BTL xung số Haui nhóm 22 THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 8 SẢN PHẨM (SỬ DỤNG DFF), HIỂN THỊ TRẠNG THÁI ĐẾM TRÊN LED 7 THANH

THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 8 SẢN PHẨM (SỬ DỤNG DFF), HIỂN THỊ TRẠNG THÁI ĐẾM TRÊN LED 7 THANH Nhận thấy đầu vào J, K điều khiển trạng thái ngõ ra theo đúng như cách mà S R đã làm trừ 1 điểm là khi J = K = 1 thì trạng thái cấm được chuyển thành trạng thái ngược lại ( với J = K = 0 ). Nó còn gọi là chế độ lật của hoạt động. Từ dạng sóng có thể thấy rằng ngõ ra FF không bị ảnh hưởng bởi sườn xuống của xung ck các đầu vào J K cũng không có tác động trừ khi xảy ra tác động lên của Ck 7 FF JK có thể tạo thành từ FF SR có thêm 2 đầu and có ngõ ra đưa về như hình :

1

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

TRƯỜNG CƠ KHÍ – Ô TÔ

- -

BÁO CÁO

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XUNG SỐ

ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM 8 SẢN PHẨM (SỬ DỤNG D-FF), HIỂN THỊ TRẠNG THÁI ĐẾM

TRÊN LED 7 THANH Giáo viên hướng dẫn :Hà Thị Phương

Nhóm sinh viên thực hiện :Dương Hải Đăng 2021604911

:Ngô Thái Dương 2021605796 :Thái Hồng Nguyên 2021604447

Hà Nội - 2023

2

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH 3

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG 5

1.1 Giới thiệu chung 5

1.2 Cơ sở lựa chọn đề tài 9

1.3 Mục đích yêu cầu 9

1.4 Phương pháp nghiên cứu 9

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BỘ ĐẾM,THIẾT KẾ MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN 10

2.1 Tính toán hệ thống 10

2.2 Mô phỏng mạch 13

CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 14

3.1 Liệt kê các linh kiện cần dùng 14

3.2 Chế tạo, lắp ráp mạch 25

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 28

4.1 Đánh giá sản phẩm 28

4.2 Tính thực tế của sản phẩm 28

4.3 Đề xuất cải tiến và hướng phát triển 28

3

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Ký hiệu FF 5

Hình 1.2 Ký hiệu khối của 4 loại FF 5

Hình 1.3 Dạng sóng minh hoạ cho FF RS 6

Hình 1.4 Dạng sóng minh hoạ cho FF JK 6

Hình 1.5 FF JK từ FF SR 7

Hình 1.6 Cấu trúc mạch của FF JK 7

Hình 1.7 Dạng sóng minh hoạ cho hoạt động của FF T 7

Hình 1.8 FF T dùng làm mạch chia tần 8

Hình 1.9 Dạng sóng minh hoạ cho hoạt động của FF D 8

Hình 1.10 Kí hiệu khối và bảng sự thật của chốt D 8

Hình 1.11 Cấu tạo chốt D 9

Hình 2.1 Biểu đồ trạng thái của bộ đếm nhị phân 3 bit 10

Hình 2.2 Đếm chuỗi sau mỗi xung 11

Hình 2.3 Mạch D-FF 12

Hình 2.4 Mạch đếm 8 sản phẩm sử dụng D-FF 13

Hình 3.1 Sơ đồ chân CD4093 15

Hình 3.2 Chi tiết sơ đồ chân IC 7408 17

Hình 3.3 Sơ đồ chân IC 7408 18

Hình 3.4 Sơ đồ chân 74LS74 20

Hình 3.5 Sơ đồ chân IC 7447 20

Hình 3.6 Sơ đồ kết nối IC 7447 21

Hình 3.7 Sơ đồ kết nối IC 74HC32 23

Hình 3.8 Sơ đồ kết nối IC 4070 25

Hình 3.9 Mạch vẽ mô phỏng 25

Hình 3.10 Mạch dựng 3D 26

Hình 3.11 Mạch nguyên lí mặt trên và mặt dưới 26

Hình 3.12 Ngâm mạch in vào dung dịch FeCl3 27

Hình 3.13 Mạch hoàn thiện 27

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 D-FF), hiển thị trạng thái đếm trên LED 7 thanh

5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung

1.1.1 Khái niệm

FF là mạch có khả năng lật lại trạng thái ngõ ra tuỳ theo sự tác động thích hợp của ngõ vào, điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc lưu trữ dữ liệu trong mạch và xuất dữ liệu ra khi cần

Có nhiều loại flip flop khác nhau, chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng Các mạch FF thường được kí hiệu như sau:

Hình 1.1 Ký hiệu FF Nếu các ngõ vào sẽ quyết định ngõ ra là cái gì thì ngõ đồng hồ ck lại chỉ ra rằng khi nào mới có sự thay đổi đó Chân Ck có thể tác động mức thấp hay mức cao tuỳ vào cấu trúc bên trong của từng IC FF, do đó với một IC FF cố định thì chỉ có một kiểu tác động và chỉ một mà thôi, ví dụ với IC 74112 chỉ có một cách tác động là xung Ck tác động theo cạnh xuống

1.1.1 Phân loại

Hình 1.2 Ký hiệu khối của 4 loại FF

6

a) FF SR (mạch lật lại đặt)

Hình 1.3 Dạng sóng minh hoạ cho FF RS

FF RS nảy cạnh lên khi đó sẽ kí hiệu hình tam giác ở sơ đồ khối và dấu mũi tên lên trong bảng trạng thái

FF RS nảy bằng cạnh xuống tương tự và có khí hiệu thêm hình tròn nhỏ hay gạch đầu Ck để chỉ cạnh xuống ở ký hiệu khối và vẽ dấu mũi tên xuống ở bảng trạng thái

b) FF JK

FF JK bổ sung thêm trạng thái cho FF RS ( tránh trạng thái cấm)

Hình 1.4 Dạng sóng minh hoạ cho FF JK Nhận thấy đầu vào J, K điều khiển trạng thái ngõ ra theo đúng như cách mà S R

đã làm trừ 1 điểm là khi J = K = 1 thì trạng thái cấm được chuyển thành trạng thái ngược lại ( với J = K = 0 ) Nó còn gọi là chế độ lật của hoạt động

Từ dạng sóng có thể thấy rằng ngõ ra FF không bị ảnh hưởng bởi sườn xuống của xung ck các đầu vào J K cũng không có tác động trừ khi xảy ra tác động lên của Ck

7

FF JK có thể tạo thành từ FF SR có thêm 2 đầu and có ngõ ra đưa về như hình :

Hình 1.5 FF JK từ FF SR Còn cấu tạo bên trong của FF JK kích bằng cạnh sườn sẽ như sau :

Hình 1.6 Cấu trúc mạch của FF JK

c) FF T

Khi nối chung 2 ngõ vào JK như hình dưới thì sẽ được FF T : chỉ có một ngõ vào

T, ngõ ra sẽ bị lật lại trạng thái ban đầu khi ngõ T tác động và mỗi khi có cạnh sườn lên hay xuống của xung Ck

Kí hiệu khối và bảng trạng thái của FF T như sau :

Hình 1.7 Dạng sóng minh hoạ cho hoạt động của FF T

FF T được sử dụng chính để tạo mạch đếm chia 2 Khi T nối lên mức 1 (Vcc) hay

để trống, xung kích lần lượt đưa vào ngõ Ck Nhận thấy ngõ ra Q sẽ lật trạng thái mỗi lần ck xuống hay lên Tần số xung ngõ ra Q chỉ còn bằng một nửa tần số ngõ

Hình 1.9 Dạng sóng minh hoạ cho hoạt động của FF D

e) Mạch chốt D

Các FF nảy bằng mức đều có thể trở thành mạch chốt khi chân ck cho ở mức tác động luôn Thông dụng nhất là chốt D Mạch được tạo bởi FF D khi thay ngõ vào đồng bộ bởi ngõ vào cho phép (enable : E) tác động ở mức cao

Cấu tạo kí hiệu và bảng trạng thái như những hình sau :

Hình 1.10 Kí hiệu khối và bảng sự thật của chốt D

9

Hình 1.11 Cấu tạo chốt D

1.2 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

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

1.3 Mục đích yêu cầu

Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp 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

1.4 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 một mạch có chức năng hoạt động đếm số lượng và đúng với tài nguyên yêu cầu

bộ đếm) Trạng thái tiếp theo của bộ đếm phụ thuộc hoàn toàn vào trạng thái hiện tại của nó Và sự chuyển đổi trạng thái xảy ra mỗi khi xung đồng bộ xuất hiện Hình 2.1 cho thấy được chuỗi đếm sau mỗi xung đồng bộ

11

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 D-FF

13

2.2 Mô phỏng mạch

Ta sử dụng phần mềm proteus để mô phỏng mạch đếm 8 sản phầm sử dụng D-FF

Hình 2.4 Mạch đếm 8 sản phẩm sử dụng D-FF

14

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

CHỈNH

3.1 Liệt kê các linh kiện cần dùng

IC HCF4093BEY, Led 7 thanh, IC 7408, IC 7447, IC 74LS74 điện trở, biến trở… Tên linh kiện Giá trị Chức năng

- Các tính năng và thông số kỹ thuật CD4093

16

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

sẽ có 2 dạng tín hiệu logic được sử dụng

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

- Thông số kỹ thuật :

 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

Hình 3.2 Chi tiết sơ đồ chân IC 7408

Sơ đồ chân 74LS74

Dual D Flip Flop

cho flip flop 1,13 1CLR (bar) / 2CLR (bar) Reset flip flop bằng cách xóa bộ nhớ của nó

4, 10 1PRE (bar) / 2PRE (bar) Chân set Flip Flop

20

Hình 3.4 Sơ đồ chân 74LS74 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

Hình 3.5 Sơ đồ chân IC 7447

21

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

Hình 3.6 Sơ đồ kết nối IC 7447

22

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

23

Sơ đồ chân 74HC32

1,4,9,12 Chân đầu vào cổng OR (A) Chân đầu vào thứ nhất cho cổng OR

2, 5, 10, 13 Chân đầu vào cổng OR (B) Chân đầu vào thứ hai cho cổng OR

3, 6, 8, 11 Chân đầu ra cổng OR (Q) Chân đầu ra cho cổng OR

Hình 3.7 Sơ đồ kết nối IC 74HC32

24

3.1.6 IC 4070

IC CD4070 là chip CMOS có bốn cổng XOR Bởi vì mỗi cổng có hai đầu vào và

có bốn cống bên trong nên nó thường được gọi là Cổng XOR bốn đầu vào 2 đầu vào

Chân đầu vào cổng XOR

2, 6, 9,

13

Chân đầu vào cổng XOR

25

Hình 3.8 Sơ đồ kết nối IC 4070 3.2 Chế tạo, lắp ráp mạch

Các bước chế tạo mạch

Bước 1: Vẽ mạch trên phần mềm Altium

Hình 3.9 Mạch vẽ mô phỏng

26

Bước 2: Mô phỏng trên phần mềm

Hình 3.10 Mạch dựng 3D Bước 3: In file mạch nguyên lí và cắt tầm fit đồng

Hình 3.11 Mạch nguyên lí mặt trên và mặt dưới

27

Bước 4: Ngâm mạch trong dung dịch FeCl3, sau khi mạch đã bị ăn mòn hết, thả mạch vào nước, dung giấy giáp chà sạch lớp mực in trên mạch Phủ 1 lớp keo thông lỏng lên mạch đê tránh oxi hóa lớp đồng

Hình 3.12 Ngâm mạch in vào dung dịch FeCl3 Bước 5: Đục lỗ để hàn chân linh kiện

Bước 6: Dùng máy hàn hàn các chân linh kiện vào mạch Sau đó mạch hoàn thiện:

Hình 3.13 Mạch hoàn thiện

28

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

29

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