ĐỀ tài MẠCH kỹ THUẬT số với bộ đếm THUẬN (từ 00 đến 59)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ************* ĐỀ TÀI: MẠCH KỸ THUẬT SỐ VỚI BỘ ĐẾM THUẬN (từ 00 đến 59) Sinh viên thc hiên:  Nguyn Đnh Hương- 20192898 Ngô Th Anh - 20192687 H Nô i, ngy 30 th"ng năm 2020 Mục lục Mục lục……………………………………………………………………… I Cơ sở lý thuyết……………………………………………………………….3 1.Tm hiểu tín hiệu số v ứng dụng……………………………………… C"c cổng logic v thuật to"n logic …………………………………3 Mạch dãy, mạch đm……………………………………………………….6 4.Tm hiểu IC, số họ TTL v CMOS……………………………… …… II Thực hành……………………………………………………………………9 1.Tên bi thực hnh……………………………………………………………10 Linh kiện…………………………………………………………………….10 Sơ đồ khối………………………………………………………………… 11 4.Sơ đồ thit k……………………………………………………………… 12 III, Kết quả…………………………………………………………………… 12 I,Cơ sở lý thuyết 1.Tìm hiểu tín hiệu số ứng dụng a, Tín hiệu số Tín hiệu số l tín hiệu sử dụng để biểu din liệu dạng chuỗi c"c gi" trị rời rạc; thời điểm no, đảm nhận số c"c gi" trị hữu hạn Điều ny tương phản với tín hiệu tương tự, đại diện cho c"c gi" trị liên tục; thời điểm no, tín hiệu tương tự đại diện cho số thực phạm vi gi" trị liên tục b, Ứng dụng Xử lý tín hiệu số có nhiều ứng dụng đa dạng, ví dụ lĩnh vực điện tử y sinh, điều chỉnh động diesel, xử lý thoại, c"c gọi điện thoại khoảng c"ch xa, xử lý ting nói, xử lý âm thanh, v tăng cường chất lượng hnh ảnh v truyền hnh C"c công nghệ nén MPEG hay WMV dựa tin cơng nghệ xử lý tín hiệu số 2.Các cổng logic thuật toán logic a, Cổng NOT - Định nghĩa: Cổng NOT l cổng Logic thực thuật to"n phủ định Logic tín hiệu đầu vo - Kí hiệu: - Bảng trạng th"i: Nhận xét: Ngõ vo v ngõ có mức logic tr"i ngược - Biểu thức logic: Q= b, Cổng AND - Định nghĩa: Cổng AND l cổng logic thực thuật to"n nhân logic c"c tín hiệu đầu vo - Kí hiệu: - Bảng trạng th"i: Nhận xét:  Ngõ cổng AND mức cao tất c"c ngõ vo lên cao Khi có ngõ vo 0, ngõ bất chấp c"c ngõ vo lại - Biểu thức logic: Q = A.B c, Cổng OR - Định nghĩa: Cổng OR l cổng logic thực thuật to"n tổng logic c"c tín hiệu đầu vo  - Kí hiệu: - Bảng trạng th"i: Nhận xét:  Ngõ cổng OR mức thấp tất c"c ngõ vo xuống thấp  Khi có ngõ vo 1, ngõ bất chấp c"c ngõ vo lại - Biểu thức logic: Q =A+ B d, Cổng NAND - Định nghĩa: Cổng NAND l cổng logic thực thuật to"n phủ định tích logic c"c tín hiệu đầu vo - Kí hiệu: - Bảng trạng th"i: Nhận xét:  Ngõ cổng NAND = có ngõ vo  Ngõ cổng NAND = tất c"c ngõ vo - Biểu thức logic: Y= e,Cổng NOR - Định nghĩa: Cổng NOR l cổng logic thực thuật to"n phủ định tổng logic c"c tín hiệu đầu vo - Kí hiệu: - Bảng trạng th"i:  Nhận xét: Ngõ cổng NOR = tất c"c ngõ vo có gi" trị Ngõ cổng NOR = có ngõ vo có gi" trị - Biểu thức logic:  Y= Mạch dãy, mạch đếm a, Mạch đm: -Mạch đm hay Counter l mạch tích hợp thực đm v chứa số lần xảy kiện qu" trnh no đó, thơng thường th có gắn với xung nhịp clock -Mạch đm sử dụng chip 74LS90 l chíp đm thơng dụng với đm v tích hợp sẵn chip Từ đm ny kt hợp với bảng trạng th"i reset đm khoảng từ đn 10 Kt hợp nhiều chip lại đm đn c"c số lớn -IC7490 gồm chia l chia v chia + Bộ chia input A điều khiển đầu QA + Bộ chia input B điều khiển đầu QB,QC,QD (trong QD có trọng số lớn nhất) b, Mạch dãy: -Mạch tuần hon l mạch logic có tính chất nhớ, có khâu tr -Trạng th"i tip theo mạch phụ thuộc vo gi" trị kích thích lối vo v trạng th"i mạch -Mạch thường hoạt động đồng theo điều khiển tín hiệu nhịp clock Tìm hiểu IC, số họ TTL CMOS IC họ TTL Transistor-transistor logic hay TTL l lớp mạch kỹ thuật số xây dựng từ c"c transistor lưỡng cực (BJT) v số điện trở phụ trợ Tên gọi transistortransistor logic l đảm nhiệm hai chức năng, l lm cổng logic (ví dụ AND) v hai l chức khuch đại c"c transistor thực - Phân loại + TTL ngõ cực thu để hở => Cấu trúc cổng nand ngõ vo v có ngõ cực thu để hở Cổng NAND thường tốn v phức tạp c"ch c"ch dùng cổng NAND cực thu để hở (open colector: CO) c"ch dùng để thực hm logic + TTL có ngõ trạng th"i - Đặc tính điện + Nguồn nuôi v công suất tiêu t"n: Công thức tiêu t"n nói đn để đ"nh gi" chất lượng IC, rõ rng nu mạch logic no có thấp th đ"nh gi" cao có tiêu chuẩn kh"c cần quan tâm l tốc độ chuyển mạch cổng + Tốc độ chuyển mạch: Tích số tốc độ - công suất cng nhỏ th cổng cng tốt v thích hợp với nhiều ứng dụng tốc độ cao hay công suất tiêu t"n thấp hay hai + Tính chống nhiu: Đơi c"c điện "p v dịng điện vo cổng logic đảm bảo ngoi vùng bất định mạch hoạt động sai logic l ảnh hưởng nhiu gồm từ bên ngoi thâm nhập vo + Hệ số tải (số tỏa ra: Fanout): Hệ số tải v c"c thơng số dịng "p vo coi l thơng số tảng để tính to"n giao tip c"c mạch TTL kh"c loại *IC họ CMOS - Cấu tạo: l cổng NOT gồm transistor NMOS v transistor PMOS hnh Đặc tính kĩ thuật: + Công suất tiêu thụ: Khi mạch CMOS trạng th"i tĩnh (không chuyển mạch) th công suất tiêu t"n PD mạch nhỏ + Tốc độ chuyển mạch: Tốc độ chuyển mạch CMOS th nhanh hẳn loại TTL điện trở đầu thấp trạng th"i Tốc độ chuyển mạch tăng lên tăng nguồn điều ny lm tăng công suất tiêu t"n ngoi cịn ảnh hưởng tải điện dung + Tính kh"ng nhiu: Về giới hạn nhiu nói chung l tốt c"c loại TTL + Hệ số tải: Dòng c"c CMOS kh" lớn lúc điện trở vo c"c CMOS lại lớn (thường khoảng 1012 ohm) tức dòng vo nhỏ nên số toả lớn II, Thực hành Tên thực hành: MẠCH KỸ THUẬT SỐ VỚI BỘ ĐẾM THUẬN( từ 00 đến 59) Linh kiện S T T Linh kiện Số lượng Vai trò Board Thit bị đơn giản cho phép tạo mạch điện m không cần phải hn IC 74SL90 IC 74LS90 thuộc họ TTL có cơng dụng đm mã nhị phân chia 10 mã hóa BCD Cứ xung vo th IC 74LS90 đm tin lên v mã hóa chân Khi đm đn 10 reset v trở ban đầu IC 74LS90 ny có ứng dụng rộng c"c mạch số ứng dụng đm 10 v c"c mạch chia tần 10 IC 74LS47 IC SN7447AN l IC giải mã ginh riêng cho LED đoạn anode chung IC SN7447AN chuyển đổi từ mã BCD sang mã LED đoạn anode chung Ứng dụng ta cần thị số LED đoạn mạch số m không cần dùng vi điều khiển, muốn tit kiệm chân cho vi điều khiển IC 74LS00 IC SN7447AN l IC giải mã ginh riêng cho LED đoạn anode chung IC SN7447AN chuyển đổi từ mã BCD sang mã LED đoạn anode chung 11 Ứng dụng ta cần thị số LED đoạn mạch số m không cần dùng vi điều khiển, muốn tit kiệm chân cho vi điều khiển LED Hiển thị số đm cho mạch đm Điện trở 4kΩ Khống ch dòng điện mức phù hợp Điện trở 2kΩ Khống ch dòng điện mức phù hợp 12 Tụ điện 10 µF Có t"c dụng lọc Dây dẫn 20cm Kt nối c"c linh kiện 10 Nguồn điện 3V Cung cấp nguồn điện Sơ đồ khối a Nguyên lí hoạt động IC 74LS90 l mạch đm thập phân MOD-10 tạo mã BCD c"c ngõ 74LS90 bao gồm flip-flop JK chủ- tớ kt nối bên để cung cấp mạch đm MOD-2 (2 trạng th"i đm) v mạch đm MOD-5 (5 trạng th"i đm) 74LS90 có flip flop độc lập điều khiển đầu vo CLKA v ba flip- flop JK tạo thnh đm không đồng điều khiển đầu vo CLKB hnh bên 13 Bốn ngõ IC ký hiệu l QA, QB, QC v QD Thứ tự đm 74LS90 kích hoạt cạnh xuống tín hiệu xung đồng bộ, tức l tín hiệu xung đồng hồ CLK chuyển từ logic sang logic th xem có xung đồng hồ t"c động vo mạch đm C"c chân ngõ vo bổ sung R1, R2, R3 v R4 l c"c chân RESET Khi c"c ngõ vo RESET R1 v R2 kt nối với logic1, th mạch đm bị RESET trở c"c ngõ vo R3 v R4 kt nối với logic th mạch RESET số số đm vị trí đm Như trnh by trên, bên IC74LS90 gồm có mạch đm chia v mạch đm chia Như vậy, sử dụng hai mạch đm: mạch đm chia hai tần số đm chia năm tần số kt hợp hai mạch đm với để tạo mạch đm BCD chia 10 mong muốn Khi IC đm hoạt dộng ch độ ny th phần mạch đm chia bị vơ hiệu hóa Nu tín hiệu đồn hồ đưa vo chân số 14 (CKA) v tín hiệu lấy chân số 12 (Q0/QA) th tạo đm nhị phân chia (MOD = 2) để sử dụng c"c mạch chia tần số hiển thị hnh Để tạo mạch đm chia 5, vơ hiệu hóa flip-flop v đưa tín hiệu xung đồng hồ vo chân số (CKB) với tín hiệu ngõ lấy từ chân số 11 (Q3/QD) Để hiển thị c"c số đm led đoạn cần IC giải mã BCD sang led đoạn IC 74LS47 74LS247 thit k để lm việc 74LS47 có bốn ngõ vo cho c"c chữ số BCD A, B, C v D v có ngõ để điều khiển c"c đoạn led đoạn IC giải mã hiển thị 74LS47 nhận mã BCD từ c"c ngõ IC đm 74LS90 v tạo c"c tín hiệu cần thit để điều khiển c"c đoạn led đoạn để thị c"c số đm V IC giải mã 74LS47 thit k để điều khiển led đoạn loại anode chung nên ngõ mức THẤP (logic 0) lm cho LED kt nối với ngõ ny ph"t s"ng ngõ mức CAO (logic 1) lm cho LED ny TẮT, Đối với hoạt động bnh thường, tất c"c chân LT (Lamp Test), BI/RBO (Blanking Input/Ripple Blanking Output) v RBI (Ripple Blanking Input) phải bỏ trông kt nối với logic (mức CAO) C"c ngõ vo IC 74LS47 kt nối với c"c ngõ tương ứmg IC đm BCD 7Lưu ý 74LS47 có c"c ngõ tích cực mức THÁP v thit kể để giải mã hiển thị LED đoạn loại ANODE chung IC giải mã điều khiển 74LS48/4511 có chức hon ton giống IC 74LS47 ngoại trừ có ngõ tích cực mức CAO, thit k để giải mã hiển thị cho đoạn loại CATHODE 14 chung V vậy, tùy thuộc vo loại led đoạn m bạn sử dụng, bạn cần IC giải mã 74LS47 74LS48 4LS90 để hiển thị c"c số đm led đoạn hnh Số đm thị led đoạn tăng dần từ đn có xung đồng hồ t"c động vo IC đm Mạch l mạch đm số đơn giản hiển thị c"c số đm từ đn sử dụng IC đm 74LS90 v IC giải mã BCD sang led đoạn 74LS47 Để đm 10 th cần ghép hai IC đm BCD lại với cho Bộ đm BCD gồm chữ số tính theo số thập phân tư 00 đn 59 (0000 0000 đn 101 1001) v sau tự động RESET 00, Lưu ý l đm chữ số, c"c gi" trị đại diện cho c"c số thập lục phân từ A đn F không hợp lệ mã ny a Sơ đồ nguyên lí b.Sơ đồ lắp r"p 15 III,Nhận xét -Mạch có thit k hợp lí -Mạch hoạt động ổn định -Có tính ứng dụng thực t cao lm đèn giao thông, đồng hồ,… 16 ... đm BCD lại với cho Bộ đm BCD gồm chữ số tính theo số thập phân tư 00 đn 59 (000 0 000 0 đn 101 1001 ) v sau tự động RESET 00, Lưu ý l đm chữ số, c"c gi" trị đại diện cho c"c số thập lục phân... Hệ số tải: Dòng c"c CMOS kh" lớn lúc điện trở vo c"c CMOS lại lớn (thường khoảng 1012 ohm) tức dòng vo nhỏ nên số toả lớn II, Thực hành Tên thực hành: MẠCH KỸ THUẬT SỐ VỚI BỘ ĐẾM THUẬN( từ 00. .. logic:  Y= Mạch dãy, mạch đếm a, Mạch đm: -Mạch đm hay Counter l mạch tích hợp thực đm v chứa số lần xảy kiện qu" trnh no đó, thơng thường th có gắn với xung nhịp clock -Mạch đm sử