MÔ TẢ : Đồng hồ bắt đầu thời gian khi ấn giữ nút Start, khi thả Start đồng hồ hiển thị thời gian trên Led 7 thanh . Khuyến khích: Cho phép chọn các chế độ hiển thị 24h hoặc 12 AM : PM PHẦN THUYẾT MINH : Yêu cầu về bố cục nội dung : Chương 1: Tìm hiểu chung về mạch tổ hợp, mạch dãy và mạch dao động. Chương 2: Thiết kế mạch đồng hồ bấm giây. Chương 3: Xây dựng chương trình mô phỏng.
Trang 1BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
*********
ĐỒ ÁN MÔN: VI MẠCH SỐ- VI MẠCH TƯƠNG TỰ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ ĐỒNG HỒ BẤM GIÂY
Giáo viên hướng dẫn : THs Nguyễn Văn Vinh
Nhóm sinh viên thực hiện : 1 Đỗ Thanh Hà
Trang 2Yêu cầu về bố cục nội dung :
Chương 1: Tìm hiểu chung về mạch tổ hợp, mạch dãy và mạch dao động.Chương 2: Thiết kế mạch đồng hồ bấm giây
Chương 3: Xây dựng chương trình mô phỏng
Yêu cầu về thời gian :
Ngày giao đề : 10/11/2012
Ngày hoàn thành :… 20/12/2012
Thời gian bảo vệ dự kiến : 30/12/2012
Ngày … tháng … năm 2012 Khoa Bộ môn Giáo viên hướng dẫn
NGUYỄN BÁ KHÁ NGUYỄN VĂN VINH
2 Khoa Điện-Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội
Trang 3NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
e&f
Giáo viên hướng dẫn
Trang 4LỜI MỞ ĐẦU
Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện
tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển, từ khi côngnghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều khiểnhiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều khiển lắp rápbằng các linh kiện rời như kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, côngsuất tiêu thụ nhỏ
Ngày nay, trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trongcác thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người nhưmáy giặt, đồng hồ bấm giây, đồng hồ báo giờ đã giúp cho đời sống cuả chúng tangày càng hiện đại và tiện nghi hơn
“Đồng Hồ Bấm Giây” rất đa dạng và phong phú, có nhiều loại hình
khác nhau dựa vào công dụng và độ phức tạp Với những kiến thức được học trênlớp và tìm hiểu thực tế Trong thời gian yêu cầu nhóm em đã hoàn thành đồ án mônhọc với nội dung sau đây Do kiến thức chuyên ngành còn thiếu nhiều thực tế nên
đồ án không tránh khỏi những sai sót, mong các thầy cô góp ý kiến để đồ án đượchoàn thiện hơn
Em xin chân thành cảm ơn Thầy NGUYÊN VĂN VINH và các thầy cô trong
bộ môn đã giúp nhóm em hoàn thành đồ án này
Thực hiện đồ án
NHÓM 5
4 Khoa Điện-Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội
Trang 5MỤC LỤC
Trang 6A. Cái này ch nh s a sau ỉ ử A.C S LÝ THUY T Ơ Ở Ế
Với các giá trị i ở tổ hợp ngõ vào thì ngõ ra Yi sẽ tích cực & các ngõ
còn lại không tích cực Có 2 dạng: tích cực mức cao & tích cực mức thấp
*Giải mã số BCD sang mã LED 7 thanh:
LED 7 thanh: là loại đèn LED dùng để hiển thị các số thập phân(từ 0 đến 9)
6 Khoa Điện-Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội
Trang 7Các số thập phân được hiển thị bởi LED 7 thanh
Ngoài ra, LED 7 thanh còn hiển thị được 1 số chữ cái & các kí tự đặc biệt
Có 2 loại LED 7 thanh: Anot chung & Katot chung
LED Katot chung & Anot chung
Mạch giải mã số BCD sang LED 7 thanh:
Mạch có 4 ngõ vào tương ứng với tổ hợp BCD và 7 ngõ ra tương ứng 7 thanh của LED
Xây dựng hệ giải mã cho led 7 đoạn anode chung.
7 đoạn
b D
c C
d e B
f A
g
Trang 9Từ các kết quả, ta có thể kết hợp các cổng logic để tạo mã cho LED 7 thanh.
Trong bài ta sẽ sử dụng IC7447 để giải mã cho LED 7 thanh
Trang 103 H Đ m ệ ế
4.
2.1Khái ni m: ệ
Hệ đếm nối tiếp: xung đếm chỉ đưa vào một FF
Hệ đếm song song: xung đếm được đưa vào tất cả các phần tử đếm
Để thành lập một hệ đếm ta sử dụng JK- FF Nếu có n FF thì thành lập được
hệ đếm có dung lượng tối đa là 2
n
.VD: 2FF thành lập hệ đếm 4
3FF thành lập hệ dếm 8
4FF thành lập hệ đếm 16
Hệ đếm: đếm nối tiếp, đếm song song
* Xét hệ đếm nối tiếp 3bit:
10 Khoa Điện-Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội
Trang 12Khối tạo xung Khối đếm Khối giải mã Khối hiển thị
12 Khoa Điện-Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội
Mạch đếm giây dùng IC74LS90
Mạch giải
mã BCD dùng IC74LS47
Nút
reset
Trang 13* Nhiệm vụ các khối:
Khối tạo xung: là 1 IC 555 để tạo xung vuông với tần số phù hợp
Khối đếm: Gồm các IC7490 được ghép nối với nhau để tạo thành các hệđếm phù hợp
Khối giải mã: Gồm các IC7447 để giải mã BCD để đưa ra khối hiển thị
Khối hiển thị: Hiển thị tín hiệu sau giải mã qua LED 7 đoạn
Ngoài ra có 2 nút ấn :
+ Nút bấm : gồm 1 nút ấn, để khi ấn cấp xung từ IC 555 cho IC 74LS90 + Nút Reset : cho toàn bộ hệ thống về thời điểm ban đầu
II Hoạt động của từng khối:
1. Khối tạo xung:
Nút
phút qua led 7
Mạch đếm phút dùng IC74LS90
Mạch giải
mã BCD dùng IC74LS47
Mạch đếm giờ dùng IC74LS90
Mạch giải
mã BCD dùng IC74LS47
Trang 14IC NE555 là IC có quá nhiều ứng dụng rộng rãi, IC 555 có 8
chân, sơ đồ cho thấy công dụng của các chân theo tên như sau:
Thứ tự các chân của IC 555
Chân 1 (GND): Chân cho nối masse để lấy dòng.
Chân 2 (Trigger): Chân so áp với mức áp chuẩn là 1/3 mức
nguồn nuôi
Chân 3 (Output): Chân ngả ra, tín hiệu trên chân 3 c1 dạng
xung, không ở mức áp thấp thì ở mức áp cao
Chân 4 (Reset): Chân xác lập trạng thái nghĩ với mức áp trên
chân 3 ở mức thấp, hay hoạt động
Chân 5 (Control Voltage): Chân làm thay đổi mức áp chuẩn
trong IC 555
14 Khoa Điện-Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội
Trang 15 Chân 6 (Threshold): Chân so áp với mức áp chuẩn là 2/3 mức
Thứ tự các chân của IC 555 cho thấy sơ đồ mạch đẳng hiệu của
IC 555 (Nếu Bạn muốn mô phỏng IC 555 trong trình PSpice, Bạn
có thể dùng sơ đồ này, mô tả với lệnh Subcircuit rồi cất vào thư viện đặt tên là 555 và sau này Bạn dùng nó để chạy mô phỏng các dạng mạch điện với IC 555).
Sơ đồ các khối chức năng của IC 555
Trong IC với chân 1 nối masse và chân 8 nối vào đường nguồnVcc, là một cầu chia áp với 3 điện trở bằng nhau (đều là 5K) Cầuchia áp này tạo ra 2 mức áp ngưỡng, một là 1/3 mức áp nguồn dùnglàm mức áp ngưỡng cho tầng so áp, tín hiệu vào trên chân số 2, và
Trang 16một khác là 2/3 mức áp nguồn dùng làm mức áp ngưỡng cho tầng so
áp khác, tín hiệu vào trên chân số 6 Chân số 5 có thể chịu tác độngngoài để làm thay đổi mức áp ngưỡng Chân số 7 là một khóa điệnđóng/mở (transistor bão hòa/ngưng dẫn) theo mức áp trên chân số 3.Chân số 3 là ngả ra và là ngả ra một tầng Flip Flop, nên tín hiệu trênchân 3 có dạng xung (mức áp chỉ xác lập ở trạng thái cao hay thấp).Chân 4 là chân Reset, khi chân 4 ở mức áp thấp nó ghim chân 3 luôn
ở mức áp thấp, chỉ khi chân 4 ở mức áp cao, lúc đó trạng thái mức áptrên chân số 3 sẽ theo tác động của tầng Flip Flop
Chú ý trong mạch này, chân số 2 cho nối vào chân số 6 IC 555 đãđược ráp thành mạch dao động (A-Stable) Tần số xung ra trên chân
16 Khoa Điện-Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội
Trang 173 sẽ tùy thuộc vào trị số các điện trở RA, RB và tụ C Trên chân 5 cóthể mắc thêm tụ lọc 0.01uF để ổn định điện áp của các mức ápngưỡng Trạng thái ra trên chân số 3 sẽ tùy thuộc vào mức áp caotrên chân 4 cho dao động và mức áp thấp trên chân 4 (bị ghim ở mức
thấp)
IC 555 được ráp thành mạch đa hài đơn ổn (Mono-Srable), ởđây mức áp ra trên chân 3 sẽ tùy thuộc mức áp ở ngả vào trênchân số 2 Khi mức áp trên chân 2 xuống dưới mức áp ngưỡng 1/3Vcc thì mức áp ngả ra trên chân 3 sẽ lên mức áp cao Xung vàotrên chân 2 có thể ở dạng liên tục (tín hiệu analog), nhưng tín hiệu
ra trên chân 3 luôn ở dạng xung (hay dạng digital), chỉ xác lập ởmức áp cao hay thấp Do vậy IC 555 có là sự kết hợp của hai dạngtín hiệu A/D (Analog/Digital)
Trang 18Vài ứng dụng thông thường của IC 555.
Nguyên lý làm việc của IC NE555
18 Khoa Điện-Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội
Trang 19Hình vẽ cho thấy trong IC 555 có 2 tầng so áp Tầng so áp dưới(LOWER COMPARATOR), điện áp vào trên chân 2 cho so áp với mức
áp ngưỡng là (1/3)Vcc, ngả ra của tầng só áp tác động vào chân Setcủa Flip Flop Tầng so áp trên (UPPER COMPARATOR), điện áp vàotrên chân số 6 cho so áp với mức áp ngưỡng là (2/3)Vcc, ngả ra củatầng so áp tác động vào chân Reset của Flip Flop Như vậy Trạng tháingả ra của Flip Flip sẽ tùy thuộc vào tác động của tín hiệu vào trênchân 2 và chân 3
+ Nếu mức áp chân 2 xuống thấp hơn (1/3)Vcc thì ngả ra trên chân
3 sẽ tăng lên mức áp cao
+ Nếu mức áp trên chân 6 lên cao hơn (2/3)Vcc thì ngả ra trênchân 3 sẽ xuống mức áp thấp
+ Khi chân 3 ở mức áp cao thì transistor T1 sẽ ngưng dẫn (tácdụng như cho chân 7 hở masse)
+Khi chân 3 ở mức áp thấp thì transistor T1 sẽ bão hòa (tác dụngnhư cho chân 7 nối masse)
Trang 20+ Chân 4 chân Reset Khi chân 4 ở mức áp thấp, chân 3 bị chốt ởmức áp thấp, chỉ khi chân 4 ở mức áp cao, lúc đó chân 3 mới cóthể biến đổi theo Flip Flop Do vậy trong các mạch dao động,người ta thường cho chân 4 nối vào mức nguồn cao.
IC 7490 gồm 2 bộ chia là chia 2 và chia 5:
- Đầu vào CKA, CKB tích cực ở sườn âm
- Để tạo thành bộ đếm 10 ta nối đầu ra A
Trang 21Hình: Bảng trạng thái của IC 7490.
Trang 22Ví dụ: giải mã 4 đường sang 10 đường, giải mã BCD sang thập phân…IC74LS47 là loại IC giải mã BCD sang led 7 đoạn Mạch giải mã BCD sangled 7 đoạn là mạch giải mã phức tạp vì mạch phải cho nhiều ngõ ra lên cao hoặcxuống thấp (tuỳ vào loại đèn led là anode chung hay cathode chung) để làm cácđèn cần thiết sáng nên các số hoặc ký tự IC 74LS47 là loại IC tác động ở mức thấp
có ngõ ra cực thu để hở và khả năng nhận dòng đủ cao để đưa vào trực tiếp các đènled 7 đoạn loại anod chung
22 Khoa Điện-Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội
Trang 23Chân 9: 7-Segment e Output.
Chân 10: 7-Segment d Output
Chân 11: 7-Segment c Output
Chân 12: 7-Segment b Output
Chân 13: 7-Segment f Output
Chân 14: 7-Segment g Output
Chân 15: 7-Segment a Output
Chân 16: Vcc
Trang 243.1.3 S đ logic và B ng tr ng thái: ơ ồ ả ạ
Bảng sự thật của IC 7447
24 Khoa Điện-Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội
Trang 25BI/RBO được nối theo kiểu điểm AND bên trong IC và được dùng như ngãvào xóa (Blanking Input, BI) và / hoặc ngã ra xóa dợn song (Ripple BlankingOutput, RBO).
Ngã vào BI phải được để hở hay giữ ở mức cao khi cần thực hiện giải mãcho số ra Ngã vào xóa dợn sóng (Ripple Blanking Input,RBI) phải để hở hay ởmức cao khi muốn đọc số 0
Khi đưa ngã vào BI xuống thấp, ngã ra lên 1(không tác động) bất chấp ngãvào còn lại Ta nói IC làm việc dưới điều kiện bị ép buộc và đây là trường hợp duynhất BI giữ vai trò ngã vào
Trang 26* Nguyên lý hoạt động:
IC 74LS47 là IC tác động mức thấp nên các ngõ ra mức 1 là tắt, mức 0 làsáng, tương ứng với các thanh a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn loại anode chung,trạng thái ngõ ra cũng tương ứng với các số thập phân (các số từ 10 đến 15 khôngđược dùng tới)
Ngõ vào xoá BI được để không hay nối lên mức 1 cho hoạt động giải mãbình thường Nếu nối lên mức 0 thì các ngõ ra đều tắt bất chấp trạng thái ngõ ra.Ngõ vào RBI được để không hay nối lên mức 1 dùng để xoá số 0 (số 0 thừa phíasau số thập phân hay số 0 trước số có nghĩa) Khi RBI và các ngõ vào D, C, B, A ởmức 0 nhưng ngõ vào LT ở mức 1 thì các ngõ ra đều tắt và ngõ vào xoá RBOxuống mức thấp
Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức 1 và LT ở mức 0 thì ngõ ra đều sáng.Kết quả là khi mã số nhị phân 4 bit vào có giá trị thập phân từ 0 đến 15 đènled hiển thị lên các số như ở hình bên dưới Chú ý là khi mã số nhị phân vào là1111= 1510 thì đèn led tắt
26 Khoa Điện-Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội
Trang 2828 Khoa Điện-Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội
Trang 292 Nguyên lý ho t đ ng: ạ ộ
Xung được tạo ra từ IC 555 qua chân số 3, khi ấn nút start xung sẽ được truyền đến chân 14 của IC 74LS90, ngã ra của IC74LS90 được nối vào IC 74LS47
để giải mã LED 7 thanh để hiển thị
Khi thả nút ấn start thì ngừng cấp xung từ IC 555 đến chân của IC
74LS90 không có tín hiệu cho IC 74LS47 LED 7 thanh hiển thị kết quả.
+ Nếu muốn tiếp tục đo thời gian tiếp ấn nút start tiếp thời gian sẽ
tiếp tục chạy theo kiểu cộng dồn
+ Nếu muốn xóa kết quả để thực hiện lại ấn nút reset thì LED 7
thanh sẽ xóa kết quả hiển thị lại từ đầu.
*****
Xung kích được tạo ra từ IC 555 và khi bấm nút start xung này được đưa tới chân
CKA của IC 74LS90 đếm giây Ngõ ra của IC7490 ở các chân A
được đưa đến ngõ vào của IC giải mã 74LS47
Đối với hai IC đếm giây (IC1 và IC2): Ta nối chân Qa vào chân CKB củaIC1 để thành bộ đếm 10,xung CLK từ bộ tạo xung được cấp cho IC1 qua đầu vàiCKA, IC1 này đếm giá trị của 9 xung ( led hiển thị số 9), sau khi đếm hết giá trịcủa 9 xung thì cấp cho IC 2 một xung đếm Khi đó, IC1 đếm về 0 và IC2 đếm lên
1, ta sẽ có số 10 Sau đó IC1 tiếp tục đếm từ 0 đến 9 và tiếp tục cấp xung cho IC2tăng lên 2, 3,… Khi IC1 đếm đếm 9 và IC2 đếm đến 5 chuyển sang 6 thì khi đó 2bit C ,B của IC2 sẽ ở mức 1 và ta sẽ cho 2 đầu ra này vào 2 chân MR1,MR2 của 2
IC 7490 để reset cả hai IC trở về 0 Đồng thời đầu ra Qc của IC2 này được nối vớichân CKA của IC đếm phút.Khi Qc đang ở trạng thái 1 khi đếm số 5 sẽ reset về0,như vậy xung này sẽ kích vào đầu vào CKA của IC3 để đếm 1 đơn vị tương ứngvới 1 phút
Đối với IC đếm phút (IC3 và IC4): Khi IC3 nhận được xung từ nó lại đếmgiống như IC1 đếm giây , tương tự IC4 giống IC 2.Như vậy 2 IC 3 và 4 sẽ đếm đếngiá trị 59 Vì lấy xung từ IC đếm giây nên khi mạch đếm giây đếm đến 59 thì mạchđếm phút mới nhận được một xung Khi cả IC đếm giây và đếm phút đều đếm đếngiá trị 59 thì tất cả 4 IC cũng được reset về 0, đồng thời IC4 đếm phút cấp cho IC5
là IC đếm giờ một xung
Đối với IC đếm giờ (IC5 và IC6): Khi IC5 nhận được một xung thì nó cũngbắt đầu đếm lên Khi IC5 đếm đến 9 thì cấp xung cho IC6 đếm, khi hai IC đếm giờđếm đến 23 và tại thời điểm sang 24 là lúc cả hai IC được reset Vì số nhị phântương ứng của 2 là DCBA = 0010, của 4 là DCBA = 0100 nên ngõ ra B của IC đếmgiờ ( đếm hàng chục) và ngõ ra C của IC đếm giờ (đếm hàng đơn vị) được đưa vào
2 chân MR1,MR2 của 2 IC đếm giờ để thực hiện reset về 0.Như vậy khi mạch
