Chân số 2: Được gọi là chân TRIGGER, là chân đầu vào điện áp thấp, chân OUTPUT của IC sẽ được kích hoạt ở mức cao khi điện áp ở chân TRIGGER thấp hơn điện áp so sánh thường là bằng 1/3VC
TỐNG QUAN VỀ MẠCH TẮT MỞ ĐÈN BẰNG TIẾNG ÂM THANH
Giới Thiệu
Mạch tắt mở đèn bằng tiếng vỗ tay mang lại sự tiện lợi vượt trội trong việc điều khiển ánh sáng, đặc biệt khi chúng ta trở về nhà trong bóng tối và gặp khó khăn khi tìm công tắc Công nghệ này giúp mở rộng ứng dụng trong các sản phẩm trang trí như đèn LED nghệ thuật, đèn LED trang trí cho các dịp đặc biệt, mang lại tiện ích và thẩm mỹ tối ưu cho không gian sống.
Nguyên Lý Hoạt Động
Mạch hoạt động dựa trên cảm biến bắt tiếng vỗ tay để nhận diện tín hiệu Khi cảm biến phát hiện tiếng vỗ, tín hiệu được đưa qua bộ khuếch đại nhằm làm tăng cường độ tín hiệu, sau đó truyền tiếp đến IC NE555 để xử lý Đây là cơ chế chính giúp mạch hoạt động hiệu quả trong việc nhận diện âm thanh và thực hiện các tác vụ tự động.
555 sẽ bắt đầu tạo xung và kích vào chân số 14 của IC 4017 IC 4017 sẽ bắt đầu đếm lên
Một xung kích hoạt Relay 5V sẽ lần lượt kích hoạt các chân của relay Khi relay được kích hoạt, mạch sẽ kín và đèn báo sáng, cho thấy trạng thái hoạt động của hệ thống.
Nhiệm Vụ
Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của IC NE555 và IC 4017 Mô phỏng mạch trên máy tính Thiết kế thi công mạch.
Phương Thức Thực Hiện
Dựa trên những yêu cầu của đề tài, ta có thể chọn các linh kiện chính sau:
- IC NE555 và IC 4017 đây là hai linh kiện chính của mạch.
- Relay 5V.Mic để nhận biết âm thanh như: tiếng vỗ tay, huýt sáo,búng tay,…
- Các loại Led, điện trở, biến trở và tụ điện.
GIỚI THIỆU LINH KIỆN
IC NE555
IC 555 là bộ điều khiển thời gian chính xác cao dựa trên tụ điện và biến trở bên ngoài, giúp điều chỉnh thời gian chính xác Ứng dụng của IC 555 bao gồm tạo xung, thiết lập thời gian tuần tự, tạo trễ, và điều chế độ rộng xung, phù hợp cho các dự án yêu cầu độ chính xác cao Sản phẩm này thường được sử dụng trong các mạch điều khiển tự động, thiết bị điện tử và các hệ thống cần điều chỉnh thời gian linh hoạt Với khả năng điều khiển chính xác và dễ dàng tùy chỉnh, IC 555 là linh kiện không thể thiếu trong nhiều ứng dụng điện tử và tự động hóa.
IC NE555 có tổng cộng 8 chân:
Chân số 1: Được gọi là chân GND, là chân nối đất hay còn gọi là chân chung.
Chân số 2: Được gọi là chân TRIGGER, là chân đầu vào điện áp thấp, chân OUTPUT của
IC sẽ được kích hoạt ở mức cao khi điện áp ở chân TRIGGER thấp hơn điện áp so sánh (thường là bằng 1/3VCC hay 2/3VCC)
Chân số 3, còn gọi là chân Output, là chân lấy tín hiệu ra của mạch Tín hiệu tại chân này có thể ở trạng thái cao (1) hoặc thấp (0) Khi ở mức cao, điện áp tại chân Output gần bằng với VCC, trong khi ở mức thấp, điện áp sẽ bằng 0V Đây là chân quan trọng để truyền dữ liệu kết quả của quá trình xử lý điện tử.
Chân số 4: Được gọi là chân RESET, chân này được dùng để đặt lại mức trạng thái ra nếu ta nối nó vào chân GND.
Chân số 5, còn gọi là chân CONTROL VOLTAGE, có nhiệm vụ cung cấp quyền điền khiển mức điện áp bên trong IC, giúp duy trì điện áp ổn định ở mức 2/3VCC.
Chân số 6: Được gọi là chân THRESHOLD, điện áp ở chân OUTPUT sẽ không còn ở mức cao khi mức điện áp ở chân THRESHOLD lớn hơn 2/3VCC.
Chân số 7: Được gọi là chân DISCHARGE, có chức năng xả điện cho tụ của mạch R-C bên ngoài Nó cùng pha với chân OUTPUT.
Chân số 8, còn gọi là chân VCC, có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho IC hoạt động Mức điện áp của chân này thường từ 3V đến 15V tùy thuộc vào từng loại IC cụ thể Việc cấp nguồn chính xác cho chân VCC đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của các linh kiện điện tử.
Hình 2.3 Sơ đồ chân IC NE555
IC 4017
IC 4017 là một IC đếm xung, có 10 đầu ra ở mức logic cao (mức 1)
Hình 2.5 Sơ đồ chân của IC 4017
IC 4017 có tổng cộng 16 chân:
Chân 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 11 là 10 ngõ ra riêng biệt.
Chân số 8 là chân VSS có chức năng nối đất.
Chân số 12 là chân CARRY OUT, dùng để kết nối với một IC khác để ta có thể nâng tầm đếm lên tới 20.
Chân số 13 của IC là chân CLOCK ENABLE, có chức năng vô hiệu hóa hoạt động của IC Thường chân này được kết nối với đất hoặc mức logic thấp (0) để cho phép IC hoạt động bình thường Khi chân này được nối vào mức logic cao (1), IC sẽ ngừng đếm, tạm dừng hoạt động của bộ đếm Việc điều chỉnh chân CLOCK ENABLE giúp kiểm soát chính xác quá trình đếm của IC trong các thiết kế mạch số.
Chân số 14 là chân CLOCK, đây là chân input (ngõ vào).
Chân số 15 là chân RESET, luôn được giữ ở mức logic thấp, nếu chân này được cấp mức logic cao nó sẽ reset lại bộ đếm.
Chân số 16 là chân VDD, dùng để cấp nguồn cho IC hoạt động, mức điện áp cấp vào là từ3v đến 15v.
Các linh kiện khác
Hình 2.6 Microphone (CẢM BIẾN ÂM THANH)
THIẾT KẾ MẠCH
Sơ đồ khối
Khối nguồn : cấp nguồn cho các khối khác dùng nguồn DC 5V.
Khối thu nhận và khuếch đại âm thanh: Dùng mic tiếp nhận âm thanh là tiếng vỗ tay và Transistor C1815 để khuếch đại âm thanh.
Khối xử lý tín hiệu: dùng IC 555 tạo xung.
Khối điều khiển : dùng âm thanh như tiếng vỗ tay,búng tay để bật tắt thiết bị.
Khối hiển thị: Là đèn LED hoặc bóng đèn.
Sơ đồ nguyên lý mạch
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch
Khối cảm biến
Hình 3.3 trình bày khối cảm biến âm thanh, như tiếng vỗ tay hay búng tay, đã được thay thế bằng một nguồn tạo xung vuông trực tiếp nhằm giúp dễ dàng mô phỏng và phân tích tín hiệu âm thanh trong các nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật.
Khối điều khiển
Khối hiển thị
PHẦN MỀM PROTEUS ĐỂ MÔ PHỎNG MẠCH
Giới thiệu về phần mềm
Proteus của hãng Labcenter Electronics là phần mềm chuyên dụng để vẽ sơ đồ nguyên lý, thiết kế và mô phỏng mạch điện một cách chính xác và hiệu quả Phần mềm này hỗ trợ mô phỏng hầu hết các linh kiện điện tử, giúp các kỹ sư và sinh viên dễ dàng kiểm tra và tối ưu các dự án thiết kế của mình Đặc biệt, Proteus cung cấp hỗ trợ tốt cho các dòng vi điều khiển như PIC, AVR, Arduino, giúp người dùng phát triển và thử nghiệm các ứng dụng một cách dễ dàng Sử dụng Proteus còn giúp tiết kiệm thời gian, giảm thiểu sai sót trong quá trình thiết kế mạch điện tử, là công cụ không thể thiếu trong lĩnh vực điện tử và tự động hóa.
8051, AVR,… ngoài ra còn mô phỏng các mạch số, mạch tương tự một cách hiệu quả Gói phần mềm gồm có những phần mềm chính:
ISIS dùng để vẽ sơ đồ nguyên lý và mô phỏng Một số chức năng của ISIS:
Tự động sắp xếp đường mạch và vẽ điểm giao đường mạch.
Chọn đối tượng và thiết lập thông số cho đối tượng dễ dàng.
Đối với người thiết kế mạch chuyên nghiệp, ISIS tích hợp nhiều công cụ cho việc quản lý mạch điện lớn có thể lên đến hàng ngàn linh kiện.
Khả năng tự động đánh số linh kiện
Việc tích hợp các dụng cụ đo lường như Volt kế, Ampe kế và Oscilloscope vào thiết bị giúp người dùng dễ dàng kiểm tra và theo dõi các thông số hoạt động của mạch một cách chính xác và tiện lợi Các công cụ này mô phỏng thực tế, giúp nâng cao hiệu quả trong quá trình phân tích và sửa chữa mạch điện tử Nhờ đó, quá trình kiểm tra và chẩn đoán các vấn đề về điện trở, dòng điện và điện áp trở nên nhanh chóng, chính xác hơn, hỗ trợ các kỹ thuật viên và người dùng trong việc vận hành và bảo trì hệ thống điện tử.
ARES dùng để thiết kế mạch in
Hướng dẫn mô phỏng mạch trên Proteus
4.2.1 Các bước xây dựng mạch để mô phỏng
Tạo Project mới để mô phỏng
Hình 4.1 Đặt tên và chọn nơi lưu file
Tạo và lưu Project mới:
Hình 4.2 Giao diện mô phỏng của Proteus
Chọn linh kiện từ thư viện:
Hình 4.3 Tìm linh kiện trong thư viện của Proteus
Lấy linh kiện, sắp xếp và tiến hành đi dây để được mạch hoàn chỉnh:
Hình 4.4 Sơ đồ mạch hoàn chỉnh trong Proteus
Hình 4.5 Đèn sáng khi vỗ tay,búng tay lần thứ nhất
Hình 4.6 Đèn tắt khi vỗ tay,búng tay lần thứ hai tay, búng tay lần thứ nhất LED D2 sáng hiển thị mạch đã kết nối với bộ nguồn và
Khi IC 4017 đếm lên 1 xung, relay được kích hoạt, làm mạch kín và LED D3 sáng Trong hình 4.6, vỗ tay hoặc búng tay lần thứ hai giúp chân số 4 của IC nối với chân Reset, khiến mạch trở về trạng thái ban đầu Khi đó, cả LED D2 và D3 đều tắt, đảm bảo hoạt động chính xác của hệ thống điều khiển đếm xung.
PHẦN MỀM ALTIUM ĐỂ THIẾT KẾ MẠCH IN
Giới thiệu về phần mềm Altium
Altium, trước đây còn gọi là Protel DXP, là một trong những công cụ vẽ mạch điện tử mạnh mẽ nhất hiện nay, được phát triển bởi Altium Limited Đây là phần mềm chuyên ngành tiên tiến được sử dụng rộng rãi trong thiết kế mạch điện tử, giúp kỹ sư và nhà thiết kế tạo ra các sản phẩm chất lượng cao Altium nổi bật với các đặc trưng như giao diện người dùng thân thiện, khả năng tích hợp phần mềm CAD chuyên nghiệp, cùng các công cụ tự động hóa giúp tối ưu hóa quy trình thiết kế mạch điện tử.
Giao diện thiết kế, quản lý và chỉnh sửa thân thiện, dễ dàng biên dịch, quản lý file, quản lý phiên bản cho các tài liệu thiết kế.
Chương trình hỗ trợ mạnh mẽ trong việc thiết kế tự động và đi dây tự động theo thuật toán tối ưu giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác của quá trình thiết kế mạch điện tử Nó còn cung cấp khả năng phân tích lắp ráp linh kiện, giúp các kỹ sư dễ dàng xác định lỗi và tối ưu hoá cấu trúc mạch Bên cạnh đó, phần mềm hỗ trợ tìm giải pháp chỉnh sửa hoặc điều chỉnh mạch và linh kiện đã có sẵn dựa trên các tham số mới, giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao tính linh hoạt trong quá trình thiết kế.
Mở, xem và in các file thiết kế mạch dễ dàng với đầy đủ các thông tin linh kiện, dữ liệu bản vẽ, kích thước, số lượng,…
Hệ thống thư viện nguồn mở đa dạng, phong phú, chi tiết và hoàn chỉnh bao gồm tất cả các linh kiện nhúng, số, tương tự,…
Trong quá trình thiết kế mạch in, việc đặt và chỉnh sửa các đối tượng trên các lớp cơ khí là bước quan trọng để đảm bảo tính chính xác và khả năng thi công Định nghĩa các luật thiết kế giúp duy trì tiêu chuẩn và tính nhất quán trong quá trình phát triển sản phẩm Ngoài ra, việc tùy chỉnh các lớp mạch in, chuyển đổi từ sơ đồ mạch (schematic) sang dạng PCB là bước cần thiết để tối ưu hóa bố trí linh kiện Cuối cùng, đặt vị trí linh kiện chính xác trên PCB đảm bảo hiệu suất hoạt động của mạch điện và dễ dàng trong quá trình lắp ráp.
Mô phỏng mạch trên PCB có thể xem ở dạng 3D giúp dễ dàng định hình và thiết kế mạch đẹp hơn.
Hướng dẫn sử dụng phần mềm Altium để thiết kế mạch in
5.2.1 Tạo sơ đồ nguyên lý
Tạo project mới trong Altium Chọn file -> New -> PCB Project
Hình 5.1 Tạo Project mới trong Altium
Trong dự án mới, bạn hãy chọn "Add new to project" rồi thêm hai tệp sơ đồ mạch (schematic) và PCB để thiết lập mô hình mô phỏng Sau đó, lưu các tệp này dưới một tên dễ tìm kiếm và quản lý để thuận tiện cho quá trình làm việc và tham khảo sau này.
Tại màn hình làm việc chính chọn Libarary để mở thư viện tìm kiếm linh kiện phù hợp cho mạch.
Trong quá trình thiết kế mạch, bạn lấy linh kiện ra cửa sổ làm việc để tiến hành đi dây cho mạch Sử dụng lệnh Place -> Wire hoặc phím tắt PW để đi dây hiệu quả Sau khi sơ đồ mạch schematic đã được sắp xếp và đi dây hoàn chỉnh, nhấn CC để kiểm tra lỗi, đảm bảo mạch hoạt động chính xác và hoàn chỉnh.
Chọn Design -> Update PCB để chuyển qua file PCB
Hình 5.2 Khung làm việc để vẽ sơ đồ nguyên lý trong Altium
Hình 5.3 Sơ đồ nguyên lý của mạch
Hình 5.4 Chuyển từ file sơ đồ nguyên lý sang file vẽ mạch in
Chọn Validate changes để kiểm tra lỗi khi chuyển từ schematic qua PCB Bấm Execute changes để tiến hành update.
Chọn Design -> Rule để thiết lập các thông số đi dây cho mạch.
Hình 5.5 Kiểm tra lỗi khi chuyển qua vẽ mạch inHình 5.6 Các thông số được thiết lập khi vẽ mạch in
Nhấn phím tắt PT và tiến hành đi dây cho từng linh kiện trong mạch Mạch đã sắp xếp và đi dây hoàn chỉnh
Hình 5.7 Mạch được đi dây hoàn chỉnh
Để bắt đầu, nhấn phím tắt PL rồi chọn Tab > Drill Drawing hoặc nhấn phím DSP để tạo khung cho phần cắt mạch Căn chỉnh kích thước mạch in phù hợp, sau đó nhấn phím tắt DSD để thực hiện quá trình cắt mạch Khi muốn phủ đồng, nhấn phím tắt PG, chọn lớp phủ đồng phù hợp (Top, Bottom,…) và để phần net là GND để phủ đồng GND, giúp không cần đi dây GND thủ công Cuối cùng, kéo chuột để phủ đồng toàn bộ mạch in một cách chính xác và nhanh chóng.
Hình 5.8 Mạch được phủ đồng
Nhấn 2, 3 để chuyển đổi qua lại giữa 2D và 3D
Hình 5.10 Mặt trước của mạch