BTL THIẾT KẾ MẠCH CỘNG HAI SỐ NHỊ PHÂN 4 BIT VÀ HIỂN THỊ TRÊN LED 7 THANH

BTL THIẾT KẾ MẠCH CỘNG HAI SỐ NHỊ PHÂN 4 BIT VÀ HIỂN THỊ TRÊN LED 7 THANH BTL THIẾT KẾ MẠCH CỘNG HAI SỐ NHỊ PHÂN 4 BIT VÀ HIỂN THỊ TRÊN LED 7 THANH Giới thiệu chung Trong lĩnh vực điện tử, mạch cộng là một mạch điện tử thực hiện việc cộng số. Trong máy tính hiện đại phép cộng nằm bên trọng đơn vị xử lý số luận lý (ALU). Mặc dù các mạch cộng có thể được tạo ra cho nhiều hệ đếm, loại mạch cộng thường dùng nhất hoạt động trên hệ nhị phân. 1.1. Phân loại mạch cộng Mạch cộng được chia ra làm 2 loại chính: mạch cộng bán phần và mạch cộng toàn phần. • Mạch cộng bán phần Một mạch bán cộng là mạch luận lý thực hiện việc cộng 2 số A và B và xuất ra tổng S và số dư của phép tính C Bảng chân trị mạch bán cộng Bảng 1: Bảng chân trị mạch cộng Sơ đồ mạch bán cộng

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-

BÁO CÁO MÔN HỌC

Đề tài: Thiết kế mạch đếm thuận, nhị phân, đồng bộ Kđ = 8, sử dụng D-FF hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh, có đầu ra

báo khi đếm được 3 xung

Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Thu Hà Sinh viên thực hiện : Nguyễn Tuấn Hải-2018603812

Ngô Minh Tuấn -2018600555

Hà Văn Thành-2018603806

Hà Nội, 3/6/2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN TỬ

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC

KỸ THUẬT XUNG SỐ

Họ và tên sinh viên:

1 Nguyễn Tuấn Hải Mã sinh viên: 2018603812

2 Ngô Minh Tuấn Mã sinh viên: 2018600555

3 Hà Văn Thành Mã sinh viên: 2018603806

Lớp: 20202FE6021001 Khoá: 13 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà Tên đề tài: Thiết kế mạch đếm thuận, nhị phân, đồng bộ Kđ = 8, sử dụng D-FF hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh, có đầu ra báo khi đếm được 3 xung

NỘI DUNG THỰC HIỆN

2 Phân tích lựa chọn ý tưởng tốt nhất và khả thi L1.2; L1.3

3 Tính toán thiết kế, xây dựng và phân tích mô

5 Thử nghiệm và hiệu chỉnh L1.2; L1.3

6 Viết thuyết minh và chuẩn bị báo cáo L1.2; L1.3

I Yêu cầu thực hiện:

1 Phần thuyết minh:

* Trình bày đầy đủ các nội dung đồ án, bao gồm:

- Chương 1 Tổng quan (Nêu cơ sở lựa chọn đề tài đồ án, ứng dụng trong thực tiễn …);

- Chương 2 Tính toán, thiết kế mô phỏng;

- Chương 3 Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm và hiệu chỉnh;

- Phụ lục (nếu có)

* Quyển báo cáo được trình bày từ 10 đến 15 trang giấy A4 với các định dạng theo quyết định số 815/QĐ-ĐHCN ngày 15/08/2019:

2 Sản phẩm của đồ án môn

815/QĐ-ĐHCN 01

3 Phạm vi lựa chọn đề tài

- Đề tài thuộc lĩnh vực điện tử trong phạm vi kỹ thuật xung số

- Vật tư, trang thiết bị: dụng cụ cầm tay, vật liệu (theo đề tài của các nhóm), linh kiện điện tử cơ bản…

- Đảm bảo an toàn lao động

Ngày giao: 13/04/2021 Ngày hoàn thành: 15/05/2021

Hà Nội, ngày 13 tháng 04 năm 2021

Trưởng bộ môn

Giảng viên hướng dẫn

Nguyễn Thị Thu Hà

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa học công nghệ nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật Điện Tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị có các đặc điểm với sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ linh hoạt

và hoạt động ổn định Đó là những yếu tố cần thiết làm cho năng suất, hiệu quả trong công việc được tăng cao, hoạt động của con người được giảm bớt Xuất phát từ thực tế, nên em chọn đề tài “MẠCH ĐẾM THUẬN, NHỊ PHÂN, ĐỒNG BỘ VỚI KĐ=8 SỬ DỤNG D-FF ” được sử dụng để đếm thời gian, đếm sản phẩm, đèn giao thông, chia tần số và điều khiển các mạch khác……

Bài tập lớn Kĩ thuật Xung Số gồm có 4 chương:

CHƯƠNG 1: Tổng quan-Cơ sở lý thuyết

CHƯƠNG 2: Thiết kế bộ đếm, thiết kế mô phỏng, tính toán

CHƯƠNG 3: Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm và hiệu chỉnh

CHƯƠNG 4: Kết quả-Kết luận Mặc dù đã cố gắng hoàn thành bài báo cáo này, tuy nhiên vẫn không thể tránh sót mong quý Thầy, cô và bạn đọc đóng góp ý kiến để đồ án có thể hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN- CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Khái niệm:

Mạch đếm là một mạch dãy đơn giảm được xây dựng từ các phần tử nhớ và các phần tử tổ hợp, mạch đếm là thành phần cơ bản của các hệ thống số Bộ đếm là một mạch dãy tuần hoàn có một đầu vào đếm và một đầu ra, mạch có

số trạng thái trong chính hệ số đếm (Kđ)

Dưới tác động của tín hiệu vào đếm mạch sẽ chuyển từ trạng thái trong này đến một trạng thái trong khác thoe một thứ tự nhất định Cứ sau Kđ lần tín hiệu vào đếm, mạch sẽ trở về trạng thái xuất phát ban đầu Bộ đếm thực hiện việc đếm các dãy xung khi có xung điều khiển và nó chỉ có một đầu vào Do

đó, nếu xung đồng bộ (CLK) xuất hiện khác thời điểm xung đếm (Xđ) xuất hiện thì việc đếm xung không thực hiện được nên mạch đếm phải có xung đếm đưa vào chính là dãy xung đồng bộ hay mạch đếm chỉ có một đầu vào

Hình 1 1 Sơ đồ khối của bộ đếm

Đồ hình trạng thái:

Đồ hình là mô hình mô tả sự chuyển đổi các trạng thái trong hay chính là mô

tả hoạt động của bộ đếm

Hình 1 2 Đồ hình trạng thái tổng quát của bộ đếm

Đồ hình là mô hình mô tả sự chuyển đổi các trạng thái trong hay chính là mô

tả hoạt động của bộ đếm

Khi không có tín hiệu vào đếm ( ) mạch giữ nguyên trạng thái ban đầu (i  i) khi có tín hiệu vào đếm (Xđ) mạch sẽ chuyển đến trạng thái kế tiếp( i i+1) Khi bộ đếm ở trạng thái nếu tác động một tín hiệu vào đếm thì bộ đếm sẽ trở

về trạng thái ban đầu và khi đó đồng thời xuất hiện tín hiệu ra một lần duy nhất

Trong trường hợp cần hiển thị trạng thái của bộ đếm thì phải dùng thêm mạch giải mã Phân loại: Có nhiều cách phân loại bộ đếm:

Phân loại theo cách làm việc:

+ Bộ đếm đồng bộ (Synchronous counter): là bộ đếm mà sự chuyển đổi trạng thái trong các FF diễn ra đồng thời khi có tác động của xung đếm Mọi sự chuyển đổi trạng thái (từ Si sang trạng thái mới Sj) đều không thông qua trạng thái trung gian (SiSj)

Xung đồng bộ tác động đồng thời tới các phần tử nhớ

Xung đồng bộ tác động không đồng thời tới các FF

Phân loại theo hệ số đếm

+ Bộ đếm có hệ số đếm Kđ = : Bộ đếm có hệ số đếm cực đại, khi sử dụng

n FF để mã hoá các trạng thái trong cho bộ đếm thì khả năng mã hoá tối đa là (Kđ = 2, 4, 8, 16

+ Bộ đếm có hệ số đếm Kđ = : Sử dụng n FF để mã hoá các trạng thái trong cho bộ đếm, sẽ có ( - Kđ) trạng thái không được sử dụng đến Do vậy khi thiết kế bộ đếm cần phải lưu ý đến các trạng thái không sử dụng tức là cần phải có biện pháp làm cho bộ đếm thoát khỏi các trạng thái đó một cách hợp

lý để trở về chu trình đúng mà vẫn phải đảm bảo bộ đếm được thiết kế là đơn giản (Kđ = 3, 5, 6, 7, 10 )

Phân loại theo mã: Quá trình đếm của bộ đếm là quá trình thay đổi từ trạng thái trong này đến trạng thái trong khác và mỗi trạng thái trong của bộ đếm được mã hoá bởi một mã cụ thể Cùng một bộ đếm có thể có nhiều cách mã hoá trạng thái trong khác nhau, các cách mã hoá khác nhau sẽ tương ứng với các mạch thực hiện khác nhau

-Mã nhị phân, Mã Gray -Mã BCD, Mã Johnson -Mã vòng

Phân loại theo hướng đếm:

+ Bộ đếm thuận (Up counter): là bộ đếm mà khi có tín hiệu vào đếm (Xđ) thì trạng thái trong của bộ đếm tăng lên 1.(Si  Si+1)

Phân loại theo khả năng lập trình:

+ Bộ đếm có khả năng lập trình : Kđ có thể thay đổi phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển

+ Bộ đếm không có khả năng lập trình : Kđ cố định, không thay đổi được

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BỘ ĐẾM,THIẾT KẾ MÔ PHỎNG, TÍNH

TOÁN

Sơ đồ khối:

Hình 2 1 Sơ đồ khối của mạch đếm

Thiết kế bộ đếm:

Để thiết kế bộ đếm ta tiến hành theo các bước sau:

- Bước 1: Xác định các yêu cầu của bài toán Phân tích yêu cầu đầu bài tìm ra

số trạng thái trong

- Bước 2: Lập đồ hình trạng thái Căn cứ vào yêu cầu của bộ đếm cần thiết kế như: hệ số đếm và một số các yêu cầu khác để xây dựng đồ hình mô tả hoạt động của bộ đếm

- Bước 3: Xác định số phần tử nhớ cần sử dụng, mã hóa các trạng thái trong của bộ đếm theo mã đã cho Số phần tử nhớ được xác định như sau: +Mã nhị phân và mã Gray n ≥ log2 Kđ +Mã vòng n = Kđ +Mã Johnson n = 1/2 Kđ –

Khối

nguồn

Khối tạo xung

Khối điều khiển

Khối giải

mã Khối hiển

thị

-Bước 4: Xác định hàm kích của các FF và hàm ra: Dựa vào bảng chuyển đổi trạng thái, bảng ra để xác định phương trình kích cho các FF và phương trình hàm ra

- Bước 5: Vẽ sơ đồ mạch thực hiện

Hình 2.1 Đồ hình trạng thái của bộ đếm thuận Kđ=8 Bảng 2 2 Bảng chuyển đổi trạng thái và giá trị đầu vào kích

Tối thiểu hóa Bảng karnaugh

Xét DA

C

AB

Xét DB

C

AB

Xét Dc

C

AB

Phương trình đầu vào kích:

Mạch đếm 3 xung sử dụng D-FF

Đồ hình trạng thái

Bảng chuyển đổi trạng thái và giá trị đầu vào kích:

Phương trình đầu vào kích:

Sơ đồ logic:

Thử nghiệm mô phỏng trên phần mềm Proteus và phần mềm Altium

Hình 2 4 Mạch nguyên lí mô phỏng trên phần mềm Proteus

Hình 2.3 Mạch in 2D mô phỏng trên phần mềm Altium

Hình 2.4 Mạch in 3D mô phỏng trên phần mềm Altium

CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH

Mạch sau khi hoàn thành thiết kế

1 Liệt kê các linh kiện cần dùng

7SEG, 74LS74, 74HC86, 74HC08, 74LS47

2 Trình bày giá trị, chức năng linh kiện, cách lắp linh kiện

Bảng 3 1 Bảng liệt kê linh kiện, giá trị linh kiện và chức năng

Tên linh kiện Giá trị Chức năng

IC 74HC08 5v Cổng logic AND, điều khiển tín hiệu mạch đếm

IC CD4093BE 5v Cổng logic NAND, điều khiển tín hiệu mạch

đếm

IC 74HC86 5v Cổng logic XOR, điều khiển tín hiệu mạch đếm

IC 74LS47 5v IC giải mã cho led 7SEG

3 Nguyên lý hoạt động

Chân 16 cấp nguồn VCC 5V, nếu quá 5V thì IC này sẽ bị chết

Chân 8 là chân nối GND (mass)

Các chân 1,2,6,7 là các chân tín hiệu vào ứng với A,B,C,D

Các chân 15,14,13,12,11,10,9 là các chân ra, các chân này sẽ được nối với led bảy thanh và được nối như hình trong mạch nguyên lí

Chân thứ 3 LT( Lamp Test) như tên gọi của nó, chân 3 này là chân kiểm tra led bảy đoạn, nếu ta cắm chân này xuống mass thì bộ giải mã sẽ sáng cùng lúc với bảy đoạn Chân này chỉ phục vụ để kiểm tra xem có led nào bị hỏng hay không và trong thực tế không sử dụng nó

Chân 4 (BI/RB0) luôn luôn được kết nối với mức cao, nếu kết nối với mức thấp thì toàn bộ led sẽ không sáng bất chấp trạng thái ngõ vào là mức gì

Chân 5 (RBI) kết nối với mức cao

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ-KẾT LUẬN

4.1 Đánh giá sản phẩm:19 Ưu điểm: mạch chạy đúng yêu cầu, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt, chi phí phù hợp

Nhược điểm: bố trí mạch chưa khoa học, thiết kế chưa mang tính công nghiệp

4.2 Tính thực tế của sản phẩm: Đây là đề tài rất hay và được ứng dụng rất nhiều trong đời sống cũng như trong công nghiệp.Nhằm tăng năng suất, hiệu quả trong công việc và giảm sức lao động của con người, MẠCH ĐẾM được đưa vào sử dụng thay thế con người trong công việc như đếm sản phẩm, đếm thời gian, đèn giao thông, chia tần số và điều khiển các mạch khác… Với đặc điểm tiện lợi, chính xác cao, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt; MẠCH ĐẾM nhanh chóng được biết đến và được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực

4.3 Đề xuất cải tiến và hướng phát triển: Hướng phát triển:Có thể thay thế các linh kiện, IC tạo xung, IC điều khiển, IC giải mã… bằng các linh kiện khác trên thị trường mà vẫn đáp ứng được nhu cầu của đề tài

Đề xuất cải tiến: thiết kế mạch phù hợp hơn, để mạch được thống nhất, không bị rối mắt vì phải câu dây nhiều

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Nguyễn Thị Thu Hà-Lê Văn Thái-Nguyễn Ngọc Anh, (2013), Giáo trình Điện tử số, Hà Nội, NXB Khoa học và Kỹ thuật

2 Trần Đình Thông -Nguyễn Thị Thu Hà,(2016),Giáo trình Mạch điện tử,

Hà Nội, NXB Khoa học và Kỹ thuật