ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỒNG HỒ BẤM GIỜ DÙNG PROTEUS
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (982.24 KB, 40 trang )
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
********
ĐỒ ÁN
MÔN: VI MẠCH
VI MẠCH SỐ
TƯƠNG TỰ &
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ ĐỒNG HỒ BẤM GIỜ
Giáo viên hướng dẫn
:
ThS Nguyễn Văn Vinh
Nhóm sinh viên thực hiện
:
1. Nguyễn Văn Nam
2. Phạm Văn Tuấn
3. Vũ Thái Bảo
4. Nguyễn Đức Kiên
1
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
5. Tiêu Văn Dương
6. Đào Ngọc Khánh
7. Tống Xuân Hoà
Lớp
:
ĐH Tự Động Hóa 1 K7
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỀ TÀI :
THIẾT KẾ MẠCH ĐỒNG HỒ BẤM GIÂY
MÔ TẢ :
Đồng hồ bắt đầu thời gian khi ấn giữ nút Start, khi thả Start đồng hồ hiển thị thời
gian trên Led 7 thanh .
Khuyến khích: - Cho phép chọn các chế độ hiển thị 24h hoặc 12 AM : PM
PHẦN THUYẾT MINH :
Yêu cầu về bố cục nội dung :
Chương 1: Tìm hiểu chung về mạch tổ hợp, mạch dãy và mạch dao động.
Chương 2: Thiết kế mạch đồng hồ bấm giây.
Chương 3: Xây dựng chương trình mô phỏng.
Yêu cầu về thời gian :
Ngày giao đề : 10/10/2014
2
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
Ngày hoàn thành :…. 01/12/2014
Thời gian bảo vệ dự kiến : 06/12/2014
Ngày … tháng … năm 2012
Khoa
Bộ môn
Giáo viên hướng dẫn
NGUYỄN BÁ KHÁ
NGUYỄN VĂN VINH
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
e&f
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
3
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Giáo viên hướng dẫn
GVC.Th.S NGUYỄN VĂN VINH
4
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
LỜI NÓI ĐẦU
Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện
tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Trong lĩnh vực điều khiển, từ khi công
nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều khiển
hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều khiển lắp ráp
bằng các linh kiện rời như kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, công
suất tiêu thụ nhỏ.
Ngày nay, trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong
các thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người như
máy giặt, đồng hồ bấm giây, đồng hồ báo giờ ... đã giúp cho đời sống cuả chúng ta
ngày càng hiện đại và tiện nghi hơn.
“Đồng Hồ Bấm Giây” rất đa dạng và phong phú, có nhiều loại hình
khác nhau dựa vào công dụng và độ phức tạp. Với những kiến thức được học trên
lớp và tìm hiểu thực tế. Trong thời gian yêu cầu nhóm em đã hoàn thành đồ án
môn học với nội dung sau đây. Do kiến thức chuyên ngành còn thiếu nhiều thực tế
nên đồ án không tránh khỏi những sai sót, mong các thầy cô góp ý kiến để đồ án
được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy NGUYÊN VĂN VINH và các thầy cô trong
bộ môn đã giúp nhóm em hoàn thành đồ án này.
Thực hiện đồ án
NHÓM 5
5
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
6
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
A.CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.
Hệ chuyển mã:
Hệ chuyển mã
Hệ chuyển mã là hệ tổ hợp có nhiệm vụ làm cho 2 hệ thống tương thích
nhau, mặc dù 2 hệ thống sử dụng 2 mã nhị phân khác nhau. Hệ chuyển mã
có số lượng ngõ vào và ngõ ra bằng nhau.
2.
Hệ giải mã:
Hệ giải mã là hệ chuyển mã có nhiệm vụ chuyển từ số nhị phân cơ bản n bit ở
ngõ vào sang mã nhị phan 1 trong m ở ngõ ra.
Hệ giải mã
Với các giá trị i ở tổ hợp ngõ vào thì ngõ ra Yi sẽ tích cực & các ngõ
còn lại không tích cực. Có 2 dạng: tích cực mức cao & tích cực mức thấp.
7
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
*Giải mã số BCD sang mã LED 7 thanh:
LED 7 thanh: là loại đèn LED dùng để hiển thị các số thập phân(từ 0 đến 9)
Các số thập phân được hiển thị bởi LED 7 thanh
Ngoài ra, LED 7 thanh còn hiển thị được 1 số chữ cái & các kí tự đặc
biệt.
Có 2 loại LED 7 thanh: Anot chung & Katot chung.
LED Katot chung & Anot chung
Mạch giải mã số BCD sang LED 7 thanh:
Mạch có 4 ngõ vào tương ứng với tổ hợp BCD và 7 ngõ ra tương ứng 7
thanh của LED.
Xây dựng hệ giải mã cho
led 7 đoạn anode chung.
D
C
b
Giải
mã
8
B
A
c
d
led
e
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội---7 đoạn.
f
g
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
* Bảng chân lý:
a
Input
Output
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
X
X
X
X
X
X
X
1
0
1
1
X
X
X
X
X
X
X
1
1
0
0
X
X
X
X
X
X
X
1
1
0
1
X
X
X
X
X
X
X
1
1
1
0
X
X
X
X
X
X
X
1
1
1
1
X
X
X
X
X
X
X
*Các hiển thị tương ứng của LED 7 đoạn với lần lượt các đầu vào:
9
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
*Sơ đồ logic
10
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
* Phương trình logic:
b = C BA + CB A = C ( B ⊕ A)
c = CB A
d = C BA + C B A + CBA = C BA + C ( B ⊕ A)
e = CB + A
f = BA + CB + DCA
Từ các kết quả, ta có thể kết hợp các cổng logic để tạo mã cho LED 7 thanh.
Trong bài ta sẽ sử dụng IC7447 để giải mã cho LED 7 thanh.
3.
Hệ Đếm
11
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
4.
2.1Khái niệm:
Hệ đếm nối tiếp: xung đếm chỉ đưa vào một FF.
Hệ đếm song song: xung đếm được đưa vào tất cả các phần tử đếm.
Để thành lập một hệ đếm ta sử dụng JK- FF. Nếu có n FF thì thành lập được
hệ đếm có dung lượng tối đa là
.
VD: 2FF thành lập hệ đếm 4.
3FF thành lập hệ dếm 8.
12
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
4FF thành lập hệ đếm 16.
Hệ đếm: đếm nối tiếp, đếm song song.
* Xét hệ đếm nối tiếp 3bit:
2.2 Hệ đếm bất kỳ:
Gọi: N là số trạng thái của 1 hệ đếm bất kỳ
n là số bit đếm.
Ta có:
VD: thành lập hệ đếm 6 đếm lên.
Ta có:
13
=> sử dụng 3FF.
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
* Bảng trạng thái:
Số
0
0
0
0
1
0
0
1
2
0
1
0
3
0
1
1
4
1
0
0
5
1
0
1
1
1
0
Xoá bit nhớ về
000
2.3 Ghép các hệ đếm:
Nếu có hai hệ đếm N & M, ta có thể ghép nối tiếp thành hệ đếm có N*M
thạng thái.
* Nguyên tắc ghép:
Đặt xung clock vào bộ đếm M.
Lấy tín hiệu từ bit có trọng số cao nhất của bộ đếm M làm xung clock cho bộ đếm
N.
14
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
VD: Hệ đếm 10 ghép với hệ đếm 6 thành hệ đếm 60.
LSB
MSB
CK
A3 A2 A1
Đếm 10
CK
Đếm 6
Trong bài ta sẽ sử dụng IC7490 để thực hiện các hệ đếm.
B.THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH
I. Sơ đồ khối:
Khối tạo xung
15
Khối đếm
Khối giải mã
Khối hiển thị
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nút
reset
Nút
bấm
Khối tạo
xung dùng
IC555
Nhóm 5
Mạch đếm
giây dùng
IC74LS90
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
Mạch giải
mã BCD
dùng
IC74LS47
Mạch đếm
phút dùng
IC74LS90
Mạch giải
mã BCD
dùng
IC74LS47
Mạch đếm
giờ dùng
IC74LS90
Mạch giải
mã BCD
dùng
IC74LS47
* Nhiệm vụ các khối:
16
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Hiển
thị giây
qua
led 7
thanh
Hiển
thị
phút
qua
led 7
Hiển
thị giờ
qua
led 7
thanh
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
Khối tạo xung: là 1 IC 555 để tạo xung vuông với tần số phù hợp.
Khối đếm: Gồm các IC7490 được ghép nối với nhau để tạo thành các hệ
đếm phù hợp.
Khối giải mã: Gồm các IC7447 để giải mã BCD để đưa ra khối hiển thị.
Khối hiển thị: Hiển thị tín hiệu sau giải mã qua LED 7 đoạn
Ngoài ra có 2 nút ấn :
+ Nút bấm : gồm 1 nút ấn, để khi ấn cấp xung từ IC 555 cho IC 74LS90
+ Nút Reset : cho toàn bộ hệ thống về thời điểm ban đầu
II. Hoạt động của từng khối:
1
Khối tạo xung:
1
17
IC 555 :
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
IC NE555 là IC có quá nhiều ứng dụng rộng rãi, IC 555 có 8 chân, sơ
đồ cho thấy công dụng của các chân theo tên như sau:
Thứ tự các chân của IC 555
18
1
Chân 1 (GND): Chân cho nối masse để lấy dòng.
2
Chân 2 (Trigger): Chân so áp với mức áp chuẩn là 1/3 mức
nguồn nuôi.
3
Chân 3 (Output): Chân ngả ra, tín hiệu trên chân 3 c1 dạng
xung, không ở mức áp thấp thì ở mức áp cao.
4
Chân 4 (Reset): Chân xác lập trạng thái nghĩ với mức áp trên
chân 3 ở mức thấp, hay hoạt động.
5
Chân 5 (Control Voltage): Chân làm thay đổi mức áp chuẩn
trong IC 555.
6
Chân 6 (Threshold): Chân so áp với mức áp chuẩn là 2/3 mức
nguồn nuôi.
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
7
Chân 7 (Discharge): Chân có khóa điện đóng masse, thường
dùng cho tụ xả điện.
8
Chân 8 (VCC): Chân nối vào đường nguồn V+. IC 555 làm
việc với mức nguồn từ 3 đến 15V.
Thứ tự các chân của IC 555 cho thấy sơ đồ mạch đẳng hiệu của
IC 555. (Nếu Bạn muốn mô phỏng IC 555 trong trình PSpice, Bạn
có thể dùng sơ đồ này, mô tả với lệnh Subcircuit rồi cất vào thư
viện đặt tên là 555 và sau này Bạn dùng nó để chạy mô phỏng các
dạng mạch điện với IC 555).
Sơ đồ các khối chức năng của IC 555
19
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
Trong IC với chân 1 nối masse và chân 8 nối vào đường nguồn Vcc, là một
cầu chia áp với 3 điện trở bằng nhau (đều là 5K). Cầu chia áp này tạo ra 2
mức áp ngưỡng, một là 1/3 mức áp nguồn dùng làm mức áp ngưỡng cho tầng
so áp, tín hiệu vào trên chân số 2, và một khác là 2/3 mức áp nguồn dùng làm
mức áp ngưỡng cho tầng so áp khác, tín hiệu vào trên chân số 6. Chân số 5 có
thể chịu tác động ngoài để làm thay đổi mức áp ngưỡng. Chân số 7 là một
khóa điện đóng/mở (transistor bão hòa/ngưng dẫn) theo mức áp trên chân số
3. Chân số 3 là ngả ra và là ngả ra một tầng Flip Flop, nên tín hiệu trên chân
3 có dạng xung (mức áp chỉ xác lập ở trạng thái cao hay thấp). Chân 4 là
chân Reset, khi chân 4 ở mức áp thấp nó ghim chân 3 luôn ở mức áp thấp, chỉ
khi chân 4 ở mức áp cao, lúc đó trạng thái mức áp trên chân số 3 sẽ theo tác
động của tầng Flip Flop.
20
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
Chú ý trong mạch này, chân số 2 cho nối vào chân số 6. IC 555 đã được ráp
thành mạch dao động (A-Stable). Tần số xung ra trên chân 3 sẽ tùy thuộc vào
trị số các điện trở RA, RB và tụ C. Trên chân 5 có thể mắc thêm tụ lọc
0.01uF để ổn định điện áp của các mức áp ngưỡng. Trạng thái ra trên chân số
3 sẽ tùy thuộc vào mức áp cao trên chân 4 cho dao động và mức áp thấp trên
21
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
chân 4 (bị ghim ở mức thấp).
IC 555 được ráp thành mạch đa hài đơn ổn (Mono-Srable), ở đây mức
áp ra trên chân 3 sẽ tùy thuộc mức áp ở ngả vào trên chân số 2. Khi mức
áp trên chân 2 xuống dưới mức áp ngưỡng 1/3 Vcc thì mức áp ngả ra trên
chân 3 sẽ lên mức áp cao. Xung vào trên chân 2 có thể ở dạng liên tục (tín
hiệu analog), nhưng tín hiệu ra trên chân 3 luôn ở dạng xung (hay dạng
digital), chỉ xác lập ở mức áp cao hay thấp. Do vậy IC 555 có là sự kết
hợp của hai dạng tín hiệu A/D (Analog/Digital).
22
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
Vài ứng dụng thông thường của IC 555.
Nguyên lý làm việc của IC NE555
23
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
Hình vẽ cho thấy trong IC 555 có 2 tầng so áp. Tầng so áp dưới (LOWER
COMPARATOR), điện áp vào trên chân 2 cho so áp với mức áp ngưỡng là
(1/3)Vcc, ngả ra của tầng só áp tác động vào chân Set của Flip Flop. Tầng so
áp trên (UPPER COMPARATOR), điện áp vào trên chân số 6 cho so áp với
mức áp ngưỡng là (2/3)Vcc, ngả ra của tầng so áp tác động vào chân Reset
của Flip Flop. Như vậy Trạng thái ngả ra của Flip Flip sẽ tùy thuộc vào tác
động của tín hiệu vào trên chân 2 và chân 3.
+ Nếu mức áp chân 2 xuống thấp hơn (1/3)Vcc thì ngả ra trên chân 3 sẽ
tăng lên mức áp cao.
+ Nếu mức áp trên chân 6 lên cao hơn (2/3)Vcc thì ngả ra trên chân 3 sẽ
xuống mức áp thấp.
24
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
Đồ án môn VMTT & VMS
Nhóm 5
GVHD: NGUYỄN VĂN VINH
+ Khi chân 3 ở mức áp cao thì transistor T1 sẽ ngưng dẫn (tác dụng như
cho chân 7 hở masse).
+Khi chân 3 ở mức áp thấp thì transistor T1 sẽ bão hòa (tác dụng như cho
chân 7 nối masse).
+ Chân 4 chân Reset. Khi chân 4 ở mức áp thấp, chân 3 bị chốt ở mức áp
thấp, chỉ khi chân 4 ở mức áp cao, lúc đó chân 3 mới có thể biến đổi theo
Flip Flop. Do vậy trong các mạch dao động, người ta thường cho chân 4
nối vào mức nguồn cao.
2. Khối đếm
2.1.IC 74LS90
2.1.1.Hình dạng
Bốn chân thiết lập: MR1, MR2, MS1, MS2.
Khi đặt MR1 = MR2 = 1 ( ở mức cao) thì bộ đếm được xoá về 0 và các đầu
ra ở mức thấp.
MS1, MS2 là chân thiết lập trạng thái cao của đầu ra:
QA = QD = 1 QB = QC = 0
,
NC chân bỏ trống.
IC 7490 gồm 2 bộ chia là chia 2 và chia 5:
25
----Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội----
.
