THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
-------------------------------

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
NGÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM
GVHD : PHẠM HUỲNH THẾ
SVTH: Bùi Xuân Hiếu
LỚP:

CĐ

ĐĐT

20F
MSSV:0303201535
SVTH: Nguyễn Tuấn Anh
LỚP:

CĐ

ĐĐT

20F
MSSV: 0303201513

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN
Họ tên sinh viên1: Bùi Xuân Hiếu
Lớp CĐ Đ-ĐT20F

MSSV:0303201535

Họ tên sinh viên2: Nguyễn Tuấn Anh
Lớp CĐ Đ-ĐT20F

MSSV:0303201513

Tên đề tài: Thiết kế mạch đếm sản phẩm sử dụng IC4511 và IC4518

Tuần/ngày
Tuần 1

Nội dung
-Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ
án, tiến hành chọn đồ án.
- GVHD tiến hành xét duyệt đề tài

Tuần 2

Viết tóm tắt yêu cầu đề tài đã chọn: đề tài làm
cái gì, nội dung thiết kế, các thơng số giới hạn của đề
tài

Tuần 3

Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức

năng các khối

Tuần 4
Tuần 5

- Tiến hành tính tốn để lựa chọn linh kiện
- Thiết kế sơ đồ mạch, giải thích ngun lý hoạt
động của mạch
- Mơ phỏng mạch

Tuần 6

- Vẽ mạch in (PCB)

Tuần 7

- Tiến hành thi công mạch
- Kiểm tra mạch thi công
- Viết báo cáo những nội dung đã làm

Tuần 8

Hoàn thiện báo cáo và gởi cho GVHD để xem
xét góp ý lần cuối trước khi in và báo cáo

Tuần 9

Nộp quyển báo cáo và báo cáo đề tài

Tuần 10

Làm slide (6-10 cái), báo cáo với GVHD

Xác nhận GVHD


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do chúng em thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Phạm Huỳnh Thế dựa
vào một số tài liệu trước đó và khơng sao chép từ tài liệu hay cơng trình đã có trước đó.
Sinh viên thực hiện đồ án
Bùi Xuân Hiếu

Nguyễn Tuấn Anh


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành tốt Đồ án tốt nghiệp, đầu tiên chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành
đến q Thầy cơ Khoa Điện - Điện Tử nói chung và các thầy cô trong bộ môn Điện Tử
Công nói riêng đã truyền đạt cho chúng em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong
suốt quá trình học tập.
Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Phạm Huỳnh Thế Giảng viên Bộ môn
Điện Tử Công Nghiệp đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ, tạo điều kiện để chúng em hoàn
thành tốt đề tài
Với lượng kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, đồ án này của nhóm
em khơng thể tránh được những thiếu sót. Rất mong nhận được sự chỉ bảo,
đóng góp ý kiến của các thầy cơ để nhóm thực hiện khắc phục, nâng cao kiến
thức để thực hiện tốt hơn cho đồ án tốt nghiệp sắp tới.
Sinh viên thực hiện đồ án
Bùi Xuân Hiếu

Nguyễn Tuấn Anh


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Về tinh thần và thái độ làm việc của sinh viên:
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
Kết quả đạt được của đồ án:
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
Những hạn chết của đồ án:
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
TP, HCM ngày…...tháng...…
năm 2022
Giáo viên hướng dẫn
(GV ký và ghi rõ họ tên)


MỤC LỤC

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1
1.2
1.3
1.4

Mục tiêu đề tài...................................................................1
Phương pháp nghiên cứu...................................................1
Đặt vấn đề.........................................................................1
Ưu và nhược điểm của mạch.............................................1

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Nguyên lý hoạt động.................................................................................2
2.2 Các loại linh kiện.......................................................................................2
2.2.1 IC 4093...................................................................................................2
2.2.2 IC 4511...................................................................................................4
2.2.3 IC 4518...................................................................................................5
2.2.4 Diode quang...........................................................................................9
2.2.5 Led phát hồng ngoại...............................................................................9
Chương 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ
3.1 Sơ đồ khối và các chức năng.....................................................................10
3.1.1 Khối cảm biến........................................................................................10
3.1.2 Khối đếm................................................................................................10
3.1.3 Khối giải mã...........................................................................................11
3.1.4 Khối hiển thị...........................................................................................11
3.2Mơ phỏng mạch..........................................................................................11
3.3 Tính toán lựa chọn linh kiện .....................................................................11
3.4 Nguyên lý hoạt động của mạch.................................................................13
3.5 Vẽ mạch in (PCB).....................................................................................13
Chương 4: KẾT QUẢ GHI NHẬN..................................................................................14

MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Sơ đồ chân của IC4093..................................................................................3
Hình 2.2 Sơ đồ chân của IC 4511 ................................................................................4
Hình 2.3 Sơ đồ chân của IC 4518 ................................................................................7
Hình 2.4 Diode quang...................................................................................................9
Hình 2.5 Led thu hồng ngoại .......................................................................................9
Hình 3.1 Sơ đồ khối .....................................................................................................10
Hình 3.2 Sơ đồ mạch in...............................................................................................13
Hình 4.1 Mặt trước của mạch.......................................................................................14
Hình 4.2 Mặt sau của mạch .........................................................................................14


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2.1. Thông tin các chân của IC4093..........................................................................4
Bảng 2.2 Thông tin các chân của IC4511 ..........................................................................5
Bảng 2.3 Thông tin các chân của IC4518

8


MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518
`
CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN
1.1. Mục tiêu đề tài
Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp cho các nhà máy đếm được các sản
phẩm mà máy tạo ra một cách đơn giản, chính xác mà khơng cần tốn sức của cơng
nhân. Có thể đếm được nhiều sản phẩm, với số lượng lớn tùy theo yêu cầu của người

mua, hay người sử dụng. Yêu cầu của mạch đếm sản phẩm là chạy một cách chính xác,
ổn định gọn nhẹ dễ lắp đặt, dễ sử dụng, gia thành rẻ và ít tốn diện năng tiêu thụ.

1.2. Phương pháp nghiên cứu
Để tìm hiểu cách thức hoạt động của “Mạch đếm sản phẩm” này cần khảo sát
các linh kiện sau: IC 4511, IC 4518, IC 4093, Diode Quang.

1.3. Đặt vấn đề
Trong kỷ nguyên công nghệ như hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của
khoa học và kỹ thuật thì mơ hình đếm sản phẩm, băng truyền đếm sản phẩm đã được
thiết áp dụng tại Việt Nam, nhằm giúp con người giảm bớt chi phí nhân cơng, quản lí,
cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin. Mơ hình đếm sản phẩm tự động giúp giảm
bớt nhiều sức lao động và thời gian, giúp tăng hiệu quả lao động, đồng thời đảm bảo độ
chính xác cao. Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì tự động hóa hồn
tồm chưa được áp dụng vào những khâu đếm sản phẩm đóng bao bì mà vẫn cịn sử
dựng nhân cơng. Từ những điều trên chúng em quyết định thiết kế mơ hình đếm sản
phẩm vì nó gần gũi với thực tế

1.4. Ưu và nhược điểm của mạch đếm sản phẩm
Ưu điểm: mạch đơn giản, gọn nhẹ, hoạt động ổn định, chính xác, dễ lắp đặt và sửa
chữa. Mạch đếm sản phẩm hoạt động với dòng điện một chiều ít hao tốn nhiều năng
lượng
Nhược điểm: tín hiệu hồng ngoại từ led phát không đủ mạnh để truyền đi xa trong
không gian nên để led thu hoạt động một cách mạnh và ổn định nhất thì khoảng cách từ
led thu và led phát khơng q xa chính vì vậy sản phẩm được đếm khơng q lớn và chỉ
đếm được sản phẩm có kích thước nhỏ.
Tp.Hồ Chí Minh 7/2022

9

MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518
`
CHƯƠNG 2.

CƠ SƠ LÝ THUYẾT
2.1. Nguyên lý hoạt động
Dựa trên nguyên tắc phát và thu. Sóng hồng ngoại từ led phát và led thu tạo ra tín
hiệu xung với 2 mức thấp (0V) và mức cao (5V) để cấp cho chân nhận xung CLOCK
của IC đếm (IC4518)
IC4518 có nghiệm vụ đếm số xung CLOCK ở ngõ vào và chuyển đổi thành tín
hiệu thuộc hệ số nhị phân ở ngõ ra và cấp cho ngõ vào của IC giải mã (IC 4511).
IC4511 có chức năng chuyển đổi mã số từ số nhị phân thành mã số thập phân tại
ngõ ra và cấp cho led 7 đoạn hiển thị

2.2. Các loại linh kiện
2.2.1. IC 4093
Là cổng NAND 2 đầu vào gói bốn vì nó chứa bốn cổng NAND 2 đầu vào độc lập
với hoạt động kích hoạt Schmitt. IC hoạt động ở các mức điện áp khác nhau và có thể
tiêu thụ dịng điện tối đa 1uA khi hoạt động ở 18V DC.
Thông số kỹ thuật:
Điện áp hoạt động: 5V, 10V, 15V DC
Dòng đầu vào tối đa: 1uA
Điện áp trễ thông thường 0,9 V ở VDD: 5 V và 2,3 V ở VDD: 10 V
Khả năng miễn nhiễm nhiễu lớn hơn 50%
Thời gian tăng và giảm đầu vào khơng giới hạn

Tp.Hồ Chí Minh 7/2022
Hình 2.1 Sơ đồ chân của IC 4093

10


MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518
`
Số chân

Tên chân

Mô tả

1

A

Đầu vào 1

2

B

Đầu vào 2

3

J

Đầu ra NAND
của A và B

4

K

Đầu ra NAND
của C và D

5

C

Đầu vào 3

6

D

Đầu vào 4

7

VSS

Groud

8

E

Đầu vào 5

9

F

Đầu vào 6

10

L

Đầu ra NAND
của E và F

11

M

Đầu ra NAND
của G và H

12

G

Đầu vào 7

13

H

Đầu vào 8

14

VCC

Đầu vào điện
áp dương

Bảng 2.1 Thông tin các chân của IC 4093
2.2.2. IC 4511
Là loại giải mã cho Led 7 đoạn loại Cathode chung nghĩa là chỉ được sử dụng với
những
Led 7 đoạn có cực âm chung.
Tp.Hồ Chí Minh 7/2022

11


MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518
`
• Thông số kỹ thuật:
− Dải điện áp rông: 3 ~ 18V
− Dải nhiệt độ hoạt động: -55 ~ 125 độ C
− Công suất tiêu tán tại nhiệt độ -55 đến 100 độ C: 500mW

S
ố
chân

1
, 2, 6,
7

Tê
n
chân
A
BCD

MƠ TẢ

4 đầu vào BCD

Hình 2.2 Sơ đồ chân của IC 4511

3
LT

Đầu vào kiểm tra đèn được
sử dụng để kiểm tra màn
hình.

4

~
BL

Đầu vào được sử dụng để tắt
hoặc điều chỉnh độ sáng.

5

LE
/~
Strobe

s
ố8
9
, 10,
11,
12,
13,
14,
Tp.Hồ Chí Minh 7/2022

~

Vs
s
a,
b, c, d,
e, f, g

Đầu vào Latch Enable hoặc
Strobe được sử dụng để lưu
mã BCD.
Nối đất của mạch.
Bảy đầu ra cho led 7 đoạn

12


MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518
`
15
1

Vd

6

d

Chân cấp điện áp dương

Bảng 2.2 Thông Tin các chân của IC 4511
2.2.3. IC 4518
Là IC đếm lên BCD kép bao gồm hai bộ đếm 4 tầng giống nhau, đồng bộ bên
trong. Các tần của bộ đếm là loại flip flop kiểu D có các dịng CLK và EN có thể hoán
đổi cho nhau để tăng dần trên chuyển tiếp về dương hoặc chuyển tiếp về âm. IC cũng
cung cấp nhiều tính năng như khả năng chống nhiễu cao và tản nhiệt thấp.
Thông số kỹ thuật:
Các loại điện áp cao (Định mức 20V)
Bộ đếm lên BCD kép CD4518BMS
Bộ đếm lên nhị phân kép CD4520BMS
Hoạt động tốc độ trung bình
Tần số xung nhịp điển hình 6MHz ở 10V
Kích hoạt sườn dương hoặc âm

100% được kiểm tra cho dòng điện tĩnh ở 20V
Định mức tham số 5V, 10V và 15V
Dòng đầu vào tối đa 1µA ở 18V trong phạm vi nhiệt độ gói đầy đủ; 100nA ở 18V
và + 25oC
Biên độ ồn (Trên tồn bộ gói / Phạm vi nhiệt độ)
1V tại VDD = 5V
2V tại VDD = 10V
2,5V tại VDD = 15V

Tp.Hồ Chí Minh 7/2022

13


MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518
`

Hình 2.3 Sơ đồ chân của 4518

S
ố
chân
1
Tp.Hồ Chí Minh 7/2022

Tên chân

CLOCK A

Mô tả

Chân clock của bộ
đếm A
14


MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518
`
2

ENABLE A

Chân enable của
bộ đếm A

3

Q1A

Chân đầu ra 1 của
bộ đếm A

4

Q2A

Chân đầu ra 2 của
bộ đếm A

5

Q3A

Chân đầu ra 3 của
bộ đếm A

6

Q4A

Chân đầu ra 4 của
bộ đếm A

7

RESET A

Chân reset của bộ
đếm A

8

VSS

9

ENABLE B

Chân enable của
bộ đếm B

CLOCK B

Chân clock của bộ
đếm B

Q1B

Chân đầu ra 1 của
bộ đếm B

Q2B

Chân đầu ra 2 của
bộ đếm B

Q3B

Chân đầu ra 3 của
bộ đếm B

Q4B

Chân đầu ra 4 của
bộ đếm B

1
0
1
1

1
2
1
3
1
4

Tp.Hồ Chí Minh 7/2022

Nguồn source

15


MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518
`
1

RESET B

5
1

VDD

6

Chân reset của bộ
đếm B
Nguồn drain

Bảng 2.3 Thông tin các chân của IC 4518

2.2.4. Diode quang
Là một loại diode bán dẫn thực hiện chuyển đổi photon thành điện tích theo hiệu
ứng quang điện. Các photon có thể là ở vùng phổ ánh sáng nhìn thấy, hồng ngoại, tử
ngoại, tia X, tia gamma. Khi photon хâm nhập lớp hoạt động của photodiode là tiếp
giáp p-n hoặc cấu trúc PIN, ѕẽ tạo ra điện tích làm phát ѕinh dịng điện. Tùу theo cách
thức chế tạo, mà dòng điện nàу nhỏ ᴠà photodiode dùng làm cảm biến photon, haу dòng
điện đủ lớn để làm nguồn điện như trong pin mặt trời.

Hình 2.4 Diode quang (photodiode)

2.2.5. Led phát hồng ngoại
LED thu phát hồng ngoại về bản chất cũng giống một diode phát quang thông
thường. Tuy nhiên chúng có sự khác biệt đó là bước sóng nó phát ra khơng nằm trong
vùng ánh sáng nhìn thấy. Chính vì lý do đó mà mắt thường khó có thể quan sát được
LED phát hồng ngoại phát ra ánh sáng nào. Dựa vào tính chất nằm ngồi dải ánh sáng
nhìn thấy nên chúng ít bị nhiễu bởi ánh sáng thơng thường. Điều đặc biệt là chúng
Tp.Hồ Chí Minh 7/2022

16


MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518
`
không phát ra ánh sáng lên được ứng dụng rất nhiều trong các máy móc cần hoạt động
vào ban đêm.

Hình 2.5 Led phát hồng ngoại

CHƯƠNG 3.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.1. Sơ đồ khối và các chức năng

KHỐI
ĐẾM
Hình 3.1 Sơ đồ khối
3.1.1. Khối cảm biến
-1 led phát hồng ngoại
-1 led thu
Tp.Hồ Chí Minh 7/2022

17


MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518
`
-1 biến trở
-1 led đơn
-2 điện trở 330
-1 IC4093: tạo ra tín hiệu xung với 2 mức thấp (0V) và mức cao (5V) để cấp cho
chân nhận xung CLOCK của IC đếm

3.1.2. Khối đếm
-2 IC4518: đếm số xung CLOCK ở ngõ vào và chuyển thành tín hiệu số thuộc hệ
số nhị phân ở ngõ ra và cấp cho ngõ của IC giải mã
-1 nút nhấn: dùng để tác động đếm chân MR của IC đếm
-1 tụ 10uF

-1 điện trở 10k
3.1.3. Khối giải mã:
2 IC4511: chuyển đổi mã số từ số nhị phân thành mã số thập phân tại ngõ ra và
cấp cho led 7 đoạn hiện thị
3.1.4. Khối hiện thị:
2 led 7 đoạn: nhận tín hiệu từ IC giải mã và hiển thị số đếm

3.2. Mơ phỏng mạch

Tp.Hồ Chí Minh 7/2022

18


MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518
`

3.3. Tính tốn lựa chọn linh kiện

Tính chọn R cho led 7 đoạn có kích thước 12.6x19.8mm với thơng số
=3V, =20mA, dùng nguồn là pin 9V.
R== =300
Chọn R cho led 7 đoạn sao cho R
Lựa chọn R cho led 7 thu và led phát:
=3V, =20mA
R= ==300
Chọn R cho led 7 thu và led phát:
R
Lựa chọn điện trở cho nút nhấn có =0,9.
R== =

Tp.Hồ Chí Minh 7/2022

19


MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518
`

3.4. Nguyên lý hoạt động của mạch
Dựa trên nguyên tắc phát và thu. Sóng hồng ngoại từ led phát và led thu tạo ra tín
hiệu xung với 2 mức thấp (0V) và mức cao (5V) để cấp cho chân nhận xung CLOCK
của IC đếm (IC4518)
IC4518 có nghiệm vụ đếm số xung CLOCK ở ngõ vào và chuyển đổi thành tín
hiệu thuộc hệ số nhị phân ở ngõ ra và cấp cho ngõ vào của IC giải mã (IC 4511).
IC4511 có chức năng chuyển đổi mã số từ số nhị phân thành mã số thập phân tại

ngõ ra và cấp cho led 7 đoạn hiển thị

Hình 3.2 Mạch in

3.5. Vẽ mạch in (PCB

Tp.Hồ Chí Minh 7/2022

20


MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518
`

CHƯƠNG 4.

KẾT QUẢ GHI NHẬN
Mạch sau khi hồn thành :

Hình 4.1 Mặt trước của mạch

Tp.Hồ Chí Minh 7/2022

21


MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518
`

Hình 4.2 Mặt trước của mạch

Với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo: Phạm Huỳnh Thế cùng với sự tìm hiểu
học hỏi của các thành viên trong nhóm thì sau thời gian thực hiện nhóm chúng em đã
được những kết quả sau:
−
−
−
−

Thiết kế và chế tạo được mạch đếm sản phẩm có khả năng sử dụng trong thực tế.
Đạt được những mục tiêu và yêu cầu ban đầu.
Vận dụng được nhiều kiến thức về IC trong quá trình thực hiện thi cơng.
Khả năng làm việc theo nhóm và tìm hiểu các đề tài để phục vụ cho các đồ án sau
này.

− Rút ra được nhiều kinh nghiệm khi thực hiện thi cơng.

Tp.Hồ Chí Minh 7/2022

22