Đamh 1 THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM TIẾN, LÙI TỪ 00 ĐẾN 99 HIỂN THỊ TRÊN LED 7 ĐOẠN

đồ án môn học 1 trường đại học spkt HY với đề tài THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM TIẾN, LÙI TỪ 00 ĐẾN 99 HIỂN THỊ TRÊN LED 7 ĐOẠN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

Giảng viên hướng dẫn: Vũ Đình Đạt

Đơn vị: Khoa Điện – Điện tử

Nhóm sinh viên thực hiện: 1 HỒ QUỐC CƯỜNG MSV:12222065 2 NGUYỄN THÀNH ĐÔ MSV:12222113

Lớp: ĐK&TĐHK20.1.1 Mã lớp:122221.1

MỤC LỤC

Lời nói đầu 4

Chương I: Tổng quan đề tài 5

1.1 Khái quát chung 5

1.2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 5

1.3 Chức năng và công dụng ý nghĩa của mạch đếm 6

1.3.1 Chức năng và công dụng 6

1.3.2 ý nghĩa 7

1.4 Kế hoạch thực hiện 8

Chương 2: cơ sở lý thuyết 12

2.1 Sơ đồ khối toàn mạch 12

3.3 Lỗi gặp phải khi hoàn thành mạch 32

3.4 Mạch sau khi hàn hoàn chỉnh 32

3.5 Cách thức vận hành 33

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 34

TÀI LIỆU THAM KHẢO 35

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Lời nói đầu

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đường công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước Ngành điện tử nói chung đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể Để thúc đẩy nền kinh tế của đất nước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo cho thế hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo thì phải đưa ra các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ của con người ngày càng cao mới đáp ứng được nhu của xã hội Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đã rất trú trọng đến việc hiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả trong giảng dạy cũng như

giúp sinh viên có khả năng thực tế cao

Để các sinh viên có tăng khả năng tư duy và làm quen với công việc thiết kế, chế

tạo chúng em đã được giao cho thực hiện đồ án: “Thiết kế mạch đếm tiến, lùi” nhằm

củng cố về mặt kiến thức trong quá trình thực tế

Sau khi nhận đề tài, nhờ sự giúp đỡ tận tình của giảng viên hướng dẫn cùng với sự lỗ lực cố gắng của cả nhóm, sự tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, đến nay đồ án của chúng em về mặt cơ bản đã hoàn thành Trong quá trình thực hiện dù đã rất cố gắng nhưng do trình độ còn hạn chế kinh nghiệm còn ít nên không thể tránh khỏi sai sót Chúng em mong nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các cô giáo trong khoa để đồ án của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Đình Đạt đã giúp chúng em hoàn thành đồ án.

Chương I: Tổng quan đề tài

1.1 Khái quát chung

Nhân loại đang sống trong những năm đầu của thế kỉ 21 – thế kỉ củ chi thức khoa học với xự phát triên vũ bão của công nghệ thông tin và khao học ứng dụng Kỹ thuật điện tử là một trong những ngành có tốc đọ phát triển nhanh và được ứng dụng rông rãi trong đời sống xã hội Nhu cầu sử dụng thiết bị máy móc tự động điều khiển bằng điện tử của con người này càng cao

Trong những năm gần đây, công nghệ vi điện tử phát triển mạnh mẽ Sự ra đời của vi mạch cỡ lớn với giá thành giảm, khả năng lập trình ngày càng cao đã đem lại những thay đỏi cực kì to lớn trong ngành kỹ thật điện điện tử

Với sự phát triển kỹ thuật điện tử như hiện nay, nhu cầu tiếp xúc với lĩnh vực số đã trở lên không thể thiếu được Mạch số đã và đang thâm nhập vào tất cả các thiết bị thông dụng và chuyên dụng

Để xây dựng một một thiết bị hoàn chỉnh bao giờ cũng cần phải có các mạch đếm, thanh ghi, các bộ nhớ, Trong đó các mạch đếm là thành phần cơ bản của hệ thống số, chúng được dùng để đếm thời gian, chia tần số, điều khiển các mạch khác Mạch đếm được sử dụng rất nhiều trong các mạch điện ví dụ như các bộ xử lí, bộ định thời

