BTL XUNG SỐ HAUI Nhóm 24: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 100 SẢN PHẨM, SỬ DỤNG IC ĐẾM TÍCH HỢP, KẾT QUẢ HIỂN THỊ TRÊN LED 7 THAN

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ
---------------o0o---------------

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 100 SẢN PHẨM, SỬ DỤNG IC
ĐẾM TÍCH HỢP, KẾT QUẢ HIỂN THỊ TRÊN LED 7 THANH

Giáo viên hướng dẫn: ThS. HÀ THỊ PHƯƠNG

NHÓM 24
LỚP: FE6021.2
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hữu An

2021601078

Trần Anh Đức

2021601176

Hồ Hữu Lâm

2021600358

Năm học: 2023 - 2024


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay khoa học kĩ thuật ngày càng phát triển, nhu cầu đếm sản phẩm với số
lượng lớn trên các băng chuyền hiện đại ngày càng nhiều. Với tốc độ sản phẩm từ

băng chuyển xuất ra nhanh và nhiều thì việc cơng nhân đếm sản phẩm đã hồn tất
xuất ra từ băng chuyền cuối cùng chính xác là việc rất khó khăn -> mạch đếm sản
phẩm sẽ giúp ta kiểm soát tốt sản phẩm xuất ra từ băng chuyền.

2


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .................................................................................................. 5
1.1 Tổng quan đề tài ......................................................................................................... 5
1.2 Nhiệm vụ đề tài .......................................................................................................... 5
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 5
2.1 Khái niệm về xung ..................................................................................................... 5
2.1.1 Các loại xung thường gặp: .................................................................................. 5
2.2 Mạch đếm ................................................................................................................... 6
2.3 Mã hóa số thập phân .................................................................................................. 6
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG ........................................................................ 7
3.1 Giới thiệu các linh kiện sử dụng trong mạch ............................................................. 7
3.1.1 LED thu phát hồng ngoại .................................................................................... 7
3.1.2 Led 7 đoạn ........................................................................................................... 7
3.1.3 IC 74LS47 ........................................................................................................... 8
3.1.4 IC 7490 .............................................................................................................. 10
3.1.5 Các linh kiện khác ............................................................................................. 12
Sơ đồ khối của hệ thống ................................................................................................. 12
3.2 Nguyên lý hoạt động của mạch đếm sản phẩm ........................................................ 13
3.2.1 Sơ đồ nguyên lý................................................................................................. 13
3.2.2 Nguyên lý hoạt động ......................................................................................... 13
3.3 Mơ hình hệ thống trên phần mềm proteus ............................................................... 14
CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH ....................... 15
4.1 In mạch ..................................................................................................................... 15

4.1.1 Mạch in trên proteus.......................................................................................... 15
4.1.2 Mạch in thực tế.................................................................................................. 16
4.2 Lắp ráp...................................................................................................................... 17
4.2.1 Hệ thống hoàn chỉnh ......................................................................................... 17
4.3 Thử nghiệm hệ thống ............................................................................................... 18
4.3.1 Tiến hành chạy thử nghiệm hệ thống ................................................................ 18
4.4 Đánh giá hệ thống .................................................................................................... 18
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN................................. 19
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 19
3


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình ảnh 3-1: LED hồng ngoại ........................................................................................... 7
Hình ảnh 3-2: LED 7 đoạn .................................................................................................. 7
Hình ảnh 3-3: Cấu tạo IC 74LS47 ...................................................................................... 9
Hình ảnh 3-4: Cấu tạo IC 74LS90 .................................................................................... 11
Hình ảnh 3-5: Sơ đồ khối của hệ thống............................................................................. 12
Hình ảnh 3-6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống trên phần mềm proteus .................................... 13
Hình ảnh 3-7: Mơ hình mơ phỏng hệ thống trên proteus .................................................. 14
Hình ảnh 4-1: Mạch in trên proteus .................................................................................. 15
Hình ảnh 4-2: Mạch in thực tế sau khi khoan ................................................................... 16
Hình ảnh 4-3: Mơ hình hệ thống hồn chỉnh .................................................................... 17
Hình ảnh 4-4: Chạy thử nghiệm hệ thống ......................................................................... 18

4


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Tổng quan đề tài

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, với sự phát triển
không ngừng của khoa học kỹ thuật hàng loạt những thiết bị có đặc điểm với độ
chính xác cao, tốc độ nhanh gọn nhẹ linh hoạt và hoạt động ổn định. Đó là những
yếu tố cần thiết làm cho năng suất, hiệu quả công việc được tăng cao, hoạt động
của con người được giảm bớt. Xuất phát từ thực tế bọn em chọn đề tài: “ Thiết kế
mạch đếm 100 sản phẩm, sử dụng IC đếm tích hợp, kết quả hiển thị trên LED 7
thanh”.
1.2 Nhiệm vụ đề tài
-

Xây dựng sơ đồ khối chức năng và xác định nhiệm vụ các khối
Phân tích và thiết kế sơ đồ nguyên lý
Thiết kế phần cứng và mua linh kiện.
Tiến hành làm mạch thực tế và thử nghiệm
Viết và hoàn thiện báo cáo

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Khái niệm về xung
Xung là sự thay đổi đột ngột về biên độ, pha hoặc tần số, ...(thường là biên độ) từ giá trị
ban đầu lên giá trị cao hoặc giảm xuống giá trị thấp hơn dần dần ( thậm chí ngya lập tức)
trở về vị trí ban đầu
2.1.1 Các loại xung thường gặp:

Tính hiệu xung hình sin

Tín hiệu xung vng

Tín hiệu xung tam giác

Tín hiệu xung răng cưa

5


2.2 Mạch đếm
Lợi dụng tính đảo trạng thái của FF JK khi J=K=1, người ta thực hiện các
mạch đếm.Chức năng của mạch đếm là đếm số xung Cx đưa vào đầu vào hoặc thể hiện
số trạng thái có thể có của các đầu ra.Nếu xét khía cạnh tần số của tín hiệu thì mạch đếm
có chức năng chia tần, nghĩa là tần số của tín hiệu ở đầu ra là kết quả của phép chia tần số
của tín hiệu CK ở đầu vào cho số đếm của mạch.
Ta có các loại: mạch đếm đồng bộ, không đồng bộ và đếm vịng.
2.3 Mã hóa số thập phân
a. Khái niệm
Trong thực tế để mã hoa số thập phân, người ta sử dụng các số nhị phân 4 bit.
Ví dụ:
0 0000
1 0001
2 0010
Việc sử dụng các số nhị phân để mã hoa các số phập phân gọi là các số BCD
(Binary Code Decimal)
b. Phân loại
Khi sử dụng số nhị phân 4 bit để mã hoa các số thập phân tương ứng với 24 = 16 tổ hợp mã
nhị phân phân biệt. Do việc chọn 10 tổ hợp trong 16 tổ hợp để mã hoa các ký hiệu thập
phân từ 0 đến 9 mà trong thực tế xuất hiện nhiều loại mã BCD khác nhau. Mặc dù tồn tại
nhiều loại mã BCD khác nhau nhưng người ta chia làm 2 loại chính: BCD có trọng số và
BCD khơng có trọng số.
- Mã BCD co trong số: gom co ma BCD tự nhiên, mã BCD số học. Mã BCD tự nhiên
đó là loại mã mà trong đó các trọng số thươbngf được sắp xếp theo thú tự tăng dần. Mã
BCD số học là loại mã mà trong đó có tổng các trong số ln bằng 9.

- Mã BCD khơng có trong số: là loại mã khơng cho phép phân tích thành đa thức theo cơ
số của nó.
6


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG
3.1 Giới thiệu các linh kiện sử dụng trong mạch
3.1.1 LED thu phát hồng ngoại

Hình ảnh 3-1: LED hồng ngoại

Nguyên lý hoạt động của LED thu phát hồng ngoại
Giống như tất cả các loại đèn LED đang có trên thị trường, nguyên lý LED thu phát hồng
ngoại sử dụng điốt và nhiều chất bán dẫn đơn giản. Điốt ln có thiết kế sao cho dịng điện
chỉ có thể chạy theo một hướng.
Khi các dịng điện chạy, electron rơi từ một phần của diode vào lỗ trên một phần khác. Để
rơi vào các lỗ này, các electron phải làm năng lượng dưới dạng photon tạo ra ánh sáng.
Bước sóng và màu sắc của ánh sáng được tạo ra phụ thuộc vào vật liệu được sử dụng trong
diode.
Đèn LED phát hồng ngoại sử dụng vật liệu tạo ra ánh sáng trong phần hồng ngoại của quang
phổ, tức là, ngay dưới những gì mắt người có thể nhìn thấy.
Đèn LED hồng ngoại khác nhau có thể tạo ra ánh sáng hồng ngoại của các bước sóng khác
nhau, giống như các đèn LED khác nhau tạo ra ánh sáng có màu sắc khác nhau.
3.1.2 Led 7 đoạn

Hình ảnh 3-2: LED 7 đoạn

7

Cấu tạo của LED 7 đoạn
LED 7 đoạn có cấu tạo khá đơn giản, bao gồm tối thiểu 8 đoạn LED được ký hiệu theo
bảng chữ cái Alphabet từ a – g, được kết nối với nhau để có thể hiển thị được các chữ cái,
chữ số đơn giản như:”0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, b, C, d, E, F,…”. Ngồi ra, LED 7 thanh
cịn có thêm một đoạn thứ 8 gọi là chấm thập phân – Decimal Point, ký hiệu là DP và dùng
khi muốn hiển thị số không phải là số nguyên.
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của LED 7 đoạn rất đơn giản, hầu hết các dòng sản phẩm đều hoạt
động thơng qua một ngun tắc chung đó là: Muốn LED nào sáng thì LED đó cần được
phân cực thuận. Muốn tạo ra chữ số nào thì bóng LED ở vị trí tương ứng phải sáng lên.
Bảng nguyên lý hoạt đ ộng led 7 thanh âm chung

3.1.3 IC 74LS47
74LS47 là IC điều khiển / giải mã BCD sang 7 đoạn. Nó chấp nhận một số thập phân
được mã hóa nhị phân làm đầu vào và chuyển đổi nó thành một mẫu để điều khiển 7 đoạn
để hiển thị các chữ số từ 0 đến 9. Số thập phân được mã hóa nhị phân (BCD) là một kiểu
8


mã hóa trong đó mỗi chữ số của một số được biểu diễn bằng chuỗi nhị phân của chính nó
(thường là bốn bit).
Cấu tạo của IC 74LS47

Hình ảnh 3-3: Cấu tạo IC 74LS47

Sơ đồ logic

Nguyên lý hoạt động
A, B, C, D (nối với vi xử lý, mạch số counter,…). BI/RBO, RBI, LT (chân điều khiển của
IC 7447, tùy thuộc vào nhu cầu mà sẽ có kiểu nối khác nhau). Các chân QA, QB, QC,

QD, QE, QF, QG sẽ nối lần lượt với chân a, b, c, d, e, f, g của led 7 thanh.
Các chân A, B, C, D: Đầu vào của 7447, nhận các giá trị nhị phân (BCD) từ 0 đến 15,
tương ứng với mỗi giá trị nhận được sẽ giải mã 1 đầu ra Q tương ứng.

9


Chân QA – QG : đươc nối trực tiếp LED 7 thanh trong đó QA=a, QB=b, QC=c, QD=d,
QE=e, QF=f, QG=g. Giá trị hiển thị trên LED 7 thanh sẽ phụ thuộc vào giá trị đầu vào
của các mạch.
Bảng chân lý IC 7447

IC 7490
74LS90 về cơ bản là một bộ đếm MOD-10 tạo mã đầu ra BCD. Nó bao gồm bốn flip-flop
JK master-slave, được kết nối bên trong để cung cấp bộ đếm MOD-2 (đếm đến 2) và bộ
đếm MOD-5. 74LS90 cũng có một flip-flop JK bật tắt độc lập của CLKA và ba cái khác
được điều khiển bởi CLKB.
3.1.4 Cấu tạo IC 7490

10


Hình ảnh 3-4: Cấu tạo IC 74LS90

Sơ đồ logic

Sơ đồ cấu tạo của IC 7490

Bốn ngõ ra của IC được ký hiệu là QA, QB, QC và QD. Thứ tự đếm của 74LS90 được
kích hoạt bởi cạnh xuống của tín hiệu xung đồng hồ, tức là khi tín hiệu xung đồng hồ

CLK chuyển từ logic 1 (mức CAO) sang logic 0 (mức THẤP) thì xem như có xung đồng
hồ tác động vào mạch đếm.
Các chân ngõ vào bổ sung R1, R2, R3 và R4 là các chân RESET. Khi các ngõ vào
RESET R1 và R2 được kết nối với logic 1, thì mạch đếm sẽ bị RESET trở về 0 (0000)
còn khi các ngõ vào R3 và R4 được kết nối với logic 1, thì mạch đếm được RESET về số
9 (1001) bất kể số đếm hoặc vị trị đếm hiện tại.
Bảng trạng thái của IC 7490:
11


SỐ THẬP

QD

QC

QB

QA

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

2

0

0

1

0

3

0

0

1

1

4

0

1

0

0

5

0

1

0

1

6

0

1

1

0

7

0

1

1

1

8

1

0

0

0

9

1

0

0

1

PHÂN

3.1.5 Các linh kiện khác
-

IC LM358, IC 7805, đèn LED , biến trở, điện trở (220, 1k, 10k), nút bấm, tụ điện.

Sơ đồ khối của hệ thống

Hình ảnh 3-5: Sơ đồ khối của hệ thống

12


Chức năng các khối
-

Khối thu phát : Sử dụng LED thu phát hồng ngoại, IC LM358 cung cấp xung vuông
cho bộ đếm

-

Khối đếm : sử dụng IC 74LS90 thực hiện đếm lên mã BCD.

-

Khối giải mã : Mã BCD tạo được giải mã qua IC 74LS47 để giải sang LED 7 đoạn .

-

Khối hiển thị : Sử dụng LED 7 đoạn âm chung, hiển thị kết quả đếm .

-

Khối nguồn: Cung cấp nguồn 5V cho hệ thống.

3.2 Nguyên lý hoạt động của mạch đếm sản phẩm
3.2.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình ảnh 3-6: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống trên phần mềm proteus

3.2.2 Nguyên lý hoạt động
Khối thu phát hồng ngoại sẽ có tia hồng ngoại, khi có sản phẩm đi qua, tia hồng ngoại sẽ
phản lại, xuất hiện dòng điện đi qua LED tạo chênh lệch điện áp ngõ vào IC LM358 so
sánh với điện áp ở chân biến trở tạo ra xung vuông cấp vào bộ đếm
Mạch đếm đầu tiên nơi có xung đếm vào là hàng đơn vị, mạch đếm tiếp theo là hàng
chục.
Ở mạch hình khi mạch đếm 7490 thứ 1 đã đếm đầy tức đạt đến số đếm 1001 = 9, thì nếu
có thêm một xung vào nữa mạch đếm sẽ tự động reset về 0 tức ngõ ra QD của nó sẽ từ 1
13


xuống 0 tạo cạnh xuống đến ngõ vào CLKB của mạch đếm 7490 thứ làm ngõ ra của
mạch đếm này là 0001 = 1. Số đếm lúc bây giờ của 2 mạch đếm là 1010. Tiếp tục như
thế mạch đếm lên 11 … 19 rồi 20 , 21 ….29, 30, 31… Nút bấm BT1 có tác dụng reset
mạch về trạng thái ban đầu.

3.3 Mơ hình hệ thống trên phần mềm proteus

Hình ảnh 3-7:Mơ hình mơ phỏng hệ thống trên proteus

14


CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH
4.1 In mạch
4.1.1 Mạch in trên proteus

Hình ảnh 4-1: Mạch in trên proteus

15


4.1.2 Mạch in thực tế

Hình ảnh 4-2: Mạch in thực tế sau khi khoan

16


4.2 Lắp ráp
4.2.1 Hệ thống hồn chỉnh

Hình ảnh 4-3: Mơ hình hệ thống hồn chỉnh

17


4.3 Thử nghiệm hệ thống
4.3.1 Tiến hành chạy thử nghiệm hệ thống

Hình ảnh 4-4: Chạy thử nghiệm hệ thống

4.4 Đánh giá hệ thống
Kết quả đạt được: Mạch đếm 100 sản phẩm sử dụng ic đếm tích hợp.
-

Lắp ráp mạch đúng yêu cầu, đảm bảo tính kĩ thuật và tính thẩm mỹ

-

Mạch chạy ổn định, không bị nhiễu.

-

Khoảng cách nhận biết sản phẩm: 0 – 10 cm, có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh
biến trở.

Một số lỗi gặp phải khi thử nghiệm hệ thống:
-

Lỗi hiển thị cho mạch bị chập.

-

Cấp nguồn sai chiều cho mạch
18


-

Cảm biến hồng ngoại khơng nhận tín hiệu do khoảng cách quá xa cần điều chỉnh
biến trở để thay đối khoảng cách nhận tín hiệu

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Mạch đếm 100 sản phẩm sử dụng IC đếm tích hợp là sự kết hợp giữa các khối riêng
lẻ có chức năng khác nhau tạo thành một hệ thống hồn chỉnh. Qua đó chúng ta có thể dễ
dàng điều chỉnh, thay thế, sửa chữa một cách thuận tiện.
Khoảng cách nhận biết sản phẩm: 0-10 cm và có thể thay đổi bằng biến trở.
Hướng phát triển: Chúng em xin đưa ra một số hướng phát triển cho đề tài như sau.
-

Thay thế các IC số bằng PIC vi xử lý để hệ thống hoạt động chuẩn xác hơn.

-

Tăng số lượng đếm sản phẩm.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
/> /> /> />
19