baocao22 khotailieu

Từ nhu cầu quan trọng đó cùng với sự mong muốn được đưa những kiến thức đã đượchọc trên giảng đường vào thực tiễn đời sống, nên em quyết định chọn đề tài: “Thiết kếmạch đếm sản phẩm dùng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập – Tự do – Hạnh phúc

1 Tên đề tài /:

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

3 Nội dung thực hiện đề tài:

4 Sản phẩm:

i

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên Sinh viên: MSSV:

Ngành:

Tên đề tài:

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn:

NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 6 năm 2018

Giáo viên hướng dẫn

(Ký & ghi rõ họ tên)

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên Sinh viên: MSSV:

MSSV:

MSSV:

Ngành:

Tên đề tài:

Họ và tên Giáo viên phản biện:

NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 6 năm 2018

Giáo viên phản biện

(Ký & ghi rõ họ tên)

iii

LỜI CÁM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn:

cho em học tập và nghiên cứu

tận tình chỉ bảo, động viên, khích lệ em trong suốt quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài

- Sự nhiệt tình giúp đỡ của các bạn và các anh chị khóa trước

Với điều kiện thời gian cũng như kiến thức, kinh nghiệm còn hạn chế của một sinh viênnên luận văn này không thể tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo,đóng góp ý kiến về nội dung cũng như hình thức trình bày của các thầy cô để em có điềukiện bổ sung, nâng cao kiến thức của bản thân, hoàn thiện hơn trên con đường học tập vàlàm việc trong tương lai

Em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này là do em tự thực hiện dựa một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó Nếu có sao chép tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm

v

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ MÔN HỌC i

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii

LỒI CẢM ƠN ………

iv LỜI CAM ĐOAN v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii

Chương 1: 1

GIỚI THIỆU YÊU CẦU – GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 1

1.1 GIỚI THIỆU 1

1.2 GIỚI HẠN 1

Chương 2: 2

THIẾT KẾ 2

2.1 GIỚI THIỆU 2

2.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI 2

2.3 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 3

a KHỐI HIỂN THỊ 3

b KHỐI GIẢI MÃ 4

c KHỐI ĐẾM 6

d KHỐI PHÁT HỒNG NGOẠI 7

e KHỐI THU HỒNG NGOẠI 9

f KHỐI MẠCH DỪNG ĐẾM 10

h KHỐI NGUỒN 12

i NÚT RESET……… 12

Chương 3: 24

THI CÔNG MẠCH 24

3.1 VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 24

3.2 VẼ PCB 34

3.3 GIA CÔNG MẠCH VÀ LẮP RÁP KIỂM TRA MẠCH 41

Chương 4: 42

KẾT LUẬN 42

TÀI LỆU THAM KHẢO 43

vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BCD: Binary Coded Decimal.

IC: Integrated Circuit.

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Bảng trạng thái hoạt động của IC74LS247 5

Bảng 2.2 Bảng trạng thái hoạt động của IC 74LS192 7

Bảng 3.1.Danh sách linh kiện cho mạch: 17

ix

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ

Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch đếm sản phẩm 2

Hình 2.2 Kí hiệu và hình ảnh led 7 đoạn 3

Hình 2.3 Khối hiển thị………

4

Hình 2.4 Sơ đồ chân IC giải mã số BCD sang 7 đoạn 74LS247……… 5

Hình 2.5 Hình ảnh điều khiển led 7 đoạn và hình ảnh led 7 đoạn 6

Hình 2.6.Khối giải mã hiển thị……….6

Hình 2.7 Sơ đồ chân IC 74LS192 7

Hình 2.8 Khối đếm……… 8

Hình 2.9 Sơ đồ chân IC 555 9

Hình 2.10 Mạch phát hồng ngoại 9

Hình 2.11 Mắt thu hồng ngoại 3 chân TSOP1838 10

Hình 2.9 Mạch thu hồng ngoại đếm xuống 9

Hình 2.11 Sơ đồ chân IC MOC3020 10

Hình 2.12 Mạch chuông 11

Hình 2.13 Sơ đồ chân IC 7805 11

Hình 2.14 Sơ đồ mạch nguồn 12

Hình 2.15 Sơ đồ nút nhấn 12

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 13

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch phát hồng ngoại 14

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch chuông 14

Hình 3.5 Mạc hồng ngoại và dừng đếm 16

Hình 3.6 Tổng quát về mạch 17

1

Từ nhu cầu quan trọng đó cùng với sự mong muốn được đưa những kiến thức đã đượchọc trên giảng đường vào thực tiễn đời sống, nên em quyết định chọn đề tài: “Thiết kếmạch đếm sản phẩm dùng led hồng ngoại”

1.2 GIỚI HẠN

Với nội dung đề tài, mạch được thiết kế đơn giản

Số sản phẩm sẽ được hiển thị trên 2 led 7 đoạn nhỏ Số lượng sản phẩm tối đa có thểđếm là 60 Khoảng cách 2 cảm biến là 20cm Mạch phát được cấp nguồn 5 VDC, nhỏ gọn

có thể di chuyển Mạch chính được cấp nguồn 220 VAC

Khi đếm về 00 báo chuông reng Mạch có nút nhấn reset đặt lại số đếm bắt đầu.

2.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI

Theo yêu cầu của đề tài, sơ đồ khối của mạch đếm sản phẩm trong garage được thiết

kế như hình như hình 2.1:

2

Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch đếm sản phẩm.

Chức năng từng khối:

Khối nguồn: có chức năng cấp nguồn cho toàn bộ mạch để hoạt động

Khối thu ,phát hồng ngoại: có chức năng như 1 bộ cảm biến khi thấy sản phẩm đi qua

sẽ tạo thành 1 xung.Với khối phát thì tạo tín hiệu hồng ngoại,còn khối thu nhận tín hiệu từkhối phát

Khối xử lý, đếm: có chức năng đếm xung và phạm vi đếm từ 60 về 00, khi đếm về 00thì dừng đếm và xuất tín hiệu để chuông reng

Khối ngừng đếm: có chức năng khóa xung cấp cho IC 74192

Khối giải mã: có chức năng giải mã số xung đếm được từ khối đếm sang mã 7 đoạn.Khối hiển thị: có chức năng hiển thị kết quả đếm dạng số thập phân

Nút nhấn reset: có chức năng reset lại mạch khi nhấn nút

Chuông: có chứa năng kêu khi mạch đếm về 00

2.3 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

a KHỐI HIỂN THỊ

Led 7 đoạn có chức năng hiển thị số thập phân cho biết kết quả sau khi xử lý, trongmạch đếm sản phẩm sẽ cho biết kết quả đếm là số lượng sản phẩm Trong mạch sử dụngled 7 đoạn loại anode chung.

Led 7 đoạn có cấu tạo là các led đơn được sắp xếp theo vị trí để khi sáng hoặc tắt tạothành 1 số thập phân từ 0 đến 9 Kí hiệu, sơ đồ chân của led 7 đoạn như hình 2.2:

Hình 2.2 Kí hiệu và hình ảnh led 7 đoạn

Dòng cho mỗi đoạn từ 5 đếm 10 mA và điện áp cho các led nhỏ là 2V

4

Hình 2.3: Khối hiển thị

b KHỐI GIẢI MÃ

Do đã chọn led anode chung nên chọn IC giải mã anode chung là IC 74LS247

IC 74LS247 có chức năng giải mã số BCD sang mã 7 đoạn để điều khiển led 7 đoạnsáng số thập phân, điều khiển led 7 đoạn loại anode chung, IC có sơ đồ chân như hình 2.4

Hình 2.4 Sơ đồ chân IC giải mã số BCD sang 7 đoạn 74LS247

Chức năng các tín hiệu của IC:

 IC có 4 ngõ vào “DCBA” để nhận số BCD cần giải mã

 IC có 7 ngõ ra “f, g, e, d, c, b, a” dùng điều khiển led 7 anode chung

 IC còn có các tín hiệu điều khiển kiểm tra đèn “LAMP TEST - LT”, tín hiệu xóa sốkhông vô nghĩa vào (RB) và ra (RBO) như trong Bảng 2.1

6

Bảng 2.1 Bảng trạng thái hoạt động của IC74LS247

Giải thích hoạt động của IC giải mã 74LS247:

Trạng thái giải mã: từ trạng thái số 0 đến trạng thái thứ 15 là hoạt động giải mã bìnhthường cho 16 trạng thái

 16 trạng thái này gồm có 10 trạng thái từ 0 đến 9 – gọi là giải mã số BCD, 10 trạngthái này led hiển thị đúng số thập phân từ 0 đến 9 – sản phẩmm hình 2.4

 6 trạng thái còn lại từ 10 đến 15 (từ 1010B đến 1111B) thì led cũng giải mã nhưngkhông đúng theo số hex – sản phẩmm hình 2.4

Trạng thái LT: nếu tín hiệu này ở mức ‘0’ và RBO ở mức ‘1’ thì led sẽ sáng số 8

Trạng thái BI: nếu tín hiệu này ở mức ‘0’ thì led sẽ tắt

Trạng thái RBI: nếu tín hiệu này ở mức ‘0’, 4 ngõ vào số BCD ở “0000”,

LT ở mức ‘1’ thì led tắt – có chức năng xóa số 0 vô nghĩa

Hình 2.5 Hình ảnh điều khiển led 7 đoạn và hình ảnh led 7 đoạn

Hình 2.6: khối giải mã,hiển thị

Tính toán linh kiện cho phần sau giải mã:

8

Dòng ngõ ra của 74LS247 cao nhất là 4.2V , trong khi đó áp vào của con led 7đoạn là

2V Nên cần phải lắp thêm điện trở để hạ áp, với dòng vào của led 7 đoạn là 10ma

Hình 2.7 Sơ đồ chân IC 74LS192

Chức năng các chân của IC:

 4 ngõ vào P3, P2, P1, P0 để nhận số đếm đặt trước

 4 ngõ ra Q3, Q2, Q1, Q0 xuất ra số BCD được đếm

 Ngõ vào CPU để nhận xung đếm lên

 Ngõ vào CPD để nhận xung đếm xuống

 Ngõ vào MR reset IC về trạng thái khởi động

 Ngõ ra TCU, TCD kết nối đầu cuối với IC 74LS192 khác.

Bảng 2.2 Bảng trạng thái hoạt động của IC 74LS192

Giải thích hoạt động của IC giải mã 74LS192:

Khi MR ở mức ‘0’ và PL ở mức ‘1’, nếu có 1 xung tích cực cạnh lên tác động vào

chân CPU (hoặc CPD) thì IC sẽ đếm lên (hoặc xuống)

Khi MR ở mức ‘1’ thì IC sẽ reset về trạng thái ban đầu

Khi PL ở mức ‘0’ thì IC sẽ đặt trước số đếm lấy từ P3, P2, P1, P0

10

Hình 2.9 Sơ đồ chân IC 555

Giải thích chức năng các chân của IC 555 :

 Chân GND cho nối mass để lấy dòng

 Chân Trigger so áp với mức áp chuẩn là 1/3 mức nguồn nuôi

 Chân Output ngõ ra

 Chân Reset xác lập trạng thái nghỉ với ngõ ra mức thấp

 Chân Control Voltage làm đổi mức áp chuẩn trong IC

 Chân Threshold so áp với mức áp chuẩn là 2/3 mức nguồn nuôi

 Chân Discharge thường dùng cho tụ xả điện

 Chân VCC nối vào nguồn

Ta có thông số led hồng ngoại : V_led=1.2V, I_led=10mA,

Ta có thông số của IC555 : : V_OH=3.3V, : V_OL=0.35V, : I_max=200mA

Chọn nguồn cung cấp cho mạch phát hồng ngoại la nguồn pin 3V để có thể di chuyển I_vào = (Vi-1.2)/10 = 180mA < I_max=200mA (thỏa)

12

Hình 2.10.Mạch phát hồng ngoại

e KHỐI THU HỒNG NGOẠI:

Khối thu hồng ngoại sử dụng mắt thu 3 chân TSOP1838

Hình 2.11 Mắt thu hồng ngoại 2 chân

Sơ đồ chân mắt thu hồng ngoại 2 chân

Hình 2.12.Khối thu hồng ngoại đếm xuống

Khi có vật thể đi qua, mắt thu không nhận được tín hiệu hồng ngoại nên điện áp ngõ ra

ở mức cao Opamp có tác dụng khuếch đại tín hiệu mắt thu hồng ngoại, sosánh áp Mắc đảo pha Khi có xung hồng ngoại thì out mức thấp làm ngõ ra opamp mức cao kích c1815 dẫn C1815 loại npn, khi có áp cao kích vào chân B thì trans dẫn Lúc này chân CK-DOWN ở mức điện áp thấp Sau khi mắt thu tiếp tục nhận được tín hiệu hồng ngoại , ngõ ra của mắt thu ở mức cao,

transistor NPN C1815 ngưng dẫn, CK-DOWN lên mức điện áp cao Lúc này CK-DOWN

đã tạo 1 xung tác động vào chân CPD của IC 74LS192

Khi 1 trong số các chân Q ở mức cao, mạch sẽ hoạt động như mạch thu hồng ngoạiđếm xuống.

16

g KHỐI CHUÔNG

Mạch chuông reng khi đếm về 00 Do đó tín hiệu để kích hoạt mạch chuông lấy từ chân cathode chung của các diode trong mạch thu hồng ngoại đếm xuống Để giao tiếp chuông điện AC, chúng ta dùng Opto Triac MOC3020

Sơ đồ chân MOC3020:

Hình 2.14 Sơ đồ chân IC MOC3020

Chức năng các chân:

Chân anode và cathode dùng để kết nối với mạch điều khiển

Chân 6 và 4 dùng để kết nối với mạch bên ngoài

Sơ đồ mạch như hình 2.15

Hình 2.15 Mạch chuông

Khi có tín hiệu kích mức thấp, transistor PNP A1015 dẫn, lúc này MOC3020 dẫn kích vào Triac BT136 làm Triac dẫn,chuông reng

Tính toán và thiết kế:

Áp nguồn cung cấp Vcc= 5V, trong khi áp vào tối đa của con opto MOC3020 là

3V Nên cần lắp thêm mạch hạ áp bao gồm 1 điện trở và 1 con LED,

(để báo hiệu hoạt động của mạch) Chọn điện trở R2 = 150Ω và dòng điện qua LED 0.25mA, ta có giá trị áp vào của opto:

(Thỏa)

Mạch để kết nối với ngõ kích từ mạch thu hồng ngoại ta dùng con transistor pnp A1015 để điều khiển Transistor hoạt động khi ngõ kich được tích cực mức thấp( ta xem như tương ứng nối với đất) Khi đó ta tính toán được giá trị R3:

18

Vậy chọn giá trị R3 =1kΩ

Do 220V có tải rất lớn nên chọn triac BT136 vì có khả năng chịu tải lên đến 600V Dòng của con triac BT136 có giá trị lớn nhất là 2A, dòng vào của nguồn 220V rất lớn nên phải mắc thêm con trở để hạ dòng đưa vào opto kích cho triac hoạt động ChọnR1 = 470Ω, khi đó:

Riêng mạch phát hồng ngoại do yếu tố có thể di chuyển nên nguồn pin được sử dụng

để cấp nguồn cho mạch phát hồng ngoại

Mạch tạo nguồn 5V: sử dụng biến áp cách ly tạo nguồn 15VAC, 3A từ nguồn 220VAC,qua cầu diode trở thành nguồn 15VDC Sử dụng IC 7805 thu được nguồn 5VDC từ nguồn 15VDC

Sơ đồ chân IC 7805 như hình 2.13

Hình 2.16 Sơ đồ chân IC 7805

Các tụ điện sử dụng trong mạch có tác dụng lọc phẳng điện áp đầu vào và đầu ra không còn gợn nhấp nhô, đảm bảo mạch hoạt động ổn định

1 MẠCH NGUỒN:

Công suất toàn mạch:

Hình mạch nguồn 5V(U1)

Dùng biến áp thường để đổi nguồn từ 220V AC  15VAC – 3A

Vậy chọn cầu diode 3A KBP307

22

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch phát hồng ngoại

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch chuông

26

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý mạch đếm, hiển thị, reset

30

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý mạch thu hồng ngoại, mạch dừng đếm.

32

Hình 3.6 Tổng quát về mạch

3.2 VẼ PCB

Hình Mạch thu hồng ngoại.

34

Hình Mạch phát hồng ngoại

Hình Mạch đếm, hiển thị.

36

Hình Mạch reset.

Hình Mạch nguồn

38

Hình Mạch chuông

Hình Mạch dừng đếm

40

3.3 GIA CÔNG MẠCH VÀ LẮP RÁP KIỂM TRA MẠCH

Bảng 3.1.Danh sách linh kiện cho mạch:

Chương 4:

KẾT LUẬN

Mạch chạy đúng như yêu cầu đề tài

Hướng phát triển: Có thể thay led 7 đoạn nhỏ thành loại lớn

42

TÀI LỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Đình Phú, Nguyễn Trường Duy, “Giáo Trình: Kỹ Thuật Số”, Nhà xuất bản