Giáo trình phân tích phạm vi ứng dụng của mạch chia tần số theo nguyên lý mạch dao động đa hài dùng cổng logic p2 doc

Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 23 Mạch đếm hình Hình (H.III.3c) là mạch đếm Johnson. Mạch được hồi tiếp chéo từ Q trở về J, Q trở về K. Giả sử ban đầu mạch được xóa để Q A = Q B = Q C = 0. Ở trạng thái thứ nhất cạnh sau Q A lên 1, Q B = Q C = 0. Ở xung thứ 2 Q A =1, Q B lên 1, Q C = 0, tiếp theo ở xung thứ 3 Q A = 1, Q B = 1, Q C lên 1, đến xung thứ 4 Q A xuống 0, Q B = 1, Q C = 1… Mổi ngõ ra ở mức cao trong 3 chu kỳ xung rồi lại xuống thấp trong 3 chu kỳ xung, rồi lại lên cao trong 3 chu kỳ xung tiếp theo. Hình III.3d Hình III.3c Dạng sóng ngõ ra là dạng sóng riêng có tần số bằng 6 1 lần tần số xung vào, nhưng có lệch pha nhau. Sự hoạt động của mạch được tóm tắt ở (Hình III.3f) Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 24 Trạng thái ra ngay sau khi có xung vào Số xung vào Q C Q B Q A Số thập phân tương ứng 0 1 2 3 4 5 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 3 7 6 4 6 7 0 0 0 0 0 1 0 1 Với 3 Flip Flop mạch đếm được Modul M = 6. Để ý là mạch bỏ đi hai trạng thái 010 = 5 10 . Vì lý do ngẫu nhiên lúc bật điện hay do nhiễu khi hoạt động mạch đếm có thể rơi vào một trong hai trạng thái bỏ đi (trạng thái cấm) và sau đó chỉ thay đổi trạng thái giữa các trạng thái cấm này. IV./ MẠCH GIẢI MÃ VÀ HIỂN THỊ: 1./ Mạch giải mã từ BCD sang Led 7 đoạn: Còn gọi là mạch giải mã 4 đường sang 10 đường. Mạch có 10 ngõ ra tương ứng với số thập phân từ 0 đến 9 và có 4 ngõ vào. Ngõ ra tương ứng với mã nhò phân vào xuống thấp còn 9 ngõ ra kia ở mức cao. Mạch gồm 4 cửa đảo để tạo ,A B ,C , D vào 10 cửa NAND có 4 ngõ vào. Ngõ vào của NAND đầu tiên là ,A B , C , D , ngõ vào của NAND thứ hai là A, B , C , D , khi D = C = B = A = 0 (0 10 ) thì A = B =C = D = 1 nên ngõ ra của cửa NAND đầu tiên, tức ngõ ra xuống thấp (0) còn các ngõ ra kia đều ở mức cao. Khi có mắc thêm đèn Led (và các điện trở giới hạn dòng) như Hình (H.IV.1a), đèn Led 0 sẽ sáng còn các đền Led kia sẽ tắt. Khi D = C = B = 0; A = 1 ( tức DCBA = 10) ngõ ra của cửa NAND thứ hai xuống thấp và đèn Led 1 sáng, còn các đèn khác tắt. Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 25 Hình IV.1.a 2./ Mạch hiển thò: a./Đèn cathod lạnh Trước khi có đèn Led, các loại đèn Cathod lạnh (Cathod không được sưởi nóng bởi tim đèn) được sử dụng Hình (H.IV.2.a1) Đèn chứa một khí trơ bên trong ống thủy tinh, đèn gồm một anod và 10 catod, các catod là một miếng kim loại mõng có hình từ 0 đến số 9 được xếp hàng sát nhau (nhưng không đụng nhau) từ trước ra sau, thường có thêm một catod hình dấu chấm thập phân. Một điện thế dương từ vài chục Volt trở lênh được đưa vào anod qua một điện trở. Khi một catod được nối Mass thì đèn dẫn điện (cỡ vài mA) và xung quanh catod có một vùng không gian sáng rực (rộng khỏang 1 mm). Hình IV.2.a1 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 26 Hình IV.2.a2 Do sự ion hóa, trong khi đó các catod khác không sáng. (Hình IIV.2a1) là biểu diễn của đèn có catod lạnh và Hình (H.IV.2.a2) là hình dạng của đèn nhìn từ phía trước khi đèn hiện số 2.  Một số IC giải mã 4 đường sang 10 đường:  7441: Giải mã BCD sang thập phân, ngõ ra chòu Volt cao ( 60V).  7442/LS42: Giải mã BCD sang thập phân.  7445: Giải mã BCD sang thập phân, dòng lớn ( 80mA)  7414L: Giải mã BCD sang thập phân, ngõ ra chòu Volt cao (60V).  74145/LS145: Giải mã BCD sang thập phân, dòng lớn (80mA).  Ứng dụng của IC 74145/LS145 và IC 7445. Mạch giải mã 7441 có ngõ ra chòu Volt cao (khoảng 60 volt) nên rất thích hợp để hoạt động các đèn catod lạnh Hình (H.IV.2.c). Xung muốn đếm được đưa và chân (Clock) của IC 7490. Ngõ ra BCD của mạch đếm được đưa đến ngõ vào tương ứng của 7441. Ngõ ra 0 đến 9 của 7441 được nối trực tiếp đến ngõ vào tương ứng của đèn catod lạnh. Hình IV.2.a.3 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 27 Hình IV.2a.4 Hình IV.2a.4 là ứng dụng để chỉ báo của 7445, ngõ vào 7445 chỉ chòu được 5V nhưng có thể nhận dòng lớn (đến 80mA) nên chỉ có thể dùng để thúc trực tiếp. b./ Đèn Led 7 đoạn: Một trong các số chỉ báo thông dụng là đèn Led 7 đoạn. Đèn gồm 7 đoạn mang tên a, b, c, d, e, f, g được sắp xếp theo hình số 8, xem hình (H.IV.2.b.1). Bên dưới mặt 7 đoạn là một số đèn Led (thường là 7) và hệ thống phản chiếu ánh sáng lên mặt. Tùy tổ hợp các đoạn sáng mà ta có các số và chữ khác nhau. Hình IV.2.b.1 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 28 Hình IV.2.b.3 Về phương diện đèn Led 7 đoạn có hai loại đó là loại Anod chung và hình (H.IV.2.b.2) và loại Catod chung hình (H.IV.2.b.3). Các điện trở hạn dòng khoảng 220 đến 470, nếu V CC = 5 V để giới hạn dòng và biểu thò của mạch giải mã. Tùy tổ hợp các bật đóng mà tổ hợp tương ứng của các Led (biểu thò cho các đoạn) sáng để tạo các số hay các chữ.  Một số IC giải mã BCD sang Led 7 đoạn Loại Mức tác động Mạch ra Dòng điện Điện thế tối đa Công suất tiêu tán 7446A 7447A 7448 74LS4 7 74LS4 8 74LS4 9 Thấp Thấp Cao Thấp Cao Cao Cực thu để hở Cực thu để hở Kéo lên 2K Cực thu để hở Kéo lên 2K Cực thu để hở 40mA 40mA 6,4mA 24mA 6mA 8mA 30V 15V 5,5V 15V 5,5V 5,5V 320mW 320mW 385mW 3,5mW 125mW 40mW Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 29  Khảo sát IC 7447A Hình IV.2b.4 7447A có ngõ ra cực thu để hở và đủ dòng để thúc các chỉ báo trực tiếp. Ngõ ra tác động mức thấp nên thích hợp để thúc các Led 7 đoạn anod chung hay các đèn chòu dòng thấp. Mạch hoạt động theo bảng sự thật sau (Hình IV.2.b5). Trong đó với ngõ ra là một dạng sóng và ngõ ra 0 là tắt, nghóa là nếu 7447 thúc đèn Led 7 đoạn thì các đoạn a, b, c, d, e, f, g của đèn sẽ sáng hay tắt tùy theo ngõ ra tương ứng của 7447 là 1 hay 0. Kết quả là khi mã số nhò phân 4 bit vào có giá trò thập phân từ 0 đến 15, đèn Led hiện lên các số và dấu như ở hình (Hình IV. 2b.6). Để ý là khi mã số nhò phân vào là 1111 = 15 10 thì đèn tắt. Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 30 Thập phân LT RBI D C B A RBO A B c d e f g Ghi chú 0 1 2 3 1 1 1 1 1 x x x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 4 5 6 7 1 1 1 1 X X X X 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 8 9 10 11 1 1 1 1 X X X X 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 12 13 14 15 1 1 1 1 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 010 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 BI RBI LT X 1 0 X 0 X X 1 X X 1 X X 1 X X 1 X 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 2 3 4 Hình IV.2b.6 Bảng sự thật Hình (H.IV.2.b.5) có các ghi chú: 1. Ngõ vào xóa BI được để không hay nói lên cao 2. Khi nối BI đến mức thấp, các ngõ ra đều tắt, bất chấp trạng thái ở ngõ vào khác. 3. Khi RBI và các ngõ vào ABCD ở mức thấp và các ngõ vào thử đèn LT (Lamp test) ở cao, các ngõ ra đều tắt và ngõ ra xóa dạng sóng, RBO xuống thấp. 4. Khi ngõ vào BI (RBO) để không hay nối lên cao và ngõ vào LT giữ mức thấp, các ngõ ra đều sáng. Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 31 V./ GIAO TIẾP CÔNG SUẤT: 1./ Khả năng dòng và thế của TTL và CMOS a./ Đặc tính của TTL: Mạch Logic TTL có nhiều loại ra: Mạch kéo lên thụ động tức có điện trở nối từ cực thu của Transistor lên V CC . Loại mạch này không được dùng không được dùng ở mạch Logic TTL. Loại mạch thứ hai là mạch cực thu để hở tức là cực thu Transistor nối trực tiếp lên nguồn V CC . Mạch thứ ba là mạch kéo lên tích cực tức có thêm Transistor giữa cực thu Transistor và nguồn V CC , loại mạch này thông dụng nhất là mạch ra cột chạm. Mạch thứ tư là mạch ra ba trạng thái, mạch này có cấu tạo gần giống mạch cột chạm. Do đó ta có thể lấy mạch kiểu cột chạm biểu thò cho TTL. Đặc tính ngõ vào Đặc tính ngõ ra Hình V.1a  Đặc tính ngõ vào gồm có: – Điện thế ở mức cao tối thiểu là 2V. – Dòng mức cao tối đa 40mA. – Điện thế tối đa mức thấp 0,8V. – Dòng điện tối đa mức thấp –1,6mA.  Đặc tính ngõ ra gồm có: – Điện thế ở mức cao tối thiểu là 2,4V. – Dòng mức cao -400mA. – Điện thế tối đa mức thấp 0,2V. – Dòng điện tối đa mức thấp 1,6mA. b./ Đặc tính của CMOS: Điện áp đặt vào các mối nối ngõ vào của IC phải nằm trong các miền chấp nhận được, CMOS sẽ xem các điện áp vào nỏ hơn hoặc bằng 1V như mức Logic thấp, và xem điện áp nào lớn hơn hoặc bằng 3,5V là ở mức Logic cao. Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 32 Hình V.1b Cửa đảo CMOS là một mạch CMOS cơ bản gồm một Transistor MOS kênh P (gọi là PMOS) nối với một Transistor MOS kênh N (gọi là NMOS). Cực cửa nối chung với nhau và là ngõ vào, cực thoát được nối chung với nhau và là ngõ ra. Cực ngờn của MOS kênh P nối lên điện thế V dd dương và cực nguồn của MOS kênh N nối xuống điện thế V SS nhưng thường là Mass. Khi ngo vào ở mức cao (H). MOS kênh P ngưng dẫn, MOS kênh N phân cực thuận nhưng chỉ có dòng I dd ở trên đổ xuống nên V SS rất thấp gần như Mass. Ngược lại khi ngõ vào ở mức thấp (0) MOS kênh P dẫn điện còn MOS kênh N ngưng và ngõ ra điệ thế gần V dd . Vì dòng điện khi chưa có tải rất nhỏ nêm mạch tiêu thụ công suất rất thấp. Do tổng trở vào của mạch Logic CMOS rất lớn nên số tỏ ra của mạch CMOS đối với các CMOS khác cũng rất lớn trên 50, khi giao tiếp với các tải khác loại, các mạch CMOS khác bò giới hạn về dòng điện. c./ Đặc tính của tải: Tải có thể là thuần trở, cảm kháng, tuyến tính hay phi tuyến. Đối với tải tuyến tính sự xác đònh độ lợi, công suất cần thiết khá đơn giản. Còn đối với tải phi tuyến ta phải xét các trường hợp chuyển tiếp để bảo đảm các chỉ tiêu kỹ thuật cũa những bộ phận không bò vượt quá. Tải phi tuyến được điển hình như một bóng đèn hay động cơ điện. (Hình V.1c) biểu diễn dòng điện, điện thế và công suất tiêu tán của một bóng đèn điện được thúc bởi mạch giao tiếp có h fc . [...]...Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Hình V.1c không hạn chế, nghóa là nó có thể cung cấp dòng nào mà tải cần thiết Dòng điện sẽ là một hàm mũ khi tim đèn sáng lên Công suất tiêu tán sẽ là tích số của điện thế và dòng điện Khi mạch giao tiếp có hfc hạn chế nghóa là nó không thể cung cấp tất cả các dòng điện đỉnh đòi hỏi bởi tải... trước nhưng công suất lại lớn hơn do mạch cung cấp đủ dòng để dẫn vào vùng bão hòa, công suất này có thể vượt quá chỉ tiêu của tải Do đó trong thực hành người ta thiết kế mạch giao tiếp có đủ khả năng khuếch đại dòng ở điểu kiện chuyển tiếp 2./Giao tiếp giữa CMOS với phần tử công suất: Đặc tính dòng điện ra của CMOS cho thấy khả năng dòng nguồn và dòng nhận của CMOS rất đa dạng tùy thuộc vào loại thường... đa dạng tùy thuộc vào loại thường hay loại đặc biệt Muốn thiết kế chíng xác phải có đầy đủ các thông số liên quan đến CMOS dự đònh dùng CMOS không thể thúc trực tiếp một đèn Led ngay cả khi hoạt động ở Vdd = 15V Hình (H.V.2a) trình bày cách thúc Led dùng Transistor giao tiếp Hình V.2a Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 33 . nhiều loại ra: Mạch kéo lên thụ động tức có điện trở nối từ cực thu của Transistor lên V CC . Loại mạch này không được dùng không được dùng ở mạch Logic TTL. Loại mạch thứ hai là mạch cực thu. được đưa và chân (Clock) của IC 7490. Ngõ ra BCD của mạch đếm được đưa đến ngõ vào tương ứng của 7441. Ngõ ra 0 đến 9 của 7441 được nối trực tiếp đến ngõ vào tương ứng của đèn catod lạnh. . d, e, f, g của đèn sẽ sáng hay tắt tùy theo ngõ ra tương ứng của 7447 là 1 hay 0. Kết quả là khi mã số nhò phân 4 bit vào có giá trò thập phân từ 0 đến 15, đèn Led hiện lên các số và dấu như