Tải bản đầy đủ (.docx) (24 trang)

MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ CÓ BÁO THỨC SỬ DỤNG IC SỐ 7490 VÀ 74247

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (764.7 KB, 24 trang )

z
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP



ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ 1
ĐỀ TÀI:

MẠCH ĐỒNG HỒ BÁO THỨC CÓ HIỆU CHỈNH
DÙNG IC SỐ
GVHD
SVTH
MSSV

: ThS. Hoàng Ngọc Văn
: Nguyễn Ngọc Nhiệm
: 16141218

TP.Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 06 năm 2019


Sinh Viên Thực Hiện
Nguyễn Ngọc Nhiệm

-

16141218


Điểm:

Nhận xét của giáo viên
……………………………………………………………………………………….
.…………………………………………………………………………………....
…….............................................................................................................................
....
.
………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………

Chữ ký của giáo viên



MỤC LỤ

MỤC LỤC................................................................................................................1
DANH MỤC HÌNH VẼ...........................................................................................2
Chương 1..................................................................................................................3
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN..................................................................................3
1.1 TỔNG QUAN VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.....................................................3
1.2 MỤC TIÊU VÀ GIỚI HẠN..............................................................................3

1.2.1 Mục tiêu.......................................................................................................3
1.2.2 Giới hạn.......................................................................................................4
Chương 2..................................................................................................................5
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI......................................................................................5
2.1 GIỚI THIỆU......................................................................................................5
2.2 KHẢO SÁT SƠ ĐỒ KHỐI...............................................................................5
2.2.1 Khối tạo xung dao động..............................................................................6
2.2.2 Khối đếm giờ, phút, giây.............................................................................7
2.2.3 Khối giải mã và hiển thị............................................................................10
2.2.4 Khối báo thức.............................................................................................12
Chương 3................................................................................................................15
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH....................................................................15
3.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG..........................................15
3.1.1 Sơ đồ nguyên lý.............................................................................................15
3.1.2 Sơ đồ mô phỏng............................................................................................16
3.2 THIẾT KẾ PCB...............................................................................................17
Chương 4................................................................................................................19
TỔNG KẾT............................................................................................................19
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................20

1


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2-1: Sơ đồ khối mạch đồng hồ báo thức có hiệu chỉnh
Hình 2-2: Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của IC LM555
Hình 2-3: Khối tạo xung dao động tần số 1hz sử dụng IC LM555
Hình 2-4: Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của IC 74LS90
Hình 2-5: Khối đếm giây
Hình 2-6: Khối đếm giờ và phím hiệu chỉnh

Hình 2-7: Khối đếm phút và phím hiệu chỉnh
Hình 2-8: Sơ đồ chân và sơ đồ khối của IC 74LS90
Hình 2-9: Sơ đồ chân và Hình ảnh thực tế led 7 đoạn anode Chung
Hình 2-10: Các số thập phân hiển thị tương ứng trên led
Hình 2-11: Sơ đồ khối giải mã và hiển thị led 7 đoạn loại anode chung
Hình 2-12 Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của IC 74LS85
Hình 2-12: Hình ảnh Swich 4P ngoài thực tế
Hình 2-13: Hình ảnh Loa Buzzer ngoài thực tế
Hình 2-14: Transistor C1815
Hình 2-15: Sơ đồ khối báo thức
Hình 3-1 : Sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh mạch đồng hồ báo thức có hiệu chỉnh
Hình 3-2 : Sơ đồ mô phỏng mạch đồng hồ báo thức có hiệu chỉnh
Hình 3-3 : Sơ đồ thiết kết PCB mặt trên
Hình 3-4 : Sơ đồ thiết kế PCB mặt dưới

2


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1 TỔNG QUAN VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Ngày nay, ngành kỹ thuật điện tử số có vai trò rất quan trọng trong cuộc sống
của con người. Các hệ thống điện tử số ngày nay rất đa dạng và đang dần thay thế
các công việc hàng ngày của con người từ những công việc đơn giản đến phức tạp
như điều khiển tín hiệu đèn giao thông, điều khiển tốc độ động cơ, điều khiển các
hệ thống đóng ngắt tự động… các hệ thống này có thể thiết kế theo hệ thống tương
tự hoặc hệ thống số. Tuy nhiên trong các hệ thống điện tử thông minh hiện nay
người ta thường sử dụng các hệ thống số nhiều hơn tương tự bởi một số các ưu
điểm mà hệ thống số mang lại đó là: độ tin cậy cao, giá thành thấp, thiết kế nhỏ
gọn, nhiều tính năng cũng như tiêu thụ công suất ít hơn… để thiết kế được một hệ
thống điện tử số, chúng ta phải có kiến thức về môn điện tử cơ bản, kỹ thuật số,

hiểu được cấu trúc và chức năng của một số IC số, các cổng logic và một số kiến
thúc về các linh kiện điện tử…
Sau một thời học tập và tìm hiểu các tài liệu về kỹ thuật số, em đã chọn đề tài:
“Thiết kế mạch đồng hồ báo thức có hiệu chỉnh dùng IC số” để làm đề tài đồ
án điện tử 1 vì sự quan trọng của thời gian trong cuộc sống cũng như với mong
muốn ứng dụng những kiến thức đã học vào cuộc sống để phục vụ nhu cầu của con
người
Do kiến thức và trình độ năng lực còn hạn hẹp nên trong quá trình thực hiện
đề tài không thể tránh khỏi thiếu sót, kính mong nhận được sự thông cảm và góp ý
của thầy và các bạn để đồ này có thể hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn.
1.2 MỤC TIÊU VÀ GIỚI HẠN
1.2.1 Mục tiêu
Thiết kế và thi công mô hình đồng hồ số có chức năng báo thức và hiệu chỉnh
giờ, phút hiển thị trên led 7 đoạn.
Phát triển và cải tiến để mạch nhỏ gọn, đơn giản, chính xác và tối ưu nhất.
3


Thực hiện đúng theo yều cầu chỉ dẫn của giáo viên

1.2.2 Giới hạn
Do hạn chế về sai số trong quá trình tính toán các thông số linh kiện nên thời
gian có phần sai lệch so với thực tế.

4


CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI
2.1 GIỚI THIỆU
Mạch đếm giờ phút giây hiển thị trên led 7 đoạn, có chức năng hiệu chỉnh giờ

phút và có chức năng cài báo thức phát tín hiệu ra chuông
2.2 KHẢO SÁT SƠ ĐỒ KHỐI

KHỐI TẠO
XUNG DAO
DỘNG

KHỐI
NGUỒN

KHỐI CÀI
THỜI GIAN

KHỐI SO
SÁNH

CHUÔNG

KHỐI ĐẾM
GIỜ, PHÚT,
GIÂY

KHỐI GIẢI


KHỐI HIỂN
THỊ

Hình 2-1: Sơ đồ khối mạch đồng hồ báo thức có hiệu chỉnh


Chức năng của từng khối:
 Khối nguồn (5V-1A): có chức năng cấp nguồn 5V-1A cho toàn bộ mạch hoạt
động.
 Khối tạo xung 1 Hz : Tạo xung dao dộng 1Hz cấp cho mạch đồng hồ.
 Khối đếm, giờ, phút, giây: nhận tín hiệu xung dao động đếm từ 00 đếm 59
(giây, phút) và 00 đến 23 (giờ).
 Khối giải mã hiển thị: Giải mã tín hiệu BCD từ mạch đếm đồng hồ sang mã
7 đoạn.
 Khối hiển thị: Hiển thị thời gian ra 6 led 7 đoạn: giờ (từ 00 đến 23), phút và
giây (từ 00 đến 59).
 Khối cài xung báo thức : Cài thời gian báo thức ((giờ, phút) dưới dạng số
BCD) là tín hiệu điện áp được đưa vào mạch so sánh.
5


 Khối so sánh và chuông: Nhận tín hiệu từ khối cài và từ IC đếm phút và đếm
giờ, thông qua IC so sánh sau đó xuất tín hiệu hiệu báo thức ra chuông trong
60 giây.
2.2.1 Khối tạo xung dao động
Có nhiều cách để tạo ra xung chuẩn 1Hz như dùng dao động đa hài, dùng
mạch khuếch đại có hồi tiếp dương, dùng thạch anh, và IC tạo dao động chuyên
dụng 555. Trong các cách đó nếu dùng thạch anh là chính xác hơn cả bởi sai số của
nó rất nhỏ, tuy nhiên khi dùng thạch anh ta lại phải tạo ra một mạch tương đối
phức tạp đó là khuyếch đại dao động nội từ thạch anh sau đó lại phải tiến hành chia
tần nhiều lần rất phức tạp. Để có một mạch dao động tạo xung chuẩn tương đối
chính xác người ta hay dùng IC555 bởi giá thành rẻ, lắp ráp và vận hành tương đối
đơn giản. trong đề tài này em đã sử dụng loại IC này để tạo dao động.
-Giới thiệu IC LM555:

Hình 2-2: Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của IC LM555

 Chân 1: GND ( nối đất )
 Chân 2: Trigger Input ( ngõ vào xung nảy )
 Chân 3: Output ( ngõ ra )
 Chân 4: Reset ( hồi phục )
 Chân 5: Control Voltage ( điều khiển điện áp)
 Chân 6: Threshold ( chân đầu vào so sánh điện áp )
6


 Chân 7: Dirchage ( xả điện )
 Chân8: +Vcc(nguồndương)

Tần số xung clock được tính như sau:
F=1/(ln2.C.(R1+R2))
Hay

(1)

T=ln2.C.(R1+2R2)

(2)

-Thời gian xung ở mức H (1) trong một chu kì:
t1 = ln2 .(R1 + R2).C

(3)

-Thời gian xung ở mức L (0) trong 1 chu kì
t2 = ln2.R2.C


(4)

Trong qua trình thiết kế mạch ta chọn C=100uF, R1=10K, R2=2.2K.
Vậy ta có chu kỳ xung ra là: T=ln2x0.1x(10+2x2.2) = 0.99813s ≈ 1s.
Thời gian xung ở mức H (1): t1=ln2x(10+2.2)x0.1 ≈0.8456s
Thời gian xung ở mức L (0): t2=ln2x2.2x0.1≈0.1525s
Vì IC đếm 7490 có xung ck tác động cạnh xuống nên trong quá trình tính toán
chọn R và C ta nên tính toán sao cho thời gian xung ở mức 0 là min và thời gian
xung ở mức 1 là max để tránh lãng phí năng lượng.
Khối xung gồm 1 IC 555 được kết nối mạch như hình bên dưới:

7


Hình 2-3: Khối tạo xung dao động tần số 1hz sử dụng IC LM555

2.2.2. Khối đếm giờ, phút, giây:
-Giới thiệu IC 74LS90.

Hình 2-4: Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của IC 74LS90








Chân 14 nhận xung vào
Chân 12, 11, 9, 8 dữ liệu ngõ ra

Chân 10 nối GND
Chân 5 nối VCC
Chân 13,4 không được sử dụng
Chân 2, 3, 6, 7 RESET
Chân 1 nhận xung clock báo tràn, led hiển thị từ số 9 về số 0

Cứ mỗi 1 xung vào thì nó đếm tiến lên 1 và được mã hóa sang mã BCD. Khi
đếm đến 9 thì nó tự động reset và quay trở về 0.
8


Xung kích được tạo ra từ mạch tạo xung và xung này được đưa tới chân CKA
của IC 7490. Ngõ ra xung của 7490 ở các chân QA , QB , QC , QD được đưa đến ngõ
vào của IC giải mã 74LS47.
Đối với hai IC đếm giây (IC1 và IC2): xung được cấp cho IC1, IC1 này đếm
giá trị của 9 xung ( led hiển thị số 9), sau khi đếm hết giá trị của 9 xung thì cấp cho
IC 2 một xung đếm. Khi đó, IC1 đếm về 0 và IC2 đếm lên 1, tức ta có giá trị là 10.
Sau đó IC1 tiếp tục đếm từ 0 đến 9 và tiếp tục cấp xung cho IC2 tăng lên 2, 3,…
Khi IC1 đếm đếm 9 và IC2 đếm đến 5 chuyển sang 6 ( tức là số 59 trên led 7 đoạn)
ta dùng chân R0 để reset cả hai IC trở về 0 đồng thời cấp cho chân CKA của IC
đếm phút, một xung kích và phút đếm lên một đơn vị.
Đối với IC đếm phút (IC3 và IC4): khi IC3 nhận được xung nó lại đếm như
IC đếm giây đến giá trị 59. Vì lấy xung từ IC đếm giây nên khi mạch đếm giây
đếm đến 59 thì mạch đếm phút mới nhận được một xung. Khi cả IC đếm giây và
đếm phút đều đếm đến giá trị 59 thì tất cả 4 IC cũng được reset về 0, đồng thời
mạch đếm phút cấp cho IC5 của IC đếm giờ một xung.
Đối với IC đếm giờ (IC5 và IC6): Khi IC5 nhận được một xung thì nó cũng
bắt đầu đếm lên. Khi IC5 đếm đến 9 thì cấp xung cho IC6 đếm, khi hai IC đếm giờ
đếm đến 23 và tại thời điểm sang 24 là lúc cả hai IC được reset về trạng thái 0. Vì
số nhị phân tương ứng của 2 là Q3Q2Q1Q0 = 0010, của 4 là Q3Q2Q1Q0 = 0100

nên ngõ ra Q1 của IC đếm giờ ( đếm hàng chục) và ngõ ra Q2 của IC đếm giờ
(đếm hàng đơn vị) được đưa vào chân R0(1), R0(2) để thực hiện reset về 0.
Khối điều chỉnh thời gian là các phím nhấn để tạo ra các mức điện áp tương
ứng với các mức logic 0 và 1để chỉnh phút và chỉnh giờ. Các phím bấm này kết
hợp với công EXOR để tạo xung đưa vào các ngõ vào xung clock của khối đếm
phút và khối đếm giờ. Trong mạch không dùng đến nút cỉnh giây bởi đơn vị thời
gian của nó nhỏ.

9


Hình 2-5: Khối đếm giây

Hình 2-6: Khối đếm giờ và phím hiệu chỉnh

Hình 2-7: Khối đếm phút và phím hiệu chỉnh
2.2.3 Khối giải mã và hiển thị
-Giới thiệu IC 74LS247: IC74LS47 là loại IC giải mã BCD sang mã 7 đoạn.
IC 74LS47 là loại IC tác động ở mức thấp có ngõ ra cực thu để hở và khả năng
nhận dòng đủ cao để thúc trực tiếp các đèn led 7 đoạn loại anode chung.
10


Hình 2-8: Sơ đồ chân và sơ đồ khối của IC 74LS90

 Chân 1, 2, 6, 7: Chân dữ liệu BCD vào dữ liệu này được lấy từ IC đếm.
 Chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15: Các chân ra tác động ở mức thấp 0 và được
nối với LED 7 đoạn.
 Chân 8: là chân nối đất GND.
 Chân 16: Chân nối nguồn 5V.

 Chân 4: Chân này được nối lên Vcc.
 Chân 5: Ngõ vào xóa dợn sóng RBI được để không hay nối lên cao khi không
được dùng để xóa số 0 (số 0 trước số có nghĩa hay số 0 thừa bên trái dấu
chấm thập phân).
 Chân 3: Chân này cũng được nối lên nguồn Vcc.
- Lựa chọn linh kiện: Ở đây chọn IC giải mã anode Chung 74LS247 do led
lựa chọn ở đây là loại anode Chung.
-Có 2 loại led hiển thị phổ biến là anode Chung và cathode Chung.
Với LED cathode Chung: để led sáng thì các chân của led phải ở mức 1
(VCC).
11


Với LED anode Chung: để led sáng thì các chân của led phải ở mức 0 (GND).
-Giới thiệu Led 7 đoạn loại anode Chung:
Gồm 7 led xếp lại với nhau theo hình mẫu. Một chân của con LED được nối
chung lại với nhau.

Hình 2-9: Sơ đồ chân và Hình ảnh thực tế led 7 đoạn anode Chung

Hình 2-10: Các số thập phân hiển thị tương ứng trên led
-Lựa chọn linh kiện: ở đây chọn loại led anode chung, do lựa chọn IC giải mã
là loại anode chung.

12


Hình 2-11: Sơ đồ khối giải mã và hiển thị led 7 đoạn loại anode chung
Ta có: R=(Vcc-Vled)/Iled


(5)

Led hoạt động ở mức 1,8 - 3V dòng 10 đến 20mA. Ở đây ta chọn R=330 ôm.
2.2.4 Khối báo thức
Khối báo thức bao gồm 3 khối : Khối cài thời gian, khối so sánh và chuông
-Giới thiệu IC so sánh 7485:

Hình 2-12 Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của IC 74LS85











Chân 10,12,13,15 : Chân dữ liệu ngõ vào so sánh 4 bit thứ 1
Chân 9,11,1,14 : Chân dữ liệu ngõ vào so sánh 4 bit thứ 2
Chân 2: Chân dữ liệu ngõ vào ưu tiên AChân 3: Chân dữ liệu ngõ vào ưu tiên A=B
Chân 4: Chân dữ liệu ngõ vào ưu tiên AChân 5: Chân dữ liệu ngõ ra so sánh AChân 6: Chân dữ liệu ngõ ra so sánh A=B
Chân 7: Chân dữ liệu ngõ ra so sánh AChân 8 : Chân nối đất
Chân 16: Chân nối nguồn
-Giới thiệu Switch 4P DIP:

Ta sử dụng Switch 4P để thực hiện cài đặt các mức điện áp tương ứng với các

mức logic 0 và 1 để đưa đến IC so sánh

13


Hình 2-12: Hình ảnh Swich 4P ngoài thực tế
-Giới thiệu Loa Buzer: có chức năng phát tiếng “BÍP” khi đúng giá trị cài báo
thức

Hình 2-13: Hình ảnh Loa Buzzer ngoài thực tế
-Giới thiệu transistor C1815: transistor trường C1815 làm việc như một khoá
điện tử đế đóng mở dòng điện điều khiển chuông.

Hình 2-14: Transistor C1815

14


Hình 2-15: Sơ đồ khối báo thức

 Nguyên lý hoạt động:
IC so sánh 74LS85 nhận dữ liệu ngõ vào từ IC đếm giờ phút và so sánh với
dữ liệu ngõ vào cài đặt từ Switch. Khi 2 giá trị trên bằng nhau thì ngõ ra QA=B
của IC74LS85 sẽ lên mức 1 đồng thời kích cho transistor C1815 đóng lại tương tự
như 1 công tắt từ đó Loa Buzer sẽ phát ra tiếng kêu báo thức.

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH
3.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG

3.1.1 Sơ đồ nguyên lý

15


Hình 3-1 : Sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh mạch đồng hồ báo thức có hiệu chỉnh

3.1.2 Sơ đồ mô phỏng

16


Hình 3-2 : Sơ đồ mô phỏng mạch đồng hồ báo thức có hiệu chỉnh
Thời gian hiển thị trên mạch mô phỏng là 11:22:22.

3.2 THIẾT KẾ PCB

17


Hình 3-3 : Sơ đồ thiết kết PCB mặt trên

18


Hình 3-4 : Sơ đồ thiết kế PCB mặt dưới

CHƯƠNG 4: TỔNG KẾT
Đồng hồ số là thiết bị được sử dụng nhiều trong thực tế, ngoài chức năng hiển
thị thời gian đồng hồ số còn tích hợp thêm một số chức năng khác như báo thức,

đo nhịp tim…Có nhiều phương pháp thiết kế mạch đồng hồ số có thêm chức năng
báo thức khác nhau và trong đồ án này chỉ trình bày phương pháp dùng IC số.
19


Sau khi thực hiện xong đồ án của mình, em đã hoàn thành được 1 số kết quả sau:
- Học hỏi được nhiều hơn và thêm nhiều kiến thức về mạch điện tử, IC số.
- Có khả năng phân tích, thiết kế và thi công một sản phẩm hoàn chỉnh.
- Rèn luyện tính kiên nhẫn sau mỗi lần test mạch thất bại.
Sản phẩm tạo ra đạt được khoảng 60% so với yêu cầu ban đầu. (mạch báo
thức chưa thực hiện được như ý muốn tuy đã qua nhiều lần kiểm tra, dùng bộ
nguồn sạc dự phòng cấp cho mạch chưa được tối ưu như ý muốn).
Mạch hoạt động khá ổn định, các phím nhấn hiệu chỉnh thời gian hoạt động
tốt, thời gian chạy có phần sai lệch so với thực tế.
Hiển thị thời gian trên led 7 đoạn khá rõ ràng.
Sản phẩm tạo ra được thiết kế tối ưu về tiêu chí nhỏ gọn và dễ sử dụng.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy Hoàng Ngọc Văn và các thầy cô
giáo khác đã nhiệt tình hướng dẫn và truyền đạt kiến thức trong suốt quá trình học
tập và thực hiện đồ án này.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Ngọc Nhiệm

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Đình Phú, Nguyễn Duy Thảo, Nguyễn Trường Duy, Hà A Thồi
“Giáo trình thực hành Kỹ Thuật Số ”, Trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 8/2016.
[2]

Nguyễn Đình Phú, “Giáo trình: Kỹ thuật số ”, Nhà xuất bản ĐH Quốc Gia,
Tp.HCM, 2013.


[3]

Link 1: “https://datasheetspdf.com/”

[4]

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP-ĐỀ TÀI: “ Thiết kế mạch đồng hồ hiển thị
ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây dùng IC số”

20


Link: http://thuvienso.hcmute.edu.vn/tailieuvn/doc/luan-van-tot-nghiep-detai-thiet-ke-mach-dong-ho-hien-thi-ngay-thang-nam-gio-phut-giay-dung1245742.html
[5]

“Thiết kế mạch logic đồng hồ bào thức” – Khoa Tri Thức Số
Link:
https://khotrithucso.com/luan-van-do-an-bao-cao/ky-thuat-congnghe/ky-thuat-co-khi/thiet-ke-mach-logic-dong-ho-bao-thuc.html

21



×