NIÊN LUẬN ĐIỆN TỬ 1MẠCH TẠO DAO ĐỘNG VUÔNG DÙNG CỔNG LOGIC TẠO SÓNG VUÔNG TẦN SỐ 1KHZ MSSV: 1090995 Niên luận đã nộp và đánh giá vào ngày ….. LỜI CAM ĐOAN Mạch dao động đa hài phi ổn cò
Trang 1NIÊN LUẬN ĐIỆN TỬ 1
MẠCH TẠO DAO ĐỘNG VUÔNG
DÙNG CỔNG LOGIC (TẠO SÓNG VUÔNG TẦN SỐ 1KHZ)
MSSV: 1090995
Cần Thơ, 11-2011
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
Trang 2NIÊN LUẬN ĐIỆN TỬ 1
MẠCH TẠO DAO ĐỘNG VUÔNG
DÙNG CỔNG LOGIC (TẠO SÓNG VUÔNG TẦN SỐ 1KHZ)
MSSV: 1090995
Niên luận đã nộp và đánh giá vào ngày … tháng … năm …
Kết quả đánh giá: Cán bộ đánh giá: .
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Mạch dao động đa hài phi ổn còn được gọi là mạch dao động đa hài không trạng thái bền thường được dùng để tạo ra xung đồng hồ Ck trong kỹ thuật số Nhằm khảo sát và cũng cố kiến thức về dạng và nguyên lí hoạt động của các mạch
cơ bản tạo chuỗi xung vuông tuần hoàn Vì vậy em chọn đề tài Mạch tạo dao động vuông tần số 1kHz để làm niên luận 1 cho mình
Trong quá trình thực hiện đề tài, có thể còn nhiều thiếu sót do kiến thức hạn chế nhưng những nội dung trình bày trong quyển báo cáo này là những hiểu biết và thành quả của em đạt được dưới sự giúp đỡ của giảng viên hướng dẫn là cô Nguyễn Thị Trâm
Em xin cam đoan rằng: những nội dung trình bày trong quyển báo cáo niên luận này không phải là bản sao chép từ bất kỳ công trình đã có trước nào Nếu không đúng sự thật, em xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà trường
Cần Thơ, ngày 14 tháng 11 năm 2011
Sinh viên thực hiện
Đỗ Quang Vinh
Trang 4Cần Thơ, ngày 14 tháng 11 năm 2011 Sinh viên thực hiện:
Đỗ Quang Vinh
LỜI CẢM ƠN
◦◦◦◄☼►◦◦◦
Nhân dịp kết thúc đợt đề tài niên luận 1, cho phép em được cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Cần Thơ, Khoa Công Nghệ và quý thầy cô đã tham gia giảng dạy em trong suốt thời gian qua với tinh thần trách nhiệm cao, trang bị cho em những kiến thức cơ bản và kinh nghiệm quý báu Từ đó giúp em nâng cao kiến thức, trình độ chuyên môn nghiệp vụ để sau này vận dụng vào thực tế đạt được kết quả tốt Đồng thời cũng xin chân thành cảm ơn đến:
- Cô Nguyễn Thị Trâm đã nhiệt tình hướng dẫn em hoàn thành niên luận này Mặc dù đã hết sức cố gắn, song do trình độ còn hạn chế và nhiều vấn đề chưa được trình bày tốt Xin chân thành cám ơn mọi ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn
Mục Lục
Trang
Trang 5DANH MỤC HÌNH……… 6
NIÊN LUẬN ĐIỆN TỬ 1 1
MẠCH TẠO DAO ĐỘNG VUÔNG DÙNG CỔNG LOGIC (TẠO SÓNG VUÔNG TẦN SỐ 1KHZ) 1
NIÊN LUẬN ĐIỆN TỬ 1 2
MẠCH TẠO DAO ĐỘNG VUÔNG DÙNG CỔNG LOGIC (TẠO SÓNG VUÔNG TẦN SỐ 1KHZ) 2
3
LỜI CAM ĐOAN 3
Mục Lục 4
DANH MỤC HÌNH 6
1.TỔNG QUANG 7
2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7
2.1 MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI PHI ỔN DÙNG CỔNG LOGIC 7
2.2 KIỂU MẠCH DAO ĐỘNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 7
2.2.1 Sơ đồ mạch 7
2.2.2 Nguyên lí hoạt động của mạch 8
3.NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 9
3.1 KHẢO SÁT TRÊN IC 74HC00 9
Ta có VC=(Vcc –VIL)(1-e-t/Ԏ)+ VIL= VIH 10
3.2 KHẢO SÁT TRÊN IC 74HC132 11
3.3 KHẢO SÁT TRÊN IC 74LS00 11
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 12
PHỤ LỤC 13
TÀI LIỆU THAM KHẢO 15
Trang 6DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1 Sơ đồ mạch dao động dùng cổng NAND 7
Hình 3: Dạng tín hiệu và chu kì 11
Hình 4 Sơ đồ mạch dao động thực tế dùng khảo sát 12
Hình 5: Bảng sự thật của IC 74HC00 13
Hình 6: Bảng sự thật của IC 74LS00 14
Trang 71 TỔNG QUANG
Mạch dao động đa hài phi ổn còn được gọi là mạch dao đông đa hài không
trạng thái bền hay mạch dao đông đa hài tự kích
Có nhiều cách để thiết kế mạch loại này Người ta có thể dùng linh kiện rời
hoặc IC định thời, hoặc Op-am hoặc các cổng logic
Khi xưa người ta dùng các transistor để thiết kế mạch.Việc tính toán thiết kế
mạch và khảo sát tỉ mỉ dạng tín hiệu khá phức tạp và công phu Tín hiệu ra
không hoàn toàn vuông, do đó cần có một số biện pháp bổ sung để sửa dạng
tín hiệu Từ đó người ta có nhiều sơ đồ khác nhau
Đề tài Tạo mạch dao động vuông dùng cổng logic nhằm khảo sát mạch dao
động đa hài dùng cổng logic Tạo được dao động vuông tần số 1kHz
2.1 MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI PHI ỔN DÙNG CỔNG LOGIC
Ta có thể dùng các cổng NAND, NOR hoặc NOT để mắc thành mạch đa hài phi ổn
Trong trường hợp dùng cổng NAND hoặc NOR thì ta có thể dùng một ngã vào của
các cổng này để kiểm soát mạch, cho phép hoặc không cho phép mạch hoạt động
Có nhiều sơ đồ mạch khác nhau của mạch dao động da hài dùng cổng logic Tính
chất chung của tất cả các mạch này là không có một công thức chính xác chung cho
tần số của tín hiệu sinh ra Lý do là:
Các ngưỡng logic của các họ IC logic là khác nhau
Điện thế của logic 1 và logic 0 o các ngõ ra của cổng cũng khác nhau tùy theo ho IC
Ngoài ra các điện thế ngõ ra của các cổng cũng thay đổi tùy theo tải của nó
2.2 KIỂU MẠCH DAO ĐỘNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
2.2.1 Sơ đồ mạch
Hình 1 là kiểu mạch dao động đa hài phi ổn dùng cổng NAND, dạng tín hiệu ra
của mach cân xứng ,ổn định
1
2
3
U1:A
74HC132 I
4 5
6
U1:B
74HC132
II
10 9
8
U1:C
74HC132 III
Trang 82.2.2 Nguyên lí hoạt động của mạch
Giả sử ta bắt đầu khảo sát từ thời điểm chân 1-2 vừa xuống đến mức 0, ta sẽ có chân 3-4-5 lên mức 1 và chân 6-10-9 xuống mức 0, chân 8 lên mức 1 Do có tụ C1 nên khi chân 6 đổi trạng thái xuống mức 0 sẽ kéo theo chân 1-2 xuống điện thế âm Lúc đầu tụ C1 phóng điện qua R1 để chân 1-2 trở về 0 V Sau đó tụ nạp điện qua R1( Vì R1 được nối đến chân 8 đang ở mức 1) và điện thế chân 1-2 tăng dần Khi chân 1-2 đạt đến ngưỡng mức cao thì các cổng NAND đổi trạng thái Chân 3-4-5 xuống mức 0, chân 6-10-9 lên mức 1, chân 8 xuống mức 0 Do có tụ C1 nên khi chân 6 từ mức 0 lên “mức 1”, nó kéo theo chân 1-2 lên một điện thế cao quá mức 1 Lúc đầu tụ C1 phóng điện qua R1 để chân 1-2 có điện thế bằng “mức 1”, sau đó tụ nạp lại và chân 1-2 có điện thế giảm dần về mức 0
Quá trình cứ như thế tiếp diễn
Điện trở R2 có tác dụng bảo vệ NAND 1 khi đầu tụ C1 có điện thế quá âm hoặc vượt “mức 1” lúc mạch đổi trạng thái Chu kì của mạch được quyết định chủ yếu bởi giá trị của tụ C1 và điện trở R1
Sự hoạt động của mạch được tóm tắt ỏ bảng 1 và tín hiệu có dạng như hình 2
Bảng 1
(1)-(2) (3)-(4)-(5)
(6)-(10)-(9)
Trang 9t phóng
phóng
nạp
nạp
Ngưỡng 1
Ngưỡng 0
(1)-(2)
Hình 2: Dạng tín hiệu (6)-(10)-(9)
t
Trang 10Ta có VC=(Vcc –VIL)(1-e-t/Ԏ)+ VIL= VIH
Vcc= 5V
VC= (5-1)( 1-e -t/Ԏ)+1=3,5
=>t=0,98Ԏ (t là thời gian nap của tụ C (Hình 1))
=>chu kì phóng nạp bằng 2t=2x0,98Ԏ=1,96Ԏ=1,96R1C1
Từ dạng của tính hiệu (Hình 3) ta thấy, chu kì T của tín hiệu nằm trong khoảng từ 2Ԏ đến 4Ԏ, ta chọn T=2,2Ԏ
Yêu cầu đề tài là tạo sóng vuông tần số f=1/T=1kHz
=>T=2,2R1C1= 1/f =1ms, chọn C1=0,01uF =>R1=45,5kΩ
Do không biết chính xác được chu kì tín hiệu, nên để đạt yêu cầu đề tài Ta dùng biến trở để điều chỉnh tần số tín hiệu ra của mạch
Do 2R1C1<= T<=4R1C1
t
(1)-(2)
t phóng
phóng
nạp
nạp
VIH = 3,5V
VIL=1,0V
Hình 3: Dạng tín hiệu và chu kì
(6)-(10)-(9)
T1 T2 T
Trang 11Nên chọn biến trở có trị số lớn hơn R1/2
Ở đây, ta thay R1 bằng R+Rbt,với Rbt=50kΩ và R=22kΩ
Nên chọn R2=10xR1 để mạch ổn định hơn, ta chọn R2=330kΩ
1
2
3
U1:A
0.01uF
R 22k
4 5
6
U1:B
74HC00
R2
330k
10 9
8
U1:C
74HC00
RV1
50k
Sau khi tính toán và ráp mạch, ta tiến hành quan sát dạng tín hiệu trên
OSCILLOSCOPE và dùng máy đo tần số, đo tần số tín hiệu ra Điều chỉnh biến trở
để đạt tần số 1kHz
Kết quả:Dao động đạt tần số 1kHz khi biến trở Rbt=5, 15kΩ
3.2 KHẢO SÁT TRÊN IC 74HC132
Khi tiến hành khảo sát tương tự bằng IC 74HC132(IC cổng NAND có tính Schmitt
trigger), nhận thấy mạch cũng cho kết quả tương tự, tín hiệu vuông và cân đối
3.3 KHẢO SÁT TRÊN IC 74LS00
Tương tự ta cũng tiến hành khảo sát mạch dao động như hình 4 với IC 74LS00 (IC
cổng NAND họ TTL)
VIH( ngõ vào mức cao) = 2 V VOH( ngõ ra mức cao)= 2,7V
VIL( ngõ vào mức thấp)=0,8V VOL( ngõ ra mức thấp)= 0,5V
Kết quả: mạch không có tín hiệu dao động dù điều chỉnh biến trở
Hình 4 Sơ đồ mạch dao động dùng IC cổng NAND 74HC00
Trang 121 2
3
U1:A
0.01uF
R 22k
4 5
6
U1:B
74HC00
R2
330k
10 9
8
U1:C
74HC00
RV1
50k
1 2
3
U2:A
74LS00
SW1
SW-SPDT
R3
1k
D1
LED-BIBY
R4
270
Hình 4 là mạch dao động dùng khảo sát Một ngõ vào cổng NAND thứ nhất được dùng để điều khiên mạch hoạt động Ngã ra mắc them cổng logic có mức ngưỡng ngã vào khác với cổng dùng làm mạch dao động để sửa dạng tín hiệu
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
Mạch chỉ hoạt động khi cổng logic thuộc họ CMOS hoặc có tính Schmitt trigger Đối với mạch dao động da hài dùng cổng logic, để tín hiệu ra vuông vắn, ta nên cho tín hiệu qua công buffer để sửa dạng
Để nhiễu nguồn do mạch dao động đa hài tạo ra ít ảnh hưởng đến hệ thống mạch, ta nên mắc tụ chống nhiễu ngay chân cấp nguồn của IC dùng làm mạch dao động
Hình 4 Sơ đồ mạch dao động thực tế dùng khảo sát
Trang 13PHỤ LỤC
Hình 5: Bảng sự thật của IC 74HC00
Trang 14Hình 6: Bảng sự thật của IC 74LS00
Trang 15TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Th.s.Lương Văn Sơn, Ks.Nguyễn Khắc Nguyên Giáo trình KỸ THUẬT
XUNG Chương 2 và 5.Đại Học Cần Thơ- 12/2003
[2] Ks.Nguyễn Trung Lập Giáo trình KỸ THUẬT SỐ Chương 3 Đại Học Cần Thơ-12/2003
http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/51021/FAIRCHILD/74LS00.html