THIẾT kế MẠCH đếm số LƯỢNG (có sơ đồ mạch)

THIẾT kế MẠCH đếm số LƯỢNG (có sơ đồ mạch) ................................. THIẾT kế MẠCH đếm số LƯỢNG (có sơ đồ mạch) ................................. THIẾT kế MẠCH đếm số LƯỢNG (có sơ đồ mạch) ................................. THIẾT kế MẠCH đếm số LƯỢNG (có sơ đồ mạch) ................................. THIẾT kế MẠCH đếm số LƯỢNG (có sơ đồ mạch) .................................

THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SỐ LƯỢNG

SẢN PHẨM

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MẠCH 7

1.1: GIỚI THIỆU 7

1.2: HƯỚNG NGHIÊN CỨU 7

1.3: NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH CHUNG 7

CHƯƠNG 2:SƠ ĐỒ KHỐI, CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG TỪNG KHỐI VÀ CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH 8

2.1 SƠ ĐỒ KHỐI: 8

2.2 CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG: 8

2.2.1 Khối tạo xung: 9

2.2.2 Khối đếm và khối giải mã: 12

2.2.3: Khối hiển thị 18

2.2.4: Các linh kiện khác 19

CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ, SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG 21

3.1: SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ 21

3.2: SƠ ĐỒ MẠCH MÔ PHỎNG 22

3.3: SƠ ĐỒ MẠCH IN: 22

3.4: SƠ ĐỒ MẠCH THI CÔNG: 23

CHƯƠNG 4: NHẬN XÉT 24

4.1: ƯU ĐIỂM: 24

4.2: KHUYẾT ĐIỂM: 24

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 24

5.1: Kết luận: 24

5.2: Hướng phát triển: 24

5.3: Tài liệu tham khảo: 25

CH ƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MẠCH NG 1:T NG QUAN V M CH ỔNG QUAN VỀ MẠCH Ề MẠCH ẠCH

1.1: GI I THI U ỚI THIỆU ỆU

Ngày nay, khi vào thời đại công nghiệp hóa – hiện đại hóa , khoa học kỹ thuật càng ngày

càng tiến bộ thì nhu cầu về việc áp dụng các thành tựu khoa học vào sản xuất để tăng

năng suất lao động, giảm giá thành sản phẩm càng cao Một trong những ngành được áp

dụng rộng rãi là điện tử kỹ thuật số Do nhu cầu sản xuất cao,việc kiểm soát số lượng sản

phẩm đạt được bao nhiêu đòi hỏi phải đếm chính xác và nhanh ,gọn nên em xin chọn

thực hiện đề tài “Mạch đếm số lượng sản phẩm bằng hồng ngoại”

1.2: H ƯỚI THIỆU NG NGHIÊN C U ỨU

- Hướng nghiên cứu của đề tài này là sử dụng các IC số như 74LS90, 74LS47, LED

7 đoạn, LM358 , NPN C1815, … để mô phỏng và thi công

- Đề tài sử dụng LED thu-phát hồng ngoại để phát hiện sản phẩm để đếm ( bộ đếm

này có thể đếm được 99 sản phẩm rồi quay lại ban đầu ) và hiển thị kết quả băng

LED 7 đoạn

1.3: NGUYÊN LÝ V N HÀNH CHUNG ẬN HÀNH CHUNG.

Khi có sản phẩm chạy qua bộ hồng ngoại, mạch sẽ bắt đầu đếm tăng dần từ 0 đến 99 và

quay lại từ đầu Kết quả đếm được hiển thị ra LED 7 đoạn

CH ƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MẠCH NG 2:S Đ KH I, CH C NĂNG VÀ NGUYÊN LÍ ƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MẠCH Ồ KHỐI, CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÍ ỐI, CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÍ ỨU

HO T Đ NG T NG KH I VÀ CÁC LINH KI N TRONG ẠCH ỘNG TỪNG KHỐI VÀ CÁC LINH KIỆN TRONG ỪNG KHỐI VÀ CÁC LINH KIỆN TRONG ỐI, CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÍ ỆU

2.1 S Đ KH I: ƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MẠCH Ồ KHỐI, CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÍ ỐI, CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÍ

2.2 CH C NĂNG T NG KH I VÀ NGUYÊN LÍ HO T Đ NG: ỨU ỪNG KHỐI VÀ CÁC LINH KIỆN TRONG ỐI, CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÍ ẠCH ỘNG TỪNG KHỐI VÀ CÁC LINH KIỆN TRONG

- Khối tạo xung: tạo xung cho bộ đếm với hai mức cao và thấp

- Khối đếm: nhận xung để đếm và xuất ra tín hiệu mã hóa BCD

- Khối giải mã: nhận tín hiệu mã hóa và giải mã để xuất ra khối hiển thị

- Khối hiển thị: hiển thị kết quả thu được sau khi giải mã

Khối

tạo

xung

Khối đếm

Khối giải mã

Khối hiển thị

2.2.1 Kh i t o xung ối tạo xung ạo xung :

Hình 1 Sơ đồ nguyên lý khối tạo xung

Sử dụng IC LM358P và NPN C1815 để tạo xung

a) IC LM358P:

IC LM358P là bộ khuếch đại thuật toán kép dùng để khuếch đại, so sánh áp có cấu tạo từ

hai op-amp độc lập, hoạt động ở mức áp từ 5V-32V đối với nguồn đơn Có nhiều chức

năng như để khuếch đại,so sánh áp,…

S đ chân: ơ đồ chân: ồ chân:

Hình 2 Sơ đồ cấu tạo của LM358P

- (1): ngõ ra op-amp A.

- (2): ngõ vào đảo op-amp A.

- (3): ngõ vào không đảo op-amp

Op-amp có chân (1) để xuất kết quả ra, chân V- (2) và V+ (3) dùng để so sánh áp và

quyết định áp ngõ ra ở chân (1).Chân (3) được nối với biến trở R17 có giá trị 10K để điều

chỉnh mức điện áp cho chân này với chân (2).Chân (4) nối đất và chân (8) nối nguồn

- Nếu áp ở chân (2) nhỏ hơn áp ở chân (3) (V- < V+) ,thì áp xuất ra chân (1) sẽ là áp

nguồn

- Ngược lại nếu áp ở chân (2) lớn hơn áp ở chân (3) (V- > V+), thì áp xuất ra chân

(1) sẽ là 0V

Như vậy, khi không có vật đi qua,áp ở chân (1) sẽ là áp nguồn.Khi có vật đi qua hồng

ngoại, led thu hồng ngoại nhận được tín hiệu,lúc này trở tăng làm cho áp ở chân (2) tăng,

khi này V- > V+,áp ngõ ra ở chân (1) là 0V

b) NPN C1815:

Là loại transistor thuộc lớp NPN, được dùng để khuếch đại mạch tín hiệu tương tự,

chuyển đổi trạng thái các mạch số, làm các bộ tạo dao động

Tín hiệu từ ngõ ra của op-amp sẽ được lọc bởi tụ C4 sau đó qua trở R18 giá trị 10K được

dùng để phân cực cho transistor nhằm tạo ra dòng IBE ban đầu, nên khi có tín hiệu nhận

được từ op-amp đưa vào chân B làm cho dòng IBE tăng hoặc giảm, tương tự cũng làm cho

dòng ICE tăng hoặc giảm, gây sụt áp trên R20 tăng hoặc giảm theo Việc sụt áp trên R20

thay đổi tạo ra hai mức tín hiệu cao thấp, là hai mức tín hiệu ra được đưa vào bộ đếm

2.2.2 Kh i đ m và kh i gi i mã: ối tạo xung ếm và khối giải mã: ối tạo xung ải mã:

Hình 3 Sơ đồ nguyên lý khối đếm và khối giải mã

Khối đếm bao gồm 2 IC 74LS90 đếm hàng chục và đơn vị.Các chân (2),(3) của cả hai IC

được nối về đất và nút nhấn với nguồn Khi không bấm nút nhấn , hai chân được tích cực

thấp vì nối với đất.Khi nhấn nút bấm, hai chân này được nối với nguồn sẽ được tích cực

cao, lúc này cả mạch đếm sẽ bị reset về 00

Nguyên tắc đếm và reset được thể hiện ở bảng sự thật sau :

Bên trong 74LS90 có cấu tạo từ hai bộ đếm cơ số 2 và cơ số 5,để tạo ra được bộ đếm 10,

ta nối chân (12)(ngõ ra QA) với chân (1)(ngõ vào dữ liệu CLKB).Xung tín hiệu được

nhận từ chân C của C1815 được đưa vào chân (14)(ngõ vào dữ liệu CLKA) của IC

74LS90 hàng đơn vị.Ngõ ra của bộ đếm 10 này là mã BCD được xuất ra qua các chân

QA,QB,QC,QD được thể hiện ở bảng sau:

Lúc này bộ hiển thị sẽ hiển thị số 1 Như vậy mỗi lần có sản phẩm qua hồng ngoại, bộ

đếm sẽ tăng từ từ thêm 1 đơn vị.Khi đếm tới 9, nếu nhận thêm một xung nữa thì sẽ báo

tràn ở chân (14) và reset bộ đếm về lại 0.Đồng thời lúc này, do ngõ ra QD hàng đơn vị

nối với ngõ vào CLKA của hàng chục nên khi khi báo tràn xảy ra ở bộ đếm đơn vị,thì

trọng số cao MSB QD của hàng đơn vị nhảy từ 1 về 0 đồng thời kích thêm một xung đến

chân CLKA của bộ đếm hàng chục.Lúc này ngõ ra của bộ đếm hàng chục có giá trị lần

lượt là:

Khối hiển thị lúc này sẽ hiển thị số 10.

Tương tự với bộ đếm đơn vị, bộ đếm chục cũng được thiết kế để có bộ đếm cơ số 10

Mỗi lần báo tràn ở hàng đơn vị xảy ra thì hàng chục sẽ đếm thêm 1 đơn vị.Quá trình này

diễn ra từ 00-99 Khi đếm tới 99, bộ đếm hàng đơn vị nhận thêm một xung tín hiệu thì cả

bộ đếm sẽ bị đưa về 00

b) IC 74LS47:

IC 74LS47 là IC giải mã thuộc họ TTL, giành riêng cho LED 7 đoạn, chuyển đổi từ mã

BCD sang mã LED 7 đoạn, có cấu tạo nguyên lý phức tạp vì mạch phải cho các ngõ ra

lên mức cao hoặc xuống mức thấp để làm các đèn ở LED 7 đoạn hiển thị đúng với các số

mong muốn Ứng dụng để hiển thị số trên LED 7 đoạn trong mạch số mà không cần dùng

hoặc để tiết kiệm chân cho vi điều khiển

Hình 5 Sơ đồ nguyên lý của 74LS47

S đ chân: ơ đồ chân: ồ chân:

Có thể nhận thấy IC 74LS47 là IC có ngõ ra mức thấp nên khi ngõ ra mức H thì LED 7

đoạn hiển thị mức tương ứng sẽ tắt, ngõ ra mức L thì LED hiển thị mức tương ứng

sáng.Ngõ vào điều khiển BI để trống hoặc nối về nguồn để bộ giải mã hoạt động bình

thường Nếu nối đất thì LED sẽ không sáng bất chấp trạng thái ngõ ra

2.2.3: Kh i hi n th ối tạo xung ển thị ị

Sử dụng LED 7 đoạn anot chung để hiển thị

LED 7 đoạn là đèn hiển thị số hiển thị từ 0-9, có cấu tạo gồm 7 đoạn led được đặt tên

a,b,c,d,e,f,g được sắp xếp và có trạng thái hoạt động như sau:

Điện trở là thiết bị dùng để cản trở dòng điện, có giá trị được tính bằng tỉ số giữa hiệu

điện thế ở hai đầu vật và cường độ dòng điện qua vật

R = U I

Để biểu thị giá trị điện trở, người ta sử dụng các vòng màu:

Hình 6 Bảng quy ước vòng màu điện trở 2.2.4.2: Bi n tr ếm và khối giải mã: ở.

Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể thay đổi theo ý muốn Được sử dụng trong

các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện

2.2.4.3: T đi n ụ điện ện khác.

Tụ điện là loại linh kiện điện tử thụ động tạo bởi hai bề mặt dẫn điện ngăn cách bởi điện

môi Được chế tạo từ nhiều loại vật liệu như gốm , sứ, … Hay được sử dụng trong các

mạch để lọc nhiễu

17

CH ƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MẠCH NG 3: S Đ NGUYÊN LÝ, S Đ MÔ PH NG ƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MẠCH Ồ KHỐI, CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÍ ƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MẠCH Ồ KHỐI, CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÍ ỎNG

3.1: S Đ M CH NGUYÊN LÝ ƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MẠCH Ồ KHỐI, CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÍ ẠCH

3.2: S Đ M CH MÔ PH NG ƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MẠCH Ồ KHỐI, CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÍ ẠCH ỎNG

3.3: S Đ M CH IN: ƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MẠCH Ồ KHỐI, CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÍ ẠCH

3.4: SƠ ĐỒ MẠCH THI CÔNG:

Hình 7 Vận hành sản phẩm

CH ƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MẠCH NG 4: NH N XÉT ẬN HÀNH CHUNG.

4.1: U ĐI M: Ư ỂM:

Mạch đếm sản phẩm có thiết kế nhỏ, gọn, nhẹ và dễ thi công

Mạch sử dụng nguồn điện một chiều nhỏ nên ít hao tốn điện , có thể thay thế sức đếm thủ

công của con người

4.2: KHUY T ĐI M: ẾT ĐIỂM: ỂM:

Mạch sử dụng LED thu-phát hồng ngoại không thể hoạt động chính xác ở khoảng cách

lớn nên chỉ đếm được các đồ vật kích thước nhỏ

Mạch không đếm được hai sản phẩm được đặt quá sát nhau.(Khi qua hồng ngoại chỉ

được tính là 1)

Mạch có thể bị ảnh hưởng bên ngoài nên đôi khi có thể có sai xót trong khi đếm

CH ƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MẠCH NG 5: K T LU N ẾT ĐIỂM: ẬN HÀNH CHUNG.

5.1: K t lu n: ếm và khối giải mã: ận:

- Trong quá trình nghiên cứu, thi công và thực hiện đồ án giúp em thực hành các

kiến thức cơ bản đã học cũng như rèn luyện các kỹ năng cần thiết như thiết kế

mạch, thi công mạch để thực hiện được mục tiêu đề ra Qua đó có thể củng cố lại

kiến thức cơ bản chuyên ngành

5.2: H ướng phát triển: ng phát tri n: ển thị

Đề tài có thể phát triển hơn ở nhiều điểm sau:

- Có thể mở rộng phạm vi đếm lên nhiều hơn 99.

- Thay thế các IC số đếm bằng các vi điều khiển.

- Thay thế càm biến hồng ngoại bằng một số cảm biến khác nhạy hơn và có

thể làm việc ở khoảng cách rộng.

- Cải tiến mạch ngoài đếm sản phẩm còn có thể đếm người ra vào,hoặc đếm

xe ra vào ở các bãi đỗ ,… và nhiều ứng dụng thực tế khác.

5.3: Tài li u tham kh o: ện khác ải mã:

Các giáo trình tham khảo:

- Sách digital fundamentals - Thomas L, Floyd.

- Tài liệu thực hành kỹ thuật số ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh –