mạch kĩ thuật với bộ đếm thuận

Tín hiệu sốTín hiệu số là tín hiệu được sử dụng để biểu diễn dữ liệu dưới dạng một chuỗi các giá trị rời rạc; tại bất kỳ thời điểm nào, nó chỉ có thể đảm nhận một trong số các giá trị hữ

Ự ẬP CƠ Ả

MẠCH KĨ THUẬT VỚI BỘ ĐẾM THUẬN

Dương ỹ Ớ

I Tín hiệu số

Tín hiệu số là tín hiệu được sử dụng để biểu diễn dữ liệu dưới dạng một chuỗi các giá trị rời rạc; tại bất kỳ thời điểm nào, nó chỉ có thể đảm nhận một trong số các giá trị hữu hạn Điều này tương phản với một tín hiệu tương tự, đại diện cho các giá trị liên tục; tại bất kỳ thời điểm nào, tín hiệu tương tự đại diện cho một

số thực trong phạm vi giá trị liên tục

Các tín hiệu số đơn giản biểu thị thông tin trong các dải rời rạc của các mức tương tự Tất cả các cấp trong một dải các giá trị đại diện cho cùng một trạng thái thông tin 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 Chúng được biểu thị bằng hai dải điện áp: một dải gần giá trị tham chiếu (thường được gọi là điện

áp đất hoặc 0 volt) và giá trị kia gần điện áp cung cấp Các giá trị này tương ứng với hai giá trị "0" và "1" (hoặc "sai" và "đúng") của miền Boolean, do đó tại bất

kỳ thời điểm nào, tín hiệu nhị phân đại diện cho một chữ số nhị phân (bit) Do

sự rời rạc này, những thay đổi tương đối nhỏ đối với các mức tín hiệu tương tự không rời khỏi đường bao rời rạc và kết quả là bị bỏ qua bởi mạch cảm biếntrạng thái tín hiệu Kết quả là, tín hiệu số có khả năng chống nhiễu; nhiễu điện

tử, miễn là nó không quá lớn, sẽ không ảnh hưởng đến các mạch kỹ thuật số, trong khi nhiễu luôn làm suy giảm hoạt động của tín hiệu tương tự ở một mức

độ nào đó

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

Trong tín hiệu số, đại lượng vật lý đại diện cho thông tin có thể là dòng điện hoặc điện áp thay đổi, cường độ, pha hoặc phân cực của trường quang hoặc điện

từ khác, áp suất âm, từ hóa của phương tiện lưu trữ từ tính, vân vân Tín hiệu số được sử dụng trong tất cả các thiết bị điện tử kỹ thuật số, đáng chú ý là thiết bị điện toán và truyền dữ liệu

Tín hiệu nhị phân, còn được gọi là tín hiệu logic, là tín hiệu số có hai mức phân biệt

II Các cổng logic cơ bản

Khái niệm

Trong điện tử học, cổng logic (tiếng Anh: logic gate) là mạch điện thực hiện một hàm Boole lý tưởng hóa Có nghĩa là, nó thực hiện một phép toán logic trên

một hoặc nhiều logic đầu vào, và tạo ra một kết quả logic ra duy nhất, với thời gian thực hiện lý tưởng hóa là không có trễ.

Các đại lượng nhị phân trong thực tế là những đại lượng Vật lý khác nhau (dòng điện, điện áp,áp suất…) Các đại lượng đó có thể thể hiện bằng hai trạng thái có

‘1’ hoặc không ’0’

Các cổng logic là các phần tử đóng vai trò chủ yếu để thực hiện các chức năng logic đơn giản nhất trong các sơ đồ logic nhằm thực hiện một hàm logic nào đó Quan hệ logic cơ bản nhất có ba loại: AND, OR, NOT Cổng logic gồm các phần tử có nhiều đầu vào và chỉ có một đầu ra Đầu ra là tổ hợp của các đầu vào Từ các cổng logic ta có thể kết hợp lại để tạo ra nhiều mạch logic thực hiện các hàm logic phức tạp hơn

Bảng chân lí

Mô tả đáp ứng của mạch tại ngõ ra đối với các tổ hợp mức logic khác nhau tại các ngõ vào Mức logic tại các ngõ vào/ra chỉ nhận một trong hai giá trị 0 hoặc

1 Với mạch logic có N ngõ vào thì sẽ có tổ hợp hay trạng thái của ngõ ra

Mạch logic 2 ngõ vào, 1 ngõ ra:

Phân loại các cổng logic

Trước khi đi vào tìm hiểu một số loại cổng logic, quy định về mức 0 và mức 1 như sau:

• Nếu IC của TTL thì điện áp vào là 5V, khi đó ta có mức 1 = 5V và mức

• Nếu IC của CMOS thì điện áp vào Vdd – 18V cho nên mức 1 = Vdd và mức 0 vẫn là = 0V

ổng logic cơ sở

Cổng OR (HOẶC)

Cổng HOẶC có 2 hoặc nhiều lối vào và chỉ có một lối ra Lối ra ở mức 1 nếu có

ít nhất một lối vào ở mức 1 (Lối ra có tín hiệu khi một lối vào có tín hiệu ).Ta

bảng chân lý

Ta viết Y = A + B và nói cổng HOẶC thực hiện phép cộng logic

Nhận xét:

Y = 0 : khi tất cả các biến vào đều bằng 0

Y = 1: khi có ít nhất một biến vào bằng 1

Giản đồ xung

Trường hợp tổng quát cổng OR có nhiều biến vào độc lập

Ta có thể xem cổng HOẶC như một mạch điện mắc song song như hình dưới:

Trong mạch điện, ta thấy chỉ cần một chuyển mạch A, B hoặc C đóng, đèn sẽ

ổng logic OR thực hiện quan hệ: một sự kiện sẽ xảy ra khi chỉ cần một điều kiện quyết định sự kiện đó được đáp ứng

Nhận xét:

nhất một biến vào bằng 0

Y = 1: khi tất cả các biến vào đều bằng 1

Giản đồ xung:

Trường hợp tổng quát cổng AND có nhiều biến vào độc lập

Ta có thể xem cổng AND như một mạch điện mắc nối tiếp:

Trong mạch điện, ta thấy khi tất cả các chuyển mạch A, B, C đều đóng, đèn mới sáng được.

Cổng logic AND thực hiện quan hệ: một sự kiện sẽ xảy ra khi tất cả mọi điều kiện quyết định sự kiện đó được đáp ứng

Bảng sự thật với hàm NAND 2 biến:

Cổng NOR (KHÔNG HOẶC)

Cổng KHÔNG HOẶC là cổng HOẶC bị phủ định Biểu diễn:

Bảng sự thật với hàm NOR 2 biến:

Nhận xét:

Y = 0 : khi có ít nhất một biến vào bằng 1

Y = 1: khi tất cả các biến vào đều bằng 0

Giản đồ xung:

Trường hợp tổng quát cổng NOR có nhiều biến vào độc lập

Cổng khác dấu

Cổng Exclusive OR (HOẶC loại trừ)

Cổng hoặc loại trừ còn gọi là cổng cộng modul 2 hoặc là cộng không nhớ, gọi tắt l OR Có biểu thức logic:

Ta có sơ đồ mạch như hình:

Bảng sự thật với hàm EX OR 2 biến:

Nhận xét:

Y = 0 : khi tất cả hai biến vào có giá trị giốn

Y = 1 : khi tất cả hai biến vào có giá trị khác nhau

So sánh với cổng logic OR, ta thấy 3 trạng thái đầu là của cổng logic OR chỉ khác trạng thái thứ tư, ta gọi là cổng logic KHÔNG đồng trị hay là HOẶC loại trừ (Exclusive OR), có ký hiệu:

Đầu ra của cổng EX OR bằng 1 khi hai đầu vào khác trạng thái và bằng 0 khi cùng trạng thái Nếu nhiều đầu vào thì đầu ra sẽ bằng 1 khi số bit 1 ở đầu vào là

số lẻ và bằng 0 khi số bit 1 ở đầu vào là số chẵn

Lưu ý: Cổng EX OR chỉ có 2 ngõ vào

Giản đồ xung:

Cổng Exclusive NOR (không hoặc loại trừ)

Một cổng logic khác cũng thường được sử dụng đó là cổng Exclusive NOR NOR) còn gọi là cổng đồng dấu Biểu diễn:

Mạch logic để thực hiện hàm logic trên:

Bảng sự thật với hàm EX NOR 2 biến:

Nhận xét:

Y = 0 : khi tất cả hai biến vào có giá trị khác nhau

Y = 1 : khi tất cả hai biến vào có giá trị giống nhau

Cổng EX

Lưu ý: Cổng EX NOR chỉ có 2 ngõ vào

Giản đồ xung:

Đầu ra của cổng EX NOR bằng 1 khi hai đầu vào cùng trạng thái và bằng 0 khi khác trạng thái Nếu nhiều đầu vào thì đầu ra sẽ bằng 1 khi số bit 0 ở đầu vào là

số lẻ và bằng 0 khi số bit 0 ở đầu vào là số chẵn Thí dụ: bảng trạng thái của một cổng EX NOR 3 đầu vào:

Ta thường dùng các cổng EX NOR trong các bộ so sánh, bộ cộng…ong các cổng trên, hai cổng NAND và NOR được dùng rất linh hoạt Từ hai cổng này, ta có thể tạo ra các cổng logic cơ bản NO, AND, OR

• Dùng các cổng NAND:

• Dùng các cổng NOR:

Cổng logic 3 trạng thái TS (three state)

Cổng logic ba trạng thái là cổng logic mà đầu ra có thêm trạng thái thứ ba gọi là trạng thái treo ngoài hai trạng thái 1 và 0 Đầu ra Y có thể nằm ở một trong ba trạng thái sau:

Trạng thái mức cao và mức thấp 1 hoặc 0 Trạng thái thứ ba là trạng thái treo hay còn gọi là trạng thái tổng trở cao Lúc đó đầu ra Y tách ra khỏi hệ thống.

Mô tả mạch logic 3 trạng thái:

K1 đóng đầu ra có trạng thái 0, Khi K1, K2 đóng, đầu ra có trạng thái 1 Khi K1, K2 cùng tắt, mạch ở trạng thái thứ 3 tổng trở cao Đầu ra Y tách khỏi mạch (dù thực tế nó vẫn nôi với mạch CS (Chip Select) dùng để chọn chip CS

sẽ điều khiển mạch ở trạng thái thứ ba Khi CS = 1 (hoặc 0 thì hai khóa đều mở, độc lập với tín hiệu vào A, B

Cổng logic 3 trạng thái được sử dụng khi ta cần ghép kênh các tín hiệu cần truyền luân lưu trên một dây dẫn AB (AB còn gọi là bus)

• Trạng thái treo ở mức thấp:

• Trạng thái treo ở mức cao:

Ưu điểm nổi bật của các vi mạch logic ba trạng thái là ta có thể nối đầu ra của vi mạch lên cùng một kênh truyền chung Điều này làm đơn giản rất nhiều cho

việc tạo lập kênh truyền số liệu trong một hệ thống logic Một ví dụ về việc nối

vi mạch logic trên một kênh truyền:

Nếu tín hiệu điều khiển C, C’ , C’’ có thứ tự thời gian ở mức cao, thì các tín hiệu

dữ liệu ở ba nhóm đầu vào sau khi đã thực hiện quan hệ logic sẽ đưa ra bus luân lưu theo thứ tự thời gian tương ứng Để các cổng TS hoạt động bình thường thì

ở một thời điểm bất kỳ chỉ cho phép một cổng duy nhất ở trạng thái công tác Nếu không sẽ xảy ra trường hợp một lúc có đến hai đầu ra của cổng cùng thông với bus, nếu hai cổng này có đầu ra khác trạng thái một ở muác cao, một ở mức thấp sẽ đưa đến hỏng cổng

Ứng dụng của các 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,…

Cấu tạo, phân loại LED 7 thanh và nguyên lý hoạt động

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 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 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.

• Anode chung (CA): Trong màn hình hiển thị Anode chung, tất cả các kết nối 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

Nói chung là LED 7 thanh Anode chung thường phổ biến hơn vì các mạch điện thường 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 à a, b, c, d, f Do

đó, các con số khác nhau sẽ được thể hiện từ 0 –

Bảng chân lý của led 7 thanh

Đối với LED 7 thanh để hiển thị chính xác các con số từ 0 – 9 như mong muốn thì chúng ta cần phải tạo ra một bảng chân lý để g

chúng ta nắm bắt và hiển thị những con số, ký tự một cách nhanh chóng và dễ dàng hơn

Decimal Digit a bIndividual Segments Illuminatedc d e f g

Chức năng của các chân:

INPUT1 của GATE 1

INPUT2 của GATE 1

ủa GATE1INPUT1 của GATE 2

INPUT2 của GATE 2

OUTPUT của GATE2

INPUT1 của GATE 3

INPUT2 của GATE 3

số 8 OUTPUT của GATE3

INPUT1 của GATE 4

INPUT2 của GATE 4

OUTPUT của GATE4

ết nối với đấtĐược kết nối với điện áp dương để cung cấp điện cho cả bốn cổn

Thông số kỹ thuật:

• Dải điện áp hoạt động: +4.75 đến + 5.25V

• Điện áp cung cấp tối đa: 7V

• Dòng điện tối đa được phép rút qua mỗi đầu ra cổng: 8mA

• Đầu ra TTL

• ESD tối đa: 3,5KV

• Thời gian tăng điển hình: 15ns

• Thời gian giảm điển hình: 15ns

• Nhiệt độ hoạt động: 0°C đến 75°C

IC 7490 là IC đếm thường được dùng trong các mạch số đếm lên và trong các mạch chia tần số.

Chân cấp nguồn 5V (4.75V –Chân Reset 3 (Reset về 9) – Tích cực mức 1Chân Reset 4 (Reset về 9) – Tích cực mức 1

Chân nối đất

Không sử dụng

Ngõ vào xung đồng hồ 1 (xung kích cạnh xuống)

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 l

• Dãy bảo vệ diode kẹp bên trong là

là IC giải mã giành riêng cho LED 7 đoạn anode chung

chuyển đổi từ mã BCD sang mã LED 7 đoạn anode chung

Chức năng của các chân:

Đầu vào BCD của ICĐầu vào BCD của ICKiểm tra hiển thị LEDTắt các LED hiển thị

Lưu trữ hoặc nhấp nháy mã BCDĐầu vào BCD của IC

Đầu vào BCD của ICChân nối massĐầu vào 1 LED 7 đoạnĐầu vào 2 LED 7 đoạnĐầu vào 3 LED 7 đoạnĐầu vào 4 LED 7 đoạnĐầu vào 5 LED 7 đoạnĐầu vào 6 LED 7 đoạnĐầu vào 7 LED 7 đoạnCấp nguồn

Tính năng và thông số kỹ thuật

• Chức năng: Bộ giải mã, Bộ phân kênh

• Tần số tối đa ở điện áp bình thường: 35Mhz

• tpd ở điện áp bình thường (Tối đa): 100 nsec

• Cấu hình: 4: 7

• Loại: Open

• IOL (Tối đa): 3.2mA

• IOH (Tối đa):