BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO ĐỒ ÁN
Môn học: Đồ án điện tử 1

Đề tài: MẠCH ĐẾM XE DÙNG LED
HỒNG NGOẠI
GVHD :

TS. Nguyễn Thanh Hải

HVTH1 :

Trang Nguyễn Trung Phát

MSSV :

15141348

HVTH2 :

Võ Xuân Truyền

MSSV :

15141079


Tp.Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 06 năm 2018

MỤC LỤC

Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
3


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***---Tp. Hồ Chí Minh, ngày--- tháng--- năm 2016

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ và tên sinh viên:
Ngành:
Giảng viên hướng dẫn:
Ngày nhận đề tài:

MSSV:
Lớp:
ĐT:
Ngày nộp đề tài:

1. Tên đề tài /:
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
3. Nội dung thực hiện đề tài:
4. Sản phẩm:
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền

4


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: .................................................................MSSV: ..................................
Ngành:......................................................................................................................................
Tên đề tài:.................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn:...............................................................................................
..................................................................................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?

..................................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
..................................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ:.......................................................................................)
..................................................................................................................................................

Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
5


Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
6

năm 20…


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên Sinh viên: .................................................................MSSV: ..................................
MSSV: ..................................

MSSV: ..................................
Ngành:......................................................................................................................................
Tên đề tài:.................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
Họ và tên Giáo viên phản biện:................................................................................................
..................................................................................................................................................
NHẬN XÉT
1.

Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
2.

Ưu điểm:

..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
3.

Khuyết điểm:

..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
4.


Đề nghị cho bảo vệ hay không?

..................................................................................................................................................
5.

Đánh giá loại:

..................................................................................................................................................
6.

Điểm:……………….(Bằng chữ:...................................................................................)

Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
7


..................................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
8

năm 20…



LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay
công trình đã có trước đó. Nếu có sao chép tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
9


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BCD: Binary Coded Decimal.

Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
10


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
11


DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ

Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
12


ĐAĐT1


Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại

Chương 1:

GIỚI THIỆU YÊU CẦU – GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
1.1

GIỚI THIỆU
Trong các xí nghiệp, công ty, trường học hiện nay. Việc quản lý xe trong garage khá
quan trọng, đảm bảo an toàn tài sản của công nhân viên, giúp họ an tâm làm việc. Công
việc này yêu cầu phải đảm bảo tính chính xác, nhanh gọn, tránh ùn tắc tại garage. Tuy
nhiên, với một số lượng xe lớn trong garage thì việc quản lý số xe trong garage bằng sức
người không đảm bảo được tính chính xác và hiệu suất, trong khi phải tốn kinh phí cho số
lượng nhân viên giữ xe. Hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, bài
toán trên đã được giải quyết rất đơn giản, và mạch đếm xe ra vào garage sử dụng hồng
ngoại, IC 74LS192 và IC 74LS247 là một trong những phương pháp đơn giản để giải
quyết bài toán này.

1.2

GIỚI HẠN
Với nội dung đề tài, mạch được thiết kế đơn giản.
Số xe trong garage được hiển thị trên 2 led 7 đoạn nhỏ. Số lượng xe tối đa có thể đếm
là 99. Khoảng cách 2 cảm biến là 20cm. Mạch phát được cấp nguồn 5 VDC, nhỏ gọn có
thể di chuyển. Mạch chính được cấp nguồn 220 VAC.

1.3

PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

Khối nguồn
Trang Nguyễn Trung Phát
MSSV: 15141348

Khối phát hồng ngoại
Khối thu hồng ngoại đếm xuống
Khối thu hồng ngoại đếm lên
Khối chuông

Võ Xuân Truyền

Khối đếm

MSSV: 15141079

Khối hiển thị
Khối reset

Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
13


ĐAĐT1

Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại

Chương 2:

THIẾT KẾ


2.1.

GIỚI THIỆU
Mạch đếm xe trong garage hoạt động như sau: khi có xe đi qua vùng quét của led hồng
ngoại, đếm lùi nếu xe đi vào garage, đếm lên nếu xe đi ra garage. Giới hạn số đếm từ 99
về 00. Số đếm bắt đầu khi khởi động là 99.
Khi đếm về 00 báo chuông reng. Mạch có nút nhấn reset đặt lại số đếm bắt đầu.

2.2.

THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI
Theo yêu cầu của đề tài, sơ đồ khối của mạch đếm xe trong garage được thiết kế như
hình như hình 2.1:

Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
14


ĐAĐT1

Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại

Hình 2.1. Sơ đồ khối mạch đếm sản phẩm.

Sau đây là chức năng từng khối:
Khối nguồn: có chức năng cấp nguồn cho toàn bộ mạch để hoạt động.
Khối tạo xung đếm lên: có chức năng tạo 1 xung khi có 1 xe đi ra garage.
Khối tạo xung đếm xuống: có chức năng tạo 1 xung khi có 1 xe đi vào garage.
Khối xử lý, đếm: có chức năng đếm xung và phạm vi đếm từ 99 về 00, khi đếm về 00
thì dừng đếm và xuất tín hiệu để chuông reng .

Khối giải mã: có chức năng giải mã số xung đếm được từ khối đếm sang mã 7 đoạn.
Khối hiển thị: có chức năng hiển thị kết quả đếm dạng số thập phân.
Nút nhấn reset: có chức năng reset lại mạch khi nhấn nút.
Chuông: có chứa năng rung khi mạch đếm về 00.

Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
15


ĐAĐT1
2.3.

Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại

THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

a. KHỐI HIỂN THỊ
Led 7 đoạn có chức năng hiển thị số thập phân cho biết kết quả sau khi xử lý, trong
mạch đếm sản phẩm sẽ cho biết kết quả đếm là số lượng xe còn có thể đỗ trong garage.
Trong mạch sử dụng led 7 đoạn loại anode chung.
Led 7 đoạn có cấu tạo là các led đơn được sắp xếp theo vị trí để khi sáng hoặc tắt tạo
thành 1 số thập phân từ 0 đến 9. Kí hiệu, sơ đồ chân của led 7 đoạn như hình 2.2:

Hình 2.2. Kí hiệu và hình ảnh led 7 đoạn
Dòng cho mỗi đoạn từ 5 đếm 10 mA và điện áp cho các led nhỏ là 2V.

b. KHỐI GIẢI MÃ
Do đã chọn led anode chung nên chọn IC giải mã anode chung là IC 74LS247.
IC 74LS247 có chức năng giải mã số BCD sang mã 7 đoạn để điều khiển led 7 đoạn
sáng số thập phân, điều khiển led 7 đoạn loại anode chung, IC có sơ đồ chân như hình 2.3.


Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
16


ĐAĐT1

Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại

Hình 2.3. Sơ đồ chân IC giải mã số BCD sang 7 đoạn 74LS247
Chức năng các tín hiệu của IC:
•

IC có 4 ngõ vào “DCBA” để nhận số BCD cần giải mã.

•

IC có 7 ngõ ra “f, g, e, d, c, b, a” dùng điều khiển led 7 anode chung.

•

IC còn có các tín hiệu điều khiển kiểm tra đèn “LAMP TEST - LT”, tín hiệu xóa số không
vô nghĩa vào (RB) và ra (RBO). Để hiểu trạng thái hoạt động của các ngõ trong IC
74LS247 ta tìm hiểu trong Bảng 2.1 dưới đây:

Bảng 2.1. Bảng trạng thái hoạt động của IC74LS247
Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
17



ĐAĐT1

Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại

Giải thích hoạt động của IC giải mã 74LS247:
Trạng thái giải mã: từ trạng thái số 0 đến trạng thái thứ 15 là hoạt động giải mã bình
thường cho 16 trạng thái.
•

16 trạng thái này gồm có 10 trạng thái từ 0 đến 9 – gọi là giải mã số BCD, 10 trạng thái
này led hiển thị đúng số thập phân từ 0 đến 9 – xem hình 2.4.

•

6 trạng thái còn lại từ 10 đến 15 (từ 1010B đến 1111B) thì led cũng giải mã nhưng không
đúng theo số hex – xem hình 2.4.
Trạng thái LT: nếu tín hiệu này ở mức ‘0’ và RBO ở mức ‘1’ thì led sẽ sáng số 8.
Trạng thái BI: nếu tín hiệu này ở mức ‘0’ thì led sẽ tắt.
Trạng thái RBI: nếu tín hiệu này ở mức ‘0’, 4 ngõ vào số BCD ở “0000”, LT ở mức ‘1’ thì
led tắt – có chức năng xóa số 0 vô nghĩa.

Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
18


ĐAĐT1

Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại

Hình 2.4. Hình ảnh điều khiển led 7 đoạn và hình ảnh led 7 đoạn


c. KHỐI ĐẾM
Khối xử lý, đếm có chức năng đếm từ 99 về 00. Đếm về 00 thì dừng và xuất tín hiệu ra
chuông để chuông reng.
Để thực hiện chức năng đếm, IC 74LS192 được chọn, một IC được dùng để đếm hàng
chục, một IC được dùng để đếm hàng đơn vị. Sơ đồ chân IC 74LS192 như hình 2.5.

Hình 2.5. Sơ đồ chân IC 74LS192
Chức năng các chân của IC:

Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
19


•

ĐAĐT1
Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
4 ngõ vào P3, P2, P1, P0 để nhận số đếm đặt trước.

•

4 ngõ ra Q3, Q2, Q1, Q0 xuất ra số BCD được đếm.

•

Ngõ vào CPU để nhận xung đếm lên.

•


Ngõ vào CPD để nhận xung đếm xuống.

•

Ngõ vào MR reset IC về trạng thái khởi động.

•

Ngõ vào

•

Ngõ ra TCU, TCD kết nối đầu cuối với IC 74LS192 khác.

PL

preset IC đặt trạng thái số đếm cho trước.

Để hiểu thêm cách hoạt động cũng như cách điều khiển các chân sao cho đếm lên, đếm
xuống của IC 74LS192, ta tham khảo Bảng 2.2 sau:
Bảng 2.2. Bảng trạng thái hoạt động của IC 74LS192

Giải thích hoạt động của IC giải mã 74LS192:
Khi MR ở mức ‘0’ và

PL

ở mức ‘1’, nếu có 1 xung tích cực cạnh lên tác động vào

chân CPU (hoặc CPD) thì IC sẽ đếm lên (hoặc xuống).

Khi MR ở mức ‘1’ thì IC sẽ reset về trạng thái ban đầu.
Khi

PL

ở mức ‘0’ thì IC sẽ đặt trước số đếm lấy từ P3, P2, P1, P0.

Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
20


ĐAĐT1
Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
Sau khi tìm hiểu cách thức hoạt động của hai IC 74LS192 và IC74LS247, ta tiến hành
thiết kế sơ đồ mạch đếm, hiển thị cùng với nút nhấn reset trên ứng dụng Proteus 8. Kết
quả sau cùng là hình 2.6 sau:

CA1

1
0
0
1

U12
15
1
10
9


UP

5
4
11
14

DW

U7

D0
D1
D2
D3

Q0
Q1
Q2
Q3

UP
DN
PL
MR

TCU
TCD

3

2
6
7

7
1
2
6
4
5
3

12
13

A
B
C
D
BI/RBO
RBI
LT

QA
QB
QC
QD
QE
QF
QG


13
12
11
10
9
15
14

74LS247

R18
R19
220
R20
220
R21
220
R23
220
R24
220
R25
220
220

A1
B1
C1
D1

E1
F1
G1

7SEG1

74LS192

CA1

1
0
0
1

U13
15
1
10
9
5
4
11
14

U10

D0
D1
D2

D3

Q0
Q1
Q2
Q3

UP
DN
PL
MR

TCU
TCD

3
2
6
7
12
13

7
1
2
6
4
5
3


A
B
C
D
BI/RBO
RBI
LT

QA
QB
QC
QD
QE
QF
QG

13
12
11
10
9
15
14

74LS247

R26
R27
220
R28

220
R29
220
R30
220
R31
220
R32
220
220

A1
B1
C1
D1
E1
F1
G1

7SEG2

74LS192

R1
10k

C1
10uF

Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý mạch đếm, hiển thị, reset

Linh kiện trong mạch đếm và hiển thị được tính toán như sau:
Dòng ngõ ra của 74LS247 cao nhất là = 4.2V , trong khi đó áp vào của con led 7 đoạn
là = 2V. Nên cần phải lắp thêm điện trở để hạ áp và hạ dòng vào của led 7 đoạn là I =
10mA ta tính được giá trị R:
Áp rơi trên điện trở R: =

Giá trị R:
Vậy chọn R có giá trị là .

Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
21


ĐAĐT1

Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại

d. KHỐI PHÁT HỒNG NGOẠI
Khối phát hồng ngoại sử dụng IC 555 để điều chỉnh tần số phát xung hồng ngoại để
điều chỉnh tần số phát xung hồng ngoại :

J1
2
1
CONN-SIL2

R4

R1
U1


8
R

VCC

4

3

Q

7

DC
5

1k

10k

D1

CV

IR-LED

2

TR


GND

R2
6

TH

1

10k
555

R3
10k

C1
0.1uF

Hình 2.7. Mạch phát hồng ngoại dùng IC 555
Sơ đồ chân IC 555 như hình 2.7:

Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
22

Q1
C1815


ĐAĐT1


Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại

Hình 2.8. Sơ đồ chân IC 555
Giải thích chức năng các chân của IC 555 :
•

Chân GND cho nối mass để lấy dòng.

•

Chân Trigger so áp với mức áp chuẩn là 1/3 mức nguồn nuôi.

•

Chân Output ngõ ra.

•

Chân Reset xác lập trạng thái nghỉ với ngõ ra mức thấp.

•

Chân Control Voltage làm đổi mức áp chuẩn trong IC.

•

Chân Threshold so áp với mức áp chuẩn là 2/3 mức nguồn nuôi.

•


Chân Discharge thường dùng cho tụ xả điện.

•

Chân VCC nối vào nguồn.
Công thức tính tần số xung phát tra trong datasheet:

f =

1
ln 2.C.( R1 + 2.R2)

Lựa chọn thông số mạch như hình. Dùng biến trở để có thể điều chỉnh tần số xung
hồng ngoại phát ra.
Ta có thông số led hồng ngoại : , ,
 R4 = 0.38 (kOhm)
Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
23


ĐAĐT1
Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
 Chọn R4 = 1kOhm
Ta có thông số của IC555 : : , : , :
Với = ( ,
R3 = = = 20.8 kOhm
 Chọn R3 = 22 kOhm.

e. KHỐI THU HỒNG NGOẠI VÀ ĐIỀU KHIỂN

Khối thu hồng ngoại sử dụng mắt thu 3 chân TSOP1838 như hình 2.9.

Hình 2.9. Mắt thu hồng ngoại 3 chân TSOP1838
Bình thường chân Out của mắt thu ở mức cao khi không nhận tín hiệu hồng ngoại
38kHz, ở mức thấp khi nhận tín hiệu hồng ngoại 38kHz.
Sơ đồ mạch thu được thiết kế như hình 2.9:

Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
24


ĐAĐT1

Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại

J2
2
1
2 VCC 1 GND

R2
1k
3

J1

VCC

1


1
CONN-SIL1

OUT

R1
2

Q1
C1815

1.5k

GND

C1
LED THU

101

Hình 2.10. Mạch thu hồng ngoại đếm lên
Khi có vật thể đi qua, mắt thu không nhận được tín hiệu hồng ngoại 38kHz nên ngõ ra
ở mức cao. Ngõ ra của mắt thu sẽ kích cho transistor C1815 làm transistor dẫn. Lúc này
chân CK-UP ở mức điện áp thấp. Sau khi mắt thu tiếp tục nhận được tín hiệu hồng ngoại
38kHz, ngõ ra của mắt thu ở mức cao, transistor NPN C1815 nhưng dẫn, CK-UP lên mức
điện áp cao. Lúc này CK-UP đã tạo 1 xung tác động vào chân CPU của IC 74LS192.
Linh kiện trong mạch thu hồng ngoại đếm lên như hình trên được tính toán như sau:
Ta sử dụng led thu TSOP1838 có , : , :
C1815 :


 Chọn

 Chọn
= = 34.4 kOhm
 Chọn = 36 kOhm
Trang Nguyễn Trung Phát – Võ Xuân Truyền
25