Đồ án: thiết kế và thi công mạch quang báo dùng EPROM - Vương Kiến Hồng - 5 pot

CHƯƠNG 2: BỘ DAO ĐỘNG CHƯƠNG 2: BỘ DAO ĐỘNG –––– TẠO ĐỊA CHỈ TẠO ĐỊA CHỈ TẠO ĐỊA CHỈ Để EPROM hoạt động được thì cần phải có địa chỉ cung cấp cho nó.. Việc tạo xung đồng hồ có thể tạo đ

CHƯƠNG 2: BỘ DAO ĐỘNG CHƯƠNG 2: BỘ DAO ĐỘNG –––– TẠO ĐỊA CHỈ TẠO ĐỊA CHỈ TẠO ĐỊA CHỈ Để EPROM hoạt động được thì cần phải có địa chỉ cung cấp cho nó Việc này được thực hiện bằng các IC đếm chuyên dùng hoặc các mạch đếm được ráp từ những Flip-Flop rời Các mạch đếm cần được cung cấp xung đồng hồ ở ngõ vào Việc tạo xung đồng hồ có thể tạo được bằng nhiều cách: dùng Transistor ráp mạch dao động đa hài; các mạch dao động TTL, CMOS dựa vào đặc tính nạp-xả của tụ hoặc TTL, CMOS kết hợp với thạch anh làm mạch dao động; dùng các IC chuyên dùng tạo dao động như

555, 556… Ngoài ra còn có loại IC đặc biệt với hai chức năng là tạo xung và đếm được tích hợp vào trong cùng một vỏ, IC 4060 thuộc loại này

Do nhiệm vụ của khối này là tạo địa chỉ cho EPROM nên nếu dùng các mạch dao động rời (không có bộ đếm) như: dao động đa hài, TTL, CMOS, 555… thì phải tốn thêm các IC đếm và do đó mạch sẽ phức tạp hơn, giá thành cao hơn Nếu dùng IC 4060 thì chỉ với một IC ta ráp được cả mạch dao động lẫn mạch đếm, do đó mạch sẽ đơn giản hơn, giá thành sẽ thấp hơn

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ đếm dùng IC 4060 và IC 4040 được vẽ như sau:

Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch: IC 4060 kết hợp với thạch anh làm thành mạch dao động có tần số 36 KHz (bằng tần số dao động riêng của thạch anh) Theo sơ đồ trên thì tần số tại mạch dao động phải qua 12 (hoặc 13 tùy người sử dụng quy định) tầng Flip-Flop chia tần mới tạo ra một xung kích vào 4040 và làm tăng địa chỉ của EPROM lên 1

Mạch dao động có tần số 36 KHz thì sau khi qua 12 tầng chia (chia cho 212 lần) sẽ có tần số là 36KHz/212  9Hz (sau khoảng thời gian t = 1/9  0,1s thì chữ sẽ dịch đi

Đưa đến

A0~A4

EPROM

Đưa đến

A5~A13

EPROM

một cột) Nếu SW được gạt qua vị trí 13 tầng chia thì tần số di chuyển của các chữ là 36KHz/213  4,4 Hz (tức sau 0,2 s thì chữ sẽ dịch đi một cột)

Với tốc độ di chuyển như trên thì sẽ không quá nhanh (có đủ thời gian để người xem đọc được chữ) nhưng cũng không quá chậm để có thể gây cảm giác nhàm chán nơi người xem

CHƯƠNG 3: BỘ QUÉT CỘT CHƯƠNG 3: BỘ QUÉT CỘT Việc quét cột của bảng đèn được thực hiện bởi bộ giải mã địa chỉ Bảng đèn có bao nhiêu cột thì cần bấy nhiêu đường điều khiển từ bộ giải mã địa chỉ đưa đến Tại mỗi thời điểm nhất định thì bộ giải mã địa chỉ chỉ đưa ra duy nhất một tín hiệu cho phép trên các đường điều khiển và chỉ có những đèn thuộc cột này mới được phép hoạt động (đèn sáng) các đèn ở những cột còn lại thì không được phép hoạt động (đèn tối) Để thực hiện việc này ta có thể dùng các IC như: 74164, 74138

Sau đây là mạch quét cột dùng IC 74164:

Giải thích nguyên lý hoạt động: ngay khi vừa đuợc cấp nguồn, mạch Auto Set sẽ làm ngõ ra Q của D Flip-Flop ở mức logic [1], tất cả các ngõ ra của các IC 74164 đều ở mức logic [0] Mức logic [1] tại ngõ ra Q của IC 4013 được đưa đến ngõ vào A, B của

IC 74164 đầu tiên Khi có xung Ck xuất hiện thì mức logic [1] này sẽ được dịch đến ngõ ra đầu tiên QA của IC 74164 đầu tiên Đồng thời lúc này mức logic [0] ở ngõ ra gần cuối QG của IC 74164 cuối cùng sẽ được truyền qua Flip-Flop để đến ngõ ra Q của nó và đưa đến ngõ vào A, B của IC 74164 đầu tiên Từ lúc này trở đi, tại ngõ ra của các IC

74164 sẽ có một mức logic [1] di chuyển mỗi khi có xung đồng hồ tác động (chỉ có duy nhất một mức logic [1], tất cả các ngõ ra còn lại đều ở mức logic [0])

Khi mức logic [1] này di chuyển đến ngõ ra QG của IC 74164 cuối cùng thì khi có xung Ck tiếp theo tác động, mức logic [1] này sẽ được đưa đến hai ngõ vào A, B của IC

74164 đầu tiên (thông qua D Flip-Flop), đồng thời nó cũng được dịch đến ngõ ra cuối cùng của bộ quét cột QH Xung Ck tiếp theo tác động: mức logic [1] tại A, B sẽ được đưa vào QA của IC 74164 đầu tiên, mức logic [1] tại QH của IC 74164 cuối cùng sẽ tự động biến mất

Như vậy, với mạch điện như trên ta sẽ được một mạch quét cột với mức logic [1]

di chuyển (quét bằng mức cao)

Từ A0

EPROM đến

VCC

VCC

MẠCH QUÉT CỘT DÙNG IC 74164

74164 A

1 B

2

CL K

8

CL R

9

Q A

3 Q B

4 Q C

5 Q D

6 Q E

10 Q F

11 Q G

12 Q H 13

74164 A

1 B

2

CL K

8

CL R

9

Q A

3 Q B

4 Q C

5

Q D

6 Q E

10 Q F

11 Q G

12 Q H 13

4013

Q 1

Q 2

S 6 R 4

Tuy nhiên do IC 74164 có tín hiệu cho phép ở mức cao nên dòng ngõ ra thấp (0,4mA) Ngược lại, IC 74138 có tín hiệu cho phép ở mức thấp nên có dòng ngõ ra lớn (dòng điện từ ngoài đổ vào IC, 8mA) Như vậy, dùng IC 74138 để quét cột thì ta được lợi hơn nhiều về công suất so với khi dùng IC 74164 để quét cột Do đó đề tài này dùng

IC 74138 để làm mạch quét cột

Do bảng đèn có 30 cột nên ta dùng bốn IC 74138 để thực hiện việc quét cột và thêm một IC 74138 nữa để điều khiển các IC này hoạt động đúng như yêu cầu thiết kế (tại mỗi thời điểm chỉ đưa ra một tín hiệu cho phép duy nhất) Vì mỗi IC 74138 có 8 ngõ ra nên ta được tổng cộng 32 ngõ ra, nhiều hơn 2 đường so với 30 cột của bảng đèn,

do đó phải bỏ bớt hai đường của các IC 74138 Người viết đề tài quy định bỏ hai đường đầu tiên của bộ quét cột Bộ giải mã địa chỉ dùng IC 74138 có sơ đồ nguyên lý hoạt động như sau:

Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch: IC 74138 (I) có nhiệm vụ điều khiển

4 IC 74138 còn lại Do điều khiển bốn IC nên nó chỉ cần dùng hai đường địa chỉ để tạo tín hiệu điều khiển (22 = 4 trạng thái) đường địa chỉ còn lại được nối mass để mạch hoạt động ổn định Ba đường địa chỉ của bốn IC quét cột được dùng hết để giải mã ra được

32 đường

Tại thời điểm đầu tiên khi vừa cấp nguồn, mạch Auto Reset của bộ tạo địa chỉ sẽ làm cho các đường địa chỉ đều ở mức logic [0] Khi đó IC 74138 (I) sẽ cho phép IC

74138 (II) (IC đầu tiên của bộ quét cột) hoạt động, dựa vào bảng trạng thái của IC

74138 ta biết được trạng thái logic ở các ngõ ra của các IC này Ta nhận thấy chỉ có 1 ngõ ra đầu tiên của IC 74138 (II) là ở mức logic [0], tấc cả các ngõ còn lại đều ở mức logic [1] nên chỉ có 1 cột đèn ứng với ngõ ra này được phép hoạt động (sáng)

Khi xung kế tiếp tác động, địa chỉ tăng lên 1, bây giờ chỉ có ngõ ra thứ 2 của IC

74138 (II) ở mức logic [0], tất cả các ngõ còn lại của bộ quét cột đều ở mức logic [1] Tương tự như trên, bây giờ cũng chỉ có cột thứ 2 của bảng đèn (ứng với ngõ ra thứ 2 của

IC 74138 (II) mới được phát sáng

VCC

MẠCH QUÉT CỘT DÙNG C 74138

74LS138 A0 1 A1 2 A2 3

E3 6 E1 4 E2 5

O0 15 O1 14 O2 13 O3 12 O4 11 O5 10 O6 9 O7 7

74LS138

1 1 1 1

74LS138

1 1 1 1 1 1

74LS138

1 1 1 1 1 1

74LS138

1 1 1 1 1 1

Từ A0 đến A2

A3

A4

Cứ tiếp tục như thế, khi đến xung thứ 9 tác động thì chỉ có IC 74138 (III) mới được phép hoạt động, các IC còn lại ở trạng thái cấm Và tại thời điểm này chỉ có ngõ

ra đầu tiên của IC 74138 (III) ở mức logic [0], cho phép cột đèn ứng với nó được phép hoạt động Như vậy, mức logic [0] được chuyển từ IC 74138 (II) sang IC 74138 (III) một cách liên tục và như vậy việc quét cột cũng được thực hiện liên tục

Khi xung thứ 32 tác động thì mức logic [0] được dịch đến ngõ ra cuối cùng của bộ quét cột, cho phép cột đèn ứng với ngõ ra này hoạt động Và khi xung thứ 33 tiếp theo tác động, IC 74138 (I) lại quay về trạng thái đầu tiên, chỉ cho phép IC đầu tiên trong bộ quét cột hoạt động (IC 74138 (II)) Lúc này các đường địa chỉ đặt vào IC

74138 (II) đều ở mức logic [0] nên ngõ ra đầu tiên của bộ quét cột cũng ở mức logic [0] và mạch điện lại trở về trạng thái đầu tiên giống như khi vừa cấp điện

Như vậy, mạch giải mã địa chỉ dùng IC 74138 trên đã hoạt động đúng như yêu cầu khi thiết kế là tại mỗi thời điểm nhất định chỉ có một tín hiệu cho phép duy nhất và tín hiệu này được dịch chuyển theo vòng mỗi khi có xung điện tác động Dịch chuyển theo vòng: tín hiệu cho phép được di chuyển từ ngõ ra đầu tiên đến ngõ ra cuối cùng, sau đó lại quay về ngõ ra đầu tiên và bắt đầu chu kỳ di chuyển mới

CHƯƠNG 4: BỘ CHỐT DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN MÀU CHƯƠNG 4: BỘ CHỐT DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN MÀU Để chuyển đổi màu trên bảng đèn được dễ dàng thì việc sử dụng bộ chốt dữ liệu là cần thiết Có nhiều cách để chốt dữ liệu như dùng D Flip-Flop, các IC chốt chuyên dùng (74373, 74563, 74573, 74241,…), các bộ đệm dữ liệu với chân điều khiển (74125, 74126,…) Tuy nhiên, việc sử dụng các IC chuyên dùng thì luôn luôn dễ dàng và hiệu quả hơn so với cách ráp các IC rời lại với nhau để được một mạch tổ hợp có chức năng tương tự Ngoài ra, các IC chuyên dùng còn giúp làm giảm giá thành của mạch, giảm độ phức tạp của mạch in giúp mạch dễ dàng đạt các tiêu chuẩn yêu cầu về kỹ thuật… Phần sau đây sẽ đưa ra hai mạch chốt dữ liệu sử dụng các IC chuyên dùng

1

1 Mạch chốt dữ liệu dùng IC 74241:Mạch chốt dữ liệu dùng IC 74241:Mạch chốt dữ liệu dùng IC 74241:

* Sơ đồ nguyên lý của mạch:

* Sơ đồ nguyên lý của mạch:

* Giải thích nguyên ly

* Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch:ù hoạt động của mạch:ù hoạt động của mạch:

Như đã giới thiệu từ trước, IC 74241 gồm 8 bộ chốt dữ liệu với ngõ ra 3 trạng thái 8 bộ chốt này được chia làm hai nhóm, mỗi nhóm có một chân điều khiển riêng biệt để điều khiển việc xuất dữ liệu của nó Mức logic cho phép của hai chân này đảo nhau

Dựa vào sơ đồ nguyên lý ta nhận thấy các ngõ vào của hai nhóm trong IC 74241 được nối chung lại với nhau, hai chân điều khiển của hai nhóm cũng được nối chung lại Điều này có nghĩa là dữ liệu từ IC 74138 đưa đến (tín hiệu quét cột) được cung cấp

BỘ CHỐT DỮ LIỆU DÙNG IC 74241

VCC

74241(II)

OFFENDING COMMAND: -109047001M

STACK:

3185