BTL XUNG SỐ HAUI Nhóm 23 THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 10 SẢN PHẨM, SỬ DỤNG IC ĐẾM TÍCH HỢP, KẾT QUẢ HIỂN THỊ TRÊN LED 7 THANH

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 10 SẢN PHẨM, SỬ DỤNG IC
ĐẾM TÍCH HỢP, KẾT QUẢ HIỂN THỊ TRÊN LED 7 THANH

Giáo viên hướng dẫn:

Hà Thị Phương

Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Hữu Văn

2021603438

Đào Quang Thắng

2021603698

Đỗ Quốc Việt

2021604430

Hà Nội – 2023


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

MỤC LỤC

MỤC LỤC................................................................................................................................................. 1
DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................................................. 2
LỜI NĨI ĐẦU .......................................................................................................................................... 3
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................................... 4
CHƯƠNG 1:
1.1.

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG.................................................................................... 5

Giới thiệu chung về IC ..................................................................................................5

1.1.1.

Khái niệm ...........................................................................................................5

1.1.2.

Phân loại ............................................................................................................5

1.1.3.

Ứng dụng ...........................................................................................................7

1.1.4.

IC 74192 ............................................................................................................8

1.1.5.

IC 7447 ..............................................................................................................9

1.2.

LED 7 thanh................................................................................................................11

1.3.

Cơ sở lựa chọn đề tài .................................................................................................13

1.4.

Ứng dụng trong thực tiễn ............................................................................................13

1.5.

Phạm vi lựa chọn đề tài nghiên cứu ............................................................................14

CHƯƠNG 2:

THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG ........................................................................... 15

2.1.

Sơ đồ khối mạch đếm sản phẩm .................................................................................15

2.2.

Nguyên lý hoạt động ...................................................................................................15

2.3.

Bộ giải mã hiển thị BCD sang 7 đoạn...........................................................................15

2.4.

Mô phỏng mạch ..........................................................................................................18

CHƯƠNG 3:

CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH ....................................... 20

3.1.

Chế tạo các bộ phận điện tử .......................................................................................20

3.2.

Lắp ráp .......................................................................................................................21

3.3.

Thử nghiệm hệ thống ..................................................................................................22

KẾT LUẬN ............................................................................................................................................. 23

1


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Hình ảnh IC thực tế .......................................................................................... 5
Hình 1. 2 Hình ảnh IC 74192 thực tế ............................................................................... 8
Hình 1. 3 Hình ảnh các chân của IC 74192 ...................................................................... 8
Hình 1. 4 Hình ảnh IC 7447 thực tế ................................................................................. 9
Hình 1. 5 Hình ảnh sơ đồ chân của IC 7447 .................................................................. 10
Hình 1. 6 Cấu tạo chung của LED bảy thanh ................................................................. 11
Hình 1. 7 Cấu tạo bên trong LED bảy thanh Anot chung .............................................. 12
Hình 1. 8 Cấu tạo bên trong LED bảy thanh Katot chung ............................................. 13
Hình 2. 1 Sơ đồ khối mạch đếm sản phẩm ..................................................................... 15
Hình 2. 2 Sơ đồ bộ giải mã hiển thị thập phân mã hố nhị phân sang LED 7 thanh ..... 16
Hình 2. 3 Ví dụ về đầu vào 4 bit .................................................................................... 17
Hình 2. 4 Mạch mơ phỏng trên Proteus ......................................................................... 18
Hình 2. 5 Mạch mô phỏng sản phẩm trên Altium .......................................................... 18
Hình 2. 6 Mạch in 2D .................................................................................................... 19
Hình 3. 1 Bảng mạch sau khi in và tạo lỗ ...................................................................... 20
Hình 3. 2 Mạch sau khi hoàn thành thiết kế ................................................................... 21
Hình 3. 3 Thử nghiệm hệ thống ..................................................................................... 22

