Tài liệu Thiết kế hệ thống đèn trang trí hiển thị dòng chữ “ma quang chung” pptx

Bài làm
Thiết kế hệ thống đèn trang trí
hiển thị dòng chữ
ma quang chung
1. V ai trò, ý nghĩa của hệ thống và yêu cầu đối với hệ thống đèn trang trí .
Trong thực tế chúng ta thờng hay gặp các hệ thống đèn nhấp nháy rất đẹp
mắt trang trí cho các biểu tợng hay các ký tự khác nhau. Nhất là các biển quảng cáo
hay các trung tâm vui chơi giải trí, các nơi giải trí công cộng hay những biển panô,
áp phích cổ động. Nhằm tập trung sự chú ý về ban đêm .
Để thực hiện đợc nh vậy ngời ta phải ghép nhiều bóng với nhau , sau đó điều
khiển sự sáng của chúng, để chúng nháy tắt theo một quy luật nhất định.
Một hệ thống nh vậy gồm 2 phần chính phần là phần hiển thị và điều khiển
thị. Phần hiển thị chính là các bóng đèn đợc ghép lại thành các biểu tợng hoặc ký
tự, còn phần điều khiển là phần tạo ra các quy luật đóng cắt nguồn cung cấp cho
bóng đèn.
Dòng chữ ma quang chung đợc ghép lại từ 12 ký tự là: m, a, q,
u, a, n, g, c, h, u, n, g. Hệ thống đèn trang trí cho dòng chữ này phải thoả mãn
hai điều kiện:
- Thứ nhất: Từng ký tự đợc sáng và giữ nguyên trạng thái cho tới ký tự cuối
cùng đợc 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 nh sau:
stt
m a q u a n g c h u N g
0
Sáng Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt
1
Sáng Sáng Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt
2

Sáng Sáng Sáng Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt
3
Sáng Sáng Sáng Sáng Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt
4
Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt
5
Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt
6
Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt
7
Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Tắt Tắt Tắt Tắt
8
Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Tắt Tắt Tắt
9
Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Tắt Tắt
10
Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Tắt
11
Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng
12
Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt
13
Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng Sáng
14
Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt Tắt
Bảng 1: Trạng thái các ký tự của dòng chữ ma quang chung trong
một chu kỳ.
Nhìn vào bảng trên ta thấy có 15 trạng thái khác nhau của dòng chữ ma
quang chung trong một chu kỳ, chúng đợc tạo ra bởi hai trạng thái sáng, tắt
của 12 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 tơng ứng ta có bảng 2.
stt
Q
3
Q
2
Q
1
Q
0
m a q u a n g c h u N g
0
0
0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1
0
0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2
0
0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0
3
0
0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0
4
0
1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0
5
0
1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0
6

0
1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0
7 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0
8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0
9 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0
4
8
7
555
D
1
+5V
3
1
2
6
C
1
R
1
WR
1
WR
2
Xung ra
Hình 2:
Sơ đồ nguyên lý mạch phát xung chuẩn dùng IC 555
10 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0
11 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
12 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

13 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
14 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Bảng 2: Trạng thái các hàm trong dòng chữ ma quang chung theo
các biến Q.
Thông qua các phân tích trên ta đa ra sơ đồ khối của hệ thống đèn trang trí
cho dòng chữ ma quang chung nh sau:
Hình 1: Sơ đồ khối của hệ thống đèn trang trí.
PXCĐ
Đếm
Giải mã
Hiển thị
- 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
dới dạng mã nhị phân gửi đến cho khối giải mã. Nhìn trên bảng 2 ta thấy có 15
trạng thái khác nhau của tổ hợp biến Q, do đó muốn có 15 trạng thái này ta phải
dùng bộ đếm 4 bit môdun 15. Khối giải mã sẽ nhận các đầu ra của bộ đếm, tiến
hành giải mã tạo ra các hàm tơng ứng với 12 ký tự của dòng chữ ma quang
chung để đa 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. Nh 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 đợc phần điều khiển đảm nhiệm. Để có thể hiểu rõ đợc hoạt động
của hệ thống ta đi thiết kế cho từng khối.
3.Khối phát xung chủ đạo dùng vi mạch 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 đợc chu kỳ để
từ đó có thể thay đổi đợc 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 đợc các yêu cầu trên.
Vi mạch 555 là
một vi mạch đợc dùng để
phát xung vuông chuyên
dụng. Để tạo ra đợc dẫy
xung liên tục ngời ta tiến
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
hành ghép vi mạch này
với tụ C
1
và điện trở R
1
nh 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.

Hình 3: Sơ đồ trải của 555 trong mạch phát xung chủ đạo.
Phần đợc 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 đợc 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 ngỡng của hai mạch so sánh. Hai đầu vào đảo của OA1 và OA2
đợc đa ra ngoài qua hai chân 6 và 2 của vi mạch. Chúng đợc nối với nhau và nối với
tụ C. Nh vậy điện áp trên tụ C đợc đa tới hai khuyếch đại thuật toán để so sánh với
hai điện áp ngỡng lấy trên cầu phân áp. Đầu ra của hai KĐTT đợc đa tới hai đầu
vào R và S của trigơ, xung ra của mạch đợc lấy trên đầu ra 1 của trigơ R-S thông
qua cổng NAND.
* Nguyên lý hoạt động của mạch phát xung:
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
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.
+ 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 đợc 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 đợc 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
ữt
3
tụ C lại phóng điện, hoạt động của mạch lặp lại quá
trình từ 0 ữt
1
. Kết quả là ta thu đợc 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 đợc 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 đợc theo công
thức sau:








+=
+

+

C).RR(
tn
CC
C).RR(
tn
CCCC
BABA
e1.Ue.
3
U
3
U2
Đơn giản phơng trình ta đợc :
C).RR.(69,02ln.C).RR(t

: cóta vế haiLn
3
U
e.
3
Ucc
2
BABAn
CC
C).RR(
tn
BA
+=+=
=
+

Trong thời gian từ 0 ữ 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
.
CRCR
UNếu
UU
UU
CRt
BB

CC
bhCC
bhCC
Bp
..69,02ln..t
: co ta Ucoi
3/
3/2
ln..
p
bh
=
<<


=
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
nh hình vẽ thì tụ C sẽ
nạp điện theo đờng +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 đợc tính: t
n
= 0,69.C.R
A
, và chu kỳ
của xung ra sẽ đợc 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 phóng
và:
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 của xung ra ta có thể
thực hiện bằng 2 cách là thay đổi dung lợng của tụ C hoặc thay đổi giá trị của điện
trở R
A
, và R
B
. Trên hình 1 để có thể thay đổi đợc 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
giảm thì chúng cùng giảm nên WR
1
= WR
2
= WR. Với mạch nh hình 1 ta có công
thức tính chu kỳ của xung ra nh sau: T = 0,69.2.WR.R
1

.C
1.
= 1,38.WR.R
1
.C
1
.
4. Khối đếm
Khối đếm có chức năng
tạo ra 15 trạng thái khác nhau
của tổ hợp biến Q
3
, Q
2
, Q
1
, Q
0
tơng ứng với 15 trạng thái
Xung vào
0
0
0
0
0
Q
1
Q
0
Q

2
Q
3
t
t
t
t
t
khác nhau của dòng chữ ma
quang chung trạng thái
khác nhau ta dùng bộ đếm 4
bit môđun 15. Bộ đếm này
nhận xung từ mạch phát xung
chủ đạo, thực hiện đếm và cho
ra 4 đầu ra. Với bộ đếm môđul
15 ta có giản đồ thời gian nh
hình bên:
Hình 5: Giản đồ điện áp của bộ đếm.
Q
3
Q
3
Q
3
Q
2
Q
0
Q
3

Q
2
Q
0
Q
2
Q
2
Q
0
Q
3
Q
1
Q
0
Q
1
Q
3
Q
1
Q
1
Q
3
Q
0
Q
3

Q
1
Q
2
Q
1
Q
1
Q
1
Q
2
Q
0
Q
3
Q
1
Q
3
Q
1
Q
3
Q
1
0 0 0 0
Q
3
Q

1
0 1 1 1
Q
3
Q
1
1 0 0 0
Q
3
Q
1
1 1 1 1
Q
2
Q
0
0 0 0 1
Q
2
Q
0
0 1 1 0
Q
2
1 0 0 1
Q
0
1 1 1 0
Q
2

Q
0
0 0 1 0
Q
3
Q
0
0 1 0 1
Q
2
Q
0
1 0 1 0
Q
2
Q
0
1 1 0 1
Q
2
Q
0
0 0 1 1
Q
2
Q
0
0 1 0 0
Q
3

Q
1
1 0 1 1
Q
2
Q
1
1 1 0 0
Q
2
Q
0
Hình 6: Đồ hình chuyển đổi trạng thái của bộ đếm môđun 15.
Từ giản đồ thời gian của điện áp trên bộ đếm ta đa ra đồ hình biểu diễn sự
thay đổi của điện áp trên bộ đếm nh hình 6.
Ngời ta thờng xây dựng bộ đếm từ các phần tử cơ bản là các trigơ, có thể từ
trigơ đếm T, trigơ D, trigơ R-S hoặc từ các trigơ J-K. ở đây ta chọn phơng án bộ
đếm xây dựng từ các trigơ T Nó có 2cửa vào là C, T, trong đó C là cửa vào đồng bộ,
T, là cửa vào điều khiển. V nó thoả mãn
T = "0 Trạng thái trigơ giữ nguyên Q
n+1
= Q
n
.
T =1 Trigơ lật trạng thái Q
n+1
= Q
n
Từ bảng trạng thái hình 2 của trigơ T ta đa ra bảng kích hình 4. Trong đó n là
trạng thái hiện tại, n+1 là trạng thái tơng lai, (-) là trạng thái tuỳ chọn có thể là

mức logic 0 cũng có thể là mức logic 1, (x) là trạng thái cấm. Để xây dựng bộ đếm
Q
Trigơ
T
T
C
Q
n+1
Sơ đồ mô phỏng
R
n
S
n
Q
n+1
00Q
n
011
10011x
Bảng trạng thái
01x011x0Bảng
chuyển tiếp
00 01 11 10
0
1
Q
n+1
Q
n
Q

n+1
R
n
R
n+1
00-
001011010110-Bảng đầu vào
kích