Tài liệu Thiết kế hệ thống đèn trang trí hiển thị dòng chữ “Hòa Bình” pptx

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÈN TRANG TRÍ HIỂN
THỊ DÒNG CHỮ “HÒA BÌNH”
1 Yêu cầu đối với hệ thống đèn trang trí.
Dòng chữ “HÒA BÌNH” được ghép lại từ 7 ký tự là H, Ò, A, B, Ì, N, H, hệ
thống đèn trang trí cho dòng chữ này phải thoả mãn hai điều kiện:
- Thứ nhất: Từng ký tự được sáng và giữ nguyên trạng thái cho tới ký tự cuối
cùng được sáng.
- Thứ hai: Khi tất cả các ký tự sáng hết, tiếp theo cùng tắt rồi lại cùng sáng và lại
tắt hết, sau đó tiếp tục theo yêu cầu thứ nhất.
2 Thiết kế sơ đồ khối của hệ thống đèn trang trí.
Từ các yêu cầu trên ta có bảng trạng thái của các ký tự như sau:
STT H Ò A B Ì N H
0 Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt
1 Sáng Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt
2 Sáng Sáng Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt
3 Sáng Sáng Sáng Tắt Tắt Tắt Tắt
4 Sáng Sáng Sáng Sáng Tắt Tắt Tắt
5 Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Tắt Tắt
6 Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Tắt
7 Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng
8 Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt
9 Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng
Bảng 1: Trạng thái các ký tự của dòng chữ “HOÀ BÌNH” trong một chu kỳ.
Nhìn vào bảng trên ta thấy có 10 trạng thái khác nhau của dòng chữ “HOÀ
BÌNH” trong một chu kỳ, chúng được tạo ra bởi hai trạng thái sáng, tắt của 7 ký tự.
Trạng thái sáng của một ký tự khi nó nhận mức logic 1, còn trạng thái tắt của ký tự
nó nhận mức logic 0 tương ứng ta có bảng 2.
ST
T
Q
3

Q
2
Q
1
Q
0
H Ò A B Ì N H
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0
2 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0
3 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0
4 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0
5 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0
6 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0
7 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
8 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
9 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
Bảng 2: Trạng thái các hàm trong dòng chữ “HÒA BÌNH” theo các biến Q
Thông qua các phân tích trên ta đưa ra sơ đồ khối của hệ thống đèn trang trí cho
dòng chữ “HÒA BÌNH” như sau:
Hình 1: Sơ đồ khối của hệ thống đèn trang trí.
- Khối phát xung chủ đạo PXCĐ có chức năng tạo ra dẫy xung cung cấp cho
khối đếm. Khối đếm sẽ thực hiện đếm các xung và cho kết quả ở đầu ra Q
3
, Q
2
, Q
1
,
Q

0
dưới dạng mã nhị phân gửi đến cho khối giải mã. Nhìn trên bảng 2 ta thấy có 10
trạng thái khác nhau của tổ hợp biến Q, do đó muốn có 10 trạng thái này ta phải
dùng bộ đếm 4 bit môdun 10. Khối giải mã sẽ nhận các đầu ra của bộ đếm, tiến
hành giải mã tạo ra các hàm tương ứng với 7 ký tự của dòng chữ “HÒA BÌNH” để
đưa đến khối hiển thị. Nhận các tín hiệu điều khiển của khối giải mã, khối hiển thị
thực hiện hiển thị hay nói cách khác là điều khiển sự sáng tắt của các ký tự theo
luật của tín hiệu điều khiển. Như vậy ta có thể chia sơ đồ khối thành hai phần chính
là phần hiển thị và phần điều khiển hiển thị. Phần hiển thị có chức năng hiển thị các
ký tự theo yêu cầu của bài đặt ra. Việc đảm bảo phần hiển thị làm việc đúng quy
luật được phần điều khiển đảm nhiệm. Để có thể hiểu rõ được hoạt động của hệ
thống ta đi thiết kế cho từng khối.
3 Khối phát xung chủ đạo.
PXCĐ ĐẾM
GIẢI MÃ
HIỂN THỊ
4
8
7
555
D
1
+5V
3
1
2
6
C
1
R

1
WR
1
WR
2
Xung ra
Hình 1: Sơ đồ nguyên lý mạch
phát xung chuẩn dùng IC 555
Khối phát xung chủ đạo có nhiệm vụ phát ra một dẫy xung liên tục cung cấp cho
khối đếm . Yêu cầu đặt ra đối với khối này
là xung ra phải thay đổi được chu kỳ để từ
đó có thể thay đổi được thời gian tồn tại
trạng thái các ký tự. Hình 2 là sơ đồ nguyên
lý của một mạch phát xung chủ đạo đáp ứng
được các yêu cầu trên.
Vi mạch 555 là một vi mạch được dùng
để phát xung vuông chuyên dụng. Để tạo ra
được dẫy xung liên tục người ta tiến hành
ghép vi mạch này với tụ C
1
và điện trở R
1
như hình vẽ. Để hiểu rõ nguyên lý hoạt
động của phát xung của vi mạch 555 ta quan sát sơ đồ trải của vi mạch 555 hình 3.
Phần được đóng khung bằng nét đứt là vi mạch 555, nó có cấu tạo từ hai phần tử
khuyếch đại thuật toán OA1, OA2 và một Trigơ R-S. Hai khuyếch đại thuật toán
OA1, OA2 được mắc theo kiểu mạch so sánh có đầu vào không đảo nối với cầu
phân áp dùng 3 điện trở R. Do đó điện áp đặt tới đầu vào không đảo của OA1 là
3
Ucc2

và điện áp đặt tới đầu vào không đảo của OA2 là
3
Ucc
, đây là hai điện áp
ngưỡng của hai mạch so sánh. Hai đầu vào đảo của OA1 và OA2 được đưa ra ngoài
qua hai chân 6 và 2 của vi mạch. Chúng được nối với nhau và nối với tụ C. Như
vậy điện áp trên tụ C được đưa tới hai khuyếch đại thuật toán để so sánh với hai
điện áp ngưỡng lấy trên cầu phân áp. Đầu ra của hai KĐTT được đưa tới hai đầu
vào R và S của trigơ, xung ra của mạch được lấy trên đầu ra 1 của trigơ R-S thông
qua cổng NAND.
1 2 3 4 5 6
A
B
C
D
654321
D
C
B
A
Title
Number RevisionSize
B
Date: 1-Jan-1997 Sheet of
File: C:\ADVSCH\HH03.SCH Drawn By:
G1
G2
G3
G4
Qn

Qn
Dn
C
X1
X2
F
CD
+
X1
X2
X1
X2
CD
F
CD
F
R
_
+
_
+
R
OA1
OA2
R
Q
S
T
R
RB

RA
8
4
3
7
2
6
C
D
XUNG RA
+Ucc
2Ucc
3
Ucc
3
Trigơ
R-S
Ura
Hình 3: Sơ đồ trải của 555 trong mạch phát xung chủ đạo.
* Nguyên lý hoạt động của mạch phát xung:
Hình 4: Giản đồ thời gian của điện áp trên mạch phát xung.
* Giả sử tại thời điểm đầu (t = 0) điện áp trên tụ C là
3
Ucc2
U
C
=
thì đầu ra OA1
có mức logic1 còn đầu ra OA2 có mức logic 0. Đầu vào R của trigơ R-S có mức
logic 1, còn đầu vào S có mức logic 0 dẫn đến đầu ra 1 có mức logic 1 làm cho

tranzitor T thông. Tụ C phóng điện qua R
B
, qua T về mát làm cho điện áp trên nó
giảm đến giá trị U
bh
. Điện áp ra của mạch phát xung bằng không, hay không có
xung ra: U
ra
= 0.
+Khi điện áp trên tụ giảm xuống
3
Ucc2
U
3
Ucc
C
<≤
thì đầu ra của OA
1
và OA
2

đều có mức logic 0. Điều này làm hai đầu vào R, S của trigơ đều có mức logic 0
nên trigơ vẫn giữ nguyên trạng thái, Tvẫn mở, tụ C tiếp tục phóng điện và U
ra
= 0.
U
C
U
ra

2Ucc/3
Ucc/3
0
0
t
t
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
t
6
t
n
t
p
T
+ Đến thời điểm t
1
điện áp
3
Ucc
U
C

≤
nên đầu ra OA
2
có mức logic 1, còn đầu
ra OA
1
vẫn có mức logic 0. Lúc này đầu vào S của trigơ có mức logic 1 nên đầu ra
của trigơ chuyển trạng thái và 1 có mức logic 0. Qua cổng NAND ta có xung điện
áp ra: U
ra
= 1. Khi đó tranzitor T khoá tụ C được nạp từ +U
CC
→ R
A
→ R
B
→ C

→
mát. Trong qua trình nạp thì điện áp trên tụ tăng dần theo biểu thức sau :
)e1.(Ue.
3
U
Uc
C).RR(
tn
CC
C).RR(
tn
CC

BAAB
+
−
+
−
−+=
.
Trong đó U
C
là điện áp trên tụ C, t
n
thời gian nạp của tụ C.
+ Khi điện áp trên tụ tăng đến giá trị
3
Ucc
U
C
=
thì đầu ra của OA
2
chuyển
trạng thái từ mức logic 1 về mức logic 0 làm đầu vào S của trigơ có mức logic 0.
Đầu ra của OA
1
lúc này vẫn giữ nguyên trạng thái ở mức logic 0 nên đầu vào R của
trigơ cũng ở mức logic 0. Hai đầu vào của trigơ R-S đều có mức logic 0 nên trigơ
vẫn giữ nguyên trạng thái, điện áp U
ra
=1, tụ C tiếp tục được nạp.
+ Cho đến thời điểm t

2
điện áp trên tụ tăng đến giá trị U
C
≥ 2U
CC
/3 thì đầu ra
của OA
1
chuyển trạng thái lên mức logic1. Lúc này đầu vào R của trigơ mang mức
logic 1, đầu vào S vẫn giữ nguyên trạng thái ở mức logic 0 làm cho Trigơ lật trạng
thái. Đầu ra 1 của trigơ chuyển từ mức logic 0 nên mức logic 1 làm T thông bão
hoà, quá trình nạp điện của tụ C kết thúc và tụ C lại phóng điện. Qua cổng NAND
ta có điện áp U
ra
= 0, kết thúc một chu kỳ của xung ra.
+ Từ thời điểm t
2
÷t
3
tụ C lại phóng điện, hoạt động của mạch lặp lại quá
trình từ 0 ÷t
1
. Kết quả là ta thu được một dẫy xung vuông ở đầu ra trên chân 7 của
vi mạch 555.
Trong một chu kỳ phóng nạp của tụ thì ta lấy ra được một xung vuông ở đầu ra.
Để thay đổi tần số xung ra và độ rộng xung thì thay đổi thời gian phóng nạp cho tụ
bằng cách thay đổi giá trị các điện trở R
A
và R
B

.
Thời gian để điện áp trên tụ đạt đến giá trị U
C
= 2U
CC
/3 ta tính được theo công
thức sau:








−+=
+
−
+
−
C).RR(
tn
CC
C).RR(
tn
CCCC
BABA
e1.Ue.
3
U

3
U2
Đơn giản phương trình ta được :
C).RR.(69,02ln.C).RR(t
: cãta vÕ haiLn
3
U
e.
3
Ucc
2
BABAn
CC
C).RR(
tn
BA
+=+=
=
+
−
Trong thời gian từ 0 ÷ t
1
thì tụ C phóng điện từ giá trị U
C
= 2U
CC
/3 qua R
B
và
qua T về mát nên ta có biểu thức sau:









−+=
−−
C.R
tp
bh
C.R
tp
C
BB
e1.Ue.Ucc
3
2
U
. Với t
p
là thời gian phóng của tụ C.
Trong công thức này ta không kể đến nội trở của tranzitor T vì điện trở của nó rất
nhỏ so với điện trở R
B
.
C.R.69,02ln.C.Rt
: cãta UU coi NÕu

U3/U
U3/U2
ln.C.Rt
BBp
CCbh
bhCC
bhCC
Bp
=≈
<<
−
−
=→
Nhìn trên giản đồ thời gian ta thấy chu kỳ của xung điện áp ra là T bằng khoảng
thời gian phóng điện và nạp điện của tụ C.
T = t
n
+ t
p
= 0,69(R
A
+ R
B
).C + 0,69R
B
.C = 0,69(R
A
+ 2R
B
).C.

Giả sử ta mắc thêm điôt D song song với điện trở R
B
như hình vẽ thì tụ C sẽ nạp
điện theo đường +Ucc → R
A
→ D → C → mát. Nếu ta bỏ qua nội trở không đáng
kể của điốt D thì thời gian nạp của tụ C sẽ được tính: t
n
= 0,69.C.R
A
, và chu kỳ của
xung ra sẽ được tính: T = t
n
+ t
p
= 0,69.R
A
.C + 0,69.R
B
.C = 0,69.(R
A
+ R
B
).C. Nếu
ta chọn R
A
= R
B
thì hằng số thời gian nạp của tụ bằng hằng số thời gian phóngvà:
T = 2.t

n
= 2.t
p
= 0,69.2.R
A
.C = 1,38.R
A
.C.
Nhìn vào biểu thức ta thấy khi muốn thay đổi chu kỳ τ của xung ra ta có thể thực
hiện bằng 2 cách là thay đổi dung lượng của tụ C hoặc thay đổi giá trị của điện trở
R
A
, và R
B
. Trên hình 1 để có thể thay đổi được τ ta điều chỉnh hai biến trở WR
1
và
WR
2
, đây là hai biến trở đồng trục mà khi ta tăng thì chúng cùng tăng còn khi ta