BÁO CÁO Thiết kế hệ thống đèn giao thông sử dụng ic số

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 1
MỤC LỤC
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 2
1 Giới thiệu
Việc áp dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật vào đời sống nhằm nâng cao mức sống
con người ngày càng phổ biến: Từ các ứng dụng trong công cộng như hệ thống an ninh
cho tới những ứng dụng trong lao động sản xuất như các dây chuyền sản xuất tự động
trong các phân xưởng nhà máy…Trong đó, phát triển công nghệ trong giao thông trở nên
thông minh, thân thiện, và an toàn hơn là một lĩnh vực rất quan trọng và có nhiều tiềm
năng phát triển. Với mong muốn được tiếp cận, học hỏi lĩnh vực này, nhóm đã chọn đề
tài “Hệ thống đèn giao thông”.
Với kiến thức chuyên môn cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn yếu, nên mục đích
của đề tài này chỉ dừng lại ở mức tiếp cận, tìm hiểu nhằm nâng cao kỹ năng thực tiễn để
phát triển sau này ( đồ án 2, đồ án 3, đồ án tốt nhiệp,…). Chính vì vậy, hệ thống này sẽ
được thiết kế và thi công theo hướng đơn giản, hoạt động tương đối hiệu quả nhưng vẫn
tạo điều kiện để mở rộng và nâng cao hệ thống về sau.
Phương pháp nghiên cứu và thực hiện đề tài: từ kiến thức sẵn có, tham khảo tài liệu
trong thư viện, trên mạng và quan trọng nhất là sự hướng dẫn của GVHD thực hiện đề
tài.Với phương pháp và mục đích trên, đề tài hoàn toàn có tính ứng dụng thực tiễn cũng
như tính khả thi cao.
1.1 Tìm hiểu đề tài
Nhóm đã tìm hiểu nhiều nguồn trên internet và các khóa đi trước thấy rằng đề tài này
đã có nhiều nhóm thực hiện , qua đó nhóm đã đúc kết được một số kiến thức cũng như
rút được nhiều kinh nghiệm như:
• Cách thiết kế mạch: Có thể sử dụng các IC số hoặc vi điều khiển. Các cách
thì có ưu nhược điểm riêng.
• Nếu sử dụng IC số thì không cần đòi hỏi các kiến thức về lập trình. Nhưng
mạch cồng kền, nhiều linh kiện, mạch layout phức tạp, hệ thống khó phát
triển, nâng cấp.
• Nếu sử dụng VĐK thì mạch nhỏ gọn, ít IC, layout đơn giản, hệ thống dễ

nâng cấp, phát triển,… Nhưng đòi hỏi người thực hiện phải nắm các kiến
thức về lập trình cho VĐK.
Vì đồ án môn học 1 yêu cầu người thực hiện chủ yếu nắm những kiến thức về các
linh kiện điện tử, IC số, các kĩ năng cơ bản về thi công, thiết kế mạch,… và không đòi
hỏi đề tài phức tạp nên nhóm thực hiện đề tài này chỉ sử dụng các IC số.
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 3
2 Nghiên cứu lý thuyết
2.1 Khối nguồn
Trong đề tài này nhóm sử dụng nguồn máy tính:
• Input: 200-240VAC, 3A, 47-63Hz
• Output: Chỉ sử dụng ngõ ra 5V, 18A
2.2 Bộ tạo xung:Sử dụng IC 555
2.2.1 Các thông số cơ bản của IC 555
Điện áp đầu vào : 2 - 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555, NE7555 )
Dòng điện cung cấp : 6mA - 15mA
Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V
Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 - 0.06V
Công suất lớn nhất là : 600mW
2.2.2 Các chức năng của 555
Là thiết bị tạo xung tương đối chính xác.
Điều chế được độ rộng xung.
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết
Hình 1: IC 555 (4)
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 4
2.2.3 Sơ đồ chân IC555
Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là chân chung.
Chân số 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được dùng như
1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp.Mạch so sánh ở đây dùng các transitor PNP với
mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc.

Chân số 3(OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic. Trạng thái của tín
hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1. 1 ở đây là mức cao nó tương ứng với gần bằng
VCC và mức 0 tương đương với 0V nhưng mà trong thực tế mức 0 này không được 0V
mà nó trong khoảng từ (0.35 ->0.75V) .
Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối mass thì ngõ ra
ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên
chân 2 và 6.Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân này lên
VCC.
Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555
theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND. Chân này có thể
không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuống
GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp
chuẩn được ổn định.
Chân số 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác và
cũng được dùng như 1 chân chốt.
Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu điều khiển
bởi tầng logic của chân 3 .Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại, ngược lại thì
nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động .
Chân số 8 (VCC): chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động. Không có chân này coi
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết
Hình 2: Sơ đồ chân IC 555 (4)
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 5
như IC chết. Nó được cấp điện áp từ 2V >18V (Tùy từng loại 555 thấp nhất là con
NE7555).
2.2.4 Công thức tính tần số điều chế độ rộng xung của 555
Nhìn vào sơ đồ mạch trên ta có công thức tính tần số , độ rộng xung.
Tần số của tín hiệu đầu ra là :
f = 1/(ln2.C.(R1 + 2R2))
Chu kì của tín hiệu đầu ra : t = 1/f
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

Hình 3: Sơ đồ kết nối IC 555 (4)
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 6
2.3 Bộ đếm: Sử dụng IC 74LS192
74192: IC đếm BCD
Các chân: 11, 12, 13 tích cực mức thấp, các chân còn lại tích cực mức cao.
Chân số Chức năng
Nguồn, mass
16 Chân nguồn
8 Chân mass
Điều khiển
4 Chân đếm xuống
5 Chân đếm lên
14 Chân master reset
11 Chân quay về trạng thái đếm đặt trước.
Input
15 P0
1 P1
10 P2
9 P3
Output
3 Q0
2 Q1
6 Q2
7 Q3
Bảng 1: Chức năng các chân IC 74LS192
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết
Hình 4: IC 74LS192 (4)
Hình 5: Sơ đồ chân IC 74LS192 (1)
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 7
2.4 Bộ giải mã: Sử dụng IC 74LS247

74247: IC giải mã BCD để hiển thị ra led 7 đoạn
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết
Hình 6: Bảng trạng thái IC 74LS192 (1)
Hình 7: IC 74LS247 (1)
Hình 8: Sơ đồ chân IC 74LS247 (1)
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 8
Các chân: 1, 2, 6, 7, 8, 16 tích cực mức cao, các chân còn lại tích cực mức thấp.
Chân số Chức năng
Nguồn, mass
16 Chân nguồn
8 Chân mass
Điều khiển
3 (LT) Test đèn
4 (RBI) Xuất số khác “0” qua led kế tiếp bên trái
5 (BI) Không hiển thị các số không vô nghĩa
Input
7 P0
1 P1
2 P2
6 P3
Output
13 a
12 b
11 c
10 d
9 e
15 f
14 g
Bảng 2: Chức năng các chân IC 74LS247
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

Hình 9: Bảng trạng thái IC 74LS247 (1)
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 9
2.5 IC 74LS153
74153: IC dồn kênh
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết
Hình 11: Cấu tạo IC 74LS153 (1)
Hình 10: IC 74LS153 (1)
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 10
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 11
Hình 12: Bảng trạng thái IC 74LS153 (1)
2.6 IC 74HC4017
744017: IC giải mã
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết
Hình 14: Cấu tạo IC 74HC4017 (1)
Hình 13: IC 74HC4017 (1)
Hình 15: Bảng trạng thái IC 74HC4017 (1)
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 12
2.7 IC OR 74LS32
7432: cổng logic cộng, 2 ngõ vào 1 ngõ ra
2.8 IC NOT 74LS04
7404: cổng logic đảo, 1 ngõ vào 1 ngõ ra
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết
Hình 17: Sơ đồ chân IC74LS32 (4)
Hình 16: IC 74LS32 (1)
Hình 18: IC 74LS04 (4)
Hình 19: Sơ đồ chân IC 74LS04 (1)
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 13
2.9 Bộ hiển thị
Led 7 đoạn: Có 2 loại Anode chung và Cathode chung, trong đề tài nhóm chọn sử

dụng loại Anode chung. Đối với loại Anode chung thì các ngõ vào đều tích cực mức thấp,
chân Anode chung được nối lên nguồn.
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết
Hình 20: LED 7 đoạn (4)
Hình 21: Cấu tạo LED 7 đoạn (4)
Hình 22: Bảng trạng thái LED 7 đoạn (1)
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 14
Led đơn:
Ðiện áp định mức của Led:
Led xanh lá: 2.7 - 3 volt
Led xanh và Led trắng: 3.5 - 4 volt
Led đỏ: 2.2 – 2.5 volt
Dòng định mức của Led: 20mA cho đa số
các Led.
2.10 Các phần mềm hỗ trợ
Phần mềm mô phỏng proteus: Proteus là một phần mềm chuyên dụng để mô phỏng,
thiết kế mạch cũng như vẽ sơ đồ mạch in,… đặc biệt đây là một phần mềm được trang bị
nhiều công cụ mạnh mẽ về mô phỏng và được nhiều người sử dụng.
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết
Hình 23: LED đơn (4)
Hình 24: Phần mềm Proteus
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 15
3 Nội dung chính
3.1 Sơ đồ khối
3.2 Sơ đồ nguyên lý
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết
Hình 25: Sơ đồ khối
Hình 26: Sơ đồ nguyên lý toàn bộ hệ thống
Hình 28: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
Hình 27: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung

Hình 29: Sơ đồ nguyên lý mạch chọn kênh
Hình 30: Chi tiết mạch chọn kênhHình 31: Mạch hiển thị dùng LED 7 đoạnHình 32: Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 16
3.3 Sơ đồ thi công
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết
Hình 33: Mạch hiển thị dùng LED đơn
Hình 34: Layout mạch đếm và giải mã
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 17
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 18
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết
Hình 35: Layout mạch tạo xung và thiết lập số đếm
Hình 36: Layout mach hiển thị
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 19
3.4 Sản phẩm
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết
Hình 37: Sản phẩm
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 20
4 Kế hoạch thực hiện đề tài
4.1 Timeline
Tuần Tiến độ thực hiện
5 (24/3-31/4) Nhận đề tài
6 (1/4-7/4) Soạn đề cương
7 (8/4-14/4) Nghiên cứu lý thuyết, chỉnh sửa đề cương
8 (15/4-21/4) Nghiên cứu lý thuyết, vẽ Schematic, chỉnh sửa đề cương (nếu cần)
9 (22/4-28/4) Nghiên cứu lý thuyết, vẽ layout
10 (29/4-5/5) Nghiên cứu lý thuyết, mua linh kiện, test mạch (trên testboard)
11 (6/5-12/5)
Thi công, chỉnh sửa mạch12 (13/5-19/5)
13 (20/5-26/5)

14 (27/5-2/6)
Viết báo cáo15 (3/6-9/6)
16 (10/6-16/6)
Bảng 3: Timeline
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 21
5 Kết luận
Vì đồ án môn học 1 yêu cầu người thực hiện chủ yếu nắm những kiến thức về các
linh kiện điện tử, IC số, các kĩ năng cơ bản về thi công, thiết kế mạch,… và không đòi
hỏi đề tài phức tạp nên nhóm thực hiện đề tài này chỉ sử dụng các IC số.
Ưu điểm: không đòi hỏi các kiến thức về lập trình.
Nhược điểm: mạch cồng kền, nhiều linh kiện, mạch layout phức tạp, tốn nhiều chi
phí, hệ thống khó phát triển, nâng cấp.
Mạch hoạt động ổn định và hiệu quả đạt khoảng 95% mục tiêu ban đầu đặt ra, hoạt
động giống với thực tế và có tính ứng dụng.
Giảng đồ hoạt động:
Hình 38: Giảng đồ hoạt động của hệ thống đèn
Hướng phát triển: thay thế bằng vi điều khiển.
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 22
6 Phụ lục
6.1 Hình ảnh
6.2 Bảng biểu
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 23
7 Tài liệu tham khảo
1. www.alldatasheet.com. [Online] />2. Trần Thu Hà, Trương Thị Bích Ngà, Nguyễn Thị Lưỡng, Giáo trình Điện tử cơ bản. Tp. Hồ Chí
Minh : DHSPKT, 2013 .
3. Nguyễn Đình Phú, Nguyễn Trường Duy. Giáo trình kỹ thuật số. Tp. Hồ Chí Minh : DHSPKT, 2013.
4. www.dientuvietnam.net. [Online] />5. Phú, Nguyễn Đình. Tài liệu thực hành kỹ thuật số. Tp. Hồ Chí Minh : DHSPKT.

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết