Tìm hiểu ic 74164 thiết kế mạch dịch 2 chế Độ 5 Điểm sáng 1 Điểm tối xen kẻ và 1 Điểm tối 3 Điểm sáng xen kẻ trên 20 led Đơn sử dụng 1 nút nhấn Để chuyển chế Độ

Giới thiệu các IC liên quan trong mạch1.1 IC 74164 A, B: Các chân này dùng để đưa dữ liệu nối tiếp vào IC cần chuyển ra đầu ra dữ liệu song song.. + Chân số 2 TRIGGER: Được biết đến là c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

MÔN HỌC: KỸ THUẬT SỐ

CHỦ ĐỀ:

TÌM HIỂU IC 74164 THIẾT KẾ MẠCH DỊCH 2 CHẾ ĐỘ: 5 ĐIỂM SÁNG 1 ĐIỂM TỐI XEN KẺ VÀ 1 ĐIỂM TỐI 3 ĐIỂM SÁNG XEN KẺ TRÊN 20 LED ĐƠN SỬ DỤNG 1 NÚT NHẤN ĐỂ CHUYỂN CHẾ ĐỘ

GVHD: Võ Đức Dũng

MÃ LỚP: 242DIGI330163_03CLC_CT6_T890

Huỳnh Nguyễn Nhật Phong 23142179

TP Hồ Chí Minh, tháng 12năm 2024

1 Giới thiệu các IC liên quan trong mạch

1.1 IC 74164

A, B: Các chân này dùng để đưa dữ liệu nối tiếp vào IC cần chuyển ra đầu ra dữ liệu song song Nói cách khác, đây là các chân đầu vào dữ liệu nối tiếp

+ CP: Chân đầu vào này dành cho tín hiệu xung clock Nó là chân cạnh tích cực mức cao

+ MR: Chân này dùng để thực hiện chức năng của Master Reset Đây là một chân đầu vào tích cực mức thấp Tín hiệu tại chân này độc lập với xung clock, đặt tất cả các đầu ra ở mức logic thấp và xóa thanh ghi + Q0 - Q7: Là các chân đầu ra và được sử dụng để cấp đầu ra dữ liệu song song 8 bit

+ VCC = Chân cấp nguồn

+ GND = Chân nối đất

- Sơ đồ nguyên lý:

-Hình ảnh trên protues:

-Bảng trạng thái:

1.2 IC NE555

- Thông số của IC NE55:

 Với nguồn điện áp đầu vào nằm trong dải từ 2 – 18 V;

 Dòng điện tiêu thụ: 6 – 15 mA;

 Công suất tiêu thụ lớn nhất (Pmax): 600 mW;

 Điện áp logic đầu ra ở mức cao (mức 1): 0.5 – 15 V;

 Điện áp logic đầu ra ở mức thấp (mức 0): 0.03 – 0.06 V;

Chức năng hoạt động của từng chân:

+ Chân 1 (GND): Chân nối GND để giúp cung cấp dòng cho IC hay còn được gọi là mass chung

+ Chân số 2 (TRIGGER): Được biết đến là chân đầu vào thấp hơn so với điện áp so sánh và được sử dụng giống như 1 chân chốt của một tần số áp Mạch so sánh ở đây được sử dụng là các Transistor PNP với điện áp chuẩn là

⅔ Vcc

+ Chân số 3 (OUTPUT): Đây là chân được lấy tín hiệu logic đầu ra Trạng thái tín hiệu ở chân số 3 này được xác định ở mức thấp (mức 0) và mức cao (mức 1)

+ Chân số 4 (RESET): Dùng để lập định trạng thái đầu ra của IC 555 Khi chân 4 được nối với Mass thì OUTPUT sẽ ở mức 0 Còn khi chân 4 ở mức cao thì trạng thái đầu ra sẽ phụ thuộc theo mức áp trên chân số 2 và chân số

6 Trong trường hợp, muốn tạo dao động thường chân này sẽ được nối trực tiếp với nguồn Vcc

+ Chân số 5 (CONTROL VOLTAGE): Chân này được sử dụng để làm thay đổi mức điện áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng ở các điện trở ngoài nối với chân số 1 GND

+ Chân số 6 (THRESHOLD): Là một trong những chân đầu vào để so sánh điện áp và cũng được dùng như một chân chốt

+ Chân số 7 (DISCHAGER): Đây được coi như một khóa điện tử và chịu tác động điều khiển từ tầng logic của chân 3 Khi đầu ra là chân OUTPUT ở mức

0 thì khóa này sẽ được đóng và ngược lại Chân số 7 có nhiệm vụ tự nạp và

xả điện cho mạch R-C

+ Chân số 8 (Vcc): Đây chính là nguồn cấp cho IC 555 hoạt động Chân 8 có thể được cung cấp với mức điện áp dao động từ 2 – 18V

2 Sơ đồ khối trong mạch thiết kế

KHỐI TRONG SƠ ĐỒ

 Giải thích hoạt động của các khối trong sơ đồ

 Khối dịch led: Sử dụng IC 74LS164 để dịch 2 trạng thái

 Khối tạo 2 chế độ: Sử dụng 8 ngõ ra Q từ Q0->Q7 để tạo 2 chế độ 5 sáng

1 tối và 1 tối 3 sáng

 Khối chuyển 2 chế độ: Dùng 1 nút nhấn và FF JK chuyển đổi giữa 2 chế độ

 Khối hiển thị: Sử dụng 16 led đơn để mô tả 2 chế độ của mạch

3 Chọn linh kiện, tính toán các thông số và mạch nguyên lí.

3.1.1 Lý do chọn linh kiện và tính các thông số trong mạch 3.2.1

3.1.1 Khối tạo dao động

- Chức năng: Cấp xung clock cho thanh ghi dịch - Lựa

chọn linh kiện và lý do chọn:

 Để đáp ứng chức năng tạo xung, chúng em sử dụng IC NE555 và một vài linh kiện phụ trợ khác như điện trở và tụ điện

 IC 555 được ứng dụng rất phổ biến để tạo nên các mạch như: Mạch đơn

ổn, mạch dao dộng đa hài, mạch chia tần,…

 Có thể kết hợp với điện trở và tụ điện để tạo ra chu kì dao đông theo ý muốn

Hình ảnh IC NE555

Hình ảnh sơ đồ chân của IC 555

Hình ảnh trên Protues

Hình ảnh sơ đồ logic của IC NE555

- Nguyên lí hoạt động:

 Khi cấp vào IC nguồn Vcc thì tụ điện sẽ nạp thông qua R1 và R2, lúc này tại Op-amp ở dưới có ngõ vào V+ lớn hơn V- thì ngõ ra của op-amp xuất

ra mức 1, đồng thời ngõ ra của FF – SR cũng xuất ra mức 1

 Tụ tiếp tục nạp cho đến khi Op – amp ở trên có ngõ vào V+ lớn hơn V- thì

nó sẽ kích ngõ ra 1 đưa vào chân R của FF, khi đó ngõ ra của FF là 0 và ngõ ra đảo là 1

 Transitor nối với ngõ ra đảo sẽ dẫn bão hoà và nối xuống mass Tụ thông qua R2 xả điện xuống mass, điện áp trên tụ giảm cho đến khi V+ lớn hơn V- trên Op – amp bên dưới và nó lặp lại quá trình

- Nguyên lí hoạt động của mạch dao động sử dụng IC 555:

 Khi cấp điện, giá trị điện áp trong ban đầu Vc = 0V, nên Vc<1/3Vcc dẫn đến S = 1, R = 0 nên ngõ ra Q = 1, Q = 0 thì transistor không dẫn nên tụ C nạp điện áp từ Vcc qua điện trở R1 và R2, điện áp Vc từ 0V tăng lên dần

 Khi 1/3Vcc < V < 2/3Vcc thì S = 0 và R = 0 dẫn đến trạng thái ngõ ra không thay đổi nên tụ C tiếp tục nạp Khi điện áp Vc > 2/3Vcc thì S = 0

và R=1 thì Q xuống mức thấp nên ngõ ra Out cũng có mức thấp, vì Q = 0 nên Q = 1 transistor dẫn nên tụ C xả điện qua R2, và transistor xuống mass

 Tụ điện bắt đầu xả đến khi 1/3Vcc < Vc< 2/3Vcc thì S = 0 và R = 0 dẫn đến trạng thái ngõ ra không thay đổi nên tụ C tiếp tục xả Khi điện áp Vc

< 1/3Vcc thì S = 1 và R = 0 thì Q lên mức cao nên ngõ ra Out cũng có mức cao, vì Q = 1 nên Q = 0 vậy transistor không dẫn nên tụ C không xả điện mà nó được nạp lại Quá trình này cứ tiếp tục và ngõ ra liên tục chuyển đổi giữa mức cao và mức thấp tạo ra dạng sóng vuông

- Tính toán mạch:

- Tần số xung giao động của mạch là: f¿ 1.44

( R 1−2 R 2)C

- Ta chọn: R1 = 10 KΩ, R2 = 330 Ω, C= 47uF->Tần số của mạch là: f = 2.87 Hz

3.1.2 Khối dịch led

- Chức năng: Thanh ghi lưu và dịch dữ liệu

- Lựa chọn linh kiện vì lý do: Để đáp ứng việc lưu và dịch dữ liệu cho cácled có thể hoạt động, ta có thể sử dụng thanh ghi dịch 8 bit cụ thể là IC 74164

- Chức năng của các chân:

 Chân A, B: 2 chân dùng để đưa dữ liệu vào, có thể ghép chung 2 chân với nhau để IC 74164 chỉ nhận 2 trạng thái

 Chân Q0 đến Q7: Các chân kết nối với các led và điện trở để đưa tín hiệu ngõ ra

 Chân CLK: Chân nhận xung Clock của IC Để IC có thể hoạt động thì phải

có xung CK đưa vào chân này Xung Clock sẽ được tạo ra bởi khối tạo dao động chính là IC NE555 và ngõ ra của khối tạo dao động sẽ được kết nối với ngõ vào xung CK của IC 74164

 Chân MR: Chân master reset dùng để reset lại hoạt động của IC, tác động mức thấp Khi chân này được đưa về mức thấp thì toàn bộ ngõ ra sẽ được đưa về mức thấp

 Chân GND: Chân này sẽ nối xuống mass

 Chân Vcc: Chân cấp nguồn cho IC hoạt động

Hình ảnh sơ đồ chân của IC 74164

- Hình ảnh sơ đồ logic của IC 74164:

- Giải thích về bảng trạng thái của IC 74164:

 Khi chân CLR là mức thấp thì các ngõ ra Q0 đến Q7 đều là mức thấp

 Khi xung CK tác động cạnh xuống thì ngõ ra không thay đổi trạng thái

 Khi CLR mức cao và CK tác động cạnh lên thì trong 2 ngõ vào A, B nếu có

1 ngõ vào mức thấp thì ngõ ra Q0 là mức thấp và các ngõ Q1 đến Q7 sẽ

có giá trị tương ứng từ Q0 đến Q6

 Khi CLR mức cao và CK tác động cạnh lên, nếu 2 ngõ vào đều mức cao thì Q0 mức cao và Q1 đến Q7 có giá trị tương ứng từ Q0 đến Q6

- Nguyên lí hoạt động của IC 74164:

 Khi có xung CK đầu tiên tác động cạnh lên vào chân CLK của IC thì dữ liệu ngõ vào A và B sẽ được dịch đến ngõ ra Q0, trạng thái của các ngõ ra khác không thay đổi

 Khi xung CK tiếp theo tác động thì dữ liệu ngõ ra Q0 sẽ được dịch đến ngõ

ra Q1, dữ liệu tiếp theo từ chân A và B sẽ được dịch đến Q0, trạng thái của các ngõ ra còn lại không thay đổi

 Cứ tiếp tục như thế đến khi xung thứ 8 tác động thì dữ liệu đầu tiên đã được dịch đến ngõ ra cuối cùng Q7 Dữ liệu ngõ vào dịch đến Q0 và dữ liệu ở Q0 dịch qua Q1

 Như vậy, dữ liệu đưa vào nối tiếp đã được lấy ra song song ở cả 8 ngõ ra sau 8 xung CK tác động Khi có xung thứ 9 tác động thì dữ liệu từ ngõ vào sẽ được chuyển đến ngõ ra đầu tiên, trạng thái logic ở các ngõ ra khác sẽ được dịch phải 1 bit, trạng thái logic ở ngõ ra cuối cùng sẽ tự động biến mất

- Dạng sóng ngõ ra:

Theo yêu cầu của đề tài mạch cần hoạt động theo 2 chế độ: 5 điểm sáng 1 điểm tối xen kẻ và 1 điểm tối 3 điểm sáng xen kẻ:

3.1.3 Khối tạo 2 chế độ

- Trạng thái 5 sáng 1 tối:

- Trạng thái 5 sáng 1 tối:

=>Din2=

3.1.4 Khối chuyển 2 chế độ

- Chức năng: Chuyển đổi qua lại 2 chế độ hiển thị

- Lý do lựa chọn:

 74LS112 là IC flip-flop JK kép có tính năng J, K, đồng hồ và bộ không đồng bộ riêng lẻ và đầu vào rõ ràng cho mỗi flip-flop IC 74LS112 có điện áp làm việc đa dạng, nhiều điều kiện làm việc và giao tiếp trực tiếp với CMOS, NMOS và TTL

 Đầu ra của IC luôn đi kèm với TTL, giúp dễ dàng làm việc với các thiết bị TTL và vi điều khiển khác Yêu cầu cần chuyển 2 chế độ nên chọn IC 74LS112 sẽ giúp mạch chuyển đổi qua lại 2 chế độ bằng trạng thái đảo của Flip-Flop JK

- Cơ chế hoạt động:

 Để mạch có thể hoạt động ở 2 chế độ như trên ta sử dụng một nút nhất để chuyển trạng thái và sử dụng flip flop D để đảo trạng thái

Din1 Din2 Q0 Din

- Giải thích bảng trạng thái:

 Din1 là chế độ 1: 5 sáng 1 tối

 Din2 là chế độ 2: 3 sáng 1 tối

 Q0 là biến chọn chế độ Din1 hoặc Din2

 Din cấp cho 74164: Din sẽ lấy dữ liệu của Din1 khi Q0 ở mức 1 và lấy dữ liệu Din2 khi Q0 mức 0

=>Din=

3.1.5 Khối hiển thị

- Chức năng: Hiển thị kết quả thông qua led

- Lý do lựa chọn:

 Để đáp ứng nhu cầu hiển thị kết quả thông qua led, ta có thể dùng led dây, led đoạn, led đơn,…

 Chọn thanh led 10 đoạn vì led hiển thị rõ kết quả, độ sáng đều dễ nhìn, có thể kết hợp nhiều đoạn để đáp ứng số ngõ ra yêu cầu

- Thông số kỹ thuật:

 Kích thước: dài 0.9 in, rộng 0.3 in, khoảng cách giữa các đoạn 0.1 in

 Dòng: 10mA

 Điện áp: 1.8V

 Công suất mỗi led: 18mW

Hình ảnh thanh led 10 đoạn

3.2 Mạch nguyên lí