Đồ án Thiết kế bộ điều khiển cho động cơ rung gõ trường lọc bụi tĩnh điện

kiÓu 555 ®Æt chung mét vá. 1/4 558 1/4 558 1/4 558 S2 1312S1 3 61 2 C1 8 7 C2 14 1/4 558 Led16 C4 15 1KR8 R4 R7R3R6R2R5R1 +VCC H×nh 2 – 13d H×nh 2.13d lµ s¬ ®å bé ®Þnh thêi gian gåm 4 tÇng ®Æt nèi tiÕp. R5 = R6 = R7 = 4RZ.S1 lµ mét khëi ®éng, S2 lµ nót Reset. Cho R1C1, R2C2, R3C3, R4C4 ®Ó cã thêi gian trÔ mçi tÇng (T1tr = R1C1) nh− mong muèn. Thêi gian trÔ sÏ b»ng tæng thêi gian trÔ cña tÊt c¶ c¸c tÇng. Khi Ên S1 Led sÏ s¸ng trë l¹i. ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 45 B»ng c¸ch kÕt hîp 2 bé ®Þnh thêi gian nh− trªn (1 cho thêi gian nghØ, 1 cho thêi gian lµm viÖc). Víi c¸c logic ®iÒu khiÓn thÝch hîp ta sÏ t¹o ra mét bé ®Þnh thêi gian tæng hîp cho phÐp ®éng c¬ lµm viÖc theo chu k× nh− ý muèn (theo s¬ ®å khèi h×nh 2.13c). S EN RS §iÒu khiÓn Out put B Out put A Trigger Trigger §Þnh thêi lµm nghØ B L«gic ®iÒu khiÓn §Þnh thêi lµm viÖc A H×nh 2-13e §Çu tiªn Ên nót S ®Ó kÝch cho bé ®Þnh thêi lµm viÖc A. Th«ng qua logic ®iÒu khiÓn sÏ ®ãng m¹ch cho ®éng c¬ lµm viÖc, khi hÕt thêi gian lµm viÖc, ®Çu ra output A sÏ xuÊt hiÖn mét xung ©m ng¾t m¹ch ®éng c¬, ®ång thêi ®−a ®Õn kÝch Triggir B ®Ó bé ®Þnh thêi nghØ B b¾t ®Çu ho¹t ®éng. KÕt thóc thêi gian nghØ sÏ xuÊt hiÖn mét xung ©m ë output B Reset l¹i bé ®Þnh thêi lµm viÖc A, b¾t ®Çu mét chu kú míi. 2. §Æc ®iÓm - Cã thÓ t¹o ra mét chu tr×nh nghØ – lµm viÖc rÊt dµi cì hµng giê. - Kh¾c phôc ®−îc viÖc ph¶i dïng c¸c tô ®iÖn trÞ sè qu¸ lín. - §é chÝnh x¸c phôc thuéc nhiÒu vµo c¸c linh kiÖn R1, C1 viÖc tÝnh to¸n R1, C1 ®Ó m¹ch lµm viÖc chÝnh x¸c lµ rÊt khã kh¨n. §Ó t¹o ta c¸c nÊc thêi gian theo yªu cÇu ®ßi hái rÊt nhiÒu thêi gian vµ c«ng søc ®Ó ®iÒu chØnh cÈn thËn c¸c ®iÖn trë R1. - Khi lµm trong ®iÒu kiÖn nÆng lÒ nh− nhiÖt ®é cao, ®é Èm lín sÏ g©y sai sè nhiÒu, m¹ch lµm viÖc æn ®Þnh. ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 46 VII. R¬le thêi gian kiÓu m¹ch sè 1. S¬ ®å khèi §ãng c¾t ®éng c¬ R¬le trung gian Thay ®æi thêi gian nghØ Logic ®iÒu khiÓn §Õm xung nghØ T¹o xung chuÈn Chia tÇn sè §Õm xung lµm viÖc Thay ®æi thêi gian lµm viÖc H×nh 2 – 14 Bé t¹o xung chuÈn: Th«ng th−êng lµ mét m¹ch t¹o xung vu«ng ë tÇn sè cao, yªu cÇu tÇn sè xung ph¶i rÊt æn ®Þnh. Th−êng th× ®· cã mét bé chia tÇn ®Ó ë lèi ra cña khèi nµy tÇn sè chØ cßn 50Hz hoÆc 60Hz. Khèi chia tÇn: Th−êng cã hai bé phËn chia tÇn. - Bé chia lÊy ra tÇn sè 1Hz (chu kú T = 1min) Khèi nµy cã thÓ sö dông c¸c m¹ch chia tÇn b»ng bé ®Õm nhÞ ph©n hoÆc thËp ph©n. Khèi ®Õm xung lµm viÖc vµ ®Õm xung nghØ: Hai khèi nµy cã t¸c ®éng Reset lÉn nhau ®Ó khèi nµy ho¹t ®éng th× khèi kia nghØ. Nã cã thÓ ®−îc x©y dùng tõ c¸c bé phËn ®Õm nhÞ ph©n hoÆc thËp ph©n. Khèi thay ®æi thêi gian lµm viÖc, thêi gian nghØ Thùc chÊt lµ c¸c chuyÓn m¹ch nh»m thay ®æi hÖ sè chia cña c¸c bé ®Õm xung lµm viÖc vµ ®Õm xung nghØ mét c¸ch ®éc lËp. ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 47 Khèi nµy cã thÓ t¸c ®éng trùc tiÕp vµo bé t¹o xung chuÈn hoÆc bé chia xung tuy nhiªn lóc nµy nã sÏ lµm thay ®æi ®ång thêi gian nghØ vµ thêi gian lµm viÖc. Logic ®iÒu khiÓn: Th−êng lµ mét vµi cæng logic thÝch hîp ®Ó t¹o sù t¸c ®éng gi÷a thêi gian nghØ vµ thêi gian lµm viÖc, ngoµi ra nã cßn ®iÒu khiÓn viÖc ®ãng ng¾t r¬le trung gian. R¬le trung gian: Th«ng th−êng lµ lo¹i r¬le ®iÖn tõ dïng dßng mét chiÒu ®iÖn ¸p thÊp (12÷14V) tiÕp ®iÓm chÞu dßng cì 1÷3A cã t¸c dông ®ãng ng¾t cuén d©y c«ng t¾c t¬ cña ®éng c¬. 2. §Æc ®iÓm: Khèi t¹o xung chuÈn quyÕt ®Þnh ®é chÝnh x¸c cña m¹ch. §é chÝnh x¸c chØ phôc thuéc vµo tÇn sè cña bé t¹o xung chuÈn mµ kh«ng phôc thuéc vµo ®iÖn ¸p nguån nu«i vµ linh kiÖn bªn ngoµi. V× m¹ch ho¹t ®éng b»ng nguyªn t¾c xung sè, nªn rÊt Ýt chÞu ¶nh h−ëng cña nhiÔu ®iÖn tõ tõ tr−êng ngoµi. NÕu thiÕt kÕ hîp lý m¹ch sÏ cho mét ®é chÝnh x¸c rÊt cao, cao nhÊt so víi c¸c lo¹i r¬le thêi gian. - ë ®©y, víi mét tÇn sè chuÈn, víi mét chu tr×nh lµm viÖc ®· ®Æt tr−íc th× hÖ sè chia cña c¸c khèi chia tÇn vµ ®Õm xung lµ cè ®Þnh vµ kh«ng thay ®æi. Nh− vËy lµ m¹ch chØ cã hai tr¹ng th¸i hoÆc lµ ch¹y tèt vµ chÝnh x¸c, hoÆc lµ kh«ng ch¹y mµ th«i. Do vËy khi thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o ®¶m b¶o chÝnh x¸c gÇn nh− kh«ng ®Æt ra vÊn ®Ò hiÖu chØnh ®èi víi m¹ch lo¹i nµy. §iÒu ®ã cho phÐp gi¶m bít ®−îc c«ng søc vµ thêi gian l¾p r¸p vµ ®iÒu chØnh ban ®Çu. - VÊn ®Ò söa ch÷a trë nªn hÕt søc ®¬n gi¶n. KiÓm tra xung ngâ ra, tÇng cuèi cña tõng khèi. NÕu khèi nµo kh«ng cã xung th× khèi ®ã ®· háng vµ thùc tÕ chØ viÖc thay IC. NÕu cã sai sè vÒ thêi gian th× h− háng chØ n»m trong khèi t¹o xung chuÈn mµ th«i. ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 48 PhÇn II ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn cho ®éng c¬ ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 49 Ch−¬ng I ThiÕt kÕ chÕ t¹o m¹ch Qua qu¸ tr×nh ph©n tÝch vµ ®¸nh gi¸ c¸c kiÓm m¹ch ®Þnh thêi gian ë ch−¬ng II phÇn I, ta thÊy r»ng r¬le thêi gian ®iÖn tö dïng kü thuËt sè lµ lo¹i r¬le cã nh÷ng ®Æc tÝnh −u viÖt nhÊt. Bëi vËy trong tµi liÖu nµy lµ lùa chän ph−¬ng ¸n thiÕt kÕ lo¹i r¬le thêi gian ®iÖn tö dïng trong kü thuËt sè. I. C¸c yªu cÇu ë ®©y ta ®Ò cËp ®Õn vÊn ®Ò cô thÓ cÇn gi¶i quyÕt cña r¬le ®iÖn tö dïng kü thuËt sè nh»m ®¸p øng ®−îc nhu cÇu c¬ b¶n quy tr×nh lµm viÖc cña ®éng c¬ rung mµ ta ®· nãi ®Õn ch−¬ng 1 phÇn I. 1. ViÖc x©y dùng s¬ ®å r¬le ®iÖn tö kü thuËt sè tr−íc hÕt ph¶i ®¶m b¶o quy tr×nh lµm viÖc cña ®éng c¬ dung – ngâ lµ chÕ ®é lµm viÖc ng¾n h¹n. 2. Víi m¹ch ®iÒu khiÓn ®éng c¬ rung ®¸y tr−êng läc chu kú lµm viÖc lµ: Thêi gian lµm viÖc 4 gi©y 8, 16, 32 gi©y hoÆc liªn tôc. Thêi gian nghØ 4 – 8 – 16 – 22 phót. 3. Ph¶i cã m¹ch ®iÒu khiÓn riªng biÖt cho hai hÖ thèng ®éng c¬ rung gâ ë cùc phãng vµ cùc n¾ng, cã chu kú lµm viÖc lµ: Thêi gian lµm viÖc 4 – 8 – 16 – 32 phót hoÆc liªn tôc Thêi gian nghØ 4 – 8 – 16 – 32 phót 4. C¸c kho¶ng thêi gian nghØ – thêi gian lµm viÖc ph¶i ®−îc ®iÒu hØnh mét c¸ch ®éc lËp víi nhau. 5. Ph¶i cã hÖ thæng chØ thÞ thêi gian nghØ –Thêi gian lµm viÖc. 6. Ph¶i cã tÝnh kÕt hîp gi÷a 3 lo¹i ®iÖn trªn nh»m gi¶m bít nguyªn nh©n do ph¶i chÕ t¹o nhiÒu lo¹i m¹ch in. 3 lo¹i m¹ch in nµy chØ cÇn chÕ t¹o mét lo¹i m¹ch in duy nhÊt. 7. M¹ch ®iÖn sö dông Ýt linh kiÖn nhÊt vµ kh«ng qu¸ phøc t¹p. ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 50 8. Sè ch©n ra cña m¹ch kh«ng qu¸ 15 II. Thµnh lËp s¬ ®å khèi §ãng ng¾t ®éng c¬ §Õn c«ng t¾c t¬ Logic ®iÒu khiÓn ChØ thÞ thêi gian T¹o xung chuÈn 50Hz §Õm thêi gian nghØ §Õm thêi gian lµm viÖc Thay ®æi thêi gian lµm viÖc Chia 1/60 Chia 1/50 T¹o xung chuÈn 50Hz H×nh 1.1 ChuyÓn m¹ch 1SW nh»m gi¶i quyÕt tÝnh kÕt hîp gi÷a m¹ch cã thêi gian lµm viÖc 4 – 32 gi©y víi m¹ch cã thêi gian lµm viÖc 4 – 32 phót. III. Khèi t¹o xung chuÈn 1. T¹o xung b»ng vi m¹ch 555 (h×nh 1.2 ) C¸c gi¸ trÞ RC quyÕt ®Þnh tÇn sè cña xung ra Theo sè liÖu tham kh¶o ‘CÈm nang thùc hµnh vi m¹ch TTL – CMOS” cña t¸c gi¶ Huúnh §øc Th¾ng, víi R bao gåm biÕn trë IOK nèi tiÕp víi ®iÖn trë cè ®Þnh 10K th× C = 4,7μE lóc nµy tÇn sè ra lµ 50Hz ®iÒu chØnh biÕn trë ®Ó cã tÇn sè chÝnh x¸c 50Hz. ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 51 R 10K 10K 1K C 47μF 50Hz +VCC 3 48 7 555 H×nh 1.2 §Æc ®iÓm næi bËt nhÊt cña m¹ch nµy lµ sai sè rÊt lín, nhÊt lµ sai sè cña c¸c linh kiÖn khi nhiÖt ®é, ®é Èm cña m«i tr−êng thay ®æi. VÊn ®Ò ®iÒu chØnh chÝnh x¸c tÇn sè cña m¹ch ®ßi hái ph¶i cã thêi gian vµ tÇn sè kÕ. Do vËy thùc tÕ trong thiÕt kÕ cña ta kh«ng sö dông lo¹i m¹ch nµy. 2. T¹o xung nhÞp tæ hîp chuyªn dïng ®Ó t¹o xung chuÈn trong c¸c VRC Nã ®ßi hái mét th¹ch anh 4,43 MHz kÕt hîp víi mét bé chia tÇn bªn trong IC. Lèi ra sÏ lµ tÇn sè 50Hz phôc vô cho viÖc xö lý h×nh mµu cña VCR. 50Hz Out put 4,43MHz Out put X4,43 +5V 7654321 SWDIVOSCBUFF H×nh 1.3 ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 52 Ch©n 1: Xung 4,43 MHz lÊy ra phôc vô cho viÖc xö lý tÝn hiÖu mµu. Ch©n 2 – 3: M¾c th¹ch anh 4,43MHz Ch©n 5: Lµ xung chuÈn 50Hz Ch©n 6: Lµ ch©n c«ng t¾c ®æi hÖ sè chia cña bé chia tÇn. Khi ch©n 6 nèi 15V th× hÖ sè chia lµ 88600 thùc vËy: I = 886000 10.43,4 6 = 50Hz. ¦u ®iÓm næi bËt nhÊt cña m¹ch nµy lµ ®é chÝnh x¸c rÊt cao víi ®é æn ®Þnh tÇn sè rÊt tèt. Tuy nhiªn ®ßi hái ph¶i cã vi m¹ch chuyªn dïng An6342 vµ th¹ch anh 4,43 MHz nªn rÊt ®¾t tiÒn. Thùc tÕ trong thiÕt kÕ cña ta kh«ng cÇn ®é chÝnh x¸c cao nh− vËy. 3. T¹o xung chuÈn b»ng ®iÖn ¸p l−íi xoay chiÒu 50Hz ThËt vËy chØ cÇn mét m¹ch Trigger biÕn ®æi d¹ng sãng tõ h×nh sin sang xung vu«ng lµ ta cã mét d·y xung chuÈn tÇn sè 50Hz. Do tÇn sè l−íi ®−îc æn ®Þnh ngay tõ m¸y ph¸t vµ cã tÝnh chÊt quèc gia nªn tÇn sè ®Çu cña ta còng lµ 50Hz víi ®é æn ®Þnh tèt. ë ®©y ta sö dông vi m¹ch K§TT 741 m¾c theo kiÓu khuÕch ®¹i ®¶o vßng hë (kh«ng cã håi tiÕp) víi nguån cung cÊp ®¬n cùc +12V 50Hz 10V∼ R1014K7 +12V 2 741 + 4 R1032K2 50Hz 10V∼ R102 10K DZ101 ICV 101 - 741 H×nh 1.4a ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 53 Trong s¬ ®å h×nh 1.4a ta sö dông khuyÕch ®¹i ®¶o v× khi sö dông nguån cung cÊp ®¬n cùc nã cã ®é æn ®Þnh h¬n h¼n bé khuyÕch ®¹i kh«ng ®¶o. Thùc vËy do ®Çu vµo « ®¶o ®−îc nèi t¾t qua R102 – 10K nªn nÕu x¶y ra sù tr«i ®iÓm 0 do nhiÖt ®é th× chØ sù kh¸c kh«ng trªn cùc ®¶o, ®iÒu nµy lµm cho K§TT ë tr¹ng th¸i b·o hoµ ©m lèi ra = OV = GND vµ kh«ng cã sè nhiÔu ë ®Çu ra. DZ101: B¶o vÖ K§TT sao cho ®iÖn ¸p lèi vµo lu«n nhá h¬n ®iÖn ¸p nguån. Khi DZ101 lµ lo¹i 1175V1 th× dßng ng−îc lµ 1mA lóc nµy ¸p trªn 2 ®Çu R101 xÊp xØ 10V = 5,1 V = 5V. Dßng qua R101 coi nh− b»ng dßng ®iÖn qua DZ101 (v× trë kh¸ng vµo cña K§TT rÊt lín) nªn R101 = 5V/1mA = 5kΩ, ta chän 4K7; R102 = 10 K gi¶m sù tr«i ®iÓm 0. R103 = 2K2 b¶o vÖ chèng ng¾n m¹ch ®Çu khi cã sù cè ë c¸c tÇng phÝa sau. * Ho¹t ®éng m¹ch. - Ta vÏ gi¶n ®å thêi gian cña ®iÖn ¸p t¹i cùc ®¶o (ch©n 2) vµ cùc ra (ch©n 6) ®Ó so s¸nh víi ®iÖn ¸p xoay chiÒu ®Çu vµo (h×nh 1.4b) - T¹i b¸n kú (+) cña ®iÖn ¸p xoay chiÒu ®iÖn ¸p t¹i ch©n 2K§TT bÞ h¹n chÕ bëi diode DZ101 vµ chØ lµ 5,1V do vËy t¹i lèi ra (ch©n 6) sÏ lµ 0 V (v× m¹ch khuyÕch ®¹i ®¶o). +12V U∼ -12V +5V1 U Ch©n 2 -0,6V ≈+12V 0V U Ch©n 6 H×nh 1.4b ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 54 T¹i b¸n kú (-) do ®iÖn ¸p ph©n cùc thuËn do vËy ®iÖn ¸p ph©n cùc thuËn do vËy ®iÖn ¸p xoay chiÒu gÇn nh− sôt hoµn toµn trªn R101, chØ cßn ®iÖn ¸p ph©n cùc thuËn rÊt nhá trªn DZ101 vµ ®¨t t¹i ch©n 2K§TT vµo kho¶ng (-0,6÷0,7V). Ta ®· biÕt r»ng khi §KTT lµm viÖc ë chÕ ®é vßng hë th× hÖ sè khuyÕch ®¹i cña nã cì 105 lÇn. ChØ cÇn mËt ®é chªnh ¸p rÊt nhá (200μV) gi÷a hai lèi vµo lµ ®ñ ®Ó dÉn ra ë tr¹ng th¸i b·o hoµ d−¬ng vµ cã ®iÖn ¸p xÊp xØ +12V. Nh− vËy lµ trong mét chu kú ®iÖn ¸p xoay chiÒu 50Hz ë lèi ra ta cã ®iÖn ¸p xung vu«ng tÇn sè 50Hz. §Æc ®iÓm cña m¹ch nµy lµ ®¬n gi¶n mµ vÉn ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c. M¹ch lµm viÖc æn ®Þnh víi d¹ng sãng ®Çu ra lµ xung vu«ng rÊt tèt. Do vËy trong thiÕt kÕ cña ta sÏ chän m¹ch ®iÖn ¸p lµm nhiÖm vô t¹o xung chuÈn. IV. Khèi chia tÇn Trong khèi nµy cã 2 m¹ch chia tÇn: Mét m¹ch chia cho 50 ®Ó cã chu kú xung 1 sec vµ mét m¹ch chia tiÕp cho 60 ®Ó cã chu kú 1 min. 1. C¸ch tÇn dïng vi m¹ch 555. 5÷15V 8 6 7 2 3555 R C §Çu vµo tÇn sè f/n §Çu ra tÇn sè f/n H×nh 1.5 ë ®©y vi m¹ch lµm viÖc nh− mét m¹ch xung, ®−îc khëi ®éng nhê mét xung ®Çu vµo. Trong chu kú ®Þnh thêi gian (T = RC) c¸c xung kh¸c ®Õn kh«ng chÊp nhËn. §Ó cã hÖ sè chia chÝnh x¸c th× c¸c trÞ sè R , C ph¶i chÝnh ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 55 x¸c ®Ó ®¶m b¶o c¸c chu kú ®Þnh thêi kh«ng ®æi. Trong thùc tÕ sai sè cña R , C rÊt lín nªn m¹ch lµm viÖc kÐm æn ®Þnh. 2. Chia tÇn b»ng vi m¹ch 7490. 7490 vµ vi m¹ch ®Õm thËp ph©n m· nhÞ ph©n (BCD) rÊt phæ biÕn sÏ sö dông ®Ó l¾p r¸p c¸c bé ®Õm vµ kh¸ rÎ tiÒn. C¸c ch©n R01, Rg1, Rg2 lµ c¸c phÇn Reset. Vi m¹ch nµy th−êng dïng nhiÒu trong c¸c ®¬n vÞ ®Õm thËp ph©n. tuy chóng cã thÓ thùc hiÖn chøc n¨ng chia tÇn rÊt tèt. Sau ®©y lµ s¬ ®å ch©n vµ b¶ng tr¹ng th¸i ho¹t ®éng cña 7490. 2 3 6 7 10 2 +VCC 50Hz 14 11 10Hz 17490 1/5 2 3 6 7 10 7490 1/10 14 5 +VCC 12 11Hz (T = 1Sec) H×nh 1.6a a. Bé chia tÇn 1/50 §Ó cã bé chia 1/50 ta ghÐp hai bé chia 1/5 vµ 1/10 nh− sau: RESET INPUT RO1 RO2 Rg1 Rg2 Oa Ob Oc Od H H L L L L L L H H X X L L L L X X H H H L L H X L X L count L X L X count L X X L count X L L X count 14 1 INB INA NC 13 2 NO1 OA 12 3 NO2 OD 11 4 NC GND 10 5 VCC OB 9 6 Rg1 OC 8 7 Rg2 7490 ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 56 3 6 7 10 1 2 2 +VCC 5 11Hz 14 3 9 7490 1/6 7490 1/10 2 3 76 10 1 11 14 5 +VCC 12 H×nh 1.6b b. Bé chia 1/60. T−¬ng tù nh− trªn ta ghÐp bé chia 1/60 vµ 1/10 ®Ó cã bé chia 1/60. Nh− vËy lµ b»ng c¸ch sö dông 4 vi m¹ch 7490 ta sÏ cã hai ®Çu ra lµ 1sec vµ 1 min. ¦u ®iÓm cña m¹ch nµy lµ ®é chÝnh x¸c cao, lµm viÖc æn ®Þnh vµ tin cËy. Tuy nhiªn 7490 thuéc hä TTL nªn ®ßi hái ph¶i ®−îc cÊp nguån æn ®Þnh +5V vµ tiªu thô dßng lín. 3. Chia tÇn b»ng IC ®Õn thËp ph©n 4017. 4017 lµ IC ®Õm thËp ph©n. Mét trong 10 ®Çu ra tuÇn tù chuyÓn lªn cao trong khi c¸c ®Çu ra kh¸c thÊp theo xung nhÞp. Vi m¹ch nµy chñ yÕu lµm chøc n¨ng cña bé ®Õm nh−ng ®«i khi còng dïng trong c¸c bé chia. S¬ ®å ch©n vµ b¶ng sù thËt cña 4017 nh− sau: 4017 Q 7 Q Q 6 9 Q Q Q 5 10 OUT Q 4 11 EN Q 3 12 CK Q 2 13 RC Q5 VCC 1 141516 8 GND 1 0 2 6 7 3 9 4 8 RO1 RO2 Rg1 XXH HHL LL LLL XXL H HL L L H H L HHL OPERATION No changer Qo = out = H; Q1 - Qg = 1 H×nh 1.7a ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 57 3 2 7 10 1 5 6 9 11 8 13 16 +VCC 15 RS N 4001 1/4 1/48 CK CK 4017 Q0 14 Q0 H×nh 1.7b a. Bé chia tÇn tõ cho 1 ®Õn cho 10. §©y lµ bé chia tÇn cho c¬ së, hÖ sè chia thay ®æi tõ 1 ®Õn 10 b»ng c«ng t¾c S1 – S10 thùc chÊt nã lµ m¹ch ®Õm ®Õn N vµ lÆp l¹i kÕt víi 2 céng NOR. b. Bé chia tÇn tõ cho 1 ®Õn cho 100. 8 13 4017B Chôc 4017A §¬n vÞ 138 CK 14 3(0) 10(04) 11(09) +Vcc 3(00) 10(50) 11(90) 1/50 4081 1/4 N 4001 1/4CK 1/4CK S H×nh 1.7c ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 58 NÕu ta ghÐp hai vi m¹ch 4017 ®Ó cã sè ®Õm tõ 1 ®Õn 100 råi lÆp l¹i ta sÏ cã bé chia tÇn tõ1 cho ®Õn cho 100. vÝ dô ®é chia tÇn 1/50 nh− h×nh trªn. Trong m¹ch sö dông 2 vi m¹ch 4017A vµ 4017B ghÐp nèi víi nhau nh− mét bé ®Õm thËp ph©n tõ 00 ®Õn 99. Vi m¹ch 4017A ®Õn hµng ®¬n vÞ ch©n 12 (carry not) ®−îc lÊy xung nhÞp cho4017B ®Õn hµng chôc. Nh− vËy sè ®Õm lÊy 50 ra ë ch©n 1 cña 4017B. Tuy nhiªn trªn s¬ ®å ®Ó chia cho 50, hai cöa cña phÇn tö AND l¹i lÊy gi¸ trÞ 09. (ch©n 11 – 4017A) vµ (ch©n 10 – 4017B), nh− vËy sè ®Õm sÏ lµ 497 ta sÏ gi¶i thÝch ®iÒu nµy b»ng gi¶n ®å thêi gian: - - - - - - - - - - - - 1 2 3 49 CK RS= 1/N S N 50 51 H×nh 1.7d Ban ®Çu RS = 1/N = H ®Ó tÊt c¶ ®Çu ra ë møc thÊp (trõ gi¸ trÞ 0; 00 vµ Carry) do vËy S = L, N = L, CK= L Xung thø nhÊt: Do RS = H, nªn bé ®Õm kh«ng lµm viÖc. Khi CK = H do cæng NOR chØ ë møc ch¨m sãc cao khi c¶ hai lèi vµo ®Òu thÊp, nªn 1/N = R/S = L vµ N = L do ®ã S = H vµ gi÷ nguyªn tr¹ng th¸i kÓ c¶ khi CK = L (v× 2 phÇn tö NOR ghÐp thµnh m¹ch RS – FF) Nh− vËy lµ xung ®Çu tiªn chØ cã t¸c dông RS =L ®Ó b¾t ®Çu cho phÐp bé ®Õm lµm viÖc, chø kh«ng kÝch thÝch bé ®Õm. Tõ xung thø 2 ®Õn xung thø 49 (48 xung tiÕp theo) tr¹ng th¸i cña m¹ch kh«ng kh«ng ®æi RS = 1/N = L, N = L vµ S = H ë s−ên nªn c¸c xung thø 50 c¶ hai ®Çu 09 vµ 40 ®Òu chuyÓn lªn H (v× ®· ®¹t ®Õn sè ®Õm ®Õn 49) do ®ã N = H lªn S = L ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 59 Trong khi nã ®−îc nèi víi ch©n 15 (Reset) th× lËp tøc bé ®Õm bÞ xo¸ vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu ®Ó tiÕp tôc chu kú ®Õm míi. H×nh 1.8b lµ gi¶n ®å thêi gian minh ho¹t cho qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña m¹ch víi xung rÊt hÑp. Out 1/5(05)1 4017 RS 15 14CK H×nh 1.8a Out 15 = RS 1 2 3 4 5 CK H×nh 1.8b Khi møc logic cña ch©n 1 lªn H ®¹t møc trigger cña ch©n 15 (reset) qu¸ tr×nh reset x¶y ra tøc kh¾c ®Ó ®Çu ra l¹i chuyÓn vÒ N . Do vËy lèi ra ta cã xung rÊt hÑp, tÇn sè b»ng 1/5 tÇn sè vµo CK . Mét c¸ch gÇn ®óng ®é réng T cña xung ra b»ng thêi gian t−¬ng øng cña ch©n ra . (TõL→H) céng thêi gian reset cña IC . B»ng c¸ch nèi tõng ®«i vi m¹ch 4017 ®Ó thµnh 2 bé ®Õm ®Õn 100 ta sÏ cã 2 bé quÐt 1/50 vµ 1/60 . NÕu tÇn sè CK lµ 50Hz mét c¸ch t−¬ng øng ta cã 2 d·y xung cã chu kú 1 sec vµ 1 min . c. M¹ch ®iÖn thùc tÕ cña hai chia tÇn . S¬ ®å nguyªn lý (h×nh 3-8 c). Trªn s¬ ®å ta thÊy IC 202 lµm nhiÖm vô chia 1/50 ®Ó ®Çu ra lµ xung cã chu kú 1 sec . ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 60 IC 203 vµ IC 204 thùc hiÖn chia 1/60 lèi ra lµ xung cã chu kú lµ 1 min 4 vi m¹ch nµy ®Òu lµ lo¹i 4017. C¸c phÇn tö AND ®Êu song song ë lèi ra sec vµ min lµ c¸c bé ®Öm t¨ng c−êng kh¶ n¨ng chÞu dßng ®Ó cÊp xung cho c¸c khèi phÝa sau mµ xung kh«ng bÞ nhôt (Fan not) ë ®©y ta sö dông vi m¹ch 4081 (4 x AND – 2 Input) – IC 205. Nhê bé ®Õm nµy mµ tÊt c¶ c¸c m¹ch thêi gian kh¸c ®Òu ®−îc xung tõ mét bé t¹o xung 1 sec vµ 2 min duy nhÊt cho phÐp tiÕt kiÖm linh kiÖn vµ thêi gian l¾p r¸p. Víi nh÷ng −u ®iÓm nµy ta sÏ chän m¹ch ®iÖn nµy lµm nhiÖm vô chia tÇn trong thiÕt kÕ cña ta. ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 61 1 2 3 46 5 Sec IC 205 - 4081 14 15 8 13 12 IC 201 16 +12 V CK 50Hz 1 IC 202 14 8 15 16 13 16 14 IC 203 12 15 8 13 13 16 15 8 14 IC 204 IC 205 - 4081 min 12 13 11 109 8 15 H×nh 1.8c ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 62 V. Khèi ®Õm thêi gian mét yªu cÇu 1. Yªu cÇu Yªu cÇu quan träng nhÊt cña khèi nµy lµ ph¶i t¹o ra ®−îc nh÷ng kho¶ng thêi gian lµm viÖc vµ nghØ phï hîp víi c«ng nghÖ. Ngoµi ra c¸c kho¶ng thêi gian nµy cã thÓ ®iÒu chØnh ®−îc ®éc lËp víi nhau. - §éng c¬ cùc phãng vµ cùc n¾ng Lµm viÖc 4-8-16-32 phót hoÆc liªn tôc NghØ 4-8-16-32 phót - §éng c¬ gâ ®¸y tr−êng Lµm viÖc 4-8-16-32 gi©y hoÆc liªn tôc NghØ 4-8-16-32 phót Do cã nh÷ng møc thêi gian kh¸c nhau nªn ph¶i cã hÖ thèng chuyÓn m¹ch b»ng tay ®Æt trªn mÆt tñ ®iÒu khiÓn. V× lÏ ®ã nªn khèi nµy sÏ lµ khèi nhiÒu ®Çu ra nhÊt quyÕt ®Þnh sù h¹n chÕ sè ®Çu ra toµn m¹ch ph¶i < 15. Do vËy khi thiÕt kÕ m¹ch ®iÖn ®Õm thêi gian nghØ vµ lµm viÖc l−u ý ®Õn sè ®Çu ra tèi ®iÖn ¸p cña chuyÓn m¹ch. 2. Nguyªn lý chung Dùa trªn c¸c yªu cÇu ®ã ta x©y dùng khèi cho m¹ch ®Õm thêi gian nh− sau (3-9a). Tõ b¶ng tr¹ng th¸i 4017. Khi ch©n 13(EN) ë møc H th× vi m¹ch 4017 gi÷ nguyªn tr¹ng th¸i (No changer) Ban ®Çu logic khèng chÕ ®Æt RSLV (Reset lµm viÖc) ë møc H ®Ó khái ®Õn thêi gian lµm viÖc (§ lµm viÖc) kh«ng ho¹t ®éng. MÆt kh¸c RSRV (Reset nghØ) ë møc L ®Ó khèi ®Õm thêi gian nghØ b¾t ®Çu ho¹t ®éng (§N). Kho¶ng thêi gian nghØ ®−îc quyÕt ®Þnh bëi SWN. Sau kho¶ng thêi gian nghØ ®Æt tr−íc sÏ lµm chuyÓn møc ®iÓm chung cña SWN dÉn ®Õn ®iÒu khiÓn logic khèng chÕ ®−a tÝn hiÖu dßng ®iÖn cho ®éng c¬ ho¹t ®éng ®ång thêi ®Æt RSLV vÒ møc thÊp cho phÐp khèi ®Õm thêi gian lµm viÖc (§ lµm viÖc) b¾t ®Çu ®Õm. ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 63 Thêi gian lµm viÖc ®−îc ®Æt tr−íc lµ nhê SWRV. Khi § lµm viÖc ®Æt sè ®Õm lèi ra cña nã xuÊt hiÖn mét xung ®iÒu khiÓn logic khèng chÕ qua logic ®iÒu khiÓn c¾t ®iÖn cho ®éng c¬ ngõng ho¹t ®éng ®ång RSLV chuyÓn lªn H, RSN = L ®Ó b¾t ®Çu mét chu kú míi. §Õn logic ®iÒu khiÓn LOGIC khèng chÕ RWN 4 8 32 16 Liªn tôc Xung thêi gian nghØ CK §LV RSN RSLV §LV CK 16 32 8 4 RWLV Xung thêi gian lµm viÖc H×nh 1.9a Dùa trªn s¬ ®å nµy ta lÇn l−ît x©y dùng c¸c kiÓu mÆt thùc hiÖn nh− sau. 3. §Õm thêi gian b»ng vi m¹ch 4017 Ta ®· biÕt r»ng 4017 lµ bé ®Õm thËp ph©n 0÷10. NÕu ghÐp 2 vi m¹ch l¹i ta sÏ cã mét bé ®Õm thËp ph©n tõ 00÷100 a. §Õm thêi gian dïng ghÐp nèi 2IOC4017 S¬ ®å nguyªn lý (h×nh 1.9b) ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 64 TGLV +12V 14 16 15 8 4 5 9 10 16 8 32 4 0 +12V NAND-A NAND-B IC 201 13 12 14 8 13 15 R IC 202 IC 203 IC 204 DLV D301 DN 14 16 15 13 8 12 14 15 4 5 9 10 2 7 +12V NAND-C NAND-D SWN LT 4 8 16 32 32 16 8 4 2 7 0 4 8 16 32 SWLV LT C R TGnghØ OUT H×nh 1.9b ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 65 Ho¹t ®éng cña m¹ch Khi lµm viÖc liªn tôc: C¸c chuyÓn m¹ch SWN vµ SWLV ®Òu ®Æt vµo ®iÖn ¸p +12V lóc ®ã lèi ra cña NANDB lµ H ®Æt bé ®Õm thêi gian nghØ (§N0) ë tr¹ng th¸i xo¸ vµ cÊm xung nhÞp. §ång thêi lèi ra cña NAND-D ë møc H ®Ó cho phÐp khèi logic ®iÒu khiÎn phÝa sau ®ãng ®iÖn cho ®éng c¬ lµm viÖc liªn tôc. ë ®©y c¸c chuyÓn m¹ch SWN vµ SWLV lµ lo¹i chuyÓn m¹ch hai tÇng. Khi lµm viÖc ng¾n h¹n lÆp l¹i: C¸c chuyÓn m¹ch ®Æt tr−íc thêi gian lµm viÖc nghØ cña ®éng c¬. VÝ dô: Lµm viÖc 16 th× chuyÓn m¹ch SWLV ®Æt ë ch©n 5 IC 301 vµ ch©n 2 IC 302, hai ch©n nµy cã gi¸ trÞ 06 vµ 10 trong bé ®Õm thêi gian lµm viÖc. T−¬ng tù SWN ®Æt ë ch©n 5 IC 303 vµ ch©n 2 IC 304 trong bé ®Õm thêi gian nghØ, c¸c gi¸ trÞ nµy gäi lµ c¸c gi¸ trÞ t¸c ®éng (GTT§) Khi míi ®ãng ®iÖn, c¸c tô C ®−îc n¹p qua R nh»m t¹m thêi ®Æt c¸c ch©n 15 (Reset) cña c¸c vi m¹ch ë H ®Ó reset tÊt c¶ c¸c lèi ra ë møc L ®Ó chuÈn bÞ lµm viÖc. C¸c ®ièt D301, D302 chÆn dßng n¹p cña C kh«ng qua c¸c phÇn tö NAND t−¬ng øng. KÕt thóc qu¸ tr×nh reset ban ®Çu do c¸c lçi ra cña IC301, 302, 303, 304 ®Òu ë møc L nªn lèi ra cña NANDC ë møc H ®Æt bé thêi gian lµm viÖc ngõng ho¹t ®éng. Lèi ra cña NANDB ë møc L cho phÐp thêi gian nghØ b¾t ®Çu ®Õm. Khi bé ®Õm thêi gian nghØ ®¹t GTT§ c¸c ®Çu ra cña SWN ®Òu ë møc H qua 2 phÇn tö C vµ D-NAND lèi ra out=H cho phÐp ®éng c¬ lµm viÖc ®ång thêi ®Æt ch©n EN (sè 13) cua §N ë møc H gi÷ nguyªn tr¹ng th¸i lèi ra cña §C, lèi ra cña NANDC sÏ lµ L cho phÐp bé ®Õm thêi gian lµm viÖc b¾t ®Çu ®Õm. Khi bé ®Õm thêi gian lµm viÖc ®¹t gi¸ trÞ t¸c ®éng (GTT§) 2 lèi vµo cña NAND-A ®Ó ®Òu ë møc H, nªn lèi ra cña NAND-B sÏ lµm reset §N vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu, lµm dõng ®éng c¬, ®ång thêi qua phÇn tö NAND-C cã ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 66 lèi ra ë møc H, qua DC302 xo¸ bé § lµm viÖc tr¹ng th¸i ban ®Çu, chuÈn bÞ chu kú ®Õm míi. Trªn s¬ ®å ta thÊy m¹ch ®iÖn ph¶i sö dông tíi 5 vi m¹ch víi 2 bé chuyÓn m¹ch 4 tÇng víi sè ®Çu ra phôc vô cho chuyÓn m¹ch lµ 16. Nh− vËy ®· v−ît qu¸ sè l−îng ch©n ra tíi ®iÖn ¸p lµ 15. Do ®ã s¬ ®å nµy kh«ng phï hîp víi thiÕt kÕ cña ta. b. §Õm thêi gian theo nhãm thêi gian. Ta cã nhËn xÐt lµ chu tr×nh lµm viÖc nghØ cña c¸c ®éng c¬ rung gâ ®Òu lµ béi sè cña (4-8-16-32). Nh− vËy nÕu ta nhãm mét xung ®Çu vµo bé ®Õm cã gi¸ trÞ b»ng 4 ®¬n vÞ thêi gian th× ë ®Çu ra cña mçi bé ®Õm thêi gian, mét ®¬n vÞ thËp ph©n cã gi¸ trÞ t−¬ng ®−¬ng 4 ®¬n vÞ thêi gian. §iÒu nµy cho phÐp ®¬n gi¶n hÖ thèng chuyÓn m¹ch ®i rÊt nhiÒu. Tõ ý t−ëng nµy ta x©y dùng s¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®Õm thêi gian theo nhãm. IC1 vµ IC2 lµm nhiÖm vô chia tÇn cho 4 lo¹i 4017. Do xung CK ë ®Çu vµo hÑp, do vËy xung ®Çu ra Q4 cña IC1 vµ IC2 nÕu ®−a trùc tiÕp vÒ RS th× sÏ kh«ng b¶o ®¶m sù lµm viÖc æn ®Þnh cña m¹ch (theo dâi trªn m¸y OSCILOCOFE cã lóc vi m¹ch lµm viÖc ë tr¹ng th¸i dao ®éng). §Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nµy ta dïng phÇn tö AND-A vµ AND-B ®Ó më réng xung RS gióp cho m¹ch chia tÇn lµm viÖc râ rµng vµ chÝnh x¸c. Lóc nµy ta cã RS1 = CK . Q4 do CK ®−a vµo ch©n EN nªn vi m¹ch tÝch cùc ë s−ên xuèng cña xung, gi¶n ®å m« t¶ qu¸ tr×nh chia tÇn nh− sau: 1 2 43 5 CK RS1 Q4 Q1 H×nh 1.9c ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 67 T¹i s−ên xuèng cña xung thø 4, Q4 chuyÓn lªn møc H sÏ lµm xung kÝch thÝch cho bé ®Õm thêi gian (IC3, IC4). Tuy nhiªn lóc nµy bé chia tÇn ch−a bÞ RS do CK ®· xuèng L. Ph¶i ®îi ®Õn xung 5 ë møc H th× RS1 = CK, Q4 = H Reset bé chia tÇn vÒ L vµ tiÕp tôc mét chu kú míi ë s−ên xuèng cña xung thø 5. VÊn ®Ò ®Æt ra ë ®©y lµ nÕu thêi gian lµm viÖc vµ c¶ thêi gian nghØ kh¸c nhau xa th× ®é réng cña xung Q4 lµ T4 qu¸ lín (khi ®¬n vÞ thêi gian lµ phót th× T4 = 1 phót) sÏ lµm cho bé ®Õm thêi gian lµm viÖc mÊt chÝnh x¸c. Muèn thêi gian T4 nhá, xung ®−a vµo phÇn tö AND-A vµ AND-B ph¶i cã chu kú nhá (cì 1 gi©y). m¹ch ®iÖn nµy cho phÐp bé chuyÓn m¹ch ®¬n gi¶n (tæng céng cã 10 ®Çu d©y phôc vô cho SWN vµ SWLV). Tuy nhiªn vÉn ph¶i dïng vi m¹ch 4017,2 vi m¹ch 4081 vµ 4011. 4. §Õm thêi gian dïng vi m¹ch ®Õm nhÞ ph©n 4 bit 4520. ViÖc sö dông c¸c vi m¹ch cã ®é tÝch cùc cao h¬n sÏ cho phÐp gi¶m ®−îc gi¸ thµnh, kh«ng gian bè trÝ m¹ch vµ thêi gian l¾p r¸p. Vi m¹ch 4520 chøa 2 bé ®Õm nhÞ ph©n trong cïng mét vá 16 ch©n 2 hµng. S¬ ®å ch©n vµ b¶ng tr¹ng th¸i ho¹t ®éng cña 4520 nh− h×nh sau (h×nh 1.10a): GND8 RSA Q1A6 12Q1B 10ENB 14Q3B 13Q2B 15RSB 16VCC 9CKB CK EN RS MODE CountLH LL Count X L Nochange Nochange LX LL H L X X H Nochange CKA1 ENA2 Q1A4 Q0A3 H×nh 1.10a Mçi bé ®Õm trong 4520 lµ bé ®Õm nhÞ ph©n m· ®Çu ra 8421 nh− vËy ta cã nhËn xÐt: Q0: Tõ xung thø nhÊt chuyÓn tr¹ng th¸i 0 → 1 ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 68 Q1: Tõ xung thø nhÊt ®Õn xung thø 2 chuyÓn m¹ch 0 → 1 Q2: Tõ xung thø 2 ®Õn xung thø 3 chuyÓn tr¹ng th¸i 0 → 1 Q3 : Tõ xung thø 7 ®Õn xung thø 8 chuyÓn tr¹ng th¸i 0 → 1 Víi nhËn xÐt nµy ta thÊy r»ng chØ cÇn 2 vi m¹ch 4520 sÏ cho phÐp thiÕt kÕ hai bé ®Õm thêi gian nghØ vµ thêi gian lµm viÖc. Mçi bé ®Õm sÏ gåm 1 vi m¹ch 4520 vµ mét c«ng l«gic kh¸c. Trong ®ã: 1/2 –4520 lµm nhiÖm vô chia tÇn 1/4 lèi ra lµ Q2 lµm xung CK kÝch thÝch cho 1/2-4520 cßn l¹i. Mét nöa cßn l¹i cña 4520 nµy sÏ lÇn l−ît thùc hiÖn ®Õm chia 1, chia 2, chia 4 vµ chia 8 b»ng c¸c chuyÓn m¹ch thêi gian. a. Bé ®Õm thêi gian sö dông 4520 kÕt hîp FFD. ë ®©y FFD chÝnh lµ 1/2 vi m¹ch 4013 vi m¹ch nµy tÝch cùc víi s−ên lªn cña xung CK. S¬ ®å nguyªn lý: C¸c ph©n tö AND lµm nhiÖm vô reset chËm l¹i mét xung nhÞp ®Çu vµo (khi CK=H) ®Ó më réng xung ra cña bé chia 1/4. D1, D2, D3, D4 lµ c¸c m¹ch hoÆc hai cæng vµo t¸c ®éng RS c¶ khi bé ®Õm t−¬ng øng ®¹t gi¸ trÞ t¸c ®éng. C1, C2, R1, R2 lµ m¹ch reset ban ®Çu khi míi cÊp ®iÖn nguån D5, D6 chÆn ®−êng n¹p cña tô qua FF-DD trong s¬ ®å ho¹t ®éng nh− mét bé ®Õm chia hai víi xung ®µu vµo lÊy tõ c¸c SWN vµ SWLV ta cã Q1+1 = diÖn tÝch CK1+1; D=Q trong ®ã t lµ thêi ®iÓm x¸c ®Þnh d÷ liÖu vµo t+1 thêi gian cã xung kÕ tiÕp. Nguyªn lý ho¹t ®éng: - 1/2-4520 lµm nhiÖm vô chia tÇn sè vµo cho 4. Nh− vËy lµ sau 4 xung ®Çu (tÝch cùc ë s−ên xuèng) ®Çu ra Q2 (ch©n 5) sÏ chuyÓn lªn møc cao lóc nµy CK ®· ë møc L. ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 69 - Xung CK tiÕp theo s−ên nªn kh«ng cã t¸c dông, nh−ng møc H cña nã th× AND chuyÓn lªn mét (do c¶ 2 ®Çu vµo b»ng 1) sÏ reset m¹ch chia 1/4 vÒ L. ®Çu ra Q2 xuÊt hiÖn s−ên xuèng cña xung kÝch thÝch bé ®Õm t−¬ng øng. Nh− vËy lµ do t¸c dông cña phÇn tö AND mµ xung RS bÞ ch¹m l¹i mét kho¶ng nhá h¬n chu kú xung ®Çu vµo. §iÒu nµy sÏ lµm t¨ng ®é réng xung ra chia 1 cho 4 ®Ó m¹ch lµm viÖc tin cËy h¬n. Gi¶ sö ban ®Çu: FF – D cã Q = 0, Q = D = 1 do vËy ®Æt ®éng c¬ ë tr¹ng th¸i nghØ RSN = Q = 0; RSlv = Q = 1, lóc nµy chØ cho phÐp bé ®Õm thêi gian nghØ lµm viÖc. Khi bé ®Õm thêi gian nghØ ®¹t gi¸ trÞ t¸c ®éng (®Æt tr−íc b»ng SWN) lèi ra cña SWN chuyÓn lªn møc mét th«ng qua D7 kÝch thÝch FF-D lµm chuyÓn tr¹ng th¸i FF-D lµ Q= 1; Q=D=1 → RS-lv = 0 vµ RSN = 1, xo¸ toµn bé bé ®Õm thêi gian lµm viÖc b¾t ®Çu lµm ho¹t ®éng. Lèi ra Q = 1 sÏ cho phÐp ®éng c¬ lµm viÖc. Khi bé ®Õm thêi gian lµm viÖc ®¹t gi¸ trÞ t¸c ®éng (®Æt tr−íc b»ng SWLV) lèi ra chuyÓn lªn mét sÏ kÝch thÝch FF-D th«ng qua D8, FF-DD sÏ chuyÓn tr¹ng th¸i ®Çu ra ng−îc víi lóc tr−íc tøc lµ Q = 0, Q=1, RSN =1, Reset toµn bé m¹ch ®Õm thêi gian lµm viÖc vÒ 0 vµ cÊm xung nhÞp, bé ®Õm thêi gian nghØ ®−îc phÐp ho¹t ®éng b¾t ®Çu chu kú míi. §Æc ®iÓm : - ¦u ®iÓm: Lµm viÖc ®¬n gi¶n, râ rµng, tin cËy. - Nh−îc ®iÓm: NÕu xung thêi gian vµo lµ phót th× xung reset cho bé chia 1/4 sÏ ®−îc më réng mét phót sÏ lµm mÊt chÝnh x¸c. IC4013 gåm 2 phÇn tö FF-D gi¸ thµnh ®¾t gÊp ®«i 4011 mµ ta chØ sö dông cã 1 phÇn tö FF-D nªn l·ng phÝ. MÆt kh¸c trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ s¬ ®å tæng thÓ vÉn cÇn cã vµi phÇn tö NAND lµm nhiÖm vô ®Öm - ®¶o phôc vô cho c¸c m¹ng kh¸c. ChÝnh v× lÏ ®ã m¹ch ®iÖn nµy sÏ ®−îc hoµn thiÖn ®é chÝnh x¸c ®é tin cËy nh−ng tiÕt kiÖm linh kiÖn. ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 70 b. Bé ®Þnh thêi gian dïng 4520 vµ 4011 S¬ ®å nguyªn lý (h×nh 1.11a) - C¸c phÇn tö AND (1-2-3-4) n»m trong vi m¹ch 4081 – IC301 - IC301 – 4520 ®Õm thêi gian nghØ víi chuyÓn m¹ch thêi gian nghØ SW301 - C301, C302 (μF/25V) vµ R301, R301 (5K6) t¹o dßng n¹p ban ®Çu ®Ó thùc hiÖn Reset khi b¾t ®Çu ®ãng ®iÖn. C¸c ®ièt D303, D306 chÆn ®−êng nÆp cña tô qua IC304-B vµ NAND-1 c¸c ®ièt D301, D302 vµ D304, D305 t¹o thµnh 2 cæng hoÆc hai cöa vµo thùc hiÖn Reset cho IC303A vµ IC304A. ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 71 R 40 2 R 40 1 R 30 2 R 30 4 D 30 6 D 30 5 D 30 2 A N D 4 A N D 3 IC 3 04 IC 3 04 A R 30 1 C 30 1 + V C CIC 3 03 + V C C R 30 3 R 30 8 D 30 2 R 30 7 + V C C C 70 3 C 70 4 IC 3 03 A A N D 2 A N D 1 G N D M in Se c § iÒ u kh iÓ n hi Ón th Þ SW 30 2 SW 30 1 32 168 432 168 4 0 + 12 V 5417161514131211109876 J0 1 1514131211 9 5 7 1 8 16 10 1 15 101413121 1 16 40 7/ 16 5 8 0, 1 1 72 + 12 V R 20 6 N A N D 4 N A N D 3 Q 40 1 N A N D 2 N A N D 1 D 40 1 D 30 3 + V C C + V C C R L 40 1 H×nh 1.11a ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 72 - PhÇn tö AND1 vµ AND3 ®Öm ®Çu vµo cho thêi gian nghØ vµ thêi gian lµm viÖc AND2, AND4 t¹o t¸c ®éng Reset trÔ l¹i 1 sec cho c¸c bé chia 4 IC303A, IC304A. Nh»m më réng xung ra t¨ng c−êng ®é æn ®Þnh cho m¹ch. Ho¹t ®éng cña m¹ch: Gi¶ sö thêi gian nghØ vµ thêi gian lµm viÖc ®Ò lµ 4 phót, hai ®Çu xung thêi gian nghØ vµ lµm viÖc ®Òu lÊy tõ xung 1 min tõ bé chia xung chuÈn. §Çu vµo trÔ cho AND1 vµ AND3 lÊy tõ xung chuÈn 1 sec c¸c chuyÓn m¹ch SW302 ®Òu ë nÊc 4. Thêi ®iÓm ban ®Çu khi ®ãng ®iÖn, c¸c tô C301, C301 n¹p ®iÖn th«ng qua R301, C302 n¹p ®Çy ch©n 15 vµ ch©n 7 cña IC303 chuyÓn xuèng møc thÊp, tuy nhiªn ch©n 15 vµ ch©n 7 cña IC304 vÉn ë møc cao do ®Çu vµo NAND 1 lµ L. Nh− vËy lµ IC 303 ®−îc phÐp lµm viÖc: IC 303 - A chia 1/4 thêi gian nghØ, lèi ra tõ ch©n 5 ®−a vµo ch©n 9 IC 303b lµ bé ®Õm thêi gian nghØ 4 xung vµo, ch©n 5 xuÊt hiÖn s−ên lªn cña 1 xung nghØ. Sau 4 xung ®Çu vµo, s−ên 5 xuÊt hiÖn s−ên lªn cña 1 xung, kÝch kÝch IC 303B (EN) ®Ó gi÷ nguyªn tr¹ng th¸i (Sau khi ®· qua ®¶o NAND1). §ång thêi ®Æt ch©n 7 vµo ch©n 5 cña IC 304 ë møc thÊp, b¾t ®Çu thêi gian lµm viÖc. Lèi ra cña NAND2 lµ H ®−a ®Õn khèi logic ®iÒu khiÓn ®ãng ®iÖn cho ®éng c¬ lµm viÖc. T−¬ng tù nh− vËy: IC304A chia 4 xung thêi gian lµm viÖc ®Çu vµo sau 4 xung xuÊt hiÖn s−ên lªn cña mét xung ë 1 ch©n 5 IC304A kÝch thÝch IC304B ®Õn, lµm chuyÓn møc ®Çu ra cña IC 303 vÒ L, th«ng qua NAND1 ®Æt ch©n 15,7 cñaOIC 304 ë møc 11, c¸c lèi ra Q0 ®Õn Q3 cña IC 304B ®Òu ë L s½n sµng cho mét chu kú ®Õm míi ®ång thêi ®éng c¬ bÞ c¾t ®iÖn do lèi ra cña NAND2 = N. §Ó ý lµ ®ièt D302 lÊy ®iÖn ¸p Reset cho IC 302A tõ chuyÓn m¹ch SWN, ®iÒu nµy cho phÐp bé ®Õm giê thêi gian nghØ ®¹t gi¸ trÞ t¸c ®éng kh«ng ®æi th× kh«ng cho phÐp IC 302 lµm viÖc. NÕu kh«ng sÏ g©y ra viÖc chia kh«ng ®ång thêi cña IC302A vµ IC 304 lµm mÊt chÝnh x¸c. C¬ chÕ RS trÔ cña IC 302 vµ IC 304 nh− sau (Delay RS). ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 73 Theo nguyªn lý quÐt 1/50 vµ 1/60 ta thÊy lµ t¹i s−ên cña xung quÐt 1 sec sÏ lµm xung CK cho bé quÐt 1 min. §Çu ra cña bé quÐt 150 vµ 1 / 60 sÏ chuyÓn møc tõ L ®Õn H cho nªn: - VÒ mÆt ®é réng xung vµ xung min ®Òu nh− nhau (v× ®Òu lµ thêi gian t¨ng vµ thêi gian RS cña cïng mét lo¹i vi m¹ch). - VÒ mÆt thêi ®iÓm: Xung min sÏ ch©m sau xung sec mét kho¶ng thêi gian rÊt nhá (s−ên lªn cña xung sec th× xung min míi b¾t ®Çu ®Õn H). VÏ phãng to vÞ trÝ vµ s−ên cña hai xung min vµ xung sec kÕt hîp víi gi¶n ®å thêi gian cña IC303; IC304 ë h×nh 1.11b. Coi thêi gian t¨ng vµ gi¸ cña c¸c xung nh− nhau, ®é réng cña c¸c xung sec vµ min rÊt nhá h¬n 1 sec lªn gÇn ®óng ®é réng xung t¹i ch©n 5 (chia cho 4 lµ mét sec). 60 120 180 240 432 241 U 1 0 U Min Sec Ch©n 5 IC303 RS 0 H×nh 1.11b Trªn h×nh vÏ ta thÊy lµ ë s−ên xuèng cña xung phót thø 4 (tøc lµ gi©y thø 240 ®· kÕt thóc) ch©n 5 chuyÓn lªn møc mét ph¶i ®Õn møc H cña xung gi©y thø 241 th× lèi ra cöa AND míi lªn møc H vµ xuÊt hiÖn xung RS lµm ch©n 5 l¹i vÒ møc 0. - Khi cÇn ®éng c¬ lµm viÖc liªn tôc, chuyÓn m¹ch SWN ®Æt ë nÊc 0 (tøc nèi víi +12) lËp tøc nèi ra cña NAND - 2 sÏ lu«n ë møc mét cho phÐp ®éng c¬ lµm viÖc. ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 74 §Æc ®iÓm: Ta nhËn xÐt thÊy r»ng m¹ch ®iÖn nµy ®¬n gi¶n, tin cËy lµm viÖc chÝnh x¸c, mÆt kh¸c 1/2 vi m¹ch 4011 lµ hai phÇn tö NAND cßn l¹i, sÏ ®−îc sö dông cho môc ®Ých ®iÒu khiÓn hiÓn thÞ, lªn m¹ch ®iÖn nµy cho phÐp tËn dông tèi ®iÖn ¸p linh kiÖn. V× nh÷ng −u ®iÓm trªn ta sÏ chän m¹ch ®iÖn nµy cho môc ®Ých ®Õn thêi gian nghØ vµ thêi gian lµm viÖc. VI. Khèi logic ®iÒu khiÓn 1. Logic ®iÒu khiÓn ®ãng ng¾t ®éng c¬ §Ó ®ãng ng¾t dßng ®iÖn cho ®éng c¬ ng−êi ta kh«ng thÓ dïng trùc tiÕp c¸c phÇn tö b¸n dÉn ®Ó thùc hiÖn ®iÒu nµy ®−îc v× c¶ dßng vµ ¸p cña phÇn tö b¸n dÉn rÊt nhá. ViÖc ®ãng ng¾t ®éng c¬ trong tr−êng hîp nµy ®−îc thùc hiÖn nhê c¸c c«ng t¾c cã cuén d©y hót ®−îc cÊp ®iÖn ¸p 100 ®Õn 380V. §Ó ®ãng c¾t ®iÖn cho cuén hót c«ng t¾c t¬ cã ®iÖn ¸p cao nh− vËy ph¶i th«ng qua tiÕp ®iÓm cña r¬le nµy th−êng lµ dïng dßng ®iÖn mét chiÒu víi ®iÖn ¸p 12 ®Õn 24V vµ ®−îc ®iÒu khiÓn nhê phÇn tö logic ®iÒu khiÓn ®ãng c¾t ®éng c¬. §¬n gi¶n nhÊt lµ sö dông 1 tranzitor NPN nh− h×nh 1.12a. +VCC +12V D401 RL401 Q401 R402 10K R401 47K Tõ khèi ®Õm thêi gian A H×nh 1.12a ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 75 ë ®©y cã mét vÊn ®Ò ®Æt ra lµ do tiÕp ®iÓm cöa RL 401 trªn cïng mét vØ víi hÖ thèng ®iÒu khiÓn nµy sÏ kh«ng an toµn khi söa ch÷a. Do vËy RL401 ®−îc bè trÝ trªn cïng mét m¶ng víi c¸c r¬le trung gian kh¸c cña hÖ thèng tr−êng läc bôi. RL401 chän lo¹i P-C-22 cña Liªn X« (cò) cã cuén d©y hót sö dông ®iÖn ¸p mét chiÒu 12V, ®iÖn trë 180 «m nªn dßng ®iÖn ®i qua cuén d©y lµ: I= A055,0 180 212 R U =−= Tõ dßng ®iÖn nµy chän lo¹i Tranzistor Q401-C2383 cã ®iÖn ¸p UCEmax= 300V; lcmax = 1,5 A thõa ®ñ ®Ó ®iÒu khiÓn r¬le. - R402 ph©n ¸p cùc gèc æn ®Þnh cho Q401, chän gi¸ trÞ 10K. - R401 lµ ®iÖn trë h¹n chÕ dßng cùc gèc cho Q401. Theo sè liÖu cña c¸c nhµ s¶n xuÊt vi m¹ch CMOS th× ®iÖn ¸p ra cùc ®¹i cña CMOS sÏ thÊp h¬n ®iÖn ¸p nguån kho¶ng 2V chän iB cña Q401 kho¶ng 20mA ®Ó nã b·o hoµ, lóc nµy gi¸ trÞ Ubc = 0,6V do vËy ®iÖn trë R 401 tÝnh nh− sau: R401 = Ω≈ Ω+ −− K5 K10 V6,0 mA20 V6,0)212( Chän R401 = 47K §ièt D101 dËp t¾t c¸c xung tù c¶m cña cuén d©y RL 401 khi Q401 ®ãng më, ®Ó b¶o vÖ Q401. 2. Logic hiÓn thÞ Khèi hiÓn thÞ thêi gian lµm viÖc vµ hiÓn thÞ thêi gian nghØ ph¶i lµm viÖc lÇn l−ît. Muèn vËy ph¶i th«ng qua mét sè phÇn tö logic mµ ë ®©y ta sö dông 2 phÇn tö NADN cßn l¹i cña IC302 - 4011. S¬ ®å logic hiÓn thÞ ë h×nh vÏ 1.12b, 2 phÇn tö NAND ®Æt nèi tiÕp cho ta mét m¹ch ®iÖn kh«ng ®¶o. ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 76 B Tõ c¸c khèi ®Õm thêi gian §Õn khèi hiÓn thÞ LV=0 NghØ =1 NAND4NAND3 h×nh 1.12b VII. Khèi chØ thÞ thêi gian 1.C¸c yªu cÇu a. Khèi chØ thÞ thêi gian ph¶i ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c khi hiÓn thÞ thêi gian b»ng led 7 thanh. b. Ph¶i cã hai hÖ thèng hiÓn thÞ riªng biÖt cho thêi gian nghØ vµ thêi gian lµm viÖc, mçi hÖ thèng hiÓn thÞ 2 digit. c. Khèi hiÓn thÞ thêi gian ®−îc ®Æt trªn mÆt tñ ®iÒu khiÓn ®Ó tiÖn cho viÖc theo dâi vµ vËn hµnh thiÕt bÞ. 2. S¬ ®å nguyªn lý (h×nh 1.13b) Do nhiÖm vô cña khèi nµy lµ hiÓn thÞ thêi gian b»ng c¸c led 7 thanh nªn thùc chÊt nã bao gåm mét bé ®Õm xung BCD kÕt hîp víi bé gi¶i m· BCD phï hîp víi LED 7 thanh. Ngoµi ra ®Ó ®¶m b¶o hiÓn thÞ lÇn l−ît thêi gian nghØ vµ hêi gian lµm viÖc ph¶i cã thªm mét sè phÇn tö logic ®Ó thùc hiÖn chøc n¨ng nµy. - IC502 lµ lo¹i 4518 chøa hai bé BCD trong cïng mét vá 16 ch©n hai hµng s¬ ®å bè trÝ ch©n vµ b¶n tr¹ng th¸i cña nã kh«ng kh¸c g× lo¹i 4520 mµ ta ®· nãi tíi ë khèi thêi gian chØ kh¸c lµ 4518 lµ ®Õm nhÞ ph©n nhãm 10, 4520 ®Õm nhÞ ph©n nhãm 16, do vËy viÖc sö dông 4518 cho phÐp mçi hÖ thèng hiÖn thÞ hai digit chØ cÇn mét vi m¹ch 4518. ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 77 16 1 15 2 14 3 13 4 12 5 11 6 10 7 9 8 VCC B f C g LT a BI b LE c D d A e GND LE: Chèt (khi H) BI: Lµm tèi hiÓn thÞ (khi L) LT: KiÓm tra hiÓn thÞ (khi L) a,b,c,d,e,f,g: Lèi ra hiÓn thÞ 7 thanh cathode chung LE BI D C B A a b c d E f g Display H H X X X X X X X X X X X Chèt X L X X X X L L L L L L L T¾t hiÓn thÞ L H L L L L H H H H H H L 0 L H L L L L H H H H H H L 1 L H L L H L H H L H H L H 2 L H L L L H H H H H H L H 3 L H L H L L L H H L L H H 4 L H L H H H H L H H L H H 5 L H L H H L H L H H H H H 6 L H L H H H H H H L L L L 7 L H H L L L H H H H H H H 8 L H H L L H H H H L L H H 9 L H H L L L L L L L L L L A L H H - - - - - - - Tèi hiÓn thÞ L H H H H H - - - - - - - F a g f b e c d H×nh 1.13a ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 78 1 2 16 3 4 5 6 10 7 1 2 6 16 3 9 15 7xR503 IC 50445 8 11 12 13 14 7 1 2 6 4 5 8 16 3 9 15 7xR504 IC 505 +VCC C301 R501 R501 R502 IC 507 7xR506 15 9 316 8 5 6 2 1 7 14 13 12 11 8 5 IC 506 7xR505 15 9 316 6 2 1 7 10 6 5 4 3 15 7 1 4 4 2 C502 D502 +VCC 15 8 9 1 IC 502 IC 503 8 9 1 3 18 17 5 3 1 TGLV §K TGN GND 12V +VCC D501 7 15 H×nh 1.13b ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 79 IC503 - 4518. IC 540, 505, 506 , 507 lo¹i 4511, thuéc hä CMOS, gi¶i m· BCD ra 7 thanh phï hîp víi led 7 thanh catèt chung. C¸c cæng NAND 1 vµ NAND 2 ho¹t ®éng nh− mét cæng truyÒn sè víi ch©n cho phÐp chuyÒn ë møc H lîi dông tr¹ng th¸i ho¹t ®éng cña cæng nµy ng−êi ta chØ cÇn kh«ng thÕ ch©n EN sÏ cho phÐp xung thêi gian cãp ®−îc truyÒn ®Õn bé ®Õm hay kh«ng. NAND3 lµm nhiÖm vô nghÞch ®¶o tÝn hiÖu tõ logic ®iÒu khiÓn hiÓn thÞ ®Õn ®¶m b¶o hai c«ng truyÒn NAND 1 vµ NAND 2 sÏ cho phÐp xung thêi gian nghØ ®i qua cæng NAND 1 sÏ cho phÐp xung T lµm viÖc ®i mét c¸ch t−¬ng øng, 3 cæng NAND nµy n»m trong vi m¹ch IC 501 lo¹i 4011. - IC 502, IC 503 (4518) ®Õm BCD, xung thêi gian ®−îc ®−a vµo ch©n EN (tÝch cùc ë s−ên xuèng) trong khi ch©n CK- L c¸c ch©n RS ®−îc nèi qua c¸c tô ®iÖn C501, C502 vµ ®iÖn trë R501, R502 nh»m xo¸ sè ®Õm lóc khëi ®éng c¸c ®ièt D501, D502 lÊy ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®Ó RS c¸c bé ®Õm vÒ LLLL t−¬ng øng khi ®i hÕt thêi gian nghØ hoÆc thêi gian lµm viÖc. - §Ó ®¶m b¶o sù tiÖn lîi cho c«ng nh©n vËn hµnh khi theo dâi thêi gian nghØ vµ thêi gian lµm viÖc th× khi hiÓn thÞ thêi gian lµm viÖc th× bé hiÓn thÞ thêi gian nghØ ph¶i t¾t ®i vµ ng−îc l¹i. Dùa vµo b¶n tr¹ng th¸i ho¹t ®éng cña 4511. NÕu ch©n lµm tèi thiÓu hiÓn thÞ BI ë møc thÊp trong khi LT ë møc cao th× sÏ lµm t¨ng hiÓn thÞ. Nh− vËy lµ chØ cÇn ®−a møc logic ®iÒu khiÓn thÝch hîp vµo hai ch©n nµy sÏ thùc hiÖn ®−îc yªu cÇu trªn. C¸c ®iÖn trë ®Öm nèi ra hiÓn thÞ 7 thanh bao gåm 7 x R503.330Ω; 7 x R504.330Ω; 7 x R505.330Ω; 7 x R506.330Ω C¸c ®iÖn trë nµy h¹n chÕ dßng qua LED VIII. Bé chuyÓn m¹ch (SW301, SW302) 1. C¸c yªu cÇu a. Bé chuyÓn m¹ch ph¶i ®¶m b¶o æn ®Þnh, chÝnh x¸c, kh«ng g©y ¶nh h−ëng ®Õn xung ®iÒu khiÓn cña khèi ®Õm ®Õn khèi logic ®iÒu khiÓn. ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 80 b. Thao t¸c nhanh ngän, tin cËy khi sö dông c. C¸c c«ng t¾c chuyÓn m¹ch ®−îc ®Æt trªn mÆt tñ ®iÒu khiÓn ®Ó tiÖn viÖc theo dâi vµ vËn hµnh thiÕt bÞ. d. §¶m b¶o ®é tiÖn nghi 2. Bé chuyÓn m¹ch Trªn thùc tÕ ta cã 2 c¸ch chuyÓn m¹ch: + ChuyÓn m¹ch kh«ng tiÕp ®iÓm (dïng IC) + ChuyÓn m¹ch cã tiÕp ®iÓm (c¬ khÝ) a. ChuyÓn m¹ch cã tiÕp ®iÓm Theo yªu cÇu cña b¶n thiÕt kÕ nµy mét bé chuyÓn m¹ch bao gåm 5 tiÕp ®iÓm trßn xoay khi cÇn ho¹t ®éng ë nÊc tiÕp ®iÓm thêi gian nµo th× vÆn sang tiÕp ®iÓm ®ã. VËn hµnh ®¬n gi¶n vµ rÊt hay ®−îc sö dông hiÖn nay, tuy nhiªn trong b¶n thiÕt kÕ nµy kh«ng dïng lo¹i nµy v× nã cã thÓ g©y nhiÔu xung ®Õn thêi gian dÉn ®Õn sai lÖch qu¸ tr×nh. b. ChuyÓn m¹ch kh«ng tiÕp ®iÓm ë ®©y ta dïng IC chuyÓn m¹ch víi b¶n thiÕt kÕ nµy ta dïng IC 601- 4066. Nã lµ lo¹i vi m¹ch CMOS rÊt ®a n¨ng, c¸c ch©n 13,5,6 vµ 12 ®iÒu khiÓn 4 chuyÓn m¹ch t−¬ng tù. §Ó ®ãng m¹ch nµo ta nèi ch©n ®iÒu khiÓn m¹ch ®ã víi nguån cung cÊp VCC. §iÖn trë th«ng m¹ch lµ 80Ω÷250Ω. §Ó ng¾t chuyÓn m¹ch ta nèi ch©n ®iÒu khiÓn nã víi ®Êt. §iÖn trë ng¾t lµ 109Ω c¸c ch©n vµo ra cã thÓ ho¸n vÞ cho nhau. L−u ý gi¸ trÞ nguån cung cÊp ë hai chÕ ®é (mode) vµ sè (digital), ë ®©y ta dïng chÕ ®é digital nªn nèi ch©n nguån 14 víi +12V cßn ch©n 7 nèi víi ®Êt. C¸c ®Çu A1, B1, C1, Dßng ®iÖn ®−îc ®Êu qua d¾c c¾m vµo 4 ®Çu ra cña bé ®Õm thêi gian 4,8,16,32. C¸c ®Çu A2, B2, C2 d©y dÉn vµ kh«ng ®−îc ®Êu vµo 5 c«ng t¾c Ên ®Ó ®ãng më cho ®Çu ra cña output (Kh«ng, K1, K2, K3, K4) L−u ý: c«ng t¾c Ên (Kh«ng, K1, K2, K3, K4) ph¶i chän lo¹i khi mét c«ng t¾c ho¹t ®éng th× 4 c«ng t¾c kia kh«ng ho¹t ®éng ®−îc, nã ®−îc nèi liªn ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 81 ®éng ®Õn nhau (nghÜa lµ khi Ên 1 trong 5 c«ng t¾c th× c¸c c«ng t¾c kh¸c ë tr¹ng th¸i hë m¹ch d¹ng c«ng t¾c bËp bªnh). C¸c ®iÖn trë R601 cã nhiÖm vô ph©n ¸p vµ gh×m ©m khi kh«ng d−¬ng chän lo¹i ®iÖn trë R601=10K. 3.9. Nguån cung cÊp Trªn thùc tÕ khi ®o dßng ®iÖn tiªu thô cña mét bé ®iÒu khiÓn (ch−a kÓ r¬le bao gåm mét t¹o xung chuÈn vµ mét bé ®Õm thêi gian sÏ xÊp xØ 30mA. Nh− vËy nÕu tÝnh mét c¸ch réng r·i (khi 3 bé ®Õm thêi gian dïng chung mét bé t¹o xung chuÈn) th× mét tr−êng sÏ cã 3 hÖ thèng ®iÒu khiÓn tiªu thô mét dßng ®iÖn 90mA. Nh− phÇn chän r¬le ®· biÕt dßng qua r¬le PC22 lµ 55mA, 3 r¬le sÏ tiªu thô 3*55 = 165 mA, mçi digit chØ thÞ thêi gian tæng dßng ®iÖn cung cÊp cho nã lµ 56*12 = 672mA. Trong ®ã: 10V lµ ®iÖn ¸p nguån cung cÊp (®· trõ ®i ®iÖn ¸p r¬i trong vi m¹ch gi¶i m·). 2V lµ ®iÖn ¸p t¬i trªn mét thanh led T−¬ng tù nh− vËy 3 hÖ thèng vi m¹ch ®Õm vµ gi¶i m· phôc vô cho hÖ thèng hiÓn thÞ tiªu thô mét dßng ®iÖn kho¶ng 210mA cho 23 vi m¹ch (mçi hÖ thèng hiÓn thÞ gåm 2 vi m¹ch 4518, 4 vi m¹ch4511, 1 vin, m¹ch 4011). VËy tæng dßng tiªu thô cùc ®¹i cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®éng c¬ dung vµ gâ tr−êng läc bôi (kÓ c¶ phÇn chØ thÞ) sÏ lµ: l∑ = 90mA + 165mA + 627mA + 210mA = 1,137A §iÒu nµy sÏ ph¶i ®−îc tÝnh ®Õn khi thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p chØnh l−u vµ æn ¸p 12V cung cÊp cho tÊt c¶ c¸c bé phËn ®iÒu khiÓn kh¸c trong tr−êng läc bôi chi tiÕt, vµ còng do sö dông chung nguån DC12V víi c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn kh¸c trong ph¹m vi thiÕt kÕ kh«ng cÇn ph¶i tÝnh biÕn ¸p nguån cung cÊp. ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 82 Ch−¬ng II ThiÕt kÕ m¹ch I. S¬ ®å nguyªn lý toµn m¹ch Qua qu¸ tr×nh ph©n tÝch vµ lùa chän ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ m¹ch ®iÖn s¬ ®å nguyªn lý hÖ thèng tù ®éng ®iÒu khiÓn ®éng c¬ rung gâ tr−êng läc bôi sÏ bao gåm 3 phÇn chÝnh nh− sau: 1. Khèi t¹o xung chuÈn vµ chia tÇn (h×nh 2.1) Khèi nµy bao gåm m¹ch t¹o xung chuÈn vµ sö dông IC 101 - 741C vµ m¹ch chia tÇn ®Ó nèi ra ë xung 1 sec vµ 1 min ®Ó cung cÊp 1 min cho c¶ 3 hÖ thèng ®iÒu khiÓn c¬ cùc phãng vµ bunke. Do dïng chung nh− vËy nªn khèi nµy ®−îc thiÕt kÕ l¾p r¸p trªn cïng mét m¹ch in víi khèi nguån. Khèi nµy cÇn cã 5 ®Çu ra + 12V, GND xung min xung sec vµ 10V. 2. Khèi ®Õm thêi gian vµ ®iÒu khiÓn ®éng c¬ (h×nh 2.2) Bao gåm bé ®Õm thêi gian nghØ, thêi gian lµm viÖc logic ®iÒu khiÓn r¬le vµ ®iÒu khiÓn hiÓn thÞ. Riªng r¬le trung cã ®iÖn ¸p ë tiÕp ®iÓm nªn nã ®−îc ®Æt chung víi khèi r¬le phô thuéc