Trước những yêu cầu cấp thiết của cuộc sống Nhóm chúng em đã bắt tay vào tìm hiểu, thiết kế và chế tạo mạch “đếm từ 00 đến 99 hiển thị trên led 7 thanh”

1.2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

a) Mục đích:

 Nâng cao kiến thức bản thân

 Thực nghiệm kiến thức đã được học ở trường

b) Nhiệm vụ:

 Tìm hiểu nguyên lý mạch đếm

Mạch đếm sẽ giải quyết các vấn đề như là đếm số nhân công trong các nhà máy xí nghiệm hoặc là dùng để hiển thị giờ, những vấn đề liên quan đến hiển thị số một cách thụ động hoặc chủ động ví dụ như là:

 Đồng hồ số (Hình 1.1)

 Trên các cột đèn giao thông (Hình 1.2)

 Trong các dây chuyển sản xuất trong các nhà máy (Hình 1.3)

 Trong các thiết bị gia dụng hằng ngày trong các hộ gia đình như nồi hấp, máy giặt

thu được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên là giúp cho chúng em hiểu sâu hơn về nguyên lý hoạt đông của mạch đếm, có thể tự thiết kế ra nó Từ đó, tích luỹ được kiến thức cho các năm học sau và ngoài thực tế

1.4 Kế hoạch thực hiện

STT Nội Dung Tuần Địa điểm Thời gian thực hiện

Phân công nhiệm vụ

1

T Tìm hiểu: - Lựa chọn và

phân tích yêu cầu của đề tài - Các sản phẩm

đã được ứng dụng trong thực tế

-Từ ngày: 11/09/2023 đến ngày

14/09/2023

-Tìm hiểu về đề tài và lập kế hoạch thực hiện đề tài

2

1 Hoàn thiện sơ đồ khối thiết bị Và phân tích chức năng các khối (viết tay) 2 Chọn lựa giải

pháp thực hiện 3 Phương pháp

ghép nối giữa các khối với nhau

- Từ ngày

15/09/2023 đến ngày

21/09/2023

- SV thực hiện +Hồ Quốc

Cường +Nguyễn

Thành Đô -Họp bàn và thực hiện các nội dung và nhiệm vụ đã lập ra

4 Thiết kế mạch nguyên lý các khối trên phần mềm proteus và altium, phân tích chức năng các phần tử trong mạch và nguyên tắc làm việc của mạch điện

3

- Lắp ráp trên mạch balen và khảo sát theo từng khối chức năng (Điện áp nguồn cung cấp, dòng điện, điện áp thành phần, và các tham

số khác ) - Hiệu chỉnh

các tham số theo các giá trị tính toán - Chỉnh sửa mạch hoàn chỉnh

6 và 7 A5-504 và B5-205

- Từ ngày 22/09/2023 đến ngày 4/10/2023

-Thực hiện theo kế hoạch đã đề ra

trên balen

4

1 Thiết kế mạch in

2 Làm mạch in Chuẩn bị mỏ hàn,thiếc, nhựa thông, linh kiện để hàn mạch

- Từ ngày 5/10/2023 đến ngày

11/10/2023

- Thực hiện theo kế hoạch đã đề ra

5

- Hàn mạch trên xưởng khoa điện-điện

- Từ ngày 12/10/2023 đến ngày

18/10/2023

- Sinh viên thực hiện: +Hồ Quốc Cường +Nguyễn

Thành Đô

6

- Hoàn thiện mạch và đưa ra giải pháp khắc phục lỗi của mạch

- Từ ngày 19/102023 đến ngày

26/10/2023

- Thực hiện theo kế hoạch đã đề ra

7

- Mạch hoàn thiện chạy ổn định theo nguyên lý - Hoàn thiện sản

phẩm ( thuyết minh, sản phẩm)

