thiết kế mạch ghi dịch 10 bít

MỤC LỤCLỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử đã, đang và sẽtiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả trong hầu hết các lĩ

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử đã, đang và sẽtiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả trong hầu hết các lĩnhvực khoa học kỹ thuật cũng như trong đời sống xã hội

Việc gia công, xử lý các tín hiệu điện-điện tử hiện đại đều dựa trên cơ sở nguyên lý số Vìcác thiết bị làm việc dựa trên cơ sở nguyên lý số có ưu điểm hơn hẳn so với các thiết bịlàm việc dưạ trên cơ sở nguyên lý tương tự, đặc biệt là trong kỹ thuật tính toán

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện tử đã cho ra đời nhiều vi mạch số cỡ lớn vớigiá thành rẻ và khả năng lập trình cao đã mang lại những thay đổi lớn trong ngành điện

tử Mạch số ở những mức độ khác nhau đã đang thâm nhập trong các lĩnh vực điện tửthông dụng và chuyên nghiệp một cách nhanh chóng Một trong những bài toán thườnggặp trong kỹ thuật là chuyển đổi dữ liệu, việc này ngày nay có thể thực hiện dễ dàng bằngcác loại vi mạch điều khiển.Vì vậy chúng em quyết định thực hiện một bộ ghi dịch 4 bítnhị phân sang thập phân hiển thị trên led 7 thanh

Chúng em đã nghiên cứu và thiết kế dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy………… Vìkiến thức, kinh nghiệm của chúng em còn hạn chế nên đồ án không tránh được sai sót.Chúng em rất mong sự đánh giá của quý thầy cô và bạn bè, để đồ án được hoàn thiện hơn.Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiệnThiều Hữu Phố Phạm Xuân Tiệp

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên,Ngày… Tháng… Năm

Ký Tên

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VÀ GIỚI THIỆU LINH KIỆN

1.Điện trở

1.1.Khái niệm về điện trở

Điện trở là gì ? Ta hiểu một cách đơn giản - Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vậtdẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vậtcách điện thì điện trở là vô cùng lớn

Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây được tính theocông thức sau:

R = ρ.L / S

-Trong đó :

ρ là điện trở suất phụ thuộc vào chất liệu

L là chiều dài dây dẫn

S là tiết diện dây dẫn

R là điện trở đơn vị là Ohm

1.2.Hình dáng và ký hiệu

Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ hợp chấtcacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị

số khác nhau

a)Hình dạng thực tế của điện trở trong thiết bị điện tử

Hình 1.1 Điện trở công suất,đện trở thường

Hình 1.2.Biến trởb)Ký hiệu trên sơ đồ nguyên lý :

Hình 1.3 Ký hiệu điện trở

Hình 1.4 Ký hiệu biến trở1.3.Phân Loại :

Có 2 cách phân loại điện trở.Đó là: phân loại theo vật liệu chế tạo và theo công dụng

a) Phân loại theo vật liệu chế tạo

Điện trở than , điện trở màng kim loại, điện trở dây quấn, điện trở xi măng , điện trởoxit kim loại

b) phân loại theo công dụng

Biến trở , điện trở nhiệt, quang trở, điện trở thay đổi theo điện áp(VDR, điện trở cầu chì,mạng điện trở

1.4 Các kiểu ghép điện trở

Trong thực tế , khi ta cần một điện trở có trị số bất kỳ ta không thể có được , vìđiện trở chỉ được sản xuất khoảng trên 100 loại có các giá trị thông dụng, do đó để có mộtđiện trở bất kỳ ta phải đấu điện trở song song hoặc nối tiếp

Hình 1.5.Điện trở mắc nối tiếp

2.Tụ điện

2.1.Định nghĩa :

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện

tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoaychiều, mạch tạo dao động

2.2 Cấu tạo của tụ điện :

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi

là điện môi

2.3.Điện dung - Đơn vị - Kí hiệu của Tụ điện

a) Điện dung : Là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện,điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi vàkhoảng cách giữ hai bản cực theo công thức:

C = ξ S / dTrong đó : C : là điện dung tụ điện

ξ : Là hằng số điện môi của lớp cách điện

d : là chiều dày của lớp cách điện

S : là diện tích bản cực của tụ điện

b) Đơn vị điện dung của tụ : Đơn vị là Fara (F) , 1Fara là rất lớn do đó trong thực tếthường dùng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF) , NanoFara (nF), PicoFara (pF) c) Ký hiệu : Tụ điện có ký hiệu là C (Capacitor)

Hình 1.8.Kí hiệu trên bản mạch vẽ điện

d) Sự phóng nạp của tụ điện:

Một tính chất quan trọng của tụ điện là tính chất phóng nạp của tụ , nhờ tính chất này

mà tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều

Tụ điện sẽ phóng điện từ dương cực sang âm cực Điện dung của tụ càng lớn thì thờigian tích điện càng lâu

2.4.Phân loại tụ điện

a) Tụ giấy , tụ gốm : Tụ giấy và tụ gốm có trị số ghi bằng ký hiệu

Hình 1.9.Tụ gốm không phân cực

b) Tụ hoá ( Tụ có phân cực )

Tụ hoá là tụ có phân cực âm dương , tụ hoá có trị số lớn hơn và giá trị từ 0,47µF đến khoảng 4.700 µF , tụ hoá thường được sử dụng trong các mạch có tần số thấp hoặc dùng đểlọc nguồn, tụ hoá luôn luôn có hình trụ

Hình 1.10.Tụ hoá

c) Tụ xoay

Tụ xoay là tụ có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung, tụ này thường được lắp trongRadio để thay đổi tần số cộng hưởng khi ta dò đài

3.1.Cấu tạo của biến áp.

Biến áp là thiết bị để biến đổi điện áp xoay chiều, cấu tạo bao gồm một cuộn sơ cấp( đưa điện áp vào ) và một hay nhiều cuộn thứ cấp ( lấy điện áp ra sử dụng) cùng quấntrên một lõi từ có thể là lá thép hoặc lõi ferit

Hình 1.13 Ký hiệu máy biến áp3.2 Tỷ số vòng / vol của biến áp

Gọi n1 và n2 là số vòng của quộn sơ cấp và thứ cấp

U1 và I1 là điện áp và dòng điện đi vào cuộn sơ cấp

U2 và I2 là điện áp và dòng điện đi ra từ cuộn thứ cấp

Ta có các hệ thức như sau :

U1 / U2 = n1 / n2 Điện áp ở trên hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp tỷ lệ thuận với số vòngdây quấn

U1 / U2 = I2 / I1 Dòng điện ở trên hai đầu cuộn dây tỷ lệ nghịch với điện áp, nghĩa là nếu

ta lấy ra điện áp càng cao thì cho dòng càng nhỏ

a) Công xuất của biến áp

Công xuất của biến áp phụ thuộc tiết diện của lõi từ, và phụ thuộc vào tần số của dòngđiện xoay chiều, biến áp hoạt động ở tần số càng cao thì cho công xuất càng lớn

b) Phân loại biến áp

Hình 1.14 Biến áp nguồn và biến áp âm tần:

Hình 1.15 Biến áp xung & Cao áp

4.Diode

Các loại Diode và ứng dụng.

a) Diode cầu

Do tính chất dẫn điện một chiều nên Diode thường được sử dụng trong các mạchchỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, các mạch tách sóng, mạch giảm áp phân cựccho transistor hoạt động trong mạch chỉnh lưu Diode có thể được tích hợp thành Diodecầu có dạng

Hình 1.16 Diode cầu trong mạch chỉnh lưu điện xoay chiềub) Diode Zener

Cấu tạo : Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn P

- N ghép với nhau, Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược, khi phâncực thuận Diode zener như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode zener sẽ gimlại một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode

Hình 1.17.Ký hiệu và ứng dụng của Diode zener trong mạch.c) Diode thu quang ( Photo Diode )

Diode thu quang hoạt động ở chế độ phân cực nghịch, vỏ diode có một miếng thuỷtinh để ánh sáng chiếu vào mối P - N , dòng điện ngược qua diode tỷ lệ thuận với cường

độ ánh sáng chiếu vào diode

Hình 1.18.Ký hiệu của Photo Diode

d) Diode Phát quang ( Light Emiting Diode : LED )

Diode phát phang là Diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện áp làm việc của LED khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng từ 5mA đến 20mA

Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo trạng thái có điện vv

Hình 1.19 Diode phát quang LED5.Led 7 thanh

Hình 1.20 Sơ đồ chân LED 7 đoạn

-Chân số 1, 2, 4 6, 7, 9, 10:cấp tín hiệu cho các thanh của LED để hiển thị số trên led 7 thanh

-Chân số 8 chân thử led

-Chân số 5: +Vcc(5v)

-Chân số 3: GND

Hình led 7 đoạn thực tế

Hình 1.21.Hình ảnh LED 7 đoạn trên thực tế

Hình 1.22 Các số hiển thị ở led 7 đoạn

Hình1.23 Bảng mả hiển thị led 7 đoạn

Hiển thị LED 7 thanh là phần tử hiền thị thông dụng,để hiển thị các phần tử số từ 0 đến 9trong một số hệ thập phân.nó gồm 7 thanh xếp thành hình số 8 mỗi thanh là mộtdiode(LED) phát quang hoặc hiển thị tinh thể lỏng Diode thường được cấu tạo từ cácchân Ga,As,P.Nó cũng có tính chất như một chỉnh lưu diode thường.Nhưng khi điện ápthuận trên diode vượt quá mức ngưỡng Ung nào đó thì diode sáng Điện áp ngưỡng thayđổi từ 1.5 đến 5 tùy theo từng loại có màu sắc khác nhau.

LED màu đỏ có điện áp ngưỡng Ung = 1.6 đến 2 v

LED màu cam có điện áp ngưỡng Ung = 2.2 đến 3 v

LED màu xanh lá cây có điện áp ngưỡng Ung = 2.8 đến 3.2 v

LED màu vàng có điện áp ngưỡng Ung = 2.4 đến 3.2 v

LED màu xanh da trời có điện áp ngưỡng Ung = 3 đến 5 v

6.IC ghi dịch 74HC4017

Hình 1.24 Hình dạng ic và bảng trạng tháiChức năng:

74HC4017 là dòng CMOS dùng đếm xung thập phân Nó có thể đếm xung ở sườndương và sườn âm và kết thúc 1 chu kì đếm tự động Reset Nó được ứng dụng nhiều vàotrong các ứng dụng như : điều khiển tự động, làm các công cụ âm nhạc, điện tử y sinh, hệthống cảnh báo, điện tử công nghiệp, và thiết bị đo từ xa

a) Sơ đồ kiểu chân và tác dụng của các chân :

Hình 1.25.Sơ đồ chân+ Từ chân 1,2,3,4,5,6,7,8,9,11 tương ứng với 10 xung đầu ra của 74HC4014 Các chânnày được xuất ra mức 1 khi số xung được đếm tương ứng với thứ tự 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

+ Chân 12 là chân xung báo hiệu là đã đếm xong 1 chu kì đếm ( Có nghĩa là khi74HC4017 đếm từ 1 đến 5 thì chân 12 ở mức 1 và 74HC4017 đếm từ 6 đến 10 thì chân 12

ở mức 0)

+ Chân 8 và 16 là chân nguồn

b) Bảng giá trị của 74HC4017

Nhìn vào bảng trên ta thấy được CD4017 nó đếm nào nhưng hiểu qua thế này : Khixung đầu vào nó đang ở mức dương thì xung đầu tiên được đếm và khi xung đầu vàoxuống mức âm thì chân 1 vẫn giữ trạng thái là ở mức 1 Khi xung đầu vào lại đếnsườn dương thứ 2 thì ngày lập tức xung thứ 2 được đếm và xung đầu tiên bị mất trạngthái và xuống mức âm Cứ như thế nó đếm đến 10 là kết thúc 1 chu kì đếm và quay trở

về chu kì mới.Nhìn vào bảng đếm để đếm tới 10 thì chân Reset luôn phải ở mức 0 vàchân 13 phải ở mức âm

-Chức năng IC 74ls14:

Chân 7 nối mass và chân 14 nối vơi Vcc

7414 là IC được sử dụng rộng vào nhiều mục đích nhu; Tạo xung vuông , chốt , đảo trạngthái xung …

Schmitt-Trggers inverters có nghia là IC 7414 có thể biến một xung không vuông thànhxung vuông

-Bảng sự thật.ic 74ls14

8.IC 74HC147

IC này mã hóa 9 đường dữ liệu đầu vào sang 4 đường dữ liệu đầu ra theo BCD

Hình 1.27 Sơ đồ chân và hình dạng thực tếcủa 74HC147Trong đó:

Chân 16 nối nguồn dương

Chân 8 nối mass

Chân 1,2,3,4,5,10,11,12,13 là chân dữ liệu vào

Chân 15 không nối

Chân 6,7,9,14 là chân dữ liệu ra

Bảng trạng thái và sơ đồ logic của 74HC147:

9.IC 74LS247

- Mạch giải mã được sủ dụng phổ biến nhất là dùng để hiển thị kết quả ở dạng chữ số Do

có nhiều loại đèn hiển thị và nhiều loại mã số khác nhau lên có nhiều mạch giải mã khácnhau

Ví dụ: giải mã 3 đường ra 8 đường, giải mã BCD ra thập phân

IC74LS47 là loại IC giải mã BCD sang led 7 đoạn Mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn làmạch giải mã phức tạp vì mạch phải cho nhiều ngõ ra lên cao hoặc xuống thấp( tùy vàoloại đèn led là anod chung hoặc catot chung) để làm các đèn sáng lên các số hoặc ký tự

IC 74LS47 là loại IC tác động ở mức thấp có ngõ ra cực thu để hở và khả năng nhận dòng

đủ cao để thúc trực tiếp vào các đèn led 7 đoạn loại anot chung

Hình 1.28 Hình dạng và kích thước chân ngoài thực tế:

Đây là IC giải mã từ BCD sang LED 7 đoạn với 4 chân đầu vào và 7 chân đầu ra với chứcnăng của các chân như sau:

- Chân 1,2,6,7: Chân dữ liệu BCD vào dữ liệu này được lấy từ IC đếm.

- Chân :9,10, 11,12,13,14,15: Các chân ra tác động ở mức thấp 0 và được nối với LED 7thanh

- Chân 8 :là chân nối đất GND

- Chân 16: Chân nối nguồn 5V

- Chân 4: Chân này được nối lên Vcc

- Chân 5: Ngõ vào xóa dợn sóng RBI được để không hay nối lên cao khi khôngđược dùng để xóa số 0 (số 0 trước số có nghĩa hay số 0 thừa bên trái dấu chấm thậpphân)

- Chân 3: Chân này cũng được nối lên nguồn Vcc

Sơ đồ logic của 74LS47

Bảng trạng thái của IC74LS47

*Nguyên lý hoạt động:

- Nhìn bảng chân lý trên ta thấy với 4 đầu vào sau khi giải mã nó cho ra 15 giá trị củaLED 7 đoạn và hiển thị lên được LED 7 đoạn

Sự hoạt động của mạch được thể hiện ở bảng chân lý, trong đó đối với các ngõ ra H là tắt

và L là sáng Nghĩa là nếu 74LS47 thúc đèn led 7 đoạn thì các đoạn a,b,c,d,e,f,g của đèn

sẽ sáng hay tắt tùy vào ngõ ra tương ứng của 74LS47 la L hay H nên nó phải dùng LEDanod chung

Ngõ vào xóa RBI được để 0 hay nối lên mức 1 dùng để xóa số 0 (số 0 thừa

phía sau số thập phân hay số 0 trước số có nghĩa) Khi RBI vá các ngõ vào A,B,C,D ởmức 0 nhưng ngõ vào LT ở mức 1 thì các ngõ ra đều tắt và ngõ vào xóa dạng sóng RBOxuống mức thấp

Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức 1 và LT ở mức 0 thì ngõ ra đều sáng

Kết quả là khi mã số nhị phân 4 bit vào có giá trị thập phân từ 0-15 đèn led hiển thị các sốnhư ở hình bên dưới

Bộ đếm gồm các IC đếm có chức năng đếm số Mỗi khi có xung CLK tác động vào bộđếm sẽ nhảy số

Thông qua bộ đếm sẽ tạo địa chỉ đưa vào bộ giải mã hiển thị led

Chú ý: Khi mã số nhị phân vào là 1111=(15)10 thì led tắt.

Giải mã là quá trình phiên dịch hàm ý đã gán cho mã, mạch điện thực hiện việc giải mãđược gọi là bộ giải mã

CHƯƠNG IITHIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN2.Sơ đồ khối:

Tính toán chọn linh kiện

Khối nguồn có nhiệm vụ cung cấp nguồn nuôi cho khối thu và khối điều khiển mà haikhối này gồm chủ yếu là các IC hoạt động ở điện áp 5 V DC và cũng không cần dòng quálớn nhưng pin lại không cấp đủ dòng này và không đủ độ ổn định, khối nguồn cũng đượckết nối trực tiếp với khối thu và khối phát Vậy nên em thiết kế khối nguồn dùng mạngđiện lưới 220 V AC, tần số 50 Hz ổn áp thành nguồn một chiều 5 V DC với dòng tối đa

Hình 2.1.Dạng sóng điện áp trước và sau chình lưu cầu

Điện áp lưới có giá trị lớn nhất là : 9 = 13 V

Dòng điện lớn nhất qua Diode chỉnh lưu cầu : 1A ( đây là dòng lớn nhất biến áp em sửdụng tải được )

Hệ số gợn sóng (khi không lắp tụ lọc) : K = 0,49

Tần số điện áp ra của bộ chỉnh lưu : f = 2.f0 = 2.50 = 100 Hz

Trong đề tài này em sử dụng Diode chỉnh lưu cầu KBP307

Để tín hiệu một chiều này được bằng phẳng hơn (không còn nhấp nhô) Ta lắp thêm tụmột chiều C1 để lọc tín hiệu nhấp nhô

Giá trị tụ C1 được tính như sau :

Chỉnh lưu

Lọc nhiễu và san phẳng

Máy biến áp 220V/9V AC

Ổn áp Nguồn 220

V AC

Theo datasheet của diode cầu KBP307 thì sụt áp trên nó là 1,1 V Vậy điện áp lớn nhấtđặt nên tụ lọc C1 là : 13-1,1 = 11,9 V

Trong mạch chỉnh lưu cầu toàn phần :

Tụ lọc cao tần C2 có giá trị 10000nF để lọc nhiễu và san phẳng những gai còn sót lại sau

tụ C1 Do các IC dùng trong mạch điều khiển sử dụng nguồn 5 V nên em sử dụng IC 7805

để ổn áp, cho ra dòng một chiều 5 V DC ổn định dùng cho mạch thu và mạch điều khiển Công suất tiêu hao trên IC 7805 được tính bởi công thức :

Trong đề tài này em dùng tụ C3 có giá trị 100uF/35V

Dùng thêm tụ lọc cao tần C4 có giá trị 100nF

2.2.Khối tạo xung NE555