Đế tài- Thiết kế mạch báo thức đồng hồ số P1 pdf

THIẾT KẾ MẠCH ĐTS
Đề tài:
Mạch báo thức đồng hồ số



LỜI NÓI ĐẦU
XW


Các hệ thống điện tử ngày nay đã và đang thay thế các công việc hàng ngày
của con người từ những công việc từ đơn giản đến phức tạp như điều khiển tín hiệu
đèn giao thông, đo tốc độ động cơ hay tạo chuông báo giờ. Các hệ thống này có thể
thiết kế theo hệ thống tương tự hoặc hệ thống số. Tuy nhiên trong các hệ
thống
điện tử thông minh hiện nay người ta thường sử dụng hệ thống số hơn là các hệ
thống tương tự bởi một số các ưu điểm vượt trội mà hệ thống số mang lại đó là: độ
tin cậy cao, giá thành thấp, dễ dàng thiết kế, lắp đặt và vận hành… Để làm được tốt
đề tài này chúng ta phải có kiến thức về môn điện t
ử số, hiểu được cấu trúc và chức
năng của một số IC đếm, mạch giải mã, các cổng logic và một số kiến thức về các
linh kiện điện tử như tụ điện, transistor, diode…
Trong đề tài này với mục đích là cũng cố và vận dụng một số kiếm thức đã học
từ môn điên tử số, mạch tương tự…Và cuố
i cùng là mong muốn ứng dụng mạch
vào trong thực tế…

MỤC LỤC

I. Lời mở đầu

II. Giới thiệu chức năng của hệ thống

III. Phân tích bài toán

IV. Sơ đồ khối

V. Thiết kế cụ thể cho từng khối :
1. Thiết kế khối nguồn
2. Thiết kế khối tạo xung chuẩn 1 Hz
3. Thiết kế khối đồng hồ số
4. Thiết kế khối khối hiển thị
5. Thiết kế khối gi
ải mã đổ chuông
6. Thiết kế khối chuông

VI. Sơ đồ mạch của hệ thống

VII. Một số linh kiện thông dụng được dùng trong hệ thống :
1. IC giải mã 7 đoạn 74LS47
2. IC đếm mode 10 74HC192
3. IC giải mã BCD sang mã 10 74HC4028
4. IC tích hợp phần tử OR 74LS32P
5. IC tích hợp phần tử AND 74LS08

6. Led 7 đoạn chung Anot

VIII. Đánh giá ưu nhược điểm của mạch

IX. Tổng kết công việc của từng thành viên trong nhóm

X. Kết luận






NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………



Hà Nội, ngày …tháng … năm…


GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN



Khối tạo
xung 1Hz
Khối đồng hồ
Khối giải mã
đổ chuông
Khối
chuông
Kh
ối
h

ỉ h
Khối nguồn
5v
Khối hiển thị




I. Giới thiệu chức năng :

Đồng hồ số báo chuông hoàn toàn tự động, có khả năng báo thức , báo giờ vào học,
ra chơi, ra về của trường, báo giờ vào làm việc … có khả năng hiển thị thời gian
hiện tại, có khả năng chỉnh giờ, hoặt động với độ tin cậy cao sử dụng nguồn Pin,
Ắc quy và điện lưới 220v với một lần khởi động hệ thống và chỉnh thời gian duy
nhất.

III. Phân tích bài toán :

Khi nói về khả năng báo thức . Chúng em nghĩ chỉ cần đặt một thời gian nào
đó mà người sử dụng muốn báo thức .Như mỗi sang thức dậy vào lúc 6h chẳng hạn
. Đồng thờ có thể nhận biết thời điểm đổ chuông hợp lý có khả năng báo chuông
thức dậy . Vì thế ta thiết kế được một đồng hồ số hoàn chỉnh, trên cơ sở đó thiết k
ế
thêm module giải mã thời gian, để nhận biết từng thời điểm đổ chuông đúng giờ và
hợp lý.
Khi thiết kế đồng hồ số ta lại phải thiết kế bộ đếm 24 cho khối giờ, bộ đếm 60 cho
khối phút và khối giây. Xây dụng bộ giải mã để giải mã tín hiệu BCD từ các IC
đếm để hiển thị trên led 7 đoạn, ngoài ra còn phải có một khối chỉnh thờ
i gian, khối
nguồn và khối tạo xung.

IV. Sơ đồ khối :


















V. Thiết kế cụ thể cho từng khối

1. Khối nguồn
Trong hầu hết các mạch logic số nguồi nuôi thường duy trì ổn định ở mức
+5V. Do yêu cầu cao của hệ thống các nguồn nuôi thường được chế tạo một cách
đặc biệt nhằm đem lại hiệu quả, và tính ổn định cao.

Thông thường có 2 kiều nguồn chính:

+ Dùng pin hoặc ắc quy cho điện áp tương đối ổn định, mặc dù trên thị trường
không có loại pin ho
ặc ắc quy chuẩn 5v cho nên nếu dùng nó thì phải qua một bộ
biến đổi điện áp để đưa điện áp về dạng chuẩn hơn nữa trong quá trình sử dụng,
năng lượng trong pin, ắc quy hết đi hệ thống sẽ bị gián đoạn.

- Sơ đồ đưa điện áp 6V từ pin về điện áp chuẩn như sau:



+ Trên thực tế để có nguồn điện đáng tin cậy người ta hay dùng phương pháp ổn áp
dòng điện một chiều từ cuộn sơ cấp của biến áp sau khi đã chỉnh lưu bằng cách sử
dụng một IC loại 7805.


- Sơ đồ mắc mạch ổn áp dùng IC 7805 như sau:




2. Khối tại xung chuẩn 1Hz

Có nhiều cách để tạo ra xung chuẩn 1Hz như dùng dao động đa hài, dùng
mạch khuyếch đại có hồi tiếp dương, dùng thạch anh, và IC tạo dao động chuyên
dụng 555. Trong các cách đó nếu dùng thạch anh là chính xác hơn cả bởi sai số của
nó rất nhỏ, tuy nhiên khi dùng thạch anh ta lại phải tạo ra một mạch tương đối
phức tạp đó là khuyếch đại dao động nội từ thạch anh sau đó lại phải tiến hành chia
tần nhiều lần rất phức tạp. Để có một mạch dao động tạo xung chuẩn tương đối
chính xác người ta hay dùng IC555 bởi giá thành rẻ, lắp ráp và vận hành tương đối
đơn giản. trong đề tài này chúng em đã sử dụng loại IC này để tạo dao động.

- Sơ đồ của chân của IC này như sau:















- Cách mắc IC để tạo ra xung chuẩn:




Trong đó tần số của xung ra được tính theo công thức:



Hay t=ln2.C.(R
1
+2R
2

)
Trong qua trình thiết kế mạch ta chọn C=100uf, R
1
=10K, R
2
=2,2K.
vậy ta có xung ra là: t=ln2.100.10
-6
(10.10
-3
+2,2.2.10
-3
)
≈
1s

- Dạng xung ra ở chân số 3:



- Sơ đồ mạch trong thực tế như sau:

3. Khối đồng hồ

Trong khi thiết kế đông hồ chúng ta thấy:
Đồng hồ sử dụng 6 bộ đếm trong đó có 3 bộ đếm mod 10, 2 bộ đếm mod 6 và 1 bộ
đếm mod 3. Các bộ đếm này được thiết kế dựa trên các triger như JK, RS, D…và
được hiết kế theo kiểu đếm đồng bộ hay không đồng bộ.
Để thiết kế bộ đếm 24 cho khối đếm giờ ta ghép nối 2 bộ đế
m mod 3 và bộ đếm
mod 10 sau đó sử dụng mạch logic để khử trạng thái thừa. Để thiết kế bộ đếm 60 ta
nghép 2 bộ đếm 6 và bộ đếm 10.

- Thiết kế bộ đếm mod 3:
Bộ đếm mod 3 có 3 trạng thái là: (0, 1, 2) do đó cần số triger N>Log
2
3 hay N=2,
dùng 2 triger ta lại có thể mã hoá đến 2
2
trạng thái do đó ta thiết kế bộ đếm mod 4
sau đó loại bỏ đi một trạng thái thừa.

- Sơ đồ bộ đếm mod 3:
Kiểu không đồng bộ:

-Kiểu đồng bộ:


Clock



- Bảng trạng thái của bộ đếm:


Đếm
TP
B A Trạng thái
trong bộ đếm
0 0 0 00
1 0 1 01
2 1 0 10
3 1 1 11
0 0 0 00


- Nguyên lý hoặt động:

Có thể biểu diễn thông qua giản đồ sóng sau:





Qa

Clock
Q
b
Ck
- Thiết kế bộ đếm mod 6:
Tương tự như bộ đếm mod 3, để thiết kế bộ đếm mod 6(đếm từ 0 đếm 5) ta phải dùng
n triger sao cho n thoả mãn n>=log
2
6, do đó chon n=3, và số trạng thái có thể có là:
2
3
= 8 như vậy là thừa 2 trạng thái.

