Đồ án Mạch đếm sản phẩm

BỘ CÔNG NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN TỬ ˜š›œ™ ĐỒ ÁN 1 ĐỀ TÀI : MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM Họ tên :LÊ ANH HOÀNG MSSV:0510947 Lớp : CĐĐT7A2 Khoa : ĐIỆN TỬ Khĩa : 2005 - 2008 GVHD :ĐẶNGQUANG MINH THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NĂM 2007 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________ NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM ĐIỂM _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 1. PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay là thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, các nhà máy xí nghiệp sản xuất sản phẩm của mình trên các băng chuyền hiện đại, sản phẩm xuất ra rất nhanh và nhiều vì vậy việc đếm xem có bao nhiêu sản phẩm đã hoàn tất xuất ra từ băng chuyền cuối cùng thì người công nhân khó có thể thực hiện chính xác được. Vì vậy mạch đếm sản phẩm sẽ giúp ta kiểm soát được sản lượng cho ra tại mỗi băng chuyền. Mục đích, yêu cầu Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp cho nhà máy đếm được số lượng sản phẩm của máy tạo ra một cách đơn giản, chính xác mà không tốn nhiều công sức lao động của công nhân. Yêu cầu của mạch đếm sản phẩm là phải chạy một cách chính xác, ổn định, gọn nhẹ dễ lắp đặt dễ sửa chửa và rẻ tiền. Phương pháp nghiên cứu Dựa trên phương pháp nghiên cứu và phân tích đặc tính chức năng của các linh kiện, các IC và áp dụng những kiến thức đã học cùng với sự hướng dẫn của giảng viên phụ trách để xây dựng nên một mạch chức năng đếm sản phẩm hoạt động tốt và đúng với yêu cầu của đề tài. Kết quả nghiên cứu Mạch đếm sản phẩm là đề tài thuộc đồ án tốt nghiệp 1, nghiên cứu và thực hiện đồ án tốt nghiệp 1 giúp sinh viên làm quen với việc làm đồ án tốt nghiệp, làm quen với cách học tự nghiên cứu ,học tập và làm việc chung với nhóm. Với việc tự nghiên cứu và thực hiện mạch đếm sản phẩm giúp sinh viên vận dụng các kiến thức đã học và sự hướng dẫn của giảng viên để thực hiện tốt mạch. 2. NỘI DUNG 2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch đếm sản phẩm 2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch 2.2.1 Giới thiệu sơ lược về nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động của mạch đếm sản phẩm dựa trên nguyên tắt phát và thu sóng hồng ngoại từ led phát và led thu tạo ra tín hiệu xung với 2 mức thấp ( 0v ) và mức cao ( 5v ) để cấp cho chân nhận xung clock của IC đếm ( IC 4518 ). IC 4518 có nhiệm vụ đếm số xung clock ở ngõ vào và chuyển đổi thành tín hiệu số thuộc hệ số nhị phân ở ngõ ra và cấp cho ngõ vào của IC giải mã ( IC 4511 ), IC 4511 có chức năng chuyển đổi mã số từ số nhị phân thành mã số thập phân tại ngõ ra và cấp cho Led 7 đoạn hiển thị số thập phân. 2.2.2 Phân tích nguyên lý hoạt động của từng phần a. Mạch phát tín hiệu hồng ngoại Điện trở R có giá trị 100 ohm có tác dụng hạng dòng cấp cho led phát hồng ngoại. Led phát IR 2 chân là led phát hồng ngoại, khi có dòng điện chạy qua thì phát ra tín hiệu hồng ngoại một cách liên tục ra ngoài không gian theo hướng nhất định. Ở mạch đếm sản phẩm ta chỉnh sao cho tín hiệu hồng ngoại phát ra từ led phát đi thẳng trực tiếp đến led thu tín hiệu ở mạch thu hồng ngoại. b. Mạch thu tín hiệu hồng ngoại Led thu IR 2 chân là led thu hồng ngoại, led sẽ cho dòng điện đi qua nếu nó nhận được tín hiệu hồng ngoại từ led phát, vì vậy ta phải chỉnh sao cho led thu hướng về tín hiệu từ led phát. Điện trở R có giá trị 100K có chức năng hạng dòng chạy qua led thu, đồng thời phân thế cho anod của tụ C1. Bình thường thì led thu nhận được tín hiệu hồng ngoại một cách liên tục, led thu dẫn dòng điện từ nguồn qua R 100K và xuống mass. Khi đó điện áp tại anod của tụ C1 coi như gần bằng 0v. Khi có sản phẩm đi ngang qua và ngăn cảng đường tín hiệu hồng ngoại từ led phát đến led thu, lúc này led thu không nhận được tín hiệu hồng ngoại sẽ không dẫn điện xuống mass và điện thế tại anod của tụ C1 nâng cao lên gần bằng Vcc và tụ nạp điện, điện áp tại catod của tụ cũng tăng lên ở mức cao, lúc này tại ngõ vào cổng đảo mức cao nên ngõ ra mức thấp. Khi sản phẩm đã đi qua thì led thu lại nhận được tín hiệu hồng ngoại và dẫn điện, điện áp tại anod của tụ mức thấp tụ xả điện, lúc này điện áp tại catod giảm mạnh khiến áp mức vào của cổng đảo là thấp nên ngõ ra là mức cao. Sự thay đổi điện áp tại ngõ ra của cổng đảo ( NOT ) từ mức thấp lên mức cao đã tạo ra một xung clock cung cấp cho bộ đếm. Hình a Hình b Cổng đảo ( NOT ) có chức năng thay đổi trạng thái tại ngõ ra của catod tụ điện, đồng thời còn có tác dụng ổn định biên độ điện áp của xung clock ở hai mức nhất định là 0v hoặc 5v. Hình a là cấu trúc và sơ đồ chân của IC 4093 với 4 cổng AND, với cổng AND ta có thể chuyển đổi thành chức năng như cổng NOT ( sơ đồ tương đương như hình b ) Điện trở R4 có giá trị từ vài chục Ohm đến vài trăm Ohm có tác dụng hạng dòng điện cung cấp cho đèn led D3, D3 là led báo xung giúp ta có thể dễ dàng nhận biết được mức áp của xung ra, nếu là mức thấp thì led tắt, mức cao thì led sáng ( trong mạch đếm sản phẩm sử dụng R4 có giá trị 150 Ohm ). c. Bộ đếm với hai IC 4518 và bộ giải mã với bốn IC 4511 điều khiển led 7 đoạn hiển thị số ° Giới thiệu IC đếm 4518: Là IC được đóng gói theo dạng DIP 16, 4018 là IC có chức năng đếm theo số trạng thái xung tại ngõ vào xung clock. IC4518 gồm cả hai bộ đếm mã số nhị phân, chân 16 lên nguồn, chân 8 nối mass, các chân 1,2,3,4,5,6,7 thuộc một bộ đếm và 9,10,11,12, 13,14,15 thuộc bộ đếm thứ hai, hai bộ đếm này có chức năng như nhau. HÌNH DẠNG CỦA IC4518 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA IC4518 Dựa vào sơ đồ khối của 4518 ta thấy hai bộ đếm tách biệt nhau, ta phân tích bộ đếm phía trên gồm có chân 1 nhận xung clock, chân 2 là ngõ vào cho phép, nhìn vào bảng sự thật ta sẽ nhận biết trạng thái của hai chan này. Nếu chân 1 nhận xung từ mức thấp lên cao ( 0v – 5v ), chân 2 ở 5v hoặc chân 1 ở 0v và chân 2 chuyển trạng thái từ cao xuống thấp ( 5v – 0v ) thì IC đếm lên một đơn vị. Các chân 3, 4, 5, 6, ứng với Q0, Q1, Q2, Q3 thể hiện mã số BCD ở ngõ ra, chân số 7 Reset nếu ở mức cao sẽ thiết lập lại trạng thái ban đầu của bộ đếm. BẢNG SỰ THẬT IC4518 ° Nguyên lý hoạt động của IC4518: Với giản đồ xung và bảng chân trị của IC4518 ta thiết kế mạch đếm sản phẩm với chân 1 clock nối mass, chân nhận xung clock là chân 2 enable, vì vậy khi xung cạnh xuống ( 5v – 0v ) thì IC đếm một đơn vị. Với cách này khi đếm sản phẩm thì khi sản phẩm đi qua che tín hiệu hồng ngoại đến led thu, điện áp tại anod led thu mức cao, dẫn đến tụ C1 nạp điện catod tụ mức áp tăng cao, tụ nạp đầy thì mức áp thấp, qua cổng NOT có áp cao led sáng. Khi sản phẩm đi qua, led thu nhận được tín hiệu hồng ngoại và dẫn điện lúc này tụ điện xả, áp tại catod tụ tăng cao và ngõ ra tại cổng NOT là mức thấp. Tại thời điểm này, tín hiệu xung từ mức cao xuống thấp cấp cho chân 2 enable và IC4518 thực hiện đếm một đơn vị. Ngõ ra của IC là Q0, Q1, Q2, Q3 hoạt động như giãn đồ xung biểu diển, các chân này sẽ được nối vào các chân D1, D2, D3, D4 để IC4511 tiếp tục nhiệm vụ của mình là giải mã từ hệ số BCD và điều khiển led 7 đoạn hiển thị số thập phân. GIÃN ĐỒ XUNG CỦA IC4518 ° Giới thiệu IC giải mã 4511: là IC đóng gói dạng DIP 16, IC4511 có chức năng là nhận tín hiệu với hệ số BCD từ các ngõ vào là D1, D2, D3, D4 đểø thực hiện giải mã sang hệ số thập phân ở ngõ ra là Qa, Qb, Qc, Qd, Qe, Qf, Qg điều khiển led 7 đoạn hiển thị số thập phân. Chân 4 BI có chức năng kiểm tra mạch, tích cực mức thấp, khi nối mass thì các ngõ ra từ Qa đến Qg có mức áp là 0v, led 7 đoạn không sáng. HÌNH DẠNG IC 4511 Chân 3 LT có chức năng chạy thử mạch, tích cực mức thấp, khi nối mass thì các ngõ ra từ Qa đếùn Qg đều ở mức cao Vcc, led 7 đoạn hiển thị số 8. Chân 5 LE là ngõ vào cho phép mạch hoat động, tích cực mức thấp, khi nối mass thì, các chân LT và BI nối Vcc thì IC 4511 mới có chức năng giải mã. Các chân 7, 1, 2, 6 tương ứng với các ngõ vào của tín hiệu BCD là D1, D2, D3, D4 nhận tín hiệu từ Q0, Q1, Q2, Q3 từ IC 4518 để thực hiện việc giải mã từ hệ số BCD sang hệ số thập phân. Các chân 13, 12, 11, 10, 9, 15, 14 tương ứng các ngõ ra là Qa đến Qg, các ngõ ra này cấp cho các chân a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn loại catod chung hiển thị số thập phân. Chân 8 GND nối mass. Chân 16 Vcc nối nguồn dương. Sơ đồ chức năng chân IC 4511 Sơ đồ khối logic của IC 4511 ° Nguyên lý hoạt động của IC 4511: chưcù năng của IC 4511 trong mạch đếm sản phẩm là nhận tín hiệu thuộc hệ số BCD từ IC 4518 của bộ đếm từ các chân ngõ vào D1, D2, D3, D4 sau đó thực hiện giải mã và điều khiển led 7 đoạn thực hiện hiển thị số thập phân. Theo bảng sự thật của IC 4511, ta thấy với các tín hiệu BCD từ IC 4518 sau khi thực hiện đếm sẽ cấp cho ngõ vào của IC 4511, các số nhị phân BCD sẽ được IC 4511 giải mã thành hệ số thập phân và điều khiển led 7 đoạn hiển thị các số thập phân từ 0 đến 9. Bảng sự thật IC 4511 ° Led 7 đoạn catod chung: là một loại linh kiện điện tử thông dụng sử dụng nhiều trong lĩnh vực điện tử số. Led 7 đoạn catod chung bao gồm 7 thanh led dài giống nhau xắp xếp thứ tự như hình vẽ và được nối chung catod của các đoạn led (nếu led 7 đoạn anod chung thì các anod được nối chung với nhau ) khi hoạt động các chân a, b, c, d, e, f, g được nối với ngõ ra của IC giải mã tích cực mức cao. CÁC SỐ ĐƯỢC HIỂN THỊ TRÊN LED 7 ĐOẠN 2.2.3 Nguyên lý hoạt động tổng quát của mạch đếm sản phẩm Sau khi nghiên cứu nguyên lý hoạt động của từng phần của mạch đếm sản phẩm ta nghiên cứu chung về một khối thống nhất của mạch. Khi có một sản phẩm đi ngang qua và che mất tín hiệu hồng ngoại từ led phát đến led thu, mạch thu sẽ cho ra một xung clock cấp vào chân số 2 enable của IC 4518, lúc này IC 4518 có nhiệm vụ đếm lên một đơn vị thuộc hệ số BCD, số BCD này xuất ra bởi các chân 3, 4, 5, 6 tương ứng Q0, Q1, Q2, Q3. Các chân này nối trực tiếp lên các chân D1, D2, D3, D4 của IC giải mã 4511. IC 4511 có nhiệm vụ giải mã từ hệ số BCD sang hệ số thập phân và xuất ra trên các chân từ Qa đến Qg được nối với các chân a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn thông qua các điện trở có giá trị 150 Ohm có tác dụng hạng dòng bảo vệ led 7 đoạn. Xung clock từ mạch thu hồng ngoại chỉ cấp cho phần đếm hàng đơn vị của mạch. Để hiển thị được con số hàng trăm ta chỉ việc nối chân 10 enable của IC 4518 với chân 6 tương ứng Q3 của ngõ ra hệ số BCD của hàng đơn vị. Tại vì nếu có 9 sản phẩm đã được đếm ở hàng đơn vị, lúc này số BCD tương ứng với Q3, Q2, Q1, Q0 là 1001; Q3 tương ứng với 1 là mức cao, nếu sản phẩm thứ 10 đi qua thì IC đếm với mã BCD không thể hiển thị số 1010 mà trở về trạng thái lúc đầu là 0000, vậy Q3 từ mức cao về mức thấp đã tạo ra một xung clock cấp cho bộ đếm hàng chục và bộ đếm hàng chục đếm lên một đơn vị. Tương tự như vậy, bộ đếm hàng chục sau khi đếm đến hết 9 thì quay về 0, Q3 từ mức cao về thấp cấp xung cho bộ đếm hàng trăm, Q3 cùa bộ đếm hàng trăm cấp xung cho bộ đếm hàng ngàn. Với 2 IC 4518 với mỗi IC 4518 có 2 bộ đếm, ta có 4 bộ đếm điều khiển 4 IC 4511 giải mã và điều khiển 4 led 7 đoạn hiển thị số hệ thập phân từ hàng đơn vị, chục, trăm, ngàn; như vậy với 4 led hiển thị thì mạch đếm của chúng ta có thể đếm được từ 0000 đến 9999 sản phẩm trước khi quay trở về 0000. Để mở rộng con số sản phẩm được đếm ta chỉ việc nối Q3 của bộ đếm hàng trước đó với ngõ vào xung clock của bộ đếm cho hàng tiếp theo. Trong mạch còn có một nút nhấn Reset có tác dụng lập lại trạng thái ban đầu của mạch tức là số 0000. 3. ƯU - KHUYẾT ĐIỂM CỦA MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM 3.1 Ưu điểm Mạch đếm sản phẩm có ưu điểm là mạch đơn giản, gọn nhẹ, hoạt động ổn định, chính xác dễ lắp đặt và sửa chửa. Mạch có giá trị thiết thực khi thực hiện đếm số lượng sản phẩm được sản xuất ra từ các băng chuyền một cách chính xác, thay thế cho việc đếm sản phẩm của 1 công nhân giúp tiết kiệm sức lao động. Mạch đếm sản phẩm hoạt động với dòng điện một chiều 5v nên ít hao tốn nhiều năng lượng. 3.2 Những khuyết điểm của mạch đếm sản phẩm. Bên cạnh những ưu điểm thì mạch cũng tồn tại một số khuyết điểm như sau: tín hiệu hồng ngoại từ led phát không đủ mạnh để truyền đi xa trong không gian nên để led thu nhận được tín hiệu một cách mạnh và ổn định nhất thì khoảng cách của hai led thu và phát không quá xa; chính vì vậy mà sản phẩm được đếm không quá lớn, hạng chế của mạch đếm là chỉ đếm những sản phẩm có kích thước nhỏ như chai bia, nước ngọt, các sản phẩm có kích thước nhỏ khác. Vì mạch hoạt động theo nguyên lý nhận tín hiệu hồng ngoại tạo xung clock để đếm nên khi hai sản phẩm đứng quá gần nhau thì tín hiệu hồng ngoại vẫn bị che khuất nên mạch vẫn đếm cho một sản phẩm; để khắc phục nhược điểm này thì yêu cầu các sản phẩm trên băng chuyền phải có một khoảng cách tốt thiểu sao cho tín hiệu hồng ngoại từ led phát đến được với led thu sau khi có một sản phẩm đi qua. 4. KẾT LUẬN Đồ án tốt nghiệp 1 là một bài tập lớn, một thử thách đối với sinh viên, tuy nhiên với đồ án tốt nghiệp 1 giúp cho sinh viên vận dụng một cách cụ thể kiến thức của mình đã hoc một cách sáng tạo và làm quen dần với cách học tự nghiên cứu, học tập và làm việc với nhóm để nghiên cứu và thực hiện đồ án một cách tốt nhất. Hơn thế nữa, đồ án 1 còn giúp sinh viên quen dần với cách làm các đồ án tốt nghiệp sau này. 4. TÀI LIỆU THAM KHẢO ° www.alldatasheet.com