Bài tập lớn thiết kế mạch đếm thuận, nhị phân, đồng bộ kđ = 8, sử dụng JK FF hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh, có đầu ra báo khi đếm được 3 xung

Bài tập lớn thiết kế mạch đếm thuận, nhị phân, đồng bộ kđ = 8, sử dụng JK FF hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh, có đầu ra báo khi đếm được 3 xung Bài tập lớn thiết kế mạch đếm thuận, nhị phân, đồng bộ kđ = 8, sử dụng JK FF hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh, có đầu ra báo khi đếm được 3 xung Bài tập lớn thiết kế mạch đếm thuận, nhị phân, đồng bộ kđ = 8, sử dụng JK FF hiển thị kết quả đếm trên LED 7 thanh, có đầu ra báo khi đếm được 3 xung

+ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ  - BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC KĨ THUẬT XUNG SỐ ĐỀ TÀI: Thiết kế mạch đếm thuận, nhị phân, đồng Kđ = 8, sử dụng JK-FF hiển thị kết đếm LED thanh, có đầu báo đếm xung Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 05 Nguyễn Đăng Tồn 2018601449 Vũ Cơng Tuyền 2018600418 Nguyễn Đức Việt 2018600927 Hà nội -2021 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM Họ tên sinh viên : Nguyễn Đăng Tồn Mã sinh viên:2018601449 Vũ Cơng Tuyền Mã sinh viên:2018600418 Nguyễn Đức Việt Mã sinh viên:2018600927 Lớp: 20202FE6021001 Khoá: 13 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà Tên đề tài: Thiết kế mạch đếm thuận, nhị phân, đồng Kđ = 8, sử dụng JK-FF hiển thị kết đếm LED thanh, có đầu báo đếm xung 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 Tính tốn thiết kế, xây dựng phân tích mơ hình L1.2; L1.3 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 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 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BỘ 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 10 1.1.4 Ý nghĩa nghiên cứu 10 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 11 1.2.3 Phân loại 11 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM THUẬN, NHỊ PHÂN, ĐỒNG BỘ KĐ = 8, SỬ DỤNG JK-FF HIỂN THỊ KẾT QUẢ ĐẾM TRÊN LED THANH, CÓ ĐẦU RA BÁO KHI ĐẾM ĐƯỢC XUNG 13 2.1 Thiết kế đếm 13 2.2 Tính tốn 14 2.2.1 Thiết kế đếm thuận,nhị phân đồng bộ,Kđ=8 sử dụng JK-FF hiển thị số đếm led 14 2.2.2 Thiết kế báo led đếm xung 16 2.3 Mô 18 CHƯƠNG CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 20 3.1 Lựa chọn linh kiện 20 3.1.1 Giá trị, chức linh kiện, cách lắp linh kiện 20 3.1.2 Nguyên lý làm việc 21 3.2 Lắp ráp thử nghiệm 26 3.2.1 Lắp ráp 26 3.2.2 Chạy thử nghiệm 26 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 28 4.1 Đánh giá sản phẩm 28 4.1.1 Ưu điểm 28 4.1.2 Nhược điểm 28 4.2 Tính thực sản phẩm 28 4.3 Đề xuất cải tiến hướng phát triển 28 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ khối đếm 11 Hình 1.2 Đồ hình trạng thái 11 Hình 2.1 Sơ đồ khối đếm 13 Hình 2.2 Đồ hình trạng thái 15 Hình 2.3 Đồ hình trạng thái cho đếm xung 16 Hình 2.4 Sơ mơ Proteus 18 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý Altium 18 Hình 2.6 Mạch in 2D Altium 19 Hình 2.7 Mạch 3D Altium 20 Hình 3.1 IC 74LS73 21 Hình 3.2 Sơ đồ cấu tạo chân nguyên lý hoạt động IC 74LS73 22 Hình 3.3 LED 23 Hình 3.4 IC 74LS247 23 Hình 3.5 IC 555 24 Hình 3.6 Mơ hình mạch thực tế 26 Hình 3.7 Chạy thử nghiệm 27 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 khơng thể 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 Nguyễn Thị Thu Hà, với lỗ lực thân, chúng em “Thiết kế đếm nhị phân, thuận, đồng Kđ=8, sử dung JK-FF,hiển thị số đếm LED thanh, có đầu báo đếm xung “ 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 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐẾM 1.1 Giới thiệu đề tài 1.1.1 Lý chọn đề tài Chúng ta sống kỉ khoa học-kĩ thuật, 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 hoàn chỉnh phải có mạch đếm,thanh ghi,bộ nhớ mạch đếm thông số hệ thống.Mạch đếm thuận sử dụng JK-FF mạch đếm thơng dụng 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 thông dụng mạch tạo xung sử dụng IC555 +Mạch giải mã hiển thị +Thiết kế đếm nhị phân,thuận,đồng Kđ=8, 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 10 Hình 0.1 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 Khi khơng có tín hiệu vào đếm ( ) mạch giữ nguyên 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 Hình 0.2 Đồ hình trạng thái 1.2.3 Phân loại Có nhiều cách phân loại đếm: * Phân loại theo cách làm việc: 11 Bước 3: Xác định số phần tử nhớ cần sử dụng, mã hóa trạng thái đếm theo mã cho Số phần tử nhớ xác định sau: Mã nhị phân mã Gray n ≥ log2 Kđ Mã vòng n = Kđ Mã Johnson n=1/2 Kđ Bước 4: Xác định hàm kích FF hàm ra: Dựa vào bảng chuyển đổi trạng thái, bảng để xác định phương trình kích cho FF phương trình hàm Bước 5: Vẽ sơ đồ mạch thực Từ phương trình đầu vào kích FF phương trình hàm đưa sơ đồ mạch thực Thiết kế mơ phỏng: Để có đếm làm việc hai chức năng: thuận nghịch người ta sử dụng thêm tín hiệu điều khiển Giả sử gọi tín hiệu điều khiển R, ta quy ước sau: R = đếm thuận, R= đếm nghịch Khi phương trình đầu vào kích FF là: Ji = Jith + Jing.R Ki Kith + King.R Tính tốn: Bộ đếm thuận đồng mã nhị phân với Kđ = 10 Kđ = 10, có 10 trạng thái, cần sử dụng phần tử nhớ JK-FF 2.2 Tính tốn 2.2.1 Thiết kế đếm thuận,nhị phân đồng bộ,Kđ=8 sử dụng JK-FF hiển thị số đếm led Với Kđ=8,cần sử dụng FF Ta có đồ hình trạng thái: 14 Hình 0.2 Đồ hình trạng thái Bảng chuyển đổi trạng thái giá trị đầu vào kích: Xác định phương trình đầu vào kích:Từ bảng chuyển đổi trạng thái,ta thiết lập bảng Karnaugh cho phương trình đầu vào kích: 15 Từ bìa Karnaugh suy phương trình đầu vào kích: J0=K0=1 J1=K1=Q0 J2=K2= Q0 Q1 2.2.2 Thiết kế báo led đếm xung Đồ hình trạng thái: 00 01 10 Hình 2.3 Đồ hình trạng thái cho đếm xung => Sử dụng 2FF Thiết lập bảng chuyển đổi trạng thái: 16 BĐ TT J1 K1 J0 K0 Q1Q0 Q1Q0 00 01 x x 01 10 x x 10 00 x x Từ bảng chuyển đổi trạng thái ta thiết lập bìa Karnaugh để rút gọn trạng thái cho phương trình đầu vào kích: Từ bìa Karnaugh ta rút gọn phương trình đầu vào kích cho báo đếm xung K0 = K1= ̅̅̅̅ J0 = Q1 J1 = Q0 17 2.3 Mô Sơ đồ mô đếm nhị phân, thuận, đồng Kđ=8, sử dung JK-FF, có đầu báo đếm xung (Trên phần mềm proteus) Hình 0.3 Sơ mơ Proteus Sau mơ Sau vẽ sơ đồ nguyên lý phần mềm altium: Hình 0.4 Sơ đồ nguyên lý Altium 18 Sau vẽ xong sơ đồ nguyên lý dây theo sơ đồ nguyên lý ta được: Hình 0.5 Mạch in 2D Altium 19 Hình 0.6 Mạch 3D Altium CHƯƠNG CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 3.1 Lựa chọn linh kiện 3.1.1 Giá trị, chức linh kiện, cách lắp linh kiện Tên linh kiện Giá trị Số lượng Chức IC 74LS247 5V IC giải mã cho LED 7SEG IC 74LS73 5V Trigger JK-FF LED 2.2V Hiển thị giá trị số đếm 20 IC 74LS08 IC NE555 5V 2V18V Cổng logic AND,điều khiển tín hiệu mạch đếm Tạo xung cho mạch điều khiển LED Green 5v Hiện thị đầu báo xung Tụ 100μF 50V Tạo tần số xung Tụ 1μF 50V Chống nhiễu Điện trở 220 220Ω Chống cháy Điện trở 6k8 6k8 Ω Tạo tần số xung Điện trở 150 150 Ω Chống cháy Cấp nguồn cho mạch Khối nguồn Bảng 0.1 Bảng liệt kê linh kiện, giá trị linh kiện chức 3.1.2 Nguyên lý làm việc IC 74LS73 Hình 3.1 IC 74LS73 21 Hình 0.1 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 khơng 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 22 LED Hình 0.2 LED IC 74LS247 Thông số kỹ thuật: Điện áp cung cấp: 5VDC Dải nhiệt độ hoạt động: -55 ~ 125oC Dòng điện mức cao: IOH = -50uA Dòng điện mức thấ p: IOL = 3.2mA Hình 0.3 IC 74LS247 Khối tạo xung – IC 555 23 Hình 0.4 IC 555 IC 555 Ic tạo xung đa năng, Tạo xung vuông đơn giản 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 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 24 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: 𝐹 = (𝑅 1.44 +2𝑅2 )∗𝐶3 Trong đó: C3 tụ nối với chân số R1 chân biến trở R2 chân chân 25 3.2 Lắp ráp thử nghiệm 3.2.1 Lắp ráp Hình 0.5 Mơ hình mạch thực tế 3.2.2 Chạy thử nghiệm: 26 Hình 0.6 Chạy thử nghiệm 27 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 4.1 Đánh giá sản phẩm 4.1.1 Ưu điểm: Mạch chạy yêu cầu, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt, chi phí phù hợp Mơ hình thực tế rút gọn nhiều linh kiện chạy thử nghiệm,mơ máy tính đảm bảo xác 4.1.2 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 hướng 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, khơng bị rối mắt phải câu dây nhiều 28 ... 1.2 .3 Phân loại 11 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM THUẬN, NHỊ PHÂN, ĐỒNG BỘ KĐ = 8, SỬ DỤNG JK- FF HIỂN THỊ KẾT QUẢ ĐẾM TRÊN LED THANH, CÓ ĐẦU RA BÁO KHI ĐẾM ĐƯỢC XUNG 13 2.1... trình: Kđ cố định, khơng thay đổi CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM THUẬN, NHỊ PHÂN, ĐỒNG BỘ KĐ = 8, SỬ DỤNG JK- FF HIỂN THỊ KẾT QUẢ ĐẾM TRÊN LED THANH, CÓ ĐẦU RA BÁO KHI ĐẾM ĐƯỢC XUNG 2.1 Thiết. .. với Kđ = 10 Kđ = 10, có 10 trạng thái, cần sử dụng phần tử nhớ JK- FF 2.2 Tính tốn 2.2.1 Thiết kế đếm thuận ,nhị phân đồng bộ, K? ?= 8 sử dụng JK- FF hiển thị số đếm led Với K? ?= 8,cần sử dụng FF Ta có