Đề tài Thiết kế, chế tạo mạch kiểm tra số sản phẩm đi ra trên một băng chuyền

ĐỀ TÀI : Thiết kế, chế tạo mạch kiểm tra số sản phẩm đi ra trên một băng chuyền Nhóm sinh viên thực hiện: 1. Phan Đình Anh 2. Đặng Đức Thắng 3. Đới Văn Nghiệp Khóa : Nghành đào tạo : Điện tử viễn thông Số tín chỉ : 1 tín chỉ Thời gian thưc hiện : 8 Tuần Nội dung cần hoàn thành: 1. Lập kế hoạch thực hiện và báo cáo theo đúng tiến độ. 2. Nghiên cứu ứng dụng thực tế của thiết bị, đề ra phương án thiết kế, chế tạo. 3. Giới thiệu thông số, ứng dụng của các phần tử trong mạch. 4. Tính toán, lựa chọn các linh kiện. 5. Quy trình thưc hiện chế tạo hoàn thiện. 6. Quyển thuyết minh và các bản vẽ Giảng viên hướng dẫn Dương Đình Tú BẢNG THÔNG QUA ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ và tên: Phan Đình Anh, Đới Văn Nghiệp Lớp : 50K1- ĐTVT Tên đồ án: Mạch đếm sản phẩm Lần Ngày Nội dung Nhận xét (cho phép/ không cho phép, thông qua đợt sau) Chữ ký GVHD 1 …………… 2 ……………. 3 ……………. 4 ……………. Nhận xét chung: …………………………………………………………... …………………………………………………………………………….. Ghi chú: - Điều kiện để sinh viên được phép bảo vệ đồ án: phải thông qua đầy đủ và có chữ ký của giáo viên hướng dẫn xác nhận. - Bảng này phải được đóng vào đầu của quyển thuyết minh đồ án. MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 5 CHƯƠNG I 7 1. Các phần tử logic cơ bản 7 1.1 Phần tử NOT 7 1.1. Phần tử AND 7 1.2 .Phần tử OR 7 1.3. Phần tử NAND 9 1.4. Phần tử NOR 9 2. Các triger 9 2.1. Triger RS 9 2.2. Triger JK 10 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM 11 1. Phần thuyết minh 11 2. Thiết kế 12 2.1. Bộ đếm mod 10 12 2.2. Bộ giải mã 20 3. Mô phỏng mạch bằng proteus 21 3.1 Nguyên tắc hoạt động của mach 21 CHƯƠNG III: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM 23 1. Xây dựng sơ đồ khối 23 Nguyên tắc hoạt động các khối 23 1.1.1 Khối nguồn 23 1.1.2. Khối hạ áp 23 1.1.3. Khối chỉnh lưu 1.1.4. Khối lọc 1.2. Khối ổn áp 1.2.1. 1.2.2. Nguyên tắc thu 1.3 Khối mã hóa LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, mang lại sự tiện lợi tối ưu với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Đặc biệt góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử đã góp minh dễ sử dụng đối với con nguời cũng đang được phát triển rộng. Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng chừng như không thể thành những phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước. Trong đó sự tích hợp các mạch điện – điện tử ngày càng trở nên thiết yếu khi mà công nghệ ngày càng phát triển hơn tiến tới thời đại của vi xứ lý vi mạch những mạch cồng kềnh chiếm nhiều diện tích đã bị loại bỏ dần thay vào đó là các mạc siêu nhỏ gọn gàng hơn đang đươc ưa chuộng. Trong đó ngành điện tử kỹ thật số là một lĩnh vực phát triển mạnh của thế giới nó không những chỉ ứng dụng trong công công nghiệp mà còn được sử dụng nhiều ứng dụng trong đời sống hàng ngày và mang lại hiệu quả cao.Các linh kiện điện tử kỹ thuật số được ứng dụng vào các mạch điện như: mạch đồng hồ, mạch cầu thang, mạch đèn giao thông…Nó như một công cụ tin cậy cho mỗi người sử dụng. Cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế kỹ thuật cũng như đời sống xã hội. Việc gia công xử lý tín hiệu trong các thiết bị điện tử hiện đại đều dựa trên cơ sở nguyên lý số vì các thiết bị làm việc trên cơ sở nguyên lý số có những ưu điểm hơn hẳn các thiết bị điện tử làm việc trên cơ sở nguyên lý tương tự, đặc biệt là trong kỹ thuật tính toán. Bộ đếm dựa trên cơ sở nguyên lý số là một ví dụ điển hình, thường gặp và đóng vai trò quan trọng trong các mạch điện tử. Bộ đếm là thành phần cơ bản của hệ thống số, chúng được sử dụng để đếm thời gian, chia tần số, điều khiển các mạch khác…Bộ đếm là mạch đơn giản được xây dựng từ các thành phần nhớ là các Trigger và các phần tử tổ hợp. Với những ưu điểm của bộ đếm như trên chúng em đã chọn làm đề tài: “Ứng dụng bộ đếm để thiết kế mạch đếm sản phẩm”. Mục đích chính của đồ án này là thiết kế bộ đếm có chức năng đếm sản phẩm theo yêu cầu của người sử dụng. Đây là một đề tài được ứng dụng nhiều trong thực tiễn. Đề tài này được thiết