ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊNĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG----------

BÁO CÁOMÔN THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ SỐ & TƯƠNG TỰ

Đề Tài: THIẾT KẾ MẠCH ĐÈN TÍN HIỆU GIAO THÔNG

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Phương Thanh

Nhóm sinh viên thực hiện: Hoàng Thị Hồng AnhDương Minh Hiếu

Thái Nguyên, tháng05, năm 2015

LỜI NÓI ĐẦUTrong những năm gần đây, cùng với sự bùng nổ của cách mạng Công nghệ thông

tin, ngành kỹ thuật điện tử là một trong những ngành pát triển với tốc độ nhanh nhất. Đối với nước ta thì công nghệ điện tử có vai trò quan trọng trong công cuộc CNH, HĐH đất nước, cũng như trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, nó làm tăng năng suất lao động cũng như chất lượn sản phẩm , giảm lao động chân tay nhờ áp dụng các thiết bị, dậy truyền điện tử vào sản xuất. Qua đó tiết kiệm đc sức lao động của con người, đem lại hiệu quả cao trong công việc và thúc đẩy ngành công nghiệp ngày càng phát triển.

Mặt khác, Do nhu cầu của đời sống con người, đặc biệt là nhu cầu đi lại, các loại

phương tiện giao thông đã tăng một cách chóng mặt. Riêng tại Việt Nam số lượng xe

máy trong những năm qua tăng một cách đột biến, mật độ xe lưu thông trên đường

ngày một nhiều, trong khi đó hệ thống đường xá tại Việt Nam còn quá nhiều hạn chế

nên thường gây ra các hiện tượng như kẹt xe, ách tắc giao thông, đặc biệt là tai nạn

giao thông ngày càng phổ biến trở thành mối hiểm họa cho nhiều người.Vì lý do đó

các luật giao thông lần lượt ra đời và được đưa vào sử dụng một cách lặng

lẽ rồi dần trở nên phổ biến như hiện nay. Trong đó hệ thống đèn giao thông là công cụ

điều khiển giao thông công cộng thực tế và hiệu quả có vai trò rất lớn trong việc đảm

bảo an toàn và giảm thiểu tai nạn giao thông.

Là một sinh viên khoa công nghệ điện tử, em vận dụng những kiến thức được học xin giới thiệu sản phẩm ứng dụng nhỏ đó là Mạch đèn tín hiệu giao thông.Sau thời gian học tập và rèn luyện, với sự chỉ bảo tận tình của cô Nguyến Thị Phương Thanh em đã hoàn thành xong mạch.

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều trong thời gian thực hiện bài tập lớn,chúng em không thể tránh khỏi những thiếu sót do kiến thức cũng như kinh nghiệm còn hạn chế,chúng em rất nhận được sự đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn để bài tập lớn chúng em lần sau được hoàn thiện hơn.

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG1.1. Các linh kiện sử dụng1.1.1. IC 555

Hình 1.1: Khối tạo xung vuông IC555

Khái niệm: IC 555 là một IC tạo xung đa năng, về cấu tạo nó gồm 2 con khuếch

đại thuật toán với 1 bộ fiflop. Là một loại linh kiện khá phổ biến bây giờ với việc

dễ dàng tạo được xung vuông và có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch

đơn giản, điều chế được độ rộng xung. Nó được ứng dụng hầu hết vào các mạch

tạo xung đóng cắt hay là những mạch dao động khác. Đây là linh kiện của hãng

CMOS sản xuất.

Trong thức tế có nhiều loại IC 555 nhưng chúng ta sẽ sử dụng con NE 555.

Hình 1.2: Hình ảnh thực tế IC 555

Các thông số cơ bản của IC555 trên thị trường

+ Điện áp đầu vào: 2 – 18V

+ Dòng điện cung cấp: 6 – 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

Chức năng của IC555

+ Là thiết bị tạo xung chính xác

+ Máy phát xung

+ Điều chế được độ rộng xung (PWM)

+ Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)

Chức năng của từng chân của IC 555.

Hình 1.3 : Sơ đồ chân IC 555

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

chung.

+ Chân số 2(TRIGGER): Chân so áp với mức áp chuẩn là 1/3 mức nguồn nuôi.

+ Chân số 3(OUTPUT): Chân này 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 nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng 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 masse

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 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 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) : Chân so áp với mức áp chuẩn là 2/3 mức nguồn

nuôi.

+ Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như một 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 số 8 (Vcc): Chân nguồn. IC 555 làm việc với mức nguồn từ 3V đến 15V.

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

+ Tần số của tín hiệu đầu ra:

f = 1.4/((R1 + 2R2) × C1)

+ Chu kỳ tín hiệu đầu ra:

T = 1/f = 0.7 × (R1 + 2R2) × C1

+ Thời gian tín hiệu ở mức cao:

T1 = 0,7 x ( R1 + R2 ) x C1

+ Thời gian tín hiệu ở mức thấp:

T2 = 0,7 x R2 x C1

T: Thời gian của một chu kỳ toàn phần tính bằng (s)

f: Tần số dao động tính bằng (Hz)

R1: Điện trở tính bằng ohm (Ω)

R2: Điện trở tính bằng ohm (Ω)

C: Tụ điện tính bằng Fara (F)

Chu kỳ (time period) = thời gian On (ON time) + thời gian OFF (OFF time) và là

hằng số, trong công thức nếu thời gian ON tăng thì thời gian OFF sẽ giảm để tổng của

chúng phải là hằng số.

Và người ta đưa ra thêm một khái niệm là chu kỳ làm việc (duty cycle). Công thức

tính như trên. Nó có nghĩa là tỷ số thời gian xung ON trên chu kỳ. Thường thì tính theo

đơn vị phần trăm (%).

1.1.2. IC 4017

Khái niệm

IC4017 là dòng CMOS dùng để đếm xung thập phân. Nó có thể đếm xung ở sườn

âm hoặc sườn dương và khi kết thúc một chu kỳ đếm tự động Reset.

Hình 1.4: Hình ảnh thực tế

Ứng dụng

- Điều khiển tự động

- Làm các công cụ âm nhạc

- Điện tử y sinh

- Hệ thống cảnh báo

- Điện tử công nghiệp và thiết bị đo thừ xa

Các chân của IC4017

Hình 1.5:Sơ đồ chân của IC4017

- Các chân 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 tương ứng với 10 xung đầu ra của IC4017. Các

chân này được xuất ra mức 1 khi số xung được đếm tương ứng với thứ tự các chân

đầu ra.

- Chân 15 là chân Reset. Khi chân này tác động ở mức 1 thì đếm sẽ reset về đầu.

- Chân 14 là chân xung đầu vào và đếm ở sườn dương.

- Chân 13 là chân xung đầu vào và đếm ở sườn âm.

- Chân 12 là chân báo hiệu đã đếm xong 1 chu kỳ đếm (Có nghĩa là khi IC4017 đếm

từ 1 đến 5 thì chân 12 ở mức 1 và IC4017 đếm từ 6 đến 10 thì chân 12 ở mức 0).

- Chân 8 cho nối GND đế lấy dòng cấp cho IC hay còn gọi là chân chung.

- Chân 16là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động.

Sơ đồ xung các ngõ ra

Hình 1.6: Sơ đồ xung các ngõ ra

Qua sơ đồ hình 8 ta thấy được cơ chế đếm của IC4017 như sau:- Khi xung đầu vào ở mức dương thì xung đầu tiên được đếm và khi xung đầu vào

xuống mức âm thì chân 1 vẫn giữ trạng thái ở mức 1.- Khi xung đầu vào đến sườn dương thứ 2 ngay lập tức xung thứ 2 được đếm và

xung thứ nhất bị lật trạng thaais xuống mức 0.- Cứ như thế cho tới khi đếm đến 10 là kết thúc 1 chu kỳ đếm và quay lại đếm từ 1

để thực hiện 1 chu kỳ mới. Nhìn vào bảng đếm ta thấy để đếm tới 10 thì chân Reset luôn phải ở mức 0 và

chân 13 phải ở mức âm.Chú ý:

IC4017 có thể đếm ở 2 mức: đếm theo sườn dương và đếm theo sườn âm.

+ Nếu đếm sườn dương thì Clock đưa vào chân 14 và chân 13 nối đất.+ Nếu đếm sườn âm thì Clock vào đưa chân 13 và chân 14 nối lên Vcc.

1.1.3. IC 74LS32

Hình 1.7: Hình ảnh thực tế IC 74LS32

Sơ đồ chân

Hình 1.8: Sơ đồ chân IC 74LS32

Cấu tạo

IC 74LS32 gồm 4 cổng OR hai đầu vào tích hợp trên một đế bán dẫn. đầu vào

cổng OR tại các chân 1-2, 4-5, 9-10, 12-13, đầu ra tại các chân: 3, 6, 8, 11.

Chân 8 nối nguồn +5V, chân 7 nối đất.

Nguyên tắc hoạt động

IC 74LS32 hoạt động như cổng OR các lối ra Y là tổng của 2 lối vào A và B: Yi -

= Ai + Bi , i = 1,2,..4

Bảng chân lý IC 74LS32

Lối vào Lối ra

A B Y

L L L

X H H

H X H

1.1.4. IC đệm 74HC245

Chức năng: Đệm dữ liệu 2 chiều, thường ứng dụng trong các mạch sử dụng led

như quét matrix, hoặc đệm dữ liệu bus với các mạch sử dụng nhiều linh kiện mắc

song song.

Hoạt động ở điện áp <= 7V.

Sơ đồ chân

Hình 1.9: Sơ đồ chân

Đây là ic số loại 20 chân . chức năng từng chân như sau:+ Chân 1: DIR chân chọn hướng dữ liệu : nếu DIR=1 thì input A và output B và ngược lại với DIR=0;+ Chân 2=>chân 9 : A0=>A7 data in/output phụ thuộc vào chân DIR+ Chân 10: GND+ Chân 11 =>18: B7=>B0 data in/output phụ thuộc vào chân DIR+ Chân 19 : OE chân cho phép tích cực ở mức 0 .nếu 0E=0 thì ic xuất dữ liệu ngược lại OE=1, cấm+ Chân 20: VCC

Cấu tạo bên trong

Hình 1.10: Cấu tạo bên trong của IC 74HC245

1.1.5. Led đơn

- 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 loại N.

- LED thường được dùng trong các mạch báo hiệu, chỉ thị trạng thái của mạch như báo nguồn, trạng thái thuận hay ngược.

Hình 1.11: hình dáng và kích thước Led

Hình 1.12: Mặt cắt, cấu tạo và kí hiệu LED tiêu chuẩn

1.1.6. Điện trở - Công dụng của điện trở là điều chỉnh điện áp, hạn chế dòng điện, chia điện áp,

điều chỉnh hệ số khuếch đại, ổn định nhiệt,…

- Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây, được

tính theo công thức sau:

R = ρ.L / S

Trong đó: ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu.

L là chiều dài dây dẫn.

S là tiết diện dây dẫn.

R là điện trở đơn vị là Ohm.

Hình 1.13: Hình dạng thực tế

- Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.6: Ký hiệu

- Cách đọc giá trị điện trở

Quy ước màu Quốc tế

Đen Nâu Đỏ Cam VàngXanh

lá

Xanh

lơTím Xám Trắng

Nhũ

vàng

Nhũ

bạc

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5% 10%

Cách đọc điện trở 4 vòng màu

Vòng số 4 là vòng ở cuối luôn luôn có mầu nhũ vàng hay nhũ bạc, đây là vòng chỉ sai

số của điện trở, khi đọc trị số ta bỏ qua vòng này.

Đối diện với vòng cuối là vòng số 1, tiếp theo đến vòng số 2, số 3.

Vòng số 1 và vòng số 2 là hàng chục và hàng đơn vị.

Vòng số 3 là bội số của cơ số 10.

Trị số = (vòng 1)(vòng 2) x 10 ( mũ vòng 3)

Có thể tính vòng số 3 là số con số không "0" thêm vào.

Mầu nhũ chỉ có ở vòng sai số hoặc vòng số 3, nếu vòng số 3 là nhũ thì số mũ

của cơ số 10 là số âm.

1.1.7. Tụ điện

Các loại tụ điện

1.1.7.1. Tụ hóa (tụ ôxít hóa)

Khái niệm

Tụ hóa là loại tụ có phân loại cực tính âm và dương. Tụ được chế tạo với bản cực

nhôm và cực dương có bề mặt hình thành lớp ôxít nhôm và lớp bọt khí có tính cách điện

để làm chất điện môi. Lớp ôxít nhôm rất mỏng nên điện dung của tụ lớn từ 1µF đến

10.000µF

Hình 1.14 : Ký hiệu và hình dáng

Cách nhận dạng và đọc trị số

- Tụ hóa có đầu (+) và (–), đầu âm của tụ thường là mầu đen.

- Trên thân tụ ghi điện áp danh định, giá trị điện dung, hệ số nhiệt độ:

+ Giá trị điện áp định danh là điện áp đặt vào 2 cực của tụ lâu dài (trên 10.000 giờ) mà

không bị hỏng.

+ Điện áp đánh thủng là điện áp mà khi điện áp đặt vào 2 đầu của tụ lớn hơn điện áp đó

thì điện môi của tụ bị đánh thủng. Thông thường điện áp này bằng 1,5 đến 2 lần điện áp

định danh.

+ Hệ số nhiệt là chỉ số chỉ rõ sự biến đổi của trị số điện dung khi nhiệt độ môi trường

thay đổi.

1.1.7.2. Tụ gốm (ceramic)

Khái niệm

Tụ gốm là loại tụ không có cực tính và thường có điện dung từ 1pF đến 1µF, điện

áp làm việc của tụ cao đến vài trăm Ohm.

Hình 1.15: Hình dáng, ký hiệu, cách đọc tụ gốm

Qui ước về sai số của tụ là:

J = ± 5% K = ± 10% M = ±20%

1.1.7.3. Một số loại tụ khác

a. Tụ giấy

Tụ giấy là loại tụ không có cực tính gồm hai bản cực là các băng kim loại dài, ở

giữa có lớp cách điện là giấy tẩm dầu và cuộn lại thành ống. Điện áp đánh thủng đến vài

trăm Vôn.

Hình 1.16: Ký hiệu, hình dáng tụ giấy

b. Tụ Mica

Tụ Mica là loại tụ không có cực tính, điện dung từ vài pF đến vài trăm nF, điện áp

làm việc rất cao trên 1000V. Trên tụ Mica được sơn các chấm màu đề chỉ trị số điện

dung. Cách đọc trị số giống như đọc trị số điện trở.

Ký hiệu, hình dáng và cách đọc trị số của tụ Mica được minh họa như sau:

Hình 1.17: Tụ mica

c. Tụ màng mỏng

Tụ màng mỏng là loại tụ có chất điện môi là các chất polyester (PE), polyetylen

(PS), điện dung từ vài trăm pF đến vài chục micrôfara, điện áp làm việc cao đến hàng

ngàn vôn.

Ký hiệu và hình dáng của tụ mảng mỏng minh họa như hình dưới đây:

Hình 1.18: Tụ màng mỏng

d. Tụ tang-tan

Tụ tang là loại tụ có phân cực tính, điện dung có thể rất cao nhưng kích thước nhỏ

từ 0,1µF đến 100µF, điện áp làm việc thấp chỉ vài chục Vôn.

Ký hiệu và hình dáng của tụ mảng mỏng minh họa như hình dưới đây:

Hình 1.19: Tụ tang-tan

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH

2.1. Sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của mạch

Nguyên lý hoạt động

IC 555 tạo xung vuông, chân 3 IC 555 nối với chân 14 của IC 4017.

IC 4017 sẽ đếm xung, có 10 ngõ ra tại 1 thời điểm duy nhất chỉ có 1 ngõ ra ở mức

cao.

Để cho thời gian đèn đỏ sáng là 5s, đèn xanh là 4s, đèn vàng là 1s, ta phải dùng

các cổng logic OR nối với các ngõ ra của 4017.

Do qua các cổng logic dòng điện sẽ bị sụt áp, nên ta phải dùng IC đệm 74HC245

để kích dòng điện lên 5V để cho các led sáng như nhau

Từ 4 ngõ ra đầu tiên của IC4017 sẽ được gom vào 2 cổng OR, 2 cổng OR này sẽ

được gom tiếp vào 1 cổng OR rồi đưa vào cổng input của IC74HC245 ngõ ra

tương ứng đưa vào đèn xanh của cột 2. Ngõ ra thứ 5 của IC4017 được nối thẳng

với đèn vàng ở cột 2 qua IC đệm . Đèn đỏ sẽ dùng 1 cổng logic OR để cộng đèn

xanh và đèn vàng rồi nối với chân input của IC74HC245 ngõ ra tương ứng nối với

đèn đỏ cột 1.

Tương tự đối với cột đèn thứ 2:

Đỏ cột 2 = Xanh cột 1 + vàng cột 1

Đỏ cột 1 = Xanh cột 2 + vàng cột 2

2.2. Sơ đồ mạch in của mạch

Hình 2.2: Sơ đồ mạch in của mạch

2.3. Hình ảnh 3D cuả mạch

Hình 2.3: Hình ảnh 3D của mạch

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

3.1. Hình ảnh thật của mạch

Hình 3.1: Hình ảnh mạch thật của mạch

3.2. Ứng dụng

Mạch tín hiệu đèn giao thông là công cụ điều khiển giao thông công cộng thực tế và

hiệu quả có vai trò rất lớn trong việc đảm bảo an toàn và giảm thiểu tai nạn giao

thông.

3.3. Hướng phát triển

Từ việc thành công trong đề tài trên, chúng em đã nắm vững nguyên lý hoạt động

của các linh kiện như IC 555, IC 4017, IC 74RS32, IC 74HC245,… và có thêm vốn

kiến thức về thiết kế mạch, đề tài của chúng em chỉ dừng lại ở mạch tín hiệu đèn giao

thông nhưng từ đề tài đó chúng em có thể phát triển lên mức cao hơn cho các đề tài

tiếp theo. Như chế tạo đèn giao thông thông minh, thiết kế và lắp đặt mô hình điều

khiển đèn giao thông tại ngã tư có các chế độ trong ngày: giờ cao điểm, bình thường

và thấp điểm, hiển thị thời gian của các chế độ lên Led 7 đoạn.

Hình 3.2: Hình ảnh mô phỏng sản phẩm

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Một số tài liệu tham khảo,trang web khi nhóm làm mạch:

[1].http://hoiquandientu.com

[2]. http://www.alldatasheet.comtrang xem datasheet của linh kiện

[3].Giáo trình Thực Tập Xưởng,

[4]. Giáo trình Cấu Kiện Điện tử,