Mạch và thiết bị điện, điện tử_Nghiên cứu chế tạo mạch đếm sản phẩm doc

Chúng em là nhhững sinh viên năm thứ 2 của trường ĐH SPKT Hưng Yên.Từnhững điều đã được thấy đó và những kiến thức đã được thầy cô dạy bảo,tìm tòi họchỏi trong thực tế...chúng em muốn

- Hiển thị led 7 thanh báo trạng thái số sản phẩm.

- Số sản phẩm đóng gói 24SP

3 Nội dung cần hoàn thành:

- Thiết kế, chế tạo mô hình

- Sản phẩm đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật

- Quyển thuyết minh đề tài, các bản vẽ, sơ đồ, … mô tả đầy đủ nội dung đề tài

Giáo viên hướng dẫn Ngày giao đề tài: / /2010

N

gày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật,kỹ thuật điện tử màtrong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹthuật,quản lý, tự động hóa do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cáchcó hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật thế giới nóichung và sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng

Xuất phát từ những đợt đi thực hành ,thăm quan các xí nghiệp sản xuất và cácnhà máy,chúng em đã thấy được nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sảnxuất.Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó làsố lượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động.tuy nhiên đối với nhữngdoanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa chưa được áp dụng trong những khâuđếm sản phẩm,đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công

Chúng em là nhhững sinh viên năm thứ 2 của trường ĐH SPKT Hưng Yên.Từnhững điều đã được thấy đó và những kiến thức đã được thầy cô dạy bảo,tìm tòi họchỏi trong thực tế chúng em muốn làm một điều gì đó để góp phần giúp người laođộng bớt mệt nhọc chân tay mà lại cho phép tăng hiệu suất lao động lên nhiềulần,đồng thời đảm bảo độ chính xác cao.Nên chúng em quyết định thiết kế mộtmạch đếm sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế đồng thời cũng là một lần chúng

em thực tập,vận dụng kiến thức đã được học để thiết kế và chế tạo ra một sản phẩmcó thể được đem ứng dụng rộng rãi,đóng góp một phần nhỏ cho xã hội

Dưới sự hướng dẫn của thầy NGUYỄN VŨ THẮNG nhóm sinh viên chúng em thựchiện đề tài: nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch đếm sản phẩm Trong quá trình

hoàn thành đề tài này chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô trong khoa Điện –Điện tử và đặc biệt là thầy NGUYỄN VŨ THẮNG đã giúp đỡ chúng em Do thời gianhoàn thành và kiến thức còn hạn chế nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếusót và chưa hợp lý, chúng em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô vàbạn bè để đề tài này được hoàn thiện hơn

Chúng em xin trân thành cảm

ơn !

MỤC LỤC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1

3 Nội dung cần hoàn thành: 1

1

MỤC LỤC 2

TỔNG QUAN VỀ MẠCH ỨNG DỤNG VÀ Ý TƯỞNG THỰC HIỆN 6

1.1Tổng quan về mạch 6

1.2 Ý tưởng thực hiện 6

PHẦN 2 6

2.1.Các Triger số 7

2.1.1 Định nghĩa và phân loại: 7

RS-FF 9

JK-FF 9

T-FF 9

2.1.2 Các loại triger và điều kiện đồng bộ 9

2.1.3 Đầu vào bất đồng bộ 10

2.1.4 Triger RS: 11

2.1.5 Triger RS đồng bộ 12

2.2 IC74LS90 13

Hình 2.1: Cấu tạo bên trong IC 74LS90 13

Hình 2.2: Sơ đồ chân IC 74LS90 14

2.3.IC74LS47 14

Hình 2.5: Sơ đồ chân IC 7400 18

Hình 2.6: Hình dạng thực tế IC 7400 18

Hình 2.7: Sơ đồ chân IC 7432 19

2.6 Led 7 thanh 20

Hình 2.8: Sơ đồ chân Led 7 thanh 20

2.7.Led thu phát hồng ngoại 20

PHẦN 3 21

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM 21

I.SƠ ĐỒ KHỐI 21

1.1.Cấu trúc sơ đồ khối 21

Hình 3.1: Sơ đồ khối của mạch 22

1.2.Chức năng của các khối 22

Trang 3

1.2.1.Khối nguồn 22

1.2.2.khối cảm biến 22

Hình 3.2: Bộ phát 22

Hình 3.3: Bộ thu 23

1.2.3.Khối đếm,giải mã 23

Hình 3.4: Bộ đếm, giải mã 24

1.2.4.Khối hiển thị 25

II.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH ĐẾM 27

2.1 Sơ đồ nguyên lý 27

2.2.Nguyên lý hoạt động 28

KẾT LUẬN 29

MỤC LỤC HÌNH ẢNH ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1

3 Nội dung cần hoàn thành: 1

1

MỤC LỤC 2

TỔNG QUAN VỀ MẠCH ỨNG DỤNG VÀ Ý TƯỞNG THỰC HIỆN 6

1.1Tổng quan về mạch 6

1.2 Ý tưởng thực hiện 6

PHẦN 2 6

2.1.Các Triger số 7

2.1.1 Định nghĩa và phân loại: 7

RS-FF 9

JK-FF 9

T-FF 9

2.1.2 Các loại triger và điều kiện đồng bộ 9

2.1.3 Đầu vào bất đồng bộ 10

2.1.4 Triger RS: 11

2.1.5 Triger RS đồng bộ 12

2.2 IC74LS90 13

Hình 2.1: Cấu tạo bên trong IC 74LS90 13

Hình 2.2: Sơ đồ chân IC 74LS90 14

2.3.IC74LS47 14

Hình 2.5: Sơ đồ chân IC 7400 18

Hình 2.6: Hình dạng thực tế IC 7400 18

Hình 2.7: Sơ đồ chân IC 7432 19

2.6 Led 7 thanh 20

Hình 2.8: Sơ đồ chân Led 7 thanh 20

2.7.Led thu phát hồng ngoại 20

PHẦN 3 21

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM 21

I.SƠ ĐỒ KHỐI 21

1.1.Cấu trúc sơ đồ khối 21

Hình 3.1: Sơ đồ khối của mạch 22

1.2.Chức năng của các khối 22

1.2.1.Khối nguồn 22

1.2.2.khối cảm biến 22

Hình 3.2: Bộ phát 22

Hình 3.3: Bộ thu 23

1.2.3.Khối đếm,giải mã 23

Hình 3.4: Bộ đếm, giải mã 24

1.2.4.Khối hiển thị 25

II.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH ĐẾM 27

2.1 Sơ đồ nguyên lý 27

2.2.Nguyên lý hoạt động 28

KẾT LUẬN 29

PHẦN 1

Trang 5

TỔNG QUAN VỀ MẠCH ỨNG DỤNG VÀ Ý TƯỞNG THỰC HIỆN

1.1Tổng quan về mạch.

Với yêu cầu của đề tài chúng em đã nghiên cứu,tính toán và đưa ra linh kiện cần

dùng trong mạch đó là:led thu phát hồng ngoại; 2 bộ mã hoá BCD dùng IC74LS90;

2 bộ giải mã BCD sang mã led 7 thanh dùng IC7447; 2 led 7 thanh có anot chung

để hiển thị; các IC lôgic: IC 7400(cổng NAND 2 đầu vào),IC 7432(cổng OR 2 đầu vào) Với những linh kiện này chúng em đã dược sự chấp nhận của giáo viên hướng

dẫn thiết kế và chế tạo thành công mạch “ Mạch đếm số sản phẩm được hiển thị led

7 thanh”.

1.2 Ý tưởng thực hiện.

Trong thời đại hiện nay,dưới sự bùng nổ và phát triển của công nghệ Đặc biệt

là ngành công nghệ điện tử kỹ thuật số thì những mạch ứng dụng vào thực tế càng nhiều Các thiết bị điện tử số dù đơn giản hay là hiện đại đến đâu đi nữa thì đều hướng tới sự tiện lợi cho người sử dụng Trước những yêu cầu đòi hỏi cấp thiết của

cuộc sống Nhóm đồ án chúng em đã bắt tay vào tìm hiểu và thiết kế “mạch đếm số sản phẩm hiển thị led 7thanh”.

Dưới sự hướng dẫn của thầy NGUYỄN VŨ THẮNG và các thầy cô giáo trong

khoa đã giúp đỡ chúng em thực hiện ý tưởng này

PHẦN 2 GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH

Đang chạy, nếu ngừng các tín hiệu điều khiển ở lối vào vẫn có khả năng giữtrạng thái hiện hành của mình trong thời gian dài, chừng nào mà còn điện nuôimạch triger không bị ngắt thì thông tin dưới dạng nhị phân lưu giữ trong triger vẫnđược duy trì Như vây, nó được sử dụng như một phần tử nhớ.

Triger được cấu thành từ một nhóm các cổng logic, mặc dù các cổng logic tựthân nó không có khả năng lưu trữ, nhưng có thể nối nhiều cổng với nhau theo cáchthức cho phép lưu trữ được thông tin Mỗi sự sắp xếp cổng khác nhau sẽ cho ra cáctriger khác nhau

Triger có nhiều đầu vào điều khiển và chỉ hai đầu ra luôn luôn ngược nhau là

Q và

Sơ đồ khối tổng quát của một triger:

Q : Đầu ra thường : Đầu ra đảo.

+ Khi Q =1, =0 ta nói FF ở trạng thái 1 hay trạng thái cao; trạng thái này còn

được gọi là trạng thái Set (Thiết lập)

Trang 7

+Khi Q =0, =1 ta nói FF ở trạng thái 0 hay trạng thái thấp; trạng thái nay còn

gọi là trạng thái Reset (tái thiết lập)

• Các ký hiệu về tính tích cực của tín hiệu

Có nhiều cách phân loại triger :

Phân loại theo chức năng làm việc của các đầu vào điều khiển Hiện naythường sử dụng loại triger 1 đầu vào (triger D, triger T) và loại hai đầu vào (triger

RS, triger JK ) ngoài ra đôi khi còn gặp loại triger nhiều đầu vào

Phân loại theo cách làm việc ta có loại triger đồng bộ và không đồng bộ.Loại đồng bộ lại được chia ra làm hai loại, đó là loại đồng bộ thường và loại đồng

bộ chủ tớ

• Sơ đồ khối cho sự phân loại triger như sau:

Theo chức năng Theo cách làm việc

Flip - Flop

2.1.2 Các loại triger và điều kiện đồng bộ

Các triger đều có thể xây dựng từ các mạch tổ hợp có hồi tiếp Ta biết rằngmạch có hồi tiếp chỉ có thể làm việc tin cậy khi điều kiện sau đây được thoả mãn:Mạch không rơi vào trạng thái dao động dưới tác động của bất kỳ tập hợp tínhiệu điều khiển nào Điều này có nghĩa là, ứng với mỗi tập hợp tín hiệu vào bất kỳphải tồn tại ít nhất một trạng thái ổn định Trạng thái ổn định là trạng thái thoả mãnđiều kiện Qn+1 =Qn (Qn : trạng thái lối ra ở thời điểm n, Qn+1: Trạng thái lối ra ở thờiđiểm n+1 )

Theo chức năng có 4 loai FF cơ bản : D, T, RS, JK Bảng chân lýcủa các FFnhư sau:

1

0

1

1 0

00

00

01

010

0

11

01

001

1

00

01

111

1

11

01

10

00

00

01

010

0

11

01

111

1

00

01

001

1

11

01

xx

D - FF T-FF RS-FF JK-FF Avnchronous Asvnchronous

=>Từ bảng chân lý trên ta rút ra nhận xét :

Các D-FF và RS-FF có thể làm việc ở chế độ không đồng bộ vì mỗi tập hợptín hiệu vào điều khiển D-FF, RS-FF luôn luôn tồn tại ít nhất một trong các trạngthái ổn định Bởi vì tất cả tín hiệu vào điều khiển D-FF, RS- FF đều có một trạngthái Qn = Qn+1

Các T-FF và JK-FF không thể làm việc ở chế độ không đồng bộ vì mạch rơivào trạng thái dao động nếu như tập tín hiệu vàoT = 1 hoặc JK =1 Với các tập tínhiệu vào này không bao giờ có trạng thái Qn = Qn+1

Như vậy, các D-FF và RS-FF có thể làm việc ở hai chế độ: đồng bộ và khôngđồng bộ, còn T-FF và JK-FF chỉ có thể làm việc ở chế độ đồng bộ

♦ Ch ế đ ộ không đ ồ ng b ộ : Trạng thái đầu ra sẽ thay đổi bất kỳ khi nào khi có sựthay đổi đầu vào điều khiển

♦ Chế độ đồng bộ: Để khống chế sự thay đổi trạng thái đầu ra người ta đưa vào FF

1 đầu vào xung nhịp (Clock) Chỉ khi nào tác động của xung nhịp thì FF mới thayđổi trạng thái theo đầu vào điều khiển Xung nhịp thường là một chuỗi xung hìnhchữ nhật hoặc xung vuông

Hầu hết kỹ thuật số là đồng bộ vì mạch đồng bộ dễ thiết kế và dễ dò lỗi hơn làbởi vì đầu ra của mạch chỉ thay đổi ở những thời gian xác định

2.1.3 Đầu vào bất đồng bộ

Đối với triger đồng bộ có đầu vào điều khiển và đầu xung nhịp Các đầu vàođiều khiển còn được gọi là đầu vào đồng bộ vì tác đọng của chúng lên đầu ra củatriger đồng bộ với đầu vào xung nhịp

Hầu hết các triger đều có một hoặc nhiều đầu vào bất đồng bộ là những đầuvào hoạt động độc lập với đầu vào đồng bộ và đầu vào xung nhịp Đầu vào bất đồng

bộ dùng để thiết lập FF ở trạng thái 1 hoặc xoá triger về trạng thái 0 bất kỳ thờiđiểm nào, bất chấp điều kiện các đầu vào còn lại

Hai đầu vào bất đồng bộ Preset (thiết lập)và Clear (xoá) là những đầu vào tíchcực ở mức thấp, Preset (Pr) thiết lập FF ở trạng thái 1 bất cứ lúc nào và Clear (CLR)xoá FF về trạng thái 0 vào bất cứ lúc nào

Do đó có thể sử dụng các đầu vào bất đồng bộ để giữ FF ở trạng thái cụ thểtrong bất kỳ khoảng thời gian dự tính nào Tuy nhiên, đầu vào bất đồng bộ rấtthường được dùng để thiết lập hoặc xoá FF về trạng thái mong muốn bằng cách ápxung nhất thời

0101

Qn

10x

NhớThiết lậpXoáCấm dùng

Trên bảng chân lý Qn chỉ trạng thái lối ra ở thời điểm hiện tại, Qn+1 chỉ trạngthái lối ra tại thời điểm tiếp theo

Sơ đồ logic và giản đồ xung biểu diễn trạng thái của triger :

Sự chuyển trạng thái của triger RS và tất cả các loại triger đồng bộ khác xảy ra

có thể vào thời điểm sau khi xung nhịp đã chuyển từ mức logic 0 lên mức logic 1(Sườn dương) hoặc ngược lại (Sườn âm)

2.2 IC74LS90

IC74LS90, là IC đếm mã nhị phân chia 10 mã hóa ra BCD.Cứ mỗi xung vào thì

nó đếm tiến lên một và được mã hóa ra 4 chân.Khi đếm đến tự nó reset và quay trở

về ban đầu

Hai thông số quan trọng để thiết kế mạch đếm này là: Bảng chân lý mã hóa ra BCD và điều kiện để Reset (Trở về trạng thái ban đầu)

a Cấu tạo bên trong

Hình 2.1: Cấu tạo bên trong IC 74LS90

b Sơ đồ chân

Trang 13

Hình 2.2: Sơ đồ chân IC 74LS90

c Bảng chân lý mã hóa ra BCD

a Sơ đồ chân

Hình 2.3: Sơ đồ chân 74LS47

Trang 15

b Bảng chân lý.

2.4.IC 7400 (tích hợp 4 cổng NAND)

Có 2 đầu vào và 1 đầu ra và giá trị đầu ra bằng phủ định của tích đầu vào A và

B (Y = 1/A.B) và nó cũng tương tự như hàm NOR hầm hiểu là phủ điịnh của hàmAND

a Hình vẽ và cấu tạo của cổng NAND

b Sơ đồ chân

Trang 17

L

H

HHHL

H = HIGH Logic Level L = LOW Logic Level

2.5.IC 7432 (tích hợp 4 cổng OR)

Có hai tín hiệu đầu vào và 1 tín hiệu đầu ra (Y = A+ B)

a Hình vẽ

Nguyên lý hoạt động:

Nếu cả hai đầu vào A và B đều ở mức 1 thì lúc này 2 diode được phân cực thuận và dòng điện sẽ qua diode khi đó tại đầu ra A và B sẽ ở mức 1 (5V) Dòng điện không đi xuống GND vì điện trở ở đây có trở kháng lớn.Nếu Đầu A

ở mức 1 và B ở mức 0 thì D1 được phân cực thuận và D2 được phân cực nghịch Khi đó có dòng chạy qua D1 mà không qua D2 nên A+B vẫn ở mức 1 Còn nếu A ở mức 0 và B ở mức 1 lúc đó có dòng điện chạy qua D2 mà ko có dòng chạy qua D1 nên A + B vẫn ở mức 1 Trong trường hợp cuối thì A và B đều ở mức 0 và đầu ra A+ B ở mức 0 bởi vì khi đó 2 diode phân cực nghịch không cho dòng chạy qua diode nên A+ B không có dòng điện.

5 5,25 V

d Bảng trạng thái

LLHH

LHLH

LHHH

H = HIGH Logic Level

L = LOW Logic Leve

2.6 Led 7 thanh

a.Sơ đồ chân :

Hình 2.8: Sơ đồ chân Led 7 thanh Trong đồ án này chúng em sử dụng led 7 thanh anode chung

2.7.Led thu phát hồng ngoại.

Đây là loại cảm biến sử dụng ánh sáng hồng ngoại là ánh sáng không nhìn thấy.Nguồn sáng được tạo ra từ các LED phát ra ánh sáng hồng ngoại và nó được gọi là bộ phát.Bộ thu có thể là photodiode hoặc phtotransistor

Cảm biến quang có 1 dạng hoạt động chính đó là:

+ Tối hoạt động: là 1 dạng hoạt động của cảm biến mà tải được cấp điện khi ánh sáng từ bộ phát không đến được bộ thu của cảm biến.

+ Sáng hoạt động : là 1 dạng hoạt động của cảm biến mà tải được cấp điện khi ánh sáng từ bộ phát được truyền đến bộ thu của cảm biến

PHẦN 3

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM I.SƠ ĐỒ KHỐI

1.1.Cấu trúc sơ đồ khối.

Hình 3.1: Sơ đồ khối của mạch

1.2.Chức năng của các khối.

Led phát hồng ngoại ,khi có dòng điện chạy qua thì phát ra tín hiệu hồngngoại một cách liên tục ra ngoài không gian theo một hướng xác định.Ở mạch đếmsản phẩm ta chỉnh sao cho tín hiệu hồng ngoại phát ra từ led phát đi thẳng trực tiếpđến led thu tín hiệu của mạch thu hồng ngoại

b.Mạch thu tín hiệu hồng ngoại

Led thu hồng ngoại sẽ cho dòng điện đi qua nó nhận được tín hiệu hồngngoại từ led phát,vì vậy ta phải chỉnh sao cho led thu hướng về tín hiệu từ led phát

Bộ nguồn

Hình 3.3: Bộ thuĐiện trở R=220 ohm có chức năng hạn dòng chạy qua led thu.Bình thường khikhông có sản phẩm đi qua led thu nhận được tín hiệu một cách liên tục,led thu dẫndòng điện từ nguồn qua R và xuông mass.

Khi có sản phẩm đi ngang qua sẽ ngăn cản đường tín hiệu hồng ngoại từled phát đến led thu,lúc này led thu không nhận được tín hiệu hồng ngoại sẽ khôngdẫn điện xuống mass

1.2.3.Khối đếm,giải mã

Trang 23

Hình 3.4: Bộ đếm, giải mãBao gồm 2 IC74LS 90 ; 2 IC 74LS47

IC74LS90 là IC đếm mã nhị phân chia 10 mã hóa ra BCD

Xung được lấy từ khối tạo tín hiệu,tạo xung sẽ được đưa vào chân 14 của

IC 7490 đếm hàng đơn vị.cứ mỗi xung vào thì IC đếm hàng đơn vị sẽ đếm tăng lên Khi IC đếm hàng đơn vị đếm đến 9(Q=1) thì nó sẽ tự động trở về 0,đồng thời đầu ra Q3 lại được nối vào chân 14 cua IC đếm hàng chục nên khi IC đếm hàng đơn

vị đếm được 9 sản phẩm đầu tiên và trở về 0 thì IC đếm hàng chục nhảy lên 1 Sản