báo cáo thực tập cơ bản mạch đếm thuận

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 thi

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ*

MỤC LỤC

I TÍN HIỆU SỐ 3

1 Khái niệm 3

2 Ưu, nhược điểm của tín hiệu số 3

II CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN 4

I TÍN HIỆU SỐ1 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 số0 và 1 Với 1 thể hiện mức điện thế cao (ở trạng thái ON) và 0 biểu diễn mức điện thế thấp (ở trạng thái OFF) Tín hiệu số được hình thành từ công nghệ do đó thuận tiện hơn trong việc xử lý và lưu trữ dữ liệu

Tín hiệu số có nhiều hơn hai trạng thái đôi khiđược sử dụng; mạch sử dụng các tín hiệu như vậyđược gọi là logic đa trị Ví dụ, các tín hiệu có thể giảsử ba trạng thái có thể được gọi là logic ba giá trị Tín hiệu số là 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 liệu hạn chế giảm chất lượng và có thể sao chép vô số lần 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 trợ chỉnh sửa có sẵn.

Nhược điểm:

Tín hiệu số digital dễ bị lỗi tín hiệu âm thanh vì tín hiệu biểu diễn ở dạng dữ liệu số nên trong quá trình truyền tải có thể thất thoát một vài byte.

So với tín hiệu analog thì tín hiệu digital có quy trình xử lý tín hiệu khá phứctạp và tốn kém hơn.

Tín hiệu digital yêu cầu băng thông lớn hơn nhiều so với tín hiệu analog Mỗi tín hiệu đều có những ưu và nhược điểm riêng Trong cuộc sống chúng ta không thể không có tín hiệu digital để lưu trữ và xử lý thông tin Mặc dù ứng dụng này có thể 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.

II CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN1 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 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

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.

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

hàm EX NOR Cổng EX NOR chỉ có 2 ngõ vào và 1 ngõ ra -

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.

9.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 NOT,AND và 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 sau:

Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NAND

Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NOR

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 đầu

Chúng ta thấy rằng mạch này có 3 cổng khác nhau (NOR, AND và OR) để thi công 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 thay 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 đếnviệc thi công mạch sẽ dễ dàng và tiết kiệm được chi phíhơn.

Tất nhiên, mạch logic ở trên cũng có thể biến đổi vềdạng mạch chỉ dùng một loại cổng NOR Các bạn hãysuy 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.

10 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.CÁC LOẠI IC CƠ BẢN

Sơ đồ chân của IC 7400

- Chức năng của các chân IC 7400 :

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

- 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 - 4 2-i /p

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 ánhsáng

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

2 IC 74LS47

- IC74LS47 là loại IC giải mã BCD sang led 7đoạn Mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn làmạch giải mã phức tạp vì mạch phải cho nhiềungõ ra lên cao hoặc xuống thấp (tuỳ vào loại đènled là anod chung hay catod chung) để làm cácđèn cần thiết sáng nên các số hoặc ký tự IC74LS47 là loại IC tác động ở mức thấp có ngõ racực thu để hở và khả năng nhận dòng đủ cao đểthúc trực tiếp các đèn led 7 đoạn

loại anode chung.

- Sơ đồ chân IC 74LS47:Chân số 1, 2, 6, 7 là đầu vàoứng với B, C, D, A

Chân số 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15là các chân đầu ra, những chânnày sẽ được nối với led 7 thanhđể 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.

- Thông số kỹ thuật của IC 74LS47:

Đóng gói với 16 chân trong một dòng kép DIPBộ chuyển đổi BCD sang led 7 đoạn để hiển thị từ 0 – 9Nguồn cấp hoạt động tốt nhất trong khoảng 5V (4.75 đến 5.25).

- Các tính năng của IC 74LS47:

IC 74LS47 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 ngoàiCó 4 đầu vào nhưng có tới 7 đầu raCó đầu ra bộ thu mở

Diode kẹp đầu vào nên không cần tốc độ cuối cao.

- Hoạt động khi kết nối với led 7 thanh: Ở đây ta dùng công tắc K1,K2,K3,K4 đểtạo mức logic,như đã nói ở phần trên thì loạiAnot 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 sẽkhông sáng Ở hình bên 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.

3 IC 74LS90

- Trong các mạch số ứng dụng, ứng dụng đếmchiếm một phần tương đối lớn IC 7490 là ICđếm thường được dùng trong các mạch số ứngdụng đếm 10 và trong các mạch chia tần số.

- Chức năng của các chân:Số

1 Clock input 2 (CLKA) Ngõ vào xung đồng hồ 2 (xung kích cạnh xuống)

2 Reset 1 (R0(1)) Chân Reset 1 (Reset về 0) – Tích cực mức 1

3 Reset 1 (R0(2)) Chân Reset 2 (Reset về 0) – Tích cực mức 1

4 Not connected (NC) Không sử dụng

5 Supply voltage Chân cấp nguồn 5V (4.75V – 5.25V)

6 Reset 3 (R9(1)) Chân Reset 3 (Reset về 9) – Tích cực mức 1

7 Reset 4 (R9(2)) Chân Reset 4 (Reset về 9) – Tích cực mức 1

13 Not connected Không sử dụng

14 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 Các chân ngõ vào bổ sung R1, R2, R3 và R4 là các chân RESET Khi cácngõ vào 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.

IV 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 thanh (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.

1 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 nhịprất 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.

2 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 chữsố.

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 chung (CC) và Anode chung (CA).

Sơ đồ mắc bên trong của LED 7SEG

-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 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 nốivới 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 – 9 trên màn hình.

3 Bảng giá trị chân lý

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 cách nhanh chóng và dễ dàng hơn.

Bảng giá trị chân lý của LED 7SEG CA

Bảng giá trị chân lý của LED 7SEG CC

4 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 pin nên dòng 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 qua Led

- Đảo chiều 2 dây đo Led sẽ không sáng, vì nó bị phân cực ngược, khi mối nốibán dẫn PN bị phân cực ngược nó sẽ không cho dòng chảy qua.