MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO THỨC SỬ DỤNG IC SỐ 7490 VÀ 74247

Các hệ thống điện tử số ngày nay rất đa dạng và đang dần thay thếcác công việc hàng ngày của con người từ những công việc đơn giản đến phức tạpnhư điều khiển tín hiệu đèn giao t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

TP.Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 06 năm 2019

Sinh Viên Thực Hiện

Điểm:

Nhận xét của giáo viên

………

.………

……

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Chữ ký của giáo viên

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH VẼ 2

Chương 1 3

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 3

1.1 TỔNG QUAN VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 3

1.2 MỤC TIÊU VÀ GIỚI HẠN 3

1.2.1 Mục tiêu 3

1.2.2 Giới hạn 4

Chương 2 5

THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI 5

2.1 GIỚI THIỆU 5

2.2 KHẢO SÁT SƠ ĐỒ KHỐI 5

2.2.1 Khối tạo xung dao động 6

2.2.2 Khối đếm giờ, phút, giây 7

2.2.3 Khối giải mã và hiển thị 10

2.2.4 Khối báo thức 12

Chương 3 15

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 15

3.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG 15

3.1.1 Sơ đồ nguyên lý 15

3.1.2 Sơ đồ mô phỏng 16

3.2 THIẾT KẾ PCB 17

Chương 4 19

TỔNG KẾT 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2-1: Sơ đồ khối mạch đồng hồ báo thức có hiệu chỉnh

Hình 2-2: Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của IC LM555

Hình 2-3: Khối tạo xung dao động tần số 1hz sử dụng IC LM555

Hình 2-4: Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của IC 74LS90

Hình 2-5: Khối đếm giây

Hình 2-6: Khối đếm giờ và phím hiệu chỉnh

Hình 2-7: Khối đếm phút và phím hiệu chỉnh

Hình 2-8: Sơ đồ chân và sơ đồ khối của IC 74LS90

Hình 2-9: Sơ đồ chân và Hình ảnh thực tế led 7 đoạn anode Chung

Hình 2-10: Các số thập phân hiển thị tương ứng trên led

Hình 2-11: Sơ đồ khối giải mã và hiển thị led 7 đoạn loại anode chung

Hình 2-12 Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của IC 74LS85

Hình 2-12: Hình ảnh Swich 4P ngoài thực tế

Hình 2-13: Hình ảnh Loa Buzzer ngoài thực tế

Hình 2-14: Transistor C1815

Hình 2-15: Sơ đồ khối báo thức

Hình 3-1 : Sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh mạch đồng hồ báo thức có hiệu chỉnhHình 3-2 : Sơ đồ mô phỏng mạch đồng hồ báo thức có hiệu chỉnh

Hình 3-3 : Sơ đồ thiết kết PCB mặt trên

Hình 3-4 : Sơ đồ thiết kế PCB mặt dưới

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Ngày nay, ngành kỹ thuật điện tử số có vai trò rất quan trọng trong cuộc sốngcủa con người Các hệ thống điện tử số ngày nay rất đa dạng và đang dần thay thếcác công việc hàng ngày của con người từ những công việc đơn giản đến phức tạpnhư điều khiển tín hiệu đèn giao thông, điều khiển tốc độ động cơ, điều khiển các

hệ thống đóng ngắt tự động… các hệ thống này có thể thiết kế theo hệ thống tươngtự hoặc hệ thống số Tuy nhiên trong các hệ thống điện tử thông minh hiện nayngười ta thường sử dụng các hệ thống số nhiều hơn tương tự bởi một số các ưuđiểm mà hệ thống số mang lại đó là: độ tin cậy cao, giá thành thấp, thiết kế nhỏgọn, nhiều tính năng cũng như tiêu thụ công suất ít hơn… để thiết kế được một hệthống điện tử số, chúng ta phải có kiến thức về môn điện tử cơ bản, kỹ thuật số,hiểu được cấu trúc và chức năng của một số IC số, các cổng logic và một số kiếnthúc về các linh kiện điện tử…

Sau một thời học tập và tìm hiểu các tài liệu về kỹ thuật số, em đã chọn đề tài:

“Thiết kế mạch đồng hồ báo thức có hiệu chỉnh dùng IC số” để làm đề tài đồ

án điện tử 1 vì sự quan trọng của thời gian trong cuộc sống cũng như với mongmuốn ứng dụng những kiến thức đã học vào cuộc sống để phục vụ nhu cầu của conngười

Do kiến thức và trình độ năng lực còn hạn hẹp nên trong quá trình thực hiện

đề tài không thể tránh khỏi thiếu sót, kính mong nhận được sự thông cảm và góp ýcủa thầy và các bạn để đồ này có thể hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn

1.2.2 Giới hạn

Do hạn chế về sai số trong quá trình tính toán các thông số linh kiện nên thờigian có phần sai lệch so với thực tế

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI 2.1 GIỚI THIỆU

Mạch đếm giờ phút giây hiển thị trên led 7 đoạn, có chức năng hiệu chỉnh giờ phút và có chức năng cài báo thức phát tín hiệu ra chuông

2.2 KHẢO SÁT SƠ ĐỒ KHỐI

Hình 2-1: Sơ đồ khối mạch đồng hồ báo thức có hiệu chỉnh

Chức năng của từng khối:

 Khối nguồn (5V-1A): có chức năng cấp nguồn 5V-1A cho toàn bộ mạchhoạt động

 Khối tạo xung 1 Hz : Tạo xung dao dộng 1Hz cấp cho mạch đồng hồ

 Khối đếm, giờ, phút, giây: nhận tín hiệu xung dao động đếm từ 00 đếm 59(giây, phút) và 00 đến 23 (giờ)

 Khối giải mã hiển thị: Giải mã tín hiệu BCD từ mạch đếm đồng hồ sang mã

KHỐI ĐẾM GIỜ, PHÚT, GIÂY

KHỐI GIẢI

MÃ HIỂN THỊKHỐI

KHỐI CÀI THỜI GIAN

KHỐI SO SÁNH CHUÔNG

 Khối so sánh và chuông: Nhận tín hiệu từ khối cài và từ IC đếm phút và đếmgiờ, thông qua IC so sánh sau đó xuất tín hiệu hiệu báo thức ra chuông trong

60 giây

2.2.1 Khối tạo xung dao động

Có nhiều cách để tạo ra xung chuẩn 1Hz như dùng dao động đa hài, dùngmạch khuếch đại có hồi tiếp dương, dùng thạch anh, và IC tạo dao động chuyêndụng 555 Trong các cách đó nếu dùng thạch anh là chính xác hơn cả bởi sai số của

nó rất nhỏ, tuy nhiên khi dùng thạch anh ta lại phải tạo ra một mạch tương đốiphức tạp đó là khuyếch đại dao động nội từ thạch anh sau đó lại phải tiến hành chiatần nhiều lần rất phức tạp Để có một mạch dao động tạo xung chuẩn tương đốichính xác người ta hay dùng IC555 bởi giá thành rẻ, lắp ráp và vận hành tương đốiđơn giản trong đề tài này em đã sử dụng loại IC này để tạo dao động

 Chân 4: Reset ( hồi phục )

 Chân 5: Control Voltage ( điều khiển điện áp)

 Chân 6: Threshold ( chân đầu vào so sánh điện áp )

 Chân 7: Dirchage ( xả điện )

 Chân8: +Vcc(nguồndương)

Tần số xung clock được tính như sau:

Trong qua trình thiết kế mạch ta chọn C=100uF, R1=10K, R2=2.2K

Vậy ta có chu kỳ xung ra là: T=ln2x0.1x(10+2x2.2) = 0.99813s ≈ 1s

Thời gian xung ở mức H (1): t1=ln2x(10+2.2)x0.1 ≈0.8456s

Thời gian xung ở mức L (0): t2=ln2x2.2x0.1≈0.1525s

Vì IC đếm 7490 có xung ck tác động cạnh xuống nên trong quá trình tính toánchọn R và C ta nên tính toán sao cho thời gian xung ở mức 0 là min và thời gianxung ở mức 1 là max để tránh lãng phí năng lượng

Khối xung gồm 1 IC 555 được kết nối mạch như hình bên dưới:

Hình 2-3: Khối tạo xung dao động tần số 1hz sử dụng IC LM555

2.2.2 Khối đếm giờ, phút, giây:

-Giới thiệu IC 74LS90

Hình 2-4: Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của IC 74LS90

 Chân 14 nhận xung vào

 Chân 1 nhận xung clock báo tràn, led hiển thị từ số 9 về số 0

Cứ mỗi 1 xung vào thì nó đếm tiến lên 1 và được mã hóa sang mã BCD Khiđếm đến 9 thì nó tự động reset và quay trở về 0

Xung kích được tạo ra từ mạch tạo xung và xung này được đưa tới chân CKAcủa IC 7490 Ngõ ra xung của 7490 ở các chân , , , được đưa đến ngõvào của IC giải mã 74LS47

Đối với hai IC đếm giây (IC1 và IC2): xung được cấp cho IC1, IC1 này đếmgiá trị của 9 xung ( led hiển thị số 9), sau khi đếm hết giá trị của 9 xung thì cấp cho

IC 2 một xung đếm Khi đó, IC1 đếm về 0 và IC2 đếm lên 1, tức ta có giá trị là 10.Sau đó IC1 tiếp tục đếm từ 0 đến 9 và tiếp tục cấp xung cho IC2 tăng lên 2, 3,…Khi IC1 đếm đếm 9 và IC2 đếm đến 5 chuyển sang 6 ( tức là số 59 trên led 7 đoạn)

ta dùng chân R0 để reset cả hai IC trở về 0 đồng thời cấp cho chân CKA của ICđếm phút, một xung kích và phút đếm lên một đơn vị.

Đối với IC đếm phút (IC3 và IC4): khi IC3 nhận được xung nó lại đếm như

IC đếm giây đến giá trị 59 Vì lấy xung từ IC đếm giây nên khi mạch đếm giâyđếm đến 59 thì mạch đếm phút mới nhận được một xung Khi cả IC đếm giây vàđếm phút đều đếm đến giá trị 59 thì tất cả 4 IC cũng được reset về 0, đồng thờimạch đếm phút cấp cho IC5 của IC đếm giờ một xung

Đối với IC đếm giờ (IC5 và IC6): Khi IC5 nhận được một xung thì nó cũngbắt đầu đếm lên Khi IC5 đếm đến 9 thì cấp xung cho IC6 đếm, khi hai IC đếm giờđếm đến 23 và tại thời điểm sang 24 là lúc cả hai IC được reset về trạng thái 0 Vì

số nhị phân tương ứng của 2 là Q3Q2Q1Q0 = 0010, của 4 là Q3Q2Q1Q0 = 0100nên ngõ ra Q1 của IC đếm giờ ( đếm hàng chục) và ngõ ra Q2 của IC đếm giờ(đếm hàng đơn vị) được đưa vào chân R0(1), R0(2) để thực hiện reset về 0

Khối điều chỉnh thời gian là các phím nhấn để tạo ra các mức điện áp tương

ứng với các mức logic 0 và 1để chỉnh phút và chỉnh giờ Các phím bấm này kếthợp với công EXOR để tạo xung đưa vào các ngõ vào xung clock của khối đếmphút và khối đếm giờ Trong mạch không dùng đến nút cỉnh giây bởi đơn vị thờigian của nó nhỏ

Hình 2-5: Khối đếm giây Hình 2-6: Khối đếm giờ và phím hiệu chỉnh

Hình 2-7: Khối đếm phút và phím hiệu chỉnh

2.2.3 Khối giải mã và hiển thị

-Giới thiệu IC 74LS247: IC74LS47 là loại IC giải mã BCD sang mã 7 đoạn

IC 74LS47 là loại IC tác động ở mức thấp có ngõ ra cực thu để hở và khả năngnhận dòng đủ cao để thúc trực tiếp các đèn led 7 đoạn loại anode chung

Hình 2-8: Sơ đồ chân và sơ đồ khối của IC 74LS90

 Chân 1, 2, 6, 7: Chân dữ liệu BCD vào dữ liệu này được lấy từ IC đếm.

 Chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15: Các chân ra tác động ở mức thấp 0 và đượcnối với LED 7 đoạn

 Chân 8: là chân nối đất GND

 Chân 16: Chân nối nguồn 5V

 Chân 4: Chân này được nối lên Vcc

 Chân 5: Ngõ vào xóa dợn sóng RBI được để không hay nối lên cao khi khôngđược dùng để xóa số 0 (số 0 trước số có nghĩa hay số 0 thừa bên trái dấuchấm thập phân)

 Chân 3: Chân này cũng được nối lên nguồn Vcc

- Lựa chọn linh kiện: Ở đây chọn IC giải mã anode Chung 74LS247 do ledlựa chọn ở đây là loại anode Chung

-Có 2 loại led hiển thị phổ biến là anode Chung và cathode Chung

Với LED cathode Chung: để led sáng thì các chân của led phải ở mức 1(VCC)

Với LED anode Chung: để led sáng thì các chân của led phải ở mức 0 (GND).-Giới thiệu Led 7 đoạn loại anode Chung:

Gồm 7 led xếp lại với nhau theo hình mẫu Một chân của con LED được nốichung lại với nhau

Hình 2-9: Sơ đồ chân và Hình ảnh thực tế led 7 đoạn anode Chung

Hình 2-10: Các số thập phân hiển thị tương ứng trên led

-Lựa chọn linh kiện: ở đây chọn loại led anode chung, do lựa chọn IC giải mãlà loại anode chung

Hình 2-11: Sơ đồ khối giải mã và hiển thị led 7 đoạn loại anode chung

Hình 2-12 Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của IC 74LS85

 Chân 10,12,13,15 : Chân dữ liệu ngõ vào so sánh 4 bit thứ 1

 Chân 9,11,1,14 : Chân dữ liệu ngõ vào so sánh 4 bit thứ 2

 Chân 2: Chân dữ liệu ngõ vào ưu tiên A<B

 Chân 3: Chân dữ liệu ngõ vào ưu tiên A=B

 Chân 4: Chân dữ liệu ngõ vào ưu tiên A<B

 Chân 5: Chân dữ liệu ngõ ra so sánh A<B

 Chân 6: Chân dữ liệu ngõ ra so sánh A=B

 Chân 7: Chân dữ liệu ngõ ra so sánh A<B

 Chân 8 : Chân nối đất

 Chân 16: Chân nối nguồn

-Giới thiệu Switch 4P DIP:

Ta sử dụng Switch 4P để thực hiện cài đặt các mức điện áp tương ứng với cácmức logic 0 và 1 để đưa đến IC so sánh

Hình 2-12: Hình ảnh Swich 4P ngoài thực tế

-Giới thiệu Loa Buzer: có chức năng phát tiếng “BÍP” khi đúng giá trị cài báo

thức

Hình 2-13: Hình ảnh Loa Buzzer ngoài thực tế

-Giới thiệu transistor C1815: transistor trường C1815 làm việc như một khoá

Hình 2-14: Transistor C1815

Hình 2-15: Sơ đồ khối báo thức

 Nguyên lý hoạt động:

IC so sánh 74LS85 nhận dữ liệu ngõ vào từ IC đếm giờ phút và so sánh với

dữ liệu ngõ vào cài đặt từ Switch Khi 2 giá trị trên bằng nhau thì ngõ ra QA=Bcủa IC74LS85 sẽ lên mức 1 đồng thời kích cho transistor C1815 đóng lại tương tựnhư 1 công tắt từ đó Loa Buzer sẽ phát ra tiếng kêu báo thức

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH

3.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG

3.1.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình 3-1 : Sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh mạch đồng hồ báo thức có hiệu chỉnh

3.1.2 Sơ đồ mô phỏng

Hình 3-2 : Sơ đồ mô phỏng mạch đồng hồ báo thức có hiệu chỉnh

Thời gian hiển thị trên mạch mô phỏng là 11:22:22

3.2 THIẾT KẾ PCB

Hình 3-3 : Sơ đồ thiết kết PCB mặt trên

Hình 3-4 : Sơ đồ thiết kế PCB mặt dưới

- Học hỏi được nhiều hơn và thêm nhiều kiến thức về mạch điện tử, IC số.

- Có khả năng phân tích, thiết kế và thi công một sản phẩm hoàn chỉnh

- Rèn luyện tính kiên nhẫn sau mỗi lần test mạch thất bại

Sản phẩm tạo ra đạt được khoảng 60% so với yêu cầu ban đầu (mạch báothức chưa thực hiện được như ý muốn tuy đã qua nhiều lần kiểm tra, dùng bộnguồn sạc dự phòng cấp cho mạch chưa được tối ưu như ý muốn)

Mạch hoạt động khá ổn định, các phím nhấn hiệu chỉnh thời gian hoạt độngtốt, thời gian chạy có phần sai lệch so với thực tế

Hiển thị thời gian trên led 7 đoạn khá rõ ràng

Sản phẩm tạo ra được thiết kế tối ưu về tiêu chí nhỏ gọn và dễ sử dụng

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy Hoàng Ngọc Văn và các thầy cô

giáo khác đã nhiệt tình hướng dẫn và truyền đạt kiến thức trong suốt quá trình họctập và thực hiện đồ án này

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Ngọc Nhiệm

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Đình Phú, Nguyễn Duy Thảo, Nguyễn Trường Duy, Hà A Thồi

“Giáo trình thực hành Kỹ Thuật Số ”, Trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 8/2016.

[2] Nguyễn Đình Phú, “Giáo trình: Kỹ thuật số ”, Nhà xuất bản ĐH Quốc Gia,

Tp.HCM, 2013

[3] Link 1: “https://datasheetspdf.com/”

[4] LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP-ĐỀ TÀI: “ Thiết kế mạch đồng hồ hiển thị

ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây dùng IC số”

Link: tai-thiet-ke-mach-dong-ho-hien-thi-ngay-thang-nam-gio-phut-giay-dung-1245742.html

http://thuvienso.hcmute.edu.vn/tailieuvn/doc/luan-van-tot-nghiep-de-[5] “Thiết kế mạch logic đồng hồ bào thức” – Khoa Tri Thức Số

Link: nghe/ky-thuat-co-khi/thiet-ke-mach-logic-dong-ho-bao-thuc.html