assignment môn kĩ thuật xung số đề xuất triển khai mạch khóa số điện tử và bảo mật

Điều này làmcho IC4O17 thích hợp cho các ứng dụng đếm số liệu hoặc kiểm soát số lượng sự kiện. Chia Tần Số Frequency Divider: IC4017 có thể được sử dụng như một chia tần số,giúp giảm tầ

CẦN THƠ

 ASSIGNMENT MÔN:KĨ THUẬT XUNG SỐ

a Khái quát về IC4017: 5

b Thông tin cơ bản về IC 4017: 5

a Khái quát về Transistor C1815: 7

b Kí hiệu của Transistor C1815: 7

c Ứng dụng của Transistor: 7

d Nguyên lí hoạt động của Transistor: 8

e Thông số kĩ thuật: 8

f Thông tin cơ bản về C1815: 9

g Chức năng của C1815 trong mạch khóa số điện tử: 9

3 Relay 5 chân 9

a Khái quát về Relay 5 chân: 9

b Kí hiệu của Relay: 9

b Kí hiệu của Diode: 11

c Nguyên lí hoạt động của điện trở: 14

d Thông số kỹ thuật của điện trở: 15

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cam đoan rằng những lời cảm ơn trân trọng này được viết bởi sự biết ơn thật sự từ tận đáy lòng Cảm ơn mọi người đã đọc và đánh giá bài tiểu luận của em Đây là một khóa học quan trọng và em rất quý trọng cơ hội này để thể hiện khả năng của mình và rút ra những bài học quý giá từ môn Kỹ thuật xung số được đào tạo bởi trường FPT Polytechnic Cần Thơ Em hy vọng rằng bài tiểu luận này có thể mang lại những giá trị thực tế và có ích cho người đọc

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới giảng viên hướng dẫn của em là thầy Lê Hoài Giang Sự kiên nhẫn, sự chỉ dẫn tận tâm và kiến thức sâu rộng của giảng viên đã giúp em hoàn thành bài tiểu luận này Những lời khuyên và góp ý quý báu từ giảng viên đã giúp em nắm vững kiến thức và phát triển các kỹ năng cần thiết Em không thể đạt được thành công này mà không có sự hỗ trợ và định hướng từ giảng viên Lê Hoài Giang được Xin chân thành cảm ơn!

Cần Thơ, ngày 16 tháng 01 năm 2024

Sinh viên đại diện

Cao Bá Huy

GIỚI THIỆU DỰ ÁN1 Giới thiệu về dự án

Được nhận thức về việc gia tăng sự phụ thuộc vào công nghệ thông tin và tầm quantrọng của việc bảo mật thông tin, dự án này đề xuất triển khai mạch khóa số điện tử và bảomật Dự án nhằm mục tiêu tạo ra một hệ thống bảo mật tin cậy dựa trên việc mã hóa vàgiải mã dữ liệu bằng mạch khóa số điện tử Các biện pháp bảo mật được tích hợp vào thiếtkế mạch khóa để đảm bảo tính bảo mật tối đa cho thông tin quan trọng và nhạy cảm Quađó, dự án này sẽ cung cấp giải pháp bảo mật hiệu quả cho các tổ chức và cá nhân trongviệc truyền và lưu trữ thông tin một cách an toàn và bảo mật.

1.1 Mục tiêu của dự án

Mục tiêu chính của dự án là phát triển và triển khai mạch khóa số điện tử và bảo mậtđể bảo vệ thông tin quan trọng và nhạy cảm khỏi sự truy cập trái phép Dự án nhằm cungcấp một cơ chế mã hóa và giải mã thông tin tin cậy và dễ sử dụng Mạch khóa số điện tửsẽ được thiết kế và xây dựng với các tính năng bảo mật nâng cao như khoá và giải khoáhiệu quả, khả năng chống lại các cuộc tấn công của trộm cấp, và khả năng chống lại việcmất đi một số tài sản trong nhà Mục tiêu của dự án là cung cấp một phương pháp mã hóathông tin an toàn và đáng tin cậy, giúp ngăn chặn việc mất thông tin quan trọng và bảo vệquyền riêng tư của người dùng.

1.2 Lý do cần triển khai dự án

Triển khai dự án mạch khóa số điện tử và bảo mật là cần thiết để đáp ứng nhu cầu bảomật thông tin ngày càng tăng trong xã hội hiện đại Với sự phát triển nhanh chóng củacông nghệ, máy móc tiên tiến,…rủi ro về việc xâm nhập vào nơi ở cá nhân đang gia tăng.Dự án này được triển khai nhằm đảm bảo an toàn thông tin và quyền riêng tư của mọingười, ngăn chặn sự xâm nhập trái phép vào các hộ gia đình và bảo vệ thông tin quantrọng khỏi việc bị đánh cắp, thay đổi hoặc lộ ra bên ngoài Việc triển khai dự án này là cầnthiết để đối phó với các mối đe dọa trộm cấp ngày càng phức tạp và đảm bảo sự tin cậycủa thông tin trong thời đại số.

MẠCH KHÓA SỐ ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG IC 4017I/Các Linh Kiện Được Sử Dụng:

1 IC 4017.a Khái quát về IC4017:

- Là IC đếm thập phân đếm hệ 10, nó đếm xung clock Khi ta đưa tín hiệu xung vàochân clock thì IC sẽ đếm xung và xuất ra 10 output tương ứng với 1 xung clock.

b. Thông tin cơ bản về IC 4017:

 Đây là IC hoạt động bởi xung kích cạnh lên.

 Chân 1(Q5), 2(Q1), 3(Q0), 4(Q2), 5(Q6), 6(Q7), 7(Q3), 9(Q8), 10(Q4), 11(Q9) là cácchân đầu ra.

 Chân 8 (GND) là chân nối đất.

 Chân 12 (CO) là chân mức cao sau khi IC đếm từ 1-10 Thường được sử dụng để kíchcho một IC đếm khác.

 Chân 13 (EN) là chân mức thấp, khi EN = 0 mạch hoạt động. Chân 14 (CLK) là mạch đếm hoạt động khi có xung từ chân Clock. Chân 15 (MR) là chân “RESET” khi kích hoạt.

 Chân 16 (VDD/VCC) là chân cấp nguồn ( 3V-15V).

Kiểu IC: IC4017 là một loại IC CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor),

thuộc dòng CD4000 series.

Số Đếm: IC4017 có khả năng đếm từ 0 đến 9 (10 đầu ra), và sau đó tự động trở lại O.Nguồn Điện:

o Điện Áp Làm Việc (Vdd): Tính đến 15V.o Điện Áp Tầm Vạch Cao (Vcc): Thường là 5V.

o Đầu Ra: Có 10 đầu ra (QO đến Q9) được sử dụng để đếm và kiểm soát thứ tự.

Chế Độ Làm Việc:

 Chế độ thường: IC4017 hoạt động trong chế độ thường (normal mode).

 Chế độ đảo ngược: Có thể được cấu hình để hoạt động trong chế độ đảo ngược(reverse mode) thông qua chân thứ 15 (MR - Master Reset).

Chế Độ Điều Khiển:

 Chế độ Reset: Có thể reset IC để đưa nó về trạng thái ban đầu bằng cách áp dụng mứcthấp (LOW) cho chân MR.

Tần Số Tín Hiệu Đầu Vào:

 Tần số tín hiệu đầu vào không quan trọng, và IC4017 có thể hoạt động với tần số đầuvào từ khoảng vài Hz đến vài MHz.

c Kí hiệu IC4017:

d. Ứng dụng:

IC này thường được ứng dụng trong các mạch đếm, mạch timer, ma trận led,…

 Mạch Đếm (Counter Circuit): IC4017 thường được sử dụng để xây dựng các mạch

đếm đơn giản Nó có thể đếm từ 0 đến 9 và sau đó tự động quay lại O Điều này làmcho IC4O17 thích hợp cho các ứng dụng đếm số liệu hoặc kiểm soát số lượng sự kiện. Chia Tần Số (Frequency Divider): IC4017 có thể được sử dụng như một chia tần số,

giúp giảm tần số đầu vào xuống một mức độ thấp hơn theo tỷ lệ xác định.

 Mạch Điều Khiển LED (LED Sequencer): Với đầu ra đồng thời cung cấp tín hiệu,

IC4017 có thể được sử dụng để kiểm soát một chuỗi các đèn LED theo một thứ tựnhất định.

 Điều Khiển Đèn Chaser (Light Chaser Circuit): IC4017 thường được sử dụng để

tạo các hiệu ứng chaser cho đèn, nơi một đèn sáng sau đèn khác theo một dãy thứ tự. Mạch Điều Khiển Máy Móc (Machine Control Circuit): IC4017 có thể được sử

dụng để kiểm soát các chức năng của máy móc trong công nghiệp hoặc ứng dụng tựđộng hóa khác.

 Mạch Điều Khiển Đèn Giao Thông (Traffic Light Control Circuit): IC4017 có thể

được sử dụng để kiểm soát chuỗi thời gian của các đèn giao thông theo thứ tự đúng.

 Mạch Điều Khiển Cửa Tự Động (Automatic Door Control Circuit): Trong các hệ

thống cửa tự động, IC4017 có thể được sử dụng để kiểm soát các chức năng mở vàđóng của cửa.

 Mạch Điều Khiển Mô Hình (Model Control Circuit): IC4017 có thể được tích hợp

vào mạch điều khiển để tạo ra các hiệu ứng hoặc chuyển động trong các mô hình nhưmô hình xe điều khiển từ xa.

e Nguyên lí làm việc của IC4017:

 Chia Tần Số: IC4017 thường được sử dụng như một bộ chia tần số (counter) Nó cóthể chia một xung đầu vào thành một chuỗi các xung đầu ra theo thứ tự từ 0 đến 9. Thực Hiện Bằng Flip-Flop Dạng JK: IC4017 thường sử dụng các Flip-Flop dạng JK

để thực hiện chức năng đếm Các Flip-Flop này được kết nối để tạo ra một chuỗi đếm10 giai đoạn.

 Xung Đầu Vào:IC4017 thường có một chân đầu vào là CP (Clock Pulse), nơi nhậnxung đầu vào để đếm

 Chân Điều Khiển Reset (MR): Có một chân điều khiển Reset (MR) để đặt lại giá trịđếm về 0 khi được kích hoạt.

 Xung Đầu Ra (Q0 - Q9): IC4017 có 10 chân đầu ra được ký hiệu từ Q0 đến Q9, tươngứng với các giai đoạn đếm từ O đến 9.

 Chân Carry Out (CO): Có một chân Carry Out (CO) để tạo một sự kết nối vòng quayvới nhiều IC4017 nếu cần thiết để mở rộng số lượng giai đoạn đếm.

 Nguyên lý làm việc cụ thể của IC4O17 là khi nhận được xung đầu vào, nó chuyển đổitrạng thái của các Flip-Flop nối tiếp nhau, tạo ra một chuỗi đếm từ 0 đến 9 Khi đếmđến giai đoạn 9, nó sẽ trở lại giai đoạn O và có thể kích hoạt một chân Carry Out đểthông báo về sự hoàn thành một chu kỳ.

f Thông số kỹ thuật:

 Điện áp cung cấp: 3.0V ~ 15V. Tần số trung bình: 5MHz. Công suất nguồn chờ: 10mW. Dải nhiệt độ: -55C ~ 125C. Công suất đa kênh vào: 700mW. Công suất kênh ra: 500mW.

g Chức năng của IC 4017 trong mạch khóa số điện tử:

 Đầu tiên Q0 được mặc định ở mức 1, các Q khác ở mức 0 Khi được cấp nguồn ( chân16 ) tức là đã có điện áp hoạt động, sau đó khi ta nhấn nút rồi thả ra nghĩa là ta đã cấp1 xung cho IC hoạt động, chân được ấn sẽ cho ra mức 1 các chân khác vẫn ở mức 0.Nhấn thả nút đến lần thứ 4 thì Q4 ở mức 1 và các Q khác ở mức 0, vì Q4 nối với MRnên MR nhận được tín hiệu mức 1 từ Q4 sẽ reset IC, bắt đầu đếm lại từ đầu từ Q0.

2 Transistor C1815.

a Khái quát về Transistor C1815:

- Là một loại transistor được sử dụng để khuếch đại tín hiệu hoặc như một công tắc điềukhiển.

b Kí hiệu của Transistor C1815:

 Lưu trữ dữ liệu(Menmory): Trong mạch lưu trữ, transistor có thể được sử dụng để

tạo ra các ô nhớ(bit) trong các loại bộ nhớ như RAM (Random Access Memory) Biến tần(Oscillation): Trong các mạch dao động, transistor có thể được sử dụng để

tạo ra xung dao động.

d Nguyên lí hoạt động của Transistor:

 Nguyên lí hoạt động của transistor NPN:

Trong công nghệ điện tử, transistor NPN C1815 là một loại linh kiện quan trọng được sửdụng trong nhiều ứng dụng khác nhau Nguyên lí hoạt động của transistor NPN dựa trênhiện tượng tự kích hoạt, trong đó dòng điện nhỏ được sử dụng để điều khiển dòng điện lớnhơn Khi một dòng điện được áp dụng vào điện cực điều khiển của transistor, hiệu suấtcủa transistor sẽ thay đổi tương ứng Việc hiệu chỉnh hiệu suất này cho phép transistorhoạt động như một công tắc điện hoặc khuếch đại tín hiệu nhỏ thành tín hiệu lớn.

 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động:

Transistor NPN C1815 được cấu tạo bởi ba lớp chất bán dẫn: một lớp Bán dẫn Intrisic (I),một lớp N-doped (N) và một lớp P-doped (P), tạo thành cấu trúc sandwich Nguyên tắchoạt động của transistor NPN dựa trên hiện tượng phân cực và quá trình khuếch đại Khidòng điện được đưa vào cực điều khiển (điện cực Emitter), transistor sẽ cho phép dòngđiện chạy từ cực Emitter đến cực Collector Điều này xảy ra vì các lớp P và N sẽ tương táctạo ra một hiệu ứng khuếch đại, từ đó tạo ra một dòng điện chạy qua cực Collector đượckhuếch đại so với dòng điện đầu vào.

 Các điểm quan trọng trong quá trình hoạt động:

Trong quá trình hoạt động, transistor NPN C1815 có ba điểm quan trọng cần được lưu ý.Điểm đầu tiên là cực Emitter (E), nơi mà dòng điện vào để điều khiển transistor Điểm thứhai là cực Base (B), nơi mà dòng điện nhỏ được áp dụng để điều khiển dòng điện lớn hơnđi qua transistor Và điểm cuối cùng là cực Collector (C), nơi mà dòng điện được khuếchđại và chảy ra khỏi transistor Bằng cách điều chỉnh dòng điện vào cực Base, ta có thểkiểm soát dòng điện ra cực Collector, mang lại tính linh hoạt trong ứng dụng củaTransistor.

e Thông số kĩ thuật:

Điện áp cực đại: 50V Dòng cực đại: 150mA.Hệ số khuếch đại ~25- 100.Khối lượng : 0.21 g.

 Loại Transistor: NPN.

 Dòng tích cực cắt(ICEO) và dòng âm cực cắt(IEBO): Là dòng điện mà Transistor cho

phép chảy khi nó ở trạng thái cắt điện.

 Dòng tích cực dẫn(IC): Là dòng điện chạy qua collector-emitter khi Transistor ở trạng

thái dẫn điện.

 Dòng cực cắt(IB): Là dòng điện cung cấp tới cổng (base) để đưa Transistor từ trạng

thái cắt điện sang trạng thái dẫn điện.

 Điện áp cực cắt(VCEsat): Là điện áp giữa collector- emitter khi Transistor ở trạng thái

dẫn điện và có dòng dẫn điện.

 Hiệu suất dòng: Cho biết tỷ lệ giữa dòng điện tại collector và dòng điện tại base Nó

mô tả khả năng khuếch đại của transistor.

 Công suất: Là công suất tối đa mà Transistor có thể xử lí mà không bị hỏng.

 Tần số cực dẫn tối đa(fT): Là tần số tối đa mà Transistor có thể hoạt động như một bộ

khuếch đại.

f Thông tin cơ bản về C1815:

 Transistor C1815 hoạt động phụ thuộc vào dòng vào từ chân B Khi chân B có dòngvào thì lớp bán dẫn sẽ được mở khiến xuất hiện dòng CE chạy qua IC Nếu ở chânB không có dòng thì lớp bán dẫn không mở và không có dòng qua CE.

 Transistor hoạt động như một công tắc được điều khiển bằng dòng điện để đóng ngắtmạch điện và nó còn có thể khuếch đại tín hiệu hiệu điện.

g Chức năng của C1815 trong mạch khóa số điện tử:

 Chuyển đổi (Switching): Transistor có thể hoạt động như một công tắt điện tử, cho

phép hoặc ngăn chặn dòng điện thong qua nó Trong trạng thái dẫn điện, Transistorcho dòng điện chạy qua, trong khi ở trạng thái cắt điện, nó ngăn chặn dòng điện. Khuyếch đại (Amplification): Transistor cũng được sử dụng để khuyếch đại tính

hiệu Khi nó được kết hợp với các thành phần khác trong mạch, transistor có thể tăngđộ lớn của tính hiệu đầu vào, tạo ra một tính hiệu đầu ra lớn hơn.

 Chức năng Logic (Logic Function): Trong mạch logic số, transistor thường được sử

dụng để biến đổi tính hiệu

3 Relay 5 chân.

a Khái quát về Relay 5 chân:

- Là loại linh kiện đóng ngắt điện cơ đơn giản Nó gồm 2 phần chính là cuộn hútvà các tiếp điểm.

b Kí hiệu của Relay:

c Ứng dụng:

 Điều khiển đèn và điện áp trong gia đình. Tự động hóa ô tô: Đèn, quạt, máy nén,… Chế tạo điều khiển trong mạch số. Hệ thống báo động an ninh. Chuyển đổi nguồn tín hiệu.

d Nguyên lí hoạt động:

Nguyên lí hoạt động của relay 5 chân dựa trên nguyên tắc của hiệu ứng từ trường và sựtruyền động cơ khí Khi điện được cung cấp đến cuộn dây từ điện, năng lượng từ tính sẽtạo ra sự chuyển động của cơ cấu cơ khí Sự chuyển động này kết nối và điều khiển trạngthái của các contact trong relay Các contact có thể được mở hoặc đóng dựa trên trạng tháicủa cơ cấu cơ khí Khi các contact mở hoặc đóng, dòng điện trong hệ thống điện sẽ đượcđiều khiển theo yêu cầu Relay 5 chân có thể thực hiện chức năng điều khiển dòng điệncho các thiết bị và linh kiện khác trong hệ thống điện, đảm bảo hoạt động đúng và an toàn.

e Thông số kĩ thuật:

 Dòng AC max: 10 A. Dòng AC min: 6 A.

 Nhiệt độ hoạt động: - 45 °C to 75 °C. Công suất cuộn dây (coil) DC: 360 MW. Thời gian tác động: 10 ms.

 Thời gian nhả hãm: 5 ms.

 Điện áp điều khiển cuộn dây (coil): 12V.

f Chức năng của Relay trong mạch khóa số điện tử:

 Chuyển Đổi (Switching): Relay thường được sử dụng để chuyển đổi mạch

điện từ một vị trí hoặc chế độ sang một vị trí hoặc chế độ khác Điều này chophép kiểm soát các thiết bị hoặc hệ thống khác nhau trong mạch.

 Cách Ly (Isolation): Relay có thể tạo ra một cách ly điện giữa mạch kiểm soát

(low voltage, thường từ mạch số điện tử) và mạch điều khiển (high voltage,thường là dòng điện lớn hoặc tải nặng) Điều này bảo vệ các thành phần nhạycảm trong mạch số khỏi nguy cơ bị hỏng hoặc ảnh hưởng bởi điện áp lớn. Chế Độ Điều Khiển: Relay có thể được sử dụng để tạo ra các chế độ điều

khiển khác nhau, như chế độ tự động, chế độ thủ công, hoặc chế độ tự độngbằng cách sử dụng các tín hiệu đầu vào từ mạch số điện tử.

 Chức Năng Bảo Vệ: Relay có thể được tích hợp với các chức năng bảo vệ như

bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá áp và các chức năng khác để đảm bảo an toàn củamạch và thiết bị kết nối.

4 Diode 1N4148.a Khái quát về Diode:

- Là một thiết bị điện tử chỉ cho phép dòng điện chạy theo một hướng Nếu Anot lớnhơn Katot thì dòng điện sẽ được chảy qua được nhưng nếu dòng điện ở Anot bé hơnKatot thì sẽ không có dòng điện chạy qua được, mạch lúc này như bị hở.

 Cấu tạo của diode:

Diode là một thiết bị bán dẫn có hai đầu là anot và Katot, được kết nối thông qua mộtvùng bán dẫn Bên trong diode có một lớp bán dẫn P và một lớp bán dẫn N Cấu tạo nàytạo ra một vùng chuyển tiếp bán dẫn giữa hai lớp, giúp điện tử dễ dàng di chuyển qua lạitrong một hướng nhất định Điều này cho phép diode chỉ cho dòng điện số lớn di chuyểntừ anot tới katot và không cho phép dòng điện di chuyển theo hướng ngược lại Cấu tạocủa diode giúp nó hoạt động như một cầu nối một chiều trong mạch điện.

 Anol và Katot:

Anot và Katot là hai đầu của diode, đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của nó Anotlà đầu có điện áp cao hơn và là nơi dòng điện được nhập vào Katot là đầu có điện áp thấphơn và là điểm nơi dòng điện ra khỏi diode Qua Anot, điện tử từ lớp bán dẫn N sẽ dichuyển vào diode, qua vùng chuyển tiếp và rồi đến lớp bán dẫn P Tại Katot, điện tử sẽ rờikhỏi diode và hoạt động tạo ra dòng điện chỉ di chuyển từ Anot tới Katot Sự hiệu quả củadiode phụ thuộc vào việc điện áp đầu vào và điện áp đầu ra tại Anot và Katot.

 Vật liệu bán dẫn:

Vật liệu bán dẫn trong diode chủ yếu là silic và germani Cấu tạo đơn giản của diode chỉbao gồm hai lớp bán dẫn, P và N Lớp bán dẫn P chứa các nguyên tử có nguyên tố có ítelectron hơn cấu tạo nguyên tử, tạo ra "lỗ trống" trong cấu trúc điện tử Lớp bán dẫn Nchứa các nguyên tử có nguyên tố có nhiều electron hơn cấu tạo nguyên tử Khi ghép nốihai lớp này lại với nhau, sự chênh lệch về mật độ electron tạo ra vùng chuyển tiếp, hayđường rào, cho phép diode hoạt động như một cầu chuyển tiếp một chiều Sự khác biệt vềcấu trúc vật liệu bán dẫn giúp tạo ra điện tích chuyển động và dòng điện trong diode.

b Kí hiệu của Diode:

c Ứng Dụng: