BÁO CÁO ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ ĐÈN CHO NGÃ 4 GIAO THÔNG DÙNG IC SỐ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Đề tài: Thiết kế Mạch đèn giao thông
Yêu cầu:
+ Dùng IC số.
+ Thiết kế đèn cho ngã 4 giao thông.

GVHD:
HUỲNH KIM HOA

SV THỰC HIỆN:
HỒ PHƯỚC NGUYÊN
MSSV: B1806929


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG IC SỐ .......1
1.1

MỤC ĐÍCH ........................................................................................................1

1.2

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG IC SỐ ........1

1.3

CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG TRONG MẠCH ..............................2

1.3.1

IC 74192 ......................................................................................................2

1.3.2

IC 4017 ........................................................................................................2

1.3.3

IC Ne555 .....................................................................................................2

1.3.4

IC 7447 ........................................................................................................3

1.3.5

IC7432 .........................................................................................................3

1.3.5

IC 7414 ........................................................................................................3

1.3.6

Điện trở........................................................................................................3

1.3.7

Tụ điện.........................................................................................................4

1.3.8

LED 7 đoạn .................................................................................................4

1.3.9

LED .............................................................................................................5

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH ................................................................................6
2.1 SƠ ĐỒ KHỐI ........................................................................................................6
2.2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN: ..............................................................6
2.2.1 Phương pháp thực hiện: ..................................................................................6
2.2.2 Các nhóm đèn đường ......................................................................................7
2.2.3 Ta có bảng trạng thái: .....................................................................................7
2.3 SƠ ĐỒ MẠCH ......................................................................................................8
2.4 CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI TRONG SƠ ĐỒ MẠCH VÀ CHỨC ..........8
NĂNG CỦA CÁC LINH KIỆN ..................................................................................8
2.4.1 Khối nguồn .....................................................................................................8
2.4.2 Khối tạo xung tự động ....................................................................................8
2.4.3 Khối tạo xung bằng tay...................................................................................9
2.4.4 Khối đếm ........................................................................................................9


2.4.5 Khối giải mã .................................................................................................10

2.4.6 Khối hiển thị .................................................................................................10
2.5 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH .......................................................10
CHƯƠNG 3: THỰC THI PHÀN CỨNG ..................................................................12
3.1 MẠCH IN MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PROTUES: ................................12
3.2 MẠCH THỰC TẾ ...............................................................................................13
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...............................................15
4.1 KẾT LUẬN .........................................................................................................15
4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ......................................................................................15
TÀI LIỆU THAM KHẢO


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 IC 74192 ..........................................................................................................2
Hình 1.2 IC 4017 ............................................................................................................2
Hình 1.4 IC 7447 ............................................................................................................3
Hình 1.5 IC 7432 ............................................................................................................3
Hình 1.6 IC 7414 ............................................................................................................3
Hình 1.7 Điện trở ...........................................................................................................4
Hình 1.8 Tụ điện ............................................................................................................4
Hình 1.9 LED 7 đoạn .....................................................................................................4
Hình 1.10 LED ...............................................................................................................5
Hình 2.1 Sơ đồ mạch đèn ngã tư giao thông dùng IC số............................................8
Hình 2.2 Khối tạo xung tự động ...................................................................................8
Hình 2.3 Khối tạo xung bằng tay .................................................................................9
Hình 2.4 Khối đếm .........................................................................................................9
Hình 2.5 Khối giải mã nhóm đường 1........................................................................10
Hình 2.7 Khối hiển thị .................................................................................................10
Hình 3.1 Mạch in khối tạo xung tự động và các IC số .............................................12
Hình 3.2 Mạch in khối hiển thị và khối giải mã........................................................12

Hình 3.3 Mạch tạo xung và các IC số (mặt trước) ...................................................13
Hình 3.4 Mạch tạo xung và các IC số (mặt sau) .......................................................13
Hình 3.5 Mạch đèn và các IC giải mã (mặt trước) ...................................................14
Hình 3.6 Mạch đèn và các IC giải mã (mặt sau) .......................................................14


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

IC

integrated circuit

LED

Light-Emitting-Diode


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
VỀ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG IC SỐ

1.1 MỤC ĐÍCH

Vấn đề về an tồn giao thơng là một trong những vấn đề quan trọng của
mỗi quốc gia trên thế giới. Đặc biệt là ở Việt Nam, một quốc gia có lượng
phương tiện và mạng lưới giao thơng dày đặc. Do đó việc điều tiết giao thơng
là vơ cùng cần thiết và để làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong
thực tế của môn Mạch số, được sự phân cơng và hướng dẫn tận tình của cô
Huỳnh Kim Hoa, đề tài “thiết kế mạch đèn cho ngã 4 giao thông dùng IC
số” đã được ra đời. Nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của em
cịn có hạn nên sẽ khơng thể tránh khỏi những sai sót. Em rất mong được sự

giúp đỡ & tham khảo ý kiến của cơ nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài.
1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠCH ĐÈN GIAO THƠNG DÙNG IC SỐ

Mạch đèn giao thơng dùng IC số mô tả lại cách thức hoạt động của một
trụ đèn giao thơng ngồi thực tế với bảng hiển thị thời gian 2 chữ số và 3
đèn hiệu lệnh ( xanh, đỏ, vàng). Do sử dụng các linh kiện chính trong mạch
là IC số nên mạch chỉ có thể mơ tả lại được 1 chế độ duy nhất ( thời gian
hiển thị không thay đổi được sau khi thiết đặt ) so với nhiều chế độ của một
trụ đèn giao thông thực tế.

1


1.3 CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG TRONG MẠCH
1.3.1 IC 74192
IC 74192 là loại IC số dùng để đếm nhị phân ( cách thức hoạt động tương tự một bộ
đếm bất đồng bộ). Ngồi khả năng đếm tiến thì IC 74192 cịn có thể đếm lùi.

Hình 1.1 IC 74192
1.3.2 IC 4017
IC 4017 là loại IC số dùng để đếm thập phân ( hệ 10) với 10 ngõ ra tín hiệu thay đổi
tuần tự theo xung clock mà ta đưa vào IC

Hình 1.2 IC 4017
1.3.3 IC Ne555
IC 555 là loại IC số được dùng khá phổ biến trong các mạch điện tử với rất nhiều ứng
dụng như tạo xung, đóng cắt,…

Hình 1.3 NE555

2


1.3.4 IC 7447
IC SN7447AN là IC giải mã giành riêng cho LED 7 đoạn anode chung. IC SN7447AN
chuyển đổi từ mã BCD sang mã LED 7 đoạn anode chung. Ứng dụng khi ta cần hiện thị
số trên LED 7 đoạn trong mạch số

Hình 1.4 IC 7447
1.3.5 IC7432
IC số 74HC32 là loại IC số được tích hợp cổng logic OR

Hình 1.5 IC 7432
1.3.5 IC 7414
IC số 74HC14 là loại IC số được tích hợp cổng logic NOT

Hình 1.6 IC 7414
1.3.6 Điện trở
Điện trở là loại linh kiện điện tử được dùng rất phổ biến trong cách mạch điện tử

3


ngày nay. Chức năng của điện trở là cản trở dịng điện chạy trong mạch

Hình 1.7 Điện trở
1.3.7 Tụ điện
Tụ điện là loại linh kiện điện tử được dùng phổ biến trong các mạch điện tử ngày
nay. Với khả năng nạp xả điện áp, tụ điện thường được sử dụng để làm phẳng điện
áp nguồn hay dùng để lọc nhiễu trong các mạch tần số thấp.

Hình 1.8 Tụ điện
1.3.8 LED 7 đoạn
LED 7 đoạn là loại linh kiện điện tử được cấu tạo từ các LED nối chung chân lại
với nhau dùng để hiện thị số. Dựa vào chân nối chung với nhau mà ta có hai loại
LED 7 đoạn là anode chung và cathode chung.

Hình 1.9 LED 7 đoạn

4


1.3.9 LED
LED ( viết tắt từ Light Emitting Diode) là loại diode có khả năng đặc biệt phát ra
ánh sáng. Ánh sáng mà diode phát ra có thể có nhiều màu khác nhau tuỳ thuộc vào
chất liệu hoá học trong LED.

Hình 1.10 LED

5


CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH
2.1 SƠ ĐỒ KHỐI
KHỐI
NGUỒN

KHỐI TẠO
XUNG

KHỐI ĐẾM

KHỐI HIỂN
THỊ

KHỐI GIẢI MÃ

Mạch đèn giao thông dùng IC số gồm 5 khối:
- Khối nguồn.
- Khối tạo xung.
- Khối đếm.
- Khối giải mã.
- Khối hiển thị.
2.2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN:
2.2.1 Phương pháp thực hiện:

- Chuẩn bị: Các IC: 74HC4017, 74HC192, 74HC47, 74HC32, 74HC14, NE555,
đèn LED đơn màu (đỏ, vàng, xanh) , đèn LED 7 đoạn, nút nhấn, tụ điện, điện trở,
nguồn 5V.
- Cách thức thực hiện:
+ Ráp mạch mô phỏng trên protues
+ Ráp mạch thực tế
+ Cấp nguồn, cấp xung
+ Kiểm tra mạch và hoạt động của mạch

6


2.2.2 Các nhóm đèn đường

Theo nguyên tắc ở giao lộ ngã tư có hai đường giao nhau nên ta chia làm 2 nhóm
đèn đường
− Đường 1: Đ1, X1, V1
− Đường 2: Đ2, X2, V2
Thời gian sáng của các đèn:
Đ1: 30s

X2: 25s

X1: 25s

V2: 5s

V1: 5s

Đ2: 30s

2.2.3 Ta có bảng trạng thái:
− Đường 1:
74HC4017

7SEG_1

7SEG_2

Q0

Q1

Q2

D2

D1

D0

D2

D1

D0

1

0

0

0

1

1

0

0

0

30s

0

1

0

0

1

0

1

0

1

25s

0

0

1

0

0

0

1

0

1

5s

D2= 0
D1= Q0 + Q1
D0= Q0

D2= Q1+ Q2
D1= 0
D0= Q1 + Q2

7SEG_1

7SEG_2

− Đường 2:
74HC4017
Q0

Q1

Q2

D2

D1

D0

D2

D1

D0

1

0

0

0

1

0

1

0

1

25s

0

1

0

0

0

0

1

0

1

5s

0

0

1

0

1

1

0

0

0

30s

D2= 0
D1= Q2 + Q0
D0= Q2

D2= Q0 + Q1
D1= 0
D0= Q0 + Q1

7


2.3 SƠ ĐỒ MẠCH

Hình 2.1 Sơ đồ mạch đèn ngã tư giao thông dùng IC số
2.4 CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI TRONG SƠ ĐỒ MẠCH VÀ CHỨC

NĂNG CỦA CÁC LINH KIỆN
2.4.1 Khối nguồn
Có chức năng cung cấp điện áp cho toàn bộ mạch hoạt động.
2.4.2 Khối tạo xung tự động
Do mạch đồ án giống như một mạch đếm nên ta cần phải cung cấp xung clock cho
mạch thì các IC đếm mới hoạt động được. Vì vậy trong khối tạo xung này ta sử
dụng IC 555 làm linh kiện chính kết hợp với các tụ điện và điện trở, tạo ra
xung clock.

Hình 2.2 Khối tạo xung tự động
8


2.4.3 Khối tạo xung bằng tay
Tương tự như khối tạo xung tự động, khối tạo xung bằng tay sử dụng các cổng logic kết
hợp với điện trở, nút nhấn tạo xung clock cấp cho mạch hoạt động.

Hình 2.3 Khối tạo xung bằng tay
2.4.4 Khối đếm
Khối đếm có chức năng nhận tín hiệu xung clock từ khối tạo xung, thực hiện các
phép toán logic và đưa kết quả sang khối giải mã.

Hình 2.4 Khối đếm

9


2.4.5 Khối giải mã
Khối giải mã có chức năng nhân tín hiệu từ khối đếm, chuyển từ mã nhị phân sang mã
LED 7 đoạn để hiển thị kết quả. Các ngõ ra của IC 7447 nối với các điện trở để hạn chế

dòng điện đi qua khối hiển thị nhằm hạn chế trường hợp cháy LED 7 đoạn

Hình 2.5 Khối giải mã nhóm đường 1

Hình 2.6 Khối giải mã nhóm đường 2

2.4.6 Khối hiển thị
Khối hiển thị có chức năng hiển thị kết quả sau khi được nhận dữ liệu giải mã từ
khối giải mã.

Hình 2.7 Khối hiển thị
2.5 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH
10


Khi ta cấp nguồn cho mạch khối tạo xung sẽ thực hiện nhiệm vụ tạo ra xung clock
để đưa vào khối đếm. Tại đây các IC đếm và IC tích hợp cổng logic thực hiện các phép
toán logic và đưa tín hiệu sau khi xử lí xong sang khối giải mã. Khối giải mã
chuyển từ hệ mã nhị phân sang mã của LED 7 đoạn và hiển thị thông tin trên LED 7
đoạn, còn các LED đơn hiển thị các đèn giao thông thông qua ngõ ra của IC 4017 ở
khối đếm.

11


CHƯƠNG 3: THỰC THI PHÀN CỨNG

3.1 MẠCH IN MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PROTUES:

Hình 3.1 Mạch in khối tạo xung tự động và các IC số

Hình 3.2 Mạch in khối hiển thị và khối giải mã

12


3.2 MẠCH THỰC TẾ

Hình 3.3 Mạch tạo xung và các IC số (mặt trước)

Hình 3.4 Mạch tạo xung và các IC số (mặt sau)

13


Hình 3.5 Mạch đèn và các IC giải mã (mặt trước)

Hình 3.6 Mạch đèn và các IC giải mã (mặt sau)

14


CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN

4.1 KẾT LUẬN
- Mạch chạy nhưng nhiễu chạy không đúng với thực tế
- Những khó khăn gặp phải khi thực hiện:
+ Yêu cầu của mạch điều khiển sử dụng tồn bộ IC số.
+ Vì vậy việc tránh được xung nhiễu là vấn đề rất khó khăn để mạch có thể hoạt động
được.

- Một số nguyên nhân :
+ Các mối hàn không được chặt, các đường mạch khơng được đều do q trình thiết
kế gia cơng mạch.
+ Sử dụng nguồn 5V cho tồn bộ hệ thống bằng máy biến áp (qua chỉnh lưu và ổn áp
nguồn).Tuy nhiên, xụt áp trên IC và led 7 đoạn, dịng cung cấp của nguồn cho tồn bộ
hệ thống khơng đủ do đó tín hiệu đèn điểu khiển có thể không chuyển trạng thái theo
đúng trạng thái của bộ đếm, và các đèn led hiển thị sáng yếu.
4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN
- Trên cơ sở thiết kế mạch điều khiển đèn giao thơng ngã tư, chúng ta có thể mở rộng
mơ hình điều khiển với nhiều hướng khác như điều khiển khu giao nhau của nhiều làn
đường.
- Ngoài ra ta cũng có thể thiết kế một bộ điền khiển đèn giao thông ưu tiên xe cơ giới
hoặc ưu tiên cho người đi bộ.

15


TÀI LIỆU THAM KHẢO

Bài giảng mạch số - Trần Hữu Danh
Bài giảng kỹ thuật số - Nguyễn Trung Lập
Alldatasheet.com

16