tiểu luận học phần điện tử sô trình bày thiết kế bộ giải mã led 7 thanh loại anot

Trang 2 Lời cam đoanEm/ chúng em xin cam đoan đề tài tiểu luận:...do cá nhân/nhóm……....nghiên cứu và thực hiện.Em/ chúng em đã kiểm tra dữ liệu theo quy định hiện hành.Kết quả bài làm củ

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

o0o

TIỂU LUẬN HỌC PHẦN ĐIỆN TỬ SÔ

ĐỀ SỐ 33

SINH VIÊN: TRẦN VĂN HÙNG LỚP: D17DT&KTMT1

MÃ SINH VIÊN: 22810540012

Hà Nội, tháng 6 năn 2024

Lời cam đoan

Em/ chúng em xin cam đoan đề tài tiểu luận: do cá nhân/nhóm…… nghiên cứu và thực hiện

Em/ chúng em đã kiểm tra dữ liệu theo quy định hiện hành

Kết quả bài làm của đề tài……là trung thực và không sao chép từ bất kỳ bài tập của nhóm khác

Các tài liệu được sử dụng trong tiểu luận có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng

(Ký và ghi rõ họ tên)

A MỞ ĐẦU 1

B NỘI DUNG 2

CÂU 1: Thiết kế bộ giải mã led 7 thanh loại Anot chung thông qua các phần tử logic cơ bản tối đã 2 đầu vào 2

1.1 Giới thiệu về Bộ Giải Mã Led 7 Thanh 3

1.2 Bảng Chức Năng 3

1.3 Hàm Chức Năng Tối Giản 3

1.4 Sơ Đồ Chức Năng 6

CÂU 2: Thiết kế bộ đếm song song, đếm 16 trạng thái lượt 16 trạng thái (từ 0000, 0001, …1111) sử dụng JKFF 7

1 Biện luận số Flip-Flop cần dùng 7

2 Giản đồ trạng thái bộ đếm 7

3 Bảng kích 7

4 Hàm kích 8

5 Sơ đồ chức năng bộ đếm 8

CÂU 3: Thiết kế một bộ mạch số tích hợp, kết hợp bộ đếm và bộ giải mã ở trên Trong đó bộ tạo xung vuông có thể sử dụng nguyên lý IC NE555 hoặc mạch tạo xung bất kỳ nào với tần số 1Hz 10 trạng thái của bộ đếm 0000 đến 1001 tương ứng với led 7 thanh hiển thị từ 0 đến 9, 6 trạng thái còn lại của bộ đếm có thể hiển thị vất kỳ trên led thanh 10

1 Thiết kế bộ tạo xung vuông với tần số 1Hz 10

2 Thiết kế bộ đếm 16 trạng thái 11

3 Thiết kế bộ giải mã cho LED 7 đoạn 11

4 Tích hợp hệ thống 12

5 Sơ đồ nguyên lý chi tiết 13

KẾT LUẬN 15

TÀI LIỆU THAM KHẢO 16

MỞ ĐẦU

Trong kỹ thuật điện tử và thiết kế mạch số, việc xây dựng các bộ giải mã và bộ đếm là các khía cạnh cơ bản và rất quan trọng Những thiết bị này không chỉ là nền tảng cho các hệ thống phức tạp hơn mà còn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ các thiết bị điện tử tiêu dùng đến các hệ thống điều khiển tự động trong công nghiệp Bộ giải mã LED 7 thanh là một trong những ứng dụng phổ biến nhất của các mạch logic cơ bản Nó chuyển đổi các tín hiệu

số thành dạng hiển thị trên một màn hình LED 7 đoạn, cho phép con người dễ dàng đọc và hiểu được thông tin số từ các thiết bị điện tử Thiết kế một bộ giải

mã LED 7 thanh loại anốt chung đòi hỏi phải hiểu rõ các khái niệm về mạch logic, bảng chức năng, và hàm chức năng tối giản Sử dụng các phần tử logic cơ bản tối đa 2 đầu vào, chúng ta có thể thiết kế một bộ giải mã hiệu quả và tối ưu Bên cạnh đó, bộ đếm song song, đặc biệt là loại đếm 16 trạng thái từ 0000 đến

