Đồ án Mạch mở đèn đường dùng vi xử lý

PHẦN I . PHẦN LÍ THUYẾT LIÊN QUAN Có rất nhiều linh kiện điện tử, nhưng mạch nhóm em có những linh kiện dưới đây. I. ĐIỆN TRỞ Điện trở gồm có: R = 100K, R = 4.7K, R = 2.2K, R = 33K, R =1K, R = 10K, quang trở, biến trở 10k. 1. Hình dạng, ký hiệu và đơn vị 1.1. Hình dạng điện trở 1.2. Ký hiệu điện trở   1.3. Đơn vị điện trở Đơn vị: Ohm (W) 1KW = 103W 1MW = 103KW 2. Cách đọc trị số điện trở - Điện trở 4 vòng màu - Vòng A, B chỉ trị số tương ứng với màu. - Vòng C chỉ hệ số nhân. - Vòng D chỉ sai số. Màu Vòng A, B Vòng C Vòng D ĐenNâuĐỏCamVàngLụcLamTímXámTrắng Vàng nhũBạcMàu thân điện trở 0123 45 6789......................................................................……………….... x100 = x1x101 = x10x102 = x100x103 = x1000x104 = x10000x105 = x100000x106 = x1000000x107 = x10000000x108 = x100000000 x109 = x1.000000000x10-1= x0,1x10-2= x0, 01……………………............................... ………+ 1%+ 2%+ 3%...........………………………………………+ 5%+ 10%+ 20% 3. Chức năng Điện trở là một linh kiện có tính cản trở dòng điện, hạn dòng cho led và làm một số chức năng khác tuỳ vào vị trí của điện trở trong mạch điện 4. Biến trở Biến trở là một loại điện trở được sử dụng khi thường xuyên thay đổi trị số - hình dạng của biến trở 5. Quang trở Quang trở là một loại điện trở mà trị số của nó phụ thuộc vào ánh sáng chiếu vào nó, khi ánh sáng chiếu với cường độ càng lớn thì giá trị điện trở của nó càng nhỏ, ngược lại khi ánh không chiếu vào nó thì điện trở của nó ở ¥ lớn. - Hình dạng quang trở II. TỤ ĐIỆN Tụ điện gồm có: tụ 33mF 25V, tụ 10m 50V. 1. Cấu tạo Tụ điện được cấu tạo gồm hai bản phẳng bằng chất dẫn điện gọi là hai bản cực đặt song song với nhau. Ở giữa là chất điện môi cách điện 2. Hình dạng, ký hiệu và đơn vị 2.1. Hình dạng tụ điện 2.2. Ký hiệu tụ điện 2.3. Đơn vị tụ điện - Thường dùng các ước số của Farad: Microfarad: 1mF = 10-6F Nanofarad: 1nF =10-9F Picofarad: 1pF =10-12F Femptofarad: 1fF =10-15F 3. Sự dẫn điện của tụ Xét mạch điện như hình vẽ, khi đóng khoá K ta thấy đèn sáng lên rồi tắt Khi mới vừa đóng khoá K tức thời điện tử từ cực âm của nguồn điện đến bản cực bên phải, đồng thời điện tử từ bản cực bên trái đến cực dương nguồn. Như vậy sự di chuyển điện tử trên tạo ra dòng điện qua đèn làm đèn sáng. Sau đó xảy ra sự cân bằng điện tử giữa nguồn và tụ điện, nghĩa là không có sự duy chuyển điện tử làm đèn tắt, lúc này hiệu điện thế giữa hai đầu bản cực tụ điện bằng điện thế nguồn. Nếu nguồn là xoay chiều, cực tính của nguồn biến thiên liên tục làm đèn sáng liên tục. III. DIODE Sử dụng DIODE 1N4007. 1.Cấu tạo DIODE là dụng cụ bán dẫn có một lớp tiếp xúc P-N. Bên ngoài có bọc bởi lớp plastic. Hai đầu của mẫu bán dẫn có tráng kim loại nhôm để nối dây ra  2. Hình dạng, ký hiệu DIODE 2.1. Hình dạng DIODE 2.2. ký hiệu DIODE 3. Nguyên lý hoạt động 3.1. Phân cực thuận Phân cực thuận diode: Cực dương của nguồn nối với A, cực âm của nguồn nối với K. Điện tích âm của nguồn đẩy điện tử trong N về lớp tiếp xúc. Điện tích dương của nguồn đẩy lổ trống trong P về lớp tiếp xúc, làm cho vùng khiếm khuyết càng hẹp lại. Khi lực đẩy đủ lớn thì điện tử từ vùng N qua lớp tiếp xúc, sang vùng P và đến cực dương của nguồn…Hình thành một dòng điện có chiều từ P sang N.  3.2. Phân cực nghịch Phân cực nghịch diode: Ta nối cực dương của nguồn với K, cực âm nối với A. Điện tích âm của nguồn sẽ hút lổ trống của vùng p, điện tích dương của nguồn sẽ hút điện tử của vùng N, làm cho điện tử và lổ trống hai bên mối nối càng xa nhau hơn, vùng khiếm khuyết càng rộng ra nên hiện tượng tái hợp giữa điện tử và lổ trống càng khó khăn hơn. Như vậy sẽ không có dòng điện qua diode. Tuy nhiên cũng có một số rất ít điện tử và lổ trống tái hợp ở vùng tiếp giáp tao ra một dòng điện nhỏ đi từ N qua P gọi là dòng nghịch (dòng rỉ). Dòng này rất nhỏ cở vài nA. Nhiều trường hợp qua như diode không dẫn điện khi phân cực nghịch. Tăng điện áp phân cực nghịch lên thì dòng xem như không đổi, tăng quá mức thì diode hư (bị đánh thủng). IV. TRANSISTOR TRANSISTOR gồm có: C1815, A1015 1. Cấu tạo Transistor lưỡng nối là một linh kiện bán dẫn được tạo thành từ hai mối nối P – N, nhưng có một vùng chung gọi là vùng nền. Tuỳ theo sự sắp xếp các vùng bán dẫn mà ta có hai loại BJT:NPN,PNP. Ba vùng bán dẫn được tiếp xúc kim loại nối dây ra thành ba cực: Cực nền: B (Base) Cực thu: C (Collector) Cực phát: E (Emitter) Trong thực tế, vùng nền rất hẹp so với hai vùng kia. Vùng thu C và vùng phát F tuy có cùng chất bán dẫn nhưng khác nhau về kích thước và nồng độ tạp chất nên chúng ta không thể hoán đổi vị trí cho nhau. Hình dạng, ký hiệu TRANSISTOR Hình dạng TRANSISTOR (A1015) (C1815) Ký hiệu TRANSISTOR 3.Nguyên lý hoạt động Mối nối P-N giữa cực nền và cực phát được phân cực thuận bởi nguồn Vee. Mối nối P-N giữa nền và thu được phân cực nghịch bởi nguồn Vcc Điện tử từ cực âm của nguồn Vee di chuyển vào vùng phát qua vùng nền, nên đáng lẻ trở về cực dương của nguồn Vee nhưng vì: + Vùng nền rất hẹp so với hai vùng kia + Nguồn Vcc >> Vee cho nên đa số điện tử bị hấp dẫn về nó. Do đó, số lượng điện tử từ vùng nền vào vùng tới cực dương của nguồn Vcc rất nhiều so với số lượng điện tử từ vùng nền tới cực dương của nguồn Vee. Sự dịch chuyển của điện tử tạo thành dòng điện Dòng đi vào cực B gọi là dòng IB Dòng đi vào cực C gọi là dòng IC Dòng từ cực E ra gọi là dòng IE Ta có công thức : IE = IB + IC IC = aIE (hệ số a gần bằng một) Nên: IC » IE IC = bIB b được gọi là hệ số khuếch đại dòng. V. LED LED gồm có led 3ly và 5ly. 1. cấu tạo LED được làm từ một miếng tinh thể cực mỏng. vỏ bao bọc chất bán dẫn được làm trong suốt. Hai chân bọc chì được kéo đưa ra khỏi lớp bao bọc epoxy. Chất bán dẫn có hai cực P và N được chia bởi một mối nối. Cực P mang điện tích dương, cực N mang điện tích âm. Hình dạng, ký hiệu 2.1 Hình dạng 2.2 ký hiệu VI. SỐ ĐẾM VÀ MÃ NHỊ PHÂN Số đếm Có nhiều hệ thống số đếm như: hệ thống số nhị phân, bát phân, thập phân, thập lục phân nhưng chủ yếu đều qui về số nhị phân. 1.1 Số nhị phân Ký tự số: 0, 1Cơ số : 2 ví dụ: 11,101[2] = 1.21 + 1.20 + 1.2-1 + 0.2-2 + 1.2-3 = 3,625[10] Mỗi con số trong số nhị phân (0 hoăc 1) được gọi là một bít1.2 Bát phân Ký tự số: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7Cơ số : 8 ví dụ: vị trí1 04 6[8] = 4.81 + 6.80 = 38[10]  2. Mã nhị phân Mã nhị phân là một mã sử dụng hệ thống nhị phân và được sắp xếp theo một cấu trúc nào đó. Trong các máy tính hoặc các mạch số luôn làm việc ở hệ thống nhi phân, các thiết bị xuất hay nhập thường làm việc ở hệ thống thập phân. vì thế các giá trị thập phân phải được mã hoá bằng các giá trị nhị phân. VII. ĐẠI SỐ BOOLE VÀ CỔNG LOGIC 1. Đại số boole 1.1 Định nghĩa: Đại số boole là một cấu trúc đại số được xây dựng trên tập các phần tử nhị phân cùng với hai phép toán cộng và nhân thỏa các điều kiện sau: a) Kín với các phép toán cộng (+) và nhân (*) tức là "A,B ÎX thì:A+B ÎX và A.BÎX. b) Đối với phép cộng sẽ có phần tử trung hoà 0: x + 0 = x - Đối với phép toán nhân sẽ có phần tử trung hoà 1: x * 1 = x c) Giao hoán: x + y = x + y x . y = x .yd) Phân bố và kết hợp : a . (b + c) = (a . b) + (a . c) a + (b . c) = (a + b) . (a + c)e) Luôn luôn tồn tại một phần tử nghịch sao cho : x + = 1 1.2 Các công thức 0 . 0 = 0 1 + 1 = 1 x + x = x x . x = x 2. Các cổng logic 2.1 Cổng EXNOR  Bảng giá trị: A B 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 2.2 Cổng OR Bảng giá trị: A B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Sơ đồ chân của IC 555, 4017, 4017 3.1. Chân IC555 Chân 1 power (GND)Chân 2 input (TR)Chân 3 output (Q) Chân 4 input (R)  Chân 5 input (CV) Chân 6 input (TH) Chân 7 input (DC) Chân 8 power (VCC) 3.2. Chân IC 4017 Chân 1: output (Q5) Chân 2: output (Q1) Chân 3: output (Q0) Chân 4: output (Q2) Chân 5: output (Q6) Chân 6: output (Q7) Chân 7: output (Q3) Chân 8: power (GND)  Chân 9: output (Q8) Chân 10: output (Q4) Chân 11: output (Q9) Chân 12: output (CO) Chân 13: input (E) Chân 14: input (CLK) Chân 15: input (MR) Chân 16: power (VCC) 3.3. Chân IC 4027 Chân 1 & 15: output (Q) Chân 2 & 14: output ($Q$)Chân 3 & 13: input (CLK)Chân 4 & 12: input (R) Chân 5 & 11: input (k)Chân 6 & 10: input (J)Chân 7 & 9: input (S)Chân 8: power (GND)Chân 16: power (VCC) PHẦN II: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG KHỐI ĐẾM 10S DELAY KHỐI SO SÁNH KHỐI ĐÈN 220V KHỐI CHUẨN ĐIỀU CHẾ I. PHẦN THIẾT KẾ KHỐI NHẬN ÁNH SÁNG 1. Sơ đồ khối 2.Sơ đồ nguyên lý Giải thích sơ đồ khối 3.1 khối nhận ánh sáng: Khi có ánh sáng chiếu vào quang trở làm điện trở của quang trở giảm xuống, thì điện thế ở chân 3 của LM741 cao hơn chân 2 nên ngỏ ra của ở mức cao làm cho transistor A1015 ngưng dẫn. Khi trời tối điện trở của quang trở tăng nên điện thế ở chân 3 của LM74 thấp hơn ở chân 2 nên mức ra thấp nên transistor A1015 dẫn. 3.2 Khối đếm delay Khối này gồm có IC 4077, IC4017 , BJT và led hiển thị. Sau khi 4017 đếm đủ 10 xung và bật relay đồng thời IC4077 kích cho transistor C1815 dẫn làm dừng xung. 3.3. khối chuẩn điều chế Khối này gồm có IC555 dùng để tạo Xung ra cho IC4017 hoạt động đếm.  3.4 Khối so sánh Khối so sánh là IC 4027 khi kích xung thì IC này sẽ thay đổi trạng thái. Giả sử ban đầu ở mức cao sau khi kích một thì nó suống mức thấp. . 3.5 Khối đèn Khối này gồm có relay, tải, nguồn. Relay đóng vai trò như môt con tất dùng để bật nguồn cho tải. Khi có dòng điện 12v chạy qua thì cuộn cảm trong relay hút chân thường đóng về chân thường mở làm dòng điện 220v kín mạch nên đèn sáng. Nguyên lý hoạt động - Giả sử ban đầu trời sáng thì giá tri điện trở trên quang trở ở mức thấp thì điện thế ở chân 3 của LM741 cao hơn chân 2 nên ngỏ ra ở mức cao làm cho transistor A1015 ngưng dẫn thì chân 13 và 12 của IC 4077ở mức 0 thì ngỏ ra chân 11 ở mức 1, chân số 5 ở mức 1chân số 6 ở mức 0 nên ngỏ ra chân số 4 ở mức 0, chân số 8 ở mức 0 chân số 9 ở mức 0 nên ngỏ ra chân số 10 ở mức 1 vì vậy kích cho transistor C1815 hoạt động, chân 4 (chân reset) của IC555 nối mass nên IC555 không phát xung thì không kích cho IC4017 đếm, thì sẽ không có xung ở IC4027 nên nó vẩn dữ nguyên trạng thái ở chân 2 nên không làm cho transistor C1815 ở phía relay dẫn , relay không nối được mass nên không có dòng qua cuộn cảm thì sẽ không hút được chân thường đóng về chân thường mở lúc này hở mạch nên tải không sáng. - Bây giờ đến trời tối thì điện thế ở chân 3 của LM741 nhỏ hơn chân 2 nên ngỏ ra ở mức thấp nên transistor A1015 dẫn làm cho điện thế ở chân 12 của IC4077 ở mức 1, chân 13 ở mức 0 nên ngỏ ra chân 11 ở mức 0, chân 5 ở mức 0 chân 6 ở mức 0 nên ngỏ ra chân 4 ở mức 1, chân 8 ở mức 1 chân 9 ở mức 0 nên ngỏ ra chân 10 ở mức 0, nên transistor C1815 không hoạt động , vậy IC555 đếm xung . sau khi đếm đủ 10 xung thì kích xung cho chân 1 của IC4077 từ 0 lên 1 rồi lại về 0, vậy ngỏ ra chân 3 có một xung đưa vào chân 3 của IC4027 làm thay đổi trạng thái từ chân hai lên chân 1 lúc này chân 1ở mức 1 làm cho transistor C1815 ở phía relay dẫn vậy relay nối được mass. cuộn cảm trong relay hút chân thường đóng về chân thường mở thì đèn sáng. đồng thời chân 1 IC4027 nối với chân 13 của IC4077, vậy chân 13 và 12 của IC4077 đều ở mức 1 nên chân 11 ở mức 1, chân 5 ở mức 1 và 6 ở mức 0 nên ngỏ ra chân 4 ở mức 0, chân 8 và chân 9 đều ở mức 0, nên ngỏ ra chân 10 ở mức 1 làm cho transistor C1815 dẫn , chân 4 của IC 555 nối mass nên IC555 ngừng đếm xung. - Khi trời sáng thì điện trở của quang trở giảm thì transistor A1015 ngưng dẫn thì chân 12 của IC 4077 trở về mức 0, chân 13 ở mức 1 nên ngỏ ra chân 11 ở mức 0. Chân 5 ở mức 0, chân 6 ở mức 0 nên ngỏ ra chân 4 ở mức 1. chân 8 ở mức 1, chân 9 ở mức 0 ngỏ ra chân 10 của IC 4077 ở mức 0 nên transistor C1815 ngưng dẫn, lúc này IC555 phát xung cho IC4017 đếm đủ 10 xung kích cho chân 1 của IC4077 từ 0 lên 1 rồi lại về 0, vậy ngỏ ra chân 3 của 4077 đưa xung vào chân 3 của IC4027 làm thay đổi trạng thái từ chân 1 xuống chân 2, lúc này transistor C1815 phía relay ngưng dẫn. Thì cuộn cảm trong relay không có điện nên không hút chân thường đống về chân thường mở nửa nên tải tắt. đồng thời chân 13 của IC 4077 về lại mức 0, chân 12 ở mức 0 nên ngỏ ra chân 11 ở mức 1. Chân 5 ở mức 1, chân 6 ở mức 0 nên ngỏ ra chân 4 ở mức 0. Chân 8 ở mức 0, chân 9 ở mức 0 nên ngỏ ra chân 10 ở mức 1 làm transistor C1815 dẫn. chân 4 (reset) của IC555 nối mass nên không phát xung, IC 4017 ngưng đếm. - Nút nhấn khi ta nhấn ON thì tải sáng đồng thời đếm 10 xung sau đó kích cho relay ngưng dẫn. Do đếm đủ 10 xung nên 4027 thay đổi trạng thái - Khi đang đếm xung nhấn OFF thì nó sẽ tắt - Nút ON và OFF được dùng khi quang trở bị hỏng. II. PHẦN THI CÔNG Sử dụng chương trình orcard để vẽ mạch in - Hình ảnh thực tế:    Hinh 1: lúc chưa cấp nguồn   Hình 2: Lúc mới cấp nguồn Hình 3: Lúc che quang trở Hình 4: khi đếm đủ 10 xung PHẦNIII: PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN I . KẾT LUẬN . Trong quá trình làm đồ án với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy: TRẦN VĂN HÙNG cùng với sự nổ lực của bản thân chúng em đã hoàn thành đồ án môn học với những kiến thức đã được học ở lớp. Mặc dù cố gắn hết mình của nhóm em nhưng đồ án vẫn còn nhiều thiếu sót. Mong nhận sự góp ý cũa quý thầy cô, để lần sau làm đồ án sẽ tốt hơn. II. HƯỚNG PHÁT TRIỂN Nghành điện tử là một nghành có nhiều triển vọng phát triển do nhu cầu ngày càng cao của con người và xã hội đòi hỏi phải phát minh ra những vật dụng mới. Mạch mở đèn đường của chúng em nếu sử dụng vi xử lý sẽ gọn hơn dễ dàng kiểm tra lỗi khi có hư hỏng xảy ra và việc thay thế cũng dể dàng hơn.