Mạch đồng hồ sử dụng IC số

LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, đồng hành cùng sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, các hệ thống điện tử ngày càng phát triển theo hướng đa dạng hóa và đang giúp con người thực hiện côn

BỘ CÔNG AN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – HẬU CẦN CAND

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

Mục tiêu báo cáo 2

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

1 Flip flop 3

1.1 Khái niệm 3

1.2 Hoạt động của FF 3

1.3 Phân loại FF 3

2 Hệ chuyển mã 3

2.1 Số BCD 3

2.2 Hệ chuyển từ mã nhị phân sang mã BCD 4

3 Hệ mã hóa và giải mã 5

3.1 Hệ mã hóa 5

3.2 Hệ giải mã 6

4 Hệ tuần tự 8

4.1 Khái niệm 8

4.2 Hệ đếm bất kỳ 8

4.3 Ghép các hệ đếm 9

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH 10

1 Sơ đồ khối 10

2 Khối tạo xung dùng IC NE555 10

2.1 IC NE555 10

2.1.1 Giới thiệu 10

2.1.2 Hình dạng và sơ đồ chân 11

2.1.3 Sơ đồ cấu trúc bên trong 11

2.2 Mạch tạo xung 12

2.2.1 Sơ đồ mạch 12

2.2.2 Nguyên lý hoạt động 13

3 Khối đếm 13

3.1 IC 74LS70 13

3.1.1 Giới thiệu 13

3.1.2 Sơ đồ logic và bảng trạng thái 14

4 Khối giải mã 15

4.1 Giới thiệu về IC 74LS247 15

4.2 Nguyên lý hoạt động 16

5 Khối hiển thị 17

6 Mạch đồng hồ số 17

6.1 Sơ đồ mạch 18

6.2 Nguyên lý hoạt động 19

6.3 Sơ đồ đi mạch trên phần mềm 19

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 20

3.1 Kết quả thực hiện mô phỏng 20

3.1.1 Về mặt kiến thức, kỹ năng 20

3.1.2 Về mặt sản phẩm 20

3.2 Nhận xét cụ thể 20

TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng sự thật chuyển từ mã nhị phân sang mã BCD 4 Bảng 1.2 Bảng sự thật hệ mã hóa thập phân sang nhị phân 5 Bảng 1.3 Bảng sự thật của hệ giải mã cho led 7 đoạn anode chung 7

Bảng 2.1 Bảng chức năng các chân và một số đặc tính điện của IC555 12

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.2 Sơ đồ hệ mã hóa thập phân thành nhị phân 5 Hình 1.3 Sơ đồ mạch logic hệ mã hóa thập phân thành nhị phân 6

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc bên trong của IC555 11

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, đồng hành cùng sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, các hệ thống điện tử ngày càng phát triển theo hướng đa dạng hóa và đang giúp con người thực hiện công việc hằng ngày từ những công việc đơn giản đến phức tạp Đối với lực lượng CAND nói riêng, việc phát triển nguồn cán bộ kỹ thuật có chuyên môn cao là một nhiệm vụ quan trọng, nhằm thực hiện mục tiêu “ từng bước hiện đại” trong tình hình mới Nhiệm vụ cao cả ấy đã được Bộ Công an tin tưởng, tín nhiệm giao cho tập thể giáo viên và học viên Trường Đại học Kỹ thuật – Hậu cầm CAND

Trong những năm qua, thầy và trò khoa Điện tử - Viễn thông đã làm học tập, làm việc hăng say, cung cấp cho công an các đơn vị, địa phương hàng ngàn cán bộ

kỹ thuật giỏi Trong quá trình học tập tại trường, lớp B3D7 được học tập và nghiên cứu học phần Kỹ thuật Điện tử số do cô Hoàng Thị Tuyên giảng dạy Đây là một môn học quan trọng, trang bị cho học viên những kiến thức cơ bản và chuyên sâu

về lĩnh vực kỹ thuật điển tử Ứng dụng của học phần Kỹ thuật Điện tử số trong thực tế rất đa dạng Trong đó phải kể đến ứng dụng các kiến thưc của học phần vào việc thiết kế các linh kiện điện tử thiết thực hằng ngày

Đồng hồ là một thiết bị rất quan trọng mà hầu tất cả chúng ta đều cần đến Đối với một chiếc đồng hồ cơ, việc xem giờ bằng cách nhìn vào kim chỉ ở vạch chia thời gian sẽ gây khó khăn cho người mới bắt đầu sử dụng Nhưng đối với đồng hồ số, thời gian được hiển thị rõ ràng bằng các chữ số giúp cho chúng ta có thể dễ dàng sử dụng hơn

Vừa qua, nhóm chúng em được nhận nhiệm vụ thiết kế một mạch đồng hồ

số dùng IC74LS90 – một loại IC rất thông dụng trong kỹ thuật điện tử số Đây là

một nhiệm vụ quan trọng, thể hiện năng lực cũng như nhận thức của học viên, giúp học viên hình thành những kỹ năng nghề nghiệp quan trọng

Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm chúng em đã nhận được sự quan tâm, hướng dẫn tận tình từ cô Đại úy Hoàng Thị Tuyên – Giảng viên khoa Điện tử - Viễn thông Mặc dù nhóm đã làm việc với một tinh thần trách nhiệm cao nhất, nhưng không thể tránh khỏi những sai sót Nhóm chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ cô và các bạn để đề tài ngày càng được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

*Mục tiêu báo cáo:

- Nhận thấy đồng hồ nói chung và đồng hồ số nói riêng có vai trò rất lớn trong cuộc sống chúng ta, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài thiết kế mạch đồng hồ

số, nhưng theo một hướng mới hơn là hiển thị thông tin thời gian trên led ma trận chỉ với mạch số (không dựa vào vi xử lý) để phần nào có thể áp dụng kiến thức lý thuyết từ học phần Kỹ thuật Điện tử số vào vấn đề thực tiễn, thành quả là một sản phẩm cụ thể trong cuộc sống

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

- Chân nhận xung đồng hồ, xung nhịp, xung clock (Ck)

- Hai ngõ ra dữ liệu (data) là Q và Q

- Có 1 hoặc 2 ngõ chức năng quy định hoạt động của FF: S, R, D, J, K

- Ngoài ra FF còn có hai chân: Clr ( clear) và chân Pre ( Preset) Khi tác động vào chân Clr sẽ xoá FF làm Q = 0, Q = 1 Khi tác động vào chân Pre sẽ đặt FF làm Q = 1, Q = 0

1.2 Hoạt động của FF:

Hình 1.1 Cấu tạo của FF

Khi nhận một xong clock tại chân Ck, FF sẽ thay đổi trạng thái một lần Trạng thái mới sẽ tuỳ thuộc vào mức logiccủa các chân chức năng, và tuỳ thuộc theo bảng sự thật của mỗi loại FF

1.3 Phân loại FF:

Theo chức năng: có 4 loại: SK- FF, D- FF, T- FF, JK- FF

Theo trạng thái tác động của xung clock: có 5 loại:

JK- FF

Được tạo nên khi ta mã hoá mỗi đecac của một số thập phân dưới dạng một

số nhị phân 4 bit 18 BCD 0001 1000

*Lưu ý: các phép cộng và trừ số BCD được thực hiện giống như số nhị phân Tuy nhiên nếu phép tính có nhớ thì sau khi được kết quả ta phải hiệu đính bằng cách trừ cho 10(D) hay cộng 6(D)

Thông thường sau mỗi lệnh cộng hoặc trừ số BCD ta kèm theo lệnh hiệu đính

2.2 Hệ chuyển từ mã nhị phân sang mã BCD:

3 Hệ mã hoá và giải mã:

3.1 Hệ mã hoá:

Mã hoá thập phân thành nhị phân:

Hình 1.2 Sơ đồ hệ mã hóa thập phân thành nhị phân

( MSB)

- Hệ đếm nối tiếp: xung đếm chỉ đƣa vào một FF

- Hệ đếm song song: xung đếm đƣợc đƣa vào tất cả các phần tử đếm

- Để thành lập một hệ đếm ta sử dụng JK- FF Nếu có nFF thì thành lập đƣợc hệ đếm có dung lƣợng tối đa là 2n

VD: 2FF thành lập hệ đếm 4

3FF thành lập hệ dếm 8

4FF thành lập hệ đếm 16

Hệ đếm: đếm nối tiếp, đếm song song

*Xét hệ đếm nối tiếp 3bit:

CP K R Q _ J

CP K R Q _

J CP K R QN

Q J

CP K R QN Q J

CP K R QN Q

- Đặt xung clock vào bộ đếm M

- Lấy tín hiệu từ bit có trọng số cao nhất của bộ đếm Mlàm xung clock cho bộ đếm N

Chương II: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH

1 Sơ đồ khối:

Khối tạo xung Khối đếm Khối giải mã Khối hiển thị

*Nhiệm vụ các khối:

- Khối tạo xung: tạo xung vuông với tần số 1Hz

- Khối đếm: là các FF nhận xung dao động để xử lý đưa ra tín hiệu mã hoá BCD

- Khối giải mã: giải mã BCD để đưa ra khối hiển thị

- Khối hiển thị: hiển thị tín hiệu sau giải mã

2 Khối tạo xung dùng IC NE555:

- Bộ tạo xung là thành phần quan trọng nhất của hệ thống Đặc biệt là đối với bộ đếm, nó quyết định các trạng thái ngõ ra của bộ đếm

- Có rất nhiều mạch dùng tạo dao động, nhưng do sự thông dụng ta chỉ quan tâm đến mạch tạo dao động dùng IC 555

- Đây là vi mạch định thời chuyên dùng, có thể mắc thành mạch đơn ổn hay phi ổn

2.1 IC NE555:

2.1.1 Giới thiệu:

Vi mạch định thời LM555 là mạch tích hợp Analog- digital Do có ngõ vào

là tín hiệu tương tự và ngõ ra là tín hiệu số Vi mạch định thời LM555 được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế, đặc biệt trong lĩnh vực điều khiển, vì nếu kết hợp

Khối tạo

xung dùng

IC555

Mạch đếm giây dùng IC74LS90

Mạch giải

mã BCD dùng IC74LS247

Hiển thị led

7 đoạn

Mạch đếm phút dùng IC74LS90

Mạch giải

mã BCD dùng IC74LS247

Hiển thị led

7 đoạn

Mạch đếm giờ dùng IC74LS90

Mạch giải

mã BCD dùng IC74LS247

Hiển thị led

7 đoạn

với các linh kiện R, C thì nó có thể thực hiện nhiều chức năng nhƣ: định thời, tạo xung chuẩn, tạo tín hiệu kích, hay điều khiển các linh kiện bán dẫn công suất nhƣ: Transistor, SCR, Triac…

2.1.2 Hình dạng và sơ đồ chân:

Hình 2.1 Sơ đồ chân của ICNE555

Chân 1: Nối mass

Chân 2: Trigger Input ( ngõ vào xung nảy)

Chân 3: Output ( ngõ ra)

Chân 4: Reset (đặt lại)

Chân 5: Control Voltage (điện áp điều khiển)

Chân 6: Threshold (thềm- ngƣỡng)

Chân 7: Discharge ( xả điện)

Chân 8: Nối VCC

2.1.3 Sơ đồ cấu trúc bên trong:

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc bên trong IC555

*Nguyên lý hoat động:

- Điện áp mức ngưỡng (threshold) và điện áp mức kích (trigger) lần lượt là 2/3 và 1/3 so với VCC Các mức điện áp này có thể bị thay đổi bằng chân điều khiển áp (CONT) Khi điện áp chân TRIG dưới mức kích, mạch flip-flop được set, làm chân ngõ ra (OUT) lên mức cao Khi điện áp chân TRIG trên mức kích và đồng thời chân ngưỡng (THRES) trên mức ngưỡng, mạch flip-flop bị reset, làm chân ngõ ra (OUT) xuống mức thấp Ngoài ra, khi chân RESET xuống mức thấp, mạch flip-flop sẽ bị reset, làm chân ngõ ra (OUT) xuống mức thấp Khi ngõ ra mức thấp, chân DISCH được nối xuống GND

=> Q = 1, Q 0 V0  1 : led sáng, FF không thay đổi trạng thái

- Khi điện áp trên Vc tăng > 2/3Vcc, thì:

- IC 7490 gồm 2 bộ chia là chia 2 và chia 5:

+ Bộ chia 2 do Input A điều khiển đầu ra Q A

+ Bộ chia 5 do Input B điều khiển đầu ra Q B, Q C, Q D

- Đầu vào A, B tích cực ở sườn âm Để tạo thành bộ đếm 10 ta nối đầu ra Q A vào chân B để tạo xung kích cho bộ đếm 5 Q A, Q B, Q C, Q D là các đầu ra

3.1.2 Sơ đồ logic và bảng trạng thái:

Bảng2.3 Bảng trạng thái của IC 74LS90 Hình 2.4 Sơ đồ logic của IC74LS90

- Về cấu tạo: Đây là IC giải mã từ BCD sang mã LED 7 thanh với 4 chân đầu vào

và 7 chân đầu ra

Hình 2.6 Sơ đồ logic của IC74LS247

Hình 2.7 Sơ đồ chân của IC74LS247

+ Chân 1,2,6,7: chân dữ liệu BCD vào dự liệu này được lấy từ IC đếm

+ Chân 9,10,11,12,13,14,15: các chân ra mức tác động thấp (0) và được nối với LED 7 thanh

+ Chân 8: nối với GND

+ Chân 16: chân nối lên Vcc=5V

+ Chân 4: chân này nối lên Vcc

+ Ngõ vào xóa dợn sóng RBI được để không hay nối lên cao khi không được dùng

để xóa số 0 (số 0 ở trước số có nghĩa hay số 0 thừa hai bên trái dấu chấm thập phân)

+ Chân 3: chân này cũng có thể nối lên Vcc=5V

4.2 Nguyên lý hoạt động:

- Bảng sự thật của IC:

- Nhìn trên bảng sự thật, ta thấy với 4 đầu vào sau khi giải mã nó cho ra 16 giá trị của mã LED 7 vạch và hiện thị được lên LED 7 vạch

- 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 IC74LS247 thúc đèn LED 7 thanh thì các thanh

a, b, c, d, e, f, g của đèn sẽ sáng hay tắt tùy vào ngõ ra tương ứng của IC74LS247

là L hay H nên do đó ta phải dùng LED anode chung

6.1 Sơ đồ mạch:

Hình 2.8 Sơ đồ mạch mô phỏng

6.2 Nguyên lý hoạt động:

- Xung kích được tạo ra từ mạch 555 và xung này được đưa tới chân 14 của IC 74LS90 Ngõ ra xung của 74LS90 ở các chân Q A, Q B, Q C, Q D được đưa đến ngõ vào của IC giải mã 74LS247

- Đối với hai IC đếm giây (IC1 và IC2): xung được cấp cho IC1, IC1 này đếm giá trị của 9 xung ( led hiển thị số 9), sau khi đếm hết giá trị của 9 xung thì cấp cho IC2một xung đếm Khi đó, IC1 đếm về 0 và IC2 đếm lên 1, tức ta có giá trị là 10 Sau

đó IC1 tiếp tục đếm từ 0 đến 9 và tiếp tục cấp xung cho IC2 tăng lên 2, 3,… Khi IC1đếm đếm 9 và IC2 đếm đến 5 chuyển sang 6, lúc này ta reset cả hai IC trở về 0 Lúc này, chân reset sẽ cùng trạng thái với đầu ra cổng AND dùng để reset (mức 1), đầu

ra này được nối với chân CP0 của IC đếm phút, một xung được kích và được đếm lên một đơn vị

- Đối với IC đếm phút (IC3 và IC4): khi IC3 nhận được xung nó lại đếm như IC đếm giây đến giá trị 59 Vì lấy xung từ IC đếm giây nên khi mạch đếm giây đếm đến 59 thì mạch đếm phút mới nhận được một xung Khi cả IC đếm giây và đếm phút đều đếm đến giá trị 59 thì tất cả 4 IC cũng được reset về 0, đồng thời mạch đếm phút cấp cho IC5 của IC đếm giờ một xung

- Đối với IC đếm giờ (IC5 và IC6): Khi IC5 nhận được một xung thì nó cũng bắt đầu đếm lên Khi IC5 đếm đến 9 thì cấp xung cho IC6 đếm, khi hai IC đếm giờ đếm đến 23 và tại thời điểm sang 24 là lúc cả hai IC được reset Vì số nhị phân tương ứng của 2 là Q3Q2Q1Q0 = 0010, của 4 là Q3Q2Q1Q0 = 0100 nên ngõ ra Q1 của IC đếm giờ (đếm hàng chục) và ngõ ra Q2 của IC đếm giờ (đếm hàng đơn vị) được reset về 0

Vậy ta có trạng thái tiếp theo sẽ là 00:00:00

6.3 Sơ đồ đi mạch trên phần mềm:

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

3.1 Kết quả thực hiện mô phỏng:

- Ngoài ra, nhóm chúng em được rèn luyện, bổ sung cho bản thân kỹ năng mềm,

kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng thuyết trình và có khả năng làm việc độc lập

3.2 Nhận xét cụ thể:

- Xuất phát từ những điều kiện khách quan về mặt kiến thức và kỹ năng, trong quá

trình thực hiện đề tài, nhóm không thể tránh khỏi những thiếu sót

- Đây là Đề tài mang tính ứng dụng cao và rất thiết thực đối với hoạt động nghiên cứu, học tập của học viên khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Kỹ thuật – Hậu cần CAND nói riêng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Hyperlink: so.htm

5 Giáo trình Kỹ thuật điện tử, Nguyễn Thị Quỳnh Hoa, NXB Đại học Vinh

6 Giáo trình Kỹ thuật xung – số, PGS.TS.Đặng Văn Chuyết, NVB Giáo dục