Vẽ mạch và thiết kế mạch in hiển thị LED 7 thanh

Báo cáo môn học Thiết kế mạch số Đề tài : Vẽ mạch và thiết kế mạch in hiển thị LED 7 thanh GVHD: Nguyễn Huy Dũng Nhóm 4 : Vũ Tiến Đội Phạm Văn Đức Nguyễn Sỹ Hùng Tạ Văn Mạnh Nguyễn Văn Quân I. Mục đích Bài thí nghiệm với LED 7 thanh giúp sinh viên làm quen với qui trình và các bước cụ thể của việc thiết kế và sau đó là đặt mạch in. Công cụ để thiết kế là các phần mềm quen thuộc như Protel 99 hay ORCAD, đồng thời qua đây sinh viên cũng tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử cơ bản. II. Các linh kiện được sử dụng trong bài thí nghiệm : - Điện trở: + 28 điện trở có giá trị: 330Ω ( R1 ÷ R28 ). + 4 điện trở có giá trị: 560Ω ( R29 ÷ R32 ). + 1 điện trở có giá trị: 100KΩ ( R33 ). - 4 LED 7 đoạn. - 4 bộ giải mã 4511 ( U1 ÷ U4). - 4 connector ( J1 ÷ J4 ). - 1 phím bấm Test Led. III. Giải thích chức năng của các linh kiện trong mạch : 1.BCD-To-7 Segment Latch/decoder/Driver Led 7-segment. a.Giới thiệu: CD4511BC BCD-to-seven segment latch/decoder/driver được xây dựng với sự hổ trợ của công nghệ MOS(CMOS) và transitor lưỡng cực NPN. Linh kiện cung cấp những hàm hổ trợ cho việc giải mã bộ mã BCD sử dụng cho việc hiển thị qua led 7 đoạn. Trong bài này 4511 được sử dụng dể giải mã tín hiệu BCD để hiển thị trên LED 7 đoạn. b.Nhiệm vụ. Nhiệm vụ của BCD to 7-segment decoder là convert tất cả các trạng thái logic của bộ đếm BCD thành dạng display của led 7 đoạn.để chỉ dưới dạng từ 0-9 cho thân thuộc vơi con người. c.Sơ đồ chân của 4511. 1.Chân đầu vào: *Các chân tín hiệu BCD vào: BCD là bộ mã 4 bit có tín hiệu vào là giá trị của tín hiệu và tín hiệu ra của nó là dạng nhị phân. Bảng mã hoá của BCD như sau: Giá trị A B C C 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 Các giá trị khác của bộ 4 bít ABCD ở dạng cấm. Các tín hiệu dạng mã BCD được đưa vào 4511 để giải mã hiện thị trên led 7-segment. Sơ đồ nối chân Tên chân Vị trí (Chân) A 7 B 1 C 2 D 6 *Các chân vào diều khiển . Sơ đồ nối chân Tên chân Vị trí (Chân) Lamp Test(LT) 3 Blanking(BI) 4 Lamp Enable(LE) 5 +Chân Lamp Test(LT).Chân này tích cực ở mức HIGH.Khi chân này ở mức LOW thì tất cả các chân đầu ra Led ở mức HIGH cho tất cả các điều kiện khác của tín hiệu đầu vào. Khi hoạt động chân này được nối ở mức HIGH. +Chân Blanking(BI) . Chân này tích cực ở mức HIGH. nếu BI ở mức LOW tất cả các tín hiệu ra cạnh đầu ở mức LOW . Tín hiệu này được dùng để làm trống hết tín hiệu đầu vào khi cần display nhiều phần tử(Như trong bài là có 4 phần tử). +Chân Lamp Enable(BE) Điều khiển hoạt động của 4 chốt tín hiệu đầu vào của 4511. Nếu ở mức thấp ,các chốt tín hiệu ra được theo bởi các trạng thái logic của BCD đầu vào. Và các tín hiệu ra 7 đoạn phù hợp với tín hiệu chuyển đổi này. Nếu BE ở mức HIGH , trạng thái logic của tín hiệu vào BCD sẽ được lưu trử lại . tín hiệu đầu ra 7 đoạn sẽ không thay đổi cho đến khi BE ở mức LOW. *Các chân nguồn. Sơ đồ nối chân Tên chân Vị trí Chân đất (0V) 8 Chân nguồn(5V) 16 Để hoạt động thì các chân này phải được cấp. 2.Chân tín hiệu đầu ra-Chân tín hiệu ra 7 đoạn. Sơ đồ nối chân Tên chân Vị trí a 13 b 12 c 11 d 10 e 9 f 15 g 14 Khi LT ở mức thấp (LOW) tất cả các chân này ở mức HIGH Khi LT ở mức cao(HIGH),BI ở mức LOW. tất cả các chân này ở mức LOW. Khi LT ở mức cao (HIGH) .BI ở mức HIGH . tất cả các chân này phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào. Bảng ra các tín hiệu cạnh như sau: d.Điều kiện hoạt động của BCD-To-7 Segment (4511) 1.Tổng quan. 4511 được sử dụng theo các thông số sau: Dải giá trị có thể Nên cung cấp ở giá trị Nguồn cung cấp (DC) -0.5->+18V 3->5V Tín hiệu đầu vào -0.5->+0.5V 0->VDD Nhiệt độ cho phép -850C->+1500C -550C->+1250C Công suất tiêu thụ 700mW(DIL),500mW(SO) 2.Đặc điểm tín hiệu điện DC. Đặc điểm tín hiệu điện ra và vào của 4511 được cho bởi các bảng sau: *.Đặc điểm điện 1 chiều (DC) *.Đặc điểm điện xoay chiều. 3.Bộ định thời trong 4511 Bộ đình thời của 4511 được biểu diễn bởi sơ đồ sau. 4.Khoảng cách vật lý của các chân 4511. Khoảng cách vật lý của dạng DIL được cho bởi hình vẽ sau: 2.LED 7-Segment. a.Giới thiệu. Là một thiết bị được dùng dể hiện thí kết quả trong đo lường. Thực tế Led 7-segment là 7 con điod quang được lắp ở 7 vị trí khác nhau. Theo dạng sau: b.Nhiệm vụ . Từ tín hiệu đầu vào của a các chân a,b,c,d,…f hiển thị ra dạng số thập phân dạng thân thuộc. Tín hiệu đầu vào Dạng hiển thị a b c d e f g 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 c.Đặc điểm điện học. Có hai cách mắc Led 7-Thanh : Mắc chung Catot và mắc chung Anod. *Măc chung Cathode. *Mắc chung Anod. *Đặc điểm điện học. 3.Resistor. a.Giới thiệu Điện trở là một thiết bị điện dùng để hạn chế sự chuyển động của các điện tích. b.Mục đích. Hạn chế dòng vào các chân của Led và chân của các con 4511. Ngoài ra còn kể đến 2 linh kiện sau đây : + Connector 4 chân : Có chức năng nối bốn đường dẫn tín hiệu từ mạch bên ngoài vào 4 chân A, B, C, D của chíp 4511. + Test Led: là phím bấm để chốt số đếm. IV- Mạch nguyên lý và quá trình thực hiện Đầu vào : Bốn tổ hợp mã BCD Đầu ra : Các giá trị thập phân của 4 tổ hợp BCD được hiển thị trên 4 LED 7 thanh. Nguyên lý hoạt động của mạch: Các connector có 4 đầu vào tương ứng với 4 bit tín hiệu của một số BCD, các bit tín hiệu này được đưa đến 4 đầu A, B, C, D tương ứng của mối chip 4511. Bốn chíp 4511 sẽ giải mã các tín hiệu BCD này và đưa ra 7 đầu ra và hiện thị trên các đèn LED tương ứng. Cách vẽ thực hiện mạch nguyên lý : Mở chương trình Protel 99 và chương trình cho phép lựa chọn tên và thư mục đặt DatabaseName của project : Sau khi nhấn nút OK thì ta được một Project mới với 3 thành phần : Design Team, RecycleBin và Documents. Kích chuột vào Documents, sau đó nhấp chuột phải chọn New. Một cửa sổ mới mở ra với màn hình như sau : Nhấp chuột trái vào Schematic Document để bắt đầu vẽ mạch nguyên lý. Ta được một file với tên mặc định sheet1.sch. Kích đúp chuột vào tên này ta có cửa sổ vẽ mạch nguyên lý như sau: Bắt đầu gắp các linh kiện cần thiết từ Tab Browse Libraries. Nếu chưa có các linh kiện cần thiết thì có thể click vào Tab Add/Remove để Add thư viện Miscellaneous Devices.lib. V. Các bước vẽ mạch in: - Từ cửa sổ Document, chọn New→PCB Document: - Đặt tên cho file mới ( trong bài này là PCB2.PCB). - Trong cửa sổ PCB2.PCB, lấy ra từ thư viện các component tương ứng với các linh kiện đã vẽ trong mạch nguyên lý (điện trở, LED 7 đoạn, bộ giải mã…). Đặt tên cho các component này trùng với tên của các linh kiện trong mạch nguyên lý: Mở lại cửa sổ LED7THANH.sch, chọn Design→Update PCB để tạo các đường xanh mờ nối các chân linh kiện theo sơ đồ nguyên lý ở file PCB2.PCB. - Sắp xếp lại các component trong PCB2.PCB sao cho thuận lợi cho việc vẽ các đường mạch sau này. - Mạch có thể làm nhiều lớp, trong bài này do mạch đơn giản, ít linh kiện nên chúng em chọn cách làm mạch 1 lớp, đường mạch sẽ nằm ở mặt dưới ( bottom layer ) của board. - Nhấp chuột phải, chọn Interactive Routing, nối chân các component theo đường xanh mờ sao cho không có bất cứ 2 đường dây nào chồng lên nhau. Trong quá trình vẽ có thể chọn độ dày của đường dây bằng cách kích chuột trực tiếp vào đường đó. - - Sau khi nối xong các đường, mạch có hình như sau: - VI. Kết quả đạt được. Sau khi test thử nhóm nhận thấy mạch hoạt động tốt. Với bốn đàu vào tín hiệu các LED hiện thị đúng các số BCD cần đếm. Ví dụ : Cấp các mức điện áp vào Connector1 một số BCD như sau ABCD=0001 thì sau khi cấp nguồn vào trên LED 1 sẽ hiển thị số 1. Khi bấm phím Test LED thì do chân LT (chân số 3 , tích cực mức thấp) của 4511 chuyển mức từ cao xuống thấp nên chức năng chốt được thực hiện, các số đếm trên LED trở về trạng thái mặc định là tất cả các thanh đều sáng.