Mục đích sử dụng phổ biến nhất của mạch giải mã là làm sáng tỏ các đèn để hiển thị kết quả ở dạng chữ số.. Mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn là mạch giải mã phức tạp vì mạch phải cho nhiề
Trang 1Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khoa Điện Tử Viễn Thông
====o0o====
TRUNG TÂM THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ
BÁO CÁO THỰC TẬP
MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ
Giáo viên hướng dẫn :
Trần Văn Tiến 20072899 DT9
HÀ NỘI – 9/2010
1
Trang 2Mục Lục
Chương I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 3
I Flip Flop: 3
1.1 Khái niệm: 3
1.2 Hoạt động của FF: 3
1.3 Phân loại FF: 3
II Hệ chuyển mã: 4
2.1 Số BCD: ( Binary Code Decimal) 4
2.2 Hệ chuyển từ mã nhị phân sang mã BCD: 4
III Hệ mã hoá và giải mã: 5
3.1 Hệ mã hoá: 5
3.2 Hệ giải mã: 6
IV Hệ tuần tự: ( hệ đếm) 8
4.1 Khái niệm: 8
4.2 Hệ đếm bất kỳ: 8
4.3 Ghép các hệ đếm: 9
Chương II: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH 10
I Sơ đồ khối: 10
II khối tạo xung-IC 7400 (NAND) 11
III Khối đếm: 11
IV Khối giải mã: 14
V Khối hiển thị: 17
VI Mạch đồng hồ số: 18
6.1 Sơ đồ nguyên lý: 18
6.2 Nguyên lý hoạt động: 19
Trang 3Chương I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
I Flip Flop:
1.1 Khái niệm:
Flip Flop được cấu tạo từ các cổng logic, có thể nói FF là tổ hợp các cổng logic hoạt động theo một quy luật định trước
FF bao gồm:
- Chân nhận xung đồng hồ, xung nhịp, xung clock (Ck)
- Hai ngõ ra dữ liệu (data) là Q và Q
- Có 1 hoặc 2 ngõ chức năng quy định hoạt động của FF: S, R, D, J, K
- Ngoài ra FF còn có hai chân: Clr ( clear) và chân Pre ( Preset) Khi tác động vào chân Clr sẽ xoá FF làm Q = 0, Q = 1 Khi tác động vào chân Pre sẽ đặt FF làm Q = 1, Q = 0
1.2 Hoạt động của FF:
S J CP K R Q _ Q
JK- FF
Khi nhận một xong clock tại chân Ck, FF sẽ thay đổi trạng thái một lần Trạng thái mới sẽ tuỳ thuộc vào mức logiccủa các chân chức năng, và tuỳ thuộc theo bảng sự thật của mỗi loại FF
1.3 Phân loại FF:
Theo chức năng: có 4 loại: SK- FF, D- FF, T- FF, JK- FF
Theo trạng thái tác động của xung clock: có 5 loại:
- FF tác đọng mức 0
- FF tác động mức 1
- FF tác động cạnh lên
- FF tác động cạnh xuống
- FF tác động chủ - tớ
3
Trang 4II Hệ chuyển mã:
2.1 Số BCD: ( Binary Code Decimal).
Được tạo nên khi ta mã hoá mỗi đecac của một số thập phân dưới dạng một số nhị phân 4 bit
0001 1000
* Lưu ý: các phép cộng và trừ số BCD được thực hiện giống như số nhị phân Tuy nhiên nếu phép tính có nhớ thì sau khi được kết quả ta phải hiệu đính bằng cách trừ cho 10(D) hay cộng 6(D)
Thông thừờng sau mỗi lệnh cộng hoặc trừ số BCD ta kèm theo lệnh hiệu đính
2.2 Hệ chuyển từ mã nhị phân sang mã BCD:
* Bảng sự thật:
X4 X3 X2 X1 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1
.
.
.
.
.
Trang 51 1 0 0 1 0 0 1 0
III Hệ mã hoá và giải mã:
3.1 Hệ mã hoá:
Mã hoá thập phân thành nhị phân:
* Bảng sự thật:
5
1
2
3
4
5
0
6
7
8
9
A
B
C
D ( LSB)
( MSB)
Trang 60 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0
* Phương trình logic:
D = 8 + 9
C = 4 + 5 + 6 + 7
B = 2 + 3 + 6 + 7
A = 1 + 3 + 5 + 7 + 9
* Sơ đồ mạch logic:
3.2 Hệ giải mã:
Xây dựng hệ giải mã cho led 7 đoạn anode chung
1 2 3 4 5 6 7 8 9
A
B
C
D
Trang 7Giải mã led
7 đoạn
* Bảng sự thật:
7
D
A B C
a b c d e f g
Trang 81 1 1 0 X X X X X X X
* Phương trình logic:
a DCBA CA
b CBA CB A C B A
c CB A
d CBA CB A CBA CBA C B A
e CB A
f BA CB DCA
gDCB CBA
Thực tế thường sử dụng IC 7447
IV Hệ tuần tự: ( hệ đếm).
4.1 Khái niệm:
Hệ đếm nối tiếp: xung đếm chỉ đưa vào một FF
Hệ đếm song song: xung đếm được đưa vào tất cả các phần tử đếm
Để thành lập một hệ đếm ta sử dụng JK- FF Nếu có nFF thì thành lập được hệ đếm có dung lượng tối đa là 2n
VD: 2FF thành lập hệ đếm 4
3FF thành lập hệ dếm 8
4FF thành lập hệ đếm 16
Hệ đếm: đếm nối tiếp, đếm song song
* Xét hệ đếm nối tiếp 3bit:
J CP K
R Q _ J
CP K
R Q _ J
CP K
R Q _
4.2 Hệ đếm bất kỳ:
Gọi: N là số trạng thái của 1 hệ đếm bất kỳ
CK
Trang 9n là số bit đếm.
Ta có: 2n 1 N 2n
VD: thành lập hệ đếm 6_ đếm lên
Ta có: 2 2 6 2 3 => sử dụng 3FF
J CP K
RQN
Q J
CP K
RQN
Q J
CP K
RQN Q
* Bảng trạng thái:
4.3 Ghép các hệ đếm:
Nếu có hai hệ đếm N & M, ta có thể ghép nối tiếp thành hệ đếm có hung lượng N*M thạng thái
* Nguyên tắc ghép:
- Đặt xung clock vào bộ đếm M
- Lấy tín hiệu từ bit có trọng số cao nhất của bộ đếm Mlàm xung clock cho bộ đếm N
VD: Hệ đếm 10 ghép với hệ đếm 6 thành hệ đếm 60
9
Q3
Xoá bit nhớ
về 000
4
A A3 A2 A1
Đếm 10
3
B B2 B1
Đếm 6
CK
Trang 10Chương II: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH
I Sơ đồ khối:
CK
Khối tạo
xung dung
ic7400
Mạch đếm giây dùng IC74LS90
Mạch giải mã BCD dùng IC74LS47
Hiển thị led 7 đoạn
Mạch đếm phút dùng IC74LS90
Mạch giải mã BCD dùng IC74LS47
Hiển thị led 7 đoạn
Mạch đếm giờ dùng IC74LS90
Mạch giải mã BCD dùng IC74LS47
Hiển thị led 7 đoạn
Trang 11* Nhiệm vụ các khối:
Khối tạo xung: tạo xung vuông với tần số 1Hz
Khối đếm: là các FF nhận xung dao động để xử lý đưa ra tín hiệu mã hoá BCD
Khối giải mã: giải mã BCD để đưa ra khối hiển thị
Khối hiển thị: hiển thị tín hiệu sau giải mã
II khối tạo xung-IC 7400 (NAND)
Cấu tạo IC7400:
*Mạch clock:
Xung ra có chu kì tỉ lệ với tích của RC
III Khối đếm:
3.1 IC 74LS90:
3.1.1 Hình dạng:
11
Trang 12Bốn chân thiết lập: R1(1), R1(2), R9(1), R9(2).
Khi đặt R1(1) = R1(2) = H ( ở mức cao) thì bộ đếm được xoá về 0 và các đầu ra ở mức thấp
9
R (1), R9(2) là chân thiết lập trạng thái cao của đầu ra: Q A Q D 1,
0
Q Q
NC chân bỏ trống
IC 7490 gồm 2 bộ chia là chia 2 và chia 5:
- Bộ chia 2 do Input A điều khiển đầu ra Q A
- Bộ chia 5 do Input B điều khiển đầu ra Q B, Q C, Q D
Đầu vào A, B tích cực ở sườn âm
Để tạo thành bộ đếm 10 ta nối đầu ra Q A vào chân B để tạo xung kích cho bộ đếm 5
A
Q , Q B, Q C, Q D là các đầu ra
3.1.2 Sơ đồ logic và bảng trạng thái:
Trang 13Hình: Sơ đồ cổng logic IC7490
Hình: Bảng trạng thái của IC 7490.
13
Trang 14Hình: Sơ dồ đầu ra Q A , Q B , Q C , Q D
IV Khối giải mã:
4.1 IC 74LS47:
4.1.1 Đại cương:
Mạch giải là mạch có chức năng ngược lại với mạch mã hoá Mục đích sử dụng phổ biến nhất của mạch giải mã là làm sáng tỏ các đèn để hiển thị kết quả ở dạng chữ số Do có nhiều loại đèn hiển thị và có nhiều loại mã
số khác nhau nên có nhiều mạch giải mã khác nhau
Ví dụ: giải mã 4 đường sang 10 đường, giải mã BCD sang thập phân…
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 anod chung
4.1.2 Hình dạng và sơ đồ chân:
Trang 15Chân 1: BCD B Input.
Chân 2: BCD C Input
Chân 3: Lamp Test
Chân 4: RB Output
Chân 5: RB Input
Chân 6: BCD D Input
Chân 7: BCD A Input
Chân 8: GND
Chân 9: 7-Segment e Output
Chân 10: 7-Segment d Output
Chân 11: 7-Segment c Output
Chân 12: 7-Segment b Output
Chân 13: 7-Segment f Output
Chân 14: 7-Segment g Output
Chân 15: 7-Segment a Output
Chân 16: Vcc
4.1.3 Sơ đồ logic và bảng trạng thái:
15
Trang 16Hình: Bảng trạng thái IC giải mã 74LS47
* Nguyên lý hoạt động:
IC 74LS47 là IC tác động mức thấp nên các ngõ ra mức 1 là tắt, mức
0 là sáng, tương ứng với các thanh a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn loại anode chung, trạng thái ngõ ra cũng tương ứng với các số thập phân (các số từ 10 đến 15 không được dùng tới)
Ngõ vào xoá BI được để không hay nối lên mức 1 cho hoạt động giải
mã bình thường Nếu nối lên mức 0 thì các ngõ ra đều tắt bất chấp trạng thái ngõ ra
Ngõ vào RBI được để không hay nối lên mức 1 dùng để xoá số 0 (số o thừa phía sau số thập phân hay số 0 trước số có nghĩa) Khi RBI và các ngõ vào D, C, B, A ở mức 0 nhưng ngõ vào LT ở mức 1 thì các ngõ ra đều tắt và ngõ vào xoá dợn sóng RBO xuống mức thấp
Trang 17Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức 1 và LT ở mức 0 thì ngõ ra đều sáng
Kết quả là khi mã số nhị phân 4 bit vào có giá trị thập phân từ 0 đến
15 đèn led hiển thị lên các số như ở hình bên dưới Chú ý là khi mã số nhị phân vào là 1111= 1510 thì đèn led tắt
V Khối hiển thị:
Hiển thị dùng led 7 đoạn loại anode chung do đầu ra của IC 7447 có mức tích cực là mức 0 ( mức thấp)
Ở loại anode chung ( anode của đèn được nối lên +5V, đoạn náo sáng
ta nối đầu cathode ủa đoạn đó xuống mức thấp thông qua điện trở để hạn dòng
Chân 3, 8: Vcc_được nối lại với nhau
17
Trang 18VI Mạch đồng hồ số:
6.1 Sơ đồ nguyên lý:
CP1 Q1
74LS90 MS1 MR1
CP0
Q3 Q2 Q1 Q0
74LS90 MS1 MR1
CP0
Q3 Q2 Q1 Q0
74LS90 MS1 MR1
CP0
Q3 Q2 Q1 Q0
74LS90 MS1 MR1
CP0
Q3 Q2 Q1 Q0
74LS90 MS1 MR1
CP0
Q3 Q2 Q1 Q0
74LS90 MS1 MR1
CP0
Q3 Q2 Q1 Q0
74LS47 A3 A1
test RBI
g e c a
RBO
abcdefg.
V+
abcdefg.
V+
abcdefg.
V+
abcdefg.
V+
abcdefg.
V+
abcdefg.
V+
74LS47 A3 A1
test RBI
g e c a
RBO
74LS47 A3 A1
test RBI
g e c a
RBO
74LS47 A3 A1
test RBI
g e c a
RBO
74LS47 A3 A1
test RBI
g e c a
RBO
74LS47 A3 A1
test RBI
g e c a
RBO
Trang 196.2 Nguyên lý hoạt động:
Xung kích được tạo ra từ mạch tạo xung và xung này được đưa tới chân 14 của IC 74LS90 Ngõ ra xung của 7490 ở các chân Q A, Q B, Q C, Q D
được đưa đến ngõ vào của IC giải mã 74LS47
Đối với hai IC đếm giây (IC1 và IC2): xung được cấp cho IC1, IC1 này đếm giá trị của 9 xung ( led hiển thị số 9), sau khi đếm hết giá trị của 9 xung thì cấp cho IC 2 một xung đếm Khi đó, IC1 đếm về 0 và IC2 đếm lên
1, tức ta có giá trị là 10 Sau đó IC1 tiếp tục đếm từ 0 đến 9 và tiếp tục cấp xung cho IC2 tăng lên 2, 3,… Khi IC1 đếm đếm 9 và IC2 đếm đến 5 chuyển sang 6 ta dùng IC 7408 để reset cả hai IC trở về 0 Lúc này, chân reset sẽ cùng trạng thái với đầu ra cổng AND dùng để reset( mức 1), đầu ra này được nối với chân CP0 của IC đếm phút, một xung được kích và được đếm lên một đơn vị
Đối với IC đếm phút (IC3 và IC4): khi IC3 nhận được xung nó lại đếm như IC đếm giây đến giá trị 59 Vì lấy xung từ IC đếm giây nên khi mạch đếm giây đếm đến 59 thì mạch đếm phút mới nhận được một xung Khi cả IC đếm giây và đếm phút đều đếm đến giá trị 59 thì tất cả 4 IC cũng được reset về 0, đồng thời mạch đếm phút cấp cho IC5 của IC đếm giờ một xung
Đối với IC đếm giờ (IC5 và IC6): Khi IC5 nhận được một xung thì nó cũng bắt đầu đếm lên Khi IC5 đếm đến 9 thì cấp xung cho IC6 đếm, khi hai
IC đếm giờ đếm đến 23 và tại thời điểm sang 24 là lúc cả hai IC được reset
Vì số nhị phân tương ứng của 2 là Q3Q2Q1Q0 = 0010, của 4 là Q3Q2Q1Q0
= 0100 nên ngõ ra Q1 của IC đếm giờ ( đếm hàng chục) và ngõ ra Q2 của IC đếm giờ (đếm hàng đơn vị) được đưa vào IC7408 để thực hiện reset về 0
Vậy ta có trạng thái tiếp theo sẽ là 00:00:00
19