Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong kỹ thuật điện tử và điều khiển tự động, kỹ thuật số đóng vai trò nền tảng trong việc xử lý tín hiệu, nâng cao độ tin cậy truyền dẫn và điều khiển hệ thống. Đối với sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử và Tự động hóa, việc nắm vững nguyên lý hoạt động của các vi mạch tích hợp (IC) rời rạc cùng kỹ năng thiết kế, gia công mạch in là yêu cầu đào tạo then chốt trước khi tiếp cận các hệ thống vi điều khiển phức tạp.

Về mặt thực tiễn, sự gia tăng của các phương tiện giao thông tại các nút giao thông đô thị dẫn đến tình trạng ùn tắc và mất trật tự giao thông, đòi hỏi phải có hệ thống đèn tín hiệu điều khiển luồng phương tiện tại các giao lộ. Đề tài "Thiết kế mạch đèn giao thông" trong khuôn khổ Đồ án 1 được nhóm sinh viên ngành Tự động hóa, Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Mở thực hiện nhằm nghiên cứu nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển chu kỳ đèn tín hiệu giao thông, đồng thời rèn luyện kỹ năng thiết kế phần cứng điện tử từ khâu tính toán lý thuyết đến chế tạo sản phẩm thực tế.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được tác giả xác định cụ thể qua 5 nhiệm vụ:

  1. Làm quen và làm chủ các linh kiện điện tử cơ bản cùng các IC số thông dụng.
  2. Thiết kế sơ đồ nguyên lý và thực hiện mô phỏng hoạt động của mạch trên phần mềm Proteus.
  3. Tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản của linh kiện điện tử trong mạch dao động và mạch nguồn.
  4. Thiết kế mạch in (PCB Layout) và in mạch thủ công.
  5. Hàn lắp ráp linh kiện và vận hành chạy thử mạch thực tế.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là mạch điều khiển đèn giao thông tại một ngã tư phục vụ hai luồng giao thông (hướng Đông và hướng Nam). Phạm vi nghiên cứu tập trung vào giải pháp thiết kế hệ thống điều khiển phần cứng thuần túy bằng các vi mạch số rời rạc (IC định thời 555, IC đếm Johnson 4017 và ma trận diode logic 1N4007), sử dụng nguồn điện hạ áp một chiều thông qua mạch chỉnh lưu và ổn áp tuyến tính LM7809, không sử dụng vi điều khiển lập trình.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình kỹ thuật

Đồ án ứng dụng các nguyên lý mạch điện tử cơ bản và lý thuyết vi mạch số rời rạc, bao gồm:

  • Nguyên lý dao động đa hài phi ổn (Astable Multivibrator) của IC NE555: IC 555 hoạt động dựa trên cấu trúc gồm hai bộ khuếch đại thuật toán so sánh điện áp (Op-amp), một mạch lật Flip-Flop RS, một transistor xả điện và một cầu phân áp gồm ba điện trở bằng nhau mắc nối tiếp tạo ra hai mức điện áp chuẩn là $\frac{1}{3}V_{CC}$ và $\frac{2}{3}V_{CC}$. Chu kỳ nạp và xả của tụ điện ngoài $C$ qua các điện trở $R_1, R_2$ quyết định thời gian mức cao ($t_1$), thời gian mức thấp ($t_2$), chu kỳ ($T$) và tần số ($f$) của xung vuông đầu ra tại chân số 3.
  • Nguyên lý đếm xung và giải mã hệ thập phân của IC CD4017: CD4017 là vi mạch đếm CMOS 10 bit (Johnson counter) tích hợp bộ giải mã. Mạch có ngõ vào xung clock (chân 14) nhận tín hiệu kích hoạt theo sườn dương, lần lượt chuyển 10 ngõ ra độc lập (từ $Q_0$ đến $Q_9$) lên mức logic cao (High - mức 1) theo trình tự tuần hoàn và duy trì các ngõ ra còn lại ở mức logic thấp (Low - mức 0).
  • Nguyên lý phân chia mức logic bằng ma trận Diode (Diode OR Gate): Sử dụng các diode bán dẫn 1N4007 ghép cực Anode vào các ngõ ra của IC 4017 và cực Cathode nối chung về từng cụm đèn LED để định pha hoạt động, đồng thời ngăn dòng điện ngược gây nối tắt giữa ngõ ra có mức logic cao với các ngõ ra đang ở mức logic thấp.
  • Nguyên lý chỉnh lưu và ổn áp nguồn tuyến tính: Chuyển đổi điện áp xoay chiều $220\text{V AC}$ sang $9\text{V AC}$ bằng máy biến áp, chỉnh lưu toàn kỳ qua diode cầu, kết hợp tụ lọc hóa $100,\mu\text{F}$ và IC ổn áp LM7809 nhằm cung cấp điện áp một chiều cố định $+9\text{V DC}$ cho toàn mạch.

Phương pháp nghiên cứu thực tế

  • Phương pháp tính toán giải tích mạch: Thiết lập và giải phương trình thời hằng $R\text{-}C$ để tính toán chính xác giá trị các điện trở $R_1, R_2$ và tụ điện $C$ của bộ tạo xung 555 nhằm đạt được khoảng thời gian sáng/tắt mong muốn của từng pha đèn.
  • Phương pháp mô phỏng số: Sử dụng phần mềm chuyên ngành Proteus để vẽ sơ đồ nguyên lý (ISIS Schematic), kiểm tra dạng sóng xung ngõ ra và mô phỏng trực quan trạng thái phát sáng của các đèn LED theo từng xung đếm.
  • Phương pháp thực nghiệm chế tạo phần cứng: Chuyển đổi sơ đồ nguyên lý sang sơ đồ mạch in (ARES PCB Layout), tiến hành in chuyển nhiệt lên bo đồng, ăn mòn hóa học mạch in, khoan lỗ, hàn lắp linh kiện và hiệu chỉnh thực tế bằng biến trở/chiết áp $500\text{k}\Omega$.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống điều khiển đèn giao thông được cấu trúc thành 4 khối chức năng liên kết theo sơ đồ khối kỹ thuật:

Danh mục linh kiện và thông số kỹ thuật phần cứng

Toàn bộ linh kiện sử dụng trong quá trình gia công và thi công mạch được tác giả tổng hợp cụ thể tại Bảng 2.1 của tài liệu:

Tên linh kiện Ký hiệu / Mã hiệu Số lượng Thông số kỹ thuật / Chức năng chính
IC định thời NE555 01 Tạo chuỗi xung vuông dao động đa hài phi ổn
IC đếm thập phân CD4017 01 Bộ đếm Johnson 10 ngõ ra giải mã tuần tự
IC ổn áp LM7809 01 Ổn định điện áp đầu ra cố định +9V DC (dòng 1A - 1,5A)
Máy biến áp Biến áp 220V/9V 01 Hạ áp lưới điện từ 220V AC xuống 9V AC
Diode chỉnh lưu cầu Diode cầu 2A/3A 01 Chỉnh lưu toàn sóng, điện áp tối đa 700V, dòng 3A
Diode phân tách logic 1N4007 12 Ngăn dòng ngược giữa các cổng ra IC 4017
Tụ hóa lọc nguồn Tụ điện hóa 02 Điện dung $100,\mu\text{F}$, lọc phẳng điện áp nguồn DC
Tụ định thời Tụ điện hóa 01 Điện dung $10,\mu\text{F}$, xác định chu kỳ nạp/xả khối 555
Điện trở phân áp Điện trở cố định 01 Giá trị $10,\text{k}\Omega$ ($R_1$ trong mạch dao động 555)
Điện trở hạn dòng LED Điện trở cố định 07 Giá trị $330,\Omega$, bảo vệ dòng qua các nhánh LED
Chiết áp điều chỉnh Potentiometer 01 Giá trị $500,\text{k}\Omega$, thay thế $R_2$ để chỉnh chu kỳ xung
Đèn LED hiển thị LED $5\text{mm}$ (Đỏ, Vàng, Xanh) 06 Hiển thị 3 trạng thái đèn cho 2 hướng Đông và Nam

Tính toán thông số khối tạo xung IC 555

Theo công thức dao động đa hài phi ổn của IC 555:

  • Thời gian xung ở mức cao (High): $$t_1 = T_{\text{high}} = \ln(2) \cdot (R_1 + R_2) \cdot C \approx 0{,}693 \cdot (R_1 + R_2) \cdot C$$
  • Thời gian xung ở mức thấp (Low): $$t_2 = T_{\text{low}} = \ln(2) \cdot R_2 \cdot C \approx 0{,}693 \cdot R_2 \cdot C$$
  • Chu kỳ toàn phần: $$T = t_1 + t_2 = \ln(2) \cdot (R_1 + 2R_2) \cdot C \approx 0{,}693 \cdot (R_1 + 2R_2) \cdot C$$
  • Tần số tín hiệu đầu ra: $$f = \frac{1}{T} = \frac{1}{0{,}693 \cdot (R_1 + 2R_2) \cdot C}$$

Trong thiết kế, tác giả chọn giá trị tụ điện $C = 10,\mu\text{F}$. Để xác lập thời gian sáng và tắt tương ứng là $0{,}7,\text{s}$ và $0{,}6,\text{s}$, các thông số điện trở được tính toán:

  • Từ $T_{\text{low}} = 0{,}693 \cdot R_2 \cdot 10 \cdot 10^{-6} = 0{,}6,\text{s} \Rightarrow R_2 \approx 100,\text{k}\Omega$.
  • Từ $T_{\text{high}} = 0{,}693 \cdot (R_1 + 100 \cdot 10^3) \cdot 10 \cdot 10^{-6} = 0{,}7,\text{s} \Rightarrow R_1 \approx 10,\text{k}\Omega$.

Để người vận hành có thể tùy chỉnh thời gian chuyển đổi các pha đèn giao thông trên thực tế, điện trở $R_2$ được thay thế bằng một chiết áp $500,\text{k}\Omega$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Giới thiệu đề tài

Chương 1 trình bày tổng quan về tầm quan trọng của kỹ thuật số trong nền kinh tế hiện đại và định hướng đào tạo thực hành cho sinh viên ngành Tự động hóa. Nội dung chương tập trung vào các điểm sau:

  • Phân tích lựa chọn phương án thiết kế: Tác giả so sánh hai phương pháp thiết kế mạch điều khiển đèn giao thông:
    • Phương án sử dụng vi điều khiển: Mạch nhỏ gọn, số lượng linh kiện ít, mạch in đơn giản, dễ nâng cấp và thay đổi thuật toán bằng code; tuy nhiên đòi hỏi người thực hiện phải có kiến thức sâu về lập trình vi điều khiển.
    • Phương án sử dụng IC số rời rạc: Mạch không yêu cầu kiến thức lập trình, phù hợp với mục tiêu môn học Đồ án 1 nhằm rèn luyện kỹ năng cơ bản về linh kiện điện tử, vi mạch số và kỹ thuật gia công phần cứng; nhược điểm là kích thước mạch cồng kềnh, nhiều linh kiện và sơ đồ mạch in phức tạp.
  • Xác lập mục tiêu cụ thể: Đặt ra các chỉ tiêu hoàn thành về mô phỏng Proteus, tính toán thông số linh kiện, thiết kế layout, in bo mạch và hàn ráp sản phẩm hoàn chỉnh.

Chương 2. Thiết kế mạch

Chương 2 mô tả chi tiết sơ đồ khối, nguyên lý làm việc và chức năng của từng linh kiện cấu thành 4 khối chức năng của mạch:

  1. Khối nguồn:

    • Máy biến áp hạ nguồn xoay chiều $220\text{V AC}$ xuống $9\text{V AC}$.
    • Cầu diode $3\text{A}$ (điện áp tối đa $700\text{V}$, dải nhiệt độ $-55^\circ\text{C} \sim 150^\circ\text{C}$) thực hiện chỉnh lưu toàn sóng thành điện áp một chiều nhấp nhô.
    • IC ổn áp LM7809 biến đổi điện áp đầu vào (cho phép tối đa $35\text{V DC}$, yêu cầu ngõ vào tối thiểu $11\text{V}$ để có độ chênh áp $\ge 2\text{V}$) thành điện áp ra ổn định $+9\text{V DC}$, dòng định mức $1\text{A} - 1{,}5\text{A}$, dòng tiêu thụ tĩnh $8\text{mA}$, tích hợp mạch bảo vệ quá nhiệt và bảo vệ ngắn mạch.
    • Hai tụ hóa $100,\mu\text{F}$ đặt tại đầu vào (chân 1) và đầu ra (chân 3) của LM7809 để lọc nhiễu gợn sóng.

  2. Khối tạo xung (IC 555):

    • Mô tả cấu tạo trong gồm 2 Op-amp so sánh, 3 điện trở chia áp $5,\text{k}\Omega$, 1 Transistor xả điện và 1 RS Flip-Flop.
    • Chức năng 8 chân: Chân 1 (GND), chân 2 (Trigger - so sánh mức $\frac{1}{3}V_{CC}$), chân 3 (Output), chân 4 (Reset - nối $V_{CC}$), chân 5 (Control Voltage - nối tụ lọc $0{,}1,\mu\text{F}$ xuống GND), chân 6 (Threshold - so sánh mức $\frac{2}{3}V_{CC}$), chân 7 (Discharge - xả điện tụ $C$), chân 8 ($V_{CC}$ - cấp nguồn $2\text{V} - 18\text{V}$).
    • Phân tích chi tiết quy luật nạp điện của tụ $C$ từ $\frac{1}{3}V_{CC}$ đến $\frac{2}{3}V_{CC}$ qua $(R_1 + R_2)$ và quy luật xả điện từ $\frac{2}{3}V_{CC}$ về $\frac{1}{3}V_{CC}$ qua $R_2$.

  3. Khối đếm và giải mã (IC CD4017 và Diode 1N4007):

    • Mô tả vi mạch CD4017 gồm 16 chân: Chân cấp nguồn (16-$V_{CC}$, 8-GND), chân điều khiển (13-Enable tích cực mức thấp, 14-Clock nhận xung sườn dương, 15-Reset tích cực mức cao, 12-Carry Out để mở rộng tầng đếm), 10 chân đầu ra tuần tự $Q_0 \sim Q_9$ (tại các chân 3, 2, 4, 7, 11, 1, 5, 6, 9, 10).
    • Diode 1N4007 (chất bán dẫn Si có điện áp tiếp xúc $0{,}6\text{V}$) đóng vai trò làm van một chiều ghép nối các ngõ ra $Q$ về các đèn LED tương ứng.

  4. Khối hiển thị:

    • Sử dụng 6 đèn LED đơn chia thành 2 nhóm cho hướng Đông và hướng Nam (mỗi hướng gồm 1 LED Đỏ, 1 LED Vàng, 1 LED Xanh).
    • 7 điện trở $330,\Omega$ mắc nối tiếp nhằm hạn chế dòng điện chạy qua các LED, chống quá dòng.

Chương 3. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch

Chương 3 trình bày toàn bộ sơ đồ nguyên lý tổng thể, giải thuật điều khiển chu kỳ đèn giao thông, kết quả mô phỏng và sản phẩm chế tạo thực tế.

Bảng phân tích trạng thái hoạt động của hệ thống đèn giao thông

Một chu kỳ điều khiển hoàn chỉnh của mạch trải qua 10 trạng thái đếm tương ứng với 10 xung clock cấp vào chân 14 của IC 4017:

Xung đếm (Ngõ ra tích cực) Trạng thái Hướng Đông Trạng thái Hướng Nam Thời gian tương đối (giả sử xung $f = 1,\text{Hz}$) Ý nghĩa lưu thông
$Q_0, Q_1, Q_2, Q_3$ LED ĐỎ sáng LED XANH sáng 4 giây (4 xung) Hướng Đông dừng lại; Hướng Nam được phép di chuyển
$Q_4$ LED ĐỎ sáng LED VÀNG sáng 1 giây (1 xung) Hướng Đông tiếp tục dừng; Hướng Nam giảm tốc độ chuẩn bị dừng
$Q_5, Q_6, Q_7, Q_8$ LED XANH sáng LED ĐỎ sáng 4 giây (4 xung) Hướng Đông được phép di chuyển; Hướng Nam dừng lại
$Q_9$ LED VÀNG sáng LED ĐỎ sáng 1 giây (1 xung) Hướng Đông giảm tốc độ chuẩn bị dừng; Hướng Nam tiếp tục dừng

Sau khi kết thúc xung $Q_9$, xung clock tiếp theo sẽ kích hoạt chân Reset nội bộ của IC 4017 đưa ngõ ra trở về trạng thái $Q_0$, lặp lại chu trình đếm tuần hoàn.

Kết quả mô phỏng và chế tạo PCB

  • Mô phỏng trên Proteus: Sơ đồ nguyên lý hoạt động đúng logic chuyển mạch, các LED đổi trạng thái đồng bộ theo từng nấc xung clock từ IC 555.
  • Thiết kế PCB Layout: Bố trí đường mạch in liên kết giữa khối nguồn, 2 IC chính và hệ thống diode/LED trên phần mềm Proteus.
  • Thi công thực tế: Chế tạo thành công bảng mạch in hai mặt (mặt trước gắn linh kiện, mặt sau là đường mạch đồng đã hàn), lắp ráp đầy đủ linh kiện và kiểm thử mạch vận hành ổn định.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính đạt được

Căn cứ vào mục tiêu đề ra và báo cáo tổng kết của đồ án, nhóm nghiên cứu đã đạt được các kết quả cụ thể:

  1. Thiết kế và mô phỏng hoàn chỉnh: Xây dựng thành công sơ đồ nguyên lý mạch đèn giao thông 2 hướng ngã tư trên Proteus, kiểm chứng độ chính xác của logic chuyển đổi trạng thái với chu kỳ 10 bước ($4\text{s}$ Đỏ/Xanh $\rightarrow 1\text{s}$ Đỏ/Vàng $\rightarrow 4\text{s}$ Xanh/Đỏ $\rightarrow 1\text{s}$ Vàng/Đỏ).
  2. Tính toán chính xác thông số linh kiện: Xác định chính xác các giá trị định thời $R_1 = 10,\text{k}\Omega$, $R_2 = 100,\text{k}\Omega$ (thay bằng chiết áp $500,\text{k}\Omega$), $C = 10,\mu\text{F}$ và hệ thống điện trở hạn dòng $330,\Omega$.
  3. Chế tạo thành công phần cứng thực tế: Hoàn thành việc vẽ layout mạch in, in mạch, ăn mòn bo đồng, khoan lỗ và hàn lắp 28 linh kiện các loại trên bo mạch hai mặt.
  4. Vận hành thực nghiệm ổn định: Hệ thống hoạt động tốt với nguồn cấp xoay chiều $220\text{V AC}$ chuyển đổi thành $+9\text{V DC}$ qua khối LM7809, các đèn LED sáng rõ và chuyển pha đúng quy luật giao thông.

Đóng góp về mặt học thuật và thực hành

  • Cung cấp một mô hình thực hành hoàn chỉnh về việc kết hợp các IC số rời rạc (IC 555 và CD4017) để thực thi logic điều khiển trình tự mà không cần lập trình phần mềm.
  • Đưa ra giải pháp ma trận diode 1N4007 giải quyết hiệu quả bài toán ghép nhiều ngõ ra tích cực mức cao mà không làm ngắn mạch các cổng logic của vi mạch CMOS.
  • Chuẩn hóa quy trình thực hành từ lý thuyết giải tích mạch, mô phỏng trên máy tính đến kỹ thuật gia công chế tạo PCB cho sinh viên khối ngành kỹ thuật.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

Theo phân tích của tác giả trong báo cáo, giải pháp thiết kế sử dụng IC số rời rạc tồn tại các hạn chế kỹ thuật:

  • Kích thước phần cứng cồng kềnh: Do sử dụng hoàn toàn linh kiện rời (nhiều diode, điện trở, tụ điện và IC riêng biệt), diện tích bo mạch lớn và sơ đồ đường mạch layout phức tạp.
  • Tính linh hoạt kém: Việc thay đổi tỷ lệ phân bổ thời gian giữa các pha đèn (ví dụ: muốn đèn xanh sáng lâu hơn đèn đỏ) bị giới hạn bởi số lượng 10 cổng ra cố định của IC 4017, không thể lập trình phân chia thời gian linh động theo từng khung giờ.
  • Khó khăn trong mở rộng và nâng cấp: Khó tích hợp thêm các tính năng điều khiển thông minh như nút bấm ưu tiên cho người đi bộ, cảm biến lưu lượng xe hoặc hệ thống hiển thị thời gian đếm lùi bằng LED 7 đoạn.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Chuyển đổi nền tảng phần cứng từ IC số rời rạc sang sử dụng các dòng vi điều khiển (như họ 8051, AVR, PIC hoặc STM32) nhằm thu nhỏ kích thước bo mạch, đơn giản hóa đường mạch in và giảm số lượng linh kiện thụ động.
  • Phát triển phần mềm điều khiển để dễ dàng tái cấu hình thời gian các pha đèn giao thông, bổ sung thuật toán điều khiển thích nghi và mở rộng module đếm lùi hiển thị số giây cho người tham gia giao thông.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án này có giá trị tham khảo thiết thực đối với:

  • Sinh viên chuyên ngành Điện – Điện tử, Tự động hóa, Cơ điện tử: Phục vụ trực tiếp cho các môn học như Kỹ thuật số, Mạch điện tử 1 & 2, Đồ án môn học 1; giúp củng cố kiến thức về nguyên lý hoạt động của IC 555, IC CD4017 và IC ổn áp LM7809.
  • Người học bắt đầu tiếp cận thiết kế phần cứng: Cung cấp tài liệu hướng dẫn từng bước về quy trình mô phỏng mạch trên phần mềm Proteus (ISIS) và thiết kế mạch in (ARES) từ khâu vẽ sơ đồ nguyên lý đến thi công bảng mạch thực tế.
  • Các nội dung đáng tham khảo chuyên sâu trong văn bản:
    • Công thức tính toán và phương pháp thay đổi tần số dao động của IC 555 bằng chiết áp (Hình 2.7, Hình 2.8).
    • Phương pháp thiết kế ma trận diode 1N4007 để ghép các ngõ ra tuần tự của IC đếm thập phân CD4017 (Hình 3.1, Hình 3.3).
    • Sơ đồ nguyên lý khối nguồn ổn áp tuyến tính $+9\text{V DC}$ sử dụng LM7809 kết hợp diode cầu và tụ lọc (Hình 2.1, Hình 2.5).

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhóm tác giả lựa chọn giải pháp sử dụng IC số rời rạc thay vì sử dụng vi điều khiển?

Theo nội dung Chương 1, đồ án môn học 1 yêu cầu trọng tâm là giúp sinh viên nắm vững kiến thức nền tảng về linh kiện điện tử cơ bản, hiểu rõ bản chất hoạt động của các vi mạch số (IC số) và rèn luyện kỹ năng thực hành thiết kế, thi công mạch in thủ công. Giải pháp dùng IC số không đòi hỏi kiến thức lập trình, phù hợp với mục tiêu đào tạo ban đầu của học phần.

2. Vai trò kỹ thuật của 12 diode 1N4007 trong mạch giải mã hiển thị là gì?

Các diode 1N4007 đóng vai trò như các cổng logic OR và van ngăn dòng điện ngược. Khi IC 4017 đếm đến một vị trí, chỉ một ngõ ra duy nhất ở mức cao ($V_{CC}$) trong khi các ngõ ra khác đều ở mức thấp ($0\text{V}$). Nếu không có các diode này, điện áp dương từ chân mức cao sẽ chạy trực tiếp sang các chân đang ở mức thấp nối chung vào cùng một nhánh LED, gây ra hiện tượng ngắn mạch giữa các cổng ra và làm hỏng IC.

3. Chu kỳ chuyển trạng thái của các đèn LED ở hai hướng Đông và Nam được phân bổ như thế nào qua 10 xung đếm của IC 4017?

Trong một chu kỳ gồm 10 xung clock ($Q_0 \sim Q_9$):

  • $Q_0 \rightarrow Q_3$ (4 xung đầu): LED Đỏ hướng Đông sáng, LED Xanh hướng Nam sáng.
  • $Q_4$ (1 xung tiếp theo): LED Đỏ hướng Đông sáng, LED Vàng hướng Nam sáng.
  • $Q_5 \rightarrow Q_8$ (4 xung kế tiếp): LED Xanh hướng Đông sáng, LED Đỏ hướng Nam sáng.
  • $Q_9$ (1 xung cuối): LED Vàng hướng Đông sáng, LED Đỏ hướng Nam sáng.

4. IC ổn áp LM7809 yêu cầu các điều kiện kỹ thuật nào về điện áp đầu vào để đảm bảo ngõ ra ổn định 9V?

Theo thông số kỹ thuật được nêu trong đồ án, IC LM7809 yêu cầu điện áp đầu vào tối thiểu phải đạt từ $11\text{V}$ trở lên (do cần độ sụt áp tối thiểu $2\text{V}$ so với điện áp ngõ ra để duy trì trạng thái ổn áp) và dòng cấp từ $2\text{A}$. Điện áp đầu vào tối đa không được vượt quá $35\text{V DC}$.

5. Làm thế nào để điều chỉnh tốc độ chuyển đổi thời gian sáng của các đèn giao thông trong mạch thực tế?

Để điều chỉnh tốc độ chuyển đổi pha đèn, tác giả đã thay thế điện trở $R_2$ trong mạch định thời 555 bằng một chiết áp (biến trở) có giá trị $500,\text{k}\Omega$. Khi vặn thay đổi giá trị điện trở của chiết áp, hằng số thời gian nạp/xả của tụ điện $C$ ($10,\mu\text{F}$) sẽ thay đổi, dẫn đến sự thay đổi tần số xung clock ngõ ra tại chân 3 của IC 555 cấp vào chân 14 của IC CD4017.

Kết luận

Đồ án 1 với đề tài "Thiết kế mạch đèn giao thông" của sinh viên ngành Tự động hóa, Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Mở đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu thiết kế, tính toán, mô phỏng và chế tạo phần cứng hệ thống điều khiển giao thông 2 hướng ngã tư bằng vi mạch số rời rạc. Bằng việc ứng dụng kết hợp IC định thời NE555, IC đếm thập phân CD4017, ma trận diode 1N4007 và khối nguồn ổn áp LM7809, công trình đã vận hành chính xác chu kỳ 10 bước chuyển mạch của tín hiệu đèn giao thông trên mô hình thực nghiệm thực tế. Báo cáo đồ án là tài liệu kỹ thuật có cấu trúc rõ ràng, cung cấp phương pháp luận tính toán giải tích và quy trình chế tạo PCB chuẩn mực cho sinh viên khối ngành kỹ thuật điện tử.