thiết kế mạch đếm từ 0085

Từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trinh phát triển đã đem đến các kĩthuật điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc lắp ráp bằng các linhkiện rời nh

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

- -

Nam Định, Ngày tháng năm 2017

Nhận xét của giáo viên phản biện

- -

Nam Định, Ngày tháng năm 2016

Mục Lục:

LỜI MỞ ĐẦU 4

Chương I CƠ SỞ LÍ THUYẾT 5

1.1 Cổng Đảo (Inverter gate) 5

1.2.Cổng hoặc (OR gate) 6

1.3.Cổng Và (AND gate): 7

1 4.Cổng Và Đảo(NAND gate): 9

1.5 Cổng Hoặc Đảo(NOR gate) 10

1.6 Cổng Hoặc loại trừ( EXOR gate) 11

1.7 Cổng loại trừ NOR (EXNOR GATE): 12

1.8 Cổng đệm (Buffer gate) 13

II CÁC MẠCH FLIP-FLOP VÀ ỨNG DỤNG 14

FF thường có: 15

1.1 Chốt RS 15

1.2 Flip Flop RS 16

1.3 Flip Flop RS chủ tớ (Master-Slaver) 19

1.4 Flip Flop JK 20

1.5 Flip Flop D 21

1.6 Flip Flop T 22

III Giới thiệu IC giải ma 23

1.2:.Nguyên lý hoạt động của IC 74LS47 24

IV ĐÈN LED 7 đoạn 27

28

28

- Tác dụng các chân: 28

Chương II: TÍNH TOÁN CHỌN LINH KIỆN CHO CÁC KHỐI 30

2.1) Khối nguồn 30

* Tính toán chọn linh kiện cho phần nguồn ( gồm cả AC và DC ) 32

2.2) Mạch dao động xung dùng IC 555 33

c) Tính toán và chọn linh kiện phần tạo xung 35

2.3) Khối đếm 35

2.5) Khối hiển thi 36

- Chọn linh kiện phần hiển thi 36

38

3.1 Sơ đồ mạch 38

3.2 Nguyên lý hoạt động 39

1.Kết Luận 41

2.Kiến nghị 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay chúng ta đang sống trong một thế kỉ có công nghệ phát triển mạnhmẽ Việc ứng dụng kĩ thuật số vào lĩnh vực Điện – Điện tử đã mở ra một thời kimới - Thời ki công nghệ số với nhiều sản phẩm như: máy ảnh số, đầu số, truyềnhinh số, camera số và trong nhiều lĩnh vực khác

Từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trinh phát triển đã đem đến các kĩthuật điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc lắp ráp bằng các linhkiện rời như: kích thước nhỏ, giá thành hạ, làm việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ.Ngày nay lĩnh vực điều khiển đó được ứng dụng nhiều trong các thiết bi, sản phẩmphục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày làm cho đời sống của chúng ta ngày cànghiện đại và tiện nghi hơn

Trải qua quá trinh học tập và nghiên cứu môn kĩ thuật số em đã chon đề tàithiết kế mạch đếm xung hiển thi từ 00 đến 85 làm đồ án Em hi vọng rằng sau khihoàn thành đồ án này nó sẽ giúp chúng em củng cố lại kiến thức mà chúng em đãtích lũy được trong suốt thời gian học tập và hi vọng rằng sau khi hoàn thành đồ ánnày, nó sẽ giúp chúng em củng cố lại kiến thức mà chúng em đã tích lũy đượctrong suốt thời gian học tập Và với ước mong nó sẽ là một điểm tựa cơ bản ( vềkiến thức ) cho chúng em sau khi ra trường

Trong quá trinh làm đồ án chúng em đã được sự hướng dẫn tận tinh của cô Trần Thị Nhung, mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng do khả năng còn hạn chế, hơn nữa

đây cũng là một lĩnh vực mới đối với chúng em, nên không tránh khỏi những thiếusót về nội dung và phương pháp trinh bày Chúng em rất mong được sự chỉ bảohướng dẫn tận tinh của thầy, cô và ý kiến đóng góp của các bạn sinh viên để đề tàicủa chúng em hoàn thiện hơn

EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!

Nam Định, ngày tháng năm 2012

SINH VIÊN: Nguyễn Thị Hoa

Chương I CƠ SỞ LÍ THUYẾT

I Một số cổng logic

1.1 Cổng Đảo (Inverter gate)

Cổng Not hoạt động theo bảng chân lý trên

d Biểu diễn cổng not bằng mạch điện và mạch bán dẫn đơn giản

1.2.Cổng hoặc (OR gate).

A B

Cổng OR hai đầu vào Cổng OR ba đầu vào

Bảng sự thật :

d Biểu diễn cổng OR bằng một mạch điện thay thế đơn giản:

Các đầu vào Đầu ra

A B

Cổng AND 2 đầu vào Cổng AND 3 đầu vào

Bảng sự thật:

d Biểu diễn cổng and bằng mạch điện, bán dẫn đơn giản :

Biểu diễn bằng mạch điện đơn giản và Biểu dễn bằng mạch bán dẫn đơn giản

A

DB DA

A B

Dạng xung của cổng AND:

Dạng sóng của cổng and được thể hiện như hinh vẽ

Ta có thể biểu diễn dạng sóng của cổng and như hinh trên với A,B là dạng sóngđầu vào còn Y là dạng sóng đầu ra Chỉ khi nào 2 đầu vào A,B ở mức cao thi đầu ra

Y mới ở mức cao

d Biểu diễn bằng mạch điện và mạch bán dẫn đơn giản:

e

Dạng xung của cổng NAND :

1.5 Cổng Hoặc Đảo(NOR gate)

Cổng NOR có thể có 2 hoặc nhiều đầu vào

Rc Rb

Ur

Vcc Vcc

A

DB DA

Cổng NOR 2 đầu vào hoat dộng theo bảng chân lý trên

chỉ khi nào cả hai đầu vào ở mức thấp thi đầu ra mới ở mức cao còn lại tất cả cáctrường hợp còn lại thi đầu ra đều ở mức thấp

d Biểu diễn cổng NOR bằng một mạch điện và một mạch bán dẫn đơn giản

Cần chú ý tụ C trong mạch điện dùng để chống ngắn mạch nguồn 220v AC đầuvào khi các công tắc A,B đều ở trạng thái đóng

Mạch bán dẫn thể hiện sự hoạt động của cổng NOR như hinhnh vẽ :

chỉ khi nào 2 đầu vào ở mức thấp thi đầu ra mới ở mức cao còn lại các trường hợpkhác thi đầu ra đều ở mức thấp

e Dạng xung của cổng NOR:

Rc Rb

Ur

Vcc Vcc

A

DB DA

b Kí hiệu:

Y

A B

Cổng EXOR hoạt động theo bảng chân lý trên

d Biểu diễn sự hoạt động của cổng EXOR bằng một mạch lôgíc đơn giản:

Y

B A

e Dạng xung của cổng EXOR:

1.7 Cổng loại trừ NOR (EXNOR GATE):

a Đinh nghĩa :

Cổng NOR là 1 l;oại cổng lôgíc nó có khả năng thực hiện thuật toán phủ đinh tích

lôgíc loại trừ của biến số đầu vào : tức là Y=

b Kí hiệu :

Y

A B

c Bảng chân lý :

Bảng chân lý của cổng loại trừ NOR được xây dựng như hinh vẽ Khi cả hai đầuvào ở mức cao hoặc ở mức thấp thỡ đầu ra có mức cao , còn khi một trong hai đầuvào ở mức thấp hoặc ở mức cao thi đầu ra ở mức thấp

b Kí hiệu của cổng đệm :

A Y

c Bảng chân lý :

Cổng đệm hoạt động theo bảng chân lý trên khi đầu vào bằng 1 thi đầu ra bằng 1

và khi đầu vào bằng 0 thi đầu ra cũng bằng 0

d Biểu diễn cổng đệm bằng mạch bán dẫn đơn giản :

R3 R2

Mạch FF là mạch đa hài lưỡng ổn tức mạch tạo ra sóng xung vuông và có haitrạng thái ổn đinh Trạng thái của FF chỉ thay đổi khi có xung đồng hồ tác động

FF có thể được tạo ra từ mạch chốt (latch)

Điểm khác biệt giữa 1 mạch chốt với FF là :FF chiu tác động của xung đồng hồ

CK còn mạch chốt thi không

Người ta gọi tên các FF khác nhau dựa vào tên các ngõ vào dữ liệu củachúng

1.1 Chốt RS

a)Chốt Rs tác động mức cao

Khi R=S=0 (cả 2 ngõ vào đều không tác động), ngõ ra không đổi trạng tháiKhi R=0 và S=1 (ngõ vào S tác động), chốt được Set (tức là Q =1)

