Đề tài Mạch điện tử đếm sản phẩm

NHAÄN XEÙT CUÛA GIAÙO VIEÂN HÖÔÙNG DAÃN -- NGAØY……THAÙNG……NAÊM 2009 CHÖÕ KYÙ CUÛA GVHD: NHAÄN XEÙT CUÛA HOÄI ÑOÀNG CHAÁM ÑIEÅM NGAØY …… THAÙNG ……NAÊM 2009 CHÖÕ KYÙ CUÛA GVPB: Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số đã trở thành quen thuộc với nhiều người, bởi vì sự phát triển của ngành kỹ thuật số này đã có ảnh hưởng rất lớn đến ngành kinh tế toàn cầu. Có người đã nêu lên ý tưởng gọi nền kinh tế của thời đại chúng ta là “ nền kinh tế kỹ thuật số “, “số hóa” đã gần như vượt khỏi ranh giới của một thuật ngữ kỹ thuật . Nhờ có ưu điểm của xử lý số như độ tin cậy trong truyền dẫn, tính đa thích nghi và kinh tế của nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi trong điều khiển và khai thác mạng. Số hóa đang là xu hướng phát triển tất yếu của nhiều lĩnh vực kỹ thuật và kinh tế khác nhau. Không chỉ trong lĩnh vục thông tin liên lạc và tin học. Ngày nay, kỹ thật số đã và đang thâm nhập mạnh mẽ vào Kỹ thuật điện tử, Điều khiển tự động, phát thanh truyền hình, y tế, nông nghiệp…và ngay cả trong các dụng cụ sinh hoạt gia đình. Ngay từ những ngày đầu khai sinh, kỹ thuật số nói riêng và ngành điện tử nói chung đã tạo ra nhiều bước đột phá mới mẽ cho các ngàng kinh tế khác và còn đảm bảo được yêu cầu của người dùng cả về chất lượng và dịch vụ. Đồng thời kiến thức về kỹ thuật số là không thể thiếu đối với mỗi sinh viên, nhất là sinh viên điện tử. Công nghệ kĩ thuật số có nhiều ứng dụng rộng rãi trong thực tế, với nhiều những ứng dụng rất tiện ích sử dụng trong kĩ thuật, trong dời sống, trong công nghiệp ở các nhà máy và xí nghiệp sản xuất… và cả những tiện nghi trong ngôi nhà của chúng ta. Một trong những ứng dụng tiện ích của kĩ thuật số đó là chức năng đếm với các mạch đếm như đếm sản phẩm, đếm số người vào phòng, thang máy hay đếm xe ra vào cổng… đó đều là những ứng dụng rất thực tế. Và trong bài đồ án này em đã được nghiên cứu về mạch đếm sản phẩm và cụ thể ở đây là mạch đếm số chai và số két bia và nước ngọt. Bài báo cáo này đuợc tìm kiếm từ nhiều nguồn khác nhau như: sách báo ,internet… Và do kiến thức còn hạn hẹp, nên trong quá trình thực hiện đồ án em không thể tránh khỏi sai sót và đề tài chưa đựơc phát triển một cách hoàn hảo, mong quý thầy cô trong hội đồng khảo thí bỏ qua và có hướng giúp đỡ để em có thể hoàn chỉnh kiến thức của mình . Em xin chân thành cảm ơn..! I-Giới Thiệu Một Số Linh Kiện 1-Transistor: A1015 là Transistor BJT gồm ba miền tạo bởi hai tiếp giáp p–n, trong đó miền giữa là bán dẫn loại n. Miền có mật độ tạp chất cao nhất, kí hiệu p+ là miền phát (emitter). Miền có mật độ tạp chất thấp hơn, kí hiệu p, gọi là miền thu (collecter). Miền giữa có mật độ tạp chất rất thấp, kí hiệu n, 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. 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. 2-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. R =ρℓ/S Trong đó ρ là điện trở suất của vật liệu S là thiết diện của dây. ℓ là chiều dài của dây. Điện trở là đại lượng vật lí đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của một vật thể dẫn điện. Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó: Trong đó: U : là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn (V). I : là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ămpe (A). R : là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω). Ký hiệu: Ứng dụng: Điện trở được dùng để chế tạo ra dịch mức điện áp giữa hai điểm khác nhau của mạch. 3-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. Công thức tính điện dung của tụ: C = ε.S/d ε là hằng số điện môi S là điện tích bề mặt tụ m2 d là bề giày chất điện môi Tụ điện phẳng gồm hai bàn phẳng kim loại diện tích đặt song song và cách nhau một khoảng d. Cường độ điện trường bên trong tụ có trị số E = = 8.86.10-12 C2/ N.m2 là hằng số điện môi của chân không. là hằng số điện môi tương đối của môi trường; đối với chân không = 1, giấy tẩm dầu = 3,6, gốm = 5,5; mica = 4 5 4 -Diode: Diode được cấu tạo gồm hai lớp bán dẫn p-n được ghép với nhau. Diode chỉ hoaït động dẫn dòng điện từ cực anot sang catot khi áp trên hai chân được phân cực thuận (VP>VN) và lớn hơn điện áp ngưỡng. Khi phân cực ngược (VP<VN) thì Diode không dẫn điện. Là diode thông dụng nhất, dùng để đổi điện xoay chiều – thường là điện thế 50Hz đến 60Hz sang điện thế một chiều. Diode này tùy loại có thể chịu đựng được dòng từ vài trăm mA đến loại công suất cao có thể chịu được đến vài trăm ampere. Diode chỉnh lưu chủ yếu là loại Si. Hai đặc tính kỹ thuật cơ bản của Diode chỉnh lưu là dòng thuận tối đa và đi ngược tối đa (Điện áp sụp đổ). Hai đặc tính này do nhà sản xuất cho biết. 5- Led: Led laø moät daïng diode phaùt quang, khi phaân cöïc thuaän thì led phaùt saùng, phaân cöïc nghòch thì khoâng phaùt saùng. Kyù hieäu: 6- Led 7 ñoạn: Laø 7 con led saép xeáp laïi theo hình maãu. Moät chaân cuûa caùc con led ñöôïc noái chung vôùi nhau (Anod chung hoaëc Katod chung), caùc chaân con laïi ñöôïc ñöa ra ngoaøi ñeå phaân cöïc caùc con led. Đây là lọai đèn dùng hiển thị các số từ 0 đến 9, đèn gồm 7 đọan a, b, c, d, e, f, g, bên dưới mỗi đọan là một led (đèn nhỏ) hoặc một nhóm led mắc song song (đèn lớn).Qui ước các đọan cho bởi: Khi một tổ hợp các đọan cháy sáng sẽ tạo được một con số thập phân từ 0 - 9. Led 7 đoạn có hai loại là loại anot chung và catot chung: LED anot chung LED catot chung Đối với led 7 đoạn ta phải tính toán sao cho mỗi đoạn của led 7 đoạn có dòng điện từ 10....20mA. Với điện áp 5V thì điện trở cần dùng là 270Ω; công suất là 1,4 Watt Bảng giá trị Led 7 Đoạn 7-IC LM555 Sơ đồ chân và cấu trúc Vi mạch 555 được chế tạo thông dụng nhất là dạng vỏ Plastic 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 ( thềm- ngưỡng ) Chân 7: Dirchage ( xả điện ) Chân 8: +Vcc ( nguồn dương) Bên trong vi mạch 555 có hơn 20 Transistor và nhiều điện trở thực hiện chức năng như hình 2 gồm có: Hình 2 : Cấu trúc bên trong LM555 Cầu phân áp gồm có 3 điện trở 5KΩ nối từ nguồn +Vcc xuống mass cho ra 2 điện áp thế chuẩn là 1/3 Vcc và 2/3 Vcc. OP- AMP (1) là mạch khuếch đại so sánh có ngõ so sánh có ngõ nhận điện áp chuẩn 2/3 Vcc, còn ngõ thì nối ra ngoài chân 6. Tùy thuộc điện áp của chân 6 so với điện áp chuẩn 2/3 Vcc mà OP – AMP (1) có điện áp mức cao hay thấp để làm tín hiệu R (reset), điều khiển Flip-Flop (F/F). OP-AMP (2) là mạch khuếch đại so sánh có ngõ nhận điện áp chuẩn 1/3 Vcc, còn ngõ thì nối ra ngoài chân 2. Tùy thuộc điện áp chân 2 so với điện áp chuẩn 1/3 Vcc mà op-amp (2) có áp thế ra mức cao hay mức thấp để làm tín hiệu S (Set), điều khiển Flip-Flop (F/F). Mạch Flip-Flop (F/F) là loại mạch lưỡng ổn kích một bên. Khi chân Set (S) có điện áp cao thì điện áp này kích đổi trạng thái của F/F là ngõ Q lên mức cao và ngõ xuống mức thấp. Khi ngõ Set đang ở mức cao xuống thấp thì mạch F/F không đổi trạng thái. Khi chân Reset (R) có điện áp cao,thì điện áp này kích đổi trạng thái F/F không đổi trạng thái. Khi chân Reset (R) có điện áp cao thì điện áp này kích đổi trạng thái của F/F làm ngõ ra lên cao và ngõ Q xuống mức thấp. Khi ngõ Reset đang ở mức cao xuống mức thấp thì mạch F/F không đổi trạng thái. Mạch output là mạch khuếch đại ngõ ra để tăng độ khuếch đại dòng cấp cho tải. Đây là mạch khuếch đại đảo, có ngõ vào là chân của F/F, nên khi ở mức cao thì ngõ ra chân 3 của IC sẽ có điện áp thấp (≈ 0V) và ngược lại, khi ở mức thấp thì ngõ ra chân 3 của IC sẽ có điện áp cao (≈ Vcc). Transistor T1 có chân E nối vào điện áp chuẩn khoảng 1,4 V, là loại Transistor PNP. Khi cực B nối ra ngoài bởi chân 4, có điện áp cao hơn 1.4V, thì T1 ngưng dẫn, nên T1 không ảnh hưởng đếm hoạt động của mạch. Khi chân 4 có điện trở trị số nhỏ thích hợp nối mass thì T1 dẫn bão hòa, đồng thời cũng làm mạch OUTPUT dẫn bão hòa, và ngõ ra xuống thấp. Chân 4 được gọi là chân Reset có nghĩa là nó Reset IC 555 bất chấp tình trạng ở các ngõ vào khác. Do đó, chân Reset dùng để kết thúc xung ra sớm khi cần. Nếu không dùng chức năng Reset thì nối chân 4 lên Vcc để tránh mạch bị Reset do nhiễu. Transistor T2 là Transistor có cực C để hở, nối ra chân 7 ( Discharge = xả ). Do cực B được phân cực bởi mức điện áp ra của F/F, nên khi ở mức cao thì T2 bão hòa và cực C của T2 coi như nối mass. Lúc đó, ngõ ra chân 3 cũng ở mức thấp. Khi ở mức thấp thì T2 ngưng dẫn cực C của T2 bị hở, lúc đó, ngõ ra chân 3 có điện áp cao. Theo nguyên l‎y trên, cực C của T2 ra chân 7 có thể làm ngõ ra phụ có mức điện áp giống mức điện áp của ngõ ra chân 4.‎ 8-IC đếm 4510. Hình dáng và sơ đồ chân. Chân 1(PE): chaân naïp giaù trò. Khi PE = 0:ñeám töø 0 ñeán 9 Khi PE = 1: naïp giaù trò(A0, A1, A2, A3) ñeå ñeám tieáp. Chaân 2, 6, 11, 14( Q0, Q1, Q2, Q3):ngoõ ra ñeå ñöa ñeán maïch giaûi maõ. Chaân 3, 4, 12, 13: caùc giaù trò naïp A0, A1, A2, A3. Chaân 5(CE): cho pheùp ñeám. Möùc 0 : ñeám. Möùc 1 : bò khoùa. Chaân 7(CT): chaân baùo keát thuùc ñeám. Khi ñeám töø 0 ñeán 9 thì CT = 0. Khi ñeám töø 9 veà 0 thì CT = 1. Chaân 8: noái mass. Chaân 9: chaân reset. Chaân 10: cho pheùp ñeám leân hoaëc ñeám xuoáng. Trong maïch ta söû duïng ñeám leân neân chaân U/D noái nguoàn. Chaân 15(CLK): ngoõ vaøo xung. Chaân 16: noái VCC. Baûng traïng thaùi cuûa IC 4510. pulses output A0 output A1 output A2 output A3 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 10 0 0 0 0 11 0 0 0 1 : : : : : 9-IC giải mã CD4543 DA to DD :dữ liệu lối vào PH : chân phase BI : chân xóa LD : chân chốt OA to OG : lối ra 10-IC cổng 4081 A B A.B 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 II- Nguyên lý hoạt động: KHỐI NGUỒN KHỐI HỒNG NGOẠI KHỐI ĐIỀU KHIỂN XUNG KHỐI ĐẾM KHỐI GIẢI MÃ KHỐI HIỂN THỊ 1-Sơ đồ khối: 2-Chức năng và nhiệm vụ từng khối 2.1 Khối nguồn Tạo ra dòng điện ổn định cung cấp cho toàn mạch. Trong mạch sử dụng nguồn 5V nên ta dùng IC ổn áp 7805. 2. 2-Khối hồng ngoại Dùng để tạo ra xung clock có tần số với độ ổn định cấp cho khối điều khiển. Trong mạch ta sử dụng bộ so sáng LM567 để tránh bị nhiễu tần số. 2.3-Khối điều khiển xung: Nhận xung clock từ khối hồng ngoại để điều khiển xung chuẩn cho khối đếm. 2.4- Khối đếm : Nhận xung từ khối điều khiển để đếm, đồng thời xuất ra giá trị BCD chuyển đến khối giải mã. 2.2 Khối giải mã: Nhận giá trị BCD từ khối đếm và chuyển đổi thành giá trị Led 7 đoạn chuyển đến khối hiện thị 2.6 Khối hiển thị: Khối hiển thị nhận giá trị BCD từ khối giải mã vầ xuất ra LED 3/Sơ đồ nguyên lý tổng hợp: 4-Nguyên lý hoạt động toàn mạch Đây là mạch đếm sản phẩm sử dụng IC đếm CD4510 và IC giải mã CD4543. Ứng dụng của mạch có thể đếm số chai và số két nước ngọt (két 24 chai) và số chai,số két bia (két 20 chai. Ở phần hông ngoại và điều khiển xung của mạch sử dụng bộ so sánh tần số dùng IC LM567 và IC LM555 làm mạch mono stape. Hai ngõ vào so sánh tần số là chân 3 và chân 5 của LM567. trong bộ so sánh này chân 5 là tần số chuẩn do R4 và C3 Tạo ra f=R4.C3,chân 3 là tần số ngõ vaò IC. Nếu tần số ngõ vàoở chân 3 bằng tần số so sánh ở chân 5 thì ngõ ra ở chân số 8 của LM567 ở mức 0 và ngược lại tần số hai ngõ vào khác nhau thì ở ngõ ra của LM567 cho ra mức 1 tạo thành xung clock di vào mạch giải mã. Để có xung ở ngõ vào chân 3 cùng tần số với xung chuẩn ta sử dụng xung chuẩn của LM567 qua C1815 cấp xung cho Led phát hồng ngoại và khi Led thu thu được tín hiệu hồng ngoại cho ra một xung có cùng tần số chuẩn đi qua Opamp LM741 khuếch đại biên độ và đưa vào bộ so sánh. Và cư như vậy khi co sản phẩm đi qua giữa Led phát và Led thu thi cho ra một xung Clock ở chân số 8 của LM567 qua LM555 và cấp xung cho mạch đếm. Từ mạch tạo xung tạo thành xung clock cấp cho CD4510, cứ mỗi một xung thì CD4510 ở hàng đơn vịsẽ đếm lên một số cho đến khi đếm tới 9 thì Q của CD4510 ở mức cao khi có một xung kế tiếp thì nó sẽ nhảy lên số 0, khi Q3 ở mức thấp nó sẽ kích qua chân số 5 của 4510 hàng chục và IC này bắt đầu đếm. Để hiển thị cho chúng ta cần phải đi qua IC 4543 là IC giải mã ( từ mã BCD sang số nhị phân) và hiển thị qua Led 7 đoạn. Để đếm được 24 chai nước ngọt và đếm được số két bia, ta sẽ lấy xung kích từ chân Q3 của 4510 đơn vị đưa qua một chân của cổng AND 4081, chân Q2 của 4510 ta sẽ đưa qua chân còn lại của cổng AND 4081. Khi hai chân của 4081 đồng thời ở mức cao thì lối ra ở mức cao thì khi đó nó sẽ kích qua chân 15 của 4510 đếm số két và sau đó 4510 đếm số chai sẽ Reset về mức 0. Cứ như thế, nó sẽ đếm từ 0 đến 24 thì bên kia nhảy lên 1 mức. Tương tự để đếm được 20 chai bia, chân Q2 của 4510 hàng chục sẽ được câu qua 2 chân của cổng AND 4081 tương đương như một cổng AND. Khi Q2 ở mức cao thì nó sẽ kích qua chân 15 của 4510 đếm két đồng thời reset về 0. Cứ như thế, nó sẽ đếm từ 0 đến 20 thì bên kia nhảy lên 1 mức. 5-Ưu khuyết điểm của mạch: Ưu điểm của mạch: Mạch gọn dễ lắp ráp, ít linh kiện và chỉ sử dụng các IC số đơn giản đã rất thong dụng trong bộ môn điện tử số nên dễ dàng cho sinh viên có thể làm và tìm hiểu nguyên lý hoạt động của mạch. Khuyết điểm và những hạn chế của mạch và đề tài: Mạch chưa được phát triển đầy đủ và chức năng chưa hoàn thiện để sử dụng vào các mục đích cần thiết. Mạch tín hiệu số dễ bị nhiễu nên khi thiết kế mạch in cần phải chú ý chống nhiễu. Ñoà aùn 1 laø moät baøi taäp lôùn, moät thöû thaùch ñoái vôùi sinh vieân, tuy nhieân vôùi ñoà aùn 1 giuùp cho sinh vieân vaän duïng moät caùch cuï theå kieán thöùc cuûa mình ñaõ hoc moät caùch saùng taïo vaø laøm quen daàn vôùi caùch hoïc töï nghieân cöùu, hoïc taäp vaø laøm vieäc vôùi nhoùm ñeå nghieân cöùu vaø thöïc hieän ñoà aùn moät caùch toát nhaát. Hôn theá nöõa, ñoà aùn 1 coøn giuùp sinh vieân quen daàn vôùi caùch laøm caùc ñoà aùn toát nghieäp sau naøy. Xin chaân thaønh caûm ôn söï nhaän xeùt ñaùnh giaù cuûa caùc thaày coâ vaø söï höôùng daãn taän tình cuûa coâ Nguyeãn Thò Hoàng Haø! 1. Giáo trình điện tử số ĐHCN TPHCM 2. Kĩ thuật số thực hành - Huỳnh Đắc Thắng (NXB Khoa học Kĩ thuật) 3. www.google.com.vn 4. www.ant7.com 5. www.dientuvietnam.com 6. www.hiendaihoa.com 7.Những bộ cảm biến và thiết bị đo- PGS.TS Đinh Sỹ Hiền. 8. Giáo trình Vi Xử Lý – ĐHCNTPHCM