Tài liệu Đếm số lượng Ôtô vào bãi pdf

Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
5
Bình thờng các điốt phát quang a, b, c, d, e, f, g không phát sáng.ứng
với mỗi tổ hợp nhị phân ở đầu vào, một vài trong số 7 thanh đầu ra nhận
đợc tín hiệu "1" (thế cao) kích thích chúng phát sáng và hiện hình số thập
phân tơng ứng.
LED bẩy thanh đợc điều khiển bằng các loại IC giải mã nh IC
7447,7448 họ logic hay 4511, 4513 họ CMOS.
2. Quang trở
Quang trở là điện trở phụ thuộc ánh sáng. Đặc trng của quang trở là sự
phụ thuộc của điện trở vào thông lợng bức xạ và phổ của bức xạ đó. Cơ sở
vật lý của quang trở là hiện tợng quang dẫn, hiện tợng giải phóng điện tử
trong vật liệu dới tác dụng của ánh sáng làm tăng độ dẫn của vật liệu
Quang trở đợc chế tạo bằng cách tạo một màn bán dẫn trên nền cách
điện nối ra hai đầu kim loại rồi đặt trong một vỏ nhựa, mặt trên có lớp thuỷ
tinh trong suốt để nhận ánh sáng bên ngoài tác động vào
Quang trở có trị số điện trở thay đổi không tuyến tính theo độ sáng chiếu
vào nó. Điện trở của quang trở khi bị chiếu sáng giảm rất nhanh khi độ sáng
tăng lên. Khi không đợc chiếu sáng quang trở có giá trị rết lớn tới hàng
M, khi dợc chiếu với cờng độ ánh sáng đủ lớn thì quang trở có giá trị
điện trở rất nhỏ khoảng vài chục .
R
S
ánh sáng
Hình- 4: Kí hiệu và đặc tính của quang trở
gd
R
D
a
bc e
f
b
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
6
Quang trở có thể đợc sử dụng để biến đổi xung quang thành xung điện.
Sự ngắt quãng của xung ánh sáng chiếu lên quang trở sẽ đợc phản ánh
gián tiếp qua xung điện. Vì vậy có thể dùng loại cảm biến này để đếm vật,
mạch điện thực hiện nh hình-5.
Hình 5 là sơ đồ ứng dụng của quang trở trong việc tạo ra tín hiệu xung
điện.
- ở sơ đồ hình a khi quang trở không đợc chiếu sáng, điện trở của nó rất
lớn, T khoá Ur có mức điện áp cao. Khi quang trở đợc chiếu sáng với
cờng độ ánh sáng đủ lớn, điện trở của nó nhỏ làm T đợc phân cực và mở
bão hoà, Ur có mức điện áp thấp.
-Tơng tự sơ đồ hình b khi quang trở đợc chiếu sáng Ur có mức điện áp
cao. Khi quang trở không đợc chiếu sáng, Ur có mức điện áp thấp.
3. Quang điốt (Photodiot)
Photodiot có cấu tạo bán dẫn giống nh đi ốt nhng đặt trong vỏ cách
điện có một mặt là nhựa hay thuỷ tinh trong suốt để nhận ánh sáng bên
ngoài chiếu vào và nối với PN của đi ốt, có loại dùng thấu kính hội tụ để
nhận ánh sáng. Đối với Photodiot khi phân cực thuận thì việc chiếu sáng
hay che tối thì dòng điện thuận hầu nh không đổi. Ngợc lại khi phân cực
ngợc nếu đợc chiếu sáng thì dòng điện ngợc lớn hơn nhiều lần so với
khi bị che tối. Do nguyên lý trên Photodiot đợc sử dụng ở trạng thái ngợc
trong các mạch điều khiển theo ánh sáng.Với hiệu ứng quang điện
Photodiot cho một điện áp khi đợc chiếu sáng. Do đó có thể làm việc mà
không cần một điện áp bên ngoài. Tuy nhiên, khi có một điện áp ngợc đặt
vào thì chế độ làm việc của Photodiot sẽ tuyến tính hơn, dòng ngợc sẽ lớn
hơn.
Is
+
Ucc
R
Ds
Hình- 6 Photodiot làm
việc khi phân cực ngợc
Hình-5 :
a
+U
Ur
T
R2
R1
R
b
+U
Ur
T1
T2
R3
R2
R1
R
R4
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
7
Photodiot có thể đợc sử dụng để biến đổi xung quang thành xung điện.
Sự ngắt quãng của xung ánh sáng chiếu lên Photodiot sẽ đợc phản ánh
gián tiếp qua xung điện. Vì vậy có thể dùng loại cảm biến này để đếm vật,
mạch điện thực hiện nh hình-7.
- Nguyên lý làm việc của sơ đồ hình 7a,b giống nh phần quang trở đã nêu
ở trên. -Với sơ đồ hình 7c ta sử dụng mạch so sánh dùng IC KĐTT với điện
áp ngỡng lấy trên R4 không đổi và luôn dơng, đầu ra của KĐTT lật trạng
thái khi tín hiệu đa tới đầu vào không đảo thay đổi. Khi Photodiot Ds đợc
chiếu sáng U
P
< U
N
nên Ur có mức điện áp thấp, khi Photodiot Ds không
đợc chiếu sáng U
P
> U
N
nên Ur có mức điện áp cao. Trong sơ đồ này Dz
dùng để cắt phần xung âm.
- Với sơ đồ hình 7d nguyên lý làm việc tơng tự nh hình c song tín hiệu ra
Ur có giá trị ngợc lại.
4. Quang Transistor ( Phototransistor ):
Về cấu tạo bán dẫn Phototransistor có thể coi nh gồn nh một Photodiot
và một transistor, tong đó Photodiot làm nhiệm vụ cảm biến quang điện còn
transistor làm nhiệm vụ khuếch đại. Photodiot đợc sử dụng ở đây là mối
nối PN giữa cực C và cực B vì tongTransistor khi phân cực cho các chân thì
BE phân cực thuận còn CB phân cực ngợc nên khi CB phân cực ngợc và
đợc chiếu sáng thì dòng điện dò I
CB
sẽ tăng cao hơn bình thờng rất nhiều.
Dòng điện dò I
CB
sẽ trở thành dòng I
B
và đợc Transistor khuyếch đại.
T
Ur
+Uc
a
R1
R2
R3
Ds
Ur
T1
T2
+Uc
b
R4
R5
Ds
R1
R2
R3
d
+Uc
-Uc
Ur
R6
Ds
R1
R2
R3
R4
R5
+U
-Uc
Ur
c
Dz
Ds
R1
R2
R3
R4
R5
+
T
Hình-7
U
N
U
P
U
P
U
N
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
8
Độ khuếch đại của Phototransistor từ 100 đến 1000 lần và không tuyến
tính theo cờng độ ánh sáng chiếu vào. Tần số làm việc cực đại của
Phototransistor khoảng vài kH
Z
. Để tăng độ nhậy ngời ta còn chế tạo loại
Transistor ghép Darlington ( Darlington Phototransistor )
Trong trờng hợp bỏ hở cực B thì mạch làm việc theo nguyên lý của
Phototransistor còn nếu bỏ ngỏ cực E thì mạch làm việc theo nguyên lý của
Photodiot hình- 9.
Phototransistor có thể đợc sử dụng để biến đổi xung quang thành xung
điện. Sự ngắt quãng của xung ánh sáng chiếu lên Phototransistor sẽ đợc
phản ánh gián tiếp qua xung điện. Vì vậy có thể dùng loại cảm biến này để
đếm vật, mạch điện thực hiện nh hình-10
.
T
T
Ts
Hình- 8:
R
R
Hình- 9
+U
c
+U
r
a
R
Ds
R1
Ts
Ts
b
T
R2
R
Ds
R1
+U
r
+U
c
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
9
Với sơ đồ hình 10a khi T
S
đợc chiếu sáng Ur có mức điện áp thấp, khi Ts
không đợc chiếu sáng Ur có mức điện áp cao.
