Đồ án Mạch đếm sản phẩm kiểm tra xe ra vào dùng IC và hồng ngoại

ĐỀ TÀI Mạch đếm sản phẩm kiểm tra xe ra vào dùng IC và hồng ngoại Giáo viên hướng dẫn : Họ tên sinh viên : MỤC LỤC Lời mở đầu 1 Lời cảm ơn 2 Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 3 Nhận xétcủa hội đồng phản biện 4 Phần A: Giới thiệu vài linh kiện sử dụng trong mạch 5 1.IC74247 5 2.IC74192 7 3.IC4093 9 4.Led 7 thanh(led 7 đoạn) 10 5.Led thường 11 6.Điện trở 13 7.Led hồng ngoại 14 8.Tụ điện 19 9.Diode 20 10.Biến trở 22 Phần B:Nội dung 24 1.Sơ đồ khối 24 2.Chức năng 25 3.Sơ đồ nguyên lý 28 4Nnguyên lý hoạt động 30 5.Thi công mạch 32 Phần C: Kết luận 33 Phần D:Tài liệu tham khảoLỜI MỞ ĐẦU Việt Nam là một nước đang trên con đường phát triển và đang hòa nhập vào sự phát triển của “WTO” tạo ra thay đổi về mặt kinh tế xã hội của nước ta. Tạo cơ hội cho học sinh – sinh viên chúng em tiếp cận và nắm bắt được nhiều thành tựu vĩ của thế giới, đặc biệt là về các lĩnh vực khoa học kỹ thuật nói chung và ngành Điện Tử nói riêng. Thế hệ trẻ chúng ta không tự mình phấn đấu học hỏi thì chúng ta sẽ sớm lạc hậu và nhanh chống bị đẩy lùi. Nhìn thấy được điều đó trường: “ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH” đã sớm chủ trương hình thức đào tạo sâu rộng, từ thấp đến cao. Để tăng chất lượng học tập của sinh viên nhà trường nói chung và trung tâm Điện Tử nói riêng đã tổ chức cho sinh viên làm đồ án môn học nhằm tạo nền tảng vửng chắc cho sinh viên khi ra trường, đáp ứng nhu cầu tuyển dụng việc làm. Chính vì vậy chúng em đã chọn đề tài: “Mạch đếm sản phẩm kiểm tra xe ra vào dùng IC và hồng ngoại” LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đồ án được sự tận tình hướng dẫn của thầy cô khoa Khoa Điện Tử, đặc biệt là thầy : Trương Năng Toàn Và do kiến thức còn hạn hẹp nên trong quá trình thực hiện đồ án , chúng em không thể tránh những sai sót. Rất mong quý thầy cô trong hội đồng khảo thi bỏ qua và có hướng giúp đỡ để chúng em có thể hoàn chỉnh đồ án của mình hơn. Chúng em xin chân thành cám ơn. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Phần A: GIỚI THIỆU VÀI LINH KIỆN ĐIỂN HÌNH SỬ DỤNG TRONG MẠCH 1. IC 74LS247 Chức năng IC 74LS247: Đây là IC chuyển từ mã nhị phân sang các số tương ứng được hiển thị trên led 7 đoạn. IC có ngõ ra tích cực mức thấp. Mmạch logic của IC như hình vẽ. IC có 8 ngõ ra từ QO-Q7 , 4 ngõ vào dữ liệu IC là loại Decorder. Nhìn hình vẽ ta thấy ở mgõ ra các tín hiẹu đươc nối với nhau qua cổng NAND do đó ngõ ra luôn mức thấp. Bảng hoạt của IC 74LS247. 2. IC 40192 - Hình dạng IC - Sơ đồ khối IC - Chức năng IC 40192: Đây là IC vừa có khả năng đếm lên vừa có khả năng đếm xuống với ngõ ra là số BCD. Đếm lên hay đếm xuống là tùy vào kết nối xung clock vào chân CKLU hay chân CKLD. Do đó trên mạch , đối với IC 40192 chân CKLU được nối với dữ liệu lấy từ cửa vào còn chân CKLD được nối với dữ liệu lấy từ cửa ra. 8 Mạch đếm sản phẩm kiểm tra xe ra vào dùng IC và hồng ngoại 3. IC 4093 - Các cổng ic 4093. -Hình dạng ic 4093. -Chức năng IC 4093: Là IC tạo dao động theo trạng thái nạp xả của tụ điện. Mạch đếm sản phẩm kiểm tra xe ra vào dùng IC và hồng ngoại -Bảng sự thật.ic 4093 4. Led 7 thanh(led 7 đoạn). Led 7 thanh được ứng dụng khá phổ biến khi cần hiển thị số tự nhiên hoặc vài chữ cái nhất định. Led 7 thanh có thể có kích thước lớn nhỏ khác nhau, màu sắc khác nhau nhưng về hình dáng cơ bản như hình trên. Led 7 thanh bao gồm nhiều led tích hợp bên trong, các led được nối chung nhau 1 chân. Trong thực tế có 2 loại led 7 thanh là led 7 thanh A-nốt chung và led 7 thanh Ka-tốt chung. Led loại A-nốt chung, các led sẽ có chung nhau chân nguồn (chân dương), chân còn lại của led nào được nối đất thì led đó sẽ sáng. Led loại Ka-tốt chung, các led sẽ nối chung nhau chân đất (chân âm), chân còn lại của led nào được nối nguồn thì led đó sẽ sáng.  5. Led thường. a.Hình dạng led. LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn b.Hoạt động. Hoạt động của LED giống với nhiều loại điốt bán dẫn. Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyễn động khuếch tán sang khối n. Cùng lúc khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang. Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống). Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó). c.ứng dụng. LED được dùng để làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, đèn quảng cáo, trang trí, đèn giao thông. Có nghiên cứu về các loại LED có độ sáng tương đương với bóng đèn bằng khí neon. Đèn chiếu sáng bằng LED được cho là có các ưu điểm như gọn nhẹ, bền, tiết kiệm năng lượng. Các LED phát ra tia hồng ngoại được dùng trong các thiết bị điều khiển từ xa cho đồ điện tử dân dụng 6. Điện trở Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của một vật thể dẫn điện . Nó được định nghĩa là tỷ số của hiệu điện thế giữa hai Mạch đếm sản phẩm kiểm tra xe ra vào dung IC và hồng ngoại đầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó: R=U/I Trong đó: U: là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn, đo bằng vôn(V). I: là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện , đo bằng ampe(A). R: là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm(Ω). Ký hiệu: 7.Led hồng ngoại.  led phát led thu a. Nguyên tắc thu phát hồng ngoại: Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường có bước sóng khoảng từ 0.86µm đến 0.98µm . Tia hồng ngoại có vận tốc tuyền sóng bằng vận tốc ánh sang. b.Khái niệm. Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu . nó được ứng dụng rộng rãi Trong công nghiệp . lượng thông tin có thể đạt được 3 mega bit /s. Lượng thông tin được truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ mà người ta vẫn dùng. Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ , khả năng xuyên kém . Trong điều khiển từ xa bằng hồng ngoại chum tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng do đó khi thu phải đúng hướng. Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng giống như ánh sáng (sự hội tụ qua thấu kính, tiêu cự …).Ánh sáng thường và ánh sáng hồng ngoại khác nhau rất rõ trong sư xuyên suốt qua vật chất .Có những vật chất ta thấy dưới một màu xám đục nhưng với ánh sáng hồng ngoại nó trở nên xuyên suốt . Vì vật liệu bán dẫn “trong suốt” đối với ánh sáng hồng ngoại không bị yếu đi khi nó vượt qua các lớp bán dẫn để đi ra ngoài. c.nguyên tắc thu phát hồng ngoại. -phần phát: +sơ đồ phát. +giải thích: Khối chọn chức năng và khối mã hóa :Khi người sử dụng bắm vào các phím chức năng để phát lệnh yêu cầu của mình , mỗi phím chức năng tương ứng với một số thập phân . Mạch mã hóa sẽ chuyển đổi thành mã nhị phân tương ứng dưới dạng mã lệnh tín hiệu số gồm các bít 0 và 1 . Số bit trong mã lệnh nhị phân có thể là 4 bit hay 8 bit… tùy theo số lượng các phím chức năng nhiều hay ít. Khối dao động có điều kiện:Khi nhấn 1 phím chức năng thì đồng thời khởi động mạch dao động tao xung đồng hồ , tần số xung đồng hồ xác định thời gian của mỗi bit. Khối chốt dữ liệu và khối chuyển đổi song song ra nối tiếp: Mã nhị phân tại mạch mã hóa sẽ được chốt để đưa vào mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp. Mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp được điều khiển bởi xung đồng hồ và mạch định thời nhằm đảm bảo kết thúc đúng lúc việc chuyển đổi đủ số bit của một mã lệnh. Khối điều chế và phát FM: mã lệnh dưới dạng nối tiếp sẽ được đưa qua mạch điều chế và phát FM để ghép mã lệnh vào sóng mang có tần số 38Khz đến 100Khz, nhờ sóng mang cao tần tín hiệu được truyền đi xa hơn, nghĩa là tăng cự ly phát. Khối thiết bị phát: là một LED hồng ngoại. Khi mã lệnh có giá trị bit =’1’ thì LED phát hồng ngoại trong khoảng thời gian T của bit đó. Khi mã lệnh có giá trị bit=’0’ thì LED không sáng. Do đó bên thu không nhận được tín hiệu xem như bit = ‘0’ . b. Phần thu : - Sơ đồ khối : -Giải thích : Khối thiết bị thu: Tia hồng ngoại từ phần phát được tiếp nhận bởi LED thu hồng ngoại hay các linh kiện quang khác . Khối khuếch đại và Tách sóng: trước tiên khuếch đại tính hiệu nhận rồi đưa qua mạch tách sóng nhằm triệt tiêu sóng mang và tách lấy dữ liệu cần thiết là mã lệnh. Khối chuyển đổi nối tiếp sang song song và Khối giải mã: mã lệnh được đưa vào mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song và đưa tiếp qua khối giải mã ra thành số thập phân tương ứng dưới dạng một xung kích tại ngõ ra tương ứng để kích mở mạch điều khiển . 18 Mạch đếm sản phẩm kiểm tra xe ra vào dùng IC và hồng ngoại Tần số sóng mang còn được dùng để so pha với tần số dao động bên phần thu giúp cho mạch thu phát hoạt động đồng bộ , đảm bảo cho mạch tách sóng và mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song hoạt động chính xác . 8.Tụ điện 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= δ/ε0ε Trong đó: ε0=8.86.10-12 C2/N.m2 là hằng số điện môi của chân không. Ε là hằng số điện môi tương đối của môi trường; đối với chân không ε=1, giấy tẩm dầu =3,6;mica=4÷5 Kí hiệu: 19 Mạch đếm sản phẩm kiểm tra xe ra vào dùng IC và hồng ngoại 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.. Kí hiệu: 9.Diode Diode là một linh kiện bán dẫn có hai cực và cấu tạo bởi một lớp dẫn N và một lớp dẫn P. Trong lớp dẫn N chứa nhiều điện tử và trong lớp dẫn P chứa nhiều lỗ trống và gọi là các hạt mang điện tự do. Ở giữa nó tồn tại một lớp tiếp giáp PN và có một điện áp khuếch tán. Điện áp này ngăn cản các hạt mangđiện tự do qua lại vì thế mà Diode không dẫn. Qua việc đặt thêm điện áp bên ngoài, tác dụng cản trở sẽ tăng lên hoặc mất đi. Cấu tạo và kí hiệu: Mạch đếm sản phẩm kiểm tra xe ra vào dùng IC và hồng ngoại Đặc tính Vôn – Ampe: a) Phân cực thuận: Khi được phân cực thuận ta thấy Diode chỉ bắt đầu dẫn khi điện áp phân cực lớn hơn  b) Phân cực nghịch: Khi phân cực ngược Diode rồi tăng điện thế VDC từ  0V lên theo trị số âm chỉ có dòng rỉ IS đi qua Diode. Nếu tăng cao mức điện áp nghịch thì dòng điện rỉ qua Diode tăng lên rất lớn sẽ làm hư Diode. Theo chế tạo: Các thông số kỹ thuật Mã số Chất IFmax IS Vrmax 1N4004 Si 1A 5mA 500V 1N4007 Si 1A 5mA 1000V 1N5408 Si 3A 5mA 1000V 10.Biển 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: Hình dạng của biến trở. 23 Mạch đếm sản phẩm kiểm tra xe ra vào dùng IC và hồng ngoại PHẦN B: NỘI DUNG 1. SƠ ĐỒ KHỐI. KHỐI PHÁT HỒNG NGOẠI KHỐI THU HỒNG NGOẠI KHỐI ĐẾM KHỐI HIỂN THỊ KHỐI GIẢI MÃ KHỐI NGUỒN 2.CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI. Khối nguồn. Tạo ra dòng điện ổn địng cung cấp cho toàn mạch. Mạch dùng nguồn 9v cấp cho led 7 đoạn, riêng IC7805 dùng để ổn định dòng 5v cấp cho IC. Khối phát hồng ngoại. Chủ yếu phát ra ánh sáng hồng ngoại cấp cho mạch thu hồng ngoại. Khối thu hồng ngoại. Thu ánh sáng hồng ngoại từ mạch phát hồng ngoại để điều khiển khối điếm Khối đếm. Mạch đếm sản phẩm kiểm tra xe ra vào dùng IC và hồng ngoại Nhận xung clock từ khối thu hồng ngoại và tiến hành đếm, đồng thời xuất ra giá trị mã BCD chuyển đến khối giải mã. Khối giải mã. 27 Mạch đếm sản phẩm kiểm tra xe ra vào dùng IC và hồng ngoại Nhận giá trị BCD từ khối đếm và chuyển đến khối hiển thị. Khối hiển thị. Nhận giá trị đã chuyển đổi từ khối giải mã và xuất ra hình ảnh. 3. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 4.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG. a.Cấu tạo của mạch kiểm tra xe ra vào dùng hồng ngoại: Mạch trên sử dụng 2 IC đếm 40192, 2 IC giải mã BCD 74247 và hiển thị lên 2 led 7 đoạn, bộ thu phát hồng ngoại ,IC 4093 và IC ổn áp 7805. b. Chức của IC 40192. Đây là IC vừa có khả năng đếm lên vừa có khả năng đếm xuống với ngõ ra là số BCD. Đếm lên hay đếm xuống là tùy thuộc vào kết nối xung clock vào chân CLKU hay chân CLKD .Do đó trên mạch có thể thấy đối với IC 40192 đơn vị (IC 1) chân CLKU được nối với dữ liệu lấy từ cửa vào còn chân CLKDđược nối với dữ liệu lấy từ cửa ra. Còn đối với IC 40192 hàng chục (IC 2) chân CLKUđược nối với chân /CO của IC 1 còn chân CLKD được nối với chân /BO của IC 1 . Nhìn vào sơ đồ nguyên lý ta thấy IC 40192 bắt đầu đếm lên của xung clock , khi ngõ ra đang ở giá trị 1001( số 9) mà gặp cạnh xuống của clock tại chân CLKU thì chân /co sẽ từ mức 1 chuyển xuống mức 0 nếu tiếp theo đó là 1 cạnh lên của clock thì giá trị ở ngõ ra sẽ chuyển từ 1001 sang 0000 đồng thời chân /CO sẽ trở lại mức 1( tạo ra 1 cạnh lên), giải thích tương tự với chân /BO nhưng lần này là ngõ ra chuyển 30 Mạch đếm sản phẩm kiểm tra xe ra vào dùng IC và hồng ngoại từ 0000 sang 1001 và xét tại chân CLKD .Điều này giải thích cho cách đấu 2 tầng : hàng chục và hàng đơn vị của mạch , khi hàng đơn vị đếm lên chuỷen từ 9 sang 0 thì hàng chục tăng lên 1, còn khi đếm xuống mà chuyển từ 0 sang 9 thì hàng chục sẽ bị giảm 1. c. Nguyên lý hoạt động của mạch kiểm tra xe ra vào dùng hồng ngoại Khối tạo xung clock ( tức là khối phát hồng ngoại): do ở cửa vào và ra đều như nhau nên ta chỉ giải thích cho 1 cửa ví dụ cử vào . Khi không có xe đi qua led thu nhận toàn bộ hồng ngoại từ led phátvà điện áp 2 đầu nó xem như bằng 0 tụ C cũng được xả hết xuống mass, qua cổng NAND đảo đặt lên chân clock của IC 40192 mức 1. Khi có xe đi qua led thu không còn nhận được hồng ngoại xem như hở mạch , tụ C được nạp qua VAR 200k , ngay tại thời điểm nạp tụ c xem như nối tắt lên nguồn nên qua cổng NAND chân clock sẽ xuống mức 1 và số hiển thị trên led 7 đoạn sẽ tăng lên (hoặc giảm) 1 đơn vị .Khi xe đi qua led thu nhận hồng ngoại từ led phát nên tụ C nhanh chóng được xả xuống mass và cứ thế tiếp tục. 5. THI CÔNG MẠCH Dụng cụ sử dụng. -Đồng hồ VOM. -Chì hàn. -Khoan -Mạch in. -Các linh kiện. Quá trình thi công -Phân tích sơ đồ nguyên lý. -tiến hành gia công mạch. -lắp rắp và kiểm tra hoạt động của mạch. -sữa chữa và hoàn thành. PHẦN C: KẾT LUẬN. 1. Nhận xét chung: Mạch kiểm tra xe ra vào dùng hồng ngoại là mach có nhiều ứng dụng trong thực tế đặc biệt trong các xí nghiệp- công ty, cơ quan, trường học,…….. Mạch kiểm tra được tất cả các xe ra vào được thể thị bằng led 7 đoạn giúp ta quản lý các xe một các dễ dàng. 2. Chức năng : Mạch kiểm tra xe ra vào dùng hồng ngoại hiển thị tổng số lượng xe hiện có trong nhà trên led 7 đoạn . Mạch này có thể đếm được 99 xe . Nhà xe phải được thiết kết sao cho có cửa ra vào riêng. 3. Hướng phát triển của đề tài: Ngày nay với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật việc thiết kế mạch sử dụng quá nhiều IC không được coi là tối ưu. Mạch trở nên rườm rà tốn nhiều thời gian, tuổi thọ sử dụng của mạch ngắn , có nhiều sai sót dễ hưng hỏng. Chính vì vậy nhóm chúng em cần nâng cao kiến thức thay thế các IC bằng vi xử lý, vi điều khiển để phục vụ cho sản xuất đáp ứng nhu cầu cho thời đại. 4. Mở rộng: Bằng cách ghép các chân /CO và /BO của tầng thấp các chân CLKU và CLKD của tầng cao và thêm vào bộ hiển thị (7447+ led 7 đoạn ) bạn có thể thiết kế mạch đếm được từ 999, 9999,…..v.v PHẦN D: Tài liệu tham khảo. 1.Http:// www.alldatasheet.com.-19/05/2009. 2. .Http:// www google.com.vn -19/05/2009. 3. Giáo trình “linh kiện điện tử ”.-GV: Lê Thị Hồng Thắm – Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM - 15/05/2009. 4. Giáo trình “ thực hành linh kiện điện tử”- 15/05/2009. 5.Http:// www.mạch diện tử.googlepage.com. -19/05/2009. 6.Giáo trình “thực hành điện tử số”_14/05/2009. 7. Giáo trình “điện tử số”- 14/05/2009.  35