MẠCH TRÒ CHƠI đoán số (có sơ đồ mạch và layout)

MẠCH TRÒ CHƠI đoán số (có sơ đồ mạch và layout) ..................... MẠCH TRÒ CHƠI đoán số (có sơ đồ mạch và layout) ..................... MẠCH TRÒ CHƠI đoán số (có sơ đồ mạch và layout) ..................... MẠCH TRÒ CHƠI đoán số (có sơ đồ mạch và layout) ..................... MẠCH TRÒ CHƠI đoán số (có sơ đồ mạch và layout) ..................... MẠCH TRÒ CHƠI đoán số (có sơ đồ mạch và layout) .....................

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ

LED Light Emitting Diode

CHƯƠNG1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Nội dung đề tài

1.1.1 Ý tưởng thiết kế

Áp dụng những kiến thức đã học ở bộ môn kĩ thuật số để thiết kế mạch trò chơi đoán

số theo yêu cầu của đề tài Mạch xây dựng bao gồm có hai khối, khối thứ nhất dànhcho người chơi setup con số mình muốn lên LED 7 đoạn thứ nhất, khối thứ hai là khốiđếm tuần tự với IC 555 với dao động rất nhanh sau khi người chơi nhấn nút thì nó sẽdừng lại tại một số bất kì lên LED 7 đoạn thứ hai, nếu trùng với số ban đầu ta chọn thì

sẽ có một tín hiệu từ đèn LED đơn sáng lên báo hiệu người chơi chiến thắng

Mạch xây dựng được phải đảm bảo các yêu cầu của đồ án

− Thiết kế và mô phỏng khối nguồn

− Mạch có nút nhấn người chơi bấm chọn một số từ 0 đến 9 hiển thị lên LED 7đoạn thứ nhất

− Mạch chọn số ngẫu nhiên, hiểnn thị số ngẫu nhiên lên LED 7 đoạn thứ hai

− So sánh kết quả của hai LED 7 đoạn, hiển thị LED đơn báo thắng hoặc thuacuộc

1.2 Cấu trúc cuốn báo cáo

Đề tài thực hiện được trình bài trong 4 chương

Chương 1 Giới thiệu đề tài

Chương 2 Thiế kế mạch

Chương 3 Thi công mạch

Chương 4 Kết luận

CHƯƠNG2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG2.1 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 2-1: Sơ đồ khối của hệ thống Chức năng của các khối trong hệ thống

Khối nguồn: có nhiệm vụ cung cấp điện áp cho mạch hoạt động

Khối lấy Input: cung cấp dữ liệu đầu vào thứ nhất, do người chơi đặt tùy ý

Khối tạo số Random: đếm tuần tự với dao động rất nhanh, người chơi chủ động ngắtđếm bằng nút nhấn tại thời điểm bất kì sẽ tạo ra dữ liệu thứ hai cho mạch

Khối so sánh kết quả: có nhiệm vụ so sánh dữ liệu thứ nhất do khối Input tạo ra với dữliệu thứ hai do khối tạo số Random tạo ra.

Khối hiển thị:có nhiệm vụ hiển thị kết quả từ dữ liệu đầu ra của hai khối Input và khốitạo số Random cung cấp cho người chơi được cái nhìn một cách trực quan, sinh động

2.2 Thiết kế chi tiết

Hình 2-2: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống

Phía Khối Nguồn: Nguồn điện xoay chiều 220V  vào biến áp chuyển đổi điện áp xoaychiều 220VAC thành 12VAC  qua bộ chỉnh lưu cầu biến đổi điện áp AC thành DC qua ổn áp IC7805 sẽ cho ra điện áp 5VDC để cấp điện cho toàn mạch

Hình 2-3:Mô phỏng khối nguồn

Khối lấy input: Gồm một IC 555 tạo xung ổn định , IC 74LS192 là một IC đếm BCDkết nối với IC 74LS47 để giải mã và hiển thị ra LED 7 đoạn, mạch này có nút nhấn chongười chơi bấm nút chọn một số từ 0 đến 9 hiển thị trên LED 7 đoạn thứ nhất

Hình 2-4: Khối lấy Input

Khối tạo số Random: gồm IC 555 để tạo xung vuông cấp xung liên tục và cực nhanhcho IC 74LS192 đếm tuần tự có nút nhấn để ngắt xung để hiện được một số BCD bất

kì kết nối với IC 74LS47 để giải mã và hiển thị trên LED 7 đoạn thứ hai

Hình 2-5: Mô phỏng khối tạo số

Khối so sánh kết quả gồm: IC 74LS85 kết nối với dữ liệu ngõ ra của hai IC 74LS192

để so sánh hai mã nhị phân 4 bits của hai IC này

Hình 2-6:Mô phỏng khối so sánh kết quả

cùng một số thì sẽ báo hiệu thắng cuộc bằng một LED đơn, nếu LED đơn này sáng thìngười chơi thắng cuộc, nếu LED đơn này vẫn không sáng thì thua cuộc

Hình 2-7: Khối hiển thị kết quả 2.3 Chọn linh kiện chính

2.3.1 IC 74LS192

Hình 2-8:Sơ đồ chân của và xung hoạt động của IC 74LS192

Điện áp hoạt đông 5VDC

Là IC đếm tiến, đếm lùi 4 bits có các chân sau:

Chân MR (Master Reset) (14) nối đất chạy bình thường nối nguồn thì chuyển sang chế

độ Reset

Chân PL (11) khi ở mức cao thì không làm gì, mức thấp thì nhận dữ liệu từ D0->D3.Chân UP (5), DN (4) nếu có xung vào UP đếm tiến, vào DN đếm lùi

Các chân TCU (12), TCD (13) gọi là các chân carry dùng để nối các IC khác

Các chân Q0->Q3 là các chân ngõ ra của dữ liệu

Bảng 2-1: Bảng trạng thái các chân dữ liệu ngõ ra của IC 74LS192

Các chân MR, PL, CPU, CPD

Bảng 2-2: Trạng thái các chân vào để tạo các chế độ cho IC 74LS192

2.3.2 IC giải mã 74LS47

Hình 2-9:Sơ đồ chân của IC 74LS47

Là IC tác động mức thấp nên các ngõ ra mức 1 là tắt và mức 0 là sáng tương đương vớicác đoạn a,b,c,d,e,f,g của LED 7 đoạn Anot chung trạng thái ngõ ra tương ứng với các

số thập phân Chức năng các chân:

Ngõ bào BI nối mức 1 hoạt động bình thường, nếu nối mức 0 thì ngõ ra tắt bất chấp cáctrạng thái ngõ vào

Ngõ vào BI/RBO nối lên mức 1 và LT ở mức 0 thì ngõ ra đều sáng

Ngõ vào RBI nối mức 1 dùng để xóa số

Chân 16 là chân VCC nguồn 5V

Chân 8 là chân GND 0V

Chân 1, 2, 6, 7 là các chân ngõ vào BCD

Chân 9->15 là các chân ngõ ra nối với LED 7 đoạn

Hình 2-10:Sơ đồ chân của IC so sánh 74LS85

Hình 2-11:cấu trúc bên trong của IC 74LS85

IC 74LS85 là IC so sánh 2 số nhị phân 4 bit Mỗi số có bốn đầu vào song song (A0-A3, B0 -B3); A3, B3 là đầu vào quan trọng nhất Ba đầu ra được cung cấp: " Lớn hơnB" (OA> B), "Nhỏ hơn B" (OA <B), "A bằng B" (OA = B)

Điện áp đầu vào cung cấp cho IC 74LS85 thấp chỉ trong khoảng từ 4.75V ~ 5.25V, IChoạt động tốt nhất ở điện áp 5V

Bảng 2-3: Bảng trạng thái của IC 74LS85 2.3.4 LED 7 đoạn Anot chung

Gồm 7 LED đơn có cực dương nối với nhau chân âm được đưa ra bên ngoài

Hình 2-13:Sơ đồ chân IC 555

Hình 2-14:Cấu tạo bên trong IC 555

Có điện áp đầu vào 2-18V, dòng tiêu thụ 6-15mA, điện áp logic ở mức cao 0.515V,điện áp logic mức thấp 0.03-0.06V, công suất tiêu thụ Pmax= 600mW Có chức năng làtạo xung, điều chế độ rộng xung,… Sơ đồ chức năng các chân:

Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là chânchung

Chân số 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được dùngnhư 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp Mạch so sánh ở đây dùng các transitorPNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc

Chân số 3(OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic Trạng thái của tínhiệu ra được xác định theo mức 0 và 1 1 ở đây là mức cao nó tương ứng với gần bằngVcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng mà trong thực tế mức 0này ko được 0V mà nó trong khoảng từ (0.35 0.75V)

Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số 4 nối masse thì ngõ

ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áptrên chân 2 và 6 Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân nàylên VCC

Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND Chân này có thểkhông nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuốngGND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện ápchuẩn được ổn định

Chân số 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác vàcũng được dùng như 1 chân chốt

bỡi tầng logic của chân 3 Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại Ngược lạithì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng daođộng

Chân số 8 (Vcc): Là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động Nó được cấp điện áp

từ 2V 18

2.4 Điều kiện và yêu cầu mô phỏng

Phải tạo ra được nguồn điện DC 5V cung cấp điên áp

Mạch so sánh hai số 4 bit phải làm cho tín hiệu ngõ ra của IC so sánh tích cực ở mứccao để khi nối ngõ ra này với đầu dương của LED đơn mới có thể sáng và báo hiệu chongười chơi biết được

Khi hai số hiển thị trên LED 7 đoạn giống nhau thì LED đơn phát sáng để báo hiệungười chơi thắng cuộc

Khi hai số hiển thị trên LED 7 đoạn này khác nhau thì LED đơn này tắt báo hiệu ngườichơi thua cuộc

2.5 Kết quả mô phỏng

Ta quat sát LED đơn trong hai kết quả mô phỏng sau

Khi hai LED 7 đoạn giống nhau

Hình 2-15: Hai LED 7 đoạn sáng giống nhau

Khi hai LED 7 đoạn khác nhau

CHƯƠNG3 THI CÔNG MẠCH3.1 Mạch nguồn

Hình 3-17:Thiết kế PCB cho khối nguồn

Trong mô phỏng tính toán mạch nguồn 5VDC Đo đạt mạch sau khi thi công trong thực

tế 4.8~4.9 VDC

3.2 Mạch chính

Hình 3-18:Mạch PCB khối mạch chính

Hình 3-20: Hoạt động của mạch thực tế

CHƯƠNG4 KẾT LUẬN

4.1 Ưu nhược điểm của mạch

4.1.1 Ưu điểm

Mạch sử dụng những IC đơn giản phù hợp với việc học tập và nghiên cứu

Linh kiện phổ biến dễ tìm hiểu, dễ dàng mô phỏng và làm mạch thự tế

Mạch có công suất nhỏ tiết kiệm được lượng điện nănng tiêu thụ

4.1.2 Nhược điểm

Mạch sử dụng IC số nên có tính nhiễu cao Cần bảo đảm chống nhiễu bằng cách tínhtoán các giá trị tụ điện phù hợp

Quá trình tính toán kết quả trên lí thuyết và thực thi mạch có sự chênh lệch

Quá trình làm mạch còn nhiều sai sót: dính chân linh kiện, dính dây,… cần khác phụ

Có thể đoán cùng lúc nhiều số bằng cách thêm các IC số và LED 7 đoạn

Thay các IC bằng vi điều khiển để mạch đỡ phức tạp và ít nhiễu hơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO