Chức năng: IC 74LS90 là IC đếm thường được dùng trong các mạch số đếm lên và trong+ Chân 3 R2: Cũng được sử dụng như một chân reset trong IC.. Nó sẽ xóa tất cả giá trị các đầu ra khi kết
Trang 1Chương 1: GIỚI THIỆU
Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển làm nền tảng thúc đẩy các ngành công nghiệp, nông nghiệp… cùng phát triển Việc ứng dụng những thành tựu của ngành kỹ thuật điện – điện tử sẽ giảm thời gian, giảm thiểu chi phí, nhất là hạn chế tai nạn lao động trong công nghiệp… Vì vậy, mạch điện tử có vai trò rất quan trọng trong dây chuyền sản xuất công nghiệp Để hạn chế tối đa thời gian, nhân lực và tăng độ chính xác trong việc đếm số sản phẩm trên một dây chuyền sản xuất công nghiệp từ đây mạch đếm sản phẩm được ứng dụng rộng và ngày càng được nghiên cứu sâu hơn Từ thực tiễn đó, nhóm em đã tìm hiểu và thi công về mạch đếm sản phẩm có đặt trước số đếm Từ kiến thức đã học, thực hành và sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn nhóm em đã hoàn thành đề tài “Khảo sát IC 74LS85, IC 74LS90 và IC 74LS87 Thiết kế mạch đếm lên từ số đặt trước bất kỳ đến số 9999”.
Trang 2Chức năng: IC 74LS90 là IC đếm thường được dùng trong các mạch số đếm lên và trong
+ Chân 3 (R2): Cũng được sử dụng như một chân reset trong IC Nó sẽ kích giá trị lớn nhất ở đầu ra Sử dụng kết hợp với chân 2.
+ Chân 4 (NC): Sử dụng để hình dáng dễ nhìn cho mạch PCB Không quan trọng
nó được đấu nối hay không vì nó sẽ không ảnh hưởng đến mạch.
Trang 3+ Chân 6 (R3): Được sử dụng như một chân reset trong IC Nó sẽ xóa tất cả giá trị các đầu ra khi kết hợp với R4.
+ Chân 7 (R4): Cũng được sử dụng như một chân reset Nó sẽ xóa tất cả các đầu ra khi kết hợp với R3.
+ Chân 8 (Qc): Là một chân đầu ra Nó là bit thứ hai của dữ liệu đầu ra 4 bit + Chân 9 (Qb): Cũng là một chân đầu ra Nó là bit LSB thứ hai (Bit có trọng số thấp thứ 2) của dữ liệu đầu ra 4 bit.
+ Chân 10 (GND): Là chân nối đất.
+ Chân 11 (Qd): Là bit đầu ra có trong số lớn nhất của dữ liệu đầu ra 4 bit.
+ Chân 12 (Qa): Là bit đầu ra có trọng số nhỏ nhất của dữ liệu đầu ra 4 bit.
+ Chân 13 (NC): Là chân không cần đấu nối Nó sẽ không ảnh hưởng đến vi mạch như chân 4.
+ Chân 14 (CLKA): Là chân đầu vào xung clock dùng để cấp xung clock cho MOD 2 của IC.
Cấu tạo bên trong IC 74LS90:
Bốn ngõ ra của IC được ký hiệu là QA, QB, QC và QD Thứ tự đếm của 7490
Trang 4hồ CLK chuyển từ logic 1 (mức CAO) sang logic 0 (mức THẤP) thì xem như có xung đồng hồ tác động vào mạch đếm.
Các chân ngõ vào bổ sung R1, R2, R3 và R4 là các chân RESET Khi các ngõ vào RESET R1 và R2 được kết nối với logic 1, thì mạch đếm sẽ bị RESET trở về 0 (0000) còn khi các ngõ vào R3 và R4 được kết nối với logic 1, thì mạch đếm được RESET về số
9 (1001) bất kể số đếm hoặc vị trị đếm hiện tại.
Bảng hoạt động Reset và đếm của IC 74LS90:
Trang 5Bảng trạng thái đếm cho 2 dạng mạch đếm trên:
2.1.2 IC 74LS47
Chức năng: Đây là IC giải mã kí giành riêng cho LED 7 thanh Anot chung Ứng dụng khi
ta cần hiện thị số trên LED 7 thanh trong mạch số mà không cần dùng vi xử lý hoặc muốn tiết kiệm chân.
Hình dạng và sơ đồ chân:
Trang 6+ Chân số 8 là chân nối đất (0V).
+ Chân số 16 là chân nguồn cung cấp (VCC).
+ Chân 1, 2 ,6, 7 là các chân tín hiệu vào BCD.
+ Chân 9, 10 ,11, 12, 13, 14, 15 là các chân đầu ra.
+ Chân 3,4,5 là các chân kiểm tra IC.
Chân LT (Lamp Test) được dùng để kiểm tra tình trạng hoạt động (sống hay chết) của các vạch , trong khi chân RB (Ripper Blanking) được dùng để tắt tất cả các vạch khi yêu cầu ở trạng thái không hiển thị số.
Nguyên lý hoạt động :
Như sơ đồ trên, trong đó A,B,C,D ( Nối với Vi xử lý, mạch số counter, ), BI/RBO, RBI, LT (chân điều khiển của 7447, tùy thuộc vào nhu cầu sẽ nối khác nhau), Chân QA, QB, QC, QD, QE, QF, QG nối lần lượt với chân a, b, c, d, e, f, g của led 7 thanh anot chung
Trang 7Mô tả cách thức hoạt động như sau:
PORT A, B, C, D : đầu vào của 7447, nhận các giá trị theo nhị phân (BCD) từ 0 tới
15, tương ứng với mối giá trị nhận được sẽ giải mã ra đầu ra Q tương ứng PORT QG: Nối trực tiếp LED 7 thanh với QA = a, QB = b, QC = c, QD = d, QE = e, QF = f, QG
QA-= g, giá trị hiển thị trên LED 7 thanh phụ thuộc vào giá trị đầu vào PORTA, B, C, D theo bảng sau:
2.1.3 IC 74LS85
Chức năng: 74LS85 là một máy đo độ lớn 4 bit để so sánh hai số 4 bit (A, B) , mỗi số có
4 đầu vào song song ( A0 – A3 , B0 – B3) ; A3, B3 là đầu quan trọng nhất Hoạt động không bị giới hạn đối với mã nhị phân , thiết bị sẽ hoạt động với bất kì mã đơn điệu.
Trang 8- Bước 2: so sánh a2 và b2 Nếu : +) a2 < b2 thì A < B +) a2 > b2 thì A > B +) a2 = b2 thì chuyển sang bước 3.
- Bước 3: so sánh a1 và b1
Trang 9Nếu: +) a1 < b1 thì A < B +) a1 > b1 thì A > B +) a1 = b1 thì chuyển sang bước 4.
- Bước 4: So sánh a0 & b0 Nếu: +) a0 < b0 thì A < B +) a0 > b0 thì A > B +) a0 = b0 thì A = B
Nhìn vào bảng chức năng của IC 74LS85 ta có thể thấy được hoạt động của mạch
Ở 8 trường hợp đầu mạch so sánh bình thường, lần lượt so sánh từ bit cao trước Khi tất cả các bit của 2 ngõ vào đều bằng nhau thì phải xét đến logic của các ngõ vào nối chồng (được dùng khi ghép chồng nhiều IC để có số bit so sánh lớn hơn) Logic ở các ngõ vào này thực ra là của các ngõ ra tầng so sánh các bit thấp (nếu có) Trường hợp ngõ vào
nối chồng nào lên cao thì ngõ ra tương ứng cũng lên cao Trường hợp các bít trước không
so sánh được thì các ngõ ra sau cùng đều thấp Trường hợp không có tín hiệu ngõ vào nối chồng thì tức là dữ liệu ngõ vào A và B khác nhau nên ngõ ra A < B và A> B đểu ở mức
cao Vậy để mạch so sánh đúng 4 bit thì nên nối ngõ nối chống A = B ở mức cao.
Trang 10Sơ đồ kết nối:
Trang 11Sơ đồ logic:
Trang 122.2 SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH THIẾT KẾ VÀ GIẢI THÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC KHỐI
Sơ đồ khối:
Nhiệm vụ các khối:
- Khối nguồn: có chức năng cấp nguồn cho toàn mạch hoạt động.
- Khối nhập số ban đầu: có chức năng nhập số đếm bắt đầu bất kỳ.
- Khối tạo xung:
+ Xung quan sát: Dùng mạch dao động đa hài tạo xung dao động có tần số 100Hz + Xung điểu khiển: Dùng mạch dao động đa hài tạo xung dao động có tần số cao lên đến 10kHz giúp mạch hiển thị trạng thái bắt đầu đếm khi số bắt đầu có giá trị lớn
- Khối đếm: là các FF nhận xung dao động để xử lý đưa ra tín hiệu mã hoá BCD
- Khối giải mã: giải mã BCD để đưa ra khối hiển thị.
- Khối hiển thị: hiển thị tín hiệu sau giải mã bằng led.
Khối giải mã
Khối đếm
Khối hiển thị
Khối tạo xung
Khối nhập số ban đầu Khối
nguồn
Trang 13Chương 3: THI CÔNG MẠCH
3.1 SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ
3.2 LÝ DO CHỌN LINH KIỆN
Gồm: 8 IC 74LS90, 8 IC 74LS47, 4 IC 74LS85, các cổng logic.
- IC 74LS90: là một loại IC đếm tiến, đếm được từ 0-9.
+ Cần sử dụng bốn IC đếm 74LS90 để đếm 4 số BCD từ 0-9 lần lượt đại diện cho hàng đơn vị, hàng chục, hàng trăm và hàng ngàn.
+ Để dễ dàng cài đặt số và quan sát thì ta cũng cần sử dụng thêm 4 IC 74LS90
để cài đặt số.
- IC 74LS47: là IC giải mã kí dành riêng cho LED 7 thanh Anot chung.
+ Bốn IC 74LS47 để giải mã BCD từ IC đếm 74LS90 ra LED 7 đoạn.
+ Bốn IC 74LS47 để giải mã cho 4 IC 74LS90 trong quá trình đặt số
Trang 14- IC 74LS85: IC 74LS90 sẽ luôn đếm từ 0-9 trên 1 IC vì vậy để đặt số bất kì ta cần
sử dụng thêm IC so sánh 74LS85 với số lượng là 4 IC.
- Các cổng logic: thiết kế để thông qua 1 cổng NOR thì chỉ cần 1 chân bất kì (QA<B) tác động mức 1 ta sẽ có tín hiệu đến nút CK3 sẽ ở mức thấp và các LED sẽ tắt.
- LED 7 đoạn: sử dụng để hiển thị số đếm.
+ Chân CKA của các IC sẽ là chân nhận xung vào của các IC đếm 74LS90, khi có
1 xung nhận vào từ chân thì IC sẽ đếm lên 1 đơn vị Vì vậy, ở chân hàng đơn vị cần kết nối với xung bên ngoài được lấy thông qua khối điều khiển xung, các chân của IC đếm hàng chục (C), trăm (T), ngàn (N) lấy xung từ chân Q3 của IC đếm trước đó (do xung CKA tác động cạnh xuống nên khi các IC reset tại 9 (1001) chân Q3 sẽ từ 1 xuống 0, lúc này chân CKA sẽ nhận được tín hiện và đếm).
+ Các chân Q0 đến Q3 của các IC đếm được kết nối đến các chân A,B,C,D của IC giải mã để được giải mã từ mã BCD sang led 7 đoạn Để mạch trở lên đơn giản đỡ rối và thuận tiện khi sử dụng, thì các chân này được ký hiệu nối với nhau thông qua các nút từ K0 đến K15.
+ Các chân QA- QG của 74LS47 được kết nối với các chân A-G của led 7 đoạn + Các chân R/BI và LT không sử dụng nên được nối trực tiếp lên nguồn.
+ Chân BI/RBO của 4 IC đếm được nối lại với nhau sau đó đưa ra nút CK3 để điều khiển cho phép đếm sau khi cài đặt giá trị.
Trang 15+ Các IC 74LS90 và 74LS47 được kết nối với nhau như trên tuy nhiên ở IC 74LS90 các chân CKA được kết nối qua nút nhấn điều khiển bên ngoài để điều khiển các
số nhập đầu vào, ấn nút các IC đếm tại hàng tương ứng sẽ tăng thêm 1 Chân BI/RBO của 74LS47 không sử dụng nên được nối lên nguồn.
+ Các chân A0-A3 của IC 74LS85 được kết nối với các chân Q0-Q3 của IC 74LS90 trong khối đếm và hiển thị ở hàng tương ứng (hàng đơn vị, chục, trăm, nghìn) các chân B0-B3 được kết nối với các chân Q0-Q3 của các IC 74LS90 trong khối nhập số ban đầu, IC 74LS85 sẽ thực hiện so sánh 2 số này sau đó cấp tín hiệu điều khiển ngược về chân BI/RBO của các IC 74LS47 để cho phép đèn sáng tương ứng lúc này mạch sẽ bắt đầu đếm, đồng thời tín hiệu đó cũng được sử dụng để điều khiển xung cấp vào cho khối đếm thông qua khối điều khiển xung Để mạch được đẹp thì đã được kết nối thông qua nút CK3 Các chân ngõ vào A<B đến A>B không được sử dụng nên để trống hoặc nối xuống mát.
+ Cách cấp tín hiệu điều khiển cho nút CK3: Chân BI/RBO là 1 chân ngõ vào tác động mức thấp, vì vậy nếu ta đưa tín hiệu mức 0 vào các chân này thì led sẽ tắt, ta có thể
sử dụng đặc điểm này để thiết kế mạch điều khiển các IC 74LS47 bằng các chân QA<B của IC 74LS85 cụ thể là khi A<B thì QA<B sẽ bằng 1, ta tổng hợp 4 chân A<B của 4 IC 74LS85 tại các hàng thông qua 1 cổng NOR thì chỉ cần 1 chân bất kì tác động mức 1 ta sẽ
có tin hiệu đến nút CK3 sẽ ở mức thấp và các led sẽ tắt Khi cả 4 chân A<B đều tác động mức 0 (khi đó số đếm được đưa vào từ IC 74LS90 trong khối đếm đã lớn hơn hoặc bằng với số đặt trước) thì ngõ ra sẽ có mức 1, điều này làm cho các led sáng và mạch bắt đầu đếm Tuy nhiên trong quá trình đếm, sẽ có thời điểm mà số đếm đã lớn hơn số đặt trước nhưng số tại hàng lại bé hơn số đã đặt trước của hàng (ví dụ: 5560>5555 nhưng tại hàng đơn vị số 0 lại bé hơn số 5) điều này sẽ làm cho tín hiện của nút CK3 lại xuống lại mức thấp Vấn đề này được giải quyết như sau:
Với hàng ngàn: không cần quan tâm vì khi số lớn hơn số ban đầu mặc định ngõ
ra QA<B sẽ bằng 0 Với hàng trăm: hiện tượng xảy ra khi hàng ngàn có số đếm lớn hơn số đã được cài đặt, lúc này ta sẽ khóa tín hiệu của chân QA<B của hàng trăm lại bằng cách đưa nó xuống 0 thông qua cổng AND: 1 chân được kết nối với QA<B hàng trăm, 1 chân được kết nối với chân QA>B hàng ngàn thông qua 1 cổng NOT Khi hàng ngàn lớn hơn số cài đặt của hàng này thì chân QA>B lên mức 1, qua cổng NOT sẽ xuống mức 0 qua cổng AND sẽ có tác dụng khóa ngõ ra tại mức 0.
Hàng chục: tương tự ở trên, nhưng có những điều kiện sau:
Hàng ngàn lớn hơn số cài:
Trang 16 Hàng ngàn bằng số cài và hàng trăm lớn hơn số cài: dùng cổng NAND để đưa giá trị ra bằng 0
Sử dụng cổng AND 3 vào để khi có 1 chân vào bằng 0 khóa tín hiệu chân QA<B
Hàng đơn vị: tương tự ở trên với 3 điều kiện là:
Như vậy thông qua nút điều khiển CK3 ta có thể đếm khi lên từ số cài đặt ban đầu đến
9999 tuy nhiên, khi đếm như vậy sẽ xảy ra hiện tượng bị trễ do thời gian đếm từ 0 đến số cài đặt để giải quyết thì cần thêm khối điều khiển xung để cung cấp 2 xung vào IC đến như sau:
- Khối điều khiển xung:
+ Xung quan sát (xung mức thấp (f=100Hz)), xung điều khiển (mức cao (f=10kHz)), mạch điều khiển xung Các nguồn xung được lấy từ mạch giao động bên ngoài.
+ Khối điều khiển Xung như sau: gồm 1 cổng OR, 1 cổng NAND và 1 cổng AND Kết nối như trong mạch Khi tín hiệu tại nút CK3 bằng 0 mạch sẽ khóa xung quan sát lên mức 1 thông qua cổng NAND, khi tín hiệu xuống nên 1 mạch sẽ khóa xung điều khiển lên mức 1 thông qua 1 cổng OR Hai tín hiệu đó sẽ được tổng hợp và đưa ra ngoài qua cổng AND và công tắc
3.4 MÔ PHỎNG PROTEUS
Trang 193.5 VẼ PCB
Trang 203.6 PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ
Thành viên 1: Nguyễn Văn A
- Mô phỏng mạch trên Proteus
- Giải thích lý do chọn linh kiện Thành viên 2: Nguyễn Văn B
- Tìm hiểu IC 74LS47
- Vẽ mạch nguyên lý Thành viên 5: Nguyễn Văn E
- Vẽ sơ đồ khối
- Giải thích hoạt động các khối và mạch nguyên lý
