HAUI-ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM THUẬN NGHỊCH, ĐỒNG BỘ, NHỊ PHÂN VỚI KĐ=4, SỬ DỤNG JKFF

THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM THUẬN NGHỊCH, ĐỒNG BỘ, NHỊ PHÂN VỚI KĐ=4, SỬ DỤNG JKFFMỤC LỤC HÌNH ẢNHMỤC LỤC BẢNG BIỂUNgày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa học công nghệ nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật Điện Tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị có các đặc điểm với sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ linh hoạt và hoạt động ổn định . Đó là những yếu tố cần thiết làm cho năng suất, hiệu quả trong công việc được tăng cao, hoạt động của con người được giảm bớt. Xuất phát từ thực tế, nên em chọn đề tài “MẠCH ĐẾM THUẬN NGHỊCH, ĐỒNG BỘ, NHỊ PHÂN VỚI KĐ=4 SỬ DỤNG JKFF ” được sử dụng để đếm thời gian,đếm sản phẩm, đèn giao thông, chia tần số và điều khiển các mạch khác……Đồ án điện tử cơ bản gồm có 4 chương:CHƯƠNG 1: Tổng quanCơ sở lý thuyết.CHƯƠNG 2: Thiết kế bộ đếm, thiết kế mô phỏng, tính toán.CHƯƠNG 3: Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm và hiệu chỉnh.CHƯƠNG 4: Kết quảKết luận.Mặc dù đã cố gắng hoàn thành bài báo cáo này, tuy nhiên vẫn không thể tránh sót mong quý Thầy, cô và bạn đọc đóng góp ý kiến để đồ án có thể hoàn thiện hơn.Cuối cùng em xin cảm ơn ThS. Vũ Thị Hoàng Yến đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án này để em được hoàn thành với thời gian sớm nhất và hoàn chỉnh nhất.

-ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM THUẬN- NGHỊCH, ĐỒNG BỘ, NHỊ PHÂN

N

MỤC LỤC HÌNH Ả

Y

Hình 1 1 Sơ đồ khối của bộ đếm 6Hình 1 2 Đồ hình trạng thái tổng quát của bộ đếm 7

Hình 2 1 Sơ đồ khối của mạch đếm 10

Hình 2 2 Đồ hình trạng thái của bộ đếm thuận nghịch Kđ=4 11

Hình 2 3 Sơ đồ logic 12

Hình 2 4 Mạch nguyên lí mô phỏng trên phần mềm Proteus 13

Hình 2 5 Giản đồ xung ở đầu ra dạng sóng trên phần mềm Proteus 13

Hình 2 6 Mạch nguyên lí mô phỏng trên phần mềm Altium 14

Hình 2 7 Mạch in 2D mô phỏng trên phần mềm Altium 14

Hình 2 8 Mạch in 3D mô phỏng trên phần mềm Altium 15

Hình 2 9 Mạch sau khi hoàn thành thiết kế 15

MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 2 1 Bảng chuyển đổi trạng thái và giá trị đầu vào kích 12

Bảng 3 1 Bảng liệt kê linh kiện, giá trị linh kiện và chức năng 16

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoahọc công nghệ nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật Điện Tử nói riêng cónhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại vàvăn minh hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt nhữngthiết bị có các đặc điểm với sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ linh hoạt

và hoạt động ổn định Đó là những yếu tố cần thiết làm cho năng suất, hiệuquả trong công việc được tăng cao, hoạt động của con người được giảm bớt

Xuất phát từ thực tế, nên em chọn đề tài “MẠCH ĐẾM THUẬN- NGHỊCH, ĐỒNG BỘ, NHỊ PHÂN VỚI KĐ=4 SỬ DỤNG JK-FF ” được sử dụng để

đếm thời gian,đếm sản phẩm, đèn giao thông, chia tần số và điều khiển cácmạch khác……

Đồ án điện tử cơ bản gồm có 4 chương:

CHƯƠNG 1: Tổng quan-Cơ sở lý thuyết

CHƯƠNG 2: Thiết kế bộ đếm, thiết kế mô phỏng, tính toán

CHƯƠNG 3: Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm và hiệu chỉnh

CHƯƠNG 4: Kết quả-Kết luận

Mặc dù đã cố gắng hoàn thành bài báo cáo này, tuy nhiên vẫn không thể tránhsót mong quý Thầy, cô và bạn đọc đóng góp ý kiến để đồ án có thể hoàn thiệnhơn

Cuối cùng em xin cảm ơn ThS Vũ Thị Hoàng Yến đã nhiệt tình hướng dẫn

và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án này để em được hoàn thành vớithời gian sớm nhất và hoàn chỉnh nhất

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN- CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Bộ đếm thực hiện việc đếm các dãy xung khi có xung điều khiển và nó chỉ cómột đầu vào Do đó, nếu xung đồng bộ (CLK) xuất hiện khác thời điểm xungđếm (Xđ) xuất hiện thì việc đếm xung không thực hiện được nên mạch đếmphải có xung đếm đưa vào chính là dãy xung đồng bộ hay mạch đếm chỉ cómột đầu vào

Hình 1 1 Sơ đồ khối của bộ đếm.

Đồ hình trạng thái:

Đồ hình là mô hình mô tả sự chuyển đổi các trạng thái trong hay chính là mô

tả hoạt động của bộ đếm

Hình 1 2 Đồ hình trạng thái tổng quát của bộ đếm.

Khi không có tín hiệu vào đếm ( Xđ´ ) mạch giữ nguyên trạng thái ban đầu (i i) khi có tín hiệu vào đếm (Xđ) mạch sẽ chuyển đến trạng thái kế tiếp( i i+1).Khi bộ đếm ở trạng thái S Kđ−1 nếu tác động một tín hiệu vào đếm thì bộ đếm sẽtrở về trạng thái ban đầu S0 và khi đó đồng thời xuất hiện tín hiệu ra một lầnduy nhất

Trong trường hợp cần hiển thị trạng thái của bộ đếm thì phải dùng thêm mạchgiải mã

Phân loại:

Có nhiều cách phân loại bộ đếm:

Phân loại theo cách làm việc:

+ Bộ đếm đồng bộ (Synchronous counter): là bộ đếm mà sự chuyển đổi trạngthái trong các FF diễn ra đồng thời khi có tác động của xung đếm Mọi sựchuyển đổi trạng thái (từ Si sang trạng thái mới Sj) đều không thông qua trạngthái trung gian (SiSj)

Xung đồng bộ tác động đồng thời tới các phần tử nhớ.

+ Bộ đếm không đồng bộ (Asynchronous counter): là bộ đếm tồn tại ít nhấtmột cặp chuyển biến trạng thái Si  Sj mà trong đó các FF không thay đổitrạng thái đồng thời (Si  Si’ Si’’ Sj)

Xung đồng bộ tác động không đồng thời tới các FF

Phân loại theo hệ số đếm

lý để trở về chu trình đúng mà vẫn phải đảm bảo bộ đếm được thiết kế là đơngiản (Kđ = 3, 5, 6, 7, 10 )

Phân loại theo mã:

Quá trình đếm của bộ đếm là quá trình thay đổi từ trạng thái trong này đếntrạng thái trong khác và mỗi trạng thái trong của bộ đếm được mã hoá bởi một

mã cụ thể Cùng một bộ đếm có thể có nhiều cách mã hoá trạng thái trongkhác nhau, các cách mã hoá khác nhau sẽ tương ứng với các mạch thực hiệnkhác nhau

-Mã nhị phân, Mã Gray

-Mã BCD, Mã Johnson

-Mã vòng

Phân loại theo hướng đếm:

+ Bộ đếm thuận (Up counter): là bộ đếm mà khi có tín hiệu vào đếm (Xđ) thìtrạng thái trong của bộ đếm tăng lên 1.(Si  Si+1)

+ Bộ đếm nghịch (Down counter): là bộ đếm mà khi có tín hiệu vào đếm (Xđ)thì trạng thái trong của bộ đếm giảm đi 1.(Si Si-1)

Chú ý: Khái niệm thuận nghịch chỉ là tương đối chủ yếu là do vấn đề mã hoácác trạng thái trong của bộ đếm

+ Bộ đếm thuận nghịch: là bộ đếm vừa có khả năng đếm thuận vừa có khảnăng đếm nghịch

Phân loại theo khả năng lập trình:

+ Bộ đếm có khả năng lập trình : Kđ có thể thay đổi phụ thuộc vào tín hiệuđiều khiển

+ Bộ đếm không có khả năng lập trình : Kđ cố định, không thay đổi được

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BỘ ĐẾM,THIẾT KẾ MÔ PHỎNG, TÍNH TOÁN

Sơ đồ khối:

Hình 2 1 Sơ đồ khối của mạch đếm.

