tiểu luận nhóm đề tài TÌM HIỂU CÁC HỌ CỔNG LOGIC, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH GIẢ ĐỊNH CÂN HÀNH LÝ KHI LÀM THỦ TỤC CHO HÀNH KHÁCH

Tiểu Luận Pro(123docz.net) HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG HÀNG KHÔNG ĐIỆN TỬ SỐ Giảng viên: Thầy Nguyễn Minh Tùng Đề tài tiểu luận: TÌM HIỂU CÁC HỌ CỔNG LOGIC, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH GIẢ ĐỊNH CÂN HÀNH LÝ KHI LÀM THỦ TỤC CHO HÀNH KHÁCH Họ tên: Phạm Văn Thắng Mã số sinh viên: 1953020040 Lớp: 19ĐHĐT01 Tên học phần: Điện Tử Số Mã học phần: 011100010102 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 Tiểu Luận Pro(123docz.net) HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIẸT NAM KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG HK CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Phần đánh giá: ● Ý thức thực hiện: ● Nội dụng thực hiện: ● Hình thức trình bày: ● Tổng hợp kết quả: Điểm số: Điểm chữ: (Quy định thang điểm lấy điểm tròn theo quy định trường) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) LỜI NÓI ĐẦU Tiểu Luận Pro(123docz.net) Từ thời xa xưa đến nay, người giao tiếp với chủ yếu qua ngơn ngữ nói ngơn ngữ hình thể Những họ giao tiếp, thu nhận truyền đạt cho gọi thông tin Những thông tin dạng âm thanh, hình ảnh, ký hiệu,…Ngày với phát triển mạnh mẽ vượt bậc công nghệ, thông tin mà truyền đạt thu nhận khơng cịn bị giới hạn không gian thời gian Những thông tin truyền xa lưu giữ nhờ vào thiết bị điện tử Những thông tin truyền dẫn qua thiết bị điện tử dạng tín hiệu điện áp dịng điện Các tín hiệu phân làm loại: tín hiệu liên tục tín hiệu gián đoạn Tín hiệu liên tục tín hiệu có thay đổi giá trị đại lượng tham chiếu theo thời gian Tín hiệu gián đoạn với đặc trưng tín hiệu số bao gồm mức điện áp: cao (hoạt động) thấp (không hoạt động) Với phát triển thời đại kỹ thuật số, hầu hết board mạch điện tử sử dụng IC số điều khiển mức điện áp logic quy định, nhằm giúp tối ưu hóa bố cục hóa lệnh điều khiển Một người kỹ sư điện tử cần nắm vững tính năng, đặc điểm cách thức hoạt động họ IC số để giúp củng cố kiến thức nâng cao tay nghề lĩnh vực thiết kế, sửa chữa điện tử Tiểu Luận Pro(123docz.net) MỤC LỤC CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠCH ĐIỆN CỔNG LOGIC 1.1 Tìm hiểu mạch điện cổng logic 1 1.1.1 Các họ IC cổng logic 1.1.2 Các loại vi mạch 1.2 Mạch logic tổ hợp TTL 1.2.1 Các chủng loại IC họ TTL 1.2.2 Đặc điểm thông số chủng IC họ TTL 1.3 Cấu tạo mạch điện cổng NAND TTL 1.3.1 Sơ đồ nguyên lý 1.3.2 Nguyên lý hoạt động 1.4 Cấu tạo mạch điện cổng logic có cực thu để hở (open collector) 1.4.1 Sơ đồ nguyên lý 1.4.2 Nguyên lý hoạt động 1.4.3 Ưu điểm – Khuyết điểm mạch 1.5 Cấu tạo mạch điện cổng logic có ngõ ba trạng thái 1.5.1 Sơ đồ nguyên lý 1.5.2 Nguyên lý hoạt động 1.6 Tìm hiểu khả tỏa (Fan out) 1.6.1 Khái niệm “Fan out” 1.6.2 Ví dụ minh họa CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH CÂN HÀNH LÝ 10 2.1 Yêu cầu đề 10 2.2 Hướng giải toán 10 2.3 Sơ đồ khối mạch thiết kế 11 2.4 Chức khối thiết kế 12 2.4.1 Khối nguồn cấp 5V 12 2.4.2 Khối tạo xung vuông 13 2.4.3 Khối xử lý mạch cân hành lý 14 2.4.4 Khối mạch đếm tuần hoàn từ đến 30 15 Tiểu Luận Pro(123docz.net) 2.4.5 Khối xử lý – giải mã hiển thị led đoạn 2.4.6 Khối giả định cân hành lý 16 18 2.4.7 Khối hiển thị số Kg đèn báo hiệu 18 2.5 Những thông tin quan trọng 19 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG MẠCH TRÊN PROTEUS 20 3.1 Khi chưa cân hành lý (khi nhả nút nhấn ra) 20 3.2 Khi cân hành lý (khi nhấn giữ nút nhấn) 20 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 23 Tiểu Luận Pro(123docz.net) CHƯƠNG 1: CẤU TẠO MẠCH ĐIỆN CỔNG LOGIC 1.1 Tìm hiểu mạch điện cổng logic 1.1.1 Các họ IC cổng logic Hầu hết toàn vi mạch kỹ thuật số chế tạo linh kiện lưỡng cực linh kiện hiệu ứng trường Các họ cổng logic khác có tên gọi ký hiệu khác Các họ cổng logic xây dựng dựa việc tích hợp linh kiện lưỡng cực bao gồm: ● Diode logic (DL) ● Resistor transistor logic (RTL) ● Diode transistor logic (DTL) ● Transistor transistor logic (TTL) ● Emitter coupled logic (ECL) ● Integrated injection logic (I2L) Các họ cổng logic xây dựng dựa việc tích hợp linh kiện hiệu ứng trường bao gồm: ● PMOS (sử dụng mosfet kênh P) ● NMOS (sử dụng mosfet kênh N) ● CMOS (sử dụng loại mosfet kênh N kênh P) Một họ cổng logic xây dựng dựa việc tích hợp loại linh kiện lương cực hiệu ứng trường là: Bi - MOS Ba họ logic DL, RTL DTL họ cổng logic chế tạo có tầm quan trọng lịch sử phát triển điện tử số Tiểu Luận Pro(123docz.net) Tuy nhiên cổng logic dần trở nên lỗi thời sử dụng có xuất họ cổng logic TTL Họ cổng PMOS I 2L chủ yếu sử dụng mạch tích hợp quy mô lớn Ngày nay, họ cổng logic sử dụng rộng rãi phổ biến là: TTL, CMOS, ECL, NMOS Bi – MOS Trong đó, họ cổng đứng đầu khả ứng dụng cao TTL CMOS 1.1.2 Các loại vi mạch Vi mạch với tên gọi thông dụng chip hay IC (Integrated Circuit) mạch tích hợp linh kiện bán dẫn hay thụ động khối thiết kế định để thực chức định Vi mạch phân loại dựa mật độ tích hợp vi mạch đó, bao gồm: ● Small – scale Integration (SSI): có mật độ tích hợp nhỏ với IC 12 cổng logic ● Medium - scale Integration (MSI): có mật độ tích hợp lớn với IC từ 12 đến 99 cổng ● Large - scale Integration (LSI): có mật độ tích hợp lớn MSI ● Very large - scale Integration (VLSI): có mật độ tích hợp đạt 10.000 cổng ● Ultra large – scale Integration (ULSI): với 100.000 cổng IC ● Giga – scale Integration (GSI): có mật độ tích hợp triệu cổng ⇨Xã hội ngày phát triển kéo theo công nghệ tích hợp IC phát triển với tốc độ nhanh Bằng chứng việc IC chế tạo với kích thước nhỏ có mật độ tích hợp vơ lớn 1.2 Mạch logic tổ hợp TTL 1.2.1 Các chủng loại IC họ TTL Tiểu Luận Pro(123docz.net) Các chủng loại IC họ TTL chế tạo từ việc tích hợp transistor lưỡng cực (BJT) Các chủng loại IC họ TTL phân biệt dựa vào ký tự đầu ký hiệu Có dạng ký hiệu là: 74xxx 54xxx Đối với loại 74xxx hoạt động dải nhiệt độ từ 700C, sử dụng rộng rãi phổ biến Đối với loại 54xx có dải nhiệt độ hoạt động rộng từ -55 1250C, ứng dụng môi trường đặc biệt chẳng hạn quân đội Các chủng loại IC họ TTL bao gồm: ✔ Standard TTL: dạng IC họ TTL chuẩn Ký hiệu: 74 54 ✔ Low power TTL: dạng IC họ TTL công suất thấp Ký hiệu: 74L 54L ✔ High power TTL: dạng IC họ TTL công suất cao Ký hiệu: 74H 54H ✔ Schottky TTL: dạng IC họ Schottky TTL có ưu điểm giảm thời gian trễ mạch cách ngưng không cho transistor cấu tạo rơi vào trạng thái bão hòa sâu Ký hiệu: 74S 54S ✔ Low power schottky TTL: dạng IC họ Schottky TTL có cơng suất thấp Ký hiệu: 74LS 54LS ✔ Advanced Schottky TTL: dạng IC họ Schottky TTL cải tiến công suất tiêu tán lẫn tốc độ chuyển mạch Ký hiệu: 74AS 54AS ✔ Advanced low power Schottky TTL: : dạng IC họ Schottky TTL cải tiến có cơng suất thấp Ký hiệu: 74ALS 54ALS ✔ Fast TTL: dạng IC họ TTL nhanh dùng cơng nghệ tích hợp Ký hiệu: 74F 54F 1.2.2 Đặc điểm thông số chủng IC họ TTL ✔ Đặc điểm Tiểu Luận Pro(123docz.net) Các IC họ TTL cho phép cấp nguồn 5V, dao động từ 4.5V 5.5V Các mức điện áp vào – quy định trạng thái logic cho mạch thể hình 1.1: Hình 1.1: Các mức điện áp vào họ TTL Đối với đầu vào: điện áp từ 0.8V quy định mức logic điện áp từ Đối với đầu ra: điện áp từ 5V quy định mức logic 0.4V quy định mức logic điện áp từ 2.4 5V quy định mức logic Các mức điện áp nằm khoảng khoảng điện áp treo, không xác định mức logic ● Các IC thuộc họ TTL kết nối mạch ngõ vào khơng kết nối tín hiệu mặc định ngõ vào có mức logic Đây coi ngõ vào thả ✔ Thông số Tiểu Luận Pro(123docz.net) 1 T = ln(2).(R1 + 2R2).C4 = f = 1000 = 0.001 (s) Chọn C4 = (uF) ⇨ R1 0,001 + 2R2 = ln (2).1 10−6 ≈ 1443 (Ω) (1) Mà để tạo D% = 50% tức thời gian nạp xả tụ phải Ta thiết kế mạch sử dụng diode để nạp: dòng điện qua R D1 nạp vào tụ C4 xả: dòng điện xả qua R2 qua D2 mass Do giá trị R1 phải R2 Từ (1) (2) (2) R1 = R2 ≈ 470 (Ω) Như vậy: để tạo dạng sóng vng chuẩn 5V, f = 1KHz D% = 50% ta cài đặt thông số sau: R1 = R2 = 470 (Ω) C4 = (uF) Tụ C5 tụ lọc nên chọn loại 104: C5 = 100 (nF) 2.4.3 Khối xử lý mạch cân hành lý Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý mạch cân hành lý Tiểu Luận Pro(123docz.net) Ở khối ta tiến hành chọn xung CLK cấp cho “khối mạch đếm tuần hoàn từ đến 30” việc sử dụng Mux – IC chọn kênh 74LS153 Sử dụng thêm Flip-Flop JK để đếm xung lên đồng quy định kênh chọn cho chân A (chân 14) B (chân 2) IC 74LS153 Tín hiệu vào “THE SCALE” lấy từ “khối giả định cân hành lý” (sẽ nói sau) có mức logic Khi THE SCALE = flip-flop trạng thái reset, lúc đầu Q flip flop cho mức qua cổng AND cho mức Lúc dù xung kích “CLOCK” có tác đơng đầu Q flipflop mức Do đó, IC chọn kênh 74153 chọn kênh tức chọn xung CLK xung CLOCK Khi THE SCALE = chân reset bị vơ hiệu flip-flop nhận xung kích CLOCK Khi đầu Q mức hết qua cổng AND cho mức Lúc cổng OR ln có mức làm flip-flop dừng đếm Do đó, IC chọn kênh chọn kênh tức cho đầu CLK = 2.4.4 Khối mạch đếm tuần hoàn từ đến 30 Tiểu Luận Pro(123docz.net) Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý khối mạch đếm tuần hoàn từ đến 30 Tiểu Luận Pro(123docz.net) Vì mạch đếm đến 30 nên cần tối thiểu Flip-Flop JK mắc theo kiểu mạch đếm lên không đồng Ở ta có điều cần giải quyết: thứ để mạch đếm 5? Thứ để mạch đếm tới 30 quay 5? Ở vấn đề thứ nhất: Dựa vào hình 2.6, từ trái qua phải ta gọi tên Fip-Flop từ Flip-Flop đến Flip-Flop 4, chân Flip-Flop tương ứng với số thứ tự Để mạch đếm buộc Q0 = Q2 = Q1 = Q3 = Q4 = Để thực điều ta mắc R3 C6 hình Ngay thời điểm vừa khởi động mạch, tụ C6 dẫn điện mass hết nên điểm lấy giữu R3 C6 có mức Mức cấp tương ứng vào chân SET Flip-Flop Flip-Flop Đồng thời, mức cấp vào chân RESET Flip-Flop 1,3 để mạch đếm Sau khởi động mạch thời gian ngắn tính chất tụ nạp đầy ngăn dịng qua nên điểm có mức logic cho Flip-Flop đếm lên bình thường Ở vấn đề thứ hai: để mạch đếm từ 30 quay số trung gian chuyển đổi số 31 tức 31 tín hiệu để mạch đếm Khi mạch đếm tới 31 đầu Q Flip-Flop mức hết Ta có đầu Q vào cổng NAND đầu vào để tín hiệu lấy sau cổng NAND mức Lúc tín hiệu sau cổng NAND với tín hiệu lấy R C6 qua cổng AND để cấp cho chân SET: S0, S2 chân RESET: S1, S3, S4 đếm Tín hiệu ta cần cấp cho chân SET RESET phía mức để đếm nên cho tín hiệu kích đếm qua cổng AND, cần tín hiệu có mức mạch đếm 2.4.5 Khối xử lý – giải mã hiển thị led đoạn Tiểu Luận Pro(123docz.net) Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý – giải mã hiển thị led đoạn Một điều đặc biệt mã BCD lớn khơng cịn nữa, việc hiển thị Led đoạn bị sai Ta xét điều kiện sau: Khi mạch đếm < 10 cộng bit đếm từ khối mạch đếm cho Khi mạch đếm > < 20 cộng bit đếm cho Khi mạch đếm > 19 < 30 cộng bit đếm cho 12 Tiểu Luận Pro(123docz.net) Khi mạch đếm = 30 cộng bit đếm cho 18 Sử dụng IC cộng bit 7483 để thực cộng Năm cổng OR đầu vào dùng để chọn lọc hệ số cộng tương ứng (0 hoặc 12 18) Nhằm phục vụ việc hiển thị led đoạn 00 cân chưa có vật tác động (chưa nhấn nút) ta sử dụng cổng AND để thực điều Dùng IC4511 để tiến hành giải mã mã BCD sang led đoạn 2.4.6 Khối giả định cân hành lý Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý khối giả định cân hành lý Tín hiệu “THE SCALE” nói nói lại khối tạo từ “Khối giả định cân hành lý” Khi chưa nhấn nút xuất mức nhấn nút xuất mức 2.4.7 Khối hiển thị số Kg đèn báo hiệu Tiểu Luận Pro(123docz.net) Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị số Kg đèn báo hiệu Led đoạn hiển thị giá trị tương ứng: 00 chưa nhấn nút ngẫu nhiên từ đến 30 nhấn nút Xét điều kiện > 15 cổng logic hình 2.9 Điều đặc biệt khơng nối thẳng tín hiệu từ U42 led mà phải mắc trên? Trả lời: ta nhấn nút để dừng xung đếm, lúc xung cần khoảng thời gian để dần chậm lại phẳng mức nên số hiển thị bị dao động Đèn báo nhấp nháy không ổn định Xử lý kỹ thuật cách mắc để nhấn nút mà mạch cịn dao động cho dù số có lớn 15 đèn khơng sáng Khi số đếm dừng hẳn tụ nạp cho đầu lấy R5 C7 mức LED – YELLOW sáng 2.5 Những thông tin quan trọng Khi mắc mạch thực tế cần thêm trở hạn dòng tương ứng đầu led đoạn led báo Có thể mơ ta sử dụng nhiều cổng logic làm cho mạch trở nên rối ren cài đặt mạch ngồi thực tế sử dụng IC tích hợp cổng logic để thay làm tiết kiệm diện tích mạch thiết kế Tiểu Luận Pro(123docz.net) Thực tế thay led báo còi báo hiệu âm cân nặng vượt 15 Kg ý tưởng hay tiện việc nhận biết Tiểu Luận Pro(123docz.net) Tiểu Luận Pro(123docz.net) CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG MẠCH TRÊN PROTEUS 3.1 Khi chưa cân hành lý (khi nhả nút nhấn ra) Hình 3.1: Kết mơ mạch chưa nhấn nút Khi chưa nhấn nút led đoạn hiển thị số 00 mạch đếm bình thường Đèn báo khơng sáng chưa có cân nặng vượt 15 Kg 3.2 Khi cân hành lý (khi nhấn giữ nút nhấn) Khi nhấn giữ nút nhấn lần 1: Tiểu Luận Pro(123docz.net) Hình 3.2: Kết mô mạch nhấn giữ nút nhấn lần Tiểu Luận Pro(123docz.net) Ở hình 3.2, ta nhấn giữ nút xung đếm dừng mạch ngừng đếm hiển thị số 12 giải thích số 12 lớn bé 20 nên tiến hành cộng cho mã BCD Số 12 < 15 nên đèn báo không sáng Khi thả nút nhấn ra: Hình 3.3: Kết mơ mạch thả nút nhấn sau lần nhấn Led đoạn hiển thị 00 Khi nhấn giữ nút nhấn lần 2: Hình 3.4: Kết mơ mạch nhấn giữ nút nhấn lần Mạch hiển thị số 23 đèn báo sáng lớn 15 Như giải thích số Tiểu Luận Pro(123docz.net) 23 lớn 19 bé 30 nên tiến hành cộng cho 12 mã BCD Tiểu Luận Pro(123docz.net) Khi nhấn giữ nút nhấn lần 3: Hình 3.5: Kết mô mạch nhấn giữ nút nhấn lần Mạch hiển thị số 05 đèn báo khơng sáng bé 15 Như giải thích số 05 bé nên tiến hành cộng cho mã BCD Khi nhấn nút lần thứ n: Hình 3.6: Kết mơ mạch nhấn giữ nút nhấn lần n Mạch hiển thị số 30 đèn báo sáng lớn 15 Như giải thích mạch đếm tới 30 cộng cho 18 mã BCD Tiểu Luận Pro(123docz.net) CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN Số trang vượt yêu cầu tiểu luận để có tiểu luận hay, trình bày cách tường minh, rõ ràng mạch lạc việc tràn số trang không ảnh hưởng đến chất lượng Những em viết gói gọn phần trình bày hết mức chưa thỏa mãn thân em em muốn giải thích nhiều chi tiết Kết mô thỏa yêu cầu toán việc hiển thị số ngẫu nhiên từ đến 30 cân thể báo hiệu số cân vượt 15 Kg Có thể kết luận làm hướng giải vấn đề Có thể chưa phải cách hồn hảo khơn ngoan bản, mạch thiết kế với yêu cầu Môn điện tử số môn học rèn luyện cho em khả tư logic việc đặt vấn đề giải vấn đề cách khoa học - Cảm ơn thầy đọc nhận xét - ... điều kiện sau: Khi mạch đếm < 10 cộng bit đếm từ khối mạch đếm cho Khi mạch đếm > < 20 cộng bit đếm cho Khi mạch đếm > 19 < 30 cộng bit đếm cho 12 Tiểu Luận Pro(123docz.net) Khi mạch đếm = 30... 74H 54H ✔ Schottky TTL: dạng IC họ Schottky TTL có ưu điểm giảm thời gian trễ mạch cách ngưng không cho transistor cấu tạo rơi vào trạng thái bão hòa sâu Ký hiệu: 74S 54S ✔ Low power schottky TTL:... Schottky TTL có cơng suất thấp Ký hiệu: 74LS 54LS ✔ Advanced Schottky TTL: dạng IC họ Schottky TTL cải tiến công suất tiêu tán lẫn tốc độ chuyển mạch Ký hiệu: 74AS 54AS ✔ Advanced low power Schottky