Báo cáo thiết kế và thi công mạch đèn giao thông sử dụng công nghệ IC-SO | Trường Cao đẳng Công nghệ Tây Nguyên

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 1

MỤC LỤC

1

2

Giới thiệu.....................................................................................................................3

1

.1 Tìm hiểu đề tài......................................................................................................3

Nghiên cứu lý thuyết...................................................................................................4

.1 Khối nguồn...........................................................................................................4

.2 Bộ tạo xung:Sử dụng IC 555.................................................................................4

2

2

2.2.1 Các thông số cơ bản của IC 555.....................................................................4

2.2.2 Các chức năng của 555...................................................................................4

2.2.3 Sơ đồ chân IC555...........................................................................................5

2.2.4 Công thức tính tần số điều chế độ rộng xung của 555....................................6

2

2

2

2

2

2

2

2

.3 Bộ đếm: Sử dụng IC 74LS192..............................................................................7

.4 Bộ giải mã: Sử dụng IC 74LS247.........................................................................8

.5 IC 74LS153.........................................................................................................10

.6 IC 74HC4017......................................................................................................11

.7 IC OR 74LS32....................................................................................................12

.8 IC NOT 74LS04.................................................................................................12

.9 Bộ hiển thị..........................................................................................................13

.10 Các phần mềm hỗ trợ..........................................................................................14

Nội dung chính..........................................................................................................15

.1 Sơ đồ khối...........................................................................................................15

.2 Sơ đồ nguyên lý..................................................................................................15

.3 Sơ đồ thi công.....................................................................................................20

.4 Sản phẩm............................................................................................................22

Kế hoạch thực hiện đề tài..........................................................................................23

.1 Timeline..............................................................................................................23

Kết luận.....................................................................................................................24

Phụ lục.......................................................................................................................25

.1 Hình ảnh.............................................................................................................25

3

4

3

3

3

3

4

5

6

6

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 2

6.2 Bảng biểu............................................................................................................26

7

Tài liệu tham khảo.....................................................................................................27

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 3

1

Giới thiệu

Việc áp dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật vào đời sống nhằm nâng cao mức sống

con người ngày càng phổ biến: Từ các ứng dụng trong công cộng như hệ thống an ninh

cho tới những ứng dụng trong lao động sản xuất như các dây chuyền sản xuất tự động

trong các phân xưởng nhà máy…Trong đó, phát triển công nghệ trong giao thông trở nên

thông minh, thân thiện, và an toàn hơn là một lĩnh vực rất quan trọng và có nhiều tiềm

năng phát triển. Với mong muốn được tiếp cận, học hỏi lĩnh vực này, nhóm đã chọn đề

tài “Hệ thống đèn giao thông”.

Với kiến thức chuyên môn cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn yếu, nên mục đích

của đề tài này chỉ dừng lại ở mức tiếp cận, tìm hiểu nhằm nâng cao kỹ năng thực tiễn để

phát triển sau này ( đồ án 2, đồ án 3, đồ án tốt nhiệp,…). Chính vì vậy, hệ thống này sẽ

được thiết kế và thi công theo hướng đơn giản, hoạt động tương đối hiệu quả nhưng vẫn

tạo điều kiện để mở rộng và nâng cao hệ thống về sau.

Phương pháp nghiên cứu và thực hiện đề tài: từ kiến thức sẵn có, tham khảo tài liệu

trong thư viện, trên mạng và quan trọng nhất là sự hướng dẫn của GVHD thực hiện đề

tài.Với phương pháp và mục đích trên, đề tài hoàn toàn có tính ứng dụng thực tiễn cũng

như tính khả thi cao.

1.1 Tìm hiểu đề tài

Nhóm đã tìm hiểu nhiều nguồn trên internet và các khóa đi trước thấy rằng đề tài này

đã có nhiều nhóm thực hiện , qua đó nhóm đã đúc kết được một số kiến thức cũng như rút

được nhiều kinh nghiệm như:





Cách thiết kế mạch: Có thể sử dụng các IC số hoặc vi điều khiển. Các cách

thì có ưu nhược điểm riêng.

Nếu sử dụng IC số thì không cần đòi hỏi các kiến thức về lập trình. Nhưng

mạch cồng kền, nhiều linh kiện, mạch layout phức tạp, hệ thống khó phát

triển, nâng cấp.



Nếu sử dụng VĐK thì mạch nhỏ gọn, ít IC, layout đơn giản, hệ thống dễ nâng

cấp, phát triển,… Nhưng đòi hỏi người thực hiện phải nắm các kiến thức về

lập trình cho VĐK.

Vì đồ án môn học 1 yêu cầu người thực hiện chủ yếu nắm những kiến thức về các

linh kiện điện tử, IC số, các kĩ năng cơ bản về thi công, thiết kế mạch,… và không đòi hỏi

đề tài phức tạp nên nhóm thực hiện đề tài này chỉ sử dụng các IC số.

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 4

2

Nghiên cứu lý thuyết

.1 Khối nguồn

2

Trong đề tài này nhóm sử dụng nguồn máy tính:





Input: 200-240VAC, 3A, 47-63Hz

Output: Chỉ sử dụng ngõ ra 5V, 18A

2.2 Bộ tạo xung:Sử dụng IC 555

Hình 1: IC 555 (4)

2.2.1 Các thông số cơ bản của IC 555

Điện áp đầu vào : 2 - 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555, NE7555..)

Dòng điện cung cấp : 6mA - 15mA

Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V

Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 - 0.06V

Công suất lớn nhất là : 600mW

2.2.2 Các chức năng của 555

Là thiết bị tạo xung tương đối chính xác.

Điều chế được độ rộng xung.

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 5

2.2.3 Sơ đồ chân IC555

Hình 2: Sơ đồ chân IC 555 (4)

Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là chân chung.

Chân số 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được dùng như

1

chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp.Mạch so sánh ở đây dùng các transitor PNP với

mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc.

Chân số 3(OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic. Trạng thái của tín

hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1. 1 ở đây là mức cao nó tương ứng với gần bằng

VCC và mức 0 tương đương với 0V nhưng mà trong thực tế mức 0 này không được 0V

mà nó trong khoảng từ (0.35 ->0.75V) .

Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối mass thì ngõ ra

ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên

chân 2 và 6.Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân này lên

VCC.

Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555

theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND. Chân này có thể

không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuống

GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp

chuẩn được ổn định.

Chân số 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác và

cũng được dùng như 1 chân chốt.

Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu điều khiển

bởi tầng logic của chân 3 .Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại, ngược lại thì

nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động .

Chân số 8 (VCC): chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động. Không có chân này coi

như IC chết. Nó được cấp điện áp từ 2V -->18V (Tùy từng loại 555 thấp nhất là con

NE7555).

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 6

2.2.4 Công thức tính tần số điều chế độ rộng xung của 555

Hình 3: Sơ đồ kết nối IC 555 (4)

Nhìn vào sơ đồ mạch trên ta có công thức tính tần số , độ rộng xung.

Tần số của tín hiệu đầu ra là :

f = 1/(ln2.C.(R1 + 2R2))

Chu kì của tín hiệu đầu ra : t = 1/f

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 7

2.3 Bộ đếm: Sử dụng IC 74LS192

7

4192: IC đếm BCD

Hình 4: IC 74LS192 (4)

Hình 5: Sơ đồ chân IC 74LS192 (1)

Các chân: 11, 12, 13 tích cực mức thấp, các chân còn lại tích cực mức cao.

Chân số

Chức năng

1

6

Chân nguồn

Nguồn, mass

Điều khiển

8

4

5

Chân mass

Chân đếm xuống

Chân đếm lên

1

1

1

1

1

4

1

5

Chân master reset

Chân quay về trạng thái đếm đặt trước.

P0

P1

P2

P3

Q0

Q1

Q2

Input

0

9

3

2

6

7

Output

Q3

Bảng 1: Chức năng các chân IC 74LS192

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 8

Hình 6: Bảng trạng thái IC 74LS192 (1)

2.4 Bộ giải mã: Sử dụng IC 74LS247

7

4247: IC giải mã BCD để hiển thị ra led 7 đoạn

Hình 7: IC 74LS247 (1)

Hình 8: Sơ đồ chân IC 74LS247 (1)

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

)

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 9

Các chân: 1, 2, 6, 7, 8, 16 tích cực mức cao, các chân còn lại tích cực mức thấp.

