BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 8 SẢN PHẨM (SỬ DỤNG D FF), HIỂN THỊ TRẠNG THÁI ĐẾM TRÊN LED 7 THANH Giáo viên hướng dẫn ThS Nguyễn Thị Thu Hà Nhóm sinh viên thực hiện Nguyễn Đức Anh 2018600801 Nguyễn Ngọc Dũng 2018601579 Nguyễn Xuân Được 2018601154 Hà Nội 2021 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂNNHÓM Họ và tên sinh viên 1 Nguyễn Đức Anh Mã sinh viên 2018600801 2 Nguyễn Ngọc Dũng Mã sinh viên 2018601579 3 Nguyễn Xuân Được Mã sinh viên.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM (SỬ DỤNG D-FF), HIỂN THỊ TRẠNG THÁI ĐẾM TRÊN LED THANH Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Thị Thu Hà Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Anh 2018600801 Nguyễn Ngọc Dũng 2018601579 Nguyễn Xuân Được 2018601154 Hà Nội - 2021 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM Họ tên sinh viên : Mã sinh viên: 2018600801 Nguyễn Đức Anh Nguyễn Ngọc Dũng Mã sinh viên: 2018601579 Nguyễn Xuân Được Mã sinh viên: 2018601154 Lớp: 20202FE6021001 Khoá: 13 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà Tên đề tài: Thiết kế mạch đếm sản phẩm (sử dụng D-FF), hiển thị trạng thái đếm LED NỘI DUNG THỰC HIỆN TT Nội dung cần thực CĐR Lập kế hoạch làm việc Phân tích lựa chọn ý tưởng tốt khả thi L1.2; L1.3 Tính tốn thiết kế, xây dựng phân tích mơ hình L1.2; L1.3 Chế tạo lắp ráp L1.2; L1.3 Thử nghiệm hiệu chỉnh L1.2; L1.3 Viết thuyết minh chuẩn bị báo cáo L1.2; L1.3 Báo cáo L1.2; L1.3 L1.3 I Yêu cầu thực hiện: Phần thuyết minh: * Trình bày đầy đủ nội dung đồ án, bao gồm: - Chương Tổng quan (Nêu sở lựa chọn đề tài đồ án, ứng dụng thực tiễn …); - Chương Tính tốn, thiết kế mơ phỏng; - Chương Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm hiệu chỉnh; - Phụ lục (nếu có) * Quyển báo cáo trình bày từ 10 đến 15 trang giấy A4 với định dạng theo định số 815/QĐ-ĐHCN ngày 15/08/2019: Sản phẩm đồ án môn TT Tên sản phẩm Mơ hình (mạch điện) Quyển báo cáo Slide thuyết minh đồ án Định dạng Số lượng 01 Theo định 815/QĐ-ĐHCN 01 01 Phạm vi lựa chọn đề tài - Đề tài thuộc lĩnh vực điện tử phạm vi kỹ thuật xung số - Vật tư, trang thiết bị: dụng cụ cầm tay, vật liệu (theo đề tài nhóm), linh kiện điện tử bản… - Đảm bảo an toàn lao động Ngày giao: 13/04/2021 Ngày hoàn thành: 15/05/2021 Hà Nội, ngày 13 tháng 04 năm 2021 Trưởng môn Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Thị Thu Hà MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số trở nên quên thuộc với nhiều người, phát triển nghành kỹ thuật số có ảnh hưởng lớn đến nghành kinh tế tồn cầu có người nêu lên ý tưởng gọi kinh tế thời đại “nền kinh tế kỹ thuật số”, “số hóa” gần vượt khỏi ranh giới thuật ngữ kỹ thuật Nhờ có ưu điểm xử lí số độ tin cậy truyền dẫn, tính đa thích nghi kinh tế nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi điều khiển khai thác mạng Số hóa xu hướng phát triển tất yếu nhiều linh vực kỹ thuật kinh tế khác Không lĩnh vực thông tin liên lạc tin học Ngày nay, kỹ thuật số thâm nhập mạnh mẽ vào Kỹ thuật điện tử, Điều khiển tự động, Phát truyền hình, Y tế, Nơng nghiệp đồ dùng sinh hoạt gia đình Với phát triển khơng ngừng khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng linh kiện bán dẫn phần vào giảm bớt giá thành sản phẩm làm linh kiện rời Ứng dụng môn kỹ thuật điện tử, kỹ thuật xung số ngày nhiều Nó thâm nhập nhanh chóng vào lĩnh vực điện tử thơng dụng chun nghiệp Trong đố án này, nhóm chúng em lựa chọn đề tài Thiết kế mạch đếm sản phẩm (sử dụng D-FF), hiển thị trạng thái đếm LED LỜI CẢM ƠN Trước tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn trân trọng sâu sắc cô Nguyễn Thị Thu Hà – người tạo điều kiện tận tình hướng dẫn, động viên chúng em suốt trình nghiên cứu thực đồ án môn học Chúng em xin trân trọng cảm ơn đến tất q thầy khoa Cơ Khí trường Đại Học Cơng Nghiệp hà Nội, người trang bị cho chúng em kiến thức bản, nhiệt tình quân tâm giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để chúng em học tập, nghiên cứu hoàn thành đồ án Kỹ thuật xung số Chúng em xin cám ơn Trân trọng! Hà Nội, ngày tháng Sinh viên thực Nguyễn Đức Anh Nguyễn Ngọc Dũng Nguyễn Xuân Được năm 2021 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Khái niệm FF mạch có khả lật lại trạng thái ngõ tuỳ theo tác động thích hợp ngõ vào, điều có ý nghĩa quan trọng việc lưu trữ liệu mạch xuất liệu cần Có nhiều loại flip flop khác nhau, chúng sử dụng rộng rãi nhiều ứng dụng Các mạch FF thường kí hiệu sau Hình 1.1 Ký hiệu FF Nếu ngõ vào định ngõ ngõ đồng hồ ck lại có thay đổi Chân Ck tác động mức thấp hay mức cao tuỳ vào cấu trúc bên IC FF, với IC FF cố định có kiểu tác động mà thơi, ví dụ với IC 74112 có cách tác động xung Ck tác động theo cạnh xuống 1.1.2 Phân loại Hình 1.2 Kí hiệu khối loại FF nảy cạnh lên Ck a) FF SR (mạch lật lại đặt) Hình 1.3 Dạng sóng minh hoạ cho FF RS FF RS nảy cạnh lên kí hiệu hình tam giác sơ đồ khối dấu mũi tên lên bảng trạng thái FF RS nảy cạnh xuống tương tự có khí hiệu thêm hình trịn nhỏ hay gạch đầu Ck để cạnh xuống ký hiệu khối vẽ dấu mũi tên xuống bảng trạng thái b) FF JK FF JK bổ sung thêm trạng thái cho FF RS ( tránh trạng thái cấm) Hình 1.4 Dạng sóng minh hoạ cho FF JK Nhận thấy đầu vào J, K điều khiển trạng thái ngõ theo cách mà S R làm trừ điểm J = K = trạng thái cấm chuyển thành trạng thái ngược lại ( với J = K = ) Nó cịn gọi chế độ lật hoạt động Từ dạng sóng thấy ngõ FF không bị ảnh hưởng sườn xuống xung ck đầu vào J K khơng có tác động trừ xảy tác động lên Ck FF JK tạo thành từ FF SR có thêm đầu and có ngõ đưa hình : Hình 1.5 FF JK từ FF SR Còn cấu tạo bên FF JK kích cạnh sườn sau : Hình 1.6 Cấu trúc mạch FF JK c) FF T Khi nối chung ngõ vào JK hình FF T : có ngõ vào T, ngõ bị lật lại trạng thái ban đầu ngõ T tác động có cạnh sườn lên hay xuống xung ck Kí hiệu khối bảng trạng thái FF T sau : => Hình 1.8 Dạng sóng minh hoạ cho hoạt động FF T FF T sử dụng để tạo mạch đếm chia Khi T nối lên mức (Vcc) hay để trống, xung kích đưa vào ngõ Ck Nhận thấy ngõ Q lật trạng thái lần ck xuống hay lên Tần số xung ngõ Q nửa tần số ngõ vào ck đưa Q tới tầng FF sau tần số f lại chia đôi Đây nguyên lí mạch đếm xét đến phần sau Hình 1.9 FF T dùng làm mạch chia tần d) FF D Khi nối ngõ vào FF RS hay JK hình FF D : có ngõ vào gọi ngõ vào data(dữ liệu) hay delay(trì hỗn) Hoạt động FF D đơn giản : ngõ theo ngõ vào xung Ck tác động cạnh lên hay xuống => Hình 1.11 Dạng sóng minh hoạ cho hoạt động FF D FF D thường nơi để chuyển liệu từ ngõ vào D đến ngõ Q cung cấp cho mạch sau mạch cộng, ghi dịch… nên ngõ vào D phải chờ khoảng thời gian xung ck kích đưa ngõ Q, FF D cịn xem mạch trì hỗn, ngõ D cịn gọi delay e) Mạch chốt D Các FF nảy mức trở thành mạch chốt chân ck cho mức tác động Thông dụng chốt D Mạch tạo FF D thay ngõ vào đồng ngõ vào cho phép (enable : E) tác động mức cao Cấu tạo kí hiệu bảng trạng thái hình sau : Hình 1.12 Kí hiệu khối bảng thật chốt D Hình 1.13 Cấu tạo chốt D 1.2 Cơ sở chọn đề tài Tất đầu mạch tổ hợp cụ thể mong đợi thay đổi trạng thái chúng lúc Tuy nhiên, độ trễ cổng khác nhau, đầu mạch tổ hợp thay đổi trạng thái chúng trường hợp thời gian khác Điều tiếp tục gây hành vi không mong muốn dẫn đến kết sai Điều tránh cách sử dụng flip-flops D đồng đầu hoạt động đồng hóa liệu 1.3 Ứng dụng thực tiễn D flip-flop sử dụng để tạo đường trễ sử dụng hệ thống xử lý tín hiệu số Ứng dụng dễ dàng phát sinh thực tế đầu flip flop D đồng khơng khác ngồi đầu vào bị trễ chu kỳ xung nhịp Do đó, cách xếp tầng n flip-flops vậy, đầu bị trễ n chu kỳ xung, tạo lượng trễ cần thiết 1.4 Phạm vi lựa chọn đề tài nghiên cứu Đề tài thuộc lĩnh vực điện tử phạm vi kỹ thuật xung số Vật tư, trang thiết bị: dụng cụ cầm tay, vật liệu (theo đề tài nhóm), linh kiện điện tử bản… Đảm bảo an toàn lao động CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG 2.1 Tính tốn hệ thống Ta có đề hình trạng thái : Biểu đồ thị chuỗi trạng thái mà đếm tiến lên có tạo xung nhịp Hình bên cho thấy trạng thái đếm nhị phân bit Hình 2.1 Biểu đồ trạng thái đếm nhị phân bit Mạch đầu vào ngồi xung đồng khơng có đầu khác khác ngồi trạng thái bên nó(đầu lấy khỏi flip-flop đếm) Trạng thái đếm phụ thuộc hoàn toàn vào trạng thái Và chuyển đổi trạng thái xảy xung đồng xuất Hình 2.1 cho thấy chuỗi đếm sau xung đồng Hình 2.2 Đếm chuỗi sau xung Khi mạch xác định biều đồ trạng thái, bước lấy bảng trạng thái bảng chuyển đổi trạng thái giá trị đầu vào, bảng suy từ biều đồ trạng thái hình 2.1 thể bảng bên 0 0 1 1 Q2Q1Q0 0 1 0 1 1 1 Q2+Q1+Q0+ 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 Tối thiểu hóa D2 Q0 Q2Q1 00 01 11 10 D2 = + + 0 1 1 D2D1D0 1 0 1 1 1 D1 Q0 Q2Q1 00 01 11 10 1 1 0 D1= + = D0 Q0 Q2Q1 00 01 11 10 1 1 0 0 D0= 2.2 Mạch D-FF đếm sản phẩm Hình 2.3 Mạch D-FF 2.3 Thiết kế mạch Ta sử dụng phần mềm protues để mô mạch đếm sản phầm sử dụng D-FF Hình 2.4 Mạch đếm sản phẩm sử dụng D-ff 2.4 Phân tích lựa chọn linh kiện Trên mạch ta sử dụng cổng AND, OR, XOR, NAND IC 7408 cổng AND Hình 2.5 IC 7408 Thơng số kĩ thuật: Điện áp cung cấp: 4.75V ~ 5.25V Dải nhiệt độ hoạt động: ~ 70oC Dòng điện mức cao: IOH = -0.4mA Dòng điện mức thấp: IOL = 8mA IC 7432 cổng OR Hình 2.6 IC 7432 Cấu tạo bên IC 74HC32 có bốn cổng logic OR, cổng có ngõ vào ngõ IC 74HC32 sản xuất theo công nghệ Cmos, mạch tích hợp xây dựng từ Mosfet số điện trở phụ trợ IC 4070 cổng XOR Hình 2.7 IC 4070 Thơng số kĩ thuật IC 4093 cổng NAND Hình 2.8 IC 4093 Thơng số kĩ thuật Dải điện áp rộng: -0,5 ~ 20V Dải nhiệt độ hoạt động: – 55 ~ 125 độ C Mã: CD4093BE Kiểu chân: 14 chân cắm DIP-1 IC 74LS74 – DFF Hình 2.9 IC 74LS74 Thơng số kĩ thuật: Gói IC Flip Flop D kép Điện áp hoạt động: 2V đến 15V Độ trễ truyền: 40nS Điện áp đầu vào mức cao tối thiểu: V Điện áp đầu vào mức thấp tối đa: 0,8V Nhiệt độ hoạt động: đến 70 ° C Dòng điện đầu mức cao: 8mA Có gói SO-14, SOT42 14 chân IC 7447 – giải mã led Hình 2.10 IC 7447 Led Hình 2.11 Led Sơ đồ chân nối CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 3.1 Chế tạo phận khí phận điện tử Các bước chế tạo mạch Bước 1: Vẽ mạch phần mềm Altium Hình 3.1 Mạch vẽ mơ Bước 2: Mơ phần mềm Hình 3.2 Mạch dựng 3D Bước 3: In file mạch nguyên lí cắt tầm fit đồng Hình 3.3 Mạch ngun lí sau in Bước 4: ngâm mạch dung dịch FeCl3, sau mạch bị ăn mòn hết, thả mạch vào nước, dung giấy giáp chà lớp mực in mạch Phủ lớp keo thông lỏng lên mạch đê tránh oxi hóa lớp đồng Hình 3.4 Ngâm mạch in vào dung dịch FeCl3 Bước 5: Đục lỗ để hàn chân linh kiện Bước 6: Dùng máy hàn hàn chân linh kiện vào mạch Sau mạch hồn thiện: Hình 3.5 Mạch hồn thiện chạy thử KẾT LUẬN Trong trình nghiên cứu thực đồ án, nhóm chúng em tiếp thu thêm nhiều kiến thức, tìm kiếm thêm nguồn tài liệu để bổ sung thêm kiến thức để hoàn thành đồ án Nhóm em biết cách thiết kế, lựa chọn linh kiện phù hợp với đề tài Việc hoàn thành tốt đồ án kỹ thuật xung số sở để nhóm em thực đồ án quan trọng sau đồ án điện tử đồ án tốt nghiệp Tuy hệ thống hoạt động tốt theo yêu cầu đặt ra, khơng thể tránh khỏi sai sót q trình vận hành điều khiển hệ thống Vì vậy, nhóm chúng em mong nhận góp ý để hoàn thành hệ thống tốt Xin chân thành cảm ơn! ... Ta sử d? ??ng phần mềm protues để mô mạch đếm sản phầm sử d? ??ng D- FF Hình 2.4 Mạch đếm sản phẩm sử d? ??ng D- ff 2.4 Phân tích lựa chọn linh kiện Trên mạch ta sử d? ??ng cổng AND, OR, XOR, NAND IC 74 08 cổng... hóa D2 Q0 Q2Q1 00 01 11 10 D2 = + + 0 1 1 D2 D 1D0 1 0 1 1 1 D1 Q0 Q2Q1 00 01 11 10 1 1 0 D1 = + = D0 Q0 Q2Q1 00 01 11 10 1 1 0 0 D0 = 2.2 Mạch D- FF đếm sản phẩm Hình 2.3 Mạch D- FF 2.3 Thiết kế mạch. .. d? ??n đến kết sai Điều tránh cách sử d? ??ng flip-flops D đồng đầu hoạt động đồng hóa liệu 1.3 Ứng d? ??ng thực tiễn D flip-flop sử d? ??ng để tạo đường trễ sử d? ??ng hệ thống xử lý tín hiệu số Ứng d? ??ng d? ??