MẠCH TRÒ CHƠI đoán số (có sơ đồ mạch và layout)

ĐỒ ÁN 1

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ


MỤC LỤC


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
IC

Integrated Circuit

LED Light Emitting Diode


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU


ĐỒ ÁN 1
Trang 6/ 22

CHƯƠNG1.

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Nội dung đề tài
1.1.1 Ý tưởng thiết kế

Áp dụng những kiến thức đã học ở bộ môn kĩ thuật số để thiết kế mạch trò chơi đoán
số theo yêu cầu của đề tài. Mạch xây dựng bao gồm có hai khối, khối thứ nhất dành
cho người chơi setup con số mình muốn lên LED 7 đoạn thứ nhất, khối thứ hai là khối
đếm tuần tự với IC 555 với dao động rất nhanh sau khi người chơi nhấn nút thì nó sẽ
dừng lại tại một số bất kì lên LED 7 đoạn thứ hai, nếu trùng với số ban đầu ta chọn thì
sẽ có một tín hiệu từ đèn LED đơn sáng lên báo hiệu người chơi chiến thắng.
Mạch xây dựng được phải đảm bảo các yêu cầu của đồ án
− Thiết kế và mô phỏng khối nguồn.
− Mạch có nút nhấn người chơi bấm chọn một số từ 0 đến 9 hiển thị lên LED 7
đoạn thứ nhất.
− Mạch chọn số ngẫu nhiên, hiểnn thị số ngẫu nhiên lên LED 7 đoạn thứ hai.
− So sánh kết quả của hai LED 7 đoạn, hiển thị LED đơn báo thắng hoặc thua
cuộc.
1.1.2 Mục đích
Phát huy những thành quả ứng dụng kĩ thuật số nhằm tạo ra một mạch trò chơi mang
tính giải trí cao, phục vụ cho việc vui chơi của con người.
Việc thực hiện đề tài này còn giúp em rèn luyện khả năng thực hành của bản thân, so
sánh được những kết quả trên lý thuyết và thực hành.

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ


ĐỒ ÁN 1
Trang 7/ 22

1.2 Cấu trúc cuốn báo cáo
Đề tài thực hiện được trình bài trong 4 chương.
Chương 1. Giới thiệu đề tài
Chương 2. Thiế kế mạch
Chương 3. Thi công mạch.

Chương 4. Kết luận

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ


ĐỒ ÁN 1
Trang 8/ 22

CHƯƠNG2.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 2-1: Sơ đồ khối của hệ thống
Chức năng của các khối trong hệ thống
Khối nguồn: có nhiệm vụ cung cấp điện áp cho mạch hoạt động
Khối lấy Input: cung cấp dữ liệu đầu vào thứ nhất, do người chơi đặt tùy ý.
Khối tạo số Random: đếm tuần tự với dao động rất nhanh, người chơi chủ động ngắt
đếm bằng nút nhấn tại thời điểm bất kì sẽ tạo ra dữ liệu thứ hai cho mạch.

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ


ĐỒ ÁN 1
Trang 9/ 22

Khối so sánh kết quả: có nhiệm vụ so sánh dữ liệu thứ nhất do khối Input tạo ra với dữ
liệu thứ hai do khối tạo số Random tạo ra.
Khối hiển thị:có nhiệm vụ hiển thị kết quả từ dữ liệu đầu ra của hai khối Input và khối

tạo số Random cung cấp cho người chơi được cái nhìn một cách trực quan, sinh động.
2.2 Thiết kế chi tiết

Hình 2-2: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống
Phía Khối Nguồn: Nguồn điện xoay chiều 220V  vào biến áp chuyển đổi điện áp xoay
chiều 220VAC thành 12VAC  qua bộ chỉnh lưu cầu biến đổi điện áp AC thành DC 
qua ổn áp IC7805 sẽ cho ra điện áp 5VDC để cấp điện cho toàn mạch.

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ


ĐỒ ÁN 1
Trang 10/ 22

Hình 2-3:Mô phỏng khối nguồn
Khối lấy input: Gồm một IC 555 tạo xung ổn định , IC 74LS192 là một IC đếm BCD
kết nối với IC 74LS47 để giải mã và hiển thị ra LED 7 đoạn, mạch này có nút nhấn cho
người chơi bấm nút chọn một số từ 0 đến 9 hiển thị trên LED 7 đoạn thứ nhất.

Hình 2-4: Khối lấy Input
Khối tạo số Random: gồm IC 555 để tạo xung vuông cấp xung liên tục và cực nhanh
cho IC 74LS192 đếm tuần tự có nút nhấn để ngắt xung để hiện được một số BCD bất
kì kết nối với IC 74LS47 để giải mã và hiển thị trên LED 7 đoạn thứ hai.

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ


ĐỒ ÁN 1
Trang 11/ 22

Hình 2-5: Mô phỏng khối tạo số
Khối so sánh kết quả gồm: IC 74LS85 kết nối với dữ liệu ngõ ra của hai IC 74LS192
để so sánh hai mã nhị phân 4 bits của hai IC này.

Hình 2-6:Mô phỏng khối so sánh kết quả

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ


ĐỒ ÁN 1
Trang 12/ 22

Khối hiển thị: Khi giải mã ra LED 7 đoạn nếu hai con LED 7 đoạn này trùng hiển thị
cùng một số thì sẽ báo hiệu thắng cuộc bằng một LED đơn, nếu LED đơn này sáng thì
người chơi thắng cuộc, nếu LED đơn này vẫn không sáng thì thua cuộc .

Hình 2-7: Khối hiển thị kết quả
2.3 Chọn linh kiện chính
2.3.1 IC 74LS192

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ


ĐỒ ÁN 1
Trang 13/ 22

Hình 2-8:Sơ đồ chân của và xung hoạt động của IC 74LS192
Điện áp hoạt đông 5VDC.
Là IC đếm tiến, đếm lùi 4 bits có các chân sau:
Chân MR (Master Reset) (14) nối đất chạy bình thường nối nguồn thì chuyển sang chế

độ Reset.
Chân PL (11) khi ở mức cao thì không làm gì, mức thấp thì nhận dữ liệu từ D0->D3.
Chân UP (5), DN (4) nếu có xung vào UP đếm tiến, vào DN đếm lùi.
Các chân TCU (12), TCD (13) gọi là các chân carry dùng để nối các IC khác.
Các chân Q0->Q3 là các chân ngõ ra của dữ liệu.

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ


ĐỒ ÁN 1
Trang 14/ 22

Bảng 2-1: Bảng trạng thái các chân dữ liệu ngõ ra của IC 74LS192
Các chân MR, PL, CPU, CPD

Bảng 2-2: Trạng thái các chân vào để tạo các chế độ cho IC 74LS192

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ


ĐỒ ÁN 1
Trang 15/ 22

2.3.2 IC giải mã 74LS47

Hình 2-9:Sơ đồ chân của IC 74LS47
Là IC tác động mức thấp nên các ngõ ra mức 1 là tắt và mức 0 là sáng tương đương với
các đoạn a,b,c,d,e,f,g của LED 7 đoạn Anot chung trạng thái ngõ ra tương ứng với các
số thập phân. Chức năng các chân:
Ngõ bào BI nối mức 1 hoạt động bình thường, nếu nối mức 0 thì ngõ ra tắt bất chấp các

trạng thái ngõ vào.
Ngõ vào BI/RBO nối lên mức 1 và LT ở mức 0 thì ngõ ra đều sáng.
Ngõ vào RBI nối mức 1 dùng để xóa số.
Chân 16 là chân VCC nguồn 5V.
Chân 8 là chân GND 0V.
Chân 1, 2, 6, 7 là các chân ngõ vào BCD.
Chân 9->15 là các chân ngõ ra nối với LED 7 đoạn.

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ


ĐỒ ÁN 1
Trang 16/ 22

2.3.3 IC so sánh 74LS85

Hình 2-10:Sơ đồ chân của IC so sánh 74LS85

Hình 2-11:cấu trúc bên trong của IC 74LS85

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ


ĐỒ ÁN 1
Trang 17/ 22

IC 74LS85 là IC so sánh 2 số nhị phân 4 bit. Mỗi số có bốn đầu vào song song (A0
-A3, B0 -B3); A3, B3 là đầu vào quan trọng nhất. Ba đầu ra được cung cấp: " Lớn hơn
B" (OA> B), "Nhỏ hơn B" (OA Điện áp đầu vào cung cấp cho IC 74LS85 thấp chỉ trong khoảng từ 4.75V ~ 5.25V, IC

hoạt động tốt nhất ở điện áp 5V.

Bảng 2-3: Bảng trạng thái của IC 74LS85
2.3.4 LED 7 đoạn Anot chung
Gồm 7 LED đơn có cực dương nối với nhau chân âm được đưa ra bên ngoài.

Hình 2-12:Sơ đồ chân của LED 7 đoạn Anot chung

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ


ĐỒ ÁN 1
Trang 18/ 22

2.3.5 IC 555

Hình 2-13:Sơ đồ chân IC 555

Hình 2-14:Cấu tạo bên trong IC 555

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ


ĐỒ ÁN 1
Trang 19/ 22

Có điện áp đầu vào 2-18V, dòng tiêu thụ 6-15mA, điện áp logic ở mức cao 0.515V,
điện áp logic mức thấp 0.03-0.06V, công suất tiêu thụ Pmax= 600mW. Có chức năng là
tạo xung, điều chế độ rộng xung,… Sơ đồ chức năng các chân:
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 nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng mà trong thực tế mức 0
này ko 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 masse 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.

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ


ĐỒ ÁN 1
Trang 20/ 22

Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu điều khiển
bỡi 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): Là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động. Nó được cấp điện áp
từ 2V 18.
2.4 Điều kiện và yêu cầu mô phỏng
Phải tạo ra được nguồn điện DC 5V cung cấp điên áp.
Mạch so sánh hai số 4 bit phải làm cho tín hiệu ngõ ra của IC so sánh tích cực ở mức
cao để khi nối ngõ ra này với đầu dương của LED đơn mới có thể sáng và báo hiệu cho
người chơi biết được.
Khi hai số hiển thị trên LED 7 đoạn giống nhau thì LED đơn phát sáng để báo hiệu
người chơi thắng cuộc
Khi hai số hiển thị trên LED 7 đoạn này khác nhau thì LED đơn này tắt báo hiệu người
chơi thua cuộc.
2.5 Kết quả mô phỏng
Ta quat sát LED đơn trong hai kết quả mô phỏng sau.
Khi hai LED 7 đoạn giống nhau

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ


ĐỒ ÁN 1
Trang 21/ 22

Hình 2-15: Hai LED 7 đoạn sáng giống nhau
Khi hai LED 7 đoạn khác nhau

Hình 2-16: Hai LED 7 đoạn sáng khác nhau

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ


ĐỒ ÁN 1

Trang 22/ 22

CHƯƠNG3.

THI CÔNG MẠCH

3.1 Mạch nguồn

Hình 3-17:Thiết kế PCB cho khối nguồn
Trong mô phỏng tính toán mạch nguồn 5VDC. Đo đạt mạch sau khi thi công trong thực
tế 4.8~4.9 VDC.

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ


ĐỒ ÁN 1
Trang 23/ 22

3.2 Mạch chính

Hình 3-18:Mạch PCB khối mạch chính

Hình 3-19: Mạch mô phỏng dạng 3D

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ


ĐỒ ÁN 1
Trang 24/ 22

3.3 Mạch thực tế

Hình 3-20: Hoạt động của mạch thực tế

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ


ĐỒ ÁN 1
Trang 25/ 22

CHƯƠNG4.

KẾT LUẬN

4.1 Ưu nhược điểm của mạch
4.1.1 Ưu điểm
Mạch sử dụng những IC đơn giản phù hợp với việc học tập và nghiên cứu.
Linh kiện phổ biến dễ tìm hiểu, dễ dàng mô phỏng và làm mạch thự tế.
Mạch có công suất nhỏ tiết kiệm được lượng điện nănng tiêu thụ.
4.1.2 Nhược điểm
Mạch sử dụng IC số nên có tính nhiễu cao. Cần bảo đảm chống nhiễu bằng cách tính
toán các giá trị tụ điện phù hợp.
Quá trình tính toán kết quả trên lí thuyết và thực thi mạch có sự chênh lệch.
Quá trình làm mạch còn nhiều sai sót: dính chân linh kiện, dính dây,… cần khác phụ
4.2 Ứng dụng và hướng phát triển
4.2.1 Ứng Dụng
Tạo ra những trò giải trí giúp con người vui chơi trong những giờ làm việc vất vả.
Phục vụ trong việc giảng dạy học tập, giúp ta nắm bắt những nguyên lý hoạt động của
IC số. Nhằm giúp ta hiểu rõ hơn những kiến thức về kĩ thuật số cơ bản: mã nhị phân,
các cổng logic cơ bản,…

4.2.2 Hướng phát triển
Có thể đoán cùng lúc nhiều số bằng cách thêm các IC số và LED 7 đoạn.
Thay các IC bằng vi điều khiển để mạch đỡ phức tạp và ít nhiễu hơn.
Tạo ra những mạch trò chơi có công suất lớn hơn lắp đặt trong các khu vui chơi giải trí.

MẠCH TRÒ CHƠI ĐOÁN SỐ