Đồ án Điện tử số Thiết kế hệ thống điều khiển giao thông một chiều

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 1 Mục lục I. PHÂN TÍCH BÀI TOÁN ..................................................................................................................... 3 1. Mô tả hệ thống .................................................................................................................................. 3 2. Phương án thiết kế ............................................................................................................................ 5 3. Mô tả các thành phần hệ thống ......................................................................................................... 5 II. THIẾT KẾ LOGIC ............................................................................................................................... 7 1. Phần tạo dao động:............................................................................................................................ 7 2. Phần xác định lượng xe trên đường .................................................................................................. 9 3. Phần xác định chênh lệch lượng xe theo mỗi hướng ..................................................................... 10 4. Phần tính toán thời gian đèn xanh:.................................................................................................. 11 5. Phần điều khiển:.............................................................................................................................. 13 III. CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ ....................................................................... 17 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 2 LỜI NÓI ĐẦU Trong hệ thống giao thông của nước ta hiện nay, vấn đề an toàn giao thông và tránh ùn tắc giao thông là vấn đề hết sức cấp bách và được xã hội quan tâm. Vì vậy các phương tiện hướng dẫn giao thông đóng vai trò hết sức quan trong, nó góp phần hạn chế những xung đột giao thông khi tham gia giao thông. Và trong các phương tiện hướng dẫn giao thông thì hệ thống đèn điều khiển giao thông đóng vai trò chủ đạo góp phần làm giảm xung đột giao thông, tránh ùn tắc… Ở nhiều nơi, giao thông 2 chiều buộc phải thay thế bằng giao thông 1 chiều như những cầu nhỏ ở nông thôn, đường đang sửa, những đoạn đường hẹp hoặc cầu phụ thay thế cầu đang sửa… Để các phương tiện lưu thông được trên các đoạn đường đó thì yêu cầu phải có 1 hệ thống đèn giao thông đặc biệt. Vì lý do trên, chúng em lựa chọn đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển giao thông một chiều” làm đồ án môn học “Điện tử số”. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Xuân Bằng đã giúp đỡ chúng em thực hiện đồ án này. ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 3 I. PHÂN TÍCH BÀI TOÁN Hệ thống đèn tín hiệu giao thông này cho phép xe cộ đi theo một hướng trong một khoảng thời gian và sau đó dừng lại để xe theo chiều ngược lại đi. Với mỗi lần đổi chiều, tín hiệu điều khiển giao thông phải dừng xe một chiều và đợi cho trên đường hết xe mới tiếp tục cho xe theo chiều ngược lại đi. Và để tiết kiệm thời gian chờ cho người tham gia giao thông, khoảng thời gian dành cho mỗi hướng phải được điều chỉnh dựa vào lượng xe lưu thông qua hướng đó, ví dụ với hướng mà nhiều xe hơn thì khoảng thời gian lưu thông được tính toán dành cho hướng đó sẽ nhiều hơn hướng ngược lại. trong đồ án này chúng em sẽ thiết kế một hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thông phù hợp nhằm điều khiển đèn tín hiệu ở hai đầu đường một chiều cho phép xe đi theo 2 hướng. mỗi cảm biến được đặt ở vị trí thích hợp ở mỗi đầu đường nhằm phát hiện xe đang vào và xe đang ra khỏi đường. thời gian dành cho mỗi hướng được tính toán dựa vào lưu lượng xe cộ đã dược xác định nhờ các cảm biến sau mỗi khoảng thời gian là 5 phút. 1. Mô tả hệ thống Hình 1: Nút giao thông giao giữa đường 2 chiều và đường 1 chiều ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 4 Hệ thống điều khiển đèn giao thông sẽ điều khiển đèn đỏ, vàng và xanh của hai cột đèn tín hiệu (tương ứng là R1,Y1,G1 của cột 1 và R2,Y2,G2 của cột 2 ) ở hai đầu đường. Giả sử rằng mỗi đèn trong 6 đèn được bật/tắt một cách riêng rẽ và bộ điều khiển nhận tín hiệu từ 2 sensor nhiệt S1 và S2. Trong bài toán này chúng em chỉ sử dụng sensor nhiệt nên phải giả thiết rằng tham gia giao thông chỉ có ôtô và xe gắn máy. Mỗi sensor sẽ cung cấp một xung khi có một phương tiện đi qua. Hoạt động của bộ điều khiển được tính khi đèn chuyển từ một màu sang màu tiếp theo. Để cho xe đi theo hướng 1, G1 sẽ sáng trong thời gian T1,(thời gian này sẽ được tính toán lại sau mỗi 5 phút dựa vào lưu lượng xe trên đường). Sau khoảng thời gian T1, đèn vàng Y1 sẽ sáng trong khoảng thời gian TY (trong thiết kế này, chọn thời gian cơ bản là) sau đó đèn đỏ R1 sẽ sáng trong khoảng thời cho đến khi đèn xanh G1 sáng lần tiếp theo. Biểu đồ thời gian được thể hiện ở hình 2 Hình 2: Lưu đồ thời gian của bài toán ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 5 Với xe đi theo hướng 2, đèn G2 sẽ không được bật cho đến khi hết xe đi theo hướng 1 ở trên đường. Số xe còn ở trên đường được xác định nhờ so sánh số xe đi vào đường ( xác định bằng 1 sensor) và số xe ra khỏi đường (xác định bằng 1 sensor khác) . Khi hiệu số xe giữa 2 sensor bằng không, thì sẽ coi như không còn xe trên đường. thời gian đèn xanh G2 sáng được tính bằng: T2= Ttot-T1, với Ttot là tổng thời gian đèn xanh sáng. Tổng thời gian đèn xanh sáng Ttot sẽ được chia cho G1 và G2 dựa vào sự chênh lệch lưu lượng giao thông của mỗi hướng. 2. Phương án thiết kế Kỹ thuật số, vi xử lý, vi điều khiển là lĩnh vực đang phát triển mạnh mẽ và có ứng dụng trong rất nhiều ngành sản xuất. việc thực hiện bài toán này cả 3 phương án: sử dụng mạch số, sử dụng bộ vi điều khiển và sử dụng bộ vi xử lý đều hoàn toàn có thể đáp ứng được. So sánh: Sử dụng vi điều khiển Sử dụng bộ vi xử lý Sử dụng mạch số * Ưu điểm: - Thành phần đơn giản, gọn nhẹ, không quá phức tạp - Giá thành thấp - Dễ lập trình, dễ chỉnh sửa * Nhược điểm: - Tốc độ chậm (không ảnh hưởng nhiều đến yêu cầu bài toán), độ ồn định thấp * Ưu điểm: - Có thể giải quyết bài toán với những yêu cầu phức tạp hơn * Nhược điểm: - Giá thành cao, hệ thống phức tạp cồng kềnh, khó khăn trong