1 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ Tên đề tài Thiết kế bộ đếm nhị phân, thuận nghịch, đồng bộ Kđ=16, sử dụng JK FF hiển thị số đếm trên LED 7 thanh Hà Nội 2021 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Thị Thu Hà Sinh viên thực hiện Đoàn Quang Hinh – 2018606181 Nguyễn Ngọc Đức – 2018606388 Nguyễn Xuân Tuấn Anh – 2018606146 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam Độc Lập Tự Do Hạnh Phúc PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT XUNG SỐ.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ Tên đề tài: Thiết kế đếm nhị phân, thuận nghịch, đồng Kđ=16, sử dụng JK-FF hiển thị số đếm LED Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà Sinh viên thực hiện: Đoàn Quang Hinh – 2018606181 Nguyễn Ngọc Đức – 2018606388 Nguyễn Xuân Tuấn Anh – 2018606146 Hà Nội - 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam HÀ NỘI Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc KHOA ĐIỆN TỬ PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT XUNG SỐ Họ tên sinh viên : Đoàn Quang Hinh Mã sinh viên: 2018606181 Nguyễn Ngọc Đức Mã sinh viên: 2018606388 Nguyễn Xuân Tuấn Anh Mã sinh viên: 2018606164 Lớp: 20202FE6021001 Khoá: 13 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà Tên đề tài: Thiết kế đếm nhị phân, thuận nghịch, đồng Kđ=16, sử dụng JK-FF hiển thị số đếm LED NỘI DUNG THỰC HIỆN Nội dung cần thực CĐR Lập kế hoạch làm việc L1.3 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 TT 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 mô 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 Định dạng TT Tên sản phẩm Mơ hình (mạch điện) Quyển báo cáo Slide thuyết minh đồ án 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 Phần Tổng quan 1.1 Mục đích nghiên cứu 1.2 Đối tượng phương pháp nghiên cứu 1.3 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Ứng dụng 1.5 Ý nghĩa đồ án Phần Tính tốn, thiết kế, mơ 10 2.1 Tính tốn 10 2.2 Thiết kế 13 2.2.1 Khối tạo xung 13 2.2.2 Khối đếm 16 2.2.3 Khối giải mã 18 2.2.4 Khối hiển thị 20 2.3 Mô 21 Phần Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm, hiệu chỉnh 21 3.1 Chế tạo 21 3.1.1 Vẽ mạch in 21 3.1.2 Chuẩn bị linh kiện 22 3.2 Lắp ráp 23 3.3 Thử nghiệm, hiệu chỉnh 23 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Đồ hình trạng thái 10 Hình Sơ đồ khối 13 Hình Sơ đồ chân IC555 14 Hình Mạch nguyên lý IC555 14 Hình Sơ đồ chân IC7476 16 Hình Mạch nguyên lý IC7476 17 Hình Sơ đồ chân IC7447 18 Hình Sơ đồ chân led 20 Hình Cấu tạo led anode chung 20 Hình 10 Mơ mạch proteus 21 Hình 11 Mạch in vẽ Altium Design 22 Hình 12 Mạch đếm thuận nghịch, đồng kđ =16 23 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Bảng kích JK-FF 10 Bảng Bảng chuyển đổi trạng thái 13 Bảng Giải mã NBCD sang mã vạch sử dụng cho LED 19 Bảng Danh sách linh kiện 22 Bảng Thử nghiệm hiệu chỉnh 23 Phần Tổng quan Cùng với tiến khoa học công nghệ thiết bị điện tử ứng dụng ngày rộng rãi mang lại hiệu cao hầu hết lĩnh vực kinh tế kỹ thuật đời sống xã hội, việc xử lý tín hiệu thiết bị điện tử đại dựa nguyên lý số số Bởi việc hiểu sâu sắc điện tử số điều thiếu kỹ sư điện tử Hiện nhu cầu hiểu biết kỹ thuật số số riêng kỹ sư điện tử mà tất u thích mơn học Bởi thông qua việc làm đồ án giúp cho sinh viên có nhìn sâu môn kỹ thuật xung số qua giúp học sinh sinh viên đánh giá khả tích lũy kiến thức môn ngày đồng thời biết cách vận dụng môn học vào thực tế Từ điều thấy khả chúng em, chúng em muốn làm điều nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo độ xác cao Nên chúng em định lựa chọn đề tài: “Thiết kế đếm nhị phân, thuận nghịch, đồng Kđ=16, sử dụng JK-FF hiển thị số đếm LED thanh” Qua thiết kế mạch chúng em đạt trang bị thêm kiến thức chun mơn thực tế để tích lũy thêm kinh nghiệm cho sau 1.1 Mục đích nghiên cứu Nắm nguyên lý làm việc thành phần điện tử Biết cách kết hợp thành phần điện tử khác tạo mạch đếm đạt yêu cầu đồ án Biết cách sử dụng số phần mềm mô mạch phổ biến để mô đếm sản phẩm trước vào chế tạo Nắm quy trình chế tạo mơ hình thực mạch đếm sản phẩm Hiểu cấu tạo, cách thức hoạt động đếm sản phẩm 1.2 Đối tượng phương pháp nghiên cứu Bộ đếm sản phẩm sử dụng công nghiệp cách chế tạo đếm sản phẩm đơn giản Các phần tử logic phần tử nhớ (JK-FF), IC giải mã hiển thị số LED Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp thu thập liệu; Phương pháp phân tích; Phương pháp thử nghiệm chọn lọc 1.3 Phạm vi nghiên cứu Nội dung lý thuyết: Kiến thức áp dụng suốt tập lớn thuộc phạm vi học phần Kỹ thuật xung số, khoa điện tử trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Sản phẩm tập lớn sử dụng phần mềm Proteus Professional Altium Design để phục vụ mô chế tạo Đồ án với sản phẩm nghiên cứu hoàn thiện để phục vụ việc đánh giá chất lượng sinh viên cho mục đích tham khảo phạm vi trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Các thiết bị sử dụng tình làm đồ án: Máy tính số dụng cụ điện khác 1.4 Ứng dụng Sản phẩm đếm sản phẩm sử dụng dây chuyền sản xuất tự động bán tự động để đếm sản phẩm băng chuyền, làm thiết bị hỗ trợ việc đóng gói Ngồi đếm sản phẩm cịn sử dụng đời sống việc đếm xe vào bãi đỗ xe, đếm số lượng hành khách qua cửa,… Bộ đếm sản phẩm giúp việc kiếm kê số lượng sản phẩm xác nhanh chóng hơn, thay sức lao động người, nâng cao suất sản xuất 1.5 Ý nghĩa đồ án Đồ án giúp sinh viên bước đầu hiểu rõ mô hình đếm sử dụng thực tế Biết cách thức hoạt động linh kiện điện tử hệ thống đếm Bên cạnh tập lớn tạo điều kiện cho sinh viên tự tìm tịi, nghiên cứu hồn thiện sản phẩm, rèn luyện kỹ làm việc nhóm, sử dụng phần mềm mô thành thạo Đây sở tảng để phát triển sản phẩm lớn tương lai Phần Tính tốn, thiết kế, mơ 2.1 Tính tốn Ta có: 𝑘đ = 16 = 24 Số phần tử nhớ cần sử dụng FF Đồ hình trạng thái: Hình Đồ hình trạng thái Bảng kích: 𝑄𝑛 𝑄𝑛+1 𝐽𝑘 0 0x 1x X1 1 X0 Bảng Bảng kích JK-FF 10 Giả sử gọi tín hiệu điều khiển R ta quy ước sau: R = đếm thuận R = đếm nghịch Bảng chuyển đổi trạng thái Tn R S S0 0000 S1 Tn+1 Q4Q3Q2Q1 Q4Q3Q2Q1 J4K4 J3K3 J2K2 J1K1 0001 0x 0x 0x 1x 0001 0010 0x 0x 1x X1 S2 0010 0011 0x 0x x0 1x S3 0011 0100 0x 1x x1 x1 S4 0100 0101 0x x0 0x 1x S5 0101 0110 0x x0 1x x1 S6 1001 0111 0x x0 x0 1x S7 0111 1000 1x x1 x1 x1 S8 1000 1001 x0 0x 0x 1x S9 1001 1010 x0 0x 1x x1 S10 1010 1011 x0 0x x0 1x S11 1011 1100 x0 1x x1 x1 11 S12 1100 1101 x0 x0 0x 1x S13 1101 1110 x0 x0 x0 x1 S14 1110 1111 x0 x0 x0 1x S15 1111 0000 x1 x1 x1 x1 S15 0000 1111 1x 1x 1x 1x S14 0001 0000 0x 0x 0x 1x S13 0010 0001 0x 0x x1 1x S12 0011 0010 0x 0x x0 x1 S11 0100 0011 0x x1 1x 1x S10 1001 0100 x1 1x 0x x1 S9 0110 1001 1x x1 x1 1x S8 0111 0110 0x x0 x0 x1 S7 1000 0111 x1 1x 1x 1x S6 1001 1000 x0 0x 0x x1 S5 1010 1001 x0 0x x1 1x S4 1011 1010 x0 0x x0 x1 S3 1100 1011 x0 x1 1x 1x S2 1101 1100 x0 x0 0x x1 12 S1 1110 1101 x0 x0 x1 x1 S0 1111 1110 x0 x0 x0 x1 Bảng Bảng chuyển đổi trạng thái Các phương trình đầu vào kích: 𝐽1 = 𝑅1 = 𝐽2 = 𝑅1 = 𝑅 × 𝑄1 + 𝑄1 × 𝑅 = 𝑄1 ⊕ 𝑅 𝐽3 = 𝑅1 = 𝑅 × 𝑄1 × 𝑄2 + 𝑄2 × 𝑄1 × 𝑅 = 𝐽2 × (𝑄2 ⊕ 𝑅) 𝐽4 = 𝑅1 = 𝑅 × 𝑄1 × 𝑄2 × 𝑄3 + 𝑄3 × 𝑄2 × 𝑄1 × 𝑅 = 𝐽3 × (𝑄3 ⊕ 𝑅) 2.2 Thiết kế Khối tạo xung Khối Khối Khối đếm giải mã hiển thị Hình Sơ đồ khối 2.2.1 Khối tạo xung - Linh kiện cần dùng: IC 555 13 Hình Sơ đồ chân IC555 a Chức Bộ tạo xung thành phần quan trọng hệ thống đặc biệt đếm quy định trạng thái ngõ Có nhiều mạch tạo dao động thông dụng chúng em quan tâm đến mạch dao động sử dụng IC 555 làm tim mạch định thời chuyên dùng mắc thành mạch phi ổn hay đơn ổn b Nguyên lý hoạt động Hình Mạch nguyên lý IC555 14 Ở mạch H mức gần Vcc; L mức Sử dụng FF – RS Khi S = [1] Q = [1] = 𝑄̅ = [ 0] Sau đó, S = [0] Q = [1] = 𝑄̅ = [0] Khi R = [1] = [1] Q = [0] Khi S = [1] Q = [1] R = [1] Q = [0] 𝑄̅ = [1], lúc Transistor mở dẫn, cực C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp chân không vượt ngưỡng 𝑉2 Do lối OP – AMP lúc mức 0, FF khơng reset Khi đóng mạch, tụ C nạp qua 𝑅𝑎 , 𝑅𝑏 ,, với thời (𝑅𝑎 +𝑅𝑏 )×C Tụ C nạp điện áp từ 0V → ⅓ Vcc: Lúc V+1(V+ 𝑂𝐴1 ) > V-1 Do 𝑂𝐴1 (ngõ 𝑂𝐴1 ) có mức logic 1(H) V+2 < V-2 (V-2 = ⅔ Vcc) Do 𝑂𝐴2 = 0(L) R = 0, S = → Q = ̅ 𝑄 = Q = →Ngõ = 𝑄̅ = → Transistor hồi tiếp lúc không dẫn (OA viết tắt: OP – AMP) Tụ C tiếp tụ nạp từ điện áp ⅓ Vcc → ⅔ Vcc: Lúc này, V+1 < V-1 Do 𝑂𝐴1 = V+2 < V-2 Do 𝑂𝐴2 = R = 0, S = –> Q, 𝑄̅ giữ trạng thái trước (Q=1, 𝑄̅=0) Transistor lúc không dẫn Tụ C nạp qua ngưỡng ⅔ Vcc: Lúc này, V+1 < V-1 Do 𝑂𝐴1 = V+2 > V-2 Do 𝑂𝐴2 = R = 1, S = → Q=0, 𝑄̅= 𝑄̅= → Transistor dẫn, điện áp chân xuống 0V ! Tụ C xả qua Rb Với thời Rb.C Điện áp tụ C giảm xuống do lúc tụ C trình xả, làm cho điện áp tụ C nhảy xuống ⅔ Vcc 15 Tụ C tiếp tục xả từ điện áp ⅔ Vcc – ⅓ Vcc Lúc này, V+1 < V-1 Do 𝑂𝐴1 = V+2 < V-2 Do 𝑂𝐴2 = R = 0, S = → Q, 𝑄̅ giữ trạng thái trước (Q=0, 𝑄̅=1) Transistor dẫn Tụ C xả qua ngưỡng ⅓ Vcc: Lúc V+1 > V-1 Do 𝑂𝐴1 = V+2 < V-2 (V-2 = ⅔ Vcc) Do 𝑂𝐴2 = R = 0, S = → Q = 1, 𝑄̅ = Q = → Ngõ = 𝑄̅ = → Transistor không dẫn → chân mức thấp tụ C lại nạp điện với điện áp ban đầu ⅓ Vcc 2.2.2 Khối đếm - Linh kiện cần dùng: IC7476 Hình Sơ đồ chân IC7476 16 a Chức Mạch đếm loại mạch điện sử dụng FF ghép lại với để thực thao tác đến có tín hiệu xung đầu vào mạch đến lần thực thao tác nghiệp tín hiệu xung đầu vào sau xung đầu vào đầu có đếm tăng lên giảm đơn vị thay đổi theo trình tự logic định b Nguyên lý hoạt động Hình Mạch nguyên lý IC7476 JK-FF loại Flip Flop có hai đầu vào chức J,K hai đầu Đầu vào J đóng vai trị thiết lập, đầu vào K đóng vai trị xóa theo quy tắc: - JK = 00 : FF Giữ nguyên trạng thái cũ - JK = 01 : FF chuyển đến trạng thái - JK = 10 : FF chuyển đến trạng thái - JK = 11 : FF đảo trạng thái 17 2.2.3 Khối giải mã - Linh kiện cần dùng: IC7447 Hình Sơ đồ chân IC7447 a Chức Mạch giải mã mạch có chức ngược lại với mạch mã hóa tức có mã số tác động vào ngõ vào tương ứng có ngõ tác động ,mã ngõ vào thường mã ngõ Mạch giải mã ứng dụng ghép kênh liệu, hiển thị LED đoạn, giải mã địa nhớ b Nguyên lý hoạt động 18 BCD 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 a 1 1 1 1 0 0 b 1 1 0 1 0 0 c 1 1 1 1 1 0 0 d 1 1 1 1 1 e 1 0 1 0 f 0 1 1 0 1 g 0 1 1 1 1 1 Hiển thị Bảng Giải mã NBCD sang mã vạch sử dụng cho LED - Nhìn bảng chân lý ta thấy với đầu vào sau giải mã cho 15 giá trị LED đoạn hiển thị lên LED đoạn - Sự hoạt động mạch thể bảng chân lý, ngõ tắt sáng Nghĩa 74LS47 thúc đèn led đoạn đoạn a,b,c,d,e,f,g đèn sáng hay tắt tùy vào ngõ tương ứng 74LS47 hay - Ngõ vào xóa RBI để hay nối lên mức dùng để xóa số (số thừa phía sau số thập phân hay số trước số có nghĩa) Khi RBI ngõ vào A,B,C,D mức ngõ vào LT mức ngõ tắt ngõ vào xóa dạng 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 0-15 đèn led hiển thị số hình bên 19 2.2.4 Khối hiển thị - Linh kiện sử dụng: Led anode chung Hình Sơ đồ chân led a Chức Hệ thống hiển thị hệ thống điều khiển logic nhằm làm hiển thị ký tự hình ảnh mong muốn (chữ ,chữ số ) hệ thống hiển thị bao gồm phần tử hiển thị vi mạch điều khiển chúng Trong thiết bị để báo trạng thái hoạt động thiết bị người ta sử dụng với thông số dãy số đơn theo yêu cầu đề hiển thị LED b Nguyên lý hoạt động Tất chân anode nối với với logic Mỗi phân đoạn chiếu sáng cách sử dụng điện trở tín hiệu logic (hay low) vào cực cathode (từ a đến g) Hình Cấu tạo led anode chung 20 2.3 Mô Sử dụng phần mềm Proteus Professional kết tính tốn mục 2.1.3, bước mơ đếm sản phẩm máy tính Proteus Professional phần mềm mô sử dụng rộng rãi Sử dụng Proteus Professional ta phác thảo mạch nguyên lý, mơ hoạt động mạch ngồi thực tế, thiết kế PCB đưa hình ảnh trực quan mạch thành phẩm dạng 3D phục vụ cho việc chế tạo Hình 10 Mơ mạch proteus Phần Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm, hiệu chỉnh 3.1 Chế tạo 3.1.1 Vẽ mạch in - Sử dụng phần mềm Altium Design để thiết kế mạch in - Altium Design công cụ vẽ mạch điện tử mạnh Được phát triển hãng Altium Limited Altium designer phần 21 mềm chuyên nghành sử dụng thiết kế mạch điện tử Nó phần mềm mạnh với nhiều tính thú vị, nhiên phần mềm cịn người biết đến so với phần mềm thiết kế mạch khác orcad hay proteus Hình 11 Mạch in vẽ Altium Design 3.1.2 Chuẩn bị linh kiện - Các linh kiện sử dụng mạch gồm: Số lượng 1 1 1 Tên linh kiện NE555P SN74LS76AN SN74HC86N SN74HC32N SN74HC08N SN74LS47N LED Nút nhấn Tụ hóa 100uf Chân cấp nguồn Điện trở 1,2k Điện trở 6,2k Điện trở 2,4k Bảng Danh sách linh kiện 22 3.2 Lắp ráp - Dùng máy hàn hàn linh kiện vào mạch in làm ta mạch sau: Hình 12 Mạch đếm thuận nghịch, đồng kđ =16 3.3 Thử nghiệm, hiệu chỉnh Lần Thử nghiệm Hiệu chỉnh Mạch không hoạt động Nối lại số chỗ mạch in bị đứt Mạch hoạt động sai Hàn chập chân linh kiện Mạch đếm bị nhảy số Lỗi ic7447 Bảng Thử nghiệm hiệu chỉnh 23 Kết luận Qua trình học tập chúng em cô “Nguyễn Thị Thu Hà” truyền lại kiến thức môn “Điện tử số” Chúng em tiếp nhận kiến thức định lựa chọn đồ án đề tài: “Thiết kế đếm nhị phân, thuận nghịch, đồng Kđ=16, sử dụng JK-FF hiển thị số đếm LED thanh” Do thời gian có hạn kinh nghiệm thành viên nhóm chưa có tình hình dịch bệnh trở ngại lớn chúng em, với giúp đỡ bảo giáo viên hướng dẫn giúp nhóm em hồn thành nhiệm vụ Nhóm em cố gắng tiếp thu kiến thức không ngừng học hỏi để áp dụng vào cơng việc thực tế sau Nhóm em chân thành cảm ơn! 24 ... gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo độ xác cao Nên chúng em định lựa chọn đề tài: ? ?Thiết kế đếm nhị phân, thuận nghịch, đồng Kđ=16, sử dụng JK-FF hiển thị số đếm LED thanh? ?? Qua thiết kế mạch chúng... viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà Tên đề tài: Thiết kế đếm nhị phân, thuận nghịch, đồng Kđ=16, sử dụng JK-FF hiển thị số đếm LED NỘI DUNG THỰC HIỆN Nội dung cần thực CĐR Lập kế hoạch làm việc L1.3... Chúng em tiếp nhận kiến thức định lựa chọn đồ án đề tài: ? ?Thiết kế đếm nhị phân, thuận nghịch, đồng Kđ=16, sử dụng JK-FF hiển thị số đếm LED thanh? ?? Do thời gian có hạn kinh nghiệm thành viên nhóm