- Bảng đếm:


Đếm
TP
Đếm nhị phân Trạng thái trong của
bộ đếm
A B C
0 0 0 0 0 0 0
1 1 0 0 0 0 1
2 0 1 0 0 1 0
3 1 1 0 0 1 1

4 0 0 1 1 0 0
5 1 0 1 1 0 1
6
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0




- Từ bảng trạng thái ta có sơ đồ nguyên lý:





Bộ đếm hoặt động bình thường cho đến xung thứ 6(đếm từ 0 đến 5). Vì triger JK này
hoạt động tích cực ở xườn âm của xung nhịp nên đến sườn sau xung thứ sáu cả hai
Clock
đầu B, C đều có mức tích cực cao qua cổng AND để đưa vào kích hoặt reset làm trở

lại trạng thái ban đầu.

-Nguyên lý hoạt động có thể mô tả băng giản đồ sóng:















- Thiết kế bộ đếm mod 10:

Để đếm từ 0 đên 9 tức là có 10 trạng thái ta phải dùng số triger n>=log
2
10, do đó ta
chon n=4. 4 triger có thể mã hoá được 2
4
=16 trạng thái trong khi đó ta chỉ dùng 10
trạng thái đầu tiên.

- Ta có bảng đếm:



Đếm
TP
Đếm nhị phân Trạng thái trong của bộ
đếm
A B C D
0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 1 0 0 0 0 0 0 1
2 0 1 0 0 0 0 1 0
3 1 1 0 0 0 0 1 1
4 0 0 1 0 0 1 0 0
5 1 0 1 0 0 1 0 1
1
2 5 6 4 3
Ck
7
A
B
C
6 0 1 1 0 0 1 1 0
7 1 1 1 0 0 1 1 1
8 0 0 0 1 1 0 0 0
9 1 0 0 1 1 0 0 1
10
0

0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
0
1
0
0
0



- Sơ đồ nguyên lý của bộ đếm thập phân:





- Nguyên lý hoạt động:

Đây là bộ đếm không đồng bộ, bộ đếm hoạt động bình thường cho đếm xung thứ 10,
tại sườn âm của xung thứ 10 thông qua cổng AND hệ thống bị reset về trạng thái ban
đầu.

- Giản đồ sóng :


Clock


A

B

C

D

Trên thực tế ta không thiết kế từng bộ đếm bằng các triger mà dùng các IC đếm mod
10 để thiết kế bộ đếm mod 3, mod 6, mod 10
Cụ thể là khi thiết kế bộ đếm 60 cho khối giây và khối đếm phút ta dùng IC74HC192
với sơ đồ sau:



- Để thiết kế bộ đếm 24 giờ ta ghép nối như sau:

- Nguyên tắc hoạt động:


Khi có xung clock đặt vào lối vào xung đếm thuận của IC đếm hàng đơn vị của
khối đếm giây, IC này sẽ đếm từ 0 đếm 9 cho ra mã BCD ở đầu ra của nó. Khi IC
này đếm lên đên 9 thì chân tín hiệu
TC
U
sẽ chuyển về mức thấp, ta dùng chân này
để nối với lối vào xung clock của IC đếm hàng chục giây. Khi 2 IC đếm giây đếm
đến 60 thì lập tức tạo ra 1 xung thông qua cổng AND đưa vào chân reset của 2 IC
đếm giây, 2 IC này bị reset về 0 đồng thời tạo xung kích vào lối vào xung clock
của IC đếm hàng đơn vị phút. Các IC đếm phút vào đếm giờ hoạt động tương tự
như IC đếm giây.

4. Khối giải mã hiển thị
Để hiển thị
được kết quả của bộ đếm ta dùng 6 con led 7 đoạn có chung anot và 6
IC giải mã 7 đoạn 74LS47, các chân đầu ra của bộ giải mã 7 đoạn được nối với các
chân của led 7 đoạn với thứ tự tương ứng, các chân đầu vào của bộ giải mã được
nối với các đầu ra của bộ đếm thời gian theo thứ tự chân tương ứng.





5. Khối đi
ều chỉnh thời gian

Khối điều chỉnh thời gian đơn giản là các phím bấm chỉnh phút và chỉnh giờ. Các

phím bấn này kết hợp với công OR để tạo xung đưa vào các lối vào clock của khối
đếm phút và khối đếm giờ. Trong mạch không dùng đến nút chỉnh giây bởi đơn vị
thời gian của nó nhỏ. Còn nếu muốn chỉnh chính xác đếm đơn vị giây ta chỉ cần
khởi động mạch vào th
ời điểm có số giây là 00.



- Sơ đồ bộ chỉnh thời gian: