* Khi tổng hợp mạch logic tổ hợp ta cần tuân thủ các bước dưới đây: thái, là bảng giá trị các biến ra tương ứng với tong tổ hợp của các biếnvào.. Nhưng cũng có những trường hợp với một s
Khái quát
Mạch logic tổ hợp là loại mạch mà giá trị logic của tín hiệu đầu ra không bị ảnh hưởng bởi trạng thái trước đó của mạch Thay vào đó, giá trị này hoàn toàn được xác định bởi các tín hiệu đầu vào tại thời điểm hiện tại.
* Khi tổng hợp mạch logic tổ hợp ta cần tuân thủ các bước dưới đây:
Lập bảng chức năng logic cho mạch, hay còn gọi là bảng chân lý, là quá trình tạo ra bảng trạng thái thể hiện giá trị của các biến ra tương ứng với tất cả các tổ hợp của các biến vào.
- Từ bảng trạng thái xác định biểu thức hàm logic hoặc bảng Các nô.
- Tiến hành tối thiểu hoá hàm logic và đưa về dạng thuận lợi để triển khai hàm thông qua các mạch logic cơ bản.
Các phương pháp tối thiểu hoá hàm logic
- Tối thiểu hoá hàm logic bằng cách sử dụng các định luật cơ bản của đại số logic.
- Tối thiểu hoá hàm logic bằng biểu đồ Các nô.
Tổng hợp hàm logic ràng buộc
Khái niệm về hàm logic ràng buộc
Hàm số n biến có 2^n tổ hợp biến, với mỗi tổ hợp tương ứng có giá trị 1 hoặc 0 Tuy nhiên, có những trường hợp mà một số tổ hợp biến không xác định được giá trị của hàm số theo một điều kiện nhất định.
-Phần tử ràng buộc hay số hạng ràng buộc là tổ hợp biến tương ứng với trường hợp hàm số không xác định, số hạng ràng buộc luôn bằng 0.
-Điều kiện ràng buộc là biểu thức logic tạo bởi tổng các phần tử ràng buộc Vậy điều kiện ràng buộc cũng luôn bằng 0.
-Hàm logic ràng buộc là hàm số logic xác định với điều kiện ràng buộc.
-Tối thiểu hoá hàm logic ràng buộc có 2 cách: tối thiểu hoá bằng công thức hoặc bằng bảng các nô.
Bộ mã hoá và bộ giải mã
Hệ chuyển mã là một hệ thống giúp hai hệ thống khác nhau tương thích, mặc dù chúng sử dụng hai mã nhị phân khác nhau Hệ này có số lượng ngõ vào và ngõ ra tương đương nhau.
-Hệ giải mã là hệ chuyển mã có nhiệm vụ chuyển từ số nhị phân cơ bản n bit ngõ vào sang mã nhị phân 1 trong m ở ngõ ra.
Khi các giá trị i được đưa vào tổ hợp, ngõ ra Yi sẽ có giá trị tích cực, trong khi các ngõ ra khác sẽ không tích cực Có hai dạng tích cực: mức cao và mức thấp.
*Giải mã số BCD sang mã LED 7 thanh:
Led 7 thanh: là loại đèn LED ding để hiển thị các số thập phân (từ 0 đến 9).
Các số thập phân được hiển thị bởi LED 7 thanh
-Ngoài ra LED 7 thanh còn hiển thị được 1 số chữ cái và các kí tự đặc biệt.
* Có 2 loại LED 7 thanh: Anot chung và Katot chung.
LED Katot chung và 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 dung hệ giải mã cho led 7 thanh anode chung.
Các hiển thị tương ứng của LED 7 thanh với lần lượt các đầu vào:
*Phương trình logic a DCBA CA b C BA CB A C B ( A ) c CB A
( ) d C BA C B A CBA C BA C B A e CB A f BA CB DCA g DC B CBA
Kết quả cho thấy có thể kết hợp các cổng logic để tạo mã cho LED 7 thanh Bài viết này sẽ sử dụng IC 74LS47 để thực hiện việc giải mã cho LED 7 thanh.
Khái niệm mạch dãy
Mạch dãy là loại mạch logic có khả năng lưu trữ thông tin, được cấu thành từ các mạch lật và các mạch cơ bản Các biến ra của mạch không chỉ phụ thuộc vào tổ hợp biến vào mà còn bị ảnh hưởng bởi trạng thái hiện tại của mạch.
Thanh ghi và thanh ghi dịch
Thanh ghi là một dãy mạch nhớ có nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu và chuyển đổi dữ liệu số giữa định dạng nối tiếp và song song Mỗi mạch lật trong thanh ghi chỉ có khả năng lưu giữ một bit dữ liệu Do đó, độ dài của thanh ghi tính bằng số bit cần thiết sẽ tương ứng với số lượng mạch lật được tạo ra.
Bộ đếm
Bộ đếm nối tiếp và bộ đếm song song
-Bộ đếm nối tiếp xung đếm chỉ đưa vào một FF.
-Bộ 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 đếm 8
Xét hệ đếm nối tiếp 3 bit:
Bộ đếm bất kì
- Gọi N là số trạng thái của 1 hệ đếm bất kì
VD: thành lập hệ đếm 6 đếm lên.
Ta có: 2 2 < 6 < 2 3 sử dụng 3FF.
Ghép các hệ đếm
-Có hai hệ đếm N và M, ta có thể ghép nối tiếp thành hệ đếm có N*M trạng thái.
- Đặt xung clock vào bộ đếm M
- Lấy tín hiệu từ bit có trọng số cao nhất của bộ đếm M làm xung clock cho bộ đếm N.
VD: Hệ đếm 10 ghép với hệ đếm 6 thành hệ đếm 60
Nguyên lý tạo dao động
Các vấn đề chung
Mạch dao động là một loại mạch điện tử phát ra tín hiệu theo chu kỳ, được phân loại thành mạch dao động hình sin (dao động điều hoà) và mạch dao động tạo xung Các mạch này có khả năng tạo ra tín hiệu với tần số từ vài Hz đến hàng nghìn MHz.
Các mạch dao động sử dụng các phần tử tích cực như tranzitor (bao gồm loại lưỡng cực và FET), đi ốt tuy nen, mạch tích hợp KĐTT, hoặc các mạch tích hợp với các chức năng khác.
Các tham số cơ bản của mạch dao động gồm: tần số tín hiệu ra, cụng suất ra và hiệu suất của mạch
Ta thường gặp các nguyên tắc dao động như: tạo dao động bằng hồi tiếp dương và tào dao động bằng phương pháp tổng hợp mạch.
Điều kiện dao động
Sơ đồ khối mạch dao động được mô tả trong hình 1.1 bao gồm các tín hiệu phức: X' I là tín hiệu vào, X' O là tín hiệu ra, và X' F là tín hiệu phản hồi.
Hình 1.1: Mô tả cách xác định điều kiện dao động
- Khối 1: khối khuếch đại có hàm truyền đạt dạng phức:
Với K là mô đun của hàm truyền đạt khối khuếch đại và ỏK là góc pha đầu của hàm truyền đạt khối khuếch đại, khối 2 là khối hồi tiếp đại có hàm truyền đạt dạng phức.
-Với KF là mô đun hàm truyền đạt khối phản hồi và ỏF là góc pha đầu hàm truyền đạt khối phản hồi.
Giả định tín hiệu vào dạng phức là X ’ I với tích các hệ số khuếch đại vòng K’K ’ F = 1, thì tín hiệu phản hồi và tín hiệu vào có biên độ và pha bằng nhau, tức là X ’ F = X ’ I Do đó, hai điểm a và a ’ có thể được nối với nhau mà không làm thay đổi tín hiệu ra.
Mạch tạo dao động có thể phát tín hiệu ra mà không cần kích thích đầu vào, do đó, điều kiện cần thiết để duy trì dao động là tích các hệ số khuếch đại dạng phức trong vòng kín phải bằng 1.
Có thể tách điều kiện (1.1) ra làm 2 biểu thức: Điều kiện cân bằng biên độ: KKF = 1 Điều kiện cân bằng các góc pha: α K + α F = 2ðn với 0,+1,-1,…
Kết luận
Mạch dao động là một loại mạch khuếch đại tự điều khiển, sử dụng phản hồi dương để tạo ra dao động Năng lượng cần thiết cho quá trình dao động được cung cấp từ một nguồn điện một chiều.
Mạch dao động cần đảm bảo cân bằng biên độ và pha, với ít nhất một phần tử tích cực để chuyển đổi năng lượng một chiều thành xoay chiều Để duy trì biên độ dao động ổn định ở trạng thái xác lập, mạch cũng cần có một phần tử phi tuyến hoặc một khâu điều chỉnh.
PHẦN II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG
*Nhiệm vụ của các khối.
-Khối tạo xung:IC 555-Tạo xung vuông với T=1s.
-Mạch đếm:+IC4017:dùng để đếm số giây điều khiển đèn led.
+IC74Ls90:dùng để đếm số xung để hiển thị ra led 7 thanh.
Mạch đếm giây dùng IC74ls90
Mạch tạo xung Mạch đếm dùng IC4017
Hiển thị bằng led đơn
-Khối giải mã:Gồm các IC74ls47để giải mã BCD và đưa ra khối hiển thị.
-Khối hiển thị:+led 7 thanh:dùng để hiển thị số xung đếm được.
+led màu:hiển thị tín hiệu điều khiển giao thông.
Nút ấn dùng để reset và thay đổi thời gian.
Khối tạo xung
IC 555
IC NE 555 là IC có ứng dụng rộng rãi IC 555 có 8 chân, sơ đồ cho thấy công dụng của các chân theo tên như sau:
Chân 1 (GND): chân cho nối mass để lấy dòng
Chân 2 (Trigger): Chân so áp với mức điện áp chuẩn là 1/3 mức nguồn
Chân 3 (Output): chân ngõ ra
Chân 4 (Reset): Chân xác lập trạng thái nghỉ
Chân 5 (Control Voltage): Chân làm thay đổi mức điện áp chuẩn trong IC555. Chân 6 : chân so áp với mức áp chuẩn là 2/3 mức nguồn
Chân 7: chân có khoá điện đóng masse, thường dùng cho tụ xả điện.
Chân 8: chân nối vào đường nguồn V+ IC 555 làm việc với mức nguồn từ 3 đến 15V
-Nguyên lý làm việc của IC 555.
Trong IC 555, có hai tầng so áp Tầng so áp dưới nhận điện áp vào trên chân 2 với mức ngưỡng 1/3VCC, và ngõ ra của nó tác động vào chân Set của Flip Flop Tầng so áp trên nhận điện áp vào trên chân 6 với mức ngưỡng 2/3VCC, và ngõ ra của nó tác động vào chân Reset của Flip Flop Do đó, trạng thái của Flip Flop sẽ phụ thuộc vào tín hiệu vào trên chân 2 và 3.
-Nếu mức áp chân 2 xuống thấp hơn 1/3VCC thì ngõ ra trên chân 3 sẽ tăng lên mức ap cao.
-Nếu mức áp trên chân 6 lên cao hơn 2/3VCC thì ngõ ra trên chân 3 xuống mức áp thấp.
-Khi chân 3 ở mức áp cao thì transistor T1 sẽ ngưng dẫn.
-Khi chân 3 ở mức áp thấp thì transistor T sẽ bão hoà.
Khi chân 4 ở mức thấp và chân 3 bị chốt ở mức áp thấp, chân 3 chỉ có thể biến đổi theo Flip Flop khi chân 4 đạt mức áp cao Do đó, trong các mạch dao động, chân 4 thường được kết nối với nguồn cao.
Thông thường trong mạch dao động ta có công thức tính thời gian ngưng dẫn của transistor là:
Thời gian ngưng dẫn ở mức áp cao cũng là lúc tụ C2 nạp dòng qua R1+R2:
Thời gian ngưng dẫn ở mức áp thấp cũng là lúc tụ C2 xả dòng qua R2:
Khối đếm
Các chân 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, và 11 của CD4014 tương ứng với 10 xung đầu ra Những chân này sẽ xuất ra mức 1 khi số xung được đếm tương ứng với thứ tự của các chân đầu ra.
+ Chân 15 là chân Reset Khi chân này tác động ở mức 1 thì đếm sẽ bị Reset về đầu.
+ Chân 14 là chân xung đầu vào và đếm ở sườn dương.
+ Chân 13 là chân xung đầu vào và đếm ở sườn âm. khi CD4017 đếm từ 1 đến 5 thì chân 12 ở mức 1 và CD4017 đếm từ 6 đến 10 thì chân 12 ở mức 0).
+ Chân 8 và 16 là chân nguồn
CD4017 là một bộ đếm, hoạt động dựa trên xung đầu vào Khi xung đầu vào ở mức dương, xung đầu tiên được đếm, và khi xung xuống mức âm, chân 1 vẫn giữ trạng thái ở mức 1 Khi xung đầu vào tiếp theo xuất hiện, xung thứ hai được đếm, trong khi xung đầu tiên mất trạng thái và xuống mức âm Quá trình này tiếp tục cho đến khi đạt 10, đánh dấu kết thúc một chu kỳ đếm và bắt đầu chu kỳ mới.
-Nhìn vào bảng đếm để đếm tới 10 thì chân Reset luôn phải ở mức 0 và chân 13 phải ở mức âm.
-Bốn chân thiết lập: MR1, MR2, MS1, MS2
Khi MR1 và MR2 đều được đặt bằng 1, bộ đếm sẽ được reset về 0 và các đầu ra sẽ ở mức thấp MS1 và MS2 là các chân thiết lập trạng thái cao của đầu ra, với QA và QD đều bằng 1.
-NC là chân bỏ trống.
-IC 7490 gồm 2 bộ chia là chia 2 và chia 5;
-Bộ chia 2 do Input CKA điều khiển đầu ra QA.
-Bộ chia 5 so Input CKB điều khiển đầu ra QB, QC, QD.
-Đầu vào CKA, CKB tích cực ở sườn âm.
-Để tạo thành bộ đếm 10 ta nối đầu ra QA vào chân CKA để tạo xung kích cho bộ đếm 5 QA, QB, QC, QD là các đầu ra.
-Sơ đồ logic và bảng trạng thái:
-Bảng trạng thái của IC 74ls90:
-Sơ đồ đầu ra QA, QB, QC, QD.
Khối giải mã
IC 74ls47 là loại IC giảI mã BCD sang led 7 thanh Mạch giải mã BCD sang led
Mạch giải mã 7 đoạn là một hệ thống phức tạp, yêu cầu nhiều ngõ ra để điều khiển các đèn hiển thị số hoặc ký tự IC 74LS47 là loại IC hoạt động ở mức thấp, có ngõ ra cực thu hở và khả năng nhận dòng đủ cao, cho phép kết nối trực tiếp với các đèn LED 7 đoạn loại anode chung.
-Hình dạng và sơ đồ chân:
Chân 1: BCD B Input Chân 2: BCD C Input
Chân 3: Lamp Test Chân 4: RB Output
Chân 5: RB Input Chân 6: BCD D Input
Chân 7: BCD A Inputv Chân 8: GND
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
-Sơ đồ logic và bảng trạng thái:
BI/RBO được nối theo kiểu điểm AND bên trong IC và được dùng như ngõ vào xoá và/hoặc ngõ ra xoá dợn sang.
Ngõ vào BI cần được để hở hoặc duy trì ở mức cao để thực hiện giải mã cho số ra Đối với ngõ vào xoá dợn, cần để hở hoặc ở mức cao khi muốn đọc số 0.
Khi giảm ngõ vào BI xuống thấp, ngõ ra sẽ tăng lên 1 bất chấp ngõ vào còn lại Điều này cho thấy IC hoạt động dưới điều kiện bị ép buộc, và đây là trường hợp duy nhất mà BI đóng vai trò là ngõ vào.
IC 74LS47 là một IC tác động mức thấp, trong đó các ngõ ra ở mức 1 sẽ tắt và ở mức 0 sẽ sáng Điều này tương ứng với các thanh a, b, c, d, e, f, g của đèn LED 7 đoạn loại anode chung, và trạng thái ngõ ra cũng phản ánh các số thập phân tương ứng.
Ngõ vào xoá BI cần được để ở mức không hoặc nối lên mức 1 để đảm bảo hoạt động giải mã bình thường Nếu nối lên mức 0, tất cả các ngõ ra sẽ tắt bất kể trạng thái của chúng Ngõ vào RBI cũng cần để ở mức không hoặc nối lên mức 1 để thực hiện việc xoá số 0.
D, C, B, A ở mức thấp nhưng ngõ vào LT ở mức 1 thì các ngõ ra đều tắt và ngõ vào xoá RBO xuống mức thấp.
+Khi ngõ vào RI/RBO nối lên mức 1 và LT ở mức 0 thì ngõ ra đều sáng.
Khi mã số nhị phân 4 bit có giá trị thập phân từ 0 đến 15, đèn LED sẽ hiển thị các số tương ứng như trong hình bên dưới Đặc biệt, khi mã nhị phân đầu vào là 1111, kết quả hiển thị cũng sẽ được chú ý.
Khối hiển thị
Led đơn sử dụng ba loại màu: xanh, đỏ và vàng Anot của led được kết nối với xung ra tương ứng của IC 4017, trong khi phần katot được nối với nguồn âm.
Màn hình LED 7 thanh loại anode chung sử dụng đầu ra của IC 74LS47 với mức tích cực là 0 Trong loại anode chung, anode của đèn được kết nối với +5V, và để làm sáng đoạn nào, ta nối đầu cathode của đoạn đó xuống mức thấp thông qua điện trở để hạn dòng.
*Chân 3 và chân 8 là VCC nên nối lại với nhau.
DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG
Mạch chung
PHẦN IV:NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG
I.Phần điều khiển thời gian sáng của đèn.
Xung với T=1s được tạo ra từ IC 555, ngõ ra từ chân số 3 đến chân Clock vào chân số 14 của U2 Từ chân số 12, ta nhận được xung ra với Ts, kích vào chân Clock số 14 của U3 U2 đếm lần lượt từ các chân số 3, 2, 4, 7, 10, 1, 5, 6, 9, 11 và khi đến chân số 12, nó sẽ nhảy về 1 và tiếp tục đếm, tạo ra xung 10s tại chân số 12 Với xung clock vào U3 là 10s, ta có xung ra lần lượt tại các chân của IC này Lấy 2 xung đầu ở U3 tại chân 2, 3 và 5 xung đầu U2 qua U4, sau đó cho đầu ra đi qua U6, một đầu còn lại lấy xung ở chân số 4 của U3, ta sẽ có xung 25s Tín hiệu từ đầu ra của U3 được đưa vào Anot của X_1 Tiếp tục, lấy 5 xung tiếp theo ở IC4017 thứ nhất qua U5, rồi qua U7, và lấy xung ở chân số 4 của U3 để có xung 5s từ đầu ra của U7, kích vào Anot của V_1 Sử dụng OR_4, ta kết hợp các xung vào U8 và xung từ U7 của đèn vàng, đầu ra của U9 được đưa vào Anot của Đ_2, tạo thời gian sáng của đèn là 35s Tiếp tục với các xung ở chân số 7, 10, 1 để điều khiển các đèn Đ_1, V_2, X_2 Cuối cùng, từ chân số 5 của U3 nối về chân số 15 của IC để reset khi IC đếm đến chân này, thực hiện lại chu kỳ như trước.
II.Phần hiển thị thời gian qua led 7 thanh.
Chúng tôi đưa xung từ chân số 3 của IC555 vào chân số 14 (chân clock) của U14 Sau khi xung được đếm, nó sẽ được chuyển qua bộ giải mã 7447 và hiển thị trên đèn LED 7 thanh có anot chung Đèn LED sẽ lần lượt hiển thị từ 1 đến 59, tương ứng với thời gian của một chu kỳ từ X đến V và Đ.