TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÔN HỌC KỸ THUẬT SỐ BÁO CÁO CHỦ ĐỀ KHẢO SÁT DATASHEET IC 4027 THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM NHỊ PHÂN KHÔNG ĐỒNG BỘ 13 BIT UP/DOWN ĐIỀU KIỂN BẰNG MỘ[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÔN HỌC: KỸ THUẬT SỐ BÁO CÁO CHỦ ĐỀ KHẢO SÁT DATASHEET IC 4027 - THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM NHỊ PHÂN KHÔNG ĐỒNG BỘ 13 BIT UP/DOWN ĐIỀU KIỂN BẰNG MỘT NÚT NHẤN GVHD: ThS Võ Đức Dũng Sinh viên thực hiện: Phạm Lam Trường – 20142611 Đồn Cơng Anh Tuấn – 20142127 Nguyễn Đức Việt – 20129092 Phan Thành Việt – 20151590 Trần Ngọc Vũ – 20151594 Mã lớp học: DIGI330163_21_2_22 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 DANH SÁCH NHĨM THAM GIA LÀM BÁO CÁO HỌC KÌ II, NĂM HỌC 2021-2022 Học phần: Kỹ Thuật Số Lớp: DIGI330163_21_2_22 Tên đề tài: Khảo sát datasheet IC 4027 Thiết kế mạch đếm nhị phân không đồng 13 bit up/down điều kiển nút nhấn STT HỌ VÀ TÊN MSSV Phạm Lam Trường 20142611 Đồn Cơng Anh Tuấn 20142127 Nguyễn Đức Việt NHIỆM VỤ + Làm PowerPoint báo cáo + Tổng hợp làm báo cáo + Tìm hiểu IC cổng XOR + Tìm hiểu IC NE555 + Làm PowerPoint báo cáo TỶ LỆ HOÀN THÀNH 100% 100% 20129092 + Tìm hiểu IC 4027 + Làm PowerPoint báo cáo 100% 100% 100% Phan Thành Việt 20151590 + Mô mạch Proteus + Thiết kế mạch PCB Trần Ngọc Vũ 20151594 + Tổng hợp làm báo cáo + Tìm kiếm hình ảnh Ghi chú: − Tỷ lệ % = 100% − Trưởng nhóm: Phan Thành Việt - 20151590 Nhận xét giảng viên: ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Ngày …… tháng … năm 2022 Giảng viên chấm điểm MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU - CHƯƠNG : TÌM HIỂU VỀ CÁC IC CÓ LIÊN QUAN TRONG MẠCH - 1.1 IC CD4027 .- - 1.2 IC 74LS86 - - 1.3 IC NE555 - 11 - CHƯƠNG : THI CÔNG MẠCH ĐẾM NHỊ PHÂN KHÔNG ĐỒNG BỘ 13 BIT UP/DOWN ĐIỀU KIỂN BẰNG MỘT NÚT NHẤN - 14 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI - 14 2.2 DANH SÁCH CÁC LINH KIỆN TRONG DÙNG TRONG MẠCH .- 15 2.3 MÔ PHỎNG TRÊN PROTEUS - 16 2.4 VẼ MẠCH PCB - 17 2.5 HÌNH ẢNH SẢN PHẨM - 18 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO - 19 3.1 KẾT LUẬN .- 19 3.2 TÀI LIỆU THAM KHẢO .- 19 - LỜI MỞ ĐẦU Mạch đếm thành phần hệ thống số, chúng sử dụng để đếm thời gian, chia tần số, điều khiển mạch khác….Mạch đếm sử dụng nhiều mạch điện tử ví dụ xử lí, định thời….Sử dụng thiết bị đèn giao thông, đồng hồ điện tử… Đề tài yêu cầu thiết kế mạch đếm nhị phân không đồng lên xuống 13 bit điều khiển nút nhấn sử dụng IC 4027 Vì đếm 13 bit nên ta phải sử dụng 13 flip-flop JK 4027 thêm flip-flop JK 4027 để điều khiển đếm lên hay xuống, tương đương với việc sử dụng IC CD4027 (mỗi IC gồm flip-flop JK 4027) Ngoài ra, ta phải sử dụng cổng 12 XOR, mà cụ thể IC 74LS86 (mỗi IC gồm cổng XOR) để điều khiển tín hiệu đưa vào flip-flop Q hay Q đảo Ở đề tài ta sử dụng mạch dao động dùng IC NE555 để tạo xung clock đưa vào flip-flop Bộ hiển thị sử dụng 13 LED đơn, LED tượng trưng cho bit nhị phân, LED sáng tương đương với 1, tắt tương đương với Đề tài tự thực dựa vào số tài liệu khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Nếu có chép chúng tơi hồn tồn chịu trách nhiệm CHƯƠNG : TÌM HIỂU VỀ CÁC IC CÓ LIÊN QUAN TRONG MẠCH 1.1 IC CD4027 1.1.1 Giới thiệu IC CD4027 IC CD4027 IC flipflop JK Master/Slave. IC gồm hai flip flops JK với đầu Q ~ Q. Mỗi flip flop JK có chân điều khiển reset, set, clock JK Thuộc dòng mạch tích hợp CD4000 thiết kế với transistor kênh N P. Tất đầu vào CD4027 bảo vệ chống phóng tĩnh điện diode mắc vào chân VDD VSS. Có nhiều package 14 chân PDIP, GDIP, PDSO 1.1.2 Sơ đồ chân IC CD4027 Hình 2: Sơ đồ chân IC CD4027 Hình 1: IC CD4027 1.1.3 Các đặc tính IC CD4027 - Hoạt động với tốc độ trung bình 16 MHz với nguồn cung cấp 10V - Dải điện áp từ 3.0V đến 15V - Flip-Flop hoạt động tĩnh - Khả chống nhiễu cao - Có khả set reset - Tương thích chuẩn logic TTL - Cơng suất tiêu thụ thấp 50Nw - Thời gian tăng / giảm tín hiệu đầu vào 5V 45us - Điện áp đầu vào tối đa tối thiểu 2V 0,8V Có thể thay IC sau: 74LS73, 74LS76, CD4013B, CD4042, CD4043, CD4095 1.1.4 Thông số kĩ thuật IC CD4027 1.1.5 Bảng trạng thái IC CD4027 Bảng trạng thái hiển thị bên mô tả trạng thái cấp giá trị khác cho đầu vào xuất tín hiệu đầu trạng thái logic flipflop CD4027 Trạng thái logic Trạng thái logic CLOCK J K SET RESET Q Q ~Q Cạnh tích cực cao X 0 Cạnh tích cực cao X 0 1 Cạnh tích cực cao X 0 0 Cạnh tích cực cao X 0 1 Cạnh tích cực thấp X X 0 X Không thay đổi Không thay đổi X X X X X X X X X X X 1 X 1 1.1.6 Ứng dụng IC CD4027 - Mạch nhớ máy tính - Thanh ghi dịch thiết vi mạch chúng mạch logic chủ yếu sử dụng để lưu liệu digital - Được sử dụng ghi thoại (voice register) ghi nhớ ghi điều khiển - Các mạch EEPROM để chứa lượng nhỏ liệu - Các linh kiện đếm chốt liệu 1.1.7 Cách sử dụng IC CD4027 CD4027 có hai flip flop, flip có bốn đầu vào độc lập hai đầu ngược tín hiệu nhau. Các chân đầu vào J K điều khiển trạng thái logic flip flop có ung cạnh tích cực cao xung clock.Chúng ta cấp tín hiệu clock thơng qua nút nhấn tín hiệu PWM. Các chân set reset hoạt động độc lập với xung clock. Bắt đầu hoạt động cách cấp tín hiệu logic cao cho chân này. Chân mắc với mass. Kết nối chân 16 với nguồn điện dương.Đây sơ đồ mạch đơn giản tín hiệu điều khiển xung clock. Có thể thấy, tín hiệu reset set đặt khơng. Do đó, đầu chân Q ~ Q phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào JK. Hình 3: Cách dùng IC CD4027 10 1.2 IC 74LS86 1.2.1 Giới thiệu IC 74LS86 IC 74LS86 chứa bốn cổng OR (XOR) logic dương độc lập đầu vào Nó phần dịng vi mạch 74XXYY IC 74LS86 có nhiều điều kiện làm việc giao tiếp trực tiếp với CMOS, NMOS TTL Đầu IC dạng TTL giúp dễ dàng làm việc với thiết bị TTL vi điều khiển khác IC 74LS86 có kích thước nhỏ tốc độ nhanh nên đáng tin cậy loại thiết bị Hình 4: IC 74LS86 1.2.2 Sơ đồ chân IC 74LS86 Hình 3: Cách sử dụng IC CD4027 Hình 5: Sơ đồ chân IC 74LS86 Các chân Mô tả chi tiết A1 Được sử dụng làm chân đầu vào Nó sử dụng Chân để nhận liệu vào cổng XOR B2 Chân Được sử dụng làm chân đầu vào thứ Nó sử dụng để nhận liệu vào cổng XOR 11 Y1 Chân Chân đầu cổng XOR Nó chân để nhận liệu đầu từ cổng XOR A2 Chân Được sử dụng làm chân đầu vào cho cổng XOR thứ B2 Chân Sử dụng làm chân đầu vào thứ hai cho cổng XOR thứ Y2 Chân Chân đầu cổng XOR thứ Nó kích cấp đầu cổng XOR thứ GN Chân Chân nối đất Y3 Chân Chân đầu sử dụng để xuất đầu từ cổng XOR thứ A3 Chân Chân đầu sử dụng để nhận đầu vào đến cổng D XOR thứ B3 Chân 10 Chân đầu sử dụng để đưa đầu vào thứ hai đến cổng XOR thứ Y4 Chân 11 Chân đầu Được sử dụng để kích đầu từ cổng XOR thứ A4 Chân 12 Chân đầu vào sử dụng để nhận đầu vào đến cổng XOR thứ B4 Chân 13 Chân đầu sử dụng để gửi đầu vào thứ đến cổng XOR thứ VCC Chân 14 Chân cấp nguồn 1.2.3 Bảng trạng thái IC 74LS86 12 1.2.4 Các đặc tính cổng 74LS86 XOR: - Một vi mạch cung cấp bốn cổng XOR kích cỡ khác - IC cung cấp đầu dạng TTL, giúp tương thích với thiết bị TTL vi điều khiển khác - IC có nhiều dạng package SOIC, PDIP SOC - Sử dụng nguồn điện sử dụng để cấp nguồn cho bốn cổng - IC 74LS86 sử dụng cổng XOR mà không ảnh hưởng đến cổng khác - Giá thành thấp nhiều so với cổng XOR làm bóng bán dẫn 1.2.5 Thơng số kỹ thuật IC 74LS86 - Điện áp nguồn cấp cho IC 4,75 đến 5,25. Nguồn tối đa lên đến 7V - Dòng đầu trạng thái mức CAO - 0,4mA cho trạng thái mức THẤP 8,0mA - IC hoạt động khoảng nhiệt độ từ đến 70 độ - Dải điện áp đầu vào cho trạng thái mức CAO nhỏ 2,0V 0,8V trạng thái THẤP 13 - Diode kẹp đầu vào bảo vệ lên đến 1.5V - IC có thời gian trễ lan truyền cho trạng thái mức CAO 22 ns cho trạng thái THẤP 17 ns 1.2.6 Ứng dụng IC 74LS86 - Được sử dụng để làm cộng - IC có nhiều cơng dụng mạng truyền dẫn - Server có nhiều ứng dụng với cổng XOR - Cổng XOR sử dụng phát trình tự liệu nhị phân 1.2.7 Giải thích lí dùng IC 74LS386 - Là IC thường dùng để chuyển đổi từ mã nhị phân BCD sang led đoạn, giúp dễ dàng việc điều khiển hiển thị số - Ứng dụng ta cần thị số LED đoạn mạch số mà không cần dùng vi điều khiển, muốn tiết kiệm chân cho vi điều khiển - Khá thơng dụng, dễ dàng tìm kiếm có giá thành hợp lí 14 1.3 IC NE555 1.3.1 Giới thiệu IC NE555 IC NE555 là mạch tích hợp hãng CMOS sản xuất, linh kiện phổ biến để tạo được xung PWM và thay đổi tần số tùy thích. NE555 làm việc với sơ đồ mạch đơn giản, điều chế được độ rộng xung Vì vậy, NE555 được sử dụng loạt các bộ đếm thời gian, hệ xung, dao động và ứng dụng NE555 sử dụng để cung cấp cho chậm trễ thời gian, dao động yếu tố flip-flop Các dẫn xuất cung cấp lên đến bốn Hình 6: IC NE555 mạch thời gian gói 1.3.2 Thơng số kỹ thuật IC NE555 - Điện áp đầu vào: 4.5V - 16V - Dòng điện cung cấp: 10mA - 15mA - Điện áp logic mức cao: 0.5V - 15V - Điện áp logic mức thấp: 0.03V - 0.06V - Công suất lớn là: 600mW - Nhiệt độ hoạt động: – 70oC 15 1.3.3 Sơ đồ chân IC NE555 Hình 7: Sơ đồ chân IC NE555 1.3.4 Các chức IC NE555 - Là thiết bị tạo xung xác - Máy phát xung - Điều chế độ rộng xung (PWM) - Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng thu phát hồng ngoại) 1.3.5 Ứng dụng IC NE555 - Mạch đèn led nhấp nháy - Mạch điều chỉnh độ sáng bóng đèn - Mạch cịi cảnh sát 16 1.3.6 Giải thích lý dùng IC NE555 - Tạo xung chinh xác cho thiết bị, độ rộng xung chế tạo, … - Là mạch định thời nguyên khối giúp tạo độ trễ hay dao động thời gian xác - Hoạt động ổn định, chi phí tương đối rẻ, dễ dàng tìm kiếm - Được ứng dụng nhiều đếm thời gian, hệ xung hay dao động 17 CHƯƠNG : THI CÔNG MẠCH ĐẾM NHỊ PHÂN KHÔNG ĐỒNG BỘ 13 BIT UP/DOWN ĐIỀU KIỂN BẰNG MỘT NÚT NHẤN 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI Khối Tạo Dao Động Khối Nguồn Khối Flip - Flop Khối Hiển Thị Khối Điều Kiển Up/Down Hình 8: Sơ đồ khối mạch đếm Chức khối : Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho toàn mạch hoạt động Khối tạo dao động: Tạo xung dao động (xung clock) đưa vào chân Ck Flop Flop Khối điều kiển Up/Down: Thay đổi trạng thái đếm mạch Khối Flip-Flop: Thực chức đếm Khối Hiển Thị: Có chức hiển thị kết đếm dạng nhị phân 18 2.2 DANH SÁCH CÁC LINH KIỆN TRONG DÙNG TRONG MẠCH Tên linh kiện Số lượng Điện trở 100Ω 13 Điện trở 2.2k Điện trở 10k Tụ hóa 10 μF Tụ gốm 10nF Nút nhấn nhả IC CD4027 14 IC NE555 IC 74LS386 14 Phương trình sử dụng để tính tốn: Ta chọn tụ C1 = 10uF ; R1 = 10kΩ ; R2 = 2.2kΩ 1.44 f = C 1.(R 1+ R 2) = 10 Hz Vậy ta có xung với tần số f = 10Hz *Led vàng: Vled = 2.2V I = 10mA 19 2.3 MÔ PHỎNG TRÊN PROTEUS Hình 8: Mạch nguyên lý Proteus 20