0 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BÁO CÁO MÔN HỌC TT KỸ THUẬT SỐ Đề Tài Thiết kế mạch điều khiển 16 LED đơn hoạt động 2 chế độ Khi reset mạch chạy chế độ 1 bốn chu kỳ rồi tự chuyển sang chế độ 2 chạy 3 chu kỳ rồi tự chuyển về chế độ 1 và tiếp tục Chế độ 1 Mạch chạy sáng dần rồi tắt dần Chế độ 2 Mạch chạy sáng dần rồi tắt hết NHÓM 4 TRẦN ĐỨC VIỆT 18149204 TĂNG CHÍ THÀNH 20119284 GVHD NGUYỄN TRƯỜNG DUY 1 Nhận xét của giáo viên Chúng em xin chân thà.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
BÁO CÁO
MÔN HỌC: TT KỸ THUẬT SỐ
Đề Tài: Thiết kế mạch điều khiển 16 LED đơn hoạt động 2
chế độ Khi reset mạch chạy chế độ 1 bốn chu kỳ rồi tự chuyển sang chế độ 2 chạy 3 chu kỳ rồi tự chuyển về chế độ
GVHD: NGUYỄN TRƯỜNG DUY
Trang 2Nhận xét của giáo viên :
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
………
Chúng em xin chân thành cảm ơn !
TP HCM, ngày 06 tháng 03 năm 2022
Trang 43.1 Thiết kế mạch nguyên lý hoàng chỉnh 26
Trang 7Protues là sản phẩm ứng dụng của hãng cadence(portlan).Thiết kế nhờ sự giúp
đỡ của máy tính Chức năng của nó cũng giống như các phần mềm vẽ mạch thông dụng khác như: Protell, Wordben, Circuit Maker so với các phần mềm ocard được coi là
phần mềm đa năng hơn hẳn các phần mềm khác vì nó có cả chức năng mô phỏng ,vẽ mạch nguyên lý ,PCB… nên phần mềm này được sử dụng rất nhiều Với một kho thư viện nguyên lý và PCB khá là đầy đủ
Và để tăng cường chất lượng học tập cho sinh viên, khoa điện tử của trường đã
tổ chức cho sinh viên làm các đồ án môn học: thiết kế mạch điện tử, nhằm tạo nền tảng vững chắc,nắm vững kiến thức lí thuyết cũng như thực hành cho sinh viên,để hiểu rõ và đi sâu vào lĩnh vực mình đang theo học Và để hiểu sâu hơn nhóm chúng
em xin chọn đề tài : “Mạch đèn led sáng dần lên và tắt dần”
Trang 8LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và thực hiện đề tài chúng em xin chân thành cảm ơn sự
chỉ bảo tận tình, hướng dẫn của thầy Nguyễn Trường Duy, giáo viên khoa điện tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM đã hướng dẫn chúng em về kiến
thức,cùng những kinh nghiệm quý báu của thầy, giúp chúng em hiểu và có thể sử dụng và làm thành thạo mạch in bằng phần mềm Protues, nhờ đó chúng em rút ra được nhiều kinh nghiệm và hoàn thành tốt được môn học này
Trang 9PHẦN I: GIỚI THIỆU MỘT SỐ LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH
1 Điện trở
1.1 Lý thuyết
Điện trở là một linh kiện có tính cản trở dòng điện và làm một số chức năng
khác tùy vào vị trí trong mạch
có tác dụng loại bỏ hiện tượng trôi nổi điện áp ở ngõ vào Giá trị điện trở ở đây nhằm tránh hiện tượng ngắn mạch và đảm bảo an toàn cho vi điều khiển
1.2.2 Điện trở dùng trong LED
Hình 1-3 LED đơn:
Đèn LED có điện áp khá ổn định trên chúng, như 2.2V cho đèn LED màu đỏ, chỉ tăng nhẹ với dòng điện Nếu bạn cung cấp 3V cho đèn LED này mà không có điện trở nối tiếp, đèn LED sẽ cố gắng đặt kết hợp điện áp / dòng điện cho 3V này Không có dòng điện đi với loại điện áp này, theo lý thuyết nó sẽ là 10 giây, có thể là 100 ampe,
sẽ phá hủy đèn LED Và đó chính xác là những gì xảy ra nếu nguồn điện của bạn có thể cung cấp đủ dòng điện
Vì vậy, giải pháp là một loạt điện trở
Trang 102 Tụ điện
2.1 Lý thuyết
Tụ điện là linh kiện có khả năng tích điện Tụ điện cách điện với dòng một
chiều và cho dòng điện xoay chiều truyền qua
ổn định Nên khi sử dụng button, dù người dùng chỉ nhấn 1 lần on/off nhưng lại nhận nhiều lần giá trị gây ra sai lệch
Hiện tượng này được gọi là "Switch Bounce" Tụ điện 1uF sẽ tạo ra 1 delay nhỏ, giúp loại bỏ hầu hết các sai sót được tạo ra do hiện tượng "SWITCH
BOUNCE."
Tụ C1 dùng chống dội cho nút nhấn
Trang 113 CỔNG ĐẢO
3.1 Lý thuyết
Cổng NOT chỉ có một ngõ vào và một ngõ ra Cổng NOT dùng để thực hiện
phép NOT hay phép phủ định trong đại số Boole Cổng NOT còn được gọi là
cổng ĐẢO (Inverter)
Ký hiệu
Bảng 1-1 Bảng trạng thái của cổng đảo:
Nhận xét: Ngõ vào và ngõ ra có mức logic trái ngược nhau
Biểu thức logic:
Trang 123.2 Cổng ĐẢO sử dụng trong mạch
Hình 1-6 Mạch sáng dần và tắt hết:
Mạch sáng dần và tắt hết sử dụng 2 IC 74LS164
Khi mạch sáng dần từ LED0 đến LED17 thì LED17 sáng và lên mức 1 thì nó sẽ chuyển sang cổng NOT và trở
về mức 0 và mức 0 đó sẽ kích cho chân DSA và DSB và khi IC 74LS164N có 2 ngõ vào là mức 0 thì mạch sẽ dịch chuyển phải sáng trái theo mức 0 (có nghĩa là tắt dần)
Trang 134 CỔNG AND VÀ CỔNG NAND
4.1 Lý thuyết cổng AND
Cổng AND dùng thực hiện hàm AND của 2 hay nhiều biến Cổng AND có số
ngõ vào tuỳ thuộc vào số biến và có một ngõ ra Ngõ ra cổng là hàm AND của
các biến ngõ vào
Ký hiệu
Bảng 1-2 Bảng trạng thái cổng AND
Nhận xét:
Ngõ ra cổng AND chỉ ở mức cao khi tất cả các ngõ vào lên cao
Khi có một ngõ vào bằng 0, ngõ ra bằng 0 bất chấp các ngõ vào còn lại
Biểu thức logic
Q=A.B
Trang 144.1 Lý thuyết cổng OR
Cổng OR dùng thực hiện hàm OR của 2 hay nhiều biến Cổng OR có số ngõ
vào tuỳ thuộc vào số biến và có một ngõ ra Ngõ ra cổng là hàm OR của các biến
Trang 154.3 Cổng AND và cổng OR sử dụng trong mạch
Hình 1-8 Mạch sử dụng cổng OR
Trang 165 IC 74LS164
5.1 Lý thuyết
74LS164 là thanh ghi dịch tốc độ cao với đầu vào dữ liệu nối tiếp và đầu ra dữ liệu song song Nó là vi mạch 8-bit Điều đó có nghĩa là dữ liệu đi vào IC từng bit một cách tuần tự và dữ liệu 8 đưa ra ở các chân đầu ra
Dữ liệu ở đầu vào nối tiếp được đưa tới đầu vào 1 cổng logic AND và đồng bộ với sự chuyển đổi từ mức logic thấp đến cao của xung clock Nói cách khác, sự chuyển đổi dữ liệu được xử lý khi có xung cạnh tích cực của đầu vào xung nhịp
Nó còn được gọi với các tên như SN54164, SN54LS164, SN74164, SN74LS164
5.2 Chi tiết sơ đồ chân 74LS164
Hình dưới đây là sơ đồ chân của IC 74LS164 Như bạn có thể thấy, nó là một IC
14 chân và nó có các định dạng package khác nhau
Hình 1-9 Sơ đồ chân IC 74LS194
5.3 Chi tiết cấu hình chân 74LS164
Mô tả chi tiết của các chân IC thanh ghi dịch 74LS164:
A, B: Các chân này dùng để đưa dữ liệu nối tiếp vào IC cần chuyển ra đầu ra dữ liệu song song Nói cách khác, đây là các chân đầu vào dữ liệu nối tiếp
CP: Chân đầu vào này dành cho tín hiệu xung clock Nó là chân cạnh tích cực
mức cao
~ MR: Chân này dùng để thực hiện chức năng của Master Reset Đây là một chân đầu vào tích cực mức thấp Tín hiệu tại chân này độc lập với xung clock, đặt tất cả các
đầu ra ở mức logic thấp và xóa thanh ghi
Q0 – Q7: Là các chân đầu ra và được sử dụng để cấp đầu ra dữ liệu song song 8 bit
VCC = Chân cấp nguồn
GND = Chân nối đất
Trang 175.4 Sơ đồ logic bên trong 74LS164
Sơ đồ logic của IC thanh ghi dịch 74LS164 được thể hiện ở hình bên dưới Bên
trong nó gồm 8 flip flops , một cổng AND và hai cổng NOT
Hình 1-10 Sơ đồ bên trong IC 74LS194
MR là chân master reset đầu vào tích cực mức thấp Khi trạng thái của nó
ở mức thấp, bất kể dữ liệu ở đầu vào A hay B là gì thì đầu ra sẽ luôn ở trạng thái logic thấp Vì vậy, nó có thể được gọi là Reset hoặc chế độ Clear Để IC hoạt động ~ MR phải được đặt ở mức logic cao.A và B là hai chân đầu vào và
dữ liệu nối tiếp có thể
được cấp ở bất kỳ một trong hai chân này, trong lúc đó sử dụng một chân khác
ở mức logic tích cực mức cao cho phép nhận dữ liệu ở các chân đầu vào Bất
Trang 18kỳ chân đầu vào nào không được sử dụng phải được đặt ở mức logic cao, Ngoài
ra cũng có thể kết nối hai chân đầu vào với nhau.Khi có sự thay đổi của xung nhịp từ mức logic thấp lên mức logic cao, dữ liệu sẽ được dịch chuyển sang về phía bên phải và đưa vào Q0 bằng phép logic AND của hai đầu vào dữ liệu A
và B
5.6 Chuyển đổi dữ liệu ở các chân đầu ra
Khi A = B = logic cao Q0 sẽ ở mức logic cao và dữ liệu sẽ được dịch chuyển sang phải Ví dụ, nếu trước khi có sự thay đổi xung nhịp, dữ liệu là Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 = ab CDEFG H Thì sau khi chuyển đổi xung nhịp đầu ra sẽ
là Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 = 1 ab CDEF G Ở đây a và b có thể ở trạng thái 1 hoặc 0 bất kỳ
Khi A = logic = cao và B = logic thấp Q0 sẽ ở mức logic thấp và dữ liệu sẽ được dịch chuyển sang phải Ví dụ, nếu trước khi chuyển đổi xung nhịp, dữ liệu
là Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 = ab CDEFG H Thì sau khi chuyển đổi xung nhịp đầu ra sẽ là Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 = 0 ab CDEF G Ở đây a và b có thể ở trạng thái 1 hoặc 0 bất kỳ
Khi A = logic thấp và B = logic Cao Q0 sẽ ở mức logic thấp và dữ liệu sẽ được dịch chuyển sang phải Ví dụ, nếu trước khi chuyển đổi xung nhịp, dữ liệu
là Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 = ab CDEFG H Thì sau khi chuyển đổi xung nhịp đầu ra sẽ là Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 = 0 ab CDEF G Ở đây a và b có thể ở trạng thái 1 hoặc 0 bất kỳ
Khi A = logic thấp và B = logic thấp Q0 sẽ ở mức logic thấp và dữ liệu sẽ được dịch chuyển sang phải Ví dụ, nếu trước khi chuyển đổi xung nhịp, dữ liệu
là Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 = ab CDEFG H Thì sau khi chuyển đổi xung nhịp đầu ra sẽ là Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 = 0 ab CDEF G Ở đây a và b có thể ở trạng thái 1 hoặc 0 bất kỳ
Trang 19PHẦN II: VẼ MẠCH VÀ GIẢI THÍCH NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
1.1 Kết nối mạch chạy 16 LED đơn
Hình 2-1 Kết nối 16 LED đơn
Ta kết nối Q1 – Q7 của IC thứ 1 với 7 LED đầu tiên thông qua điện trở và nối với đất Chức năng của điện trở này thì chúng ta đã giải thích ở trên
Trang 201.2 Thiết kế mạch điều khiển ngõ vào Din
1.2.1 Chế độ 1
Hình 2-2 Mạch sáng dần và tắt dần
Sau khi cấp xung cho CLK của IC thứ 1 thì IC đó bắt đầu sáng dần lên và khi
sáng đến LED thứ 8 của IC đó thì chúng ta nối LED cuối cùng của IC đầu tiên vào
2 ngõ vào Din của IC thứ 2 (cấp nguồn dương) thì IC thứ 2 bắt đầu sáng lên (Sáng
hết 1 chu kì) sau khi đèn cuối cùng sáng lên thì chúng ta nối LED cuối cùng (Mức
1) qua cổng đảo nối lên 2 ngõ vào Din của IC đầu tiên (mức 0) thì mạch bắt đầu tắt
dần và mạch cứ thế chạy liên túc cho đến khi chúng ta nhấn nút Reset
Ta đặt ngõ ra qua Q7 (mức 1) khi Q7 bắt đầu sáng lên qua cổng đảo (mức 0) là:
“Y”
Còn Ngõ vào Din thì ta cho mức 1
Trang 211.2.2 Chế độ 2
Hình 2-3 Mạch sáng dần và tắt hết
Sau khi cấp xung cho CLK của IC thứ 1 thì IC đó bắt đầu sáng dần lên và khi
sáng đến LED thứ 8 của IC đó thì chúng ta nối LED cuối cùng của IC đầu tiên qua
cổng NOT (mức 0) vào 2 ngõ MR của 2 IC 74LS164 để kích mức 0 cho mạch tắt
Trang 22Q0
Q0
Trang 231.3.3 Mạch sáng dần và tắt dần
Bảng 2-2 Bảng trạn thái mạch sáng dần và tắt dần
trường hợp này thì cũng ngõ vào Din của IC
Còn Với chân MR thì mạch đang ở chế độ 1 (sáng dần và tắt dần) nên chân MR được nối với nguồn (mức 1)
Y
1
Trang 241.3.4 Mạch sáng dần và tắt hết
Bảng 2-3 Bảng trạn thái mạch sáng dần và tắt hết
Mạch sáng dần và tắt dần thì Q0 = 1 và Y có 2 trường hợp 0 và 1 Đối với 2
trường hợp này thì cũng ngõ vào của chân MR của IC
Còn Với 2 ngõ vào Din thì mạch đang ở chế độ 2 (sáng dần và tắt dần) nên ngõ vào Din được nối với nguồn (mức 1)
Y 1
Trang 251.3.5 Hàm chuyển 1 trong 2 chế độ
Bảng 2-4 Bảng TT chọn 1 trong 2 chế độ
Ta dùng SOP để viết hàm cho Din và MR:
Din = Q0 + Y MR= Q0’ + Y 1.3.6 Mạch điều khiển 1 trong 2 chế độ
Hình 2-5 Mạch điều khiển 1 trong 2 chế độ
Trang 26Khi khối điều khiển 16 LED đơn chạy hết 1 vòng (Q16 sáng lên tức Q16 mức 1) thì ngõ ra của Q16 nối vào chân CK của con FF JK ( mạch chuyển chế độ) là cho
Mạch chuyển từ chế độ 1 sang chế độ 2
Chế độ 1 (Q0) sáng được nối với ngõ ra của Q15 qua cổng OR nối vào chân Din của khối điều khiển 16 LED đơn theo hàm: Din = Q0 + Y
Chế độ 2 (Q0’) sáng được nối với ngõ ra của Q16 qua cổng OR nối vào chân
MR của khối điều khiển 16 LED đơn theo hàm: MR= Q0’ + Y
2 Thiết kế mạch đếm số chu kì
Hình 2-6 Mạch đếm số chu kì
Chế độ 1: Mạch chạy sáng dần rồi tắt dần (4 chu kì)
Mỗi khi Q16 của mạch sáng lên và tắt đi (mạch chạy dc 1 chu kì ) thì nó sẽ cấp 1 xung cho chân CK của khối đếm chu kì Mỗi lần mà Q16 cấp 1 xung cho chân CK thì LED ở mạch này sẽ sáng dần lên theo số lần cấp xung Sau khi LED thứ 4 sáng lên (tức là mạch đếm được 4 chu kì) thì ngõ ra của LED này (Mức 1) nối với xung CK (mức 0) qua cổng đảo để chuyển qua chế độ 2 (tức là làm cho Q0’ của FF JK lên mức 1)
Chế độ 2: Mạch chạy sáng dần rồi tắt hết (3 chu kì)
Mỗi khi Q16 của mạch sáng lên và tắt đi (mạch chạy dc 1 chu kì ) thì nó sẽ cấp 1 xung cho chân CK của khối đếm chu kì Mỗi lần mà Q16 cấp 1 xung cho chân CK thì LED ở mạch này sẽ sáng dần lên theo số lần cấp xung Sau khi LED thứ 7 sáng lên (tức là mạch đếm được 3 chu kì) thì ngõ ra của LED này (Mức 1) nối với xung CK (mức 0) qua cổng đảo để chuyển qua chế độ 1 (tức là làm cho Q0 của FF JK lên mức 1)
Trang 273 Thiết kế mạch nguyên lý hoàn chỉnh và nút Reset
3.1 Mạch nguyên lý hoàn chỉnh
HÌnh 2.7 Mạch nguyên lý hoàn chỉnh
Trang 283.2 Nút Reset
Hình 2-8 Nút reset
a Reset khối dịch 16 LED đơn
Nút Reset được nối qua cổng AND đẻ chọn trạn thái với ngõ ra của chế độ 2 khi mà có 1 ngõ vào bằng 0(tức là ta nhấn nút Reset) thì mạch sẽ sẽ được Reset còn ngõ vào bằng 1 thì mạch vẫn hoạt động bình thường
b Reset khối chuyển chế độ
Nút Reset được nối vào chân R của FF đề reset lại khi ta nhấn nút
c Reset khối đếm chu kì
Nút Reset được nối với chân MR của khối đếm chu kì để reset lại số lần đếm khi ta nhấn nút
Khối dịch
16 LED
Khối chuyển chế độ
Khối đếm chu kì
