THIẾT KẾ BỘ ĐẾM NHỊ PHÂN, THUẬN, ĐỒNG BỘ KĐ =16, SỬ DỤNG JKFF, HIỂN THỊ SỐ ĐẾM TRÊN LED 7 THANH

LỜI NÓI ĐẦUHiện nay, các hệ thống sản xuất các thiết bị điện tử nói chung và các quá trình sản xuất trong lĩnh vực kỹ thuật xung số nói riêng đều phát triển theo hướng tự động hóa ngày c

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ BỘ ĐẾM NHỊ PHÂN, THUẬN, ĐỒNG BỘ KĐ =16, SỬ DỤNG JK-FF, HIỂN THỊ SỐ ĐẾM TRÊN LED 7 THANH

MÔN KỸ THUẬT XUNG SỐ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

- 

 -BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

Giáo viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Thị Thu Hà

Các thành viên thực hiện :

1, Trần Thị Nhất 2018602868

2, Nguyễn Dương Phi 2018603846

3, Đỗ Văn Thắng 2018604659

Lớp: CƠ ĐIỆN TỬ 2 - K13

Khoa: CƠ KHÍ

BỘ CÔNG THƯƠNG Giáo viên hướng dẫn :

TS TRỊNH VĂN LONG

Các thành viên thực hiện :

HÀ NỘI – 10/2020

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, các hệ thống sản xuất các thiết bị điện tử nói chung và các quá trình sản xuất trong lĩnh vực kỹ thuật xung số nói riêng đều phát triển theo hướng tự động hóa ngày càng cao Vì thế quá trình thiết kế bộ đếm nhị phân là một trong những yêu cầu cần thiết cần phải được nghiên cứu và giải quyết trong các hệ thống sản xuất tự động nhằm mục đích nâng cao năng suất lao động, sử dụng và khai thác các máy móc, thiết bị một cách có hiệu quả nhất, nâng cao chất lượng sản phẩm và cải thiện điều kiện làm việc

Quá trình tự động hóa trong công nghiệp là hết sức quan trọng đối với sự phát triển của một quốc gia Với các nước phát triển như Mỹ, Nhật, Hàn Quốc…thì máy móc tự động điều khiển bằng điện tử không còn xa lạ và đã trở nên quen thuộc Ở các nước này máy móc hầu như đã thay thế lao động chân tay, số lượng công nhân trong nhà máy đã giảm hẳn và thay vào đó là những lao động chuyên môn, những kỹ sư có tay nghề, điều khiển giám sát trực tiếp quá trình sản xuất thông qua máy tính

Ở nước ta do yêu cầu công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước nên ngày càng xuất hiện nhiều những thiết bị xung số mới có những vi mạch càng lớn, khả năng lập trình ngày càng cao và đạt được nhiều thành tựu hơn trong cả cuộc sống lẫn trong công nghiệp Các thiết bị điện tử cho phép tự động hóa trong các quá trình công nghệ và kiểm tra sản phẩm

Trong đề tài bài tập lớn môn “Thiết kế bộ đếm nhị phân, thuận, đồng bộ kđ =16, sử dụng jk-ff, hiển thị số đếm trên led 7 thanh” này, nhóm sinh viên chúng em xin trình bày một cách cụ thể về quá trình nghiên cứu tìm hiểu và tính toán, thiết kế mô hình hệ thống Thông qua đó có thể áp dụng nó vào các bài nghiên cứu khoa học hay vào đồ án tốt nghiệp chuyên ngành khi ra trường

Để bài báo cáo được hoàn thiện hơn, nhóm chúng em hi vọng nhận được những góp ý từ phía các thầy cô Qua đây, chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến cô Nguyễn Thị Thu Hà đã nhiệt tình hướng dẫn cho chúng em

Xin gửi lời chúc sức khỏe đến tất cả các quý Thầy Cô!

Hà Nội, ngày 25 tháng 3 năm 2021

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Cơ sở lựa chọn đề tài

Nhân loại đang sống trong những năm đầu của thế kỉ 21 – thế kỉ của tri thức khoa học với sự phát triển như vũ bão của công nghê thông tin và khoa học ứng dụng Kĩ thuật điện tử là một trong những ngành có tốc độ phát triển khá nhanh và được ứng dụng rộng rãi trong đời sống xã hội Nhu cầu sử dụng các thiết bị, máy móc tự động điều khiển bằng điện tử của con người ngày càng cao

Trong những năm gần đây, công nghệ vi điện tử đang phát triển rất mạnh mẽ Sự

ra đời của các vi mạch cỡ lớn, cực lớn với giá thành hạ, khả năng lập trình ngày càng cao

đã đem lại những thay đổi vô vùng to lớn trong ngành kĩ thuật điện tử

Với sự phát triển kĩ thuật điện tử như hiện nay, nhu cầu về tiếp xúc với lĩnh vực số

đã trở nên không thể thiếu được Mạch số đã và đang thâm nhập vào tất cả các thiết bị điện tử thông dụng và chuyên dụng

Để xây dựng một thiết bị số hoàn chỉnh bao giờ cũng cần phải có các mạch đếm, các thanh ghi, các bộ nhớ… Trong đó các mạch đếm là thành phần cơ bản của các hệ thống số, chúng được sử dụng để đếm thời gian, đếm nhị phân, chia tần số, điều khiển các mạch khác… Mạch đếm được sử dụng rất nhiều trong các mạch điện tử ví dụ như các bộ

xử lí, bộ định thời

1.2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục đích: tìm hiểu về mạch đếm nhị phân, thuận, đồng bộ và hiển thị số đếm Nhiệm vụ:

 Tìm hiểu lý thuyết về mạch đếm

 Tìm hiểu về một số vi mạch đếm thông dụng

 Một vài ứng dụng của mạch đếm

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Tài liệu về mạch đếm

Tìm hiểu các phần tửu cơ bản cấu thành mạch đếm

Một số sơ đồ mạch đếm

Một số vi mạch đếm thông dụng và ứng dụng của nó

1.4 Phạm vi nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết của mạch đếm nhị phân, thuận, đồng bộ Kd=16, sử dụng JK-FF Hiển thị số đếm trên LED 7 thanh

1.5 Phương pháp nghiên cứu

- Dựa vào kiến thức đã được học, tìm hiểu qua internet, sách vở và tham khảo ý kiến bạn bè, thầy cô

- Tìm hiểu những mạch đếm phổ biến để học hỏi cách thiết kế chi tiết, cấu tạo tối

ưu nhất có thể

- Áp dụng những phương pháp thiết kế, tính toán để xây dựng mô hình phù hợp với đề tài

- Sử dụng các phần mền lập trình, thiết kế đồ họa để hỗ trợ như: Proteus, Altium Designer

1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Các mạch đếm là thành phần cơ bản của hệ thống số, chúng được sử dụng để đếm thời gian, chia tần số, điều khiển các mạch khác… Mạch đếm được dùng rất nhiều trong các mạch điện tử ví dụ như các bộ xử lý, bộ định thời

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ PHỎNG

2.1 Tính toán thiết kế hệ thống

2.1.1 Phần tử JK – FF

Định nghĩa: Là phần tử có hai đầu vào chức năng J, K và hai đầu ra Đầu vào J đóng vai trò thiết lập, đầu vào K đóng vai trò xóa

JK = 00 FF giữ nguyên trạng thái cũ

JK = 01 FF luôn chuyển đến trạng thái 0

JK = 10 FF luôn chuyển đến trạng thái 1

JK = 11 FF đảo trạng thái

Kí hiệu:

Hình 2.1 Kí hiệu JK – FF

Hình 2.2 Đồ hình trạng thái của JK - FF

Bảng 2.1 Bảng trạng thái

JK - FF

1X

X1

Hình 2.3 Sơ đồ logic của JK – FF

Sơ đồ này chỉ sử dụng các phần tử logic NAND được minh họa như hình 2.3 Phương trình đặc trưng:

Qn+1 = J Q´ n + K´ Qn

2.1.2 Lựa chọn các linh kiện để chế tạo hệ thống

IC 7404

Hình 2.4 IC 7404

IC 7404 là loại IC có chứa 6 mạch đảo trong một IC và các ngõ vào được kí hiệu là

An, các ngõ ra được kí hiệu là On Điện áp sử dụng là 5V

IC 7432

Thông số kỹ thuật:

 Điện áp làm việc: 2 -6V

 Nhiệt độ làm việc: -40 ~ 125 độ C

Cấu tạo bên trong IC 74HC32 có bốn cổng logic OR, mỗi cổng có 2 ngõ vào và 1 ngõ ra IC 74HC32 được sản xuất theo công nghệ Cmos, là một mạch tích hợp được xây dựng từ các Mosfet và một số điện trở phụ trợ

Hình 2.5 Sơ đồ chân 74HC32

IC 7473 ( JK-FF)

Thông số kỹ thuật:

 Dải điện áp hoạt động: 4.75 ~ 5.25V

 Mức áp logic cao: 2V

 Mức áp logic thấp: 0.8V

 Dòng điện tổng: 20mA

 Tần số hoạt động tối thiểu: 15Mhz

 Dải nhiệt độ chịu được: 0C to 70C

 Ứng dụng: Dùng trong các mạch đếm mod,

Hình 2.6 IC 7473 ( JK-FF)

IC 7447(IC giải mã BCD ra led 7 thanh)

Hình 2.7 IC 7447

Hình 2.8 Logic diagram của IC 7447

IC Bộ giải mã led 7 đoạn, là một thiết bị chuyển đổi một định dạng kỹ thuật số và một trong những thiết bị thông dụng nhất để làm điều này được gọi là BCD (Binary Coded Decimal) sang 7-Segment Display Decoder

Chân 16 cấp nguồn Vcc cụ thể ở đây là 5V nếu quá 5V 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 B,C,D,A

Các chân 15,14,13,12,11,10,9 là các chân ra ,các chân này sẽ được nối với led 7 thanh và được nối như hình trên

Chân thứ 3 LT(Lamp test ) như tên gọi của nó chân 3 này là chân kiểm tra led 7 đoạn,nếu ta cắm chân này xuống mass thì bộ giải mã sẽ sáng cùng lúc với 7 đoạn.Chân này chỉ phục vụ để kiểm tra xem có led nào bị hỏng hay 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 mức thấp thì toàn bộ led sẽ không sáng bất chấp trạng thái ngõ vào là gì

Chân 5 RBI kết nối với mức cao

IC 7408

Hình 2.9 IC 7408 Thông số kỹ thuật:

 Điện áp cung cấp: 4.75V ~ 5.25V

 Dải nhiệt độ hoạt động: 0 ~ 70oC

 Dòng điện ra mức cao: IOH = -0.4mA

 Dòng điện ra mức thấp: IOL = 8mA

IC 555

Thông số kĩ thuật :

 Với nguồn điện áp đầu vào nằm trong dải từ 2 – 18V

 Dòng điện tiêu thụ: 6 – 15mA

 Công suất tiêu thụ lớn nhất (Pmax): 600mW

 Điện áp logic đầu ra ở mức cao (mức 1): 0.5 – 15V

 Điện áp logic đầu ra ở mức thấp (mức 0): 0.03 – 0.06V

Hình 2.10 IC 555

2.2 Thiết kế mô phỏng hệ thống trên proteus

2.2.1 Thiết kế bộ đếm đồng bộ dùng JK-FF

- Xác định số phần tử nhớ cần sử dụng: ta có Kd=16, do đó số phần tử nhớ cần sử dụng là 4 JK-FF

- Đồ hình trạng thái:

-Bảng chuyển đổi trạng thái và giá trị các đầu vào kích :

TTHT TTKT

Q4 Q3 Q2 Q1 Q4 Q3 Q2 Q1 J4 K4 J3 K3 J2 K2 J1 K1

0 0 0 0 0 0 0 1 0 x 0 x 0 x 1 x

0 0 0 1 0 0 1 0 0 x 0 x 1 x x 1

0 0 1 0 0 0 1 1 0 x 0 x x 0 1 x

0 0 1 1 0 1 0 0 0 x 1 x x 1 x 1

0 1 0 0 0 1 0 1 0 x x 0 0 x 1 x

0 1 0 1 0 1 1 0 0 x x 0 1 x x 1

0 1 1 0 0 1 1 1 0 x x 0 x 0 1 x

0 1 1 1 1 0 0 0 1 x x 1 x 1 x 1

1 0 0 0 1 0 0 1 x 0 0 x 0 x 1 x

1 0 0 1 1 0 1 0 x 1 0 x 0 x x 1

1 0 1 0 1 0 1 1 x 0 0 x x 0 1 X

1 0 1 1 1 1 0 0 x 0 1 x x 1 x 1

1 1 0 0 1 1 0 1 x 0 x 0 0 x 1 x

1 1 0 1 1 1 1 0 x 0 x 0 1 x x 1

1 1 1 0 1 1 1 1 x 0 x 0 x 0 1 x

1 1 1 1 0 0 0 0 x 1 x 1 x 1 x 1

Từ bảng chuyển đổi trạng thái, tối thiểu hóa cho các đầu vào kích ta có hệ phương trình kích như sau:

J1=K1=1

J2=K2=Q1

J3=K3=Q1.Q2

J4=K4=Q1.Q2.Q3

-Sơ đồ của bộ đếm :

2.2.2 Hiển thị lên LED 7 thanh

-Bảng chuyển đổi trạng thái giữa giá trị vào và bộ giải mã Led 7 thanh:

-Tối thiểu hóa dùng bìa karnaugh:

 Chân A

Q4Q3

00 01 11 10

 A=Q1

Hình 2.11 Mô phỏng hệ thống trên Proteus

CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM

VÀ HIỆU CHỈNH

3.1 Chế tạo mạch

3.2 Lắp ráp mạch đếm hoàn chỉnh

3.3 Thử nghiệm và hiệu chỉnh