Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế mạch đếm nghịch, nhị phân, đồng bộ Kđ = 8, sử dụng JKFF hiển thị kết quả đếm trên led 7 thanh có đầu ra báo khi đếm được 3 xung Thiết kế mạch đếm nghịch, nhị phân, đồng bộ Kđ = 8, sử dụng JKFF hiển thị kết quả đếm trên led 7 thanh có đầu ra báo khi đếm được 3 xung Thiết kế mạch đếm nghịch, nhị phân, đồng bộ Kđ = 8, sử dụng JKFF hiển thị kết quả đếm trên led 7 thanh có đầu ra báo khi đếm được 3 xung
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 🙢🕮🙠 ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT XUNG SỐ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM NGHỊCH, NHỊ PHÂN, ĐỒNG BỘ Kđ=8, SỬ DỤNG JK-FF HIỂN THỊ KẾT QUẢ ĐẾM TRÊN LED THANH, CÓ ĐẦU RA BÁO KHI ĐẾM ĐƯỢC XUNG Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quốc Hưng 2018601566 Nguyễn Văn Đạo 2018600355 Nguyễn Văn Nam 2018601354 Hà Nội,2021 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM Họ tên sinh viên : Nguyễn Quốc Hưng Mã sinh viên:2018601566 Nguyễn Văn Đạo Mã sinh viên:2018600355 Nguyễn Văn Nam Mã sinh viên:2018601354 Lớp: 20202FE6021001 Khoá: 13 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà Tên đề tài: Thiết kế mạch đếm nghịch, nhị phân, đồng Kđ = 8, sử dụng JK-FF hiển thị kết đếm LED thanh, có đầu báo đếm xung NỘI DUNG THỰC HIỆN TT Nội dung cần thực CĐR Lập kế hoạch làm việc L1.3 Phân tích lựa chọn ý tưởng tốt khả thi Tính tốn thiết kế, xây dựng phân tích mơ hình Chế tạo lắp ráp L1.2; L1.3 Thử nghiệm hiệu chỉnh L1.2; L1.3 Viết thuyết minh chuẩn bị báo cáo L1.2; L1.3 Báo cáo L1.2; L1.3 L1.2; L1.3 L1.2; L1.3 I Yêu cầu thực hiện: Phần thuyết minh: * Trình bày đầy đủ nội dung đồ án, bao gồm: - Chương Tổng quan (Nêu sở lựa chọn đề tài đồ án, ứng dụng thực tiễn …); - Chương Tính tốn, thiết kế mơ phỏng; - Chương Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm hiệu chỉnh; - Phụ lục (nếu có) * Quyển báo cáo trình bày từ 10 đến 15 trang giấy A4 với định dạng theo định số 815/QĐ-ĐHCN ngày 15/08/2019: Sản phẩm đồ án môn TT Tên sản phẩm Mơ hình (mạch điện) Quyển báo cáo Slide thuyết minh đồ án Định dạng Số lượng 01 Theo định 815/QĐ-ĐHCN 01 01 Phạm vi lựa chọn đề tài - Đề tài thuộc lĩnh vực điện tử phạm vi kỹ thuật xung số - Vật tư, trang thiết bị: dụng cụ cầm tay, vật liệu (theo đề tài nhóm), linh kiện điện tử bản… - Đảm bảo an toàn lao động Ngày giao: 13/04/2021 Ngày hoàn thành: 15/05/2021 Hà Nội, ngày 13 tháng 04 năm 2021 Trưởng môn Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Thị Thu Hà MỤC LỤC Lời nói đầu Chương I Tổng quan 1.1 Cơ sở lý thuyết 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phạm vi đề tài 1.5 Ý nghĩa thực tiễn Chương II Tính tốn, thiết kế mô 2.1 Thiết kế đếm 2.2 Tính toán 2.3 Mô 10 Chương III Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm hiệu chỉnh 11 3.1 Chế tạo mạch in PCB 11 Thiết kế mạch in Altium 11 Mạch in PCB 11 3.2 Lựa chọn linh kiện 13 Bảng liệt kê linh kiện cần dùng 13 Cấu tạo linh kiện 14 3.3 Lắp ráp linh kiện 19 3.4 Thử nghiệm hệ thống 19 3.5 Đánh giá hệ thống 20 3.6 Đề xuất hướng phát triển 21 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Sơ đồ khối đếm Hình 2: Đồ hình trạng thái tổng quan đếm Hình 3: Sơ đồ khối đếm Hình 4: Đồ hình trạng thái Hình 5: Sơ đồ logic 10 Hình 6: Mạch ngun lí 10 Hình 7: Bản thiết kế mạch in 11 Hình 8: Mạch in PCB 11 Hình 9: Mạch in PCB 12 Hình 10: Mạch in PCB 14 Hình 11: Mạch in thành phẩm 13 Hình 12: Sơ đồ chân IC 74LS73 14 Hình 13: Sơ đồ chân IC 74LS47N 15 Hình 14: Sơ đồ chân IC 74HC76 16 Hình 15: Sơ đồ chân IC 555 17 Hình 16: Thực lắp ráp linh kiện 19 Hình 17: Kết chạy thử nghiệm 18 Hình 18: Kết chạy thử nghiệm 20 Hình 19: Kết chạy thử nghiệm 20 LỜI NÓI DẦU Cùng với môn học kĩ thuật điện tử , kĩ thuật xung số môn học kĩ thuật sở quan trọng khối ngành kĩ thuật Nó đặc biệt quan trọng sinh viên tất ngành ngành điện tử điện tử Trường đại học công nghiệp Hà Nội Vì thơng qua việc làm đồ án giúp sinh viên có nhìn sâu sắc mơn học kĩ thuật xung số qua giúp cho sinh viên đánh giá khả tích lũy kiến thức mơn học đồng thời biết cách vận dụng môn học vào thực tế … Trong đề tài “ Thiết kế mạch đếm nghịch, nhị phân, đồng Kđ = 8, sử dụng JK-FF hiển thị kết đếm LED thanh, có đầu báo đếm xung ” này, nhóm sinh viên chúng em xin trình bày cách cụ thể q trình nghiên cứu tìm hiểu tính tốn, thiết kế mơ hình Thơng qua áp dụng vào nghiên cứu khoa học hay vào đồ án tốt nghiệp chuyên ngành trường Để báo cáo hồn thiện hơn, nhóm chúng em hi vọng nhận góp ý từ phía thầy cô Qua đây, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô khoa nhiệt tình hướng dẫn đồ án mơn cho chúng em CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở lý thuyết Khái niệm: Mạch đếm mạch dãy đơn giản xây dựng từ phần tử nhớ phần tử tổ hợp, mạch đếm thành phần hệ thống số Bộ đếm mạch dãy tuần hồn có đầu vào đếm đầu ra, mạch có số trạng thái hệ số đếm (Kđ) Dưới tác động tín hiệu vào đếm mạch chuyển từ trạng thái đến trạng thái khác theo thứ tự định Cứ sau Kđ lần tín hiệu vào đếm, mạch trở trạng thái xuất phát ban đầu Bộ đếm thực việc đếm dãy xung có xung điều khiển có đầu vào Do đó, xung đồng (CLK) xuất khác thời điểm xung đếm (Xđ) xuất việc đếm xung khơng thực nên mạch đếm phải có xung đếm đưa vào dãy xung đồng hay mạch đếm có đầu vào Xđ Bộ đếm Y Hình 1: Sơ đồ khối đếm Đồ hình trạng thái: Đồ hình mơ hình mơ tả chuyển đổi trạng thái mơ tả hoạt động đếm Hình 2: Đồ hình trạng thái tổng quan đếm Phân loại đếm: - Phân loại theo cách làm việc: Bộ đếm đồng (Synchronous counter): đếm mà chuyển đổi trạng thái FF diễn đồng thời có tác động xung đếm Mọi chuyển đổi trạng thái (từ Si sang trạng thái Sj) không thông qua trạng thái trung gian (Si Sj) Xung đồng tác động đồng thời tới phần tử nhớ Bộ đếm không đồng (Asynchronous counter): đếm tồn cặp chuyển biến trạng thái Si Sj mà FF khơng thay đổi trạng thái đồng thời (Si Si’ Si’’ Sj) Xung đồng tác động không đồng thời tới FF - Phân loại theo hệ s Bộ đếm có hệ số đếm Kđ = : Bộ đếm có hệ số đếm cực đại, sử dụng n FF để mã hoá trạng thái cho đếm khả mã hố tối đa (Kđ = 2, 4, 8, 16 ) Bộ đếm có hệ số đếm Kđ = : Sử dụng n FF để mã hoá trạng thái cho đếm, có ( - Kđ) trạng thái khơng sử dụng đến Do thiết kế đếm cần phải lưu ý đến trạng thái không sử dụng tức cần phải có biện pháp làm cho đếm khỏi trạng thái cách hợp lý để trở chu trình mà phải đảm bảo đếm thiết kế đơn giản (Kđ = 3, 5, 6, 7, 10 ) - Phân loại theo mã: Quá trình đếm đếm trình thay đổi từ trạng thái đến trạng thái khác trạng thái đếm mã hoá mã cụ thể Cùng đếm có nhiều cách mã hoá trạng thái khác nhau, cách mã hoá khác tương ứng với mạch thực khác Mã nhị phân, Mã Gray Mã BCD, Mã Johnson Mã vòng - Phân loại theo hướng đếm: Bộ đếm thuận (Up counter): đếm mà có tín hiệu vào đếm (Xđ) trạng thái đếm tăng lên (Si Si+1) Bộ đếm nghịch (Down counter): đếm mà có tín hiệu vào đếm (Xđ) trạng thái đếm giảm (Si Si-1) Chú ý: Khái niệm thuận nghịch tương đối chủ yếu vấn đề mã hoá trạng thái đếm Bộ đếm thuận nghịch: đếm vừa có khả đếm thuận vừa có khả đếm nghịch - Phân loại theo khả lập trình: Bộ đếm có khả lập trình: Kđ thay đổi phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển Bộ đếm khơng có khả lập trình: Kđ cố định, khơng thay đổi 1.2 Mục đích nghiên cứu Thiết kế mạch logic tổ hợp đáp ứng yêu cầu đề tài Mô mạch logic Thiết kế mạch in PCB Chế tạo thủ công mạch in PCB 1.3 Đối tượng nghiên cứu Quy trình thiết kế mạch tổ hợp Phần mềm mô Proteus Phần mềm vẽ mạch in Altium Cấu tạo, cách hoạt động vi mạch tổ hợp Các linh kiện điện tử Quy trình chế tạo mạch in PCB thủ cơng Kĩ khoan, hàn mạch điện tử 1.4 Phạm vi đề tài Đề tài thuộc lĩnh vực điện tử phạm vi kỹ thuật xung số Vật tư, trang thiết bị: dụng cụ cầm tay, mạch in PCB, linh kiện điện tử Đảm bảo an toàn lao động 1.5 Ý nghĩa thực tiễn Nắm bắt phương pháp thiết kế mạch tổ hợp Thực hành quy trình chế tạo mạch in PCB Nâng cao kĩ khoan hàn mạch điện tử Áp dụng kiến thức học mạch đếm để thiết kế CHƯƠNG II TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ PHỎNG 2.1 Thiết kế đếm Hình 3: Sơ đồ khối đếm Để thiết kế đếm ta tiến hành theo bước sau: Bước 1: Xác định yêu cầu toán Phân tích u cầu đầu tìm số trạng thái Bước 2: Lập đồ hình trạng thái Căn vào yêu cầu đếm cần thiết kế như: hệ số đếm số yêu cầu khác để xây dựng đồ hình mơ tả hoạt động đếm Bước 3: Xác định số phần tử nhớ cần sử dụng, mã hóa trạng thái đếm theo mã cho Số phần tử nhớ xác định sau: Mã nhị phân mã Gray n ≥ log2 Kđ • Mã vịng n = Kđ • Mã Johnson n=1/2 Kđ Bước 4: Xác định hàm kích FF hàm ra: Dựa vào bảng chuyển đổi trạng thái, bảng để xác định phương trình kích cho FF phương trình hàm Bước 5: Vẽ sơ đồ mạch thực Từ phương trình đầu vào kích FF phương trình hàm đưa sơ đồ mạch thực 2.2 Tính tốn Thiết kế đếm thuận,nhị phân đồng bộ,Kđ=8 sử dụng JK-FF hiển thị số đếm led Với Kđ=8, sử dụng FF để thiết kế Đồ hình trạng thái: Hình 4: Đồ hình trạng thái Bảng chuyển đổi trạng thái: Qn Qn+1 S J3K3 J2K2 J1K1 Q3Q2Q1 Q3Q2Q1 S0 000 111 1X 1X 1X S1 001 000 0X 0X X1 S2 010 001 0X X1 1X S3 011 010 0X X0 X1 S4 100 011 X1 1X 1X S5 101 100 X0 0X X1 S6 110 101 X0 X1 1X S7 111 110 X0 X0 X1 Phương trình đầu vào: 𝐽1 = 𝐾1 = ̅̅̅1 𝐽2 = 𝐾2 = 𝑄 ̅̅̅1 ̅𝑄̅̅2̅ 𝐽3 = 𝐾3 = 𝑄 Sơ đồ logic: Hình 5: Sơ đồ logic 2.3 Mô Sơ đồ mô đếm nhị phân, nghịch, đồng Kđ=8, sử dung JK-FF (Trên phần mềm proteus): Hình 6: Mạch ngun lí 10 CHƯƠNG III CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 3.1 Chế tạo mạch in PCB Thiết kế mạch in Altium Hình 7: Bản thiết kế mạch in Mạch in PCB Hình 8: Mạch in PCB 11 Hình 9: Mạch in PCB Hình 10: Mạch in PCB 12 Mạch in thành phẩm: Hình 11: Mạch in thành phẩm 3.2 Lựa chọn linh kiện Bảng liệt kê linh kiện cần dùng STT Linh kiện Số lượng Chức IC 74LS73 Trigger JK-FF IC 74LS47N IC giải mã cho led IC 74HC76 Trigger JK-FF IC 74HC04 IC logic cổng NOT IC 74HC08 IC logic cổng AND IC 555 Tạo xung cho mạch Led Hiển thị giá trị số đếm Trở 330 Ω 10 10 Tụ hố 10µf 11 Tụ cốm 104 12 LED xanh 13 LED Đỏ 13 Cấu tạo linh kiện IC 74LS73 Hình 12: Sơ đồ chân IC 74LS73 - Chân cấp nguồn 5V - Chân 11 nối mass - Chân 3,14,7,10(chân K1, J1, J2, K2) chân tín hiệu vào Ic Các chân thay đổi trạng thái kết hợp với xung clock cho ngõ Q theo ý muốn người thiết kế - Chân 1,5 (chân CLK) chân xung clock Trigger, tích cực sườn xuống xung nghĩa làm việc khoảng thời gian xung từ mức cao chuyển xuống mức thấp, ta cấp mức cao mức thấp không làm việc - Chân 2,6 (chân CLR) chân Clear có nhiệm vụ xóa trạng thái tích cực mức thấp ta nối xuống mass hoạt động cịn nối lên mức cao khơng hoạt động - Chân 12,9 (chân Q1, Q2) chân trạng thái bình thường Trigger JK - Chân 13,8 (chân đảo) chân trạng tháo đảo với chân 12,9 14 IC 74LS47N Hình 13: Sơ đồ chân IC 74LS47N - Chân 16 cấp nguồn 5V - Chân nối mass - Các chân 1,2,6,7 chân tín hiệu vào ứng với B, C, D, A - Các chân 15,14,13,12,11,10,9 chân ra, chân nối với led nối hình - Chân thứ LT (Lamp test) tên gọi chân chân kiểm tra led đoạn, ta cắm chân xuống mass giải mã sáng lúc với đoạn Chân phục vụ để kiểm tra xem có led bị hỏng hay khơng thực tế khơng sử dụng - Chân BI/RB0 luôn kết nối với mức cao, kết nối với mức thấp tồn led không sáng bất chấp trạng thái ngõ vào - Chân RBI kết nối với mức cao 15 IC 74HC76 Hình 14: Sơ đồ chân IC 74HC76 Số chân Kí hiệu Mơ tả Vcc Cấp nguồn IC 13 Ground Chân nối đất JK-FF 1/ JK-FF 1, Clock-1/ Clock-2 2, Preset-1 / Preset-2 3, Clear-1/Clear-2 12, 16 K-1/ K-2 4, J-1 / J-2 10, 14 ̅̅ ̅̅̅̅2 Q̅̅1 /Q 11, 15 Q1/Q2 Các chân phải cung cấp xung cho flip flop Khi Preset cao, flip flop đặt Q = Q = Khi Clear cao, flip flop đặt Q = Q = Chân đầu vào Flip Flop Một chân đầu vào khác Flip Flop Chân đầu đảo ngược Flip Flop Chân đầu Flip Flop 16 IC 555 IC 555 IC tạo xung đa Hình 15: Sơ đồ chân IC 555 Chân số 1: “GND” chân nối đất, tất mức điện áp điều so sánh với áp đường dây nối đất Chân số 2: “Trigger” chân kích : chân trigger dùng để cung cấp đầu vào kích cho IC 555 hoạt động chế độ đơn ổn Chân đầu vào đảo so sánh có nhiệm vụ làm cho transistor flip flop chuyển trạng thái từ set sang reset Ngõ định thời phụ thuộc vào độ lớn xung bên đưa vào chân trigger Một xung âm Chân số 3: “Output” chân xuất tín hiệu : Ngõ định thời ln ln có sẵn chân Có hai cách để tải kết nối với chân output Cách kết nối giữ chân (output) chân (GND) chân chân (chân nguồn) Tải nối chân output chân nguồn gọi tải thường mở, tải nối chân outpur chân GND gọi tải thường đóng Chân số 4: “Reset” chân reset vi mạch: Bất định thời bị reset, xung âm đưa đến chân Đầu thiết lập lại trạng thái ban đầu điều kiện đầu vào Khi chân không sử dụng, ta nối lên Vcc để tránh khả kích hoạt sai 17 Chân số 5: “Control voltage” chân điện áp điều khiển Chân ngưỡng (threshold) chân kích (trigger) điều khiển sử dụng chân Biên độ sóng định biến trở điện áp bên ngồi đưa vào chân Vì vậy, lượng điện áp chân định so sánh chuyển đổi, thay đổi biên độ đầu Khi khơng sử dụng chân này, ta nên nối đất thông qua tụ 0,01 micro Farad để chống nhiễu Chân số 6: “Threshold” chân ngưỡng Nó ngõ vào khơng đảo so sánh 1, so sánh với ngõ vào đảo với điện áp tham chiếu 2/3Vcc, so sánh chuyển sang +Vsat đầu đặt lại Chân số 7: “discharge” chân xả điện Chân nối vào cực C transistor thường có tụ điện nối chân xả điện chân nối đất Nó gọi chân xả điện transistor dẫn bão hịa, tụ C xả điện thông qua transistor Khi transistor ngắt, tụ nạp thơng qua điện trở tụ bên ngồi Chân số 8: “Vcc” chân cấp nguồn Nguồn cung cấp khoảng từ 5V đến 18V Tần số tính sau: 𝐹 = (𝑅 1.44 +2𝑅2 )∗𝐶3 Trong đó: C3 tụ nối với chân số R1 chân biến trở R2 chân chân 18 3.3 Lắp ráp linh kiện Hình 16: Thực lắp ráp linh kiện 3.4 Thử nghiệm hệ thống Hình 17: Kết chạy thử nghiệm 19 Hình 18: Kết chạy thử nghiệm Hình 19: Kết chạy thử nghiệm 3.5 Đánh giá hệ thống Ưu điểm: Mạch hoạt động yêu cầu đề Nhược điểm: - Mạch gia công chưa đủ thẩm mĩ cao, số đường dây mạch bị đứt kĩ thuật in kém, phải thêm dây đồng 20 3.6 Đề xuất hướng phát triển - Đề xuất: thiết kế gia cơng mạch mang tính thẩm mĩ, cơng nghiệp nhằm gia tăng chất lượng sản phẩm - Hướng phát triển: ứng dụng vào công việc thực tiễn đếm sản phẩm, đếm thời gian, chia tần số điều khiển mạch khác với đặc điểm thuận lợi, độ xác cao linh hoạt giúp thay sức người 21 ... nghịch, nhị phân, đồng Kđ = 8, sử dụng JK-FF hiển thị kết đếm LED thanh, có đầu báo đếm xung ” này, nhóm sinh viên chúng em xin trình bày cách cụ thể q trình nghiên cứu tìm hiểu tính tốn, thiết kế. .. sơ đồ mạch thực Từ phương trình đầu vào kích FF phương trình hàm đưa sơ đồ mạch thực 2.2 Tính tốn Thiết kế đếm thuận ,nhị phân đồng bộ, K? ?= 8 sử dụng JK-FF hiển thị số đếm led Với K? ?= 8, sử dụng FF... đa (Kđ = 2, 4, 8, 16 ) Bộ đếm có hệ số đếm Kđ = : Sử dụng n FF để mã hoá trạng thái cho đếm, có ( - Kđ) trạng thái không sử dụng đến Do thiết kế đếm cần phải lưu ý đến trạng thái khơng sử dụng
