THIẾT kế MẠCH đếm số LƯỢNG (có sơ đồ mạch)

THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SỐ LƯỢNG
SẢN PHẨM


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MẠCH...................................................................7
1.1: GIỚI THIỆU................................................................................................7
1.2: HƯỚNG NGHIÊN CỨU............................................................................7
1.3: NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH CHUNG.........................................................7
CHƯƠNG 2:SƠ ĐỒ KHỐI, CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG
TỪNG KHỐI VÀ CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH............................................8
2.1. SƠ ĐỒ KHỐI:.............................................................................................8
2.2. CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG:...............8
2.2.1. Khối tạo xung:...................................................................................9
2.2.2. Khối đếm và khối giải mã:...............................................................12
2.2.3: Khối hiển thị....................................................................................18
2.2.4: Các linh kiện khác...........................................................................19
CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ, SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG..................................21
3.1: SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ..................................................................21
3.2: SƠ ĐỒ MẠCH MÔ PHỎNG....................................................................22
3.3: SƠ ĐỒ MẠCH IN:....................................................................................22
3.4: SƠ ĐỒ MẠCH THI CÔNG:.....................................................................23
CHƯƠNG 4: NHẬN XÉT......................................................................................24
4.1: ƯU ĐIỂM:.................................................................................................24
4.2: KHUYẾT ĐIỂM:......................................................................................24
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN.......................................................................................24
5.1: Kết luận:....................................................................................................24
5.2: Hướng phát triển:.......................................................................................24
5.3: Tài liệu tham khảo:....................................................................................25

2

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MẠCH
1.1: GIỚI THIỆU
Ngày nay, khi vào thời đại công nghiệp hóa – hiện đại hóa , khoa học kỹ thuật càng ngày
càng tiến bộ thì nhu cầu về việc áp dụng các thành tựu khoa học vào sản xuất để tăng
năng suất lao động, giảm giá thành sản phẩm càng cao. Một trong những ngành được áp
dụng rộng rãi là điện tử kỹ thuật số. Do nhu cầu sản xuất cao,việc kiểm soát số lượng sản
phẩm đạt được bao nhiêu đòi hỏi phải đếm chính xác và nhanh ,gọn nên em xin chọn
thực hiện đề tài “Mạch đếm số lượng sản phẩm bằng hồng ngoại”.

1.2: HƯỚNG NGHIÊN CỨU
-

Hướng nghiên cứu của đề tài này là sử dụng các IC số như 74LS90, 74LS47, LED
7 đoạn, LM358 , NPN C1815, …. để mô phỏng và thi công.
Đề tài sử dụng LED thu-phát hồng ngoại để phát hiện sản phẩm để đếm ( bộ đếm
này có thể đếm được 99 sản phẩm rồi quay lại ban đầu ) và hiển thị kết quả băng
LED 7 đoạn.

1.3: NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH CHUNG.
Khi có sản phẩm chạy qua bộ hồng ngoại, mạch sẽ bắt đầu đếm tăng dần từ 0 đến 99 và
quay lại từ đầu. Kết quả đếm được hiển thị ra LED 7 đoạn.

3


CHƯƠNG 2:SƠ ĐỒ KHỐI, CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÍ
HOẠT ĐỘNG TỪNG KHỐI VÀ CÁC LINH KIỆN TRONG
MẠCH.

2.1. SƠ ĐỒ KHỐI:

Khốitạo Khối Khốigiải Khối
xung đếm mã hiểnthị
2.2. CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG:
-

Khối tạo xung: tạo xung cho bộ đếm với hai mức cao và thấp.
Khối đếm: nhận xung để đếm và xuất ra tín hiệu mã hóa BCD.
Khối giải mã: nhận tín hiệu mã hóa và giải mã để xuất ra khối hiển thị.
Khối hiển thị: hiển thị kết quả thu được sau khi giải mã.

4


2.2.1. Khối tạo xung:

Hình 1 Sơ đồ nguyên lý khối tạo xung

Sử dụng IC LM358P và NPN C1815 để tạo xung.
a) IC LM358P:
IC LM358P là bộ khuếch đại thuật toán kép dùng để khuếch đại, so sánh áp có cấu tạo từ
hai op-amp độc lập, hoạt động ở mức áp từ 5V-32V đối với nguồn đơn. Có nhiều chức
năng như để khuếch đại,so sánh áp,…..

5


Sơ đồ chân:

Hình 2 Sơ đồ cấu tạo của LM358P

- (1): ngõ ra op-amp A.
- (2): ngõ vào đảo op-amp A.
- (3): ngõ vào không đảo op-amp
A.
- (4): chân nối đất.

- (5): ngõ vào không đảo op-amp
B.
- (6): ngõ vào đảo op-amp B.
- (7): ngõ ra op-amp B.
- (8): chân nguồn Vcc.

Cách thức hoạt động:
Op-amp có chân (1) để xuất kết quả ra, chân V- (2) và V+ (3) dùng để so sánh áp và
quyết định áp ngõ ra ở chân (1).Chân (3) được nối với biến trở R17 có giá trị 10K để điều
chỉnh mức điện áp cho chân này với chân (2).Chân (4) nối đất và chân (8) nối nguồn.
-

Nếu áp ở chân (2) nhỏ hơn áp ở chân (3) (V- < V+) ,thì áp xuất ra chân (1) sẽ là áp
nguồn.
Ngược lại nếu áp ở chân (2) lớn hơn áp ở chân (3) (V- > V+), thì áp xuất ra chân
(1) sẽ là 0V.

Như vậy, khi không có vật đi qua,áp ở chân (1) sẽ là áp nguồn.Khi có vật đi qua hồng
ngoại, led thu hồng ngoại nhận được tín hiệu,lúc này trở tăng làm cho áp ở chân (2) tăng,
khi này V- > V+,áp ngõ ra ở chân (1) là 0V.
b) NPN C1815:
Là loại transistor thuộc lớp NPN, được dùng để khuếch đại mạch tín hiệu tương tự,

chuyển đổi trạng thái các mạch số, làm các bộ tạo dao động.

6


Sơ đồ chân:

-

(1): cực phát E.
(2): cực thu C.
(3): cực nền B.

Cách thức hoạt động:
Tín hiệu từ ngõ ra của op-amp sẽ được lọc bởi tụ C4 sau đó qua trở R18 giá trị 10K được
dùng để phân cực cho transistor nhằm tạo ra dòng IBE ban đầu, nên khi có tín hiệu nhận
được từ op-amp đưa vào chân B làm cho dòng IBE tăng hoặc giảm, tương tự cũng làm cho
dòng ICE tăng hoặc giảm, gây sụt áp trên R20 tăng hoặc giảm theo. Việc sụt áp trên R20
thay đổi tạo ra hai mức tín hiệu cao thấp, là hai mức tín hiệu ra được đưa vào bộ đếm.

7


2.2.2. Khối đếm và khối giải mã:

Hình 3 Sơ đồ nguyên lý khối đếm và khối giải mã

Sử dụng IC 74LS90 để đếm và giải mã bằng IC 74LS47.
a) IC 74LS90:
IC dòng TTL, dùng để thực hiện các phép đếm trong các mạch số khá phổ biến hiện nay

như đồng hồ kỹ thuật số, mạch đếm sản phẩm, …

Hình 4 Sơ đồ nguyên lý của 74LS90

8


Sơ đồ chân:

-

(1),(14) : các ngõ vào dữ liệu.
(2),(3),(6),(7) : các ngõ vào thiết lập.
(4),(13) : chân để trống.
(5) : chân nguồn Vcc.
(8),(9),(11),(12) : các ngõ ra dữ liệu.
(10) : chân nối đất GND.

Cách thức hoạt động:
Khối đếm bao gồm 2 IC 74LS90 đếm hàng chục và đơn vị.Các chân (2),(3) của cả hai IC
được nối về đất và nút nhấn với nguồn. Khi không bấm nút nhấn , hai chân được tích cực
thấp vì nối với đất.Khi nhấn nút bấm, hai chân này được nối với nguồn sẽ được tích cực
cao, lúc này cả mạch đếm sẽ bị reset về 00.
Nguyên tắc đếm và reset được thể hiện ở bảng sự thật sau :
-

Bảng sự thật:
RESET INPUTS

OUTPUTS

R0(1)

R0(2)

R9(1)

R9(2)

QD

QC

QB

QA

H

H

L

X

L

L

L

L

H

H

X

L

L

L

L

L

X

X

H

H

H

L

L

H

X

L

X

L

COUNT

L

X

L

X

COUNT

L

X

X

L

COUNT

X

L

L

X

COUNT

9


Bên trong 74LS90 có cấu tạo từ hai bộ đếm cơ số 2 và cơ số 5,để tạo ra được bộ đếm 10,
ta nối chân (12)(ngõ ra QA) với chân (1)(ngõ vào dữ liệu CLKB).Xung tín hiệu được
nhận từ chân C của C1815 được đưa vào chân (14)(ngõ vào dữ liệu CLKA) của IC
74LS90 hàng đơn vị.Ngõ ra của bộ đếm 10 này là mã BCD được xuất ra qua các chân
QA,QB,QC,QD được thể hiện ở bảng sau:
QD

QC

QB

QA

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

Như vậy, dựa vào bảng ta thấy được nếu chân (14) nhận được xung tín hiệu thì tín hiệu ở
ngõ ra lần lượt là :
-

QA = 1
QB = 0
QC = 0
QD = 0

Lúc này bộ hiển thị sẽ hiển thị số 1. Như vậy mỗi lần có sản phẩm qua hồng ngoại, bộ
đếm sẽ tăng từ từ thêm 1 đơn vị.Khi đếm tới 9, nếu nhận thêm một xung nữa thì sẽ báo
tràn ở chân (14) và reset bộ đếm về lại 0.Đồng thời lúc này, do ngõ ra QD hàng đơn vị nối
với ngõ vào CLKA của hàng chục nên khi khi báo tràn xảy ra ở bộ đếm đơn vị,thì trọng
số cao MSB QD của hàng đơn vị nhảy từ 1 về 0 đồng thời kích thêm một xung đến chân
CLKA của bộ đếm hàng chục.Lúc này ngõ ra của bộ đếm hàng chục có giá trị lần lượt là:

10


-

QA = 1
QB = 0
QC = 0
QD = 0

Khối hiển thị lúc này sẽ hiển thị số 10.
Tương tự với bộ đếm đơn vị, bộ đếm chục cũng được thiết kế để có bộ đếm cơ số 10.
Mỗi lần báo tràn ở hàng đơn vị xảy ra thì hàng chục sẽ đếm thêm 1 đơn vị.Quá trình này
diễn ra từ 00-99 . Khi đếm tới 99, bộ đếm hàng đơn vị nhận thêm một xung tín hiệu thì cả
bộ đếm sẽ bị đưa về 00.
b) IC 74LS47:
IC 74LS47 là IC giải mã thuộc họ TTL, giành riêng cho LED 7 đoạn, chuyển đổi từ mã
BCD sang mã LED 7 đoạn, có cấu tạo nguyên lý phức tạp vì mạch phải cho các ngõ ra
lên mức cao hoặc xuống mức thấp để làm các đèn ở LED 7 đoạn hiển thị đúng với các số
mong muốn. Ứng dụng để hiển thị số trên LED 7 đoạn trong mạch số mà không cần dùng
hoặc để tiết kiệm chân cho vi điều khiển.

11

Hình 5 Sơ đồ nguyên lý của 74LS47

Sơ đồ chân:

-

(1),(2),(6),(7): các ngõ vào dữ liệu
B, C, D, A.
(3): chân LT.
(4): ngõ vào điều khiển Ripple
Blank Output.
(5): ngõ vào điều khiển Ripple
Blank Input.
(8): chân nối đất GND.

-

(9): ngõ ra dữ liệu e.
(10): ngõ ra dữ liệu d.
(11): ngõ ra dữ liệu c.
(12): ngõ ra dữ liệu b.
(13): ngõ ra dữ liệu a.
(14): ngõ ra dữ liệu g.
(15): ngõ ra dữ liệu f.
(16): chân nguồn Vcc.

12

Cách thức hoạt động:
Các chân vào A,B,C,D của 74LS47 nhận các tín hiệu giá trị nhị phân theo mã BCD từ 0
đến 9 từ 74LS90 .
Ứng với mỗi giá trị nhận được sẽ giải mã tới các ngõ ra output tương ứng ( từ chân (9)
đến chân (15)).
Giá trị hiển thị phụ thuộc vào giá trị đầu vào ở các chân A, B, C, D theo bảng sự thật sau:
-

Bảng sự thật:
INPUTS

DEC

LT

0

H

RB
I
X

1

H

2

OUTPUTS
a

b

c

d

e

f

g

L

RB
O
H

L

L

L

L

L

L

H

L

H

H

H

L

L

H

H

H

H

L

H

L

H

L

L

H

L

L

H

L

L

L

H

H

H

L

L

L

L

H

H

L

X

L

H

L

L

H

H

L

L

H

H

L

L

H

X

L

H

L

H

H

L

H

L

L

H

L

L

6

H

X

L

H

H

L

H

H

H

L

L

L

L

L

7

H

X

L

H

H

H

H

L

L

L

H

H

H

H

8

H

X

H

L

L

L

H

L

L

L

L

L

L

L

9

H

X

H

L

L

H

H

L

L

L

H

H

L

L

10

H

X

H

L

H

L

H

H

H

H

L

L

H

L

11

H

X

H

L

H

H

H

H

H

L

L

H

H

L

12

H

X

H

H

L

L

H

H

L

H

H

H

L

L

13

H

X

H

H

L

H

H

L

H

H

L

H

L

L

14

H

X

H

H

H

L

H

H

H

H

L

L

L

L

15

H

X

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

BI

X

X

X

X

X

X

L

H

H

H

H

H

H

H

RBI

H

L

L

L

L

L

L

H

H

H

H

H

H

H

LT

L

X

X

X

X

X

H

L

L

L

L

L

L

L

D

C

B

A

L

L

L

X

L

L

H

X

L

3

H

X

4

H

5

13


Có thể nhận thấy IC 74LS47 là IC có ngõ ra mức thấp nên khi ngõ ra mức H thì LED 7
đoạn hiển thị mức tương ứng sẽ tắt, ngõ ra mức L thì LED hiển thị mức tương ứng
sáng.Ngõ vào điều khiển BI để trống hoặc nối về nguồn để bộ giải mã hoạt động bình
thường. Nếu nối đất thì LED sẽ không sáng bất chấp trạng thái ngõ ra.