2


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số đã trở nên quen thuộc với nhiều người, bởi vì sự
phát triển của ngành kỹ thuật số đã có ảnh hưởng rất lớn đến ngành kinh tế tồn cầu.
Có người đã nêu lên ý tưởng gọi nền kinh tế của thời đại chúng ta là “nền kinh tế kỹ
thuật số”, “số hóa” đã gần như vượt khỏi ranh giới của một thuật ngữ kỹ thuật. Nhờ có
ưu điểm của xử lý số như độ tin cậy trong truyền dẫn, tính đa thích nghi và kinh tế của

nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi trong điều khiển và khai thác mạng. Số hóa
đang là xu hướng phát triển tất yếu của nhiều lĩnh vực kỹ thuật và kinh tế khác nhau.
Không chỉ trong lĩnh vực thông tin liên lạc và tin học.
Ngày nay, kỹ thuật số đã và đang thâm nhập mạnh mẽ vào Kỹ thuật điện tử, Điều
khiển tự động, Phát thanh truyền hình, Y tế, Nông nghiệp... và ngay cả trong các dụng
cụ sinh hoạt gia đình. Với sự phát triển khơng ngừng của khoa học kỹ thuật, việc ứng
dụng các linh kiện bán dẫn đã phần vào giảm bớt giá thành sản phẩm làm bằng các linh
kiện rời. Ứng dụng môn kỹ thuật điện tử, kỹ thuật xung số ngày càng nhiều. Nó thâm
nhập nhanh chóng vào các lĩnh vực điện tử thơng dụng và chuyên nghiệp. Nhận thấy
sự phát triển và rất nhiều ứng dụng của kỹ thuật số hay kỹ thuật điện tử trong tương lai
vì vậy nhóm chúng em xin phép chọn đề tài: Thiết kế mạch đếm 10 sản phẩm, sử dụng
ic đếm tích hợp, kết quả hiển thị trên LED bảy thanh.

3


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, chúng em xin được gửi lời cảm ơn trân trọng và sâu sắc nhất cô
Hà Thị Phương – người đã hết sức tạo điều kiện và tận tình hướng dẫn, động viên
chúng em trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện đồ án môn học này.
Chúng em xin trân trọng cảm ơn đến tất cả các quý thầy cô khoa Cơ Khí trường
Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội, những người đã trang bị cho chúng em những kiến
thức cơ bản, cũng như đã nhiệt tình quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để
chúng em được học tập, nghiên cứu hoàn thành đồ án Kỹ thuật xung số này.
Chúng em xin cám ơn.
Trân trọng!
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2023

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hữu Văn
Đào Quang Thắng
Đỗ Quốc Việt

4


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
1.1.

Giới thiệu chung về IC

1.1.1. Khái niệm
IC là cụm từ viết tắt của thuật ngữ Integrated Circuit, nghĩa là mạch tích hợp, hay
cịn gọi là vi mạch. Vậy vi mạch là gì? Đây là tập các mạch điện chứa các linh kiện bán
dẫn và linh kiện điện tử thụ động được kết nối với nhau, để thực hiện được một chức
năng xác định. Tức là mạch tích hợp được thiết kế để đảm nhiệm một chức năng như
một linh kiện phức hợp.
IC được phân loại theo 4 tiêu chí đánh giá khác nhau trong đó có tín hiệu xử lý, mức độ
tích hợp, cơng nghệ, cơng dụng. Trong mỗi phạm vi phân loại có những dịng IC khác
nhau.

Hình 1. 1 Hình ảnh IC thực tế

1.1.2. Phân loại
Có rất nhiều loại IC, loại lập trình được và loại cố định chức năng, khơng lập trình
được. Người ta có rất nhiều cách để phân loại IC. Thông thường người ta phân loại IC
theo tín hiệu mà nó xử lý. Ví dụ IC nguồn chuyển đổi, điều chỉnh, ổn định dòng điện
và mức điện áp đi qua nó. Một nguồn cung cấp điện của IC có thể phân chia và nhân
điện thế nhất định từ một nguồn điện áp mong muốn cho bất kỳ điện áp đầu ra công
suất mong muốn.
5


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

 Theo công dụng của mạch:
 System-on-a-chip (SoC) là hệ thống trong một chip.
 IC cơng suất có thể xử lý các dịng hay điện áp lớn.
 Vi điều khiển (microcontroller) chứa tất cả các bộ phận của một máy tính
nhỏ.
 FPGA (Field-programmable gate array) được cấu hình bởi các IC digital của
khách hàng.
 ADC và DAC, chuyển đổi analog ←→ digital
 DSP (Digital signal processing)
 IC cảm biến quá trình như gia tốc, ánh sáng, từ trường, chất độc,…
 ASSP là sản phẩm tiêu chuẩn cho ứng dụng cụ thể.
 ASIC với công dụng điều khiển các lò nướng bánh, các thiết bị xe hơi, máy
giặt…
 Công nghệ RFID để giám sát sử dụng cho khóa cửa điện tử chống trộm cao
cấp hiện nay.
 Memory, bộ nhớ lưu trữ.
 CPU, khá quen thuộc với các bạn yêu máy tính, được xem là bộ vi xử lý của
máy tính ngày nay.

 Theo tín hiệu được xử lý
 IC hỗn hợp: Xử lý 2 loại tín hiệu trên cùng nhau.
 IC analog xử lý tín hiệu Analog.
 IC digital: Xử lý các tín hiệu Digital.

6


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

 Theo công nghệ
 Monolithic: Tất cả các phần tử đặt trên một miếng nền vật liệu bán dẫn đơn
tinh thể. Các linh kiện bán dẫn được tạo bằng pha tạp chất (doping), và theo
thứ tự lớp thực hiện lai ghép điện trở, đường mạch dẫn, tụ điện, lớp cách
điện, cực gate của MOSFET. Ví dụ công nghệ TTL, CMOS, CCD,
BiCMOS, DMOS, BiFET-, transistor lưỡng cực.
 Mạch màng mỏng hay mạch phim, là những phần tử được tạo bằng lắng
đọng hơi trên nền thủy tinh. Nó thường là các mạng điện trở. Chúng có thể
được chế tạo bằng cách cân bằng điện tử với độ chính xác cao, và được phủ
nhúng bảo vệ. Trong nhóm này bao gồm cả các mạch của transistor màng
mỏng (TFT), ví dụ trong ứng dụng màn hình phẳng.
 Lai mạch màng dày kết hợp một số chip, vết mạch in đường dây dẫn, linh
kiện điện tử thụ động (gần như chỉ có điện trở). Nền thường là gốm và
thường được nhúng tráng.
 Theo mức độ tích hợp
 IC là tên gọi thuật ngữ chung. Tùy theo mức độ tích hợp mà IC sẽ được chia
ra thành SSI và MSI (đã giải thích ở trên), LSI, VLSI (gồm CPU, GPU,
ROM, RAM, PLA…), UL
1.1.3. Ứng dụng
Mạch tích hợp (IC) là một yếu tố chủ chốt của lĩnh vực điện tử hiện đại. Chúng là trái

tim và bộ não của hầu hết các mạch. Một vi mạch tích hợp có chức năng như một bộ
khuếch đại, dao động, định thời, bộ nhớ, bộ đếm, bộ nhớ máy tính hoặc một bộ vi xử
lý. Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang nỗ lực tìm ra một loại vật liệu mới có thể thay
thế cơng nghệ silicon này vì cơng nghệ silicon đang tiến tới những giới hạn của vi
mạch tích hợp.

7


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

Có hai loại IC chính gồm lập trình được và cố định chức năng, khơng lập trình được.
Mỗi IC có tính chất riêng về nhiệt độ, điện thế giới hạn, công suất làm việc, được ghi
trong bảng thơng tin.
1.1.4. IC 74192

Hình 1. 2 Hình ảnh IC 74192 thực tế

Hình 1. 3 Hình ảnh các chân của IC 74192

MR

¯

PL

CP u

CP D

MODE

H

X

X

X

Reset

L

L

X

X

Preset

L

H

H

No change

L

H

H

Count down

8


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

 IC 74192 là IC đếm BCD.
 Các giá trị ra được thể hiện ở các chân 2,3,6,7 trong đó 3 là LSB cịn 7 là
MSB.
 Các chân 1,9,10,15 là các chân điều khiển giá trị bắt đầu đếm.
 Chân 4 là chân khi có xung kích giá trị ra được đếm xuống.
 Chân 5 là chân khi có xung kích giá trị ra được đếm lên.
 Chân 16 là chân cấp nguồn IC, chân 8 là chân nối mass.
 Chân 12, 13 dùng để liên kết các IC 74192 khác để đếm giá trị lớn hơn.
 Chân 14 để xóa giá trị về 0.
1.1.5. IC 7447

Hình 1. 4 Hình ảnh IC 7447 thực tế

9


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

Hình 1. 5 Hình ảnh sơ đồ chân của IC 7447

Input

Decimal
or

Output

LT

RBI A3

A2

A1

A0

BI

a

b

c

d

e

f

g

0

H

H

L

L

L

L

L

L

L

L

L

L

L

H

1

H

X

L

L

L

H

H

H

L

L

H

H

H

H

2

H

X

L

L

H

L

H

L

L

L

L

H

H

L

3

H

X

L

L

H

H

H

L

L

L

L

H

H

L

4

H

X

L

H

L

L

H

H

L

L

H

H

L

L

5

H

X

L

H

L

H

H

L

H

L

L

H

L

L

6

H

X

L

H

H

L

H

H

H

L

L

L

L

L

7

H

X

L

H

H

H

H

L

L

L

H

H

H

H

8

H

X

H

L

L

L

H

L

L

L

L

L

L

L

9

H

X

H

L

L

H

H

L

L

L

H

H

L

L

10

H

X

H

L

H

L

H

H

H

L

L

L

H

L

function

10


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

11

H

X

H

L

H

H

H

H

H

H

L

H

H

L

12

H

X

H

H

L

L

H

H

L

L

H

H

L

L

13

H

X

H

H

L

H

H

L

H

H

L

H

L

L

14

H

X

H

H

H

L

H

L

H

H

L

H

L

L

15

H

X

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

BI

X

X

X

X

X

X

L

H

H

H

H

H

H

H

RBI

H

L

L

L

L

L

L

H

H

H

H

H

H

H

LT

L

X

X

X

X

X

H

L

L

L

L

L

L

L

 IC 7447 là IC giải mã cho LED 7 đoạn anot chung.
 Chân 3 là chân kiểm tra xem các ngõ ra của IC cịn dùng được hay khơng.
 Chân 1,2,6,7 là chân giá trị ngõ vào.
 Chân 4 và 5 dùng để xóa số 0 vô nghĩa.
 Chân 8 nối mass, chân 16 nối nguồn Vcc.
1.2. LED 7 thanh
Led 7 thanh được chia làm 2 loại, Led anot chung và Led katot chung. Cả hai loại
này có đều có cấu tạo từ 8 con led đơn ghép lại với nhau thành hình số 8 và 1 dấu
chấm (xem hình dưới).

Hình 1. 6 Cấu tạo chung của LED bảy thanh

11


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

Nếu là Led Anot chung thì 8 chân dương của Led (chân Anot) sẽ được nối chung
với nhau (chân COM ở hình 1.1), các chân Katot sẽ được đưa ra làm các chân dữ liệu
A,B,C,D,E,F,G,DP. Để điều khiển Led anot chung, chúng ta cấp nguồn dương vào
chân anot chung (chân COM) và xuất dữ liệu tích cực mức 0 ra 8 chân dữ liệu để hiển
thị theo ý muốn.

Hình 1. 7 Cấu tạo bên trong LED bảy thanh Anot chung
Nếu là Led Katot chung thì 8 chân âm của Led (chân Katot) sẽ được nối chung
với nhau (chân COM ở hình 1.1), các chân Anot sẽ được đưa ra làm các chân dữ liệu
A,B,C,D,E,F,G,DP. Để điều khiển Led Anot chung, chúng ta cấp nguồn âm vào
chân Katot chung (chân COM) và xuất dữ liệu tích cực mức 1 ra 8 chân dữ liệu để
hiển thị theo ý muốn.

12


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

Hình 1. 8 cấu tạo bên trong LED bảy thanh Katot chung

1.3.

Cơ sở lựa chọn đề tài

Ở các xí nghiệp sản xuất và các nhà máy, chúng em đã thấy được nhiều khâu tự động
hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản
xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động. Tuy
nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa chưa được áp dụng
trong những khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà vẫn cịn sử dụng nhân cơng.
Chúng em muốn làm một điều gì đó để góp phần giúp người lao động bớt mệt nhọc

chân tay mà lại có thể đạt được hiệu quả cơng việc cao hơn đó là thiết kế một mạch
đếm sản phẩm, để với số lượng lớn tùy theo yêu cầu của người mua, hay người sử
dụng nó. Yêu cầu của mạch đếm sản phẩm là chạy một cách chính xác, ổn định, gọn
nhẹ, dễ lắp đặt, dễ sử dụng, giá thành rẻ và ít tốn điện năng tiêu thụ.
Nên chúng em quyết định thiết kế một mạch đếm sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực
tế đồng thời cũng là giúp em thực tập, vận dụng kiến thức đã được học để thiết kế và
chế tạo ra một sản phẩm có thể được đem ứng dụng rộng rãi, đóng góp một phần nhỏ
cho xã hội.

