Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh
Lời cám ơn
Đề tài luận văn của em đã được thực hiện với những
kiến thức học hỏi được từ thầy cô, bạn bè, sách vở… Em
xin chân thành cám ơn các thầy cô đã dạy bảo cho em để
hoàn thành luận văn này. Đặc biệt em xin gởi lời cám ơn
đến cô Nguyễn Như Anh, người thầy đã tâm huyết chỉ dẫn
cho em những kiến thức quý giá cho sự hiểu biết nghề
nghiệp. Cám ơn thư viện trường Đại Học Bách Khoa, Bộ
Môn Điện Tử, cha mẹ, bạn bè… đã động viên và giúp đỡ
em trong suốt thời gian vừa qua.
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích Trang 1

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay điều khiển từ xa đã trở thành một kỹ thuật
quen thuộc được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng
như trong đời sống. Tùy theo ứng dụng của nó mà các hệ
thống điều khiển từ xa được thiết kế theo nhiều cách khác
nhau. Ở đề tài này em xin trình bày một hệ thống đơn giản
sử dụng LED hồng ngoại. Luận văn gồm 3 phần :
 Phần 1: GIỚI THIỆU CHUNG
 Phần 2: GIỚI THIỆU CÁC IC ĐƯC SỬ DỤNG
 Phần 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
 Phần 4: HƯỚNG MỞ RỘNG ĐỀ TÀI
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích Trang 2

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh
PHẦN I
GIỚI THIỆU CHUNG
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích Trang 3

- Độ tin cậy cao.
- Áp cung cấp thấp, công suất nhỏ.
- Một hệ thống điều khiển được nhiều thiết bò khác nhau.
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích Trang 4

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh
Chương 2: GIỚI THIỆU CHUNG
VỀ ĐỀ TÀI
Đề tài: “Điều khiển từ xa bằng hồng ngoại” này thực hiện để điều khiển
8 thiết bò điện khác nhau bằng bàn phím. Mỗi phím điều khiển một thiết bò
riêng biệt có tác dụng như một công tắc ON/OFF: khi nhấn phím lần thứ nhất
(trạng thái ON), thiết bò mở; khi nhấn phím lần thứ hai (trạng thái OFF), thiết bò
tắt.
Hệ thống gồm 2 phần: phần phát và phần thu.
o Sơ đồ khối hoạt động của phần phát :
o Nguyên lý hoạt động của phần phát:
Khi một phím được nhấn, bộ điều khiển nhận biết thiết bò nào đang được
điều khiển để đưa vào mạch monostable. Mạch monostable sẽ tạo ra xung
vuông có độ rộng ứng với thiết bò được chọn. Xung vuông này được điều chế
lên tần số cao giúp LED hồng ngoại phát tốt hơn.
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích Trang 5

Bàn phím
Mạch monostable
tạo xung vuông
làm tín hiệu điều
khiển
Bộ điều khiển
nhận biết thiết bò
nào đang được

nhận biết thiết bò 1
được điều khiển đang
ở trạng thái ON/OFF
Mạch điều khiển
nhận biết thiết bò 2
được điều khiển đang
ở trạng thái ON/OFF
Mạch điều khiển
nhận biết tín hiệu 8
được điều khiển đang
ở trạng thái ON/OFF
Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh
Chương 3: GIỚI THIỆU VỀ HỒNG NGOẠI
VÀ CÁC THIẾT BỊ THU – PHÁT
1. Đại cương về tia hồng ngoại:
Sóng hồng ngoại chiếm khoảng rộng nhất trong phổ tần số của sóng
điện từ, có bước sóng trên 700nm mà mắt người không thể nhìn thấy được.
Sóng hồng ngoại có những đặc tính quang học của sóng ánh sáng (sự hội tụ qua
thấu kính, tiêu cự…). nh sáng và sóng hồng ngoại khác nhau rất rõ trong sự
xuyên suốt qua vật chất. Vật liệu bán dẫn “trong suốt” đối với sóng hồng
ngoại, do đó tia hồng ngoại không bò yếu đi khi vượt qua các lớp bán dẫn để đi
ra ngoài.
Hồng ngoại gần được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ thông tin hiện
đại, trong sự tự động hóa công nghiệp. Lượng thông tin được truyền đi với ánh
sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ thường dùng.
Ánh nắng mặt trời bao gồm chủ yếu ánh sáng thấy được, thành phần
hồng ngoại gần như rất ít. Hồng ngoại bò bầu khí quyển hấp thu phần lớn.
2. LED hồng ngoại:
LED hồng ngoại còn được gọi là nguồn phát sóng hồng ngoại (infrared
emitters). Vật liệu chế tạo là GaAs với vùng cấm có độ rộng khoảng 1,43eV

đáp ứng khá nhanh. Thời gian lên và xuống điển hình 50ns, thường nhỏ hơn
10ns. Loại LED hồng ngoại này ứng dụng cho khoảng cách ngắn hay băng
thông rộng.
Nguyên tắc hoạt đông của LED:
Tiếp xúc bán dẫn, thường được gọi là tiếp xúc p-n có khả năng phát xạ.
Các hạt dẫn tự do (gồm điện tử và lỗ) ở tiếp xúc p – n khuếch tán sang bên kia
và kết hợp lại, làm cho 2 bên của tiếp xúc xuất hiện miền nghèo (depletion
region). Khi tiếp xúc phân cực ngược, điện áp rào chắn tăng lên, miền nghèo
tăng lên và không có dòng điện đi qua tiếp xúc.
Khi phân cực thuận, sự phân cực trái với điện áp rào chắn làm cho miền
nghèo giảm. Khi phân cực vượt quá điện áp rào chắn, các điện tử và lỗ kết hợp
tạo dòng điện chảy qua tiếp xúc. Trong quá trình này, vì các điện tử ở dải dẫn
có mức năng lượng cao hơn các lỗ ở dải hóa trò, một số năng lượng ở dạng bức
xạ được giải phóng.
Bước sóng của sự bức xạ phụ thuộc vào 2 yếu tố sau:
- khe năng lượng hoặc điện áp rào chắn giữa các mức năng lượng p và n
- chế độ tái hợp
Ta có phương trình: λ = 1240/∆E
λ: bước sóng bức xạ(nm)ï
∆E: khe năng lượng(eV)
Các đặc tính điện và quang của LED:
Tương tự với diode tiếp xúc p – n thông thường.
Một hệ số giới hạn quan trọng của LED là tiêu tán công suất cực đại
(P
ïmax
), sự phụ thuộc của nó vào môi trường xung quanh và dòng điện đỉnh cực
đại cho phép (I
MP
). Với hoạt động ở chế độ xung, quan hệ giữa các tham số này
được cho trong các phương trình sau:

D
(i
p
-i
D0
)]
- V
D0
: điện áp ở điểm chuẩn
- i
DO
: dòng điện ở điểm chuẩn
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích Trang 8

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh
- R
D
: điện trở động của LED
 Điện trở động của LED: R
D
= ∆V
D
/∆i
D
 ∆V
D
, ∆i
D
: gia số điện áp, dòng điện ở điểm chuẩn


d
c
η
PR
/i
0
η
PR0
)
Ưu điểm lớn của LED là có thời gian đáp ứng nhanh.
Mạch lái LED:
LED hồng ngoại cần điện áp nằm trong khoảng 1.3 – 1.5V. Như đã thấy
trong đặc tính của LED, dòng điện rất nhạy với các thay đổi điện áp, từ đó ảnh
hưởng đến ánh sáng phát ra ở LED. Có thể dùng điện trở nối tiếp để giới hạn
dòng điện qua dụng cụ.
Hình (a), (b), (c) là 3 mạch lái đơn giản bao gồm: lái một LED, lái nhiều
LED nối tiếp và lái nhiều LED song song.
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích Trang 9

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh

VCC
R

VCC
RnR2R1
(a) (b) (c)

Để ổn đònh thông lượng ánh sáng bức xạ cần sử dụng nguồn dòng hằng
để ổn đònh dòng thuận i

R2
C1
LM555
2
5
3
7
6
4
T R
CV
Q
DIS
THR
R
VCC
C1 C2
3. Photodiode:
Với hiệu ứng quang điện, ta có sự phát sinh một điện áp ở lớp chuyển tiếp
p – n khi lớp chuyển tiếp này được chiếu sáng. Tùy theo chức năng và cấu trúc
có thể phân photodiode làm nhiều loại: diode quang p – n, diode quang PIN,
diode quang loại Schockley, diode quang với hiệu ứng thác. Photodiode được
dùng với mạch khuếch đại có tổng trở cao.
Photodiode có các đặc tính:
- rất tuyến tính
- ít nhiễu
- dải tần số rộng
- nhẹ và có sức bền cơ học cao
- có đời sống dài
Photodiode hồng ngoại có độ nhạy cao nhất ở vùng bước sóng 1000nm.

phần tư thứ 3 chỉ đặc tuyến diode ở chế độ phân cực ngược. Đây là chế độ
thường dùng để phát hiện bức xạ. Góc phần tư thứ tư là chế độ tế bào mặt trời
còn gọi là pin điện mặt trời. Ở chế độ này diode dùng để cung cấp năng lượng
cho tải.
Áp dụng đònh luật Kirchoff cho mạch tương đương diode:
i
λ
= i
SH
+i
D
+i
L
- i
λ
: dòng quang ở bước sóng λ
- i
SH
: dòng qua điện trở mắc rẽ nhánh
- i
D
: dòng qua diode lý tưởng
- i
L
: dòng qua tải
Đặc tính làm việc của photodiode trong điều kiện tối và điều kiện bức xạ
được biểu diễn bởi các đường cong như sau:

i
D

được tạo ra có giá trò:
i
λ
=ηIAeλ/hc
- i
λ

= dòng quang ở bước sóng λ
- η = hiệu suất lượng tử
- I = độ chiếu sáng
- A= diện tích diode
- h = hằng số Planck
- c = tốc độ ánh sáng
Các photodiode tín hiệu (signal photodiode) được thiết kế để làm việc như
các dụng cụ truyền thông và đo lường chính xác nhờ dải tuyến tính rộng, đáp
ứng nhanh và độ ổn đònh nhiệt cao. Phần lớn chúng được dùng trong góc phần tư
thứ III với phân cực ngược cho hoạt động tuyến tính. Với đáp ứng loga chúng
làm việc ở góc phần tư thứ tư ở chế độ hở mạch.
Phân cực ngược có thể có bất cứ giá trò nào thấp hơn điện áp đánh thủng
cực đại V
Rmax
cho trong sổ tay. Tăng điện áp phân cực ngược làm tăng dòng điện
tối và dải làm việc tuyến tính, giảm thời gian đáp ứng và điện dung tiếp xúc.
Photodiode thường được sử dụng cùng với một op amp.
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích Trang 13

3 4
Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh
VR
VR

E
0
= -i
L
R
L
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích Trang 14

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh
PHẦN II
GIỚI THIỆU CÁC IC
ĐƯC SỬ DỤNG
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỌ VI
MẠCH LOGIC
Các họ logic khác nhau ở thành phần chính. TTL và ECL sử dụng
transistor lưỡng cực như là cơ sở chính. PMOS, NMOS và CMOS dùng transistor
MOSFET đơn cực như là yếu tố cơ bản.
Các thuật ngữ vi mạch số:
Các thông số áp và dòng
V
IH
(min) – áp vào mức cao (High-Level Input Voltage)
V
IL
(max) – áp vào mức thấp (Low-Level Input Voltage)
V
OH
(min) – áp ra mức cao (High-Level Output Voltage)
V
OL

và V
DD
(CMOS).
1. HỌ LOGIC TTL
Vi mạch TTL thường gặp là 54/74 series được sử dụng rộng rãi. Khác biệt
duy nhất giữa 54 series và 74 series là 54 series có tầm nhiệt độ cho phép và
tầm áp cung cấp rộng hơn. Chữ viết tắt đầu trong ký hiệu vi mạch là tên nhà sản
xuất. Ví dụ như Texas Instruments sử dụng chữ đầu tiên là SN, National
Semiconductor dùng chữ DM, Signetics dùng chữ S.
Các series TTL khác:
Low-Power TTL, 74L Series
High-Speed TTL, 74H Series
Schottky TTL, 74S Series
Low-Power Schottky TTL, 74LS Series
Advanced Schottky TTL, 74AS Series
Advanced Low-Power Schottky TTL, 74ALS Series
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích Trang 16

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh
 Các đặc tính kỹ thuật của họ TTL:
Tầm nhiệt độ và áp cung cấp:
Cả 54/74 series đều sử dụng áp nguồn cung cấp 5V.
54 series: V
CC
= 4.5 – 5.5V
t= -25 – 55°C
74 series: V
CC
= 4.75 – 5.25V
t= 0 – 70°C

Tích tốc độ-công
suất (pJ)
90 33 138 60 19 13.6 4.8
Tốc độ clock max
(MHz)
35 3 50 125 45 200 70
Fan-out (cùng
series)
10 20 10 20 20 40 20
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích Trang 17

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh
V
OH
(min)
2.4 2.4 2.4 2.7 2.7 2.5 2.5
V
OL
(max)
0.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5 0.4
V
IH
(min)
2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
V
IL
(max)
0.8 0.7 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
Các đặc tính khác:
Ngõ vào không kết nối (unconnected inputs):

B

B

(a)

(b)

(c)

Các ngõ vào nối chung:
Khi hai hoặc nhiều ngõ vào kết nối thành một ngõ vào chung như trong
hình (c), ngõ vào chung có hệ số tải là tổng các hệ số tải của các ngõ vào khác
nhau. Ngoại trừ cổng NAND và AND, ngõ vào chung ở mức thấp giống như một
ngõ vào đơn.
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích Trang 18

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh
 Ngõ ra totem-pole
Trong nhiều trường hợp do hiệu ứng thác (Avalanche-Effect), điện trở nối
tiếp ở ngõ vào rất bé và dòng thác dâng cao nhanh chóng với điện áp vào. Để
tránh IC hư hỏng, phải giữ dòng điện của tín hiệu bé hơn 5mA và điện áp vào bé
hơn 5.5V. Thông thường cổng ra loại TTL hay CMOS có trạng thái cao hay thấp
được giữ bởi một transistor lưỡng cực hay MOSFET. Với họ TTL người ta gọi đó
là ngõ ra totem-pole có tổng trở thấp cho cả hai mức logic cao và thấp, thời gian
đóng mở nhanh và chống nhiễu tốt.
Tuy nhiên ngõ ra totem-pole không thể kết nối theo kiểu wired-AND đơn
giản và khó sử dụng trong hệ thống bus của máy tính. Để giúp những ứng dụng
này, chúng ta có ngõ ra cực thu hở và ngõ ra ba trạng thái.
 Ngõ ra cực thu hở (TTL open-collector outputs)

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh
+ 5V
Rp
1
2
3
x
/(AB)
/(CD)
/(EF)
A
B
C
D
E
F
Lái và đệm cực thu hở (Open-Collector Buffer/Drivers):
Bất kỳ mạch logic nào được gọi là Buffer/Driver, Buffer hay Driver đều
được thiết kế có áp và dòng ngõ ra lớn hơn rất nhiều so với các mạch logic thông
thường. Các vi mạch Buffer/Driver có thể dùng với ngõ ra totempole và ngõ ra
cực thu hở.
 TTL ba trạng thái (tristate TTL)
Gọi là TTL ba trạng thái vì vi mạch cho phép ngõ ra có thể có ba trạng
thái là: HIGH, LOW và Hi-Z (trạng thái tổng trở cao). Trạng thái tổng trở cao là
trạng thái ngõ ra có một trở kháng cao. Trên thực tế ngõ ra không hở mạch mà
có một điện trở khoảng vài megohm hoặc hơn.
Trạng thái cho phép (The Enabled State):
Với ngõ vào cho phép E= 1, vi mạch hoạt động bình thường như các IC
khác.
Trạng thái tổng trở cao (Hi-Z):

DD
= 3 – 15V
74HC, 74HCT Series: V
DD
= 2 – 6V
Mức điện áp:
V
OH
(min)= V
DD
V
OL
(max)= 0
V
IL
(max)= 30%V
DD
V
IH
(min)= 70%V
DD
Khoảng nhiệt độ làm việc:
Thương mại: -40°C - 85°C
Công suất tiêu tán:
Khi V
DD
= 5V, công suất tiêu tán là 2.5nW mỗi cổng.
P
D
tăng tỉ lệ với tần số.

-6
0,17
0,001
0,1
10
10
20
20
2
2
8
8
1,2
1,2
Thời gian trễ
(ns)
8 50 9 3 9,5 1,7 4
Tốc độ.công
suất (tại
100KHz) (pJ)
1,4 5 90 60 19 13,6 4,8
Tốc độ clock
max (MHz)
40 12 35 12.5 45 200 70
Mức nhiễu max
(V)
0.9 1,5 0,4 0,3 0,3 0,3 0,4
3. GIAO TIẾP GIỮA Ï TTL VÀ CMOS:
Bảng giá trò giới hạn cho giao tiếp CMOS/TTL với áp cung cấp là 5V
CMOS TTL

(max)(mA) 0.4 4 4 16 8 20 8
*CMOS lái chỉ một ngõ vào CMOS
a. TTL lái CMOS
Bảng trên cho thấy giá trò dòng vào của CMOS rất thấp so với dòng ra
của các TTL khác. Do đó TTL có thể tải vô số cổng CMOS mà không làm mất
fan-out ở mức thấp.
Tuy nhiên khi so sánh áp ngõ ra TTL với đòi hỏi áp vào của CMOS chúng
ta thấy rằng áp ra mức cao (min) của mọi TTL thì quá thấp so với yêu cầu áp
vào mức cao (min) của 4000B và 74HC.
Cách giải quyết thông dụng nhất là nối ngõ ra TTL với nguồn 5V qua một
điện trở kéo lên. Với điện trở này ngõ ra TTL xấp xỉ 5V ở mức cao đủ cho ngõ
vào CMOS. Nếu TTL chỉ lái một CMOS, giá trò thông thường của điện trở kéo
lên là 1 – 10KΩ.
TTL lái 74HCT:
74HCT được thiết kế để giao tiếp thẳng với TTL.
TTL lái CMOS điện áp cao:
Khi CMOS hoạt động với V
DD
lớn hơn 5V, ngõ ra của nhiều vi mạch TTL
có thể sử dụng một điện trở kéo lên nguồn 10V. Trong trường hợp không thể
kéo lên áp V
DD
, người ta thường dùng IC đệm cực thu hở 7407 để giao tiếp giữa
ngõ ra totem-pole TTL với CMOS có V
DD
> 5V.
Một cách khác là sử dụng IC chuyển mức (level-translator) như IC 40104.
b. CMOS lái TTL
Xét đặc tính ngõ ra CMOS ở mức thấp và mức cao có mạch tương đương
như hình vẽ.

74HC và 74HCT đáp ứng yêu cầu về dòng của TTL. Các series CMOS khác
cần mạch giao tiếp. Có thể dùng vi mạch đệm không đảo 4050B hoặc vi mạch đệm 3
trạng thái 74LS125.
CMOS điện áp cao lái TTL
Một số IC 74LS TTL có thể chòu được áp vào lên đến 15V. Những IC này
có thể được lái trực tiếp bởi CMOS hoạt động với nguồn 15V. Tuy nhiên hầu hết
các vi mạch TTL không chòu được áp vào quá 7V, do đó khi giao tiếp cần bộ
chuyển mức điện áp (voltage-level translator) để chuyển xuống điện áp 5V
tương thích với TTL.
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích Trang 25