Chân số

Chức năng

1

6

Chân nguồn

Nguồn, mass

Điều khiển

8

(LT)

4 (RBI)

Chân mass

Test đèn

Xuất số khác “0” qua led kế tiếp bên trái

3

5

(BI)

7

1

2

6

Không hiển thị các số không vô nghĩa

P0

P1

P2

P3

a

b

c

d

Input

1

1

1

1

3

2

1

0

Output

9

e

1

1

5

4

f

g

Bảng 2: Chức năng các chân IC 74LS247

Hình 9: Bảng trạng thái IC 74LS247 (1)

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 10

2.5 IC 74LS153

7

4153: IC dồn kênh

Hình 10: IC 74LS153 (1)

Hình 11: Cấu tạo IC 74LS153 (1)

Hình 12: Bảng trạng thái IC 74LS153 (1)

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 11

2.6 IC 74HC4017

7

44017: IC giải mã

Hình 13: IC 74HC4017 (1)

Hình 14: Cấu tạo IC 74HC4017 (1)

Hình 15: Bảng trạng thái IC 74HC4017 (1)

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 12

2.7 IC OR 74LS32

7

432: cổng logic cộng, 2 ngõ vào 1 ngõ ra

Hình 16: IC 74LS32 (1)

Hình 17: Sơ đồ chân IC74LS32 (4)

2.8 IC NOT 74LS04

7

404: cổng logic đảo, 1 ngõ vào 1 ngõ ra

Hình 18: IC 74LS04 (4)

Hình 19: Sơ đồ chân IC 74LS04 (1)

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 13

2.9 Bộ hiển thị

Led 7 đoạn: Có 2 loại Anode chung và Cathode chung, trong đề tài nhóm chọn sử

dụng loại Anode chung. Đối với loại Anode chung thì các ngõ vào đều tích cực mức thấp,

chân Anode chung được nối lên nguồn.

Hình 21: Cấu tạo LED 7 đoạn (4)

Hình 20: LED 7 đoạn (4)

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 14

Led đơn:

Ðiện áp định mức của Led:

Led xanh lá: 2.7 - 3 volt

Led xanh và Led trắng: 3.5 - 4 volt

Led đỏ: 2.2 – 2.5 volt

Dòng định mức của Led: 20mA cho đa số

các Led.

Hình 23: LED đơn (4)

2.10 Các phần mềm hỗ trợ

Hình 24: Phần mềm Proteus

Phần mềm mô phỏng proteus: Proteus là một phần mềm chuyên dụng để mô phỏng,

thiết kế mạch cũng như vẽ sơ đồ mạch in,… đặc biệt đây là một phần mềm được trang bị

nhiều công cụ mạnh mẽ về mô phỏng và được nhiều người sử dụng.

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 15

3

Nội dung chính

.1 Sơ đồ khối

3

Hình 25: Sơ đồ khối

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 16

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 17

Sơ đồ nguyên lý

Hình 26: Sơ đồ nguyên lý toàn bộ hệ thống

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 18

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 19

Hình 27: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung

Hình 28: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển

Hình 29: Sơ đồ nguyên lý mạch chọn kênh

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 20

Hình 31: Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị

Hình 32: Mạch hiển thị dùng LED 7 đoạn

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 21

Hình 33: Mạch hiển thị dùng LED đơn

Hình 34: Layout mạch đếm và giải mã

3.2 Sơ đồ thi công

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 22

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 23

Hình 35: Layout mạch tạo xung và thiết lập số đếm

Hình 36: Layout mach hiển thị

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 24

3.3 Sản phẩm

Hình 37: Sản phẩm

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 25

4

Kế hoạch thực hiện đề tài

.1 Timeline

4

Tuần

Tiến độ thực hiện

5

6

7

8

9

1

1

1

1

1

1

1

(24/3-31/4) Nhận đề tài

(1/4-7/4)

(8/4-14/4)

Soạn đề cương

Nghiên cứu lý thuyết, chỉnh sửa đề cương

(15/4-21/4) Nghiên cứu lý thuyết, vẽ Schematic, chỉnh sửa đề cương (nếu cần)

(22/4-28/4) Nghiên cứu lý thuyết, vẽ layout

0 (29/4-5/5) Nghiên cứu lý thuyết, mua linh kiện, test mạch (trên testboard)

1 (6/5-12/5)

2 (13/5-19/5) Thi công, chỉnh sửa mạch

3 (20/5-26/5)

4 (27/5-2/6)

5 (3/6-9/6)

Viết báo cáo

6 (10/6-16/6)

Bảng 3: Timeline

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 26

5

Kết luận

Vì đồ án môn học 1 yêu cầu người thực hiện chủ yếu nắm những kiến thức về các

linh kiện điện tử, IC số, các kĩ năng cơ bản về thi công, thiết kế mạch,… và không đòi hỏi

đề tài phức tạp nên nhóm thực hiện đề tài này chỉ sử dụng các IC số.

Ưu điểm: không đòi hỏi các kiến thức về lập trình.

Nhược điểm: mạch cồng kền, nhiều linh kiện, mạch layout phức tạp, tốn nhiều chi

phí, hệ thống khó phát triển, nâng cấp.

Mạch hoạt động ổn định và hiệu quả đạt khoảng 95% mục tiêu ban đầu đặt ra, hoạt

động giống với thực tế và có tính ứng dụng.

Giảng đồ hoạt động:

Hình 38: Giảng đồ hoạt động của hệ thống đèn

Hướng phát triển: thay thế bằng vi điều khiển.

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 27

6

6

Phụ lục

.1 Hình ảnh

Hình 1: IC 555 (4).......................................................................................................................................4

Hình 2: Sơ đồ chân IC 555 (4)....................................................................................................................5

Hình 3: Sơ đồ kết nối IC 555 (4).................................................................................................................6

Hình 4: IC 74LS192 (4)...............................................................................................................................7

Hình 5: Sơ đồ chân IC 74LS192 (1)............................................................................................................7

Hình 6: Bảng trạng thái IC 74LS192 (1).....................................................................................................8

Hình 7: IC 74LS247 (1)...............................................................................................................................8

Hình 8: Sơ đồ chân IC 74LS247 (1)............................................................................................................8

Hình 9: Bảng trạng thái IC 74LS247 (1).....................................................................................................9

Hình 12: Bảng trạng thái IC 74LS153 (1).................................................................................................10

Hình 10: Cấu tạo IC 74LS153 (1).............................................................................................................10

Hình 11: IC 74LS153 (1)...........................................................................................................................10

Hình 13: Cấu tạo IC 74HC4017 (1)..........................................................................................................11

Hình 14: IC 74HC4017 (1)........................................................................................................................11

Hình 15: Bảng trạng thái IC 74HC4017 (1)..............................................................................................11

Hình 16: Sơ đồ chân IC74LS32 (4)...........................................................................................................12

Hình 17: IC 74LS32 (1).............................................................................................................................12

Hình 18: IC 74LS04 (4).............................................................................................................................12

Hình 19: Sơ đồ chân IC 74LS04 (1)..........................................................................................................12

Hình 20: LED 7 đoạn (4)...........................................................................................................................13

Hình 21: Cấu tạo LED 7 đoạn (4).............................................................................................................13

Hình 22: Bảng trạng thái LED 7 đoạn (1).................................................................................................13

Hình 23: LED đơn (4)...............................................................................................................................14

Hình 24: Phần mềm Proteus......................................................................................................................14

Hình 25: Sơ đồ khối..................................................................................................................................15

Hình 26: Sơ đồ nguyên lý toàn bộ hệ thống...............................................................................................15

Hình 27: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển................................................................................................16

Hình 28: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung..................................................................................................16

Hình 29: Sơ đồ nguyên lý mạch chọn kênh................................................................................................17

Hình 30: Chi tiết mạch chọn kênh.............................................................................................................17

Hình 31: Mạch hiển thị dùng LED 7 đoạn.................................................................................................18

Hình 32: Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị....................................................................................................18

Hình 33: Mạch hiển thị dùng LED đơn.....................................................................................................19

Hình 34: Layout mạch đếm và giải mã......................................................................................................20

Hình 35: Layout mạch tạo xung và thiết lập số đếm..................................................................................21

Hình 36: Layout mach hiển thị..................................................................................................................21

Hình 37: Sản phẩm....................................................................................................................................22

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 28

Hình 38: Giảng đồ hoạt động của hệ thống đèn........................................................................................24

6.2 Bảng biểu

Bảng 1: Chức năng các chân IC 74LS192...................................................................................................6

Bảng 2: Chức năng các chân IC 74LS247...................................................................................................8

Bảng 3: Timeline.......................................................................................................................................22

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

lOMoARcPSD|15962736

Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông

Trang 29

7

Tài liệu tham khảo

1

. www.alldatasheet.com. [Online] http://www.alldatasheet.com/datasheet.

. Trần Thu Hà, Trương Thị Bích Ngà, Nguyễn Thị Lưỡng,... Giáo trình Điện tử cơ bản. Tp. Hồ Chí

2

Minh : DHSPKT, 2013 .

3

4

5

. Nguyễn Đình Phú, Nguyễn Trường Duy. Giáo trình kỹ thuật số. Tp. Hồ Chí Minh : DHSPKT, 2013.

. www.dientuvietnam.net. [Online] http://www.dientuvietnam.net/.

. Phú, Nguyễn Đình. Tài liệu thực hành kỹ thuật số. Tp. Hồ Chí Minh : DHSPKT.

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết