Đang tải... (xem toàn văn)
BTL THIẾT KẾ MẠCH CỘNG HAI SỐ NHỊ PHÂN 4 BIT VÀ HIỂN THỊ TRÊN LED 7 THANH BTL THIẾT KẾ MẠCH CỘNG HAI SỐ NHỊ PHÂN 4 BIT VÀ HIỂN THỊ TRÊN LED 7 THANH Giới thiệu chung Trong lĩnh vực điện tử, mạch cộng là một mạch điện tử thực hiện việc cộng số. Trong máy tính hiện đại phép cộng nằm bên trọng đơn vị xử lý số luận lý (ALU). Mặc dù các mạch cộng có thể được tạo ra cho nhiều hệ đếm, loại mạch cộng thường dùng nhất hoạt động trên hệ nhị phân. 1.1. Phân loại mạch cộng Mạch cộng được chia ra làm 2 loại chính: mạch cộng bán phần và mạch cộng toàn phần. • Mạch cộng bán phần Một mạch bán cộng là mạch luận lý thực hiện việc cộng 2 số A và B và xuất ra tổng S và số dư của phép tính C Bảng chân trị mạch bán cộng Bảng 1: Bảng chân trị mạch cộng Sơ đồ mạch bán cộng
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - BÁO CÁO MÔN HỌC Đề tài: Thiết kế mạch đếm thuận, nhị phân, đồng Kđ = 8, sử dụng D-FF hiển thị kết đếm LED thanh, có đầu báo đếm xung Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Thu Hà Sinh viên thực : Nguyễn Tuấn Hải-2018603812 Ngô Minh Tuấn -2018600555 Hà Văn Thành-2018603806 Hà Nội, 3/6/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC KỸ THUẬT XUNG SỐ Họ tên sinh viên: Nguyễn Tuấn Hải Mã sinh viên: 2018603812 Ngô Minh Tuấn Mã sinh viên: 2018600555 Hà Văn Thành Mã sinh viên: 2018603806 Lớp: 20202FE6021001 Khoá: 13 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà Tên đề tài: Thiết kế mạch đếm thuận, nhị phân, đồng Kđ = 8, sử dụng D-FF hiển thị kết đếm LED thanh, có đầu báo đếm xung NỘI DUNG THỰC HIỆN Nội dung cần thực CĐR Lập kế hoạch làm việc L1.3 Phân tích lựa chọn ý tưởng tốt khả thi L1.2; L1.3 Tính tốn thiết kế, xây dựng phân tích mơ L1.2; L1.3 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 TT 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 mô 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 mơn TT Tên sản phẩm Mơ hình (mạch điện) Quyển báo cáo Slide thuyết minh đồ án Định dạng Số lượng 01 Theo định 01 815/QĐ-ĐHCN 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 LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển mạnh mẽ giới mặt, khoa học cơng nghệ nói chung ngành cơng nghệ kỹ thuật Điện Tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho giới ngày đại văn minh Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị có đặc điểm với xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ linh hoạt hoạt động ổn định Đó yếu tố cần thiết làm cho suất, hiệu công việc tăng cao, hoạt động người giảm bớt Xuất phát từ thực tế, nên em chọn đề tài “MẠCH ĐẾM THUẬN, NHỊ PHÂN, ĐỒNG BỘ VỚI KĐ=8 SỬ DỤNG D-FF ” sử dụng để đếm thời gian, đếm sản phẩm, đèn giao thông, chia tần số điều khiển mạch khác…… Bài tập lớn Kĩ thuật Xung Số gồm có chương: CHƯƠNG 1: Tổng quan-Cơ sở lý thuyết CHƯƠNG 2: Thiết kế đếm, thiết kế mơ phỏng, tính tốn CHƯƠNG 3: Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm hiệu chỉnh CHƯƠNG 4: Kết quả-Kết luận Mặc dù cố gắng hoàn thành báo cáo này, nhiên tránh sót mong q Thầy, bạn đọc đóng góp ý kiến để đồ án hồn thiện CHƯƠNG TỔNG QUAN- CƠ SỞ LÝ THUYẾT Khái niệm: Mạch đếm mạch dãy đơn giảm 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 thoe 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 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 Đồ hình trạng thái tổng qt đếm Đồ hình mơ hình mơ tả chuyển đổi trạng thái mơ tả hoạt động đếm Khi khơng có tín hiệu vào đếm ( ) mạch giữ nguyên trạng thái ban đầu (i i) có tín hiệu vào đếm (Xđ) mạch chuyển đến trạng thái kế tiếp( i i+1) Khi đếm trạng thái tác động tín hiệu vào đếm đếm trở trạng thái ban đầu đồng thời xuất tín hiệu lần Trong trường hợp cần hiển thị trạng thái đếm phải dùng thêm mạch giải mã Phân loại: Có nhiều cách 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 (SiSj) Xung đồng tác động đồng thời tới phần tử nhớ Xung đồng tác động không đồng thời tới FF Phân loại theo hệ số đếm + 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 = cho đếm, có ( : Sử dụng n FF để mã hố trạng thái - 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 1.(Si Si+1) 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 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐẾM,THIẾT KẾ MƠ PHỎNG, TÍNH TỐN Sơ đồ khối: Khối Khối tạo Khối điều nguồn xung khiển Khối hiển Khối giải thị mã Hình Sơ đồ khối mạch đếm Thiết kế đếm: Để thiết kế đếm ta tiến hành theo bước sau: - Bước 1: Xác định u cầu tốn 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 vòng 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 000 001 010 011 111 110 101 100 Hình 2.1 Đồ hình trạng thái đếm thuận Kđ=8 Bảng 2 Bảng chuyển đổi trạng thái giá trị đầu vào kích tn tn+1 D-FF AB AB DA DB DC 000 001 0 001 010 010 011 1 011 100 0 100 101 1 101 110 1 110 111 1 111 000 0 Tối thiểu hóa Bảng karnaugh Xét DA C AB 00 01 11 10 0 1 1 00 01 11 10 0 1 1 0 00 01 11 10 1 1 0 0 Xét DB C AB Xét Dc C AB Phương trình đầu vào kích: Mạch đếm xung sử dụng D-FF Đồ hình trạng thái 00 01 10 Bảng chuyển đổi trạng thái giá trị đầu vào kích: tn tn+1 D-FF XY XY DX DY 00 01 01 10 10 00 0 Phương trình đầu vào kích: Sơ đồ logic: Thử nghiệm mô phần mềm Proteus phần mềm Altium Hình Mạch ngun lí mơ phần mềm Proteus Hình 2.3 Mạch in 2D mơ phần mềm Altium Hình 2.4 Mạch in 3D mơ phần mềm Altium CHƯƠNG CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH Mạch sau hoàn thành thiết kế Liệt kê linh kiện cần dùng 7SEG, 74LS74, 74HC86, 74HC08, 74LS47 Trình bày giá trị, chức linh kiện, cách lắp linh kiện Bảng Bảng liệt kê linh kiện, giá trị linh kiện chức Tên linh kiện Giá trị Chức Tạo xung cho mạch điều khiển LED IC 74HC08 5v Cổng logic AND, điều khiển tín hiệu mạch đếm IC CD4093BE 5v Cổng logic NAND, điều khiển tín hiệu mạch đếm IC 74HC86 5v Cổng logic XOR, điều khiển tín hiệu mạch đếm IC 74LS74 5v Trigger D-FF IC 74LS47 5v IC giải mã cho led 7SEG 7SEG Hiển thị giá trị đếm Nguyên lý hoạt động 3.1 Khối giải mã – IC 74LS47 Chân 16 cấp nguồn VCC 5V, 5V IC bị chết Chân chân nối GND (mass) Các chân 1,2,6,7 chân tín hiệu vào ứng với A,B,C,D Các chân 15,14,13,12,11,10,9 chân ra, chân nối với led bảy nối hình mạch ngun lí Chân thứ LT( Lamp Test) tên gọi nó, chân chân kiểm tra led bảy đoạn, ta cắm chân xuống mass giải mã sáng lúc với bảy 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 mức Chân (RBI) kết nối với mức cao CHƯƠNG KẾT QUẢ-KẾT LUẬN 4.1 Đánh giá sản phẩm:19 Ưu điểm: mạch chạy yêu cầu, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt, chi phí phù hợp Nhược điểm: bố trí mạch chưa khoa học, thiết kế chưa mang tính cơng nghiệp 4.2 Tính thực tế sản phẩm: Đây đề tài hay ứng dụng nhiều đời sống công nghiệp.Nhằm tăng suất, hiệu công việc giảm sức lao động người, MẠCH ĐẾM đưa vào sử dụng thay người công việc đếm sản phẩm, đếm thời gian, đèn giao thông, chia tần số điều khiển mạch khác… Với đặc điểm tiện lợi, xác cao, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt; MẠCH ĐẾM nhanh chóng biết đến sử dụng rộng rãi lĩnh vực 4.3 Đề xuất cải tiến hướng phát triển: Hướng phát triển:Có thể thay linh kiện, IC tạo xung, IC điều khiển, IC giải mã… linh kiện khác thị trường mà đáp ứng nhu cầu đề tài Đề xuất cải tiến: thiết kế mạch phù hợp hơn, để mạch thống nhất, khơng bị rối mắt phải câu dây nhiều TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thị Thu Hà-Lê Văn Thái-Nguyễn Ngọc Anh, (2013), Giáo trình Điện tử số, Hà Nội, NXB Khoa học Kỹ thuật Trần Đình Thơng -Nguyễn Thị Thu Hà,(2016),Giáo trình Mạch điện tử, Hà Nội, NXB Khoa học Kỹ thuật ... khiển LED IC 74 HC08 5v Cổng logic AND, điều khiển tín hiệu mạch đếm IC CD4093BE 5v Cổng logic NAND, điều khiển tín hiệu mạch đếm IC 74 HC86 5v Cổng logic XOR, điều khiển tín hiệu mạch đếm IC 74 LS 74 . .. khiển tín hiệu mạch đếm IC 74 LS 74 5v Trigger D-FF IC 74 LS 47 5v IC giải mã cho led 7SEG 7SEG Hiển thị giá trị đếm Nguyên lý hoạt động 3.1 Khối giải mã – IC 74 LS 47 Chân 16 cấp nguồn VCC 5V, 5V... dùng 7SEG, 74 LS 74 , 74 HC86, 74 HC08, 74 LS 47 Trình bày giá trị, chức linh kiện, cách lắp linh kiện Bảng Bảng liệt kê linh kiện, giá trị linh kiện chức Tên linh kiện Giá trị Chức Tạo xung cho mạch
