Thiết kế hệ thống đèn trang trí hiển thị dòng chữ “trần hải quỳnh”

Chia sẻ: Nguyen Van Thuong | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

319
lượt xem 120
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

1.vai trò, ý nghĩa của hệ thống và yêu cầu đối với hệ thống đèn trang trí. Trong thực tế chúng ta thường hay gặp các hệ thống đèn nhấp nháy rất đẹp mắt trang trí cho các biểu tượng 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 ba nô áp phích cổ động. Nhằm tập trung sự chú ý về ba đêm .

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế hệ thống đèn trang trí hiển thị dòng chữ “trần hải quỳnh”

Bé m«n ®iÖn tö    bµi tËp dµi ®iÖn tö sè THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÈN TRANG TRÍ HIỂN THỊ DÒNG CHỮ “TRẦN HẢI QUỲNH” 1.VAI TRÒ, Ý NGHĨA CỦA HỆ THỐNG VÀ YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐÈN TRANG TRÍ. Trong thực tế chúng ta thường hay gặp các hệ thống đèn nhấp nháy rất đẹp mắt trang trí cho các biểu tượng hay các ký tự khác nhau . Nh ất là các biển quảng cáo hay các trung tâm vui chơi giải trí , các n ơi gi ải trí công c ộng hay những biển ba nô áp phích cổ động. Nhằm tập trung sự chú ý về ba đêm . Để thực hiện được như vậy người ta phải ghép nhiều bóng với nhau , sau đó điều khiển sự sáng của chúng, để chúng nháy tắt theo một quy lu ật nhất định . Một hệ thống như vậy gồm 2 phần chính phần là phần hiển thị và điều khiển thị. Phần hiển thị chính là các bóng đèn được ghép lại thành các bi ểu tượng hoặc ký tự, còn phần điều khiển là phần tạo ra các quy luật đóng cắt nguồn cung cấp cho bóng đèn. Dòng chữ “TRẦN HẢI QUỲNH” được ghép lại từ 12 ký tự là :T, R, Ầ, N, H, Ả, I, Q, U, Ỳ, N, H. hệ thống đèn trang trí cho dòng ch ữ 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: TrÇn H¶i Quúnh 1 líp K38ID
Bé m«n ®iÖn tö    bµi tËp dµi ®iÖn tö sè stt T R Ầ N H Ả I Q U Ỳ N H 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 “TRẦN HẢI QUỲNH” trong một chu kỳ. Nhìn vào bảng trên ta thấy có 15 trạng thái khác nhau của dòng ch ữ “TR ẦN HẢI QUỲNH” trong một chu kỳ, chúng được tạo ra bởi hai trạng thái sáng, tắt của 12 ký tự. Trạng thái sáng của một ký tự khi nó nh ận m ức logic 1, còn trạng thái tắt của ký tự nó nhận mức logic 0 tương ứng ta có bảng 2. stt Q3 Q2 Q1 Q0 T R Ầ N H Ả I Q U Ỳ N H 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 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 TrÇn H¶i Quúnh 2 líp K38ID
Bé m«n ®iÖn tö    bµi tËp dµi ®iÖn tö sè 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 ‘TRẦN HẢI QUỲNH” theo các biến Q Thông qua các phân tích trên ta đưa ra sơ đồ khối của h ệ th ống đèn trang trí cho dòng chữ “TRẦN HẢI QUỲNH” như sau: PXCĐ ĐẾM GIẢI MÃ HIỂN THỊ Hình 1: Sơ đồ khối của hệ thống đèn trang trí. +5V WR1 8 4 7 Xung ra D1 WR2 555 3 6 2 1 R1 C1 Hình 1: Sơ đồ nguyên lý mạch phát xung chuẩn dùng IC 555 - 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 k ết qu ả ở đ ầu ra Q3, Q2, Q1, Q0 dưới dạng mã nhị phân gửi đến cho khối giải mã. Nhìn trên bảng 2 ta thấy có 15 trạng thái khác nhau của tổ h ợp biến Q, do đó mu ốn có 15 trạng thái này ta phải dùng bộ đếm 4 bit môdun 15. Kh ối gi ải mã s ẽ nh ận các đầu ra của bộ đếm, tiến hành giải mã tạo ra các hàm tương ứng với 12 ký TrÇn H¶i Quúnh 3 líp K38ID
Bé m«n ®iÖn tö    bµi tËp dµi ®iÖn tö sè tự của dòng chữ “TRẦN HẢI QUỲNH” để đưa đến khối hiển thị. Nhận các tín hiệu điều khiển của khối giải mã, khối hiển thị thực hiện hiển th ị hay nói cách khác là điều khiển sự sáng tắt của các ký tự theo luật của tín hi ệu đi ều 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 th ị có ch ức năng hiển th ị các ký t ự 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 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 ph ải thay đ ổi được chu kỳ để từ đó có thể thay đổi được thời gian tồn t ại tr ạng thái các ký tự. Hình 2 là sơ đồ nguyên lý của một mạch phát xung ch ủ đạo đáp ứng đ ược các yêu cầu trên. Vi mạch 555 là một vi mạch được dùng để phát xung vuông chuyên d ụng. Để tạo ra được dẫy xung liên tục người ta tiến hành ghép vi m ạch này với t ụ C1 và điện trở R1 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 c ấu t ạo t ừ hai phần tử khuyếch đại thuật toán OA1, OA2 và một Trigơ R-S. Hai khuy ếch 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 đi ện áp đ ặt tới đ ầu vào 2Ucc không đảo của OA1 là và điện áp đặt tới đầu vào không đảo của OA2 3 Ucc là , đây là hai điện áp ngưỡng của hai mạch so sánh. Hai đầu vào đảo của 3 OA1 và OA2 được đưa ra ngoài qua hai chân 6 và 2 của vi m ạch. Chúng đ ược nối với nhau và nối với tụ C. Như vậy điện áp trên tụ C đ ược đưa t ới hai TrÇn H¶i Quúnh 4 líp K38ID
Bé m«n ®iÖn tö    bµi tËp dµi ®iÖn tö sè 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 c ủa trig ơ, xung ra của mạch được lấy trên đầu ra 1 của trigơ R-S thông qua cổng NAND. 1 2 3 4 5 6 +Ucc G1 C G3 4 D 8 D 6 Qn RA R + 3 2Ucc _OA1 R 3 XUNG RA Qn D RB R 7 Dn G4 G2 2 _ Ucc OA2 S Q T + 3 Ura C R X1 C C FCD X2 Trigơ R-S B X1 B FCD X2 X1 FCD X2 + A A Title Size Number Revision B Date: 1-Jan-1997 Sheet of File: C:\ADVSCH\HH03.SCH Drawn By: 1 2 3 4 5 6 Hình 3: Sơ đồ trải của 555 trong mạch phát xung chủ đạo. * Nguyên lý hoạt động của mạch phát xung: UC 2Ucc/3 Ucc/3 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t U0 ra tn tp t 0 T Hình 4: Giản đồ thời gian của điện áp trên mạch phát xung. 2Ucc * Giả sử tại thời điểm đầu (t = 0) điện áp trên t ụ C là U C = thì đầu ra 3 OA1 có mức logic1 còn đầu ra OA2 có mức logic 0. Đ ầu vào R c ủa trig ơ 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 TrÇn H¶i Quúnh 5 líp K38ID
Bé m«n ®iÖn tö    bµi tËp dµi ®iÖn tö sè áp trên nó giảm đến giá trị Ubh. Điện áp ra của mạch phát xung bằng không, hay không có xung ra: Ura = 0. Ucc 2Ucc +Khi điện áp trên tụ giảm xuống ≤ UC < thì đầu ra của OA1 và 3 3 OA2 đều có mức logic 0. Điều này làm hai đầu vào R, S của trig ơ đ ều có m ức logic 0 nên trigơ vẫn giữ nguyên trạng thái, Tvẫn mở, tụ C ti ếp t ục phóng điện và Ura = 0. Ucc + Đến thời điểm t1 điện áp U C ≤ nên đầu ra OA2 có mức logic 1, 3 còn đầu ra OA1 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 → RA → RB → C → mát. Trong qua trình nạp thì điện áp trên tụ tăng d ần theo biểu thức sau : − tn − tn U Uc = CC .e( RB + RA ).C + U CC .(1 − e( RA + RB ).C ) . 3 Trong đó UC là điện áp trên tụ C, tn thời gian nạp của tụ C. Ucc + Khi điện áp trên tụ tăng đến giá trị U C = thì đầu ra của OA2 3 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 t2 điện áp trên tụ tăng đến giá trị UC ≥ 2UCC/3 thì đầu ra của OA1 chuyển trạng thái lên mức logic1. Lúc này đầu vào R c ủa 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 TrÇn H¶i Quúnh 6 líp K38ID
Bé m«n ®iÖn tö    bµi tËp dµi ®iÖn tö sè lại phóng điện. Qua cổng NAND ta có điện áp U ra = 0, kết thúc một chu kỳ của xung ra. + Từ thời điểm t2 ÷ t3 tụ C lại phóng điện, hoạt động của mạch lặp lại quá trình từ 0 ÷ t1. 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 th ời gian phóng nạp cho tụ bằng cách thay đổi giá trị các điện trở RA và RB. Thời gian để điện áp trên tụ đạt đến giá trị U C = 2UCC /3 ta tính được theo công thức sau: − tn 2U CC U CC ( RA + RB ).C  − tn  = .e + U CC . 1 − e( RA + RB ).C  3 3     Đơn giản phương trình ta được : − tn Ucc ( RA + RB ).C U CC 2 .e = 3 3 Ln hai vÕta cã: t n = (R A + R B ).C. ln 2 = 0,69.(R A + R B ).C Trong thời gian từ 0 ÷ t1 thì tụ C phóng điện từ giá trị U C = 2UCC /3 qua RB và qua T về mát nên ta có biểu thức sau: 2 − tp  − tp  U C = Ucc.e R B .C + U bh . 1 − eRB .C  . Với t là thời gian phóng của tụ C. 3   p   Trong công thức này ta không kể đến nội trở của tranzitor T vì điện trở của nó rất nhỏ so với điện trở RB. 2U CC / 3 − U bh → t p = R B .C. ln U CC / 3 − U bh NÕu coi U bh <
Bé m«n ®iÖn tö    bµi tËp dµi ®iÖn tö sè T = tn + tp = 0,69(RA + RB).C + 0,69RB.C = 0,69(RA + 2RB).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 → RA → 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.RA, và chu kỳ của xung ra sẽ được tính: T = tn + tp = 0,69.RA.C + 0,69.RB.C = 0,69.(RA + RB).C. Nếu ta chọn RA = RB thì hằng số thời gian nạp của tụ bằng hằng s ố thời gian phóngvà: T = 2.tn = 2.tp = 0,69.2.RA.C = 1,38.RA.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 RA, và RB. Trên hình 1 để có thể thay đổi được τ ta điều chỉnh hai biến trở WR1 và WR2, 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 = WR2 = WR. Với mạch như hình 1 ta có công thức tính chu kỳ của xung ra nh ư sau: T = 0,69.2.WR.R1.C1. = 1,38.WR.R1.C1. 4 KHỐI ĐẾM. Khối đếm có chức năng tạo ra 15 trạng thái khác nhau c ủa t ổ h ợp bi ến Q 3, Q2, Q1, Q0 tương ứng với 15 trạng thái khác nhau của dòng chữ “ TRẦN HẢI QUỲNH”. Để tạo ra 15 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 như sau: Xung đếm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 Q0 t 0 Q1 t 0 Q2 t TrÇn H¶i Quúnh 0 8 líp K38ID Q t 3 0 t
Bé m«n ®iÖn tö    bµi tËp dµi ®iÖn tö sè Hình 5: Giản đồ điện áp của bộ đếm. Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 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 đưa ra đồ hình bi ểu diễn sự thay đổi của điện áp trên bộ đếm như hình 6. TrÇn H¶i Quúnh 9 líp K38ID
Bé m«n ®iÖn tö    bµi tËp dµi ®iÖn tö sè Người ta thường 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 ch ọn phương án bộ đếm xây dựng từ các trigơ R-S. Nó có 3 cửa vào là C, S, R trong đó C là cửa vào đồng bộ, R, S là hai c ửa vào đi ều khi ển. C ửa vào S tương ứng với cửa vào thiết lập, còn cửa vào R tương ứng với cửa vào xoá. Rn Sn Qn+1 Qn Qn+1 Rn Sn R Q 0 0 Qn 0 0 - 0 C Trig¬ 0 1 1 0 1 0 1 S RS Q 1 0 0 1 0 1 0 1 1 x 1 1 0 - H× 7: S¬ ® m« pháng nh å H× 8: B¶ng tr¹ ng th¸ i nh H× 9: B¶ng ® u vµo kÝ nh Ç ch Từ bảng trạng thái hình 8 của trigơ J-K ta đưa ra b ảng kích hình 9. Trong đó n là trạng thái hiện tại, n+1 là trạng thái t ương lai, (-) là tr ạng thái tuỳ chọn có thể là mức logic 0 cũng có thể là mức logic 1, (x) là tr ạng thái cấm. Để xây dựng bộ đếm 4 bit ta cần 4 trigơ R-S như trên, nếu ta coi các đầu ra Q của các trigơ là biến còn các đầu vào R, S là hàm thì với môđun 15 ta có bảng trạng thái sau: X Q3 Q2 Q1 Q0 Q’3 Q’2 Q’1 Q’0 R3 S3 R2 S2 R1 S1 R0 S0 Đ 0 0 0 0 0 0 0 0 1 _ 0 _ 0 _ 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 _ 0 _ 0 0 1 1 0 2 0 0 1 0 0 0 1 1 _ 0 _ 0 0 _ 0 1 3 0 0 1 1 0 1 0 0 _ 0 0 1 1 0 1 0 4 0 1 0 0 0 1 0 1 _ 0 0 _ _ 0 0 1 5 0 1 0 1 0 1 1 0 _ 0 0 _ 0 1 1 0 6 0 1 1 0 0 1 1 1 _ 0 0 _ 0 _ 0 1 7 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 8 1 0 0 0 1 0 0 1 0 _ _ 0 _ 0 0 1 9 1 0 0 1 1 0 1 0 0 _ _ 0 0 1 1 0 10 1 0 1 0 1 0 1 1 0 _ _ 0 0 _ 0 1 11 1 0 1 1 1 1 0 0 0 _ 0 1 1 0 1 0 TrÇn H¶i Quúnh 10 líp K38ID
Bé m«n ®iÖn tö    bµi tËp dµi ®iÖn tö sè 12 1 1 0 0 1 1 0 1 0 _ 0 _ _ 0 0 1 13 1 1 0 1 1 1 1 0 0 _ 0 _ 0 1 1 0 14 1 1 1 0 0 0 0 0 _ 0 1 0 1 0 _ 0 Hình 10: Trạng thái các hàm đầu vào R, S theo các trạng thái của các biến ra Q. Trong bảng trên các biến Q3, Q2, Q1, Q0 là các biến ở trạng thái hiện tại, còn các biến Q’3, Q’2, Q’1, Q’0 là các biến ở trạng thái tương lai; (-) là trạng thái tuỳ chọn có thể là “0” có thể là “1’’. Bằng phương pháp bìa các nô ta s ẽ đi xét quan hệ giữa các hàm R, S với các biến vào Q. Thực hiện lập bìa các nô cho từng hàm đồng thời thực hiện tối giản hàm dưới dạng tuyển (nhóm các ô mang trị “1”) ta có các hàm sau: R0 S0 Q1Q0 Q1Q0 Q3Q2 00 01 11 10 Q3Q2 00 01 11 10 00 0 1 1 0 00 1 0 0 1 01 0 1 1 0 01 1 0 0 1 11 0 1 x - 11 1 0 x 0 10 0 1 1 0 10 1 0 0 1 R0 = Q0 S0 =Q1Q0 + Q3Q1Q0 +Q2Q1Q0 R1 Q1Q0 S1 Q1Q0 Q3Q2 00 01 11 10 Q3Q2 00 01 11 10 00 - 0 1 0 00 0 1 0 - 01 - 0 1 0 01 0 1 0 - 11 - 0 x 1 11 0 1 x 0 10 - 0 1 0 10 0 1 0 - R1 = Q1Q0 +Q3Q2Q1 S1 = Q1Q0 R2 Q1Q0 S2 Q1Q0 Q3Q2 00 01 11 10 Q3Q2 00 01 11 10 00 - - 0 - 00 0 0 1 0 01 0 0 j2 q 1 q 0 0 0 1 0 1 11 0 10 01 - k2 - q 1 q 0 0 0 0 1 0 11 10 - q 3 q 2 q 3 q 2 0 0 0 0 1 0 0 0 11 0 0 0 1 x 1 11 - 0 1 - 0 0 1x 0 0 x 1 1 0 0 0 1 1 1 10 10 1 0 - -1 0 0 0 0 1 - 0 0 0 1 0 R2 = Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1 S2 = Q3Q1Q0 + Q2Q1Q0 R3 Q1Q0 S3 Q1Q0 Q3Q2 00 01 11 10 Q3Q2 00 01 11 10 00 - - - - 00 0 0 0 0 TrÇn 01 - Quúnh H¶i - 0 - 11 01 0 0 1 0 11 0 líp K38ID 0 x 1 11 - - x 0 10 0 0 0 0 10 - - - - R3 = Q3Q2Q1 S3 = Q2Q1Q0
Bé m«n ®iÖn tö    bµi tËp dµi ®iÖn tö sè Chú ý: Các ô có dấu x trong bìa các nô là ô có tr ạng thái không xác đ ịnh, còn ô (-) là ô có trạng thái tuỳ chọn, ta có thể cho ô đó mang trị “0” hoặc trị “1”. Như vậy ta có sự phụ thuộc của các hàm R, S vào các đầu ra Q như sau: R0 = Q0 S0 =Q1Q0 + Q3Q1Q0 +Q2Q1Q0 R1 = Q1Q0 +Q3Q2Q1 S1 = Q1Q0 R2 = Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1 S2 = Q3Q1Q0 + Q2Q1Q0 R3 = Q3Q2Q1 S3 = Q2Q1Q0 Từ các quan hệ trên ta đưa ra sơ đồ nguyên lý bộ đếm 4 bit môđun 15 như hình 11. Q0 Q1 Q2 Q3 Xung R0 Q0 R1 Q1 R2 Q2 R 3 Q3 ®m Õ C0 R - S0 C1 R - S1 C2 R - S2 C3 R - S3 S0 Q0 S1 Q1 S2 Q2 S3 Q3 TrÇn H¶i Quúnh 12 líp K38ID
Bé m«n ®iÖn tö    bµi tËp dµi ®iÖn tö sè Hình 11: Sơ đồ nguyên lý bộ đếm 4 bit môđun 15 sử dụng trigơ R-S. 5. KHỐI GIẢI MÃ Để thực hiện khối giả mã ta dùng mạch giải mã dùng bộ nhớ ROM . Theo yêu cầu của đề ta có bảng trạng thái của các ký tự trong dòng chữ “TRẦN HẢI QUỲNH” trong một chu kỳ hiển thị như sau : stt T R Ầ N H Ả I Q U Ỳ N H 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 Hình 12 : bảng trạng thái của các ký tự . Nhìn trên hình 12 ta thấi có 15 trạng thái của dòng ch ữ “TR ẦN H ẢI QUỲNH” trong một chu kỳ . Từ đó ta đưa ra bảng trạng thái c ủa các ký t ự theo 15 trạng thái tổ hợp biến Q như hình 13. Trạng thái sáng c ủa ký t ự nh ận giá trị “1”còn trạng thái tắt của các ký tự nhận giá trị “0”. TrÇn H¶i Quúnh 13 líp K38ID
Bé m«n ®iÖn tö    bµi tËp dµi ®iÖn tö sè stt Q3 Q2 Q1 Q0 T R Ầ N H Ả I Q U Ỳ N H 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 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 Hình 13: Trạng thái các hàm ra theo sự biến đổi ứng với các tổ hợp của biến vào. Các biến Q được lấy từ bộ đếm môđun 15, bộ đếm này được thiết kế từ các trigơ R-S ở trên . Để tạo ra các quy luật của dòng ch ữ “ TRẦN HẢI QUỲNH ” ta coi mỗi ký tự của dòng chữ là trạng thái ra của một hàm và dùng vi mạch giải mã để xây dựng các hàm đó . rong phần này ta dùng b ộ nh ớ ROM ( chức năng là mạch giải mã ) và tiến hành lập trình ( thiết lập nội dung ) cho ROM để tạo ra được các hàm ra theo yêu cầu trên . Đ ối v ới bài toán này Sè § Þ chØ a (nhÞph©n) § Þ chØ a D÷ liÖ ra cña ROM u ta chọn ROM có thông số : TT A 3A A A 2 (HEX) 1 D 0 0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 0 04 bit địa chỉ A0 ÷ A3 , 16 bít d0 li0 u 0 0 ÷ D11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 ữ ệ D 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Trong mạch điện 4 bit địa chỉ được nối với các đầu ra Q 0 ÷ Q3 của bộ 2 0 0 1 0 2 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 đếm 0 0 1151 các3 3 môđun , hàm 1 R, Ầ, N, H,0 , 0 Q, U, Ỳ, N,0 0ẽ được lấy t0 ng T, 1 1 1 Ả I, 0 0 0 H s 0 0 0 ươ0 ứng trên1 0bit0 D4 ÷ D11 c1 a 1 mạch ROM . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 các ra 0 1 ủ vi 1 1 0 0 5 0 1 0 1 5 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0Tường hợp vi mạch ROM được ch1 n 1 số bit địa chỉ 0 dữ liệu nhiều 1 1 0 6 1 1 1 1 1 ọ có 0 0 0 0 , 0 0 0 0 hơn số bit sử dụng 7 trong1mạch1 ện s1 d1 ng số chân 0ịa 0 ỉ0 0 0 0 7 0 1 1 1 thì 1 1 đi 1 ử ụ 1 0 0 đ ch không dùng 8 1 0 0 0 8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 9 1 0 0 1 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 10 1 0 1 0 0A 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 TrÇn 0 1 1Quúnh 1 1 1 1 14 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 11 1 H¶i 0B 1 líp1 K38ID 0C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 1 0 0 13 1 1 0 1 0D 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 14 1 1 1 0 0E 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Bé m«n ®iÖn tö    bµi tËp dµi ®iÖn tö sè đến được nối mát (để chống nhiễu ) , còn số chân dữ liệu th ừa được đ ể trống . Hình 14 : bảng lập trình cho ROM Trên cơ sở nội dung của bảngia công trên , sử dụng một thiết bị đặc biệt ta nạp nội dung này vào vi mạch ROM và được lưu trữ mãi mãi . 6. KHỐI HIỂN THỊ Để hiển thị các ký tự : T, R, Ầ, N, H, Ả, I, Q, U, Ỳ, N, H ở đây chúng ta dùng các bóng sợi đốt (35 w) . Việc thay đổi các ký tự ‘sáng” và “ tối” chính là việc đóng ngắt nguồn nuôi cho các bóng của các ký tự . Như vậy nếu ta sử dụng các hàm ra của mạch giải mã tạo ra làm tín hiệu điều khi ển đ ể đóng D D ngắt nguồn cấp cho bóng đèn3 đều thuộc các ký tự thì các ký tự sẽ tắt , sáng 1 ∼ 220 v Ti theo yêu cầu của đề2 bài. D D4 Để nắm rõ khối hiển thị, ta đi xét cụ thể cho mạch hiển thị chữ “H”: Ucc BAX * * D7 R3 D6 D5 Xung "H" AND TrÇn H¶i RQuúnh 1 15 lípb¨ m Xung K38ID C T 1 T2 R2
Bé m«n ®iÖn tö    bµi tËp dµi ®iÖn tö sè Chức năng của các phần tử trên sơ đồ: - D1, D2, D3, D4 tạo thành mạch chỉnh lưu . Ud là điện áp ra của mạch chỉnh lưu, do không có phần tử lọc nên có dạng đập mạch( hình vẽ ) - T1, T2 là 2 tranjito khuyếch đại công suất. - Tiristor Ti là phần tử khuyếch đại, với tải là các bóng đèn ký tự “H”. - BAX: Có chức năng truyền xung tới Ti, th ực hiện cách ly m ạch đi ều khiển với mạch lực . Ngoài ra nó còn có chức năng sửa đ ộ rộng xung cho phù hợp khi xung đưa tới cực gốccủa tranjitor quá lớn (độ rộng) - D5 nối tiếp với R3 có nhiệm vụ dập sức điện động tự cảm sinh ra trên cuộn thứ cấp của máy biến áp xung. - Xung “H” được lấy từ mạch đầu ra của bộ giải mã. Thực chất nó là 1 dãy xung có quy luật biến thiên theo quy luật của ký t ự “H” trong dòng ch ữ “ TRẦN HẢI QUỲNH ” . Độ rộng của xung này sẽ quyết định thời gian sáng tắt của ký tự “H”, hay quyết định tời gian mở của Ti. Do đó xung H th ường có độ rộng rất lớn , nếu ta đưa xung này tới m ở Ti thì r ất có th ể ti ếp giáp Ti có thể đánh thủng, đồng thời có thể gây tổn hao công suất. Để dảm bảo an toàn cho Ti mà vẫn giữ được thời gian mở cho Ti ta th ực hi ện băm xung H ra thành 1 dãy xung có chiều dài bằng dộ rộng của xung H. Tuy nhiên dãy xung băm phải thoả mãn là mỗi xung đơn có độ rộng để mở Ti ( thông th ường đ ộ TrÇn H¶i Quúnh 16 líp K38ID
Bé m«n ®iÖn tö    bµi tËp dµi ®iÖn tö sè rộng này cỡ 200 µ s÷ 60000 µ s tuỳ thuộc vào loại Ti cần điều khiển). Khi ngừng cấp xung thì Ti sẽ khoá vào thời điểm điện áp đặt lên 2 điện cực = 0 và giữ nguyên trạng thái này . -AND: Đóng vai trò là phần tử sửa xung băm , xunh H là xung có giản đồ như hình vẽ. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Điện áp sau khi chỉnh lưu có dạng đập mạch đặt lên các bóng đèn sợi đốt và Ti. Từ t = 0 đến t = t 1, Ti được cấp xung điều khiển nên Ti mở dẫn dòng, các bóng điẹn sáng. Vì là các bóng đèn sợi đốt cho nên t ải là thu ần tr ở, do đó dòng điện qua Ti đồng pha với điện áp trên nó (hình vẽ). Ở thời điểm t1 : tuy không có xung cấp choTi nhưng nó vẫn mở, Vì điện áp trên UAK > 0 . Đến thời điểm t2 , điện áp trên Ti giảm về 0 nên Ti khoá lại, các bóng đèn tắt. Như vậy khi có xung điều khiển thit Ti mở dẫn dòng, còn khi không có xung điều khiển thì Ti bị khoá lại bởi đi ểm “0” c ủa đi ện áp Ud. Ký tự “H” được hiển thị khi Ti mở , và thời gian hiển th ị đúng b ằng thời gian tồn tại của dãy xung cấp cho Ti . Để tạo ra dãy xung băm C, với độ xung đủ nhỏ , tần số cao ta có thể sủ dụng mạch phát xung dùng vi mạch 555. Giả thuyết U là điện áp xoay chiều hìn sin, tần số 50 Hz: U= 2 U sin( ω t) = UMAX. sin( ω t) +5V WR1 8 4 7 Xung ra D1 WR2 555 3 6 2 1 R1 TrÇn H¶i Quúnh C1 17 Hình 1: Sơ đồ nguyên lý mạch phát xung băm dùng IC líp K38ID 555
Bé m«n ®iÖn tö    bµi tËp dµi ®iÖn tö sè Công suất của 1 bóng đèn là 35 w, điện áp định mức là 220 v Số bóng lớn nhất cho 1 ký tự là 25 bóng Số bóng cho cả hệ thống là 240 bóng Đèn sợi đốt đảm bảo cho tải thuần trở - chọn Ti: Do kết cấu của mạch nên các Ti luôn được đặt đi ện áp ≥ 0. Diịen áp thuần trở lớn nhất được dặt lên Ti là 220 2 (v) . Tiristor được chon phải thoả mãn : + Điện áp kích mở tự nhiên UKM = Ka .220 2 (v) Trong đó Ka: hệ số dự trữ an toàn theo điên áp thuận Ka =1,5 ÷ 2 + Dòng điện trung bình qua Ti : Iatb ≥ Ki. Itt Trong đó Ki: hệ số dự trữ an toàn theo dòng điện thuận Ka =1,5 ÷ 2 Itt: Trị số của dòng điện đi qua các bóng đèn trong 1 ký tự .Với mạch hiển thị ký tự “H” : Ukm = 220. 2 (1.5 ÷ 2) = 466,62 ÷ 622,16(v) P 35 Iatb = 20. .(1.5 ÷ 2) = 20. .(1.5 ÷ 2) = 4,77 ÷ 6,36 (A) U 220 Dựa vào 2 thông số trên và sổ tay tra cứu ta tìm được các thông số kỹ thuật theo yêu cầu của xung điều khiển. Đặc biệt là độ rộng của xung tx vì đây là thông số cần thiết để phục vụ cho việc tính ch ọn m ạch phát xung băm (IC 555) - Chọn điốt chỉnh lưu : Điện áp ngược lớn nhất đặt lên điốt: 220 2 (v) Dòng điện trung bình lớn nhất đi qua điốt là: 1 P 1 35 Iđtb = . 240 . = . 240. = 19,09 (A ) 2 U 2 220 TrÇn H¶i Quúnh 18 líp K38ID
Bé m«n ®iÖn tö    bµi tËp dµi ®iÖn tö sè TrÇn H¶i Quúnh 19 líp K38ID