Thiết kế mạch đếm từ 0 đến 7 hiển thị trên 1 LED 7 đoạn Anode chung sử dụng nguồn xung vuông được tạo từ IC 7400, IC 7476, IC 7447

Ngày 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 “Thiết kế mạch đếm từ 0 đến 7 hiển thị trên 1 LED 7 đoạn Anode chung sử dụng nguồn xung vuông được tạo từ IC 7400, IC 7476, IC 7447 ” được sử dụng để đếm thời gian,đếm sản phẩm, đèn giao thông, chia tần số và điều khiển các mạch khác…… Tiểu luận gồm có 3 Chương: Chương 1: Tổng quan về đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 3: Thiết kế mạch . 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 Thầy XXX 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.

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÝ TỰ TRỌNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

SVTH: 1 CAO NGUYỄN NHẬT HÀO - MSSV:20005031

Thiết kế mạch đếm từ 0 đến 7 hiển thị trên 1 LED 7 đoạn Anode chung sử dụng nguồn xung vuông được tạo từ IC 7400, IC 7476, IC

7447 Ngành học: Điện công nghiệp Lớp học: 20C1-ĐCN1

TIỂU LUẬN MÔN KỸ THUẬT SỐ

GVGD: Nguyễn Minh Đức

Thành phố Hồ Chí Minh – 2021

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÝ TỰ TRỌNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

SVTH: 1 CAO NGUYỄN NHẬT HÀO - MSSV:20005031

Thiết kế mạch đếm từ 0 đến 7 hiển thị trên 1 LED 7 đoạn Anode chung sử dụng nguồn xung vuông được tạo từ IC 7400, IC 7476,

IC 7447 ” Ngành học: Điện công nghiệp Lớp học: 20C1-ĐCN1

TIỂU LUẬN MÔN KỸ THUẬT SỐ

(Ký và ghi rõ họ và tên) (Ký và ghi rõ họ và tên)

Thành phố Hồ Chí Minh – 2021

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Sơ đồ khối của bộ đếm 7

Hình 1 2 Đồ hình trạng thái tổng quát của bộ đếm 7

Hình 2 1 Kí hiệu cổng logic NAND-IC7400 10

Hình 2 2 Mạch tạo xung dùng IC 74LS00 11

Hình 2 3 IC giải mã 74LS47 12

Hình 2 4 LED 7 thanh hiển thị giá trị đếm 13

Hình 2 5 Sơ đồ chân của JKFF-7476 14

Hình 3 1 Đồ hình trạng thái của mạch đếm 0 đến 7 15

Hình 3 2 Sơ đồ logic được thiết kế trên vở 16

Hình 3 3 Mạch đếm được thiết kế mô phỏng trên phần mềm Proteus 17

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày 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 “ Thiết kế mạch đếm từ

0 đến 7 hiển thị trên 1 LED 7 đoạn Anode chung sử dụng nguồn xung vuông được tạo từ IC 7400, IC 7476, IC 7447 ” được sử dụng để đếm thời gian,đếm sản phẩm,

đèn giao thông, chia tần số và điều khiển các mạch khác……

Tiểu luận gồm có 3 Chương:

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Thiết kế mạch

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 Thầy XXX 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

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Lý do chọn đề tài:

Đây là đề tài rất hay và được ứng dụng rất nhiều trong đời sống cũng như trong công nghiệp Nhằm tăng năng suất, hiệu quả trong công việc và giảm sức lao động của con người, mạch đếm được đưa vào sử dụng thay thế con người trong công việc như đếm sản phẩm, đếm thời gian, đèn giao thông, chia tần số và điều khiển các mạch khác… Với đặc điểm tiện lợi, chính xác cao, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt, mạch đếm nhanh chóng được biết đến và được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực

Xuất phát từ thực tế và ứng dụng rộng rãi của mạch đếm, nên em chọn đề tài “Thiết kế mạch đếm từ 0 đến 7 hiển thị trên 1 LED 7 đoạn Anode chung sử dụng nguồn xung vuông được tạo từ IC 7400, IC 7476, IC 7447 ” cho môn học Kĩ thuật số

1.2 Mô tả đề tài:

-Khi được cấp nguồn, mạch đếm sẽ đếm thuận liên tục từ 0 đến 7 (Kđ=8) và tuần hoàn lặp lại

-Khi ngừng cấp nguồn, mạch ngừng đếm, không hoạt động

- Điện áp hoạt động của hệ thống không gây nguy hiểm đến người sử dụng

-Giao diện dễ sử dụng, nhỏ gọn, tiện dụng

1.3 Tìm hiểu về mạch đếm

1.3.1 Khái niệm

Mạch đếm là một mạch dãy đơn giảm được xây dựng từ các phần tử nhớ và các phần

tử tổ hợp, mạch đếm là thành phần cơ bản của các hệ thống số

Bộ đếm là một mạch dãy tuần hoàn có một đầu vào đếm và một đầu ra, mạch có số trạng thái trong chính hệ số đếm (Kđ)

Dưới tác động của tín hiệu vào đếm mạch sẽ chuyển từ trạng thái trong này đến một trạng thái trong khác thoe một thứ tự nhất định Cứ sau Kđ lần tín hiệu vào đếm, mạch

sẽ trở về trạng thái xuất phát ban đầu

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

Hình 1 1 Sơ đồ khối của bộ đếm

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 sẽ trở về

trạng thái ban đầu S0 và khi đó đồng thời xuất hiện tín hiệu ra một lần duy nhất

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

1.3.2 Phân loại

 Phân loại theo cách làm việc:

+ Bộ đếm đồng bộ (Synchronous counter): là bộ đếm mà sự chuyển đổi trạng thái trong các FF diễn ra đồng thời khi có tác động của xung đếm Mọi sự chuyển đổi trạng thái (từ Si sang trạng thái mới Sj) đều không thông qua trạng thái 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 nhất một cặp chuyển biến trạng thái Si  Sj mà trong đó các FF không thay đổi trạng thái đồng thời (Si  Si’ Si’’ Sj)

Xung đồng bộ tác động không đồng thời tới các FF

 Phân loại theo hệ số đếm

+ Bộ đếm có hệ số đếm Kđ = 2n : Bộ đếm có hệ số đếm cực đại, khi sử dụng n FF để

mã hoá các trạng thái trong cho bộ đếm thì khả năng mã hoá tối đa là 2n (Kđ = 2, 4, 8, 16

+ Bộ đếm có hệ số đếm Kđ = 2n : Sử dụng n FF để mã hoá các trạng thái trong cho bộ đếm, sẽ có (2n - Kđ) trạng thái không được sử dụng đến Do vậy khi thiết kế bộ đếm cần phải lưu ý đến các trạng thái không sử dụng tức là cần phải có biện pháp làm cho

bộ đếm thoát khỏi các trạng thái đó một cách hợp lý để trở về chu trình đúng mà vẫn phải đảm bảo bộ đếm được thiết kế là đơn giản (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 đến trạng 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 trong khác nhau, các cách mã hoá khác nhau sẽ tương ứng với các mạch thực hiện khác 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) thì trạng 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 hoá các trạng thái trong của bộ đếm

+ Bộ đếm thuận nghịch: là bộ đếm vừa có khả năng đếm thuận vừa có khả năng 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 hiệu điều khiển + Bộ đếm không có khả năng lập trình : Kđ cố định, không thay đổi được

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tìm hiểu về khối tạo xung – IC 7400:

Cổng NAND là kết hợp của cổng AND và cổng NOT Ngõ ra của cổng NAND là đảo với ngõ ra cổng AND, 7400: 4 cổng NAND, mỗi cổng 2 đầu vào

Hình 2 1 Kí hiệu cổng logic NAND-IC7400.

Bảng trạng thái

Các ngõ vào Ngõ ra

Nhận xét:

 Ngõ ra cổng NAND = 1 khi có ít nhất 1 ngõ vào của nó bằng 0

 Ngõ ra cổng NAND = 0 khi tất cả các ngõ vào của nó bằng 1

Biểu thức logic

Hình 2 2 Mạch tạo xung dùng IC 74LS00

2.2 Tìm hiểu về 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 led bảy 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 tra led bảy đoạn, nếu ta cắm chân này xuống mass thì bộ giải mã sẽ sáng cùng lúc với bảy 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 mức gì

Chân 5 (RBI) kết nối với mức cao

Hình 2 3 IC giải mã 74LS47

2.3 Tìm hiểu về khối hiển thị- led 7 thanh

Led 7 thanh (7-segment Display) hay còn được gọi là led 7 đoạn được thiết kế để

hiển thị số và một số ký hiệu khác Với các đoạn LED trong màn hình đều được nối với các chân kết nối để đưa ra ngoài Các chân này được gán các ký tự từ a đến g, chúng đại diện cho từng LED riêng lẻ Các chân được kết nối với nhau để có thể tạo thành một chân chung

Chân Pin chung hiển thị thường được sử dụng để có thể xác định loại màn hình LED 7 thanh đó là loại nào Có 2 loại LED 7 thanh được sử dụng đó là Cathode chung (CC)

và Anode chung (CA)

Trong màn hình hiển thị Anode chung, tất cả các kết nối Anode của LED 7 thanh sẽ được nối với nhau ở mức logic “1”, các phân đoạn LED riêng lẻ sẽ sáng bằng cách áp dụng cho nó một tín hiệu logic “0” hoặc mức thấp “LOW” thông qua một điện trở giới hạn dòng điện để giúp phù hợp với các cực Cathode với các đoạn LED cụ thể từ a đến

g

Hình 2 4 LED 7 thanh hiển thị giá trị đếm.

Thông số kĩ thuật:

 Màu đỏ, A chung (A anode), 1 Dot, 10 chân

 Điện áp rơi trên LED là 2.2V

 Kích thước (19mm x 12.6mm x 8mm)

 Dòng tối đa chạy qua mỗi LED là 25mA

 Dòng chạy bình thường: 10mA Nếu nguồn 5V thì mỗi Led phải nối với 1 điện trở 220R (dòng chạy qua mỗi led 13mA)

2.4 Tìm hiểu về khối đếm IC 7476-JK-FF

74LS76 là 1 IC chứa 2 FF JK trong cùng một vỏ, ngõ đồng hồ clock (kí hiệu là CP: Clock Pulse) tác động cạnh xuống; nó đều có cả 2 ngõ vào trực tiếp là Preset (kí hiệu chân là SD) và Clear (kí hiệu chân là CD), trong cấu tạo mạch như hình dưới, chúng đều

preset và clear

Chân 5 (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 13(GND) là chân nối mass để tạo dòng điện Nếu chân này không nối mass hoặc

để hở thì IC sẽ không làm việc và khi đó dẫn tới mạch sẽ không hoạt động

Chân 4,12,9,16 (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 1,6 (chân CLK) là chân xung clock của Trigger, ở đây nó sẽ tích cực ở sườn xuống của xung nghĩa là nó sẽ làm việc trong khoảng thời gian xung từ mức cao chuyển xuống mức thấp, còn khi ta cấp mức cao hoặc mức thấp thì nó sẽ không làm việc

Chân 3,8 (chân CLR) là chân Clear có nhiệm vụ xóa trạng thái về 0 Ở đây nó tích cực

ở mức thấp nếu ta nối nó xuống mass thì nó sẽ hoạt động còn nếu nối lên mức cao nó

sẽ không hoạt động

Chân 11,15 (Q1,Q2) là chân ra ở trạng thái bình thường của Trigger JK

Chân 10,14 (chân đảo) chân ra ở trạng thái đảo so với chân 11,15

Hình 2 5 Sơ đồ chân của JKFF-7476.

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH THEO ĐỀ TÀI

Với Kđ=8, mạch đếm có 8 trạng thái từ 0 đến 7

Với n=log2(8)=3 nên ta sử dụng 3 bộ JK_FF

Ta có đồ hình trạng thái :

Hình 3 1 Đồ hình trạng thái của mạch đếm 0 đến 7

Ta lại có bảng trạng thái sau:

Q 2

Q 1

Q 0

Q2

’

Q1

’

Q0

’

J 2

K 2

J 1

K 1

J 0

K 0

Từ bảng trạng thái ta thực hiện vẽ bảng Karnaugh, sau đó tối thiểu rồi suy ra được phương trình kích

J0=K0=1

J1=K1=Q0

J2=K2= Q0.Q1

Sau khi thu được phương trình kích, ta thiết kế sơ đồ logic

Hình 3 2 Sơ đồ logic được thiết kế trên vở

Kết quả thu được mô phỏng trên Proteus hoàn toàn đúng với yêu cầu đề tài

Hình 3 3 Mạch đếm được thiết kế mô phỏng trên phần mềm Proteus

KẾT LUẬN- KẾT QUẢ

Ưu điểm: mạch chạy đúng yêu cầu, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt, dễ dàng thực hiện

Nhược điểm: bố trí mạch chưa khoa học, thiết kế chưa mang tính công nghiệp Tính thực tế của sản phẩm: Đây là đề tài rất hay và được ứng dụng rất nhiều trong đời sống cũng như trong công nghiệp.Nhằm tăng năng suất, hiệu quả trong công việc và giảm sức lao động của con người, MẠCH ĐẾM được đưa vào sử dụng thay thế con người trong công việc như đếm sản phẩm, đếm thời gian, đèn giao thông, chia tần

số và điều khiển các mạch khác… Với đặc điểm tiện lợi, chính xác cao, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt; MẠCH ĐẾM nhanh chóng được biết đến và được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực

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

Đồ hình trạng thái

101 111