tổ chức hệ thống - Thiết kế tương đối đơn giản, giá thành phù hợp - Tốc độ cao, hoạt động ổn định, Từ những nhận xét trên, chúng em quyết định sử dụng mạch số để giải quyết bài toán 3. Mô tả các thành phần hệ thống Bộ điều khiển đèn giao thông gồm các thành phần như sau :  Phần tạo dao động  Phần xác định lượng xe trên đường  Phần xác định chênh lệch lưu lượng xe theo mỗi hướng  Phần tính toán thời gian đèn xanh cho mỗi hướng  Phần điều khiển chung ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 6 1. Phần tạo dao động Phần tạo dao động sẽ cung cấp 1 nguồn xung tín hiệu và xung này sẽ được sử dụng để tính thời gian trong mổi lần chuyển đèn. 10s khi đèn vàng sáng sẽ được coi là thời gian ngắn nhất của cả hệ. Như vậy 1 nguồn xung co chu kỳ 10s sẽ được sử dụng ở đây. Tổng thời gian của đèn xanh trên mỗi chiều đi sẽ được tính lại sau 5 phút. Bởi vậy, bộ tạo dao động sẽ đếm tăng lên 1 khi nó dược cung cấp 1 xung trong mỗi 5 phút. 2. Phần xác định lượng xe trên đường Phần xác định lượng xe trên đường: để biết trên đường còn xe chạy sau mỗi lần đèn xanh sáng hay không, 1 bộ đếm sẽ được sử dụng để so sánh giữa số xe vào nút giao(V) thông và số xe ra khỏi nút(R). Nút sẽ được coi là không có xe khi V-R =0. Mỗi xe vào nút sẽ ghi nhận bằng 1 xung do 1 sensor tạo ra và mỗi xe ra lại được ghi nhận bằng 1 xung do sensor khác tạo ra. Do vậy, chúng ta chỉ chú ý tới điều kiện V-R=0 còn con số thực tế không được quan tâm ở đây. Bởi vậy chúng ta sẽ sử dụng 1 bộ đếm thuận nghịch. Xung vào từ sensor 1 (S1) sẽ làm bộ đếm đếm lên và xung vào từ sensor 2 (S2) sẽ làm bộ đếm đếm xuống. Bộ đếm sẽ cho ra 1 tín hiệu khi thỏa mãn điều kiện V-R=0. Hình 3: Sơ đồ khối của bộ điều khiển ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 7 3. Phần xác định lượng theo mỗi hướng Phần xác định lưu lượng theo mỗi hướng: để xác định quan hệ giữa thời gian đèn xanh sáng trên mỗi chiều, 1 bộ đếm cũng sẽ được sử dụng để đếm số xe qua nút trên mỗi chiều. tương tự với phần xác định lượng xe trên đường ,phần xác định lưu lượng xe theo mỗi hướng cũng sẽ đếm lên khi xe qua 1 chiều và đếm xuống khi xe qua chiều ngược lại. Tuy nhiên xung từ S1 sẽ được sử dụng trong cả 2 chiều. Và bộ đếm sẽ bắt đầu lại sau mỗi năm phút, 1 xung từ bộ tạo dao động sẽ reset bộ đếm về 0 cho 5 phút tiếp theo. 4. Tính toán thời gian đèn xanh Hệ thống sẽ tính toán lại thời gian đèn xanh T1,T2 sau mỗi 5 phút dựa trên đầu ra của của phần đếm xe. Giả sử d1 là số xe trên hướng 1 và d2 là số xe trên hướng 2. T1 sẽ tăng nếu d1-d2>0 và sẽ giảm nếu d2-d1<0. T2 sẽ được tính là giá trị: Ttot –T1. Giá trị giới hạn sẽ được sử dụng để chắc chắn rằng T1 hoặc T2 sẽ được giảm tối đa là 40s nhằm cải thiện tình trạng ùn tắc 2 đầu nút. 5. Phần điều khiển Phần điều khiển sẽ phối hợp giữa hoạt giữa phần điều khiển đèn và bật/ tắt tín hiệu cho 6 đèn II. THIẾT KẾ LOGIC 1. Phần tạo dao động: Một nguồn xung có chu kỳ 10s sẽ được cung cấp bởi bộ tạo dao động cho bộ điều khiển. Với chu kỳ xung tương đối dài như ở đây chúng ta sẽ sử dụng IC định thời timer NE 555. Chu kỳ xung của timer này được tính đơn giản theo công thức: T = (Ra+2.Rb).C/ln2 Xung có chu kỳ 10s có thể tạo ra bằng cách chọn tụ và điện trở như sau: Ra=200k ; Rb=200kΩ ; C=24 F Hệ thống yêu cầu 1 xung ngắn cuối mỗi chu kỳ 5 phút, đây là thời gian bộ đếm bắt đầu và tính toán lại thời gian đèn xanh. Xung này được tạo ra từ bộ đếm 2 bit đơn giản đếm tăng bởi bộ tạo xung. Ta có: 5min =5*60s=30*10s ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 8 Trong thiết kế này sẽ phải sử dụng một modun đếm có hệ số đếm 30. IC 74LS390 là bộ đếm thập phân 4 bit không đồng bộ có thể được sử dụng cho trường hợp này. Trong bài toán, bộ đếm 1này sẽ đếm tăng sau mỗi 10s, và bộ đếm 2 sẽ đếm tăng khi bộ đếm chuyển từ 9->0. Từ bảng K ta thấy: +) Bộ đếm 1 không thể vượt quá 9, bộ đếm 2 sẽ tăng 2 đơn vị khi QA.QD=1 +) Tương tự, bộ đếm 2 không thể vượt quá 3. +) Cả 2 bộ đếm có thể được RESET với điều kiện của bộ đếm 2: QA.QB=1 Hình 4: Bảng Knaugh của mạch tạo dao động ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 9 2. Phần xác định lượng xe trên đường Như đã mô tả ở phần trước, trong nút giao thông được coi là không có xe khi V-R = 0. Để xác định sự kiện này 1 bộ đếm nhị phân thuận nghịch sẽ được sử dụng. Xung từ sensor S1, S2 sẽ xuất hiện khi có xe đi vào hay rời khỏi nút. Ví dụ đối với chiều 1(như hình minh họa ), xung từ S1 chỉ ra rằng có một xe đi vào nút. Trong khi với chiều ngược lại nó cho biết có một xe đã đi ra khỏi nút và điều này cũng tương tự với S2 nhưng ngược lại. Qua đó sự khác nhau giữa xe đi vào và đi ra khỏi nút giao thông mới có ý nghĩa, xung từ S1 sẽ làm bộ đếm đếm lên và xung từ S2 làm bộ đếm đếm xuống . Bất cứ lúc nào khi số đếm bằng không (bộ đếm đã đếm lên và đếm xuống một số bằng nhau ) nghĩa là trên nút giao thông không còn xe. IC đếm nhị phân thuận nghịch được sử dụng cho phần này có giá trị là số xe có trong nút, nghĩa là giá trị của V-R. Ở trường hợp này nếu ta sử dụng bộ đếm nhị phân 4 bit nghĩa là có tối 15 xe trong nút tại một thời điểm. IC 74LS193 là bộ đếm nhị phân thuận vào sử dụng xung vuông đầu vào để đếm lên hay đếm xuống. Trong hình dưới S1 là nguồn vào để đếm lên và S2 để đếm xuống. Một cổng NOR 4 đầu vào được sử dụng. Khi đầu ra của cổng NOR có mức logic 1 thì có nghĩa V- R=0, tức là tất cả các xe đi vào đường đều đã rời khỏi. Hình 5: Phần tạo dao động ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 10 3. Phần xác định chênh lệch lượng xe theo mỗi hướng Hoạt động của phần này chỉ đơn giản là tính số xe qua nút từ đó nó tính toán sự khác nhau giữa số xe qua nút trên mỗi chiều. một bộ đếm thuận nghịch lại được sử dụng. Nó sẽ đếm tăng lên khi có xe qua 1 hướng và giảm khi xe qua chiều ngược lại. Trong trường hợp này chỉ một sensor là S1 được sử dụng với tín hiệu từ bộ điều khiển cho biết hướng di chuyển của xe. Nhằm đơn giản hóa cho mạch nó sẽ chỉ nhận biết sự khác nhau giữa số xe lưu thông qua nút theo 2 chiều không lớn hơn 15 và chúng ta có thể sử dụng một bộ đếm 4 bit để thực hiện. Một bộ đếm nhị phân 4 bit 74LS193 sẽ được sử dụng. Nó sẽ tăng một đơn vị cho mỗi xung từ S1 khi G1 sáng và giảm một đơn vị cho mỗi xung từ S1 khi G2 sáng. Bộ đếm sẽ được Reset sau 5 phút. Hình 6: Phần xác định lượng xe trên đường ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 11 4. Phần tính toán thời gian đèn xanh: Tổng thời gian đèn xanh trong 1 chu kỳ của nút giao thông là:Ttot = T1 + T2 Trong đó: +) T1: là thời gian tính toán cho đèn xanh G1 theo hướng 1 +) T2: là thời gian tính toán cho đèn xanh G2 theo hướng 2 Nếu lưu lượng xe trong mỗi 5 phút theo hướng 1 lớn hơn theo hướng 2; T1 sẽ tăng lên một đơn vị thời gian còn T2 sẽ giảm một đơn vị thời gian nhằm giữ thời gian tổng (Ttot) là không đổi. đồng thời nhằm cải thiện tình trạng ùn tắc ở hai đầu nút, thời gian chờ ở một đầu nút sẽ được giảm xuống một giá trị hợp lý. Trong thiết kế này chúng ta sẽ chọn tổng thời gian(Ttot) là 160s, giá trị này vừa đúng bằng 16 chu kỳ xung CLK. Thời gian này sẽ được phân chia cho T1,T2. Sơ đồ mạch được thể hiện như hình dưới. IC 74LS93 ở đây sẽ tăng sau mỗi 10s khi G1 hoặc G2 sáng. Xung tín hiệu sẽ bị vô hiệu khi G1 và G2 tắt. G1 bắt đầu sáng khi giá trị đếm của IC bằng 0. IC so sánh 74LS85 sẽ đảm bảo điều kiện t=T1, khi Hình 7: Phần xác định chênh lệch lượng xe theo mỗi hướng ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 12 đó G1 tắt và bộ đếm dừng lại cho đến khi G2 sáng. Sau đó bộ đếm đếm tới 15(, khi đó T2 sẽ chuyển lên 1 làm bộ điều khiển tắt G2. Việc tính toán thời gian cho T1 sẽ được thực hiện bằng bộ đếm thứ 2. Bộ đếm này sẽ đếm từ 0-7 sau mỗi lần reset nên T1=T2=80s và bộ đếm sẽ đếm tăng hay giảm sau mỗi chu kỳ 5 phút dựa trên kết quả của bộ đếm xe nhằm xác định giá trị cho T1. Một khoảng thời gian tối thiểu là 40 được áp dụng tăng hay giảm cho T1,T2. Bởi vậy, bộ đếm sẽ không đếm giảm xuống nếu giá trị đếm t1=3 và không đếm tăng nếu giá trị đếm t1=12. Điều kiện “cấm” cho việc đếm tăng hay giảm của bộ đếm được biểu diễn trên bảng Karnaugh trong hình dưới. chú ý rằng ở đây cả hai bảng đều không quan tâm tới giá trị số đếm nhỏ hơn 3 và lớn hơn 12. Phương trình biểu diễn quan hệ “cấm”: CẤM = D. C + .(QD.QC) Trong đó DN là tín hiệu từ “phần xác định lưu lượng xe theo mỗi hướng” cung cấp cho bộ đếm. tín hiệu “cấm” được nối vào chân của bộ đếm T1nghĩa là bộ đếm hoạt động khi “CẤM”=0 và ngừng hoạt động khi “CẤM” bằng 1. Hình 8: Bảng Knaugh của phần tính toán thời gian đèn xanh ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 13 5. Phần điều khiển: Bộ điều khiển yêu cầu 6 trạng thái ứng với thời gian đèn xanh và đèn vàng sáng trên mỗi chiều và cả đèn đỏ 2 chiều đều sáng. Thời gian của mỗi trạng thái này được trình bày như hình 9 . 6 trạng thái được xác định như bảng dưới: Hình 9: Phần tính toán thời gian đèn xanh ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 14 Trạng thái Đèn 1 Đèn 2 A XANH ĐỎ B VÀNG ĐỎ C ĐỎ ĐỎ D ĐỎ XANH E ĐỎ VÀNG F ĐỎ ĐỎ Hình 10: Bảng trạng thái ứng với các đèn Lưu đồ trạng thái được biểu diễn: Chú ý rằng bộ điều khiển chuyển trạng thái A và D sau mỗi T1,T2 (như đã trình bày ở trên). Mỗi trạng thái B và E đều kết thúc sau một chu kỳ xung. Trạng thái C và F kết thúc sau khi số xe đi vào đường và số xe ra khỏi đường bằng nhau nghĩa là không còn xe trên đường. Hình 11: Lưu đồ trạng thái ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 15 Trong lưu đồ trạng thái, các trạng thái được luân chuyển một cách liên tục giống như trong một bộ đếm 6 trạng thái, nghĩa là hệ thông sẽ chuyển A-B-C-D-E- F và cứ thế tiếp tục. thời gian của mỗi trạng thái thay đổi phụ thuộc vào 3 đầu vào là T1,T2 và all clear. Có vài cách có thể giải quyết bài toán thiết kế này. một phương pháp có thể sử dụng đó là sử dụng một bộ đếm 6 với 6 đầu ra. Bộ đếm này sẽ đếm tăng khi chuyển một trạng thái. Như một sự lựa chọn, phần trạng thái máy có thể được xây dựng thông qua bảng trạng thái gồm 6 hàng và 8 cột, ứng với 6 trạng thái và 3 đầu vào. Cách xây dựng này đòi hỏi phải có 3 FF và mạch logic phù hợp. Ở đây chúng ta lựa chọn cách giải quyết là phương pháp gán trạng thái, phần trạng thái hệ thống được thực hiện nhờ thanh ghi dịch 6 bit. Mỗi đầu ra của thanh ghi dịch ứng với 1 trạng thái của hệ thống. Mỗi đầu ra A và B điều khiển một đèn G1 và Y1, mỗi đầu ra D và E điều khiển đèn G2 và Y2. Đèn R1 sáng khi cả G1 và Y1 đều tắt, tương tự như vậy R2 sáng trong khi cả G2 và Y2 tắt. quan hệ các đầu ra được thể hiện như dưới đây: G1 = QA G2 = QD Y1 = QB Y2 = QE R1 = R2 = Khi ấn nút RESET, giá trị bit đầu tiên của thanh ghi là 1 và các giá trị của các bit khác là 0 để hệ thống khởi đầu với trạng thái A. Đầu vào cho phép dịch được khởi động và thanh ghi dịch sẽ chuyển trạng thái ứng với mỗi điều kiện như đã chỉ ra trong lưu đồ trạng thái. Những điều kiện đó được thể hiện trong phương trình của tín hiệu cho phép dịch : SHIFT_EN = (A.T1) + B + (C.CLR) + (D.T2) + E + (F.CLR) Như trong hình 11. Tín hiệu cho phép dịch được AND với CLK và nối vào chân CK1 của 74LS95, CLK cũng được nối vào CK2 của 74LS95. ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 16 Ngoài các thành phần trên, trên thiết kế còn có mạch nguồn tạo điện áp 5V để nuôi các linh kiên trong mạch: Hình 12: Bộ điều khiển Hình 13: Mạch nguồn 5V ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 17 III. CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ *) IC ổn áp 7805 Điện áp đầu : + 5V Dòng điện đầu ra max : 1A Điện áp đầu vào : 7- 20V DC Hình 13: sơ đồ chân IC 7805 Tuy nhiên khi sử dụng IC 7805 chúng ta phải chú ý tới vấn đề tản nhiệt cho IC để đảm bảo dòng và áp ra. *)IC 74LS390: Hình 14: Sơ đồ cấu trúc IC 74LS390 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 18 Mô tả chức năng : Vi mạch gồm 2 bộ đếm thập phân. Mỗi bộ đếm thập phân được cấu tạo từ bộ đếm chia 2 (divide – by – two) và bộ đếm chia 5 (divide – by - fire). Hai ngõ vào MR1 và MR2 là hai ngõ vào xóa tương ứng cho bộ đếm thập phân, tích cực logic 1. CPA là ngõ vào xung Clock cho bộ đếm chia 2 và CPB là ngõ vào xung cho bộ đếm chia 5. QA là ngõ ra bộ đếm chia 2 và QB là ngõ ra bộ đếm chia 5. Vi mạch có thể sử dụng làm bộ đếm thập phân hoặc làm các mạch chia tần số. *)IC 74LS93: Mô tả chức năng: tương tự là IC đếm 16. Có cấu tạo tương tự IC 74LS390 nhưng gồm 2 bộ đếm chia 2 và chia 8. Hình 15: Sơ đồ cấu trúc IC 74LS93 *)IC 74LS193: Mô tả chức năng: IC 74LS193 là IC đếm 4 bit thuận nghịch đồng bộ sử dụng sườn dương của xung vào, gồm 16 chân. Trong đó D0 – D3 là các chân vào dữ liệu song song, Q0 – Q3 là các chân ra. IC có 2 chân vào xung UP và DOWN, khi xuất hiện xung ở chân UP bộ đếm sẽ đếm lên và ở chân DOWN thì bộ đếm sẽ đếm xuống.Chân /TCU và /TCD là các chân tín hiệu luôn ở mức tích cực cao. Khi bộ đếm đếm tới số đếm cực đại là 15 khi xuất hiện sườn dương của xung vào chân ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 19 /TCU sẽ chuyển xuống mức tích cực thấp và duy trì cho đền khi xuất hiên sườn dương của xung vào tiếp theo, tuy nhiên nó sẽ bị giữ chậm lại một chút. Chân MR là chân reset, khi chân này ở mức cao nó sẽ “cấm” các chân vào khác và chốt các chân ra Q0 – Q3 ở mức tích cực thấp. chân PL (prallel load – nạp song song ), khi chân PL và MR ở mức tích cực thấp, giá trị logic của các chân vào dữ liệu song song D0 – D3 sẽ được đưa ra các chân ra Q0 – Q3 mà không cần xung vào. Hình 16: Sơ đồ chân chức năng IC 74LS193 *)IC 74LS191: Mô tả chức năng: IC 74191 là IC đếm nhị phân đồng bộ thuận nghịch, có chức năng tương tự IC 74LS193, nhưng IC 74191 không có chân vào xung để đếm thuận nghịch riêng. Nếu chân D/U ở mức tích cực cao, khi chân CLK có xung vào thì bộ đếm sẽ đếm xuống và nếu chân D/U ở mức tích cực thấp và chân CLK có xung vào thì bộ đếm sẽ đếm lên. ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 20 Hình 17: Sơ đồ chân chức năng IC 74LS191 *)IC 74LS85: Mô tả chức năng: 74LS85 là IC so sánh 4 bit để so sánh 2 số nhị phân A,B; mỗi số được đưa vào song song trên các chân tương ứng là A0 – A3 và B0 – B3. Và IC có các chân ra là A>B,AB,IA<B,IA=B quan hệ giữa các chân được thể hiện như bảng dưới: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 21 Hình 18: bảng chân lý và sơ đồ chân chức năng IC 74LS85 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 22 *)IC 7495: Mô tả chức năng: ic 7495 là thanh ghi dịch 4 bit ra song song, có thể ghi vào nối tiếp và song song đồng bộ . nó có 1 chân vào dữ liệu nối tiếp (SI) và 4 chân vào dữ liệu song song(D0 – D3). Chế độ ghi vào nối tiếp hay song song được điều khiển bởi chân MODE và 2 chân vào xung /SL(/CK1) và /SR(/CK2). khi chân MODE ở mức tích cực cao, thì mỗi sườn âm của xung vào /SR sẽ chuyển dữ liệu từ cổng vào song song (D0 – D3) đến cổng ra (Q0-Q3). Khi chân MODE ở mức tích cực thấp, /SL có xung vào thì mỗi sườn âm của xung vào /SL sẽ chuyển dữ liệu từ chân vào nối tiếp (SI) tới Q0, và dịch từ Q0 – Q1, Q1 – Q2, Q2 – Q3. Hình 19: Sơ đồ chân chức năng IC 74LS95 Ở đây chúng ta có thể thay thế hoàn toàn IC họ 74 (chuẩn TTL) bằng IC họ 40 (chuẩn CMOS) có chức năng tương ứng như 74LS191 bằng 40191, 74LS193 bằng 40193… nhưng vì lý do mô phỏng hoạt động của hệ thống nên trong báo cáo vẫn sử dụng các IC họ 74. Trong báo cáo này để đơn giản chúng ta hạn chế một số chức năng như chỉ lượng xe trên đường không vượt quá 15 xe, sử dụng sensor nhiệt nên chỉ xác định được xe ô tô và xe gắn máy … tuy nhiên việc hoàn thành bài toán với việc nâng cao một số chức năng là không nhiều khó khăn. ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ SỐ NGUYỄN NGỌC BÌNH Page 23 Trong báo cáo còn có nhiều hạn chế do nhiều lý do. Kính mong nhận được sự đóng góp và giúp đỡ của thầy giáo! Tài liệu tham khảo: Digital logic circuit analysis and design – VICTOR P. NELSON …... Data sheet của các IC họ 74 Kỹ thuật số - LÊ XUÂN BẰNG Và một số website chuyên ngành Điện – Điện tử.