Đồ án giai ma led 7 don

Đồ án giai ma led 7 don

- -

SVTH:NguyÔn ThÕ Khang Líp:CS-§§T36 Hoµng ThÞ Kim Lan

1

Mục Lục

Lời Mở Đầu 3

Phần I : Các kiến thức cơ bản về kĩ thuật xung số 3

Chơng I: Cơ sở lý thuyết 4

Tổng quan về logic số 4

Hàmlogic 13

Chơng II: Các cổng logic và mạch tổ hợp 18

Các cổng logic 18

Thiết kế mạch logic 22

Chơng III: Giới thiệu về IC 29

IC 74LS90 29

PHầN II : Thiết kế mạch ……… 35

A: Sơ đồ khối………35

Khối nguồn……….36

Khối hiển thị………… ……… 39

Sô đồ nguyên lí mạch điện ……… 45

Nguyên lí hoạt động ……… 47

B :Tính toán chi tiết cho các phần Phần III :Kết luận chung 52

SVTH:Nguyễn Thế Khang Lớp:CS-ĐĐT36 Hoàng Thị Kim Lan

2

Lời nói đầu Trong nhng năm gần đây những tiến bộ khoa học kỹ thuật đã đóng góp rất nhiều vào thành công cho các lĩnh vực của đời sống xã hội Các ngành tự

động hoá ,đo lờng và điều khiển cũng đã có những tiến bộ vợt bậc về công nghệ và giải pháp

Các thiết bị điện tử đang và sẽ tiếp tục đợc ứng dụng ngày cang rộng rãi

và mang lai hiệu quả cao trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế ,kỹ thuật cũng

nh đời sống xã hội Việc gia công xử lý dữ liệu trong các tthiết bị điện tử hiện

đại đều dựa trên nguyên lí số và các thiết bị làm việc dựa trên nguyên lí số có những u điểm hơn hẳn các thiết bị điện tử làm trên nguyên lí tơng tự.

Bên cạnh đó môn học số đã hớng dẫn thiết kế mạch số ,giải thích nguyên

lí các bộ biến đổi ADC ,DAC ,ccá bộ phận kênh và dồn kênh trong kỹ thuật truyền đạt

Với việc thiết kế các mạch đếm lên ,đếm xuống ,giải mã có ứng dụng rộng rãi trong thực tế nó giúp con ngời tự động hoá trong một số ngành công nghiệp

Trong nội dung bài tập dài này thiết kế một mạch giải mã cho thanh led

7 đoạn Do trình độ và khả năng còn hạn chế ,nên trong quá trình thực hiện

đề tài chắc chắn còn nhiều thiếu sót Vì vậy rất mong nhận đợc sự chỉ đạo và

đóng góp cuả các thầy cô và bạn bè để đề tài đợc hoàn thiện hơn

3

Phần I Các kiến thức cơ bản về kỹ thuật xung số

phức tạp

b Mạch số và tín hiệu số

*Định nghĩa :Là các mạch điện xử lý tín hiệu số là mạch logic số

-Tín hiệu số : là tín hiệu chỉ có 2 mức logic phân biệt Trong kỹ thuật số

2 mức logic đó đơc gọi là mức cao(H) và mức thấp (L) , còn gọi là mức 1 và“ ”

mức 0 “ ”

*Đặc điễm: -Tín hiệu số chỉ đơc phát sinh bởi các mạch thích hợp Gián

đoạn về thời gian và biên độ Sự chuyển tiếp từ mức thấp lên mức cao xảy ra nhanh chóng

-Khả năng chống nhiễu tốt

-Thiết kế, phân tích mạch đơn gian dễ làm

-Thuận lợi cho mạch lu chữ thông tin.

SVTH:Nguyễn Thế Khang Lớp:CS-ĐĐT36 Hoàng Thị Kim Lan

4

1.2 Các hệ thống đếm (Number systems)

1.2.1.Hệ thống số thập phân(Decimal System)

- Sử dụng mời chữ số từ 0 đến 9 ghép lại với nhau tạo thành số đếm, số sau lớn hơn số trớc một đơn vị Mỗi chữ số có mặt trong số thập phân gọi là một bit tính từ phải sang trái, bit đầu tiên đợc gọi là hàng đơn vị , bit 2 hàng chục, bit 3

hàng trăm, bit 4 hàng nghìn.

Ví Dụ: 168D

8 60 100

10 8 10 6 10 1

=

+ +

=

+ +

=

Tổng quát:

2.Hệ thống số nhị phân(Binery)

*Định nghĩa: hệ thống số nhị phân là loại số đếm sử dụng 2 kí tự số 0 và

1 ghép lại với nhau tạo thành số đếm

-Tổng quát:

3.Hệ thống số thập lục phân (Hexa)

*Định nghĩa:Hệ thống số thập lục phân là hệ thống số sử dụng 16 kí tự trong đó 10 kí tự đầu là số từ 0→9 ,6 kí tự sau là chữ A,B,C,D,E,F ghép với nhau tạo thành số đếm.

Ví dụ: D

h

549

5 32 512

16 5 16 2 16 2

=

+ +

=

+ +

=

-Tổng quát:

SVTH:Nguyễn Thế Khang Lớp:CS-ĐĐT36 Hoàng Thị Kim Lan

5

0 1

2 1

−

−

0 1

2 1

−

−

0 1

2 1

−

−

I.1.3.Chuyển đổi giữa các hệ thống số đếm

1.Chuyển từ số thập phân sang số nhị phân

*Cách làm:Muốn chuyển từ số thập phân sang số nhị phân ngời ta lấy số thập phân cần chuyển đổi chia liên tiếp cho 2 để tìm số d Số d đầu tiên của phép chia là bít có nghĩa nhỏ nhất của số nhị phân số d cuối cùng của phép chia khi kết quả bằng 0 là bít có nghĩa lớn nhất của số nhị phân cần tìm -Ví dụ:69D = ?D

- Tổng quát:X a 2 1 a 1 2n 2 a1 20

n

n n

=

+ +

=

3.Chuyển từ số thập phân sang thập lục phân

*Cách làm:Muốn chuyển từ số thập phân sang thập lục phân ta lấy số thập phân cần chuyển đổi chia lien tiếp cho 16 để tìm số d.Số d đầu tiên của phép chia là bit có trọng số nhỏ nhất, số d cuối cùng của phép chia là bít có trọng số lớn nhất của số thập lục phân cần tìm.

Ví dụ: 69D =( )? H

69/16 = 4 d 5(LBS)

SVTH:Nguyễn Thế Khang Lớp:CS-ĐĐT36 Hoàng Thị Kim Lan

6

4 Chuyển đổi từ số thập lục phân sang hệ thập phân

*Cách làm: Muốn chuyển từ hệ thập lục phân sang hệ thập phân ta sử dụng công thức khai triển tổng quát số thập lục phân với cơ số bằng 16, kết quả tìm đợc chính là số thập phân cần chuyển đổi.

D H

69 5 64 16 5 16 4 45

? 45

0

1 + = + =

=

=

5.Chuyển đổi từ số thập lục phân sang số nhị phân

*Cách làm:Muốn chuyển từ số thập lục phân sang số nhị phân ta tính từ tráI qua phảI của số thập lục phân mỗi bít của số thập lục phân tơng đơng với 4 bít của số nhị phân có vị trí tơng ứng.

6 Chuyển từ nhị phân sang thập lục phân

*Cách làm: Muốn chuyển từ nhị phân sang thập lục phân ta tính từ phải qua tráI cứ 4 bít của số nhị phân tơng đơng với 1 bít của số thập lục phân Những số cuối cùng nằm về phía bên tráI nếu thiếu số lợng bít ta có thể thêm

0 vào phía bên tr

I.2 Các loại mã thông dụng

1 Khái niệm: Mã số là tập hợp của những hệ thống số đếm theo một qui luật nhất định dùng để biểu diễn các thông tin theo qui luật đó Mã số là ph-

ơng tiện giao tiếp cơ bản của hệ thống thông tin.

7

- Cách thành lập:đợc thành lập dựa trên cở sở 4 bít của số nhị phân ghép lại với nhau

- Qui ớc: Mã BCD là những mã số thuộc 10 kí tự cơ bản của số thập phân.

b Mã thập lục phân(Hexa)

- Cách thành lập: đợc thành lập trên cơ sở hệ thống số đếm thập lục phân

- Dạng thể hiện của nó giống thập lục phân: gồm 16 kí tự để biểu diễn 1 mã số gồm 10 kí tự số từ 0 đến 9 và 6 kí tự chữ A,B,C,D,E,

8

9

@ 64

P 80

\ 96

p 112

1 49

A 65

Q 81

a 97

q 113

B 66

R 82

b 98

r 114

3 51

C 67

S 83

c 99

s 115

4 52

D 68

T 84

d 100

t 116

5 53

E 69

U 85

e 101

u 117

F 70

V 86

f 102

v 118

7 55

G 71

W 87

g 103

W 119

8 56

H 72

X 88

h 104

x 120

9 57

I 73

Y 89

I 105

y 121

: 58

J 74

Z 90

j 106

z 122

; 59

K 75

[ 91

k 107

{ 123

<

60

L 76

\ 92

l 108

l 124

-= 61

M 77

] 93

m 109

} 125

>

62

N 78

^ 94

n 110

~ 126

? 63

O 79

95

-o 111

<DEL> 127

SVTH:NguyÔn ThÕ Khang Líp:CS-§§T36 Hoµng ThÞ Kim Lan

10

d.Mã GRAY (Mã vòng )

-Là loại mã số đợc viết theo qui luật vòng tròn 2 mã liên tiếp nhau chỉ sai khác 1 bit

e.Mã thừa 3(EXCESS - 3)

- Mã thừa 3 là loại mã số sử dụng với số thập phân cộng thêm 3 sau đó chuyển sang dạng BCD không gói

3.Chuyển đổi giữa các loại mã

*Chuyển đổi từ mã BCD sang mã Hexa: Tính từ phải qua trái mỗi tổ hợp 4 bit của mã BCD đợc một bit của mã Hexa

*Chuyển đổi từ mã thừa 3 sang mã thập phân:Lấy mã thừa 3 chuyển sang BCD sang số thập phân trừ 3 đơn vị đơc kết quả

I.3.Đại số Boolean

1.Các định lí cơ bản của đại số Boolean

a.Cơ sở đại số Boolean

- Đại số Boolean là các phép tính đại số dựa trên phép tính nhị phân với

2 giá trị cơ bản là 0 và 1 “ ” “ ”

- Một biến A bất kì nhận 2 giá trị A=0 hoặc A=1

+Nếu cho A=0 phủ định của A:A = 1

A A

A A

A

A A

0

0 1

11

b.Các định lí cơ bản:

- Ta có biến A bất kì

0

.

1

.

0 0

.

1

0

1 1

= +

= +

= +

=

A

A

A A

A

A A

A

A A

A A

A

A A

A

A A

2.Các tính chất của đại số Boolean

*Phép hoán vị:A B C B C A C A B

A B C A C B C B A

+ +

= + +

= + +

=

=

12

) ( ) (

.

7

) ).(

( ) ).(

).(

.(

6

) _ ).(

(

.

5

) ).(

.(

4

) ).(

.(

3

) (

.

2

) (

.

1

C B A C B B

A

B A B A

A

A B A

A

C A B A C B C A B

A

C A B A C B C A B

A

B A C A C A B

A

B A C A C A B

A

A B A B

A

B A B A

A

A B A

A

+

= +

+

= +

= +

+

= + +

+ +

= + +

+

+

= +

+

= + +

= + +

= +

= +

2 các dạng biểu diễn hàm logic

a biểu diễn dới dạng tuyển chuẩn( tổng các tích)

- Đây là dạng biểu diễn cơ bản của hàm logic, nó đợc biểu diễn trạng thái logic đầu ra ở mức cao toàn bộ hàm số là tổng nhiều thành phần.Mỗi thành phần là 1 tổ hợp trạng thái ở đầu vào tơng ứng với các ở dạng tích

13

b Biểu diễn dới dạng hội chuẩn( tích các tổng)

-Là 1 hàm quan hệ của tín hiệu ra với tổ hợp tín hiệu vào là các tích của nhiều thành phần, mỗi thành phần chứa tổ hợp các biến dới dạng 1 tổng

c.Biểu diễn dạng bảng trạng thái

- Là 1 cách biểu diễn trực quan mối quan hệ hàm logic giữa tín hiệu ra

và tín hiệu vào Bảng trạng thái thực chất là 1 ma trận hàng cột, trong đó số cột bằng tổng số các biến của bài toán, số hàng bằng(2n+1) Trong đó n: là số các biến đầu vào hàng trên cùng của bảng trạng thái ghi tên các biến vào ra dwois dạng chữ Các hàm tiếp theo về phía bên trái của bảng trạng thái ghi

tổ hợp giá

trị các biến đầu vào dới dạng số nhị phân theo thứ tự tăng dần từ trên xuống Các hàm còn lại thuộc cột bên phải tơng ứng với đầu ra ghi giá trị logic của biến đầu ra Tơng ứng với tổ hợp trạng thái biến đầu vào

Ví Dụ: 3 công tắc A, B, C⇒ 3 biến đầu vào

14

d.Biểu diễn bằng bìa Karnough

- Cách xác định bìa:

+ Bìa karnough là 1 ma trận hình chữ nhật chứa các ô bên trong nó Số ô của

ma trận= 2n(n: số các biến đầu vào)

+ Xung quanh ma trận tơng ứng với vị trí hàng cột Ngời ta ghi tên các biến

có thể ghi ở dạng chữ hoặc số (dạng mã GRAY)

+ Bên trong các ô đợc ghi: 3 cách

Giá trị logic của biến đầu ra tơng ứng với tổ hợp trạng tháI đầu vào có tọa

độ chiếu đến ô đó.

Ghi giá trị nhị phân tơng ứng tọa độ tổ hợp các biến đầu vào.

Ghi giá trị thập phân tơng ứng với tọa độ tổ hợp các biến đầu vào.

15

1 1 3 7 5

I.5 các phơng pháp tối giản hàm logic

1 Khái quát chung

- Trong quá trình thiết kế mạch điện logic các hàm số mà ta xây dựng ban

đầu đều là các hàm số cha tối giản vì vậy khi xây dựng mạch theo các hàm này mạch điện thờng phức tạp có những cổng, những phép biến đổi không cần thiết

- Để mạch điện là tối u và ngắn gọn nhất trớc khi vẽ mạch ngời ta tìm cách tối giản hàm logic Trong thực tế có nhiều phơng pháp khác nhau để tối giản hàm logic nhng chủ yếu sử dụng 2 phơng pháp: sử dụng đại số Boolean

và dùng bìa karnough

2.Phơng pháp đại số Boolean tối giản hàm logic

- Nội dung phơng pháp: sử dụng các tính chất và các phép biến đổi cơ bản của đại số Boolean để biến đổi hàm logic sao cho hàm số là ngắn gọn nhất.

+ Phơng phá này phải chú ý các số 1 và số 0 và sử dụng chúng 1“ ” “ ”

cách linh hoạt trong quá trình biến đổi.

+ Xây dung bìa Karnough đối với hàm số cần đơn giản

+ Ghép các ô trong bìa Karnough liền kề nhau có giá trị =1.Số lợng ô ghép phải lớn nhất và tỉ lệ với 2n

Ví Dụ: 2 ô = 21 1 biến bỏ đi

4 ô = 22 2 biến bỏ đi

SVTH:Nguyễn Thế Khang Lớp:CS-ĐĐT36 Hoàng Thị Kim Lan

16

8 ô = 23 3 biến bỏ đi

16 ô = 24 4 biến bỏ đi

+ Trong số các ô ghép với nhau biến nào có giá trị thay đổi biến đó bỏ đi

Cứ 2n ô ghép với nhau thì bỏ đợc n biến.

+ 1 ô có thể đợc ghép nhiều lần với các ô khác nhng trong mỗi lần ghép phảI có 1 ô mới.

+ Có thể ghép các ô ở cạnh, ở mép với nhau, ở 4 góc với nhau hoặc các ô

đối xứng nhau.

-Ví dụ: A B C D A B C D A B C D A B C D

D C B A D C B A D C B A D C B A D C B A D C B A Y

.

.

+ +

+ +

+ +

+ +

17

Chơng II CáC cổng lôgic và mạch tổ hợp

I Các cổng logic

1.Cổng OR(Cổng hoặc - ORGATE)

*Định nghĩa: Cổng OR là cổng logic cơ bản thực hiện thuật toán logic tổng các tín hiệu đầu vào(tổng các biến số ở đầu vào)

-Hàm quan hệ:

+Tổng quát: Y=A+B+ +N…

2 biến: Y=A+B

3 biến:Y=A+B+C

Trong đó:A,B,N là các biến đầu vào

Y là biến đầu vào

+Kí hiệu: 2 biến:

U5A

+Bảng chân lí:

18

AB

A

19

ABY

A

U

*§Þnh nghÜa: Cæng AND lµ cæng logic c¬ b¶n thùc hiÖn thuËt to¸n logic tÝch c¸c biÕn sè ë ®Çu vµo

3.Cổng NOT( Cổng đảo NOTGATE)–

*Định nghĩa:Cổng NOT là cổng logic cơ bản thực hiện phép tính logic phủ

định biến số đầu vào

21

ABY

A B

22

AY

YA

u

Hãy thiết kế mạch logic:

a.Dùng toàn cổng NAND 2 đầu vào

b.Dùng toàn cổng NOR 2 đầu vào

Giải

Ta có: 3 biến đầu vào: A,B,C

1 biến đầu ra: Y

Lập hàm: Y = A.B.C +A.B.C +A.B.C+A.B.C = A.C +A.C

Biến đổi hàm: Y = A.C +A.C

a.Dùng toàn cổng NAND 2 đầu vào:

C A C A C A C

U1C U1B

U1A

b.Dùng toàn cổng NOR 2 đầu vào:

C A C A C

Vẽ mạch :

U4B U4A

U3D

U3C

U3B U3A

2 Thiết kế mạch logic biết biểu thức logic

- Bớc 5:Biến đổi hàm logic và vẽ mạch theo yêu càu của đề bài.

- Bớc 6: Kiểm tra lại bài.

b Ví dụ: Cho biểu thức logic Y = A.B+B.C.D+ A.C.D Hãy thiết kế mạch logic ding toàn cổng NAND 2 đầu vào

U5D

U5C

U5B U5A

U2D U2C

U2B

3.Thiết kế mạch theo yêu cầu.

a.Các bớc thực hiện:

*Bớc 1: Dựa vào các yêu cầu của bài toán xác định số lợng biến đầu vào,

đầu ra, đặt tên và chọn mức logic cho các biến đầu vào đặt tên cho các biến

*Bớc5: Biến đổi hàm logic vừa rút gọn và vẽ mạch theo yêu cầu

*Bớc6: Kiểm tra lại mạch

Hãy thiết kế mạch logic thc hiện hoạt động trên dùng:

1 Toàn cổng NAMD 2 đầu vào.

2 Toàn cổng NOR 2 đầu vào.

27

2.Dùng toàn cổng NOR 2 đầu vào:

Biến đổi hàm ta có: Y = A.B+B.C =(A+B)+(B +C)

Vẽ mạch:

U9D U9C

U9B U9A

U4D U4C

Chơng III

SVTH:Nguyễn Thế Khang Lớp:CS-ĐĐT36 Hoàng Thị Kim Lan

6MS1 7MS2 2MR1 3MR2

14 CP0

1 CP1

11 Q3 8 Q2 9 Q1 12 Q0

Sè xung vµo Sè nhÞ ph©n ra

sè thËp ph©n

30

SVTH:NguyÔn ThÕ Khang Líp:CS-§§T36 Hoµng ThÞ Kim Lan

31

32

phần II thiết kế mạch

A sơ đồ khối

I Sơ đồ

* Nhiệm vụ từng khối

- Khối nguồn :Có nhiệm vụ biến đổi nguồn xoay chiều 220v thành nguồn một chiều cung cấp cho khối xung chủ, khối hiển thị, khối giải mã và mạch đếm.

- Khối tạo xung chủ : Cung cấp xung cho các IC hoạt động.

- Khối thực hiện chu trình : Dùng IC đếm để đếm chu trình và điều khiển chu trình.

- Khối giao tiếp : Là các phần tử phi tuyến để nối giữa đầu ra của IC với phần

hiển thị.

-Công tắc để đổi loại led 7 đoạn

- Khối hiển thị : Là các led 7 đoạn Anôt chung và Katot chung

SVTH:Nguyễn Thế Khang Lớp:CS-ĐĐT36 Hoàng Thị Kim Lan

Giải mã

đếm

Công tắc thay đổi loại led

* Nguyên lý hoạt động

Mạch giải mã sang led 7 đoạn hoạt động đợnhờ nguồn điện xoay chiều 220v qua biến áp, qua nắn lọc lấy ra nguồn 1 chiều +5v cấp cho mạch tạo xung CK, đếm giao tiếp, giải mã hiển thị và led hiển thị Bộ tạo dao động xung CK tạo ra dao động với tần số và biên độ ổn định đợc đa đến bộ đếm yêu cầu bài ra sau đó đợc đa đến mạch giải mã, hiển thị giao tiếp với led để hiển thị số đếm của nạch anot và catoth Tín hiệu sau mạch đếm còn đợc đa

đến mạch giao tiếp để hiển thị

I.1 Khối nguồn

I.1.1 Khái niệm :

- Nhiệm vụ của mạch cung cấp nguồn là tạo ra năng lợng cần thiết để cung cấp cho các thiết bị điện, điện tử làm việc Thông thờng nguồn năng lợng do

bộ nguồn tạo ra là nguồn 1 chiều lấy từ nguồn xoay chiều.

- Sơ đồ khối nguồn :

- Biến áp : Biến điện áp xoay chiều cao thành điện áp xoay chiều thấp.

- Mạch chỉnh lu : Biến điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều nhấp nhô.

- Bộ lọc : Lọc điện áp 1 chiều nhấp nhô thành điện áp 1 chiều bằng phẳng.

- Bộ ổn áp : Tạo ra điện áp 1 chiều ổn định.

I.1.2.Cấu tạo:

Khối nguồn gồm một số linh kiện sau:

SVTH:Nguyễn Thế Khang Lớp:CS-ĐĐT36 Hoàng Thị Kim Lan

áp