2.2.3: Khối hiển thị

Sử dụng LED 7 đoạn anot chung để hiển thị.
LED 7 đoạn là đèn hiển thị số hiển thị từ 0-9, có cấu tạo gồm 7 đoạn led được đặt tên
a,b,c,d,e,f,g được sắp xếp và có trạng thái hoạt động như sau:

14

Sơ đồ chân:

-

(1): chân e.
(2): chân d.
(3): chân Vcc.
(4): chan c.
(5): chân dot point.

-

(6): chân b.
(7): chân a.
(8): chân Vcc.
(9): chân f.
(10): chân g.

15


2.2.4: Các linh kiện khác.
2.2.4.1: Điện trở.
Điện trở là thiết bị dùng để cản trở dòng điện, có giá trị được tính bằng tỉ số giữa hiệu
điện thế ở hai đầu vật và cường độ dòng điện qua vật.
R=
Để biểu thị giá trị điện trở, người ta sử dụng các vòng màu:

Hình 6 Bảng quy ước vòng màu điện trở

2.2.4.2: Biến trở.
Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể thay đổi theo ý muốn. Được sử dụng trong
các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện.


2.2.4.3: Tụ điện.
Tụ điện là loại linh kiện điện tử thụ động tạo bởi hai bề mặt dẫn điện ngăn cách bởi điện
môi. Được chế tạo từ nhiều loại vật liệu như gốm , sứ, …..Hay được sử dụng trong các
mạch để lọc nhiễu.


CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ, SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG
3.1: SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ.


3.2: SƠ ĐỒ MẠCH MÔ PHỎNG.

3.3: SƠ ĐỒ MẠCH IN:


3.4: SƠ ĐỒ MẠCH THI CÔNG:

Hình 7 Vận hành sản phẩm


CHƯƠNG 4: NHẬN XÉT
4.1: ƯU ĐIỂM:
Mạch đếm sản phẩm có thiết kế nhỏ, gọn, nhẹ và dễ thi công.
Mạch sử dụng nguồn điện một chiều nhỏ nên ít hao tốn điện , có thể thay thế sức đếm thủ
công của con người.

4.2: KHUYẾT ĐIỂM:
Mạch sử dụng LED thu-phát hồng ngoại không thể hoạt động chính xác ở khoảng cách
lớn nên chỉ đếm được các đồ vật kích thước nhỏ.
Mạch không đếm được hai sản phẩm được đặt quá sát nhau.(Khi qua hồng ngoại chỉ
được tính là 1)
Mạch có thể bị ảnh hưởng bên ngoài nên đôi khi có thể có sai xót trong khi đếm.

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
5.1: Kết luận:
- Trong quá trình nghiên cứu, thi công và thực hiện đồ án giúp em thực hành các
kiến thức cơ bản đã học cũng như rèn luyện các kỹ năng cần thiết như thiết kế
mạch, thi công mạch để thực hiện được mục tiêu đề ra. Qua đó có thể củng cố lại
kiến thức cơ bản chuyên ngành .

5.2: Hướng phát triển:
Đề tài có thể phát triển hơn ở nhiều điểm sau:
- Có thể mở rộng phạm vi đếm lên nhiều hơn 99.
- Thay thế các IC số đếm bằng các vi điều khiển.
- Thay thế càm biến hồng ngoại bằng một số cảm biến khác nhạy hơn và có
thể làm việc ở khoảng cách rộng.
- Cải tiến mạch ngoài đếm sản phẩm còn có thể đếm người ra vào,hoặc đếm
xe ra vào ở các bãi đỗ ,….. và nhiều ứng dụng thực tế khác.


5.3: Tài liệu tham khảo:
Các giáo trình tham khảo:
- Sách digital fundamentals - Thomas L, Floyd.
- Tài liệu thực hành kỹ thuật số ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh –
Nguyễn Đình Phú.

Các trang web tham khảo:
-

google.com
alldatasheet.com
electronics-tutorials.ws
wikipedia.org
engineersgarage.com

Nguồn các ảnh được chèn trong bài:
- google.com