Mạch súc sắc điện tử ( mạch quay xổ số)

Đề bài:

Mạch súc sắc điện tử ( mạch quay xổ số)
Gieo súc sắc ngẫu nhiên
Hiển thị mặt súc sắc
Thay đổi chậm dần.


Ý tưởng: Mạch súc sắc điện tử yêu cầu có thể gieo súc sắc,
hiển thị súc sắc và có thể thay đổi tốc độ gieo súc sắc. Dựa
trên các yêu cầu đó, nhóm chúng em đã sử dụng mạch 7 đèn
LED để hiển thị các mặt của súc sắc và dùng IC đếm để tạo
tín hiệu điều khiển các đèn LED đó. Thay đổi tần số tạo bởi
xung CLOCK để thay đổi tốc độ gieo súc sắc.

LED 1

LED 2

LED 4

LED7

LED 3

Mạch Tạo
Xung

LED 5

LED 6

IC Đếm
4017

LED
Hiển Thị


Các linh kiện thực hiện:
• IC 555 để tạo xung CLOCK, biến trở, tụ
• IC đếm 4017
• LED hiển thị
• Diode để chống bị ngược dòng

A: Linh kiện
1. IC 555 và mạch tạo xung CLOCK
+ Giới thiệu về IC 555

555 là một loại linh kiện khá là phổ biến bây giờ với việc dễ dàng tạo
được xung vuông và có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn
giản,điều chế được độ rộng xung. Nó được ứng dụng hầu hết vào các
mạch tạo xung đóng cắt hay là những mạch dao động khác.Đây là linh
kiện của hãng CMOS sản xuất .Sau đây là bảng thông số của 555 có trên
thị trường :


+ 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
* Các chức năng của 555:
+ Là thiết bị tạo xung chính xác
+ Máy phát xung
+ Điều chế được độ rộng xung (PWM)
+ Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)
Các dạng hình dáng chân của 555 trong thực tế:

-Chức năng của các chân


IC NE555 N gồm có 8 chân.

Chân

Chức năng

Chân

Chức năng

1

Đất

5

Điện áp điều khiển

2

Chân kích thích

6

Chân ngưỡng

3

Đầu ra

7

Đầu phóng điện

4

Xoá - Reset

8

Nguồn - Vcc

+Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của IC555
a,Cấu tạo:

Nhìn trên sơ đồ cấu tạo trên ta thấy cấu trúc của 555 gồm : 2 con OPAM, 3
conđiện trở, 1 transitor, 1 Trigơ RS:

- 2 OP-amp có tác dụng so sánh điện áp
- Transistor để xả điện.
- Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu
tạo này tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Opamp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2. Khi điện áp ở chân 2
nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích. Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn
2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset
b) Nguyên tắc hoạt động:

Ở trên mạch trên ta bíết là H là ở mức cao và nó gần bằng Vcc và L là mức thấp
và nó bằng 0V. Sử dụng Trigơ RS
Khi S = [1] thì Q = [1] và = Q- = [ 0].
Sau đó, khi S = [0] thì Q = [1] và =Q- = [0].
Khi R = [1] thì Q- = [1] và Q = [0].
Khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì Q-= [1], transisitor mở
dẫn, cực C nối đất. Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không
vượt quá V2. Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset.
Khi mới đóng mạch, tụ C nạp qua Ra, Rb, với thời hằng (Ra+Rb)C.
* Tụ C nạp từ điện Áp 0V -> Vcc/3:
- Lúc này V+1(V+ của Opamp1) > V-1. Do đó O1 (ngõ ra của Opamp1) có mức
logic 1(H).


- V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) . Do đó O2 = 0(L).
- R = 0, S = 1 --> Q = 1, /Q (Q đảo) = 0.
- Q = 1 --> Ngõ ra = 1.
- /Q = 0 --> Transistor hồi tiếp không dẫn.
* Tụ C tiếp tụ nạp từ điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3:
- Lúc này, V+1 < V-1. Do đó O1 = 0.
- V+2 < V-2. Do đó O2 = 0.

- R = 0, S = 0 --> Q, /Q sẽ giứ trạng thái trước đó (Q=1, /Q=0).
- Transistor vẫn ko dẫn !
* Tụ C nạp qua ngưỡng 2Vcc/3:
- Lúc này, V+1 < V-1. Do đó O1 = 0.
- V+2 > V-2. Do đó O2 = 1.
- R = 1, S = 0 --> Q=0, /Q = 1.
- Q = 0 --> Ngõ ra đảo trạng thái = 0.
- /Q = 1 --> Transistor dẫn, điện áp trên chân 7 xuống 0V !
- Tụ C xả qua Rb. Với thời hằng Rb.C
- Điện áp trên tụ C giảm xuống do tụ C xả, làm cho điện áp tụ C
nhảy xuống dưới 2Vcc/3.
* Tụ C tiếp tục "XẢ" từ điện áp 2Vcc/3 --> Vcc/3:
- Lúc này, V+1 < V-1. Do đó O1 = 0.
- V+2 < V-2. Do đó O2 = 0.
- R = 0, S = 0 --> Q, /Q sẽ giứ trạng thái trước đó (Q=0, /Q=1).
- Transistor vẫn dẫn !
* Tụ C xả qua ngưỡng Vcc/3:
- Lúc này V+1 > V-1. Do đó O1 = 1.
- V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) . Do đó O2 = 0.
- R = 0, S = 1 --> Q = 1, /Q (Q đảo) = 0.
- Q = 1 --> Ngõ ra = 1.
- /Q = 0 --> Transistor không dẫn -> chân 7 không = 0V nữa và
tụ C lại được nạp điện với điện áp ban đầu là Vcc/3.
Nói tóm lại các bạn cứ nên hiểu là :
Trong quá trình hoạt động bình thường của 555, điện áp trên tụ C chỉ dao động
quanh điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3. (Xem dường đặc tính tụ điện phóng nạp ở trên)
- Khi nạp điện, tụ C nạp điện với điện áp ban đầu là Vcc/3, và kết thúc nạp ở
thời điểm điện áp trên C bằng 2Vcc/3.Nạp điện với thời hằng là (Ra+Rb)C.
- Khi xả điện, tụ C xả điện với điện áp ban đầu là 2Vcc/3, và kết thúc xả ở thời

điểm điện áp trên C bằng Vcc/3. Xả điện với thời hằng là Rb.C.
- Thời gian mức 1 ở ngõ ra chính là thời gian nạp điện, mức 0 là xả điện.
-Để sử dụng IC 555 tạo xung clock ta mắc IC 555 thành mạch dao động đa hài
như hình vẽ:

Chân 8 và 4 được nối với VCC, Chân 1 nối với GND
Chân 3 của IC 555 sẽ là đầu ra của xung clock cung cấp cho các IC khác trong
mạch.
Chu kỳ của xung này sẽ được tính theo công thức: T = ln 2.(R1+2R2).C
Thông qua công thức tính T ta sẽ dùng 1 biến trở thay cho R2 để thay đổi
xung ra CLOCK của mạch tạo xung dùng IC 555 theo ý muốn

2. IC đếm 4017


Sơ đồ chân :

IC 4017 có 10 ngõ ra riêng biệt tuần tự là 3 , 2, 4, 7, 10, 1, 5, 6, 9, 11
Chân số 16 là chân nguồn Vcc
Chân số 8 là chân nối mass
Chân số 12 là chân chia hệ 5
Chân số 14 là xung CLOCK kích thích ở sườn dương.


Chân số 13 là xung CLOCK kích thích ở sườn âm.
Chân số 15 là chân RESET
Biểu diễn dạng tín hiệu ngõ ra theo tín hiệu vào xung Clock

Nhìn vào bảng trên ta thấy được nguyên lý của IC 4017 : Chỉ có một ngõ ra

được kích mức cao tại một thời điểm ,là 1 IC đếm ,khi xung clock đầu tiên vào
đang ở mức dương thì ngõ ra thứ nhất ở mức 1, khi xung đầu vào xuống mức
âm thì ngõ ra thứ nhất vẫn giữ trạng thái là ở mức 1. Khi xung đầu vào lại đến
sườn dương thứ 2 thì ngày lập tức ngõ ra thứ 2 được đếm và xung đầu tiên bị
mất trạng thái và xuống mức âm,. Cứ như thế nó đếm đến 10 là kết thúc 1 chu
kì đếm và quay trở về chu kì mới. Riêng ra ngõ ra thứ 10 output sẽ mức cao
cho lượt đếm 0 > 4 và ở mức thấp khi đếm 5 > 9.


IC4017 nó có thể đếm được ở 2 mức : Đếm sườn âm và Đếm sườn dương
+ Nếu mà đếm sườn dương thì :Clock vào chân 14 và Chân 13 phải nối xuống
đất
+ Nếu đếm sườn âm thì : Clock được vào chân 13 và Chân 14 phải được nối lên
Vcc
+ CD4017 không chỉ đếm từ 1 đến 10. Nó có thể đếm từ 1 đến 2 hay đến
3….Nhưng lớn nhất là 10 dựa vào chân Reset
Trong bài sử dụng IC đếm sườn dương nên chân 14 vào CLOCK và chân
13 nối vào Mass, mạch chỉ đếm đến 6 nên chân số 5 ( Q6) sẽ được nối với
chân 15.

3. LED
Ta dùng 7 LED để hiển thị xúc xắc như hình

LED 1

LED 2

LED 4

LED7

LED 3

4. Điode
Chỉ cho dòng đi đi qua 1 chiều

LED 5

LED 6


5. Hiển thị

Led D7 sáng

Led D2,5 sáng

Led D1,3,4,6 sáng

Led D1,3,4,6,7 sáng

B. mạch

Led D3,4,7 sáng

Led D1,2,3,4,5,6 sáng


C. nguyên lý
Mạch đếm khi công tắc nối chân 13 của IC 4017 nối với nguồn âm được bật,

nếu muốn dừng lại ở một mặt súc sắc nào đó thì tắt công tắc đó mạch sẽ hiển thị
đèn tương ứng với mặt súc sắc.
Ta sử dụng các chân 3,2,4,7,10,1 lần lược là các chân ra Q0, Q1, Q2, Q3, Q4
,Q5 lần lược nhận mức tiến hiệu ở mức 1 .
Ta lần lược xét các chân từ Q0 --> Q5

Khi Q0: ở mức 1 (các chân còn lại ở mức 0) dòng điện đi từ Q0 qua Điode 8
đến led 7  led D7 sáng  hiển thị số 1
Khi Q1: ở mức 1 dòng điện đi từ Q1 đến diode 11 quan 2 led D2 và D5 được
mắc song song  D2,5 sáng  hiển thị số 2
Khi Q2: ở mức 1 dòng điện đi từ Q2 tách làm 2 dòng :
Dòng 1 đi đến diode D9  led D7 D7 sáng
Dòng 2 đi đến diode S12 led D3,4  D3,4 sáng
 Ta có các led D3,4,7 sáng  hiển thị số 3
Khi Q3: ở mức 1 dòng điện chia làm 2
Dòng 1 đi đến diode D13  led D3,4  D3,4 sáng
Dòng 2 đi đến diode D16  led D1,6  D1,6 sáng
 Ta có các led D1,3,4,6 sang  hiển thị số 4
Khi Q4: ở mức 1dòng điện đi chia làn 3
Dòng 1 đi đến diode D10 led D7  D7 sáng
Dòng 2 đi đến diode D15  led D1,6  D1,6 sáng
Dòng 3 đi đến diode D14  led D3,4  D3,4 sáng
 Ta có các led D1,3,4,6 sáng  hiển thị số 5


Khi Q5: ở mức 1 dòng điện chia làm 3
Dòng 1 đi đến diode D18  led D2,5  D2,5 sáng
Dòng 2 đi đến diode D17  led D3,4  D3,4 sáng
Dòng 3 đi đến diode D19  led D1,6  D1,6 sáng
 Ta có các led D1,2,3,4,5,6 sáng  hiển thị số 6