11 đến 12

B5-201

- Từ ngày đến 27/10/2023 đến ngày

09/11/2023

- Thực hiện theo kế hoach đã đề ra

8

- Hoàn thiện bản mềm

- Chuẩn bị bảo vệ đồ án

13 đến 18

- Từ ngày 10/11/2023 đến ngày…

- Thực hiện theo kế hoạch đã đặt ra từ trước và của khoa

Trong thời gian làm đồ án nhóm chúng em đã cố gắng gặp thầy 1 lần trên 1 tuần, qua những lần gặp như vậy chúng em đã được thầy “Vũ Đình Đạt” hướng dẫn nhiệt tình, cụ thể phương hướng thực hiện tiếp theo và thầy chỉ rõ những chỗ còn thiếu sót để chúng em khắc phục và hoàn thiện hơn sản phẩm của mình

Chương 2: cơ sở lý thuyết

2.1Sơ đồ khối toàn mạch.

Hình 2.1: Sơ đồ khối toàn mạch

2.1.1 Khối nguồn

Như tất cả các thiết bị điện tử khác khâu đầu tiên là phải có một nguồn cung cấp nuôi cho các linh kiên điện tử trong mạch Khối nguồn trong mạch đảm nhận nhiệm vụ chuyển đổi một nguồn điện cho trước (vd 110/220VAC, 12/24VDC,…) đến các giá trị cần thiết, cụ thể là dòng và áp định mức cung cấp cho các khối khác nhau của mạch.Là thiết bị dùng để chuyển đổi điện áp giữa các thiết bị có nguồn điện từ 220V xuống mức điện áp thấp hơn, nhằm đảm bảo yêu cầu sử dụng sử người dùng Cụ thể trong mạch này chúng em chuyển đổi từ 220VAC xuống 5VDC Hình 2.2 dưới đây là sơ đồ khối nguồn chuyển đổi từ 220VAC xuống 5VDC

Hình 2.2: Sơ đồ mạch nguồn 220v xuống 5v

Nguyên lý hoạt động của mạch nguồn: Từ nguồn điện đầu vào là 220VAC thì dòng sẽ qua máy biến áp sẽ giảm điện áp từ 220VAC-50Hz xuống 12VAC rồi đi qua cầu diode ở đây dòng điện sẽ chuyển từ điên áp xoay chiều thành điện áp một chiều Tiếp đến là đi qua từ C1 và C3 để lọc nhiễu cho mạchđiện và dao động điện áp đầu ra (tụ có giá trị càng cao thì lọc nhiễu càng tốt) Kết quả là điện áp sẽ tương đối phẳng và đi qua LM7805 để điện áp giảm xuống 5VDC và ổn đỉnh để cung cấp cho mạch hoạt động ổn định

CÁC LINH KIỆN CÓ TRONG MẠCH NGUỒN

Máy biến áp thường có 2 bộ phận chính là:

 Lõi thép: dùng để dẫn từ thông, được chế tạo từ các vật liệu dẫn từ tốt Được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện thành mạch vòng khép kín, các lá thép mỏng mặt ngoài có sơn cách điện với bề dày từ 0,3 - 0,5mm

 Dây quấn thường làm bằng dây đồng hoặc nhôm, tiết diện tròn hay chữ nhật, bên ngoài có bọc cách điện Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ thép, giữa các vòng dây, giữa các dây quấn và giữa dây quấn với lõi ép đều có cách điện Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều dây quấn và số vòng dây của các cuộn là khác nhau, tùy thuộc vào nhiệm vụ của máy biến áp

b) Cầu Diode

Cầu diode hay còn gọi là bộ chỉnh lưu toàn sóng là một linh kiện hết sức quan

trọng.Nhiều diode có thể kết hợp với nhau để tạo thành bộ chỉnh lưu toàn sóng để chuyển đổi điện áp xoay chiều AC thành điện áp một chiều DC

Hình 2.4: cầu diode

Được cấu tạo từ những Diode đơn lẻ ghép nối với nhau, diode được cấu tạo gồm 2 lớp bán dẫn p-n được ghép với nhau Diode chỉ hoạt 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 khi đó diode sẽ 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 chỉnh lưu thường là loại Si

