Thiết kế bộ đếm nhị phân, thuận, đồng bộ Kđ = 10, sử dụng JKFF hiển thị số đếm trên led 7 thanh

Thiết kế bộ đếm nhị phân, thuận, đồng bộ Kđ = 10, sử dụng JKFF hiển thị số đếm trên led 7 thanhThiết kế bộ đếm nhị phân, thuận, đồng bộ Kđ = 10, sử dụng JKFF hiển thị số đếm trên led 7 thanhThiết kế bộ đếm nhị phân, thuận, đồng bộ Kđ = 10, sử dụng JKFF hiển thị số đếm trên led 7 thanhThiết kế bộ đếm nhị phân, thuận, đồng bộ Kđ = 10, sử dụng JKFF hiển thị số đếm trên led 7 thanhThiết kế bộ đếm nhị phân, thuận, đồng bộ Kđ = 10, sử dụng JKFF hiển thị số đếm trên led 7 thanhThiết kế bộ đếm nhị phân, thuận, đồng bộ Kđ = 10, sử dụng JKFF hiển thị số đếm trên led 7 thanh

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ  - BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC KĨ THUẬT XUNG SỐ ĐỀ TÀI: Thiết kế đếm nhị phân,thuận,đồng Kđ=10,sử dụng JK-FF,hiển thị số đếm LED Giáo viên hƣớng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 11 Nguyễn Văn Vũ 2018601559 Dƣơng Văn Thức 2018600507 Nguyễn Kiếm Trung 2018600238 Hà nội -2021 MỤC LỤC MỤC LỤC Danh mục hình ảnh PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM LỜI NÓI ĐẦU Chương 1.Tổng quan đếm 1.1.Giới thiệu đề tài 1.1.1.Lý chọn đề tài 1.1.2.Mục tiêu nhiệm vụ đề tài 1.1.3.Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.1.4.Ý nghĩa nghiên cứu 1.1.5.Phương pháp nghiên cứu 10 1.2.Tổng quan đếm 10 1.2.1.Khái niệm 10 1.2.2.Đồ hình trạng thái 10 1.2.3.Phân loại 11 Chương 2.Tính tốn,thiết kế mơ đếm nhị phân,thuận,đồng Kđ=10,sử dung JK-FF,hiển thị số đếm LED 10 2.1.Thiết kế đếm 10 2.2.Tính tốn 11 2.3.Mô 13 Chương 3.Chế tạo,lắp ráp,thử nghiệm hiệu chỉnh 17 3.1.Lựa chọn linh kiện 17 3.1.1 Giá trị, chức linh kiện, cách lắp linh kiện 17 3.1.2.Nguyên lý làm việc 17 3.2.Lắp ráp thử nghiệm 24 3.2.1.Lắp ráp 24 3.2.2.Chạy thử nghiệm 24 Chương 4.Đánh giá kết luận 26 4.1.Đánh giá sản phẩm 26 4.2.Tính thực sản phẩm 26 4.3.Đề xuất cải tiến hướng phát triển 26 Danh mục hình ảnh Hình 1.Sơ đồ khối đếm 10 Hình Đồ hình mơ tả hoạt động đếm 11 Hình 3.Sơ đồ khối đếm 10 Hình 4.Đồ hinhg trạng thái 11 Hình 5.Mơ proteus 13 Hình 6.Mơ proteus 14 Hình 7.Mơ proteus 14 Hình 8.Mơ altium 15 Hình 9.Mạch in 2D mô phần mềm altium 16 Hình 10.Mạch in 3D mô phần mềm altium 16 Hình 11.IC giải mã 74LS47 17 Hình 12.Sơ đồ cấu tạo chân IC 74LS47 18 Hình 13.IC JKFF 74LS73 18 Hình 14.Sơ đồ cấu tạo chân nguyên lý hoạt động IC 74LS73 19 Hình 15.LED 20 Hình 16.Sơ đồ chân LED 20 Hình 17.IC 74LS08 21 Hình 18.Sơ đồ chân 7408 21 Hình 19.Khối tạo xung 22 Hình 20.IC NE555 22 Hình 21.Mơ hình thực tế mạch 24 Hình 22.Chạy thực tế mạch 24 Hình 23.Chạy thực tế mạch 25 Danh mục bảng biểu Bảng 1.Bảng chuyển đổi trạng thái giá trị đầu vào kích 12 Bảng Bảng liệt kê linh kiện, giá trị linh kiện chức 17 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM Họ tên sinh viên : Dƣơng Văn Thức Mã sinh viên:2018600507 Nguyễn Kiếm Trung Mã sinh viên:2018600238 Nguyễn Văn Vũ Mã sinh viên:2018601559 Lớp: 20202FE6021001 Khoá: 13 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà Tên đề tài: Thiết kế đếm nhị phân,thuận,đồng Kđ=10,sử dung JKFF,hiển thị số đếm LED NỘI DUNG THỰC HIỆN TT 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 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 TT Tên sản phẩm Mô hình (mạch điện) Quyển báo cáo Slide thuyết minh đồ án Định dạng Số lƣợng 01 Theo định 01 815/QĐ-ĐHCN 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 Trƣởng môn Giảng viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Thu Hà LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ,cuộc sống người có thay đổi ngày tốt hơn, với trang thiết bị đại phục vụ cơng cơng nghiệp hố, đại hố đất nước.Đặc biệt góp phần vào phát triển ngành kĩ thuật điện tử góp phần khơng nhỏ nghiệp xây dựng phát triển đất nước.Những thiết bị điện,điện tử phát triển mạnh mẽ ứng dụng rỗng rãi đời sống sản suất.Từ thời gian đầu phát triển kĩ thuật số cho thấy ưu việt ngày tính ưu việt ngày khẳng định thêm.Những thành tựu biến tưởng chừng thành có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất tinh thần cho người Để góp phần làm sáng tỏ hiệu ứng dụng thực tế môn kĩ thuật xung số chúng em sau thời gian học tập thầy cô giáo khoa giảng dạy kiến thức chuyên nghành,đồng thời giúp đỡ nhiệt tình cô Nguyễn Thị Thu Hà,cùng với lỗ lực thân, chúng em “Thiết kế đếm nhị phân,thuận,đồng Kđ=10,sử dung JK-FF,hiển thị số đếm LED “ thời gian, kiến thức kinh nghiệm chúng em cịn có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót.Chúng em mong giúp đỡ tham khảo ý kiến thầy bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài Chƣơng 1.Tổng quan đếm 1.1.Giới thiệu đề tài 1.1.1.Lý chọn đề tài Chúng ta sống kỉ khoa học-kĩ thuật,của tri thức với phát triển nhanh chóng,mạnh mẽ cơng nghệ thơng tin khoa học ứng dụng.Kĩ thuật số nằm số đó,nó phát triển nhanh ứng dụng rộng rãi lĩnh vực xã hội.Chúng ta chuyển dần từ điều khiển tay sang điều khiển tự động Ngày công nghệ vi điện tử phát triển mạnh mẽ với đời hàng loạt vi mạch.Sự phát triển kĩ thuật số khiến cho nhu cầu tiếp xúc với điện tử số thiếu Để xây dựng thiết bị số hồn chỉnh phải có mạch đếm,thanh ghi,bộ nhớ mạch đếm thơng số hệ thống.Mạch đếm thuận sử dụng JK-FF mạch đếm thơng dụng bản.Chính chúng em lựa chọn đề tài để báo cáo 1.1.2.Mục tiêu nhiệm vụ đề tài -Mục tiêu: +Tìm hiểu mạch đếm số vấn đề liên quan +Hoàn thành thiết kế-thực nghiệm thực tế,mạch hoạt động ổn định với độ bền cao -Nhiệm vụ: +Tìm hiểu kiến thức mạch đếm +Tìm hiểu vi mạch đếm thơng dụng mạch tạo xung sử dụng IC555 +Mạch giải mã hiển thị +Thiết kế đếm nhị phân,thuận,đồng Kđ=10,sử dụng JK-FF hiển thị số đếm LED 1.1.3.Đối tượng phạm vi nghiên cứu Lý thuyết mạch đếm nhị phân thiết kế mạch đếm nhị phân Mạch đếm nhị phân,thuận,đồng sử dụng JK-FF 1.1.4.Ý nghĩa nghiên cứu Nắm vững,hiểu biết mạch đếm Nâng cao kĩ thực hành,lắp ráp thiết kế mạch đếm 1.1.5.Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm 1.2.Tổng quan đếm 1.2.1.Khái niệm Mạch đếm mạch dãy đơn giảm xây dựng từ phần tử nhớ phần tử tổ hợp, mạch đếm thành phần hệ thống số Bộ đếm mạch dãy tuần hồn có đầu vào đếm đầu ra, mạch có số trạng thái hệ số đếm (Kđ) Dưới tác động tín hiệu vào đếm mạch chuyển từ trạng thái đến trạng thái khác thoe thứ tự định Cứ sau Kđ lần tín hiệu vào đếm, mạch trở trạng thái xuất phát ban đầu Bộ đếm thực việc đếm dãy xung có xung điều khiển có đầu vào Do đó, xung đồng (CLK) xuất khác thời điểm xung đếm (Xđ) xuất việc đếm xung khơng thực nên mạch đếm phải có xung đếm đưa vào dãy xung đồng hay mạch đếm có đầu vào Hình 1.Sơ đồ khối đếm 1.2.2.Đồ hình trạng thái -Đồ hình mơ hình mơ tả chuyển đổi trạng thái mơ tả hoạt động đếm 10 Hình Đồ hình mơ tả hoạt động đếm -Khi khơng có tín hiệu vào đếm ( ) mạch giữ ngun trạng thái ban đầu (i i) có tín hiệu vào đếm (Xđ) mạch chuyển đến trạng thái kế tiếp( i i+1) -Khi đếm trạng thái tác động tín hiệu vào đếm đếm trở trạng thái ban đầu đồng thời xuất tín hiệu lần -Trong trường hợp cần hiển thị trạng thái đếm phải dùng thêm mạch giải mã 1.2.3.Phân loại -Có nhiều cách phân loại đếm: Phân loại theo cách làm việc: Bộ đếm đồng (Synchronous counter): đếm mà chuyển đổi trạng thái FF diễn đồng thời có tác động xung đếm Mọi chuyển đổi trạng thái (từ Si sang trạng thái Sj) không thông qua trạng thái trung gian (Si Sj) Xung đồng tác động đồng thời tới phần tử nhớ Bộ đếm không đồng (Asynchronous counter): đếm tồn cặp chuyển biến trạng thái Si Sj mà FF khơng thay đổi trạng thái đồng thời (Si Si’ Si’’ Sj) Xung đồng tác động không đồng thời tới FF Phân loại theo hệ số đếm: 11 Bộ đếm có hệ số đếm Kđ = : Bộ đếm có hệ số đếm cực đại, sử dụng n FF để mã hoá trạng thái cho đếm khả mã hoá tối đa (Kđ = 2, 4, 8, 16 ) Bộ đếm có hệ số đếm Kđ = : Sử dụng n FF để mã hoá trạng thái cho đếm, có ( - Kđ) trạng thái không sử dụng đến Do thiết kế đếm cần phải lưu ý đến trạng thái khơng sử dụng tức cần phải có biện pháp làm cho đếm thoát khỏi trạng thái cách hợp lý để trở chu trình mà phải đảm bảo đếm thiết kế đơn giản (Kđ = 3, 5, 6, 7, 10 ) Phân loại theo mã: Quá trình đếm đếm trình thay đổi từ trạng thái đến trạng thái khác trạng thái đếm mã hoá mã cụ thể Cùng đếm có nhiều cách mã hố trạng thái khác nhau, cách mã hoá khác tương ứng với mạch thực khác Mã nhị phân, Mã Gray Mã BCD, Mã Johnson Mã vòng Phân loại theo hướng đếm: + Bộ đếm thuận (Up counter): đếm mà có tín hiệu vào đếm (Xđ) trạng thái đếm tăng lên (Si Si+1) + Bộ đếm nghịch (Down counter): đếm mà có tín hiệu vào đếm (Xđ) trạng thái đếm giảm (Si Si-1) Chú ý: Khái niệm thuận nghịch tương đối chủ yếu vấn đề mã hoá trạng thái đếm Bộ đếm thuận nghịch: đếm vừa có khả đếm thuận vừa có khả đếm nghịch Phân loại theo khả lập trình: +Bộ đếm có khả lập trình: Kđ thay đổi phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển +Bộ đếm khơng có khả lập trình: Kđ cố định, không thay đổi 12 -Bảng chuyển đổi trạng thái giá trị đầu vào kích: S 0000 0001 0X 0X 0X 1X 0001 0010 0X 0X 1X X1 0010 0011 0X 0X X0 1X 0011 0100 0X 1X X1 X1 0100 0101 0X X0 0X X1 0101 0110 0X X0 1X X1 0110 0111 0X X0 X0 1X 0111 1000 1X X1 X1 X1 1000 1001 X0 0X 0X 1X 1001 0000 X1 0X 0X X1 Bảng 1.Bảng chuyển đổi trạng thái giá trị đầu vào kích -Xác định phương trình đầu vào kích:Từ bảng chuyển đổi trạng thái,ta có hệ phương trình kích tối thiểu hóa: 𝑄 𝑄 𝑄 𝑄 𝑄 𝑄 𝑄 𝑄 00 01 11 10 00 X 00 00 X X 01 X 01 X X 11 11 X X X X 10 X 10 X X X X J1 𝑄 𝑄 𝑄 𝑄 00 00 01 11 10 X 01 1 11 X X X X X J2 10 X X X X 𝑄 𝑄 𝑄 𝑄 00 00 X 01 X 11 X 10 X 01 1 X 11 1 X X 10 X X X X 11 1 X X 10 K1 01 X X X X X X K2 12 𝑄 𝑄 𝑄 𝑄 00 00 01 X 11 10 X 01 11 X X X X X 10 X X X 𝑄 𝑄 𝑄 𝑄 00 00 X 01 11 X 10 X J3 𝑄 𝑄 𝑄 00 01 11 10 𝑄 00 X X 01 11 10 X X X X X X 𝑄 𝑄 00 00 X 01 X 11 10 X 𝑄 𝑄 J4 01 X 11 X X X X X K3 10 X 01 X X X 10 X X X X 11 X X X X K4 X X CLK*=1 có xung nhịp CLK đếm không trạng thái khơng sử dụng.Sáu trạng thái có phương trình là: 2.3.Mơ -Sơ đồ mơ đếm nhị phân,thuận,đồng Kđ=10,sử dung JK-FF: -Trên phần mềm proteus Hình 5.Mơ proteus 13 Hình 6.Mơ proteus Hình 7.Mơ proteus 14 -Trên phần mềm altium: Hình 8.Mơ altium 15 Hình 9.Mạch in 2D mơ phần mềm altium Hình 10.Mạch in 3D mô phần mềm altium 16 Chƣơng 3.Chế tạo,lắp ráp,thử nghiệm hiệu chỉnh 3.1.Lựa chọn linh kiện 3.1.1 Giá trị, chức linh kiện, cách lắp linh kiện -Ta cần linh kiện sau: IC NE555,7SEG9LED thanh),IC 74LS08,IC 74LS73, IC 74LS47, nút nhấn, điện trở, tụ điện,… Tên linh kiện IC giải mã 74LS47 Giá trị 5V IC 74LS73 7SEG(LED thanh) IC 74LS08 5V 2.2V 5V IC NE555 2V-18V Chức IC giải mã cho LED 7SEG Trigger JK-FF Hiển thị giá trị số đếm Cổng logic AND,điều khiển tín hiệu mạch đếm Tạo xung cho mạch điều khiển Bảng Bảng liệt kê linh kiện, giá trị linh kiện chức 3.1.2.Nguyên lý làm việc IC giải mã 74LS47 Hình 11.IC giải mã 74LS47 17 Hình 12.Sơ đồ cấu tạo chân IC 74LS47 -Chân 16 cấp nguồn 5V -Chân nối mass -Các chân 1,2,6,7 chân tín hiệu vào ứng với B,C,D,A -Các chân 15,14,13,12,11,10,9 chân ,các chân nối với led nối hình -Chân thứ LT(Lamp test ) tên gọi chân chân kiểm tra led đoạn,nếu ta cắm chân xuống mass giải mã sáng lúc với đoạn.Chân phục vụ để kiểm tra xem có led bị hỏng hay không thực tế không sử dụng -Chân BI/RB0 ln ln kết nối với mức cao ,nếu kết nối với mức thấp tồn led khơng sáng bất chấp trạng thái ngõ vào -Chân RBI kết nối với mức cao JKFF 74LS73 Hình 13.IC JKFF 74LS73 18 Hình 14.Sơ đồ cấu tạo chân nguyên lý hoạt động IC 74LS73 -Chân cấp nguồn 5V -Chân 11 nối mass -Chân 3,14,7,10(chân K1,J1,J2,K2) chân tín hiệu vào Ic ,Các chân thay đổi trạng thái kết hợp với xung clock cho ngõ Q theo ý muốn người thiết kế -Chân 1,5(chân CLK) chân xung clock Trigger , tích cực sườn xuống xung nghĩa làm việc khoảng thời gian xung từ mức cao chuyển xuống mức thấp ,còn ta cấp mức cap mức thấp không làm việc -Chân 2,6(chân CLR) chân Clear có nhiệm vụ xoa trạng thái tích cực mức thấp ta nối xuống mass hoạt động cịn nối lên mức cao khơng hoạt động -Chân 12,9(chân Q1,Q2) chân trạng thái bình thường Trigger JK -Chân 13,8 (chân đảo ) chân trạng tháo đảo với chân 12,9 19 LED Hình 15.LED Hình 16.Sơ đồ chân LED IC 74LS08(AND) -Thông số kỹ 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 -Cổng AND có đầu vào đầu Mỗi giá trị có giá trị “0” “1” giá trị đầu phụ thuộc vào giá trị đầu vào Đầu “1” hai giá trị đầu vào “1” 20 Hình 17.IC 74LS08 Hình 18.Sơ đồ chân 7408 Chân 1,2; 4,5; 9,10; 12,13: Các cặp đầu vào Chân 3, 6, 8, 11: Các đầu AND 21 Khối tạo xung – IC 555 IC 555 Ic tạo xung đa năng, Tạo xung vng đơn giản Hình 19.Khối tạo xung Hình 20.IC NE555 Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân gọi chân chung Chân số (TRIGGER): chân đầu vào thấp điện áp so sánh dùng chân chốt hay ngõ vào tần so áp Mạch so sánh dùng transistor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3 Vcc Chân số (OUTPUT): chân chân dùng để lấy tín hiệu logic Trạng thái tín hiệu xác định theo mức Mức mức cao, tương đương với gần Vcc (PWM=100%) mức tương đương với 0V mà thực tế mức khơng 0V mà khoảng 0.35-0.75V 22 Chân 4(RESET): dùng lập định mức trạng thái Khi chân số nối mass ngõ mức thấp Còn chân nối vào mức điện áp cao trạng thái ngõ tùy theo mức điện áp chân chân Nhưng mà mạch để tạo dao động thường hay nối chân lên Vcc Chân 5(CONTROL VOLTAGE) Dùng làm thay đồi mức áp chuẩn IC 555 theo mức biến áp hay dùng điện trở cho nối GND Chân khơng nối mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF tụ lọc nhiễu giữ cho điện áp chuẩn ổn định Chân số 6(THRESHOLD): chân đầu vào so sánh điện áp khác dùng chân chốt Chân số 7(DISCHAGER): xem chân khóa điện tử chịu điều khiển tầng logic chân Khi chân mức áp thấp khóa đóng lại, ngược lại mở Chân tự nạp xả điện cho mạch R-C lúc IC 555 dùng tầng dao động Chân số 8(Vcc) chân cung cấp áp dòng cho IC hoạt động Khơng có chân coi IC chết Nó cấp điện áp từ 2V-18V -Tần số tính sau: Trong đó: C3 tụ nối với chân số R1 chân biến trở R2 chân chân 23 3.2.Lắp ráp thử nghiệm 3.2.1.Lắp ráp Hình 21.Mơ hình thực tế mạch 3.2.2.Chạy thử nghiệm Hình 22.Chạy thực tế mạch 24 Hình 23.Chạy thực tế mạch 25 Chƣơng 4.Đánh giá kết luận 4.1.Đánh giá sản phẩm -Ưu điểm: +Mạch chạy yêu cầu, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt, chi phí phù hợp +Số đếm điều chỉnh đếm nhanh hay chậm biến trở +Mơ hình thực tế rút gọn nhiều linh kiện chạy thử nghiệm,mơ máy tính đảm bảo xác -Nhược điểm: Bố trí mạch chưa khoa học, thiết kế chưa mang tính cơng nghiệp 4.2.Tính thực sản phẩm Đây đề tài hay ứng dụng nhiều đời sống công nghiệp Nhằm tăng suất, hiệu công việc giảm sức lao động người Mạch đếm đưa vào sử dụng thay người công việc đếm sản phẩm, đếm thời gian, đèn giao thông, chia tần số điều khiển mạch khác… Với đặc điểm tiện lợi, xác cao, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt, mạch đếm nhanh chóng biết đến sử dụng rộng rãi lĩnh vực 4.3.Đề xuất cải tiến hƣớng phát triển -Hướng phát triển: Có thể thay linh kiện, IC tạo xung, IC điều khiển, IC giải mã… linh kiện khác thị trường mà đáp ứng nhu cầu đề tài. -Đề xuất cải tiến: thiết kế mạch phù hợp hơn, để mạch thống nhất, không bị rối mắt phải câu dây nhiều. 26