MẠCH ĐẾM XE RA VÀO

Dựa trên phương pháp nghiên cứu, phân tích đặc tính, chức năng của các linh kiện, IC và áp dụng những kiến thức đã học để xây dựng nên một mạch có chức năng đếm xe dễ dàng đưa vào sử dụn

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN 2

Chương 1: GIỚI THIỆU 2

1.1 Lý do chọn đề tài 2

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu 2

1.5 Kết cấu của đề tài 3

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Một số nghiên cứu liên qua tới đề tài 4

2.2 Các khái niệm lý thuyết liên quan tới vấn đề nghiên cứu 4

2.3 Linh kiện sử dụng trong đề tài 6

PHẦN II: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ 24

Chương 3: NỘI DUNG 24

3.1 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của mạch 24

3.2 Sơ đồ nguyên lý 30

Chương 4: THI CÔNG VÀ KẾT QUẢ 31

4.1 Thi công mạch phần cứng 31

4.2 Mạch thực tế 31

4.3 Kết quả kiểm thử mạch 33

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 33 5.1 Kết luận 33 5.2 Kiến nghị 34

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Hình dạng IC 40192 6

Hình 2.2 Sơ đồ khối của IC 40192 6

Hình 2.3 Hình ảnh thực tế của 74LS247 6

Hình 2.4 Sơ đồ chân IC74LS247 giải mã 7

Hình 2.5 Mạch logic IC 74LS247 8

Hình 2.6 Bảng hoạy động IC 74LS247 9

Hình 2.7 Hình ảnh IC 555 10

Hình 2.8 Mạch logic của IC 555 10

Hình 2.9 Hình dạng của SN74HTC08N 11

Hình 2.10 Mạch logic của SN74HTC08N 11

Hình 2.11 Hình dạng của IC 7805 12

Hình 2.12 Hình ảnh và kí hiệu của diode 1N4007 13

Hình 2.13 Hình ảnh tụ điện 15

Hình 2.14 Hình dạng led 16

Hình 2.15 Hình dạng led 7 đoạn 18

Hình 2.16 Bảng mã cho led 7 đoạn 18

Hình 2.17 Hình dạng led thu phát hồng ngoại 19

Hình 2.18 Hình dạng của điện trở 22

Hình 2.19 Cách đọc điện trở màu 23

Hình 3.1 Sơ đồ khối của mạch 24

Hình 3.2 Khối nguồn 25

Hình 3.3 Khối phát hồng ngoại 26

Hình 3.4 Khối thu hồng ngoại 26

Hình 3.5 Khối đếm 27

Hình 3.6 Khối giải mã 28

Hình 3.7 Khối hỉển thị 29

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý lý thuyết 31

Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh 32

Hình 4.1 Mạch nguyên lý playout 33

Hình 4.2 Mạch mô phỏng 3D 33

Hình 4.3 Mạch trước của mạch đã thi công 34

Hình 4.4 Mạch sau của mạch đã thi công 34

LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển của thời đại khoa học kỹ thuật Việc ứng dụng khoa học

kĩ thuật vào các ngành dịch vụ làm cho chất lượng ngày càng nâng cao rõ rệt cho nên lần lượt các mạch điện tử ra đời thay thế con người Các mạch điện tử này cho độ chính xác cao và dễ dàng sử dụng Với những lợi ích trên tôi xin

giới thiệu một mạch ứng dụng mà nó đã được ứng dụng ngoài thực tế là “ mạch đếm xe ra vào”

Dựa trên phương pháp nghiên cứu, phân tích đặc tính, chức năng của các linh kiện, IC và áp dụng những kiến thức đã học để xây dựng nên một mạch có chức năng đếm xe dễ dàng đưa vào sử dụng

Với sự tiện dụng của mạch đếm xe thì ta cũng có thể phát triển thành các mạch đếm tại sự kiện: đếm số người ra vào; hay tại các nhà máy đóng gói sản phẩm: đếm sản phẩm trên băng chuyền,

