Tài liệu Thiết kế hệ thống đèn trang trí hiển thị dòng chữ “ma quang chung” pptx

Nhìn vào bảng trên ta thấy có 15 trạng thái khác nhau củadòng chữ “ma quang chung” trong một chu kỳ, chúng đợc tạo rabởi hai trạng thái sáng, tắt của 12 ký tự.. Trạng thái sáng của một k

Trang 1

Bài làm

Thiết kế hệ thống đèn trang trí

hiển thị dòng chữ

“ma quang chung”

1 V ai trò, ý nghĩa của hệ thống và yêu cầu đối với hệ thống

Một hệ thống nh vậy gồm 2 phần chính phần là phần hiểnthị và điều khiển thị Phần hiển thị chính là các bóng đèn đ-

ợc ghép lại thành các biểu tợng hoặc ký tự, còn phần điều khiển

là phần tạo ra các quy luật đóng cắt nguồn cung cấp cho bóng

đèn

Dòng chữ “ma quang chung” đợc ghép lại từ 12 ký tự là: m,

a, q, u, a, n, g, c, h, u, n, g Hệ thống đèn trang trí cho dòngchữ này phải thoả mãn hai điều kiện:

- Thứ nhất: Từng ký tự đợc sáng và giữ nguyên trạng tháicho tới ký tự cuối cùng đợc sáng

Trang 2

- Thứ hai: Khi tất cả các ký tự sáng hết, tiếp theo cùng tắtrồi lại cùng sáng và lại tắt hết, sau đó tiếp tục theo yêu cầu thứnhất.

2 Thiết kế sơ đồ khối của hệ thống đèn trang trí

Từ các yêu cầu trên ta có bảng trạng thái của các ký tự nhsau:

Sán g

Sán g Sáng

Trang 3

Sán g

Sán

1

Bảng 1: Trạng thái các ký tự của dòng chữ “ma quang

chung” trong một chu kỳ

Nhìn vào bảng trên ta thấy có 15 trạng thái khác nhau củadòng chữ “ma quang chung” trong một chu kỳ, chúng đợc tạo rabởi hai trạng thái sáng, tắt của 12 ký tự Trạng thái sáng của một

ký tự khi nó nhận mức logic 1, còn trạng thái tắt của ký tự nónhận mức logic 0 tơng ứng ta có bảng 2

Trang 4

9 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1

Bảng 2: Trạng thái các hàm trong dòng chữ ‘ma quang

chung” theo các biến Q

Thông qua các phân tích trên ta đa ra sơ đồ khối của hệthống đèn trang trí cho dòng chữ “ma quang chung” nh sau:

Hình 1: Sơ đồ khối của hệ thống đèn trang trí

Trang 5

4 8

2 6

đến khối hiển thị Nhận các tín hiệu điều khiển của khối giảimã, khối hiển thị thực hiện hiển thị hay nói cách khác là điềukhiển sự sáng tắt của các ký tự theo luật của tín hiệu điềukhiển Nh vậy ta có thể chia sơ đồ khối thành hai phần chính

là phần hiển thị và phần điều khiển hiển thị Phần hiển thị

có chức năng hiển thị các ký tự theo yêu cầu của bài đặt ra

Trang 6

Việc đảm bảo phần hiển thị làm việc đúng quy luật đợc phần

điều khiển đảm nhiệm Để có thể hiểu rõ đợc hoạt động của

hệ thống ta đi thiết kế cho từng khối

3.Khối phát xung chủ đạo dùng vi mạch IC 555

Khối phát xung chủ đạo có nhiệm vụ phát ra một dẫy xung liêntục cung cấp cho khối đếm Yêu cầu đặt ra đối với khối này làxung ra phải thay đổi đợc chu kỳ để từ đó có thể thay đổi

đợc thời gian tồn tại trạng thái các ký tự Hình 2 là sơ đồ nguyên

lý của một mạch phát xung chủ đạo đáp ứng đợc các yêu cầutrên

Vi mạch 555 làmột vi mạch đợcdùng để phát xungvuông chuyên dụng

Để tạo ra đợc dẫyxung liên tục ngời tatiến hành ghép vimạch này với tụ C1

và điện trở R1 nhhình vẽ Để hiểu rõnguyên lý hoạt

động của phátxung của vi mạch

555 ta quan sát sơ

A B C

D

6 5

4 3

2 1

B Date: 1-Jan-1997 Sheet of File: C:\ADVSCH\HH03.SCH Drawn By:

3

7 2

Ucc 3

Trig

ơ S

R-Ura

Trang 7

Đây là hai điện áp ngỡng của hai mạch so sánh Hai đầu vào

đảo của OA1 và OA2 đợc đa ra ngoài qua hai chân 6 và 2 của

vi mạch Chúng đợc nối với nhau và nối với tụ C Nh vậy điện áptrên tụ C đợc đa tới hai khuyếch đại thuật toán để so sánh vớihai điện áp ngỡng lấy trên cầu phân áp Đầu ra của hai KĐTT đợc

đa tới hai đầu vào R và S của trigơ, xung ra của mạch đợc lấytrên đầu ra  của trigơ R-S thông qua cổng NAND

* Nguyên lý hoạt động của mạch phát xung:

t1 t2 t3 t4 t5 t6

tn tpT

Trang 8

Hình 4: Giản đồ thời gian của điện áp trên mạch phát xung.

* Giả sử tại thời điểm đầu (t = 0) điện áp trên tụ C là

thì đầu ra OA1 có mức logic1 còn đầu ra OA2 có mức logic 0 Đầu vào R của trigơ R-S có mức logic 1, còn đầu vào S

có mức logic 0 dẫn đến đầu ra  có mức logic 1 làm cho

tranzitor T thông Tụ C phóng điện qua RB, qua T về mát làm cho điện áp trên nó giảm đến giá trị Ubh Điện áp ra của mạch phát xung bằng không, hay không có xung ra: Ura = 0

+Khi điện áp trên tụ giảm xuống thì đầu ra của OA1 và OA2 đều có mức logic 0 Điều này làm hai đầu vào

R, S của trigơ đều có mức logic 0 nên trigơ vẫn giữ nguyên trạng thái, Tvẫn mở, tụ C tiếp tục phóng điện và Ura = 0

+ Đến thời điểm t1 điện áp nên đầu ra OA2 có mứclogic 1, còn đầu ra OA1 vẫn có mức logic 0 Lúc này đầu vào Scủa trigơ có mức logic 1 nên đầu ra của trigơ chuyển trạng thái

và  có mức logic 0 Qua cổng NAND ta có xung điện áp ra: Ura

= 1 Khi đó tranzitor T khoá tụ C đợc nạp từ +UCC  RA  RB  C

 mát Trong qua trình nạp thì điện áp trên tụ tăng dần theobiểu thức sau :

Trang 9

Trong đó UC là điện áp trên tụ C, tn thời gian nạp của tụ C.+ Khi điện áp trên tụ tăng đến giá trị thì đầu racủa OA2 chuyển trạng thái từ mức logic 1 về mức logic 0 làm

đầu vào S của trigơ có mức logic 0 Đầu ra của OA1 lúc này vẫngiữ nguyên trạng thái ở mức logic 0 nên đầu vào R của trigơcũng ở mức logic 0 Hai đầu vào của trigơ R-S đều có mứclogic 0 nên trigơ vẫn giữ nguyên trạng thái, điện áp Ura =1, tụ Ctiếp tục đợc nạp

+ Cho đến thời điểm t2 điện áp trên tụ tăng đến giá trị

UC  2UCC/3 thì đầu ra của OA1 chuyển trạng thái lên mứclogic1 Lúc này đầu vào R của trigơ mang mức logic 1, đầu vào

S vẫn giữ nguyên trạng thái ở mức logic 0 làm cho Trigơ lật trạngthái Đầu ra  của trigơ chuyển từ mức logic 0 nên mức logic 1làm T thông bão hoà, quá trình nạp điện của tụ C kết thúc và tụ

C lại phóng điện Qua cổng NAND ta có điện áp Ura = 0, kếtthúc một chu kỳ của xung ra

+ Từ thời điểm t2 t3 tụ C lại phóng điện, hoạt động củamạch lặp lại quá trình từ 0 t1 Kết quả là ta thu đợc một dẫyxung vuông ở đầu ra trên chân 7 của vi mạch 555

Trong một chu kỳ phóng nạp của tụ thì ta lấy ra đợc mộtxung vuông ở đầu ra Để thay đổi tần số xung ra và độ rộngxung thì thay đổi thời gian phóng nạp cho tụ bằng cách thay

đổi giá trị các điện trở RA và RB

Thời gian để điện áp trên tụ đạt đến giá trị UC = 2UCC /3

ta tính đợc theo công thức sau:

Trang 10

Đơn giản phơng trình ta đợc :

Trong thời gian từ 0  t1 thì tụ C phóng điện từ giá trị UC

= 2UCC /3 qua RB và qua T về mát nên ta có biểu thức sau:

Với tp là thời gian phóng của

tụ C

Trong công thức này ta không kể đến nội trở của tranzitor

T vì điện trở của nó rất nhỏ so với điện trở RB

Nhìn trên giản đồ thời gian ta thấy chu kỳ của xung điện

áp ra là T bằng khoảng thời gian phóng điện và nạp điện của tụC

T = tn + tp = 0,69(RA + RB).C + 0,69RB.C = 0,69(RA +2RB).C

Giả sử ta mắc thêm điôt D song song với điện trở RB nhhình vẽ thì tụ C sẽ nạp điện theo đờng +Ucc  RA  D  C mát Nếu ta bỏ qua nội trở không đáng kể của điốt D thì thờigian nạp của tụ C sẽ đợc tính: tn = 0,69.C.RA, và chu kỳ của xung

ra sẽ đợc tính: T = tn + tp = 0,69.RA.C + 0,69.RB.C = 0,69.(RA +

Trang 11

RB).C Nếu ta chọn RA = RB thì hằng số thời gian nạp của tụ bằnghằng số thời gian phóng và:

T = 2.tn = 2.tp = 0,69.2.RA.C = 1,38.RA.C

Nhìn vào biểu thức ta thấy khi muốn thay đổi chu kỳ của xung ra ta có thể thực hiện bằng 2 cách là thay đổi dung l-ợng của tụ C hoặc thay đổi giá trị của điện trở RA, và RB Trênhình 1 để có thể thay đổi đợc  ta điều chỉnh hai biến trở

WR1 và WR2, đây là hai biến trở đồng trục mà khi ta tăng thìchúng cùng tăng còn khi ta giảm thì chúng cùng giảm nên WR1 =

WR2 = WR Với mạch nh hình 1 ta có công thức tính chu kỳ củaxung ra nh sau: T = 0,69.2.WR.R1.C1. = 1,38.WR.R1.C1

0000

Trang 12

ra 4 ®Çu ra Víi bé

Q3 Q1

1 0 0 0

Q3 Q1

1 1 1 1

Q2

1 0 0 1

Q0

1 1 1 0

Q2 Q0

1 0 1 0

Q2 Q0

1 1 0 1

Q3 Q1

1 0 1 1

Q2Q1

1 1 0 0

Q2 Q0

Trang 13

Từ giản đồ thời gian của điện áp trên bộ đếm ta đa ra

đồ hình biểu diễn sự thay đổi của điện áp trên bộ đếm nhhình 6

Ngời ta thờng xây dựng bộ đếm từ các phần tử cơ bản làcác trigơ, có thể từ trigơ đếm T, trigơ D, trigơ R-S hoặc từ cáctrigơ J-K ở đây ta chọn phơng án bộ đếm xây dựng từ cáctrigơ T Nó có 2cửa vào là C, T, trong đó C là cửa vào đồng bộ,

T, là cửa vào điều khiển Và nó thoả mãn

T = "0” Trạng thái trigơ giữ nguyên  Qn+1 = Qn

Bảng trạng thái

01x011x0Bảng chuyển tiếp

00 01 11 10

0

1

Qn+1

QnQn+1RnRn+1001011010110-Bảng

00-đầu vào kích

Trang 14

lai, (-) là trạng thái tuỳ chọn có thể là mức logic 0 cũng có thể làmức logic 1, (x) là trạng thái cấm Để xây dựng bộ đếm 4 bit tacần 4 trigơ T nh trên, nếu ta coi các đầu ra Q của các trigơ làbiến còn đầu vào T là hàm, thì với môđun 15 ta có bảng trạngthái sau:

Trang 15

Q3Q2

Q1Q000

T1

Q3Q2

Q1Q000011110

001000101xxx00

10

00 01 11 10

T2

Q3Q2

Q1Q000

T3

Q3Q2

Q1Q000011110

T3 = Q3Q2 + Q2Q1Q0

Trang 17

Hình12

III- Khối giải mã

Khối giải mã nhận các biến vào là các đầu ra của bộ đếm, tuỳtheo yêu cầu đặt ra của đề bài mà cho ra các hàm với quy luật phù hợp,các hàm đó tơng ứng với các kí tự thuộc dòng chữ ta cần trang trí.Khối giải mã có thể đợc xây dựng từ các cổng lôgic cơ bản, điôt bándẫn hoặc từ bộ nhớ chỉ đọc (ROM) Ta thiết kế mạch giải mã sử dụngcác điôt bán dẫn

Ta cần trang trí cho dòng chữ “Ma Quang Chung” theo yêu cầusau:

Thứ 1 : Từng kí tự đợc sáng và giữ nguyên trạng thái cho tới kí tựcuối cùng đợc sáng

Thứ hai: khi tất cả các kí tự sáng hết thì sau đó cùng tắt rồi lạicùng sáng và lại tắt hết để sang một chu kì mới bắt đầu từ yeeu cầuthứ nhất

Xuất phát từ yêu cầu trên ta có bảng trạng thái của các kí tự

trong một chu kì làm việc của bộ đếm nh sau:

Trang 18

3 S¸n

g

S¸n g

S¸n

H×nh 13 :BiÓu diÔn tr¸ng th¸i c¸c kÝ tù thuéc dßng ch÷

“ma quang chung”trong mét chu k×

stt Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 m a Q u a n g c h u N g

Trang 19

Hình14: Biểu diễn các trạng thái các hàm trong dòng chữ

‘ma quang chung” theo các biến Q ứng với tổ hợp biến vào

Bằng cách lập bìa Cácnô cho từng hàm sau đó tối giản vàbiểu diễn dới dạng tuyển ta có quan hệ giữa hàm với biến nhsau:

Trang 22

00 01 11 10

Trang 24

Thực hiện tối giản dùng bìa Cacnô ta nhân đợc kết quả sau:

Trang 26

Trên sơ đồ ta thấy các cột tơng ứng là nguồn dơng (+E) và các đầu

ra Q, /Q của bộ đếm, các điện trở có trị số bằng nhau Ta nhận thấy

để thực hiện phép toán nhân các điôt có Anôt nối chung (số điôtbằng số thừa số), còn phép toán cộng có Katôt nối chung (số điôt bằng

số số hạng) các điôt sử dụng trong mạch giải mã là các điôt chỉnh luthông thờng có công suất nhỏ Ta có thể chọn loại IN 4007 có rất sẵntrên thị trờng

IV- Khối khuếch đại – hiển thị

Để thực hiện hiển thị ngời ta có thể sử dụng các đèn LED côngsuất nhỏ hoặc cũng có thể là các đèn sợi đốt công suất lớn Tín hiệu từmạch giải mã sau khi đợc khuếch đại sẽ cấp cho các bóng đèn trongmạch hiển thị do đó sự sáng tắt của ccác bóng đèn tuân theo quyluật của tín hiệu mạch giải mã đa ra mặt khác ta biết tín hiệu từmạch giải mã đa ra là tín hiệu lôgic, nó chỉ tồn tại một trong hai trạngthái có hoạc không (1 hoặc 0), do đó các bóng đèn trong mạch hiển thịcũng chỉ ở một trong hai trạng thái sáng hoặc tắt

Ta muốn trang trí với quy mô lớn thì cần phải có mạch hiểnthị có công suất lớn đó là mạch khuếch đại dùng Thiristor Giả sử ta cầnhiển thị kí tự “N” ở quy mô nhỏ ngời ta dùng các đèn LED ghép lại, do

đó mạch có công suất vừa và nhỏ Việc điều khiển kí tự (N) sáng tắttrở nên hết sức đơn giản, ta có thể sử dụng Tranzitor để thực hiệnviệc này Nhng nếu ta cần hiển thị ở quy mô lớn hơn htì ta không thểdùng các đèn LED ghép lại đợc vì làm nh vậy sẽ phải tốn rất nhiềuLED.Cho nên ta sẽ sử dụng nhiều đèn sợi đốt có công suất lớn để ghéplại thành kí tự (N) Khi đó mạch hiển thị của chúng ta cũng có côngsuất rất lớn để cấp nguồn cho mạch này ta vấn có thể dùng Tranzitorcông suất lớn Song ở công suất lớn các Tranzitor thờng có giá thành khácao, mặt khác vấn đề tản nhiệt cho Tranzitor cũng rất phức tạp Lhắcphục các nhợc điểm trên của Tranzitor ta thay thế chung bằng cácTiristor có giá thành rẻ hơn mà công suất lại lớn hơn

Nh đã biết Tiristor mở khi đợc đặt điện áp phân cực thuận(UAK>0) đồng thời cấp xung điều khiển (xung dơng) đến hai cực G và

Trang 27

K khi Tiristor đã mở thì nó sẽ giữ nguyên trạng thái cho dù ta đã ngừngcấp xung điều khiển, trạng thái này chỉ mất (Tiristorchỉ khoá) khi

điện áp đặt lên A và K của nó bằng 0 hoặc phân cực ngợc (UAK =< 0).Dựa vào các phân tích trên ta đa ra mạch khuyếch đại công suất dùngTiristor nh sau (ta trình bày cho kí tự ”N” và “H”, các kí tự khác có cấutạo hoàn toàn tơng tự chỉ khác ở cách sắp xếp vị trí, số lợng các đènsợi đốt ):

Trang 29

Hình 16: Giản đồ thời gian mô tả hoạt động của mạch hiển thị kí tự

“N ”

*Chức năng các phần tử trong sơ đồ

+ D1, D2, D3, D4, tạo thành mạch chỉnh lu điện áp ra Ud của mạchchỉnhlu do không có phần tử lọc nên có dạng đập mạch nh giản đồ thờigian

+ Trên sơ đồ kí tự “N” và “H” đợc ghép thành từ 22 và 20 bóng

đèn sợi đốt song song với nhau và chúng đợc nắc nối tiếp với Tiristor Ti.khi Ti mở thì các bóng đèn sáng còn khi Ti khoá thì các bóng đèn tắt

+ Tiristor Ti là phần tử khuyếch đại với tải là các bóng đèn trong

kí tự “N” và “H”, thực chất nó hoạt động nh một khoá điện tử dùng để

đóng hoặc cắt nguồn cung cấp cho các bóng đèn thuộc các kí tự

+ T1, T2: Hai Tranzitor khuyếch đại công suất

+ BAX: biến áp xung có chức năng truyền xung tới Ti, thực

hiện cách li mạch điều khiển voéi mạch lực Ngoài ra nó còn có

khả năng sửa lại độ rộng xung cho phù hợp khi xung đa tới cực gốc

của Tranzitor có đọ rộng quá lớn

+ Diôt D5nối tiếp R3 có nhiệm vụ dập sứ điện động tự cảm

sinh ra trên cuộn thứ cấp biến áp xung, D6 có chức năng dập sức

điện động tự cảm trên cuộn thứ cấp biến áp xung

+ Xung “N” và”H” đợc lấy từ đầu ra của mạch giải mã, thực

chất nó là các dãy xung có quy luật biến thiên theo quy luật của kí

tự N, H trong dòng chữ “ma quang chung” Độ rộng của xung này

sẽ quyết định thời gian sáng của kí tự hay nói cách khác là quyết

định thời gian mở vcủa Tiristor Ti Do xung “N, H” thờng có độ

rộng trất lớn, nếu ta đa xung này tới mở Tiristor thì rất có thể tiếp

giáp điều khiển Tiristor sẽ bị đánh thủng, đồng thời gây tổn hao

Trang 30

công suất để an toàn cho Tiristor mà vẫn giữ nguyên đợc thờigian mở của Tiristor ta thực hiện băm xung “N, H” ra thành một dãyxung có chiều dài bằng độ rộng của xung “N, H” Tuy nhiên dãyxung băm phải thoả mãn là mỗi xung đơn có độ rộng đủ mởTiristor, thông thờng độ rộng này thờng vào khoảng 200s 600s tuỳ thuộc vào loại Tiristor cần điều khiển Khi ngừng cấpxung, Tiristor sẽ khoá vào thời điểm điện áp đặt lên hai điện cựcbằng 0 và giữ nguyên trạng thái này

+ Phần tử AND đóng vai trì là mạch sửa xung, băm xung

“N, H” thành một dãy xung có giản đồ nh hình vẽ

Trang 31

Tiristor đồng pha với điện áp trên nó và có dạng nh giản đồ thờigian

+ ở thời điểm t,

1 tuy không còn xung cấp cho Ti nhng nóvẫn mở vì điện áp trên nó vẫn > 0, đến thời điểm t3 điện áptrên Tiristor giảm về bằng 0 nên Tiristor khoá, các bóng đèn tắt

Nh vập khi đợc cấp xung điều khiển thì Tiristor nở dẫndòng, còn khi khong có xung điều khiển Tiristor sẽ bị khoá bởi

điểm 0 cảu điện áp Ud kí tự “V, N” dợc hiển thị khi Ti mở vàthời gian mở đúng bằng thời gian tồn tại của dẫy xung cấp choTiristor

Trên đây ta chỉ xét cho mạch hiển thị kí tự “N, H”, đểhiển thị cho các kí tự khác ta thiết kế hoàn toàn tơng tự đểtạo ra dãy xung băm C với độ rộng xung đủ nhỏ, tần số cao ta cóthể sử dụng mạch phát xung dùng vi mạch 555

Đây là một mạch phát xung vuông mà độ rộng xung của mạch quyết định độ rộng xung đa đến điều khiển Tiristor Giả sử xung điều khiển Tiristor mạch lực yêu cầu có độ rộng tx

= 200s thì chu kì dãy xung ra T đợc tính:

ra của mạch trên có giá trị nhỏ nhất Với các thông số trên và khi

WR = 0 thì ta có chu kì Tmin nh sau: Tmin= (WR+R).C =10000.10-8 = 10-4 (s)

Vậy độ rộng của xung txmin = Tmin/2 = 5.10-5 = 50 (s)

Tơng tự trên khi ta chỉnh WR nên giá trị max(WR=50000)thì ta có Tmax nh sau: Tmax = (WR+R).C = (10000 + 50000).10-8 =6.10-4(s)

 txmax = Txmax/2 = 3.10-4 = 300(s)

Tiêu đề	Thiết kế hệ thống đèn trang trí hiển thị dòng chữ ma quang chung
Thể loại	Bài làm

Định dạng
Số trang	33
Dung lượng	764,5 KB