Đ TÀI Ề : Thiêt́ kê,́ chế taọ mạch kiêm̉ tra sô ́ sản phẩm đi ra trên một băng chuyền pptx

Đặc biệt góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử đã góp minh dễ sử dụng đối với con nguời cũng đang được phát triển rộng.Những thành tựu của nó đã có thể biến được những

ĐỀ TÀI : Thiết kế, chế tạo mạch kiểm tra số sản phẩm đi ra trên một băng chuyền Nhóm sinh viên thực hiện: 1 Phan Đình Anh

Thời gian thưc hiện : 8 Tuần

Nội dung cần hoàn thành:

1 Lập kế hoạch thực hiện và báo cáo theo đúng tiến độ

2 Nghiên cứu ứng dụng thực tế của thiết bị, đề ra phương án thiết kế, chế tạo

3 Giới thiệu thông số, ứng dụng của các phần tử trong mạch

4 Tính toán, lựa chọn các linh kiện

5 Quy trình thưc hiện chế tạo hoàn thiện

6 Quyển thuyết minh và các bản vẽ

BẢNG THÔNG QUA ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Họ và tên: Phan Đình Anh, Đới Văn Nghiệp

Lớp : 50K1- ĐTVT

Tên đồ án: Mạch đếm sản phẩm

Nhận xét (cho phép/

không cho phép, thông qua đợt sau)

Chữ ký GVHD

1 ………

2 ………

3 ………

4 ………

Nhận xét chung: ………

……… Ghi chú:

- Điều kiện để sinh viên được phép bảo vệ đồ án: phải thông qua đầy

đủ và có chữ ký của giáo viên hướng dẫn xác nhận

- Bảng này phải được đóng vào đầu của quyển thuyết minh đồ án

LỜI NÓI ĐẦU 5

1.1.3 Khối chỉnh lưu

1.1.4 Khối lọc

1.2.1

1.2.2 Nguyên tắc thu1.3 Khối mã hóa

L I NÓI Đ U ỜI NÓI ĐẦU ẦU

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống củacon người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, mang lại sự tiện lợi tối ưuvới những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hoá, hiện đạihoá đất nước Đặc biệt góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử

đã góp minh dễ sử dụng đối với con nguời cũng đang được phát triển rộng.Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng chừng như khôngthể thành những phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đấtnước Trong đó sự tích hợp các mạch điện – điện tử ngày càng trở nên thiết yếukhi mà công nghệ ngày càng phát triển hơn tiến tới thời đại của vi xứ lý vi mạchnhững mạch cồng kềnh chiếm nhiều diện tích đã bị loại bỏ dần thay vào đó làcác mạc siêu nhỏ gọn gàng hơn đang đươc ưa chuộng

Trong đó ngành điện tử kỹ thật số là một lĩnh vực phát triển mạnh của thếgiới nó không những chỉ ứng dụng trong công công nghiệp mà còn được sửdụng nhiều ứng dụng trong đời sống hàng ngày và mang lại hiệu quả cao.Cáclinh kiện điện tử kỹ thuật số được ứng dụng vào các mạch điện như: mạch đồng

hồ, mạch cầu thang, mạch đèn giao thông…Nó như một công cụ tin cậy cho mỗingười sử dụng

Cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử đang

và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao tronghầu hết các lĩnh vực kinh tế kỹ thuật cũng như đời sống xã hội

Việc gia công xử lý tín hiệu trong các thiết bị điện tử hiện đại đều dựatrên cơ sở nguyên lý số vì các thiết bị làm việc trên cơ sở nguyên lý số có những

ưu điểm hơn hẳn các thiết bị điện tử làm việc trên cơ sở nguyên lý tương tự, đặcbiệt là trong kỹ thuật tính toán

Bộ đếm dựa trên cơ sở nguyên lý số là một ví dụ điển hình, thường gặp vàđóng vai trò quan trọng trong các mạch điện tử Bộ đếm là thành phần cơ bản của

hệ thống số, chúng được sử dụng để đếm thời gian, chia tần số, điều khiển các mạchkhác…Bộ đếm là mạch đơn giản được xây dựng từ các thành phần nhớ là cácTrigger và các phần tử tổ hợp

Với những ưu điểm của bộ đếm như trên chúng em đã chọn làm đề tài:

“Ứng dụng bộ đếm để thiết kế mạch đếm sản phẩm”.

Mục đích chính của đồ án này là thiết kế bộ đếm có chức năng đếm sản phẩmtheo yêu cầu của người sử dụng Đây là một đề tài được ứng dụng nhiều trongthực tiễn Đề tài này được thiết kế để kiểm tra số sản phẩm sản xuất ra trên băngchuyền

Đề tài gồm 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lý thuyết – trình bày cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài.Chương 2: Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển đếm sản phẩm – trình bày cácbước tiến hành thiết kế chế tạo mạch đếm sản phẩm

Chương 3: Chế tạo và thử nghiệm

Chúng em đã nghiên cứu và thiết kế dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của

thầy: Dương Đình Tú, giảng viên khoa điện tử viễn thông trường Đại Học

Vinh Vì kiến thức, kinh nghiệm của chúng em còn hạn chế nên đồ án khôngtránh được sai sót Chúng em rất mong sự đánh giá của quý thầy cô và bạn bè,

để đồ án được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Là một cấu trúc logic với hai trang thái ổn định có hai lối vào thông tin là

R và S Khi S=1, R=0 Trigger nhận trạng thái Q=1, còn khi R=1, S=0 Trigger nhận trạng thái Q=0

Bảng trạng thái của Trigger

K tương đương với R.

Bảng chân lý của Trigger J-K

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG

1.Phần thuyết minh

1.1Tính cần thiết của đề tài

Hiện nay vẫn chưa hiểu rõ và đánh giá đúng về tiềm năng cũng nhưnhững áp dụng hữu ích của việc kỹ thuật số trong đời sống hằng ngày mọingười đang sống trong thời đại gọi là “kĩ thuật số“ hiện đại, siêu hiện đại Thờiđại mà khoa học phát hiện ra rằng việc áp dụng điều khiển bằng số trong côngnghệ hiện đại là vô cùng cần thiết “Kĩ thuật số“ ra đời lập tức đã và đang làmnên một cuộc cách mạng trong mọi lĩnh vực của đời sống hiện đại, từ chiếc nồicơm điện, máy giặt, máy điện thoại… đến truyền hình, chụp ảnh, công nghệthông tin… rồi đây “kĩ thuật số” của khoa học sẽ không dừng lại, không giẫmchân tại chỗ mà tiếp tục phát triển, thậm chí phát triển với tốc độ vũ bão

Ngày nay công nghệ không dây đang phát triển rất mạnh Với các thiết

bị không dây ngày càng hiện đại cho phép người sử dụng thỏa mãn những nhucầu về giải trí cũng như trong điều khiển sản xuất mà không cần dây nối Nó thật

sự tiện ích và tạo cảm giác thoải mái cho người sử dụng Truyền tín hiệu sốkhông dây

Khoa học ngày nay đã chứng minh được (bằng lý thuyết) rằng có thểphân tích hoàn toàn vật chất thành những tín hiệu, thành… sóng Phân tích rồitổng hợp lại… phải dựa trên “kĩ thuật số” Do thực tế hiện nay ”mạch đếm sốsản phẩm được hiển thị led 7 thanh” được áp dụng rông rãi như mạch đếm cửa

ra vào, mạch đếm gara ô tô và còn rất nhiều những ứng dụng khác Các sảnphẩm rất đa dạng với nhiều chủng loại : đặc, rỗng, kích cỡ khác nhau Nhưngvới khả năng của thiết bị lắp thì mach chỉ có thể đếm với các sản phẩm có khảnăng che được ánh sáng và có kích thước nhỏ

Khi nghiên cứu đề tài này chúng em muốn phát huy những thành quảứng dụng của kỹ thuật số nhằm tạo ra những sản phẩm, những thiết bị tiên tiếnhơn và đạt hiệu quả sản xuất cao hơn Ngoài ra quá trình nghiên cứu thực hiện

đề tài là một cơ hội để chúng em tự kiểm tra lại những kiến thức dã được học ởtrường, đồng thời phát huy tính sáng tạo, khả năng giải quyết một vấn đề theoyêu cầu đặt ra

2 Thiết kế

Ta dùng một mạch dãy không đồng bộ được thiết kế đếm số sản phẩm ratrên băng chuyền sản xuất Mạch một chùm sang A được bố trí như hinh vẽ.Mạch được thiết kế sao cho mỗi lần đếm được số sản phẩm cụ thể:

B

A

Z

X

Khi có một sản phẩm đi ra thì chùm sáng A sẽ bị chắn Khi đó mạch cho

ra tín hiệu Z = 1 Đầu ra được đưa vào đầu vào bộ giải mã như hình vẽ sau:

Giả sử chùm sáng bị chắn là X; ngược lại không bị chắn là X

0 0 0 0 1 1 1 1

1 1 0 0 0 0 0 0

1 0 1 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0

1 0 1 0 0 0 1 1

1 1 1 1 0 1 0 1

0 0 0 0 1 1 1 1

Ta dung bìa Karnaugh để tìm ra phương trình kích:

Xung đếm Tín hiệu chuyển vị

Bộ đếm cần có 10 trạng thái, N=10, biểu thị bằng S0, S1, S2, …, S9 Căn cứ vào quy luật đếm thuận thập phân, ta vẽ ra đồ hình trạng thái ban đầu như sau:

/0 /0 /0 /0

S0 S1 S2 S3 S4 /1 /0

S9 S8 S7 S6 S5

/0 /0 /0 /0

Dưới tác dụng của xung đếm đưa vào, trạng thái mạch điện phải chuyển đổi trạng thái tuần tự theo luật đếm thuận Tương ứng trạng thái S9 thì C = 1, tương ứng các trạng thái khác thì C = 0 Khi bộ đếm từ S9 chuyển đổi sang mức S0 thì bộ đếm xóa về 0, tín hiệu chuyển vị (nhớ) kích lật bộ đếm trọng số lớn hơn Xác định số lượng và chủng loại Trigger, chọn mã hóa trạng thái: Vì 2n ≥ N = 10 Vậy n = 4, chọn Trigger JK Trạng thái của bộ đếm được mã hóa theo mã 8421 10 trạng thái sẽ có 10 tổ hợp mã tương ứng như sau:

S0 = 0000, S1 = 0001, S2 = 0010, S3 = 0011,

S4 = 0100, S5 = 0101, S6 = 0110, S7 = 0111,

S8 = 1000, S9 = 1001

Ta vẽ ra đồ hình trạng thái sau khi mã hóa:

Tìm phương trình trạng thái, phương trình ra

Tìm phương trình trạng thái

Trạng thái kế tiếp và đầu ra của bộ đếm đều là hàm số của trạng thái xét, mà

trạng thái xét và trạng thái kế tiếp của bộ đếm đều biểu thị bằng trạng thái hiện tại và kế tiếp của các Trigger cấu trúc nên bộ đếm Căn cứ vào đồ hình trạng thái

ta vẽ ra bảng Karnaugh của đầu ra và trạng thái kế tiếp của bộ đếm 6 trạng thái

1010 ÷ 1111 không được dung, sẽ không xuất hiện trong khi bộ đếm làm việc bình thường , có thể giúp việc tối thiểu hóa

0101

1001 0001

0111

0110

0100 0011

Giản đồ mạch đếm lên mod 10Trước hết hãy cùng tìm hiểu về sự chuyển tiếp trạng thái ở ngõ ra Q:Giả sử ngõ ra Q đang ở 0, bây giờ ta muốn khi có xung ck thì Q lên 1.Dựa vào bảng trạng thái của FF JK thì J = 1, K = 0 hay J = 1, K = 1 (trường hợp

Qn+1 = 1 với Qn chính là Q đang ở 0 trước đó) Tóm lại khi Q từ 0 chuyển lên 1thì cần J = 1, K = X (X bằng 0 hay 1) Lý luận tương tự thì :

Trạng thái tới của Q mong muốn

Logic cần thiết ở ngõ vào

0 1 0 1

0 1 x x

x x 1 0

Sau khi đã nắm vững quy tắc chuyển trạng thái của FF ở trên ta mới bắt đầu đivào bài toán ở ví dụ trên :

Với các ngõ vào của X là các ngõ ra của các FF và các ngõ ra của X lại làcác ngõ vào kích của các FF, ta có bảng chuyển trạng thái của X khi đếm:

Chuyển tiếp trạng thái ngõ ra

Các ngõ vào FFTrạng thái bây giờ Trạng thái tới

Bây giờ, lập bìa K với Q0, Q1, Q2, Q3 là các biến ngõ vào trong khi các ngõ J,

K của 3 tầng FF lại trở thành ngõ ra Bìa K cho 6 ngõ ra như sau :

Xây dựng bìa Karnaugh để tối thiểu hóa để tìm ra phương trình kích và phươngtrình ra như sau:

Bảng 1(Q 3 n+1 ):

Bảng 2 (Q 2 n+1 ):

Bảng 3(Q 1 n+1 ):

Bảng 4(Q 0 n+1 ):

Tìm phương trình ra

Bảng 5 (C):

Tìm phương trình kích

Phương trình đặc trưng của Trigger JK:

Đồng nhất các hệ số của phương trình trạng thái của Trigger được sử dụngtrong bộ đếm và phương trình của Trigger JK ta tìm được phương trình đầu vàođiều khiển của các Trigger được sử dụng trong bộ đếm:

Kết quả cuối cùng là mạch đếm như hình sau:

trạng thái ban đầu

Trên thực tế ta không thiết kế từng bộ đếm bằng các triger màdùng các IC đếm

mod 10 để thiết kế bộ đếm mod 3, mod 6, mod 10

Cụ thể là khi thiết kế bộ đếm sản phẩm đến 99 cho khối đếm tadung IC74HC192 với sơ đồ sau:

*Mạch giải mã BCD 4 bit ra mã 7 thanh:

Với LED 7 thanh:

Bảng trạng thái hoạt động mạch giải mã:

1 0 1 1 0 1 1 0 1 0

1 0 1 0 0 0 1 0 1 0

1 0 0 0 1 1 1 0 1 1

0 0 1 1 1 1 1 0 0 1Thiết kế mạch dùng các phần tử logic tổ hợp:

3 Mạch mô phỏng trên proteus:

D0

15 Q0 3 D1

1 Q1 2 D2

10 Q2 6 D3

9 Q3 7 UP

5 TCU 12 DN

4 TCD 13 PL 11 MR 14

U1

74LS192

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 Q1 2 D2

10 Q2 6 D3

9 Q3 7 UP 5 TCU 12DN

4 TCD 13 PL 11 MR 14

U3

74LS192

A

7 QA 13 B

1 QB 12 C

2 QC 11 D

6 QD 10 BI/RBO

4 QE 9 RBI

5

QF 15LT

1 Q1 2 D2

10 Q2 6 D3

9 Q3 7 UP

5 TCU 12 DN

4 TCD 13 PL 11 MR 14

U6

74LS192

A 7

QA 13B

1 QB 12 C

2 QC 11 D

6 QD 10 BI/RBO

4 QE 9 RBI

5 QF 15 LT

a Khi không có tín hiệu đi qua

Led thu phát vẫn hoạt động bình thường vì toàn mạch được cấp nguồn5V Led phát vẫn phát tín hiệu để led thu nhận, khi led thu nhận tín hiệu thì điện

trở led thu giảm gần như bằng 0V, nên dòng điện đó sẽ đi thẳng xuống mass Do

đó tranzitor không dẫn vì theo công thức tính :

UB = (U x Rled thu)/(Rled thu + R2) = (5 x 0)/(0+104) = 0

Do đó điện áp 5V qua R4 sẽ đi vào cổng nót IC7404 Cổng NOT sẽ là mứcthấp, tín hiệu xung vào IC74192 lúc này sẽ là xung mức thấp nên IC74192 sẽ khôngđếm, không có tín hiệu cho IC7447 nên sẽ không hiển thị sang led 7 thanh

b Khi có tín hiệu đi qua

Khi có tín hiệu đi qua tín hiệu đó sẽ che led thu, led thu sẽ không nhận đượctín hiệu của led phát, điện trở led thu sẽ rất lớn, nên điện áp trên cực B củatranzitor sẽ lớn hơn 0V Vì công thức : UB = (U x Rled thu)/(Rled thu + R2)

Tranzitor dẫn gây sụt áp trên cực C của tranzitor, lúc đó tín hiệu đi ra ở mứcthấp 0V (vì điện áp lúc này đi từ cực C xuống mass), khi qua cổng NOT sẽđược đảo thành mức cao Vì chân 5 của IC 74192 tích cực ở mức cao nên nó sẽnhảy trạng thái tức là bộ mã hóa lúc này sẽ có đầu ra là 0001 Đầu vào của bộgiải mã Khi giải mã xong thì tín hiệu sẽ được hiển thị trên led 7 thanh là 01 và

nó sẽ giữ nguyên trạng thái này cho đến khi có sản phẩm tiếp theo đi qua và đikhỏi đường sáng laser thì nó sẽ nhảy trạng thái tiếp theo là 02 Cứ như vậy khi

có sản phẩm tiếp theo đi qua thì nó sẽ hoạt động tương tự như trên

Chương III CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM

1 Xây dựng sơ đồ khối của toàn mạch

Hình 1.1: Sơ đồ khối của toàn mạch 1.1 Nguyên tắc hoạt động của các khối

1.1.1 Khối nguồn

Bộ nguồn cung cấp cho toàn mạch ở đây ta dùng nguồn một chiều một vàitrăm ôm để tránh cháy đèn led hoặc ta cung cấp nguồn 3,5V thì ta đưa điện áptrực tiếp vào led Nguồn ta dùng ở đây ta cần độ ổn định cao để mạch đếm chạymột cách chính xác, nếu ta dùng nguồn không ổn định ví dụ như pin thì hoạtđộng bị gián đoạn

Bộ 5V và 3V- 4.5V cho súng laser, khi ta đưa vào led 7 thanh ta phải đưaqua điện trở nhỏ khoảng 1 kilôm

Mạch yêu cầu dùng dòng 1 chiều, điện áp 5V nên khối nguồn này ta dùngmáy biến áp, cầu chỉnh lưu, và IC7805 có tác dụng ổn định điện áp ra 5V

1.1.2 Khối hạ áp

Ở đây chúng ta biến đổi điện áp lưới 220VAC50Hz xuống còn 24VAC

-3A Mục đích là cấp đầy vào cho bộ biến đổi và bộ lọc để có điện áp một chiềumong muốn

1.1.3 Khối chỉnh lưu

Thành phần chỉnh lưu là biến đổi tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu 1chiều thông qua 4 con diode chỉnh lưu Đây là sơ đồ chỉnh lưu cả chu kì vớidạng sóng đầu vào và đầu ra sau chỉnh lưu như sau:

Hình 1.2 : Điện áp sau chỉnh lưu.

Dạng điện áp sau chỉnh lưu nó vẫn còn các sóng nhấp nhô như ngọn núi

và dạng điện áp này vẫn được coi là điện áp 1 chiều nhưng chưa ổn định

2.1.3 Khối lọc

- Có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch U3 thành điện áp mộtchiều U4 ít nhấp nhô hơn

- Tụ có điện dung càng lớn thì điện áp ở đầu ra càng bằng phẳng

Hình 1.3: Điện áp sau khi được lọc bằng tụ điện.

- Tụ gốm có tác dụng lọc xung đột biến

1.1.4 Khối ổn áp

- Dòng họ 78xx cho ra nhiều loại ổn áp điện khác nhau: như 7805

ổn áp 5V

- Điện áp đầu vào của họ 78xx là điện áp 1 chiều và max <=40V

- Dòng điện không vượt quá 1A

- Dòng đỉnh là 2.2A

- Công suất tiêu tán cực đại có tản nhiệt là 15W

- Đảm bảo thông số là : Vi - V0 = 2V đến 3V ( lúc đó mạch mới hoạt động

ổn áp được)

- Tản nhiệt tốt cho 78xx Khi hoạt động với tải thì 78xx rất nóng Đối vớicấp điện áp là 29V thì 78xx nóng khi có tải và chú ý tản nhiệt tốt cho nó.Đểnóng quá sinh ra phá 78xx

1.2 Khối tạo tín hiệu

Có nhiệm vụ nhận biết tín hiệu,mã hoá tín hiệu thành tín hiệu xung

- Khối dao động có điều kiện: Khi nhấn 1 phím chức năng thì dồng thờikhởi động mạch dao động tạo xung đồng hồ , tần số xung đồng hồ xác địnhthời gian chuẩn của mỗi bit

- Khối chốt dữ liệu và khối chuyển đổi song song ra nối tiếp: Mã nhị phântại mạch mã hóa sẽ được chốt để đưa vào mạch chuyển đổi dữ liệu song song

ra nối tiếp Mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp được điều khiển