Đồ án điện tử cơ bản đề tài thiết kế mạch đếm từ 00 đến 25 sử dụng ic 74ls90

− Khối đếm : Mã hóa tín hiệu xung nhận được từ khối tạo xung.. − Khối giải mã : Giải mã tín hiệu nhận được từ khối đếm.. − Khối hiển thị : Hiển thị tín hiệu nhận được từ khối giải mã ra

KHOA ĐIỆN TỬ

B Ộ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

M ục lục

Phần 1 XÁC ĐỊNH YÊU CẦU BÀI TOÁN 6

1.1 Yêu cầu thiết kế 6

1.2 Phân tích thiết kế 6

Phần 2 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI 8

Phần 3 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 9

3.1 Khối nguồn 9

3.1.1 Thiết kế khối nguồn 9

3.1.2 Tính toán khối nguồn 10

3.2 Khối tạo xung 11

3.2.1 Thiết kế khối tạo xung 11

3.2.2 Tính toán khối tạo xung 12

3.3 Khối đếm 12

3.3.1 Thiết kế khối đếm 12

3.3.2 Tính toán khối đếm 14

3.4 Khối giải mã 16

3.5 Khối hiển thị 17

Phần 4 MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN 18

4.1 Mô phỏng mạch bằng phần mềm Proteus 18

4.1.1 Một vài trường hợp của mạch mô phỏng 18

4.1.2 Đo điện áp đầu vào sử dụng đồng hồ Volt kế 21

4.1.3 Đo tần số tín hiệu xung Clock sử dụng Osclloscope 21

4.2 Mô phỏng mạch bằng phần mềm Antium Designer 23

H椃H椃

Danh m ục bảng biểu

Bảng 1.1: So sánh 3 phương pháp 7

Bảng 3.1: Bảng chân lý bộ đếm BCD 15

Phần 1 XÁC ĐỊNH YÊU CẦU BÀI TOÁN

1.1 Yêu cầu thiết kế

− Thiết kế mạch theo yêu cầu chính: Thiết kế bộ đếm thuận, sử dụng IC tích hợp 74LS90, đếm từ 00 đến 25 và hiển thị kết quả trên LED 7 đoạn

− Mạch đáp ứng được theo yêu cầu đặt ra :

+ Khi cấp nguồn, mạch bắt đầu đếm từ 00 đến 25 và thực hiện lại vòng lặp này

+ Mạch thiết kế càng nhỏ gọn, càng tiết kiệm được chi phí càng tốt + Mạch có thời gian chuyển trạng thái (nhảy số) trong 1 giây

+ Mạch hoạt động bình thường trong mức điện áp 3 ~ 5V và 0,5 ~ 3A

1.2 Phân tích thiết kế

− Bài toán yêu cầu thiết kế mạch đếm:

+ Đếm thuận với Kd = 26 tức là mạch đếm từ 00 đến 25

+ Sử dụng IC tích hợp 74LS90: IC đếm 74LS90 về cơ bản là mạch đếm thập phân MOD-10 tạo ra mã BCD ở các ngõ ( bộ đếm đặt lại sau mười lần đếm với chuỗi đếm chia cho 10 từ 0000 (“ 0 ”) đến

1111 (“ 9 ”))

+ Kết quả hiển thị trên LED 7 đoạn

+ Mạch có thời gian nháy là 1s → tần số nháy: f = 1 Hz

+ Xung Clock có độ lớn biên độ bằng với nguồn cấp từ khối nguồn

− Lựa chọn khối nguồn : Với mạch đếm đơn giản, có thể hoạt động bình thường trong ngưỡng 3 → 5V và 0.5 → 3A Ta có thể sử dụng các phương án phổ biến sau:

+ Phương án 1: Nối nguồn điện dân dụng 220V thông qua adapter

+ Phương án 2: Nối nguồn điện dân dụng 220V thông qua biến áp và

mạch hạ áp

+ Phương án 3: Nối nguồn điện dân dụng 220V thông qua Diode và tụ điện

Bảng 1.1: So sánh 3 phương pháp Phương pháp 1 Phương án 2 Phương án 3

dụng sai điện áp

− Sinh nhiệt cao khi sử dụng thời gian dài

− Gây giật điện, nguy hiểm

− Trong thực tế, để mạch có thể hoạt động ổn định và an toàn, ta nên chọn mức điện áp cấp nguồn thấp hơn ngưỡng chịu đựng của mạch một chút, nên nguồn cấp cần thiết có điện áp < 5V: Khoảng 3 → 5V và 0.5

→ 3A

− Từ yêu cầu trên và so sánh tính năng giữa các phương pháp, nhóm em quyết định lựa chọn nguồn cấp theo phương án 2 Lý do lựa chọn : + Phương pháp đáp ứng nhu cầu thiết kế của nhóm đề ra

+ Có nhiều ưu điểm và nhược điểm dễ khắc phục

Phần 2 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI

− Khối nguồn: Cấp nguồn cho mạch hoạt động

− Khối tạo xung: Tạo ra xung vuông có tần số 1 Hz

− Khối đếm : Mã hóa tín hiệu xung nhận được từ khối tạo xung

− Khối giải mã : Giải mã tín hiệu nhận được từ khối đếm

− Khối hiển thị : Hiển thị tín hiệu nhận được từ khối giải mã ra ngoài

Phần 3 XÂY D ỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

3.1 Khối nguồn

3.1.1 Thiết kế khối nguồn

− Khối nguồn sử dụng mạch hạ áp và biến áp: nối dòng điện xoay chiều 220V qua 1 biến áp để thu được dòng điện xoay chiều 12V Cho dòng điện xoay chiều 12V qua mạch chỉnh lưu nửa chu kì (2 Diode) thu được dòng điện một chiều 12V và cấp cho mạch hạ áp (sử dụng IC

LM7805) Mạch hạ áp chuyển dòng điện một chiều 12V thành dòng điện một chiều 5V cung cấp điện cho mạch hoạt động

3.1.2 Tính toán khối nguồn

Với khối nguồn sử dụng biến áp và mạch hạ áp:

− Sử dụng điện áp dân dụng AC có Ung = 220V, Ing = Ung* = 311.13A

− Để dòng điện qua biến áp để thu được dòng điện xoay chiều có U = 12V, ta cần tính toán số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp theo công

thức:

Vậy với 1 vòng dây thứ cấp ta phải cuốn 336 vòng dây sơ cấp

− Dòng điện xoay chiều 12V đi qua 2 diode được chuyển đổi thành dòng điện một chiều 12V

− Dòng điện một chiều 15V đi qua IC7805 được hạ xuống và giữ ổn định

ở 5V và dòng định mức 1,5A (trên thực tế chỉ có 500mA - 1A do IC tỏa nhiệt cao làm sụt áp của dòng điện tạo ra)

3.2 Khối tạo xung

3.2.1 Thiết kế khối tạo xung

− Khối tạo xung sử dụng IC 555

− Chức năng: Tạo xung vuông theo công thức

Với:

+ F: Tần số (Hz)

+ C1: Tụ điện phân cực nối giữa chân 1 và chân 2 và chân 6 (F)

+ VR1: Biến trở nối giữa chân 2, chân 6 và chân 7 (Ω)

+ R : Điện trở nối giữa chân 4, chân 8 và chân 7 (Ω)

3.2.2 Tính toán khối tạo xung

− Mạch tạo xung chịu trách nhiệm tạo xung nhịp, các xung nhịp này ảnh hưởng đến tốc độ chuyển dịch giữa các số hiển thị ở khối hiển thị

− Lựa chọn tốc độ : Để thuận tiện cho quan sát, nhóm quyết định đặt thời gian nháy đèn (thời gian để từ số trước chuyển thành số tiếp theo) sẽ là

1 giây (s) → T = 1 (s)  TON + TOFF = 1 (s) Với :

+ TON: Thời gian xung ở trạng thái cao (1)

+ TOFF: Thời gian xung ở trạng thái thấp (0)

− Chức năng: Bộ đếm cần phải đếm xung theo một chu trình từ 00 → 25

Vì mỗi 1 IC 74LS90 chỉ có thể đếm được từ 0 → 9, nên ta cần phải sử

dụng 2 IC 74LS90 cho đề tài này

− Khối đếm nhận tín hiệu xung từ khối tạo xung tại chân 14 (U4)

− Tiến hành giải mã: Với mỗi 1 xung nhận được, IC74LS90 thực hiện

− Tín hiệu đã được mã hóa sẽ được đưa đến khối tiếp theo thông qua các

cổng ra Q0→Q3 (cả U1 và U4)

− Sử dụng hệ chuyển mã: Số BCD ( Binary Code Decimal)

− Được tạo ra khi ta mã hóa mỗi chữ số của một số thập phân dưới dạng

một số nhị phân 4 bit, VD:

− Đồ hình trạng thái: Bộ đếm từ 00 đến 25 tức là Kd = 26, ta chỉ cần thay đổi 4 bit hệ đơn vị và 2 bit cuối cùng của hệ chục, các bit còn lại giữ nguyên là 0 (Hình 3.5)

− Để sử dụng chức năng đếm BCD của IC74LS90: Ta cần kết nối chân CP1 (CLKB) với chân Q0 (12) (Hình 3.6)

− Cách mắc dây trong khối với Kd = 26 (Hình 3.4):

+ Nối chân 1 với chân 12 ở cả IC2 và IC5: Cho phép bộ 3 FF - JK tớ

nhận tín hiệu đếm tiếp theo từ FF - JK chủ

+ Chân 14 của IC5 nối với khối tạo xung: Nhận xung đầu vào từ khối

tạo xung sử dụng IC555

+ Chân 14 của IC2 nối với chân 11 của IC5: Cho phép hàng chục nhận tín hiệu đếm khi hàng đơn vị đã đếm hết 1 chu kỳ (từ 0 → 9)

+ Chân 6,7 nối mass: Không sử dụng

+ Chân 2 và 3 của IC2 nối với chân 2 và 3 của IC5: Sử dụng để đặt lại

về 00 khi hết một vòng

+ Chân 8 và 9 của IC5 nối vào 2 đầu vào của cổng AND IC3B; đầu ra

của cổng AND IC3B và chân 9 của IC2 nối vào 2 đầu vào của cổng AND IC3A, đầu ra của cổng IC3A nối vào chân 2 và 3 của cả IC2

và IC5: Đặt giới hạn cho 1 vòng của bộ đếm là 25

+ Các chân 8, 9 ,11, 12 của cả IC2 và IC5 nối với khối giải mã: Chuyển tín hiệu đã mã hóa đi

+ Còn lại chân 5 (GND) nối mass và chân 10 (VCC) nối với nguồn

3.3.2 Tính toán khối đếm

− Thiết kế mạch đếm đến 25 với hai IC74LS90 hay thiết lập mạch đặt lại cho hai IC74LS90

Mã BCD Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1

+ Nhận tín hiệu mã hóa ở các chân 7 (A), 1 (B), 2 (C) và 6 (D)

+ Giải mã các tín hiệu nhận được thành các chữ số 00 → 25

+ Sử dụng 2 LED để hiển thị được các chữ số hàng chục

+ Nối hai chân dp (3) và (8) với 1 con trở 220 Ω để bảo vệ LED

Phần 4 MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN

4.1 Mô phỏng mạch bằng phần mềm Proteus

4.1.1 Một vài trường hợp của mạch mô phỏng

H椃

H椃

H椃

4.1.2 Đo điện áp đầu vào sử dụng đồng hồ Volt kế

− Sử dụng dụng cụ:

+ DCVoltMeter: Đo dòng điện một chiều DC

+ ACVoltMeter: Đo dòng điện xoay chiều AC

− Điện áp ở đầu vào và điện áp ở đầu ra:

→ Nhận xét: Dòng điện đo được trên mô phỏng bị lệch một khoản nhỏ so

với tính toán do sai số thiết bị đo và sai số của linh kiện

4.1.3 Đo tần số tín hiệu xung Clock sử dụng Osclloscope

− Sử dụng các dụng cụ để đo đạc các thông số của mạch (Hình 4.8): + Osclloscope 1:

• Channel A: Xung clock tạo ra ở khối tạo xung sử dụng U2

(IC555)

• Channel B: Xung clock ra ở chân Q0 của U2 (IC72LS90)

+ Osclloscope 2:

• Channel A: Xung clock ra ở chân Q3 của U4 (IC72LS90)

• Channel B: Xung clock ra ở chân Q2 của U4

• Channel C: Xung clock ra ở chân Q1 của U4.

• Channel D: Xung clock ra ở chân Q0 của U4.

+ VSM Counter Timer: Đo tần số của mạch

− Chu kỳ xung của các đầu ra khi VR1 = 50.000 (Ω):

→ So sánh giá trị đo được với tính toán lý thuyết:

4.2 Mô phỏng mạch bằng phần mềm Antium Designer

− Sơ đồ thiết kế mạch chi tiết (Hình 4.6)

− Đi đường dây: Đặt luật cho mạch

− Đi đường dây cho mạch:

− Mạch điện tử mô phỏng 3D: