Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế mạch thanh ghi dịch 24 bit có các chế độ: dịch trái, dịch phải và load song song dùng ic 74194 kèm theo 1 nút nhân chuyển chế độ. Kĩ thuật số. Ngành điện tử là một trong những ngành quan trọng góp phần vào sự phát triển của đất nước. Sự phát triển nhanh chóng của khoa học – công nghệ làm cho ngành điện tử ngày càng phát triển và đạt được nhiều thành tựu mới. Nhu cầu của con người ngày càng cao là điều kiện thuận lợi cho ngành điện tử phải không ngừng phát minh ra các sản phẩm mới có tính ứng dụng cao, các sản phẩm có tính năng, có độ bền và độ ổn định ngày càng cao.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ BÁO CÁO MƠN HỌC Mơn học: Kỹ Thuật Số Đề Tài : Thiết kế mạch ghi dịch 24 bit có chế độ: dịch trái, dịch phải load song song dùng ic 74194 kèm theo nút nhân chuyển chế độ Nhóm 12 Giáo viên hướng dẫn Nhóm sinh viên thực Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2021 THỨ TỰ TÊN THÀNH VIÊN NHIỆM VỤ KẾT QUẢ - Tìm hiểu IC NE555 Hoàn thiện mạch Hoàn thành 100% - Làm word báo cáo Thuyết trình Hồn thành 100% - Tính tốn thơng số Thiết kế mạch Hồn thành 100% - Làm powerpoint trình chiếu Thuyết trình Hồn thành 100% - Tìm hiểu IC 74194 Thuyết trình Hồn thành 100% BẢNG PHÂN CƠNG NHIỆM VỤ NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Ngành điện tử ngành quan trọng góp ph ần vào s ự phát triển đất nước Sự phát triển nhanh chóng khoa học – cơng ngh ệ làm cho ngành điện tử ngày phát triển đạt đ ược nhiều thành t ựu m ới Nhu cầu người ngày cao điều kiện thuận l ợi cho ngành ện t ph ải khơng ngừng phát minh sản phẩm có tính ứng d ụng cao, s ản phẩm có tính năng, có độ bền độ ổn định ngày cao Mạch ghi dịch kết hợp môn học điện tử kỹ thuật số, sơ đồ mạch đơn giản, phần tử mạch bán r ất nhiều thị trường, giá thành rẻ đặc biệt ứng dụng m ạch r ất cao Mục tiêu đề tài - Tìm hiểu nguyên lý, chức tác dụng ghi dịch - Tìm hiểu chức năng, tác dụng cá c linh kiện thiết bị điện tử - Hoàn thành sản phẩm mạch điều khiển ghi dịch: dịch trái, dịch phải load song song - Rèn luyện cho sinh viên cách tự h ọc, đôi v ới th ực hành kh ả làm việc theo nhóm Kế hoạch thực - Bước 1: Tìm hiểu lý thuyết chung mạch ghi dịch Bao gồm nguyên tắc hoạt động mạch số mạch để đưa lựa chọn tốt cho làm đề tài - Bước 2: Tìm hiểu linh kiện, thiết bị điện t s dụng m ạch trên, từ tính tốn lựa chọn linh kiện, thiết bị đ ạt yêu c ầu s d ụng mạch - Bước 3: Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm vẽ m ạch proteus từ đưa cách vẽ mạch ghi dịch CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Điện trở 1.1.1 Khái niệm: Điện trở hay Resistor linh kiện điện t th ụ đ ộng m ạch ện, hiệu điện hai đầu tỉ lệ với cường độ dịng điện qua theo định luật ohm: V=IR 1.1.2 Ký hiệu: theo hai tiêu chuẩn US EU 1.2 Tụ điện 1.2.1 Cấu tạo Cấu tạo tụ điện gồm hai cực đặt song song, gi ữa có m ột l ớp cách điện gọi điện mơi Hình ảnh cấu tạo: Hình ảnh cấu tạo 1.2.2 Phân loại Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi tụ điện phân loại theo tên gọi ch ất điện môi nh ư: T ụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá 1.2.3 Ký hiệu hình dạng thực tế a) Ký hiệu : Tụ điện có ký hiệu C (Capacitor) b) Hình dạng thực tế: Hình d ạng c t ụ g ốm Hình d ạng c t ụ hoá 1.3 IC 74194 a) Khái niệm IC 74LS194 IC tích hợp ghi dịch hai chiều bít Thanh ghi d ịch hai chiều thiết kế để hợp tất đặc tính ngõ vào song song, ngõ song song, ngõ vào dịch phải d ịch trái tu ần t ự, ngõ vào họat động kiểu điều khiển, toàn lĩnh vực quan trọng tr ực tiếp Bộ ghi dịch có chế độ hoạt động khác biệt là: • Song song ngõ vào • Dịch phải • Dịch trái • Cấm định thời Đồng song song ngõ vào hoàn thành b ởi s ự áp d ụng c d ữ li ệu 4Bit dẫn hai chế độ điều khiển ngõ vào, S0 S1 m ức cao Dữ liệu đ ược đưa vào Flip - flops liên hợp xuất ngõ ngõ vào xung clock hồi tiếp dương Khi vào dòng liệu nối tiếp bị c ấm Dịch trái hoàn thành đồng thời với dâng biên c xung clock S0 mức cao S1 mức thấp Trong chế độ liệu nối tiếp nhập l ại ngõ vào liệu dịch phải Khi S0 mức thấp S1 mức cao, đồng th ời d ữ li ệu dịch trái liệu nhập lại ngõ vào nối tiếp dịch trái Flip - flop bị cấm hai chế độ điều khiển ngõ vào m ức th ấp b) Cấu tạo bên sơ đồ chức chân Cấu tạo bên trong: Sơ đồ chức chân: 1: Xóa, 2: Ngõ vào dịch phải tuần tự, 3, 4, 5,6: Ngõ vào song song, 7: Ngõ vào dịch trái tuần tự, 8: Nối mass, 9: S0, 10: S1, 11: Xung clock, 12, 13, 14, 15: Ngõ ra, 16: Vcc c) Chế độ làm việc Song song ngõ vào ngõ Có chế độ hoạt động: • Đồng song song ngõ vào, • Dịch phải • Dịch trái, • Cấm định thời Biên duơng khởi động định thời d) Ký hiệu mạch điện hình ảnh thực tế Ký hiệu mạch điện Hình ảnh thực tế 1.4 NE555 1.4.1 Thông số + Điện áp đầu vào : - 18V ( Tùy loại c 555 : LM555, NE555, NE7555 ) + Dòng tiêu thụ : 6mA - 15mA + Điện áp logic mức cao : 0.5 - 15V + Điện áp logic mức thấp : 0.03 - 0.06V + Công suất tiêu thụ (max) 600mW 1.4.2 Chức NE555 + Tạo xung + Điều chế độ rộng xung (PWM) + Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng thu phát h ồng ngo ại) 1.4.3 Bố trí chân chức chân a) Bố trí chân IC NE555 N gồm có chân b) Chức chân + Chân số (GND): cho nối GND để lấy dòng c ấp cho IC hay chân g ọi chân chung + Chân số (TRIGGER): Đây chân đầu vào thấp h ơn điện áp so sánh đ ược dùng chân chốt hay ngõ vào tần so áp.Mạch so sánh dùng transitor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3Vcc + Chân số (OUTPUT): Chân chân dùng đ ể l tín hiệu logic Tr ạng thái tín hiệu xác định theo mức + Chân số (RESET): Dùng lập định mức trạng thái Khi chân s ố n ối masse ngõ mức thấp Cịn chân nối vào m ức áp cao tr ạng thái ngõ tùy theo mức áp chân 6.Nhưng mà mạch đ ể tạo đ ược dao đ ộng thường hay nối chân lên VCC + Chân số (CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi m ức áp chu ẩn IC 555 theo mức biến áp hay dùng điện trở cho n ối GND + Chân số (THRESHOLD): chân đ ầu vào so sánh ện áp khác dùng chân chốt + Chân số (DISCHAGER): xem chân nh khóa ện t ch ịu điều khiển bỡi tầng logic chân Khi chân m ức áp th ấp khóa đóng lại.ngược lại mở Chân t ự nạp xả ện cho m ạch R-C lúc IC 555 dùng tầng dao động + Chân số (Vcc): chân cung cấp áp dịng cho IC hoạt động Khơng có chân coi IC chết Nó cấp điện áp từ 2V >18V 1.4.4 Nguyên lý hoạt động Cấu tạo NE555 gồm OP-amp so sánh điện áp, mạch lật transistor đ ể xả điện Cấu tạo IC đơn giản hoạt động tốt Bên g ồm ện tr mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành phần Cấu tạo tạo nên ện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương Op-amp điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm Op-amp Khi điện áp chân nhỏ h ơn 1/3 VCC, chân S = [1] FF kích Khi điện áp chân lớn h ơn 2/3 VCC, chân R c FF = [1] FF reset Giải thích dao động: Ký hiệu mức thấp 0V, mức cao gần VCC M ạch FF lo ại RS Flip-flop Khi S = [1] Q = [1] = [ 0] Sau đó, S = [0] Q = [1] = [0] Khi R = [1] = [1] Q = [0] Tóm lại, S = [1] Q = [1] R = [1] Q = [0] b ởi = [1], transisitor mở dẫn, cực C nối đất Cho nên điện áp không n ạp vào tụ C, điện áp chân không vượt V2 Do lối Op-amp mức 0, FF không reset a) Giai đoạn ngõ mức Khi bấm cơng tắc khởi động, chân mức Vì điện áp chân (V-) nhỏ V1(V+), ngõ Op-amp m ức nên S = [1], Q = [1] = [0] Ngõ IC mức Khi = [0], transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp t ụ tăng Khi nh ấn công tắc lần Op-amp có V- = [1] lớn V+ nên ngõ c Op-amp mức 0, S = [0], Q không đổi Trong điện áp t ụ C nh ỏ h ơn V2, FF v ẫn giữ nguyên trạng thái b) Giai đoạn ngõ mức Khi tụ C nạp tiếp, Op-amp có V+ lớn V- = 2/3 VCC, R = [1] nên Q = [0] = [1] Ngõ IC mức Vì = [1], transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ = [0] bé h ơn V-, ngõ c Op-amp mức Vì Q khơng đổi giá trị, tụ C xả ện thông qua transistor Kết cuối cùng: Ngõ OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vng, có chu kỳ ổn định 1.4.5 Tính tần số điều chế độ rộng xung Nhìn vào sơ đồ mạch ta có cơng th ức tính tần số , đ ộ rộng xung + Tần số tín hiệu đầu f = 1/(ln2.C.(R1 + 2R2)) + Chu kì tín hiệu đầu : t = 1/f + Thời gian xung mức H (1) chu kì t1 = ln2 (R1 + R2).C + Thời gian xung mức L (0) chu kì t2 = ln2.R2.C 1.5 LED 1.5.1 Khái niệm Led viết tắt Light-Emitting-Diode có nghĩa “đi-ốt phát sáng”, m ột nguồn sáng phát sáng có dịng điện tác động lên Hoạt đ ộng c LED d ựa công nghệ bán dẫn Trong khối điốt bán dẫn, electron chuy ển từ tr ạng thái có mức lượng cao xuống trạng thái có mức l ượng th ấp h ơn s ự chênh lệch lượng phát xạ thành nh ững d ạng ánh sáng khác 10 Màu sắc LED phát phụ thuộc vào h ợp ch ất bán d ẫn đ ặc tr ưng bước sóng ánh sáng phát 1.5.2 Nguyên lý Giống điốt thông thường, LED bao gồm hai lớp bán d ẫn lo ại P N ghép vào Khối bán dẫn loại p(anốt) chứa nhiều lỗ trống có xu h ướng chuyển động khuếch tán sang khối bán dẫn loại n(catốt), lúc kh ối bán d ẫn loại p lại nhận electron từ khối bán dẫn loại n chuy ển sang Kết qu ả hình thành khối p điện tích âm khối n điện tích dương Ở bề mặt tiếp giáp hai khối bán dẫn, electron bị l ỗ tr ống thu hút có xu hướng tiến lại gần nhau, kết hợp với tạo thành ngun t trung hồ Q trình giải phóng l ượng d ưới dạng photon ánh sáng Bước sóng ánh sáng phát phụ thuộc vào c ấu trúc c phân t làm chất bán dẫn Nếu bước sóng nằm dải bước sóng t vùng hồng ngo ại đến vùng tử ngoại, mắt cảm nhận màu sắc ánh sáng 1.5.3 Ưu điểm LED - Hiệu quả: LED có hiệu suất phát sáng cao bóng s ợi đốt - Màu sắc: LED phát màu sắc nh ý muốn mà không c ần b ộ l ọc màu theo phương pháp truyền thống - Kích thước: Kích thước bóng LED nhỏ (có thể nhỏ mm2) bố trí dễ dàng mạch in - Thời gian bật tắt nhanh: Led có thời gian bật tắt nhanh k ể t lúc có tác động (micro giây) Điều quan trọng thông tin liêc l ạc, lĩnh v ực yêu cầu có thời gian đáp ứng nhanh - Tuổi thọ đèn cao: Đây ưu điểm lớn đèn LED, tuổi th ọ c đèn 11 1.5.4 Ứng dụng LED LED có nhiều ứng dụng thực tiễn ngày t ựu trung l ại bao gồm ba lĩnh vực chính: - LED làm phận hiển thị thiết bị điện điện t ử, đèn quang cáo, trang trí, đèn giao thơng - LED cịn ứng dụng lĩnh vực chiếu sáng nh ững ưu điểm c hồn tồn thay nguồn sáng thơng thường khác - LED cịn ứng dụng lĩnh vực điện tử viễn thông nh thi ết b ị điều khiển từ xa, cảm biến hồng ngoại, công nghệ truyền liệu qua tia h ồng ngoại (IrDA), LED UV khử trùng nước 1.6 IC 74111 1.6.1 Khái niệm 74111 IC flip-flop JK kép có tính J, K, đồng h b ộ không đ ồng b ộ riêng lẻ đầu vào rõ ràng cho flip-flop Nó chứa hai flip-flop J-K kích ho ạt s ườn âm độc lập với J-K riêng lẻ, đồng hồ đầu vào rõ ràng tr ực tiếp IC 74111 có điện áp làm việc đa dạng, nhiều điều kiện làm việc giao tiếp tr ực ti ếp v ới CMOS, NMOS TTL Đầu IC kèm với TTL, giúp dễ dàng làm vi ệc với thiết bị TTL vi điều khiển khác 1.6.2 Sơ đồ chân 1.6.3 Thơng số kỹ thuật - IC gói JK Flip Flop kép - VCC (Tối thiểu): 4,75V - VCC (Tối đa): 5,25 - Số bit (#): - Điện áp hoạt động (Nom): 5V - Tần số điện áp bình thường (Tối đa): 35MHz - Độ trễ lan truyền (Tối đa): 20ns - IOL (Tối đa): 8mA - IOH (Tối đa): - 0,4mA 12 U4:A J S Mô tả Chân đầu vào K Chân preset Chân reset Chân đầu vào J Đầu vào đồng hồ Chân đầu Q’ Chân đầu Q Q R Tên chân K S R J CLK Q’ Q Q CLK K Số chân 74111 1.7 Cơng tắc 1.7.1 Hình ảnh thực tế: 1.7.2 Nhiệm vụ Công tắc tên thiết bị (xét mạch điện), linh kiện (xét thiết bị điện, sử dụng với mục đích để đóng/bật - ngắt/m ở/tắt dịng điện chuyển hướng trạng thái đóng-ngắt tổ hợp mạch điện có s dụng chung công tắc Hay rõ hơn, mạng điện, m ột cơng t ắc có th ể lúc chuyển trạng thái đóng-ngắt cho nhiều mạch điện thành phần Cầu dao, khóa điện, Rơ le, dạng công-tắc đặc biệt, người Việt đặt tên riêng để phân biệt cách chế tạo, công s d ụng CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MẠCH 2.1 Thiết kế sơ đồ khối - Mạch ghi dịch: dịch trái, dịch phải load song song gồm khối chính: • • • • Bộ nguồn: có chức cung cấp toàn mạch để hoạt động Bộ tạo xung: có chức tạo xung clock tác động vào mạch Thanh ghi dịch: trước hết xoá (áp xung CLEAR) để đặt ngõ v ề Dữ liệu cần dịch chuyển đưa vào ngõ D tầng FF đ ầu tiên (FF0) Bộ hiển thị: Ở xung kích lên đồng hồ ck, có bit dịch chuyển từ trái sang phải, nối tiếp từ tầng qua tầng khác đ ưa ngõ Q tầng sau (FF3) Sơ đồ khối mạch điện Bộ nguồn Thanh ghi dịch Bộ tạo xung 13 Bộ hiển thị 2.2 Thiết kế mạch nguyên lý 2.2.1 Mạch tạo xung vuông Mạch tạo xung dùng để cấp cho mạch: ck R30 R VCC TR 10nF GND 100K 0% CV TH C3 RV1 Q DC 1k U9 C2 NE555 10uF Tính tốn cho mạch: Kết Tham số Công thức Đơn vị RV1 = Ω RV1 = 100k Ω 0,693 × (R30 + RV1) × C2 0,00693 0,699 Giây 0,693 × RV1 × C2 0,693 Giây 0,693 × (R30 + × RV1) × C2 0,00693 1,393 Giây Tần số (F) 1,44 / (R30 + × RV1) × C2 144 0,718 Chu kỳ xung (T1 / T) × 100 100 50.249 Thời gian cao (T1) Thời gian thấp (T2) Khoảng thời gian (T) Điện trở led : R=(-)/ R = (5 – 2,2) / (10 x ) = 280 Ω 14 Hert z (Hz) Phầ n trăm (%) 2.2.2 Mạch ghi dịch - Khối ghi dịch gồm IC 74194 IC74194 dùng để tạo bít điều khiển cho mạch ghi dịch U1 ck 11 s0 s1 10 re D0 D1 D2 D3 U2 Q0 Q1 Q2 Q3 15 14 13 12 o1 o2 o3 o4 ck 11 s0 s1 10 re1 SR SL CLK S0 S1 MR 74194 ck 11 s0 s1 10 re1 D0 D1 D2 D3 U3 Q0 Q1 Q2 Q3 15 14 13 12 o5 o6 o7 o8 ck 11 s0 s1 10 re SR SL CLK S0 S1 MR 74194 U4 D0 D1 D2 D3 15 14 13 12 o13 o14 o15 o16 SR SL CLK S0 S1 MR 74194 ck 11 s0 s1 10 re1 D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 15 14 13 12 o9 o10 o11 o12 15 14 13 12 o21 o22 o23 o24 SR SL CLK S0 S1 MR 74194 U5 Q0 Q1 Q2 Q3 D0 D1 D2 D3 U6 Q0 Q1 Q2 Q3 15 14 13 12 o17 o18 o19 o20 ck 11 s0 s1 10 re SR SL CLK S0 S1 MR 74194 D0 D1 D2 D3 SR SL CLK S0 S1 MR 74194 2.2.3 Các bước thiết kế Bước 1: Chọn IC + IC74194: mạch ghi dịch + NE555: mạch tạo xung Bước 2: Thiết kế nút chuyển chế độ 15 Q0 Q1 Q2 Q3 R1 220 C4 1nF Bước 3: Mạch nguyên lý 16 17 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 3.1 Kết Dịch phải Dịch trái 18 19 Load song song Khi chuyển sang chế độ load song song, tất đèn sáng 3.2 Kết luận 3.2.1 Đặc điểm: • Chức reset khơng đồng có nghĩa khơng ph ụ thu ộc vào xung clock, reset tất chân đầu thành mức logic th ấp • Truyền liệu đến chân đầu đồng hóa hồn tồn (ngay lập tức) 3.2.2 Ứng dụng: • Lưu trữ dịch chuyển liệu • Tạo kí tự hay tạo dạng sóng điều khiển • Chuyển đổi liệu nối tiếp sang song song ngược lại • Bus truyền liệu 20