Đồ án dem xung tu 0 den 125

Đồ án dem xung tu 0 den 125

- -

- -Lời nói đầu

Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và công nghệ, các thiết bị điện tử

đợc ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao trong hầu hết các lĩnhvực kinh tế kỹ thuật cũng nh trong đời sống xã hội

Việc xử lý tín hiệu trong các thiết bị điện tử hiện đại đều dựa trên nguyên lý

số, vì các thiết bị làm việc dựa trên cơ sở nguyên lý số có những u điểm hơn hẳncác thiết bị điện tử làm việc trên nguyên lý tơng tự, đặc biệt là trong kỹ thuật tínhtoán Bởi vậy sự hiểu biết sâu sắc về điện tử số là không thể thiếu đợc đối với kỹ s

điện tử ngày nay Nhu cầu hiểu biết về kỹ thuật số không chỉ riêng đối với các kỹ

s điện tử mà còn đối với nhiều cán bộ kỹ thuật các ngành khác có sử dụng thiết bị

điện tử

Kỹ thuật số là một môn học nói về các tính năng cơ bản cũng nh những ứngdụng thực tiễn của những thiết bị lôgic Các cổng logic, các mạch logic đợc thiết

kế để ứng dụng trong thực tế nh mạch đếm, mạch đèn giao thông v.v đợc giớithiệu một cách tơng đối rõ ràng để ngời đọc hiểu rõ hơn Việc tập hợp có thứ tựcủa 10 ký hiệu từ 0 – 9 gọi là các chữ số Chúng đợc sử dụng để biểu diễn 1 sốbất hiểu biết các tính năng cơ bản và ứng dụng của các cổng logic cũng nh cáclinh kiện số nh IC, FF v.v… sẽ giúp ích cho chúng ta rất nhiều trong thực tiễncông việc cũng nh trong cuộc sống

Nhìn chung kỹ thuật số là một môn học lôi cuốn đối với học sinh, sinh viênnhng nó vẫn còn là một môn học khó và mới lạ.Bởi một lý do là học sinh ,sinhviên của chúng ta vẫn cha đợc tìm hiểu,thực hành một cách chọn vẹn về nó Đểtrở thành một kỹ s điện tử chuyên ngành về kỹ thuật số là ớc mơ của hầu hết củacán bộ công nhân viên và sinh viên chuyên ngành điện điện tử chúng ta ngày nay

ChƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐIỆN ĐẩN QUẢNG CÁO

U1 78L05

Khèi nguån

Khèi giao tiÕp

Khèi hiÓn thÞ

Khèi

nguån

Biến áp T2 là biến áp cảm ứng hạ điện áp Uac=220V xuống Uac=12V.Bộchỉnh lu cầu có nhiệm vụ chỉnh lu dòng xoay chiều thành dòng một chiều ,tụ C1cónhiệm vụ lọc điện áp một chiều ra cho bằng phẳng hơn

ICổn áp 7805 có nhiệm vụ ổn định điện áp ra luôn bằng +5Vđể cung cấp cho các

IC số trong mạch hoạt động

**Chọn biến áp đầu vào 220V đầu ra 6 V Mạch chỉnh lu cầu,lọc bằng tụ2200uF ổn áp bằng IC ổn áp 7805 Cuối cùng ta đợc mạch nguồn với đầu ra 5Vcung cấp cho IC

Mạch nguồn cung cấp cho relay ta thay IC ổn áp 7805 bằng IC ổn áp 7812 đểlấy đầu ra là 12V**

2) Khối xung: Mạch tạo xung vuông dùng IC555

7 Dis 8 Vcc

U1 555

R4 10k

R3 1k

R2 1k R1

Chân 4: Chân đặt lại hay chân xoá (Reset) Nó có thể điều khiển xoá điện áp

đầu ra khi điện áp đặt vào chân này từ 0,7 V trở xuống.Vì vậy để có thể phát raxung ở đầu ra chân 4 phải đặt ở mức cao

Chân 5: Chân điện áp điều khiển (Control Voltage) Ta có thể đa một điện ápngoài vào chân này để làm thay đổi việc định thời của mạch, nghĩa là làm thay đổitần số dãy xung phát ra Khi không đợc sử dụng thì chân 5 nối xuống mass thôngqua một tụ khoảng 0, 01àF

Chân 6: Là chân thềm (Thres hold)

Chân 7: Là chân xả (Discharrge)

b) Tác dụng linh kiện:

+ IC555 phần tử tạo dao động

+ Các điện trở R1, R2 là điện trở hạn dòng

+ Điện trở R4 điện trở tải

+ Các tụ làm nhiệm vụ lọc

c) Nguyên lý làm việc, tính toán chọn linh kiện:

- Sơ đồ cấu trúc IC 555:

T1: TZT switch

T2: Cổng đảo

SS1, SS2: Là 2 IC OPAM khuếch đại

FF: Là Flip – Flop loại RS

Các điện trở R tạo thành một mạng phân áp

Q n = 1 -> T dÉn b·o hoµ -> UCE gi¶m -> tô C1 x¶ ®iÖn +C1->R2-> rCE->mass

Khi 1/3EC < UC1<2/3EC

1 S :

SS2

møc cao -> h×nh thµnh xung d¬ng

T kho¸-> UCE t¨ng ->tô C2 n¹p trë l¹i -> qu¸ tr×nh lËp l¹i nh trªn

KL: cø nh vËy ®Çu ra cña ch©n 3 sÏ t¹o ra xung vu«ng

2

1 2

ln 2

1 1

R R C R

R C

3) Khèi ®iÒu khiÓn:

Khèi nµy ®iÒu khiÓn c¸c ch¬ng tr×nh ch¹y cña m¹ch yªu cÇu nã gåm c¸clinh kiÖn IC4017 vµ c¸c cæng l« gic cæng AND cæng OR

a) Giới thiệu về IC 4017:Là bộ đếm bộ chia hệ 10 Một trong 10 đầu ra sẽ

chuyển lên mức cao (H)trong khi các đầu ra khách ở mức thấp (L) một cách tuần

tự theo xung nhịp. Sự đếm sẽ sảy ra khi chân EN (chân 13) và chân MR ( chân 15)

của IC đặt ở mức thấp (L) Nguồn cung cấp từ 3v đến 15v.Vi mạch naỳ có nhiềuứng dụng trong điện tử số

+) Cấu trúc của IC 4017:

P0:clock input (L, (l,H)

CP1:clock input (H,L)

MR: reset input

Q0 đến Q9Decondeo

4Q2

7Q3

10Q4

1Q5

5Q6

6Q7

9Q8

11Q9

12Q5-9U1

counteradvansse counteradvansse

L L X nochange

L X H nochange

L H L_H nochange

L H_L L nochange

+) Nguyên lý làm việc của IC4017:

Khi cấp nguồn và xung cho IC4017 thì con IC này sẽ làm việc.Với CK thứnhất thì đầu ra Q0 và Q5-9 tích cực ở mức cao, các đầu ra còn lại ở mức thấp.Tiếp tục với CK thứ hai thì đầu ra Q1 và Q5-9 sẽ lên mức cao Q0 và các đầu racòn lại sẽ ở mức thấp Cứ nh vậy cho tới CKthứ 5 Đến CK thứ 6 thì chỉ có đầu raQ6 tích cực ở mức cao, tiếp tục nh vậy đến CK thứ 10 Chuyển sang CKthứ 11 thì

Cổng OR:

+) Định nghĩ : Cổng OR là cổng lôgic cơ bản thực hiện thuật toán lôgic tổngcác tín hiệu vàoY=A+B+C+…+N ,với :A,B,…,N là các biến số đầu vào , còn Y làhàm số hay kết quả đầu ra

Nh vậy một cổng lôgic có thể có số đầu vào lên đến N Nhng trong thực tế ợng đầu vào của một cổng logic là có hạn nó thờng nằm trong khoảng từ hai đầuvào đến nhỏ hơn hoặc bằng mời đầu vào và chỉ có một đầu ra

+) Kí hiệu:

A B

A B C

U2A U1A

+) Bảng sự thật: Bảng sự thật hay còn gọi là bảng trạng trạng thái,bảng chân

lý của cổng logic.Bảng trạng thái của cổng OR ba đầu vào nh hình vẽ

-Nếu gọi A,B là công tắc Y là đèn Công tắc kín thì A=B= 1 công tắc

hở thì A=B=0, đèn sáng thì Y=1 và đèn tắt thì Y=0

-Vậy cổng OR là cổng logic có đầu ra ở mức thấp khi và chỉkhi tất cả các đầu vào ở mức thấp

-Dùng Diode loại Ge mỗi một đầu vào tơng ứng với mộtDiode.Thì ta có mạch điện nh sau:

V2 0V

V1 0V

R1 1k

D2 DIODE D1 DIODE

Với A,B,C là các đầu vào

,Y là đầu ra A=B=C=1 Khi cả 3 công tắc đợc đóng lên +vcc.A=B=C=0 khi cả

3 công tắc đóng xuống mass

Y=1 ứng với điện áp ở đầu ra là4,3v

Y=o khi đầu ra có mức điện áp là 0v

+) Dạng sóng của cổng or: Giả sử có cổng or hai đầu vào bằng cách chocác sóng chữ nhật (biểu thị cho mức lôgíc “0” va “1”)tác động vào các đầuvào dựa vào bảng chân lý ta tìm đợc dạng sóng của đầu ra nh hình vẽ sau:A

B

Y

c)Cổng AND :

+) Định nghĩa: Cổng AND là cổng logic cơ bản thực hiện thuật toán logic

tích các biến số đầu vào

+)Hàm quan hệ :

Ta có A, B, C, , N là các biến đầu vào

Y là kết quả đầu ra

=> Y = A B C … N

Có 2 biến đầu vào : A, B => Y = A B

Có 3 biến đầu vào : A, B, C => Y = A B C

+) Ký hiệu :

A B

+) ý nghĩa:

Nếu ta gọi 2 đầu vào A, B là 2 công tắc, còn Y là đèn tín hiệu, thì cổngAND tơng đơng với việc các công tắc mắc nối tiếp với nhau và nối tiếp với đèn tínhiệu

Công tắc hở < = > A = B = 0Công tắc kín < = > A = B = 1

Y = 0 => Đèn tắt

Y = 1 => Đèn sáng Cổng AND là loại cổng logic có đầu ra ở mức cao khi và chỉ khi tất cả các

đầu vào đều ở mức cao

4)Khối ghi dịch :

Mạch ghi dịch là mạch bao gồm các FFD đợc mắc nối tiếp nhau , thực hiệnnhiệm vụ ghi dịch Mạch ghi dịch đợc ứng dụng rất đa dạng và có vị trí quan trọngtrong các hệ thống mạch Điện _Điện tử nh: Hệ thống máy tính ,hệ thống vi sử lý ,

hệ thống vi điều khiển và các mạch ứng dụng trong công nghiệp cũng nhtrongdân dụng

trong mạch này ta sử dụng IC 74164 làm chức năng ghi dịch IC này có chứcnăng ghi dịch 8 bit

V C C

G N D

89

CK:Clock pulse - đầu vào xung đồng hồ

CL :CLear - đầu vào xoá Q0 đến Q7 là các đầu ra song song Q7còn tham gia vào đầu ra nối tiếp Dsa ,Dsb là các đầu vào

Hoạt động theo bảng chân lý sau:

c) Nguyên lý làm việc của IC74164:

Khi chân CL ở mức thấp thì tất cả các đầu ra từ Qa-Qh đều ở mức thấpkhông quan tâm đến xung CK và các chân Da ,Db

Khi chân CL ở mức cao CK tác động mức thấp tất cả các đầu ra giữ nguyên trạngthái ban đầu từ Qa0 cho đến Qh0 không quan tâm đến Da Db

Khi chân CL ở mức cao , xung CK tác động ở sờn lên ,Da Db ở mức caoIC74164 bắt đầu ghi dịch từ trái sang phải bắt đầu từ Qa đến mức cao cho đến Qh Khi CL tác động mức cao ,CK tác động sờn lên của xung ,Da ở mức thấp các

đầu ra từ Qa xuống mức thấp cho đến Qh không quan tâm đến xung Db

Khi CL tác động mức cao, CK tác động sờn lên Db mức thấp không quantâm đến Da thì các đầu ra từ Qa xuống mức thấp cho đến Qh

Đây chính là nguyên lý ghi dịch sử dụng trong mạch điện quảng cáo giaotiếp với 16 bóng chạy 5chơng trình trên

5) Khối hiển thị :Làm nhiệm vụ biểu hiện các chơng trình của mạch Khối này

dùng cổng OR và led , cổng OR tiếp nhận tín hiệu ghi dịch của khối ghi dịch ledgiao tiếp với cổng OR để hiện thị trạng thái của khối ghi dịch

6) khối giao tiếp:Do điện áp và dòng điện tại các đầu ra của IC khác với tải nên

để tránh hiện tợng cháy IC và hỏng tải ta phải sử dụng phần giao tiếp giữa các đầu

ra của IC với tải Có nhiều loại giao tiếp khác nhau nh : mạch giao tiếp dùngRelay, mạch giao tiếp dùng SCR, mạch giao tiếp dùng TZT và SCR

6.1:Mạch giao tiép dùng relay

Khi Q0 lên mức cao làm cho điện áp đầu vào Q1 đủ để mở Q1 (UBE = 0,6 ữ

0,7V) thì Q1 dẫn Lúc đó có dòng chảy từ +12V qua cuộn dây, qua tiếp giáp CEcủa Q1 xuống mass Khi đó trong cuộn dây xuất hiện suất điện động hút tiếp điểmRelay lại làm cho đèn L1 sáng

Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0

220VAC R1

+12V

L1

74LS164

Dsa Dsb CP MR

Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0

U3

Tuú theo c¸ch s¾p xÕp thø tù c¸c vïng b¸n d½n ngêi ta chÕ t¹o 2 lo¹i TZT lµ TZT PNP (TZT thuËn ) va TZT NPN ( TZT ngîc )

Cùc ph¸t E(Emiter) Cùc nÒn B(base) Cùc thu C(Collector)

E P N P C

B

C

I C

IB

E IE

0,55 0,6

10

20

30

40

§Æc tuyÕn truyÒn dÉn : I C /V BE

10

20

30

40

β =IC/IB là độ khuyếch

βdòng điện cua TZT Đọ khuyếch

β đại dòng điện β thờng có trị số

βtừ vài chục đến vài trăm lần Do

β>> 1 nên ta có :IE=β.IB hay IE=IB

Đặc tuyến ngõ ra :I c /V CE

Ta thay đổi điện áp VCE bằng cách điều chỉng nguồn VCC

Nếu điện áp cực b nhỏ IB =0 và IC=0 , ta phải tạo điện áp phân cực cho VBE để

tạo dòng IB , sau đó tăng VCEđể xem sự thay đổi của IC

Tăng VCE từ 0v lên thì IC tăng nhanh và sau khi đạt giá trị IC =β.IB thì IC gần

nh không thay đổi mặc dù V vẫn tiếp tục tăng cao

30uF 20uF 10uF

VCE

Hình bên là đặc tuyến truyền đạt IC/VCE theo dòng điện IB

Các thông số kỹ thuật của TZT :

Đặc tính kỹ thuật của TZT ngoài đặc tuyến ngõ ra , ngõ vào và đặc tuyến truyềndẫn còn có 1 số thông số kỹ thuật có ý nghĩa giới hạn cần biết khi sử dụng TZT + Độ khuyếch đại dòng điệnβ:

Độ khuyếch đại dòng điện β của

TZT có thể thay đổi theo dòng điện

IC Hình bên cho thấy khi IC nhỏ β thấp

IC tăng đến giá trị βMAXX nếu tiếp tục

tăng IC đến mức bão hoà thì β giảm

Max

c

+ Điện áp giới hạn:

Điện áp đánh thủng VB là điện áp ngợc tối đa đặt vào giỡa các cặp cực ,nếu quá

điện áp này thì TZT sẽ bị đánh thủng Có 3 loại điện áp giới hạn

BVCE0 : Điện áp đánh thủng giữa Cvà E khi B hở

BVCB0 : Điện áp đánh thủng giữa Cvà B khi B hở

BVEB0 : Điện áp đánh thủng giữa Evà B khi B hở

Tần số cắt là tần số mà TZT có đọ khuyếch đại là 1

VD : TZT 2SC458 có các thông số kỹ thuật

β =230 ; BVCE0= 30v ; BVCB0= 30v ; BVEB0= 6v ;

PDmaxx=200mW; fcut-off=230MHZ

ICmaxx=100mA; loại NPN chất Si

Tính toán và chọn linh kiện cho phần giao tiếp của SCR bằng TZT lỡng cực

C u c G S C R R3

R2 R1

+V

V1 5V

R2 = 4,8 / 0,1414 = 339.6 Chän R2= 560 Ω

b) Giản đồ xung:

ChU tr×nh 2 : S¸ng dÇn tõ ph¶i sang tr¸i råi t¾t dÇn.

Chu tr×nh 3 : S¸ng dÇn tèi tu gi÷a ra råi t¾t dÇn

b) Giản đồ xung nh dới nhng đối xứng sang hai bên tơng ứng mỗi bên 8 đèn

4) chu trình 2 bóng sáng từ trái qua phải đến hết chơng trình

a)Bảng trạng thái

Q 12

Q 13

Q 14

Q 15

Q 16

Q 17

Q 20

Q 21

Q 22

Q 23

Q 24

Q 25

Q 26

Q 27

5) Chu trình một đèn sáng và tắt dần từ phải sang trái:

a) Bảng trang thái

CHU TRINH III : Sơ đồ của mạch điện quảng cáo 16

chữ chạy 5 chơng trình liên tiếp và nguyên lý

hoạt động của mạch

1) Sơ đồ nguyên lý:

a3 d3 d2 a8 b1

f1 f3 f6 c1 c3 c6

U6

4017

CLK 14 E 13 MR

15 CO 12

Q0 3 Q1 2 Q2 4 Q3 7 Q4 1 Q6 5 Q7 6 Q8 9 Q9

U7

4017

CLK 14 E 13 MR

15 CO 12

Q0 3 Q1 2 Q2 4 Q3 7 Q4 1 Q6 5 Q7 6 Q8 9 Q9

U8

4017

1 3

U12D

74HC32

1 3

U23A

74HC08

1 3

U24B

74HC32

1 3

U11D

74HC08 1 3

U12A

74HC32 1 3

2) Tác dụng linh kiện:

+U8, U9, U10 và các cổng logic làm nhiệm vụ điều khiển

+U1, U2, u3 , U4 ,U5 là các IC ghi dịch

+ Các led làm nhiệm vụ hiển thị

2) Nguyên lý hoạt động của mạch:

*Chu trình 1:

Khi cấp nguồn, xung cho mạch thì U8 bắt đầu làm việc một trong 10 đầu ra

sẽ chuyển lên mức cao trong khi các đầu ra khác ở mức thấp một cách tuần tự theoxung nhịp, ở xung nhịp thứ nhất Q0(u8)=H, đầu ra lên mức cao , do CP0 của U9

đợc lấy từ chân Q0(U8) nên đầu ra Q0 (U9 )cũng lên mức cao,lúc này Q1(U9)

đang ở mức thấp,vì vậy mà đầu ra U12A lên mức cao kết hợp với Q0(U10) ở mứccao (“do CP0 U10 đợc lấy từ Q0(U9)”) qua cổng and U11B nên đầu ra U11B lên

mức cao đa tín hiệu đến U12Bđầu ra U12B ở mức cao U1 hoạt động các đènbắt đầu sáng dần từ trái qua phải.thời gian tồn tại của U11B ở mức cao là 16 xungnhịp nên U1 ghi dịch các led sáng từ trái sang phải khi led thứ bẩy sáng tác độngvào dsa,dsb cua U2 nên U2 cũng thực hiện ghi dịch theo chơng trình ghi dịch củaU1.khi mà 16 led sáng hết thì đầu ra của U12A xuống mức thấp nên đầu ra củaU11B xuống mức thấp làm cho đầu ra của U12B xuống mức thấp,U1 tín hiệu ramức thấp.U2 cũng thực hiện ghi dịch theo chơng trình ghi dịch của U1 nên các led

sẽ tắt dần từ trái sang phải trong khi chơng trình 1 chạy thì các chơng trình kháckhông hoạt động(led của chơng trình khác tắt ) do dsa,dsb của chúng đang đợc tác

động mức thấp

* Chu trình 2:

Khi chơng trình 1 thực hiện xong Thì Q0(u8)=H, đầu ra lên mức cao , doCP0 của U9 đợc lấy từ chân Q0(U8) nên đầu ra Q0 (U9 )cũng lên mức cao,lúcnày Q1(U9) đang ở mức thấp,vì vậy mà đầu ra U12A lên mức cao kết hợp vớiQ1(U10) ở mức cao (“do CP0 U10 đợc lấy từ Q0(U9)”) qua cổng And U6C nên

đầu ra U6C lên mức cao đa tín hiệu đến U24Ađầu ra U24Aở mức cao U3hoạt động các đèn bắt đầu sáng dần từ phải qua trái.thời gian tồn tại của U6C ởmức cao là 16 xung nhịp nên U3 ghi dịch các led sáng từ phải sang trái khi ledthứ bẩy sáng tác động vào dsa,dsb cua U4 nên U4 cũng thực hiện ghi dịch theo ch-

ơng trình ghi dịch của U3.khi mà 16 led sáng hết thì đầu ra của U12A xuống mứcthấp nên đầu ra của U6C xuống mức thấp làm cho đầu ra của U24A xuống mứcthấp, tín hiệu ra U3 là tín hiệu mức thấp.U4 cũng thực hiện ghi dịch theo chơngtrình ghi dịch của U3 nên các led sẽ tắt dần từ phải sang trái trong khi chơng trìnhchạy thì các chơng trình khác không hoạt động(led của chơng trình khác tắt )dsa,dsb của chúng đang đợc tác động mức thấp

* Chu trình 3:

Sau khi chơng trình thứ hai chạy xong thì đầu ra U24B lên mức cao và kết

hợp với Q0(U9) qua cổng And U23Bđầu ra của U23B lên mức cao kết hơp vớiQ2(U10) đang ở mức cao đầu ra của U11A lên mức cao tác động vào dsa,dsb