Đồng hồ kĩ thuật số - Bộ môn dụng cụ bán dẫn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ***** KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO ĐỀ TÀI ĐỒNG HỒ KĨ THUẬT SỐ Giáo viên hướng dẫn: Võ Tấn Thông Các thành viên thực hiện: Nguyễn Phước Lộc Nguyễn Kim Triển Huỳnh Trung Trực Trang 2 PHỤ LỤC PHẦN I: MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU, GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI ............................................................... 3 PHẦN II. GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG ........................................................................... 3 1. IC đếm thập phân và nhị phân 7490. ....................................................................................... 3 2. IC giải mã 74247 .................................................................................................................... 5 3. Chia tần số từ thạch anh 32,768kHz sử dụng IC 4060 và 4013 ................................................ 7 4. Led 7 thanh: ............................................................................................................................ 8 PHẦN III: SƠ ĐỒ KHỐI và MÔ HÌNH 3D CỦA MẠCH THIẾT KẾ................................................ 10 PHẦN IV: THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ ....................................................................................... 11 PHẦN V: THIẾT KẾ MẠCH IN ............................................................................................................ 16 PHẦN VI: HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................ 16 Trang 3 PHẦN I: MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU, GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI Làm quen với việc sử dụng các IC số thông dụng để tạo bộ đếm và hiển thị trên led 7 đoạn Đề tài thực hiện mạch số có chức năng hiện thỉ và hiệu chỉnh giờ. PHẦN II. GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG 1. IC đếm thập phân và nhị phân 7490. Trong các mạch số ứng dụng, ứng dụng đếm chiếm một phần tương đối lớn. IC 7490 là IC đếm thường được dùng trong các mạch số ứng dụng đếm 10 và trong các mạch chia tần số. Cấu tạo của IC 7490 như hình sau: Trong cấu tạo của IC 7490, ta thấy có thêm các ngõ vào Reset0 và Reset9. Bảng giá trị của IC 7490 theo các ngõ vào Reset như sau: Khi dùng IC 7490, có 2 cách nối mạch cho cùng chu kỳ đếm 10, tức là tần số tín hiệu ở ngõ ra sau cùng bằng 1/10 tần số xung CK, nhưng dạng tín hiệu ra khác nhau.  Mạch đếm 2x5: Nối ngõ ra QA với ngõ vào B, xung đếm (CK) nối với ngõ vào A.  Mạch đếm 5x2: Nối ngõ ra QD với ngõ vào A, xung đếm (CK) nối với ngõ vào B. Bảng trạng thái đếm cho 2 dạng mạch đếm trên: Trang 4 Cách kết nối IC 7490 để chia tần số: Trang 5 2. IC giải mã 74247 Đây là IC giải mã từ BCD sang mã LED 7 vạch với 4 chân đầu vào và 7 chân đầu ra với chức năng của từng chân như sau: + Chân 1, 2, 6, 7: Chân dử liệu BCD vào dữ liệu này được lấy từ IC đếm. + Chân 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15: Các chân ra tác động mức thấp (0) và được nối với LED 7. + Chân 8: Chân nối GND. + Chân 16: Chân nối Vcc = 5V. + Chân 4: Chân này không cần biết theo datasheet thì cho nó lên Vcc + Chân 5: Ngõ vào xoá dợn sóng RBI được để không hay nối lên cao khi không được dùng để xoá số 0( số 0 ở trước số có nghĩa hay số 0 thừa bên trái dấu chấm thập phân). + Chân 3: Chân này cũng thế cho nó lên Vcc = 5V Trang 6 Nhìn trên bảng chân lý trên ta thấy với 4 đầu vào sau khi giải mã nó cho ra 15 giá trị của mã LED 7 vạch và hiện thị được lên LED 7 vạch. Sự hoạt động của mạch được thể hiện ở bảng chân lý, trong đó đối với các ngõ ra H là tắt và L là sáng, nghĩa là nếu 74LS47 thúc đèn led 7 đoạn thì các đoạn a, b, c, d, e, f, g của đèn sẽ sáng hay tắt tuỳ vào ngõ ra tương ứng của 74LS47 là L hay H nên do đó ta phải dùng LED anot chung. Trang 7 3. Chia tần số từ thạch anh 32,768kHz sử dụng IC 4060 và 4013 Dùng thạch anh 32.768KHz và IC 4060 làm mạch chia tần số, ta có thể thu được lần lượt các tần số sau:  2048Hz tại chân ra Q4 của IC 4060 (mạch chia 16)  1024Hz tại chân ra Q5 của IC 4060 (mạch chia 32)  512Hz tại chân ra Q6 của IC 4060 (mạch chia 64)  256Hz tại chân ra Q7 của IC 4060 (mạch chia 128)  128Hz tại chân ra Q8 của IC 4060 (mạch chia 256)  64Hz tại chân ra Q9 của IC 4060 (mạch chia 512)  32Hz tại chân ra Q10 của IC 4060 (mạch chia 1024)  16Hz tại chân ra Q11 của IC 4060 (mạch chia 211)  8Hz tại chân ra Q12 của IC 4060 (mạch chia 212)  4Hz tại chân ra Q13 của IC 4060 (mạch chia 213)  2Hz tại chân ra Q14 của IC 4060 (mạch chia 214) Để có tần số 1Hz (chu kỳ 1s), ta dùng thêm 1 D Flip Flop nữa (IC 4013) để chia tần số thạch anh thêm 2 lần nữa (chia cho 2^15). Sơ đồ mạch chia tần số dùng thạch anh 32,768kHz Trang 8 4. Led 7 thanh: Giới thiệu: Led 7 thanh có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phải của led 7 thanh. Xác định các chân của Led 7 thanh Sử dụng đồng hồ VOM: Thông thường chân giữa (chân số 3 và số 8) là chân chung: 1. Đầu tiên ta xác định loại Led 7 thanh (anode chung hay cathode chung ): Đưa qua đỏ hoặc que đen của đồng hồ vào chân giữa sau đó đưa đưa que còn lại vào một trong các chân còn lại ( không phải chân chung). Nếu Led sáng khi que đen đang ở chân chung thì đó là Led 7 thanh anode chung, ngược lại là cathode chung. 2. Xác định các chân của led 7 thanh: Đưa que đen vào chân giữa (anode chung) hoặc que (cathode chung). Đưa que còn lại vào lần lượt các chân còn lại của Led 7 thanh, dựa vào vị trí đèn sang ta sẽ xác định được thứ tự các chân A,B,C,D,E,F,G của Led 7 thanh. Tính toán độ sáng của Led 7 thanh: Do Led 7 thanh không phải lúc nào cũng sáng đủ cả 7 thanh nên dẫn tới hiện tượng Led sáng không đều.  Nếu chỉ mắc điện trở ở cực chung: Ở đây ta chọn điện trở 220 ohm do dòng qua Led 5mA < I < 25mA, và ở mức 14mA thì Led sẽ sáng đẹp: = 5 − 2 330 = 14mA Trang 9  Nếu chỉ có 1 thanh sáng thì dòng qua thanh sẽ là I = 14mA  Nếu cả 7 thanh đều sang thì dòng qua mỗi led I=14m/7 = 2mA. Do đó Led 7 thanh sẽ sang không đều. Nếu ta giảm điện trở thì dòng qua led khi cả 7 thanh sáng cũng tăng theo nhưng khi 1 thanh sáng thì nó sẽ quá sáng! Do đó Led 7 thanh cũng sẽ có hiện tượng sáng không đều. Cách khắc phục: Mắc điện trở 220ohm vào tất cả các chân của Led 7 thanh khi đó dòng qua mỗi thanh sẽ bằng nhau và Led 7 thanh sẽ sáng đều. Sơ đồ kết nối led 7 thanh với IC 74247 Trang 10 PHẦN III: SƠ ĐỒ KHỐI và MÔ HÌNH 3D CỦA MẠCH THIẾT KẾ Mô hình 3D Trang 11 PHẦN IV: THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ Khối hiển thị giây: Do không sử dụng chức năng Preset của IC 7490 nên ta nối Pin số 6,7,10 xuống Mass Chân số 5 ta nối với nguồn dương Do sử dụng bộ đếm Mod 10 nên Pin số 1 được kết nối với Pin số 12 Pin 14 kết nối với xung 1Hz Khi IC 7490 S1 lặp lại chu kì đếm ( reset) thì IC 7490 S2 phải được kích xung để đếm lên 1. Do 7490 là IC đếm xung cạnh xuống do đó trước khi IC 7490 S1 (đếm xung cho hàng đơn vị của phần giây) reset ta phải kích 1 xung mức cao cho IC 7490 S2 và xung này phải tồn tại từ thời điểm kích đến thời điểm reset của IC 7490 S1 để xuất hiện xung cạnh xuống cho IC 7490 S2. Dựa vào bảng chân trị ta xác định được ta sẽ nối Pin 11 (QD) của 7490 S1 vào Pin 14 của 7490 S2. Khi IC 7490 S2 đếm tới 5 và 7490 S1 đếm tới 9 thì cả 2 IC phải được reset để bắt đầu chu kì mới. Pin 2 của 2 Ic được nối với nhau và nối với Pin số 8 của IC 7490 S2 Pin 3 của 2 Ic được nối với nhau và nối với Pin số 9 của IC 7490 S1 Trang 12 Các ngõ ra của IC 7490 được đưa vào ngõ vào của IC 74247, ngõ ra của 74247 được nối với điện trở 220ohm và nối đúng thứ tự với Led 7 thanh, Pin 8, 5 được nối Mass, Pin 16,3,4 được nối với nguồn dương. Trang 13 Sơ đồ hoàn chỉnh: Trang 14 Khối hiển thị phút: Thiết kế tương tự như khối hiện thị giây. Pin 8 của IC 7490 S2 được kết nối với Pin 14 của IC 7490 P1. Khối hiển thị giờ: Do mạch chỉ đếm tới 23 giờ, tức là ngày tại thời điểm mạch đếm tới 24 mạch phải được reset. Do đó ta kết nối các chân theo sơ đồ: Pin 2 của 2 Ic được nối với nhau và nối với Pin số 9 của IC 7490 G2 Pin 3 của 2 Ic được nối với nhau và nối với Pin số 8 của IC 7490 G1 Chỉnh giờ cho mạch: Thiết kế 2 nút bấm để chỉnh giờ và phút cho mạch. Một đầu nút bấm được nối với nguồn 5V, đầu còn lại được nối với chân 14 của Ic 7490 P1, 7490 Trang 15 Mạch hoàn chỉnh chạy trên trình mô phỏng Proteus: Trang 16 PHẦN V: THIẾT KẾ MẠCH IN Lớp dưới: Lớp trên: PHẦN VI: HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Có thể thiết kế thêm bộ chỉnh báo thức, bộ điều khiển từ xa (bằng bluetooth, sóng radio …..) …