KHẢO SÁT DATASHEET IC 4027. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM NHỊ PHÂN KHÔNG ĐỒNG BỘ 12 BIT UPDOWN ĐIỀU KHIỂN BẰNG 1 NÚT NHẤN (MẠCH SỬ DỤNG IC 4027), IC555 được ứng dụng rất phổ biến để tạo nên các mạch như: Mạch đơn ổn, mạch dao dộng đa hài, mạch chia tần
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TOPIC KHẢO SÁT DATASHEET IC 4027 THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM NHỊ PHÂN KHÔNG ĐỒNG BỘ 12 BIT UP/DOWN ĐIỀU KHIỂN BẰNG NÚT NHẤN (MẠCH SỬ DỤNG IC 4027) GVHD: Th.S Võ Đức Dũng MÃ LỚP: DIGI330163_22_2_13 Hoàng Minh Nhật 21151510 Nguyễn Quỳnh Nhu 21151301 Thái Thị Huỳnh Như 21142649 Châu Đặng Mỵ Nương 21151302 Nguyễn Văn Pháp Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 21151303 BẢNG PHÂN CHIA NHIỆM VỤ VÀ MỨC ĐỘ HOÀN THÀNH CỦA TỪNG THÀNH VIÊN STT HỌ VÀ TÊN MSSV Hoàng Minh Nhật 21151510 Nguyễn Nhu Thái Thị Huỳnh 21142649 Như Châu Đặng Nương Nguyễn Văn Pháp Quỳnh 21151301 Mỵ 21151302 21151303 NHIỆM VỤ MỨC ĐỘ HOÀN THÀNH Khảo sát IC làm 100% ppt Thiết kế mạch nguyên lí, mơ protues thi cơng mạch Lựa chọn linh kiện cho khối đếm, khối hiển thị khối chuyển đổi; mô protues; tổng hợp word Vẽ sơ đồ khối hoạt động khối; làm ppt Lựa chọn linh kiện tính tốn cho khối tạo xung 100% 100% 100% 100% Nhận xét giáo viên ….………………………………………………………………………… ….…………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… Ngày … Tháng….Năm… Giáo viên chấm điểm CHƯƠNG 1: CÁC IC LIÊN QUAN CÓ TRONG MẠCH CẦN THIẾT KẾ 1.1 Khảo sát IC555: 1.1.1.Thông số: 1.1.2 Chức IC555: 1.2 Khảo sát IC 4027: 1.2.1 Sơ đồ chân .3 1.2.2 Mô tả chân linh kiện 1.2.3 Thông số kỹ thuật 1.2.4 Nơi ứng dụng 1.2.5 Cách sử dụng 1.2.6 Các ứng dụng CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH THIẾT KẾ VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC KHỐI TRONG SƠ ĐỒ .6 2.1 Sơ đồ khối mạch thiết kế 2.2 Hoạt động sơ đồ khối CHƯƠNG 3: MẠCH NGUYÊN LÝ VÀ LÝ DO CHỌN CÁC LINH KIỆN, TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ TRONG MẠCH .8 3.1 Mạch nguyên lí .8 3.2 Lý chọn linh kiện tính tốn thơng số mạch: 3.2.1 Khối tạo xung dao động: .8 3.2.2 Khối đếm IC4027 11 3.2.3 Khối chuyển đổi hai chế độ 12 3.2.4 Khối hiển thị 14 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG MẠCH TRÊN PHẦN MỀM PROTUES 15 CHƯƠNG 5: THI CÔNG MẠCH .17 CHƯƠNG 1: CÁC IC LIÊN QUAN CÓ TRONG MẠCH CẦN THIẾT KẾ 1.1 Khảo sát IC555: IC 555 dòng sản phẩm cơng ty Signetics Corporation với dịng sản phẩm SE555/NE555 IC 555 vi mạch dùng để tạo thời gian trễ (Time Delays) tạo xung (Oscillation) với mức độ ổn định tỷ lệ xác cao 1.1.1.Thông số: - Điện áp đầu vào : - 18V ( Tùy loại 555 : LM555, NE555, NE7555 ) - Dòng tiêu thụ : 6mA - 15mA - Điện áp logic mức cao : 0.5 - 15V - Điện áp logic mức thấp : 0.03 - 0.06V - Công suất tiêu thụ (max): 600mW 1.1.2 Chức IC555: 1.1.2.1 Bố trí chân Hình 1: IC NE555 N gồm có chân 1.1.2.2.Chức chân + Chân số (GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân gọi chân chung + Chân số (TRIGGER): Đây chân đầu vào thấp điện áp so sánh dùng chân chốt hay ngõ vào tần so áp.Mạch so sánh dùng transitor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3Vcc + Chân số (OUTPUT): Chân chân dùng để lấy tín hiệu logic Trạng thái tín hiệu xác định theo mức + Chân số (RESET): Dùng lập định mức trạng thái Khi chân số nối masse ngõ mức thấp Còn chân nối vào mức áp cao trạng thái ngõ tùy theo mức áp chân 6.Nhưng mà mạch để tạo dao động thường hay nối chân lên VCC + Chân số (CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn IC 555 theo mức biến áp hay dùng điện trở cho nối GND + Chân số (THRESHOLD): chân đầu vào so sánh điện áp khác dùng chân chốt + Chân số (DISCHAGER): xem chân khóa điện tử chịu điều khiển bỡi 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 (Vcc): chân cung cấp áp dịng cho IC hoạt động Khơng có chân coi IC chết Nó cấp điện áp từ 2V >18V 1.2 Khảo sát IC 4027: CD4027 IC gói JK Flip-Flop kép tốc độ cao dựa CMOS, cổn g có xung clock ngõ vào ngõ Q Q’ Là mạch tích hợp xây dựng từ Mosfet số điện trở phụ trợ 1.2.1 Sơ đồ chân Hình 2: IC CD4027 gồm có 16 chân 1.2.2 Mơ tả chân linh kiện IC CD4027 có tổng cộng 16 chân Số Tên chân Mô tả chân 1, 15 2, 14 3, 13 Q2, Q1 ~Q2, ~Q1 CLOCK , Chân đầu Chân đầu đảo Xung clock 4, 12 CLOCK Reset 2, Reset Khi chân có mức logic thaaos, giá trị Q Khi chân có mức logic cao giá trị đầu ~Q 5, 11 6, 10 7, Chân đầu vào Chân đầu vào Khi chân mức logic cao, giá trị Q K2, K1 J2, J1 SET 2, SET 1 Khi chân mức logic thấp, giá trị ~Q 16 Cung cấp điện âm Cung cấp điện tích cực GND Vdd 1.2.3 Thông số kỹ thuật - Hoạt động với tốc độ trung bình 16 MHz với nguồn cung cấp 10V - Nhiệt độ hoạt động từ -55 C-125 C o o - Nguồn cung cấp có dải điện áp từ -0.5-20V - Điện áp hoạt động: 5V, 10V, 15V - Điện áp hoạt động tối đa: 20V - Flip-Flop hoạt động tĩnh - Có khả set reset - Công suất tiêu thụ thấp 50 nW - Thời gian tăng / giảm đầu vào 5V: 45us - Điện áp đầu vào mức cao tối thiểu: 2V - Điện áp đầu vào mức thấp tối đa: 0,8V - Có gói PDIP, GDIP, PDSO 14 chân - Điện áp cao 15V với biên độ nhiễu thấp 2,5V 1.2.4 Nơi ứng dụng IC CD4027 sử dụng để lưu liệu thực chức điều khiển, ghi liệu chuyển đổi liệu Trong ứng dụng bật tắt, sử dụng để thay đổi tín hiệu tín hiệu đầu vào điều khiển Cũng sử dụng IC thiết bị chốt tín hiệu đặc tính lưu liệu xuất tín hiệu đầu dựa vào trạng thái logic đầu trước 1.2.5 Cách sử dụng CD4027 có hai flip flop, flip có bốn đầu vào độc lập hai đầu ngược tín hiệu Các chân đầu vào J K điều khiển trạng thái logic flip flop có xung 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 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 1.2.6 Các ứng dụng - 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 CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH THIẾT KẾ VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC KHỐI TRONG SƠ ĐỒ 2.1 Sơ đồ khối mạch thiết kế KHỐI NGUỒN 2.2 Hoạt động sơ đồ khối Khối nguồn: cung cấp nguồn cho mạch dao động Khối tạo dao động: Tạo xung Clock đưa xung qua khối đếm, cụ thể đưa vào flip flop khối Khối đếm: Bao gồm flipflop nối tiếp với Khi có xung kích cạnh lên khối đếm lên từ trạng thái 000 đến FFF đếm xuống, mã hóa thành bit nhị phân chân Khối chuyển đổi chế độ: Sử dụng nút nhận FF JK để chuyển đếm lên, xuống Khi mạch đếm lên mà ta nhấn nút nhấn mạch chuyển đổi từ đếm 000 đến FFF thành từ FFF xuống 000 ngược lại Khối hiển thị: Dùng Led đoạn hiển thị giá trị số đếm từ mã nhị phân Hình 3: Kí hiệu hình ảnh led đoạn CHƯƠNG 3: MẠCH NGUYÊN LÝ VÀ LÝ DO CHỌN CÁC LINH KIỆN, TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ TRONG MẠCH 3.1 Mạch ngun lí Hình 4: Sơ đồ ngun lí mạch đếm 12 bit sử dụng IC 4027 3.2 Lý chọn linh kiện tính tốn thơng số mạch: 3.2.1 Khối tạo xung dao động: Chức năng: Cấp xung clock cho ghi - Lựa chọn linh kiện lý chọn: + IC555 ứng dụng phổ biến để tạo nên mạch như: Mạch đơn ổn, mạch dao dộng đa hài, mạch chia tần,… + Có thể kết hợp với điện trở tụ điện để tạo chu kì dao đơng theo ý muốn - Ngun lý hoạt động: Cấu tạo NE555 gồm OP-amp so sánh điện áp, mạch lật transistor để xả điện Cấu tạo IC đơn giản hoạt động tốt Bên gồm điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành phần Cấu tạo tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương Op-amp điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm Op-amp Khi điện áp chân nhỏ 1/3 VCC, chân S = [1] FF kích Khi điện áp chân lớn 2/3 VCC, chân R FF = [1] FF reset Hình 5: Cấu tạo IC NE555 - Nhìn vào sơ đồ mạch ta có cơng thức tính tần số , độ rộng xung: + Tần số tín hiệu đầu là: f = 1/(ln2.C.(R1 + 2R2)) + Chu kì tín hiệu đầu : t = 1/f + Thời gian xung mức H (1) chu kì: t1 = ln2 (R1 + R2).C + Thời gian xung mức L (0) chu kì: t2 = ln2.R2.C Hình 6: Mạch mơ tạo xung - Tính tốn thơng số mạch: Kết Tham số Công thức Đơn vị RV1 = Ω Thời gian dẫn mức áp cao ln(2) × (R2 + RV1) × C2 (Tn) Thời gian dẫn mức áp thấp ln(2) × RV1 × C2 (Tx) Khoảng thời gian ln(2) × (R2 + × (T) Tần số (F) Chu kỳ xung RV1) × C2 / ((R2 + × RV1) × C2 × ln(2)) (Tn / T) × 100 RV1 = 68k Ω 0.057 0.528 Giây 0.471 Giây 0.057 Giây 17.594 100 52.8 Hertz (Hz) Phần trăm (%) 3.2.2 Khối đếm IC4027 - Chức năng: Đếm lên/xuống theo mã nhị phân 12 bit 10 - Lý lựa chọn linh kiện: Để đáp ứng cho yêu cầu khởi tạo mạch đếm lên/xuống hoạt động nhóm chúng em chọn JK Flip Flop cụ thể IC CD4027 - Chức chân: + Chân CLK: chân nhận xung clock IC Để IC hoạt động phải có xung clock đưa vào chân Xung clock tạo khối tạo dao động IC NE555 ngõ khối tạo dao động kết nối với ngõ vào xung CK IC CD4027 - Sơ đồ logic chân - Bảng trạng thái 11 +Khi chân RESET mức thấp, chân PRE mức thấp, CK tích cực cao, J mức ngõ Q set lên mức +Khi chân RESET mức thấp, chân PRE mức thấp, CK tích cực cao, K mức ngõ Q set lên mức +Khi chân RESET mức thấp, chân PRE mức thấp, CK tích cực cao, J mức ngõ Q reset mức +Khi chân RESET mức thấp, chân PRE mức thấp, CK tích cực cao, K mức ngõ Q reset mức +Khi chân RESET mức thấp, chân PRE mức thấp, CK tích cực thấp ngõ Q khơng đổi so với trạng thái trước +Khi chân RESET mức thấp, chân PRE mức cao ngõ Q set lên +Khi chân RESET mức cao, chân PRE mức thấp ngõ Q bị reset +Khi chân RESET mức thấp, chân PRE mức thấp ngõ Q nhận trạng thái cấm 3.2.3 Khối chuyển đổi hai chế độ Theo yêu cầu đề tài, mạch cần hoạt động theo chế độ đếm lên đếm xuống điều khiển nút nhấn - Chức năng: chuyển đổi qua lại chế độ hiển thị - Lý lựa chọn: IC CD4027 IC Flip-Flop kép, có tính JK, flip có bốn đầu vào độc lập hai đầu ngược tín hiệu Các chân đầu vào J K điều khiển 12 trạng thái logic flip flop có xung cạnh tích cực cao xung clock Yêu cầu cần chuyển chế độ nên chọn IC CD4027 giúp mạch chuyển đổi qua lại chế độ trạng thái đảo Flip-Flop JK - Cơ chế hoạt động: Để mạch hoạt động chế độ yêu cầu đề tài ta cần kết hợp hai mạch đếm lên đếm xuống Phương pháp thực sau: Gọi tín hiệu điều khiển đếm lên/xuống UD với UD = đếm lên UD = mạch đếm xuống - Đếm lên : Qn đảo nối với Ck - Đếm xuống: Qn nối với Ck n+1 n+1 Hàm tổng Ck = Ck Ck = Qn ⊕ UD n+1 Ví dụ: Khi đếm lên xung Ck = 1, UD = (chưa nhấn nút) Ck = Q0 UD + Q0 UD = 1.1 + 0.0 =1 Khi đếm xuống Ck = 1, UD = (nhấn nút) Ck = Q0 UD + Q0 UD = 1.0 + 0.1= Hình 7: Mạch chứa nút nhấn điều khiển lên xuống Các chân J, K mắc lên mức logic chân Pre Clr nối đất mức logic 13 Chân CLK nối với nguồn (mức logic 1) bấm nút CLK nối đất (mức logic 0) sinh xung truyền thẳng vào chân CLK làm đảo ngược trạng thái ngõ Q Từ làm thay đổi mức logic tín hiệu UD mạch đếm khiến cho mạch đếm thay đổi trạng thái đếm 3.2.4 Khối hiển thị - Chức năng: Hiển thị kết đầu - Lý lựa chọn: + Sử dụng 12 đầu dò logic nối trực tiếp với 12 đầu cho kết rõ nét, độ sáng dễ nhìn … + Để đáp ứng nhu cầu hiển thị kết đầu dạng nhị phân thông qua led ứng với màu đỏ mức logic màu xanh mức logic - Thông số kỹ thuật: + Tests TTL, and CMOS + Tần số DC: 20MHz + Logic (đèn LED đỏ): 2.3V +0.2V + Logic (đèn LED xanh): 0.8V +0.2V + Bảo vệ tải đầu vào: 220Vac/DC (15 sec.) + Trở kháng đầu vào: 1MΩ 14 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG MẠCH TRÊN PHẦN MỀM PROTUES - Khi xung Ck kích cạnh vào Ic4027( chưa cần nhấn nút) Mạch bắt đầu đếm lên từ 000 - Mạch bắt đầu đếm lên 15 - Khi đếm tới FFF, ta nhấn nút nhấn, mạch chuyển từ trạng thái đếm lên sang đếm xuống - Mạch tiếp tục đếm xuống - Khi đếm xuống tới 000, ta nhấn nút mạch chuyển trạng thái từ đếm xuống sang đếm lên 16 CHƯƠNG 5: THI CÔNG MẠCH 17