Bài tập lớn Thiết kế mạch đếm 60 sản phẩm dùng IC 74ls192

Nội dung text: Bài tập lớn Thiết kế mạch đếm 60 sản phẩm dùng IC 74ls192

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH KĨ THUẬT XUNG SỐ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 60 SẢN PHẨM DÙNG IC 74ls192 GVHD: NGUYỄN THỊ MINH TÂM SVTH: BÙI CÔNG TÂM NGUYỄN TRẦN KIÊN HÀ NỘI-THÁNG 11-2010 1
2. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Sau hơn hai tuần thực hiện , nhóm sinh viên thực hiện đề tài “ Mạch đếm 60 sản phẩm sử dụng IC 74ls192 ” rất cảm ơn sự hướng dẫn thực hiện đề tài của cô Tâm. Với những kiến thức kỹ thuật số , và sử dụng IC số cùng với nguyên lý thu phát hồng ngoại , nhóm sinh viên đã hoàn thành đề tài “ Mạch đếm 60 sản phẩm sử dụng IC 74192 ”. Nhận xét của GVHD: 2
3. Mạch đếm sản phẩm dùng IC số LỜI NÓI ĐẦU -Trải qua quá trình học tập với các môn học : điện tử cơ bản 1 & 2, kỹ thuật số và thực tập kỹ thuật số , và với yêu cầu của môn thực hành kĩ thuật xung số , nhóm sinh viên đã đăng kí đề tài : Mạch đếm 60 sản phẩm sử dụng IC 74ls192 . - Hiện nay , trong các xí nghiệp , đối với công việc đóng gói các sản phẩm thì độ chính xác là cần thiết .Vì vậy , biết chính xác số lượng sản phẩm đóng gói là một công việc quan trọng. Với mạch đếm sản phẩm và đặt trước số sản phẩm đóng gói sẽ giúp chu trình tự động hóa hoạt động nhanh chóng và tiện lợi. - Hiện nay trên thị trường có một số sản phẩm Counter do một số nhà phân phối cung cấp như XC410/10, hay XC22B ,XC200NX,XC1200 , có tích hợp sensor XC410/XC10B của hãng SELECT .Tuy nhiên , đối với sinh viên có kiến thức hạn hẹp thì thực hiện mạch đếm sản phẩm dùng IC số là có thể thực hiện và việc thực hiện mạch cảm biến hồng ngoại là không quá khó khăn. 3
4. Mạch đếm sản phẩm dùng IC số Mục lục g Lời nói đầu 4 Phần I :Giới thiệu 6 I .Đặt vấn đề 6 II .Mục tiêu 6 III .Sản phẩm trên thị trường 6 IV .Lựa chọn đề tài 7 V .Giới hạn đề tài 7 Phần II :Nội dung 9 I .Giới thiệu 9 II .Linh kiện 9 1 . LED THU,PHÁT HỒNG NGOẠI 9 2 . IC7400 10 3 . IC7432 10 4 . ICLM358 11 5 . IC74192 12 6 . IC74247 13 7 . LED 7 THANH 14 III .Nguyên lý hoạt động 14 IV .Sơ đồ nguyên lý 15 V .Sơ đồ khối 16 A.Khối thu phát hồng ngoại 16 B.Khối đếm và hiển thị 17 C.Khối so sánh và reset 18 Phần III :Kết luận 19 4
5. Mạch đếm sản phẩm dùng IC số Phần I Giới thiệu I.