Tuy nhiên vẫn còn nhiều tồn tại ở mạch đếm xe này, đó là chỉ đếm được

từ 00 đến 99 xe Cách khắc phục của những tồn tại trên là sử dụng vi xử lý, vi điều khiển vào mạch đếm thay cho IC

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của mạch đếm xe ra vào là giúp cho các bãi giữ xe đếm được lượng xe ra vào bãi một cách đơn giản và chính xác nhất mà không cần tốn sức của nhân viên Yêu cầu của mạch đếm xe ra vào là đếm xe một cách chính xác nhất, ổn định, gọn nhẹ, dễ lắp đặt, dễ sửa chữa và rẻ tiền

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Trình tự nghiên cứu như sau:

- Phát hiện đề tài nghiên cứu

- Xây dựng đề tài nghiên cứu

- Xây dựng hướng phát triển

- Tìm hiểu các cấu tạo, chức năng, nguyên lý hoạt động của các linh kiện sử dụng trong đề tài

- Tổng hợp kết quả

- Kết luận

- Kiến nghị

1.5 Kết cấu của đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về đề tài

- Nêu các khái niệm lý thuyết liên quan đến đề tài

- Nêu lên các linh kiện sử dụng trong đề tài

Chương 3: Toàn bộ nội dung của đề tài

- Đưa ra sơ đồ khối của mạch

- Trình bày nguyên lý hoạt động của mạch

- Vẽ sơ đồ nguyên lý của toàn mạch, trích dẫn nguồn gốc của mạch

Chương 4: Thi công và kết quả của mạch mà đề tài chọn

- Trình bày các bước thi công mạch

- Trình bày mạch thực tế đã hoàn thành

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

- Nếu kết quả hoạt động của mạch

- Nêu ưu – nhược điểm của mạch

- Nêu kiến nghị cần thiết

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Một số nghiên cứu liên qua tới đề tài

Một dạng mạch giải mã rất hay sử dụng trong hiển thị led 7 đoạn đó là mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn Mạch này phức tạp hơn nhiều so với mạch giải mã BCD sang thập phân bởi vì mạch khi này phải cho ra tổ hợp có nhiều ngõ ra lên cao xuống thấp hơn (tuỳ loại đèn led anode chung hay cathode chung) để làm các đoạn led cần thiết sáng tạo nên các số hay kí tự Trước hết hãy xem cấu trúc và loại đèn led 7 đoạn của một số đèn được cấu tạo bởi 7 đoạn led có chung anode (AC) hay cathode (KC); được sắp xếp hình số 8 vuông ngoài ra còn có 1 led con được đặt làm dấu phẩy thập phân cho số hiện thị; nó được điều khiển riêng biệt không qua mạch giải mã Led 7 đoạn loại anode chung và cathod chung cùng với mạch thúc giải mã Để đèn led hiển thị 1 số nào thì các thanh led tương ứng phải sáng lên, do đó, các thanh led đều phải được phân cực bởi các điện trở khoảng 180 đến 390 ohm với nguồn cấp chuẩn thường là 5V IC giải mã sẽ có nhiệm vụ nối các chân a, b g của led xuống mass hay lên nguồn (tuỳ A chung hay K chung) Với mạch giải mã ở ta có thể dùng IC 74LS247 Đây là IC giải mã đồng thời thúc trực tiếp led 7 đoạn loại Anode chung luôn vì nó có các ngõ ra cực thu để hở và khả năng nhận dòng đủ lớn Mạch dao động tạo ra xung kích cho mạch đếm, ta có thể điều chỉnh chu

kì xung để mạch đếm nhanh hay chậm Mạch đếm tạo ra mã số đếm BCD một cách tự động đưa tới mạch giải mã có thể là cho đếm lên hay đếm xuống Mạch giải mã sẽ giải mã BCD sang led 7 đoạn để hiển thị số đếm thập phân

2.2 Các khái niệm lý thuyết liên quan tới vấn đề nghiên cứu

Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng khả kiến nhưng ngắn hơn tia bức xạ sóng tần số siêu cao

Mã BCD không phải là hệ thống số như hệ thống số thập phân, nhị phân, bát phân và thập lục phân Mà BCD là hệ thập phân với từng ký số được mã

hóa thành giá trị nhị phân tương đương Cũng phải hiểu rằng một số BCD không phải là số nhị phân quy ước Mã nhị phân quy ước biểu diễn số thập phân hoàn chỉnh ở dạng nhị phân Còn mã BCD chỉ chuyển đổi từng ký số thập phân sang

số nhị phân tương ứng Liên quan đến mạch số (bao gồm các hệ thống sử dụng số) là các số nhị phân nên mọi thông tin dữ liệu dù là số lượng, các chữ, các dấu, các mệnh lệnh thì cũng phải ở dạng nhị phân thì mạch số mới hiểu ra và

xử lý được Do đó phải có quy định cách thức mà các số nhị phân được dùng

để biểu thị các dữ liệu khác nhau, kết quả là có nhiều mã số (gọi tắt là mã) được dùng Trước tiên mã số thập phân thông dụng nhất là mã BCD (Binary Coded Decimal: mã số thập phân được mã hóa theo nhị phân)

Xung Clock trong mạch có ý nghĩa hết sức quan trọng, nó đi theo các dữ liệu Data để định nghĩa giá trị cho dữ liệu này Một dữ liệu Serial Data (dữ liệu nối tiếp) nếu không có xung Clock đi cùng thì nó trở nên vô nghĩa Khi có xung Clock đi kèm với dữ liệu Data thì dữ liệu đó cho một giá trị duy nhất Nếu một

dữ liệu Data mà không có xung Clock thì nó có vô số giá trị khác nhau nên nó không xác định được giá trị chuẩn (ví dụ: cùng một dữ liệu Data sau nhưng có thể cho hai giá trị khác nhau do không có xung Clock kiểm chứng) Trên các

hệ thống số, các IC xử lý tín hiệu số mà không có xung Clock thì nó không hoạt động được, vì vậy xung Clock là một điều kiện để cho các IC trên máy có thể hoạt động

2.3 Linh kiện sử dụng trong đề tài

2.3.1 IC 40192

Đây là IC vừa có khả năng đếm lên, vừa có khả năng đếm xuống với ngõ

ra là số BCD (Binary Coded Decimal) Đếm lên hay đếm xuống là tùy thuộc vào kết nối xung clock vào chân CKLU (up) hay chân CKLD (down) Do đó trên mạch, đối với IC 40192 chân CKLU được nối với dữ liệu lấy từ cửa vào

và chân CKLD được nối với dữ lệu lấy tử cửa ra

2.3.2 IC 74LS247

Hình 2.3: Hình ảnh thực tế của IC 74LS247

hình 0.1 Hình 2.1 Hình dạng IC 40192

Hình 2.2 Sơ đồ khối của IC 40192 Hình 2.1 Hình dạng IC 40192

IC 74LS247 là IC giải mã, có chức năng chuyển mã BCD đầu vào thành đầu ra các bit đầu ra tương ứng IC này được sử dụng làm bộ giải mã cho LED

7 đoạn Anode chung Do đó nó có 7 đầu ra dữ liệu A, B, C, D, E, F, G, H

Hình 2.4: Sơ đồ chân IC 74LS247 giải mã

❖ INPUT

- Các chân dữ liệu: A0 – A3: BCD Input – mã BCD đầu vào

- Các chân điều khiển:

 RBI: Ripple Blanking Input (active Low) – xóa các xung đầu vào

 LT: Lamp Test Input (active Low) – kiểm tra sự hoạt động của LED

 BI/RBO: Blanking Input (active Low) hoặc Rippler Blanking Output (active Low)

❖ OUTPUT

- Các chân dữ liệu: A, B, C, D, E, F, G, H được nối tới LED

7 đoạn

- BI/RBO: cũng có thể là một chân output

- Theo dõi mạch logic dưới đây để biết thêm về chức năng và

cơ chế hoạt động của IC giải mã 74LS247 (hình 2.5):

Hình 2.5: Mạch logic IC 74LS247

Nguyên lý hoạt động: IC mã hóa này chuyên để phục vụ LED 7 đoạn, ở

đó, khi cho một số ở dạng nhị phân 4 bit tới đầu vào, đầu ra sẽ sinh mã tương

ứng chiều dài 7 bit để hiển thị kí tự đó trên LED 7 đoạn Các chế độ làm việc

và kiểm tra được điểu khiển bởi các chân RBI, LT, BI/RBO Báo cáo này mô

tả cách hoạt động đơn giản nhất của IC giải mã này Một điều chú ý khi sử dụng

IC 74LS47 là tốc độ đáp ứng đầu vào Nó rất quan trọng khi sử dụng nhiều LED cùng lúc và các LED này được bật tắt luôn phiên Ở tần số cao, khi đầu vào thay đổi, đầu ra của IC không thể đáp ứng kịp Giải pháp là cài đặt cả những

chân dữ liệu và chân điều khiển

Hình 2.6 Bảng hoạt động của IC 74LS247

2.3.3 IC 555

IC 555 là một loại linh kiện khá là phổ biến với việc dễ dàng tạo được xung vuông và có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản, điều chế được độ rộng xung Nó được ứng dụng hầu hết vào các mạch tạo xung đóng cắt hay là những mạch dao động khác Các chức năng của 555: Là thiết bị tạo xung chính xác, máy phát xung, điều chế được độ rộng xung (PWM), điều chế

vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)

Hình 2.7: Hình ảnh của IC 555

Hình 2.8 Mạch logic của IC 555

Hình 2.10 Mạch logic của SN74HTC08N

2.3.5 IC 7805

Trong các bộ nguồn thì IC thuộc dòng 78 được sử dụng rất nhiều trong các mạch nguồn để tạo điện áp đầu ra mong muốn đặc biệt những thiết bị này cần điện áp đầu vào cố định ko thay đổi lên xuống IC 7805 là loại dòng IC dùng để ổn định điện áp dương đầu ra là 5v với điều kiện đầu vào luôn lớn hơn đầu ra 3V

2.3.6 Diode 1N4007

Diode là một linh kiện bán dẫn có hai cực và cấu tạo bởi một lớp dẫn N

và một lớp dẫn P Trong lớp dẫn N chứa nhiều điện tử và trong lớp dẫn P chứa nhiều lỗ trống và gọi là các hạt mang điện tự do Ở giữa nó tồn tại một lớp tiếp giáp P-N và có một điện áp khuếch tán Điện áp này ngăn cản các hạt mang điện tự do qua lại vì thế mà Diode không dẫn Qua việc đặt thêm điện áp bên ngoài, tác dụng cản trở sẽ tăng lên hoặc mất đi

Chức năng: Diode 1N4007 là một diode silic chỉnh lưu phổ biến 1A

thường được sử dụng trong các adapter (bộ phận chuyển đổi điện áp) AC cho

các thiết bị gia dụng thông thường Diode 1N4007 chịu được điện áp tối đa lên

đến 1000V Dòng điện cực đại qua mỗi diode 1N4007 là 1A, nếu dòng cao hơn

sẽ gây nóng và cháy diode

Đặc tính Vôn – Ampe:

Phân cực thuận:

Hình 2.12 Hình ảnh và kí hiệu của diode 1N4007

Khi được phân cực thuận ta thấy Diode chỉ bắt đầu dẫn khi điện áp phân cực lớn hơn 𝑉𝛾

𝑉𝛾: điện áp ngưỡng

𝑉𝛾= 0,1V ÷ 0,3 V (Ge)

𝑉𝛾= 0,6V ÷ 0,8 (Si) Điện trở rộng:

𝑟𝑑 = ∆𝑉𝐷

∆𝐼𝐷

Phân cực nghịch: Khi phân cực ngược Diode rồi tăng điện thế VDC từ 0V lên theo trị số âm chỉ có dòng rỉ 𝐼𝑆 đi qua Diode Nếu tăng cao mức điện áp

nghịch thì dòng điện rỉ qua Diode tăng lên rất lớn sẽ làm hư Diode

Theo chế tạo: Si: 𝐼𝑆 = 𝜇A, Ge: 𝐼𝑆 = 𝜇A

Các thông số kỹ thuật: 𝑉𝛾 và 𝑉𝐷𝑚𝑎𝑥

Dòng điện thuận cực đại: 𝐼𝐹𝑚𝑎𝑥

Dòng điện bão hòa nghịch 𝐼𝑆

2.3.7 Tụ điện

Cấu tạo: Tụ điện phẳng gồm hai bàn phẳng kim loại diện tích đặt song song và cách nhau một khoảng d Cường độ điện trường bên trong tụ có trị số: E= δ/ε0ε

Trong đó:

• ε0 = 8.86.10-12 C2/N.m2 là hằng số điện môi của chân không

• Ε là hằng số điện môi tương đối của môi trường

• Đối với chân không ε=1

Hình 2.13 Hình ảnh của tụ điện

2.3.8 Led đơn thường

LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là Diode phát quang)

là các Diode có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như Diode, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn

Hoạt động của LED giống với nhiều loại Diode bán dẫn Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyễn động khuếch tán sang khối n Cùng lúc khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và

dư thừa lỗ trống) Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó)

LED được dùng để làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, đèn quảng cáo, trang trí, đèn giao thông Có nghiên cứu về các loại LED có độ sáng tương đương với bóng đèn bằng khí neon Đèn chiếu sáng bằng LED được cho là có các ưu điểm như gọn nhẹ, bền, tiết kiệm năng lượng

Hình 2.14 Hình dạng led

2.3.9 Led 7 đoạn

Led 7 đoạn được ứng dụng khá phổ biến khi cần hiển thị số tự nhiên Led

7 đoạn có thể có kích thước lớn nhỏ khác nhau, màu sắc khác nhau nhưng về hình dáng cơ bản như hình trên (hình 2.15) Led 7 đoạn bao gồm nhiều led tích hợp bên trong, các led được nối chung nhau 1 chân Trong thực tế có 2 loại led

7 đoạn là led 7 đoạn Anot chung và led 7 đoạn Catot chung Led loại Anot chung, các led sẽ có chung nhau chân nguồn (chân dương), chân còn lại của led nào được nối đất thì led đó sẽ sáng Led loại Catot chung, các led sẽ nối chung nhau chân đất (chân âm), chân còn lại của led nào được nối nguồn thì led đó sẽ sáng

Hình 2.15 Hình dạng led 7 đoạn

Hình 2.16 Bảng mã cho led 7 đoạn

Hình 2.17 Hình dạng led thu phát hồng ngoại

Lượng thông tin được truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ mà người ta vẫn dùng Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả năng xuyên kém Trong điều khiển từ xa bằng hồng ngoại chùm tia hồng ngoại phát

đi hẹp, có hướng do đó khi thu phải đúng hướng Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng giống như ánh sáng (sự hội tụ qua thấu kính, tiêu cự) Ánh sáng thường và ánh sáng hồng ngoại khác nhau rất rõ trong sư xuyên suốt qua vật chất Có những vật chất ta thấy dưới một màu xám đục nhưng với ánh sáng hồng ngoại nó trở nên xuyên suốt Vì vật liệu bán dẫn “trong suốt” đối với ánh sáng hồng ngoại không bị yếu đi khi nó vượt qua các lớp bán dẫn để đi ra ngoài

Nguyên tắc thu phát hồng ngoại:

Khối dao động có điều kiện: Khi nhấn 1 phím chức năng thì đồng thời khởi động mạch dao động tao xung đồng hồ, tần số xung đồng hồ xác định thời