Thiết kế và thi công Đồng hồ công sở

Cuộc sống con người ngày càng được nâng cao, trình độ dân trí ngày càng phát triển thì nhu câu về sử dụng các hệ thống báo hiệu tự động là không thể thiếu cho những công việc cân thiết đ

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC SU’ PHAM KY THUAT

THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

HGMUIIE

ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP NGÀNH LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP

THIET KE VA THI CONG DONG HO CONG SO’

GVHD: NGUYEN TAN DO!

SVTH: NGUYEN THANH NHON

TP Hồ Chí Minh, thang 03/2000

543 N&YePALHOC QUOC GIA T.P HO CHi MINH

N 7 <> CARUONG DAI HOC SU PHAM KY THUAT

KHOA: ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Đại Học Quốc Gia Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Độc Lập-Tự Do-Hạnh Phúc

NHIEM VU LUAN VAN TOT NGHIEP

6.Ngày giao nhiém v

Lời cảm ơn!

Đề tài thiết kế đồng hồ số là để tài khá phổ biến, có nhiều ứng dụng

trong thực tế Trước khi vào nội dung của luận văn, em xin chân thành bày tổ

lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy, Cô trong khoa điện và các bạn sinh viên

Đặt biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Tấn Đời đã tận tình

giúp đỡ và hướng dẫn em hoàn thành tốt luận văn này

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thành Nhơn

II Giao tiếp giữa TTL và CMOS

II Giao tiếp giữa CMOS và TTL

Chương II: Bộ nhớ bán dẫn

B THIẾT KẾ

I Thiết kế khối dao động và chia xung

II Thiết kế khối đa hợp và chọn kênh

II Thiết kế bộ giải mã ngày tháng - giờ phút

IV Thiết kế bộ đếm ngày

V Thiết kế khối khiển chuông

VI Thiết kế khối hiển th

VI Thiết kế khối chọn và chốt dữ liệu

'VII Thiết kế khối dao động điều chỉnh

IX Thiết kế khối nguồn

Giới han van dé Phân tích công trình liên hệ

Thể thức nghiên cứu

Luận văn tôt nghiệp GVHD: Uguyén “2 #i

I Đặt vấn đề:

Ngày nay, các ngành khoa học phát triển như vũ bão đã làm tính ưu việt của nó ngày càng hoàn thiện hơn

Ngành điện tử là một ngành điển hình, đặt biệt là công nghệ tích hợp vi

mạch nhớ Nó đã trở thành một lĩnh vực khoa học, mà ứng dụng của nó không

thể thiếu trong dân dụng cũng như trong công nghiệp, nó còn là nền tắng cho

các ngành khoa học khác

Cuộc sống con người ngày càng được nâng cao, trình độ dân trí ngày

càng phát triển thì nhu câu về sử dụng các hệ thống báo hiệu tự động là không thể thiếu cho những công việc cân thiết đối với con người, đối với

những công dân của thế kỷ 21 Chúng ta là những công nhân, kỹ sư của những nhà máy, xí nghiệp, thì việc tuân thủ giờ giấc là một yêu cầu nghiêm ngặt

Do đó, cân có hệ thống báo giờ để giúp mọi người nắm bắt được giờ giấc kịp

thai ma khong anh hưởng đến công việc

Có rất nhiều báo giờ đã và đang được lắp đặt, từ những loại thô sơ đến những loại hiện đại Từ những đồng hồ cơ khí, bán cơ khí sau cùng là đồng hồ

điện tử Chỉ riếng đồng hồ điện tứ cũng có rất nhiều loại Và theo em loại

đồng hỗ báo gs đơn giản và phổ biến nhất là:”Mạch báo giờ dùng

EPROM”

IL Mục đích nghiên cứu

+ Ung dung những kiến thức đã học vào thực tiễn

+ Tim hiéu sau hơn những kiến thức đã được học

+ Bổ sung những kiến thức còn thiếu

+ Để hoàn thành chương trình học

IIL Giới hạn vấn đề

Do thời gian và kiến thức có hạn nên việc thực hiện dé tài không tránh

khổi những thiếu xót trong việc thiết kế và thi công Em chỉ thực hiện được các ý tưởng sau: Báo giờ, ngày, thứ và báo chuông theo giờ dat sin Co thé ¥

tưởng của em không phải là tối ưu nhất Rất mong sự góp ý của thầy cô và

các bạn

IV Phân tích công trình liên hệ

Thông qua việc tham khảo để tài"thiết kế và thi công đồng hồ báo giờ" của Vũ Lê Đức Trí và Đoàn Nam Sơn Để tài này chỉ thiết kế phần báo giờ

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Uguyée Pan Dit

V Thể thức nghiên cứu

Dé tài này được nghiên cứu dựa trên:

+ Dựa trên các sách báo và sổ tay tra cứu

+ Ap dung nhitng kiến thức đã học

+ Sử dụng phương pháp thực nghiệm

Luận văn tôi nghiệp GVHD: Uguyén Tate Diet

Nhận xét: ngõ ra của cổng logic AND chỉ lên mức 1 khi các ngõ vào

+ A,B:ngõ vào tín hiệu logic

+ 0: mức logic thấp

+ 1: mức logic cao + Y: đáp ứng ngõ ra

Luận văn tôt nghiệp GVHD: Uguyéin Tan Doe

e Cổng NAND

Dùng thực hiện phép đảo của phép nhân logic

110

Nhận xét: ngõ ra cổng NOR sẽ ở mức 1 khi tất cả các đầu vào là 0

Luận văn tôt nghiệp GVHD: Nouyin Tan Die

f Céng EX-OR

Dùng tạo ra tín hiệu mức 0 khi các đầu vào cùng trạng thái

Trên đây người viết giới thiệu 6 loại cổng logic :AND, NOT, NAND,

OR, NOR, EX-OR Nhưng thực tế chỉ cần 4 cổng AND, OR, EX-OR, NOT thì

c6 thể có được các cổng còn lại Hiện nay các cổng logic được tích hợp trong

các ÍC Một số IC thông dụng chứa các cổng thông dụng là:

II Mach Flip-Flop

Flip - Flop 1 cdc phan ti cơ bản để tạo thành các mạch đếm, các thanh ghi, các bộ nhớ là phần tử thường có 2 đầu ra và nhiều đầu vào

1 Flip - Flop RS

Flip - Flop RS là loại FF đơn giản nhất chỉ có hai đầu vào điều khiển trực tiếp

Luận văn tôi nghiệp GVHD: Uguyén Tén Dot

2 Flip - Flop RST:

Còn được gọi là Flip - Flop nhịp Mạch có các đầu vào điều kiện trực tiếp và các đầu vào đồng bộ cộng với xung nhịp Cp

3 Flip-Flop Chủ tớ (Master - Slave):

Là một dạng FF rất phổ biến gồm 2 phần và có 2 khối điều khiển riêng

nhưng lại có quan hệ với nhau FF chủ thực hiện chức năng logic cơ bản của

hệ Flip-Flop tớ thực hiện chức năng nhớ trạng thái của hệ sau khi hoàn thành

việc ghi thông tin

Dưới sự điều khiển của xung clock Cp, việc ghi thông tin vao Flip-Flop

chủ tớ được thực hiện qua 4 bước:

+ Bước l: cách ly giữa 2 Flip-Flop chủ và tớ

+ Bước 2: ghi thông tin vào Flip-Flop chủ

+ Bước 3: cách ly giữa đầu vào va Flip-Flop chủ

+ Bước 4: chuyển thông tin từ Flip-Flop chủ đến tớ

'Về cấu tạo: Flip-Flop JK phức tạp hơn FF RS va FF RST, nhung ching

có khả năng hoạt động lớn hơn bởi vì cáclý do sau:

'Vẫn điều khiển trực tiếp qua Sa, Rạ

Luận văn tôt nghiệp GVHD: Uguyén “2x Ø%/

Các đầu vào J, K không có đặc tính như S và R Tuy nhiên khi J - K = 1

thì mạch hoạt động như một Flip - Flop T (nghĩa là Q vẫn được xác định trong khi FF RS, RST thì bị cấm)

Chú ý: khi Flip - Flop nẩy bằng xung clock ta cần chú ý: Flip - Flop tác động bằng mức điện thế hay bằng cạnh (sườn)

Một số IC chứa Flip - Flop JK:

+ 7470: FF JK nay bang canh lên, với Preset và xoá, có cửa and ở

+ 74112: hai FF JK v6i xo4, Preset, nay bang canh xuống

+ 4027: chưá 2FF độc lập, Set, Reset nẩy ở cạnh lên

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Npuyba Tae Dit

Điều kiện cơ bản để một mạch được gọi là mạch đếm là nó có các

trạng thái khác nhau, tối đa của mạch cũng bị giới hạn Số xung tối đa đếm

được gọi là dung lượng Bi đếm

it

Nếu cứ tiếp tục kích thích khi đã tới hạn mạch sẽ trở về trạng thái khởi

đầu, tức là mạch có tính chất tuần hoàn

Có nhiều phương pháp kết hợp các Flip-Flop cho nên có rất nhiều loại

mạch đếm Tuy nhiên, chúng ta có thể sắp chúng vào ba loại chính là: mạch

đếm nhị phân, mạch đếm BCD, và mạch đếm modul M

Mạch đếm nhị phân:

Là loại mạch đếm trong đó có trạng thái của mạch được trình bày đưới

đạng số nhị phân Một mạch đếm nhị phân sử dụng n Flip-Flop sé c6 đụng

Là mạch đếm có dung lượng là M, với M là số nguyên dương bất kỳ

Vì vậy mạch đếm loại này có rất nhiều dạng khác nhau tuỳ theo sáng kiến của nhà thiết kế nhằm thoả mãn nhu cầu sử dụng

Mạch đếm modul M thường dùng cổng logic với Flip-Flop và các kiểu

hổi tiếp đặc biệt để có thể trình bày kết quả dưới đạng số hệ hai tự nhiên hay

Luận văn tôt nghiệp GVHD: Uguyén Tau Dit

Các mạch đếm lên (up counters) hay còn gọi là mạch đếm cộng,

Tốc độ tác động của mạch đếm là tham số quan trọng và được xác định

bởi hai tham số khác là:

Tân số cực đại của dãy xung mà bộ đếm có thể đếm được

Khoảng thời gian thiết lập của mạch đếm: tức là khoảng thời gian từ khi đưa xung đếm vào mạch cho tới khi thiết lập xong trạng thái trong bộ đếm

tương ứng với khung đầu vào

Các Flip-Flop thường dùng trong mạch đếm là loại RST và JK dưới

dạng rời hay tích hợp

Mạch gì

Mỗi Flip-Flop có hai trạng thái ổn định (hai trạng thái bền) và ta có thể

kích thích Flip-Flop để có được một trong hai trạng thái như ý muốn Sau khi

kích thích Flip-Flop sẽ giữ hai trạng thái này cho đến khi nó buộc bị thay đổi

Vì có đặc tính như vậy nên ta bảo rằng Flip-Flop là mạch có tính nhớ được hay mạch nhớ

Như vậy, nếu dùng nhiều Flip-Flop ta có thể ghi vào đó một hay nhiều

dữ liệu đã được mã hoá dưới dạng một chuỗi các số hệ nhị phân là 0 và 1 Các FF dùng vào công việc như thế tạo thành một loại mạch là mạch ghi mà

trong nhiễu trường hợp còn gọi là thanh ghi (register)

Thông thường các FF không nằm cô lập mà chúng được nối lại với

nhau theo một cách nào đó để có thể truyền từng phần dữ liệu cho nhau Dưới

hình thức này ta có thanh ghi dịch (shift register)

SVTH: Nguyén Thành Nhơn Trang 9

Luận văn tôt nghiệp GVHD: Uguyén Tan Dot

Thanh ghi dịch là một phan tứ quan trọng trong các thiết bị số từ máy

đo cho đến máy tính Ngoài nhiệm vụ ghi nhớ dữ liệu, chúng còn thực hiện

một số chức năng khác nhau

Có hai phương pháp đưa dữ liệu vào mạch là: nối tiếp (serial) và song song (parallel) tao thành các mạch ghi nối tiếp và mạch ghi song song

Thanh ghi được tích hợp trong các IC sau:

+ 74164 <> 4034: thanh ghi độc lập 8 bit

+ 74165 < 4021 : thanh ghi dich 8 bit

+ 74166 <> 4014 : thanh ghi dich 8 bit

+ 74194 <> 40194 :thanh ghi dịch 4 bit

74195 <> 40195 :thanh ghi dich 4 bit

Luận văn t6t nghiép GVHD: Uguyén Tén Dit

Chương II:

GIAO TIẾP GIỮA TTL VÀ CMOS

1L Mục đích giao tiếp:

Trong khi một ngõ TTL có thể thúc trực tiếp nhiều ngõ TTL, một ngõ

ra CMOS có thể thúc trực tiếp nhiều ngõ CMOS: thì đôi khi ta phải dùng hỗn

tap IC TTL va CMOS trong ciing một mạch hay vì hệ thống vì lẽ không có IC

cùng loại, lúc đó vấn để giao tiếp giữa hai loại họ IC được đặt ra mà lý do là

điện thế ra, vào và khả năng dòng ra vào của hai mạch logic khác nhau

Sau đây là bảng giá trị dòng điện và điện áp cho việc giao tiếp CMOS

va TTL:

| In max) | luA | lụ luA | 1,6uA | 0,4UA | 2mA | 100pA

lou(max) | 04mA | 4mA 4mA |0,4mA | 0/4mA | 2mA | 400uA

Io (max) | 0,4mA | 4mA 4pA 16mA | 8mA | 20mA | 8mA

Il Giao tiép gitta TTL va CMOS

Khi ngõ ra của cửa TTL ở mức cao (logic 1) dòng điện từ Vcc chay qua

transistor tải hay điện trở kéo lên để vào mạch CMOS Dòng điện tải (vào

mach CMOS) phải nhỏ hơn dòng điện nguồn của mach TTL ở mức logic 1 để không hạ thấp mức điện thế ra của mạch TTL xuống dưới mức điện thế vào ở

trạng thái 1 của mach CMOS Vì dòng điện vào trạng thái 1 của mạch

CMOS Chỉ bằng ở 10pA nên không có vấn để gì Mạch TTL có 3 kiểu mạch

ra: điện trở kéo lên, cực thu để hở và kéo Tên tích cực Do đó xét 3 trường

Điện trở kéo lên: trường hợp mạch ngõ ra có điện trở kéo lên như hình

1 ta có thể mắc trực tiếp vào CMOS

Cực thu để hở: (hình 2): với mạch TTL có ngõ ra kiểu này ta phải mắc thêm điện trở kéo lên để giao tiếp với CMOS Không nên sử dụng hỗn tạp

mach CMOS, TTL lam tải mà chỉ toàn CMOS thôi

Luận văn tôi nghiệp GVHD: 2fg„gãx Vin Dist

Ngõ ra kéo lên tích cực (hình 3) đây là kiểu ra phổ biến nhất của TTL

Điện thế ra tối thiểu ở mức cao 2,4 V là dòng điện tải 100 A Khi tải là cửa

CMOS điện thế ra ở logic 1 của mạch TTL là:

10pA

B

Điện thế này dưới 4V khiến CMOS không hoạt động đúng nên phải

dùng điện trở kéo lên R„ bên ngoài mạch TTL (hình 4)

Cách chọn điện trở kéo lên:

“Trị số tối thiểu của điện trở kéo lên R, cho bởi:

Vpp - Vor (max)

Re (min) = Tou - Ni

Vox (max): dién thé tdi da ra 6 mttc logic 0 cla TTL

Io: dong dién nhan cia TTL 6 mite Logic 0

N: số mạch CMOS mắc vào ngõ ra cla TTL,

1„; dòng điện vào ở logic 0 của một CMOS

Luận văn tốt nghiệp GVHD: 7fgz„yã “7 fux

R, nhé hon R, (min) ở trên sẽ tạo dòng điện vượt khả năng nhận dòng

của TTL ở logic 0 Trị tối đa của R, là:

Vee (min) - Vụ (min,

Tcex - Nhu

Vụu (min): điện thế vào tối thiểu ở logic 1 cửa CMOS

R, (max):

Icex: dòng điện sé thu phát của transitor ra cla TTL

Ty: dong điện vào mức logic 1 của CMOS

R, (max): tùy thuộc chủ yếu vào dòng điện nghịch Icex vì dòng điện

ngõ vào của CMOS rất nhỏ (hình 5)

Để thời gian trì ham ngắn Rx phải có trị số nhỏ hơn nhưng công suất

tiêu tán lại tăng nhanh khi Rx nhỏ hơn I KO Do đó, Rx thường được chọn từ

1 kO đến vài KO

*Trường hợp TTL thúc CMOS với Vpp lớn hơn 5 V

Khi CMOS hoạt động ở điện thế VDD cao hơn 5V vẫn có thể dùng

điện kéo lên nhưng chỉ với TTL loại Cực thu để hở và chịu điện thế cao

(hình 6): như 7406 (sáu đảo); 7407 (sáu thúc); 7426 ( 4 nand 2 ngõ vào)

Cách khác là dùng một transitor đệm (hình 7) Mạch đệm không được

giảm tốc độ giao hoán tối đa của hệ thống (bằng cách thêm tụ 47 up) và phải đầm bảo độ miễn nhiễu tốt bằng cách mắc thêm điện trở Ry

SVTH: Nguyễn Thành Nhơn Trang 13

Luận văn tôt nghiệp GVHD: Uguyén Tin Dit

II - Giao tiếp giữa CMOS - TTU

Ngõ ra cửa CMOS ở mức logic 1 rất gần Vpp Và ở mức logic 0 rất

wan mass Nên về điện thế cmoss có thé giao tiếp trực tiếp với TTL Còn về

dong thì khi CMOS 6 trang thái cao nó có thể cung cấp ít nhất 200 pA Trong lúc yéu cầu dòng của TTL chỉ 40 ðA nhưng ở trạng thái thấp CMOS chỉ có thể nhận tối đa 078 mA trong lúc yêu cầu dòng của TTL là 1,6 mA Kết quả

là CMOS khóng thể thúc trực tiếp một ngõ TTL loại 74 hay tương đương

Nếu CMOS hoạt động ở VDD 5V có thể thúc trực tiếp một ngõ 74LS,

hay hai ngõ 74L các đệm CMOS như 4049 (đảo), 4050 (không đảo) có thể thúc trực tiếp hai ngõ 74 hoặc 8 ngõ 74L hay 40 ngõ 74 LS khi chọn điện trở

kéo lén thích hợp Một giải pháp thô sơ là dùng nhiều cửa CMOS mắc song

làm tầng đệm (hình 10)

sự

+ 'Vdd=5-18V

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Uguyin Tae Dat

Chương II:

Bộ nhớ bán dẫn

Đối với các thiết bị số, khả năng chứa đựng được dữ liệu là một yêu cầu quan trọng Chẳng hạn trong máy tính chỉ phép toán phải được lưu trữ ngay trong máy Còn trong các thiết bị điểu khiển số thì lệnh điều kiện phải được lưu trữ để thực hiện dẫn theo một trình tự nào đó Vì vậy, bộ nhớ là một phần không thể thiếu của các thiết bị số

Thông thường thông tin hay đữ liệu được tạo thành từ một đơn vị cơ

bắn gọi tất là từ (word) Từ một chiều dài nhất định tuỳ theo loại máy, chẳng hạn I6 bit, 32 bít, 64 bít Từ là một thành phân cơ bản nhất Các bộ phận cơ

bản của thiết bị thướng được truyển đi hay nhận vào nguyên một từ hay nhiều từ chứ không nhận vài bit của từ Tuy nhiên, vì từ được tạo thành từ nhiều bit nén đơn vị cơ bản của bộ nhớ chính là đơn vị nhớ lưu trữ được l bịt

Khi so sánh các bộ nhớ người ta thường chú ý đến các thông số kỹ thuật sau:

+ Dung lugng (capacity): dung lượng hay dung lượng nhớ là khối lượng

thông tin hay dữ liệu có thể lưu trữ được trong bộ nhớ Để xác định được

dung lượng người ta dùng đơn vị là số bit, hoặc kilôbit, hoặc megabit, dung lượng liên quan trực tiếp đến giá thành Giá thành này được đánh giá theo tiêu chuẩn: chỉ phi/bit

+_ Thời gian thâm nhập: (access time): thời gian này gồm có hai phần:

Thứ nhất là thời gian cân thiết để xác định vị trí của từ (thời gian tìm từ)

trong bộ nhớ Và thứ hai là phần thời gian cẩn thiết để lấy từ ra khỏi bộ nhớ thời gian thâm nhập là thông số quan trọng cửa bộ nhớ, nếu nó kéo dài thì nó làm giầm khả năng làm việc của thiết bị

= Byte: la một thuật ngữ đặc biệt dùng để chỉ một dữ liệu 8 bịt

= Capacity: là dung lượng của bộ nhớ dùng để xác định xem có

bao nhiêu bit có thể lưu trữ trong một bộ nhớ đặc biệt hoặc cả

hệ thống nhớ

SVTH: Nguyễn Thành Nhơn Trang 15

Luận văn tôt nghiệp GVHD: 7f2¿yx Pan Doe

" Address: là con số để phân biệt ô nhớ này với ô nhớ khác Mỗi

một byte dữ liệu lưu trong ô nhớ đều có một đia chỉ duy nhất,

mà điạ chỉ này dùng hệ thống số nhị phân để biểu diển

= Read operation: 14 qué trinh doc dif liéu hay léy dữ liệu ra từ

bộ nhớ

" _Write operation: là quá trình ghi dữ liệu hay cất dữ liệu vào bộ nhớ

= Access time: 1a thời gian truy xuất, được tính từ lúc bộ nhớ nhận

dia chi cho đến khi dữ liệu xuất hiện ở ngõ ra

* Random Access Memory (RAM): 1a b6 nhé ma bat ky 6 nhớ

nào cũng có thể truy xuất dễ dàng và thời gian truy xuất cho tất

cả các ô nhớ là như nhau

»_ Read Only Memory (ROM): là loại bộ nhớ được tiết kế cho các ứng dụng cân tỷ lệ đọc dữ liệu rất cao

= Statie Memory: b6 nhé tinh 18 loai b6 nhớ mà dữ liệu được lưu

vẫn còn khi cấp điện mà không cần gi lại dữ liệu

* Dynamie Memory: bộ nhớ động là loại bộ nhớ mà dữ liệu sẽ

mất ngay cả khi còn cấp điện trừ khi phải ghi lại đữ liệu vào bộ

nhớ, quá trình này gọi là quá trình lầm tươi bộ nhớ

* Hoạt động của bộ nhớ:

Nhận đìa chỉ để lựa chọn đúng ô nhớ cân truy xuất

Nhận tín hiệu điều khiển để thực hiện việc truy xuất dữ liệu: có nghĩa

là nhận dữ liệu vào hay gởi dữ liệu ra

Nhận dữ liệu để lưu trữ vào ô nhớ khi thực hiện chức năng ghi

Gởi dữ liệu ra khi thực hiện chức năng đọc

Kiểm tra tín hiệu cho phép để biết bộ nhớ này được phép truy xuất lay

không

Với các hoạt động như trên, do đó bộ nhớ bao gồm các đường tín hiệu

được trình bày ở hình vẽ sau day, cho bộ nhớ có dung lượng 32 x 4bit

SVTH: Nguyễn Thành Nhơn ‘Trang 16

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ugugin Téa Dit

“Thật ra để tiết kiệm, người ta dùng ngã ra chung cho I/O

Do kích thước của từ đữ liệu là 4 bit nên có 4 ngõ dữ liệu vào l;, l›, hi,

L, va 4 ngõ dit ligu ra Os, Oz, O¡, O Khi dữ liệu vào bộ nhớ thì dữ liệu được đưa đến ngõ vào lạ, ly, hy, Io Khi muốn đọc dữ liệu thì bộ nhớ từ dữ liệu sẽ xuất hiện tại các ngõ O›, O;, O¡, Oạ Các ngõ dữ liệu vào, ra được tích hợp lại

để giảm bớt kích thước của bộ nhơ

% Các ngõ vào địa chỉ:

Địa chỉ của bộ nhớ sử dụng hệ thống nhị phân Với bộ nhớ này chỉ có

32 ô nhớ sẽ dùng 5 bít địa chi Ay, As, Az, Ai, Ao- Sẽ cho 32 trạng thái khác

nhau tương ứng với 32 ô nhớ khác nhau

Ngõ vào read/write dùng, để xác định chế độ đọc đữ liệu ra hoặc ghi dữ vào của bộ nhớ Nhiễu bộ nhớ chia làm hai ngõ vào riêng biệt, một cho hoạt

động đọc, một cho hoạt động ghi, khí sử dụng cùng một ngõ vào R/W thì đọc

dữ liệu ra khi chân R/W = 1 và ghi dữ liệu vào khi chân R/W =0

Ngõ vào cho phép ( Memory Enabel): trong một hệ thống nhớ sẽ dùng

nhiều bộ nhớ, để truy xuất dữ liệu từ bộ nhớ nào thì chỉ có bộ nhớ đó được

phép, còn các bộ nhớ khác không được phép để tránh sự truy cập sai về dữ

liệu

Bộ nhớ RAM (Random Access Memory)

Ram là bộ nhớ có thể đọc, viết được và có khả năng truy xuất ngẫu

nhiên rất thuận lợi trong việc thay đổi chương trình Nhưng khuyết điểm của Ram là không lưu trữ được dữ liệu khi nguồn cung cấp bị gián đoạn Bộ nhớ này chỉ thích hợp trong các trường hợp chương trình cần thay đổi thường

xuyên, có thể nạp xuất trong mạch một cách dễ dàng Thường nó làm nhiệm

vụ tính toán, lý luận, sắp xếp chứ không, thể lưu trữ thông tin lâu dài

— TAAI'I1^

Luận văn tôi nghiệp : GVHD: Uguyee Pain Die

% CAc loai nhé RAM:

Ram tinh ( Statie Ram - Sram)

Do cấu trúc tế bào nhớ trong Ram tinh là cá Flip - Flop nên dữ liệu khi

nạp vào Ram luôn ở trạng thái ổn định Dữ liệu này vẫn tổn tại trong Ram nếu không bị mất điện

RAM động (Danamic Ram - Dram)

Ram động có cấu tạo tế bào nhớ giống như một điện dung bẩm sinh,

mà tụ điện luôn bị mất điện theo thời gian, nên để dữ liệu trong Ram tổn tại

liên tục, người ta phải liên tục nạp lại dữ liệu cho Ram Hiện tượng này gọi là Jam toi Ram

SRAM Ty xuất eu truy xuất

| | - bxeke

| |

4 SRAM: thi gian truy xuất nhanh hơn nhưng dung lượng sẽ hơn DRAM

Bộ nhớ ROM (Read Only Memory)

ROM là bộ nhớ chỉ đọc chứ không thể viết dữ liệu mới vào bất cứ khi nào ta muốn Nghĩa là bộ nhớ này được thiêt kế để lưu trữ các dữ liệu cố định

Đối với bộ nhớ ROM, dữ liệu trong Rom gắn liễn với qúa trình chế tạo ROM Quá trình đưa dữ liệu vào ROM gọi là lập trình cho ROM, nhiều ROM chỉ cho phép lập trình một lần, các ROM sau này cho phép lập trình nhiều

lần, trước khi nạp dữ liệu mới phải xoá dữ liệu cũ

Luận văn tốt nghiệp GVHD: 2ig«yâx Z4 Dit

Để xoá dữ liệu trong ROM phải dùng ánh sáng tia cực tím

Để lập trình cho PROM phải dùng mạch nạp EPROM Họ EPROM có

hệ số là 27xxx và nhiều mã khác

= Electrically Exasable Programable ROM (EEPROM)

EPROM cé 2 điểm bất tiện

Phai lay EPROM ra khdi Socket dé xoá và lập trình lại khi muốn thay

đổi chương trình

Khi muốn thay đổi dữ liệu của một bộ nhớ thì phải xoá dữ liệu của ô

nhớ đó, nhưng khi dùng ánh sáng tia cực tím thì tất cả dữ liệu trong EPROM

bị xoá sạch và phải nạp lại toàn bộ dữ liệu Chính vì thế mà các nhà chế tạo

đã cái EPROM thành EEPROM để có thể xoá và lập trình các ô nhớ một

EPROM 2716 có 11 đường địa chỉ và 8 đường dữ liệu nên dung lượng

của 2716 là 2048 byte dữ liệu hay 2 Kbyte Có 2 ngõ vào cung cấp nguồn 'Vec và Vpp, ngõ vào Vcc luôn nối với nguồn + 5V, ngõ vào Vpp được nối tới +5V khi EPROM đang làm việc ở chế độ đọc dữ liệu và nối tới 25V khi lập

trình cho EPROM (Vợp thay đổi tuỳ theo từng loại EPROM)

EPROM 2716 có thời gian truy xuất là 150ns Hai ngõ vào điều khiển

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguybe Tae Die

OE\: được dùng để điều khiển bộ đệm (outputbuffer) để cho phép dữ

liệu của EPROM xuất ra ngoài hay không

CEA: là ngõ vào cho phép có 2 chức năng:

Khi hoạt động bình thường CE\ là tín hiệu cho phép, để đọc dữ liệu từ

EPRom, CE\ phải ở mức thấp để mạch điện bên trong lựa chọn dữ liệu và

‹ chuyển nó đến out put buffer kết hợp với tín hiệu cho phép OE ở mức thấp thì

dữ liệu mới xuất ở các ngõ ra Dụ - D¿

Khi CE\: ở mức cao thì EPROM ở trạng thái chờ (standby) Công suất tiêu tán ở trạng thái EPRom đọc dữ liệu 525mw và ở trạng thái chờ là 132mw nên CEFA được gọi là ngõ vào điều khiển công suất

Ngõ vào OE\ được xem là ngõ cho phép đọc dữ liệu

EPROM 2732:

EPROM 2132 có dung lượng 4 Kbyte

Bảng trạng thái làm việc của EPROM 2732

| Read Vụ Vee +5V | Dout

Program verify Vit Vụ, +5V Dout

EPROM 2764 có dung lượng 8 Kbyte

Luận văn tôt nghiệp

Bảng trạng thái làm việc

GVHD: Nguyén Tin Dit

Standby Vig x Vit Veo te High Z Program Vụ, x Vụ, Vop ie Dm

4c EPROM c6 dung lugng 16n khdc nhu 27128, 27256

Giản đỗ truy xuất ROM

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Uguyin Pau Dit

Luận văn tốt nghiệp even: S>&

Chương I:

THIẾT KẾ CÁC KHỐI

I THIẾT KẾ KHỐI DAO ĐỘNG VÀ CHIA XUNG

1 Mục đích thiết kế khối dao động và chia xung:

Đối với các thiết bị điện nói chung và các thiết bị số nói riêng Bộ dao

động đóng vai trò hết sức quang trọng để tạo xung điểu khiển các thiết bị

họat động.Tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật mà có các mạch dao động tương ứng Đối với những hệ thống không cần sự chính xác qúa cao và tần số thấp

có thế sử dụng những linh kiện rời như: R,L,C, BỊT để tạo mạch dao động

hoác là sử dụng IC 555 Đối với những hệ thống cẩn sự chính xác cao như máy tính ,hệ thống điều khiển, đồng hồ không thể sử dụng những mạch dao đóng trên vì độ chính xác không cao, độ sai số của linh kiện lớn, tần số không đáp ứng được Do đó phải sử dụng những mạch có độ chính xác cao hơn, mà

thong dụng hiện nay là sử dụng mạch dao động thạch anh

2 Các mạch dao động căn bản:

4 Dao đóng dích pha:

1

2nRC46

+Điều kiện dao động: lAvb29

* Dao đông cầu viên (wien):

Điều kiện dao động: 1+ a3

s* Dao đông công hưởng LC:

1

Tân số dao động: Ío= Ae

Dao đông Colpilts:

Tần số dao động fo: được ấn định sẵn

Ngày nay thạch anh rất phổ dụng nhất là trong các mạch đòi hỏi độ chính xác cao

Do yêu câu của để tài đòi hỏi phẩi có sự chính xác cao nên người viết chọn bộ dao động ở đây là thạch anh để làm xung chuẩn

“% Sơ lược đặc tính cơ bắn của thạch anh

Cát tỉnh thể thạch anh theo một phương vị góc xác định, chúng ta được các miếng thạch anh (dạng tròn,vuông,dài,thanh ) Sau đó mạ lên hai mặt thạch anh lớp kim loại và gắn lên các điên cực để tạo thành các bộ dao động

thạch anh

Thạch anh có đặc tính là khi chịu kích thích bởi một điện trường thì bị

biến dạng Ngược lại khi thạch anh chịu kích thích cơ học thì lại phát ra điện

trường, đó là hiệu ứng điện áp Vậy nếu kích thích thạch anh bằng nguồn điện

thạch anh dao động và lại phát ra điện trường Biên độ điện áp chỉ ra đủ lớn

đối với tân số cộng hưởng riêng của hệ

3 Mạch dao động tạo xung 1 phút sử dụng thạch anh 32768 Hz:

“Thạch anh 32768 Hz sau khi được chia 15 tầng FF sẽ cho ra tần số 1Hz

để tạo được xung 1 phút phải qua 6 tầng Flip-Flop nữa kết hợp với cổng logic

để được xung l phút (1/60 Hz) sự

Luận văn tôt nghiệp GVHD: Uguyén Tie Dit

*Uu diém:

Tạo được xung 1s mà không cần dùng cổng logic, sử dụng các ngõ ra còn trống để kích các khối khác: chỉnh giờ, đa hợp chọn kênh

*Nhược điểm:

Phải sử dụng cổng logic để tạo tín hiệu xung 1 phút

4 Mạch tạo xung 1 phút sử dụng thạch anh 1M:

Thạch anh IMHz sau khi được chia 20 tang FF sé cho ra tan số 1Hz để

tạo được xung 1 phút phải thêm 6 tầng FF nữa kết hợp với cổng logic

Luận văn tôi nghiệp GVHD: Uguyin Pie Dit

5 Mach dao động tạo xung 1 phút sử dụng mạch dao động của đông

hồ treo tường:

Mạch dao động của đồng hồ treo tường tạo ra dao động tần số 1Hz với

biên độ và dòng điện thấp Do đó để kích qua mạch chia phút phải qua cần

phải qua Transistor đệm

« Uudiém:

Đơn giản tương đối chính xác

® Nhược điểm:

Cần cấp nguồn riêng cho cuộn dao động tạo xung, không thích hợp đối

với môi trường công nghiệp và ngoài trời

378K

touE

| Luận văn tôi nghiệp GVHD: 2i2zgã “24 #»z

|

Ta có: Tị=0,7(R¡+R¿)C

T;=0,7RạC T=0,7(2R;+R¡)C

II THIẾT KẾ KHỐI ĐA HỢP VÀ CHỌN KÊNH

Do từ 7 ngã ra của bộ nhớ mà phải hiển thị 4 led 7 đọan Do đó tại mỗi thời điểm 1 led được nhận đúng dữ liệu của mình Nên nhiệm vụ của khối này nhằm xác định dữ liệu cho từng led

1 Khối đa hợp, chọn kênh sử dụng IC giải mã:

O0A AIB +dA1 O-

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Mpuyin The Doe

Bang trang thái hoat động:

E AO AI |O0 OI O2 O3 LLL L |L H HH

Luận văn tối nghiệp bit `

TừQ4của 4060 Hi LỆ — nen maser Tt

IC 74154 là IC giải mã 4 đường sang 16 đường tương tự như 74138 nhưng đường ra gấp đôi

Luận văn tô nghiệp GVHD: 2⁄g„gô “2ø Die

II THIẾT KẾ BỘ GIẢI MÃ NGÀY THÁNG-GIỜ PHÚT

1 Mạch giải mã giờ phút:

Có rất nhiều IC giải mã địa chỉ tùy thuộc vào dung lượng bộ nhớ và địa chỉ để truy xuất bộ nhớ mà ta chọn IC giải mã thích hợp

Do để tài thi công mạch báo (ngày-tháng), giờ phút Nên số ô nhớ

phút là 1440 ô nhớ Nên cần 11 đường địa chỉ để giải mã, IC 4040B là bộ

điếm nhị phân 12 tầng FF có ngõ vào xung tác động cạnh xuống, Master

Reset(MR) tác động ở mức cao và có 12 tầng đếm ngõ ra (0; 0¡¡) nên chọn IC 4040 làm bộ jñs'biờ phút

e_ Sơ đồ chân của IC 4040

e Ham Reset cho bộ nhớ ngày:

Có nhiều cách để Reset bộ nhớ ngày khi thực hiện hết chu kỳ 24 giờ

mà chưa hết ô nhớ

Có thể dùng chân Q; của ROM nhớ giờ để đưa xung về MR của 4040

giải mã địa chỉ (Do chỉ sử dụng 7 ngõ ra để thúc led 7 đoạn: 0ọ_Q;) Tuy nhiên nếu sử dụng Q; để Reset thì ảnh hưởng đến việc đặt chuông cho những giờ quy định Do đó, không chọn kiểu thiết kế này

Chia số thập phân 1440 ra số nhị phân :

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Uguyin Vie Die

2 Mạch giải mã cho bộ nhớ ngày tháng:

Tương tự như bộ giải mã giờ phút ta cho IC 4040 để giải mã cho bộ nhớ

ngày

Một năm có 365 ngày, bốnnăm có một năm nhuận 366 ngày Do đó,

bộ nhớ ngày phải chứa một chu kỳ 4 năm để tránh sự sai lệch khi sử dụng bộ nhớ 4 năm, 365 ngày hoặc 366 ngày

Số ô nhớ cân phải sứ dụng để nhớ ngày là:

Sơ đồ kết nối bộ đếm ngày

của để tài là không đổ chuông ngày thứ bẩy và chủ nhật, đo đó cần có bộ đếm ngày để tạo xung điểu khiển để cho phép đổ

- Do yêu cầu

SVTH: Nguyén Thành Nhơn nẽ

Luận văn tốt nghiệp GVHD: 2#gugễy “7 Đà:

- Trong tuần có 7 ngày nên cân có bộ đếm 7 trạng thái, IC 4017 có

10 trạng thái đếm khi có xung kích và dùng led tròn để hiển thị thứ trong tuần

V _ THIẾT KẾ KHỐI KHIỂN CHUÔNG

Xung điểu khiển chuông có độ rộng từ vài giây đến khoảng vài chục giáy tùy theo yêu cầu Do đó không thể lấy trực tiếp từ bộ nhớ giờ nếu cần thời gian đổ chuông nhỏ hơn 1 phút

Điều kiện để đổ chuông là:

Không phải lúc chỉnh giờ, ngày, thứ

Sơ đồ mạch:

Xung từ bộ nhớ giờ

Xung từ bộ nhớ ngày L,

, Xung từ bộ điếm ngày fo

Xung điều khiển

VI THIẾT KẾ KHỐIHIỂN THỊ

Để hiển thị một dữ liệu có thể dùng các thiết bị hiển thị như: quang báo, Led 7 đoạn, Led 14 đoạn hoặc sử dụng led rời để nối kết

Kết nối led 7 đoạn từ led tròn:

ca

SVTH: Nguyễn Thành Nhơn 'Trang 32

Luận văn tôt nghiệp GVHD: Uguyén Tae Dit

Tùy thuộc vào kích thước cân thiết có thể kết nối với số lượng led khác nhau Tuy nhiên phải tuân theo tỷ lệ 7/5 Đối với những bảng hiển thị lớn cần chiều cao và chiều rộng, để đảm bảo độ sáng ta cần ghép đôi hay ghép ba

Oe

% Ưu điểm: kinh tế, Led có kích thước theo ý muốn

% Nhược điểm: mất thời gian, tiêu hao công suất lớn, phẩi có transito

thúc

Sử dụng led 7 đoạn:

Để led sáng dữ liệu đưa đến các chân A, B, C, D, E, F của Led ở mức

cao (katột chung)

Ấp rơi trên mỗi đoạn là 1,8 + 2 V với dòng từ 7 + 20 mA

Chọn chế độ hoạt động bình thường cho led là 2V, 8mA Do đó, điện trở hạn dòng cho led là:

Ve = Vee- Vied =5-2=3V

3

=>R= 3 103 =375Q

Sơ đồ chân led 7 đoạn:

Luận văn tôi nghiệp GVHD: 7/a„gãx Tin Dit

từ bộ nhớ ngày tháng hay từ bộ nhớ giở phút được phép xuất ra khối hiển thị

Tạo xung điều khiển chọn Rom từ linh kiện rời:

+ Sử dụng mạch dao động đa hài để tao xung điều khiển chọn

Ưu điểm: kinh tế, tạo được các hu kỳ Q và Q khác nhau

Nhược điểm: công kênh, phức tạp

+ Tạo khung điều khiển từ một ngõ ra xung vuông:

Từ ngã ra của một tín hiệu xung vuông ta có thể tạo được hai tín hiệu

có pha ngược nhau, bằng cách mắc qua cổng đảo