Báo cáo tốt nghiệp

Thiết kế mạch chuông tự động
1
Đề tài:
Thiết kế mạch chuông tự động
I - CáC YÊU CầU:
- Thiết bị phải hiển thị chính xác thời gian, ngày tháng hiện tại, phải tự động biết
được năm nhuận cũng như số ngày trong từng tháng.
- Thiết bị có thể báo giờ theo thời gian đã lập trình sẵn. Có hai chế độ chuông báo
giờ: Trường học và công sở.
+ Chế độ trường học được cài đặt như sau:
Một ngày có hai buổi học (sáng, chiều), mỗi buổi học có sáu tiết, mỗi tiết 45
phút, sau tiết chẵn có ra chơi 10 phút, sau tiết lẻ có ra chơi 5 phút.Yêu cầu chuông
vào giờ kéo dài 10 giây, chuông ra kéo dài 5 giây.
Ta có bảng bố trí các tiết học trong một ngày như sau: Tiết Bắt đầu Kết thúc Nghỉ
1 6h45’ 7h30’ 5’


Chức năng của từng khối như sau:
* Khối nguồn: cung cấp năng lượng hoạt động cho các khối.
* Khối đồng hồ: là đồng hồ thời gian thực, cung cấp thời gian trong một ngày(24
giờ).
* Khối chuyển đổi chế độ: làm nhiệm vụ chuyển giữa hai chế độ: chế độ trường
học và chế độ công sở.
* Khối điều khiển báo chuông: là 1 otomat có nhớ, ở chế độ trường học khối sẽ
nhớ 24 thời điểm cần báo chuông còn ở chế độ công sở là 4 thời điểm. Khối này lấy
tín hiệu thời gian từ khối đồng hồ, khi đến đúng thời điểm cần báo chuông nó sẽ
phát tín hiệu xung ra đến khối khuyếch đại âm tần.
* Khối khuyếch đại âm tần: Có nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu nhận được từ khối
điều khiển chuông. Ví dụ như ở chế độ trường học, tín hiệu báo hiệu vào giờ sẽ
được khuyếch đại kéo dài trong 10s còn tín hiệu ra chơi sẽ kéo dài trong 5s.
* Khối chuông: Nhận tín hiệu từ khối khuyếch đại âm tần và phát ra chuông có độ
dài đúng bằng tín hiệu xung nhận được. 2- Phân tích các khối

a- Khối chuyển chế độ

Khối điều khiển sử dụng một chuyển mạch (công tắc) gồm 2 trạng thái để đáp ứng
yêu cầu thực hiện công việc.

= L b- Khối tạo xung
Để tạo được dãy xung clock ta dùng vi mạch định thời 555 (Timer 555). Timer
555 là một vi mạch định thời rất thông dụng. Nó có thể sử dụng theo nhiều chức
năng: làm mạch đa hài đơn ổn hoặc đa hài phiếm định, để tạo một xung đơn hay
một dãy xung vuông góc lặp lại, hoặc một dãy xung tam giác. Thời gian định thời
có thể thay đổi từ vài às đến vài trăm giây (s) nhờ một mạch RC đơn giản, với độ
chính xác điển hình là ±1%.

Khái niệm về mạch định thời 555:
Có 2 loại mạch định thời thông dụng nhất là Timer 555 chế tạo theo công nghệ
transistor lưỡng cực (BJT) và Timer 7555 chế tạo theo công nghệ CMOS. Điện áp
cung cấp cho IC 555 là 5 ÷ 15V, cho IC 7555 là 2 ÷ 18V. Công suất tiêu thụ và
dòng cung cấp cho IC 7555 cũng nhỏ hơn nhiều so với ở IC 555. Với nguồn +15V,
IC 555 yêu cầu dòng cung cấp cỡ 10mA. Dòng đầu ra cực đại củ
a IC 555 có thể đạt
tới 200mA ( ở IC 7555 chỉ bằng khoảng 1/2 ).

Sơ đồ khối chức năng và vỏ của IC 55 E1
E2
1
2

IDEAL
U3
IDEAL
Q1
NPN
S
R Q
_
Q
U2
U1A
R3
1k
R2
1k
R1
1k
1
2
3
4
8
7
6
5
Gnd
Trg
Out
Rst Ctl
Thr
+V
V2
10V
C4
1uF
C3
1uF
R4
1k
R3
1k
D1
DIODE
Gnd
Trg
Out
Rst Ctl
Thr
Dis
Vcc
U2
555
C2
1uF
C1

)C, ta có :
t
1
= (R
1
+ R
2
)Cln2 ≈ 0,7( R
1
+ R
2
)C (1)
Thời gian không có xung t
2
(thời gian nghỉ) phụ thuộc sự phóng đIện
của tụ C qua chân phóng điện số 7, nghĩa là tỉ lệ với hằng số thời gian
phóng
τ
p
= R
2
C và:
t
2
= R
2
Cln2 ≈ 0,7R
2
C (2)
Vậy, tần số của dãy xung ở đầu ra:

= 100Ω, vì khi đó
dòng đi từ nguồn +U
cc
vào chân 7 khi transistor T dẫn là +U
cc
/R
1
sẽ quá
lớn, phá hỏng transistor.
+ Sử dụng thêm 1 diode mắc song song với R
2
( hình b )và chọn R
1
=
R
2
=R. ở hình vẽ, đường nạp cho tụ C từ nguồn +U
cc
có đi qua diode;
điện trở R nối song song với diode khi đó coi như bị ngắn mạch và
hằng số thời gian của mạch nạp τ
n
=τ
p
nên t
1
= t
2
≈ 0,7RC
Dãy xung ở đầu ra là đối xứng, với tần số


c- Khối đồng hồ
ở đây ta thiết kế 1 đồng hồ báo thức 24 giờ. Do đó ta cần có:
- 1 bộ đếm 24.
- 2 bộ đếm 60
Để thiết kế bộ đếm 24 ta nối ghép bộ đếm 3 và bộ đếm 10. Sau đó sử
dụng các mạch logic để khử 6 trạng thái thừa.
Để thiết kế bộ đếm 60 ta nối ghép bộ đếm 6 và bộ đếm 10.
Cụ thể như sau:
XTAL2
1.000MHZ
XTAL1
1.000MHZ
C1
1uF
C2
1uF
U1D
U1C
U1B
U1A
R3
1k
R2

Gọi s(t): y
1
y
0
s(t+1): Y
1
Y
0

J
0
K
0
: y
0
→

Y
0

J
1
K
1
: y
1
→ Y1

Dùng mã BCD để mã hoá hệ thống : 0: 00 1: 01 2: 11


0 1 1 -
1 0 - 1
1 1 - 0

Bảng kích hệ thống:

x
y
1
y
0

0 1
J
1
K
1
J
0
K
0
J
1
K

1
y
0

0 1
00
10
01
1
11
− −
10
− −
J
1
= y
0
x

K
1
x
y
1
y
0


0

x
y
1
y
0

0 1
00 1
01
− −
11

11

− −
10

− −
J
0
= x

K
0



Dựng mụ hỡnh Moore
X = {0,1}
S = {0,1,2,3,4} x
S(t+1)
S
J
CP
K
R
Q
_
Q
S
J
CP
K
R
Q
_
QCP1
CP2
Q1
Q2
V2

12

0
K
0
: y
0
→Y
0

J
1
K
1
: y
1
→Y
1

J
2
K
2
: y
2
→Y
2

Dựng mó BCD để mó hoỏ hệ thống
Ta cú bảng mó hoỏ hệ thống sau:
x
y

1 0 -1
1 1 -0

Bảng kớch hệ thống
13

x

y
2
y
1
y
0

0 1
J
2
K
2
J
1
K
1
J
0
K

− − − − − − − − − − − −
111
− − − − − − − − − − − −

Phương trỡnh kớch hệ thống:
J
2
= xy
1
y
0

J
1
= xy
0

J
0
= x
K
2
= 0
K
1
= xy
0

K
0

10 0 0
− −

14
J
2

y
0
x

y
2
y
1

00 01 11 10
00 01
1

11

y
1

00 01 11 10
00
−

−

−

−
01
1

11
−

−
−

−
10
−

−
−

−


11
−

−

−

−
10
−

−
K
0

y
0
x

y
2
y
1

16

J
0

y
0
x

y
2
y
1

00 01 11 10
00
1

−

−
01
S
J
CP
K
R
Q
_
Q
S
J
CP
K
R
Q
_
Q
S
J
CP
K
R
Q
_
Q
CP1
CP2
Q1
Q2

0 1 1-
1 0 -1
1 1 -0 Bảng kích hệ thống
x
y

0 1
J K J K
0 0 - 1 -
1 - 0 - 1

Hệ phương trình kích
J = x
K = x
Sơ đồ thực hiện

18*Thiết kế bộ đếm 6

Dùng đồ hình Mealy để biểu diễn hệ thống
X = {0,1}
S = {0,1,2,3,4,5}

Y
0

J
2
K
2
: y
2
→ Y
2

J
1
K
1
: y
1
→ Y
1

J
0
K
0
: y
0
→ Y
0


Y
1
Y
0

0 1
CP1
CP2
Q1
Q2
V3
S
J
CP
K
R
Q
_
Q
19
000 000 001
001 001 010
010 010 011
011 011 100
100 100 101
101 101 000
110 - - - - - -
111 - - - - - -

Bảng kích JK

J
0
K
0
J
2
K
2
J
1
K
1
J
0
K
0

000 0 - 0 - 0 - 0 - 0 - 1 -
001 0 - 0 - - 0 0 - 1 - - 1
010 0 - - 0 0 - 0 - - 0 1 -
011 0 - - 0 - 0 1 - - 1 - 1
100 - 0 0 - 0 - - 0 0 - 1 -
101 - 0 0 - - 0 - 1 0 - - 1
110 - - - - - - - - - - - -
111 - - - - - - - - - - - -

Hệ phương trình kích:


J
1
K
1



− − − −
10

1
y
1
y
0
xy
2

00

01

11

10
00

− − − −
01 − −
11 1

− − − −
10

− −
1
y
1
y
0
xy
2

00

01

11

10
00 − −
01 − −
11
=K
2
y
1
J
1
=x⎯y
2
y
0
= K
2
⎯y
2

J
0
=x
K
2
=y
0
x
K
1
=y
0
x
K
0

K
R
Q
_
Q
CP1
CP2
Q1
Q2
V4
y
1
y
0
xy
2

00

01

11

10
00 − −

01


10
00

−

−
01

−

− −

11 −

1

−

−
10

−
1 1
−
22
Đầu vào Đầu ra


c d
Y
1
Y
0Y
2

00
01 11 10
0
1

1

1

1 1 1


Y
2

00
01 11 10
0 1 1 1 1
1 1
− −
Y
1
Y

Y
1
Y
0Y
2

00
01 11 10
0
1

1
1
−

− f
Y
1
Y
0

Y
2


c= Y
1
+Y
0
d= Y
1
+Y
2
.⎯Y
0
+Y
2
.Y
0
e=⎯Y
2
.⎯Y
0
f= Y
2
+⎯Y
1
.⎯Y
0
g= Y
2
+Y
1 * Thiết kế giải mã bộ đếm 10Bảng hoạt động:

đầu vào đầu ra
y
3
y
2
y
1
y
0
a b c d e f g
0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0
0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0
0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1
0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1
0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1
g
f
e
d
c