ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN DÂY
TRUYỀN ĐÓNG CHAI TỰ ĐộNG

GVHD:

Th.s NGUYỄN THU HÀ

SVTH:

ĐÀO VĂN TRỌNG

MSSV:

0541040284

ĐỀ TÀI:

6

LỚP:

ĐH ĐIỆN 4- K5


LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay ngành kỹ thuật điện tử có vai trò rất quan trọng
trong cuộc sống của con người. Các hệ thống điện tử ngày
nay rất đa dạng và đang thay thế các công việc hàng ngày của
con người từ những công việc từ đơn giản đến phức tạp như
đóng nút chai, điều khiển tín hiệu đèn giao thông, đo tốc độ

động cơ hay các đồng hồ số… Các hệ thống này có thể thiết
kế theo hệ thống tương tự hoặc hệ thống số. Tuy nhiên trong
các hệ thống điện tử thông minh hiện nay người ta thường sử
dụng hệ thống số hơn là các hệ thống tương tự bởi một số
các ưu điểm vượt trội mà hệ thống số mang lại đó là: độ tin
cậy cao, giá thành thấp, dễ dàng thiết kế, lắp đặt và vận
hành… Để làm được điều đó, chúng ta phải có kiến thức về
môn điện tử số, hiểu được cấu trúc và chức năng của một số
IC số, mạch giải mã, các cổng logic và một số kiến thức về các
linh kiện điện tử. Sau một thời gian học tập và tìm hiểu tài
liệu về kỹ thuật xung - số, em đã làm đề tài: ” thiết kế và điều
khiển dây truyền đóng chai tự động dùng một số linh kiện đã
được học và rất phổ biến hiện nay như IC 7490, IC 7447,…”.
Với đề tài này em sử dụng các IC số và các thiết bị khác để
thiết kế một hệ thống đóng chai. Bài tập bao gồm cả hình ảnh
và mạch mô phỏng (tập trung vào thiết kế hệ thống xử lí) giúp
các bạn đọc dễ hiểu về dây truyền đóng chai hoặc các hệ
thống tương tự khác.


PHẦN I:
NỘI DUNG

1: Mô tả hệ thống:
Hệ thống gồm băng tải chai, băng tải hộp, cảm biến phát
hiện chai và hộp. Ban đầu, băng tải hộp chạy đến vị trí cảm
biến thì dừng lại. tiếp đó thì băng tải chai chạy, khi đếm được
N chai thì băng tải chai dừng lại, băng tải hộp chạy tiếp, số
chai đếm được hiển thị trên Led 7 thanh. Hai nút Start và
Stop để chạy, dừng hệ thống. Cho phép nhập giá trị đặt số

chai từ Keypad hoặc bàn phím, N=14
2. Sơ lược về mạch tổ hợp, mạch dãy:
2.1. Mạch dãy:
Hệ dãy là hệ mà tín hiệu ra không chỉ phụ thuộc vào tín
hiệu vào tại thời điểm hiện tại mà còn phụ thuộc vào quá khứ
của tín hiệu vào.
-

Hệ dãy còn được gọi là hệ có nhớ.

Để thực hiện được hệ dãy, nhất thiết phải có phần tử
nhớ. Ngoài ra còn có thể có các phần tử logic cơ bản.
Hệ dãy đồng bộ: khi làm việc cần có1 tín hiệu đồng bộ để
giữ nhịp cho toàn bộ hệ hoạt động.
Hệ dãy không đồng bộ: không cần tín hiệu này để giữ nhịp
chung cho toàn bộ hệ hoạt động.


Hệ dãy đồng bộ nhanh hơn hệ dãy không đồng bộ tuy
nhiên lại có thiết kế phức tạp hơn.
Mô hình của hệ dãy được dung để mô tả hệ dãy thông qua tín
hiệu vào, tín hiệu ra và trạng thái của hệ mà không quan tâm
đến cấu trúc bên trong của hệ.

Mô hình Mealy mô tả hệ dãy thông qua 5 tham số:
X = {x1, x2, ..., xn}
Y = {y1, y2, ..., yl}
S = {s1, s2, ..., sm}
FS(S, X)
FY(S, X)

•

Các loại trigger:

Phần tử cơ bản của hệ dãy chính là các phần tử nhớ hay còn
gọi là các trigger.
Đầu ra của trigger chính là trạng thái của nó.
Một trigger có thể làm việc theo 2 kiểu:
Trigger không đồng bộ: đầu ra của trigger thay
phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào.

đổi chỉ

Trigger đồng bộ: đầu ra của trigger thay đổi phụ thuộc vào
tín hiệu vào và tín hiệu đồng bộ.
Đồng bộ theo mức:


Mức cao:
Khi tín hiệu đồng bộ có giá trị logic bằng 0 thì hệ nghỉ (giữ
nguyên trạng thái).
Khi tín hiệu đồng bộ có giá trị logic bằng1 thì hệ làm việc bình
thường.
Mức thấp:
Khi tín hiệu đồng bộ có giá trị logic bằng1 thì hệ nghỉ (giữ
nguyên trạng thái).
Khi tín hiệu đồng bộ có giá trị logic bằng0 thì hệ làm việc
bình thường.
Đồng bộ theo sườn:
Sườn dương:

Khi tín hiệu đồng bộ xuất hiện sườn dương(sườn đi lên, từ
0 →1) thì hệ làm việc bình thường. Trong các trường hợp còn
lại, hệ nghỉ(giữ nguyên trạng thái).
Sườn âm:
Khi tín hiệu đồng bộ xuất hiện sườn âm (sườn đi xuống, từ
1 →0), hệ làm việc bình thường. Trong các trường hợp còn
lại, hệ nghỉ(giữ nguyên trạng thái).
Đồng bộ kiểu xung:
Khi có xung thì hệ làm việc bình thường.
Khi không có xung thì hệ nghỉ (giữ nguyên trạng thái).
Có 4 loại Trigger:


RS Reset-Set Xóa -Thiết lập.
D

Delay Trễ.

JK Jordan và Kelly (Tên 2 nhà phát minh).
T Toggle Bập bênh, bật tắt.

Triger RS:

Triger D:
Trigger D có 1 đầu vào là D và hoạt động ở 2 chế độ đồng bộ
và không đồng bộ. Ta chỉ xét trigger D hoạt động ở chế độ
đồng bộ.


Trigger D đồng bộ theo mức gọi là chốt D (Latch).


Trigger D đồng bộ theo sườn được gọi là xung phát sườn.

(Edge trigged)
Trigger JK chỉ hoạt động ở chế độ đồng bộ.
Sơ đồ khối:


Trigger T chỉ hoạt động ở chế độ đồng bộ.
Sơ đồ khối:

Một số ứng dụng của hệ dãy:
Bộ đếm được dùng để đếm xung.
Bộ đếm được gọi là modulen nếu nó có thể đếm được n
xung: từ 0 đến n- 1.
Có 2 loại bộ đếm:
Bộ đếm không đồng bộ: không đồng thời đưa tín hiệu đếm
vào các đầu vào của các trigger.
Bộ đếm đồng bộ: có xung đếm đồng thời là xung clock đưa
vào tất cả các trigger của bộ đếm.
2.2. Mạch tổ hợp:


Mạch giải mã và mạch mã hóa
A.Một số loại mã thông dụng.
1. Mã BCD và mã dư 3.
MÃ BCD (Binary Coded Decimal) là mã được cấu tạo bằng
cách dùng từ nhị phân 4 bit để
mã hóa 10 kí hiệ thập phân, nhưng cách biểu diễn vẫn theo
thập phân. Ví dụ đối với mã NBCD,

các chữ số thập phân được nhị phân hoá theo trọng số như
nhau, nên có 6 mã dư ứng với các số thập phân
10,11,12,13,14 và 15. Sự xuất hiện các tổ hợp này trong bản
tin được gọi là là lỗi dư.
Do trọng số nhị phân của mỗi vị trí biểu diễn thập phân là tự
nhiên nên máy có thể thực hiện trực tiếp các phép tính cộng,
trừ , nhân, chia theo mã NBCD. Tuy nhiên nhược điểm chính
là tồn tại tổ hợp toàn Zero, gây khó khăn trong việc đồng bộ
khi truyền dẫn tín hiệu.
Vì vậy người ta dùng mã Dư-3 được hình thành từ mã NBCD
bằng cách cộng thêm 3 vào mỗi tổ hợp mã. Như vậy, mã
không bao gồm tổ hợp toàn Zero. Mã Dư-3 chủ yếu được
dùng để truyền dẫn tín hiệu mà không dùng cho tính toán
trực tiếp.

2. Mã Gray:


Mã Gray còn được gọi là mã cách 1, là loại mã mà các tổ hợp
mã kế nhau chỉ khác nhau duy nhất 1 bit. Loại mã này không
có tính trọng số, do đó giá trị thập phân đã được mã hóa chỉ
được giải mã thông qua bảng mã mà không thể tính theo
tổng trọng số như đối với mã BCD.
Mã Gray có thể được tổ chức theo nhiều bit. Bởi vậy, có thể
đếm theo mã Gray. Cũng tương tự như mã BCD ngoài mã
Gray chính còn có mã Gray Dư-3.

Thập phân

GrayGray dư 3


0

0000

0010

1

0001

0110

2

0011

0111

3

0010

0101

4

0110

0100


5

0111

1100

6

0101

1101

7

0100

1111

8

1100

1110


9

1101


1010

10 1111

1011

11 1110

1001

12 1010

1000

13 1011

0000

14 1001

0001

15 1000

0011

Bảng: Mã Gray và mã Gray dư 3.
3.Mã chẵn lẻ.
Mã chẵn và mã lẻ là hai loại mã có khả năng phát hiện lỗi duy
nhất. Để thiết lập loại mã này ta chỉ cần thêm một bit

chẵn/lẻ(bit parity) vào tổ hợp mã đã cho, nếu tổng số bit
trong một từ mã là chẵn thì được mã chẵn và ngược lại ta
được mã lẻ.
B.Mạch mã hóa:
Mạch thực hiện việc chuyển tin tức sang mã, được gọi là
mạch mã hóa.
-

Mạch mã hóa từ thập phân sang BCD 8421

Mạch gồm 9 lối vào ứng với các chữ số thập phân từ 1-9. Lối
vào Zero là không cần thiết, vì khi tất cả các lối vào khác bằng
0 thì lối ra cũng bằng 0, bốn lối ra A,B,C,D thể hiện tổ hợp mã
tương ứng với mỗi chữ số thập phân trên lối vào theo trọng
số 8421.


-

Mạch mã hóa ưu tiên

Trong bộ mã hóa vừa xét trên, tín hiệu vào tồn tại độc
lập (không có trường hợp có 2 tổ hợp trở lên đồng thời tác
động). Bộ mã hóa ưu tiên ra đời để giải quyết trường hợp có
nhiều đầu vào tác động đồng thời, đối với các trường hợp này
thì bộ mã hóa ưu tiên chỉ tiến hành mã hóa tín hiệu vào nào
có cấp ưu tiên cao nhất ở thời điểm xét. Việc xác định cấp ưu
tiên cho mỗi tín hiệu vào là do người thiết kế mạch.

*Chương 2: Các linh kiện sử dụng trong mạch là:

1, IC7490:
Điện áp hoạt động MIN: 4.75V, MAX:5V, NOM:5V
Tần số tối đa : 42Mhz
Mức logic 1 MIN :2V
Mức logic 0 MAX : 0.8V
+ Bốn Chân thiết lập R0(1),R0(2),R9(1),R9(2)
+ Khi chân R0(1),R0(2) là chân thiết lập trạng thái cao của đầu
ra: QA=QD=1,
QB=QC=0
+ NC chân không nối.
+ IC 7490 gồm 2 bộ chia 2 và chia 5:


-Bộ chia 2 do Input A điều khiển đầu ra QA.
-Bộ chia 5 do Input B điều khiển đầu ra QB,QC,QD.
Trong đó QD là bit có trọng số lớn nhất.
Đầu vào A,B tích cực ở sườn âm.
+ Để tạo thành bộ đếm 10 ta nối đầu ra QA vào chân B để tạo
xung kích cho bộ đếm 5.
QA,QB,QC,QD là các đầu ra.
Sơ đồ chân:

Bảng trạng thái:


Ta ghép nối 4 IC 7490 để tạo thành bộ đếm thập phân có thể
đếm được các giá trị từ 0-9999 xung clock đưa vào bộ đếm
chính là tần số mà ta muốn đo.

2, IC 74LS47

Chức năng:
- Một trong những IC phổ biến trong điện tử số. Có rất nhiều kí
hiệu khác nhau tùy thuộc vào hãng và khả năng đáp ứng như:
74HC47, 74HCT47,74LS47,.
Ứng dụng:
Đây là IC giải mã kí giành riêng cho LED 7 thanh Anot chung.
Ứng dụng khi ta cần hiện thị số trên led 7 thanh trong mạch số
mà không cần dùng vi xử lý hoặc muốn tiết kiệm chân.”


Các thức hoạt động:
- Sơ đồ nguyên lý: Như sơ đồ trên, trong đó A,B,C,D ( Nối với
Vi xử lý, mạch số counter,…), BI/RBO,RBI,LT ( chân điều khiển
của 7447, tùy thuộc vào nhu cầu sẽ nối khác nhau), Chân
QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG nối lần lượt với chân a,b,c,d,e,f,g
của led 7 thanh anot chung.
- Mô tả cách thức hoạt động như sau:
PORT A,B,C,D : đầu vào của 7447, nhận các giá trị theo nhị
phân (BCD) từ 0 tới 15, tương ứng với mối giá trị nhận được sẽ
giải mã ra đầu ra Q tương ứng.
PORT QA-QG : Nối trực tiếp LED 7 thanh với
QA=a,QB=b,QC=c,QD=d,QE=e,QF=f,QG=g, giá trị hiển thị trên
LED 7 thanh phụ thuộc vào giá trị đầu vào PORTA,B,C,D theo
bảng sau;


BI/RBO,RBI,LT : Chân điều khiển của 7447, để hiểu rõ bạn cần
đọc và tìm hiểu mức bảng logic sau (Để kích hoạt IC 7447 hoạt
động chỉ cần nối BI/RBO=LT=1 ):


3, IC 74LS85
. Mạch so sánh 74ls85
Để đơn giản, giả sử tín hiệu đưa về là A, chỉ có 2 mức logic là
cao và thấp (tín hiệu số 1 bit). Tín hiệu đem so sánh là B (tín
hiệu cài đặt)
Sẽ có 3 trường hợp xảy ra cho ngõ ra :
A > B khi A = 1 và B = 0
A < B khi A = 0 và B = 1
A = B khi A = 1 = B hay A = 0 = B
Từ đây xây dựng bảng sự thật cho 3 trường hợp ngõ ra từ tổ
hợp trạng thái 2 ngõ vào ra như sau :
Bảng 2.3.1 So sánh 2 số 1 bit


Nhận thấy
Trường hợp A = B là ngõ ra của 1 cổng EXNOR 2 ngõ vào
A và B
Trường hợp A < B là ngõ ra của 1 cổng AND 2 ngõ vào A
v
Trường hợp A > B là ngõ ra của 1 cổng AND 2 ngõ vàoĠ
và B
Đây được gọi là mạch so sánh độ lớn 1 bit. Cấu trúc mạch sẽ
như sau :

Hình 2.2.2 Khối so sánh 1 bit
bit

Hình 2.2.3 Mạch so sánh 1

Bây giờ dạng tín hiệu vào mạch so sánh không phải chỉ có mức

cao hay mức thấp (1 bit) mà là một chuỗi các xung vuông thì
mạch khi này phải là mạch so sánh độ lớn nhiều bít.
Hình thức so sánh của mạch 4 bit cũng giống như mạch 1 bit
và rõ ràng là phải so sánh bit MSB trước rồi mới lùi dần.
7485/LS85 là 1 IC tiêu biểu có chứa mạch so sánh 4 bit
Kí hiệu khối của IC như hình, còn sơ đồ chân có thể xem trong
phần datasheet


Hình 2.3.4 Mạch so sánh độ lớn 4 bit
74LS85
Bảng 2.3.2 Bảng sự thật của 74LS85

Nhìn vào bảng sự thật của IC ta có thể thấy được hoạt động
của mạch
Ở 8 trường hợp đầu mạch so sánh bình thường, lần lượt so sánh
từ bít cao trước. Khi tất cả các bit của 2 ngõ vào đều bằng nhau
thì phải xét đến logic của các ngõ vào nối chồng (được dùng khi
ghép chồng nhiều IC để có số bit so sánh lớn hơn). Logic ở các
ngõ vào này thực ra là của các ngõ ra tầng so sánh các bit thấp
(nếu có). Trường hợp ngõ vào nối chồng nào lên cao thì ngõ ra
tương ứng cũng lên cao.Trường hợp các bít trước không so sánh
được thì các ngõ ra sau cùng đều thấp. Trường hợp không có
tín hiệu ngõ vào nối chồng thì tức là dữ liệu ngõ vào A và B
khác nhau nên ngõ ra A < B và A> B đểu ở mức cao. Vậy để


mạch so sánh đúng 4 bit thì nên nối ngõ nối chống A = B ở mức
cao


4. IC 74192:
IC 74192 là IC đếm BCD. Các giá trị ra được thể hiện ở các chân QA,
QB, QC, QD trong đó QA là LSB còn QD là MSB. Các chân A, B, C, D là
các chân để điều khiển giá trị bắt đầu đếm. Chân DOWN là chân khi
có xung kích vào thì giá trị ra được đếm xuống. Chân UP là chân khi
có xung kích vào thì giá trị ra được đếm lên. Chân VCC là chân cấp
nguồn còn chân GND là chân nối mass. Chân CO và chân BO dùng để
liên kết với IC 74192 khác để đếm được giá trị cao hơn. Chân CLR
dùng để xóa giá trị về 0.

5, IC 4017

Tìm hiểu IC 4017:
Sơ đồ chân:


IC đếm thập phân 4017 có 10 ngõ ra ở mức cao với các đầu ra tương
ứng từ Q0-Q9. ứng với các giá trị đếm từ 0-9.

IC 4017 có 10 ngõ ra ở mức cao liên tục nhau như hình dưới đây:


Chỉ có một ngõ ra được kích mức cao tại một thời điểm.
Bạn có thể thấy được ra ngõ ra ÷10 output sẽ mức cao cho lượt đếm
0 > 4 và ở mức thấp khi đếm 5 > 9.
Khi cấp xung vào chân CLK(14) và chân EN(13) được kéo xuống 0V thì
mức logic của các chân từ Q0-Q9 sẽ lần lượt thay đổi ứng với giá trị
đếm được từ xung đầu vào. Khi bộ đếm tràn IC sẽ tự động RESET bộ
đếm trở về trạng thái ban đầu.



Ta cũng có thể RESET bộ đếm bằng cách cấp 1 xung clock vào chân
MR(chân 13) để xóa giá trị đếm của IC về trạng thái ban đầu.

Dựa vào đó ta có thể dùng IC 4017 kết hợp với các IC khác để đưa ra
các xung chốt và xung RESET cho bộ giải mã và bộ đếm.
IC này rất hữu dụng khi tạo những ứng dụng liên quan đến Timer

Sơ đồ khối bên trong vi mạch của IC 4017

6, IC 74HC573
IC chốt 74hc573: trong hệ thống yêu cầu phải chốt dữ liệu trước khi
đưa ra khối giải mã vì vậy ta phải dùng IC chốt 8 bit 74573
Sơ đồ chân lý và ký hiệu logic:


Chân OE: cho phép xuất dữ liệu ra từ IC74573.
Chân LE: cho phép chốt dữ liệu vào.
Các chân từ D0-D7 các chân dữ liệu đưa vào IC
Các chân Q0-Q7 các chân xuất dữ liệu ra.
Khi chân OE được đưa lên 5V dữ liệu đưa vào các chân D0-D7 được
đưa vào IC, khi chân OE được đưa xuống 0V dữ liệu này sẽ được xuất
ra các chân từ Q0-Q8. Từ đó ta có thể dùng IC 74573 để tạo thành 1
mạch chốt dữ liệu cho bộ đếm trước khi Reset khôi đếm.


SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÓNG CHAI TỰ ĐỘNG.


Nguyên lý hoạt động của toàn bộ mạch mô phỏng thiết kế hệ thống đóng

chai tự động:
+ khối đếm sử dụng IC 7490 là IC đếm thập phân có tác dụng đếm số chai
đóng được trong 1 băng chuyền và đếm thời gian băng tải chạy khi đã đóng
hộp xong số chai cần thiết.
+ khối so sánh: dùng IC 7485 khối này có tác dụng so sánh số chai cần đóng
với số chai trong hộp để biết số chai trong hộp đã đủ chưa, nếu đủ rồi thì
RESET mạch đếm về 0 và đồng thời kích xung cho hệ thống băng tải chạy để
vận chuyển hộp đã đóng đi.
+ khối giới hạn số chai trong 1 hộp: dùng IC 74192 đây là IC có thể đếm tăng
giảm ta dùng để thiết lập số chai cần thiết phải đóng trong 1 hộp, nếu muốn
tăng lên ta nhấn phím UP hoặc giảm xuống thì nhấn phím DOWN. Số chai mà