MẠCH đèn GIAO THÔNG DÙNG IC số hiển thị ra đèn led và led 7 đoạn (có sơ đồ và mạch in)

ĐỒ ÁN 1

MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG IC
SỐ


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ..........................................................................................VII
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT...................................................................................IX
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG IC SỐ............1
1.1

MỤC DÍCH...................................................................................................................1

1.2

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG IC SỐ....................................1

1.3

CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG TRONG MẠCH.......................................................1

1.3.1

IC 74192.............................................................................................................1

1.3.2

IC 4017...............................................................................................................2

1.3.3

IC 555.................................................................................................................2

1.3.4

IC 7447...............................................................................................................3

1.3.5

IC 7432...............................................................................................................4

1.3.6

IC 7414...............................................................................................................4

1.3.7

Điện trở, biến trở................................................................................................5

1.3.8

Tụ điện................................................................................................................6

1.3.9

LED 7 đoạn.........................................................................................................6

1.3.10

LED..................................................................................................................7

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH........................................................................................8
2.1

SƠ ĐỒ KHỐI................................................................................................................8

2.2

SƠ ĐỒ MẠCH...............................................................................................................9

2.3

CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI TRONG SƠ ĐỒ MẠCH VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC LINH

KIỆN TRONG CÁC KHỐI.........................................................................................................9

2.3.1

Khối nguồn..........................................................................................................9

2.3.2

Khối tạo xung....................................................................................................10

2.3.3

Khối đếm...........................................................................................................11

2.3.4

Khối giải mã......................................................................................................12

2.3.5

Khối hiển thị......................................................................................................13

2.4

NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH.........................................................................14


2.5

MẠCH MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ ( SỬ DỤNG PHẦN MỀM PROTUES)...........................15

2.5.1

Mạch mô phỏng................................................................................................15

2.5.2

Kết quả..............................................................................................................16

CHƯƠNG 3. THỰC THI PHẦN CỨNG.........................................................................19
3.1

THIẾT KẾ MẠCH IN....................................................................................................19

3.1.1

Mạch in của mạch nguồn..................................................................................19

3.1.2

Mạch in của mạch đề tài...................................................................................20

3.2

MẠCH NGUỒN...........................................................................................................20

3.3

MẠCH ĐỀ TÀI............................................................................................................21

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN, ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.......................22
4.1

KẾT LUẬN.................................................................................................................22

4.2

ỨNG DỤNG................................................................................................................22

4.3

HƯỚNG PHÁT TRIỂN.................................................................................................22

TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................23
PHỤ LỤC

24


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
HÌNH 1-1 IC 74192 [1]..........................................................................................................2
HÌNH 1-2 IC 4017 [2]............................................................................................................2
HÌNH 1-3 IC 555 [2]..............................................................................................................3
HÌNH 1-4 IC 7447 [2]............................................................................................................3
HÌNH 1-5 IC 7432 [3]............................................................................................................4
HÌNH 1-6 IC 7414 [4]............................................................................................................4
HÌNH 1-7 ĐIỆN TRỞ [5]......................................................................................................5
HÌNH 1-8 BIẾN TRỞ [6]......................................................................................................5
HÌNH 1-9 TỤ ĐIỆN [7].........................................................................................................6
HÌNH 1-10 LED 7 ĐOẠN [1]...............................................................................................6
HÌNH 1-11 LED [8]................................................................................................................7
HÌNH 1-12 SƠ ĐỒ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG IC SỐ...................................9
HÌNH 1-13 KHỐI NGUỒN................................................................................................10
HÌNH 1-14 KHỐI TẠO XUNG.........................................................................................11
HÌNH 1-15 KHỐI ĐẾM......................................................................................................12
HÌNH 1-16 KHỐI GIẢI MÃ..............................................................................................13
HÌNH 1-17 KHỐI HIỂN THỊ............................................................................................14
HÌNH 1-18 MẠCH MÔ PHỎNG......................................................................................16
HÌNH 1-19 MẠCH MÔ PHỎNG Ở TRẠNG THÁI ĐÈN XANH................................16
HÌNH 1-20 MẠCH MÔ PHỎNG Ở TRẠNG THÁI ĐÈN VÀNG................................17
HÌNH 1-21 MẠCH MÔ PHỎNG Ở TRẠNG THÁI DÈN ĐỎ.....................................18
HÌNH 1-22 MẠCH IN CỦA MẠCH NGUỒN.................................................................19
HÌNH 1-23 MẠCH IN CỦA MẠCH ĐỀ TÀI..................................................................20
HÌNH 1-24 MẠCH NGUỒN..............................................................................................20

HÌNH 1-25 MẠCH ĐỀ TÀI ( MẶT TOP)........................................................................21
HÌNH 1-26 MẠCH ĐỀ TÀI ( MẶT BOTTOM).............................................................21


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

LED

Light Emitting Diode

IC

Integrated Circuit


ĐỒ ÁN 1
Trang 1/24

CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG DÙNG IC
SỐ

1.1 Mục dích
Vấn đề về an toàn giao thông là một trong những vấn đề quan trọng của mỗi quốc
gia trên thế giới. Đặc biệt là ở Việt Nam, một quốc gia có lượng phương tiện và
mạng lưới giao thông dày đặc. Do đó việc điều tiết giao thông là vô cùng cần thiết.
Vì vậy việc sử dụng các trụ đèn giao thông tại các con đường hiện nay được xem là
phương pháp tối ưu nhất để điều tiết giao thông, hạn chế phần nào tai nạn và ùn tắc.
Chính vì những lợi ích đó là giúp cho em có cảm hứng xây dựng nên đề tài này.

1.2 Giới thiệu chung về mạch đèn giao thông dùng IC số
Mạch đèn giao thông dùng IC số mô tả lại cách thức hoạt động của một trụ đèn giao
thông ngoài thực tế với bảng hiển thị thời gian 2 chữ số và 3 đèn hiệu lệnh ( xanh,
đỏ, vàng). Do sử dụng các linh kiện chính trong mạch là IC số nên mạch chỉ có thể
mô tả lại được 1 chế độ duy nhất ( thời gian hiển thị không thay đổi được sau khi
thiết đặt ) so với nhiều chế độ của một trụ đèn giao thông thực tế.
1.3 Các linh kiện điện tử sử dụng trong mạch
1.1.1 IC 74192
IC 74192 là loại IC số dùng để đếm nhị phân ( cách thức hoạt động tương tự một bộ
đếm bất đồng bộ). Ngoài khả năng đếm tiến như các IC cùng loại thì IC 74192 còn
có thể đếm lùi.


ĐỒ ÁN 1
Trang 2/24

Hình 1-1 IC 74192 [1]

1.1.2 IC 4017
IC 4017 là loại IC số dùng để đếm thập phân ( hệ 10) với 10 ngõ ra tín hiệu thay đổi
tuần tự theo xung clock mà ta đưa vào IC.

Hình 1-2 IC 4017 [2]

1.1.3 IC 555
IC 555 là loại IC số được dùng khá phổ biến trong các mạch điện tử với rất nhiều
ứng dụng như tạo xung, đóng cắt,…


ĐỒ ÁN 1

Trang 3/24

Hình 1-3 IC 555 [2]

1.1.4 IC 7447
IC 7447 là loại IC số được sử dụng riêng cho LED 7 đoạn loại anode chung. Chức
năng chính của IC là chuyển từ mã nhị phân ( BCD ) sang mã của LED 7 đoạn.

Hình 1-4 IC 7447 [2]

1.1.5 IC 7432
IC 7432 là loại IC số được tích hợp cổng Logic OR.


ĐỒ ÁN 1
Trang 4/24

Hình 1-5 IC 7432 [3]

1.1.6 IC 7414
IC 7414 là loại IC số tích hợp cổng Logic NOT ( cổng đảo ).

Hình 1-6 IC 7414 [4]

1.1.7 Điện trở, biến trở
Điện trở là loại linh kiện điện tử được dùng rất phổ biến trong cách mạch điện tử
ngày nay. Chức năng của điện trở là cản trở dòng điện chạy trong mạch.


ĐỒ ÁN 1

Trang 5/24

Biến trở là một dạng của điện trở với khả năng tuỳ chỉnh được giá trị. Có rất nhiều
loại biến trở với hình dạng và giá trị khác nhau như biến trở tinh chỉnh, biến trở
volume,...

Hình 1-7 Điện trở [5]

Hình 1-8 Biến trở [6]

1.1.8 Tụ điện
Tụ điện là loại linh kiện điện tử được dùng phổ biến trong các mạch điện tử ngày
nay. Với khả năng nạp xả điện áp, tụ điện thường được sử dụng để làm phẳng điện
áp nguồn hay dùng để lọc nhiễu trong các mạch tần số thấp.


ĐỒ ÁN 1
Trang 6/24

Hình 1-9 Tụ điện [7]

1.1.9 LED 7 đoạn
LED 7 đoạn là loại linh kiện điện tử được cấu tạo từ các LED nối chung chân lại
với nhau dùng để hiện thị số. Dựa vào chân nối chung với nhau mà ta có hai loại
LED 7 đoạn là anode chung và cathode chung.

Hình 1-10 LED 7 đoạn [1]

1.1.10 LED
LED ( viết tắt từ Light Emitting Diode) là loại diode có khả năng đặc biệt phát ra

ánh sáng. Ánh sáng mà diode phát ra có thể có nhiều màu khác nhau tuỳ thuộc vào
chất liệu hoá học trong LED.


ĐỒ ÁN 1
Trang 7/24

Hình 1-11 LED [8]


ĐỒ ÁN 1
Trang 8/24

CHƯƠNG 2.

THIẾT KẾ MẠCH

1.4 Sơ đồ khối

Khối tạo xung

Khối đếm

Khối giải mã

Khối nguồn

Mạch đèn giao thông dùng IC số gồm 5 khối:
- Khối nguồn.
- Khối tạo xung.

- Khối đếm.
- Khối giải mã.
- Khối hiển thị.
1.5 Sơ đồ mạch

Khối hiển thị


ĐỒ ÁN 1
Trang 9/24

Hình 1-12 Sơ đồ mạch đèn giao thông dùng IC số

1.6 Chức năng của từng khối trong sơ đồ mạch và chức năng của các linh kiện trong
các khối
1.1.11 Khối nguồn
Khối nguồn có chức năng cung cấp điện áp cho toàn bộ mạch hoạt động. Do mạch
đồ án cần sử dụng nguồn điện áp 5V DC để hoạt động được nên ta sử dụng bộ biến
áp để giảm điện áp từ 220V AC xuống còn 6V AC, sau đó đi qua cầu diode để
chuyển từ AC sang DC, ở ngõ ra ta sẽ thu được điện áp xấp xỉ 5V do điện áp được
ổn định bởi IC ổn áp 7805.


ĐỒ ÁN 1
Trang 10/24

Hình 1-13 Khối nguồn

1.1.12 Khối tạo xung
Do mạch đồ án giống như một mạch đếm nên ta cần phải cung cấp xung clock cho

mạch thì các IC đếm mới hoạt động được. Vì vậy trong khối tạo xung này ta sử
dụng IC 555 làm linh kiện chính kết hợp với các tụ điện và điện trở, biến trở tạo ra
xung clock. Ta có thể thay đổi được tần số xung clock bằng cách tuỳ chỉnh biến trở
và quan sát nó bằng đèn led trong khối.


ĐỒ ÁN 1
Trang 11/24

Hình 1-14 Khối tạo xung

1.1.13 Khối đếm
Khối đếm có chức năng nhận tín hiệu xung clock từ khối tạo xung, thực hiện các
phép toán logic và đưa kết quả sang khối giải mã. Ngoài ra khối đếm còn được nối
lên nguồn thông qua một nút nhấn, chức năng của nút nhấn này là làm cho khối
đếm chuyển tiếp sang trạng thái tiếp theo ngay lập tức ( ví dụ khi đang đèn xanh ta
nhấn thì lập tức mạch chuyển sang đèn vàng, đang đèn đỏ ta nhấn thì lập tức mạch
chuyển sang đèn xanh).


ĐỒ ÁN 1
Trang 12/24

Hình 1-15 Khối đếm

1.1.14 Khối giải mã
Khối giải mã có chức năng nhân tín hiệu từ khối đếm, chuyển từ mã nhị phân sang
mã LED 7 đoạn để hiển thị kết quả. Các ngõ ra của IC 7447 nối với các điện trở để
hạn chế dòng điện đi qua khối hiển thị nhằm hạn chế trường hợp cháy LED 7 đoạn.

ĐỒ ÁN 1
Trang 13/24

Hình 1-16 Khối giải mã

1.1.15 Khối hiển thị
Khối hiển thị có chức năng hiển thị kết quả sau khi được nhận dữ liệu giải mã từ
khối giải mã.


ĐỒ ÁN 1
Trang 14/24

Hình 1-17 Khối hiển thị

1.7 Nguyên lí hoạt động của mạch
Khi ta cấp nguồn cho mạch khối tạo xung sẽ thực hiện nhiệm vụ tạo ra xung clock
để đưa vào khối đếm. Tại đây các IC đếm và IC tích hợp cổng logic thực hiện các
phép toán logic và đưa tín hiệu sau khi xử lí xong sang khối giải mã. Khối giải mã
chuyển từ hệ mã nhị phân sang mã của LED 7 đoạn và hiển thị thông tin trên LED 7
đoạn, còn các LED đơn hiển thị các đèn giao thông thông qua ngõ ra của IC 4017 ở
khối đếm.
1.8 Mạch mô phỏng và kết quả ( Sử dụng phần mềm Protues)
1.1.16 Mạch mô phỏng


ĐỒ ÁN 1
Trang 15/24

Từ sơ đồ nguyên lí trên ta sử dụng phần mềm Protues để mô phỏng quá trình hoạt
động của mạch.
Cấp nguồn 5V DC cho mạch hoạt động. Tín hiệu đầu vào là xung clock từ khối tạo
xung đi vào khối đếm để thực hiện các phép tính toán. Đầu ra là tín hiệu đã qua xử
lí và hiển thị ra trên LED 7 đoạn.
Với 3 ngõ ra của IC 4017 ( Q0 đến Q2) nối với IC tích hợp cổng logic đưa tín hiệu
chỉ thị trực tiếp tới ngõ vào của IC đếm 74192. Ta thiết lập được các giá trị mong
muốn 30, 35, 05 là số giây đếm theo thứ tự của đèn đỏ, đèn xanh, đèn vàng.

Hình 1-18 Mạch mô phỏng

1.1.17 Kết quả


ĐỒ ÁN 1
Trang 16/24

Kết quả mô phỏng cho thấy mạch chạy tương đối đúng so với thực tế ( khi test trên
test board ) ở trường hợp đèn vàng và đèn đỏ. Tuy nhiên mạch mô phỏng lại chưa
đúng ở trường hợp đèn xanh do thực tế đèn xanh phải hiển thị số giây đếm là 35.
Điều này cho thấy có sự khác nhau khi ta kiểm thử giữa mạch mô phỏng và mạch
khi test thực tế.

Hình 1-19 Mạch mô phỏng ở trạng thái đèn xanh


ĐỒ ÁN 1
Trang 17/24

Hình 1-20 Mạch mô phỏng ở trạng thái đèn vàng

ĐỒ ÁN 1
Trang 18/24

Hình 1-21 Mạch mô phỏng ở trạng thái dèn đỏ


ĐỒ ÁN 1
Trang 19/24

CHƯƠNG 3.

THỰC THI PHẦN CỨNG

1.9 Thiết kế mạch in
Để thiết kế mạch in ta có thể phác thảo trước bằng vẽ tay hoặc sử dụng công cụ là
các phần mềm chuyên dùng để vẽ mạch in như Orcad, Protues, Altium,…
1.1.18 Mạch in của mạch nguồn

Hình 1-22 Mạch in của mạch nguồn

1.1.19 Mạch in của mạch đề tài