kế để kiểm tra số sản phẩm sản xuất ra trên băng chuyền. Đề tài gồm 3 chương: Chương 1: Cơ sở lý thuyết – trình bày cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài. Chương 2: Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển đếm sản phẩm – trình bày các bước tiến hành thiết kế chế tạo mạch đếm sản phẩm. Chương 3: Chế tạo và thử nghiệm. Chúng em đã nghiên cứu và thiết kế dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy: Dương Đình Tú, giảng viên khoa điện tử viễn thông trường Đại Học Vinh. Vì kiến thức, kinh nghiệm của chúng em còn hạn chế nên đồ án không tránh được sai sót. Chúng em rất mong sự đánh giá của quý thầy cô và bạn bè, để đồ án được hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn ! CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Các phần tử logic cơ bản 1.1.1. Phần tử NOT. Bảng chân lý: A Y 0 1 1 0 Phương trình logic: Kí hiệu: 1.1.2. Phần tử AND. Bảng chân lý: A B Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Phương trình logic: Y = A.B Kí hiệu: 1.1.3. Phần tử OR Bảng chân lý: A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Phương trình logic: Y = A + B Kí hiệu: 1.1.4. Phần tử NAND Bảng chân lý: A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Phương trình logic: Kí hiệu: 1.1.5. Phần tử NOR Bảng chân lý: A B Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Phương trình logic: Kí hiệu: 1.2 Các Trigger. 1.2.1. Trigger RS Là một cấu trúc logic với hai trang thái ổn định có hai lối vào thông tin là R và S. Khi S=1, R=0 Trigger nhận trạng thái Q=1, còn khi R=1, S=0 Trigger nhận trạng thái Q=0 Bảng trạng thái của Trigger Rn Sn Qn+1 0 0 Qn 0 1 1 1 0 0 1 1 x Như vậy: Nếu tác động đồng thời lên R,S mức logic cao thì Trigger nhận trạng thái không xác định. Phương trình logic: Qn+1=Qn +Sn Kí hiệu: 1.2.2. Trigger JK Là cấu trúc logic với hai trạng thái ổn định và hai lối vào J, K. Với điều kiện JnKn = 1 thì tồn tại sự lật trạng thái trước đó có nghĩa là khi J, K đều ở mức cao thì Qn+1 = , trong các trường hợp còn lại thì nó thực hiện chức năng phù hợp với bảng chân lý R-S khi đó lối vào J tương đương với lối vào S còn lối vào K tương đương với R. Bảng chân lý của Trigger J-K Kn Jn Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 Phương trình logic: Qn+1 = Jn.+ Qn Kí hiệu: CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG 1.Phần thuyết minh Tính cần thiết của đề tài Hiện nay vẫn chưa hiểu rõ và đánh giá đúng về tiềm năng cũng như những áp dụng hữu ích của việc kỹ thuật số trong đời sống hằng ngày. mọi người đang sống trong thời đại gọi là “kĩ thuật số“ hiện đại, siêu hiện đại. Thời đại mà khoa học phát hiện ra rằng việc áp dụng điều khiển bằng số trong công nghệ hiện đại là vô cùng cần thiết. “Kĩ thuật số“ ra đời lập tức đã và đang làm nên một cuộc cách mạng trong mọi lĩnh vực của đời sống hiện đại, từ chiếc nồi cơm điện, máy giặt, máy điện thoại… đến truyền hình, chụp ảnh, công nghệ thông tin… rồi đây “kĩ thuật số” của khoa học sẽ không dừng lại, không giẫm chân tại chỗ mà tiếp tục phát triển, thậm chí phát triển với tốc độ vũ bão. Ngày nay công nghệ không dây đang phát triển rất mạnh. Với các thiết bị không dây ngày càng hiện đại cho phép người sử dụng thỏa mãn những nhu cầu về giải trí cũng như trong điều khiển sản xuất mà không cần dây nối. Nó thật sự tiện ích và tạo cảm giác thoải mái cho người sử dụng. Truyền tín hiệu số không dây. Khoa học ngày nay đã chứng minh được (bằng lý thuyết) rằng có thể phân tích hoàn toàn vật chất thành những tín hiệu, thành… sóng . Phân tích rồi tổng hợp lại… phải dựa trên “kĩ thuật số” . Do thực tế hiện nay ”mạch đếm số sản phẩm được hiển thị led 7 thanh” được áp dụng rông rãi như mạch đếm cửa ra vào, mạch đếm gara ô tô .....và còn rất nhiều những ứng dụng khác. Các sản phẩm rất đa dạng với nhiều chủng loại : đặc, rỗng, kích cỡ khác nhau. Nhưng với khả năng của thiết bị lắp thì mach chỉ có thể đếm với các sản phẩm có khả năng che được ánh sáng và có kích thước nhỏ. Khi nghiên cứu đề tài này chúng em muốn phát huy những thành quả ứng dụng của kỹ thuật số nhằm tạo ra những sản phẩm, những thiết bị tiên tiến hơn và đạt hiệu quả sản xuất cao hơn. Ngoài ra quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài là một cơ hội để chúng em tự kiểm tra lại những kiến thức dã được học ở trường, đồng thời phát huy tính sáng tạo, khả năng giải quyết một vấn đề theo yêu cầu đặt ra. 2. Thiết kế Ta dùng một mạch dãy không đồng bộ được thiết kế đếm số sản phẩm ra trên băng chuyền sản xuất. Mạch một chùm sang A được bố trí như hinh vẽ. Mạch được thiết kế sao cho mỗi lần đếm được số sản phẩm cụ thể: B A Mạch logic Z X Khi có một sản phẩm đi ra thì chùm sáng A sẽ bị chắn. Khi đó mạch cho ra tín hiệu Z = 1. Đầu ra được đưa vào đầu vào bộ giải mã như hình vẽ sau: 10n 10n Giải mã 7 vạch Giải mã 7 vạch Giả sử chùm sáng bị chắn là X; ngược lại không bị chắn là . Mức “1”: đếm Mức “0” không đếm Bảng chân ly: X Z 0 0 1 1 Ta có đồ hình trạng thái như sau: 1/0 /0 /0 /0 S0 S1 S2 S3 S4 S0 là trạng thái ban đầu của mạch. Khi sản phẩm đi ra trên băng chuyền sự chuyển đổi trạng thái của mạch sẽ là S0 => S1 => S2 => S3 => S4 và S4 => S0. Từ đồ hình trạng thái ta có bảng trạng thái, bảng ra như sau: Q2 Q1 Q0 Q*2 Q*1 Q*0 Qn+12 Qn+11 Qn+10 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 Ta dung bìa Karnaugh để tìm ra phương trình kích: Q1Q0 Q2 00 01 11 10 0 1 1 1 1 1 Qn+12 = + Q2(Q1 + Q0) J2 = ; K2= + Q0 Q1Q0 Q2 00 01 11 10 0 1 1 1 1 1 1 Qn+11 = + Q1 J1 = ; K1 = 1 Q1Q0 Q2 00 01 11 10 0 1 1 1 1 1 1 2.1Bé ®Õm mod 10: Phân tích yêu cầu thiết kế, xây dựng đồ hình trạng thái ban đầu Mô hình yêu cầu của bộ đếm thuận đồng bộ Mod 10 như sau: Bộ đếm Cp C Xung đếm Tín hiệu chuyển vị Bộ đếm cần có 10 trạng thái, N=10, biểu thị bằng S0, S1, S2, …, S9. Căn cứ vào quy luật đếm thuận thập phân, ta vẽ ra đồ hình trạng thái ban đầu như sau: /0 /0 /0 /0 S0 S1 S2 S3 S4 /1 /0 S9 S8 S7 S6 S5 /0 /0 /0 /0 Dưới tác dụng của xung đếm đưa vào, trạng thái mạch điện phải chuyển đổi trạng thái tuần tự theo luật đếm thuận. Tương ứng trạng thái S9 thì C = 1, tương ứng các trạng thái khác thì C = 0. Khi bộ đếm từ S9 chuyển đổi sang mức S0 thì bộ đếm xóa về 0, tín hiệu chuyển vị (nhớ) kích lật bộ đếm trọng số lớn hơn. Xác định số lượng và chủng loại Trigger, chọn mã hóa trạng thái: Vì 2n ≥ N = 10 Vậy n = 4, chọn Trigger JK Trạng thái của bộ đếm được mã hóa theo mã 8421. 10 trạng thái sẽ có 10 tổ hợp mã tương ứng như sau: S0 = 0000, S1 = 0001, S2 = 0010, S3 = 0011, S4 = 0100, S5 = 0101, S6 = 0110, S7 = 0111, S8 = 1000, S9 = 1001. Ta vẽ ra đồ hình trạng thái sau khi mã hóa: Tìm phương trình trạng thái, phương trình ra Tìm phương trình trạng thái Trạng thái kế tiếp và đầu ra của bộ đếm đều là hàm số của trạng thái xét, mà trạng thái xét và trạng thái kế tiếp của bộ đếm đều biểu thị bằng trạng thái hiện tại và kế tiếp của các Trigger cấu trúc nên bộ đếm. Căn cứ vào đồ hình trạng thái ta vẽ ra bảng Karnaugh của đầu ra và trạng thái kế tiếp của bộ đếm. 6 trạng thái 1010 ÷ 1111 không được dung, sẽ không xuất hiện trong khi bộ đếm làm việc bình thường , có thể giúp việc tối thiểu hóa Trước hết hãy cùng tìm hiểu về sự chuyển tiếp trạng thái ở ngõ ra Q: Giả sử ngõ ra Q đang ở 0, bây giờ ta muốn khi có xung ck thì Q lên 1. Dựa vào bảng trạng thái của FF JK thì J = 1, K = 0 hay J = 1, K = 1 (trường hợp Qn+1 = 1  với Qn chính là Q đang ở 0 trước đó). Tóm lại khi Q từ 0 chuyển lên 1 thì cần J = 1, K = X (X bằng 0 hay 1). Lý luận tương tự thì :     Q từ 1 chuyển về 0              cần J = X, K = 1     Q từ 0 giữ nguyên là 0         cần J = 0, K = X     Q từ 1 giữ nguyên là 1         cần J = X, K = 0 Cả bốn trường hợp chuyển trạng thái của Q được tóm tắt như bảng dưới đây (được gọi là bảng trạng thái kích ngõ vào của FF JK ) : Chuyển tiếp trạng thái ở ngõ ra Q Trạng thái của Q bây giờ Trạng thái tới của Q mong muốn Logic cần thiết ở ngõ vào J K 0 –> 0 0 - > 1 1 - > 0 1 - > 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 x x x x 1 0 Sau khi đã nắm vững quy tắc chuyển trạng thái của FF ở trên ta mới bắt đầu đi vào bài toán ở ví dụ trên : Do mạch đếm có tất cả 10 trạng thái ngõ ra nên ta cần 4 FF, chọn FF JK. Có thể tóm lượt nội dung cần thiết kế qua mạch logic sau: Nhiệm vụ của bài toán là tìm ra mạch logic X để mạch trên thoả mãn các yếu tố: - Mạch có số đếm từ 000 đến 111 nên Qn+1 sẽ là 001 đến 000 (111 reset về 000) - Từ trạng thái ra dựa vào bảng trạng thái kích ngõ vào ở phần trên ta có thể xác định được logic cần thiết ở ngõ vào J, K của 3 tầng FF để khi có xung kích ck thì chuyển lên trạng thái tiếp theo. Với các ngõ vào của X là các ngõ ra của các FF và các ngõ ra của X lại là các ngõ vào kích của các FF, ta có bảng chuyển trạng thái của X khi đếm: Chuyển tiếp trạng thái ngõ ra Các ngõ vào FF Trạng thái bây giờ Trạng thái tới Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 Q1 Q0 J3 K3 J2 K2 J1 K1 J0 K0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 x 0 x 0 x 1 x 0 0 0 1 0 0 1 0 0 x 0 x 1 x x 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 x 0 x X 0 1 x 0 0 1 1 0 1 0 0 0 x 1 x X 1 x 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 x X 0 X 1 1 x 0 1 0 1 0 1 1 0 0 x X 0 1 x x 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 x X 0 X 0 1 x 0 1 1 1 1 0 0 0 1 x X 1 X 1 x 1 1 0 0 0 1 0 0 1 x 0 0 x 0 x 1 x 1 0 0 1 0 0 0 0 x 0 0 x 1 x x 1  Bây giờ, lập bìa K với Q0, Q1, Q2, Q3 là các biến ngõ vào trong khi các ngõ J, K của 3 tầng FF lại trở thành ngõ ra. Bìa K cho 6 ngõ ra như sau : Xây dựng bìa Karnaugh để tối thiểu hóa để tìm ra phương trình kích và phương trình ra như sau: Bảng 1(Q3n+1): Bảng 2 (Q2n+1): Bảng 3(Q1n+1): Bảng 4(Q0n+1): Tìm phương trình ra Bảng 5 (C): Tìm phương trình kích Phương trình đặc trưng của Trigger JK: 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 khiển của các Trigger được sử dụng trong bộ đếm: Kết quả cuối cùng là mạch đếm như hình sau: - Nguyên lý hoạt động: Đây là bộ đếm không đồng bộ, bộ đếm hoạt động bình thường cho đếm xung thứ 10, tại sườn âm của xung thứ 10 thông qua cổng AND hệ thống bị reset về trạng thái ban đầu. Trên thực tế ta không thiết kế từng bộ đếm bằng các triger mà dùng các IC đếm mod 10 để thiết kế bộ đếm mod 3, mod 6, mod 10 Cụ thể là khi thiết kế bộ đếm sản phẩm đến 99 cho khối đếm ta dung IC74HC192 với sơ đồ sau: - Nguyên tắc hoạt động: Khi có xung clock đặt vào lối vào xung đếm thuận của IC đếm hàng đơn vị của khối đếm, IC này sẽ đếm từ 0 đếm 9 cho ra mã BCD ở đầu ra của nó. Khi IC này đếm lên đên 9 thì chân tín hiệu TC U sẽ chuyển về mức thấp, ta dùng chân này để nối với lối vào xung clock của IC đếm hàng chục. Khi 2 IC đếm giây đếm đến 99 thì lập tức tạo ra 1 xung thông qua cổng AND đưa vào chân reset của 2 IC đếm, 2 IC này bị reset về 0 đồng thời tạo xung kích vào lối vào xung clock của IC đếm hàng đơn vị phút. 2.2. Khèi gi¶i m·: *M¹ch gi¶i m· BCD 4 bit ra m· 7 thanh: Víi LED 7 thanh: B¶ng tr¹ng th¸i ho¹t ®éng m¹ch gi¶i m·: Số C D c D e f G 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 ThiÕt kÕ m¹ch dïng c¸c phÇn tö logic tæ hîp: a = C + A + BD +DB b = A + B c = A + C + B + D d = C + A +D + BD e = CD +BD f = A + CD + BD + BC g = CD + BD +BC +B *KL: Thùc tÕ dïng IC gi¶i m·: 7447/74LS47 Mạch mô phỏng trên proteus: 3.1 Nguyên lí hoạt động: Khi được cấp nguồn 1 chiều 5V có 2 trường hợp xảy ra là có tín hiệu sản phẩm đi qua và không có sản phẩm đi qua. Khi không có tín hiệu đi qua Led thu phát vẫn hoạt động bình thường vì toàn mạch được cấp nguồn 5V. Led phát vẫn phát tín hiệu để led thu nhận, khi led thu nhận tín hiệu thì điện trở led thu giảm gần như bằng 0V, nên dòng điện đó sẽ đi thẳng xuống mass. Do đó tranzitor không dẫn vì theo công thức tính : UB = (U x Rled thu)/(Rled thu + R2) = (5 x 0)/(0+104) = 0. Do đó điện áp 5V qua R4 sẽ đi vào cổng nót IC7404. Cổng NOT sẽ là mức thấp, tín hiệu xung vào IC74192 lúc này sẽ là xung mức thấp nên IC74192 sẽ không đếm, không có tín hiệu cho IC7447 nên sẽ không hiển thị sang led 7 thanh. Khi có tín hiệu đi qua. Khi có tín hiệu đi qua tín hiệu đó sẽ che led thu, led thu sẽ không nhận được tín hiệu của led phát, điện trở led thu sẽ rất lớn, nên điện áp trên cực B của tranzitor sẽ lớn hơn 0V. Vì công thức : UB = (U x Rled thu)/(Rled thu + R2). Tranzitor dẫn gây sụt áp trên cực C của tranzitor, lúc đó tín hiệu đi ra ở mức thấp 0V (vì điện áp lúc này đi từ cực C xuống mass), khi qua cổng NOT sẽ được đảo thành mức cao. Vì chân 5 của IC 74192 tích cực ở mức cao nên nó sẽ nhảy trạng thái tức là bộ mã hóa lúc này sẽ có đầu ra là 0001. Đầu vào của bộ giải mã. Khi giải mã xong thì tín hiệu sẽ được hiển thị trên led 7 thanh là 01 và nó sẽ giữ nguyên trạng thái này cho đến khi có sản phẩm tiếp theo đi qua và đi khỏi đường sáng laser thì nó sẽ nhảy trạng thái tiếp theo là 02. Cứ như vậy khi có sản phẩm tiếp theo đi qua thì nó sẽ hoạt động tương tự như trên. Chương III. CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM 1. Xây dựng sơ đồ khối của toàn mạch Hình 1.1: Sơ đồ khối của toàn mạch 1.1. Nguyên tắc hoạt động của các khối 1.1.1. Khối nguồn Bộ nguồn cung cấp cho toàn mạch ở đây ta dùng nguồn một chiều một vài trăm ôm để tránh cháy đèn led hoặc ta cung cấp nguồn 3,5V thì ta đưa điện áp trực tiếp vào led. Nguồn ta dùng ở đây ta cần độ ổn định cao để mạch đếm chạy một cách chính xác, nếu ta dùng nguồn không ổn định ví dụ như pin thì hoạt động bị gián đoạn. Bộ 5V và 3V- 4.5V cho súng laser, khi ta đưa vào led 7 thanh ta phải đưa qua điện trở nhỏ khoảng 1 kilôm. Mạch yêu cầu dùng dòng 1 chiều, điện áp 5V nên khối nguồn này ta dùng máy biến áp, cầu chỉnh lưu, và IC7805 có tác dụng ổn định điện áp ra 5V. 1.1.2. Khối hạ áp Ở đây chúng ta biến đổi điện áp lưới 220VAC-50Hz xuống còn 24VAC - 3A. Mục đích là cấp đầy vào cho bộ biến đổi và bộ lọc để có điện áp một chiều mong muốn. 1.1.3. Khối chỉnh lưu Thành phần chỉnh lưu là biến đổi tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu 1 chiều thông qua 4 con diode chỉnh lưu. Đây là sơ đồ chỉnh lưu cả chu kì với dạng sóng đầu vào và đầu ra sau chỉnh lưu như sau: Hình 1.2 : Điện áp sau chỉnh lưu. Dạng điện áp sau chỉnh lưu nó vẫn còn các sóng nhấp nhô như ngọn núi và dạng điện áp này vẫn được coi là điện áp 1 chiều nhưng chưa ổn định. 2.1.3. Khối lọc Có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch U3 thành điện áp một chiều U4 ít nhấp nhô hơn. Tụ có điện dung càng lớn thì điện áp ở đầu ra càng bằng phẳng. Hình 1.3: Điện áp sau khi được lọc bằng tụ điện. Tụ gốm có tác dụng lọc xung đột biến . 1.1.4. Khối ổn áp Dòng họ 78xx cho ra nhiều loại ổn áp điện khác nhau: như 7805 ổn áp 5V. Điện áp đầu vào của họ 78xx là điện áp 1 chiều và max <=40V. Dòng điện không vượt quá 1A. Dòng đỉnh là 2.2A Công suất tiêu tán cực đại có tản nhiệt là 15W. Đảm bảo thông số là : Vi - V0 = 2V đến 3V ( lúc đó mạch mới hoạt động ổn áp được) . Tản nhiệt tốt cho 78xx. Khi hoạt động với tải thì 78xx rất nóng. Đối với cấp điện áp là 29V thì 78xx nóng khi có tải và chú ý tản nhiệt tốt cho nó.Để nóng quá sinh ra phá 78xx. 1.2. Khối tạo tín hiệu Có nhiệm vụ nhận biết tín hiệu,mã hoá tín hiệu thành tín hiệu xung. 1.2.1. Nguyên tắc phát Sơ đồ khối Hình 1.4: Sơ đồ khối phát. Giải thích Khối chọn chức năng và khối mã hóa : Khi người sử dụng bấm vào các phím chức năng để phát lệnh yêu cầu của mình , mổĩ phím chức năng tương ứng với một số thập phân . Mạch mã hóa sẽ chuyển đổi thành mã nhị phân tương ứng dưới dạng mã lệnh tín hiệu số gồm các bít 0 và 1 . Số bit trong mã lệnh nhị phân có thể là 4 bit hay 8 bit … tùy theo số lượng các phím chức năng nhiều hay ít. Khối dao động có điều kiện: Khi nhấn 1 phím chức năng thì dồng thời khởi động mạch dao động tạo xung đồng hồ , tần số xung đồng hồ xác định thời gian chuẩn của mỗi bit. Khối chốt dữ liệu và khối chuyển đổi song song ra nối tiếp: Mã nhị phân tại mạch mã hóa sẽ được chốt để đưa vào mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp. Mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp được điều khiển bởi xung đồng hồ và mạch định thời nhằm đảm bảo kết thúc đúng lúc việc chuyển đổi đủ số bit của một mã lệnh. Khối điều chế và phát FM : mã lệnh dưới dạng nối tiếp sẽ được đưa qua mạch điều chế và phát FM để ghép mã lệnh vào sóng mang có tần số 38Khz đến 100Khz , nhờ sóng mang cao tần tín hiệu được truyền đi xa hơn , nghĩa là tăng cự ly phát. Khối thiết bị phát : là một LED hồng ngoại . Khi mã lệnh có giá trị bit =’1’ thì LED phát hồng ngoại trong khoảng thời gian T của bit đó . Khi mã lệnh có giá trị bit=’0’ thì LED không sáng . Do đó bên thu không nhận được tín hiệu xem như bit = ‘0’. 1.2.2. Nguyên tắc thu Sơ đồ khối: Hình 1.5: Sơ đồ khối thu. Giải thích: Khối thiết bị thu : Tia hồng ngoại từ phần phát được tiếp nhận bởi LED thu hồng ngoại hay các linh kiện quang khác. Khối khuếch đại và Tách sóng : trước tiên khuếch đại tính hiệu nhận rồi đưa qua mạch tách sóng nhằm triệt tiêu sóng mang và tách lấy dữ liệu cần thiết là mã lệnh. Khối chuyển đổi nối tiếp sang song song và Khối giải mã : mã lệnh được đưa vào mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song và đưa tiếp qua khối giải mã ra thành số thập phân tương ứng dưới dạng một xung kích tại ngõ ra tương ứng để kích mở mạch điều khiển. Tần số sóng mang còn được dùng để so pha với tần số dao động bên phần thu giúp cho mạch thu phát hoạt động đồng bộ , đảm bảo cho mạch tách sóng và mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song hoạt động chính x. 1.3. Khối mã hóa Khái niệm mã hóa: Nói một cách khái quát, mã hóa là dùng văn tự, ký hiệu hay mã hóa để biểu thị một đối tượng xác định. Ví dụ như đặt tên cho trẻ sơ sinh, các thí sinh tham gia các môn thì có một số báo danh để thay thế. văn tự và hệ đếm thập phân không tiện dùng cho mạch số. mã hóa nhị phân là quá trình dùng mã hóa nhị phân để biểu thị đối tượng sẽ đến( đối tượng này là tín hiệu). Biểu thị số lượng nhiều thì tăng số bit Binary digital. mã nhị phân có n bit thì có 2n trạng thái, có thể biểu thị được 2n tín hiệu. Vậy để mã hóa n tín hiệu cần sử dụng n bit, theo công thức 2n >=n. Bộ mã hóa là mạch điện thực hiện thao tác mã hóa. căn cứ vào yêu cầu, đặc điểm khác nhau của tín hiệu được mã hóa, chúng ta có các mã hóa khác nhau: bộ mã hóa nhị phân, bộ mã hóa nhị thập phân, bộ mã hóa ưu tiên... 1.4. Khối giải mã Giải mã là quá trình phiên dịch hàm ý đã gán cho mã, mạch điện thực hiện việc giải mã được gọi là bộ giải mã. Sơ đồ khối Hình 1.6: Sơ đồ khối giải mã. Nguyên lý hoạt động của khối giải mã Bộ đếm gồm các IC đếm có chức năng đếm số. Mỗi khi có xung CLK tác động vào bộ đếm sẽ nhảy số. Thông qua bộ đếm sẽ tạo địa chỉ đưa vào bộ giải mã hiển thị led. 1.5. Khối hiển thị - Led 7 thanh Đèn chỉ thị 7 đoạn gồm 7 diode phát quang (LED: Light Emission Diode) hay 7 chỉ thị tinh thể lỏng (LCD: Liquid Crystal Display).Mỗi bit được thể hiện bằng một đoạn sáng a, hoặc b, hoặc c... đến g. Có hai loại chỉ thị 7 đoạn: Anot chung và Catot chung. Nhờ 7 đoạn sáng này ta có được 10 số thập phân từ 0 đến 9. Hình 1.7 : Cấu tạo led 7 thanh. 2, GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN : 2.1. IC 7404 Là một cổng nót có chức năng thay đổi trạng thái ra của mạch hồng ngoại, đồng thời còn có tác dụng ổn định biên độ điện áp của xung clock ở hai mức nhất định là 0v hoặc 5v. 2.2. Led 7 ñoaïn: Laø 7 con led saép xeáp laïi theo hình maãu. Moät chaân cuûa caùc con led ñöôïc noái chung vôùi nhau (Anod chung hoaëc Katod chung), caùc chaân con laïi ñöôïc ñöa ra ngoaøi ñeå phaân cöïc caùc con led. 2.3 IC giải mã 7 đoạn 74LS47: Vi mạch giải mã 7 đoạn 74LS47 là loại IC có 16 chân dùng để giải mã từ mã BCD sang mã 7 đoạn để hiện thị được trên led 7 đoạn. - Hình dạng và sơ đồ chân thực tế: Trạng thái các đầu vào ứng với các đầu ra được cho trong bảng dưới đây: Ngõ vào Ngõ ra của IC 7447 D3 D2 D1 D0 A B C D E F G 0 0 0 0 X X X X X X 0 0 0 1 X X 0 0 1 0 X X X X X 0 0 1 1 X X X X X 0 1 0 0 X X X X 0 1 0 1 X X X X X 0 1 1 0 X X X X X X 0 1 1 1 X X X 1 0 0 0 X X X X X X X 1 0 0 1 X X X X X X X = LOW Khoảng trống = HIGH + Các chân 1,2,6,7 : các ngõ vào của tín hiệu BCD + Chân số 3 Lamptest : dùng để kiểm tra các thanh đoạn của LED 7 thanh cũng như các ngõ ra của IC + Chân số 4 Blank out : Chân cho phép đầu ra + Chân số 5 Blank in : chân cho phép loại bỏ số 0 không mong muốn ở các bộ hiển thị + Chân 9,10,11,12,13,14,15 : các ngõ ra nối với led 7 thanh + Chân số 8 và 16 cung cấp nguồn cho IC Sơ đồ logic: 2.4 IC đếm mod 10 74HC192 74HC192 là vi mạch đếm mod 10 thông dụng được sử dụng rất nhiều trong thực tế, bởi nó được chế tạo trên công nghệ tiết kiệm điện năng, nó có thể đếm tiến, đếm lùi, đếm có dữ liệu vào và có chức năng reset… - Hình dạng và sơ đồ chân thực tế - Mô tả các chân của IC 74HC192: Với nguồn cung cấp cho IC từ 2V đến 6V Tần số lớn nhất của nó có thể chịu được Fmax=54MHz có thời gian làm việc từ 0ns đến 500ns. Nhiệt độ giới hạn -400C đến +850C Dòng điện lớn nhất có thể chịu đựng IC làm việc với tần số max là 54uHz Chức năng của các chân + Chân 8,16 là hai chân cấp nguồn cho IC. Chân 8 nối mass, chân 16 nối nguồn 5V. + Chân 4, 5 là hai chân nhận xung đếm từ bộ dao động chuyển sang. Chân 4 là chân đếm ngược, chân 5 là chân đếm thuận. + Chân 11 là chân điều khiển cho IC làm việc ở đầu ra tích cực thấp + Chân 14 là chân xóa làm việc ở mức tích cực cao, để IC đếm ta nối chân này xuống mas + Chân 15, 1, 10, 9 là các đầu vào dữ liệu + Chân 12 là chân chuyển tiếp dùng cho đếm thuận + Chân 13 là chân chuyển tiếp khi đếm ngược + Chân 3, 2, 6, 7 (Qa, Qb, Qc, Qd) là các đầu ra của bộ đếm - Bảng chế độ hoạt động: - Sơ đồ logic: 2.5 Ñieän trôû: söû duïng ñieän trôû 4voøng maøu vaø 5 voøng maøu 4/Điện trở: Sử dụng điện trở 4 vòng màu và 5 vòng màu: loại 1k và 10k Kyù hieäu: 2.6 Tranzistror: Sử dụng loại NPN phân cực thuận C185 C1815 là Transistor BJT gồm ba miền tạo bởi hai tiếp giáp p–n, trong đó miền giữa là bán dẫn loại p. Miền có mật độ tạp chất cao nhất, kí hiệu n+ là miền phát (emitter). Miền có mật độ tạp chất thấp hơn, kí hiệu n, gọi là miền thu (collecter). Miền giữa có mật độ tạp chất rất thấp, kí hiệu p, gọi là miền gốc (base). Ba chân kim loại gắn với ba miền tương ứng với ba cực emitter (E), base (B), collecter (C) của transistor. 3, Sắp xếp linh kiện: 3.1. Sơ đồ nguyên lý của mạch 3.1.2 Mạch thu phát tín hiệu 3.1.3 Mạch đếm hiển thị: 3.1.4. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch: 4. Chế tạo trên boar: 5. Ưu khuyết điểm : Ưu điểm: Mạch gọn dễ lắp ráp, ít linh kiện và chỉ sử dụng các IC số đơn giản đã rất thông dụng trong bộ môn điện tử số nên dễ dàng cho sinh viên có thể làm và tìm hiểu nguyên lý hoạt động của mạch. Khuyết điểm: Tuy nhiên mạch chưa được phát triển đầy đủ và chức năng chưa hoàn thiện để sử dụng vào các mục đích cần thiết. Mạch tín hiệu số dễ bị nhiễu nên khi thiết kế mạch in cần phaie chú ý chống nhiễu. KẾT LUẬN Khi nghiên cứu đề tài này chúng em muốn phát huy những thành quả ứng dụng của kỹ thuật số nhằm tạo ra những sản phẩm, những thiết bị tiên tiến hơn và đạt hiệu quả sản xuất cao hơn. Ngoài ra quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài là một cơ hội để chúng em tự kiểm tra lại những kiến thức dã được học ở trường, đồng thời phát huy tính sáng tạo, khả năng giải quyết một vấn đề theo yêu cầu đặt ra. Trong đồ án này chúng em thực hiện mạch đếm sản phẩm bằng phương pháp đếm tín hiệu. Như vậy mỗi tín hiệu đi qua phải có một thiết bị để cảm nhận tín hiệu, thiết bị này gọi là cảm biến (led thu phát). Khi một tín hiệu đi qua cảm biến sẽ nhận và tạo ra một xung điện đưa về khối xử lí để tăng dần số đếm. Tại một thời điểm tức thời, để xác định được số đếm cần phải có bộ phận hiển thị là led 7 thanh. Hướng phát triển của đồ án: nó sẽ xuất hiện nhiều trong các nhà máy, công ty…Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động thay thế cho con người và nâng cao năng suất lao động của công ty. Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em được rất nhiều hướng dẫn của thầy cô trong khoa điện-điện tử, đặc biệt là thầy Dương Đình Tú đã tận tình chỉ bảo chúng em trong suốt thời gian qua. Nhưng do kiến thức còn hạn hẹp nên trong quá trình thực hiện đồ án chúng em không thể tránh khỏi sai sót, mong quý thầy cô trong hội đồng khảo thi bỏ qua và có hướng giúp đỡ để chúng em có thể hoàn chỉnh đồ án của mình . Chúng em xin chân thành cảm ơn!!! TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách linh kiện điện tử tác giả: Giảng viên LÊ THỊ HỒNG THẮM (2007) Trường đại học công nghiệp TPHCM Sách sơ đồ chân linh kiện bán dẫn tác giả: DƯƠNG MINH TRÍ, xuất bản lần thứ 5 nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Tìm trên internet (google.com; tailieu.vn; dientuvietnam.vn; hoiquandientu.vn). Datasheet của IC. Giáo trình : Kĩ thuật số tác giả : Nguyễn Thúy Vân. PHỤ LỤC Datasheet của các IC dùng trong đồ án 1. IC 7414 Sơ đồ chân của IC7414 Thông số kĩ thuật điện của IC7414 2. IC74192 Mô tả chức năng IC74192. IC74192 là không đồng bộ nó có thể preset. Thập kỷ và 4-bit nhị phân đồng bộ UP / DOWN (thuận nghịch). Sơ đồ nhà nước. Mỗi mạch có bốn chủ /nô lệ flip-flops, với Gating logic nội bộ và chỉ đạo để cung cấp thiết lập lại, cá nhân cài sẵn, tính lên và đếm xuống hoạt động. Mỗi-flip flop chứa thông tin phản hồi JK từ nô lệ để làm chủnhư vậy mà thấp đến cao chuyển tiếp vào đầu vào của nó khiến Tđầu vào, và do đó sản lượng Q để thay đổi trạng thái. Đồng bộchuyển đổi, trái với tính gợn sóng, là đạt được bằng lái xe cửa chỉ đạo của tất cả các giai đoạn từ một đếm lên và đếm xuống dòng, từ đó gây ra tất cả thay đổi nhà nước để được bắt đầu cùng một lúc, hoặc thấp hoặc cao, chuyển tiếp vào đầu vào đếm lên sẽ tạm ứng số lượng của một; một sự chuyển đổi tương tự trên các đầu vào đếm xuống sẽ giảm một số. Trong khi kể với một đầu vào đồng hồ, các khác nên được tổ chức cao. Nếu không, các mạch hoặc sẽ được tính bằng twos hoặc không, tùy thuộc vào nhà nước của các thất bại đầu tiên-flip, mà không thể bật / tắt khi một trong hai đầu vào đồng hồ là LOW. Các thiết bị đầu cuối đếm lên(TCU) và xuống(TCD) đầu ra thường cao. Khi một mạch đã đạt tình trạng số lượng tối đa (9 cho LS192,15 cho LS193 sự), sự chuyển đổi tiếp theo CAO-to-LOW của đếm lên của xung Clock sẽ gây TCU đi xuống. TCU sẽ ở lại cho đến khi CPU đi xuống. Tăng lên một lần nữa, do đó hiệu quả lặp lại đếm lên đồng hồ, nhưng bị trì hoãn bởi hai sự chậm trễ cửa. Tương tự, sản lượng sẽ TCD đi xuống khi mạch trong trạng thái không và đếm đồng hồ đi xuống thấp. Kể từ khi ra TC lặp lại các đồng hồ dạng sóng, chúng có thể được sử dụng như là tín hiệu đầu vào đồng hồ đến. Để mạch cao hơn kế tiếp trong một đa tầng truy cập. Mỗi mạch có khả năng song song với tải không đồng bộcho phép truy cập được cài sẵn. Khi tải song song (PL) và Master Reset (MR) đầu vào được LOW, thông tin. Hiện nay trên dữ liệu đầu vào song song (P0, P3) được nạp vào truy cập và xuất hiện trêncác kết quả bất kể điều kiện đầu vào đồng hồ. Một tín hiệu cao trên Master. Thiết lập lại đầu vào sẽ vô hiệu hóa các cửa cài đặt sẵn, ghi đè lên cả hai đồng hồ đầu vào, và mỗi chốt đầu ra Q ở trạng thái LOW. Nếu một trong những đồng hồ đầu vào là LOW trong và sau một hoạt động thiết lập lại hoặc tải, tiếp theo LOW-to-CAO chuyển đổi đó sẽ được đồng hồ hiểu như là một tín hiệu hợp pháp và sẽ được tính. Chế độ làm việc. Sơ đồ chân của IC74192 và chức năng của các chân Chân 8,16 là hai chân cấp nguồn cho IC. Chân 8 nối mass, chân 16 nối nguồn 5V. Chân 4, 5 là hai chân nhận xung đếm từ bộ dao động chuyển sang. Chân 4 là chân đếm ngược, chân 5 là chân đếm thuận. Chân 11 là chân điều khiển cho IC làm việc ở đầu ra tích cực thấp Chân 14 là chân xóa làm việc ở mức tích cực cao, để IC đếm ta nối chân này xuống mas. Chân 15, 1, 10, 9 là các đầu vào dữ liệu. Chân 12 là chân chuyển tiếp dùng cho đếm thuận Chân 13 là chân chuyển tiếp khi đếm ngược Chân 3, 2, 6, 7 (Qa, Qb, Qc, Qd) là các đầu ra của bộ đếm. Datasheet chi tiết của IC74192. Thông số kĩ thuật điện của IC74192 4. IC7447 Mô tả chức chức năng IC7447 là IC hoạt động ở tích cực mức thấp. 74LS47 IC giải mã led 7 đoạn, có nghĩa đầu vào của IC là mã BCD và đầu ra là mã điều khiển led 7 đoạn. 74LS47 dùng để giải mã led 7 đoạn anode chung. Sơ đồ cắm chân và chức năng các chân Hình 12: Sơ đồ chân của IC7447. Các chân 1,2,6,7: các ngõ vào của tín hiệu BCD Chân số 3 Lamptest : dùng để kiểm tra các thanh đoạn của LED 7 thanh cũng như các ngõ ra của IC. Chân số 4 Blank out : Chân cho phép đầu ra. Chân số 5 Blank in : chân cho phép loại bỏ số 0 không mong muốn ở các bộ hiển thị. Chân 9,10,11,12,13,14,15 : các ngõ ra nối với led 7 thanh. Chân số 8 và 16 cung cấp nguồn cho IC. Trạng thái đầu vào và đầu ra của IC7447 Đọc ngữ âm