngày …… tháng …… năm …

XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN

(Ký, ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Họ và tên sinh viên :

1 Nguyễn Bá Khoa Mã sinh viên: 2018606166

2 Trần Xuân Toán Mã sinh viên: 2018606780

3 Vũ Văn Vượng Mã sinh viên: 2018606807

Lớp: 20202FE6021001 Khoá: 13

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà

Tên đề tài: Thiết kế mạch đếm 00-23, 00-59 sử dụng IC đếm tích hợp, hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh

NỘI DUNG THỰC HIỆN

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 hình

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;

- 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

Ngày giao: 13/04/2021 Ngày hoàn thành: 15/05/2021

Hà Nội, ngày 13 tháng 04 năm 2021

Trưởng bộ môn Giảng viên hướng dẫn

Nguyễn Thị Thu Hà

BÁO CÁO HỌC TẬP CÁ NHÂN

Tên lớp: 20202FE6021001 Khóa: 13

Họ và tên: Nguyễn Bá Khoa Mã sinh viên: 2018606166

Trần Xuân Toán Mã sinh viên: 2018606780

Vũ Văn Vượng Mã sinh viên: 2018606807

Tên chủ đề: Thiết kế mạch đếm 00-23, 00-59 sử dụng IC đếm tích hợp, hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh

1

MỤC LỤC

Lời mở đầu 2

Chương 1 Tổng quan 3

1.1 Cơ sở lựa chọn đề tài đồ án 3

1.2 Ứng dụng trong thực tiễn 3

Chương 2 Tính toán, thiết kế và mô phỏng 4

2.1 Sơ đồ khối 4

2.2 Khối tạo xung 4

2.2.1 IC NE555 4

2.2.2 Mạch tạo xung dùng IC NE555 7

2.3 Khối đếm 8

2.3.1 IC 74LS90 8

2.3.2 IC 74HC08 11

2.4 Khối giải mã 11

2.4.1 IC 74LS247 11

2.5 Khối hiển thị 13

2.5.1 LED 7 thanh 13

2.5.2 Tính điện trở cho Led 13

2.6 Mô phỏng 13

Chương 3 Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm và hiệu chỉnh 15

3.1 Thiết kế mạch in 15

3.2 Chạy thử nghiệm mạch 16

Kết luận 17

Tài liệu tham khảo 17

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, công nghiệp tự động hoá Do đó chúng ta phải lắm bắt và vận dụng nó một cách

có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung

và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng

Ngành kỹ thuật số đã có ảnh hưởng rất lớn đến nghành kinh tế toàn cầu Nhờ có

ưu điểm của xử lý số như độ tin cậy trong truyền dẫn, tính đa thích nghi và kinh tế của nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi trong điều khiển và khai thác mạng Việc ứng dụng kỹ thuật số ngày càng nhiều, một trong số đó là mạch đếm giúp tăng hiệu suất lao động, đồng thời đảm bảo được độ chính xác cao

Xuất phát từ những kiến thức đã học cũng như tầm quan trọng của mạch đếm,

nhóm em đã lựa chọn đề tài “Thiết kế mạch đếm 00-23, 00-59 sử dụng IC đếm tích hợp, hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh” với sự hướng đẫn của cô Nguyễn Thị Thu Hà

3

1.1 Cơ sở lựa chọn đề tài đồ án

Từ những kiến thức thức đã học cũng như khả năng của nhóm em, chính vì thế ý tưởng tìm hiểu, nghiên cứu và thiết kế mạch đếm nhằm để:

+ Củng cố kiến thức đã học trong học phần môn kỹ thuật xung số

+ Ứng dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn

+ Tìm hiểu được cách thức hoạt động của mạch đếm

+ Phát triển thêm những kiến thức còn hạn hẹp của bản thân

4

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG

2.1 Sơ đồ khối

Hình 2.1 Sơ đồ khối

+ Khối tạo xung: Sử dụng IC NE555 để tạo xung vuông cho khối đếm

+ Khối đếm: Dùng IC 74LS90 đếm sườn âm từ khối tạo xung và xuất ra mã BCD + Khối giải mã: IC 74LS247 giải mã tín hiệu BCD sang Led 7 thanh

+ Khối hiển thị: Hiển thị tín hiệu được giải mã trên Led 7 thanh

2.2 Khối tạo xung

2.2.1 IC NE555

a Cấu tạo

Hình 2.2 Sơ đồ chân IC NE555

+ Chân số 1: “GND” là chân nối đất, tất cả các mức điện áp điều được so sánh với

áp tại đường dây nối đất

+ Chân số 2: “Trigger” là chân kích, chân trigger được dùng để cung cấp đầu vào kích cho IC 555 hoạt động ở chế độ đơn ổn Chân này là đầu vào đảo của bộ so sánh có nhiệm vụ làm cho transistor của flip flop chuyển trạng thái từ set sang reset Ngõ ra của bộ định thời phụ thuộc vào độ lớn xung bên ngoài đưa vào chân trigger

+ Chân số 3: “Output” là chân xuất tín hiệu ra Ngõ ra của bộ định thời luôn luôn có sẵn ở chân này Có hai cách để 1 tải có thể kết nối với chân output Cách 1 là kết

Khối

tạo

xung

Khối đếm

Khối giải mã

Khối hiển thị

5

nối giữ chân 3 (output) và chân 1 (GND) hoặc giữa chân 3 và chân 8 (chân nguồn) Tải nối giữa chân output và chân nguồn được gọi là tải thường mở, tải nối giữa chân outpur và chân GND được gọi là tải thường đóng

+ Chân số 4: “Reset” là chân reset vi mạch Bất cứ khi nào bộ định thời bị reset, một xung âm được đưa đến chân 4 Đầu ra được thiết lập lại trạng thái ban đầu bất kể điều kiện đầu vào Khi chân này không được sử dụng, ta nối lên Vcc để tránh mọi khả năng kích hoạt sai

+ Chân số 5: “Control voltage” là chân điện áp điều khiển Chân ngưỡng (threshold)

và chân kích (trigger) điều khiển sử dụng chân này Biên độ sóng ra được quyết định bởi một biến trở hoặc một điện áp bên ngoài được đưa vào chân này Vì vậy, lượng điện áp trên chân này sẽ quyết định khi nào bộ so sánh được chuyển đổi, và

do đó thay đổi biên độ của đầu ra Khi không sử dụng chân này, ta nên nối đất thông qua 1 tụ 0,01 uF chống nhiễu

+ Chân số 6: “Threshold” là chân ngưỡng Nó là ngõ vào không đảo của bộ so sánh

1, được so sánh với ngõ vào đảo với điện áp tham chiếu là 2/3Vcc, bộ so sánh trên chuyển sang +Vsat và đầu ra được đặt lại

+ Chân số 7: “Discharge” là chân xả điện Chân này nối vào cực C của transistor và thường có một tụ điện nối giữa chân xả điện và chân nối đất Nó được gọi là chân

xả điện vì khi transistor dẫn bão hòa, tụ C xả điện thông qua transistor Khi transistor ngắt, tụ được nạp thông qua điện trở và tụ bên ngoài

+ Chân số 8: “VCC” là chân cấp nguồn Nguồn cung cấp trong khoảng từ 5V đến 18V

b Nguyên lý hoạt động

Hình 2.3 Mạch nguyên lý của IC NE555

7

- Q = 0 > Ngõ ra đảo trạng thái = 0

- 𝑄̅ = 1 > Transistor dẫn, điện áp trên chân 7 xuống 0V

- Tụ C xả qua Rb Với thời hằng Rb.C

- Điện áp trên tụ C giảm xuống do tụ C xả, làm cho điện áp tụ C nhảy xuống dưới 2Vcc/3

2.2.2 Mạch tạo xung dùng IC NE555

Hình 2.4 Mạch tạo xung dùng IC NE555

2.3 Khối đếm

2.3.1 IC 74LS90

IC74LS90 gồm hai bộ chia:

+ Bộ chia 2 do input A điều khiển đầu ra QA

+ Bộ chia 5 do input B điều khiển đầu ra QB, QC, QD

Bảng 2.1 Trạng thái IC 74LS90 theo ngõ vào chân reset

Khi S2 đếm đến 5 và lặp lại chu kỳ đếm nên ta nối chân 2 (R0 (1)) với chân 9 (QB)

và nối chân 3 (R0 (2)) với chân 8 (QC) của S2

Khi bộ đếm 00-59 lặp lại chu kỳ đếm hay S2 lặp lại chu kỳ đếm thì S3 (IC 74LS90 đếm xung cho hàng đơn vị của bộ đếm 00-23) phải được kích xung để đếm lên 1 đơn

vị Do đó chân 8 (QC) và chân 9 (QB) của S2 thông qua cổng AND nối vào chân 14 (CKA) của S3

Khi S3 đếm đến 9 và lặp lại chu kì đếm ( reset) thì S4 (IC 74LS90 đếm hàng chục của bộ đếm 00-23) phải được kích xung để đếm lên 1 đơn vị Do đó chân 11 (QD) của S3 nối vào chân 14 (CKA) của S4

11

Khi đồng thời S3 đếm đến 3 và S4 đếm 2 và lặp lại chu kỳ đếm nên ta nối chân 8 (QC) của S3 và chân 9 (QB) của S4 qua cổng AND vào đồng thời các chân 2 (R0 (1)), chân 3 (R0 (2)) của S3 và S4

2.3.2 IC 74HC08

IC 74HC08 có 4 cổng logic AND, mỗi cổng có 2 ngõ vào và 1 ngõ ra

Hình 2.6 Cấu tạo IC 74HC08 Bảng 2.3 Trạng thái logic của IC 74HC08

+ Chân 1, 2, 6, 7: Chân dử liệu BCD vào dữ liệu này được lấy từ IC đếm

+ Chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15: Các chân ra tác động mức thấp (0) và được nối với LED 7 thanh

+ Chân 8: Chân nối GND

12

+ Chân 16: Chân nối Vcc = 5V

+ Chân 4: gồm ngõ vào xoá RBO được để không hay nối VCC cho hoạt động giải

mã bình thường Khi nối RBO ở mức thấp, các ngõ ra đều tắt

+ Chân 5: Ngõ vào xoá gợn sóng RBI được để không hay nối lên VCC, khi không được dùng để xoá số 0 ( số 0 ở trước số có nghĩa hoặc số 0 thừa bên trái dấu chấm thập phân)

+ Chân 3: Chân tín hiệu điều khiển

Hình 2.7 Sơ đồ chân IC 74LS247 Bảng 2.4 Trạng thái IC74LS247

Hình 2.8 Sơ đồ chân Led 7 thanh anot chung 2.5.2 Tính điện trở cho Led

Do Led hoạt động ở điện áp 1,5V và dòng qua Led 10mA < I < 20mA nên ta có:

𝑅 = 𝑉𝑐𝑐 − 𝑈𝐿𝑒𝑑

𝐼

=> 5 − 1,50,02 < 𝑅 <

5 − 1,50.01

=> 175Ω < R< 350Ω

Vậy chọn điện trở 330Ω

2.6 Mô phỏng

Mạch đếm 00-23, 00-59 sử dụng IC đếm tích hợp, hiển thị kết quả đếm trên LED

7 thanh được mô phỏng trên phần mềm proteus

14

Hình 2.9 Mô phỏng mạch đếm trên phần mềm proteus

15

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

CHỈNH 3.1 Thiết kế mạch in

Hình 3.1 Mạch in

17

KẾT LUẬN

Qua nghiên cứu “Mạch đếm 00-23, 00-59 sử dụng IC đếm tích hợp, hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh”, báo cáo đã trình bày được mô hình trình tự các bước một cách hợp lý để đi vào thiết kế mạch đếm từ việc phân tích nhiệm vụ thiết kế đến xác định các vấn đề cơ bản của sản phẩm Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của IC Tính toán để lựa chọn những linh kiện cho phù hợp, thiết kế và mô phỏng trên phần mềm proteus Báo cáo đã lắp ráp thành công mạch đếm hoạt động chính xác

Quá trình nghiên cứu và thiết kế “Mạch đếm 00-23, 00-59 sử dụng IC đếm tích hợp, hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh” được tiến hành nhanh chóng một phần là

do môi trường học tập năng động, cơ sở vật chất đầy đủ, với sự hỗ trợ của Internet tạo điều kiện cho sinh viên có thể tìm kiếm thông tin với nguồn tài liệu tham khảo phong phú Bên cạnh đó, quá trình thực hiện đề tài này còn được sự hướng dẫn của những giảng viên có kinh nghiệm và am hiểu về lĩnh vực chuyên ngành giúp việc trao đổi về các vấn đề gặp phải khi nghiên cứu dễ dàng hơn Từ phía sinh viên, các thành viên của nhóm khá năng động và tích cực trong công việc học tập và nghiên cứu, quá trình thực hiện được lên kế hoạch từng bước và thực hiện triệt để nên tạo được tính thống nhất và hiệu quả trong hoạt động nhóm Tuy nhiên xuyên suốt đồ án vẫn còn tồn tại nhiều khó khăn từ khách quan tới chủ quan trong quá trình nghiên cứu, vì vậy không thể tránh khỏi những sai sót nảy sinh trong quá trình hoàn thiện đồ án Những ý kiến, góp ý của thầy

cô và người đọc nhằm hoàn thiện sản phẩm sẽ được nhóm nghiêm túc tiếp thu

Tài liệu tham khảo

[1] Nguyễn Thị Thu Hà, Lê Văn Thái, Nguyễn Ngọc Anh, Giáo trình Điện tử số,

NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2013

[2] Lê Văn Thái, Nguyễn Thị Thu Hà, Nguyễn Ngọc Anh, Giáo trình Thực hành kỹ

thuật xung - số, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2013

[3] Nguyễn Thúy Vân, Kỹ thuật số, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 1996

[4] Huỳnh Đắc Thắng, Kỹ thuật số thực hành, NXB Giáo dục, 2001