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

*

BÁO CÁO

THỰC TẬP CƠ BẢN

Sinh viên thực hiện : Dương Thị Phương Linh - 20223791

Trần Lân Sang - 20223808 Giảng viên hướng dẫn: Tào Văn Cường

HÀ NỘI, 9-2023

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

1 Cổng NOT 4

2 Cổng AND 4

3 Cổng OR 5

4 Cổng NAND 5

5 Cổng NOR 6

6 Cổng EX-OR 6

7 Cổng EX-NOR 7

8 Sự kết hợp của các cổng logic 7

9 Sự đa năng của cổng NAND và cổng NOR 8

10 Ứng dụng của cổng logic 10

III CÁC LOẠI IC CƠ BẢN 10

1 IC 7400 10

2 IC 74LS47 12

3 IC 74LS90 14

IV LED hiển thị 7 đoạn (7-segment Display / 7SEG) 16

1 Đặc tính 17

2 Cấu tạo 17

3 Bảng giá trị chân lý 18

4 Kiểm tra LED 20

V KẾT LUẬN 20

TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

I TÍN HIỆU SỐ

1 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 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 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 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 phức tạp 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 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)

Ký hiệu cổng NOT:

Bảng trạng thái cổng NOT

- Nhận xét: Ngõ vào và ngõ ra có mứ logic trái ngược c nhau

- Biểu th c logic: ứ Q =

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

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

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 cổng OR:

Bảng trạng thái cổng OR

- Nhận xét:

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

- Biểu th c logic: Q = A + Bứ

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

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

- Biểu th c logic: Y = ứ

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 cổng NOR:

Bảng trạng thái cổng NOR

- Nhận xét:

o Ngõ ra 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

- Biểu th c logic: Y = ứ

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

Ký hiệu cổng EX-OR:

Bảng trạng thái cổng EX-OR

- 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

- Biểu th c logic: Y = B + ABứ = 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 cổng EX-NOR:

Bảng trạng thái cổng EX-NOR

- Nhận xét:

o Ngõ ra của cổng EX NOR bằng 0 khi 2 ngõ vào có mức logic khác -nhau

o Ngõ ra của cổng EX NOR bằng 1 khi 2 ngõ vào có mức logic bằng -nhau

- Biểu th c logic: ứ Y = + A.B =

8 Sự kết hợp của các cổng logic

Các cổng logic có thể kết hợp lại với nhau để tạo ra một mạch logic thực hiện một yêu cầu cụ thể nào đó Bảng trạng thái có thể được sử dụng để xác định chức năng của một mạch tổ hợp được hiển thị bên dưới:

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 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

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

1 IC 7400

- IC 7400 tên đầy đủ là: 74LS00 Quad 2-Input

NAND Gate Đây là IC 4 cổng NAND

- Sơ đồ chân của IC 7400 và hình dạng thực tế:

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 chọn tùy theo yêu cầu Mô tả cho mỗi pin được đưa ra bên dưới

CỔNG NAND 1

1 A1-INPUT1 của GATE 1

2 B1-INPUT2 của GATE 1

CỔNG NAND 2

4 A2-INPUT1 của GATE 2

5 B2-INPUT2 của GATE 2

CỔNG NAND 3

9 A3-INPUT1 của GATE 3

10 B3-INPUT2 của GATE 3

CỔNG NAND 4

12 A4-INPUT1 của GATE 4

13 B4-INPUT2 của GATE 4

CHÂN NGUỒN

7 GND - Kết nối với đất

14 VCC - Được kết nối với điện áp dương để cung cấp điện cho cả bốn cổng

- 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 ánh sáng

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

2 IC 74LS47

- 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

led là anod chung hay 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

- Sơ đồ chân IC 74LS47:

Chân số 1, 2, 6, 7 là đầu vào

ứng với B, C, D, A

Chân số 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15

là các chân đầu ra, những chân

này sẽ được nối với led 7 thanh

để 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 DIP

Bộ chuyển đổi BCD sang led 7 đoạn để hiển thị từ 0 – 9

Nguồn 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 ngoài

Có 4 đầu vào nhưng có tới 7 đầu ra

Có 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 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 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 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:

Số

chân

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

8 Output 3 (QC) Ngõ ra 3

9 Output 2 (QB) Ngõ ra 2

10 Ground (0V) Chân nối đất

11 Output 4 (QD) Ngõ ra 4

12 Output 1 (QA) Ngõ ra 1

13 Not connected Không sử dụng

14 Clock input 1 (CLKA) 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 là 8,0mA

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

- Hoạt động của IC 74LS90:

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

- 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 các ngõ 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 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

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 chữ số