Thiết kế chế tạo mạch đếm sản phẩm sử dụng thu phát hồng ngoại

Thiết kế chế tạo mạch đếm sản phẩm sử dụng thu phát hồng ngoại

BẢNG THÔNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Họ và tên:

Lớp :

Tên đồ án: Mạch đếm sản phẩm sử dụng thu phát hồng ngoại

GVHD

1 Phân nhóm và giới thiệuđề tài

2 Giao đề tài cho các nhóm thực hiện

3

Thông qua cơ sở lý thuyết và chỉnh sửa báo cáo

4 Hướng dẫn thiết kế và thi công đề tài

5 Kết luận, đánh giá mức độ hoàn thành đề tài

Nhận xét chung:

………

Vinh, ngày tháng năm

Giảng viên hướng dẫn

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số đã trở nên quen thuộc với nhiều người Sự pháttriển của nó đã ảnh hưởng đến ngành kinh tế của đất nước và toàn cầu Nhờ có những

ưu điểm về tốc độ xử lý, độ tin cậy cao trong truyền dẫn, sự đa thích nghi của phầnmềm điều khiển khác nhau nên các thiết bị kỹ thuật số đang được khai thác sử dụngmạnh mẽ

Một trong những ứng dụng rất phổ biến của kỹ thuật số hiện nay tại các nhàmáy, xí nghiệp là việc đếm số lượng sản phẩm Từ xa xưa việc đếm sản phẩm đượcthực hiện 1 cách thủ công bằng chính con người với hiệu quả không cao và độ tin cậythấp

Để giải quyết vấn đề này, người ta đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo các bộ đếmsản phẩm tự động sử dụng kỹ thuật số Với hệ thống này, hiệu suất đếm nhanh với độtin cậy cao và tốn ít tiền cho nhân công

Với mong muốn ứng dụng các kiến thức đã được học về điện tử số và các nội

dung kiến thức khác, em đã lựa chọn đề tài “Thiết kế chế tạo mạch đếm sản phẩm sử dụng thu phát hồng ngoại” nhằm tìm hiểu rõ hơn về hệ thống này, cũng như kiểm

chứng các kiến thức lý thuyết đã được học Mạch đếm là hệ thống đếm đơn giản, sử

dụng tia hồng ngoại nhưng có thể đếm ở tốc độ cao, khả năng tin cậy chấp nhận được

Mặc dù đã cố gắng để hoàn thành đồ án, nhưng chắc chắn không tránh khỏinhững sau sót Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy, cô và các bạn để

đề tài được hoàn thiện hơn

MỤC LỤC

CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trang 4

1.1 Giới thiệu chung về mạch Trang 41.2 Sơ đồ khối và thiết kế các khối mạch Trang 41.2.1 Sơ đồ khối và chức năng của các khối Trang 41.2.2 Thiết kế các khối chức năng của mạch Trang 5

a Khối tạo xung và cấp nguồn Trang 5

b Khối mô phỏng Trang 61.3 Các loại IC trong mạch và thiết kế bộ đếm Trang 6

a Giới thiệu về IC 7414, IC đếm BCD 74LS192, IC giải mã 74LS47 Trang 6

b Led 7 đoạn Trang 9

c Tính toán linh kiện trong mạch Trang 11

d Thiết kế bộ đếm Trang 13

e Khối giải mã và khối hiển thị Trang 16

CHƯƠNG II THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ KHẢO SÁT MẠCH Trang 18

2.1 Sơ đồ nguyên lý và nguyên tắc hoạt động của mạch Trang 182.1.1 Sơ đồ nguyên lý Trang 182.1.2 Nguyên tắc hoạt động của mạch Trang 182.2 Thi công và khảo sát mạch Trang 192.2.1 Thiết kế sơ đồ mạch in Trang 192.2.2 Dụng cụ và vật tư tiêu hao Trang 222.2.3 Khảo sát hoạt động của mạch Trang 23KẾT LUẬN Trang 24TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 25

CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu chung về mạch

Hiện nay là thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, các nhà máy xí nghiệp sản xuất sản phẩm của mình trên các băng chuyền hiện đại, sản phẩm xuất ra rất nhanh và nhiều vì vậy việc đếm xem có bao nhiêu sản phẩm đã hoàn tất xuất ra từ băng chuyền cuối cùng thì người công nhân khó có thể thực hiện chính xác được Vì vậy mạch đếm sản phẩm sẽ giúp ta kiểm soát được sản lượng cho ra tại mỗi băng chuyền Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp cho nhà máy đếm được số lượng sản phẩm của máy tạo ramột cách đơn giản, chính xác mà không tốn nhiều công sức lao động của công nhân Yêu cầu của mạch đếm sản phẩm là phải chạy một cách chính xác, ổn định, gọn nhẹ

dễ lắp đặt dễ sửa chửa và rẻ tiền

1.2 Sơ đồ khối và thiết kế các khối mạch

1.2.1 Sơ đồ khối và chức năng của các khối

Hình 1.1 Sơ đồ khối toàn mạch

- Khối nguồn : Cấp nguồn cho các khối

- Khối tạo tín hiệu : Tạo xung tín hiệu

- Khối đếm : Đếm giá trị

- Khối giải mã : Giải mã giá trị đưa đến khối hiển thị

Khối tạo tín hiệu

Khối hiển thị

Khối giải mã

Khối đếm

Khối nguồn

-Khối hiển thị : Hiển thị kết quả

1.2.2 Thiết kế các khối chức năng của mạch

a Khối tạo xung và cấp nguồn

b Khối mô phỏng

1.3 Các loại IC trong mạch và thiết kế bộ đếm

a Giới thiệu về IC 7414, IC đếm BCD 74LS192, IC giải mã 74LS47 Giới thiệu về IC 7414

Sơ đồ chân của ic 7414

IC 7414 có chức năng đảo giá trị vào.

Chân 7 nối mass và chân 14 nối vơi Vcc

7414 là IC được sử dụng rộng vào nhiều mục đích nhu; Tạo xung vuông , chốt ,đảo trạng thái xung …

Schmitt-Trggers inverters có nghia là IC 7414 có thể biến một xung không vuôngthành 1 xung vuông

IC đếm BCD 74LS192

a Cấu tạo bên trong

Hình 1.4 Cấu tạo bên trong IC 74LS192

b Sơ đồ chân và chức năng

Hình 1.5 Sơ đồ chân IC

P0, P1, P2, P3 (15, 1, 10, 9): Các đầu vào đặt trước dữ liệu

Q0, Q1, Q2, Q3(3, 2, 6, 7): Các đầu ra nhị phân của bộ đếm BCD

PL(11): Đầu vào cho phép đặt dữ liệu ở mức tích cực thấp

MR(14): Đầu vào xóa dữ liệu ở đầu ra về 0000, hoạt động ở mức tích cựccao

CP U ,CP DCPU, CPD(4, 5): Đầu vào cho phép đếm thuận,đếm nghịch

TC U , TC DTCU,TCD(12, 13): Tín hiệu ra của bộ đếm khi đếm thuận, đếmnghịch

Hình 1.8 Biểu diễn các led trong led 7 đoạn

Gnd, Vcc là các chân cấp nguồn chung

Các chân a, b, c, d, e, g, dp là các chân cấp nguồn cho các thanh tương ứng a, b, c,

d, e, g, dp

- Trong led 7 đoạn, thì mỗi đoạn là một điốt phát quang và khi có dòng điện đi qua

đủ lớn (5 ÷ 30 mA) thì đoạn LED sẽ sáng Ngoài 7 đoạn sáng chính, mỗi con led còn

có thêm một điốt để hiển thị dấu phân số khi cần thiết LED có hai loại chính: LEDAnot chung và LED Katot chung nên logic của 2 loại LED này là ngược nhau

Để có tín hiệu vào Led 7 đoạn thì ta phải có mạch giải mã từ mã BCD 8421sang led 7 đoạn

Tín hiệu đầu vào a, b, c, d, e, f, g để kích thích cho Led sáng tương ứng hiển thị

7 đoạn Với Led Anot chung thì tín hiệu đầu vào phải ở mức logic thấp thì Led mớisáng

Bảng 1.1 Bảng chức năng của led 7 đoạn

c Tính toán linh kiện trong mạch

Tính toán lựa chọn linh kiện

Led phát-thu có 2 loại 2 chân và 3 chân Trong đề tài này em chọn Led loại 2 chân

vè giá thành rẻ, hiệu quả cao và dễ sử dụng Led phát màu trắng,led thu màu đen.Dòng qua led phát dao động trong khoảng 10mA, sụt áp là khoảng 2V

R= U

I =

5−3 0.01=200 Ω

 Dùng trở R=220ohm để hạn dòng giúp cho led hoạt động tốt

Các tụ C1 và C3 có chức năng lọc nhiễu và giữ điện áp chuẩn được ổn định

Để thay đổi độ nhạy cho tín hiệu ra, ta cần thay đổi độ rộng xung ra:

T =0.7 × RV ×C

Nguyên lý hoạt động của mạch tạo tín hiệu

Ở trên mạch trên H: mức cao và gần bằng Vcc; L là mức thấp và bằng 0V Sửdụng FF – RS

Khi mới đóng mạch, tụ C nạp qua Ra, Rb, với thời hằng (Ra+Rb)C

* Tụ C nạp từ điện Áp 0V -> Vcc/3:

- Lúc này V+1(V+ của Opamp1) > V-1 Do đó O1 (ngõ ra của Opamp1) có mứclogic 1(H)

- V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) Do đó O2 = 0(L)

- /Q = 1 > Transistor dẫn, điện áp trên chân 7 xuống 0V !

- Tụ C xả qua Rb Với thời hằng Rb.C

- Điện áp trên tụ C giảm xuống do tụ C xả, làm cho điện áp tụ Cnhảy xuống dưới 2Vcc/3

Bảng 2 (Q 2 n+1 ):

Bản g 3(Q 1 n+1 ):

Đồng nhất các hệ số của phương trình trạng thái của Trigger được sử dụng trong

bộ đếm và phương trình của Trigger JK ta tìm được phương trình đầu vào điều khiểncủa các Trigger được sử dụng trong bộ đếm:

J0 = K0 = 1

J1 = Q3nQ0n K1 = Q0n

J2 = K2 = Q1nQ0n

J3 = Q2nQ1nQ0n K3 = Q0n

-Vậy nên em lựa chọn IC đếm đồng bộ 74192 là bộ đếm nhị phân chia 10 mã hóa

ra BCD

e Khối giải mã và hiển thị

Bảng trạng thái của bộ giải mã:

0 0 0 0

0 0 0 1

0 0 1 0

0 0 1 1

0 1 0 0

0 1 0 1

0 1 1 0

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 0 1

0 0 0 0 0 0 1

1 0 0 1 1 1 1

0 0 1 0 0 1 0

0 0 0 0 1 1 0

1 0 0 1 1 0 0

0 1 0 0 1 0 0

0 1 0 0 0 0 0

0 0 0 1 1 1 1

0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 1 0 0

- IC 74LS47 : Nó nhận tín hiệu từ ngõ vào QA, QB, QC, QD của IC 74LS192 để giải mã ra led 7thanh

Khối hiển thị:

- Chúng ta sử dụng loại led 7 thanh Anode chung vì đầu ra của IC 74LS47

ở mức thấp

- Dòng để led 7 đoạn hoạt động tốt là 20mA

R= U

I =

5 V 0.02 A=250 Ω

Vậy ta lựa chọn trở hạn dòng cho led R=220

Hình 1.9 Khối hiển thị

CHƯƠNG II THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ KHẢO SÁT MẠCH

2.1 Sơ đồ nguyên lý và nguyên tắc hoạt động của mạch

2.1.1 Sơ đồ nguyên lý mạch

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch đếm sản phẩm

2.1.2 Nguyê n tắc hoạt động của mạch

Khi có một sản phẩm đi qua giữa led thu và led phát thì led thu nhận được mộtxung và cấp vào chân số 2 của IC7414 lúc này mạch IC7414 ở phần thu nhận đượcmột xung âm hẹp(do tín hiệu phát ra ở led phát ở mức cao) tác động tức thời ở ngõvào làm mạch thay đổi trạng thái và tại ngõ ra chân 12 sẽ có xung dương ra Lúc nàychân 5 của IC74192 nhận được một xung từ chân 12 của phần thu, ,tức là có xung kíchcạnh lên lúc đó IC74192 nhận được một xung thì tín hiệu ngõ ra A=1,B=0,C=O,D=O

Các tín hiệu dạng số này qua IC giải mã 7447 thì hiển thị thành số 1,như vậy khi cómột xung kích hay một sản phẩm đi qua thì led sẽ hiển thị tăng dần lên.

Khi hàng đơn vị đếm được số 9 nếu có thêm một xung nữa thì cờ báo tràn ởchân 14 ở mức cao đồng thời reset led ở hàng đơn vị từ số 9 về số 0 lúc này nếu cóthêm một xung nữa thì led hàng chục tăng lên một cứ thế nếu hàng đơn vị tăng đến 9thi hàng chục lại tăng thêm 1 do chân 14 của hàng đơn vị nối với chân 11 của hàngchục

2.2 Thi công và khảo sát mạch

2.2.1 Thiết kế sơ đồ mạch in

Quá trình vẽ mạch in trên phần mềm Proteus

Hình 2.2 Mạch in

Hình 2.3 Hình ảnh 3D của mạch

Hình 2.4 Mạch thật

2.2.2 Dụng cụ và vật tư tiêu hao

Dụng cụ, thiết bị

- Nguồn cung cấp một chiều +9V

- Mỏ hàn

Vật tư tiêu hao

2.2.3 Khảo sát hoạt động của mạch

- Mạch hoạt động ổn định, số đếm chính xác và thay đổi số đếm 1 cách linh hoạt mạch chỉ đếm được từ 00 đến 99 nên khi đêm đến 99 mà vẫn có tín hiệu đi qua thì

sẽ bị tràn bit và đếm vòng tiếp theo

- Bộ phận hiển thị rõ ràng

- Khối đếm và khối giải mã: Chúng tôi quan sát số thay đổi được hiển thị trên led 7đoạn Kết quả khối đếm và khối giải mã hoạt động ổn định đúng với lý thuyết.

KẾT LUẬN

Sau khi hoàn thành xong đề tài này, em đã thu được kết quả như sau:

 Biết cách chế tạo một mạch đếm số sử dụng các IC số đơn giản

 Thiết kế và mô phỏng hoạt động của mạch đếm sản phẩm bằngphần mềm Proteus

 Chế tạo thành công mạch thật hoạt động khá ổn định

 Thu được kết quả như yêu cầu của đề tài đưa ra

Trong quá thiết kế vẫn có những khuyết điểm :Vì mạch tín hiệu số dễ bịnhiễu nên trong quá trình thiết kế cần chú ý chống nhiễu, mạch chưa được phát

triển đầy đủ và hoàn thiện

Nghệ An, ngày tháng năm

Sinh viên thực hiện

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Nguyễn Quốc Trung , “Vi điện tử số”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật,

4 “Cơ sở kỹ thuật điện tử số”, Nhà xuất bản Giáo dục, năm 1999.

5 http://alldatasheet.com truy cập lần cuối vào ngày 4/5/2016