Báo cáo thực tập cơ bản tín hiệu số

Đây là một trong những tín hiệu được ứng dụng khá rộng rãi trong các thiết bị truyền tín hiệu hiện nay như dây mạng, usb, các cổng kết nối,…Trong hầu hết các mạch kỹ thuật số, tín hiệu c

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

- -BÁO CÁO

THỰC TẬP CƠ BẢN

HÀ NỘI, 12 - 2023

Giảng viên hướng dẫn : Tào Văn Cường

Sinh viên thực hiện : Trần Văn Bảo – 20223876

Cà Thị Duyên – 20223937

MỤC LỤC

I Tín hiệu số……… 2

1 Khái niệm

2 Công dụng và các ưu nhược điểm của tín hiệu số

II Các cổng logic cơ bản……… …… 4

1 Cổng NOT

2 Cổng AND

3 Cổng OR

4 Cổng NAND

5 Cổng NOR

6 Cổng EX-OR

7 Cổng EX-NOR

8 Ứng dụng của các cổng logic

III IC 7400……… 8

1.Khái niệm

2 Cấu tạo và thông số kĩ thuật

3 Ứng dụng

IV IC 7447……….……… 10

1 Khái niệm

2 Cấu tạo

3 Hoạt động khi kết nối với led 7 thanh

4 Ứng dụng

V IC 7490……… ….…12

1 Mạch và sơ đồ bộ đếm thập phân IC 74LS90

2 Giới thiệu bộ đếm thập kỉ IC 74LS90

3 Cấu hình chân 74LS90

4 Đặc tính bộ đếm nhị phân 74LS90

5 Thông số kĩ thuật

6 Nguyên lý hoạt động IC 7490

VI LED 7 thanh………15

1 Khái niệm

2 Cấu tạo

3 Phân loại LED và nguyên lý

VII Nguyên lí hoạt động của mạch……….17

1 Giới thiệu

2 Linh kiện

3 Sơ đồ khối mạch

4 Sơ đồ nguyên lí toàn mạch

5 Nhận xét

I Tín hiệu số

1 Khái niệm

Tín hiệu là một đại lượng vật lý chứa đựng một lượng thông tin hay một lượng dữ liệu Chúng có khả năng truyền tải đi xa đến các thiết bị nhận nhằm

ra lệnh hoặc yêu cầu thực hiện một công việc nào đó mà nguồn truyền cần làm Thông thường các tín hiệu sẽ được đi với dạng hàm số có đồ thị phân

bố cụ thể

Tín hiệu số hay còn gọi là tín hiệu digital là một dạng tín hiệu rời rạc theo biên độ của chúng Loại tín hiệu này chỉ được thể hiện ở hai mức 0 và 1

tương ứng với giá trị điện thế 0 và 5V Đây là một trong những tín hiệu được ứng dụng khá rộng rãi trong các thiết bị truyền tín hiệu hiện nay như dây

mạng, usb, các cổng kết nối,…

Trong hầu hết các mạch kỹ thuật số, tín hiệu có thể có hai giá trị có thể;

đây được gọi là tín hiệu nhị phân hoặc tín hiệu logic

Tín hiệu số có nhiều hơn hai trạng thái đôi khi được sử dụng; mạch sử dụng các tín hiệu như vậy được gọi là logic đa trị Ví dụ, các tín hiệu có thể giả sử

ba trạng thái có thể được gọi là logic ba giá trị

2 Công dụng, ưu và nhược điểm của tín hiệu số

Tín hiệu số rời rạc theo thời gian, gần gũi với máy tính và thiết bị tính

toán Công dụng: Dùng trong tính toán, truyền thông dữ liệu số

Ưu điểm

 Tín hiệu số có thể truyền tải thông

tin với ít ảnh hưởng của nhiễu,

méo và nhiễu hơn.

 Các mạch số có thể được tái tạo

dễ dàng với số lượng lớn với chi

phí tương đối thấp.

 Xử lý tín hiệu số linh hoạt hơn vì

các hoạt động của DSP có thể được

thay đổi bằng cách sử dụng các hệ

thống có thể lập trình kỹ thuật số.

 Xử lý tín hiệu số an toàn hơn vì

thông tin kỹ thuật số có thể

được mã hóa và nén dễ dàng.

 Hệ thống kỹ thuật số chính xác

hơn và xác suất xảy ra lỗi có thể

được giảm bớt bằng cách sử dụng

các mã phát hiện và sửa lỗi.

Nhược điểm

 Cần có băng thông cao hơn cho truyền thông số khi so sánh với truyền thông tin tương tự.

 DSP xử lý tín hiệu ở tốc độ cao và bao gồm nhiều tài nguyên phần cứng nội bộ hàng đầu hơn Điều này dẫn đến tiêu hao năng lượng cao hơn so với xử lý tín hiệu tương tự, bao gồm các thành phần thụ động tiêu thụ ít năng lượng hơn.

 Xử lý tín hiệu số thường phức tạp hơn.

 Tín hiệu số có thể dễ dàng được

lưu trữ trên bất kỳ phương tiện từ

tính hoặc phương tiện quang học

nào sử dụng chip bán dẫn.

 Tín hiệu số có thể được truyền

trên một khoảng cách xa.

II Các cổng logic cơ bản

1 Cổng NOT

Cổng NOT chỉ có một ngõ vào và một ngõ ra Cổng NOT dùng để thực

hiện phép NOT hay phép phủ định trong đại số Boole Cổng NOT còn

được gọi là cổng ĐẢO (Inverter)

Bảng trạng thái :

Nhận xét: Ngõ vào và ngõ ra có mứclogic trái ngược nhau

Biểu thức logic: Q = A

2 Cổng AND

Cổng AND dùng thực hiện hàm AND của 2 hay nhiều biến Cổng AND

có số ngõ vào tuỳ thuộc vào số biến và có một ngõ ra Ngõ ra cổng là hàm AND của các biến ngõ vào

 Ngõ ra cổng AND chỉ ở mức cao khi tất cả các ngõ vào lên cao

 Khi có một ngõ vào bằng 0, ngõ ra bằng 0 bất chấp các ngõ

vào còn lại

Biểu thức logic: Q = A.B

3 Cổng OR

Cổng OR dùng thực hiện hàm OR của 2 hay nhiều biến Cổng OR có số ngõ vào tuỳ thuộc vào số biến và có một ngõ ra Ngõ ra cổng là hàm OR

của các biến ngõ vào

Ký hiệu: Ngõ vào Ngõ ra

Nhận xét:





Ngõ ra cổng OR chỉ ở mức thấp khi tất cả các ngõ vào xuống thấp

Khi có một ngõ vào bằng 1, ngõ ra bằng 1 bất chấp các ngõ vào còn lại

Biểu thức logic: Q = A + B

4 Cổng NAND

Cổng NAND là kết hợp của cổng AND và cổng NOT Ngõ ra của

cổng NAND là đảo với ngõ ra cổng AND

Nhận xét:

 Ngõ ra cổng NAND = 1 khi có ít nhất 1 ngõ vào của nó bằng 0

 Ngõ ra cổng NAND = 0 khi tất cả các ngõ vào của nó

bằng 1 Biểu thức logic: Y = AB

5 Cổng NOR

Cổng NOR là kết hợp của cổng OR và cổng NOT Ngõ ra của cổng NOR

là đảo với ngõ ra cổng OR

Ký hiệu:

Ngõ vào Ngõ ra

Nhận xét:

 Ngõ ra cổng NOR = 1 khi tất cả các ngõ vào của nó có giá trị 0

 Ngõ ra cổng NOR = 0 khi có ít nhất 1 ngõ vào của nó có giá

trị 1 biểu thức logic:Y = A+B

6 Cổng EX-OR

Cổng EX-OR dùng để thực hiện hàm EX-OR Cổng EX-OR chỉ có 2

ngõ vào và 1 ngõ ra

Nhận xét:





Ngõ ra của cổng EX-OR bằng 0 khi 2 ngõ vào có mức logic bằng nhau

Ngõ ra của cổng EX-OR bằng 1 khi 2 ngõ vào có mức logic khác nhau

Biểu thức logic: Y = AB + AB = A ⊕ B

7 Cổng EX-NOR

Cổng EX-NOR là kết hợp của cổng EX-OR và cổng NOT, dùng để thực hiện hàm EX-NOR Cổng EX-NOR chỉ có 2 ngõ vào và 1 ngõ ra

Ký hiệu:

Nhận xét:

 Ngõ ra của cổng EX-NOR bằng 0 khi 2 ngõ vào có mức

logic khác nhau

 Ngõ ra của cổng EX-NOR bằng 1 khi 2 ngõ vào có mức

logic bằng nhau

Biểu thức logic: Y = AB + A.B = A ⊕ B

8 Ứng dụng của cổng logic

Các ứng dụng của cổng logic chủ yếu được xác định dựa trên bảng trạng

thái của chúng, tức là phương thức hoạt động của chúng Các cổng logic cơ bản được sử dụng trong nhiều mạch điện như khóa nút nhấn, kích hoạt báo trộm bằng ánh sáng, bộ điều chỉnh nhiệt độ, hệ thống tưới nước tự động, v.v

Ngoài ra, cổng logic cũng chính là các phần tử cấu thành nên các mạch tổ hợp chẳng hạn như mạch giải mã, mạch mã hóa, mạch đa hợp, mạch giải đa hợp,…

III IC 7400

1 Khái niệm

IC 7400 có thể được xây dựng với một số thiết bị, cung cấp tất cả các cổng logic cơ bản, FF (dép xỏ ngón) , bộ đếm ALU, và bộ thu phát xe buýt Họ IC số

mở rộng là IC 7400 series Dòng IC này chủ yếu bao gồm các chip logic kín đáo khác nhau như cổng logic cùng với các thanh ghi, bộ nhớ RAM và bộ giải

mã khác nhau

IC 7400 là một chip 14 chân và nó bao gồm bốn cổng NAND 2 đầu vào Mỗi cổng đều sử dụng chân 2 đầu vào & chân 1 đầu ra, bởi 2 chân còn lại là nguồn

và đất Con chip này được tạo ra với các gói khác nhau như giá đỡ bề mặt và lỗ xuyên qua, bao gồm gói gốm (hoặc) nhựa kép trong dòng và gói phẳng

2 Cấu tạo và thông số kỹ thuật

 Pin1: Đây là cổng A-input-1

 Pin2: Đó là Cổng vào B-1

 Pin3: Đó là Cổng ra Y-1

 Pin4: Đây là cổng A-input-2

 Pin5: Đó là Cổng đầu vào B-2

 Pin6: Đây là cổng ra Y-2

 Pin7: Đây là một thiết bị đầu cuối GND

 Pin8: Đây là cổng ra Y-3

 Pin9: Đây là cổng đầu vào B-3

 Pin10: Đây là cổng A-input-3

 Pin11: Đó là Cổng đầu ra Y-4

 Pin12: Đây là cổng đầu vào B-4

 Pin13: Đây là cổng A-input-4

 Pin14: Đó là chân Vcc (Nguồn cung cấp tích cực)

Thông số kỹ thuật IC 7400

 Độ trễ truyền cho mỗi cổng sẽ là 10 ns

 Tốc độ chuyển đổi tối đa là 25 MHz

 Công suất sử dụng cho mỗi cổng là 10 mW

 Cổng NAND 2-i / p độc lập- 4

 Đầu ra có thể được giao tiếp với TTL, NMOS, CMOS.

 Phạm vi điện áp hoạt động sẽ lớn

 Điều kiện hoạt động rộng rãi

 Không phù hợp với các thiết kế mới sử dụng 74LS00

một kỹ sư có thể thiết kế flip-flops (FF), bộ đếm, bộ đệm và

cổng logic trong các gói khác nhau và chúng có thể được kết

nối tùy thích để giải quyết một vấn đề chính xác.

3 Ứng dụng

trộmhoặc báo trộm

 Chúng được sử dụng trong báo động trộm được kích hoạt bằng

ánhsáng

quy mô nhỏ (SSI) IC này có thể được xây dựng với 4 cổng NAND kép i / p Bởi vì, bằng cách sử dụng cổng này, bất kỳ loại cổng logic nào cũng cóthể được thiết kế.

IV IC 7447

1 Khái niệm

Mạch giải mã BCD ra led 7 thanh được dùng rất phổ biến trong thiết bị điện

tử nhưng do sơ đồ mạch cồng kềnh khó lắp ráp vì vậy để thu gọn kích thước lắp ráp và tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp ráp,các nhà sản xuất linh kiện điện tử đã tích hợp các mạch cổng tạo ra các hàm a,b,c,d,e,f,g trên 1 đế cách điện và đóng chung vào một vỏ.Như vậy đã tạo ra một mạch tổ hợp BCD ra led 7 thanh ,mạch này gọi là IC giải mã BCD ra led 7 thanh Đó là IC 7447

IC 74LS47,SN7447AN được bán rất nhiều trên thị trường.Để có thể sử dụng được các loại IC này ,ta phải tra cứu số liệu mà nhà sản xuất đưa ra xem nó được cấp nguồn bao nhiêu,chân nào là mass,chân nào là chân ra a,b,c,d,e,f,g ,chân nào là tín hiệu hiệu vào và quan trọng nhất là xem nó tích cực ở mức 0 hay tích cực ở mức 1 để ta xác định sẽ sử dụng led 7 thanh Anot chung hay Katot chung

Nếu IC tích cực ở mức 1 thì ta sẽ dùng led 7 thanh loại Anot chung,còn nếu

 mức 0 thì ta dùng loại Katot chung.Trong trường hợp nếu IC tích cực ở mức

1 mà không có led 7 thanh loại Anot chung thì ta sẽ dùng loại Katot chung với cổng logic cơ bản là cổng đảo (NOT)

2 Cấu tạo

Sơ đồ cấu tạo bên trong IC7447

 Chân 16 cấp nguồn Vcc cụ

thể ở đây là 5V nếu quá 5V

ic này sẽ bị chết

 Chân 8 là chân nói GND(mass)

 Các chân 1,2,6,7 là các

chân tín hiệu vào ứng

với B,C,D,A

 Các chân 15,14,13,12,11,10,9 là các chân ra ,các chân này sẽ được nối với led 7 thanh và được nối như hình trên

 Chân thứ 3 LT(Lamp test ) như tên gọi của nó chân 3 này là chân kiểm tra led 7 đoạn,nếu ta cắm chân này xuống mass thì bộ giải mã sẽ sáng cùng lúc với 7 đoạn.Chân này chỉ phục vụ để kiểm tra xem có led nào

bị hỏng hay không và trong thực tế không sử dụng nó

 Chân 4 BI/RB0 luôn luôn được kết nối với mức cao ,nếu kết nối với mức thấp thì toàn bộ led sẽ không sáng bất chấp trạng thái ngõ vào là gì

 Chân 5 RBI kết nối với mức cao

3 Hoạt động khi kết nối với led 7 thanh

Sơ đồ mạch điện IC 7447 loại Anot chung

 đây ta dùng công tắc

K1,K2,K3,K4 để tạo mức logic,như đã

nói ở phần trên thì loại Anot chung sẽ

tích cực ở mức cao (mức 1)nghĩa là có

điện áp thì led 7 thanh sẽ sáng ,còn

mức thấp(mức 0) thì led 7 thanh sẽ

không sáng .Ở hình trên tất cả mức

logic ở mức thấp nghia là khóa K hở

mạch khi đó trạng thái của led sẽ hiển

thị số 0 ,muốn hiển

thị số nào thì ta sẽ sẽ dựa vào bảng chuyển đổi BCD ra số thập phân như sau:

Coi công tắc K1,K2,K3,K4 ứng với 4 số bên dãy BCD như hình Dựa vào bảng trên coi 4 công tắc

hở mạch trên ứng với 0000 ở bên BCD khi đó sẽ ứng với số 0 bên số thập phân,muốn hiển thị số 1 ứng với 0001 thì ta chỉ cần đóng công tắc K4 xuống

để tạo mức logic 1 như hình sau:

1 ứng với công tắc K3 nên ta chỉ việc đóng K3 xuống là sẽ hiển thị được số 2

Cứ tiếp tục như vậy và dưa vào bảng chuyển đổi BCD sang số thập phân vậy

là các bạn có thể làm hiển thị từ 0 đến 9 rồi

V IC 7490

1 mạch và sơ đồ bộ đếm thập phân IC 74LS90

74LS90 là bộ đếm thập phân không có chức năng reset tự động Có

nhiều loại bộ đếm có thể sử dụng trong các thiết bị để đếm chữ số nhị phân hoặc thập phân

Chúng ta sẽ đề cập đến một IC bộ đếm 74LS93, hoạt động dựa trên một flip flop loại T Khi sử dụng các flip flop trong những bài trước, chúng ta có thể tạo ra bộ đếm có 2n số nhị phân

IC 74LS93 đếm từ 0000 đến 1111 ở dạng số nhị phân, 0 đến 15 ở dạng thập phân Trong hệ thập phân, chúng ta chỉ cần từ 0 đến 9 là có thể bao gồm tất

cả các giá trị số thập phân mà không cần thêm các giá trị khác

2 Giới thiệu về bộ đếm thập kỷ 74LS90

Để giải quyết vấn đề trên, chúng ta sử dụng IC 74LS90 IC chứa hai bộ đếm MOD Một là MOD 2 và hai là bộ đếm MOD 5 Bộ đếm bắt đầu đếm từ

0000 đến1001 và sau đó nó reset lại giá trị

Việc reset tự động làm cho bộ đếm bắt đầu đếm từ 0 và kết thúc ở số 9

trong hệ thập phân Trong IC có bốn chân reset, những chân này giúp IC

đếm bằng cách kích hoạt hai chân trong 4 chân IC giao tiếp TTL có thể kết hợp với các bộ đếm và IC có giao tiếp TTL khác

3 Cấu hình chân 74LS90

Chân Mô tả chi tiết

Chân 1 Chân 1 là đầu vào xung clock của MOD 5 trong IC Là chân

tích cực mức thấp (chỉ kích hoạt khi có giá trị logic mức thấp), ddeer thay đổi trạng thái ở 3 bit đầu ra Tại các đầu ra

có xung thay đổi từ mức cao đến thấp thì ba bit đầu ra sẽ bị

thay đổi

Chân 2 Chân 2 được sử dụng như một chân reset trong IC Nó sẽ

cho giá trị lớn nhất ở đầu ra Sử dụng kết hợp với chân 3 Chân 3 Chân 3 cũng được sử dụng như một chân reset trong IC Nó

sẽ kích giá trị lớn nhất ở đầu ra Sử dụng kết hợp với chân 2 Chân 4 Chân 4 sử dụng để hình dáng dễ nhìn cho mạch PCB Không

quan trọng nó được đấu nối hay không vì nó sẽ không ảnh

hưởng đến mạch

Chân 5 Chân 5 là chân đầu vào cấp nguồn

Chân 6 Chân 6 được sử dụng như một chân reset trong IC Nó sẽ

xóa tất cả giá trị các đầu ra khi kết hợp với R4 Chân 7 Chân 7 cũng được sử dụng như một chân reset Nó sẽ xóa tất

cả các đầu ra khi kết hợp với R3

Chân 8 Chân 8 là một chân đầu ra Nó là bit thứ hai của dữ liệu đầu

ra 4 bit

Chân 9 Chân 9 cũng là một chân đầu ra Nó là bit LSB thứ hai (Bit

có trọng số thấp thứ 2) của dữ liệu đầu ra 4 bit

Chân 11 Chân 11 là bit đầu ra có trong số lớn nhất của dữ liệu đầu ra

4 bit

Chân 12 Chân 12 là bit đầu ra có trọng số nhỏ nhất của dữ liệu đầu ra

4 bit

Chân 13 Chân 13 là chân không cần đấu nối Nó sẽ không ảnh hưởng

đến vi mạch như chân 4

Chân 14 Chân 14 là chân đầu vào xung clock dùng để cấp xung clock

cho MOD 2 của IC

4 Đặc tính bộ đếm nhị phân 74LS90





Nó được sử dụng như một bộ đếm đơn giản từ 0 – 9

IC có khả năng bắt đầu đếm tự động từ 0 và kết thúc ở 9

 IC có thể giao tiếp với các thiết bị và vi điều khiển TTL do đầu

ra của nó cũng ở dạng TTL







IC có mức tiêu thụ điện năng thấp

IC có nhiều dạng package PDSO, PDIP và GDIP

IC có bảo vệ bên trong khỏi điện áp kẹp

5 Thông số kỹ thuật











Dãy nguồn đầu vào cho IC là 4,75V đến 5,25V

Dãy nhiệt độ hoạt động cho IC là 0 đến 70 độ

Dãy điện áp đầu vào IC ở trạng thái mức CAO nhỏ nhất 2,0V và

trạng thái THẤP là tối đa 0,7V

IC cho dòng điện đầu ra ở trạng thái mức CAO là -0,4mA và ở

trạng thái THẤP là 8,0mA

Dãy bảo vệ diode kẹp bên trong là -1,5V

6 Nguyên lý hoạt động của IC 7490

IC có cấu trúc bên trong gồm 4 flip flop và flip flop đầu tiên được

sử dụng là MOD 2 và 3 chân còn lại được sử dụng ở MOD 5

Có hai chân đầu vào xung nhịp và được sử dụng để thay đổi trạng

thái đầu ra Các chân reset được điều khiển thông qua cổng AND

IC có 4 chân reset, hai chân xung nhịp và 4 chân đầu ra Trước khi

sử dụng IC thì trước tiên chúng ta cần hiểu các chân reset

Bốn chân reset này sẽ được sử dụng để điều khiển các đầu ra Bốn chân reset này sẽ tạo ra hơn 16 tổ hợp nhưng trong một số tổ hợp, sẽ có đầu ra nhất định

1 LED 7 thanh là gì?

LED 7 thanh hay còn được gọi là LED 7 đoạn, bao gồm 7 đoạn đèn LED được xếp lại với nhau thành hình chữ nhật Khi các đoạn lập trình để chiếu sáng thì sẽ hiển thị chữ số của hệ thập phân hoặc thập lục phân Đôi khi LED

số 8 được hiển thị dấu thập phân khi có nhiều LED 7 thanh được nối với nhau

để có thể hiển thị được các số lớn hơn 2 chữ số

2 Cấu tạo LED 7 thanh

Với các đoạn LED trong màn hình đều được nối với các chân kết nối để đưa ra ngoài Các chân này được gán các ký tự từ a đến g, chúng đại diện cho từng LED riêng lẻ Các chân được kết nối với nhau để có thể tạo thành một chân chung

3 Phân loại LED 7 thanh và nguyên lý

Chân Pin chung hiển thị thường được sử dụng để có thể xác định loại màn hình LED 7 thanh đó là loại nào Có 2 loại LED 7 thanh được sử dụng đó là Cathode chung (CC) và Anode chung (CA)

Cathode chung (CC): Trong màn

hình Cathode chung thì tất cả các cực

Cathode cả các đèn LED được nối

chung với nhau với mức logic “0”

hoặc nối Mass (Ground) Các chân

còn lại là chân Anode sẽ được nối với

tín hiệu logic mức cao (HIGHT) hay

mức logic 1 thông qua 1 điện trở giới

hạn dòng điện để có thể đưa điện áp

vào phân cực ở Anode từ a đến G

thể hiển thị tùy ý