1.4.

Ứng dụng trong thực tiễn
13


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

 Đếm sản phẩm phôi của máy dập.
 Đếm sản phẩm cho máy tiện.

1.5.

Phạm vi lựa chọn đề tài nghiên cứu
Đề tài thuộc lĩnh vực điện tử trong phạm vi kỹ thuật xung số.
Vật tư, trang thiết bị: dụng cụ cầm tay, vật liệu (theo đề tài của các nhóm), linh kiện

điện tử cơ bản…
Đảm bảo an toàn lao động.

14

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG
2.1. Sơ đồ khối mạch đếm sản phẩm

Khối tạo xung
khi phát hiện

Khối đếm

sản phẩm.

Khối

Khối so

nguồn

sánh

Khối giải

Khối hiển

mã

thị

Hình 2. 1 Sơ đồ khối mạch đếm sản phẩm
2.2. Nguyên lý hoạt động
Mạch đếm sản phẩm bao gồm các khối nhận biết sản phẩm bằng hồng ngoại, khối đếm
và hiển thị số đếm, khối so sánh và reset. Khối thu phát hồng ngoại sẽ ln có tia hồng
ngoại. Áp chân 2 > chân 3, đầu ra ở mức (- ), tran bị khóa, đầu ra ở mức cao. Khi có
sản phẩm đi qua, tia hồng ngoại bị ngắt làm giảm áp chân 2, đầu ra tại cực C của tran ở
mức thấp do tran thơng. Tạo ra 1 xung, kích cho mạch đếm hoạt động. Xung vuông này
tác động tới khối đếm, đặt trước đếm lên, và số đếm được hiển thị trên LED 7 đoạn.
Khối so sánh và reset. Khi mạch đếm đến số đặt trước(ở đây là số 10) thì mạch sẽ reset
về trạng thái ban đầu 00.
2.3. Bộ giải mã hiển thị BCD sang 7 đoạn
Một bộ giải mã hiển thị thập phân mã hóa nhị phân (BCD) sang 7 đoạn như TTL
74LS47 hoặc 74LS48, có 4 đầu vào BCD và 7 đường ra, một đường cho mỗi đoạn
LED. Điều này cho phép một số nhị phân 4 bit nhỏ hơn (nửa byte) được sử dụng để
hiển thị tất cả các số nhị phân từ 0 đến 9 và bằng cách thêm hai màn hình lại với nhau,
một loạt các số từ 00 đến 99 có thể được hiển thị chỉ với một byte của tám bit dữ liệu.
15


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

Hình 2. 2 Sơ đồ bộ giải mã hiển thị thập phân mã hoá nhị phân sang LED 7 thanh.
Việc sử dụng BCD cho phép hai chữ số BCD được lưu trữ trong một byte dữ liệu (8
bit), cho phép một byte dữ liệu duy nhất chứa một số BCD trong phạm vi
từ 00 đến 99 .
Dưới đây là một ví dụ về đầu vào BCD 4 bit ( 0100 ) đại diện cho số “4”.
Ví dụ về Bộ giải mã led 7 đoạn hiển thị số:

16

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

Hình 2.3 Ví dụ về đầu vào 4 bit.
Trong thực tế, các điện trở hạn dòng khoảng 150Ω đến 220Ω sẽ được mắc nối tiếp giữa
IC giải mã / trình điều khiển và mỗi đoạn LED để giới hạn dịng điện tối đa. Ví dụ:
74LS48 cho các loại LED katot chung, 74LS47 cho các loại LED anode chung hoặc
CMOS CD4543 cho các loại màn hình tinh thể lỏng (LCD).
Màn hình tinh thể lỏng (LCD) có một ưu điểm lớn hơn so với các loại LED tương tự là
chúng tiêu thụ ít điện năng hơn và ngày nay, cả màn hình LCD và LED được kết hợp
với nhau để tạo thành màn hình chấm-Matrix Chữ và số lớn hơn có thể hiển thị các chữ
cái và ký tự cũng như các số ở đầu ra Đỏ hoặc Ba màu tiêu chuẩn.

17


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

2.4.

Mơ phỏng mạch

Hình 2. 4 Mạch mơ phỏng trên Proteus

Hình 2. 5 Mạch mơ phỏng trên Altium

18


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

Hình 2. 6 Mạch in 2D .

19