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 74LS73A, IC GIẢI MÃ 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 74LS73A, IC giải mã 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 Nguyễn Minh Đức 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: NGUYỄN VĂN NAM - MSSV: 20004693

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 74LS73A, IC GIẢI MÃ 7447

Ngành học: Điện công nghiệp Lớp học: 20C1-ĐCN2 TIỂU LUẬN MÔN KỸ THUẬT SỐ GVGD: Th.S Nguyễn Minh Đức

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: NGUYỄN VĂN NAM - MSSV: 20004693

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 74LS73A, IC GIẢI MÃ 7447

Ngành học: Điện công nghiệp Lớp học: 20C1-ĐCN2 TIỂU LUẬN MÔN KỸ THUẬT SỐ

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

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH 8

LỜI NÓI ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 10

1.1.Lý do chọn đề tài: 10

1.2.Mô tả đề tài: 10

1.3 Tìm hiểu về mạch đếm 10

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14

2.1 Tìm hiểu về khối tạo xung – IC 7400: 14

2.2 Tìm hiểu về khối giải mã – IC 74LS47 15

2.3 Tìm hiểu về khối hiển thị- led 7 thanh 16

2.4 Tìm hiểu về khối Trigger JK – IC 74LS73A: 17

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 19

3.1 Thiết kế mạch 19

3.2 Thiết kế mạch mô phỏng 20

KẾT LUẬN- KẾT QUẢ 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Sơ đồ khối của bộ đếm 9

Hình 1 2 Đồ hình trạng thái tổng quát của bộ đếm 9

Hình 2 1 Kí hiệu cổng logic NAND-IC7400 12

Hình 2 2 Mạch tạo xung dùng IC 74LS00 13

Hình 2 3 IC giải mã 74LS47 14

Hình 2 4 LED 7 thanh hiển thị giá trị đếm 15

Hình 2 5 Sơ đồ chân IC 74LS73A 16

Hình 3 1 Đồ hình trạng thái mạch đếm từ 0 đến 7 17

Hình 3 2 Sơ đồ khối bộ đếm tiến không đồng bộ 18

Hình 3 3 Mạch đếm được thiết kế mô phỏng trên phần mềm Proteus 18

Hình 3 4 Giản đồ xung mạch đếm thu được trên phần mềm Proteus 19

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa học côngnghệ 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 thuậtđiện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị có các đặc điểm với sự chính xác cao, tốc độnhanh, gọn nhẹ linh hoạt và hoạt động ổn định Đó là những yếu tố cần thiết làm cho năngsuất, 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 74LS73A, IC giải mã 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 sótmong 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 Nguyễn Minh Đức 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 vàhoàn 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 côngnghiệp 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 tiệnlợi, chính xác cao, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt, mạch đếm nhanh chóng được biếtđến 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 74LS73A, IC giải mã 7447 ” cho môn học Kĩ thuật số

1.2.Mô tả đề tài:

-Khi được cấp nguồn, mạch đếm sẽ đếm tiến không đồng bộ 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

Dưới tác động của tín hiệu vào đếm mạch sẽ chuyển từ trạng thái trong này đến mộttrạng 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 mộtđầu vào Do đó, nếu xung đồng bộ (CLK) xuất hiện khác thời điểm xung đếm (Xđ) xuất hiệnthì việc đếm xung không thực hiện được nên mạch đếm phải có xung đếm đưa vào chính làdãy 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 hoạtđộng 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 cótín 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 vềtrạng 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 giảimã

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 tháitrong 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 cặpchuyển 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 bộđếm, sẽ có (2n - Kđ) trạng thái không được sử dụng đến Do vậy khi thiết kế bộ đếm cần phảilưu ý đến các trạng thái không sử dụng tức là cần phải có biện pháp làm cho bộ đếm thoátkhỏi các trạng thái đó một cách hợp lý để trở về chu trình đúng mà vẫn phải đảm bảo bộ đếmđược 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 tháitrong 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 sẽtương 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 trạngthái 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) thìtrạng 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 cáctrạng thái trong của bộ đếm

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

 Phân loại theo khả năng lập trình:

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

+ 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 làđảo với ngõ ra cổng AND, 7400: 4 cổng NAND, mỗi cổng 2 đầu vào

 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 Q= A B´

Hình 2 2 Mạch tạo xung dùng IC 74LS00

Giá trị linh kiện mạch tạo xung dùng 7400: R1=R2=4kΩ, C1=100uF

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 bảythanh 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 bảyđoạn, nếu ta cắm chân này xuống mass thì bộ giải mã sẽ sáng cùng lúc với bảy đoạn Chânnày chỉ phục vụ để kiểm tra xem có led nào bị hỏng hay không và trong thực tế không sửdụng nó

Chân 4 (BI/RB0) luôn luôn được kết nối với mức cao, nếu kết nối với mức thấp thìtoàn bộ led sẽ không sáng bất chấp trạng thái ngõ vào là mức gì

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 vớicác chân kết nối để đưa ra ngoài Các chân này được gán các ký tự từ a đến g, chúng đại diệncho 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) vàAnode chung (CA)

Trong màn hình hiển thị Anode chung, tất cả các kết nối Anode của LED 7 thanh sẽđược nối với nhau ở mức logic “1”, các phân đoạn LED riêng lẻ sẽ sáng bằng cách áp dụngcho nó một tín hiệu logic “0” hoặc mức thấp “LOW” thông qua một điện trở giới hạn dòngđiện 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 trở220R (dòng chạy qua mỗi led 13mA)

2.4 Tìm hiểu về khối Trigger JK – IC 74LS73A:

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 nối masshoặc để hở thì IC sẽ không làm việc và khi đó dẫn tới mạch sẽ không hoạt động.Chân 3,14,7,10 (chân J1,K1,J2,K2) là các chân tín hiệu vào IC Các chân này sẽ luônthay 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 ở sườnxuống của xung nghĩa là nó sẽ làm việc trong khoảng thời gian xung từ mức caochuyển xuống mức thấp, còn khi ta cấp mức cao hoặc mức thấp thì nó sẽ không làmviệc

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

Hình 2 5 Sơ đồ chân IC 74LS73A

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 3.1 Thiết kế mạch

Với Kđ=8, mạch đếm tiến không đồng bộ có 8 trạng thái từ 0 đến 7

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

Khi đếm tiến thì lấy ở đầu ra Q, khi đếm lùi thì lấy ở đầu ra Q đảo Tín hiệu vào Xđluôn được đưa tới lối vào xung nhịp của trigger có trọng số nhỏ nhất

Đặt lối vào đếm J=K=1, mạch đếm bắt đầu hoạt động theo trạng thái của các lối vàođồng bộ J,K và xung nhịp Tất cả 3 trigger đều có J=K=1 nên khi có xung nhịp tác dụng, các

Trigger Q0 chuyển trạng thái với mọi xung nhịp tác dụng chuyển từ 1 về 0.

Trigger Q1 chuyển trạng thái khi Q0 chuyển từ 1 về 0

Trigger Q2 chuyển trạng thái khi Q1 chuyển từ 1 về 0

Hình 3 2 Sơ đồ khối bộ đếm tiến không đồng bộ.

3.2 Thiết kế mạch mô phỏng

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

Nguyên lý hoạt động: Mạch sử dụng IC tạo xung 7400 để tạo xung vuông, cấp xung

J=K=1 được nối nguồn VCC Đầu ra Q của trigger này được nối với xung nhịp CLK củatrigger kế tiếp Mạch đếm sử dụng IC 7447 để giải mã Các đầu ra Q được nối lần lượt vớichân 7,1,2 (A,B,C) của IC 7447 Chân 6 của IC 7447 nối mass GND Các chân 3,4,5 của IC

7447 nối nguồn VCC Mạch đếm sử dụng LED 7 thanh Anode chung để hiển thị giá trị đếm

từ 0 đến 7

Hình 3 4 Giản đồ xung mạch đếm thu được trên phần mềm Proteus.

Dạng xung thu được là xung vuông, xung đầu tiên là xung CLK được tạo từ IC

7400, xung thứ hai là dạng xung thu được ở đầu ra QA, xung thứ ba thu được là xung

ở đầu ra QB, xung thứ tư thu được là xung ở đầu ra QC.

CLK

QCQA

QB

KẾT LUẬN- KẾT QUẢ

Ưu điểm: mạch chạy đúng yêu cầu, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt, dễ dàngthực 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 đờisống cũng như trong công nghiệp.Nhằm tăng năng suất, hiệu quả trong công việc và giảmsức lao động của con người, mạch đếm được đưa vào sử dụng thay thế con người trong côngviệc như đếm sản phẩm, đếm thời gian, đèn giao thông, chia tần số và điều khiển các mạchkhác… Với đặc điểm tiện lợi, chính xác cao, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt; mạchđếm 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 đếm, ICgiải mã… bằng các linh kiện khác trên thị trường mà vẫn đáp ứng được nhu cầu của đề tài

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Đinh Mạnh Tường, 2001, Cấu trúc dữ liệu & Thuật toán, Nhà xuất bản khoa