MẠCH BÀN PHÍM SỐ DÙNG IC 74LS147, 74LS47 HIỂN THỊ TRÊN LED 7S

Mạch bàn phím số dùng IC 74LS147 và 74LS47 là một mạch điện tử được sử dụng để giao tiếp với bàn phím số và hiển thị kết quả trên LED 7 đoạn. IC 74LS147 là bộ giải mã 10 đến 4, cho phép đọc tín hiệu từ 10 phím bấm trên bàn phím và chuyển đổi chúng thành mã 4 bit. IC 74LS47 là bộ mã hóa 7 đoạn, cho phép biểu diễn các chữ số và ký tự trên LED 7 đoạn. Mạch bàn phím số này sử dụng một số linh kiện khác như IC 74LS04, IC 74LS32, transistor và resistor để hoạt động và có thể được lập trình để hiển thị các ký tự và chức năng khác nhau trên LED 7 đoạn.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH  ĐỒ ÁN MƠN HỌC: KỸ THUẬT SỐ MẠCH BÀN PHÍM SỐ DÙNG IC 74LS147, 74LS47 HIỂN THỊ TRÊN LED 7S Ngành: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Lớp: 19DDTA1 Giảng viên hướng dẫn: THS VÕ PHI SƠN SVTH: Đinh Tiến Hưng Mã SV: 1911790085 Lớp: 19DDTA1 Tp.HCM, ngày … tháng … năm … LỜI NÓI ĐẦU Lời em xin chân thành cảm ơn tất thầy cô giáo hướng dẫn bảo tận tình thời gian em làm Đồ án điện tử tương tự vừa qua, đặc biệt Viện Kỹ Thuật Hutech tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đồ án Em cảm ơn thầy Võ Phi Sơn người tận tình bảo, giúp đỡ em thực đề tài thời gian hướng Những kiến thức thu nhặt trình nghiên cứu đề tài, phần nhiều thầy hướng dẫn có ích, giúp em hiểu rõ hơn, nắm số vấn đề bản, đồng thời giúp cho em đường học tập sau Với ước mong học hỏi em mong nhận góp ý thầy cô giáo bảo, hướng đẫn thêm để rút kinh nghiệm lần sau làm tốt Nhưng lượng kiến thức hạn chế nên đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong đóng góp thầy để đề tài em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC CHƯƠNG 1: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH……….10 1.1 IC 74LS147 ……………………………………………….… 10 1.1.1 Giới thiệu…… ………………………………….………… … 10 1.1.2 Mạch mã hóa ưu tiên 10 1.1.3 Bảng thật 11 1.2 IC 47LS47 .11 1.2.1 Giới thiệu ………………………………………………… ……11 1.2.2 Hình dạng sơ đồ chân ……………………………… ……12 1.2.3 Hoạt động ………………………………………… … ………13 1.3 IC 74LS04 ………………………………………………… …… 14 1.3.1 Giới thiệu ………………………………………….………… 14 1.3.2 Sơ đồ chân ……………………………………… …… …… 14 1.4 LED 7S ………………………………………………… …… .15 1.4.1 Giới thiệu ……………………………………… ………….……15 1.4.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc ………………… … …………16 1.5 NÚT NHẤN……………………………………………….……….17 1.5.1 Giới thiệu …………………………………………… …………17 1.5.2 Nguyên lý làm việc nút nhấn …………… …… …………18 1.5.3 Ứng dụng …………………………………………… …………18 1.6 ĐIỆN TRỞ……………………………………………… ……… 19 1.6.1 Giới thiệu ……………………………………………….………19 1.6.2 Hình dáng ký hiệu ……………………… ……………….…19 1.6.3 Cách đọc trị số điện trở thực tế ……… …………………20 CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ HOẠT ĐỘNG…………… 21 2.1 SƠ ĐỒ ………………………………………………………… 21 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý…………………………………………….…… 21 2.1.2 Sơ đồ mạch Layout ……………………………………….… …22 2.1.3 Mặt mạch ……………………………………….…….…23 2.1.4 Giới thiệu sơ lược nguyên lý hoạt động……………….………23 2.2 SƠ ĐỒ KHỐI …………………………………………… …24 2.2.1 Sơ đồ khối ………………………………… …24 2.2.2 Khối tín hiệu …………………………………………… ………24 2.2.3 Khối mã hóa ………………………………………… …………25 2.2.4 Khối giải mã ………………………………………… …………26 2.2.5 Khối hiển thị ……………………………………… ……………26 2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG………………………….……….….27 2.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG…………………………………….….….28 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN ………………… … ……… 29 3.1 Hướng dẫn phát triển đề tài…………………… ………………….29 3.2 Tài liệu tham khảo…………………………….……………………29 CHƯƠNG I CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 1.1 IC 47LS147 1.1.1 Giới thiệu IC 74LS147 IC mã hố ưu tiên 10 đường sang đường có ngõ vào ngõ tích cực mức thấp Bên IC tích hợp sẵn mạch mã hóa ưu tiên Hình dạng sơ đồ chân 74LS147 hình bên dưới: 1.1.2 Hình dạng sơ đồ chân: 1.1.3 Mạch mã hóa ưu tiên: Với mạch mã hoá cấu tạo cổng logic hình ta có nhận xét trường hợp nhiều phím nhấn lúc biết mã số Do để đảm bảo hay nhiều phím nhấn, mã số tương ứng với ngõ vào có số cao nhấn, người ta sử dụng mạch mã hoá ưu tiên Rõ ràng cấu tạo logic phải thêm số cổng logic phức tạp hơn, IC 74LS147 mạch mã hố ưu tiên 10 đường sang đường, tích hợp sẵn tất cổng logic Cấu trúc logic IC 74LS147: 1.1.4 Bảng thật IC 74LS147 Nhìn vào bảng thật ta thấy thứ tự ưu tiên giảm từ ngõ vào xuống ngõ vào Chẳng hạn ngõ vào bất chấp ngõ khác (X) số BCD 1001 (sau qua cổng NOT) Chỉ ngõ vào mức (mức khơng tích cực) ngõ vào khác chấp nhận, cụ thể ngõ vào ưu tiên trước mức thấp 1.2 IC 47LS47 1.2.1 Giới thiệu IC 74LS47 IC giải mã BCD sang mã led đoạn dùng cho loại led đoạn loại Anode chung IC hiển thị số từ đến Nếu giá trị BCD đưa vào lớn hiển thị ký hiệu khơng có nghĩa IC sử dụng bạn cần thị số LED đoạn mạch số mà không cần dùng vi điều khiển, muốn tiết kiệm chân cho vi điều khiển 1.2.2 Hình dạng sơ đồ chân: Tên chân Chức VCC Chân cấp nguồn +5V GND Chân nối đất (GND) A, B, C, D Ngõ vào BCD a, b, c, d, e, f, g Ngõ mã đoạn LT (Lamp Test) Chân kiểm tra đoạn LED BI/RBO Output) (Blank Input/Ripple Blanking xem phần hoạt động xem phần hoạt động RBI (Ripple Blanking Input) 1.2.3 Hoạt động IC 74LS47 thường sử dụng chế độ hoạt động: Sáng bình thường đủ số từ ÷ (thường dùng nhất) Các chân BI/RBO, RBI LT phải bỏ trống nối lên mức cao Chân BI/RBO nối xuống mức thấp tất các đoạn LED không sáng bất chấp trạng thái ngõ vào lại Bỏ trạng thái số (khi giá trị BCD ngõ vào tất đoạn LED đoạn tắt) Chân RBI mức thấp Tất ngã kể RBO xuống mức thấp Chân BI/RBO phải bỏ trống nối lên mức cao chân LT phải nối xuống mức thấp Tất đoạn LED đoạn sáng (số 8), bất chấp ngõ vào BCD Nếu có đoạn khơng sáng lên ta biết led đoạn bị hỏng Thơng thường hay sử dụng chế độ 1.3 IC 74LS04 1.3.1 Giới thiệu: 74LS04 IC dòng vi mạch 74XXYY Dịng 74 mạch tích hợp logic kỹ thuật số IC 74LS04 có sáu cổng NOT Các cổng NOT thực chức đảo ngược Cổng đảo NOT phần tử logic có đầu vào ,1 đầu thực phép toán phủ định Ảnh IC 74LS04 1.3.2 Sơ đồ chân: 10 Trong đó: Số chân Mơ tả Đầu vào cổng đảo ngược Đầu vào 1A cổng Đầu vào 2A cổng 11 Đầu vào 3A cổng Đầu vào 4A cổng Đầu vào 5A cổng 13 Đầu vào 6A cổng Các chân dùng chung GND - nối đất 14 VCC - nối nguồn dương Đầu cổng đảo Đầu 1Y cổng 10 Đầu 2Y cổng Đầu 3Y cổng Đầu 4Y cổng Đầu 5Y cổng 12 Đầu 6Y cổng 1.4 LED ĐOẠN ( LED 7S ): 1.4.1 Giới Thiệu Led đoạn đèn led hiển thị số đếm xếp thành hình chữ nhật hình bên dưới: 11 Mỗi led đoạn Khi đoạn chiếu sáng phần chữ số (hệ thập phân thập lục phân) hiển thị Đơi có thêm led thứ để biểu thị dấu thập phân có nhiều led đoạn nối với để hiển thị số lớn 10 1.4.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc Mỗi đèn led đoạn có chân đưa khỏi hộp hình vng Mỗi chân gán cho chữ từ a đến g tương ứng với led Những chân khác nối lại với thành chân chung Như cách phân cực thuận (forward biasing) chân led theo thứ tự cụ thể, số đoạn sáng số đoạn khác không sáng cho phép hiển thị ký tự mong muốn Điều cho phép hiển thị số thập phân từ đến led đoạn Chân chung sử dụng để phân loại led đoạn Vì đèn led có chân, chân anode chân cathode nên có loại led đoạn cathode chung (CC) anode chung (CA) Sự khác loại thấy tên gọi Loại CC chân cathode nối chung với Còn loại CA chân anode nối chung với Cách chiếu sáng loại sau: Loại CC (common cathode): Tất chân cathode nối với nối đất, hay logic Mỗi phân đoạn chiếu sáng cách sử dụng điện trở đặt tín hiệu logic (hay mức cao) để phân cực thuận cực anode (từ a đến g) Loại CA (common anode): 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) 12 Nói chung loại CA phổ biến loại Loại CA không thay cho loại CC mạch điện, ngược lại cách nối đèn led bị đảo ngược Tùy vào chữ số thập phân hiển thị mà đèn led cụ thể phân cực thuận Ví dụ để hiển thị chữ số 0, cần phải chiếu sáng đoạn tương ứng a, b, c, d, e f Như số từ đến hiển thị led đoạn hình bên dưới: 1.5 NÚT NHẤN CHÂN ( BUTTON ): 1.5.1 Giới Thiệu Nút nhấn loại công tắc đơn giản điều khiển hoa ̣t đô ̣ng của máy số loại trình Hầu hết, nút nhấ n nhựa kim loại Hình dạng nút nhấn phù hợp với ngón tay bàn tay để sử dụng dễ dàng Tất phụ thuộc vào thiết kế cá nhân Nút nhấn có loa ̣i chính là nút nhấ n thường mở nút nhấ n thường đóng Ảnh nút nhấn chân 13 1.5.2 Nguyên lí làm viêc̣ của nút nhấ n: Nút nhấn có ba phần: Bộ truyề n động, các tiế p điể m cố đinh ̣ rãnh Bộ truyền động qua tồn cơng tắc vào xy lanh mỏng phía Bên tiế p điể m đô ̣ng lò xo Khi nhấn nút, chạm vào tiế p điể m tĩnh làm thay đổ i tra ̣ng thái của tiế p điể m Trong số trường hợp, người dùng cần giữ nút nhấn liên tục để thiế t bi ̣hoa ̣t đô ̣ng Với nút nhấn khác, chốt giữ nút bật người dùng nhấn nút lần 1.5.3 Ứng dụng Công tắc nút nhấn sử du ̣ng nhiều các ứng dụng khác máy tính, điện thoại nút nhấn nhiều thiết bị gia dụng Bạn nhìn thấy chúng nhà, văn phòng ứng dụng cơng nghiệp ngày Chúng bật, tắt máy làm cho thiết bị thực các hoa ̣t ̣ng cụ thể, trường hợp với máy tính Trong số trường hợp, nút nhấ n kết nối thông qua liên kết học, điề u khiể n mô ̣t nút nhấ n khác hoa ̣t ̣ng Đa số, nút có màu sắc cụ thể để biể u thi ̣ mục đích của chúng Ví du ̣ nút nhấ t màu xanh thường đươc̣ sử du ̣ng để bâ ̣t thiế t bi ̣ hay nút nhấ n màu đỏ để tắ t thiế t bi.̣ Điều tránh gây nên mô ̣t sô nhầ m lẫn Nút dừng khẩn cấp thường là nút ấn lớn, thường có màu đỏ có đầu lớn để sử dụng dễ dàng 14 1.6 ĐIỆN TRỞ ( RESISTOR ): 1.6.1 Giới thiệu Điện trở cản trở dòng điện vật dẫn điện, có vật dẫn điện tốt điện trở nhỏ ngược lại vật cách điện có điện trở cực lớn Điện trở dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu tiết diện dây dẫn tính theo cơng thức Trong đó: R= R điện trở Đơn vị Ω điện trở suất L chiều dài dây dẫn S tiết diện dây dẫn 1.6.2 Hình dáng ký hiệu: Trong thực tế điện trở loại linh kiện điện tử khơng phân cực, linh kiện quan trọng mạch điện tử, chúng làm từ hợp chất cacbon kim loại pha theo tỷ lệ mà tạo điện trở có điện dung khác Đơn vị đo Ω, KΩ, MΩ 1MΩ=1000KΩ=100 000Ω 15 1.6.3 Cách đọc trị số điện trở thực tế: Đọc theo màu sắc theo quy ước quốc tế: Màu Trị số Sai số Bạc 10% Vàng 5% Đen Nâu 1% Đỏ 2% Cam Vàng Xanh 0.5% Lục 0.25% Tím 0.1% Xám Trắng 16 CHƯƠNG SƠ ĐỒ MẠCH VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 2.1 SƠ ĐỒ MẠCH 2.1.1 Sơ đồ nguyên Lý 17 2.1.2 Sơ đồ mạch Layout 18 2.1.3 Mặt mạch 2.1.4 Giới thiệu sơ lược nguyên lý hoạt động Mạch ban đầu cấp trạng thái logic định sau ta nhấn phím có thay đổi trạng thái logic Bộ mã thập phân đưa vào khối mã hóa để xử lý cho tín hiệu BCD tương ứng Sau khối giải mã tiếp nhận mã BCD đảo tiếp tục giải mã sang mã led đoạn khối hiển thị có nhiệm vụ hiển thị số tương ứng 19 2.2 SƠ ĐỒ KHỐI 2.2.1 Sơ đồ khối Gồm khối: Khối tín hiệu, khối mã hóa, khối giải mã, khối hiển thị khối tín hiệu 2.2.2 Khối tín hiệu Khối tín hiệu gồm điện trở hạn dòng 4.7k, chân nối với nguồn VCC để tạo mã thập phân ban đầu, chân lại nối với nút nhấn tương ứng từ nút nhấn đến Có nút nhấn BUTTON loại tiếp điểm chân nối với nguồn VCC chân lại nối đất Khi nhấn tín hiệu logic mức thấp nút nhấn cho qua truyền tới khối giải mã 20 2.2.3 Khối mã hóa Chức khối giải mã tín hiệu thập phân Các phím thường hở để đường I0 đến I9 mức cao có điện trở khoảng nối lên VCC Trong thời điểm có phím nhấn để đường xuống mức thấp, đường khác cao Khi phím nhấn tạo mã thập phân cổng vào bên IC có cổng NAND thực nhiệm vụ xử lý tín hiệu thập phân thành tín hiệu nhị phân BCD Ví dụ nhấn phím SW2 mã thập phân tạo 101111111 ngõ 1011 Như mạch sử dụng mã hoá 10 đường sang đường hay gọi mạch chuyển đổi mã thập phân sang BCD 21 2.2.4 Khối giải mã Chức khối giải mã IC 74LS47 mạch nhận tín hiệu thuộc hệ số BCD đảo logic từ cổng NOT IC 74LS04 chân ngõ vào A, B, C, D sau thực giải mã điều khiển led đoạn thực hiển thị số thập phân 2.2.5 Khối hiển thị Chức khối hiển thị giải mã điều khiển led đoạn thực hiển thị số thập phân từ các ngõ Qa đến Qg, ngõ cấp số chân cho chân a, b, c, d, e, f, g led đoạn loại Cathode chung hiển thị số thập phân từ – 22 2.3 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Mạch bàn phím dùng IC 74LS147 gồm có phím nhấn từ SW1 đến SW9 Các phím thường hở để ngõ vào từ đến kéo lên mức cao có điện trở nối với nguồn VCC nhằm thiết lập mức logic không nhấn Khi tất đầu vào mức logic ngõ logic với mã BCD đảo số ( lúc chưa nhấn phím led hiển thị số ) Khi mức logic 1, phím nhấn IC 74LS147 tiếp nhận mã thập phân tạo từ mức logic nút nhấn tạo mã nhị phân ( BCD ) tương ứng ngõ Mã nhị phân đưa qua cổng NOT IC 74LS04 để đảo mức logic sau IC 74LS47 tiếp nhận mã nhị phân ( BCD ) từ IC 74LS04 để giải mã sang led đoạn hiển thị số led đoạn tương ứng với mã thập phân mà IC74LS74 tạo Ví dụ: Khi phím số nhấn (lúc ngõ vào IC 74LS147 tích cực mức thấp) mã nhi phân ta thu ngõ IC 74LS147 0110, bất chấp phím cịn lại có nhấn hay khơng Mã nhị phân sau qua cổng NOT 1001 IC 74LS74 giải mã sang led đoạn để hiển thị số Như trình bày trên, IC 74LS147 IC mã hóa ưu tiên, mã nhị phân ngõ IC xác định tương ứng với ngõ vào có thứ tự ưu tiên cao tích cực Nên có nhiều phím nhấn lúc số thập phân hiển thị led đoạn tương ứng với phím nối với ngõ vào có thự tự ưu tiên cao Ví dụ: phím số 1, 8, nhấn đồng thời led đoạn hiển số ngõ vào có thứ tự ưu tiên cao 23 2.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Khi nhấn nút nhấn B1 led 7s hiển thị số “1” tương tự ta nhấn phím cịn lại led 7s hiển thị số tương ứng Hình ảnh cho ta thấy ấn nút B2 số “2” hiển thị led 7s 24 CHƯƠNG KẾT LUẬN Mạch hoàn thiện đẹp mắt, nhỏ gọn, tính di động cao Dễ sử dụng, mang tính ứng dụng hiệu Mạch tương đối hoạt động tốt, không sử dụng nhiều linh kiện 3.1 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Có thể ứng dụng làm mạch bàn phím mật cửa nhà, cơng ty, bàn phím bấm xuất số cụ thể Có thể ứng dụng vào học tập nghiên cứu Thay linh kiện khác có khả làm mạch hoạt động hiệu 3.2 TÀI LIỆU THAM KHẢO 3.2.1 Tài liệu sách Giáo trình Kỹ Thuật Số (Trường Đại Học Cơng Nghệ Tp HCM) Th.s Nguyễn Thị Bích Ngọc NXB Hutech, Ấn 2015 3.2.2 Tài liệu web 1/ http://www.alldatasheet.com/ 2/ https://vi.wikipedia.org/ 25