đề tài thiết kế mạch đếm sản phẩm

BỘ CÔNG NGHIỆP
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRUNG T ÂM TNTH ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN 1
ĐỀ TÀI :
MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM
Họ tên :LÊ ANH HOÀNG
MSSV:0510947
Lớp : CĐĐT7A2
Khoa : ĐIỆN TỬ
Khóa : 2005 - 2008
GVHD :ĐẶNGQUANG MINH
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NĂM 2007
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________

_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM ĐIỂM
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________

_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
1. PHAÀN MÔÛ ÑAÀU
Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay là thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, các nhà máy xí
nghiệp sản xuất sản phẩm của mình trên các băng chuyền hiện đại, sản
phẩm xuất ra rất nhanh và nhiều vì vậy việc đếm xem có bao nhiêu sản
phẩm đã hoàn tất xuất ra từ băng chuyền cuối cùng thì người công nhân
khó có thể thực hiện chính xác được. Vì vậy mạch đếm sản phẩm sẽ giúp
ta kiểm soát được sản lượng cho ra tại mỗi băng chuyền.
Mục đích, yêu cầu
Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp cho nhà máy đếm được số
lượng sản phẩm của máy tạo ra một cách đơn giản, chính xác mà không
tốn nhiều công sức lao động của công nhân.
Yêu cầu của mạch đếm sản phẩm là phải chạy một cách chính xác,
ổn đònh, gọn nhẹ dễ lắp đặt dễ sửa chửa và rẻ tiền.
Phương pháp nghiên cứu
Dựa trên phương pháp nghiên cứu và phân tích đặc tính chức năng
của các linh kiện, các IC và áp dụng những kiến thức đã học cùng với sự
hướng dẫn của giảng viên phụ trách để xây dựng nên một mạch chức năng
đếm sản phẩm hoạt động tốt và đúng với yêu cầu của đề tài.
Kết quả nghiên cứu
Mạch đếm sản phẩm là đề tài thuộc đồ án tốt nghiệp 1, nghiên cứu
và thực hiện đồ án tốt nghiệp 1 giúp sinh viên làm quen với việc làm đồ
án tốt nghiệp, làm quen với cách học tự nghiên cứu ,học tập và làm việc
chung với nhóm. Với việc tự nghiên cứu và thực hiện mạch đếm sản phẩm
giúp sinh viên vận dụng các kiến thức đã học và sự hướng dẫn của giảng

viên để thực hiện tốt mạch.
2. NỘI DUNG
2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch đếm sản phẩm
V C C
4 5 1 1
7
1
2
6
3
4
5
1 3
1 2
1 1
1 0
9
1 5
1 4
1 6
8
A
B
C
D
L T
B I
L E
a
b

c
d
e
f
g
V D D
G R D
R 5
1 0 0
L E D 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 0
E
D
C A
C
D P
B
A
C A
F
G

V C C V C C
4 5 1 1
7
1
2
6
3
4
5
1 3
1 2
1 1
1 0
9
1 5
1 4
1 6
8
A
B
C
D
L T
B I
L E
a
b
c
d
e

f
g
V D D
G R D
U 2 B 4 5 1 8
9
1 0
1 5
1 1
1 2
1 3
1 4
C L K
C K E
R S T
Q 0
Q 1
Q 2
Q 3
V C C
V C C
L E D t h u
12
V C C
l e d p h a t
R 2
1 5 0
V C C
C 1
1 µ

U 1 B 4 5 1 8
9
1 0
1 5
1 1
1 2
1 3
1 4
C L K
C K E
R S T
Q 0
Q 1
Q 2
Q 3
R E S E T
U 2 A 4 5 1 8
1
2
7
3
4
5
6
1 6
8
C L K
C K E
R S T
Q 0

Q 1
Q 2
Q 3
V C C
G N D
V C C
R 4
1 5 0
L E D 2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 0
E
D
C A
C
D P
B
A
C A
F
G
U 1 A 4 5 1 8

1
2
7
3
4
5
6
1 6
8
C L K
C K E
R S T
Q 0
Q 1
Q 2
Q 3
V C C
G N D
4 0 9 3
1
2
3
R 8
1 K
L E D 3
1
2
3
4
5

6
7
8
9
1 0
E
D
C A
C
D P
B
A
C A
F
G
R 7
1 0 0
V C C
L E D 4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 0
E

D
C A
C
D P
B
A
C A
F
G
R 1
1 5 0
4 5 1 1
7
1
2
6
3
4
5
1 3
1 2
1 1
1 0
9
1 5
1 4
1 6
8
A
B

C
D
L T
B I
L E
a
b
c
d
e
f
g
V D D
G R D
4 5 1 1
7
1
2
6
3
4
5
1 3
1 2
1 1
1 0
9
1 5
1 4
1 6

8
A
B
C
D
L T
B I
L E
a
b
c
d
e
f
g
V D D
G R D
R 6
1 0 0
R 3
1 5 0
2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch
2.2.1 Giới thiệu sơ lược về nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của mạch đếm sản phẩm dựa trên nguyên tắt
phát và thu sóng hồng ngoại từ led phát và led thu tạo ra tín hiệu xung với
2 mức thấp ( 0v ) và mức cao ( 5v ) để cấp cho chân nhận xung clock của
IC đếm ( IC 4518 ). IC 4518 có nhiệm vụ đếm số xung clock ở ngõ vào và
chuyển đổi thành tín hiệu số thuộc hệ số nhò phân ở ngõ ra và cấp cho ngõ
vào của IC giải mã ( IC 4511 ), IC 4511 có chức năng chuyển đổi mã số từ
số nhò phân thành mã số thập phân tại ngõ ra và cấp cho Led 7 đoạn hiển

thò số thập phân.
2.2.2 Phân tích nguyên lý hoạt động của từng phần
a. Mạch phát tín hiệu hồng ngoại
D 1
L E D P H A T
0
5 V
1 0 0
Điện trở R có giá trò 100 ohm có tác dụng hạng dòng cấp cho led
phát hồng ngoại.
Led phát IR 2 chân là led phát hồng ngoại, khi có dòng điện chạy
qua thì phát ra tín hiệu hồng ngoại một cách liên tục ra ngoài không gian
theo hướng nhất đònh. Ở mạch đếm sản phẩm ta chỉnh sao cho tín hiệu
hồng ngoại phát ra từ led phát đi thẳng trực tiếp đến led thu tín hiệu ở
mạch thu hồng ngoại.
b. Mạch thu tín hiệu hồng ngoại
Led thu IR 2 chân là led thu hồng ngoại, led sẽ cho dòng điện đi qua
nếu nó nhận được tín hiệu hồng ngoại từ led phát, vì vậy ta phải chỉnh sao
cho led thu hướng về tín hiệu từ led phát.
0
0
R 3
1 0 0 K
D 2
L E D T H U
D 3
L E D
5 V
C 1
1 u F R 4

R
4 0 9 3
Điện trở R có giá trò 100K có chức năng hạng dòng chạy qua led thu,
đồng thời phân thế cho anod của tụ C1.
Bình thường thì led thu nhận được tín hiệu hồng ngoại một cách liên
tục, led thu dẫn dòng điện từ nguồn qua R 100K và xuống mass. Khi đó
điện áp tại anod của tụ C1 coi như gần bằng 0v.
Khi có sản phẩm đi ngang qua và ngăn cảng đường tín hiệu hồng
ngoại từ led phát đến led thu, lúc này led thu không nhận được tín hiệu
hồng ngoại sẽ không dẫn điện xuống mass và điện thế tại anod của tụ C1
nâng cao lên gần bằng Vcc và tụ nạp điện, điện áp tại catod của tụ cũng
tăng lên ở mức cao, lúc này tại ngõ vào cổng đảo mức cao nên ngõ ra mức
thấp.
Khi sản phẩm đã đi qua thì led thu lại nhận được tín hiệu hồng ngoại
và dẫn điện, điện áp tại anod của tụ mức thấp tụ xả điện, lúc này điện áp
tại catod giảm mạnh khiến áp mức vào của cổng đảo là thấp nên ngõ ra là
mức cao. Sự thay đổi điện áp tại ngõ ra của cổng đảo ( NOT ) từ mức thấp
lên mức cao đã tạo ra một xung clock cung cấp cho bộ đếm.
2
1 21 3
64 5
4 0 9 3
8
7
1 01 4
31
91 1
Hình a
N O T
3 2

Hình b
Cổng đảo ( NOT ) có chức năng thay đổi trạng thái tại ngõ ra của
catod tụ điện, đồng thời còn có tác dụng ổn đònh biên độ điện áp của xung
clock ở hai mức nhất đònh là 0v hoặc 5v. Hình a là cấu trúc và sơ đồ chân
của IC 4093 với 4 cổng AND, với cổng AND ta có thể chuyển đổi thành
chức năng như cổng NOT ( sơ đồ tương đương như hình b )
Điện trở R4 có giá trò từ vài chục Ohm đến vài trăm Ohm có tác
dụng hạng dòng điện cung cấp cho đèn led D3, D3 là led báo xung giúp ta
có thể dễ dàng nhận biết được mức áp của xung ra, nếu là mức thấp thì led
tắt, mức cao thì led sáng ( trong mạch đếm sản phẩm sử dụng R4 có giá trò
150 Ohm ).
c. Bộ đếm với hai IC 4518 và bộ giải mã với bốn IC 4511 điều
khiển led 7 đoạn hiển thò số
° Giới thiệu IC đếm 4518: Là IC được đóng gói theo dạng DIP 16,
4018 là IC có chức năng đếm theo số trạng thái xung tại ngõ vào xung
clock. IC4518 gồm cả hai bộ đếm mã số nhò phân, chân 16 lên nguồn, chân
8 nối mass, các chân 1,2,3,4,5,6,7 thuộc một bộ đếm và 9,10,11,12,
13,14,15 thuộc bộ đếm thứ hai, hai bộ đếm này có chức năng như nhau.
HÌNH DẠNG CỦA IC4518

SƠ ĐỒ KHỐI CỦA IC4518

Dựa vào sơ đồ khối của 4518 ta thấy hai bộ đếm tách biệt nhau, ta
phân tích bộ đếm phía trên gồm có chân 1 nhận xung clock, chân 2 là ngõ
vào cho phép, nhìn vào bảng sự thật ta sẽ nhận biết trạng thái của hai chan
này. Nếu chân 1 nhận xung từ mức thấp lên cao ( 0v – 5v ), chân 2 ở 5v
hoặc chân 1 ở 0v và chân 2 chuyển trạng thái từ cao xuống thấp ( 5v – 0v )
thì IC đếm lên một đơn vò. Các chân 3, 4, 5, 6, ứng với Q0, Q1, Q2, Q3 thể
hiện mã số BCD ở ngõ ra, chân số 7 Reset nếu ở mức cao sẽ thiết lập lại
trạng thái ban đầu của bộ đếm.

BẢNG SỰ THẬT IC4518
° Nguyên lý hoạt động của IC4518: Với giản đồ xung và bảng
chân trò của IC4518 ta thiết kế mạch đếm sản phẩm với chân 1 clock nối
mass, chân nhận xung clock là chân 2 enable, vì vậy khi xung cạnh xuống (
5v – 0v ) thì IC đếm một đơn vò. Với cách này khi đếm sản phẩm thì khi
sản phẩm đi qua che tín hiệu hồng ngoại đến led thu, điện áp tại anod led
thu mức cao, dẫn đến tụ C1 nạp điện catod tụ mức áp tăng cao, tụ nạp đầy
thì mức áp thấp, qua cổng NOT có áp cao led sáng. Khi sản phẩm đi qua,
led thu nhận được tín hiệu hồng ngoại và dẫn điện lúc này tụ điện xả, áp
tại catod tụ tăng cao và ngõ ra tại cổng NOT là mức thấp. Tại thời điểm
này, tín hiệu xung từ mức cao xuống thấp cấp cho chân 2 enable và IC4518
thực hiện đếm một đơn vò. Ngõ ra của IC là Q0, Q1, Q2, Q3 hoạt động như
giãn đồ xung biểu diển, các chân này sẽ được nối vào các chân D1, D2,
D3, D4 để IC4511 tiếp tục nhiệm vụ của mình là giải mã từ hệ số BCD và
điều khiển led 7 đoạn hiển thò số thập phân.
GIÃN ĐỒ XUNG CỦA IC4518
° Giới thiệu IC giải mã 4511: là IC đóng gói dạng DIP 16, IC4511
có chức năng là nhận tín hiệu với hệ số BCD từ các ngõ vào là D1, D2,
D3, D4 đểø thực hiện giải mã sang hệ số thập phân ở ngõ ra là Qa, Qb, Qc,
Qd, Qe, Qf, Qg điều khiển led 7 đoạn hiển thò số thập phân.
Chân 4 BI có chức năng kiểm tra mạch, tích cực mức thấp, khi nối
mass thì các ngõ ra từ Qa đến Qg có mức áp là 0v, led 7 đoạn không sáng.
HÌNH DẠNG IC 4511

Chân 3 LT có chức năng chạy thử mạch, tích cực mức thấp, khi nối
mass thì các ngõ ra từ Qa đếùn Qg đều ở mức cao Vcc, led 7 đoạn hiển thò
số 8.
Chân 5 LE là ngõ vào cho phép mạch hoat động, tích cực mức thấp,
khi nối mass thì, các chân LT và BI nối Vcc thì IC 4511 mới có chức năng
giải mã.

Các chân 7, 1, 2, 6 tương ứng với các ngõ vào của tín hiệu BCD là
D1, D2, D3, D4 nhận tín hiệu từ Q0, Q1, Q2, Q3 từ IC 4518 để thực hiện
việc giải mã từ hệ số BCD sang hệ số thập phân.
Các chân 13, 12, 11, 10, 9, 15, 14 tương ứng các ngõ ra là Qa đến
Qg, các ngõ ra này cấp cho các chân a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn loại
catod chung hiển thò số thập phân.
Chân 8 GND nối mass.
Chân 16 Vcc nối nguồn dương.
Sơ đồ chức năng chân IC 4511
Sơ đồ khối logic của IC 4511
° Nguyên lý hoạt động của IC 4511: chưcù năng của IC 4511 trong
mạch đếm sản phẩm là nhận tín hiệu thuộc hệ số BCD từ IC 4518 của bộ
đếm từ các chân ngõ vào D1, D2, D3, D4 sau đó thực hiện giải mã và điều
khiển led 7 đoạn thực hiện hiển thò số thập phân.
Theo bảng sự thật của IC 4511, ta thấy với các tín hiệu BCD từ IC
4518 sau khi thực hiện đếm sẽ cấp cho ngõ vào của IC 4511, các số nhò
phân BCD sẽ được IC 4511 giải mã thành hệ số thập phân và điều khiển
led 7 đoạn hiển thò các số thập phân từ 0 đến 9.
Bảng sự thật IC 4511
° Led 7 đoạn catod chung: là một loại linh kiện điện tử thông dụng
sử dụng nhiều trong lónh vực điện tử số. Led 7 đoạn catod chung bao gồm 7
thanh led dài giống nhau xắp xếp thứ tự như hình vẽ và được nối chung
catod của các đoạn led (nếu led 7 đoạn anod chung thì các anod được nối
chung với nhau ) khi hoạt động các chân a, b, c, d, e, f, g được nối với ngõ
ra của IC giải mã tích cực mức cao.
CÁC SỐ ĐƯC HIỂN THỊ TRÊN LED 7 ĐOẠN
2.2.3 Nguyên lý hoạt động tổng quát của mạch đếm sản phẩm
Sau khi nghiên cứu nguyên lý hoạt động của từng phần của mạch
đếm sản phẩm ta nghiên cứu chung về một khối thống nhất của mạch.
Khi có một sản phẩm đi ngang qua và che mất tín hiệu hồng ngoại

từ led phát đến led thu, mạch thu sẽ cho ra một xung clock cấp vào chân số
2 enable của IC 4518, lúc này IC 4518 có nhiệm vụ đếm lên một đơn vò
thuộc hệ số BCD, số BCD này xuất ra bởi các chân 3, 4, 5, 6 tương ứng Q0,
Q1, Q2, Q3. Các chân này nối trực tiếp lên các chân D1, D2, D3, D4 của
IC giải mã 4511. IC 4511 có nhiệm vụ giải mã từ hệ số BCD sang hệ số
thập phân và xuất ra trên các chân từ Qa đến Qg được nối với các chân a,
b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn thông qua các điện trở có giá trò 150 Ohm có
tác dụng hạng dòng bảo vệ led 7 đoạn. Xung clock từ mạch thu hồng ngoại
chỉ cấp cho phần đếm hàng đơn vò của mạch. Để hiển thò được con số hàng
trăm ta chỉ việc nối chân 10 enable của IC 4518 với chân 6 tương ứng Q3
của ngõ ra hệ số BCD của hàng đơn vò. Tại vì nếu có 9 sản phẩm đã được
đếm ở hàng đơn vò, lúc này số BCD tương ứng với Q3, Q2, Q1, Q0 là 1001;
Q3 tương ứng với 1 là mức cao, nếu sản phẩm thứ 10 đi qua thì IC đếm với
mã BCD không thể hiển thò số 1010 mà trở về trạng thái lúc đầu là 0000,
vậy Q3 từ mức cao về mức thấp đã tạo ra một xung clock cấp cho bộ đếm
hàng chục và bộ đếm hàng chục đếm lên một đơn vò. Tương tự như vậy, bộ
đếm hàng chục sau khi đếm đến hết 9 thì quay về 0, Q3 từ mức cao về
thấp cấp xung cho bộ đếm hàng trăm, Q3 cùa bộ đếm hàng trăm cấp xung
cho bộ đếm hàng ngàn.
Với 2 IC 4518 với mỗi IC 4518 có 2 bộ đếm, ta có 4 bộ đếm điều
khiển 4 IC 4511 giải mã và điều khiển 4 led 7 đoạn hiển thò số hệ thập
phân từ hàng đơn vò, chục, trăm, ngàn; như vậy với 4 led hiển thò thì mạch
đếm của chúng ta có thể đếm được từ 0000 đến 9999 sản phẩm trước khi
quay trở về 0000.
Để mở rộng con số sản phẩm được đếm ta chỉ việc nối Q3 của bộ
đếm hàng trước đó với ngõ vào xung clock của bộ đếm cho hàng tiếp theo.
Trong mạch còn có một nút nhấn Reset có tác dụng lập lại trạng thái
ban đầu của mạch tức là số 0000.
3. ƯU - KHUYẾT ĐIỂM CỦA MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM
3.1 Ưu điểm

Mạch đếm sản phẩm có ưu điểm là mạch đơn giản, gọn nhẹ, hoạt
động ổn đònh, chính xác dễ lắp đặt và sửa chửa. Mạch có giá trò thiết thực
khi thực hiện đếm số lượng sản phẩm được sản xuất ra từ các băng chuyền
một cách chính xác, thay thế cho việc đếm sản phẩm của 1 công nhân giúp
tiết kiệm sức lao động. Mạch đếm sản phẩm hoạt động với dòng điện một
chiều 5v nên ít hao tốn nhiều năng lượng.
3.2 Những khuyết điểm của mạch đếm sản phẩm.
Bên cạnh những ưu điểm thì mạch cũng tồn tại một số khuyết điểm
như sau: tín hiệu hồng ngoại từ led phát không đủ mạnh để truyền đi xa
trong không gian nên để led thu nhận được tín hiệu một cách mạnh và ổn
đònh nhất thì khoảng cách của hai led thu và phát không quá xa; chính vì
vậy mà sản phẩm được đếm không quá lớn, hạng chế của mạch đếm là chỉ
đếm những sản phẩm có kích thước nhỏ như chai bia, nước ngọt, các sản
phẩm có kích thước nhỏ khác.
Vì mạch hoạt động theo nguyên lý nhận tín hiệu hồng ngoại tạo
xung clock để đếm nên khi hai sản phẩm đứng quá gần nhau thì tín hiệu
hồng ngoại vẫn bò che khuất nên mạch vẫn đếm cho một sản phẩm; để
khắc phục nhược điểm này thì yêu cầu các sản phẩm trên băng chuyền
phải có một khoảng cách tốt thiểu sao cho tín hiệu hồng ngoại từ led phát
đến được với led thu sau khi có một sản phẩm đi qua.
4. KẾT LUẬN
Đồ án tốt nghiệp 1 là một bài tập lớn, một thử thách đối với sinh
viên, tuy nhiên với đồ án tốt nghiệp 1 giúp cho sinh viên vận dụng một
cách cụ thể kiến thức của mình đã hoc một cách sáng tạo và làm quen dần
với cách học tự nghiên cứu, học tập và làm việc với nhóm để nghiên cứu
và thực hiện đồ án một cách tốt nhất. Hơn thế nữa, đồ án 1 còn giúp sinh
viên quen dần với cách làm các đồ án tốt nghiệp sau này.
4. TÀI LIỆU THAM KHẢO
° www.alldatasheet.com