BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐỀ TÀI Thiết kế mạch đếm sản phẩm

Tài liệu tham khảo...20 A.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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

KHOA TỰ ĐỘNG HÓA

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

ĐỀ TÀI: Thiết kế mạch đếm sản phẩm

MỤC LỤC

A.LỜI MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU LINH KIỆN 4

1.1 IC đếm 74LS192 4

1.1.1 Chức năng 4

1.1.2 Thông số hoạt động 5

1.1.3 Chức năng các chân 5

1.1.4 Chế độ hoạt động 6

1.1.5 Sơ đồ lôgic 7

1.2 Led 7 đoạn 7

1.2.1 Cấu tạo 8

1.2.2 Bảng trạng thái 8

1.3 IC giải mã led 7 thanh 74LS247 9

1.3.1 Chức năng các chân 9

1.3.2 Bảng trạng thái 9

1.4 IC 4093 11

1.4.1 Chức năng 11

1.4.2 Các chân của IC4093 11

1.5 IC 7805 11

1.6 Các linh kiện khác 12

1.6.1 Điện trở 12

1.6.2 Biến trở 12

1.6.3 Tụ điện 13

1.6.4 Led đơn, Led thu – phát hồng ngoại 13

CHƯƠNG 2 : CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 14

2.1 Cấu trúc 14

2.2 Nguyên lý hoạt động 15

2.2.1 Khối nguồn 15

2.2.2 Khối cảm biến 16

2.2.3 Khối đếm 16

2.2.4 Khối giải mã và hiển thị led 17

2.3 Thiết kế mạch đếm sản phẩm đếm đến 20 sản phẩm 17

C KẾT LUẬN 19

D Tài liệu tham khảo 20

A.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 hóa, cung cấp thông tin Do đó chúng ta phải nắm bắt những kiến thức ấy để bận dụng một cách hiệu quả góp phần vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật

Trong hầu hết mọi lĩnh vực sản xuất tự động hóa , khâu đơn giản nhất là đếm số lượng sản phẩm tạo ra từ một dây chuyền sản xuất Tuy nhiên thực tế việc đếm số sản phẩm vẫn sử dụng nhân công điều này có thể không đảm bảo độ chính xác Chính vì

vậy nhóm chúng em đã chọn đề tài : “Thiết kế mạch đếm sản phẩm sử dụng các IC

số ” vì rất gần gũi với thực tế Do kiến thức chúng em vẫn còn nhiều mặt hàn chế , nên

việc hoàn thành đề tài không tránh khỏi những sai sót Chúng em mong nhận được sự góp ý của Thầy để đề tài ngày một hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Tóm tắt đề tài:

Đề tài gồm hai phần chính là bộ phận đếm và cảm biến hồng ngoại Bộ cảm biến gồm hai led thu-phát Led hồng ngoại phát ra ánh sáng hồng ngoại mục đích để chống nhiễu so với các loại ánh sáng khác, còn phần thu là led thu để thu ánh sáng hồng

ngoại Bộ phận đếm nhóm chúng em sử dụng IC đếm 74LS192 có tác dụng nhận tín hiệu khi có sản phẩm đi qua từ bộ cảm biến thì sẽ đếm lên 1 đơn vị , sau đó được hiển thị thông qua led 7 thanh

B NỘI DUNG

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU LINH KIỆN 1.1 IC đếm 74LS192

1.1.1 Chức năng

74HC192 là vi mạch đếm mod 10 thông dụng được sử dụng rất nhiều trong thực tế, bởi

nó được chế tạo trên công nghệ tiết kiệm điện năng, nó có thể đếm tiến, đếm lùi, đếm có

dữ liệu vào và có chức năng reset…

Dòng điện lớn nhát chịu được Imax =4µA

Tần số lớn nhất chịu được 54MHz với thời gian làm việc 0ns đến

8 GND Hai chân cấp nguồn cho IC Chân 8 nối đất, chân

11 PL – Parallel load chân điều khiển cho IC làm việc ở đầu ra tích cực

thấp (PL ) nghĩa là khi PL=0 thì ngõ vào sẽ được truyền song song sang ngõ ra : giá trị của D0 D1

D2 D3 sẽ lần lượt chuyển sang Q0, Q1, Q2, Q3

4 CPD (Clock Pulse Down) chân đếm ngược (đếm xuống )

5 CPU (Clock Pulse Up) chân đếm thuận (đếm lên)

12 TCU chân chuyển tiếp dùng cho đếm thuận kết nối nối

tiếp giữa các IC đếm với nhau

13 TCD chân chuyển tiếp khi đếm ngược kết nối giữa các

IC đếm với nhau

14 (MR – master reset ) khi có tác động thì xóa giá trị ngõ ra hay đưa giá

trị ngõ ra về 0, để IC đếm ta nối chân này xuống đất

1.1.4 Chế độ hoạt động

Hình 1 1.2 Bảng trạng thái hoạt động 74LS192

-Khi PL=1 (H), MR=0(L)  Mạch sẽ đếm lên khi cấp xung vào chân Cpu và CPD= 1

- Khi PL=1 (H), MR=0 (L) Mạch sẽ đếm xuống khi cấp xung vào chân CPD và Cpu=1

-Khi PL=0 (L), MR=0(L)  Ngõ ra bằng giá trị đặt trước ở ngõ vào ( theo mong

Đây là lọai đèn dùng hiển thị các số từ 0 đến 9, đèn gồm 7 đọan a, b, c, d, e, f, g, bêndưới mỗi đọan là một led (đèn nhỏ) hoặc một nhóm led mắc song song (đèn lớn).Quiước các đọan cho bởi:

Khi một tổ hợp các đọan cháy sáng sẽ tạo được một con số thập phân từ 0 - 9

1.2.2 Bảng trạng thái

Hình 1.2 2 Bảng trạng thái led 7 thanh

1.3 IC giải mã led 7 thanh 74LS247

Vi mạch giải mã 7 đoạn 74LS247 là loại IC có 16 chân dùng để giải mã từ BCD sang

mã 7 đoạn để hiển thị được trên led 7 đoạn

1.3.1 Chức năng các chân

Các chân 1,2,6,7 : các ngõ vào của tín hiệu BCD

+ Chân số 3 Lamptest : dùng để kiểm tra các thanh đoạn của LED 7 thanh cũng như cácngõ ra của IC

+ Chân số 4 Blank out : Chân cho phép đầu ra

+ Chân số 5 Blank in : chân cho phép loại bỏ số 0 không mong muốn ở

các bộ hiển thị

+ Chân 9,10,11,12,13,14,15 : các ngõ ra nối với led 7 thanh

+ Chân số 8 và 16 cung cấp nguồn cho IC

1.3.2 Bảng trạng thái

Hình 1.3 1 Sơ đồ các chân 74LS247

Hình 1.3 2 Bảng trạng thái 74LS247

1.3.3 Sơ đồ logic 74LS247

Hình 1.3 3 Sơ đồ Logic

1.4 IC 4093

1.4.1 Chức năng

Là một IC 4093 là một IC schmit trigger, có cấu tạo gòm 4 cổng NAND Khác với các IC NAND thông thường , khi điện áp vào tới ngưỡng nào đó nó mới thay đổi trạng thái ngõ ra của cổng NAND, chính vì vậy IC này có tác dùng đùng để khử nhiễu của điện áp cấp giúp cho đầu ra của cổng NAND ổn định hơn

1.4.2 Các chân của IC4093

- Các chân 1,2,3 lần lượt là 2 chân vào và 1 chân ra của cổng NAND thứ nhất

- Các chân 4,5,6 lần lượt là 2 chân vào và 1 chân ra của cổng NAND thứ nhất

- Các chân 8,9,10 lần lượt là 2 chân vào và 1 chân ra của cổng NAND thứ hai

- Các chân 11,12,13 lần lượt là 2 chân vào và 1 chân ra của cổng NAND thứ ba

1.6 Các linh kiện khác

1.6.1 Điện trở

Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của một vật thể dẫn điện Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó

- Tụ điện có khả năng cho phép dòng điện áp xoay chiều đi qua, đồng thời ngăn điện

áp 1 chiều lại Vì thế chúng được dùng để truyền tín hiệu giữa các tầng khuếch đại

*Led thu : là loại led nhận sóng hồng ngoại phát ra từ led phát

LE D

Hình 1.5 4 led phát hồng ngoại

Hình 1.5 5 led thu hồng ngoại

Led thu - phát hồng ngoại ứng dụng khá nhiều trong các camera hồng ngoại, các điều khiển từ xa của những thiết bị điện tử dân dụng , các cảm biến phát hiện sản phẩm trongdây chuyền sản xuất, các cảm biến dò đường của những robot….nhìn tổng quan lại thì các sản phẩm đèn LED này được sử dụng nhiều để phát ra các loại tia hồng ngoại trong các cảm biến

CHƯƠNG 2 : CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

2.1 Cấu trúc

Khối cảm biến : tạo tín hiệu khi có sản phẩm đi qua

Khối đếm: Nhận xung clock từ khối tạo xung và tiến hành quá trình đếm, đồng thời

xuất ra giá trị mã BCD chuyển đến khối giải mã

Khối giải mã: Nhận giá trị BCD từ khối đếm và chuyển đổi thành giá trị LED 7 đoạn

chuyển đến khối hiển thị

Khổi hiển thị: Nhận giá trị đã chuyển đổi từ khối giải mã và hiển thị.

Khối nguồn : Tạo nguồn 5V ổn định cho các IC hoạt động

2.2 Nguyên lý hoạt động

2.2.1 Khối nguồn

Hình 2 1 Mạch nguồn

Nguyên lý : Tụ C1 và C2 để lọc điện áp đầu vào cấp cho chân Vi của IC 7805, tụ C1

có các dụng cung cấp điện áp tạm thời cho chân Vi khi nguồn đột ngột bị sụt áp, tụ C2

là tụ gốm nên trở kháng lớn, C2 có tác dụng ngăn nguồn đầu vào tăng áp đột ngột làmdạng sóng điện áp đầu vào có hình răng cưa

Tụ C3 và C4 để lọc điện áp cấp cho tải tiêu thụ lấy từ chân Vo của IC 7805, tụ C3 cócác dụng cung cấp điện áp tạm thời cho tải khi điện áp tải đột ngột bị sụt áp, tụ C4 trở

KHỐI HIỂNTHỊ

KHỐI GIẢIMÃ

KHỐINGUỒN

KHỐI ĐẾMKHỐI CẢM

BIẾN

kháng lớn, C4 có tác dụng lọc nhiễu điện áp đầu ra (nhiễu là các điện áp không mongmuốn làm cho dạng sóng điện áp ngõ ra có hình răng cưa).

2.2.2 Khối cảm biến

1

2 3

Hình 2 2 Sơ đồ khối cảm biến dùng IC 4093

Nguyên lý : Khi cung cấp nguồn cho mạch hoạt động thì led phát sẽ phát ra tia hồng

ngoại đến led thu , khi đó led thu sẽ dẫn :

Các chân 1 ,2 được nối chung với nhau với mục đích là có chung một mức logic,

- Khi led thu dẫn sẽ cung cấp một điện áp vào chân số 1,2 của IC LM358 khoảng 5 V Khi đó mức logic của cả hai chân số 1 , 2 sẽ là 1 (do nối Vcc) dẫn đến đầu ra sẽ nhận mức logic 0

-Khi có vật cản chắn ngang giữa led phát và led thu , thì tia hồng ngoại sẽ không truyền được đến led thu, led thu không dẫn , khi đó điện áp chân số 1,2 là 0V tức là ở mức logic thấp khi đó đầu ra sẽ đẩy lên mức cao

Đầu ra của IC 4093 khi đó sẽ chuyển từ mức cao lên mức thấp một cách liên tục khi cótừng sản phẩm đi qua theo thời gian sẽ gần giống như một tín hiệu xung CLOCK Tín hiệu này sẽ được truyền đến chân số 5 (CPU ) của IC đếm 74192

2.2.3 Khối đếm

Nguyên lý : Khối đếm gồm hai IC đếm 74192 được ghép với nhau Một IC đếm hàng

đơn vị và hàng chục được ghép với nhau từ chân TCU của IC thứ nhất đến chấn CPU của IC thứ hai

Hình 2 3 Khối đếm

Tín hiệu từ mạch cảm biến sẽ được cung cấp đến chân CPU (chân số 5) của IC 74192.Khi đó IC bắt đầu đếm , cứ mỗi một sản phẩm đi qua thì mức logic nhảy từ thấp lên caolàm cho IC 74192 đếm lên 1 đơn vị Các chân CPD (DN) của cả hai IC được nối lên mức cao để IC chỉ đếm lên Đầu ra của mỗi một IC là một số BCD

2.2.4 Khối giải mã và hiển thị led

Đầu ra của mỗi IC đếm là một số BCD vì vậy muốn hiển thị được ta cần phải sử dụng

IC 74247 để giải mã BCD ra led 7 thanh để hiển thị trên led

led13 led12 led11 led10 led9 led8

led0 led2 led3 led4 led5 led6 led7 led8 led10 led11 led12 led13

led0 led1 led3 led4 led6

A

7 QA 13 B

1 QB 12 C

2 QC 11 D

6 QD 10 BI/RBO

4 QE 9 RBI

5 QF 15 LT

1 QB 12 C

2 QC 11 D

6 QD 10 BI/RBO

4 QE 9 RBI

5 QF 15 LT

3 QG 14

GIAI MA 2

74LS247

DON VI CHUC

Hình 2 4 Khối giải mã và hiển thị

1 Q1 2 D2

10 Q2 6 D3

9 Q3 7

UP

5 TCU 12 DN

4 TCD 13 PL

11 MR 14

DEM1

74LS192

D0

15 Q0 3 D1

1 Q1 2 D2

10 Q2 6 D3

C KẾT LUẬN

1 Nhận xét chung

Hình 2 5 Mạch đếm 20 sản phẩm

Mạch đếm sản phẩm vào dùng hồng ngoại là mạch có nhiều ứng dụng trong thực tế đặc biệt trong các xí nghiệp- công ty,…Mạch đếm được số sản phẩm (với một số lượng nhất định) được thể thị bằng led 7 đoạn giúp đếm chính xác được số sản phẩm của một khâu nhất định

2 Chức năng :

Mạch đếm sản phẩm 2 số có thể hiển thị đến 99 Mạch có thể được sử dụng để đếm

số sản phẩm đóng gói vào thùng ,……

3 Hướng phát triển của đề tài:

Ngày nay với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật việc thiết kế mạch sử dụng quá nhiều IC không được coi là tối ưu Mạch trở nên rườm rà tốn nhiều thời gian, tuổi thọ

sử dụng của mạch ngắn , có nhiều sai sót dễ hưng hỏng Chính vì vậy hướng phát triển của đề tài là thay vì sử dụng các IC đếm , sẽ thay bằng vi xử lý, vi điều khiển để tốc độ đáp ứng nhanh hơn Ngoài ra thiết kế để có thêm khả năng linh hoạt hơn trong việc lựa chọn số đếm , hoặc ghép thêm các IC đếm với nguyên lý tương tự hai IC để nâng cao sốđếm lên 999,9999,………

D Tài liệu tham khảo

1:https://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=Datasheet

%2074ls192&gclid=CjwKCAjwq5-WBhB7EiwAl-HEkuQSfXgaH97xLdsg41gfOsEVnPzytOwYlJgtOXhVzAje9yfGHbwvRBoCEXMQAvD_ BwE

2 WBhB7EiwAl-

https://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=74ls247&gclid=CjwKCAjwq5-HEkhjnwkDF6OiiFtdZh_ZceizMPa88o7VMhmNGTzOG98vUN4kTpOJwYBoC090QAv D_BwE

3 Giáo trình “Điện tử số ” , Lương Ngọc Hải,Lê Hải Sâm,Nguyễn Trình Đường,

Nguyễn Quốc Cường,Trần Văn Tuấn, NXB Giáo dục 2008