điều khiển từ xa bằng hồng ngoại điều khiển 8 thiết bị điện khác nhau bằng bàn phím

Có hai phương pháp cơ bảnđược sử dụng nhiều trong lĩnh vực điện tử của chúng ta hiện nay là điều khiểndùng sóng vô tuyến tần số radio RF và dùng hồng ngoại..  Điều khiển từ xa dùng tia

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh

Lời cám ơn

Đề tài luận văn của em đã được thực hiện với những kiến thức học hỏi được từ thầy cô, bạn bè, sách vở… Em

xin chân thành cám ơn các thầy cô đã dạy bảo cho em để

hoàn thành luận văn này Đặc biệt em xin gởi lời cám ơn

đến cô Nguyễn Như Anh, người thầy đã tâm huyết chỉ dẫn

cho em những kiến thức quý giá cho sự hiểu biết nghề

nghiệp Cám ơn thư viện trường Đại Học Bách Khoa, Bộ

Môn Điện Tử, cha mẹ, bạn bè… đã động viên và giúp đỡ

em trong suốt thời gian vừa qua

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay điều khiển từ xa đã trở thành một kỹ thuậtquen thuộc được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp cũngnhư trong đời sống Tùy theo ứng dụng của nó mà các hệthống điều khiển từ xa được thiết kế theo nhiều cách khácnhau Ở đề tài này em xin trình bày một hệ thống đơn giảnsử dụng LED hồng ngoại Luận văn gồm 3 phần :

 Phần 1 : GIỚI THIỆU CHUNG

 Phần 2 : GIỚI THIỆU CÁC IC ĐƯỢC SỬ DỤNG

 Phần 3 : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

 Phần 4 : HƯỚNG MỞ RỘNG ĐỀ TÀI

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh

PHẦN I

GIỚI THIỆU CHUNG

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh

ĐIỀU KHIỂN TỪ XA

Điều khiển từ xa ngày nay được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vựckhác nhau trong khoa học và đời sống thực tiễn Có hai phương pháp cơ bảnđược sử dụng nhiều trong lĩnh vực điện tử của chúng ta hiện nay là điều khiểndùng sóng vô tuyến tần số radio (RF) và dùng hồng ngoại

Một hệ thống điều khiển từ xa bao gồm phần phát và phần thu Phầnphát phát đi sóng điện từ hoặc ánh sáng hồng ngoại đến phần thu Phần thunhận được các tín hiệu này sẽ biến đổi thành tín hiệu điện điều khiển thiết bị

 Điều khiển từ xa dùng sóng vô tuyến:

Đặc điểm của phương pháp này là phải sử dụng antena cho cả phần phátvà phần thu Máy phát dùng antena bức xạ sóng điện từ ở một tần số nhất địnhmang theo tín hiệu điều khiển ra môi trường Máy thu thu tin tức từ môi trường,giải điều chế và thực hiện việc điều khiển

Phương pháp này có các ưu điểm sau:

- Điều khiển được các thiết bị ở khoảng cách xa

- Các vật cản không gây ảnh hưởng nhiều đến việc điều khiển

- Tầm phát rộng theo nhiều hướng nên có thể điều khiển cùng lúc cácthiết bị ở những nơi khác nhau

Bất lợi của việc điều khiển từ xa dùng sóng vô tuyến:

Chịu ảnh hưởng của nhiễu và phải tránh các tần số phát sóng chuyênnghiệp

 Điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại:

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong đời sống để điều khiểnđèn, quạt, TV… nhờ các ưu điểm sau:

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh

Chương 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

Đề tài: “Điều khiển từ xa bằng hồng ngoại” này thực hiện để điều khiển

8 thiết bị điện khác nhau bằng bàn phím Mỗi phím điều khiển một thiết bịriêng biệt có tác dụng như một công tắc ON/OFF: khi nhấn phím lần thứ nhất(trạng thái ON), thiết bị mở; khi nhấn phím lần thứ hai (trạng thái OFF), thiết bịtắt

Hệ thống gồm 2 phần: phần phát và phần thu

o Sơ đồ khối hoạt động của phần phát:

o Nguyên lý hoạt động của phần phát:

Khi một phím được nhấn, bộ điều khiển nhận biết thiết bị nào đang đượcđiều khiển để đưa vào mạch monostable Mạch monostable sẽ tạo ra xungvuông có độ rộng ứng với thiết bị được chọn Xung vuông này được điều chếlên tần số cao giúp LED hồng ngoại phát tốt hơn

Bàn phím

Mạch monostabletạo xung vuônglàm tín hiệu điềukhiển

Bộ điều khiểnnhận biết thiết bịnào đang đượcđiều khiển

Điều chế tínhiệu điều khiểnlên tần số cao

Khuếch đại vàxuất ra LEDhồng ngoại

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh

o Sơ đồ khối hoạt động của phần thu:

.

o Nguyên lý hoạt động của bộ thu:

Photodiode nhận được tín hiệu điều khiển đã được điều chế lên tần sốphát, qua bộ giải mã nhận được xung vuông ban đầu Xung vuông đưa qua bộđếm xác định độ rộng xung để nhận biết thiết bị nào được điều khiển Mạchphân kênh chọn thiết bị Mạch chốt để nhận biết đang điều khiển công tắc ởtrạng thái ON hay OFF

Bộ thu

hồng ngoại

Bộ giải mã giải

điều chế tín hiệu

Bộ đếm để nhậnbiết thiết bị nàođược điều khiển

Bộ phân kênhtới các thiết bị

Mạch điều khiểnnhận biết thiết bị 1được điều khiển đang

ở trạng thái ON/OFF

Mạch điều khiểnnhận biết thiết bị 2được điều khiển đang

ở trạng thái ON/OFF

Mạch điều khiểnnhận biết tín hiệu 8được điều khiển đang

ở trạng thái ON/OFF

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh

Chương 3: GIỚI THIỆU VỀ HỒNG NGOẠI

VÀ CÁC THIẾT BỊ THU – PHÁT

1 Đại cương về tia hồng ngoại:

Sóng hồng ngoại chiếm khoảng rộng nhất trong phổ tần số của sóngđiện từ, có bước sóng trên 700nm mà mắt người không thể nhìn thấy được.Sóng hồng ngoại có những đặc tính quang học của sóng ánh sáng (sự hội tụ quathấu kính, tiêu cự…) Aùnh sáng và sóng hồng ngoại khác nhau rất rõ trong sựxuyên suốt qua vật chất Vật liệu bán dẫn “trong suốt” đối với sóng hồngngoại, do đó tia hồng ngoại không bị yếu đi khi vượt qua các lớp bán dẫn để đi

ra ngoài

Hồng ngoại gần được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ thông tin hiệnđại, trong sự tự động hóa công nghiệp Lượng thông tin được truyền đi với ánhsáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ thường dùng

Ánh nắng mặt trời bao gồm chủ yếu ánh sáng thấy được, thành phầnhồng ngoại gần như rất ít Hồng ngoại bị bầu khí quyển hấp thu phần lớn

2 LED hồng ngoại:

LED hồng ngoại còn được gọi là nguồn phát sóng hồng ngoại (infrared

emitters) Vật liệu chế tạo là GaAs với vùng cấm có độ rộng khoảng 1,43eV

tương ứng với bức xạ khoảng 900nm LED hồng ngoại có hiệu suất lượng tửcao hơn so với các loại LED phát ra ánh sáng thấy được Đời sống của LEDhồng ngoại dài đến 100.000 giờ (hơn 11 năm) LED hồng ngoại không phátsáng cho nhiều lợi điểm

Các đặc tính của LED hồng ngoại:

o Bước sóng: 0.8 – 0.95m, 1.3m và 1.55m

o Băng thông: 55nm

o Hiệu suất: 1 – 5%

Hiện nay trên thị trường phần lớn các LED hồng ngoại phát sóng trong 3bước sóng: 880nm, 900nm, 940nm Các LED 900nm tiêu biểu là các linh kiệnarsenide gallium có pha kẽm (GaAs) đại diện cho công nghệ sản xuất LED lâu

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh

đời nhất Tuy công suất ra tương đối thấp so với các loại khác nhưng thời gianđáp ứng khá nhanh Thời gian lên và xuống điển hình 50ns, thường nhỏ hơn10ns Loại LED hồng ngoại này ứng dụng cho khoảng cách ngắn hay băngthông rộng

Nguyên tắc hoạt đông của LED:

Tiếp xúc bán dẫn, thường được gọi là tiếp xúc p-n có khả năng phát xạ.Các hạt dẫn tự do (gồm điện tử và lỗ) ở tiếp xúc p – n khuếch tán sang bên kia

và kết hợp lại, làm cho 2 bên của tiếp xúc xuất hiện miền nghèo (depletion

region) Khi tiếp xúc phân cực ngược, điện áp rào chắn tăng lên, miền nghèo

tăng lên và không có dòng điện đi qua tiếp xúc

Khi phân cực thuận, sự phân cực trái với điện áp rào chắn làm cho miềnnghèo giảm Khi phân cực vượt quá điện áp rào chắn, các điện tử và lỗ kết hợptạo dòng điện chảy qua tiếp xúc Trong quá trình này, vì các điện tử ở dải dẫncó mức năng lượng cao hơn các lỗ ở dải hóa trị, một số năng lượng ở dạng bứcxạ được giải phóng

Bước sóng của sự bức xạ phụ thuộc vào 2 yếu tố sau:

Ta có phương trình:  = 1240/E

: bước sóng bức xạ(nm)ï

E: khe năng lượng(eV)

Các đặc tính điện và quang của LED:

Tương tự với diode tiếp xúc p – n thông thường

Một hệ số giới hạn quan trọng của LED là tiêu tán công suất cực đại

được cho trong các phương trình sau:

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh

Cường độ là tham số quan trọng nhất của LED Cường độ là hàm phi

phi tuyến có thể được biểu diễn bằng định nghĩa hiệu suất tương đối (relative

efficiency): PR = IPR/IPR0

Khi làm việc ở chế độ xung, cường độ trung bình có thể tính bằng

Ưu điểm lớn của LED là có thời gian đáp ứng nhanh

Mạch lái LED:

LED hồng ngoại cần điện áp nằm trong khoảng 1.3 – 1.5V Như đã thấytrong đặc tính của LED, dòng điện rất nhạy với các thay đổi điện áp, từ đó ảnhhưởng đến ánh sáng phát ra ở LED Có thể dùng điện trở nối tiếp để giới hạndòng điện qua dụng cụ

Hình (a), (b), (c) là 3 mạch lái đơn giản bao gồm: lái một LED, lái nhiềuLED nối tiếp và lái nhiều LED song song

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Cô Nguyễn Như Anh

Để ổn định thông lượng ánh sáng bức xạ cần sử dụng nguồn dòng hằng

Các mạch lái LED bằng nguồn dòng hằng:

Sau đây là hai mạch lái bằng xung điển hình dùng IC 555 và dùng mạchdao động đa hài astable

VCC R1

C2

R3

R2

C1 LM555

2

5

3 7 6

TR

CV

Q DIS

3 Photodiode:

Với hiệu ứng quang điện, ta có sự phát sinh một điện áp ở lớp chuyển tiếp

p – n khi lớp chuyển tiếp này được chiếu sáng Tùy theo chức năng và cấu trúccó thể phân photodiode làm nhiều loại: diode quang p – n, diode quang PIN,diode quang loại Schockley, diode quang với hiệu ứng thác Photodiode đượcdùng với mạch khuếch đại có tổng trở cao

Photodiode có các đặc tính:

Photodiode hồng ngoại có độ nhạy cao nhất ở vùng bước sóng 1000nm.Photodiode tiếp xúc là tiếp xúc bán dẫn loại n và p tương tự với tiếp xúcđược dùng trong LED Tuy nhiên chức năng của tiếp xúc photodiode ngược lạivới tiếp xúc LED Trong photodiode các photon bị hấp thu tạo ra các hạt dẫn tự

do, gây ra dòng điện đi qua tiếp xúc

Mạch tương đương của tiếp xúc:

RL

Tiếp xúc có thể được xem như là một diode lý tưởng với điện trở của

song với diode Điện trở khối của bán dẫn n, p của tiếp xúc được biểu diễn bằng

Đường cong đặc tuyến có 4 góc phần tư Trong phần tư thứ 1 diode phâncực thuận và hoạt động tương tự diode thông thường Đây không phải là ứngdụng của photodiode Trong góc phần tư thứ 2, diode không có đáp ứng Góc

phần tư thứ 3 chỉ đặc tuyến diode ở chế độ phân cực ngược Đây là chế độthường dùng để phát hiện bức xạ Góc phần tư thứ tư là chế độ tế bào mặt trờicòn gọi là pin điện mặt trời Ở chế độ này diode dùng để cung cấp năng lượngcho tải.

Áp dụng định luật Kirchoff cho mạch tương đương diode:

Đặc tính làm việc của photodiode trong điều kiện tối và điều kiện bức xạđược biểu diễn bởi các đường cong như sau:

- e = điện tích điện tử

1 2

- k = hằng số Bolzmann

- T = nhiệt độ tuyệt đối

-  = hiệu suất lượng tử

- A= diện tích diode

Các photodiode tín hiệu (signal photodiode) được thiết kế để làm việc như

các dụng cụ truyền thông và đo lường chính xác nhờ dải tuyến tính rộng, đápứng nhanh và độ ổn định nhiệt cao Phần lớn chúng được dùng trong góc phần tưthứ III với phân cực ngược cho hoạt động tuyến tính Với đáp ứng loga chúnglàm việc ở góc phần tư thứ tư ở chế độ hở mạch

Phân cực ngược có thể có bất cứ giá trị nào thấp hơn điện áp đánh thủng

tối và dải làm việc tuyến tính, giảm thời gian đáp ứng và điện dung tiếp xúc

Photodiode thường được sử dụng cùng với một op amp

+

-+ - RL

RF R1

RF

RF CF

PHẦN II

GIỚI THIỆU CÁC IC ĐƯỢC SỬ DỤNG

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỌ VI

MẠCH LOGIC

Các họ logic khác nhau ở thành phần chính TTL và ECL sử dụngtransistor lưỡng cực như là cơ sở chính PMOS, NMOS và CMOS dùng transistorMOSFET đơn cực như là yếu tố cơ bản

Các thuật ngữ vi mạch số:

Các thông số áp và dòng

Được định nghĩa là số ngõ vào chuẩn lớn nhất mà một ngõ ra có thể lái tincậy

1 HỌ LOGIC TTL

Vi mạch TTL thường gặp là 54/74 series được sử dụng rộng rãi Khác biệtduy nhất giữa 54 series và 74 series là 54 series có tầm nhiệt độ cho phép vàtầm áp cung cấp rộng hơn Chữ viết tắt đầu trong ký hiệu vi mạch là tên nhà sảnxuất Ví dụ như Texas Instruments sử dụng chữ đầu tiên là SN, NationalSemiconductor dùng chữ DM, Signetics dùng chữ S

Các series TTL khác:

Low-Power TTL, 74L Series

High-Speed TTL, 74H Series

Schottky TTL, 74S Series

Low-Power Schottky TTL, 74LS Series

Advanced Schottky TTL, 74AS Series

Advanced Low-Power Schottky TTL, 74ALS Series

Tầm nhiệt độ và áp cung cấp:

Cả 54/74 series đều sử dụng áp nguồn cung cấp 5V

Cổng NAND TTL chuẩn có thời gian trễ tPLH= 11ns, tPHL= 7ns Thời giantrễ trung bình là 9ns.

Kéo tải:

Một ngõ ra TTL chuẩn có thể lái 10 ngõ vào TTL chuẩn

Bảng so sánh các series TTL

Công suất hao mất

Các đặc tính khác:

Ngõ vào không kết nối (unconnected inputs):

Trong bất kỳ IC TTL nào, mọi ngõ vào ở mức logic 1 nếu nó không nốivới nguồn hoặc đất Khi một ngõ vào không kết nối, ta nói nó bị thả nổi

(floating).

Ngõ vào không sử dụng (unused inputs):

Có 3 cách áp dụng cho các ngõ vào không sử dụng

Ở hình (a), ngõ vào không sử dụng không kết nối nên hoạt động như logic

1 Ngõ ra cổng NAND cho kết quả như mong muốn là: x= /(A.B.1)= /(A.B)

Mặc dù kết quả đúng nhưng không được sử dụng vì lúc này chân thả nổi hoạtđộng như một antenna dễ dàng nhận các tín hiệu tạp âm gây sai

Kỹ thuật tốt hơn cho ở hình (b) Ở đây chân không sử dụng nối đến nguồn+5V qua trở 1K, do đó có mức logic 1 Trở 1K là cách bảo vệ dòng đơn giảntrong trường hợp có gai áp nguồn cung cấp.

Hình (c) cho thấy ngõ vào không sử dụng nối chung với một ngõ vàođược sử dụng Điều này giúp ngõ vào B dễ dàng lái mạch Kỹ thuật này có thểsử dụng cho bất kỳ loại cổng nào

Với cổng OR và NOR, các ngõ vào không sử dụng nên nối đất hoặc nốichung với một ngõ vào được sử dụng như trong hình (b)

Các ngõ vào nối chung:

Khi hai hoặc nhiều ngõ vào kết nối thành một ngõ vào chung như tronghình (c), ngõ vào chung có hệ số tải là tổng các hệ số tải của các ngõ vào khácnhau Ngoại trừ cổng NAND và AND, ngõ vào chung ở mức thấp giống như mộtngõ vào đơn

 Ngõ ra totem-pole

Trong nhiều trường hợp do hiệu ứng thác (Avalanche-Effect), điện trở nối

tiếp ở ngõ vào rất bé và dòng thác dâng cao nhanh chóng với điện áp vào Đểtránh IC hư hỏng, phải giữ dòng điện của tín hiệu bé hơn 5mA và điện áp vào béhơn 5.5V Thông thường cổng ra loại TTL hay CMOS có trạng thái cao hay thấpđược giữ bởi một transistor lưỡng cực hay MOSFET Với họ TTL người ta gọi đólà ngõ ra totem-pole có tổng trở thấp cho cả hai mức logic cao và thấp, thời gianđóng mở nhanh và chống nhiễu tốt

Tuy nhiên ngõ ra totem-pole không thể kết nối theo kiểu wired-AND đơn giản và khó sử dụng trong hệ thống bus của máy tính Để giúp những ứng dụng

này, chúng ta có ngõ ra cực thu hở và ngõ ra ba trạng thái

 Ngõ ra cực thu hở (TTL open-collector outputs)

Xét 2 mạch tương đương như hình vẽ Mạch thứ nhất có 2 cổng NAND 4và 5 mang ý nghĩa hàm chức năng AND Do đó ngõ ra cuối cùng x=/(AB)./(CD)./(EF) Mạch thứ 2 đơn giản hơn sử dụng các cổng cực thu hở cũngcho kết quả tương tự Ta nói ngõ ra nối chung hoạt động như một cổng AND

(wired-AND): điểm nối chung sẽ xuống mức thấp khi một trong các ngõ ra nối

chung xuống mức thấp, và sẽ ở mức cao khi tất cả các ngõ ra nối chung ở mứccao

thiết khi ngõ ra ở mức cao Với điện trở có trị số bé ta có vận tốc làm việcnhanh, tính miễn nhiễu tốt nhưng công suất tiêu tán tăng Vi mạch với ngõ ra cựcthu hở làm việc chậm và bị nhiễu nhiều hơn Tuy nhiên có 3 trường hợp cần

chọn IC cực thu hở: tải bên ngoài, wired-AND (hay wired-OR) và bus ngoại vi.

D E F

Lái và đệm cực thu hở (Open-Collector Buffer/Drivers):

Bất kỳ mạch logic nào được gọi là Buffer/Driver, Buffer hay Driver đều

được thiết kế có áp và dòng ngõ ra lớn hơn rất nhiều so với các mạch logic thông

thường Các vi mạch Buffer/Driver có thể dùng với ngõ ra totempole và ngõ ra

cực thu hở

 TTL ba trạng thái (tristate TTL)

Gọi là TTL ba trạng thái vì vi mạch cho phép ngõ ra có thể có ba trạng

thái là: HIGH, LOW và Hi-Z (trạng thái tổng trở cao) Trạng thái tổng trở cao là

trạng thái ngõ ra có một trở kháng cao Trên thực tế ngõ ra không hở mạch màcó một điện trở khoảng vài megohm hoặc hơn

Trạng thái cho phép (The Enabled State):

Với ngõ vào cho phép E= 1, vi mạch hoạt động bình thường như các ICkhác

Trạng thái tổng trở cao (Hi-Z):

Khi E= 0, ngõ ra ở trạng thái tổng trở cao bất chấp trạng thái của ngõ vàologic

Như vậy có thể nối nhiều ngõ ra loại này với data bus.

2 HỌ LOGIC CMOS:

Họ logic CMOS (Complementary MOS) sử dụng cả MOSFET kênh n và

MOSFET kênh p trong cùng một vi mạch nên nhanh hơn và tiêu thụ ít công suấthơn các họ MOS khác Công nghệ chế tạo CMOS đơn giản hơn TTL do đó đượcsử dụng rộng rãi hơn và giá thành thấp hơn CMOS chỉ sử dụng một phần nhỏcông suất cần cho series TTL công suất thấp và do đó thích hợp cho ứng dụng sửdụng pin Nói chung CMOS chậm hơn TTL mặc dù các series CMOS tốc độ caomới có thể so sánh với 74 và 74LS series

CMOS có một số đặc tính quan trọng như: công suất tiêu tán bé, tầm điệnáp làm việc rộng, chống nhiễu tốt…

Các series CMOS:

4000 Series

74C Series: Series này có thể thay thế cho TTL cùng loại vì có sơ đồ chân

và chức năng tương đương

74HC Series (High-Speed CMOS): là version cải tiến của 74C Series, tốc

độ có thể so sánh với 74LS TTL Series

74HCT Series: Cũng là High-Speed CMOS, điểm khác biệt chính là chúng

có thể được lái bởi ngõ ra TTL

Các đặc tính của CMOS:

Công suất – áp nguồn:

Thương mại: -40C - 85C

Công suất tiêu tán:

Công suất tiêu tán cao hơn loại LS TTL trong khoảng 100KHz đến 2MHz.Trên thực tế công suất tiêu tán trên IC CMOS không cao đáng kể so với các loạikhác do: các cổng CMOS chỉ dẫn điện khi nó làm việc và ở tần số cao không phải cổngcũng làm việc

Fan-out:

nguồn Tuy nhiên ngõ vào lại có tải điện dung 5pF làm hạn chế số cổng CMOSmà một ngõ ra CMOS có thể tải Ngõ ra CMOS cần thời gian nạp và xả dungkháng ngõ vào mắc song song Do đó khả năng fan-out phụ thuộc vào thời giantrễ cho phép lớn nhất Ngõ ra CMOS điển hình có thể tải 50 ngõ vào ở tần sốthấp ( 1MHz) Ở tần số cao hơn thì khả năng tải thấp hơn

Các ngõ vào không sử dụng:

Các ngõ vào CMOS không sử dụng không bao giờ để hở mạch mà cần

khác

Bảng so sánh CMOS và TTL

Công suất tiêu

tán mỗi cổng

1010

2020

22

88

1,21,2

Thời gian trễ

3 GIAO TIẾP GIỮA Ï TTL VÀ CMOS:

Bảng giá trị giới hạn cho giao tiếp CMOS/TTL với áp cung cấp là 5V

fan-out ở mức thấp.

Tuy nhiên khi so sánh áp ngõ ra TTL với đòi hỏi áp vào của CMOS chúng

ta thấy rằng áp ra mức cao (min) của mọi TTL thì quá thấp so với yêu cầu ápvào mức cao (min) của 4000B và 74HC

Cách giải quyết thông dụng nhất là nối ngõ ra TTL với nguồn 5V qua mộtđiện trở kéo lên Với điện trở này ngõ ra TTL xấp xỉ 5V ở mức cao đủ cho ngõvào CMOS Nếu TTL chỉ lái một CMOS, giá trị thông thường của điện trở kéolên là 1 – 10K

TTL lái 74HCT:

74HCT được thiết kế để giao tiếp thẳng với TTL.

TTL lái CMOS điện áp cao:

có thể sử dụng một điện trở kéo lên nguồn 10V Trong trường hợp không thể

Một cách khác là sử dụng IC chuyển mức (level-translator) như IC 40104.

khoảng 100 đến 1000 ohm

CMOS mức cao lái TTL

Ở mức cao CMOS cung cấp đủ áp và dòng yêu cầu cho TTL

CMOS mức thấp lái TTL

74HC và 74HCT đáp ứng yêu cầu về dòng của TTL Các series CMOS kháccần mạch giao tiếp Có thể dùng vi mạch đệm không đảo 4050B hoặc vi mạch đệm 3trạng thái 74LS125

CMOS điện áp cao lái TTL

Một số IC 74LS TTL có thể chịu được áp vào lên đến 15V Những IC nàycó thể được lái trực tiếp bởi CMOS hoạt động với nguồn 15V Tuy nhiên hầu hếtcác vi mạch TTL không chịu được áp vào quá 7V, do đó khi giao tiếp cần bộ

chuyển mức điện áp (voltage-level translator) để chuyển xuống điện áp 5V

tương thích với TTL

Chương 2: CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN

10

Cổng NOT chỉ có một ngõ vào

Trong một IC có 6 cổng

Y

Bảng chân lý:

IC 7421 gồm 2 cổng AND 4 ngõ vào có sơ đồ chân như sau:

74LS21

1 2 4 5

6

74LS21

9 10 12 13

8

IC 7408 gồm 4 cổng AND 2ngõ vào như sau:

Bảng chân lý:

IC 7432 gồm 2 cổng OR 2 ngõ vào:

74LS32

1 2

3

74LS32

4 5

IC 4072 gồm 2 cổng OR 4 ngõ vào:

2 3 4 5

1

9 10 11 12

Y

X2Bảng chân lý:

1 1 0Tương đương

YX1

6 Cổng EX-OR

Ký hiệu:

X1X2

Y

hay so sánh khác nhau)

Bảng chân lý:

1 2

3

74LS86

4 5

6

74LS86

9 10

8

74LS86

12 13

11

7 Cổng EX-NOR

Ký hiệu:

YX1

X2

Bảng chân lý:

Chương 3: CÁC VI MẠCH CHỨC NĂNG

1 FLIPFLOP

 Giới thiệu:

Hệ thống số có thể hoạt động một cách đồng bộ hoặc không đồng bộ.Trong hệ thống không đồng bộ ngõ ra mạch logic có thể đổi trạng thái khi mộthoặc nhiều ngõ vào thay đổi Điều này gây khó khăn cho việc thiết kế Hệthống đồng bộ có một thời gian chính xác tại đó ngõ ra thay đổi trạng thái dựavào xung Clock Hầu hết các hệ thống số đều là hệ thống đồng bộ mặc dù chúngluôn có những bộ phận bất đồng bộ

Các FlipFlop (trigger) có 2 trạng thái phân biệt Do đó ta có thể nói chúng

là dao động đa hài 2 trạng thái bền Các FlipFlop có ngõ vào xung Clock thườngđược ký hiệu là CK, CLK, CP Hầu hết các FlipFlop kích khởi bằng cạnh xungClock Ngoài ra là các ngõ vào điều khiển có tên khác nhau tùy thuộc vào hoạtđộng của chúng Các ngõ vào này không ảnh hưởng đến Q cho đến khi xungClock tác động Vì lí do này mà chúng được gọi là ngõ vào điều khiển đồng bộ

Mạch có 2 ngõ ra: Q (thuận) và /Q (đảo)

Quy ước đối với các ngõ vào:

1 mà không phụ thuộc vào các ngõ vào thông tin

mà không phụ thuộc vào các ngõ vào thông tin

đổi trạng thái

Các loại FlipFlop:

1

1

101

101

110

ENABLE (EN)

1

2

3

4

Khi chân EN ở mức cao, ngõ vào D tạo ra mức thấp ở cả chân SET lẫn

chân CLEAR của NAND LATCH làm cho Q cùng mức với D Nếu D thay đổi khi

EN ở mức cao, Q sẽ thay đổi theo, nghĩa là ngõ ra Q giống như D Đây là chế độ

“transparent” của D latch.

Khi chân EN xuống mức thấp, ngõ vào D bị cấm bởi ảnh hưởng của

NAND LATCH Do đó ngõ ra Q và /Q sẽ ở mức mà nó có trước khi chân EN

xuống mức thấp Ta nói ngõ ra chốt và không thể thay đổi khi EN vẫn ở mứcthấp ngay cả khi D thay đổi

Hoạt động:

EN

Q

“latch” “transparent” “latch” “transparent” “latch”

tại Q=0 Q=D tại Q=1 Q=D tại Q=0

IC 7474 gồm 2 D FlipFlop riêng biệt với xung Clock kích cạnh lên

Bảng hoạt động:

Sơ đồ logic:

CLK Q

Q

D CLK

Q

D CLK

3Q

Bảng hoạt động:

Sơ đồ chân:

74LS175

4 5 12 13

9 1

2 3 7 6 10 11 15 14

D1 D2 D3 D4

CLK CLR

Q1 Q1 Q2 Q2 Q3 Q3 Q4 Q4

CLK Q

D

CLK Q

D

CLK Q

D

CLK Q

D

CLK Q

D

CLK Q

D

CLK Q

D

CLK Q

 Giới thiệu về bộ đếm

Bộ đếm gồm nhiều FlipFlop kết nối với nhau, nội dung thay đổi tùy theosố lượng xung Clock Còn được gọi là hệ tuần tự không đầu vào

Bộ đếm phân thành 2 loại chính:

kết nối với ngõ CK của FlipFlop sau Do đó sự đổi trạng thái của FlipFloptrước sẽ gây tác động chuyển đổi trạng thái cho FlipFlop sau

FlipFlop đổi trạng thái trong cùng một thời điểm

Bộ đếm không tuần tự có nhược điểm: thời gian trễ ở mỗi FlipFlop trướcsẽ được tích lũy dần và truyền tới các FlipFlop sau Do vậy nếu số lượngFlipFlop lớn thì thời gian trễ có thể rất lớn gây nên giải mã sai Vì vậy đối vớiđếm tuần tự người ta không xây dựng bộ đếm có dung lượng quá lớn

 Mạch chia tần số:

Một mạch chia tần số đơn giản được cho như hình vẽ Mỗi FlipFlop cóngõ vào J và K ở mức 1 Do đó FlipFlop sẽ đổi trạng thái khi ngõ vào xung CK

đi từ mức cao xuống mức thấp Chỉ cấp xung Clock cho ngõ vào CLK của

J CLK K

X0

X0

J CLK K

X1

X1

J CLK K

tần số xung CK

Mỗi FlipFlop có dạng sóng vuông ở ngõ ra (50% chu kỳ làm việc)

Dạng sóng cho thấy các FlipFlop đổi trạng thái như là các xung

Thường người ta ứng dụng bộ đếm làm mạch chia tần

Đây là bộ đếm nhị phân 4 bit (4-bit binary counter) thông dụng Vi mạch

tương đương của nó là 74293

Biểu đồ logic:

J CLK K Q

Q

J CLK K Q

Q

J CLK K Q

Q

J CLK K Q

được nối chung với nhau ở ngõ ra cổng NAND Cổng NAND với

Sơ đồ chân:

U2

SN74LS93

14 1

2 3

12 9 8 11

A B

R0(1) R0(2)

QA QB QC QD

74LS93

14 1

2 3

12 9 8 11

A B

R0(1) R0(2)

QA QB QC QD

Bảng hoạt động:

14 H H H L

IC 4060 là bộ đếm / bộ chia nhị phân 14 bit đồng thời là bộ dao động với

tiên Cấu hình bộ đếm cho phép thiết kế mạch dao động RC và cả mạch daođộng thạch anh Bộ dao động có thể thay thế bằng tín hiệu xung Clock từ bên

Sơ đồ chân

4060 11

12

7 5 4 6 14 13 15 1 2 3 9 10 PI

RST

Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q12 Q13 Q14 PO PO

Sơ đồ chức năng

14 - STAGE BINARY COUNTER CLR