cho c¶ hÖ thèng. C¸c chuyÓn m¹ch ®Æt ë mÆt tñ ®iÒu khiÓn nªn nã cã 10 ®Çu ra phô thuéc nªn nã sÏ cã 10 ®Çu ra phôc vô cho chuyÓn m¹ch, hai ®−êng xung min vµ sec, mét ®−êng ®Õn RN401 mét ®iÒu khiÓn hiÓn thÞ vµ ®−êng VCC=12V. Tæng céng cã 15 ®−êng ra. Riªng ®−êng d©y GND sÏ ®−îc nèi m¸t qua mét sîi d©y riªng g¾n víi vá tñ ®iÒu khiÓn. ViÖc thay ®æi thêi gian lµm viÖc lµ phót hay gi©y ®−îc thùc hiÖn nhê ®¶o cÇu nèi J01 trªn m¹ch in khi l¾p ghÐp linh kiÖn. 3. Khèi hiÓn thÞ thêi gian (h×nh 4-3) Khèi nµy chøa toµn bé hÖ thèng ®Õm, gi¶i m· vµ hiÓn thÞ b»ng LED7 thanh. Tæng céng cã 4 digit, m¹ch in cña khèi nµy ®Æt ë phÝa mÆt tñ ®iÒu ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 83 khiÓn sÏ cã 5 ®Çu d©y phôc vô cho khèi nµy lµ: +VCC, GND thêi gian lµm viÖc thêi gian nghØ ®iÒu khiÓn hiÓn thÞ. G N D A N D 1 A N D 2 IC 3 03 A C 70 4 C 70 3 + V C C R 30 7 D 30 2 R 30 8 R 30 3 + V C C IC 3 03 + V C C C 30 1 R 30 1 IC 3 04 A IC 3 04 A N D 3 A N D 4 D 30 2 D 30 5 D 30 6 R 30 4 R 30 2 R 40 1 R 40 2 R L 40 1 + V C C + V C C D 30 3 D 40 1 N A N D 1 N A N D 2 Q 40 1 N A N D 3 N A N D 4 R 20 6 + 12 V 2 7 1 0, 1 8 5 40 7/ 16 16 11 12 13 14 1 0 15 1 10 16 8 1 7 5 9 11 12 13 14 15 J0 1 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 4 5 + 12 V 0 4 8 1 6 3 2 4 8 1 6 32 SW 30 1 SW 30 2 § iÒ u kh iÓ n hi Ón th Þ Se c M in H×nh 2.1 ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 84 1 2 16 3 4 5 6 10 7 1 2 6 16 3 9 15 7xR503 IC 50445 8 11 12 13 14 7 1 2 6 4 5 8 16 3 9 15 7xR504 IC 505 +VCC C301 R501 R501 R502 IC 507 7xR506 15 9 316 8 5 6 2 1 7 14 13 12 11 8 5 IC 506 7xR505 15 9 316 6 2 1 7 10 6 5 4 3 15 7 1 4 4 2 C502 D502 +VCC 15 8 9 1 IC 502 IC 503 8 9 1 3 18 17 5 3 1 TGLV §K TGN GND 12V +VCC D501 7 15 H×nh 2.2 ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 85 II. C¸c linh kiÖn: Tªn vi m¹ch KÝ hiÖu Sè l−îng Tªn ®iÖn trë KÝ hiÖu Sè l−îng 101 741 1 R101 1/8 201 R307 202 R308 4K7 3 203 R102 204 4017 4 R402 205 R601*4 10K 10 301 4081 2 R103 302 R501 303 4011 2 R502 2K2 3 304 R301 502 4520 2 R302 503 R303 504 4518 2 R304 505 R305 506 R306 5K6 6 507 R401 4K7 1 601 4511 4 R503*7 602 R506*7 501 4006 2 R504*7 330Ω 28 Tô ®iÖn §ièt C301 DZ101 BZY5V1 1 C302 1F/16V 2 D301 C501 D306 C502 0,1F/50 2 D401 C701 D501 C702 D502 IN1415 9 C703 Tranzitor C704 470F/16V 4 Q401 1 ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 86 III. KÕt luËn: §¸nh gi¸ chØ tiªu chÊt l−îng cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ®éng c¬ rung gâ. 1.Kh¶ n¨ng chuyªn m«n ho¸ cao: ChØ cÇn mét lo¹i m¹ch in cã thÓ cho l¾p r¸p c¶ 3 m¹ch ®iÒu khiÓn cho 3 hÖ thèng ®éng c¬ rung – gâ ( cùc l¾ng - cùc phãng - Bunke). 2.TiÕt kiÖm linh kiÖn, sö dông chuyÓn m¹ch Ýt tiÕp ®iÓm nhÊt, phï hîp víi bé gi¾c c¾m cña hÖ thèng cò. Mét bé t¹o xung chuÈn cÇn 4 vi m¹ch 4017, 1 vi m¹ch 741, 1 vi m¹ch 4081. Râ rµng lµ nÕu sö dông mçi m¹ch ®iÒu khiÓn mét bé t¹o xung thêi gian riªng th× cÇn 6x3 = 18 vi m¹ch cho mçi tr−êng. NÕu sö dông mét bé t¹o xung chuÈn cho c¶ 3 hÖ thèng ®éng c¬ trong mét tr−êng th× sÏ tiÕt kiÖm 2 bé t¹o xung (12 vi m¹ch) b lµm mét phÐp tÝnh ®¬n gi¶n, nÕu trung b×nh 1 vi m¹ch gi¸ 3.500 ®ång th× ta tiÕt kiÖm ®−îc 12x3.500= 42.000 ®ång cho mét tr−êng. VËy ta chØ cÇn mét bé xung chuÈn cho c¶ 3 hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®Ó biÕt linh kiÖn mµ vÉn ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c vµ tin cËy cña m¹ch. 3. §é chÝnh x¸c: §¹t ®é chÝnh x¸c cao, sai sè lín nhÊt khi kiÓm tra b»ng ®ång hå bÊm gi©y ®iÖn tö lµ 0,1 sec. Thùc tÕ sai sè nµy kh«ng ®¸ng kÓ vµ nã phô thuéc vµo tÇn sè ®iÖn l−íi quèc gia. 4. Kh¶ n¨ng chèng nhiÔu, ®é tin cËy Do hÖ thèng ®−îc thiÕt kÕ trªn c¬ së c¸c vi m¹ch sè hä CMOS nªn nã mang ®Çy ®ñ c¸c −u ®iÓm cña hä CMOS, ®ã lµ: - C«ng suÊt tiªu t¸n bÐ: ë tr¹ng th¸i tÜnh chØ cÇn 2,5 N cho mçi cæng l«gic. C«ng suÊt nµy bÐ h¬n hä TTL rÊt nhiÒu v× c¸c cæng CMOS ®−îc thiÕt kÕ chØ dÉn ®iÖn khi cã xung CK vµ d÷ liÖu kÝch thÝch. - §iÖn ¸p lµm viÖc thay ®æi mét d¶i rÊt réng tõ 5 ®Õn 15 V-DC, do vËy nã cã thÓ sö dông víi bÊt kú ®iÖn ¸p nguån æn ®Þnh nµo n»m trong d¶i ®ã. ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 87 - TÝnh chèng nhiÔu IC-CMOS chèng nhiÔu rÊt tèt, th−êng lµ 2,25mV cho ®iÖn ¸p cÊp 5V vµ 4,5mV cho ®iÖn ¸p cÊp 10V. Thêi gian trÔ cña CMOS ®ãng vai trß mét bé phËn läc nhiÔu. Xung 10 n¨ng suÊt biÕn mÊt sau mét chuçi c¸c cæng CMOS, nh−ng ng−îc l¹i ®−îc khuyÕch ®¹i sau mét chuçi cæng TTL, chÝnh v× tÝnh chÊt ®Æc biÖt nµy mµ IC-CMOS ®−îc dïng ®Ó thiÕt kÕ c¸c m¹ch ®iÖn cña c¸c thiÕt bÞ c«ng nghiÖp ph¶i ho¹t ®éng trong m«i tr−êng ®Çy nhiÔu ®iÖn-tõ tr−êng. Víi ®iÖn ¸p cÊp 5V CMOS vÉn lµm viÖc b×nh th−êng khi ®iÖn ¸p cÊp mÊt æn ®Þnh hoÆc ®iÖn ¸p nhiÔu ®Õn 1V. - §é tin cËy: Do m¹ch ®iÖn lµm viÖc trªn c¬ së kü thuËt sè nªn ®é tin cËy rÊt cao. Trªn thùc tÕ m¹ch rÊt Ýt h− háng vµ khi h− háng chñ yÕu do s¬ suÊt khi vËn hµnh g©y ch¹m chËp mµ th«i. KiÓu m¹ch nµy chØ cã 2 tr¹ng th¸i: HoÆc lµ ch¹y tèt mäi c¸i b×nh th−êng hoÆc lµ kh«ng ch¹y mµ th«i. Do vËy nÕu vÊn ®Ò hiÖu chØnh ®é chÝnh x¸c cña m¹ch kh«ng ®−îc ®Æt ra ë ®©y, ®iÒu nµy cho phÐp gi¶m bít rÊt nhiÒu c«ng l¾p r¸p, hiÖu chØnh vµ söa ch÷a. §é æn ®Þnh cña m¹ch rÊt cao v× thùc tÕ hÖ sè chia vµ sè ®Õm cña c¸c phÇn tö trong m¹ch kh«ng bÞ ¶nh h−ëng bëi nhiÖt ®é vµ ®é Èm m«i tr−êng khi mµ c¸c ®¹i l−îng nµy n»m trong giíi h¹n cho phÐp. Nh− vËy, m¹ch ®iÖn thiÕt kÕ cña chóng t«i ®¸p øng ®Çy ®ñ c¸c yªu cÇu cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®éng c¬ rung gâ tr−êng läc bôi. V× vËy nã hoµn toµn cã thÓ øng dông tèt trong thùc tÕ. ®å ¸n tèt nghiÖp L−¬ng V¨n Häc 88 Tµi liÖu tham kh¶o 1. KÜ thuËt läc bôi vµ lµm s¹ch khÝ Hoµng Kim C¬ Nhµ xuÊt b¶n Gi¸o Dôc – 1999. 2. khÝ cô ®iÖn Ph¹m V¨n Chíi – Bïi TÝn H÷u – NguyÔn TiÕn T«n Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc kÜ thuËt. 3. kÜ thuËt ®iÖn tö §ç Xu©n Thô (chñ biªn). Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc kÜ thuËt. 4. kÜ thuËt m¹ch ®iÖn tö Ph¹m Minh Hµ Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc kÜ thuËt – 1997. 5. kÜ thuËt ®iÖn tö sè øng dông Vâ TrÝ An Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc kÜ thuËt.