Đế tài Mạch đếm sản phẩm

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Tp.HCM, Ngày ..….Tháng….... Năm 2010 Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM ĐIỂM _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Tp.HCM, Ngày ..….Tháng….... Năm 2010 Giáo viên chấm điểm
Đồ án 1 được hoàn thành đúng nhiệm vụ đã giao theo quy định của khoa. Việc đạt kết quả như trên không chỉ là sự nổ lực của chúng em mà còn là sự giúp đỡ chỉ bảo của thầy cô hướng dẫn và sự đóng góp của các bạn sinh viên. Em xin chân thành và cảm ơn sự chỉ bảo và góp ý tận tình thầy hướng dẫn chúng em là thầy trong quá trình làm đồ án 1 này.
Việt Nam đang là một nước phát triển và giàu mạnh, để thay đổi nhanh chóng bộ mặt của đất nước Việt Nam như ngày hôm nay thì đã có nhiều đứa con Việt đã âm thầm, học tập, nghiên cứu trên mọi lĩnh vực. Nắm bắt nhiều thành tựu vĩ đại của thế giới, đặc biệt là các lĩnh vực khoa học kĩ thuật nói chung và ngành điện tử nói riêng. Thế hệ trẻ của chúng ta không ngừng phấn đấu học hỏi thì chúng ta sẽ sớm thụt lùi và lạc hậu nhanh chóng. Chính vì điều đó đã làm cho trường “CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG” đã sớm chủ trương đào tạo theo hình thức sâu rộng, từ thấp đến cao. Để tăng chất lượng học tập thì nhà trường nói chung và khoa điện tử nói riêng đã tạo điều kiện và tổ chức cho sinh viên làm các đồ án. Chính vì làm các đồ án như thế này thì Sinh viên mới nắm bắt được hết những căn bản, từ đó dần nâng cao kiến thức của mình. Vì lẽ đó mà nhóm chúng em đã tham khảo nhiều tài liệu và đi đến quyết định là chọn đề tài: “MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM” PHẦN I GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH ( Điện trở ( Tụ điện ( Led đơn, led 7 đoạn ( Transistor C1815 ( Biến trở ( IC 555, 7490,7447 ( Connertor GIỚI THIỆU LINH KIỆN VÀ THIẾT KẾ TÍNH TOÁN MẠCH Điện trở Điện trở là linh kiện thụ động có tác dụng cản trở cả dòng và áp.Điện trở đựơc sử dụng rất nhiều trong các mạch điện tử. Điện trở của dây dẫn có trị số điện trở lớn hay nhỏ tùy thuộc vào vật liệu làm dây, tỉ lệ thuận với chiều dài và tỉ lệ nghịch với tiết diện dây dẫn. Công thức tính: R =(ℓ/S hoặc R=U/I Trong đó : (: là điện trở suất của vật liệu, (m hay (mm2/m S: là tiết diện của dây, m2 hay mm2 ℓ : là chiều dài của dây (m). R : điện trở, Ohm ((). Điện trở có đơn vị tính là Ohm, viết tắt là (. Các thông số kỹ thuật: ( Trị số danh định: Trị số này được tính bằng ohm, thường được ghi trên than điện trở bằng chữ hoặc bằng vòng màu. ( Công suất danh định: Đó là công suất tiêu tán trên điện trở mà điện trở có thể chịu đựng được trong thời gian dài, không bị quá nóng làm thay đổi trị số điện trở. ( Điện áp làm việc tối đa: Là trị số lớn nhất của điện áp một chiều hoặc trị số hiệu dụng của dòng điện áp xoay chiều có thể đặt vào hai đầu điện trở mà điện trở vẫn chịu đựng được. ( Dung sai của điện trở: Là độ sai số của điện trở. Các cấp dung sai là ±1%,±2%, ±5%, ±10%, ±20%. 1.2.2 Tụ điện: Tụ điện là một linh kiện thụ động cấu tạo của tụ điện là hai bản cực bằng kim loại ghép cách nhau một khoảng d ở giữa hai bản tụ là dung dịch hay chất điện môi cách điện có điện dung C. Đặc điểm của tụ là cho dòng điện xoay chiều đi qua, ngăn cản dòng điện một chiều. Khi tụ nạp điện thì tụ sẽ bắt đầu nạp điện từ điện áp là 0V tăng dần đến điện áp UDC theo hàm số mũ đối với thời gian t. Điện áp tức thời trên hai đầu tụ của tụ được tính theo công thức: Uc (t) = UDC(1-e-t/(). Khi tụ xả điện thì điện áp trên tụ từ trị số VDC sẽ giảm dần đến 0V theo hàm số mũ đối với thời gian t. Điện áp trên hai đầu tụ khi xả được tình theo công thức: Uc (t)= UDC.e-t/( Trong đó: t: thời gian tụ nạp, đơn vị là giây (s). e = 2,71828 ( =RC (đơn vị là –s) Công thức tính điện dung của tụ: C = ε.S/d (: là hằng số điện môi s: là điện tích bề mặt tụ m2 d: là bề giày chất điện môi Các thông số kỹ thuật: ( Điện dung danh định: Là giá trị ghi trên thân tụ điện. ( Điện áp danh định: Là điện áp tối đa cho phép áp dụng đặt lên hai đầu tụ điện, vượt quá giá trị này tụ sẽ bị hư. Điện thế này được ghi lên thân tụ. 1.2.3 Led đơn : Led đơn là một dạng của Diode. Thông thường dòng điện đi qua vật dẫn điện sẽ sinh ra năng lượng dưới dạng nhiệt. Ở một số chất bán dẫn đặc biệt như (GaAs) khi có dòng điện đi qua thì có hiện tượng bức xạ quang (phát ra ánh sáng). Tùy theo chất bán dẫn mà ánh sáng phát ra có màu khác nhau. Led có điện áp phân cực thuận cao hơn diode nắn điện nhưng điện áp phân cực ngược cực đại thường không cao. Phân cực thuận : VD = 1,4V – 1,8 V(led đỏ). VD = 2V – 2,5V (led vàng). VD= 2V – 2,8 V(led xanh lá). ID= 5mA – 20mA (thường chọn 10mA). Led thường được dùng trong các mạch trạng thái báo hiệu, chỉ thị trạng thái của mạch như báo nguồn, trạng thái thuận hay ngược… 1.2.4 Led 7 đoạn Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phải của led 7 đoạn. 8 led đơn trên led 7 đoạn có Anode(cực +) hoặc Cathode(cực -) được nối chung với nhau vào một điểm, được đưa chân ra ngoài để kết nối với mạch điện. 8 cực còn lại trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân riêng, cũng được đưa ra ngoài để kết nối với mạch điện. Nếu led 7 đoạn có Anode(cực +) chung, đầu chung này được nối với +Vcc, các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 0. Nếu led 7 đoạn có Cathode(cực -) chung, đầu chung này được nối xuống Ground (hay Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1. Vì led 7 đoạn chứa bên trong nó các led đơn, do đó khi kết nối cần đảm bảo dòng qua mỗi led đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ led. 1.2.5 Transistor : C1815 là Transistor BJT gồm ba miền tạo bởi hai tiếp giáp p–n, trong đó miền giữa là bán dẫn loại p. Miền có mật độ tạp chất cao nhất, kí hiệu n+ là miền phát (emitter). Miền có mật độ tạp chất thấp hơn, kí hiệu n, gọi là miền thu (collecter). Miền giữa có mật độ tạp chất rất thấp, kí hiệu p, gọi là miền gốc (base). Ba chân kim loại gắn với ba miền tương ứng với ba cực emitter (E), base (B), collecter (C) của transistor. Đặc tính kỹ thuật của transistor : -Điện áp giới hạn : có 3 loại : BVCEO : điện áp đánh thủng giữa C và E khi cực B hở. BVCBO : điện áp đánh thủng giữa C và B khi cực E hở. BVEBO : điện áp đánh thủng giữa E và B khi cực C hở. -Dòng điện giới hạn : Icmax là dòng điện tối đa ở cực C và Ibmax là dòng điện tối đa ở cực b. Dòng tối đa đưa vào cực B là : 10mA. Dòng tối đa đưa vào cực C là : 100mA. Chức năng của transistor chủ yếu là khuyếch đại tín hiệu và đóng ngắt các mạch điện. -Công suất giới hạn : Khi có dòng điện qua transisor sẽ sinh ra 1 công suất nhiệt làm nóng transistor, công suất sinh ra được tính theo công thức : PT=IC.VCE Ký hiệu: transistor loại NPN Các thông số đặc trưng THÔNG SỐ  KÝ HIỆU  GIÁ TRỊ  ĐƠN VỊ   Điện áp cực CB  VCBO  60  V   Điện áp cực CE  VCEO  50  V   Điện áp cực EB  VEBO  5  V   Công suất tiêu thụ(t=25OC)  PC  400  mW   Dòng điện qua C  IC  150  mA   Dòng điện qua B  IB  50  mA   Nhiệt độ Junction  Tj  125  oC   Nhiệt độ Storage  TSTG  -50~150  oC   Bảng 1 Thông số  Kí hiệu  Điều kiện  MIN  TYP  MAX  UNIT   CĐDD cực CB  ICBO  VCB=60, IE=0    100  nA   CĐDD cực EB  IEBO  VEB=5, IC=0    100  nA   Độ khuất đại dòng DC  HFE1 HFE2  VCE=6V,Ic=2mA VCE=6V,Ic=150mA  70 25   700    Điện áp bão hòa cực C  VCE(sat)  Ic=100mA,IB=10mA   0.1  0.25  V   Điện áp bão hòa cực B  VBE(sat)  Ic=100mA,IB=10mA    1.0  V   Băng thông  fT  VCE=10V,Ic=50mA  80    MHz   Điện dung ra  Cob  VCB=10V,IE=0,f=1MHz   2.0  3.0  pF   Hệ số  NF  Ic=-0.1mA,VCE=6V RG=10k,f=100Hz   1.0  1.0  dB   Đặc tính điện (Ta=250C) Bảng 2 1.2.6 biến trở Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn. Chúng có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện. Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dây dẫn điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt độ thay đổi, ánh sáng hoặc bức xạ điện từ, ... Ký hiệu của biến trở trong sơ đồ mạch điện có thể ở các dạng như sau: /  /  /  /   1.2.7 IC 555 // NE555 N gồm có 8 chân. - chân số 1(GND): cho nối mass để lấy dòng cấp cho IC - chân số 2(TRIGGER): ngõ vào của 1 tần số so áp.mạch so áp dùng các transistor PNP. Mức áp chuẩn là 2*Vcc/3. - Chân số 3(OUTPUT): Ngõ ra .trạng thái ngõ ra chỉ xác định theo mức volt cao(gần bằng mức áp chân 8) và thấp (gần bằng mức áp chân 1) - Chân số 4(RESET): dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân 4 nối mass thì ngõ ra ở mức thấp, còn khi chân 4 nôi vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tuỳ theo mức áp ở chân 2 va 6 - Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối mass. Tuy nhiên trong hầu hết các mạch ứng dụng chân số 5 nối mass qua 1 tụ từ 0.01uF đếh 0.1uF, các tụ có tác dụng lọc bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn ổn định. - Chân số 6(THRESHOLD) : là ngõ vào của 1 tầng so áp khác.mạch so sánh dùng các transistor NPN . mức chuẩn là Vcc/3 - Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem như 1 khóa điện và chịu điều khiển bỡi tầng logic. Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại. Ngược lại thì nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động . - Chân số 8 (Vcc): cấp nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC. Nguồn nuôi cấp cho IC 555 trong khoảng từ +5v đến +15v và mức tối đa là+18v 1.2.7.1 Cấu tạo IC 555 / Về bản chất thì IC 555 là 1 bộ mạch kết hợp giữa 2 con Opamp , 3 điện trở , 1 con transistor, và 1 bộ Fipflop (ở đây dùng FFRS ) - 2 OP-amp có tác dụng so sánh điện áp - Transistor để xả điện. - Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2. Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích. Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset. Thông số  Kí hiệu  Trạng thái  min  Giá trị  Max  unit   Nguồn cấp  Vcc  -  4.5  -  16  V   Dòng điện  Icc  VCC = 5V, RL = ∞  -  3  6  mA     VCC = 15V, RL = ∞  -  7.5  15  mA   Điện áp điều khiển  Vcc  VCC = 15V  9.0  10.0  11.0  V     Vcc = 5v  2.6  3.33  4.0  V   Điện áp ngưỡng  Vth  VCC = 15V  -  10.0  -  V     Vcc = 5V  -  3.33  -  V   Dòng điện ngưỡng  ITH  -  -  0.1  0.25  μA   Điện áp nảy  VTR  VCC = 5V  1.1  1.67  2.2  V     Vcc = 15V  4.5  5  5.6  V   Dòng điện nảy  ITR  VTR = 0V   0.01  2.0  μA   Điện áp khi reset  VRTS  -  0.4  0.7  1.0  V   Dòng điện khi reset  IRTS  -   0.1  0.4  mA   Điện áp ra ở mức cao  VOH  VCC = 15V ISOURCE = 200mA ISOURCE = 100mA  12.75  12.5 13.3  -  VV     VCC = 5V ISOURCE = 100mA  2.75  3.3  -  V   Điện áp ra ở mức thấp  VOL  VCC = 15V ISINK = 10mA ISINK = 50mA  -  0.06 0.3  0.25 0.75  VV     VCC = 5V ISINK = 5mA  -  0.05  0.35  V   Rise time of output  tR  -  -  100  -  Ns   Fall time of output  tF  -  -  100  -  Ns   Discharge Leakage Current  ILKG  -  -  20  100  na   1.2.7.2 BẢNG TRẠNG THÁI HOẠT ĐỘNG Bảng 3 1.2.7.3.Giải thích sự dao động: Kí hiệu 0 là mức thấp(L) bằng 0V, 1 là mức cao(H) gần bằng VCC. Mạch FF là loại RS Flip-flop. Khi S = [1] thì Q = [1] và 𝑄 = [ 0]. Sau đó, khi S = [0] thì Q = [1] và 𝑄 = [0]. Khi R = [1] thì 𝑄 = [1] và Q = [0]. Tóm lại, khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì 𝑄 = [1], transisitor mở dẫn, cực C nối đất. Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không vượt quá V2. Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset. Khi mới đóng mạch, tụ C nạp qua Ra, Rb, với thời hằng (Ra+Rb)C. * Tụ C nạp từ điện Áp 0V -> Vcc/3: - Lúc này V+1(V+ của Opamp1) > V-1. Do đó O1 (ngõ ra của Opamp1) có mức logic 1(H). - V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) . Do đó O2 = 0(L). - R = 0, S = 1 --> Q = 1, 𝑄 = 0. - Q = 1 --> Ngõ ra = 1. - 𝑄 = 0 --> Transistor hồi tiếp không dẫn. * Tụ C tiếp tụ nạp từ điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3: - Lúc này, V+1 < V-1. Do đó O1 = 0. - V+2 < V-2. Do đó O2 = 0. - R = 0, S = 0 --> Q, /Q sẽ giứ trạng thái trước đó (Q=1, /Q=0). - Transistor vẫn ko dẫn * Tụ C nạp qua ngưỡng 2Vcc/3: - Lúc này, V+1 < V-1. Do đó O1 = 0. - V+2 > V-2. Do đó O2 = 1. - R = 1, S = 0 --> Q=0, /Q = 1. - Q = 0 --> Ngõ ra đảo trạng thái = 0. - /Q = 1 --> Transistor dẫn, điện áp trên chân 7 xuống 0V - Tụ C xả qua Rb. Với thời hằng Rb.C - Điện áp trên tụ C giảm xuống do tụ C xả, làm cho điện áp tụ C nhảy xuống dưới 2Vcc/3. * Tụ C tiếp tục "XẢ" từ điện áp 2Vcc/3 --> Vcc/3: - Lúc này, V+1 < V-1. Do đó O1 = 0. - V+2 < V-2. Do đó O2 = 0. - R = 0, S = 0 --> Q, 𝑄 sẽ giữ trạng thái trước đó (Q=0, /Q=1). - Transistor vẫn dẫn * Tụ C xả qua ngưỡng Vcc/3: - Lúc này V+1 > V-1. Do đó O1 = 1. - V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) . Do đó O2 = 0. - R = 0, S = 1 --> Q = 1, /Q (Q đảo) = 0. - Q = 1 --> Ngõ ra = 1. - /Q = 0 --> Transistor không dẫn -> chân 7 không = 0V nữa và tụ C lại được nạp điện với điện áp ban đầu là Vcc/3. * Quá trình lại lặp lại.  Kết quả: Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ ổn định Nhận xét: - Vậy, trong quá trình hoạt động bình thường của 555, điện áp trên tụ C chỉ dao động quanh điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3. - Khi nạp điện, tụ C nạp điện với điện áp ban đầu là Vcc/3, và kết thúc nạp ở thời điểm điện áp trên C bằng 2Vcc/3.Nạp điện với thời hằng là (Ra+Rb)C. - Khi xả điện, tụ C xả điện với điện áp ban đầu là 2Vcc/3, và kết thúc xả ở thời điểm điện áp trên C bằng Vcc/3. Xả điện với thời hằng là Rb.C. - Thời gian mức 1 ở ngõ ra chính là thời gian nạp điện, mức 0 là xả điện. 1.2.8 IC ĐẾM 7490 Sơ đồ nối chân / IC 7490 la IC 14 chân,trong đó: 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 Bảng4 Bảng hoạt động của các chân reset /Bảng 5 H: Tín hiệu ở mức cao L :Tín hiệu ở mức thấp X :giá trị tuy chọn IC 7490 là IC đếm bất đồng bộ cơ bản và thông dụng. Để được tiện lợi, mỗi mạch đếm được chia làm 2 phần: phần đầu là là một FF với ngõ xung vào là A để chia đôi tần số (mạch đếm 1 bit), tần tiếp theo là 3 bộ FF với ngõ xung vào là B để thực hiện vệc cia 5 tần số. Muốn thực hiện mạch đếm đẩy đủ ta áp can đếm ở ngõ ra và nối(ngoài IC) ngõ ra QA đến ngõ vào B, lúc này số đếm nhị phân là QAQBQCQD(0001). Xung vào phải tương thích TTL và có độ rộng xung ít nhất là vài nano-giây. Mỗi mạch đếm có 2 ngõ Reset (đặt lại) gọi R01 à R02. Vì 2 ngõ này được nói AND vói nhau nên để xóa mạch đếm (QA=QB=QC=QD=0) cả 2 ngõ Reset được đưa lên cao, và để mạch đếm có thể đếm lên phải đưa ít nhất 1 ngõ Reset xuống thấp. thường 2 ngõ này được nối chung với nhau và giữ ở mức thấp, khi muốn xóa mạch ta phải đưa 2 ngõ này lên cao trong chốc lát (ít nhất là vài chục nano=giây) rồi đưa xuống thấp để cho phép mạch đếm lên. 2 ngõ này là 2 ngõ bất đồng bộ vì tác động độc lập với đồng hồ (Ixung vào). ở mạch đếm thập giai IC 7490 còn có 2 ngõ Reset R91 và R92. Bình thường một trong 2 hoặc cả 2 ngõ này đều ở mức thấp, muốn ngõ ra có số đếm là 9 tức là QABC=1001 ta đưa cả 2 ngõ lên cao. 1.2.9 IC GIẢI MÃ 7447 / SỐ CHỈ ĐỊNH – KẾT QUẢ HIỂN THỊ BẢNG SỰ THẬT Chức năng stt  𝑳𝑻  𝑹𝑩𝑰  D  C  B  A  𝑩𝑰/𝑹𝑩𝑶  𝒂  𝒃  𝒄  𝒅  𝒆  𝒇  𝒈  note   0  H  H  L  L  L  L  H  L  L  L  L  L  L  H  A   1  H  X  L  L  L  H  H  H  L  L  H  H  H  H  A   2  H  X  L  L  H  L  H  L  L  H  L  L  H  L    3  H  X  L  L  H  H  H  L  L  L  L  H  H  L    4  H  X  L  H  L  L  H  H  L  L  H  H  L  L    5  H  X  L  H  L  H  H  L  H  L  L  H  L  L    6  H  X  L  H  H  L  H  H  H  L  L  L  L  L    7  H  X  L  H  H  H  H  L  L  L  H  H  H  H    8  H  X  H  L  L