1111, là một thành phần không thể thiếu trong nhiều hệ thống kỹ thuật số Bộ đếm này sử dụng các Flip-Flop JK (JKFF), một loại mạch đa dụng trong điện tử

số, để thực hiện chức năng đếm Quá trình thiết kế bộ đếm bao gồm việc xác định số lượng Flip-Flop cần thiết, lập giản đồ trạng thái, bảng kích và hàm kích, cùng với việc vẽ sơ đồ chức năng của bộ đếm Mỗi bước trong quá trình này đều đóng vai trò quan trọng để đảm bảo bộ đếm hoạt động chính xác và hiệu quả Kết hợp hai thành phần trên - bộ đếm và bộ giải mã LED 7 thanh - vào một mạch

số tích hợp là một bước tiến xa hơn, tạo ra một hệ thống hiển thị số đếm hoàn chỉnh Một bộ tạo xung vuông, sử dụng nguyên lý của IC NE555 hoặc một mạch tạo xung khác với tần số 1Hz, sẽ cung cấp tín hiệu xung nhịp cho bộ đếm Tín hiệu đếm này sẽ được chuyển đổi thành dạng hiển thị trên LED 7 thanh thông qua bộ giải mã, cho phép hiển thị số đếm từ 0 đến 9 Đối với 6 trạng thái còn lại của bộ đếm, chúng ta có thể hiển thị các ký tự bất kỳ trên LED 7 thanh, tạo ra một hệ thống linh hoạt và hữu ích Những kiến thức và kỹ năng thu được từ quá

2 trình thiết kế này không chỉ nâng cao hiểu biết về điện tử số mà còn tạo ra nền tảng vững chắc để tiếp tục nghiên cứu và phát triển các hệ thống phức tạp hơn trong tương lai Việc kết hợp giữa lý thuyết và thực hành sẽ giúp sinh viên và kỹ

sư điện tử nắm bắt và áp dụng hiệu quả các nguyên lý cơ bản của kỹ thuật số vào thực tế, góp phần vào sự phát triển của ngành điện tử và công nghệ thông tin

Câu 1: Trình bày thiết kế bộ giải mã led 7 thanh loại Anot chung thông qua các

phần tử logic cơ bản tối đã 2 đầu vào

- Yêu cầu: Biện luận tìm ra bảng chức năng, hàm chức năng tối giản và sơ đồ chức năng

Bài Làm

1.1 Giới thiệu về Bộ Giải Mã Led 7 Thanh

Bộ giải mã led 7 thanh là một mạch điện tử được sử dụng để chuyển đổi mã nhị phân thành một dạng hiển thị trên led 7 thanh Led 7 thanh loại Anot chung có 7 đoạn được điều khiển để hiển thị các số từ 0 đến 9

1.2 Bảng Chức Năng

Để thiết kế bộ giải mã, trước tiên cần xác định bảng chức năng cho từng đầu ra của led 7 thanh tương ứng với từng giá trị đầu vào Giả sử các đầu vào là A,B,C,DA, B, C, DA,B,C,D tương ứng với các bit nhị phân từ 0 đến 9 Bảng chức năng có dạng như sau:

1.3 Hàm Chức Năng Tối Giản

Sử dụng phương pháp bản đồ Karnaugh (K-map) để tối giản các hàm logic cho từng đoạn a, b, c, d, e, f, g

K-map cho đoạn a:

Hàm logic tối giản cho đoạn a:

K-map cho đoạn b:

Hàm logic tối giản cho đoạn b:

K-map cho đoạn c:

Hàm logic tối giản cho đoạn c:

K-map cho đoạn d:

Hàm logic tối giản cho đoạn d:

K-map cho đoạn e:

Hàm logic tối giản cho đoạn e:

K-map cho đoạn f:

Hàm logic tối giản cho đoạn f:

K-map cho đoạn g:

Hàm logic tối giản cho đoạn g:

1.4 Sơ Đồ Chức Năng

Sơ đồ chức năng của bộ giải mã led 7 thanh bao gồm các cổng logic cơ bản (AND, OR, NOT) để thực hiện các hàm logic đã tối giản

Ví dụ, sơ đồ chức năng cho đoạn a bao gồm:

 Cổng NOT để tạo ra A‾\overline{A}A

 Cổng OR để thực hiện phép cộng logic

 Cổng AND để thực hiện phép nhân logic

Sơ đồ cho đoạn a:

Câu 2: Trình bày thiết kế bộ đếm song song, đếm 16 trạng thái lượt 16 trạng

thái (từ 0000, 0001, …1111) sử dụng JKFF

- Yêu cầu: Biện luận tìm ra số FF cần dùng, giản đồ trạng thái bộ đếm, bảng kích, hàm kích và sơ đồ chức năng bộ đếm

Bài Làm

1 Biện luận số Flip-Flop cần dùng:

 Bộ đếm cần đếm từ 0000 đến 1111, tức là 16 trạng thái khác nhau

 Số Flip-Flop cần dùng nnn phải thỏa mãn 2n≥162^n \geq 162n≥16

 24=162^4 = 1624=16, do đó cần 4 Flip-Flop loại JK

2 Giản đồ trạng thái bộ đếm:

 Bộ đếm sẽ có 16 trạng thái từ 0000 (0) đến 1111 (15)

 Giản đồ trạng thái sẽ là một chuỗi liên tiếp các trạng thái nhị phân từ 0000 đến 1111

3 Bảng kích:

Chúng ta sẽ xây dựng bảng kích để xác định các giá trị JJJ và KKK cho từng Flip-Flop ở mỗi trạng thái để chuyển đến trạng thái tiếp theo

4 Hàm kích:

 Các giá trị JJJ và KKK cho mỗi Flip-Flop được xác định dựa trên bảng kích

 Chúng ta có thể sử dụng các biểu thức boolean để xác định các giá trị JJJ

và KKK

5 Sơ đồ chức năng bộ đếm:

 Sơ đồ chức năng của bộ đếm sẽ bao gồm 4 Flip-Flop loại JK được kết nối theo thứ tự

 Các đầu vào JJJ và KKK của mỗi Flip-Flop sẽ được xác định dựa trên trạng thái hiện tại và trạng thái kế tiếp theo bảng kích

Để minh họa cụ thể hơn:

1 Flip-Flop thứ nhất (FF0):

J0= 1 và K0= Q0′

2 Flip-Flop thứ hai (FF1):

9 J1= Q0 và K1= Q0

3.Flip-Flop thứ ba (FF2):

J2= Q0.Q1 và K2= Q0.Q1

4.Flip-Flop thứ tư (FF3):

J3= Q0.Q1.Q2 và K3= Q0.Q1.Q2K3

Các mạch logic để tạo ra các tín hiệu JJJ và KKK có thể được thiết kế bằng các cổng logic AND, OR, và NOT

Sơ đồ chức năng:

Dưới đây là sơ đồ chức năng cho bộ đếm song song đếm 16 trạng thái sử dụng JKFF:

+ -+ + -+ + -+ + -+

CLK ->| JKFF | ->| JKFF | ->| JKFF | ->| JKFF |

| FF0 |

+ -+

| FF1 |

+ -+

| FF2 | | FF3 | + -+ + -+

Tất cả các JKFF nhận cùng một tín hiệu xung clock Các giá trị JJJ và KKK cho mỗi JKFF được xác định dựa trên các trạng thái hiện tại của các Flip-Flop trước đó

Câu 3 Trình bày thiết kế một bộ mạch số tích hợp, kết hợp bộ đếm và bộ giải

mã ở trên Trong đó bộ tạo xung vuông có thể sử dụng nguyên lý IC NE555 hoặc mạch tạo xung bất kỳ nào với tần số 1Hz 10 trạng thái của bộ đếm 0000 đến

1001 tương ứng với led 7 thanh hiển thị từ 0 đến 9, 6 trạng thái còn lại của bộ đếm có thể hiển thị vất kỳ trên led 7 thanh

Bài Làm

1 Thiết kế bộ tạo xung vuông với tần số 1Hz

Bạn có thể sử dụng IC NE555 hoặc bất kỳ mạch tạo xung nào để tạo ra tín hiệu xung vuông với tần số 1Hz Dưới đây là cách sử dụng IC NE555 để tạo xung vuông:

Sơ

đồ mạch tạo xung vuông với IC NE555:

+Vcc

|

[R1] + +

| + -+ + -+

| | | | |

[C1] | (3) (7) |

| | | | |

+ + ->(6) (DIS) |

+ + (2) (1) |

| | | |

(5) (TH) (GND) |

(4) (CON) |

(8) (Vcc) |

|

[C2]

|

GND

Công thức tính toán cho NE555:

 Chu kỳ: T=1/fT = 1 / fT=1/f

 Đối với tần số 1Hz, T=1T = 1T=1 giây

 Tính toán các giá trị của R1, R2, và C1:

o T=0.693×(R1+2R2)×C1T = 0.693 \times (R1 + 2R2) \times C1T=0.693×(R1+2R2)×C1

2 Thiết kế bộ đếm 16 trạng thái

Sử dụng 4 Flip-Flop loại JK để tạo thành bộ đếm 4 bit như đã trình bày trong câu 2

3 Thiết kế bộ giải mã cho LED 7 đoạn

Bộ giải mã sẽ chuyển đổi trạng thái 4 bit (0000 đến 1001) thành mã hiển thị cho LED 7 đoạn từ 0 đến 9 Đối với các trạng thái còn lại (1010 đến 1111), bạn có thể thiết lập hiển thị bất kỳ (ví dụ, tắt tất cả các đoạn hoặc hiển thị ký tự E hoặc F)

Bảng mã LED 7 đoạn:

Thiết kế bộ giải mã:

 Sử dụng cổng logic để tạo các tín hiệu điều khiển cho các đoạn A, B, C, D,

E, F, G dựa trên các bit đếm

4 Tích hợp hệ thống

Sơ

đồ khối:

+ + + + + +

| Tạo xung | -> | Bộ đếm | -> | Bộ giải mã LED |

+ + + + + +

+ > CLK + >

1. Bộ tạo xung 1Hz: Cung cấp xung nhịp đều đặn cho bộ đếm.

2. Bộ đếm 4 bit: Đếm từ 0000 đến 1111 (0 đến 15) theo xung nhịp từ bộ tạo

xung

3. Bộ giải mã LED 7 đoạn: Chuyển đổi đầu ra 4 bit của bộ đếm thành tín

hiệu điều khiển cho LED 7 đoạn hiển thị từ 0 đến 9 (đối với 0000 đến 1001), và hiển thị tùy ý cho các trạng thái còn lại (1010 đến 1111)

5 Sơ đồ nguyên lý chi tiết

 Bộ tạo xung 1Hz: IC NE555 với các thành phần R1, R2, và C1 đã được

tính toán để tạo ra tần số 1Hz

 Bộ đếm 4 bit: 4 Flip-Flop JK được kết nối như đã trình bày ở câu 2.

 Bộ giải mã LED 7 đoạn: Các cổng logic AND, OR, NOT để tạo các tín

hiệu A-G từ đầu ra của bộ đếm

Ví

dụ cụ thể cho một đoạn của bộ giải mã:

Đoạn A:

A = (not Q3 and not Q2 and not Q1 and Q0) or

(not Q3 and Q2 and not Q1 and not Q0) or

(Q3 and not Q2 and Q1 and Q0) or

Các đoạn khác (B, C, D, E, F, G) cũng được thiết kế tương tự với các công thức logic tương ứng

Kết luận:

Bạn đã có thiết kế cho một bộ mạch số tích hợp bao gồm bộ tạo xung, bộ đếm 16 trạng thái, và bộ giải mã LED 7 đoạn Bộ đếm sẽ hiển thị các số từ 0 đến 9 trên LED 7 đoạn và có thể hiển thị tùy ý cho các trạng thái từ 1010 đến 1111

KẾT LUẬN

Trong quá trình thiết kế và triển khai các mạch điện tử, việc nắm vững các nguyên lý cơ bản và kỹ thuật cơ bản là vô cùng quan trọng Bài toán thiết kế bộ giải mã LED 7 thanh loại anốt chung và bộ đếm song song 16 trạng thái đã giúp chúng ta hiểu sâu hơn về cách thức hoạt động và ứng dụng của các phần tử logic

cơ bản Bộ giải mã LED 7 thanh loại anốt chung là một minh chứng điển hình cho việc sử dụng các phần tử logic cơ bản để tạo ra các hàm chức năng phức tạp hơn Qua việc biện luận tìm ra bảng chức năng, hàm chức năng tối giản và sơ đồ chức năng, chúng ta đã thấy rõ cách mà các tín hiệu số được chuyển đổi thành dạng hiển thị trên LED 7 thanh Quá trình này không chỉ đòi hỏi hiểu biết sâu sắc

về lý thuyết mà còn cần sự khéo léo trong việc thiết kế và tối ưu hóa mạch điện

tử Tương tự, việc thiết kế bộ đếm song song sử dụng JKFF để đếm 16 trạng thái

từ 0000 đến 1111 cũng mang lại nhiều bài học quý giá Chúng ta đã tìm hiểu và xác định số lượng Flip-Flop cần dùng, lập giản đồ trạng thái, bảng kích và hàm kích, cùng với sơ đồ chức năng của bộ đếm Mỗi bước trong quá trình này đều đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo rằng bộ đếm hoạt động chính xác và hiệu quả Điều này không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của các mạch đếm mà còn nâng cao kỹ năng thiết kế và phân tích mạch điện tử Khi kết hợp bộ đếm và bộ giải mã LED 7 thanh vào một mạch số tích hợp, chúng ta đã tạo ra một hệ thống hiển thị số đếm hoàn chỉnh Bộ tạo xung vuông với tần số 1Hz, sử dụng nguyên lý của IC NE555 hoặc một mạch tạo xung khác, cung cấp tín hiệu xung nhịp cho bộ đếm Tín hiệu đếm này sau đó được chuyển đổi thành dạng hiển thị trên LED 7 thanh thông qua bộ giải mã Việc này cho phép hiển thị số đếm từ 0 đến 9, và 6 trạng thái còn lại của bộ đếm có thể hiển thị các ký tự bất kỳ, tạo ra một hệ thống linh hoạt và hữu ích Kết quả đạt được

từ quá trình thiết kế này không chỉ giúp chúng ta củng cố kiến thức lý thuyết mà còn trang bị kỹ năng thực hành cần thiết để giải quyết các bài toán kỹ thuật số phức tạp hơn Việc áp dụng kiến thức vào thực tế giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các khái niệm và kỹ thuật, đồng thời tạo nền tảng vững chắc để tiếp tục nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực điện tử và công nghệ thông tin Nhìn chung, việc hoàn thành các bài toán thiết kế này đã mang lại nhiều lợi ích và kinh nghiệm quý báu Nó không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về lý thuyết và thực hành trong lĩnh vực điện tử số mà còn mở ra nhiều cơ hội để áp dụng những kiến thức này vào các dự án thực tế, góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử

và công nghệ thông tin trong tương lai

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

1