Sơ đồ nguyên lý của cầu diode được trình bày như hình 2.5

Hình 2.5: sơ đồ nguyên lý cầu diode

c) Tụ điện

Tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng điện trường Ký hiệu: C

Được xác định bằng biểu thức (2.1) C= 1

2.𝜋.𝑓.𝑋𝑐 (2.1) Đơn vị tính: Fara (F)

Các ký hiệu của tụ trong mạch điện thường gặp:

Tụ không phân cực

Tụ hoá có phân cực

Tụ hoá có phân cực

Hiện nay có rất nhiều loại tụ điện khác nhau trên thị trường, các loại tụ điện phổ biến gồm:

 Tụ hóa: Là loại tụ phân cực âm (-) dương (+) và có hình trụ, giá trị điện dung từ

0,47 µF đến 4700 µF

 Tụ gốm, tụ Mica và tụ giấy: Là những tụ không phân cực (không phân biệt âm

dương), thường có hình dẹt Có trị số ký hiệu trên thân gồm ba số, điện dung khá nhỏ khoảng 0,47 µF

 Tụ xoay: Là loại tụ có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung, thường được lắp

trong radio để thực hiện thay đổi tần số cộng hưởng khi người dùng dò đài

 Tụ Lithium ion: Là tụ có năng lượng cao, được dùng để tích điện một chiều

Tụ điện hoạt động dựa trên hai nguyên lý là nguyên lý phóng nạp và nguyên lý nạp xả

 Nguyên lý phóng nạp là khả năng tích trữ năng lượng điện như một chiếc ắc quy dưới dạng năng lượng điện trường Tụ điện lưu trữ các electron sau đó phóng các điện tích này ra để tạo dòng điện Tuy nhiên, bản thân tụ điện không có khả năng sinh ra các điện tích electron - đây là điểm khác biệt lớn nhất giữa ắc quy và tụ điện

 Nguyên lý nạp xả là tính chất đặc trưng của tụ điện, nhờ tính chất này mà nó có khả năng dẫn điện xoay chiều Cũng với nguyên lý nạp xả, nếu điện áp của hai bản mạch biến thiên từ từ theo thời gian (không thay đổi đột ngột) - ta thực hiện cắm nạp hoặc xả tụ có thể gây ra hiện tượng nổ có tia lửa điện do dòng điện tăng vọt

 Cách kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ kim vạn năng:

 Đầu tiên, bạn hãy xả hết điện trong tụ ra, chọn chế độ Ohm cho đồng hồ vạn năng kim, chạm que đo vào 2 cực tụ điện rồi đọc kết quả Sẽ xảy ra các trường hợp sau:

 Tụ tốt: Nếu kim vọt lên rồi trả về vị trí cũ

 Tụ bị chạm, chập: Nếu kim vọt lên 0Ω và không trở về (thường để kiểm tra tụ gốm)

 Tụ bị dò: Nếu kim vọt lên trả về lưng chừng (thường để kiểm tra tụ gốm)

 Tụ bị khô (khô hóa chất bên trong lớp điện môi): Nếu kị vọt lên trả về lờ đờ

 Tụ bị đứt: Kim không lên d) Led

led là từ viết tắt của Light Emitting Diode, nghĩa là diode phát quang, khi phân

cực thuận thì led phát sáng còn phân cực ngược thì led không phát sáng

Bóng LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N Đèn LED được hình thành từ 5 phần cơ bản: lăng kính, chip led, lớp bề mặt,

lớp tiếp xúc, phần tản nhiệt,

Hình 2.7: cấu tạo của led e) LM7805 (IC ổn áp)

LM7805 hay IC 7805 được biết là IC điều chỉnh nguồn điện áp đầu ra +5V

IC 7805 thuộc dòng IC ổn áp dương họ LM78XX, được sản xuất trong gói TO-220, đây là dòng IC được sử dụng rộng rãi trong các mạch và thiết bị điện tử thương mại

IC 7805 có rất nhiều các tính năng tích hợp trong nhiều các ứng dụng điện tử như dòng điện đầu ra 1,5A có chức năng bảo vệ quá tải, bảo vệ quá nhiệt, dòng điện tĩnh thấp

Hình 2.8: Hình ảnh và sơ đồ chân của LM7805

Thông số kỹ thuật IC 7805: - Datasheet: 7805 - Số chân: 3

- Điện áp ngõ ra: 5V

- Điện áp ngõ vào: 7V - 18V DC - Dòng ngõ ra: 1A

- Nhiệt độ hoạt động: 0଴C - 125଴C - Công suất cực đại: 5W

 Ứng dụng cho IC 7805: - Bộ điều chính đầu ra cố định

- Bộ điều chỉnh điện áp dương trong cấu hình điện áp âm - Bộ điều chỉnh đầu ra có thể điều chỉnh

- Điều chỉnh dòng điện

- Nguồn cung cấp kép được điều chỉnh

2.1.2 Khối tạo tín hiệu

Dùng để tạo tín hiệu đầu vào để truyền tín hiệu cho khối giải mã để hiển thị trên Led 7 thanh (Hình 2.9)

Ở đây khi ta tác động vào các nút bấm ở hình 2.9 thì mạch điện sẽ lấy ra mức tích cực thấp hoặc là mức tích cực cao (hay nói cách khác là để tạo xung) để cung cấp cho các chân đầu vào ở khối giải mã để khối giải mã hoạt động Tụ gốm ở đây được thiết kế song song với công tắc để lọc nhiễu ở tiếp điểm của công tắc

Những linh kiện được sử dụng trong hình 2.9 là:

1 Điện trở

Điện trở là một linh kiện thụ động trong mạch, điện có biểu tượng R Nó đại diện cho khả năng của một vật liệu hay thiết bị cản trở dòng điện chạy qua nó Điện trở được xác định bởi tỷ lệ điện áp và dòng điện chạy qua nó được xác định bởi công thức (2.2)

𝑅 =𝑈

𝐼 (2.2)

Đơn vị của điện trở: Ohm (ký hiệu: Ω) là đơn vị của điện trở trong hệ SI

 Các ký hiệu của điện trở:

 Nguyên lý hoạt động của điện trở: Theo định luật Ohm: điện áp (V) đi qua điện trở tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện (I) và tỉ lệ này là một hằng số điện trở (R)

Công thức định luật Ohm: V=I*R

 Bảng mã màu điện trở:

Hình 2.10 Bảng màu điện trở

 Cách đọc giá trị điện trở dựa vào màu sắc trên điện trở:

 Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở

 Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở

 Vạch màu thứ ba: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với giá trị điện trở

 Vạch màu thứ 4: Chỉ giá trị sai số của điện trở

Như vậy, cách đọc điện trở 4 vạch màu áp dụng theo công thức sau:

- Điều chỉnh dòng điện thông qua tải để đảm bảo phù hợp

- Sử dụng điện trở trong cầu phân áp để tạo ra điện áp mong muốn từ một nguồn điện áp có sẵn

- Điện trở thường được sử dụng để phân cực các bóng bán dẫn và giúp chúng hoạt động đúng cách

- Tham gia vào các mạch tạo ra dao động RC

- Điều chỉnh cường độ dòng điện trong mạch điện - Tạo nhiệt để sử dụng trong các ứng dụng cần thiết - Tạo sụt áp trong mạch khi kết nối nối tiếp

2 Tụ điện

Trong mạch ở hình 2.8 thì chúng em sử dụng ở đây là tụ gốm 104 dùng để lọc nhiễu ở tiếp điểm của công tắc khi công tắc được tác động để cho tín hiệu đầu ra được đưa ra chính xác nhất để các IC không hiểu sai tín hiệu đầu vào

Hình ảnh tụ gốm 104:

Hình 2.11 Hình ảnh tụ gốm

Cách đọc giá trị tụ gốm là: hai chữ số đầu nhân với 10 mũ chữ số thứ 3 Ví dụ: Tụ gốm có ký hiệu là 104 thì giá trị của nó bằng: 10× 104 =100000(𝑝𝐹)

3 Nút nhấn 4 chân (SW)

Là công tắc có bốn chân được kết nối vào các mạch điện tử Hình ảnh thực tế nút nhấn 4 chân:

Hình 2.12 Nút nhấn 4 chân