Đang tải... (xem toàn văn)
Chương I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN I. Flip Flop: 1.1 Khái niệm: Flip Flop được cấu tạo từ các cổng logic, có thể nói FF là tổ hợp các cổng logic hoạt động theo một quy luật định trước. FF bao gồm: • Chân nhận xung đồng hồ, xung nhịp, xung clock (Ck). • Hai ngõ ra dữ liệu (data) là Q và . • Có 1 hoặc 2 ngõ chức năng quy định hoạt động của FF: S, R, D, J, K. • Ngoài ra FF còn có hai chân: Clr ( clear) và chân Pre ( Preset). Khi tác động vào chân Clr sẽ xoá FF làm Q = 0, = 1. Khi tác động vào chân Pre sẽ đặt FF làm Q = 1, = 0. 1.2 Hoạt động của FF: Khi nhận một xung clock tại chân Ck, FF sẽ thay đổi trạng thái một lần. Trạng thái mới sẽ tuỳ thuộc vào mức logiccủa các chân chức năng, và tuỳ thuộc theo bảng sự thật của mỗi loại FF. 1.3 Phân loại FF: Theo chức năng: có 4 loại: SK FF, D FF, T FF, JK FF. Theo trạng thái tác động của xung clock: có 5 loại: • FF tác động mức 0. • FF tác động mức 1. • FF tác động cạnh lên. • FF tác động cạnh xuống. • FF tác động chủ tớ.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ۩ BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC Kỹ thuật số ĐỀ TÀI: MẠCH DỒNG HỒ BẤM GIÂY DÙNG IC SỐ GVHD: TRẦN THU HÀ SVTH : VŨ VĂN MAY Lơp :ĐH Điện – K5 Khoa: Điện - Điện Tử LỜI GIỚI THIỆU Ngày nay, với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng linh kiện bán dẫn phần giảm bớt giá thành sản phẩm linh kiện rời Ứng dụng môn kỹ thuật số vào thiết kế phận thiết thực ngày giúp hiểu môn kỹ thuật số làm ứng dụng vào đâu Đồng hồ bấm giây thiết bị sử dụng nhiều thực tế.Bởi vậy, sau em xin thiết kế mạch đồng hồ bấm giây dùng IC74LS90_ IC thông dụng kỹ thuật số Trong đề tài nhiều thiếu sót mong góp ý quý thầy cô bạn để hoàn thiện ! Người thực hiện: VŨ VĂN MAY Chương I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN I Flip Flop: 1.1 Khái niệm: Flip Flop cấu tạo từ cổng logic, nói FF tổ hợp cổng logic hoạt động theo quy luật định trước FF bao gồm: • • Chân nhận xung đồng hồ, xung nhịp, xung clock (Ck) Hai ngõ liệu (data) Q • Có ngõ chức quy định hoạt động FF: S, R, D, J, K • Ngoài FF có hai chân: Clr ( clear) chân Pre ( Preset) Khi tác động vào chân Clr xoá FF làm Q = 0, = Khi tác động vào chân Pre đặt FF làm Q = 1, = 1.2 Hoạt động FF: Khi nhận xung clock chân Ck, FF thay đổi trạng thái lần Trạng thái tuỳ thuộc vào mức logiccủa chân chức năng, tuỳ thuộc theo bảng thật loại FF 1.3 Phân loại FF: Theo chức năng: có loại: SK- FF, D- FF, T- FF, JK- FF Theo trạng thái tác động xung clock: có loại: • FF tác động mức FF tác động mức • FF tác động cạnh lên • FF tác động cạnh xuống • FF tác động chủ - tớ • II Hệ chuyển mã: 2.1 Số BCD: ( Binary Code Decimal) Được tạo nên ta mã hoá đecac số thập phân dạng số nhị phân bit * Lưu ý: phép cộng trừ số BCD thực giống số nhị phân Tuy nhiên phép tính có nhớ sau kết ta phải hiệu đính cách trừ cho 10(D) hay cộng 6(D) Thông thừờng sau lệnh cộng trừ số BCD ta kèm theo lệnh hiệu đính 2.2 Hệ chuyển từ mã nhị phân sang mã BCD: * Bảng chân lý: Nhị phân BCD X4 X3 X2 X1 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 III Hệ mã hoá giải mã: 3.1 Hệ mã hoá: Mã hoá thập phân thành nhị phân: • Bảng thật: D C B A 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 * Phương trình logic: D=8+9 C=4+5+6+7 B=2+3+6+7 A=1+3+5+7+9 * Sơ đồ mạch logic: 8 3.2 Hệ giải mã: Xây dựng hệ giải mã cho led đoạn anode chung ∙Bảng chân lý: Input Output D C B A a b c d e f g 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 X X X X X X X 1 X X X X X X X 1 0 X X X X X X X 1 X X X X X X X 1 X X X X X X X 1 1 X X X X X X X 10 Đây vi mạch định thời chuyên dùng, mắc thành mạch đơn ổn hay phi ổn 2.1 IC NE555: 2.1.1 Đại cương: Vi mạch định thời LM555 mạch tích hợp Analog- digital Do có ngõ vào tín hiệu tương tự ngõ tín hiệu số Vi mạch định thời LM555 ứng dụng rộng rãi thực tế, đặc biệt lĩnh vực điều khiển, kết hợp với linh kiện R, C thực nhiều chức như: định thời, tạo xung chuẩn, tạo tín hiệu kích, hay điều khiển linh kiện bán dẫn công suất như: Transistor, SCR, Triac… 2.1.2 Hình dạng sơ đồ chân: Chân 1: Nối mass Chân 2: Trigger Input ( ngõ vào xung nảy) Chân 3: Output ( ngõ ra) Chân 4: Reset (đặt lại) Chân 5: Control Voltage (điện áp điều khiển) Chân 6: Threshold (thềm- ngưỡng) 16 Chân 7: Discharge ( xả điện) Chân 8: Nối Vcc 2.1.3 Sơ đồ cấu trúc bên trong: * Nguyên lý hoat động: Bên vi mạch IC555 có 20 transistor nhiều điện trở, thực chức sau: • • • Cầu phân áp gồm điện trở nối từ Vcc xuống mass, cho hai mức điện áp chuẩn 1/3Vcc 2/3Vcc So sánh COMP1: mach khuếch đại so sánh có nối chân 6, nối qua chân Tuỳ thuộc vào điện áp chân so với điện áp chuẩn 1/3Vcc mà so sánh có điện áp mức cao hay mức thấp để tín hiệu S điều khiển Flip Flop( FF ) hoạt động So sánh COMP2: mạch khuếch đại so sánh có nối chân 6, Tuỳ thuộc vào điện áp chân so với điện 17 áp chuẩn 2/3Vcc mà so sánh cho mức điện áp cao hay thấp để tín hiệu R điều khiển FF hoạt động • Mạch FF loại mạch lưỡng ổn kích bên chân S có điện áp cao điện áp kích đổi trạng thái FF làm ngõ Q lên mức cao, = Khi S mức cao xuống mức thấp FF không đổi trạng thái o Khi: S = Q = S=1Q=0 • • =0 FF không đổi trạng thái Khi R có điện áp cao điện áp kích đổi trạng thái FF làm = 1, Q = Khi R mức cao xuống mức thấp R không đổi trạng thái Mạch khuếch đại đảo nhằm khuếch đại dòng điện cung cấp cho tải, có ngõ vào FF, nên mức cao ngõ chân có điện áp thấp 0V ngược lại Transistor T transistor có cực C để hở, nối chân Do cực B phân cực mức điện áp FF, nên mức cao T2 bão hoà cực C T2coi nối mass Lúc đó, ngõ chân mức thấp Khi mức thấp T2 ngưng dẫn , cực C T2 để hở, lúc đó, ngõ chân có mức điện áp cao Theo nguyên lý trên, cực C T2 chân làm ngõ phụ thuộc có mức điện áp giống mức điện áp ngõ chân 2.2 Mạch tạo xung: 2.2.1 Sơ đồ mạch: 18 2.2.2 Nguyên lý hoạt động: Khi cấp nguốn Vcc, tụ bắt đầu nạp từ 0V lên: OP_AMP có: => R = OP_AMP có: => S = => Q = 1, : led sáng Transistor có làm tắt, tụ C tiếp tục nạp điện, tụ ap điện qua với số thời gian là: Tnạp = ( ).C Khi điện áp Vc tăng > 1/3Vcc, thì: OP_AMP có: => R = 19 OP_AMP có: => Q = 1, => S = : led sáng, FF không thay đổi trạng thái Khi điện áp Vc tăng > 2/3Vcc, thì: OP_AMP có: => R = OP_AMP có: =>S = => Q = 0, : led tắt Do = nên dẫn bão hoà làm chân 0V, làm tụ C không nạp mà xả điện qua , qua tiếp giáp CE xuống mass Tụ xả với số thời gian là: Txả = Khi Vc < 2/3Vcc: R = 0, S = : giữ nguyên trạng thái Khi Vc < 1/3Vcc: R = 0, S = 1: => Q = 1, : led sáng Khi , tắt, chấm dứt thời gian xả điện tụ C Như vậy, mạch trở lại trạng thái ban đầu tụ lại nạp điện trở lại Hiện tượng diễn liên tục tuần hoàn III Khối đếm: 3.1 IC 74LS90: 20 3.1.1 Hình dạng: Bốn chân thiết lập: (1), (2), (1), (2) Khi đặt (1) = (2) = H ( mức cao) đếm xoá đầu mức thấp (1), , (2) chân thiết lập trạng thái cao đầu ra: NC chân bỏ trống IC 7490 gồm chia chia chia 5: • • Bộ chia Input A điều khiển đầu Bộ chia Input B điều khiển đầu , , Đầu vào A, B tích cực sườn âm Để tạo thành đếm 10 ta nối đầu kích cho đếm 21 vào chân B để tạo xung , , , đầu 3.1.2 Sơ đồ logic bảng trạng thái: ∙Sơ đồ logic: Hình: Sơ đồ cổng logic IC74LS90 ∙Bảng trạng thái: 22 Hình: Bảng trạng thái IC 74LS90 Hình: Sơ dồ đầu IV Khối giải mã: 23 , , , 4.1 IC 74LS47: 4.1.1 Đại cương: Mạch giải mạch có chức ngược lại với mạch mã hoá Mục đích sử dụng phổ biến mạch giải mã làm sáng tỏ đèn để hiển thị kết dạng chữ số Do có nhiều loại đèn hiển thị có nhiều loại mã số khác nên có nhiều mạch giải mã khác Ví dụ: giải mã đường sang 10 đường, giải mã BCD sang thập phân… IC74LS47 loại IC giải mã BCD sang led đoạn Mạch giải mã BCD sang led đoạn mạch giải mã phức tạp mạch phải cho nhiều ngõ lên cao xuống thấp (tuỳ vào loại đèn led anod chung hay catod chung) để làm đèn cần thiết sáng nên số ký tự IC 74LS47 loại IC tác động mức thấp có ngõ cực thu để hở khả nhận dòng đủ cao để thúc trực tiếp đèn led đoạn loại anod chung 4.1.2 Hình dạng sơ đồ chân: Chân 1: BCD B Input Chân 2: BCD C Input Chân 3: Lamp Test 24 Chân 4: RB Output Chân 5: RB Input Chân 6: BCD D Input Chân 7: BCD A Input Chân 8: GND Chân 9: 7-Segment e Output Chân 10: 7-Segment d Output Chân 11: 7-Segment c Output Chân 12: 7-Segment b Output Chân 13: 7-Segment f Output Chân 14: 7-Segment g Output Chân 15: 7-Segment a Output Chân 16: Vcc 4.1.3 Sơ đồ logic bảng trạng thái: ∙Sơ đồ logic: 25 ∙Bảng trạng thái: 26 Hình: Bảng trạng thái IC giải mã 74LS47 * Nguyên lý hoạt động: IC 74LS47 IC tác động mức thấp nên ngõ mức tắt, mức sáng, tương ứng với a, b, c, d, e, f, g led đoạn loại anode chung, trạng thái ngõ tương ứng với số thập phân (các số từ 10 đến 15 không dùng tới) 27 Ngõ vào xoá BI để không hay nối lên mức cho hoạt động giải mã bình thường Nếu nối lên mức ngõ tắt bất chấp trạng thái ngõ Ngõ vào RBI để không hay nối lên mức dùng để xoá số (số thừa phía sau số thập phân hay số trước số có nghĩa) Khi RBI ngõ vào D, C, B, A mức ngõ vào LT mức ngõ tắt ngõ vào xoá dợn sóng RBO xuống mức thấp Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức LT mức ngõ sáng Kết mã số nhị phân bit vào có giá trị thập phân từ đến 15 đèn led hiển thị lên số hình bên Chú ý mã số nhị phân vào 1111= 1510 đèn led tắt V Khối hiển thị: Hiển thị dùng led đoạn loại anode chung đầu IC 7447 có mức tích cực mức ( mức thấp) Ở loại anode chung ( anode đèn nối lên +5V, đoạn náo sáng ta nối đầu cathode đoạn xuống mức thấp thông qua điện trở để hạn dòng) Chân 3, 8:Vcc_được nối với 28 VI Mạch đồng hồ bấm giây: 6.1 Sơ đồ nguyên lý: 6.2 Nguyên lý hoạt động: Xung kích tạo từ mạch 555 xung đưa tới chân 14 IC 74LS90 Ngõ xung 74LS90 chân , , , đưa đến ngõ vào IC giải mã 74LS47 Đối với hai IC đếm phần trăm giây (IC1 IC2): Ta xây dựng mạch đếm 100 Xung cấp cho IC1, IC đếm giá trị xung ( led hiển thị số 9) sau đếm hết giá trị xung cấp cho IC xung đếm Khi đó, IC1 đếm IC2 đếm lên 1, tức ta có giá trị 10 Sau IC1 tiếp tục đếm từ đến tiếp tục cấp xung cho IC2 tăng lên 2, 3,…Khi IC1 đếm đến IC2 đếm đến chuyển sang 10 IC tự reset Ta lấy 29 xung từ đầu Qo ( mức 1) đưa chân CP0 IC đếm giây, xung kích đếm lên đơn vị Đối với hai IC đếm giây (IC3 IC4): xung cấp cho IC3, IC đếm giá trị xung ( led hiển thị số 9), Khi IC3 đếm đếm IC4 đếm đến chuyển sang ta đưa xung chân reset IC hai IC trở Lúc này, chân reset trạng thái với đầu chân Q1, Q2 IC4 dùng để reset( mức 1), đầu nối với chân CP0 IC đếm phút, xung kích đếm lên đơn vị Đối với IC đếm phút (IC5 IC6): IC5 nhận xung lại đếm IC đếm giây đến giá trị 59 Vì lấy xung từ IC đếm giây nên mạch đếm giây đếm đến 59 mạch đếm phút nhận xung Khi IC đếm giây đếm phút đếm đến giá trị 59 tất IC reset 0, đồng thời mạch đếm phút cấp cho IC7 IC đếm xung Đối với IC đếm (IC7 IC8): Khi IC7 nhận xung bắt đầu đếm lên Khi IC7 đếm đến cấp xung cho IC8 đếm 30 [...]... đó IC1 tiếp tục đếm từ 0 đến 9 và tiếp tục cấp xung cho IC2 tăng lên 2, 3,…Khi IC1 đếm đến 9 và IC2 đếm đến 9 chuyển sang 10 thì cả 2 IC sẽ tự reset về 0 Ta lấy 1 29 xung từ đầu ra Qo ( mức 1) đưa về chân CP0 của IC đếm giây, một xung được kích và đếm lên một đơn vị Đối với hai IC đếm giây (IC3 và IC4 ): xung được cấp cho IC3 , IC này đếm giá trị của 9 xung ( led hiển thị số 9), Khi IC3 đếm đếm 9 và IC4 ... reset của cả 2 IC và cả hai IC trở về 0 Lúc này, chân reset sẽ cùng trạng thái với đầu ra chân Q1, Q2 của IC4 dùng để reset( mức 1), đầu ra này được nối với chân CP0 của IC đếm phút, một xung được kích và được đếm lên một đơn vị Đối với IC đếm phút (IC5 và IC6 ): khi IC5 nhận được xung nó lại đếm như IC đếm giây đến giá trị 59 Vì lấy xung từ IC đếm giây nên khi mạch đếm giây đếm đến 59 thì mạch đếm phút... được tạo ra từ mạch 555 và xung này được đưa tới chân 14 của IC 74LS90 Ngõ ra xung của 74LS90 ở các chân , , , được đưa đến ngõ vào của IC giải mã 74LS47 Đối với hai IC đếm phần trăm giây (IC1 và IC2 ): Ta xây dựng mạch đếm 100 Xung được cấp cho IC1 , IC này đếm giá trị của 9 xung ( led hiển thị số 9) sau khi đếm hết giá trị của 9 xung thì cấp cho IC 2 một xung đếm Khi đó, IC1 đếm về 0 và IC2 đếm lên 1,... thái ngõ ra của bộ đếm Có rất nhiều mạch dùng tạo dao động, nhưng do sự thông dụng ta chỉ quan tâm đến mạch tạo dao động dùng IC 555 15 Đây là vi mạch định thời chuyên dùng, có thể mắc thành mạch đơn ổn hay phi ổn 2.1 IC NE555: 2.1.1 Đại cương: Vi mạch định thời LM555 là mạch tích hợp Analog- digital Do có ngõ vào là tín hiệu tương tự và ngõ ra là tín hiệu số Vi mạch định thời LM555 được ứng dụng rất... đếm giây đếm đến 59 thì mạch đếm phút mới nhận được một xung Khi cả IC đếm giây và đếm phút đều đếm đến giá trị 59 thì tất cả 4 IC cũng được reset về 0, đồng thời mạch đếm phút cấp cho IC7 của IC đếm giờ một xung Đối với IC đếm giờ (IC7 và IC8 ): Khi IC7 nhận được một xung thì nó cũng bắt đầu đếm lên Khi IC7 đếm đến 9 thì cấp xung cho IC8 đếm 30 ... trạng thái: 22 Hình: Bảng trạng thái của IC 74LS90 Hình: Sơ dồ đầu ra IV Khối giải mã: 23 , , , 4.1 IC 74LS47: 4.1.1 Đại cương: Mạch giải là mạch có chức năng ngược lại với mạch mã hoá Mục đích sử dụng phổ biến nhất của mạch giải mã là làm sáng tỏ các đèn để hiển thị kết quả ở dạng chữ số Do có nhiều loại đèn hiển thị và có nhiều loại mã số khác nhau nên có nhiều mạch giải mã khác nhau Ví dụ: giải mã... giải mã 4 đường sang 10 đường, giải mã BCD sang thập phân… IC7 4LS47 là loại IC giải mã BCD sang led 7 đoạn Mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn là mạch giải mã phức tạp vì mạch phải cho nhiều ngõ ra lên cao hoặc xuống thấp (tuỳ vào loại đèn led là anod chung hay catod chung) để làm các đèn cần thiết sáng nên các số hoặc ký tự IC 74LS47 là loại IC tác động ở mức thấp có ngõ ra cực thu để hở và khả năng... nối lên mức 1 dùng để xoá số 0 (số 0 thừa phía sau số thập phân hay số 0 trước số có nghĩa) Khi RBI và các ngõ vào D, C, B, A ở mức 0 nhưng ngõ vào LT ở mức 1 thì các ngõ ra đều tắt và ngõ vào xoá dợn sóng RBO xuống mức thấp Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức 1 và LT ở mức 0 thì ngõ ra đều sáng Kết quả là khi mã số nhị phân 4 bit vào có giá trị thập phân từ 0 đến 15 đèn led hiển thị lên các số như ở hình... Vcc 4.1.3 Sơ đồ logic và bảng trạng thái: ∙Sơ đồ logic: 25 ∙Bảng trạng thái: 26 Hình: Bảng trạng thái IC giải mã 74LS47 * Nguyên lý hoạt động: IC 74LS47 là IC tác động mức thấp nên các ngõ ra mức 1 là tắt, mức 0 là sáng, tương ứng với các thanh a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn loại anode chung, trạng thái ngõ ra cũng tương ứng với các số thập phân (các số từ 10 đến 15 không được dùng tới) 27 Ngõ vào... dưới Chú ý là khi mã số nhị phân vào là 1111= 1510 thì đèn led tắt V Khối hiển thị: Hiển thị dùng led 7 đoạn loại anode chung do đầu ra của IC 7447 có mức tích cực là mức 0 ( mức thấp) Ở loại anode chung ( anode của đèn được nối lên +5V, đoạn náo sáng ta nối đầu cathode của đoạn đó xuống mức thấp thông qua điện trở để hạn dòng) Chân 3, 8:Vcc_được nối với nhau 28 VI Mạch đồng hồ bấm giây: 6.1 Sơ đồ nguyên