- Với sơ đồ hình 10b khi T
S
đợc chiếu sáng Ur có mức điện áp cao, khi Ts
không đợc chiếu sáng Ur có mức điện áp thấp.
- Với sơ đồ hình 10c ta sử dụng mạch so sánh dùng IC KĐTT với điện áp
ngỡng lấy trên R4 không đổi và luôn dơng, đầu ra của KĐTT lật trạng
thái khi tín hiệu đa tới đầu vào đảo thay đổi. Khi Phototransistor Ts đợc
chiếu sáng U
P
< U
N
nên Ur có mức điện áp thấp, khi Ts không đợc chiếu
sáng U
P
> U
N
nên Ur có mức điện áp cao. Trong sơ đồ này Dz dùng để cắt
phần xung âm.
- Với sơ đồ hình 10d khi đầu ra của IC KĐTT có mức điện áp cao
Transistor T mở bão hoà nên Ur có mức điện áp thấp. Khi đầu ra của IC
KĐTT có mức điện áp thấp Transistor T khoá nên Ur có mức điện áp cao.
Hình -10
R2
Ds
R5
UA741
R4
R3
-Uc
+Uc
+Ur
d
R6
Ts
R1
Up
Un
T
Un
Up
R1
Ts
R2
Ds
R5
UA741
R4
R3
Dz
c
Ur
-Uc
+Uc
+ +
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
1
0
II.Thiết kế bộ đếm số lợng ôtô vào bãi
Số lợng ôtô vào bãi phụ thuộc vào số lợng ôtô ra khỏi bãi, nhng số
lợng ôtô ra khỏi bãi là ngẫu nhiên nên việc thiết kế bộ đếm có dung lợng
chính xác là khó khăn. Song việc đó là không cần thiết. Bởi vì, bộ đếm ở
đây chỉ đảm nhiệm chc năng kiểm tra số lợng ôtô theo định kỳ có thể là
từng ngày, từng tháng hoặc từng quý Vì vậy, để thiết kế bộ đếm hợp lý ta
phải căn cứ vào tình hình cụ thể, mật độ ôtô của khu vực. Bộ đếm loại này
thờng có dung lợng lớn vậy ta nên thiết kế bộ đếm có dung lợng chẵn và
ghép theo kiểu mô đun, mỗi mô đun là một bộ đếm có số bít cố định và có
nhớ. Tín hiệu nhớ của mô đun này là tín hiệu điều khiển của mô đun kia.
1.Bộ đếm song song.
Từ hình 11 ta thấy:
C
E
= Q
0
.Q
1
.Q
2
.Q
3
.E ; J
3
= K
3
= Q
0
.Q
1
.Q
2
.E ; J
2
= K
2
= Q
0
.Q
1
.E
J
1
= K
1
= Q
0
.E ; J
0
= K
0
= E.
Xung xoá
Hình 11: Bộ đếm nhị phân thuận 4 bit, môdun 16 dùng các trgơ vạn năng JK kêt hợp với
các cổng logic, có logic tạo nhớ.
R
RESET
C
CE
F3F2F1
Q3
Q2
Q1 Q4
E
F4
J
CP
K
R
QN
QJ
CP
K
R
QN
QJ
CP
K
R
QN
Q
J
CP
K
R
QN
Q
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
1
1
- E: là tín hiệu điều khiển, E = "1" cho phép bộ đếm làm việc, E = "0"
trạng thái của bộ đếm không đổi.
- Trạng thái của một trigơ bất kỳ sẽ chỉ lật khi J = K =1 và xung đồng
bộ chuyển đổi từ "1" về "0" (giả thiết trigơ đợc xây dựng từ các phần tử
NAND), điều này cũng có nghĩa là trạng thái của một trigơ bất kỳ sẽ chỉ lật
khi tất cả các đầu ra Q của các trigơ cấp thấp hơn đều nhận trị "1".
- Tín hiệu nhớ C
E
nhận trị "1" khi bộ đếm đã đầy (Q
0
=Q
1
=Q
2
=Q
3
=E
="1")
Khi cần bộ đếm có dung lợng lớn hơn ngời ta tiến hành ghép liên
tiếp các mô đun đếm với mỗi mô đun là bộ đếm nhị phân đồng bộ 4 bit mô
đun 16 nh hình 11.
Hình 12 đa ra cấu trúc của bộ đếm nhị phân đồng bộ 16 bit, dung lợng
2
16
-1 xung đợc xây dựng bằng cách ghép liên tiếp 4 bộ đếm 4 bit có logic
tạo nhớ
2. Bộ đếm nối tiếp
E
C
CE
R
2
0
ữ 2
3
E
C
CE
R4
4
44
4444
2
4
ữ 2
7
E
C
CE
R
2
8
ữ 2
11
E
C
CE
R
Xung xoá
2
12
ữ 2
15

Xung đếm
Hình 12: Bộ đếm nhị phân đồng bộ 16 bit
Q1
Q2
Q3
F1 F2 F3
CE
C
RESET
R
J
CP
K
R
QN
QJ
CP
K
R
QN
Q
J
CP
K
R
QN
Q
Xung đếm
Hình 13: Bộ đếm nhị phân thuận 3 bit, môdun 8 dùng các trgơ vạn năng JK,
xung đếm lật với sờn âm, có logic tạo nhớ.
1
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
1
2
Trạng thái của một rigơ bất kỳ sẽ chỉ lật khi đầu ra Q của trigơ cấp
thấp hơn kề nó chuyển giá trị từ 1 về 0. Vì vậy, Để trạng thái của trigơ bất
kỳ chỉ lật khi đầu ra Q của trigơ cấp thấp hơn kề nó chuyển đổi từ "1" về
"0" thì các đầu vào điều khiển của các trigơ phải cùng nhận trị "1"
(J=K=1).
Xung cần đếm đợc đa vào một cách tuần tự tại lối vào đồng bộ
(cửa C ) của trigơ đầu tiên F
1
. Đầu ra Q của trigơ trớc đợc nối với đầu vào
đồng bộ C của trigơ tiếp theo cấp cao hơn (Q
i
nối với C
i+1
).
Từ hình vẽ ta thấy C
E
= Q
1
.Q
2
.Q
3
. Tín hiệu nhớ C
E
nhận trị "1" khi bộ
đếm đã đầy (Q
1
=Q
2
=Q
3
="1")
Khi cần bộ đếm có dung lợng lớn hơn ngời ta tiến hành ghép liên
tiếp các mô đun đếm với mỗi mô đun là bộ đếm nhị phân không đồng bộ 3
bit mô đun 8nh hình 14. Đầu ra nhớ của mô đun này là đầu vào đồng bộ
của mô đun kia. Nh vậy một mô đun nào đó sẽ chcỉ đợc làm việc khi mô
đun cấp thấp hơn nó đã làm việc xong.
Chú ý :
C
CE
R
2
0
ữ 2
2
C
CE
R
2
3
ữ 2
5
C
CE
2
6
ữ 2
8
Xung xoá

Xung đếm
Hình 14: Bộ đếm nhị phân không đồng bộ12 bit
R
C
CE
2
9
ữ 2
11
R
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
1
3
ở bộ đếm nối tiếp, đầu vào điều khiển để lật trạng thái ra của bộ
đếm chính là đầu vào đồng bộ. Vì vậy, khi sử dụng bộ đếm nối tiếp cần
chú ý tới xung đồng bộ đợc khích thích theo sờn âm hay sờn dơng.
Đối với bộ đếm tiến, nếu xung đồng bộ đợc khích thích theo sờn âm
thì đầu ra Q
i
đợc đa vào đầu vào C
i+1
. Còn nếu xung đồng bộ đợc
khích thích theo sờn dơng thì đầu ra
i
Q
đợc đa vào đầu vào C
i+1
.
Đối với bộ đếm lùi thì ngợc lại
III. Thiết kế bộ đếm tiến lùi với mô đun bất kỳ
1. Nguyên tắc chung:
Bộ đếm tiến lù vừa thực hiện chức năng đến tiến vừa thực hiện chức năng
đếm lùi. Nếu đếm đếm tiến, mỗi lần đầu vào có xung đếm thì đầu ra của bộ
đếm tăng lên một giá trị nhị phân. Nếu đếm đếm lùi, mỗi lần đầu vào có
xung đếm thì đầu ra của bộ đếm giảm đi một giá trị nhị phân. Nh vậy, bộ
đếm tiến lùi tại một thời điểm chỉ thực hiện hoặc đếm tiến hoặc đếm lùi chứ
không thể thực hiện đồng thời đếm tiến và đếm lùi. Vậy để bộ đếm làm việc
đợc ta phải có tín hiệu điều khiển đếm tiến và điều khiển đếm lùi.
Gọi L là tín hiệu điều khiển đếm tiến, M là tín hiệu điều khiển đếm
lùi, nh phân tích ở trên thì Lvà M phải là phủ định của nhau
ML =
Đầu vào điều khiển của một trigơ trong bộ đếm K ( có thể là C, J, K ) :
+ Là C, J, K với bộ đếm không đông bộ
+ Là J,K với bộ đếm đông bộ
- L = 1 thực hiệu đếm tiến
- L = 0 thực hiện đếm lùi
Từ bảng trạng thái ta có

NLLTK +=
T là điều khiển đếm tiến, N là điều khiển đếm lùi
* Vậy để thiết kế bộ đếm tiến lùi ta phải thiết kế bộ đếm tiến giêng, bộ
đếm lùi giêng ( Việc thiết kế ở đây là tìm hàm của các đầu vào kích hay
đầu vào điều khiển của các trigơ trong bộ đếm ). Sau đó tổng hợp lại
nh hình 15.
LK
0N
1T
Bảng trạng thái của mạch điều
khiển đếm thuận, đếm bgợc
T
L
M
N
K
Hình 15
Tài liệu hớng dẫn bài tập dài kỹ thuật số
Bộ môn điện tử
1
4
2. Bộ đếm đồng bộ
Các bớc thực hiện (cho cả bộ đếm tiến vá bộ đếm lùi )
+ Bớc 1 : Phân tích yêu cầu thiết kế, xác định số lợng và chủng loại của
các trigơ.
+ Bớc 2 : Vẽ giản đồ thời gian, bảng trạng thái và đa ra đồ hình chuyển
đổi trạng thái.
+ Bớc 3 : Xác định các hàm đầu vào kích
+ Bớc 4 : Vẽ sơ đồ.
3. Ví dụ
3.1 Ví dụ 1: Thiết kế bộ đếm nhị phân tiến, lù modul 5 dùng trigơ T
đồng bộ.
Trigơ T đồng bộ :
a. Thiết kế bộ đếm tiến
+ Bớc 1 : Phân tích yêu cầu thiết kế, xác định số lợng và chủng loại của
các trigơ.
Theo bài ra
<<
Thiết kế bộ đếm nhị phân modul 5 dùng trigơ T đồng bộ
>>
.
Bôi đếm đếm đợc tối đa 4 xung, xung thứ 5 đa bộ đếm trở về vị trí ban
đầu. Nh vậy, số trigơ phải thoả mãn 2
N
> 5 , chọn N = 3
Số trigơ sử dụng xây dựng bộ đếm : 3 ( Số trạng thái d : 3 ).
+ Bớc 2 : Vẽ giản đồ thời gian, bảng trạng thái và đa ra đồ hình chuyển
đổi trạng thái.
Trigơ
T
Q

Q
T
C
Q
n
Q
n+1
T
n
00 0
01 1
10 1
11 0
a)
01
10
Q
n
Q
n+1
T
n
c)
T
n
Q
n+1
0Q
n
1
n
Q
b)
d)
Hình 1: a) Mạch mô phỏng; b) Bảng trạng thái;
c) Bảng chuyển tiếp; d) Bảng đầu vào kích

Xem chi tiết: Tài liệu Đếm số lượng Ôtô vào bãi pdf