Thiết kế bộ đếm:

Để thiết kế bộ đếm ta tiến hành theo các bước sau:

- Bước 1: Xác định các yêu cầu của bài toán

Phân tích yêu cầu đầu bài tìm ra số trạng thái trong

- Bước 2: Lập đồ hình trạng thái

Căn cứ vào yêu cầu của bộ đếm cần thiết kế như: hệ số đếm và một số

các yêu cầu khác để xây dựng đồ hình mô tả hoạt động của bộ đếm

- Bước 3: Xác định số phần tử nhớ cần sử dụng, mã hóa các trạng thái trongcủa

bộ đếm theo mã đã cho

Số phần tử nhớ được xác định như sau:

+Mã nhị phân và mã Gray n ≥ log2 Kđ

+Mã vòng n = Kđ

+Mã Johnson n = 1/2 Kđ

- Bước 4: Xác định hàm kích của các FF và hàm ra:

Dựa vào bảng chuyển đổi trạng thái, bảng ra để xác định phương trình

kích cho các FF và phương trình hàm ra

- Bước 5: Vẽ sơ đồ mạch thực hiện

Từ các phương trình đầu vào kích các FF và phương trình hàm ra đưa ra

sơ đồ mạch thực hiện

Thiết kế mô phỏng:

Để có một bộ đếm có thể làm việc ở cả hai chức năng: thuận và nghịch người

ta sử dụng thêm một tín hiệu điều khiển

Giả sử gọi tín hiệu điều khiển là R, ta quy ước như sau:

Bảng 2 1 Bảng chuyển đổi trạng thái và giá trị đầu vào kích.

Hình 2 2 Đồ hình trạng thái của bộ đếm thuận nghịch Kđ=4.

Hình 2 4 Mạch nguyên lí mô phỏng trên phần mềm Proteus.

Hình 2 5 Giản đồ xung ở đầu ra dạng sóng trên phần mềm Proteus.

Hình 2 6 Mạch nguyên lí mô phỏng trên phần mềm Altium.

Hình 2 7 Mạch in 2D mô phỏng trên phần mềm Altium.

Hình 2 8 Mạch in 3D mô phỏng trên phần mềm Altium.

Hình 2 9 Mạch sau khi hoàn thành thiết kế.

YÊU CẦU KĨ THUẬT:

 Phủ đồng cho GND.

CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH

1.Liệt kê các linh kiện cần dùng

IC 555, 7SEG, IC 74LS86, IC 74LS73, IC 74LS47,nút nhấn…

2.Trình bày giá trị, chức năng linh kiện, cách lắp linh kiện

Bảng 3 1 Bảng liệt kê linh kiện, giá trị linh kiện và chức năng.

Tên linh kiện Giá trị Chức năng

IC 555 2V-18V Tạo xung cho mạch điều khiển

IC 74LS86 5v Cổng logic XOR, điều khiển tín hiệu

mạch đếm

IC 74LS73 5v Trigger JK-FF

IC 74LS47 5v IC giải mã cho led 7seg

3.NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG

3.3.1 Khối tạo xung – IC 555:

IC 555 là một Ic tạo xung rất đa năng, Tạo xung vuông rất đơn giản

Chân số 1(GND) : cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi làchân chung

Chân số 2 (TRIGGER): đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và đượcdùng như một chân chốt hay ngõ vào của một tần so áp Mạch so sánh ở đâydùng các transistor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3 Vcc

Chân số 3 (OUTPUT): chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic Trạngthái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1 Mức 1 ở đây là mức cao,

nó tương đương với gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đươngvới 0V nhưng mà trong thực tế mức 0 này không được 0V mà nó trongkhoảng 0.35-0.75V

Chân 4(RESET): dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số 4 nối mass thìngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức điện áp cao thì trạng thái ngõ

ra tùy theo mức điện áp trên chân 2 và chân 6 Nhưng mà trong mạch để tạođược dao động thường hay nối chân này lên Vcc.

Chân 5(CONTROL VOLTAGE) Dùng làm thay đồi mức áp chuẩn trong IC

555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND.Chân này có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người tathường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các

tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định

Chân số 6(THRESHOLD): là một trong những chân đầu vào so sánh điện ápkhác và cũng được dùng như một chân chốt

Chân số 7(DISCHAGER): có thể xem chân này như một khóa điện tử và chịuđiều khiển bởi tầng logic của chân 3 Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa nàyđóng lại, ngược lại thì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho một mạch R-C lúc

C2 là tụ nối với chân số 5

R2 là chân giữa chân 7 và chân R1 là biến trở

3.3.2 Khối Trigger JK – IC 74LS73:

Chân 4 (VCC) đây là chân cấp nguồn 5V để cho IC hoạt động nếu lớn quá IC

có thể bị chết hoặc nhỏ quá thì Ic sẽ không làm việc

Chân 11(GND) là chân nối mass để tạo dòng điện Nếu chân này không nốimass hoặc để hở thì IC sẽ không làm việc và khi đó dẫn tới mạch sẽ khônghoạt động

Chân 3,14,7,10 (chân J1,K1,J2,K2) là các chân tín hiệu vào IC Các chân này

sẽ luôn thay đổi trạng thái và khi kết hợp với xung clock nó sẽ cho ra ngõ Q

Chân 1,5 (chân CLK) là chân xung clock của Trigger, ở đây nó sẽ tích cực ởsườn xuống của xung nghĩa là nó sẽ làm việc trong khoảng thời gian xung từmức cao chuyển xuống mức thấp, còn khi ta cấp mức cao hoặc mức thấp thì

nó sẽ không làm việc

Chân 2,6 (chân CLR) là chân Clear có nhiệm vụ xóa trạng thái về 0 Ở đây nótích cực ở mức thấp nếu ta nối nó xuống mass thì nó sẽ hoạt động còn nếu nốilên mức cao nó sẽ không hoạt động

Chân 9,12 (Q1,Q2) là chân ra ở trạng thái bình thường của Trigger JK

Chân 8,13 (chân đảo) chân ra ở trạng thái đảo so với chân 9,12

3.3.3 Khối giải mã – IC 74LS47

Chân 16 cấp nguồn VCC 5V, nếu quá 5V thì IC này sẽ bị chết

Chân 8 là chân nối GND (mass)

Các chân 1,2,6,7 là các chân tín hiệu vào ứng với A,B,C,D

Các chân 15,14,13,12,11,10,9 là các chân ra, các chân này sẽ được nối với ledbảy thanh và được nối như hình trong mạch nguyên lí

Chân thứ 3 LT( Lamp Test) như tên gọi của nó, chân 3 này là chân kiểm traled bảy đoạn, nếu ta cắm chân này xuống mass thì bộ giải mã sẽ sáng cùnglúc với bảy đoạn Chân này chỉ phục vụ để kiểm tra xem có led nào bị hỏnghay không và trong thực tế không sử dụng nó

Chân 4 (BI/RB0) luôn luôn được kết nối với mức cao, nếu kết nối với mứcthấp thì toàn bộ led sẽ không sáng bất chấp trạng thái ngõ vào là mức gì.Chân 5 (RBI) kết nối với mức cao

3.3.4: Khối điều khiển – IC 74LS86:

Là cổng logic XOR, có hai đầu vào và một đầu ra.Khi hai mức logic đầu vàobằng nhau thì các đầu ra bằng “0” và ngược lại, khi hai mức logic đầu vàokhác nhau thì các đầu ra của chúng bằng “1”

Chân 1 của IC 74LS86 nối với mức điện áp cao và được nối thêm một nútnhấn để điều khiển trạng thái đếm thuận hay nghịch

Chân 2 của IC 74LS86 được nối với chân 12 (Q2) của Trigger JK-FF

Chân 3 của IC 74LS86 được nối với chân 7 ( J1) của Trigger JK-FF.

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ-KẾT LUẬN

4.3 Đề xuất cải tiến và hướng phát triển:

Hướng phát triển:Có thể thay thế các linh kiện, IC tạo xung, IC điều khiển, ICgiải mã… bằng các linh kiện khác trên thị trường mà vẫn đáp ứng được nhucầu của đề tài

Đề xuất cải tiến: thiết kế mạch phù hợp hơn, để mạch được thống nhất, không

bị rối mắt vì phải câu dây nhiều

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Nguyễn Thị Thu Hà-Lê Văn Thái-Nguyễn Ngọc Anh, (2013), Giáo trình Điện tử số, Hà Nội, NXB Khoa học và Kỹ thuật

2 Trần Đình Thông -Nguyễn Thị Thu Hà,(2016),Giáo trình Mạch điện

tử, Hà Nội, NXB Khoa học và Kỹ thuật.