Khi R=1 và S=0 (ngõ vào R tác động), chốt được Reset (tức là Q =0)

Khi R=S=1 (cả 2 ngõ vào tác động), chốt rơi vào trạng thái Cấm Để chốt Rs ởmức cao người ta dùng cổng NAND bằng cách thêm 2 cổng đảo ở các ngõ vàocủa mạch

Q

Q

1.2 Flip Flop RS

Trong các phần dưới đây ta luôn sử dụng chốt Rs tác động mức cao dùng cổngNand Khi thêm ngõ vào xung Ck cho chốt Rs ta được FF RS (các ngõ vào R,Sđều tác động mức cao) (hinh 7.2.a)

Hinh 7.2.a

Nhận xét: Với FFRS dùng 2 cổng NAND có 1 trạng thái là cấm, trạng thái đó làtrạng thái mà cả 2 đầu ra Q và Q bằng nhau Để FF hoạt động được ta phải timcách loại bỏ trạng thái này

- Đưa thêm một cổng đảo ở phía trước:

Q R

R

R

Q

Q S

S

S

Q

.

.

R

Q = 1 Q=Q

0

1 1

⇒ Vẫn tồn tại trạng thái cấm.

- Thêm đầu vào CK:

U6B

U6A

U4B U4A

→ Có 2 trạng thái cấm

* Flipflop RS c ó ngõ vào Preset và Clear

Tính chất của FF là có trạng thái ngõ ra bất kỳ khi mở máy Trong nhiều trườnghợp, có thể cần đặt trước ngõ ra Q=1 hoặc Q=0, muốn thế, người ta thêm vào FFcác ngõ vào Preset (đặt trước Q=1) và Clear (Xóa Q=0), mạch trở thành mạch FF

RS có ngõ vào Preset và Clear tác động mức thấp

Thay 2 cổng NAND cuối bằng hai cổng NAND 3 ngõ vào, ta được FF RS có ngõ vào Preset (Pr) và Clear (Cl)

- Khi ngõ Pr xuống thấp (tác động) và ngõ Cl lên cao ngõ ra Q lên cao bất chấpcác ngõ vào còn lại

R CK S

Q

- Khi ngõ Cl xuống thấp (tác động) và ngõ Pr lên cao ngõ ra Q xuống thấp bấtchấp các ngõ vào còn lại.

- Ngoài ra 2 ngõ vào Pr và Cl cũng được đưa về 2 ngõ vào một cổng AND, nơi đưatín hiệu CK vào, mục đích của việc làm này là khi một trong 2 ngõ vào Pr hoặc Cltác động thi mức thấp của tín hiệu này sẽ khóa cổng AND này, vô hiệu hóa tácdụng của xung CK

+ Có 2 trạng thái được phép giữ nguyên và 1 trạng thái cấm

→CK: Được gọi là tín hiệu diều khiển hay xung đồng hồ đo được đồng thời các

xung đầu vào R&S

U7B

U7A

U1B U1A

S CK

Q

Bảng sự thật của FF RS có Preset và Clear (tác động thấp) cho ở bảng sự thật sau:

Nhận thấy:khi Pr và Cl cùng 1 mức tác động nên Q+ ở trạng thái Cấm

1.3 Flip Flop RS chủ tớ (Master-Slaver)

Kết nối 2 FF RS thành chuỗi với 2 ngõ vào xung Ck của 2 FF có mức tác động tráingược nhau ta được FF chủ tớ

- FF Master-Slaver là loai FF đặc biệt với nút chuyển trạng thái cả 2 sườn lên vàsườn xuống của xung CK Đồng thời nó khắc phục được trạng thái cấm của FF RS

- FF MS thực chất là 2 tầng của FF RS ghép lại với nhau mỗi tầng hoạt động theomột sườn của xung CK Tầng thứ nhất chuyển trạng thái ở sườn lên, tầng thứ 2chuyển trạng thái ở sườn xuống của xung CK

U10D U10C

U10B U10A

U1D U1C

U1B

U8A U1A

H7.2.b.Sơ đồ FF Master-Slaver

&Hoạt động của FF Master-Slaver được giải thích như sau:

Do Cks của tầng tớ là đảo của Ckm=Ck đầu vào tầng đầu nên khi Ck=1,tầng chủgiao hóan thi tầng tớ ngưng, trong khoảng thời gian này,dữ liệu từ ngõ vào R và S

được đưa ra và ổn đinh ở ngõ ra R và S của tầng chủ,tại thời điểm xung Ck xuống

thấp,R và S được truyền đến ngõ ra Q và Q (hinh 7.2 c)

H7.2.c

1.4 Flip Flop JK

FF JK được tạo ra từ FF RS nhưng đó bỏ trạng thái cấm bằng cách sử dụng tín

hiệu hồi tiếp

Ng· ra Giao ho¸n Ck

Cks

U6D

S J CP K R Q _

Được thiết kế từ các FF RS (hoặc từ các FF JK)

bằng cách nối 1 cổng đảo từ R qua S (hoặc từ J qua K) mà ta gọi là các ngõ vào D

Q

CK

J K

Q

Nối chung 2 ngõ vào của J,K của FF JK ta được FF T (hinh 7.5)

Tính chất của FF T được thể hiện qua bảng trạng thái sau:

- Khi T=0, FF không đổi trạng thái dù có tác động của xung Ck

- Khi T=1, FF đổi trạng thái mỗi khi có xung Ck tác động

Các tín hiệu đầu ra a,b,c,d,e,f,g đem đi kích thích led 7 đoạn ngoài IC giải mã74LS47 ra còn có IC 74ls247, 54ls47 với nguyên lý hoạt động như 74LS47

Sơ đồ cấu trúc bên trong của IC 74LS47

Chân 8: GND nối Mass

Chân 7,6,1,2: Các chân đầu vào mã nhi phân BCD

Chân 13,12,11,10,9,15,14 là 7 chân đầu ra tích cực mức thấp tương ứng với cácthanh a,b,c,d,e,f,g của Led 7 đoạn

Chân 3: LT_L ( Lamp Test input): Kiểm tra Led

Chân 4: BI/RBO_L (Blanking Input or Ripple-Blanking Output): Xóa ngõ vàoChân 5: RBI_L (Ripple-Blanking Input): Xóa gợn sóng ngõ vào

1.2:.Nguyên lý hoạt động của IC 74LS47

- IC 74LS47 là IC tác động mức thấp nên ngõ ra mức 1 là tắt và mức 0 là sáng vớicác thanh tương ứng là a, b, c, d, e, f, g, h b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn

+ Ngõ vào xóa BI được để 0 hay nối lên mức 1 cho hoạt động giả mã binhthường

+ Ngõ vào xóa dợn sóng RBI được để 0 hay nối lên mức 1 dùng để xóa số 0 ( số

0 thừa phía sau dấu thập phân hay số 0 trước số có nghĩa ) Khi RBI và các ngõ ra

A, B, C, D ở mức 0 nhưng ngõ vào LT ở mức 1 thi các ngõ ra đều tắt và ngõ vàoxóa dợn sóng RBO xuống mức thấp

74LS47

+ Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức 1 và LT ở mức 0 thi các ngõ ra đều sáng.

- Khi cần giải mã nhiều Led 7 đoạn ta cũng có thể ghép nhiều tầng IC, muốn xóa

số 0 vô nghĩa ở trước thi nối chân RBI của tầng đầu xuống thấp, khi này chân raRBO cũng xuống thấp và được nối với tầng sau nếu muốn xóa tiếp số 0 vô nghĩacủa tầng đó Riêng tầng cuối cùng thi RBI để trống hay để mức cao để vẫn hiểnthi số 0 cuối cùng

Sơ đồ mạch giải mã của IC 74LS47

Các thông số của IC:

IV ĐÈN LED 7 đoạn

Mụ̣t trong những loại chỉ báo thụng dụng là đốn led 7 đoạn, gồm 7 đoạn mang tờna,b,c,d,e,f,g được xờ́p theo hinh số 8 bờn dưới mỗi đoạn là các led và hệ thống phầnchiờ́u sáng Tuỳ thuụ̣c vào tổ hợp các đoạn sáng mà ta có các số và chữ khác nhau ,

và có các màu khác nhau.Vờ̀ phương diện mạch điện có 2 loại đó là anốt chung vàcatốt chung

V IC đếm

1.1.Giới thiệu IC đờ́m 74192

b c d e f g

a b c d e f g

- V + V

a

Dạng Ktốt chung Dạng Anốt chung

Tác động ở mức thấp Tác động ở mức cao

- IC 74192 là IC đếm đồng bộ, LS192 là mạch đếm chia 10 tức là khi đầu vào có

xung kích thích thi IC sẽ thực hiện đếm từ 0 → 9 rồi tự động reset về 0 và lại thực hiện đếm lại cứ như vậy lặp đi lặp lại nếu như không ngắt xung đầu vào Đặc biệt LS192 còn có khả năng đếm lên hay xuống

- Khi đếm lên xung CK được đưa vào chân CPD còn khi đếm xuống xung CK được đưa vào chân CPD

Khi đếm lên hết số chân TC U ( Carry ) xuống thấp, khi đếm xuống hết số chân

TC D ( Borrow ) xuống thấp 2 chân này dùng khi cần nối tầng nhiều IC

- Đặc biệt mạch có thể đặt trước số đếm ban đầu ở các chân A, B, C, D và chân

LD xuống thấp để cho phép nạp số ban đầu

- Sơ đồ chân IC 74192:

- Tác dụng các chân:

+ Chân 1, 15 , 9, 10 : là các đầu ra mã nhi phân BCD

+ Chân 3, 2, 6, 7: là các đầu vào dữ liệu song song

+ Chân 16: nối + V CC

+ Chân 14: đặt lại đầu vào

- Sơ đồ cấu trúc bên trong IC 74192

1.2 Nguyên lý hoạt động của IC 74192

- Bảng chân lý hoạt động của IC

H L L L L

X L H H H

X X H H

X X H H

Đặt lại Đặt trước Không đổi Đếm lên Đếm xuống

H = Low Voltage Level ( mức điện áp thấp )

L = High Voltage Level ( mức điện áp cao )

X = Don’t care

= LOW-to-HIGH Clock Transition

- Phương trình logic cho đầu ra

+ TCU = Q0*Q3*CPU

+ TCD = Q0*Q1*Q2*Q3*CPD

Chương II: TÍNH TOÁN CHỌN LINH KIỆN CHO CÁC KHỐI

I Sơ đồ khối

2.1) Khối nguồn

*Cấu tạo: Khối nguồn gồm một số linh kiện sau

+ Máy biến áp: biến đổi điện

áp xoay chiều từ 220V về

điện áp xoay chiều 5V

+Cầu Diode: chỉnh lưu dòng

xoay chiều thành dòng một

Đếm BCD

Giải mã

Hiển thi Led

Khối nguồn

+Bộ ổn áp: ổn dinh điện áp

đầu ra khi điện áp đầu vào

tác dụng linh kiện :

+MBA : máy biến áp biến đổi điện áp xoay chiều 220v thành xoay chiều 5v cung cấp cho mạch điện

+ D1, D2, D3, D4 : cầu diode có tác dụng chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều

+ tụ C1 : tụ lọc , có tác dụng giảm bớt sự nhấp nhô của điện áp ra và tạo ra điện bằng phẳng hơn Ngoài ra tụ C cũng có tác dụng để lọc nhiễu ( các sóng hài bậc cao )

+ IC 7805 là IC cho điện áp ra ổn đinh có cực tính dương

+C2 : tụ dùng để cải thiện quá trinh quá độ và giữ cho điện trở ra của mạch đủ nhỏ ở tần số cao

* Nguyên lý làm việc :

- Điện áp vào là điện áp nguồn xoay chiều 220v , qua máy biến áp được biến đổithành điện áp xoay chiều 5v Điện áp sau khi biến đổi từ máy biến áp được đưa vàobộ chỉnh lưu cầu để biến đổi từ điện áp xoay chièu thành điện áp 1 chiều qua 2 nửachu ki chỉnh lưu điện áp thu được là điện áp một chiều có dạng nhấp nhô khôngbằng phẳng Để giảm sự nhấp nhô của điện áp trên tải ta dùng một tụ lọc mắc songsong với tải khi đó trong mạch xảy ra quá trinh phóng nạp của tụ dựa theo sự tănggiảm điện áp sau chỉnh lưu , kết quả là điện áp ra trên tụ có dạng tương đối bằngphẳng

* Tính toán chọn linh kiện cho phần nguồn ( gồm cả AC và DC )

Ta có Usc =U nguồn=U1=220v

I2 = 5v

Utc =U2 = 5v hoặc 9v,12v

Công suất thứ cấp của máy biến áp ứng với từng giá tri điện áp thứ cấp