Đồ án: tìm hiểu về các hệ thống điện tử

Chia sẻ: Nguyen Sy Hao | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

152
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các hệ thống điện tử ngày nay đã và đang thay thế các công việc hàng ngày của con người từ những công việc từ đơn giản đến phức tạp như điều khiển tín hiệu đèn giao thông, đo tốc độ động cơ hay tạo chuông báo giờ vào học, ra chơi tại các trường học. các hệ thống này có thể thiết kế theo hệ thống tương tự hoặc hệ thống số. Tuy nhiên trong các hệ thống.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án: tìm hiểu về các hệ thống điện tử

Đồ án: tìm hiểu về các hệ thống điện tử
MỤC LỤC I. L ời mở đầu : .......................................................................................................... 3 II. Gi ới thiệu chức năng : .......................................................................................... 3 III. Phân tích bài toán : ................................ ................................ ............................. 3 IV. Sơ đ ồ khối : ......................................................................................................... 4 V. Thiết kế cụ thể cho từng khối : ................................ ................................ ........... 4 1. Khối nguồn : ......................................................................................................... 4 2. Khối tại xung chuẩn 1Hz : ................................ ................................ .................... 5 4. Khối giải mã đổ chuông : .....................................................................................13 5. Khối chuông : ........................................................................................................15
I. Lời mở đầu : Các hệ thống điện tử ngày nay đ ã và đang thay thế các công việc hàng ngày của con người từ những công việc từ đơn giản đến phức tạp như điều khiển tín hiệu đèn giao thông, đo tốc độ động cơ hay tạo chuông báo giờ vào học, ra chơi tại các trường học. 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 hệ thống số hơn là các hệ thống tương tự bởi một số các ưu điểm vượt trội mà hệ thống số mang lại đó là: độ tin cậy cao, giá thành thấp, dễ dàng thiết kế, lắp đặt và vận hành… Để làm được tốt đồ án này chúng ta phải có kiến thức về môn điện tử số, hiểu được cấu trúc và chức năng của một số IC đếm, mạch giải mã, các cổng logic và một số kiến thức về các linh kiện điện tử như tụ điện, transistor, diode… Trong đồ án môn học này chúng em chọn đề tài thiết kế mạch đồng hồ báo giờ các tiết học của trư ờng đại học Vinh, với mục đích l à cũng cố và vận dụng một số kiếm thức đ ã học từ môn điên tử số, mạch tương tự…Và cuối cùng là mong muốn ứng dụng mạch vào trong thực tế… II. Giới thiệu chức năng : Đồng hồ số báo chuông hoàn toàn tự động, có khả năng báo giờ vào học, ra chơi, ra về của trường, có khả năng hiển thị thời gian hiện tại, có khả năng chỉnh giờ, hoạt động với độ tin cậy cao sử dụng nguồn Pin, ắc quy và điện lưới 220v với một lần khởi động hệ thống và chỉnh thời gian duy nhất. III. Phân tích bài toán : Qua tìm hiểu thời gian ra chơi, vào học của trường em thấy: Trường đại học vinh tổ chức 3 buổi học, mỗi buổi học kéo dài 5 tiết, xen kẽ giữa các tiết học là thời gian ra chơi, thời gian ra chơi sau tiết 1,2,4 là 5 phút, sau tiết 3 là 10 phút. thời gian đổ chuông báo ra chơi là 10s, thời gian đổ chuông báo vào học là 5s. thời gian vào học ca sáng là 7h, ca chiều là 13h, ca tối 19h ứng với giờ mùa đông. Còn vào mùa hè thời gian vào học ca sáng là 6h30’, ca chiều 13h30’, ca tối 18h30’ . Với thời gian phức tạp như thế ta phải thiết kế được một đồng hồ số hoàn chỉnh, trên cơ sở đó thiết kế thêm module giải mã thời gian, để nhận biết từng thời điểm đổ
chuông đúng giờ và hợp lí. Khi thiết kế đồng hồ số ta lại phải thiết kế bộ đếm 24 cho khối giờ, bộ đếm 60 cho khối phút và khối giây. xây dụng bộ giải mã để giải mã tín hiệu BCD từ các IC đếm để hiển thị trên led 7 đo ạn, ngo ài ra còn phải có m ột khối chỉnh thời gian, khối nguồn và khối tạo xung. IV. Sơ đồ khối : V. Thiết kế cụ thể cho từng khối : 1. Khối nguồn : Trong hầu hết các mạch logic số nguồi nuôi thường duy trì ổn định ở mức 5V. Do yêu cầu cao của hệ thống các nguồn nuôi thường được chế tạo một cách đặc biệt nhằm đem lại hiệu quả, và tính ổn định cao. Thông thường có 2 kiều nguồn chính: + D ùng pin hoặc ắc quy cho điện áp tương đối ổn định, mặc dù trên thị trường không có loại pin hoặc ắc quy chuẩn 5 v cho nên nếu dùng nó thì phải mua một bộ biến đổi điện áp để đưa điện áp về dạng chuẩn hơn nữa trong quá trình sử dụng, năng lượng trong pin, ắc quy hết đi hệ thống sẽ bị gián đoạn. - Sơ đồ đưa điện áp 6V từ pin về điện áp chuẩn như sau:
+ Trên thực tế để có nguồn điện đáng tin cậy người ta hay dùng phương pháp ổn áp dòng điện một chiều từ cuộn sơ cấp của biến áp sau khi đã chỉnh lưu b ằng cách sử dụng một IC loại 7805. - Sơ đồ mắc mạch ổn áp dùng IC 7805 như sau: 2. Khối tại xung chuẩn 1Hz : Có nhiều cách để tạo ra xung chuẩn 1Hz như dùng dao động đa hài, dùng m ạch khuyếch đại có hồi tiếp d ương, dùng thạch anh, và IC tạo dao đ ộng 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 đ ộng 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 đồ án này em đã sử d ụng loại IC này để tạo dao động. - Sơ đồ của chân của IC này như sau: Chân 1: Nối mass. Chân 2: Trigger Input ( ngõ vào xung nảy). Chân 3: Output ( ngõ ra). Chân 4: Reset (đặt lại). Chân 5: Control Voltage (điện áp điều khiển). Chân 6: Threshold (thềm- ngưỡng).
Chân 7: Discharge ( xả điện). Chân 8: Nối Vcc. - Cách mắc IC trong thực tế:
Trong đó tần số của xung ra được tính theo công thức: Hay T=ln2.C.(R1 + 2R2) Trong qúa trình thiết kế mạch ta chọn C=100uf, R1=10K,R2=2,2K. vậy ta có xung ra là: T=ln2.100.10-6(10.10-3 + 2,2.2.10-3)=1s 3-Khối đồng hồ: * Khối đếm: 74HC192 là vi mạch đếm mod 10 thông dụng được sử dụng rất nhiều trong thực tế, bới nó được chế tạo trên công nghệ tiết kiệm điện năng, nó có thể đếm tiến, đếm lùi, đếm có dữ liệu vào và có chức năng reset… Hình dạng và sơ đồ chân trong thực tế: - - Mô tả các chân của IC 74HC192:
Bảng chế độ hoặt động: - Sơ đồ logic : -
- Nguyên tắc hoạt động: Khi có xung clock đ ặt vào lối vào xung đếm thuận của IC đếm hàng đơn vị của khối đếm giây, IC này sẽ đếm từ 0 đếm 9 cho ra mã BCD ở đầu ra của nó. Khi IC này đ ếm lên đên 9 thì chân tín hiệu TC U sẽ chuyển về mức thấp, ta dùng chân này để nối với lối vào xung clock của IC đếm hàng chục giây. Khi 2 IC đếm giây đếm đến 60 thì lập tức tạo ra 1 xung thông qua cổng AND đưa vào chân reset của 2 IC đếm giây, 2 IC này bị reset về 0 đồng thời tạo xung kích vào lối vào xung clock của IC đếm hàng đơn vị phút. Các IC đếm phút vào đếm giờ hoạt động tương tự như IC đếm giây. * Khối giải mã: Vi mạch giải mã 7 đoạn 74LS47 là loại IC có 16 chân dùng để giải mã từ mã BCD sang mã 7 đoạn để hiển thị đ ược trên led 7 đoạn. Hình dạng và sơ đồ chân trong thực tế:
Chức năng của các chân IC 74LS47 như sau : + Chân số 8 là chân nối đất (0V) + Chân số 16 là chân nguồn cung cấp + Chân 1,2,6,7 là các chân tín hiệu vào BCD + Chân 9,10,11,12,13,14,15 là các chân đầu ra. + Chân 3,4,5 là các chân kiểm tra IC B ả n g c h â n l ý c ủ a I C 7 4
LS47 Sơ đồ logic: -
* Nguyên lý hoạt động: IC 74LS47 là IC tác động mức thấp nên các ngõ ra mức 1 là tắt, mức 0 là sáng, tương ứng với các thanh a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn loại anode chung, trạng thái ngõ ra cũng tương ứng với các số thập phân (các số từ 10 đến 15 không được dùng tới). Ngõ vào xoá BI được để không hay nối lên mức 1 cho hoạt động giải mã bình thường. Nếu nối lên mức 0 thì các ngõ ra đều tắt bất chấp trạng thái ngõ ra. Ngõ vào RBI được để không hay nối lên mức 1 dùng đ ể xoá số 0 (số o thừa phía sau số thập phân hay số 0 trước số có nghĩa). Khi RBI và các ngõ vào D, C, B, A ở mức 0 nhưng ngõ vào LT ở mức 1 thì các ngõ ra đều tắt và ngõ vào xoá dợn sóng RBO xuống mức thấp. Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức 1 và LT ở mức 0 thì ngõ ra đều sáng.Kết quả là khi mã số nhị phân 4 bit vào có giá trị thập phân từ 0 đến 15 đèn led hiển thị lên các số như ở hình bên dưới. Chú ý là khi mã số nhị phân vào là 1111= 1510 thì đèn led tắt. *Khối hiển thị: Hiển thị dùng led 7 đoạn loại anode chung do đầu ra của IC 7447 có mức tích cực là mức 0 ( mức thấp). Ở loại anode chung ( anode của đèn được nối lên +5V, đoạn náo sáng ta nối đầu cathode ủa đoạn đó xuống mức thấp thông qua điện trở để hạn dòng. Hình dạng và sơ đồ của led 7 đoạn trong thực tế:
4. Khối giải mã đổ chuông : Khối giải mã đổ chuông là khối tương đối phức tạp trong đề tài này, bởi dữ liệu cần giải mã là 24bit ~ là tổng số bit đầu ra của các IC đếm, với số bit lớn như vậy trong thực tế người ta hay dùng Vi điều khiển họ 8051, hoặc PIC để giải m ã tuy nhiên do yêu cầu của môn học là “Đồ án thiết kế mạch số” nên yêu cầu được đặt ra là thiết kế mạch dùng các phần tử logic và các IC số cơ bản. Do đó mạch không tránh khỏi sự cồng kềnh. Qua tìm hiểu chúng em thấy trường Đại Học Vinh tổ chức 3 buổi học là: buổi sáng, buổi chiều và buổi tối, mỗi buổi học có 5 tiết học, ở giữa các tiết học có 5 phút ra chơi, riêng giờ ra chơi sau tiết thứ 3 là 10 phút đã được trình bày ở mục Phân tích b ài toán. Do các ca học là giống nhau và cũng do mức độ phức tạp của đề tài nên chúng em chỉ thiết kế mạch giải mã đổ chuông cho một buổi học. Giả sử ta thiết kế bộ giải mã đổ chuông cho ca học buổi sáng: Thời gian đổ chuông của ca học này như sau: Để thiết kế mạch giải mã này ta cần phải lập một hàm y = f(x0, x2,…x23) Khi đó tại các thời điểm có đổ chuông y sẽ có giá trị 1. Chúng ta xây dựng mạch giải mã dựa trên phần tử logic AND để nhận biết các mốc thời gian tức là nhận biết các số thập phân từ 0 đến 9. giả sử tại thời điểm là 07 giờ 00 phút 00 giây ta dù ng mạch AND để nhận biết số 7 như sau:
Dựa vào bảng giải mã BCD ta có thể nối dây dẫn từ cổng AND đến đầu ra của bộ đếm để xác định thời gian đổ chuông. Sau khi nhận biết được các giá trị thập phân của bộ đếm thời gian ta tiến hành kết hợp các giá trị ở đầu ra các m ạch AND để được mạch giải m ã tại thời điểm 7 giờ, các thời điểm khác cũng tiến hành tương tự như trên. Sau khi đã giải m ã hết các thời điểm để đổ chuông ta tiến h ành xây dựng m ạch phân biệt đâu là th ời điểm đổ chuông ra chơi, đâu là thời điểm đổ chuông vào học bằng mạch OR như sau: +)Sơ đồ thực tế:
*Các hàm logic liên quan: - AND: Bảng chân lý: x y z 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 - OR: Bảng chân lý: x y z 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 5. Khối chuông :
- K hối chuông bao gồm hệ thống kích chuông và chuông, chuông có thể là chuông điện tử hoặc chuông cơ học, nếu là chuông điện tử công suất nhỏ chỉ cần nối trực tiếp với đầu ra của FET - H ệ thông kích chuông bao gồm 1 transistor trường làm việc như một khoá điện tử đế đóng mở dòng đ iện điều khiển chuông. Khi có xung dương kích thích từ bộ giải mã đ ến đầu vào của bộ kích chuông, một tụ điện được nối song song với cực Source và Gate của Transistor trường được nạp điện để duy trì điện áp giữa cực S và D của FET. Thời gian mở của FET phụ thuộc vào giá trị của tụ điện và điện trở mắc song song với nó. - Thời gian mở của FET được tính gần bằ ng: t = 0.8xCxR - Đối với mạch trễ 5s ta có: t=0,8x47x106x120x103 =5s - Đối với mạch trễ 10s ta có: t=0,8x100x106x120x103 =10s Do thời gian đổ chuông lúc ra chơi và vào học là khác nhau nên ta sử dụng 2 mạch khoá kiểu này và nối vào các đầu ra của bộ giải mã đổ chuông. -Sơ đồ khối kích chuông: