Báo cáo đồ án thiết kế đồng hồ số hiển thị thứ ngày tháng dùng IC số

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ THỨ VÀ NGÀY Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thanh Khiết Nhóm thực hiện : Nhóm 3 Lớp

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI: MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ THỨ VÀ NGÀY

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thanh Khiết

Nhóm thực hiện : Nhóm 3

Lớp: DHDTMT14A

TP.Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2021

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO MÔN HỌC

DỰ ÁN KĨ THUẬT

ĐỀ TÀI: MẠCH HẸN GIỜ BƠM NƯỚC VÀ CHỐNG TRỘM

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thanh Khiết

MỤC LỤC

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT 1

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH 2

I Danh sách các bảng 2

II Danh sách các hình 2

CHƯƠNG 1 3

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 3

1.1 GIỚI THIỆU 3

CHƯƠNG 2 4

PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 4

2.1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 4

2.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI 4

2.3 KHẢO SÁT LINH KIỆN 6

2.3.1 IC NE555 6

2.3.2 IC 74LS90 8

2.3.3 IC 74LS47 10

2.3.4 LED 7 đoạn 11

2.3.5 IC 7400 12

2.3.6 IC74HC192 13

2.3.7 IC7408 13

2.3.8 Điện trở và biến trở 14

2.3.9 Tụ điện 15

2.3.10 IC7805 16

2.3.11 Diode 16

2.4 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ 16

2.4.1 Khối tạo xung 1s 16

2.4.2 Khối đếm 17

2.4.3 Khối giải mã và hiển thị 18

2.4.4 Khối điều khiển 19

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG VÀ KIỂM CHỨNG THỰC NGHIỆM 20

3.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ KIỂM CHỨNG 20

3.1.1 Mạch đồng hồ 20

3.1.2 Mạch cảm biến chống trộm 21

3.2 KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 22

3.2.1 Kết quả, hạn chế 22

3.2.2 Hướng phát triển 22

CHƯƠNG 4 23

KẾT LUẬN 23

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT

Vcc: Nguồn cấp cho ic

R: kí hiệu cho điện trở

P: Công suất

A: đơn vị Ampe của dòng

C: Kí hiệu cho tụ điện

T: chu kì hoạt động

s: giây

1/0 : Mức điện áp ( 1 mức điện áp cao, 0 mức điện áp thấp)

CLK : xung Clock

BCD : Binary-coded Decimal – là 1 lớp mã hóa nhị phân của số thập phân

VAC : Điện áp xoay chiều

VDC: Điện áp một chiều

PCB : Print Circuit Board – mạch in

1

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH

I Danh sách các bảng

Bảng 2.3.1 Sơ đồ chân Ic 74LS90……… 9

Bảng 2.3.2 Bảng sự thật Ic 74LS9……….10

Bảng 2.3.3 Bảng trạng thái IC74LS47……… 12

Bảng 2.3.4 Bảng trạng thái led 7 đoạn……… 13

Bảng 2.3.5 Bảng sự thật IC7400 ……… 14

Bảng 2.3.6 Bảng sự thật IC7408 ……… 15

Bảng 2.3.7 Kí hiệu tụ điện……….16

Bảng 2.4.1 Bảng sự thật khối điều khiển……… 23

II Danh sách các hình Hình 2.2.1 Sơ đồ khối mạch đồng hồ hiển thị thứ ngày ……… 6

Hình 2.2.2 Sơ đồ khối nguồn………… ……… 7

Hình 2.3.1 Sơ đồ chân IC NE555……… 7

Hình 2.3.2 Sơ đồ cấu trúc IC NE555……….8

Hình 2.3.3 IC 74LS90………9

Hình 2.3.4 Sơ đồ chân IC 74LS90……….10

Hình 2.3.5 Sơ đồ chân IC 7447……… 11

Hình 2.3.6 Led 7 đoạn……… 12

Hình 2.3.7 Sơ đồ chân led 7 đoạn……… 13

Hình 2.3.8 IC 7400……… 13

Hình 2.3.9 IC74HC192……… ……… 13

Hình 2.3.10 IC7408………14

Hình 2.3.11 Các loại điện trở……… ……… 15

Hình 2.3.12 Các loại tụ điện……… … ……….15

Hình 2.3.13 IC LM7805……… 15

Hình 2.4.1 Sơ đồ khối tạo xung IC NE555……… 17

Hình 2.4.2 Sơ đồ bộ đếm dùng IC 74LS90………18

Hình 2.4.3 Sơ đồ nguyên lí khối hiển thị……… 18

Hình 2.4.4 Sơ đồ nguyên lí khối điều khiển……… 19

Hình 3.1 Testboard mạch đồng hồ… ……….……… 26

Hình 3.2 Pcb mạch đồng hồ……….……… 26

Hình 3.3 Mạch đồng hồ khi hoàn thành……….………26

Hình 3.4 Testboard mạch hồng ngoại chống trộm……….……… 27

Hình 3.5 Pcb mạch hồng ngoại chống trộm…….……… 27

Hình 3.6 Mạch chống trộm thực tế khi hoàn thành 27

Hình 3.8 Mạch cảm biến mức nước thực tế khi hoàn thành……….….28Hình 3.9 PCB mạch ổn áp 5v……….28Hình 3.10 Mạch ổn áp 5v thực tế khi hoàn thành… ……… 28

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI1.1 GIỚI THIỆU

Với sự phát triển của điện tử hiện nay, các ứng dụng của kỹ thuật số vào đời sống con người ngày càng nhiều , ví dụ như : các mạch hẹn giờ , mạch đóng cắt thiết bị xoay chiều , mạch chống trộm , mạch cảnh báo ánh sáng , Có thể thấy vai trò của điện tử nói chung hay kỹ thuật số nói riêng với cuộc sống của con người là vô cùng to lớn

Từ đó , xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, kiến thức được học ở trường và sự tìm tòi học hỏi,

chúng em đã thực hiện đề tài “Mạch Đồng Hồ Số Hiển Thị Thứ Và Ngày với mong

muốn có thể áp dụng vào thực tiễn và củng cố kiến thức cho chính mình

Các kiến thức cần có để có thể thiết kế được sản phẩm theo đồ án : Điện tử cơ bản , kỹ thuật xung số , nắm được datasheet và nguyên lý hoạt động của các ic số sử dụng trong

đề tài

3

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG2.1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

Mạch đồng hồ hiển thị thứ ngày gồm nhiều bộ phận liên kết với nhau tạo ra nhữngtính nặng cần thiết như: hiển thị giờ phút giây , hiển thị ngày và thứ để tạo ra thiết bị này chúng ta cần ghép nhiều khối lại với nhau như : khối nguồn, khối đếm thứ , ngày, giờ , phút , giây , khối giải mã và khối hiển thị

II.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI

Hình 2.2.1 Sơ đồ khối mạch đồng hồ hiển thị thứ ngày

 Khối điều chỉnh : Có tác dụng điều chỉnh các khối đếm

 Khối đếm giây (đơn vị): Đếm giây hàng đơn vị của đồng hồ

 Khối đếm giây(chục) : Đếm giầy hàng phút của đồng hồ

 Khối đếm phút (đơn vị) : Đếm phút hàng đơn vị của đồng hồ

 Khối đếm phút chục) : Đếm phút hàng chục của đồng hồ

 Khối đếm giờ (đơn vị) : Đếm giờ hàng đơn vị của đồng hồ

 Khối đếm giờ( chục) : Đếm giờ hàng chục của đồng hồ

 Khối đếm ngày (đơn vị) : Đếm ngày hàng đơn vị của đồng hồ

 Khối đếm ngày chục) : Đếm ngày hàng chục của đồng hồ

 Khối giải mã: Có chức năng chuyển số xung đã đếm thành mã led 7 đoạn

 Khối hiển thị: Hiển thị mã led dưới dạng số thập phân

 Nguồn: Cung cấp điện áp cho toàn mạch

Hình 2.2.2 Sơ đồ khối khối nguồn

Nhiệm vụ của từng khối:

 Biến áp : Biến đổi điện áp của dòng điện xoay chiều

 Chỉnh lưu : Có tác dụng biến đổi dòng điện xoay chiều thành một chiều

 Lọc : Loại bỏ các yếu tố nhiễu và xáo động của dòng điện

Hình 2.3.1 Sơ đồ chân IC NE555 Chân 1 (ground) là chân nối mass để tạo dòng điện ,nếu không nối mass thì ic sẽ không

làm việc theo ý muốn

Chân 2 (Trigger) Đây là chân so sánh với mức áp chuẩn là 1/3 Vcc Nếu chân này lớn

hơn 1/3Vcc thì sẽ cho ra tín hiệu ouput = 0 và nếu nhỏ hơn 1/3 Vcc thì sẽ cho ra là output

= 1

Chân 3 (Output) : Chân tín hiệu ra ở dạng xung vuông

Chân 4 (Reset) Chân này tích cực ở mức thấp khi nối lên dương nguồn thì Ic hoạt động

bình thường còn khi ở mức thấp thì nó sẽ xóa về 0

Chân 5 ( Control Voltage) Chân này là chân điều chỉnh điện áp ,chân này chỉ dùng để

điều chỉnh độ rộng của Ic 555 nếu nó làm nhiệm vụ điều chế độ rộng của xung còn nếu làm việc ở mạch dao động hoặc trì hoãn thì chân này có thể bỏ hở hoặc mắc thêm 1 con

tụ để chống nhiễu

Chân 6 ( Threshold) Chân so sánh mức áp chuẩn 2/3 Vcc.Nếu chân này lớn 2/3Vcc thì sẽ

cho ra tín hiệu 1 và nhỏ hơn thì sẽ cho ra tín hiệu 0

Chân 7 (Discharge) Chân có chức năng để xả tụ khi nó làm việc ở chế độ dao động và trì

hoãn

Chân 8 (+Vcc) Đây là chân cấp nguồn nuôi.Bất kì một Ic nào muốn làm việc thì phải có

nguồn nuôi cấp cho nó Ic 555 cũng vậy nó được cấp nguồn trong khoảng từ 5V đến 15V

Hình 2.3.2 Sơ đồ cấu trúc IC NE555

2.3.2 IC 74LS90

Hình 2.3.3 IC 74LS90

7

Số chân Tên chân Mô tả

14 Clock input 1 (CLKA) Ngõ vào xung

Bảng 2.3.1 Sơ đồ chân Ic 74LS90

IC 74LS90 về cơ bản là mạch đếm thập phân MOD-10 tạo ra mã BCD ở các ngõ ra 74LS90 bao gồm bốn flip-flop JK chủ-tớ được kết nối bên trong để cung cấp mạch đếm MOD-2 (2 trạng thái đếm) và mạch đếm MOD-5 (5 trạng thái đếm) 74LS90 có một flip-flop độc lập được điều khiển bởi đầu vào CLKA và ba flip-flop JK tạo thành một bộ đếm không đồng bộ được điều khiển bởi đầu vào CLKB như hình 2.3.4

Hình 2.3.4 Sơ đồ chân IC 74LS90

Bốn ngõ ra của IC được ký hiệu là QA, QB, QC và QD Thứ tự đếm của 74LS90 được kích hoạt bởi cạnh xuống của tín hiệu xung đồng hồ, tức là khi tín hiệu xung đồng hồ CLK chuyển từ logic 1 (mức CAO) sang logic 0 (mức THẤP) thì xem như có xung đồng

hồ tác động vào mạch đếm

Các chân ngõ vào bổ sung R1, R2, R3 và R4 là các chân RESET Khi các ngõ vào

RESET R1 và R2 được kết nối với logic 1, thì mạch đếm sẽ bị RESET trở về 0 (0000) còn khi các ngõ vào R3 và R4 được kết nối với logic 1, thì mạch đếm được RESET về số

9 (1001) bất kể số đếm hoặc vị trị đếm hiện tại

Bảng 2.3.2 Bảng sự thật Ic 74LS90

9

2.3.3 IC 74LS47

IC 74LS47 là IC giải mã giành riêng cho LED 7 đoạn anode chung IC 74LS47 chuyển

đổi từ mã BCD sang mã LED 7 đoạn anode chung

 Chân BI/RBO nối xuống mức thấp thì tất các các đoạn của LED đều không sángbất chấp trạng thái của các ngõ vào còn lại

 Bỏ trạng thái số 0 (khi giá trị BCD tại ngõ vào bằng 0 thì tất cả các đoạn của LED

7 đoạn đều tắt) Chân RBI ở mức thấp và chân BI/RBO phải bỏ trống (và nó đóngvai trò là ngõ ra)

 Chân BI/RBO phải bỏ trống hoặc nối lên mức cao và chân LT phải nối xuống mứcthấp Tất cả các thanh của LED 7 đoạn đều sáng, bất chấp các ngõ vào BCD Dùng

để Kiểm tra các đoạn của LED 7 đoạn (còn sáng hay đã chết)

Bảng 2.3.3 Bảng trạng thái IC74LS47

2.3.4 LED 7 đoạn

Hình 2.3.6 Led 7 đoạn

Led 7 đoạn là 7 đèn led được sắp xếp thành hình chữ nhật như hình 2.3.7

Mỗi led là một đoạn Khi mỗi đoạn chiếu sáng thì một phần của chữ số (hệ thập phânhoặc thập lục phân) sẽ được hiển thị Đôi khi có thêm led thứ 8 để biểu thị dấu thập phânkhi có nhiều led 7 đoạn nối với nhau để hiển thị các số lớn hơn 10

11

Mỗi đèn led 7 đoạn có chân đưa ra khỏi hộp hình vuông Mỗi một chân sẽ được gán cho một chữ cái từ a đến g tương ứng với mỗi led Những chân khác được nối lại với nhau thành một chân chung.

Chân chung được sử dụng để phân loại led 7 đoạn Vì đèn led có 2 chân, 1 chân là anode

và 1 chân là cathode nên có 2 loại led 7 đoạn là cathode chung (CC) và anode chung.Loại CC (common cathode): Tất cả các chân cathode được nối với nhau và nối đất, hay logic là 0 Mỗi phân đoạn được chiếu sáng bằng cách sử dụng điện trở đặt tín hiệu logic 1(hay mức cao) để phân cực thuận từng cực anode (từ a đến g)

Loại CA (common anode): Tất cả các chân anode được nối với nhau với logic là 1 Mỗi phân đoạn được chiếu sáng bằng cách sử dụng điện trở tín hiệu logic 0 (hay low) vào các cực cathode (từ a đến g)

Chúng ta sẽ chọn led 7 đoạn loại CA (common anode) vì chân ra của IC 74LS47 tích cực mức thấp sẽ phù hợp để điều khiển

Hình 2.3.7 Sơ đồ chân led 7 đoạn Bảng 2.3.4 Bảng trạng thái led 7 đoạn

 Điện áp đầu vào mức cao: 2VDC

 Điện áp đầu vào mức thấp: 0.8VDC

Hình 2.3.8 IC 7400 Bảng 2.3.5 Bảng sự thật IC7400

2.3.6 IC74HC192

IC 74HC192

 Tốc độ cao : fMAX=54Mhz tại VCC=5V

 Khả năng miễn ồn cao : VNIH=VNIL=28%

 Điện áp đầu vào mức cao: 2.5/4/6 VCC

 Điện áp đầu vào mức thấp : 2.5/4/6 VCC

 Điện áp đầu ra mức cao/thấp : 2.5/4/4.5/6 VCC

13

Hình 2.3.9 IC74HC192

2.3.7 IC7408

Thông số kỹ thuật:

Điện áp cung cấp: 4.75V ~ 5.25V

Dải nhiệt độ hoạt động: 0 ~ 70oC

Dòng điện ra mức cao: IOH = -0.4mA

Dòng điện ra mức thấp: IOL = 8mA

Cấu tạo bên trong IC 74LS08 có bốn cổng logic AND, mỗi cổng có 2 ngõ vào và 1 ngõ

ra

2.3.8 Điện trở và biến trở

- Dùng để hạn dòng cho led

- Phân cực cho BJT

- Có 2 loại điện trở: điện trở thường và điện trở dán Ngoài ra còn có điện trở công suất

- Giá trị của điện trở thể hiện ở vòng màu trên thân điện trở thường, hay số trên thân điện trở dán

- Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn Chúng có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện

Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dây dẫn điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt độ thay đổi, ánh sáng hoặc bức xạ điện từ,

15

Bảng 2.3.7 Kí hiệu tụ điện Hình 2.3.12 Các loại tụ điện

áp nối mass (GND)

2.3.11 Diode

Diode là một linh kiện điện tử bán dẫn được chế tạo bởi hợp chất giữa Silic, Photpho và Bori 3 nguyên tố này được pha tạp với nhau tạo ra hai lớp bán dẫn loại P và loại N được tiếp xúc với nhau Một cực của diode đấu với lớp P được gọi là Anot, cực còn lại đấu vớilớp N được gọi là Katot Đặc tính cơ bản nhất của một diode đó là chỉ cho phép dòng điện đi từ A sang K

Hình 2.3.14 Diode 1N4007

17

2.4 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ

2.4.1 Khối tạo xung 1s

Khối tạo xung 1s có chức năng tạo ra xung 1hz cung cấp cho các khối tiếp theo xử lí Khối xử dụng ic NE 555

Hình 2.4.1 Sơ đồ khối tạo xung IC NE555

Thế vào T => R2=221500Ω Vậy ta sẽ sử dụng biến trở 500kΩ

2.4.2 Khối đếm

- Các mạch đếm thường sử dụng ic đếm BCD như 74LS90, 74LS192… trong đó ic74ls90

là ic đếm có chức năng đếm từ 0 đến 9 rồi quay về 0 không cần sử dụng các cổng logic nên ít làm trễ xung

2.4.3 Khối giải mã và hiển thị

Mạch giải mã có chức năng chuyển đổi mã nhị phân từ ic7490 thành mã led 7 đoạn Có rất nhiều loại ic giải mã hiện nay nhưng ta sử dụng ic 74LS47 có giá rẻ và dễ sử dụng

19

Hình 2.4.3 Sơ đồ nguyên lí khối giải mã và hiển thị

Các chân của led 7 đoạn sẽ được nối với chân IC74LS47 tương ứng Ta sẽ nối thêm điện trở để hạn dòng cho led

Áp rơi trên mỗi đoạn từ 1,8÷2.3V với dòng 30mA Do vậy cần phải có điện trở hạn dòng cho LED Để cho hiển thị tốt ta chọn dòng là 10mA Ta có:

VR= VCC – Vled = 5 – 2 = 3 (V) (1.2)

=> R = 310.10-3= 300 (Ω))

=> Chọn R = 330 (Ω))

2.4.4 Khối điều khiển

Khối điều khiển sẽ có chức năng cài đặt giờ theo ý muốn bằng các sử dụng các cổng xor

` Hình 2.4.4 Sơ đồ nguyên lí khối điều chỉnh

CHƯƠNG 3

MÔ PHỎNG VÀ KIỂM CHỨNG THỰC NGHIỆM

3.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ KIỂM CHỨNG

3.1.1 Mạch TestBoard

Hình 3.1 Testboard mạch đồng hồ

23

Hình 3.2: Pcb mạch đồng hồ

3.2 KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

3.2.1 Kết quả, hạn chế

Đề tài Mạch đồng hồ hiển thị thứ ngày tuy đã hoàn thành nhưng vẫn còn nhiều thiếu sót :

 Mạch đồng hồ có phần giờ vẫn còn sáng mờ và khi vừa cấp nguồn phải chỉnh lại bằng nút nhấn

 Phần phút còn sai

3.2.2 Hướng phát triển

Sản phẩm cần phải nhỏ gọn nên ta có thể các IC dán để thực hiện hoặc tốt hơn ta có thể

sử dụng các bộ vi xử lý để thực hiện mạch một cách chính xác, hiển thị được nhiều thôngtin hơn như ngày tháng, năm và còn có nhiều chức năng hơn cho người sử dụng

Ta cần thêm các hộp để bảo vệ cho mạch, chống oxy hóa mạch điện

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN

Qua môn dự án kĩ thuật chúng em đã thực hiện đề tài “ Mạch đồng hồ hiển thị thứ ngày” tuy còn nhiều thiếu sót nhưng chúng em đã rút ra nhiều bài học cho bản thân Qua đề tài chúng em hiểu được sự quan trọng của việc lập kế hoạch để có thể hoàn thành dự án đã

đề ra Không những vậy khi tìm hiểu thiết kế về phần mạch đã giúp chúng em có cái nhìntổng quát hơn về chuyên ngành điện tử và sâu hơn là xử thuật xử lý tín hiệu số vi mạch nhiều ic và linh kiện rời Thực hiện đề tài còn giúp chúng em có thêm kinh nghiệm về cách thức trình bày bài báo cáo về bố cục cũng như nội dung

Nhóm chúng em xin cảm ơn Thầy Nguyễn Thanh Khiết đã đồng hành và hướng dẫn chúng em trong suốt môn học

Tài liệu tham khảo

25

Tài Liệu Tiếng Việt:

[1] Dương Minh Trí (1998), Sơ đồ chân Linh kiện bán dẫn, Nhà xuất bản

Khoa học và Kỹ thuật Tp.HCM

[2] Giáo trình Linh kiện điện tử, biên soạn: Lê Thị Hồng Thắm

[3] Giáo trình Thí nghiệm kĩ thuật số, biên soạn: Trương Năng Toàn, Bùi Thư Cao,Nguyễn Thanh Hải

Tài Liệu Internet:

[1] Google

[2] Youtube

[3] ALLDATASHEET.COM

[4] thegioiic.com

Phụ lục