báo cáo thực tập cơ bản tín hiệu số

tr liTín 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 đượ

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TÍN HIỆU SỐ

Khái niệm

Tín hiệu số còn được biết thông dụng với tên gọi tín hiệu digital có biên độ rời rạc, không liên tục nhau theo từng thời điểm Dạng tín hiệu này vận hành theo hệ nhị phân - tại bất kỳ một thời điểm nào, tín hiệu chỉ được thể hiện thông qua chữ số

0 và 1 Với 1 thể hiện mức điện thế cao (ở ạng thái ON) và 0 biểu diễn mức điệtr n thế thấp (ở ạng thái OFF) Tín hiệu số được hình thành từ công nghệ do đó thuậtr n

tiện hơn trong việc xử lý và lưu ữ dữ ệu tr li

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

Tín hiệu sốlà tín hiệu không có thật trong tự nhiên

,được con người tạo ra bằng công nghệ nên có thể thay đổi điều chỉnh theo mục đích của mình Ví dụ: điều chỉnh âm thanh trong loa máy tính, điều chỉnh âm thanh

ti vi; có thể tăng âm lượng lớn lên hoặc nhỏ đi trong máy nghe nhạc….; nói chung

là không có sẵn mà phải nhờ tác động của con người thông qua công nghệ.Tín hiệu Digital được áp dụng vào nhiều lĩnh vực trong cuộc sống chủ yếu là các thiết bị điện tử viễn thông…

2.Ưu, nhược điểm của tín hiệu số

Tín hiệu số digital được dùng trong nhiều thiết bị âm thanh giúp lưu trữ và xử lý thông tin

Ưu điểm:

Tín hiệu số có khả năng loại bỏ các tạp âm khi truyền tải tín hiệu digital.Sao chép thông tin dữ ệu hạn chế giảm chất lượng và có thể sao chép vô số lilần không giới hạn

Tín hiệu số không bị tác động bởi dao động nhiệt và điện áp

Dù là tuyến tính hay không thì tín hiệu số vẫn không bị biến dạng

Có thể truyền đi ở khoảng cách xa

Tất cả các thông tin dạng kỹ thuật số đều được mã hóa dễ dàng

Nhiều công cụ hỗ ợ ỉnh sửa có sẵtr ch n

ể được thay thế bằng tín hiệu analog, tuy nhiên analog không thể truyền tải được thông tin đi xa, do đó digital vẫn không thể thay thế.

CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN

Cổng NOT

Cổng NOT chỉ có một ngõ vào và một ngõ ra Cổng NOT dùng để thực hiện NOT hay phép phủ định trong đại số Boole Cổng NOT còn được gọi là cổng ĐẢO (Inverter)

Ngõ vào Ngõ ra

Ký hiệu cổng AND

Bảng trạng thái cổng AND

Nhận xét:

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

o Khi có một ngõ vào bằng 0, ngõ ra bằng 0 bất chấp các ngõ vào còn lại Biểu thức logic: Q = A.B

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

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

Bi u thể ức logic: Q = A + B

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

Ký hiệu cổng NAND

Bảng trạng thái cổng NAND

Nhận xét:

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

o Ngõ ra cổng NAND = 0 khi tất cả các ngõ vào của nó bằng 1

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

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

Bi u thể ức logic: Y = 𝐴 + 𝐵

Cổng EX

Cổng EX OR dùng để thực hiện hàm EX OR Cổng EX OR chỉ có 2 ngõ vào

Ký hiệu cổng EX

ảng trạng thái cổng

Nhận xét:

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

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

Mạch logic và bảng trạng thái

Đầu tiên, chúng ta tạo ra một bảng hiển thị tất cả các trạng thái có thể có ở các ngõ vào A, B, C với các cột bổ sung cho mỗi ngõ ra trung gian (D và E) cũng như ngõ ra cuối cùng (Q) Sau đó, tính ra tất cả các trạng thái ngõ ra trung gian, điền vào bảng như bạn thấy trên hình Các ngõ ra trung gian này tạo thành các ngõ vào cho cổng tiếp theo để bạn có thể sử dụng chúng để xác định trạng thái logic của ngõ ra tiếp theo, trong ví dụ này là ngõ ra cuối cùng (Q)

Bảng trạng thái hay bảng chân trị ở trên cho thấy trạng thái hay mức logic của các ngõ ra trung gian D và E cũng như ngõ ra cuối cùng Q tương ứng với mức logic ở các ngõ vào A, B, C

Sự đa năng của cổng NAND và cổng NOR

Tất cả các biểu thức logic đều có thể được xây dựng thông qua các cổng

OR Tuy nhiên, để thực hiện các biểu thức mà chỉ dùng một loại cổng NAND (hay cổng NOR), chúng ta sẽ biến đổi cổng NAND (hay cổng NOR) để thực hiện các cổng logic cơ bản AND, OR, NOT tương đương như

Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NAND

Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng

Để minh họa cho vấn đề vừa trình bày ở trên, chúng ta xem ví dụ sau đây.Biến đổi mạch logic bên dưới về dạng mạch chỉ dùng một loại cổng NAND

Mạch logic ban đầuChúng ta thấy rằng mạch này có 3 cổng khác nhau (NOR, AND và OR) đểcông mạch này thì cần phải có ba IC khác nhau cho mỗi loại cổng

Để thiết kế lại mạch logic này bằng cách sử dụng cổng NAND, chúng ta sẽ thế mỗi cổng bằng các cổng NAND tương đương của nó, như hình dưới đây

Thay thế mỗi cổng bằng các cổng NAND

Sau đó, chúng ta đơn giản mạch bằng cách xóa các cặp cổng NOT liền kề (được đánh dấu X ở hình trên) Điều này có thể được thực hiện vì khi hai cổng NOT mắc nối tiếp nhau thì trạng thái logic ở ngõ vào và ngõ ra là giống nhau Hình dưới đây cho thấy mạch logic sau khi đơn giản

Mạch logic sau khi đơn giản

Mạch logic cuối cùng có năm cổng NAND và chỉ dùng hai IC (với bốn cổng cho mỗi IC) Rõ ràng, mạch này tốt hơn so với mạch ban đầu vì số lượng IC sử dụng ít hơn Điều này dẫn đến việc thi công mạch sẽ dễ dàng và tiết kiệm được chi phí hơn

Tất nhiên, mạch logic ở trên cũng có thể biến đổi về dạng mạch chỉ dùng một loại cổng NOR Các bạn hãy suy nghĩ cách thực hiện nhé

Như vậy, chúng ta thấy rằng bất kỳ một mạch logic nào cũng có thể chuyển về dạng mạch chỉ dùng một loại cổng NAND hay cổng NOR Chính vì điều này mà cổng NAND và cổng NOR được gọi là hai cổng đa năng

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,…

CÁC LOẠI IC CƠ BẢN

IC 7400 tên đầy đủ là: 74LS00 Quad 2

Đây là IC 4 cổng NAND

Bảng trạng thái IC

Sơ đồ chân của IC và hình dạng thực tế:

Sơ đồ chân của IC 7400Chức năng của các

74LS00 là thiết bị 14 PIN Chip có sẵn trong các gói khác nhau và được lựa chọn tùy theo yêu cầu Mô tả cho mỗi pin được đưa ra bên dưới

CỔNG NAND 1

INPUT1 của GATE 1

INPUT2 của GATE 1

OUTPUT của GATE1

CỔNG NAND 2

INPUT1 của GATE 2

INPUT2 của GATE 2

OUTPUT của GATE2

CỔNG NAND 3

INPUT1 của GATE 3

INPUT2 của GATE 3

OUTPUT của GATE3

CỔNG NAND 4

INPUT1 của GATE 4

INPUT2 của GATE 4

OUTPUT của GATE4

CHÂN NGUỒN

Kết nối với đất Được kết nối với điện áp dương để cung cấp điện cho cả bốcổng

Một số thông số kỹ thuật và tính năng của vi mạch 7400 bao gồm những điều sau đây:

o Nguồn điện áp là 5 V

o Độ trễ lan truyền cho mỗi cổng sẽ là 10 ns

o Tốc độ chuyển đổi tối đa là 25 MHz

o Công suất sử dụng cho mỗi cổng là 10 mW

o Cổng NAND

o Đầu ra có thể được giao tiếp với TTL, NMOS, CMOS

o Phạm vi điện áp hoạt động sẽ lớn

o Điều kiện hoạt động rộng rãi

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

Một số ứng dụng của IC 7400 bao gồm những điều sau đây

o Các IC này được sử dụng để thiết kế một hệ thống như báo trộm hoặc báo trộm

o Chúng được sử dụng trong còi cảnh báo tủ đông

o Chúng được sử dụng trong báo động trộm được kích hoạt bằng ánh

o Chúng được sử dụng trong hệ thống tưới nước tự động

IC74LS47 là loại IC giải mã BCD sang led 7

đoạn Mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn là

mạch giải mã phức tạp vì mạch phải cho nhiều

ngõ ra lên cao hoặc xuống thấp (tuỳ vào loại đèn

catod chung) để làm các đèn cần thiết sáng nên các số hoặc ký tự IC

74LS47 là loại IC tác động ở mức thấp có ngõ ra

cực thu để hở và khả năng nhận dòng đủ cao để

thúc trực tiếp các đèn led 7 đoạn loại anode chung

Bộ chuyển đổi đoạn để hiển thị từ –

Nguồncấphoạt động tốt nhất khoảng đếnCác tính năng của IC 74

Hoạt động khi kết nối với led 7 thanh:

Ở 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

Ở hình 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

Trong các mạch số ứng dụng, ứng dụng đếm

chiếm một phần tương đối lớn IC 7490 là IC

đếm thường được dùng trong các mạch số ứng

dụng đếm 10 và trong các mạch chia tần số

Chức năng của các chân:

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 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

ãy bảo vệ diode kẹp bên trong là

Hoạt động của IC 74

IC đếm 74LS90 về cơ bản là mạch đếm thập

phân MOD-10 tạo ra mã BCD ở các ngõ ra

74LS90 bao gồm bốn flip-flop JK chủ-tớ được

kết nối bên trong để cung cấp mạch đếm

MOD-2 (MOD-2 trạng thái đếm) và mạch đếm MOD-5 (5

trạng thái đếm) 74LS90 có một flip-flop độc lập

được điều khiển bởi đầu vào CLKA và ba

flip-flop JK tạo thành một bộ đếm không đồng bộ

được điều khiển bởi đầu vào CLKB

Ngõ vào xung đồng hồ 2 (xung kích cạnh xuống)Reset 1 (R0(1)) Chân Reset 1 (Reset về 0) – Tích cực mức 1Reset 1 (R0(2)) Chân Reset 2 (Reset về 0) – Tích cực mức 1Not connected (NC) Không sử dụng

Supply voltage Chân cấp nguồn 5V (4.75V – 5.25V)Reset 3 (R9(1)) Chân Reset 3 (Reset về 9) – Tích cực mức 1Reset 4 (R9(2)) Chân Reset 4 (Reset về 9) – Tích cực mức 1Output 3 (QC) Ngõ ra 3

Output 2 (QB) Ngõ ra 2

Ground (0V) Chân nối đất

Output 4 (QD) Ngõ ra 4

Output 1 (QA) Ngõ ra 1

Not connected Không sử dụng

Clock input 1 (CLKA) Ngõ vào xung đồng hồ 1 (xung kích cạnh xuống)

Cấu tạo bên trong IC 74LS90

o Bốn ngõ ra của IC được ký hiệu là QA, QB, QC và QD Thứ tự đếm của 74LS90 được kích hoạt bởi cạnh xuống của tín hiệu xung đồng hồ, tức là khi tín hiệu xung đồng hồ CLK chuyển từ logic 1 (mức CAO) sang logic

0 (mức THẤP) thì xem như có xung đồng hồ tác động vào mạch đếm

o ngõ vào bổ sung R1, R2, R3 và R4 là các chân RESET Khi các

RESET R1 và R2 được kết nối với logic 1, thì mạch đếm sẽ bị RESET trở về 0 (0000) còn khi các ngõ vào R3 và R4 được kết nối với logic 1, thì mạch đếm được RESET về số 9 (1001) bất kể số đếm hoặc vị trị đếm hiện tại

LED hiển thị 7 đoạn (7-segment Display / 7SEG)

LED hiển thị 7 đoạn là thiết bị hiển thị chữ số và ký hiệu khác, có thể là một số chữ Latin, trong các thiết bị điện tử bằng các module chữ số hiển thị (digit) có 7 (hay 7 đoạn), có thể kèm thêm dấu chấm (".") Các thanh này được điều khiển mức độ hiện ánh sáng để tạo hình ra chữ số cần hiện

Đặc tính

Có hiệu suất rất cao, vì nó chuyển thẳng điện năng ra quang năng

Có quán tính nhỏ, nghĩa là tắt là tắt ngay và cho sáng là sáng ngay, nhấp nháy nhịp rất nhanh

Có thể làm việc ở mức volt DC thấp và dòng nhỏ, chỉ vài Volt và vài mA Kích thước của điểm sáng có thể làm rất nhỏ, lại có nhiều màu

Cấu tạo

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 có LED số 8 để hiển thị dấu thập phân khi có nhiều hơn 1 LED 7 thanh được nối với nhau để có thể hiển thị được các số lớn hơn 2 chữ số

Một số ký tự LED 7SEG có thể biểu diễn (trong hệ HEX)

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 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

Sơ đồ mắc bên trong của LED 7SEGTrong 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 để có thể hiển thị tùy ý.

Trong màn hình hiển thị Anode chung, tất cả các kếtnối Anode của LED 7 thanh sẽ được nối với nhau ở mức logic “1”, các phân đoạn LED riêng lẻ sẽ sáng bằng cách áp dụng cho nó một tín hiệu logic “0” hoặc mức thấp “LOW” thông qua một điện trở giới hạn dòng điện để giúp phù hợp với các cực Cathode với các đoạn LED cụ thể từ a đến g

LED 7 thanh Anode chung thường phổ biến hơn vì các mạch điệnthường sử dụng nối với nguồn chung Với một số lưu ý rằng LED 7 thanh Cathode chung thông thường các mạch đều nối cực dương chung và ngược lại vì thế nếu nối với dương nguồn của mạch thì LED 7 đoạn Cathode chung sẽ không thể phát sáng Tùy thuộc vào các chữ số thập phân mà LED hiển thị LED sẽ nên được phân cực thuận Chẳng hạn, nếu hiển thị chữ số 0 thì chúng ta bắt buộc cần phải làm sáng 6 đoạn LED tương ứng đó là a, b, c, d, f Do đó, các con số khác nhau sẽ đượcthể hiện từ 0 –

Bảng giá trị

Đối với LED 7 thanh để hiển thị chính xác các ký tự mong muốn thì chúng ta có một bảng chân lý để giúp chúng ta nắm bắt và hiển thị những con số, ký tự một

chóng và dễ dàng hơn

Bảng giá trị chân lý của LED 7SEG CA

Bảng giá trị chân lý của LED 7SEG CC

Kiểm tra LED

Khi dùng Ohm kế để kiểm tra Led Bạn nhớ các điểm sau:

(1) Lấy thang đo Rx1 để có dòng chảy ra trên dây đo lớn, lúc này dòng ngắn mạch (chập 2 dây đo lại) , dòng chảy trên dây đo sẽ lớn nhật và thường ở thang Rx1 là 150mA (con số này có ghi trên máy đo)

(2) Do dây đo màu đỏ nối vào cực âm của pin (pin 3V trong máy đo), nên dòng điện tử chảy ra từ dây đen và do dây màu đỏ nối vào cực dương của

điện tử sẽ bị hút vào ở dây đỏ

(3) Khi đo Led (hay nói chung là khi Bạn đo các linh kiện có tính phi tuyến như diode, transistor, IC) Bạn nên xem kết quả trên vạch chia LV, vạch LV cho Bạn biết mức volt hiện có trên vật đo và khi đọc kết quả trên vạch chia

LI, vạch LI cho Bạn biết cường độ dòng điện đang chảy qua vật đo Vậy với Led, khi dây đen đặt trên chân Cathode và dây đỏ trên chân Anode, Led sẽ sáng Đọc kết quả trên vạch chia LV Bạn biết điện áp có trên 2 chân của Led và đọc trên vạch chia LI, Bạn biết cường độ dòng điện đang chảy Đảo chiều 2 dây đo Led sẽ không sáng, vì nó bị phân cực ngược, khi mối nối bán dẫn PN bị phân cực ngược nó sẽ không cho dòng chảy qua

KẾT LUẬN

Qua bài thực hành này, nhóm em đã biết cách sử dụng các linh kiện điện tử

cơ bản, cách sắp xếp linh kiện, đến cách đi dây sao cho đẹp mà vẫn đúng quy tắc

Do thời gian không nhiều, nên không thể tránh được những sai sót khi thiết

kế mạch cũng như làm báo cáo, mong thầy chỉ bảo để nhóm em có thể thiện bài thực hành của mình

Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy Tào Văn Cường đã tận tình giúp đỡ chúng em trong quá trình học tập và thực hành Nhóm em xin kinh chúc thầy mạnh khoẻ và công tác tốt