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

lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 1 MỤC LỤC
1 Giới thiệu.....................................................................................................................3
1.1 Tìm hiểu đề tài......................................................................................................3
2 Nghiên cứu lý thuyết...................................................................................................4
2.1 Khối nguồn...........................................................................................................4
2.2 Bộ tạo xung:Sử dụng IC 555.................................................................................4
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 2.3
Bộ đếm: Sử dụng IC 74LS192..............................................................................7 2.4
Bộ giải mã: Sử dụng IC 74LS247.........................................................................8 2.5
IC 74LS153.........................................................................................................10 2.6
IC 74HC4017......................................................................................................11 2.7
IC OR 74LS32....................................................................................................12 2.8
IC NOT 74LS04.................................................................................................12 2.9
Bộ hiển thị..........................................................................................................13 2.10
Các phần mềm hỗ trợ..........................................................................................14
3 Nội dung chính..........................................................................................................15
3.1 Sơ đồ khối...........................................................................................................15
3.2 Sơ đồ nguyên lý..................................................................................................15
3.3 Sơ đồ thi công.....................................................................................................20
3.4 Sản phẩm............................................................................................................22
4 Kế hoạch thực hiện đề tài..........................................................................................23
4.1 Timeline..............................................................................................................23
5 Kết luận.....................................................................................................................24
6 Phụ lục.......................................................................................................................25
6.1 Hình ảnh.............................................................................................................25
6.2 Bảng biểu............................................................................................................26
7 Tài liệu tham khảo.....................................................................................................27 lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 2 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.
2 Nghiên cứu lý thuyết 2.1 Khối nguồn
Trong đề tài này nhóm sử dụng nguồn máy tính:
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 3
• 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.
2.2.3 Sơ đồ chân IC555 lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 4
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 lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 5
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
2.3 Bộ đếm: Sử dụng IC 74LS192 74192: IC đếm BCD lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 6
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 16 Chân nguồn Nguồn, mass 8 Chân mass Điều khiển 4 Chân đếm xuống 5 Chân đếm lên 14 Chân master reset 11
Chân quay về trạng thái đếm đặt trước. 15 P0 1 Input P1 10 P2 9 P3 Output 3 Q0 2 Q1 6 Q2 7 Q3
Bảng 1: Chức năng các chân IC 74LS192
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 7
Hình 6: Bảng trạng thái IC 74LS192 (1)
2.4 Bộ giải mã: Sử dụng IC 74LS247
74247: IC giải mã BCD để hiển thị ra led 7 đoạn
Hình 7: IC 74LS247 (1)
Hình 8: Sơ đồ chân IC 74LS247 (1)
Các chân: 1, 2, 6, 7, 8, 16 tích cực mức cao, các chân còn lại tích cực mức thấp. Chân số Chức năng 16 Chân nguồn Nguồn, mass 8 Chân mass 3 (LT) Test đèn Điều khiển 4 (RBI)
Xuất số khác “0” qua led kế tiếp bên trái 5 (BI)
Không hiển thị các số không vô nghĩa 7 Input P0 1 P1 lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 8 2 P2 6 P3 Output 13 a 12 b 11 c 10 d 9 e 15 f 14 g
Bảng 2: Chức năng các chân IC 74LS247
Hình 9: Bảng trạng thái IC 74LS247 (1) 2.5 IC 74LS153 74153: IC dồn kênh
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 9
Hình 10: IC 74LS153 (1)
Hình 11: Cấu tạo IC 74LS153 (1)
Hình 12: Bảng trạng thái IC 74LS153 (1) 2.6 IC 74HC4017 744017: IC giải mã lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 10
Hình 13: IC 74HC4017 (1)
Hình 14: Cấu tạo IC 74HC4017 (1)
Hình 15: Bảng trạng thái IC 74HC4017 (1) 2.7 IC OR 74LS32
7432: cổng logic cộng, 2 ngõ vào 1 ngõ ra
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 11
Hình 16: IC 74LS32 (1)
Hình 17: Sơ đồ chân IC74LS32 (4) 2.8 IC NOT 74LS04
7404: cổng logic đảo, 1 ngõ vào 1 ngõ ra
Hình 18: IC 74LS04 (4)
Hình 19: Sơ đồ chân IC 74LS04 (1) 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. lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 12 Hình
21: Cấu tạo LED 7 đoạn (4)
Hình 20: LED 7 đoạn (4) Led đơn:
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 13
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. lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 14 3 Nội dung chính 3.1 Sơ đồ khối
Hình 25: Sơ đồ khối
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 15 lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 16 Sơ đồ nguyên lý
Hình 26: Sơ đồ nguyên lý toàn bộ hệ thống
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 17 lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 18
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 lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 19
Hình 31: Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị
Hình 32: Mạch hiển thị dùng LED 7 đoạn lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 20
Hình 33: Mạch hiển thị dùng LED đơn
3.2 Sơ đồ thi công
Hình 34: Layout mạch đếm và giải mã
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 21
Hình 35: Layout mạch tạo xung và thiết lập số đếm lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 22
Hình 36: Layout mach hiển thị 3.3 Sản phẩm
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 23
Hình 37: Sản phẩm 4
Kế hoạch thực hiện đề tài 4.1 Timeline Tuần Tiến độ thực hiện 5 (24/3-31/4) Nhận đề tài 6 (1/4-7/4) Soạn đề cương 7 (8/4-14/4)
Nghiên cứu lý thuyết, chỉnh sửa đề cương 8 (15/4-21/4)
Nghiên cứu lý thuyết, vẽ Schematic, chỉnh sửa đề cương (nếu cần) 9 (22/4-28/4)
Nghiên cứu lý thuyết, vẽ layout 10 (29/4-5/5)
Nghiên cứu lý thuyết, mua linh kiện, test mạch (trên testboard) 11 (6/5-12/5)
12 (13/5-19/5) Thi công, chỉnh sửa mạch 13 (20/5-26/5) 14 (27/5-2/6) Viết báo cáo 15 (3/6-9/6) lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 24 16 (10/6-16/6)
Bảng 3: Timeline 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. 6 Phụ lục 6.1 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
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 25
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
Hình 38: Giảng đồ hoạt động của hệ thống đèn........................................................................................24 lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 26 6.2 Bảng biểu
Bảng 1: Chức năng các chân IC 74LS192...................................................................................................6
Bảng 2: Chức năng các chân IC 74LS247...................................................................................................8
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 27
Bảng 3: Timeline.......................................................................................................................................22 lOMoAR cPSD| 41632112
Đồ án môn học 1 – Thiết kế và thi công mạch đèn giao thông Trang 28
7 Tài liệu tham khảo
1. www.alldatasheet.com. [Online] http://www.alldatasheet.com/datasheet.
2. Trần Thu Hà, Trương Thị Bích Ngà, Nguyễn Thị Lưỡng,... Giáo trình Điện tử cơ bản. Tp. Hồ Chí Minh : DHSPKT, 2013 .
3. Nguyễn Đình Phú, Nguyễn Trường Duy. Giáo trình kỹ thuật số. Tp. Hồ Chí Minh : DHSPKT, 2013.
4. www.dientuvietnam.net. [Online] http://www.dientuvietnam.net/.
5. Phú, Nguyễn Đình. Tài liệu thực hành kỹ thuật số. Tp. Hồ Chí Minh : DHSPKT.
Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết