mạch đồng hồ số dùng ic 7447

Ứng dụng môn kỹ thuật số vào thiết kế các bộ phận thiết thựchằng ngày giúp chúng ta hiểu được môn kỹ thuật số làm gì và được ứng dụng vàođâu.. Điện trở dây quấn: Dùng các loại hợp kim để

Mục Lục CHƯƠNG I: DÂN NHẬP

CHƯƠNG I: DÂN NHẬP

A.LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI.

Cùng với sự phát triển của khoa hoc và công nghệ các thiết bị điện tử đã, đang

và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả trong hầu hếtcác lĩnh vực khoa học kỹ thuật cũng như trong đời sống con người

Việc ứng dụng các linh kiện bán dẫn đã phần nào giảm bớt được giá thành sản phẩmbằng các linh kiện rời Ứng dụng môn kỹ thuật số vào thiết kế các bộ phận thiết thựchằng ngày giúp chúng ta hiểu được môn kỹ thuật số làm gì và được ứng dụng vàođâu

Đồng hồ là một thiết bị rất cần thiết mà hầu như bất cứ ai cũng phải dùng tới nó Mộtchiếc đồng hồ cơ, xem giờ bằng cách nhìn vào kim chỉ ở vạch chia thời gian sẽ gâykhó khăn cho người mới bắt đầu sử dụng Nhưng đối với đồng hồ số, thời gian đượchiển thị rõ ràng bằng các chữ số sẽ dễ dàng sử dụng hơn

B LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT SỐ

1 Điện trở:

a Cấu tạo: Được cấu tạo bằng nhiều chất khác nhau, giá trị của điện trở thay đổi phụ

thụộc vào tỷ lệ pha trộn các tạp chất Điện trở có nhiệm vụ hạn dòng điện đi qua nó.Công thức tính điện trở :

R= U\I R: Là giá trị điện trở, đơn vị là ohm (Ω)

I : Là cường độ dòng điện, đờn vị là ampe (A)

U: Là hiệu điện thế, đơn vị là (V)

Trị số điện trở: phụ thuộc vào các dòng điện màu trên nó

b Ký hiệu:

c phân loại theo cấu tạo :

Điện trở than: Dùng bột than và phụ gia nung ép dính lại, có trị số điện trở từ vài Ω

đến vài chục ngàn Ω, công xuất 1/8W đến vài W

Điện trở màng kim loại: Làm bằng chất Niken Crôm có trị số ổn định hơn điện trở

than, công xuất thường là 1/2W, giá thành cao

Điện trở oxit kim loại: Dùng chất oxit và thiết, nó chịu được nhiệt độ và độ ẩm cao.

Công xuất điện trở thường là 1/2W

Điện trở dây quấn: Dùng các loại hợp kim để chế tạo các loại điện trở cần trị số nhỏ

hay cần dòng điện chịu đựng cao Công suất điện trở của dây quấn từ vài W đến vàichục W

2 Tụ điện:

a.Cấu tạo và kí hiệu :

Gồm 2 bản cực đặt song song ở giửa là chất điện môi cách điện,lớp môi này được làm tên gọi cho tụ điện

Mỗi số nhị phân là một bit

Một số nhị phân 8 bit gọi là một byte

Số nhị phận nhỏ nhất là số với n bit điều bằng 0

Số nhị phận lớn nhất là số với n bit điều bằng 1

c.Hệ thống số hexa:

Là hệ thống có 16 con số 0,…,9, A,B,C,D,E,F, có cơ số là 16

d.Hệ thống mã:

Mã BCD chính là mã nhị phân bỏ đi 6 trạng thái cuối

Ngoài ra còn có các mã Gray, mã quá 3,… nhưng ở đây chỉ dùng mã BCD đơn giản nhất để thuận lợi cho việc chuyển từ nhị phân sang thập phân và ngược lại

1.Định nghĩa : Flip Flop (FF) là phần tử có khả năng lưu trữ 1 trong 2 trạng thái 0 hay

1 Được cấu thành từ 1 nhóm logic Mặc dù cổng logic tự thân không có khả năng lưu trữ, nhưng nó có khả năng nối nhiều cổng lại với nhau theo cách thức cho phép lưu trữ được thông tin Mỗi sự sắp xếp khác nhau sẽ tạo ra các FF

3 Vẩn chuyển :

Hoạt động:Các hệ thống số có thể hoạt động theo các dạng các sau:

− Dạng bất đồng bộ (trực tiếp): ngõ ra của mạch logic có thể thay đỗi bất kỳ lúc nào khi có một hay nhiều ngã vào thay đỗi Khi S hay Pr bị tác động sẽ làm cho ngõ ra Q=1, còn kích thích ngõ vào R hay CLR sẽ đưa ngõ ra Q=0

− Dạng động bộ: Khi ngõ đồng bộ bị kích thích ngõ ra chưa thay đổi trạng thái ngay mà còn đợi khi có tac động của xung đồng bộ đưa vào thì ngõ ra mới bị ảnh hưởng

Q Q

FF

Kích cạnh lên

Kích cạnh xuống

1 Flip Flop RS(còn gọi là mạch chốt Nand

a.ký hiệu:

b.cấu tạo:

Cấu tạo của Flip Flop RS lắp bằng cổng NAND

c Nguyên lý hoạt động :

FF RS chỉ có ngõ điểu khiển trực tiếp, không có điều khiển đồng bộ (CLK) Ký hiệu

ở trên cho biết 2 ngõ R và S đều bị tác động ở mức thấp (cả 2 đầu vào set và Presetthường nghỉ ở trang thái cao, một trong hai đầu sẽ kích xuống thấp bất cứ mức nào tamuốn thay đổi đầu ra mạch chốt)

Khi trang thái S=0, R=0: sẽ làm Q=1, Q=1

Trường hợp này gọi là trạng thái cấm vì sai qui luật của FF:

Ngõ R giử nguyên trang thái R = 1

Vậy khi S = 0, R = thì : điều kiện này luôn đẩy đầu ra đến trang thái Q = 1 và tiếp tụcduy trì trạng thái đó thậm chí sau khi set chuyển lên mức cao (=1) Đây gọi là thiếtlập mạch chốt tức FF

Hai đầu S, R nghĩ ở trạng thái cao:

+ Giải sử trạng thái của ngõ ra Q = 0, Q = 1

Với Q = 0, 2 đầu vào Nand 2 là 0 và 1 làm Q = 1 ⇒ làm cho Nand 1 có cả 2 đầu vàobằng 1 ⇒ Q = 0 trùng với trang thái giải sử ban đầu

+ Giả sử trạng thái của ngõ ra Q = 1, Q=0

Mức cao từ đầu ra Nand 1 cho mức thấp tại đầu ra Nand 2, mức này giử cho đầu ra Nand 1 luôn ở mức cao.

Vây S = R = 1: điều kiện này là trạng thái nghĩ bình thường và nó không ảnh hưởng đến trạng thái đầu ra Đầu ra Q và Q sẽ duy trì ở bất kỳ trạng thái nào chúng có được trước khi

áp dụng iều kiện đầu vào này.

1 1 Q 0 Q 0 Không đổi trạng thái

2.Flip Flop RST (FF có xung CK):

S

R

Q Q

R Ck S

U1D

U1C

U1B U1A

Mạch lái xung Mạch chốt Nand

Cấu tạo Flip Flop RST(FFco1 xung CK)

3

4

2 OUT 4

Không đổi trạng thái Q = Q0

Q = 1

Trạng thái cấm S

R

CK

Ban đầu tất cả các ngã vào đều bằng 0 và đầu ra Q được cho bằng 0, tức Q0 = 0Khi có cạnh lên (tại điểm a) của xung Ck tác động, cả 2 đầu vào đều bằng 0,nên FF không bị ảnh và vẩn duy trì ở trạng thái Q = 0 (nghĩa là Q = Q0 )

Khi có cạnh lên của CK tại điểm b và R = 1, S=0 ⇒ Q = 0

Khi có cạnh lên của CK tại diểm c và R = 0, S=1 ⇒ Q = 1

Khi có cạnh lên của CK tại diểm d và R = 1, S=0 ⇒ Q = 0

b.Cấu tạo

Q Q

Q CK

S

J

U2B U2A

U1B U1A

Q = 1 Y 4 = 1 = R

Q = 1 Y 3 = 1 = S

Q = 0 Y4 = 0 = R

Sơ đồng mạch bên trong của FF JK

Không đổi trạng thái Q = Q 0 , Q = Q 0

Q = 0 , Q = 1

Q = 0 , Q = 1 Kết quả đúng, trạng thái giải sử sai

Q = 1 , Q = 0

Q = 0 , Q = 1 Kết quả đảo ngược lại trạng thái giải sử ban đầu

Trường hợp: 3

J = 1 Y3 = J Q = 1 Q = Q

K = 0 Y4 = K Q = 0 Q = 1Giả sử: Q = 0 Y3 = 0 = S

Q = 1 Y4 = 1 = R

Q = 1 Y3 = 1 = S

Q = 0 Y4 = 1 = RNhận xét:

Flip Flop JK đồng bộ, FF mà bị kích thích ở cạnh lên của xung nhịp Đầu vào J, K điều khiển trạng thái FF theo cùng cách đầu vào S, R đã làm đối với FF SRT đồng bộngồi trừ một điểm khác nhau chính là điếu kiện J = K =1 khơng cho kết quả mơ hồ

ở đầu ra (trạng thái cấm) mà FF ở điều kiện này luơn đạt đến trạng thái ngược lại của

nĩ khi xung nhịp chuyển trạng thái đi lên

Ở FF JK tác động cạnh xuơng, hoạt động tương tụ như JK tác động cạnh lên nhưng j

K chỉ ảnh hưởng đến Q và Q khi cĩ CK cạnh xuống (từ mức 1 đến mức 0)

Nhận xét: Bảng trạng thái của Flip Flop T chính là bảng trạng thái của FF JK

với 2 trạng thái 1 và 4

a/ Nguyên lý hoạt động:

Q sẽ tuần tự thay đổi trạng thái khi có tác động của xung CK

Ứng dụng:

· Flip Flop T được dùng để chia đôi tần số

· Tạo ra sóng vuông cân xứng có thời gian mức 1 bằng với thời gian ởmức 0 từ một xung không cân xứng

5 Giải mã BCD thành mã 7 đoạn:

1 Cấu trúc led 7 đoạn:

Led 7 đoạn được xây dựng từ các led đơn:

f

a b

c d e g

1 2 3 4 5

10 9 8 7 6

Có 2 loại led 7 đoạn:

Loại Anode chung:

Các anode của 8 led nối chung, các kathode thì độc lập

Khi sử dụng thì anode thì nối lên mức cao thì đoạn led tương ứng sáng, nếu kathode

ở mức cao thì đoạn led tương ứng tắt

Sử dụng IC giải mã 7447

Loại kathoad của 8 led nối chung, các anode thì độc lập

Khi sử dụng thì kathode nối xuống mức thấp thì đoạn led tương ứng sáng, nếu anode

ở mức cao thì đoạn led tương ứng tắt

Ở mạch đồng hồ số thì em sử loại Anode để hiện thị

2 Giải mã led 7 đoạn:

a/ Khảo sát mạch giải mã led 7 đoạn loại anode chung:

Chân anode nối lên mức cao

Đoạn nào sáng tương ứng mức L

Đoạn nào tối tương ứng mức H

Bảng trạng thái: IC74LS90

( sửa QA… thành Q0… )

Hàm Logic

Đây là hệ đếm thập phân gồm 1 bộ đếm 2 (Q 0 ) và một hệ đếm 5 (Q 1 ,Q 2 ,Q 3 ) trong đóMSB là Q 3 và LSB là Q 0 Chân có kí hiệu NC là chân không dùng đến

Hoạt động:

Khi MR1 = MR2 = 1 thì bộ đếm được xóa và các ngõ ra Q 0 Q 0 Q 0 Q 0 đều ở mức 0

Khi MS1 = MS2 = 1 bộ đếm được đặt trước trạng thái số đếm

CK0 : Ngõ xung vào cho hê đếm 2

CK1 : Ngõ vào hệ đếm 5

Nếu nối Q 0 với CK0 thì IC74LS90 đếm đến 10

Để IC74LS90 đếm thì MR1 ,MS2 , không dùng ở mức cao và MS1 , MS2 nhất thiết phải

có một đầu ở mức thấp Đây là IC74LS90 sử dụng xung CK tác động cạnh xuống

2.Khối giải mã:

a IC 74LS47:

Mạch giải là mạch có chức năng ngược lại với mạch mã hoá Mục đích sửdụng phổ biến nhất của mạch giải mã là làm sáng các đèn để hiển thị kết quả ở dạngchữ số Do có nhiều loại đèn hiển thị và có nhiều loại mã số khác nhau nên có nhiềumạch giải mã khác nhau

Ví 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 anod chung hay catod chung) để làm các đèn cầnthiết 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 thúc trực tiếp các đèn led 7 đoạn loạianod chung.

Chân 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

b.Sơ đồ logic

c.Bảng trạng thái:

d.Phương trình ngõ ra:

ở trong mạch đồng hồ số này sử dụng IC74LS47

Ngõ n vào xoá BI được để không hay nối lên mức 1 cho hoạt động giải mã bìnhthường 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 o thừaphía sau số thập phân hay số 0 trước số có nghĩa) Khi RBI và các ngõ vào D, C, B,

A ở mức 0 nhưng ngõ vào LT ở mức 1 thì các ngõ ra đều tắt và ngõ vào xoá dợnsóng RBO xuống 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 đèn ledhiển thị lên các số như ở hình bên dưới Chú ý là khi mã số nhị phân vào là 1111=

1510 thì đèn led tắt

3.Khối tao xung

a.IC 555

Hình dạng và sơ đồ chân:

Chân 1: Nối mass

Chân 2: Trigger Input ( ngõ vào xung nảy)

Chân 3: Output ( ngõ ra)

Chân 4: Reset (đặt lại)

Chân 5: Control Voltage (điện áp điều khiển)

Chân 6: Threshold (thềm- ngưỡng)

Chân 7: Discharge ( xả điện)

Chân 8: Nối Vcc

Sơ đồ cấu trúc bên trong:

Khi mới cấp nguốn Vcc, tụ bắt đầu nạp từ 0V lên:

=> Q = 1, Q= 0 → =V0 1 : led sáng, FF không thay đổi trạng thái.

Khi điện áp trên Vc tăng > 2/3Vcc, thì:

OP_AMP 1 có: V in+>V in− => R = 1

OP_AMP 2 có: V in+<V in− =>S = 0

=> Q = 0, Q= 1 → =V0 0 : led tắt.

Do Q = 1 nên Q2 dẫn bão hoà làm chân 7 ≈ 0V, làm tụ C không được nạp mà

xả điện qua R2, qua tiếp giáp CE của Q2 và xuống mass

Tụ xả với hằng số thời gian là:

4.Khối nguồn

sơ đồ chân IC7805:

chân 1: Input ngõ vào

chân 2: Common nối mass

chân 3: Output ngõ ra

Nguyên lý hoạt động:

Nguồn điện lưới khi qua biến áp thành nguồn 12V AC Sau đó qua bộ nắn dòng toàn

kỳ thành nguồn DC qua bộ ổn áp (IC7805) cho ra nguồn 5VDC ổn định để cấp cáckhối cho mạch

2.Nhiệm vụ từng khối:

Khối nguồn:

- Nguồn AC được chỉnh lưu toàn kỳ, sau đó được nắn điện

- Khối nguồn có nhiệm vụ cung cấp điện áp cho xung, khối đếm, giải mã, khối hiển thị

Khối tạo xung:

Tạo ra xung có tầng số 1HZ, để làm xung Clock cho mạch đếm giây của khối đếmKhối đềm:

Phần đếm giây: là mạch đếm 60 giây trong một phút (0-59)

Phân đếm phut: là mạch đếm 60 phút trong một thời gian(0-59)

Phần đếm giờ: mạch đếm 24 giờ trong một ngày(0-24)

3.Nguyên lý hoạt động:

Mạch tạo xung kích từ chân số 3 của IC4.3(IC555) của mạch tạo xung và xung này được đưa đến chân 14 của IC3.6(IC74LS90) giây Ngõ ra xung của 74LS90 ở chân

A

Q , Q B, Q C, Q D được đưa đến ngõ vào của IC giải mã 74LS47

Đối với 2 IC giây thì mạch này sẽ em sẽ bỏ đi phân giải mã, Chân R0(1) và R(0)2 được nối chung lại và được đưa lên chân Q B, Q C của IC3.5 và đồng thời Chân R0(1) được nối lên chân số 14 IC3.4(IC phút) , IC3.6 sẽ đếm 09, sau khi đếm hết 9 xung

sẽ tràn IC3.5 đếm lên 1 Tức là có 10 giá trị, Sau đó IC3.5 tiếp tục đếm từ 0 đến 9 và tiếp tục cấp xung cho IC2 tăng lên 2, 3,… Khi IC3.6 đếm đến 9 và IC3.5 đếm đến 5 chuyển sang 6 thì reset về 0 nhờ chân số 8 IC3.5 nối vào R(0)1 reset về 0 Chân R0(1) sẽ tràn qua chân 14 làm cho mạch phút IC3.4 đếm lên một đơn vị

Đối với IC đếm phút (IC3.4 và IC3.3): khi IC3.4 nhận được xung nó lại đếm như IC đếm giây đến giá trị 59 Vì lấy xung từ IC đếm giây nên khi mạch đếm giây đếm đến

59 thì mạch đếm phút mới nhận được một xung Khi cả IC đếm giây và đếm phút đềuđếm đến giá trị 59 thì tất cả 4 IC cũng được reset về 0, đồng thời mạch đếm phút cấp cho IC3.2 của IC đếm giờ một xung IC 3.2 đếm lên một đơn vị

Đối với IC đếm giờ (IC3.2 và IC3.1): Khi IC3.3 nhận được một xung thì nó cũng bắt đầu đếm lên Khi IC đếm đến 9 thì cấp xung cho IC6 đếm, khi hai IC đếm giờ đếm đến 23 và tại thời điểm sang 24 là lúc cả hai IC được reset Vì số nhị phân tương ứng của 2 là Q3,Q2,Q1,Q0 = 0010, của 4 là Q3Q2Q1Q0 = 0100 nên ngõ ra Q1 của IC đếm giờ ( đếm hàng chục) và ngõ ra Q2 của IC đếm giờ (đếm hàng đơn vị) được đưa vào Chân R0(1) để thực hiện reset về 0

CHƯƠNG III : KẾT LUẬN

a Về khả năng ứng dụng:Qua thời gian thực hiện đề tài, chúng em đã tự đúc kết ra

những kinh nghiệm quý báu về lĩnh vực kỹ thuật số.Mặc dù đã cố gắng tham khảo tài liệu, song do thời gian thực hiện đề tài không nhiều cộng với vốn kiến thức và kinh nghiệm kỹ thuật số, và mạch cao tần vẫn còn hạn chế nên đề tài vẫn chưa đạt được hết những yêu cầu đặt ra và không thể tránh được những thiếu sót

b Về đặc tính kỹ thuật:

Ưu và khuyết điểm:

+ Ưu điểm:Do được hiển thị bằng led 7 đoạn nên được sử dụng ở nơi có ánh sáng không tốt Linh kiện dùng để thiết kế thông dụng và được bán rộng rãi trên thị trường

+ Khuyết điểm:Cồng kềnh Không thuận lợi trong sử dụng Dể bị hư hỏng khi có

sự va chạm hoặc điện áp khong ổn định Các IC dể bị hư hổng khi thi công Không có nhiệu chức năng như đồng hồ khác

 Nên chính vì thế hiện nay con người đã đi đến một hướng giải quyết khác dùng Vi điều khiển, hoặc dung những chip vi mạch có độ tích hợp cao Để khắc phục những khuyết điểm trên

*TÀI LIỆU THAM KHẢO:

Sách tham khảo: kỹ thuật số

Và một số trang web:WWW.ALLDATASHEET.COM

WWW.EBOOK.EDU.VN

WWW.TaiLieu.VN ………