Thiết kế hệ thống điều khiển bãi đỗ xe tự động kỹ thuật số

Khoa Điện-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Kỹ Thuật Số

Lời Nói Đầu
Với sự phát triển khơng ngừng của khoa học kỹ thuật,đặc biệt là ngành điện tử
được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp.Trong lĩnh vực điều khiển, từ khi cơng
nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều khiển
hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều khiển lắp ráp
bằng các tín hiệu rời như kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, công
suất tiêu thụ nhỏ.
Ngày nay, trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị,
sản pẩm phục vụ cho như cầu sinh hoạt hàng ngày của con người như máy giặt,
đòng hồ bấm giây, đồng hồ báo giờ đã giúc cho đời sống sinh viên của chúng ta
ngyà càng hiện đại vs tiện nghi hơn.
Với nhứng kiến thức đã học trên lớp và tìm hiểu thực tế .Trong thời gian yêu cầu
nhóm em đã hồn thành đồ án mơn học với nội dung: “THIẾT KẾ HỆ
THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG”. Do kiến thức chuyên ngành
còn thiếu nhiều thực tế nên đồ án khơng tránh khỏi những sai sót, mong các thầy
cơ góp ý để đồ án được hồn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy: Nguyễn Văn Vinh đã giúc nhóm em hồn thành
bài tập lớn mơn này.

Nhóm

Page 1


Khoa Điện-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Kỹ Thuật Số

CHƯƠNG 1:
TÌM HIỂU CHUNG VỀ MẠCH TỔ HỢP,
MẠCH DÃY, VÀ MẠCH DAO ĐỘNG.

I.MẠCH LOGIC TỔ HỢP
1.Đặc điểm cở bản và phương pháp thiết kế mạch logic tổ hợp
1.1đặc điểm cơ bản mạch logic tổ hợp
 Mạch logic tổ hợp có điểm điểm cở bản là giá trị ( 0 và 1 ) tín hiệu đầu ra
tại thời điểm bất kỳ chỉ phụ thuộc vào tổ hợp giá trị tại thời điểm đó.Nói
cách khác, mạch logic tổ hợp là mạch khơng có các phần tử nhớ.
 Mạch logic tổ hợp được xây dựng từ mạch điện cổng logic.

Nhóm

Page 2


Khoa Điện-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Kỹ Thuật Số

1.2 Các phương pháp biểu thị hàm logic
 Hàm logic
 Bảng chân lí
 Sơ đồ logic
 Bảng các no
 Đồ thì dạng sóng theo thời gian
1.3 phương pháp thiết kế mạch logic tổ hợp

Phân tích yêu cầu

Lập bảng chân lí

Xác định các biến vào ra và quan
hệ giữa chúng

Dùng 0,1 để mô tả giá trị biến
đầu ra theo đầu vào

Tối thiểu hóa

Vẽ sơ đồ logic

Nhóm

Đơn giản hóa biểu thức logic
dung bảng các nô hoặc biến đổi

Mô tả biểu thức tối giản bằng
các cổng logic

Page 3


Khoa Điện-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Kỹ Thuật Số

2.Bộ mã hóa

2.1 khái niệm
Mã hóa là việc sử dụng các ký hiệu để biểu thị một số đối tượng được xác định
hay một tín hiệu xác định nào đó.
Bộ mã hóa là mạch điện thao tác mã hóa.
2.2 Bộ mã hóa nhị phân
Bộ mã hóa nhị phân là mạch điện dùng n bit để mã hóa.: N=2n tín hiệu.

C

y0
y1

Bộ mã hóa

y7

B
A

2.3 Bộ mã hóa nhị phận – thập phân(Bộ giải mã BCD)
Bộ mã hóa nhị phân-thập phân là bộ mã hóa có nhiệm vụ chuyển 10 chữ số
thập phân thành mã hệ nhị phân. Dạng mã này còn được gọi là mã BCD
Bộ giải mã BCD có 4 cửa vào là 4 bit nhị phân, ký hiệu chúng theo trọng số
giảm dần là D, C, B, A,có các cửa ra là 10 số hệ thập phân ( từ 0 đến 9 ), ký
hiệ chúng là y 1, y 2, y 3 , y 4 , y 5 , y 6 , y 7 , y 8 , y 9, ứng với mỗi tổ hợp biến chỉ có 1 biến
ra xuất hiện.

Mã thập phân

Bộ mã hóa

BCD

3 Bộ giải mã
Nhóm

Page 4

Mã nhị phân


Khoa Điện-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Kỹ Thuật Số

3.1 Khái niệm
Khi tín hiện được mã hóa và xử lí bằng thiết bị điển tử số. Kết quả xử lí là tín hiệu
số.Bởi vậy cần chuyển đổi tín hiệu dạng số thành tín hiệu mà ta dễ hiểu. Các thiết
bị điện tử thực hiện nhiệm vụ này được gọi là bộ giải mã.
3.2 Bộ giải mã nhị phân
Bộ mã hóa nhị phân có chức năng phiên dịch mã nhị phân thành tín hiệu đầu ra
tương ứng với một tính hiệu quy định nào đó.
3.3 Bộ giải mã hiển thị ký tự
Để hiện thị ký tự là 10 chữ số thập phân từ 0 đến 9 thường sử dụng các phần tử
quang điện, trong đó có led 7 thanh.
4. Bộ so sánh
 Là mạch để so sánh 2 số thập phân đã chuyển hóa thành dãy tín hiệu xung áp
với các mức tương ứng. Kết quả sau khi so sánh phải xác định được, hai số
có bằng nhau khơng, hay số nào lớn hơn, số nào bé hơn.
 Phân loại:
 So sánh bằng nhau

 So sánh lớn hơn, bé hơn
5. Bộ cộng
 Bộ cộng mạch điện để thực hiện phép tính cộng hai số hệ nhị phân đã được
chuyển hóa thành dãy tín hiệu xung điện áp với các mức tương ứng. Kết
quả ở cửa ra của bộ cộng cũng là dãy xung điện áp, mỗi xung có một mức
tương ứng
 Bộ cộng nửa bit
Nhóm

Page 5


Khoa Điện-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Kỹ Thuật Số

 Bộ cộng đủ một bit
6. Bộ chọn kênh
Bộ chọn kênh là mạch điện tử sử dụng n tín hiệu điều khiển để lựa chọn phép một
trong 2n tín hiệu đưa được lên kênh truyền.

II MẠCH DÃY
1.Đai cương về mạch dãy
1.1 Đặc điểm và phương pháp mô tả chức năng mạch dãy
Mạch dãy là mạch điện số mà trạng thái đầu ra của nó khơng phụ thuộc vào trạng
thái đầu vào ở thời điểm đó, mà cịn phụ thuộc vào trạng thái bản thân mạch ở thời
điểm đó ( trạng thái trong mạch). Vậy trong mạch dãy phải có mạch lật (mạch FF)
để tạo nhớ. Sơ đồ khối mạch dãy có thể mơ tả như hình sau:

 Các phương pháp để mô tả chức năng mạch dãy:

 Phương pháp sử dụng phường trình: dùng để mơ tả quan hệ thuộc của
các biến ra theo các biến vào và trạng thái nội tại đang có trong mạch.
Nhóm

Page 6


Khoa Điện-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Kỹ Thuật Số

 Phương pháp sử dụng bảng trạng thái: dùng bản liệt kê mối quan hệ
theo giá trị logic giữa các biến.
 Phương pháp sử dụng sơ đồ hình thái:dùng hình vẽ phản ánh quy luật
đổi trạng thái và tình hình giá trị đàu vào,đầu ra tương ứng của mạch.
 Phương pháp sử dụng đồ thị thời gian: là dạng song công tác mô tả
quan hệ tương ứng các giá trị đầu vào,đầu ra, trạng thái mạch điện về
thời gian.
1.2.Phương pháp cơ bản phân tích chức năng logic mạch dãy.
Bước 1: Viết các phương trình định thời, đầu ra và phương trình .
Bước 2:Tìm phương trình trạng thái
Bước 3: Tính tốn
Bước 4: Vẽ sơ đồ trạng thái (hoặc lập bảng trạng thái, vẽ đồ thì thời gian)
2.Bộ đếm
2.1. Đặc điểm và phân loại bộ đếm
 là mạch điện số có khả năng nhớ được số xung đến cửa vào
Phân loại:
 Theo cách thức làm việc của mạch lật
+ Bộ đếm đồng bộ
+Bộ đếm dị bộ

 Theo hệ số đếm của bộ đếm:
+ Bộ đếm nhị phận, thập phân.
+Bộ đếm N phân.
Nhóm

Page 7


Khoa Điện-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
 Ngồi ra có bộ đếm thuận, bộ đếm nghịch, bộ đếm
thuận/ nghịch.
2.2 Bộ đếm đồng bộ

2.3 Bộ đếm dị bộ
Xét sơ đồ đặc trưng của mạch dị bộ:
Nhóm

Page 8

Kỹ Thuật Số


Khoa Điện-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Kỹ Thuật Số

2.4 Một số mạch điển hình dùng bộ đếm.
Trong thực tế bộ đếm được sử dụng rộng rãi như:dùng làm đồng hồ số,bãi đỗ xe tự
động hay đèn báo giao thông ,…
3. Bộ nhớ

3.1 Bộ nhớ
Là linh kiện quan trọng của vi mạch số,dùng để lưu trữ tam thời dữ liệu.Mạch bao
gồm các mạch lật,mỗi mạch lật nhớ được 1 bit
 Bộ nhớ căn bản
Chức năng:
– Xóa dữ liệu đã có
– Tiếp nhận dữ liệu mới
Phân loại
– Bộ nhớ tiếp nhận 2 nhịp
– Bộ nhớ tiếp nhận 1 nhịp
3.2 Bộ ghi dịch

Nhóm

Page 9


Khoa Điện-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Kỹ Thuật Số

Chức năng: tiếp nhận và lưu trữ dữ liệu, dịch dữ liệu theo từng bít nhờ xung dịch
(sang phải hoặc sang trái)
Bộ ghi dịch có bộ ghi dịch 1 hướng và bộ ghi dịch 2 hướng.
3.3. Ứng dụng bộ nhớ
Bộ nhớ căn bản có thể sử dụng để biến đổi mã nhị phân từ dạng song song sang
dạng nối tiếp hoặc ngược lại và để tạo các bộ đếm có hệ số đếm khác nhau,trong
đó có sử dụng mạch logic phản hồi.
3.4. Bộ nhớ xung tuần tự
Là thiết bị cung cấp tín hiêụ điều khiển với các yêu cầu thực hiện phép tốn diễn

ra tuần tự,thật chính xác.Các tín hiệu đó phải lần lượt xuất hiện cách nhau 1
khoảng thời gian chính xác.
3.5. Bộ nhớ RAM
• RAM là bộ nhớ cho phép người sử dụng có thể viết và đọc dữ liệu (Gọi là bộ
nhớ truy xuất ngẫu nhiên- Random Access Memory).
III. MẠCH TẠO DAO ĐỘNG
1Khái niệm về mạch dao động.
Mạch dao động được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị điện tử, như mạch dao
động nội trong khối RF Radio, trong bộ kênh Tivi mầu, Mạch dao động tạo xung
dịng , xung mành trong Tivi, tạo sóng hình sin cho IC Vi xử lý hoạt động v v
• Mạch dao động hình Sin
• Mạch dao động đa hài
• Mạch dao động nghẹt
• Mạch dao động dùng IC
Nhóm

Page 10


Khoa Điện-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Kỹ Thuật Số

2.Mạch dao động hình Sin
Người ta có thể tạo dao động hình Sin từ các linh kiện L - C hoặc từ thạch anh.
* Mạch dao động hình Sin dùng L - C
Mạch dao động hình Sin dùng L - C
Mach dao động trên có tụ C1 // L1 tạo thành mạch dao động L -C Để duy trì sự
dao động này thì tín hiệu dao động được đưa vào chân B của Transistor, R1 là trở
định thiên cho Transistor, R2 là trở gánh để lấy ra tín hiệu dao động ra , cuộn

dây đấu từ chân E Transistor xuống mass có tác dụng lấy hồi tiếp để duy trì dao
động.
Tần số dao động của mạch phụ thuộc vào C1 và L1 theo công thức
f = 1 / 2.p.( L1.C1 )
1/2
3. Mạch dao động đa hài.
Mạch dao động đa hài tạo xung vng
* Giải thích ngun lý hoạt động : Khi cấp nguồn , giả sử đèn Q1 dẫn trước, áp
Uc đèn Q1 giảm => thông qua C1 làm áp Ub đèn Q2 giảm => Q2 tắt => áp Uc đèn
Q2 tăng => thông qua C2 làm áp Ub đèn Q1 tăng => xác lập trạng thái Q1 dẫn bão
hoà và Q2 tắt , sau khoảng thời gian t , dòng nạp qua R3 vào tụ C1 khi điện áp này
> 0,6V thì đèn Q2 dẫn => áp Uc đèn Q2 giảm => tiếp tục như vậy cho đến khi Q2
dẫn bão hoà và Q1 tắt, trạng thái lặp đi lặp lại và tạo thành dao động, chu kỳ dao
động phụ thuộc vào C1, C2 và R2, R3.
4. Mạch dao động bằng IC
IC tạo dao động XX555 ; XX có thể là TA hoặc LA v v
Mạch dao động tạo xung bằng IC 555
IC 555 là một loại linh kiện khá là phổ biến bây giờ với việc dễ dàng tạo được
Nhóm

Page 11


Khoa Điện-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Kỹ Thuật Số

xung vng và có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản,điều chế
được độ rộng xung. Nó được ứng dụng hầu hết vào các mạch tạo xung đóng cắt
hay là những mạch dao động khác. Đây là linh kiện của hãng CMOS sản xuất .

Các thông số cơ bản của IC 555 có trên thị trường :
+ Điện áp đầu vào : 2 - 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555, NE7555 )
+ Dòng điện cung cấp : 6mA - 15mA
+ Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V
+ Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 - 0.06V
+ Công suất lớn nhất là : 600mW
* Các chức năng của 555:
+ Là thiết bị tạo xung chính xác
+ Máy phát xung
+ Điều chế được độ rộng xung (PWM)
+ Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)

CHƯƠNG II:

Nhóm

Page 12


Khoa Điện-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Kỹ Thuật Số

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ XE
I.SƠ ĐỒ KHỐI CẤU TRÚC BÃI ĐỖ XE
Các linh kiện sử dụng trong mạch mơ phỏng:
STT
1
2
3

4
5
6
7
8
9
10
11
12

Tên linh kiện
CD4013
7408
Res
7SEG-CA-GREEN
74LS85
BUTTON
74247
74192
BUTTON
RELAY
LED
MOTOR

Số lượng
4
4
9
4
2

8
4
2
5
4
2
2

Chú thích

2-10k; 9-180R

1-red; 1-green

Chức năng, đặc điểm của các vi mạch sử dụng:
1. Các cổng logic
1.1Cổng AND
Dùng để thực hiện phép nhân logic.
Kí hiệu

A
B

Bảng chân lý
AY
0
1
0
1

B
0
0
1
1

Y
0
0
0
1

Kí hiệu và bảng chân lý cổng AND
+ A, B: ngõ vào tín hiệu logic
Nhóm

Page 13


Khoa Điện-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Kỹ Thuật Số

+ Y: đáp ứng ngõ ra
+ 0: mức logic thấp
+ 1: mức logic cao
1.2 Cổng NOT
Kí hiệu

A

Bảng chân lí

Y

A
0
1

B
1
0

Kí hiệu và bảng chân lý cổng NOT
Hàm số của phép phủ định ln có giá trị ngược lại so với biến giá trị tương ứng.
1.3 Cổng OR
Kí hiệu

Bảng chân lí
A
0
1
0
1

B
0
0
1
1

Y
0
1
1
1

Hình : Kí hiệu và bảng chân lý cổng OR
1.4 Cổng NAND
Kí hiệu

Bảng chân lí

A
0
1
0
1
Nhóm

Page 14

B
0
0
1
1

Y
1

0
0
1


Khoa Điện-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

Kỹ Thuật Số

Hình : Kí hiệu và bảng chân lí cổng NAND
2. Các IC
3. IC 74LS85
- A0, A1, A2, A3, B0, B1, B2, B3: chân
tín hiệu vào.
- QA<B, QA=B, QA>B: chân tín hiệu ra.
- A<B, A=B, A>B: đầu vào tầng.

Hình : IC 74LS85

Sơ đồ logic:

Nhóm

Page 15


Khoa Điện-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

Hình : Sơ đồ logic IC74LS85
*Bảng chân lí:

H- mức cao
L- mức thấp
X- khơng xác định

Nhóm

Page 16

Kỹ Thuật Số


Khoa Điện-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Kỹ Thuật Số

Đầu vào so sánh
A3,B3 A2,B2 A1,B1 A0,B0

Đầu ra
QA=
B
L

QA<
B
L

A3>B
3
A3

3
A3=B
3
A3=B
3
A3=B
3
A3=B
3
A3=B
3
A3=B
3
A3=B
3
A3=B
3
A3=B
3
A3=B
3
A3=B
3
A3=B
3

Đầu vào tầng
A>B A
X

X

X

X

X

X

QA>
B
H

X

X

X

X

X

X

L

H

L

A2>B
2
A22
A2=B
2
A2=B
2
A2=B
2
A2=B
2
A2=B
2
A2=B
2
A2=B
2
A2=B
2
A2=B
2
A2=B
2

X

X

X

X

X

H

L

L

X

X

X

X

X

L

H

L

A1>B
1
A11
A1=B
1
A1=B
1
A1=B
1
A1=B
1
A1=B
1
A1=B
1
A1=B
1
A1=B
1

X

X

X

X

H

L

L

X

X

X

X

L

H

L

A0>B
0
A00
A0=B
0
A0=B
0
A0=B
0
A0=B

0
A0=B
0
A0=B
0

X

X

X

H

L

L

X

X

X

L

H

L

H

L

L

H

L

L

L

H

L

L

H

L

L

L

H

L

L

H

X

X

H

L

L

H

H

H

L

L

L

L

L

L

L

H

H

L

Bảng : Bảng chân lí IC 74LS85
2.4 IC74192
IC 74ls192 là ic đếm thuận nghịch cho phép đếm từ 0-9 hoặc từ 9-0

Nhóm

Page 17


Khoa Điện-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội

Sơ đồ chân:

Nhóm

Page 18

Kỹ Thuật Số

Khoa Điện-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Kỹ Thuật Số

- D0, D1, D2, D3: chân tín hiệu vào.
- Q0, Q1, Q2, Q3: chân tín hiệu ra.
- Chân UP là chân khi có xung vào thì giá trị ra được đếm lên.
- Chân DN là chân khi có xung vào thì giá trị ra được đếm xuống.
- Chân MR : chân reset chip, tích cực mức cao
- Chân PL: tích cực mức cao, chân này khi ở mức thấp chip sẽ khơng làm gì cả,
cịn ở mức cao sẽ cho phép chip đếm xuống ở giá trị setpoint

Sơ đồ logic:

Nhóm

Page 19


Khoa Điện-Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Biểu đồ đếm xung:
Nhóm

Page 20

Kỹ Thuật Số