Thiết kế và lắp ráp mạch điều khiển đèn giao thông sử dụng IC số

Thiết kế và lắp ráp mạch điều khiển đèn giao thông sử dụng IC số

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc Lập – Tự Do – Hạnh phúc

BẢN NHẬN XÉT

ĐỒ ÁN 2 CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

GVHD : Nguyễn Thị Minh Tâm Lớp: LT CĐ ĐH ĐT1 – K5 Khoa: Điện Tử

THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG SỬ DỤNG IC SỐ Nhận xét của giáo viên hướng dẫn………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

ngày…….tháng…… năm

GV hướng dẫn

Lời Mở Đầu

Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số đã trở thành quen thuộc với nhiều người,bởi vì sự phát triển của ngành kỹ thuật số này đã có ảnh hưởng rất lớn đến ngànhkinh tế toàn cầu Có người đã nêu lên ý tưởng gọi nền kinh tế của thời đại chúng ta

là “ nền kinh tế kỹ thuật số “, “số hóa” đã gần như vượt khỏi ranh giới của mộtthuật ngữ kỹ thuật Nhờ có ưu điểm của xử lý số như độ tin cậy trong truyền dẫn,tính đa thích nghi và kinh tế của nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi trongđiều khiển và khai thác mạng

Số hóa đang là xu hướng phát triển tất yếu của nhiều lĩnh vực kỹ thuật vàkinh tế khác nhau Không chỉ trong lĩnh vục thông tin liên lạc và tin học Ngàynay, kỹ thật số đã và đang thâm nhập mạnh mẽ vào Kỹ thuật điện tử, Điều khiển tựđộng, phát thanh truyền hình, y tế, nông nghiệp…và ngay cả trong các dụng cụsinh hoạt gia đình

Ngay từ những ngày đầu khai sinh, kỹ thuật số nói riêng và ngành điện tửnói chung đã tạo ra nhiều bước đột phá mới mẽ cho các ngành kinh tế khác và cònđảm bảo được yêu cầu của người dùng cả về chất lượng và dịch vụ Đồng thờikiến thức về kỹ thuật số là không thể thiếu đối với mỗi sinh viên, nhất là sinh viênđiện tử

Và như mọi người nhận thấy rằng, ngày nay tình hình trật tự giao nước ta,nhất là các thành phố lớn đang rất phức tạp Vì vậy việc sử dụng đèn giao thông tạinhững giao lộ là rất cần thiết và để hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động và muốn

phát triển thêm về mô hình này, em đã chọn đề tài cho đồ án 2 là thiết kế và lắp ráp mạch điều khiển Đèn Giao Thông với sự hướng dẫn của cô Minh Tâm

Do thời gian, tài liệu và trình độ còn hạn chế nên đề tài chắc chắn không thểtránh những thiếu sót, nhầm lẫn Kính mong sự chỉ dẫn và góp ý của cô để chúng

em hiểu sâu sắc hơn, và rút kinh nghiệm trong những lần sau

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2013

PHẦN 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.Tổng quan về flip-flop (FF)

Flip-Flop (viết tắt là FF) là mạch dao động đa hài hai trạng thái bền, đượcxây trên cơ sở các cổng logic và hoạt động theo bảng trạng thái cho trước Có khảnăng lưu trữ hai trang thái 0 và 1

FF là mạch có khả năng lật lại trạng thái ngõ ra tuỳ theo sự tác động thíchhợp của ngõ vào, điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc lưu trữ dữ liệu trongmạch và xuất dữ liệu ra khi cần

Có nhiều loại flip flop khác nhau, chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiềuứng dụng Các mạch FF thường được kí hiệu như sau

Các FF là các phần tử có 2 trang thái cân bằng ổn định Q và

 Đồng bộ theo sườn: thời điểm thay đổi trạng thái của FF ứng với thờiđiểm xuất hiện sườn của tín hiệu đồng bộ( có thể đồng bộ theo sườndương hoặc sườn âm)

1.2.Các loại flip-flop

1.2.1.SR-FF

Là phần tử có 2 đầu vào điều khiển S,R và hai đầu vào Q và

Hình 1.1.Sơ đồ cấu tạo của SR-FF

Hình 1.2.Bảng trạng thái của RS-FF

Hình 1.3.Giản đồ thời gian của RS-FF

Là phần tử có hai đầu vào điều khiển và hai đầu ra Đầu vào J đóng vai trò thiết lập, đầu K đóng vai trò xóa

+ JK=00 FF giữ nguyên trạng thái cũ

+ JK=01 FF luôn chuyển tới trạng thái 0

+ JK=10 FF luôn chuyển tới trạng thái 1

+ JK=11 FF đảo trạng thái

Hình 1.4.Sơ đồ cấu tạo của JK-FF

Hình 1.5.Bảng trạng thái của JK-FF

Hình 1.6.Giản đồ thời gian của RS-FF 1.2.3.D-FF

Là phần tử có 1 đầu vào điều khiển và 2 đầu ra

D-FF có khả năng thiết lập trạng thái 0 theo tín hiệu D=0, thiết lập trạng thái

1 theo tín hiệu D=1

Hình 1.7.Cấu tạo của D-FF

Hình 1.8.Bảng trạng thái của D-FF

Hình 1.9.Giản đồ thời gian của D-FF 1.2.4.T-FF

Là phần tử có 1 đầu vào điều khiển và 2 đầu ra

T-FF có chức năng duy trì và chuyển đổi trạng thái tùy thuộc vào đầu vào T trong điều kiện định thời của CLK

Hình 1.10.Cấu tạo của T-FF

Hình 1.11.Bảng trạng thái của T-FF

Hình 1.9.Giản đồ thời gian của T-FF

PHẦN 2: THIẾT KẾ MẠCH 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI:

2.2 CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH:

2.2.1 BỘ TẠO XUNG DÙNG IC 555:

Cấu tạo và chức năng các chân IC 555

Hình 2.1: Sơ đồ chân IC 555+ Chân 1 (GND): Chân cho nối masse để lấy dòng

+ Chân 2 (Trigger): Chân so áp với mức áp chuẩn là 1/3 mức nguồn nuôi

+ Chân 3 (Output): Chân ngõ ra, tín hiệu trên chân 3 dạng xung, không ở mức ápthấp thì ở mức áp cao

+ Chân 4 (Reset): Chân xác lập trạng thái nghỉ với mức áp trên chân 3 ở mức thấp.+ Chân 5 (Control Voltage): Chân làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555

+ Chân 6 (Threshold): Chân so áp với mức áp chuẩn là 2/3 mức nguồn nuôi

+ Chân 7 (Discharge): Chân có khóa điện đóng masse, thường dùng cho tụ xả điện.+ Chân 8 (VCC): Chân nối vào đường nguồn V+ IC 555 làm việc với mức nguồn

từ 3 đến 15V

Chức năng:

+ IC 555 thường được sử dụng với chức năng định giờ (Timing), tạo dao động.+ Ứng dụng vào việc tạo dao động, định giờ, điều chế độ rộng xung (PWM), tạothời gian trễ

+ Có thể định giờ từ đơn vị mili giây cho đến đơn vị giờ

+ Làm việc ở 2 chế độ, đa hài và đơn hài

+ Hoàn toàn có thể thay đổi được chu kỳ dao động (đa hài) và độ rộng xung (đơnhài)

+ Nguồn cung cấp có điện áp trong khoảng từ 4,5V đến 18V

+ Nguồn cung cấp có dòng trong khoảng từ 3mA đến 6mA khi điện áp nguồnkhoảng 5V,có dòng trong khoảng 10mA đến 15mA khi điện áp nguồn nuôi khoảng15V

+ Nhiệt độ có thể chịu đựng trong khoảng -65oC đến 150oC

+ Nhiệt độ làm việc ổn định trong khoảng 0oC đến 70oC

+ Sụt áp lối ra thấp, giá trị lớn nhất khoảng 0,35V

+ Điện áp ngưỡng (threshold) khoảng 0,67xVCC, dòng điện ngưỡng khoảng0,25μA.A

+ Điện áp mức cao ở lối ra khi VCC bằng 5V khoảng 4V Điện áp mức cao ở lối rakhi VCC bằng 15V khoảng 11V

+ Điện áp cấp cho chân reset khoảng 1V và dòng điện khoảng 0,4mA

+ Khi VCC bằng 5V thì điện áp đưa và chân trigger khoảng 1,67 V và dòng điệnkhoảng 0.9μA.A Khi VCC bằng 15V thì điện áp đưa và chân trigger khoảng 5V vàdòng điện khoảng 0,9μA.A

Cấu trúc:

Hình 2.2: Cấu trúc của IC 555Cấu trúc của IC 555 gồm : 2 OPAM, 3 điện trở, 1 transitor, 1 FF (FF- RS): + 2 OP-amp có tác dụng so sánh điện áp

+ Transistor để xả điện

+ Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2 Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3VCC, chân S = [1] và FF được kích Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân

R của FF = [1] và FF được reset

2.2 IC 74164 :

Cấu tạo và chức năng các chân IC 74164

Hình 2.3: Sơ đồ chân IC 74164

+ Vcc,GND: dùng cấp nguồn cho IC hoạt động Vcc được nối tiếp cực dương của

nguồn , GND được nối đến cực âm của nguồn (0V)

+ A,B: ngõ vào dữ liệu nối tiếp của IC 74164, đây là 2 ngõ vào của một cổng

AND 2 ngõ vào Dữ liệu muốn đến được flipflop đầu tiên để bắt đầu quá trình ghidịch thì phải qua cổng AND 2 ngõ vào này

+ Clk: chân nhận xung clock Dữ liệu ở 2 ngõ vào A,B được đưa đến ngõ ra

( đồng thời dữ liệu ở các ngõ ra còn lại dịch phải một bít) đồng bộ với xung đi vàochân này Điều này có nghĩa là IC sẽ được thực hiện việc ghi mỗi khi có cạnh lênxung clock tác động

+ Clr: chân reset IC, chân này tác động ở mức thấp khi chân CLR ở mức logic

cao thì IC được phép hoạt động bình thường (ghi dịch), nhưng khi chân này đượcđưa xuống mức logic thấp thì IC bị reset ngay lập tức: tất cả các ngõ ra của nó đều

bị kéo xuống mức thấp việc reset này không đồng bộ với xung clock đưa vào IC,

+ QA – Qh: các ngõ ra song song của IC Các ngõ này có thể được lấy ra cùng lúc

hoặc từng ngõ tùy vào yêu cầu người sử dụng

Chức năng:

+ IC 74164 là một thanh ghi dich 8 bit vào nối tiếp – ra song song (serial- inParaller-out) làm việc được ở tần số cao nhờ sử dụng diode Schottky bên trong Dữliệu nối tiếp được nhập vào thông qua cổng AND 2 ngõ vào, việc nhập này đồng

bộ với cạnh xung lên Ck

+ Chân Clear (clr) tác động không đồng bộ với xung ck, khi chân này tác động thìthanh ghi dịch sẽ bị xóa, tất cả các ngõ ra của nó sẽ bị kéo xuống mức thấp

Hình 2.4: Sơ đồ nội của IC 74164Nguyên tắc hoạt động:

+ Khi có cạnh xung clk lên đầu tiên tác động vào chân clk thì dữ liệu ở ngõ vào

(A,B) sẽ được dịch đến ngõ ra đầu tiên QA, trạng thái logic của tất cả các ngõ rakhác không thay đổi

+ khi xung ck thứ 2 tác động thì dữ liệu từ ngõ ra đầu tiên QA sẽ dịch đến ngõ rathứ 2 QB, dữ liệu từ ngõ vào được dịch đến ngõ ra đầu tiên, trạng thái logic của tất

cả các ngõ ra khác không thay đổi

+ cứ như thế cho đến xung thứ 8 tác động thì dữ liệu đầu tiên đã dịch đến ngõ cuốicùng QH Dữ liệu từ ngõ vào được dịch đến ngõ ra QA, dữ liệu từ QA dịch sang QB,

…Như vậy dữ liệu đưa vào nối tiếp đã được lấy ra song song ở cả 8 ngõ ra sau 8

xung ck tác động.

+ khi có xung thứ 9 tác động thì dữ liệu từ ngõ vào sẽ được chuyển đến ngõ ra đầutiên, trạng thái logic ở các ngõ ra khác sẽ được dịch phải một bit Trạng thái logic ởngõ ra cuối cùng sẽ tự biến mất

2.2.3 IC 7404:

Cấu tạo và chức năng chân IC 7404:

+ IC7404 là IC chứa 6 cổng NOT logic

Hình 2.5: Sơ đồ chân của IC7404

Hình 2.6: Bảng trạng thái của IC 7404

Đặc điểm:

+ Nhiệt độ hoạt động 0oC - 70oC.

2.2.4 IC 7408:

Cấu tạo và chức năng chân IC 7408:

+ Là IC chứa 4 cổng AND logic

Hình 2.7: Sơ đồ chân của IC7408

2.2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ:

R2 10k

12 13

11 U4:D

7408

SRG8 R C1/->

2

4 5 6 10 8

11 12 9

13 U2

74164

A K D1 D1

A K V1 LED-YELLOW

A K X1 LED-GREEN

9 10

8 U4:C

7408

3 4 U3:B 7404

A K D7 X2

A K D2 LED-RED

A K V2 LED-YELLOW

4 5

6 U4:B

7408

1 2

3 U4:A

7408

Q2 2N2926

Q4 2N2926

Q5 2N2926

1 2

3 U5:A

7432

R3 10

Q7 2N2926

Q9 2N2926

Q12 2N2926

R4 10

R5 10

R6 10

R7 10

R8 10

R 10

R9 10k

R10 10k

R11 10k

R12 10k

R13 10k

R14 10k Q1

2N2926

A K X11 LED-GREEN

A K D11 LED-RED

A K V11 LED-YELLOW

A K V22 LED-YELLOW

A K D22 LED-RED

A K D22 LED-GREEN

3 KHỐI NGUỒN:

Nguồn là khối không thể thiếu, cung cấp năng lượng cho mạch

2.3 K T LU N: ẾT LUẬN: ẬN:

2.3.1 Ưu điểm:

Mạch thiết kế gọn nhẹ và dễ sử dụng

2.3.2 Nhược điểm:

Không khả thi đối với các nút giao thông phức tạp

Mạch còn mang tính sơ sài mang và tính chất mô phỏng.Qua đó em rút ra kinh nghiệm làm mạch, cũng như áp dụng lý thuyết vào thực hành

2.4 TÀI LI U THAM KH O: ỆU THAM KHẢO: ẢO:

+ Giáo trình kỹ thuật Xung – Số (Khoa Điện Tử trường ĐHCN Hà Nội)

+ Giáo trình kỹ thuật mạch điện tử (Khoa Điện Tử trường ĐHCN Hà Nội)+ Tài liệu từ các trang Web:

http://tailieu.vnwww.ebook.edu.vnwww.dientuvietnam.net