Đồ án: tìm hiểu về các hệ thống điện tử ppsx

Đồ án: tìm
hiểu về các hệ
thống điện tử
MỤC LỤC
Đồ án: tìm hiểu về các hệ thống điện tử 1
MỤC LỤC 2
I. Lời mở đầu :
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 vào học, ra chơi tại các trường học. 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 đồ án này chúng ta phải có kiến thức về môn
điện tử 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 đồ án môn học này chúng em chọn đề tài thiết kế mạch đồng hồ
báo
giờ các tiết học của trường đại học Vinh, với mục đích là cũng cố
và vận
dụng một số kiếm thức đã học từ môn điên tử số, mạch tương tự…
Và cuối cùng là mong muốn ứng dụng mạch vào trong thực tế…
II. Giới thiệu chức năng :
Đồng hồ số báo chuông hoàn toàn tự động, có khả năng báo giờ vào học,
ra chơi, ra về của trường, có khả năng hiển thị thời gian hiện tại, có khả
năng chỉnh giờ, hoạt 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 :
Qua tìm hiểu thời gian ra chơi, vào học của trường em thấy:
Trường đại học vinh tổ chức 3 buổi học, mỗi buổi học kéo dài 5 tiết, xen
kẽ giữa các tiết học là thời gian ra chơi, thời gian ra chơi sau tiết 1,2,4 là 5
phút, sau tiết 3 là 10 phút. thời gian đổ chuông báo ra chơi là 10s, thời gian
đổ chuông báo vào học là 5s. thời gian vào học ca sáng là 7h, ca chiều là
13h, ca tối 19h ứng với giờ mùa đông. Còn vào mùa hè thời gian vào học
ca sáng là 6h30’, ca chiều 13h30’, ca tối 18h30’ . Với thời gian phức tạp
như thế ta phải thiết kế được một đồng hồ số hoàn chỉnh, trên cơ sở đó
thiết kế thêm module giải mã thời gian, để nhận biết từng thời điểm đổ
chuông đúng giờ và hợp lí.
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 thời 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 hoặc ắc quy chuẩn 5v cho nên nếu dùng nó
thì phải mua 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 đồ án này em đã sử dụng loại IC này để tạo dao động.
- Sơ đồ của chân của IC này như sau:
Chân 1: Nối mass.
Chân 2: Trigger Input ( ngõ vào xung nảy).
Chân 3: Output ( ngõ ra).
Chân 4: Reset (đặt lại).
Chân 5: Control Voltage (điện áp điều khiển).
Chân 6: Threshold (thềm- ngưỡng).
Chân 7: Discharge ( xả điện).
Chân 8: Nối Vcc.
- Cách mắc IC trong thực tế:
Trong đó tần số của xung ra được tính theo công thức:
Hay T=ln2.C.(R
1

+ 2R
2
)
Trong qúa 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
3-Khối đồng hồ:
* Khối đếm:
74HC192 là vi mạch đếm mod 10 thông dụng được sử dụng rất nhiều
trong thực tế, bới nó được chế tạo trên công nghệ tiết kiệm điện năng, nó có
thể đếm tiến, đếm lùi, đếm có dữ liệu vào và có chức năng reset…
- Hình dạng và sơ đồ chân trong thực tế:
- Mô tả các chân của IC 74HC192:
- Bảng chế độ hoặt động:
- Sơ đồ logic :
- 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.
* Khối giải mã:
Vi mạch giải mã 7 đoạn 74LS47 là loại IC có 16 chân dùng để giải mã từ
mã BCD sang mã 7 đoạn để hiển thị được trên led 7 đoạn.
Hình dạng và sơ đồ chân trong thực tế:
Chức năng của các chân IC 74LS47 như sau :
+ Chân số 8 là chân nối đất (0V)
+ Chân số 16 là chân nguồn cung cấp
+ Chân 1,2,6,7 là các chân tín hiệu vào BCD
+ Chân 9,10,11,12,13,14,15 là các chân đầu ra.
+ Chân 3,4,5 là các chân kiểm tra IC
Bảng chân lý của IC 74LS47
- Sơ đồ logic:
* Nguyên lý hoạt động:
IC 74LS47 là IC tác động mức thấp nên các ngõ ra mức 1 là tắt, mức 0
là sáng, tương ứng với các thanh a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn loại anode
chung, trạng thái ngõ ra cũng tương ứng với các số thập phân (các số từ 10
đến 15 không được dùng tới).
Ngõ vào xoá BI được để không hay nối lên mức 1 cho hoạt động giải
mã bình thường. Nếu nối lên mức 0 thì các ngõ ra đều tắt bất chấp trạng thái
ngõ ra.
Ngõ vào RBI được để không hay nối lên mức 1 dùng để xoá số 0 (số o
thừa phía sau số thập phân hay số 0 trước số có nghĩa).
Khi RBI và các ngõ vào D, C, B, A ở mức 0 nhưng ngõ vào LT ở mức 1
thì các ngõ ra đều tắt và ngõ vào xoá dợn sóng RBO xuống mức thấp.
Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức 1 và LT ở mức 0 thì ngõ ra đều
sáng.Kết quả là khi mã số nhị phân 4 bit vào có giá trị thập phân từ 0 đến 15
đèn led hiển thị lên các số như ở hình bên dưới. Chú ý là khi mã số nhị phân

vào là 1111= 15
10
thì đèn led tắt.
*Khối hiển thị:
Hiển thị dùng led 7 đoạn loại anode chung do đầu ra của IC 7447 có mức
tích cực là mức 0 ( mức thấp).
Ở loại anode chung ( anode của đèn được nối lên +5V, đoạn náo sáng ta
nối đầu cathode ủa đoạn đó xuống mức thấp thông qua điện trở để hạn dòng.
Hình dạng và sơ đồ của led 7 đoạn trong thực tế:
4. Khối giải mã đổ chuông :
Khối giải mã đổ chuông là khối tương đối phức tạp trong đề tài
này, bởi dữ liệu cần giải mã là 24bit ~ là tổng số bit đầu ra của các
IC đếm, với số bit lớn như vậy trong thực tế người ta hay dùng Vi
điều khiển họ 8051, hoặc
PIC để giải mã tuy nhiên do yêu cầu của
môn học là “Đồ án thiết kế mạch
số” nên yêu cầu được đặt ra là
thiết kế mạch dùng các phần tử logic và các IC số cơ bản. Do đó
mạch không tránh khỏi sự cồng kềnh.
Qua tìm hiểu chúng em thấy trường Đại Học Vinh tổ chức 3 buổi
học là: buổi sáng, buổi chiều và buổi tối, mỗi buổi học có 5 tiết
học, ở giữa các tiết học có 5 phút ra chơi, riêng giờ ra chơi sau tiết
thứ 3 là 10 phút đã được trình bày ở mục Phân tích bài toán.
Do các ca học là giống nhau và cũng do mức độ phức tạp của đề
tài
nên chúng em chỉ thiết kế mạch giải mã đổ chuông cho một buổi
học. Giả sử ta thiết kế bộ giải mã đổ chuông cho ca học buổi sáng:
Thời gian đổ chuông của ca học này như sau:
Để thiết kế mạch giải mã này ta cần phải lập một hàm y = f(x
0

,
x
2
,…x
23
) Khi đó tại các thời điểm có đổ chuông y sẽ có giá trị 1.
Chúng ta xây dựng mạch giải mã dựa trên phần tử logic AND để
nhận biết các mốc thời gian tức là nhận biết các số thập phân từ 0
đến 9. giả sử tại thời điểm là 07 giờ 00 phút 00 giây ta dùng mạch
AND để nhận biết số 7 như sau:
Dựa vào bảng giải mã BCD ta có thể nối dây dẫn từ cổng AND đến đầu
ra của bộ đếm để xác định thời gian đổ chuông.
Sau khi nhận biết được các giá trị thập phân của bộ đếm thời gian ta tiến
hành
kết hợp các giá trị ở đầu ra các mạch AND để được mạch giải mã
tại thời
điểm 7 giờ, các thời điểm khác cũng tiến hành tương tự như trên.
Sau khi đã giải mã hết các thời điểm để đổ chuông ta tiến hành xây
dựng
mạch phân biệt đâu là thời điểm đổ chuông ra chơi, đâu là thời
điểm đổ
chuông vào học bằng mạch OR như sau:
+)Sơ đồ thực tế:
*Các hàm logic liên quan:
- AND:
Bảng chân lý:
x y z
0 0 0
0 1 0
1 0 0

1 1 1
- OR:
Bảng chân lý:
x y z
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
5. Khối chuông :
- Khối chuông bao gồm hệ thống kích chuông và chuông, chuông
có thể là chuông điện tử hoặc chuông cơ học, nếu là chuông điện tử
công suất nhỏ chỉ cần nối trực tiếp với đầu ra của FET
- Hệ thông kích chuông bao gồm 1 transistor trường làm việc như
một khoá điện tử đế đóng mở dòng điện điều khiển chuông. Khi có
xung dương kích
thích từ bộ giải mã đến đầu vào của bộ kích
chuông, một tụ điện được nối
song song với cực Source và Gate
của Transistor trường được nạp điện để duy trì điện áp giữa cực S
và D của FET. Thời gian mở của FET phụ thuộc vào giá trị của tụ
điện và điện trở mắc song song với nó.
- Thời gian mở của FET được tính gần bằ ng: t = 0.8xCxR
- Đối với mạch trễ 5s ta có: t=0,8x47x10
6
x120x10
3
=5s
- Đối với mạch trễ 10s ta có: t=0,8x100x10
6
x120x10

3
=10s
Do thời gian đổ chuông lúc ra chơi và vào học là khác nhau nên ta
sử dụng 2 mạch khoá kiểu này và nối vào các đầu ra của bộ giải mã
đổ chuông.
-Sơ đồ khối kích chuông: