Đồ án tốt nghiệp - Phân tích thiết kế hệ thống - THIẾT KẾ MẠCH LOGIC ppt

Trong đồ án này trình bày một mạch đồng hồ đơn giản,có khả năng báo thức và hẹn giờ,cứ 30 phút lại đưa ra 1 tiếng kêu và sau 60 phút lại đưa ra 2 tiếng kêu với thời gian mổi lần là 1 sec

ĐỒ ÁN:

THIẾT KẾ MẠCH LOGIC

Lời nói đầu

Trong những năm gần đây ,cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẻ của công nghệ vi điện tử,con người ngày càng thâm

nhập sâu hơn về mọi lỉnh vực,đặc biệt là trong lỉnh vực đIện tử,tin học.Đời sống của con người càng ngày càng phát triển,nhu cầu của con người ngày càng cao.Nhằm góp phần vào sự phát triển chung đó,chúng em,những người sinh viên khoa Điện Tử Viển Thông luôn mong muốn làm một cáI gì đó,trước hết là xem mình có thể làm được những gì sau nữa là học hỏi thêm trong quá trình thực hành thực tế để rồi sau này hy vọng mình sẻ góp được 1 phần nhỏ bé vào xây dựng đất nước được giàu đẹp hơn

Do trình độ còn có hạn,bài thiết kế còn có nhiều sai sót, nhiều phương án chưa tối ưu,mong nhận được những ý kiến đóng góp của các bạn,của các thầy,các cô

Trong đồ án này trình bày một mạch đồng hồ đơn giản,có khả năng báo thức và hẹn giờ,cứ 30 phút lại đưa ra 1 tiếng kêu và sau 60 phút lại đưa ra 2 tiếng kêu với thời gian mổi lần là 1 sec.Thời gian đặt giờ báo thức là 1 phút

Chương 1:Cơ sở lý thuyết để thực hiện

Để thực hiện được chức năng như trên ta có thể dùng nhiều phương pháp.Ta có thể dùng vi xử lý để thiết kế với đầy đủ chức năng hơn,ví dụ như thêm giờ ngày ,tháng,có sự điều chỉnh linh hoạt hơn.Ta củng có thể chỉ dùng duy nhất 1 số IC đơn giản phổ biến để thiết kế 1 đồng hồ thoả mãn chức năng trên

Nếu thiết kế dùng VXL thì sơ đồ khối có dạng:

Các IC được dùng trong thiết kế này gồm có:

dữ liệu

Bộ đếm

2

RD Logic

WR điều A0

Thanh ghi

từ điều khiển

Tuy nhiên với yêu cầu bài toán như trên thì như đả nói ta chỉ cần dùng các IC đơn giản phổ biến là đả có thể làm được

I/Sơ đồ khối của hệ thống:

Cách thức hoạt động:Bình thường chuyển mạch ở vị trí 1

Lúc này khối sẻ hiển thị :Giờ _Phút _Giây

Khi muốn đặt giờ báo thức:

+Từ khối điều khiển sẻ đưa ra chi thị (Bấm) làm chuyển mạch được đóng ơ vị trí 2

Hiển thị

Tạo dao

2

K3

+Từ bộ đếm thông qua bộ giãI mã,bộ hiển thị sử dụng các đèn chỉ thị Led 7 thanh

sẻ hiển thị Giờ _Phút _Giây cho tới thời gian cần báo thức

Sau khi đặt giờ báo thức chuyển mạch lại được đưa về vị trí 1 để hiển thị Giờ _Phút _Giây bình thường

Thời gian cần báo thức được so sánh với thời gian thực của đồng hồ thông qua khối

so sánh.Khi chưa đến thời gian cần báo thức thì khối so sánh chưa có đáp ứng nào.Đến khi đúng thời gian cần báo thức thì khối so sánh sẻ đưa ra một xung có =1 phút.Xung này đưa tới điều khiển bộ tạo dao động đa hài làm cho mạch tạo âm

hoạt động.Thông qua loa sẻ phát ra âm thanh kéo dài trong 1 phút.Trong trường hợp

ta muốn cắt âm thanh báo thức trước thời gian qui định thì ta ngắt khoá K3

II/Phân tích các khối

1.Khôí điều khiển:

Ơ đây ta sư dụng 1 chuyển mạch (Công tắc) 2 trạng thái đóng mở

1

2

Bộ đếm 3 gồm có 3 trạng tháI :(0 1 2) do đó cần số triger là:N>log2 3,hay N=2

Dùng 2 con Triger ta lạI có thể mả hoá đến 22 trạng thái,do đó ta thiết kế bộ đếm 4,sau đo ta loạI bỏ đi 1 trạng thái thừa

Sơ đồ bộ đếm cơ số 3:

Ta còn có thể thiết kế bộ đếm 3 kiểu đồng bộ như sau:

*Chu trình đếm : (Bảng trạng thái của bộ đếm)

Clo

ck

Clo

ck

Từ bảng trạng thái ta co sơ đồ nguyên lý:

-Bộ đếm hoạt động bình thương thường cho đén xung thứ 6 (Đếm từ 0 đến 5) Vì triger J_K này hoạt động tích cực ở xườn âm của xung nhịp nên đến sườn sau xung thứ 6 cả 2 đầu B,C đều có mức logic cao,qua cổng and đưa vào kích hoạt reset làm trở lại trạng tháiđầu

Nguyên lý hoạt động cí thể được mô tả bằng giản đồ sóng

Ma trận

*THIếT Kế Bộ ĐếM CƠ Số 10: (bộ ĐếM THậP PHÂN)

-Để đếm từ 0  9 ,tức là 10 trạng thái, phải dùng số triger là :N>=log210.Do đó N=4

4 triger có thể mã hoá được 24=16 trạng thái ra chỉ dùng 10 trạng tháiđầu

-Nguyên lý hoạt động:Đây là bộ đếm không đồng bộ,bộ đếm hoạt động bình thường

cho đến xung thứ 10(Đếm từ 0 đến 9).Đến sườn sau của xung thứ 10 qua mạch

AND đưa 1 xung vào các đầu reset và đưa bộ đếm trở về trạng thái

8 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

9 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1

-Sơ đồ khối bộ giải mã:

*)Căn cứ vào bảng chân lý có thể thiết lập hàm ra:

a,b,c,d,e,f,g=F(A,B,C,D)

-Vì dùng mã BCD để mã hoá các chử số thập phân chỉ sử dụng hết 10 tổ hợp mã đầu tiên,do đó ta sử dụng 6 tổ hợp còn lại để thực hiện tối thiểu hoá

-Ta nhận thấy :từ bảng chân lý thì các khe sáng nhiều hơn khe tối.Do đó nếu viết hàm ra cho các khe sáng thì phức tạp hơn so với việc viết hàm ra cho các khe tối.Vởy ta thiết lập hàn ra cho các khe tối là các hàm đảo

-Dùng các bộ đếm có Kđ=10,Kđ=6,Kđ=3 ta tiến hành nối ghép lại với nhau ta sẻt được bộ đếm 30,60 theo y muốn Đôí với bộ đếm 30 ta tiến hành khử đi 6 trang thaí thừa ta sẻ được bộ đếm 24

*Bộ đếm 60:

*Bộ đếm 24:

Ta củng làm tương tự để thíêt kế bộ đếm 30,sau đó ta dùng các mạch logic để loại

đi 6 trạng thái thừa

Sơ đồ bộ đếm 30 :

-Ta nhận thấy rằng:để thiết lập bộ đếm 24 khi ở hàng đơn vị,ở trạng thái: 0101 và ở hàng chục,ở trạng thái:0010 thì bộ đếm phải được reset lại trạng thái ban đầu

Như vậy thì ta chỉ cần dùng 1 mạch AND 3 đầu vào để làm việc này

Khi đầu B của bộ đếm hàng chục là:1 đầu C và A của bộ đếm hàng đơnvị đều củng là :1 ta cần xoá bộ đếm về trạng thái ban đầu

-Để đấu nối giửa bộ đếm giờ và bộ đếm phút ta cũng làm như sau:Cứ khi bộ đếm phút đếm đến 59 và chuyển về 0 thì ta đưa 1 xung Clock vào để kích cho bộ đếm giờ hoạt động

-Ơ hàng chục của bộ đếm phút,khi trạng tháI của bộ đếm đạt đến 6,tức là ơ xung thứ 7:0110 và ở hàng đơn vị của bộ đếm phút đạt đến 10,tức là ở xung thứ 11:1010 thì trạng tháI của hệ phảI tức thì quay về trsngj tháI ban đầu

Ta đưa 2 chân B và Cở hàng chục bộ đếm phút vào một mạch AND ,2 chân D và B

ở hàng đơn vị của bộ đếm phút vào một mạch AND ,đưa dầu ra cuả 2 mạch AND này vào một mạch AND rồi sau đó đưa vào CLOCK ở hàng đơn vị của bộ đếm giờ

Ta củng làm hoàn toàn tương tự khi nối ghép bộ đếm giây với bộ đếm phút

Đếm giây

-Bình thường :K1 và K2 để ở vị trí 1

-Chỉnh giờ:K1 được chuyển về vị trí 2.Xung Clock (f=10 Hz) sẻ tác động vào bộ đếm giờ cho đến khi đặt được đúng giờ,khoá K1 lại được chuyển sang vi trí 1 ban đầu

B/hệ thống báo thức và đặt chuông

I/Mạch tạo âm thanh đơn giản:

1.Yêu cầu:

+Cứ sau 30 phút thì loa phát ra một tiếng kêu

+ Cứ sau 60 phút thì loa phát ra hai tiếng kêu

-Ta có thể mô phỏng yêu cầu trên bằng giản đồ thời gian như sau:

t=30’ 

=1s

f=1Khz

t=60’ 1 t 2

1,2=1s

Cứ sau 30 phút thì từ bộ đếm sẻ tổ hợp và đưa ra 1 xung có  =1sec Xung này được

đưa tới bộ tạo dao động và qua loa sẻ phát ra tiếng kêu trong khoảng thời gian 1 sec

Cứ sau 60 phút thì từ bộ đếm qua mạch tổ hợp sẻ đưa ra 2 xung có 1= 2 =1sec và

cách nhau t=1sec.Hai xung này được đưa tới bộ tạo dao động đa hàI và sau đó tạo chuổi xung có tần số 1Khz và loa sẻ phát ra tiêng kêu kéo dàI 1sec và cách nhau

t=1sec

Tới loa

+R:phần tử thoát năng lượng

Với sự đóng mở lần lượt của NAND1 (N1) và NAND2 (N2) (Chuyển từ trạng thía 0 và ngược lại)

Trạng thái đầu:

Khi chưa có xung vào trạng thái của N1(đầu ra)là:’1’(UP=3,6v)

Trạng thái của N2(đầu ra)là :‘0’(UQ=0v)

Do có sự chênh lệch điện thế giữa P và Q nên tụ điện C được nạp điện theo đường sau:

P R  MtụCQ.ĐIửn áp trên tụ tăng dần cho tới khi UC3,6V

Thời gian nạp:Nạp=R.C

Khi bắt đầu có xung vào kích,luc này qua mạch AND N1 ,đầu ra P lại chuyển từ ‘1’ sang ‘0’

Qua mạch AND N2 đầu ra Q lại chuyển từ ‘0’ sang ‘1’

Do có sự chênh lệch đIửn thế giữa P và Q nên tụ C bắt đầu phóng đIện theo đường sau:

+CM RPN2Q-C với thời gian phóng:phóng=R.C

Tại t=t1 UMUngưỡng nên:

N1 chuyển từ ‘0’ sang ‘1’

N2 chuyển từ ‘1’ sang ‘0’

-Khi N2 chuyển từ trạng tháI 10 thì lúc này tại Q lại xuất hiện đột biến đIện

áp từ 3,6V0V,tại P xuất hiện đột biến đIện áp từ 0V3,6V

Lúc này tụ C lại được nạp đIện theo đường sau:PRMtụ CQ ,UM lại tăng dần lên

Cho đến thời đIúm t=t2 thì UM=Ungưỡng thì N1 lại chuyển từ:’1’’0’

N2 lại chuyển từ:’0’’1’

Và quá trình cứ tiếp diển như vậy khi vẫn còn xung kích

Ta nhận thấy rằng thời gian 1 chu kỳ phóng nạp là:=nạp+phóng=2RC

2/Tạo tín hiệu điều khiển:

a)Cứ 30 phut tạo ra 1 xung có =1sec đưa đến đầu điều khiển mạch tạo dao động đa hài tạo âm thanh để phát ra 1 tiếng kêu.Việc tạo ra 1 xung có =1sec được thực hiện như sau:

Tới điều khiển

ở bộ đếm giây củng tương tự như vậy

4.Khối đặt thời gian:

-Ta củng thiết kế 1 bộ đếm như vậy,tuy nhiên ta không cần thiết kế bộ đếm giây vì

ta không cần đặt giờ báo thức cho giây

5.khối so sánh:

-Từ khối đặt giờ và khối đồng hồ ta đua các đường so sánh giờ ,phút tới bộ so sánh

-Khối so sánh được cấu thành từ 2 IC:SN7485 và SN7400

-Khối so sánh được mô tả thông qua sơ đồ khối sau:

-ở đầu ra tại thời gian cần báo thức sẻ có một chuổi xung được tạo ra ,mổi xung có

=4 sec.Chuổi xung này sẻ được đưa đến khối tạo âm thanh qua khoá K3.Loa sẻ phát một chuổi các tiếng kêu,mổi tiêng kêu kéo dàI khoang =4 sec và hai tiếng kêu liên tiếp cách nhau một khoang thời gian =4 sec

Báo thức

Đồng hồ

So sánh Giờ

So sánh phút

Cổng

loa

Cho xung 1 phút này qua mạch tạo dao động đa hài (ở phần trước) với R,C phù hợp

ta sẻ có được trong 1 phút này có 15 lần dao động với thời gian dao động là 4 sec,khoảng thời gian cách nhau là 4 sec.trong mổi lần dao động có 4 xung như yêu cầu đặt ra

Từ bảng chức năng của bộ so sánh 2 số nhị phân 1 bit ta có hàm biểu diễn trạng tháI

ra của bộ so sánh theo 2 đầu vào như sau:

OA=B=AB=AB +AB

VCC A3 A2 B2 A1 B1 A0 B0

B3 A<B A=B A>B A<B A=B A>B GND

Data Cascad Output

Input input

16 15 14 13

12 11 10 9 SN 7485 1 2 3 4

5 6 7 8

-Bảng sự thật của IC 7485:

Comparing inputs Cascading inputs Outputs

A3,B3 A2,B2 A1,B1 A0,B0 A>B A<B A=B A>b A<B A=B

A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 L L H L L H

Từ bảng chân lý ta có thể thiết lập bộ so sánh 4 bit như sau:

Ơ chế độ A=B thì chân Cascading inputs có thể có 3 trương hợp như trên,do vậy để lấy ra được trạng tháI bằng nhau thì ta có thể lấy 2 chân A>B và A<B ở Cascading inputs nối với đất(mức 0) và chân A=B nối +VCC(mức 1)

âm than

-chuyển mạch có chức năng như trên được thiết lập thông qua IC74LS224

-IC 74LS244 có 8 tầng đệm không đảo được cấu tạo như hình sau:

VCC 19 18 17 16 15 14 13 12 11

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-Căn cứ vào sơ đồ chân của IC 74LS244 ta nối ghép các chân như sau:

khối hiển thị

Khối báo Thức

Khối đồng Hồ

E1 1 20

E2 19 10

Hoạt động:

-khi E1 và E2 đều ở mức logic cao thì cả 1 và 2 đều mở

-Khi E1=”L”

E2=”H”

Thì khoá 1 sẻ đóng ,khoá 2 sẻ mở,lúc này khối đồng hồ được nói với hiển thị

-Khi E1=”H”

E2 =”L”

Thì khoá 1 sẻ mở,khoá 2 sẻ đóng,lúc này khối báo thức sẻ đựoc nối với bộ hiển thị

*)Khối tạo xung đồng hồ chuẩn (f=1KHz):

Để tạo được xung đồng hồ này:

-Ta có thể dùng thạch anh dao động

-Dùng mạch khuếch đại dao động

Cụ thể ta làm như sau:

Dùng mạch khuếch đại dao động:Sơ đồ nguyên lý:

Mạch trên có hai trạng thái không ổn định và tự động chuyển đổi giữa hai trạng thái này

Hai trạng thái đó là:T 1 thông và T 2 tắt

T1 tắt và T 2 thông

1

Hz +E

Ta thấy thời gian nạp lớn hơn thời gian phóng

Giá trị điện áp trên tụ C1 giảm dần tức là UB2 du7ương đần lên.Khi C1 phóng đến lúc chạm điện áp cắt của T2 làm cho T2 từ tắt thành thông,T1 từ thông thành tắt.Lúc này C2 phóng,giá trị diện áp trên C2 giảm dần,thời gian phóng của C2 duy trì cho T1

tắt và khi C2phóng chạm điện áp cắt thì T1 lại từ tắt sang thông và T2 lại từ thông sang tắt.Quá trình như thế cứ tự chuyển đổi lẩn nhau Chu kỳ tạo xung vuông:=phóng +nạp= C1(RB1 +RC1)+ C2.RC2

Tuỳ ta chọn R và C mà ta có thể có xung 1Hz

Tuy nhiên đối với mạch trên thì có các nhược điểm sau:

-Dải tần không cao:100hz-200khz

-Độ ổn định tần số kém:f+f với f biến thiên lớn

Trong thực tế người ta thường dùng thạch anh 10 MHz để tạo đao động:

-Dao động 10Mhz được tạo ra rừ chân 4 của IC 4011 được đưa vào bộ chia 107 để lấy xung Clock f=1 Hz

Sau đó để sửa dạng xung vuông ta cho qua mạch sửa dạng sau:

Tổng kết:Ta nhận thấy rằng,đối với yêu cầu chỉ cần hiên giờ và báo thức như trên

thì ta chỉ nên dùng những IC thông thường như trên để thiết kế.Ta còn có thể mở rộng để thiết kế thêm hiển thị ngày,tháng năm.Tuy nhiên để có được thời gian chính xác,có nhiều tính năng công dụng thì đòi hỏi ta phải nên thiết kế theo kiểu dùng bộ VXL như trên

Lý thuyết trên được dùng làm cơ sở để lắp mạch thực tế.Do thời gian và điều kiện

có hạn nên chúng em chưa hoàn thành được

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này