BTL xung số haui nhóm 21 THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 8 SẢN PHẨM (SỬ DỤNG JKFF), HIỂN THỊ TRẠNG THÁI ĐẾM TRÊN LED 7 THANH

THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 8 SẢN PHẨM (SỬ DỤNG JKFF), HIỂN THỊ TRẠNG THÁI ĐẾM TRÊN LED 7 THANH Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa học công nghệ nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật Điện Tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị có các đặc điểm với sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ linh hoạt và hoạt động ổn định . Đó là những yếu tố cần thiết làm cho năng suất, hiệu quả trong công việc được tăng cao, hoạt động của con người được giảm bớt. Xuất phát từ thực tế, nên nhóm em chọn đề tài “Thiết kế mạch đếm 8 sản phẩm (sử dụng JK_FF), hiển thị trạng thái đếm trên LED 7 thanh” được sử dụng đếm sản phẩm. 1.2 Mục đích yêu cầu Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp cho nhà máy đếm được số lượng sản phẩm của máy tao ra một cách đơn giản,chính xác mà không cần tốn sức của công nhân. Yêu cầu của mạch đếm sản phẩm là chạy một cách chính xác, ổn định,gọn nhẹ,dễ lắp đặt,dễ sửa và rẻ tiền

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ ĐIỆN TỬ

- -

BÁO CÁO

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 8 SẢN PHẨM (SỬ DỤNG JK-FF), HIỂN THỊ TRẠNG THÁI ĐẾM TRÊN LED 7 THANH

Giáo viên hướng dẫn : ThS.Hà Thị Phương

Nhóm sinh viên thực hiện :

Dương Văn Xuân 2021606327 Ngô Đức Việt 2021607961

Lê Trọng Hoàng Việt 2021606365

Hà Nội - 2023

2

Mục Lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG 5

1.1 Cơ sở lựa chọn đề tài 5

1.2 Mục đích yêu cầu 5

1.3 Phương pháp nghiên cứu 5

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BỘ ĐẾM,THIẾT KẾ MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN 6

2.1 Tính toán hệ thống 6

2.2 Mạch JK-FF đếm 8 sản phẩm 10

2.3 Thiết kế mạch 11

CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 13 3.1 Liệt kê các linh kiện cần dùng 13

3.1.1 IC 4093 cổng NAND 13

3.1.2 IC 7408 15

3.1.3 IC 4027 18

3.1.4 IC 7447 19

3.2 Chế tạo, lắp ráp mạch 22

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 22

4.1 Đánh giá sản phẩm 25

4.2 Tính thực tế của sản phẩm 25

4.3 Đề xuất cải tiến và hướng phát triển 25

3

Danh mục hình ảnh

Hình 2.1: Biểu đồ trạng thái của bộ đếm nhị phân 4 bit 6

Hình 2.2: Đếm chuỗi sau mỗi xung 6

Hình 2.3: Mạch JK-FF 10

Hình 2.4: Mạch đếm 8 sản phẩm sử dụng JK-ff 11

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý 11

Hình 2.6: Mặt sau mạch đếm sản phẩm mô phỏng bằng altium 12

Hình 2.7: Mặt trước mạch đếm sản phẩm mô phỏng bằng altium 12

Hình 3.1: Sơ đồ chân CD4093 14

Hình 3.2: Sơ đồ chân IC 7408 17

Hình 3.3: Sơ đồ chân CD4027 19

Hình 3.4: Sơ đồ chân IC 7447 20

Hình 3.5: Sơ đồ kết nối IC 7447 21

Hình 3.6: Mạch vẽ mô phỏng Error! Bookmark not defined Hình 3.7: Mạch dựng 3D Error! Bookmark not defined Hình 3.8: Mạch nguyên lí sau khi được in ra Error! Bookmark not defined Hình 3.9: Ngâm mạch in vào dung dịch FeCl3 Error! Bookmark not defined. Hình 3-1: Mạch in 22

Hình 3-2: Mạch in trên tấm đồng 23

Hình 3-3: Mạch sau khi ngâm 23

Hình 3-4: Lắp ráp linh kiện 24

Hình 3-5: Mạch sau khi hàn 24

4

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số đã trở nên quên thuộc với nhiều người, bởi

vì sự phát triển của nghành kỹ thuật số đã có ảnh hưởng rất lớn đến nghành kinh

tế toàn cầu có người đã nêu lên ý tưởng gọi nền kinh tế của thời đại chúng ta là

“nền kinh tế kỹ thuật số”, “số hóa” đã gần như vượt khỏi ranh giới của một thuật ngữ kỹ thuật Nhờ có ưu điểm của xử lí số như độ tin cậy trong truyền dẫn, tính

đa thích nghi và kinh tế của nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi trong điều khiển và khai thác mạng Số hóa đang là xu hướng phát triển tất yếu của nhiều linh vực kỹ thuật và kinh tế khác nhau Không chỉ trong lĩnh vực thông tin liên lạc và tin học

Ngày nay, kỹ thuật số đã và đang thâm nhập mạnh mẽ vào Kỹ thuật điện tử, Điều khiển tự động, Phát thanh truyền hình, Y tế, Nông nghiệp và ngay cả trong các đồ dùng sinh hoạt gia đình Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng các linh kiện bán dẫn đã phần vào giảm bớt giá thành sản phẩm làm bằng các linh kiện rời Ứng dụng môn kỹ thuật điện tử, kỹ thuật xung

số ngày càng nhiều Nó thâm nhập nhanh chóng vào các lĩnh vực điện tử thông dụng và chuyên nghiệp Trong đố án này, nhóm chúng em lựa chọn đề tài Thiết

kế mạch đếm 8 sản phẩm (sử dụng JK-FF), hiển thị trạng thái đếm trên LED 7 thanh

5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1 Cơ sở lựa chọn đề tài

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa học công nghệ nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật Điện Tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị có các đặc điểm với sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ linh hoạt và hoạt động ổn định Đó là những yếu tố cần thiết làm cho năng suất, hiệu quả trong công việc được tăng cao, hoạt động của con người được giảm bớt Xuất phát từ thực tế, nên

nhóm em chọn đề tài “Thiết kế mạch đếm 8 sản phẩm (sử dụng JK_FF), hiển thị trạng thái đếm trên LED 7 thanh” được sử dụng đếm sản phẩm

1.2 Mục đích yêu cầu

Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp cho nhà máy đếm được số lượng sản phẩm của máy tao ra một cách đơn giản,chính xác mà không cần tốn sức của công nhân

Yêu cầu của mạch đếm sản phẩm là chạy một cách chính xác, ổn định,gọn nhẹ,dễ lắp đặt,dễ sửa và rẻ tiền

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Trên phương pháp nghiên cứu và phân tích các chức năng của linh kiện, vi mạch và áp dụng các kiến thức cùng với sự chỉ đạo của phụ trách giáo dục để xây dựng nên một mạch có chức năng hoạt động đếm số lượng và đúng với tài nguyên yêu cầu

6

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BỘ ĐẾM, THIẾT KẾ MÔ PHỎNG

VÀ TÍNH TOÁN 2.1 Tính toán hệ thống

â

Hình 2.2: Đếm chuỗi sau mỗi xung

Khi mạch tuần tự được xác định bởi biều đồ trạng thái, bước tiếp theo là lấy bảng trạng thái bảng chuyển đổi trạng thái và các giá trị các đầu vào, bảng này được suy ra từ biều đồ trạng thái trong hình 2.1 và được thể hiện ở bảng bên dưới

01010110

01111000

01010110

01111000

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý

12

-Mạch in 2D mô phỏng trên phần mềm Altium:

Hình 2.6: Mặt sau mạch đếm sản phẩm mô phỏng bằng altium

-Mạch in 3D mô phỏng trên phần mềm Altium:

Hình 2.7: Mặt trước mạch đếm sản phẩm mô phỏng bằng altium

13

CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU

CHỈNH 3.1 Liệt kê các linh kiện cần dùng

IC HCF4093BEY, 7SEG, IC 7408, IC 7447, IC 4027 điện trở, biến trở…

Tên linh kiện Giá trị Chức năng

ở 18V DC

o Các tính năng và thông số kỹ thuật CD4093

Điện áp hoạt động: 5V, 10V, 15V DC

Dòng đầu vào tối đa: 1uA

Điện áp trễ thông thường 0,9 V ở VDD: 5 V và 2,3 V ở VDD: 10 V

Khả năng miễn nhiễm nhiễu lớn hơn 50%

Thời gian tăng và giảm đầu vào không giới hạn

Số

15

Bảng làm việc và đầu ra

NAND còn được gọi là cổng NOT-AND, nó là cổng logic cung cấp đầu ra sai khi các đầu vào là đúng, do đó nó là đầu ra bổ sung của cổng AND CD4093 là IC 14 chân với 4 cổng NAND bên trong Chân 1 A và Chân 2 B là đầu vào của cổng NAND 1 cung cấp đầu ra bổ sung của cổng AND tại chân 3 J Tương tự, hình ảnh bên dưới mô tả cách cổng NAND được kết nối với chân nào

Bảng chân lý bên dưới cho thấy các đầu vào và đầu ra của cổng NAND Bất kỳ đầu vào nào được cấp cho chân 1, 2, 5, 6, 8, 9, 11, 12, một đầu ra tương ứng thông qua cổng NAND sẽ được nhận Bảng sau có thể được tham chiếu cho các giá trị đầu vào và đầu ra

Đầu tiên, dạng tín hiệu mức cao, có điện áp trong khoảng từ 3-5V và dạng thứ 2 là dạng tín hiệu ở mức thấp tương đương với mức điện áp 0 – 2,6V Một cổng AND cần sử dụng 2 chân đầu vào và 1 chân cho đầu ra

Đầu ra cũng sẽ hoạt động ở 2 trạng thái mức cao và mức thấp, nhưng để đầu ra ở mức cao thì buộc cả 2 trạng thái đầu vào cũng phải ở mức cao

IC 7408 được cấu tạo với 4 cổng AND, các công có thể được sử dụng riêng biệt mà không gây ảnh hưởng tới các cổng khác

74LS08 chỉ cần sử dụng 1 nguồn duy nhất, đầu ra của IC luôn tương thích với các thiết bị TTL và các bộ vi điều khiển khác

16

IC 7408 với kích thước nhỏ gọn và tốc độ xử lý nhanh nên có độ tin cậy khá cao Một số các cổng logic khác cùng dòng như: 74LS73, 74LS00, 74LS02, 74LS04, 74LS138

o Thông số kỹ thuật IC 7408:

 Dải điện áp hoạt động 4,75 – 5,25V Điện áp được khuyến nghị cho

IC là 5V nhưng có thể lên tối đa là 7V

 IC cho phép dòng điện lớn 8mA ở đầu ra

 Thời gian tăng giảm điển hình: 18ns

 Nhiệt độ hoạt động: 0 ° C đến 70 ° C

 Nhiệt độ bảo quản: -65 ° C đến 150 ° C

 Tiêu thụ ít điện năng

Chi tiết sơ đồ chân IC 7408

17

Hình 3.2: Sơ đồ chân IC 7408

A1 Chân 1 Chân 1 là chân đầu vào đầu tiên cho cổng AND đầu tiên trong IC

74LS08

B1 Chân 2 Chân 2 là chân đầu vào thứ hai cho cổng AND đầu tiên trong IC 74LS08

Y1 Chân 3 Đầu ra của cổng AND đầu tiên

A2 Chân 4 Chân 4 là chân đầu vào đầu tiên của cổng AND thứ hai trong IC 74LS08

B2 Chân 5 Chân 5 là đầu vào thứ hai của cổng AND thứ hai trong IC 74LS08

Y2 Chân 6 Chân là đầu ra của cổng AND thứ hai

GND Chân 7 Chân 7 là chân nối đất

Y3 Chân 8 Chân 8 là đầu ra của cổng AND thứ ba

A3 Chân 9 Chân 9 là đầu vào đầu tiên cho cổng AND thứ ba của vi mạch

B3 Chân 10 Chân 10 là đầu vào thứ hai cho cổng AND thứ ba

Y4 Chân 11 Chân 11 là đầu ra của cổng AND thứ tư

A4 Chân 12 Chân 12 là chân đầu vào đầu tiên của cổng AND thứ tư

B 4 Chân 13 Chân 13 là chân đầu vào thứ hai của cổng AND thứ tư

VCC Chân 14 Chân cấp nguồn

18

3.1.3 IC 4027

Cấu tạo bên trong ic số CD4027 có 2 cổng Flip-Flop, mỗi cổng có xung clock ngõ vào và 2 ngõ ra Q & Q’ IC CD4027 được sản xuất theo công nghệ Cmos, là một mạch tích hợp được xây dựng từ các Mosfet và một số điện trở phụ trợ IC hoạt động tốt nhất ở điện áp 0-20V Các hoạt động của IC này là rất đơn giản để hiểu nếu chúng ta hiểu được hoạt động của cổng Flip-Flop Bạn có thể nhìn thấy trong sơ đồ dưới các cổng Flip-Flop được dây độc lập

Thông số kỹ thuật ic số CD4027 cổng Flip-Flop

8 Ground Nối mass của hệ thống

JK Flip Flop 1 / JK Flip Flop 2

3, 13 Clock-1 /

clock-2 Các chân này phải được cấp xung đồng hồ cho flip flop

2, 7 Reset-1 / reset-2 Khi Preset cao, flip flop sẽ đặt Q = 1 chứ không phải Q =

0

4, 12 Clear-1 / clear-2 Khi Clear cao, flip flop sẽ đặt Q = 0 chứ không phải Q = 1

19

5, 11 K-1 / K-2 Chân đầu vào của flip flop

6, 10 J-1 / J-2 Chân đầu vào khác của flip flop

2, 14 1(bar) /

Q-2(bar) Chân đầu ra đảo ngược của flip flop

1, 15 Q-1 / Q-2 Chân đầu ra của flip flop

Hình 3.3: Sơ đồ chân CD4027

3.1.4 IC 7447

IC 7447 hay IC 74LS47 là một mạch tích hợp nằm trong dòng IC 74xx được sử dụng trong máy tính, bộ đếm kỹ thuật số, đồng hồ hay các thiết bị đo lường khác

IC 7447 được biết đến nhiều khi được dùng trong bộ giải mã hiển thị của bộ BCD Led 7 thanh và đầu ra bộ thu mở 15V IC 74LS47 được sản xuất trong gói 14 chân

Sơ đồ chân của IC 7447

20

Hình 3.4: Sơ đồ chân IC 7447 Dưới đây là sơ đồ chân của IC 7447:

 Chân số 1, 2, 6, 7 là đầu vào ứng với B, C, D, A

 Chân số 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 là các chân đầu ra, những chân này sẽ được nối với led 7 thanh để điều khiển chúng

 Chân số 8 là chân nối đất GND

 Chân số 16 là chân cấp nguồn Vcc 5V, không cấp quá nguồn 5V

để IC hoạt động bình thường

 Chân số 3 LT (Lamp Test) dùng để kiểm tra led 7 đoạn Nếu chân số 3 nối mass thì led sẽ sáng cùng lúc 7 đoạn Chân này chỉ dùng để kiểm tra xem led 7 thanh có bị hỏng đoạn nào hay không thôi

 Chân số 4 BI/RB0 được nối với mức cao, nếu bị nối với mức thấp thì toàn bộ đèn sẽ không sáng

 Chân số 5 RBI nối với mức cao

21

Hình 3.5: Sơ đồ kết nối IC 7447

Thông số kỹ thuật của IC 7447

 Đóng gói với 16 chân trong một dòng kép DIP

 Bộ chuyển đổi BCD sang led 7 đoạn để hiển thị từ 0 – 9

 Nguồn cấp hoạt động tốt nhất trong khoảng 5V (4.75 đến 5.25)

Các tính năng của IC 74LS47

IC 7447 là IC thuộc họ logic rất phổ biến sử dụng các cổng logic, flip – flop và bộ đếm Các tính năng của IC đó là:

 Có dải điện áp rộng hơn

 Bạn không cần lắp với điện trở bên ngoài

 Có 4 đầu vào nhưng có tới 7 đầu ra

 Có đầu ra bộ thu mở

 Diode kẹp đầu vào nên không cần tốc độ cuối cao

22

3.2 Chế tạo, lắp ráp mạch

Các bước chế tạo mạch

Hình 3-1: Mạch in

23 Hình 3-2: Mạch in trên tấm đồng

Hình 3-3: Mạch sau khi ngâm

24 Hình 3-4: Lắp ráp linh kiện

Hình 3-5: Mạch sau khi hàn

25

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 4.1 Đánh giá sản phẩm

Ưu điểm: mạch chạy đúng yêu cầu, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt, chi phí phù hợp Nhược điểm: bố trí mạch chưa khoa học, thiết kế chưa mang tính công nghiệp

4.2 Tính thực tế của sản phẩm

Đây là đề tài rất hay và được ứng dụng rất nhiều trong đời sống cũng như trong công nghiệp.Nhằm tăng năng suất, hiệu quả trong công việc và giảm sức lao động của con người, MẠCH ĐẾM được đưa vào sử dụng thay thế con người trong công việc như đếm sản phẩm, đếm thời gian, đèn giao thông, chia tần số và điều khiển các mạch khác… Với đặc điểm tiện lợi, chính xác cao, hoạt động ổn định, gọn nhẹ linh hoạt; MẠCH ĐẾM nhanh chóng được biết đến và được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực

4.3 Đề xuất cải tiến và hướng phát triển

Hướng phát triển:Có thể thay thế các linh kiện, IC tạo xung, IC điều khiển, IC giải mã… bằng các linh kiện khác trên thị trường mà vẫn đáp ứng được nhu cầu của đề tài

Đề xuất cải tiến: thiết kế mạch phù hợp hơn, để mạch được thống nhất, không

bị rối mắt vì phải câu dây nhiều

26

PHỤ LỤC

*Tài liệu tham khảo

[1] Nguyễn Thị Thu Hà, Giáo trình điện tử số, 2013

[2] Nguyễn Ngọc Anh, Giáo trình thực hành kĩ thuật xung - số, 2014 [3] Nguyễn Thuý Vân, Kỹ thuật số, 2006