Đang tải... (xem toàn văn)
PHẦN NỘI DUNG 4 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU YÊU CẦU – HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI 4 1.1. Giới thiệu 4 1.2. Hạn chế 4 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ 5 2.1. Thiết kế sơ đồ khối ( khảo sát sơ đồ khối) 5 2.2. Thiết kế sơ đồ nguyên lý 5 2.2.1. Khối dao động 5 2.2.2. Khối đếm và giải mã 5 2.2.3. Khối hiển thị led 7 đoạn 5 2.2.4. Khối xóa số 0 vô nghĩa 5 CHƯƠNG 3: THI CÔNG MẠCH NGUYÊN LÝ 6 3.1. Sơ đồ nguyên lý 6 3.2. Mô phỏng mạch trên phần mềm Proteus 6 3.3. Các linh kiện và công thức tính toán mạch 6 KẾT LUẬN 7 TÀI LIỆU THAM KHẢO 8 PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU YÊU CẦU – HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Giới thiệu Mạch đếm là thành phần cơ bản của các hệ thống số, chúng được sử dụng để đếm thời gian, chia tần số, điều khiển các mạch khác….Mạch đếm được sử dụng rất nhiều trong các mạch điện tử ví dụ như các bộ xử lí, bộ định thời….Sử dụng trong các thiết bị như đèn giao thông, đồng hồ điện tử…. Trong đề tài này yêu cầu thiết kế mạch đếm lên từ 0 đến 7768 hiển thị ra led 7 đoạn có xóa số 0 vô nghĩa, sử dụng IC 74247 và có IC 7490. Vì đếm từ 0 đến 7768 nên ta phải cần tới 4 con IC đếm 74247 và 4 con IC 7490 sang led 7 đoạn. Ngoài ra mạch đếm còn sử dụng bộ AutoReset để trả giá trị bắt đầu theo mong muốn, khối dao động và khối xóa số 0 vô nghĩa. Chúng tôi xin cam đoan đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Nếu có sao chép chúng tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. 1.2. Hạn chế Mạch còn hơi phức tạp Xung CK chưa ổn định
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCMKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬMÃ MÔN HỌC: DIGI330163_21_2_21THỰC HIỆN: Nhóm 13 Lớp MOOC 21GVHD: THS VÕ ĐỨC DŨNGTp Hồ Chí Minh, tháng 05 năm Trang 2DANH SÁCH NHÓM THAM GIA VIẾT TIỂU LUẬN1 Nguyễn Hoàng Thuật 20151572 + Tìm kiếm nội dung và làm tiểu luận.- Trưởng nhóm: Nguyễn Hoàng ThuậtNhận xét của giáo viên:Ngày tháng 05 năm 2022 Giảng viên chấm điểmTrang 32.1 Thiết kế sơ đồ khối ( khảo sát sơ đồ khối) 52.2 Thiết kế sơ đồ nguyên lý 52.2.1 Khối dao động 52.2.2 Khối đếm và giải mã 52.2.3 Khối hiển thị led 7 đoạn 52.2.4 Khối xóa số 0 vô nghĩa 5CHƯƠNG 3: THI CÔNG MẠCH NGUYÊN LÝ 63.1 Sơ đồ nguyên lý 63.2 Mô phỏng mạch trên phần mềm Proteus 63.3 Các linh kiện và công thức tính toán mạch 6KẾT LUẬN 7TÀI LIỆU THAM KHẢO 8Trang 4Trong đề tài này yêu cầu thiết kế mạch đếm lên từ 0 đến 7768 hiển thị ra led 7 đoạncó xóa số 0 vô nghĩa, sử dụng IC 74247 và có IC 7490 Vì đếm từ 0 đến 7768 nên ta phảicần tới 4 con IC đếm 74247 và 4 con IC 7490 sang led 7 đoạn Ngoài ra mạch đếm còn sửdụng bộ AutoReset để trả giá trị bắt đầu theo mong muốn, khối dao động và khối xóa số 0vô nghĩa.Chúng tôi xin cam đoan đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tàiliệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó Nếu có sao chép chúngtôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.1.2 Hạn chế Mạch còn hơi phức tạp Xung CK chưa ổn địnhTrang 5CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC IC LIÊN QUAN CÓ TRONGMẠCH THIẾT KẾ2.1 Bộ tạo xung IC 555 Cấu tạo của IC 555Cấu tạo của IC NE555 gồm OP-Amp so sánh điện áp, mạch lật và transistor để xãđiện Cấu tạo của IC đơn giản nhưng hoạt động tốt Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếpchia điện áp Vcc thành 3 phần Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 Vcc nối vàochân dương ủa OP-Amp 1 và điện áp 2/3 Vcc nối vào chân âm của Op-Amp 2 Khi điện ápở chân 2 nhỏ hơn 1/3 Vcc, chân S = [1] và FF được kích Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3Vcc, chân R của FF = [1] và FF được reset.Kết quả cuối cùng: Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳổn định Sơ đồ cấu trúc bên trong của IC 555 được thể hiện như hình vẽ 2.1.Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc bên trong IC 555Trang 6 Sơ đồ khốiHình 2.2: Sơ đồ khối IC 555 Sơ đồ chânHình 2.3: Sơ đồ chân IC 555 Các thông số chuẩn của IC 555Chức năng hoạt động của từng chân: Chân 1 (GND): là chân kết nối GND cung cấp dòng cho IC còn gọi là mass chung. Chân 2 (Trigger): chân đầu vào nó sẽ thấp hơn so với điện áp so sánh được sử dụnglà 1 chân chốt của tần số áp Mạch so sánh ở đây được sử dụng các Transistor PNP vớiđiện áp chuẩn là 2/3 Vcc. Chân 3 (Output): dùng để lấy tín hiệu logic đầu ra, ở chân này trạng thái được xácđịnh ở mức thấp (mức 0) và mức cao (mức 1). Chân 4 (Reset): để lập định cho trạng thái đầu ra mạch IC 555 Khi chân số 4 nối vớiTrang 7mass thì Output sẽ về ở mức 0 Nếu như ở chân 4 mức cao thì trạng thái đầu ra sẽ theomức áp trên chân số 2 và chân số 6 Trong trường hợp tạo mạch dao dộng dùng IC 555tạo xung thì thường chân này sẽ được nối trực tiếp với nguồn Vcc. Chân 5 (Control Voltage): nó dùng để làm thay đổi mức điện áp chuẩn trong IC 555được tính theo các mức biến áp ngoài hay dùng nhiều ở các điện trở ngoài khi nối vớichân mass.Tuy nhiên, trong hầu hết các mạch ứng dụng chân số 5 nối mass qua một tụ từ0.01µF- 0.1µF, các tụ có tác dụng lọc bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn ổn định. Chân 7 (Discharge): với chân này được coi như là một khóa điện tử có thể chịu tácđộng điều khiển từ tầng logic chân 3 Mà đầu ra ở chân Output xuống mức 0 thì khóa nàyđược đóng lại Chân số 7 nó có nhiệm vụ như một tụ nạp xả điện cho mạch R-C Chân số 8 (Vcc): nguồn cấp cho IC 555 trong suốt quá trình hoạt động Mức điện ápdao động nguồn cấp hoạt động từ 2 – 18V. Các thông số chuẩn của IC 555 Nguồn điện áp đầu vào trong dải tần từ 2 – 18V. Cường độ dòng điện tiêu thụ: 6 – 15mA. Công suất tiêu thụ lớn nhất (Pmax): 600mW. Điện áp logic đầu ra lớn nhất (mức 1): 0.5 – 15V Điện áp logic đầu ra nhở nhất (mức 0): 0.03 – 0.06VTrang 8 Chức năng của các chânBảng 2.1: Chức năng các chân IC 7490 Hoạt động của IC 7490IC đếm 74LS90 về cơ bản là mạch đếm thập phân MOD-10 tạo ra mã BCD ở cácngõ ra 74LS90 bao gồm bốn flip-flop JK chủ - tớ được kết nối bên trong để cung cấpmạch đếm MOD-2 (2 trạng thái đếm) và mạch đếm MOD-5 (5 trạng thái đếm) IC74LS90 có một flip-flop độc lập được điều khiển bởi đầu vào CLKA và ba flip-flop JKtạo thành một bộ đếm không đồng bộ được điều khiển bởi đầu vào CLKB.Trang 9 Cấu tạo bên trong IC 7490Hình 2.5: Cấu tạo bên trong của IC 7490Bốn ngõ ra của IC được ký hiệu là QA, QB, QC và QD Thứ tự đếm của 74LS90được kích hoạt bởi cạnh xuống của tín hiệu xung đồng hồ, tức là khi tín hiệu xung đồnghồ CLK chuyển từ logic 1 (mức CAO) sang logic 0 (mức THẤP) thì xem như có xungđồng hồ tác động vào mạch đếm.Các chân ngõ vào bổ sung R1, R2, R3 và R4 là các chân RESET Khi các ngõ vàoRESET R1 và R2 được kết nối với logic 1, thì mạch đếm sẽ bị RESET trở về 0 (0000)còn khi các ngõ vào R3 và R4 được kết nối với logic 1, thì mạch đếm được RESET về số9 (1001) bất kể số đếm hoặc vị trị đếm hiện tại.2.3 IC 74247 giải mã sang led 7 đoạn Chức năngIC 74LS247 thuộc họ TTL, là IC chuyên dụng giải mã BCD sang mã 7 thanh Anotchun Giúp ta dễ dàng hơn trong việc điều khiển led 7 đoạn hiển thị số Bao gồm 4 đầuvào và 7 đầu ra Trong đó, ngoài các chân tín hiệu vào, người ta còn thêm các chân tínhiệu vào điều khiển để thêm vào một số chức năng phụ cho IC.Trang 10IC 74LS247 là IC có mức tác động thấp, cực thu để hở Nếu ta dùng led 7 đoạn kiểucathode thì tại các ngõ ra của IC 74LS247 phải gắn thêm cổng đảo trước khi đến các chânled 7 đoạn. Hình dáng và sơ đồ chânHình 2.6: Hình dạng và sơ đồ chân IC 74247 Chân tín hiệuTrang 11Hình 2.7: Các chân tín hiệu của IC 74247 Chức năng của các chân Chân 1,2,6,7: chân dữ liệu BCD (A1, A2, A3,A0) vào dữ liệu được lấy từ IC đếm. Chân 9,10,11,12,13,14,15: các chân ra tác động mức tích cực thấp (0) và được nốivới led 7 đoạn. Chân 8: chân nối đất GND. Chân 16: chân nối nguồn. Chân 3: chân tín hiệu điều khiển (Lamp test) Chân 4: Gồm ngõ vào xóa BI được để không hay nối lên cao cho hoạt động giảimã bình thường Khi nối BI ở mức thấp, các ngõ ra đều tắt bất chấp trạng thái của cácngõ vào. Chân 5: Ngõ vào xóa gợn sóng RBI được để không hay nổi lên cao khi không dùngđể xóa số 0 (số 0 ở trước số có nghĩa hay số 0 thừa bên trái dấu chấm thập phân). Sơ đồ logic và bảng trạng tháiHình 2.8: Sơ đồ logic của IC 74LS247Sự hoạt động của mạch được thể hiện ở bảng sự thật, trong đó để ngõ ra mức cao(H) là tắt và mức thấp (L) là sáng, nghĩa là nếu 74LS247 tác động vào led 7 đoạn thì cácđoạn a, b, c, d, e, f,g của đèn sẽ sáng hay tắt tùy thuộc vào ngõ ra tương ứng là thấp (L)Trang 12hay cao (H).Bảng 2.2: Bảng trạng thái hoạt động của IC 74LS247 Led 7 đoạnHình 2.9: Led 7 đoạn anode chungLed 7 đoạn cấu tạo từ 7 led đơn được nối lại với nhau như hình 2-9 Ngoài ra, còn 1 lednhỏ ở chân dp dùng để hiển thị dấu chấm nhưng ở mạch này sẽ không sử dụng đến lednày Vì led 7 đoạn chứa các led đơn bên trong nên muốn bảo vệ led ta sẽ dùng điện trở,dòng điện để led hoạt động là khoảng từ 15mA đến 25mA Do đó, ta sẽ dùng điện trở22032 để hạn dòng cho led.Trang 13Hình 2.10: Hình ảnh điều khiển led 7 đoạn2.4 Cổng AND 74LS86Hình 2.11: Hình IC 74LS86Hình 2.12: Sơ đồ chân IC 74LS86Trang 14Bảng 2.3: Bảng trạng thái hoạt động IC 74LS86 Thông số kỹ thuật của IC 74LS86Họ công nghệ: LSVCC (Tối thiểu): 4,75VVCC (Tối đa): 5,25VSố kênh: 4Đầu vào mỗi kênh: 2IOL (Tối đa): 16mAIOH (Tối đa): -0,8mALoại đầu vào: TTL-CMOS tương thíchLoại đầu ra: Đẩy-KéoCác tính năng: Tốc độ cao (TPD 10-50ns)Tốc độ dữ liệu (Tối đa): 35MbpsPhạm vi nhiệt độ hoạt động: 0°C đến 70°C Trang 15CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ MẠCH THIẾT KẾ3.1 Sơ đồ khối3.2 Chức năng của từng khối3.2.1 Khối nguồnChức năng: Đảm bảo cung cấp đủ nguồn cho IC hoạt động nguồn Vcc = 5VHình 3.1: Sơ đồ nguyên lý của khối nguồnTrang 163.2.2 Khối dao độngHình 3.2: Sơ đồ nguyên lý của khối dao độngChức năng cơ bản mạch tạo dao động là chuyển trạng thái đầu ra (từ CAO sangTHẤP và từ THẤP sang CAO) theo các khoảng thời gian mong muốn, không có bất kỳsự can thiệp nào từ bên ngoài Chúng ta đạt được điều này bằng cách điều khiển cực xả(chân 7) của IC 555 thông qua một tụ điện © Bên trong IC 555, chân 7 được kết nối vớiđầu cực collector của transistor có đế được kết nối trực tiếp với đầu ra (đầu không đảongược – Q) của flip flop RS Bạn phải lưu ý rằng Vout (chân 3 – đầu ra của IC 555) đượclấy từ đầu ra đảo ngược của Q của flip flop Vì vậy, khi đầu ra flip flop (không đảongược) Q ở mức CAO, Vout sẽ ở mức THẤP và khi đầu ra của flip flop Q ở mức THẤP,Vout sẽ ở mức CAO3.2.3 Khối đếmTrang 17Mạch trong sơ đồ nguyên lýKHỐI ĐẾMMạch nối dây giữa 2 IC 7490Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý của khối đếmChức năng: Nhận xung clock từ khối dao động để xử lý đưa ra tín hiệu mã hóa BCDvà đưa tín hiệu này vào khối giải mã.3.2.4 Khối giải mãTrang 18Chức năng: Nhận mã BCD từ khối đếm đồng thời giải mã xuất ra các ngõ ra vàchuyển các giá trị vừa giải mã đến khối hiển thị.KHỐI GIẢI MÃHình 3.4: Sơ đồ nguyên lý của khối giải mã3.2.5 Khối hiển thịChức năng: Nhận giá trị từ khối giải mã và hiển thị lên màn hình led 7 đoạnHình 3.5: Sơ đồ nguyên lý của khối hiển thịCHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝTrang 194.1 Sơ đồ mạch nguyên lýHình 4.1: Sơ đồ nguyên lý của mạch4.2 Tính toán các thông số và chọn linh kiệnTrang 20CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG MẠCH TRÊN PROTEUSTrang 21KẾT LUẬNTrang 22TÀI LIỆU THAM KHẢO[1] ThS Nguyễn Trường Duy, ThS Võ Đức Dũng, PGS.TS Nguyễn Thanh Hải, ThS.Nguyễn Duy Thảo, Giáo trình kỹ thuật số, NXB Đại học Quốc gia, TP.HCM, 2019