Đang tải... (xem toàn văn)
THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 8 SẢN PHẨM (SỬ DỤNG DFF), HIỂN THỊ TRẠNG THÁI ĐẾM TRÊN LED 7 THANH Nhận thấy đầu vào J, K điều khiển trạng thái ngõ ra theo đúng như cách mà S R đã làm trừ 1 điểm là khi J = K = 1 thì trạng thái cấm được chuyển thành trạng thái ngược lại ( với J = K = 0 ). Nó còn gọi là chế độ lật của hoạt động. Từ dạng sóng có thể thấy rằng ngõ ra FF không bị ảnh hưởng bởi sườn xuống của xung ck các đầu vào J K cũng không có tác động trừ khi xảy ra tác động lên của Ck 7 FF JK có thể tạo thành từ FF SR có thêm 2 đầu and có ngõ ra đưa về như hình :
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ – Ơ TƠ - - BÁO CÁO ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM (SỬ DỤNG D-FF), HIỂN THỊ TRẠNG THÁI ĐẾM TRÊN LED THANH Giáo viên hướng dẫn :Hà Thị Phương Nhóm sinh viên thực :Dương Hải Đăng 2021604911 :Ngô Thái Dương 2021605796 :Thái Hồng Nguyên 2021604447 Khóa :16 Hà Nội - 2023 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Cơ sở lựa chọn đề tài 1.3 Mục đích yêu cầu 1.4 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐẾM,THIẾT KẾ MƠ PHỎNG VÀ TÍNH TỐN 10 2.1 Tính tốn hệ thống 10 2.2 Mô mạch 13 CHƯƠNG CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 14 3.1 Liệt kê linh kiện cần dùng 14 3.2 Chế tạo, lắp ráp mạch 25 CHƯƠNG KẾT LUẬN 28 4.1 Đánh giá sản phẩm 28 4.2 Tính thực tế sản phẩm 28 4.3 Đề xuất cải tiến hướng phát triển 28 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Ký hiệu FF Hình 1.2 Ký hiệu khối loại FF Hình 1.3 Dạng sóng minh hoạ cho FF RS Hình 1.4 Dạng sóng minh hoạ cho FF JK Hình 1.5 FF JK từ FF SR Hình 1.6 Cấu trúc mạch FF JK Hình 1.7 Dạng sóng minh hoạ cho hoạt động FF T Hình 1.8 FF T dùng làm mạch chia tần Hình 1.9 Dạng sóng minh hoạ cho hoạt động FF D Hình 1.10 Kí hiệu khối bảng thật chốt D Hình 1.11 Cấu tạo chốt D Hình 2.1 Biểu đồ trạng thái đếm nhị phân bit 10 Hình 2.2 Đếm chuỗi sau xung 11 Hình 2.3 Mạch D-FF 12 Hình 2.4 Mạch đếm sản phẩm sử dụng D-FF 13 Hình 3.1 Sơ đồ chân CD4093 15 Hình 3.2 Chi tiết sơ đồ chân IC 7408 17 Hình 3.3 Sơ đồ chân IC 7408 18 Hình 3.4 Sơ đồ chân 74LS74 20 Hình 3.5 Sơ đồ chân IC 7447 20 Hình 3.6 Sơ đồ kết nối IC 7447 21 Hình 3.7 Sơ đồ kết nối IC 74HC32 23 Hình 3.8 Sơ đồ kết nối IC 4070 25 Hình 3.9 Mạch vẽ mô 25 Hình 3.10 Mạch dựng 3D 26 Hình 3.11 Mạch ngun lí mặt mặt 26 Hình 3.12 Ngâm mạch in vào dung dịch FeCl3 27 Hình 3.13 Mạch hoàn thiện 27 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số trở nên quên thuộc với nhiều người, phát triển nghành kỹ thuật số có ảnh hưởng lớn đến nghành kinh tế tồn cầu có người nêu lên ý tưởng gọi kinh tế thời đại “nền kinh tế kỹ thuật số”, “số hóa” gần vượt khỏi ranh giới thuật ngữ kỹ thuật Nhờ có ưu điểm xử lí số độ tin cậy truyền dẫn, tính đa thích nghi kinh tế nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi điều khiển khai thác mạng Số hóa xu hướng phát triển tất yếu nhiều linh vực kỹ thuật kinh tế khác Không lĩnh vực thông tin liên lạc tin học Ngày nay, kỹ thuật số thâm nhập mạnh mẽ vào Kỹ thuật điện tử, Điều khiển tự động, Phát truyền hình, Y tế, Nông nghiệp đồ dùng sinh hoạt gia đình Với phát triển khơng ngừng khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng linh kiện bán dẫn phần vào giảm bớt giá thành sản phẩm làm linh kiện rời Ứng dụng môn kỹ thuật điện tử, kỹ thuật xung số ngày nhiều Nó thâm nhập nhanh chóng vào lĩnh vực điện tử thông dụng chuyên nghiệp Trong đố án này, nhóm chúng em lựa chọn đề tài Thiết kế mạch đếm sản phẩm (sử dụng D-FF), hiển thị trạng thái đếm LED CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Khái niệm FF mạch có khả lật lại trạng thái ngõ tuỳ theo tác động thích hợp ngõ vào, điều có ý nghĩa quan trọng việc lưu trữ liệu mạch xuất liệu cần Có nhiều loại flip flop khác nhau, chúng sử dụng rộng rãi nhiều ứng dụng Các mạch FF thường kí hiệu sau: Hình 1.1 Ký hiệu FF Nếu ngõ vào định ngõ ngõ đồng hồ ck lại có thay đổi Chân Ck tác động mức thấp hay mức cao tuỳ vào cấu trúc bên IC FF, với IC FF cố định có kiểu tác động mà thơi, ví dụ với IC 74112 có cách tác động xung Ck tác động theo cạnh xuống 1.1.1 Phân loại Hình 1.2 Ký hiệu khối loại FF a) FF SR (mạch lật lại đặt) Hình 1.3 Dạng sóng minh hoạ cho FF RS FF RS nảy cạnh lên kí hiệu hình tam giác sơ đồ khối dấu mũi tên lên bảng trạng thái FF RS nảy cạnh xuống tương tự có khí hiệu thêm hình trịn nhỏ hay gạch đầu Ck để cạnh xuống ký hiệu khối vẽ dấu mũi tên xuống bảng trạng thái b) FF JK FF JK bổ sung thêm trạng thái cho FF RS ( tránh trạng thái cấm) Hình 1.4 Dạng sóng minh hoạ cho FF JK Nhận thấy đầu vào J, K điều khiển trạng thái ngõ theo cách mà S R làm trừ điểm J = K = trạng thái cấm chuyển thành trạng thái ngược lại ( với J = K = ) Nó cịn gọi chế độ lật hoạt động Từ dạng sóng thấy ngõ FF không bị ảnh hưởng sườn xuống xung ck đầu vào J K khơng có tác động trừ xảy tác động lên Ck FF JK tạo thành từ FF SR có thêm đầu and có ngõ đưa hình : Hình 1.5 FF JK từ FF SR Còn cấu tạo bên FF JK kích cạnh sườn sau : Hình 1.6 Cấu trúc mạch FF JK c) FF T Khi nối chung ngõ vào JK hình FF T : có ngõ vào T, ngõ bị lật lại trạng thái ban đầu ngõ T tác động có cạnh sườn lên hay xuống xung Ck Kí hiệu khối bảng trạng thái FF T sau : Hình 1.7 Dạng sóng minh hoạ cho hoạt động FF T FF T sử dụng để tạo mạch đếm chia Khi T nối lên mức (Vcc) hay để trống, xung kích đưa vào ngõ Ck Nhận thấy ngõ Q lật trạng thái lần ck xuống hay lên Tần số xung ngõ Q nửa tần số ngõ vào ck đưa Q tới tầng FF sau tần số f lại chia đôi Đây nguyên lí mạch đếm xét đến phần sau Hình 1.8 FF T dùng làm mạch chia tần d) FF D Khi nối ngõ vào FF RS hay JK hình FF D : có ngõ vào gọi ngõ vào data(dữ liệu) hay delay(trì hỗn) Hoạt động FF D đơn giản : ngõ theo ngõ vào xung Ck tác động cạnh lên hay xuống Hình 1.9 Dạng sóng minh hoạ cho hoạt động FF D e) Mạch chốt D Các FF nảy mức trở thành mạch chốt chân ck cho mức tác động Thông dụng chốt D Mạch tạo FF D thay ngõ vào đồng ngõ vào cho phép (enable : E) tác động mức cao Cấu tạo kí hiệu bảng trạng thái hình sau : Hình 1.10 Kí hiệu khối bảng thật chốt D Hình 1.11 Cấu tạo chốt D 1.2 Cơ sở lựa chọn đề tài 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 “Thiết kế mạch đếm sản phẩm (sử dụng D-FF), hiển thị trạng thái đếm LED thanh” sử dụng đếm sản phẩm 1.3 Mục đích yêu cầu Mục đích mạch đếm sản phẩm giúp nhà máy đếm số lượng sản phẩm máy tao cách đơn giản,chính xác mà khơng cần tốn sức cơng nhân Yêu cầu mạch đếm sản phẩm chạy cách xác, ổn định,gọn nhẹ,dễ lắp đặt,dễ sửa rẻ tiền 1.4 Phương pháp nghiên cứu Trên phương pháp nghiên cứu phân tích chức linh kiện, vi mạch áp dụng kiến thức với đạo phụ trách giáo dục để xây dựng mạch có chức hoạt động đếm số lượng với tài nguyên yêu cầu CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐẾM,THIẾT KẾ MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TỐN 2.1 Tính tốn hệ thống Ta có đề hình trạng thái: Biểu đồ thị chuỗi trạng thái mà đếm tiến lên có tạo xung nhịp Hình bên cho thấy trạng thái đếm nhị phân bit Hình 2.1 Biểu đồ trạng thái đếm nhị phân bit Mạch khơng có đầu vào ngồi xung đồng khơng có đầu khác khác ngồi trạng thái bên (đầu lấy khỏi flip-flop đếm) Trạng thái đếm phụ thuộc hoàn toàn vào trạng thái Và chuyển đổi trạng thái xảy xung đồng xuất Hình 2.1 cho thấy chuỗi đếm sau xung đồng 10 Hình 3.1 Sơ đồ chân CD4093 Sơ đồ chân CD4093 IC có 14 chân cho I / O nguồn IC có mạch kích hoạt Schmitt với cổng NAND đầu vào, bảng cho hiểu rõ sơ đồ chân IC Số chân Tên chân Mô tả A Đầu vào B Đầu vào J Đầu NAND A B K Đầu NAND C D C Đầu vào D Đầu vào VSS Ground E Đầu vào F Đầu vào 10 L Đầu NAND E F 11 M Đầu NAND G H 12 G Đầu vào 13 H Đầu vào 14 VCC Đầu vào điện áp dương 15 Bảng làm việc đầu NAND cịn gọi cổng NOT-AND, cổng logic cung cấp đầu sai đầu vào đúng, đầu bổ sung cổng AND CD4093 IC 14 chân với cổng NAND bên Chân A Chân B đầu vào cổng NAND cung cấp đầu bổ sung cổng AND chân J Tương tự, hình ảnh bên mơ tả cách cổng NAND kết nối với chân Bảng chân lý bên cho thấy đầu vào đầu cổng NAND Bất kỳ đầu vào cấp cho chân 1, 2, 5, 6, 8, 9, 11, 12, đầu tương ứng thông qua cổng NAND nhận Bảng sau tham chiếu cho giá trị đầu vào đầu Đàu vào A Đầu vào B Đầu 0 1 1 1 3.1.2 IC 7408 IC 7408 (IC 74LS08) biết đến vi mạch tích hợp với cổng AND hai đầu vào bit 7408 dòng IC thuộc họ IC 74XXYY Cổng AND mạch tín hiệu sử dụng để chuyển đổi trạng thái logic Trong cổng AND có dạng tín hiệu logic sử dụng Đầu tiên, dạng tín hiệu mức cao, có điện áp khoảng từ 3-5V dạng thứ dạng tín hiệu mức thấp tương đương với mức điện áp – 2,6V Một cổng AND cần sử dụng chân đầu vào chân cho đầu Đầu hoạt động trạng thái mức cao mức thấp, để đầu mức cao buộc trạng thái đầu vào phải mức cao IC 7408 cấu tạo với cổng AND, công sử dụng riêng biệt mà khơng gây ảnh hưởng tới cổng khác 16 74LS08 cần sử dụng nguồn nhất, đầu IC ln tương thích với thiết bị TTL vi điều khiển khác IC 7408 với kích thước nhỏ gọn tốc độ xử lý nhanh nên có độ tin cậy cao Một số cổng logic khác dòng như: 74LS73, 74LS00, 74LS02, 74LS04, 74LS138 - Thông số kỹ thuật : Dải điện áp hoạt động 4,75 – 5,25V Điện áp khuyến nghị cho IC 5V lên tối đa 7V IC cho phép dòng điện lớn 8mA đầu Thời gian tăng giảm điển hình: 18ns Nhiệt độ hoạt động: ° C đến 70 ° C Nhiệt độ bảo quản: -65 ° C đến 150 ° C Tiêu thụ điện Chi tiết sơ đồ chân IC 7408 Hình 3.2 Chi tiết sơ đồ chân IC 7408 17 Hình 3.3 Sơ đồ chân IC 7408 CHÂN A1 Chân MÔ TẢ CHI TIẾT Chân chân đầu vào cho cổng AND IC 74LS08 Chân chân đầu vào thứ hai cho cổng AND IC B1 Chân Y1 Chân 74LS08 Đầu cổng AND Chân chân đầu vào cổng AND thứ hai IC A2 Chân 74LS08 Chân đầu vào thứ hai cổng AND thứ hai IC B2 Chân Y2 Chân Chân đầu cổng AND thứ hai GND Chân Chân chân nối đất Y3 Chân Chân đầu cổng AND thứ ba A3 Chân Chân đầu vào cho cổng AND thứ ba vi mạch B3 Chân 10 Chân 10 đầu vào thứ hai cho cổng AND thứ ba Y4 A4 Chân 11 Chân 12 B4 Chân 13 Chân 13 chân đầu vào thứ hai cổng AND thứ tư VCC Chân 14 Chân cấp nguồn 74LS08 Chân 11 đầu cổng AND thứ tư Chân 12 chân đầu vào cổng AND thứ tư 18 3.1.3 IC 74LS74 IC flip-flop 74LS74A sử dụng mạch Schottky TTL để tạo flip-flop kiểu D tốc độ cao Mỗi flip-flop có đầu vào clear set, đầu Q Q`bổ sung riêng Thông số kỹ thuật ic số CD4027 cổng Flip-Flop Datasheet 74LS74 Chân 14 Số cổng Flip-Flop ic Điện áp hoạt động 2V – 15V DC Dòng ngõ 8mA Nhiệt độ hoạt động 0°C – 70°C Điện áp đầu vào mức cao tối thiểu 2V Điện áp đầu vào mức thấp tối đa 0,8V Sơ đồ chân 74LS74 Số chân 14 Tên chân Vcc Ground Mô tả Cấp nguồn 5V cho IC Nối mass hệ thống Dual D Flip Flop Các chân phải cấp xung đồng hồ 3, 11 1CLK / 2CLK cho flip flop 1,13 1CLR (bar) / 2CLR (bar) Reset flip flop cách xóa nhớ 2, 12 1D / 2D Chân đầu vào Flip Flop 4, 10 1PRE (bar) / 2PRE (bar) Chân set Flip Flop 5,9 1Q / 2Q Chân đầu vào khác flip flop 6,8 1Q '(bar) / 2Q' (bar) Chân đầu đảo ngược flip flop 19 Hình 3.4 Sơ đồ chân 74LS74 3.1.4 IC 7447 IC 7447 hay IC 74LS47 mạch tích hợp nằm dịng IC 74xx sử dụng máy tính, đếm kỹ thuật số, đồng hồ hay thiết bị đo lường khác IC 7447 biết đến nhiều dùng giải mã hiển thị BCD Led đầu thu mở 15V IC 74LS47 sản xuất gói 14 chân Sơ đồ chân IC 7447 Hình 3.5 Sơ đồ chân IC 7447 20