Đặt vấn đề : Từ thập niên 70 , các thiết bị kỹ thuật số đã ,mang một tầm quan trọng không thể thiếu trong cuộc sống từ các thiết bị nghe nhạc digital , máy vi tính , các hệ thống điều khiển tự động , . đến các thiết bị y khoa , ĐTDĐ. Đặc biệt khi ra đời của vi xử lý thì tầm ảnh hưởng của nó ngày càng lớn . Bởi vì mạch kỹ thuật số có các ưu điểm : - Dễ thiết kế . - Dễ lưu trữ , truyền tải . - Độ chính xác cao , ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu. - Có thể lập trình được . - Có thể dễ dàng tạo mạch tích hợp với chức năng đơn giản tới phức tạp . Vì thế trong tương lai , ứng dụng kỹ thuật số ngày càng lớn từ lĩnh vực giải trí đến công nghệ , y khoa tới viễn thông , xe hơi tới phi thuyền vũ trụ . II.Mục tiêu : - Hoàn thành thiết kế - thi công thực tế . - Mạch hoạt động tốt với độ bền cao. - Có thể phát triển đề tài : mạch cộng dồn , đếm tăng , III.Những sản phẩm trên thị trường : - Hãng SELECT có các sản phẩm tích hợp sẵn sensor hồng ngoại : XC410/10 , XC22B .XC200NX hiển thị led , LXC9 , LT9 hiển thị LCD . 5
6. Mạch đếm sản phẩm dùng IC số - Sản phẩm của công ty Hoàng Quốc Tico 734 006 Timer Counter , nhưng không có tích hợp sensor hồng ngoại : 6
7. Mạch đếm sản phẩm dùng IC số IV. Lựa chọn đề tài : Đề tài đếm sản phẩm dùng tín hiệu hồng ngoại và IC số của nhóm sinh viên được thực hiện nhằm thử nghiệm tính chính xác và ổn định của IC số trong ứng dụng thực tiễn so với sản phẩm trên thị trường . Đề tài này được thực hiện với những linh kiện rời tạo thành các khối chức năng như : khối thu phát hồng ngoại , khối đếm sản phẩm & hiển thị số đếm , khối đặt trước số đếm & hiển thị , khối so sánh & báo hiệu khi tới số đếm đặt trước . Khối thu phát Khối đếm mã Hiển thị bằng Led 7 hồng ngoại BCD đoạn Khối so sánh Thực hiện so sánh và số đếm reset về 00 Khối thu phát hồng ngoại dùng tia hồng ngoại để phát hiện có sản phẩm đi qua , và khi đó cung cấp xung cho khối đếm lên . Và khối đếm thực hiện đếm lên mã BCD 4 bit bằng các IC đếm 74192 , cung cấp mã BCD cho khối hiển thị . Khối hiển thị giải mã BCD sang led 7 đoạn và hiển thị số sản phẩm đếm được . V.Giới hạn đề tài: - Board mạch lớn , nhiều linh kiện IC , phần cứng cố định . - Không có khả năng lập trình . - Muốn nâng cấp chức năng phải thiết kế lại phần cứng . 7
8. Mạch đếm sản phẩm dùng IC số Phần II: NỘI DUNG I .Giới thiệu : Mạch đếm sản phẩm cần có các khối nhận biết có sản phẩm đi qua cung cấp xung cho mạch đếm lên . Mạch thực hiện nhận biết sản phẩm bằng mạch thu phát hồng ngoại . Và để thực hiện chức năng reset về 00 cần có mạch so sánh . II.Giới thiệu linh kiện : 1.Led thu,phát hồng ngoại Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không nhìn thấy được bằng mắt thường có bước sóng từ 0.86µm đến 0.98µm. Có vận tốc bằng vận tốc ánh sáng. Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém. Phát có hướng, và chùm tia hẹp. Vì vậy khi thu phải đúng hướng. Vật liệu bán dẫn “trong suốt “ với ánh sáng hồng ngoại. Vì vậy ánh sáng hồng ngoại không bị suy yếu khi đi qua vật liệu bán dẫn. Led thu quang( photo diode), hoạt động ở chế độ phân cực nghịch, vỏ đi-ốt có 1 miếng thủy tinh để ánh sáng chiếu vào mối P-N (tia hồng ngoại), dòng điện ngược qua diode tỉ lệ thuận với cường độ ánh sáng chiếu vào diode. 8
9. Mạch đếm sản phẩm dùng IC số . 2.IC 74ls32 IC 74ls32 là IC cổng OR có trigger . IC này có 14 chân , trong đó chân 7 – GND ,14 –VCC. Có tất cả 4 cổng OR . Đường tín hiệu khi đi qua IC này sẽ bị đảo . 3 .IC 74ls00: IC 7400 là IC cổng NAND có trigger . IC này có 14 chân , trong đó chân 7 – GND ,14 –VCC. Có tất cả 4 cổng NAND 9
10. Mạch đếm sản phẩm dùng IC số . 4. IC LM358 Hoạt động như sau : + Chân 3 được phân áp nhờ 2 trở 10K , nếu dùng nguồn 5V thì điện áp tại chân 3 sẽ là 2.5V (người ta thường dùng mức này là mức chuẩn để so sánh ) , Nhưng nên thay trở 10K ở trên bằng 1 biến trở thì tốt hơn . Biến trở này có tác dụng thay đổi độ nhạy của LM358. + Chân 2 là chân có điện áp vào để so sánh Nếu điện áp tại chân 2 (V in) > điện áp tại chân 3 (V ref ) thì đầu ra tại chân 1 có mức logic 0 , và ngược lại Vin < Vref thì đầu ra có mức logic 1 Từ đó tín hiệu được phân biệt rõ mức 0 hay mức 1 để giúp transistor nhận biết được rõ ràng. 10
11. Mạch đếm sản phẩm dùng IC số . 5. IC 74192: Là IC thực hiện nhiệm vụ đếm lên/ xuống khi có xung tác động vào chân đếm UP /DOWN Bảng trạng thái bên dưới cho thấy IC đếm khi chân PL nối mức cao và MR nối mức thấp . 11
12. Mạch đếm sản phẩm dùng IC số . 6. IC giải mã 7 đoạn 74247 : IC này có 16 chân . Chân nguồn 8-GND , 16- Vcc. Để thực hiện chức năng giải mã mã BCD sang 7 đoạn thì phải kết nối chân LT với mức cao và chân RBO cũng nối mức cao . Để tắt số 0 ở LED 7 đoạn hàng chục khi mạch đang đếm chưa tới hàng chục thì IC giải mã hàng chục thì phải nối chân RBO của IC này với chân RBI của IC giải mã hàng đơn vị . 12
13. Mạch đếm sản phẩm dùng IC số . 7. LED 7 THANH III) Nguyên lý hoạt động Mạch đếm sản phẩm bao gồm các khối nhận biết sản phẩm bằng hồng ngoại , khối đếm và hiển thị số đếm ,khối so sánh và reset . Khối thu phát hồng ngoại sẽ luôn có tia hồng ngoại.Áp chân 2 > chân 3, đầu ra ở mức (- ), tran bị khóa,đầu ra ở mức cao.Khi có sản phẩm đi qua, tia hồng ngoại bị ngắt làm giảm áp chân 2, đầu ra tại cực C của tran ở mức thấp do tran thông. Tạo ra 1 xung, kích cho mạch đếm hoạt động. Xung vuông này tác động tới khối đếm , đặt trước đếm lên , và số đếm được hiển thị trên LED 7 đoạn . Khối so sánh va reset. Khi mạch đếm đến số đặt trước(ở đây la số 60) thì mạch sẽ reset về trạng thái ban đầu 00. 13
14. Mạch đếm sản phẩm dùng IC số . IV.Sơ đồ nguyên lý: 14
15. Mạch đếm sản phẩm dùng IC số . V. Sơ đồ các khối : Bao gồm các khối thu phát hồng hồng ngoại , khối đếm và hiển thị số đếm , khối so sánh và reset về 00. A.Khối thu phát hồng ngoại : VCC_ARROW VCC_ARROW R 6 R 3 R R R 5 U 6 A VCC_ARROW 8 3 + 1 R 4 D 1 D 2 R 2 R - LED LED 4 L M 3 5 8 Q 1 N P N B C E R 7 R C 2 C C 1 C Nhận biết sản phẩm đi qua bằng sóng hồng ngoại . Khi có sản phẩm đi qua thì sóng hồng ngoại bị ngắt ,tạo ra chênh lệch điện áp ngõ vào của IC LM358 .Bình thường điện áp chân 2 LM358 cao hơn chân 3 , áp ra chân 6 mang giá trị âm , khi có sản phẩm đi qua thì LED thu dẫn làm giảm áp chân 2 , áp ra chân 6 tăng lên giá trị dương , làm cho transistor C1815 dẫn tạo ra xung cấp cho mạch đếm. Tụ C1 102 có nhiệm vụ giảm bớt xung nhiễu của Led thu khi có sản phẩm đi qua . Tụ C2 lọc nhiễu một lần nữa , sau khi qua IC LM358. Transistor Q1 dùng loại npn như :C1815 hay A2222N đều được , nhưng dùng loại 2222N thì đảm bảo ổn định hơn . Điện trở R5,R6 dùng để chỉnh độ nhạy của Led thu hồng ngoại thông qua mức áp so sánh tại chân 2 của IC so sánh LM358 .Khi tăng giá trị R5 thì nâng áp chân 2 lên , vì vậy một sự thay đổi nhỏ của Led thu cũng sẽ được nhận biết , và làm thay đổi giá trị áp ra của IC LM358 .Như thế đã tạo ra xung vuông ở ngõ vào khối đếm. 15
16. Mạch đếm sản phẩm dùng IC số . B. Mạch đếm và hiển thị dùng IC 74LS192 & 74247: J 1 VCC_ARROW C O N 5 R 8 R VCC_ARROW VCC_ARROW 1 2 3 4 5 U 2 6 U 4 6 1 1 1 5 3 7 1 3 C P 0 Q 0 D 0 C A C 1 2 1 C 1 2 1 0 P 1 V Q 1 6 2 D 1 V B 1 1 9 P 2 Q 2 7 6 D 2 C 1 0 P 3 Q 3 D 3 D 9 4 1 3 3 E 1 5 VCC_ARROW 5 CLKD BO 1 2 5 LT F 1 4 CLKU CO RBI G D 1 4 N 4 D 5 4 3 2 1 CLR G BI/RBO 1 1 N LOADG J 3 VCC_ARROW 7 4 L8 S 2 4 7 VCC_ARROW C O N 5 7 4 L S8 1 9 2 J 2 R 9 VCC_ARROW VCC_ARROW C O N 5 1 2 3 4 5 R U 3 6 U 5 6 1 1 1 5 3 7 1 3 C P 0 Q 0 D 0 C A C 1 2 1 C 1 2 1 0 P 1 V Q 1 6 2 D 1 V B 1 1 9 P 2 Q 2 7 6 D 2 C 1 0 P 3 Q 3 D 3 D 9 4 1 3 3 E 1 5 VCC_ARROW 5 CLKD BO 1 2 5 LT F 1 4 CLKU CO RBI G D 1 4 N 4 D 5 4 3 2 1 CLR G BI/RBO 1 1 N LOADG 7 4 L8 S 2 4 7 7 4 L S8 1 9 2 J 4 C O N 5 Khối đếm nhận xung đếm từ mạch thu phát hồng ngoại , và chuyển xung đó thành xung đếm lên cho mạch đếm. Mạch đếm dùng IC 74192 với chân vào Up được kích mức cao , để thực hiện đếm lên theo mã BCD . Mã BCD tạo được giải mã qua IC 74247 để giải mã sang LED 7 đoạn , Anode chung , hiển thị số đếm thập phân 2 chữ số . Để tạo ra độ chính xác cho số đếm thì số đếm ban đầu được reset về 0 nhờ nút nhấn Reset ở chân 14 .Đây là công tắc thường đóng, chân 14 nối mass, mạch hoạt động đếm. Khi công tắc nhấn 1 lần thì ngắt chân 14 khỏi mass, mạch tự động reset về 00, và đếm lại từ đầu. 16
17. Mạch đếm sản phẩm dùng IC số . C.Khối so sánh và reset U 2 6 U 8 A 1 1 5 3 1 P 0 C Q 0 1 C 2 3 1 0 P 1 V Q 1 6 2 9 P 2 Q 2 7 P 3 Q 3 4 1 3 7 4 L S 0 0 5 CLKD BO 1 2 CLKU CO 1 4 U 9 A CLR D 1 1 N LOADG 1 3 7 4 L S8 1 9 2 2 7 4 L S 3 2 U 3 6 U 7 A 1 1 5 3 P 0 C Q 0 1 1 C 2 3 P 1 V Q 1 1 0 6 2 9 P 2 Q 2 7 P 3 Q 3 4 1 3 7 4 L S 0 0 VCC_ARROW 5 CLKD BO 1 2 CLKU CO 1 4 CLR D 1 1 N LOADG S W 1 7 4 L S8 1 9 2 SW_PB_SPST Khối so sánh gồm 2 IC: 74ls00 ( IC cổng Nand) và 74ls32 (IC cổng Or) Thực hiện so sánh: 6=0110 1=0001 0ab0 000c Chân 11 thực hiện chức năng thiết lập đầu vào thông qua 4 chân: 15-1-10-9.Tổ hợp đầu vào là: 0000 Chân 11 tích cực mức thấp: Khi mạch đếm tới giá trị 61 thì chân 11 ở mức logic 0 và mạch reset về 00. 17
18. Mạch đếm sản phẩm dùng IC số PHẦN III Kết luận Sau hơn hai tuần thực hiện , nhóm sinh viên thực hiện đề tài “ Mạch đếm sản phẩm từ 1 đến 60 sử dụng IC 74192 ” rất cảm ơn sự hướng dẫn thực hiện đề tài của cô Tâm. Với những kiến thức kỹ thuật số , và sử dụng IC số cùng với nguyên lý thu phát hồng ngoại , nhóm sinh viên đã hoàn thành đề tài “ Mạch đếm sản phẩm sử dụng IC số ”, nhưng vẫn còn có những sai sót trong vấn đề chống nhiễu cho mạch đếm. Với sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn nhóm sinh viên đã giải quyết được vấn đề này . Nhưng vẫn còn vấn đề cần giải quyết là tính ổn định của mạch đếm sau khoảng thời gian dài . 1. Ưu điểm và Khuyết điểm của mạch 1.1 Ưu điểm Mạch đếm sản phẩm có ưu điểm là đơn giản, gọn nhẹ hoạt động ổn định,dễ lắp đặt và sửa chữa. Mạch thực hiện đếm số lượng sản phẩm từ dây chuyền sản xuất một cách chính xác, thay thế cho việc đếm sản phẩm của công nhân tiết kiệm sức lao động. hoạt động với dòng điện một chiều 5V nên tiết kiệm được năng lượng. 1.2 Khuyết điểm Bên cạnh những ưu điểm về mạch đến sản phẩm còn mắc những khuyết điểm sau: khoảng cách giữa LED thu và LED phát không quá xa. Mặt khác, khi 2 sản phẩm đứng gần nhau thì mạch chỉ đếm một sản phẩm, kết quả đếm không chính xác. Chính vì vậy, mạch đếm sản phẩm yêu cầu giữa 2 sản phẩm phải có một khoảng cách nhất định. 2.Mở rộng đề tài Với đề tài “ Mạch đếm 60 sản phẩm dùng IC 74ls192” mạch chỉ giới hạn ở 60 sản phẩm, không có sự linh hoạt số sản phẩm đếm. Có thể mở rộng đề tài, bằng việc thêm một bộ đặt trước số đếm, và hiển thị số đếm đặt trước thì đề tài sẽ được tổng quát thành “ Mạch đếm sản phẩm dùng IC 74ls192”. 18
19. Mạch đếm sản phẩm dùng IC số . 2.1 Sơ đồ khối: Khối thu phát Khối đếm mã Hiển thị bằng Led 7 hồng ngoại BCD đoạn Khối đặt trước Khối so sánh Thực hiện reset về 00 số đếm số đếm 2.2 Giới thiệu linh kiện : 2.2.1.IC 7414: IC 7414 là IC cổng NOT có trigger . IC này có 14 chân , trong đó chân 7 – GND ,14 –VCC. Có tất cả 6 cổng NOT . Đường tín hiệu khi đi qua IC này sẽ bị đảo . Dùng IC này để thực hiện trả lại mã BCD đúng sau khi ra khỏi IC giải mã ưu tiên 74147 ( thập phân sang BCD) . Mức điện áp sử dụng và khoảng nhiệt độ hoạt động cho ở bảng dưới. 19
20. Mạch đếm sản phẩm dùng IC số 2.2.2.IC 74112: Sơ đồ chân và bảng trạng thái cho ở hình bên dưới. IC 74112 có chức năng đếm 2 bit . Như vậy khi có xung clock thì ngõ ra Q thay đổi trạng thái .Vì vậy có thể áp dụng , mỗi khi có nút nhấn thì Q đổi trạng thái , chỉ kích cho một thanh ghi dịch làm việc. 2.2.3. IC 74133: Là IC 13 inputs NAND ,1 ngõ ra .IC 74133 được dùng để nhận biết có nút nhấn .Khi có bất kì nút nào được nhấn thì ngõ ra nảy trạng thái lên 1 . 20
21. Mạch đếm sản phẩm dùng IC số . 2.2.4.IC 74147: Là IC thực hiện chức năng giải mã ưu tiên từ nút nhấn thập phân sang mã BCD tương ứng , nhưng đã bị đảo . Theo như bảng chân thật phía dưới : 2.2.5.IC 74194: Sơ đồ chân và bảng trạng thái cho ở hình bên dưới . IC này có 16 chân , với 2 chân nguồn : 7-GND 16-Vcc . Mạch đếm sản phẩm dùng IC số . 21
22. Dựa trên bảng sự thật thì IC này thực hiện chức năng dịch 4 bit ngõ vào sang 4 bit ngõ ra và có thể chốt mức ra. Như vậy có thể dùng nó để dịch mã BCD sau giải mã để lưu mã BCD sau khi có nút nhấn tác động . Vì vậy ta chỉ thực hiện chức năng dịch song song của IC này . Chân MR , S0 và S1 nối với mức cao để thực hiện chức năng này . 2.3 Sơ đồ nguyên lý và nguyên tắc hoạt động Việc thực hiện hiển thị số đặt trước phải dùng IC 74133 nhận biết số lần nút nhấn để cho ra hiển thị hàng đơn vị , hàng chục . IC 74133 tạo ra xung nảy cho phép IC đếm 74122 tạo ra mă nhị phân 2 bit cho phép thanh ghi 74194 để ghi dịch cho Ic giải mă 7 đoạn 74247. Dùng 10 nut nhấn để đặt trước số đếm thập phân thông qua IC 74147 giải mã số thập phân sang mã BCD . Vì IC74133 là IC giải mã ưu tiên nên chỉ nhận số đếm lớn nhất khi nhấn đồng thời các nút nhấn . V à ngõ ra bị đảo nên phải dùng cổng đảo IC 7414. Và ngõ ra BCD này được đưa qua 2 thanh ghi dịch 74194 để lựa chọn cho hàng đơn vị , hàng chục .Việc nhận biết số thập phân hàng chục hay đơn vị được thực hiện thông qua số lần nhấn . Việc nhận biết số lần nhấn nhờ IC 74133 , cổng NAND 13 input , và IC 74112 . Khi nhấn lần 1 ngõ ra 74133 lên 1 rồi về 0 tạo xung ↑ đếm cho 74112 . Ngõ ra Q của 74112 kích thanh ghi U3 , 74194 , dịch mã BCD đơn vị , thanh ghi U4 không hoạt động . Nhấn lần 2 thì cổng Q- lên 1 rồi về không tạo xung ↑ đếm cho thanh ghi dịch U4 hoạt động , dịch mã BCD hàng chục cho Led hiển thị . Mạch đếm sản phẩm dùng IC số . 22
23. Tài liệu tham khảo : 1- Giáo trình kỹ thuật số - ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT 2- Sơ Đồ Chân Linh Kiện Bán Dẫn -Dương Minh Trí - Nxb Trẻ. 3- Website: dientuvietnam.net 23