đồ án Giao thong nga 5

Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

MC LC
LI NĨI ĐẦU..................................................................................................3
Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THƠNG.........................4
1.1 Hệ thống đèn giao thơng nói chung............................................................4
1.2 Hệ thống đèn giao thông ngã 5....................................................................6
1.2.1 Mặt bằng ngã 5.........................................................................................5
1.2.2 Nguyên tắc điều khiển..............................................................................7
1.3 Sơ đồ cấu
trúc...............................................................................................7
1.3.1 Sơ đồ.........................................................................................................6
1.3.2 Chức năng, nhiƯm
vơ.................................................................................6
Chương 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG………………………………...………..8
2.1 Khối nguồn...............................................................................................8
2.1.1 Sơ đồ của khối nguồn..............................................................................8
2.1.2 Ngun lý làm việc.................................................................................9
2.1.3 Tính tốn................................................................................................10
2.2 Khối tạo xung............................................................................................18
2.2.1 Khảo sát IC tạo xung 555......................................................................18
2.2.2 Tính tốn................................................................................................19
2.3 Bộ chia xung.............................................................................................22
2.3.1 Khảo sát IC 4017..................................................................................22
2.3.2 Khảo sát IC đếm 4040...........................................................................24
2.4 Bộ điều khiển đèn …………………………………………………….27
2.4.1 Lập bảng trạng thái ……………………………………..…….…..….27
2.4.2 Thiết kế mạch điện.................................................................................34

2.4.3 Mạch điện bộ đếm............................................................................ .....37
2.5 Khối hiển thị đèn……………………………………………….…...…38
2.6 Đếm hành trình thời gian………………………….…….…….……….39
1


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

2.7 Khi giải mã...............................................................................................40
2.7.1 Giới thiệu về IC giải mã……………………………………………….40
2.7.2 Sơ đồ cấu trúc bên trong IC 7447………………….…………..…..….40
2.8 Khối hiển thị Led 7 đoạn……………………………………….………43
2.8.1 Giới thiệu về Led hiển thị.........................................................................43
2.8.2 Các dạng của Led 7 đoạn …………………………….…….…………44
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ MƠ HÌNH…………..…………..45
3.1 Mạch điện ngun lý.....................................................................................45
3.2 Mạch điện mơ phỏng trên protues………………………….…..…………46
3.3 Nguyên lý hoạt động của mạch…………………………………..…...…...47
3.4 Thiết kế mơ hình………………………………………………..………….48
PHẦN KẾT LUẬN..............................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………….………….…51

2


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

LI NểI U
Trong thập kỷ qua, sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật,
công nghệ điện tử, đặc biệt là sự ra đời ngày càng nhiều các
đơn vị điện tử với quy mô lớn và cực lớn, với các chỉ tiêu vật
liệu và giá thành rất hạ đà làm cho các hệ thống điện tử và
máy tính có mặt ngày càng nhiều trong các lĩnh vực của công
nghiệp, đời sống xà hội .
Là sinh viên theo ngành điện - điện tử với những kiến
thức đà học đợc chúng em đà chọn và thiết kế đề tài: Thit k
mch ch bỏo ốn giao thụng ngó nm.
Qua việc tìm hiểu, nghiên cứu và tính toán chúng em xin đa
ra mạch điều khiển luồng giao thông ngó nm vi các yêu cầu
sau:
ã Dùng IC đếm bèn bÝt ®iỊu khiển đèn đỏ sáng trong vịng 32 giây,
đèn xanh sáng trong 28 giây, và đèn vàng sáng trong 4 giõy
ã Mạch điện giao tiếp với bóng đèn tròn 220V/100W.
ã Giao tiếp với các bóng đèn bằng relay(SCR).
ã Giao tiếp với SCR bằng transistor lỡng cực.
Đề tài hệ thống đèn giao thông gồm các phần sau:
I : Tng quan hệ thống đèn giao thông.
II: Thiết kế hệ thống.
III: Mụ phng v thit k mụ hỡnh.
Trong quá trình thực hiện đồ án của mình chúng em còn
gặp nhiều khó khăn, do thời gian không nhiều, kiến thức có hạn
và thời gian đi tìm hiểu thực tế còn hạn chế nhng nhê cã sù
gióp ®ì, chØ bảo tận tình của cô giáo Nghiêm Thị Thúy Nga và sự cố gắng của
bản thân chúng em đã hoàn thành được đề tài ny. Trong quá trình làm đồ

3


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

án không tránh khỏi những thiếu sót rất mong sự góp ý của các
thầy cô cùng toàn thể các bạn khi đọc đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Nam Định, ngày tháng
05 năm 2013
Sinh viên thực hiện
Hong Vn Tuyn

4


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

Chng 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG
1.1.Hệ thống đèn giao thơng nói chung
Đèn giao thơng (cịn được gọi tên khác là đèn tín hiệu giao thơng, đèn điều
khiển giao thơng, hay đèn xanh đèn đỏ) là một thiết bị được dùng để điều khiển
giao thơng ở những giao lộ có lượng phương tiện lưu thông lớn (thường là ngã
ba, ngã tư đông xe qua lại). Đây là một thiết bị quan trọng khơng những an tồn

cho các phương tiện mà cịn giúp giảm ùn tắc giao thơng vào giờ cao điểm. Nó
được lắp ở tâm giao lộ hoặc trên vỉa hè. Đèn tín hiệu có thể hoạt động tự động
hay cảnh sát giao thơng điều khiển. Đèn giao thơng có thể hoạt động hoàn toàn tự
động hoặc cảnh sát giao thơng điều khiển.
Đèn tín hiệu thường hoạt động cả ngày, đến 0 giờ (12 giờ đêm) thì chuyển
sang trạng thái nháy vàng hoặc ngừng hoạt động. Khi nháy vàng, xe cộ được đi
và phải chú ý, người đi bộ được phép sang đường. Đến 6 giờ sáng ngày hôm sau
đèn lại hoạt động bình thường trở lại. Đơi khi ở một vài ngã tư đơng đúc, đèn tín
hiệu có thể hoạt động 24/24 mà không nháy vàng. Khi hoạt động, đèn thường
sáng màu xanh, sau đó đến vàng và đỏ. Sau một thời gian hoạt động, đèn lại
chuyển xuống màu xanh. Đôi khi ở một số dao động, đèn vàng bật sau đèn đỏ.
Loại 3 màu có 3 kiểu: xanh, vàng, đỏ. Tác dụng như sau:


Đỏ: Khi gặp đèn đỏ, tất cả các phương tiện đang lưu thông phải dừng lại ở
phía trước vạch dừng (trừ trường hợp những xe rẽ phải ,) người đi bộ được
sang đường.



Xanh: Khi gặp đèn xanh, tất cả các phương tiện được phép đi và phải chú
ý. Người đi bộ không được sang đường.



Vàng: Đèn vàng là dấu hiệu của sự chuyển đổi tín hiệu.
Khi đèn vàng bật sau đèn xanh nghĩa là chuẩn bị dừng, khi đó các phương

tiện phải dừng lại trước vạch sơn dừng vì tiếp đó đèn đỏ sẽ sáng, trường hợp đã
vượt q vạch dừng thì phải nhanh chóng cho xe rời khỏi giao lộ.

5


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

Nu ốn vàng bật sau đèn đỏ có nghĩa là chuẩn bị đi, người lái xe có thể đi trước
hoặc chuẩn bị để đi vì tiếp đó đèn xanh sẽ sáng.
Khi đèn vàng nhấp nháy ở tất cả các hướng nghĩa là được đi nhưng người
lái xe vẫn phải chú ý.
Loại đèn này lắp theo thứ tự: Nếu lắp chiều dọc thì đèn đỏ ở trên, vàng ở
giữa, xanh ở dưới. Nếu lắp chiều ngang thì theo thứ tự đỏ ở bên trái, vàng ở giữa,
xanh ở bên phải hay ngược lại(đèn xanh ln ln hướng về phía vỉa hè hoặc giải
phân cách, đèn đỏ hướng xuống lòng đường).
1.2. Hệ thống đèn giao thông ngã 5
1.2.1.Mặt bằng ngã 5

B

C

A

A

B
6

Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

1.2.2.Nguyờn tc điều khiển
Các tín hiệu đèn ở đây chia làm 2 bộ gồm:
-Luồng 1: Đèn đỏ sáng trong 32s, đèn xanh sáng trong 28s, đèn vàng sáng trong
4s.
- Luồng 2: Đèn đỏ sáng trong 32s, đèn xanh sáng trong 28s, đèn vàng sáng trong
4s.
- Luồng 3: Đèn đỏ sáng trong 16s, đèn xanh sáng trong 14s, đèn vàng sáng trong
2s.
-Quá trình hoạt động của mạch như sau:(1 xung = 2s)
+Chu trình 1: Ở 8 xung đầu các đèn đỏ 1, xanh 2, đỏ 3 sáng, các đèn còn
lại tắt. 6 xung tiếp theo các đèn đỏ 1, xanh 2, xanh 3 sáng. 1 xung tiếp theo các
đèn đỏ 1, vàng 2, xanh 3 sáng. 1 xung tiếp theo các đèn các đèn đỏ 1, vàng 2,
vàng 3 sáng.
+Chu trình 2: Ở 8 xung tiếp theo các đèn đỏ 2, xanh 1, đỏ 3 sáng, các đèn
còn lại tắt. 6 xung tiếp theo các đèn đỏ 2, xanh 1, xanh 3 sáng. 1 xung tiếp theo
các đèn đỏ 2, vàng 1, xanh 3 sáng. 1 xung tiếp theo các đèn các đèn đỏ 2, vàng 1,
vàng 3 sáng.
+Quá trình được lặp lại.
-Hệ thống đèn trên sẽ được xây dựng trên cơ sở các cổng logic.
1.3.Sơ đồ cấu trúc
1.3.1.Sơ đồ
Bé chia
xung
Nguån

Bộ ĐK đèn

Bé tạo
xung

Khối hiển
thị đèn

Đếm HT
Giải mÃ
thời
gian
Hỡnh 1.1: S khi h thng iu khin ốn giao thụng

t
trc

HT Led 7
đoạn

1.3.2.Chc nng, nhiệm vụ:
- Khối nguồn: là khối đầu tiên của hệ thống có nhiệm vụ tạo
điện áp cần thiết cung cấp cho các thiết bị điện tử làm việc.
Điện áp từ nguồn qua máy biến áp, đi qua bộ chỉnh lu, qua bé
7


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

lọc nguồn, qua bộ ổn áp lấy ra các điện áp cần thiết đem đi
cung cấp cho các khối. Đối với mạch đèn giao thông, khối nguồn
làm nhiệm vụ cung cấp điện áp 5V cho các khối tạo dao động
và cấp cho IC đếm.
- B tạo xung: cấp xung cho các IC hoạt động.
- B chia xung: to ra s xung m cho phù hợp với thời gian hiển thị các đèn.
- B iu khin ốn: là các phần tử phi tuyến để nối giữa đầu ra
của IC với phần hiển thị.
- Khối hiển thị đèn giao thụng: gm cỏc búng ốn LED đỏ, xanh, vàng.
- Khối đặt trước: đầu ra của khối hiển thị đèn giao thụng c a vo
u vo ca IC m .
- Đm hnh trỡnh thi gian: là khả năng nhớ đợc các xung đầu vào
mạch điện thực hiện các thao tác đếm. Khi nhn c tớn hiu xung
từ bộ tạo xung thì bộ đếm thực hiện chức năng đếm,số đếm đựơc đưa qua bộ giải
mã và hiển thị trên bộ hiển thị.
- Khèi gi¶i m·:
+ Cấu tạo: Từ các IC74LS47 .
+Vai trị : Nhận tín hiệu từ bộ đếm và giải mã để đưa ra khối hiển thị.
+Nguyên lý : Khi nhận được tín hiệu từ bộ đếm đến IC giải mã sẽ bắt đầu
giải mã và tín hiệu đầu ra được đưa ra khối hiển thị để hiển thị.
- Khèi hiĨn thÞ led 7 đoạn:
+Cấu tạo: gồm các led 7 thanh được xếp thứ tự hàng đơn vị - hàng
chục.Led 7 thanh gồm hai loại :loại anode chung và cathode chung, ë đây chúng
ta sử dụng loại anode chung.
+Nguyên lý hoạt động : sau khi khối giải mã đã giải mã xong thì đầu ra của
khối giải mã sẽ được đưa đến khối hiển thị và hiển thị dưới dạng số ở khối hiển thị.

8


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

Chng 2: THIT K H THNG
2.1.Khi ngun
- Là khối đầu tiên của hệ thống có nhiệm vụ tạo điện áp
cần thiết cung cấp cho các thiết bị điện tử làm việc. Điện ¸p tõ
nguån qua m¸y biÕn ¸p, ®i qua bé chØnh lu, qua bé läc ngn,
qua bé ỉn ¸p lÊy ra các điện áp cần thiết đem đi cung cấp
cho các khối. Đối với mạch đèn giao thông, khối nguồn làm nhiệm
vụ cung cấp điện áp 5V cho các khối tạo dao động và cấp cho
IC đếm.
- Khối nguồn có nhiệm vụ cung cấp điện năng cho các mạch
điện và các thiết bị điện để biến đổi thành các dạng năng lợng khác. Trong kỹ thuật số đa phần ngời ta sử dụng nguồn một
chiều đợc lấy từ nguồn xoay chiều của lới điện thông qua một
quá trình biến đổi.
2.1.1 S ca khi ngun
Biến
áp

+Máy biến áp: biến

Chỉn
h lu

Bộ
lọc

MBA

đổi điện áp xoay
chiều từ 220V về
điện áp xoay chiều
5V
+Cầu Diode: chỉnh

TRAN-2P2S

BR1

lu dòng xoay chiều
thành

dòng

chiều (Ura=5V)

một
2W02G

9

ổn
áp

Đồ án kỹ thuật số
Nga

ổn

áp:

ổn

dịnh điện áp đầu

7805
1

VI

VO

3

GND

+Bộ

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

ra khi điện áp đầu

2

vào mất ổn định
Khi nguồn 220V AC qua biến áp lấy ra 9V AC, để trở thành
nguồn DC thì phải qua cầu diode chỉnh lu thành nguồn DC có
trị số điện áp UDC =

2 .UXC =

2 .5 = 5 2

Để điện áp ra trên tải không bị nhiễu, không bị nhấp nhô và
luôn ổn định thì ta phải mắc thêm tụ lọc nguồn (có giá trị từ
vài trăm đến vài nghìn F) và một IC ổn áp (để ổn định
điện áp ra trên tải). Ta cã thĨ sư dơng IC ỉn ¸p 78L05, LM 317,
Trong trờng hợp này ta có thể sử dụng IC ổn áp 7805
Biến áp TR: Biến áp AC 220V đầu ra AC 5V đối xứng
CL1: là cầu chỉnh lu biến đổi điện áp xoay chiều thành điện
áp một chiều.
Kết hợp với C tụ lọc nguồn sẽ tạo ra điện áp mét chiỊu ®èi xøng.
TR1

BR1

+5V

U11
7805

~220V

VO

C3
2200u

C4
1nF

2

SK204L5
TRAN-2P2S

VI

3

GND

1

C5

C6

100u

1nF

R5

1K

D2
LED-RED

2.1.2.Ngun lý làm việc
Khi cã ngn AC đi vào qua cuộn dây sơ cấp của TR tạo ra từ
thông biến thiên trong lõi thép, từ thông này làm cho cuộn dây
10


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

thứ cấp của xuất hiện một sức điện động cảm ứng. Biến áp
này đợc thiết kế với điểm trung bình và đầu ra 9V đối xứng.
Điện áp AC 9V đối xứng sau chỉnh lu đợc đa đến cầu chỉnh
lu sau đó đợc lọc với C đầu ra có điện áp DC.
Quá trình chØnh lu diƠn ra nh sau:
+ Gi¶ sư ë nưa chu kỳ đầu thứ cấp biến áp TR có điện áp dơng
trên, âm dới làm D1 và D3 dẫn, D2 và D4 khóa, khóa có dòng tải
+U2 D1 C  Rt  D3  - U2
+ Nöa chu kỳ sau điện áp U2 âm trên, dơng dới làm D1 và D3
khóa, D2 và D4 dẫn có dòng qua t¶i.
+U2  D2  C  Rt  D4  - U2
Nh vậy trong mỗi nửa chu kỳ đều có 2 diode dẫn tạo ra điện áp
đối xứng nhau trên +C và -C với chiều không đổi, do đó sẽ có
một dòng điện có chiều qua tải khép kín mạch thứ cấp TR.

Điện áp 9V sau chỉnh lu và lọc đợc ổn áp bởi IC 7805 để đợc
nguồn +5V cho mạch phía sau.
2.1.3.Tớnh toỏn
a) Biến áp: để tăng giảm điện áp xoay chiều, nó cũng đợc
dùng rộng rÃi là phơng tiƯn thÝch øng trë kh¸ng.
BiÕn ¸p ngn cã 2 cn dây riêng rẽ quấn trên một mạch từ
khép kín, đợc cung cấp từ mạch từ trở thấp (nghĩa là lõi thép
ghép thành lớp), hiệu suất rất cao có thể đạt đợc xấp xỉ chỉ
tiêu chất lợng lý tởng.
Bên vào đợc gọi là cuộn sơ cấp, bên ra gọi là cuộn thứ cấp
Điện áp vào =

Np
x điện áp ra
Ns
Ns

Dòng điện vào = Np x Ira
Khi đó

Np = số vòng cuộn sơ cÊp
11


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

*Nguyên lý làm việc: Điện áp xoay chiều AC đợc nối với cuộn

sơ cấp, dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn sơ cấp tạo nên từ
trờng trong mạch từ. Từ trờng này sẽ sinh ra sức điện động cảm
ứng song cuộn thứ cấp hình thành nên dòng điện xoay chiều i,
dòng điện này có u điểm không bị giật. Do đó hệ số dẫn từ
của lõi thép lớn hơn nhiều lần hệ sè dÉn tõ cđa vËt liƯu phi tõ
tÝnh nªn cã thể xem từ thông qua cuộn sơ cấp và thứ cấp là
bằng nhau
* Cấu tạo máy biến áp:
TR1

220v

9v

TRAN-2P2S

+ Lõi sắt
+ Dây quấn
+ Vỏ và các phụ kiện khác
* Tính toán phần biến áp:
p dụng công thức

U1
I2
=
U2
I1

Có U1 = 220V, U2 = 9V, I2 =2 (A)
 I1 =

9 2
= 0,08 (A)
220

V× vậy đây là biến áp giảm áp nên dòng điện I C 
IC = I2 - I1 = 2 - 0,08 = 1,92 (A)
C«ng suÊt ra: Pra = I2xU2 = 2.9 = 18 (W)
Pr a

18

Ta cã: P1 = Kp = 0,8 = 22,5 (W)
Trong đó lấy Kp = 0,8 là hƯ sè cđa MBA
12


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

Đờng kính dây: d1 = 0,8x

I

= 0,8x 0,08 = 0,23 (mm)

1

áp dụng c«ng thøc:
Shh = a x b
Ta chän a = 2 (cm), S = 6 cm2
 b=

S
6
= = 3 (cm)
a
2

Gi¶ sư lá thép có độ dày 0,2mm
Vậy số lá thép có độ dày cần dùng là:
b
30
=
= 150 (lá thép)
0,2
0,2
K

Số vòng/1 vol lµ: n = B 
S hh
Ta chän

k = 40: hƯ số máy biến áp

B = 1: cảm ứng từ (T)
Vậy n =

40
= 6,67 (vòng/1vol)
6

Vậy tổng số vòng cho cuộn sơ cÊp lµ: n1 = U1 x n = 220 x 6,67
= 1468 vòng
Đờng kính dây thứ cấp là: d2 = 0,8 x

I

2

= 0,8 x

2 = 1,13

(mm)
Tỉng sè vßng cho cn thø cÊp lµ: n2 = U2 x n = 9 x 6,67 = 60
vßng
VËy MBA cã Shh = 6
U2 cÊp có 1468 vòng dU = 0,23 mm
+ Sơ
1 2m
U
21

+ Thứ cấp có 60 vòng d2 = 1,13 mm
b) Mạch chỉnh
lu

2
0
*Mch chinh lu cõu:

3

t

3

t

U

t
Sơ đồ
nguyên lý

0



2

Ung

0

Ungm

13
t


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

-

Mạch chỉnh lu dïng 4 diode D1, D2, D3, D4

-

BiÕn ¸p nguån không có điểm giữa.

* Nguyên lý làm việc
-

1/2 chu kỳ đầu của điện áp vào ,U 2 có chiều dơng

trên âm dới D1và D3 dẫn D2 và D4 khoá có dòng qua tải: +U2
D1Rt D3-U2
-

1/2 chu kỳ sau điện áp U2 có chiều âm trên dơng dới

D1và D3 khoá D2 và D4 dẫn có dòng qua tải :+U 2 D2Rt D4
-U2 nh vậy trong mỗi nửa chu kỳ có 2 diode dẫn dòng qua tải

xuất hiện cả trong 2 nửa chu kỳ và đi theo một chiều nhất
định.
Ta có U0 là điện áp trung bình trên tải đợc xác định


1
2
2 2
U 2 0,9U 2
U0 = U 2m sin tdt  U 2m 
 0


2


I0 = I tm 

2 2
It 0,9 It


14


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

2

IDmax= I tm I 0

2

Ungmax =U2m= U 0
Sơ đồ chỉnh lu cầu diode đợc dùng rộng rÃi trong thực tế nó có
u điểm là tận dụng đợc công suất của biến áp tần số U cao
hơn do đó yêu cầu lọc U thấp hơn điện áp ngợc ặt lên diode
thấp hơn.
c) Lọc thành phần xoay chiều của dòng điện ra tải
Trong các mạch điện chỉnh lu dòng điện ra tải tuy có cực tính
không đổi (dòng một chiều ) nhng giá trị (độ lớn ) của chúng
thay đổi theo thời gian một cách có chu kỳ đợc gọi là sự đập
mạch củadòng điện hay điện áp sau chỉnh lu.
Dùng chuỗi Fourier để phân tích dòng điện đập mạch ta có:




n 1

n 1

it  I 0  �An cos nt  �Bn sin nt
I0 

1

T

t0  t

�sin tdt

t0

2
I0 lµ thµnh An  T

t0  t

phÇn mét

t0  t

chiỊu

Bn 





n 1

n 1

2

T

2

sin t.cos n tdt
�
T

t0

2

sin t.sin n tdt
�
T

t0

 An cos nt   Bn sin nt
Là tổng các sóng hài xoay chiều có độ lớn pha và tần số phụ
thuộc vào loại mạch chỉnh lu.
-

Thành phần xoay chiều có tần số - hài bậc 1.

-

Thành phần xoay chiều có tần số 2 - hài bậc 2.

-

Để cung cấp năng lợng cho các thiết bị điện tử làm việc

phải lọc bỏ các thành phần hài.
-

Để đặc trng cho chất lợng điện áp (hay dòng điện) sau
15


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

chỉnh lu ngời ta đa ra hệ số đập mạch Kp

KP =

Biên độ sóng hài lớn nhất của It (hay
Ut)
Giá
trị trung bình của I0 (hoặc U0)

Nếu KP càng nhỏ thì chất lợng của bộ nguồn càng cao.
-

Với mạch chỉnh lu 2 nửa chu kú Kp=0,667

-

Víi m¹ch chØnh lu 1/2 chu kú Kp=1,58

Thêng dùng tụ điện, điện cảm của mạch lọc tích cực để lọc bỏ
các thành phần sóng hài.
* Lọc bằng tụ điện.
Sơ đồ nguyên lý:

-

Ut
t

0

U

t

(có tụ

C)

-

0

t1

t2

t3

t

Tụ C mắc song song với tải R t thờng có trị số vài trăm F

đến vài nghìn F. Khi điôt thông thì tụ C nạp điện và tích
trữa năng lợng khi điôt khoá thì tụ C phóng điện qua R t bằng
cách đó có thể giảm độ gợn sóng của điện áp ra.
-

Nguyên lý: Khi không có tụ C điện áp trên tải có độ nhấp

nhô lớn.
Khi mắc tụ C // Rt trong mạch xảy ra quá trình phóng nạp:
+ Từ 0 t1 điện áp sau chỉnh lu tăng tụ C đợc nạp điện từ : +
nguồn tụ Cmass.
+ Từ t1 t2 điện áp sau chỉnh lu giảm tụ c phóng điện qua tải:
16


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

+ C Rtmass-c
+ Từ t2 t3 điện áp ra lớn hơn điện áp trên tụ, tụ C lại đợc nạp
điện

kết quả điện áp ra trên tụ có dạng tơng đối bằng

phẳng.
Mạch lọc bằng tụ phù hợp với tải tiêu thụ dòng điện nhỏ (trị số R t
lớn).
+ Tác dụng linh kiện:
TR: Biến ¸p biÕn ®ỉi ®iƯn ¸p xoay chiỊu cđa líi ®iƯn thành
điện áp xoay chiều phù hợp với tải. Ngăn mạch chỉnh lu với lới
điện xoay chiều.
Diode D: làm nhiệm vụ chỉnh lu, khi chọn cần chú ý đến dòng
và dùng mạch chỉnh lu 4 diode: D1, D2, D3, D4.
Rt: Điện trở tải
+ Nguyên lý làm việc
1/2 chu kỳ đầu của điện áp vào, U 2 có chiều dơng trên, âm díi: D1 vµ D3 dÉn, D2 vµ D4 khãa cã dòng qua tải (đợc phân cực
thuận) do vậy D dẫn cã dßng It qua Rt.
(+U2  D1  Rt  D3 - U2)
1/2 chu kỳ sau của điện áp vào, U2 có chiều dơng dới, âm trên:
D1 và D3 khóa, D2 và D4 dẫn có dòng qua tải (+U2  D2  Rt 
D 4  - U2 )
Nh vậy trong mỗi nửa chu kỳ có 2 diode dẫn, dòng qua tải xuất
hiện trong cả 2 nửa chu kỳ và đi theo một chiều nhất định
d) Tính toán phần diode D
- Do dòng điện qua It ta chọn I = 2A nên dòng qua diode zener
phải lớn hơn, vậy diode zener phải lớn hơn I. Vì vậy chọn diode
phải chịu dòng > 2A
Khi nắn: UAC = 9V qua bộ lọc cầu ta đợc
UDC = 9 x

2 = 127 (V)

17


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

Uđ = 12,7 - 2.0,7 = 11,3 (V)
UTB = UAC.
ITB = It.

2 2
= 8,1 (V)


2 2
= 1,8 (A)


ID max = ITB.


= 2,8 (A)
2

Ungmax = UTB.




= 8,1.
= 12,7 (V)
2
2

Nh vËy ta chän diode cần dùng cho mạch là D: IN5408
Để mạch đơn giản và có hiệu quả cao em đà chọn tụ lọc
e) Tính toán tụ lọc
Điện áp max để tạo cho tụ läc lµ:
E = 1/3 x E = 2/3 x E
Mµ thời gian nạp của tụ theo t là:
Uc nạp(t) = 2/3 x E x (1- eT/ ) = 1/3 x E
Víi Un¹p = 1/3 x E
 2/3 x (1- eT/  ) =
 e-T/  =

1
3

1
2

 eT/  = 2
 ln2 = T/ 

Chän thêi gian n¹p cđa tơ C là: t = 0,02 (s)
0,693 =

0,03

R.C

Do điện trở cản RD2 lµ rÊt nhá
Chän RD2 = 50 
C=

0,03
= 865 (  F)
0,693x50

V× vËy ta chän C = 2200  F
18


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

f) Mạch ổn định điện áp
Các mạch ổn định có nhiện vụ giữ cho điện áp ra hoặc dòng
điện ra của một thiết bị cung cấp không đổi khi điện áp vào
thay đổi cũng nh khi tải hoặc nhiệt độ thay đổi .Thông thờng các mạch ổn định có tác dụng giảm U~ và giảm tạp âm do
đó dùng mạch ổn định có thể giảm nhỏ kích thớc của thiết bị
cung cấp nhờ tiết kiệm đợc các tụ điện và điện cảm läc.
- Ổn ¸p bï tun tÝnh dïng IC ỉn ¸p:
-

IC ổn áp có dòng ra khoảng 100mA đến vài A thậm chí

vài chục A, điện áp ra có thể cố định hoặc điều chỉnh đợc
,công suất tiêu tán vài w đến vài chục w tuỳ từng loại IC sử dụng
ta sẽ có những thông số cần thiết.
-

Các IC ổn áp đợc cấu trúc bao gồm các khối tạo điện áp

chuẩn lấy mẫu, khuyếch đại so sánh, phần tử điều chỉnh,
phần tử bảo vệ quá tải.
* Gii thiu v IC n ỏp 7805:
-

Để thu nhỏ kích thớc cũng nh chuẩn hoá c¸c tham sècđa

c¸c bé ỉn ¸p 1 chiỊu kiĨu bï tun tÝnh, ngêi ta chÕ t¹o chóng
díi d¹ng vi m¹ch. Do vËy rÊt thn tiƯn cho viƯc sư dơng.
-

Cã rÊt nhiều IC ổn áp thông dụng nh : 78xx, 79xx,

LM105,LM317, LM309. Do trong mạch điện cần nguồn +5V nên
ta sẽ dùng IC 7805.
* Sơ đồ chân IC 7805 :

7805
1 IN

OUT 3

2

COM
-

Chân 1 : Nguồn vào
19


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

-

Chân 3 : Nguồn ra

-

Chân 2 : Nối mass

-

IC ổn áp 7805 có dòng ra khoảng 100mA đến vài

chục A, điện áp ra cố định là +5V. Công suất tiêu tán vài W
đến vài chục W.
+ Sơ đồ ổn áp có điện áp ra cố định dùng IC 7805.
IC 7805 cho ra điện áp ổn định 5v có cực tính dơng

+ Uv 7 
35v
1

7805

+ Ur +5v
3
C2

C1 0,33F

0,1F

Tơ C2 = 0,1 F ®Ĩ cải thiện quá trình quá độ và giữ cho điện
trở ra của mạch đủ nhỏ ở tần số cao.
7805 có Iout = 1A, Uout = +5v
2.2. Khối tạo xung
Mạch tạo xung có vai trị rất quan trọng trong các hệ thống mạch điện tử.
Xung là những dòng điện hay điện áp có thời gian tồn tại rất ngắn ví dụ như quá
độ của mạch điện đầu ra của mạch tạo xung khống chế mạch logic hoạt động
theo tần số dao động ,theo cạnh lên xuống của xung tác động để điều chỉnh thời
gian
Hoạt động và thời gian xử lý của hệ thống thì ta can thiệp vào mạch này bằng
cách thay đổi trị số của tụ điện của điện trở.
Có nhiều mạch tạo xung với các dạng xung ra khác nhau có thể dùng TZT ,IC
741 hoặc IC 555 nhưng ở đây ta dùng IC 555 bởi mạch tạo xung dùng IC 555
Có nhiều ưu điểm hơn như:
+Chu trình làm việc có thể thay đổi được.
20

Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

+Kh nng cho dịng ra lớn ,có khả năng cung cấp dịng ra lớn đến 200 mA.
+Điện thế nguồn nuôi cho phép biến đổi rộng từ 4,5-16V.
+Đầu ra tương thích TTL.
+Độ ổn định nhiệt độ làm việc cao.
2.2.1. Khảo sát IC tạo xung 555
Để các IC số hoạt động đợc thì việc cấp xung Clock ở đầu vào
cũng là một yếu tố không thể thiếu. Trong thực tế ngời ta đà sử
dụng rất nhiều mạch tạo xung vuông với nhiều linh kiện khác
nhau nh mạch tạo xung vuông dùng Transistor, dùng các cổng
logic cơ bản, dùng IC 555 , nhng mạch tạo xung vuông dùng IC
555 có nhiều u điểm hơn nên nó đợc dùng rất nhiều trong các
mạch điện.
- Sơ đồ ch©n cđa IC 555 :

U5
555
1 Gnd
2 Trg
3 Out
4 Rst

Vcc 8
Dis 7

Thr 6
Ctl 5

- Tác dụng các chân của IC 555 :
Chân 1 : Nối mas
Chân 2 : Chân nảy hay đầu vào kích khởi (trigger),dùng
để đặt xung kích thích bên ngoài khi mạch làm việc ở chế
độ đa hài đơn ổn
Chân 3 : Là đầu ra của IC
Chân 4 : Chân đặt lại hay chân xoá (Reset). Nó có thể
điều khiển xoá điện áp đầu ra khi điện áp đặt vào chân

21


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

này từ 0,7 V trở xuống.Vì vậy để có thể phát ra xung ở đầu ra
chân 4 phải đặt ở mức cao.
Chân 5 : Chân điện áp điều khiển (Control Voltage). Ta
có thể đa một điện áp ngoài vào chân này để làm thay đổi
việc định thời của mạch, nghĩa là làm thay đổi tần số dÃy
xung phát ra. Khi không đợc sử dụng thì chân 5 nối xuống
mass thông qua một tụ khoảng 0,01F.
Chân 6 : Là chân thềm (Thres hold)
Chân 7 : Là chân xả (Discharrge)
Chân 8 : Là chân cÊp nguån, Ucc = 5  15 V

T1 : TZT switch
T2 : Cổng đảo
O1, O2 : Là 2 IC OPAM khuếch đại
FF : Là Flip Flop loại RS
Các điện trở R tạo thành một mạng phân áp sao cho : V I =
2B+/3 , VJ = B+/3
2.2.2.Tính tốn
* M¹ch điện:
+Vcc

R

VCC

U100
4

8

R2
10k

7

DC

RV1

CV

R1
100

TR

6

TH

10k

D3

555

LED-RED

K

1

100u

2

A

C1

GND

22%

5

CK

3

Q

C7
100u

*Tác dụng linh kiện:
C7 : Tụ phóng nạp dao động
22


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

R2 : Tạo đờng nạp cho tụ
RV1 : Tạo đờng xả cho tụ
R1 : Trở định thiên cho led
D3 : Led báo nguồn
C1: T lc
* Nguyên lý hoạt động:

- Bảng trạng thái
S

R

Q

1

0

0

0
0
0

0
1
0

Q0
1
Q0

Tụ C7 bắt đầu
nạp
Tụ C7 nạp
Tụ C7 xả
Tụ C7 xả

Vchân 6 = Vchân 2 = 1/3VCC nên S =1, R = 0 Q = 0 ứng với trạng
thái 1 của bảng out = 1
- Khi Vchân 7 = 1 thì tụ C7 nạp điện qua R2 từ +VCC
Vc tăng đến 1/3VCC < Vc < 2/3VCC

Lúc đó S = 0, R = 0 nên các đầu vào Q và Q không thay đổi
trạng thái, tụ C7 tiếp tục nạp
Đến khi VC = 2/3VCC ta cã S = 1, R = 1, Q = 1
Tụ C7 bắt đầu xả điện, ®êng x¶ cđa tơ tõ + C 7 qua RV1 xuống
mass
Làm cho VC giảm xuống, khi VC = 1/3VCC ta có:

S = 0, R = 1 thì đầu ra không đổi, tức là Q = 1, tụ C7 tiếp tục
xả điện.
Khi VC = 1/3VCC thì lúc này đầu ra lên cao, còn T 1 khóa lại, tụ C7
bắt đầu nạp lại để hình thành một chu kỳ mới.
* Giản đồ xung
Ta có giản đồ xung mạch dao động đa hµi dïng IC 555
23


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

*Tính toán chọn linh kiện cho mạch:
Vì đờng nạp của tụ C7 tõ +VCC  R2  RV1
 T1 = Tn¹p = ln2.( R2 + RV1). C7

Vì đờng phóng của tụ C7 tõ + C7  R2  RCE T1  mass
 T2 = Tphãng = ln2.R2.C7
 Chu kú xung:

T = T1 + T2 = ln2.( R2 + 2RV1). C7
 TÇn sè xung:

f=

1
1
= ln2.( R2 2RV1). C7
T

Trong đề tài này tần số mạch cần lấy ra là 1Hz.
Theo công thức trên ta có tần số xung của mạch:
1

f = ln2.( R2  2RV1). C7
NÕu ta chän tô C7 = 100  F th× ta cã:
1

1 = ln2.( R2  2RV1). C7
NÕu ta chän R2 = 10k 
 RV1 =(

1
- R2 ) : 2 = 2,2 K 
C 7. ln 2

2.3.Bộ chia xung
-Lấy xung từ bộ tạo xung chủ để cung cấp xung cho các IC đếm. Xung đầu ra
của IC đếm đưa vào bộ điều khiển đèn. Ở đây ta thiết kế bộ chia xung gồm IC
4017 và IC 4040.
24


Đồ án kỹ thuật số
Nga

GVHD: Th.s Nghiêm Thị Thúy

2.3.1. Kho sỏt IC 4017
- Sơ đồ chân :
U1
14
13

15

CLK
E

Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5

Q6
Q7
Q8
Q9

MR

CO

3
2
4
7
10
1
5
6
9
11
12

4017

Sơ đồ chân IC 4017
*Chức năng các chân:
-Chân 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11: Các chân đầu ra.
-Chân 8: Chân cấp mass.
-Chân 16: Chân cấp nguồn.
-Chân 12 (CO): Cho tác động đầu ra mức cao khi IC đếm từ 0-4
Cho tác động đầu ra mức thấp khi IC đếm từ 5-9

-Chân 13 (Enable): Cho phép IC đếm khi được tác động ở mức thấp. Mạch đếm
sẽ dừng lại khi ở mức cao.
-Chân 14 (CLK): Cấp xung đầu vào để IC bắt đầu đếm.
-Chân 15 (MR): Xóa nội dung đếm. Khi mức logic chân này bằng “1” thì bộ đếm
bị xóa.
*Sơ đồ cấu trúc:

25