Điện trở hay còn được gọi là Resistor là một linh kiện điện tử thụ động gồm 2 tiếp điểm kết nối, chúng thường được dùng để hạn chế cường độ dòng điện chạytrong mạch, điều chỉnh mức độ tí
TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM
G IỚI THIỆU
Ngày nay, trước sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, cuộc sống ngày càng được nâng cao nhờ xu hướng tự động hoá và mục tiêu tăng năng suất lao động Nhiều thiết bị máy móc và mạch điện tử được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong sản xuất, giúp tăng năng suất và giảm sức lao động của con người Trong đồ án này, em trình bày mạch đếm sản phẩm có chức năng cài đặt số lượng, thiết kế để hỗ trợ thống kê số lượng sản phẩm một cách nhanh chóng và dễ dàng.
Tìm hiểu về IC số
Hình 1 1 Sơ đồ khối 1.1.3 Nguyên lý từng khối
BỘ NGUỒN: Cung cấp nguồn cho toàn mạch IC7805 để ổn định áp đầu vào 5V.
BỘ ĐẾM: Nhận xung clock từ IC 555 và tiến hành quá trình đếm, đồng thời IC74LS90 xuất ra giá trị mã BCD chuyển đến bộ giải mã.
Bộ giải mã nhận giá trị BCD từ bộ đếm và IC 74LS247 chuyển đổi thành tín hiệu LED 7 đoạn để đưa đến khối hiển thị IC 74LS85 sẽ so sánh giá trị BCD từ bộ đếm với giá trị từ keypad switch để thiết lập số lượng đếm.
BỘ HIỂN THỊ: Là những thiết bị xuất ra kết quả cuối cùng , trong đây là LED 7 đoạn
1.1.4 Nguyên lý chung khối mạch
Nguồn điện 220V AC từ nguồn lưới được cấp vào biến áp để hạ xuống 12V AC ở dòng 1A Điện áp 12V AC sau đó qua cầu diode (bridge) để thành 12V DC, được IC7805 ổn định thành 5V DC và làm mịn nhờ tụ gốm và tụ hóa.
IC7490 là bộ đếm 4 bit Khi chân 14 của IC nhận được một xung từ chân 3, tức là có xung kích cạnh lên, IC7490 nhận được xung và tín hiệu ngõ ra tại các chân A=1, B=0, C=0, D=0.
Bộ giải mã sử dụng IC 74LS247 để giải mã các tín hiệu số và hiển thị thành chữ số trên LED Khi có một xung kích hay một sản phẩm đi qua cảm biến, LED hiển thị sẽ tăng dần theo từng đơn vị Khi hàng đơn vị đếm tới 9 và có thêm một xung nữa, cờ báo tràn ở chân 14 sẽ ở mức cao, đồng thời LED ở hàng đơn vị được reset về 0; sau xung tiếp theo, hàng chục sẽ tăng lên một.
Trong mạch, hai IC 74LS85 được dùng để so sánh giá trị BCD từ bộ đếm với tín hiệu từ keypad switch thông qua cổng AND và rơ le, từ đó cài đặt số lượng đếm mong muốn Chân 4, 3, 2, 1 của switch dùng cho hàng chục, còn chân 8, 7, 6, 5 dùng cho hàng đơn vị, cho phép xác định tổng số đếm theo hai chữ số một cách chính xác.
BỘ HIỂN THỊ: LED 7 đoạn hiển thị số lượng sản phẩm đếm từ IC 74LS247
GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH
IC 7805
Dùng để ổn định điện áp và chuyển từ điện áp cao sang áp thấp thì ta sẽ sử dụng dòng IC 78xx hoặc 79xx
78xx : dòng IC ổn định áp cho ra điện áp dương.
79xx : dòng IC ổn định áp cho ra điện áp âm.
Hình 2 1 Sơ đồ chân IC 78xx 2.1.1 IC đếm BCD 74LS192
74LS192 là một bộ đếm BCD thập phân lên xuống Nó sử dụng các đồng hồ đếm lên và đếm xuống riêng biệt, và ở cả hai chế độ đếm, mạch hoạt động đồng bộ Các đầu ra của 74LS192 thay đổi trạng thái đồng bộ với các chuyển đổi từ mức thấp sang mức cao trên các đầu vào clock.
Các đầu ra đếm lên và đếm xuống riêng biệt được sử dụng làm đồng hồ cho các giai đoạn tiếp theo mà không cần thêm logic, do đó đơn giản hóa thiết kế của bộ đếm nhiều thể lập trình được Cả hai đầu vào tải song song (PL) và reset chính (MR) đều ghi đè lên đồng hồ không đồng bộ Đặc tính thông số kỹ thuật 74LS192.
Năng lượng thấp tản nhiệt điển hình 95 mW
Tốc độ cao tần số đếm điển hình 40 MHz Đếm đồng bộ
Reset chính không đồng bộ và tải song song Đầu vào preset riêng lẻ
Mạch phân tầng được cấp nội bộ
Diode kẹp đầu vào hạn chế hiệu ứng kết thúc tốc độ cao
Bảng 2 1 Sơ đồ chân 74LS192
CPU Đầu vào xung đồng hồ đếm lên CPD Đầu vào xung đồng hồ đếm xuống
MR Đầu vào reset chính không đồng bộ
PL Đầu vào tải song song không đồng bộ
Pn Các đầu vào dữ liệu song song
Qn Các đầu ra flip flop TCD Đầu ra terminal đếm xuống TCU Đầu ra terminal đếm lên
Hình 2.7 IC 74LS247 Hình 2.6 Các chân của IC 74LS247 Đây là IC giải mã từ BCD sang LED 7 đoạn với 4 chân đầu vào và 7 chân đầu ra :
- Chân 1,2,6,7: Chân dữ liệu BCD vào dữ liệu này được lấy từ IC đếm.
- Chân 9,10, 11,12,13,14,15: Các chân ra tác động ở mức thấp 0 và được nối với LED 7 thanh.
- Chân 8 :là chân nối đất GND.
- Chân 4: Chân này được nối lên Vcc.
Chân 5 quy định ngõ vào xóa dợn sóng RBI có thể ở mức thấp (0) hoặc được nối lên cao (1) khi không được dùng để xóa số 0 Việc để ngõ vào ở trạng thái 0 hoặc cao tùy theo điều kiện giúp tránh nhầm lẫn với số 0 trước số có nghĩa hoặc số 0 thừa bên trái dấu thập phân, đồng thời giảm dợn sóng RBI và tăng độ ổn định cho hệ thống.
- Chân 3: Chân này cũng được nối lên nguồn Vcc.
Led 7 thanh có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, đó là LED 7 đoạn anode chung
2.6.1.1 Khái niệm Điện trở hay còn được gọi là Resistor là một linh kiện điện tử thụ động gồm
Hai tiếp điểm kết nối là thành phần quan trọng trong mạch điện, được dùng để hạn chế cường độ dòng điện chạy trong mạch, điều chỉnh mức độ tín hiệu và chia điện áp, đồng thời kích hoạt các linh kiện khi cần Việc kiểm soát cường độ dòng và điều chỉnh tín hiệu giúp bảo vệ linh kiện nhạy cảm, tối ưu hóa hiệu suất và độ ổn định của hệ thống Nhờ chức năng chia điện áp và kích hoạt linh kiện, hai tiếp điểm kết nối đóng vai trò thiết yếu trong thiết kế mạch, mang lại sự linh hoạt và an toàn cho vận hành thiết bị.
Trong Hình 2.10, các chân của LED 7-seg và các linh kiện điện tử chủ động như transistor đóng vai trò quan trọng trong đường truyền tín hiệu và có mặt trong nhiều ứng dụng khác nhau; điện trở công suất có thể tiêu tán một lượng lớn điện năng, chuyển đổi chúng thành nhiệt năng, điều thường thấy ở các bộ điều khiển động cơ và hệ thống phân phối điện; các điện trở thường có giá trị trở kháng cố định, ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và điện áp hoạt động.
Điện Resistance là một trong những linh kiện phổ biến nhất trong mạng lưới điện và mạch điện tử, có thể được cấu tạo từ nhiều thành phần riêng lẻ và tồn tại dưới nhiều hình dạng khác nhau, thậm chí được tích hợp trong vi mạch IC Điện trở được phân loại theo khả năng chịu công suất và trở kháng, và các thông số này được nhà sản xuất ký hiệu rõ trên từng điện trở để người thiết kế dễ nhận diện và chọn lựa cho ứng dụng của mình.
Biến trở là một loại điện trở có thể thay đổi được giá trị trở kháng, giống như các núm vặn điều chỉnh âm lượng trong thiết bị điện tử Các cảm biến dựa trên nguyên lý điện trở biến thiên có thể đo nhiều tham số khác nhau, từ nhiệt độ, ánh sáng và độ ẩm đến lực tác động và các phản ứng hóa học, mang lại ứng dụng rộng rãi trong tự động hóa, đo lường và hệ thống điều khiển.
Trong sơ đồ mạch, ký hiệu phụ thuộc vào tiêu chuẩn của mỗi quốc gia nên các ký hiệu có thể khác nhau giữa các nước Tuy nhiên, có hai loại ký hiệu phổ biến được sử dụng để biểu diễn các thành phần và kết nối trong mạch điện: loại ký hiệu tuân theo chuẩn quốc tế cho sơ đồ mạch và loại ký hiệu theo chuẩn địa phương hoặc ngành công nghiệp Việc nắm bắt và áp dụng đúng hai loại ký hiệu này giúp đọc hiểu bản vẽ mạch nhanh chóng, giảm nhầm lẫn và tăng tính nhất quán khi làm việc với tài liệu kỹ thuật hoặc đối tác nước ngoài.
Hình 2 12 Ký hiệu điện trở
Khi đọc tài liệu nước ngoài, các giá trị điện trở thường được ghi theo chuẩn IEC 6006 bằng một chữ cái xen kẽ với các chữ số, nhằm tiện cho việc đọc và ghi Cách ghi này dùng chữ cái làm dấu phân cách giữa các phần thập phân, thay cho dấu chấm để người đọc dễ nhận diện giá trị hơn Ví dụ: 8k2 nghĩa là 8.2 kΩ, 1R2 nghĩa là 1.2 Ω, và 18R nghĩa là 18 Ω Hiểu rõ ký hiệu này sẽ giúp bạn đọc datasheet, sơ đồ mạch và bảng linh kiện một cách nhanh chóng và chính xác.
2.6.1.3 Nguyên lý hoạt động Điện trở sẽ hoạt động theo nguyên lý của định luật Ohm, đây là một định luật nói về sự phụ thuộc vào cường độ dòng điện của hiệu điện thế và điện trở Nội dung của định luật cho rằng cường độ dòng điện đi qua 2 điểm của một vật dẫn điện luôn tỷ lệ thuận với hiệu điện thế đi qua 2 điểm đó, với vật dẫn điện có điện trở là một hằng số, ta có phương trình toán học mô tả mối quan hệ như sau:
I là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn (A – Ampere)
V (trong chương trình phổ thông, V còn được ký hiệu là U) là điện áp trên vật dẫn (đơn vị volt)
R là điện trở (đơn vị: ohm).
Một điện trở có giá trị 300 Ω được mắc vào nguồn điện một chiều 12 V; do đó cường độ dòng điện qua điện trở là I = 12 V / 300 Ω = 0,04 A Đơn vị điện trở là Ohm (ký hiệu Ω), được đặt theo tên Georg Simon Ohm và 1 Ω tương đương với 1 V chia cho 1 A Ngoài ra, điện trở có nhiều giá trị khác nhau như milliohm (mΩ = 10^−3 Ω), kilohm (kΩ = 10^3 Ω) và megohm (MΩ = 10^6 Ω).
Bên cạnh đó thì điện trở còn phụ thuộc vào hệ thức liên quan đến chiều dài như:
Trong đó là đi n tr xu t ph thu c vào ch t li uρ ệ ở ấ ụ ộ ấ ệ
L là chi u dài dây d nề ẫ
S là ti t di n dây d nế ệ ẫ
R là đi n tr đ n v là Ohmệ ở ơ ị
2.6.1.4 Công dụng chung của điện trở Điện trở có mặt ở mọi nơi trong thiết bị điện tử và như vậy điện trở là linh kiện quan trọng không thể thiếu được như trong mạch điện , điện trở có những tác dụng sau
Để khống chế dòng điện qua tải ở mức phù hợp, ta có thể dùng điện trở mắc nối tiếp để hạ áp từ nguồn xuống mức cần thiết Ví dụ với một bóng đèn 9V và nguồn cấp 12V, ta có thể mắc bóng đèn nối tiếp với một điện trở sao cho điện áp rơi trên điện trở là 3V, từ đó giới hạn dòng điện và vận hành bóng đèn an toàn hơn.
Mắc điện trở thành cầu phân áp để có được một điện áp theo ý muốn từ một điện áp cho trước.
Phân cực cho bóng bán dẫn hoạt động
Tham gia vào các mạch tạo dao động R C Điều chỉnh cường độ dòng điện đi qua các thiết bị điện.
Tạo ra nhiệt lượng trong các ứng dụng cần thiết.
Tạo ra sụt áp trên mạch khi mắc nối tiếp.
Có hàng ngàn loại điện trở khác nhau được sản xuất theo nhiều cách, nhằm phù hợp với các lĩnh vực ứng dụng cụ thể như có tính ổn định cao, điện áp cao hoặc dòng cao, hoặc được dùng với mục đích chung khi các đặc tính riêng ít được quan tâm Một số đặc điểm chung liên quan đến điện trở gồm hệ số nhiệt độ, hệ số điện áp, nhiễu, tần số đáp ứng và công suất, bên cạnh các yếu tố như điểm mức của điện trở nhiệt, kích thước vật lý và độ tin cậy.
TỤ ĐIỆN
Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động gồm hai bản cực đặt song song và ngăn cách bởi lớp điện môi Khi có sự chênh lệch điện thế giữa hai bản, chúng sẽ tích điện với cùng lượng điện tích nhưng trái dấu trên hai bề mặt Tụ điện có tính chất cách điện một chiều, nhưng cho phép dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp Quá trình này cho phép tụ điện tích lũy và phóng nạp năng lượng theo chu kỳ, từ đó tham gia ổn định nguồn và lọc tín hiệu trong mạch Tụ điện được ứng dụng rộng rãi trong các mạch điện tử như mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều và mạch tạo dao động.
Ký hiệu: Tụ điện có ký hiệu là C viết tắt của Capacitior Đơn vị của tụ điện: là Fara (F), Trong đó : 1 Fara: 1F = 10-6MicroFara = 10-
Tụ điện là một linh kiện có 2 cực thụ động lưu trữ năng lượng điện Hay tích tụ điện tích bởi 2 bề mặt dẫn điện trong một điện trường.
2 bề mặt dẫn điện của tụ điện được ngăn cách bởi điện môi (dielectric) không dẫn điện như: Giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica…
Khi 2 bề mặt có sự chênh lệch về điện thế, nó cho phép dòng điện xoay chiều đi qua Các bề mặt sẽ có điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu.
2.7.1.2 Các ký hiệu của tụ điện
Hình 2 13 ký hiệu của tụ điện 2.7.1.3 Cấu tạo của tụ điện
Hình 2 14 Cấu tạo cảu tụ điện
Chi tiết cấu tạo của tụ điện
Cấu tạo của tụ điên bao gồm:
Tụ điện có cấu tạo từ ít nhất hai tấm dẫn điện, thường là tấm kim loại, đặt song song với nhau và ngăn cách bằng một lớp điện môi Điện môi là những chất không dẫn điện như thủy tinh, giấy, giấy tẩm hóa chất, gốm, mica, màng nhựa hoặc không khí, nhằm tăng khả năng tích trữ năng lượng của tụ điện.
Tùy thuộc vào chất liệu cách điện ở giữa bản cực thì tụ điện có tên gọi tương ứng.
Ví dụ về các loại điện môi trong tụ điện cho thấy chất điện môi quyết định loại tụ và mang lại các đặc tính khác nhau Khi lớp điện môi là không khí ta có tụ điện không khí; khi điện môi là giấy ta có tụ điện giấy; khi điện môi là gốm ta có tụ điện gốm; còn khi điện môi là một lớp chất hóa học, ta có tụ điện hóa học.
Những loại tụ điện phổ biến:
Tụ hóa: là tụ có phân cực (-), (+) và luôn có hình trụ Trên thân tụ được thể hiện giá trị điện dung từ 0,47 àF đến 4700 àF
Tụ giấy, tụ mica và tụ gốm là các loại tụ điện không phân cực, có hình dạng dẹt và không phân biệt âm dương khi lắp đặt Trị số điện dung của chúng được ký hiệu trên thân bằng ba chữ số, và giá trị điện dung thường ở mức nhỏ, khoảng 0,47 µF.
Tụ xoay là một loại tụ điện có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung, nhờ đó người dùng có thể điều chỉnh tần số cộng hưởng của mạch; loại tụ này thường được lắp trong radio để thay đổi tần số khi dò đài và tối ưu hóa tín hiệu thu.
Tụ Lithium ion: có năng lượng cực cao dùng để tích điện 1 chiều
2.7.1.4 Nguyên lý hoạt động của tụ điện
Hình 2 15 Nguyên lý hoạt động của tụ điện
Nguyên lý phóng nạp của tụ điện mô tả khả năng tích trữ năng lượng điện dưới dạng trường điện và coi tụ điện như một ắc quy nhỏ ở mức năng lượng điện trường Tụ điện lưu trữ hiệu quả các electron và phóng thích các điện tích này để tạo ra dòng điện khi cần, nhờ sự thay đổi điện áp giữa hai bản Tuy nhiên, khác biệt lớn giữa tụ điện và ắc quy là tụ điện không tự sinh ra điện tích mà chỉ tích lũy và giải phóng các điện tích có sẵn; ắc quy có thể sinh ra điện tích thông qua phản ứng hóa học bên trong Nhờ nguyên lý phóng nạp, tụ điện thường được dùng để lưu trữ ngắn hạn, bù đắp dòng và xả nhanh trong các mạch điện, mang lại đáp ứng nhanh và ổn định cho hệ thống.
Nguyên lý nạp xả của tụ điện là tính chất đặc trưng và cũng là nguyên lý cơ
Trong quá trình nạp và xả tụ điện, nếu điện áp giữa hai bản mạch biến thiên theo thời gian mà không xảy ra nhảy đột ngột, dòng điện có thể tăng vọt và gây ra tia lửa điện hoặc thậm chí nổ Đây là nguyên lý phổ biến của quá trình nạp xả tụ điện và là yếu tố quan trọng cần được cân nhắc khi thiết kế và vận hành mạch điện để giảm thiểu rủi ro liên quan đến tia lửa và quá tải.
2.7.1.5 Công dụng của tụ điện
Phân loại tụ điện và nguyên lý hoạt động của từng loại được áp dụng vào từng công trình điện riêng để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống Từ phân loại dựa trên chất điện môi và cấu tạo như tụ điện giấy, phim, tantalum, ceramic đến nguyên lý làm việc và các thông số kỹ thuật đi kèm, ta có thể lựa chọn đúng loại tụ cho mỗi ứng dụng: lọc nhiễu, ổn áp, dự trữ năng lượng nguồn, hay giảm dao động và ổn định điện áp trong mạng lưới Mỗi loại tụ điện có phạm vi điện áp, dung lượng, độ bền và điều kiện sử dụng riêng, do đó hiểu rõ đặc tính và giới hạn giúp thiết kế mạch an toàn, tiết kiệm và bền lâu Với kiến thức về phân loại và nguyên lý hoạt động của tụ điện, việc tối ưu hóa sự tham gia của tụ điện trong công trình điện trở nên cụ thể và có định hướng hơn cho từng dự án.
4 công dụng chính đó là:
Khả năng lưu trữ năng lượng điện và tích điện của tụ điện được biết đến rộng rãi như một dạng lưu trữ tương tự ắc-quì Tuy nhiên, ưu điểm lớn của tụ điện là có thể lưu trữ năng lượng mà không tiêu hao năng lượng điện.
Công dụng tiếp theo của tụ điện là cho phép điện áp xoay chiều đi qua và giúp tụ điện dẫn điện như một điện trở đa năng Khi tần số điện xoay chiều tăng lên và điện dung của tụ càng lớn, dung kháng của tụ càng nhỏ, từ đó điện áp được lưu thông qua tụ điện một cách hiệu quả hơn Đây làm cho tụ điện trở thành thành phần quan trọng trong mạch xử lý tín hiệu xoay chiều, tối ưu hóa sự truyền tải điện áp và tín hiệu.
Nguyên lý hoạt động của tụ điện dựa trên khả năng nạp xả thông minh, ngăn điện áp một chiều (DC) và cho phép điện áp xoay chiều (AC) lưu thông Nhờ đó, tụ điện truyền tín hiệu giữa các tầng khuếch đại có chênh lệch điện thế, mang lại sự ổn định và hiệu quả cho quá trình xử lý tín hiệu trong mạch điện tử.
Công dụng nổi bật thứ 4 là tụ điện có vai trò lọc điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều bằng phẳng bằng cách loại bỏ pha âm.
2.7.1.6 Các kiểu mắc tụ điện a Mắc tụ điện nối tiếp
2 tụ mắc nối tiếp : C tđ = C1.C2 / ( C1 + C2 )
3 tụ mắc nối tiếp : 1 / C tđ = (1 / C1 ) + ( 1 / C2 ) + ( 1 / C3 )
Khi mắc nối tiếp thì điện áp chịu đựng của tụ tương đương bằng tổng điện áp của các tụ cộng lại: U tđ = U1 + U2 + U3
Chú ý mắc nối tiếp các tụ điện: đối với các tụ hoá (tụ điện polar), cần chú ý đúng chiều của tụ Cực âm của tụ trước phải nối với cực dương của tụ sau theo đúng thứ tự và như sơ đồ dưới đây, nhằm bảo đảm mạch hoạt động an toàn và tránh hỏng tụ.
Hình 2 16 Chiều tụ điện mắc nối tiếp b Mắc tụ điện song song
Các tụ điện mắc song song thì có điện dung tương đương bằng tổng điện dung của các tụ cộng lại C = C1 + C2 + C3
Lưu ý: Điện áp chịu đựng của tụ điện tương tương bằng điện áp của tụ có điện áp thấp nhất.
Nếu là tụ hoá thì các tụ phải được đấu cùng chiều âm dương.
THIẾT KẾ MẠCH VÀ SẢN PHẨM
S Ơ ĐỒ KHỐI NGUỒN
Hình 3.1: Sơ đồ khối nguồn
Tính toán chọn linh kiện
Đề bài yêu cầu cấp nguồn 5V DC từ nguồn vào 220V AC, nên ta có thể dùng biến áp 220V AC–24V AC (3A) hoặc 220V AC–12V AC (1A) Trong đề tài này, chúng em chọn biến áp 220V AC–12V AC (1A) vì loại này có sẵn trong bộ linh kiện của chúng em, giúp đơn giản hóa lắp đặt và tối ưu chi phí cho nguồn cấp 5V DC.
- Điện áp vào 7805: cần ≥7 V Nếu dùng biến áp AC + cầu diode + tụ lọc: VDC(đỉnh) ≈ 1.414ãVAC - 2ãVD (VD≈0.7 V với diode 1N400x) Vớ dụ 9 VAC → Vđỉnh≈11.3 V ⇒ đủ cho 7805.
- Tụ lọc đầu vào (giảm gợn): ΔV ≈ I/(fãC), f0 Hz (cầu chỉnh lưu) Với I≈0.25 A, ΔV
