THIẾT KẾ MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ ỨNG DỤNG IC74LS90

Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng các linh kiện bán dẫn đã phần nào giảm bớt được giá thành sản phẩm bằng các linh kiện rời. Ứng dụng môn kỹ thuật số vào thiết kế các bộ phận thiết thực hằng ngày giúp chúng ta hiểu được môn kỹ thuật số làm gì và được ứng dụng vào đâu. Đồng hồ là một thiết bị rất cần thiết mà hầu như bất cứ ai cũng phải dùng tới nó. Một chiếc đồng hồ cơ, xem giờ bằng cách nhìn vào kim chỉ ở vạch chia thời gian sẽ gây khó khăn cho người mới bắt đầu sử dụng. Nhưng đối với đồng hồ số, thời gian được hiển thị rõ ràng bằng các chữ số sẽ dễ dàng sử dụng hơn. Bởi vậy, sau đây em xin thiết kế một mạch đồng hồ số dùng IC74LS90_ IC rất thông dụng trong kỹ thuật số. Trong đề tài cũng còn nhiều thiếu sót rất mong sự góp ý của quý thầy cô và các bạn để được hoàn thiện hơn .

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng các linh kiện bán dẫn đã phần nào giảm bớt được giá thành sản phẩm bằng các linh kiện rời Ứng dụng môn kỹ thuật số vào thiết kế các bộ phận thiết thực hằng ngày giúp chúng ta hiểu được môn kỹ thuật số làm gì

và được ứng dụng vào đâu.

Đồng hồ là một thiết bị rất cần thiết mà hầu như bất cứ ai cũng phải dùng tới nó Một chiếc đồng hồ cơ, xem giờ bằng cách nhìn vào kim chỉ ở vạch chia thời gian sẽ gây khó khăn cho người mới bắt đầu sử dụng Nhưng đối với đồng hồ số, thời gian được hiển thị rõ ràng bằng các chữ số sẽ dễ dàng sử dụng hơn.

Bởi vậy, sau đây em xin thiết kế một mạch đồng hồ số dùng IC74LS90_ IC rất thông dụng trong kỹ thuật số.

Trong đề tài cũng còn nhiều thiếu sót rất mong sự góp ý của quý thầy

cô và các bạn để được hoàn thiện hơn !.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Chương 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 tácđộng vào chân Clr sẽ xoá FF làm Q = 0, Q = 1 Khi tác động vào chânPre 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 mộtlần Trạng thái mới sẽ tuỳ thuộc vào mức logiccủa các chân chức năng, vàtuỳ 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 cạnh lên.

- FF tác động cạnh xuống

- FF tác động chủ - tớ

II Hệ chuyển mã:

2.1 Số BCD: ( Binary Code Decimal)

Được tạo nên khi ta mã hoá mỗi đecac của một số thập phân dướidạng một số nhị phân 4 bit

18 BCD

    0001 1000

* Lưu ý: các phép cộng và trừ số BCD được thực hiện giống như số nhịphân Tuy nhiên nếu phép tính có nhớ thì sau khi được kết quả ta phải hiệuđính bằng cách trừ cho 10(D) hay cộng 6(D)

Thông thừờng sau mỗi lệnh cộng hoặc trừ số BCD ta kèm theo lệnhhiệu đính

2.2 Hệ chuyển từ mã nhị phân sang mã BCD:

( MSB)

3.2 Hệ giải mã:

Xây dựng hệ giải mã cho led 7 đoạn anode chung

Giảimãled

C

a b c d

e f g

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 lậpđược 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:

CK

Gọi: N là số trạng thái của 1 hệ đếm bất kỳ

RQN

Q J

CP K

RQN

Q J

CP K

RQNQ

4.3 Ghép các hệ đếm:

Nếu có hai hệ đếm N & M, ta có thể ghép nối tiếp thành hệ đếm cóhung 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 clockcho bộ đếm N

Chương II: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH

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

* 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 mãhoá 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 dùng IC NE555:

Bộ tạo xung là thành phần quan trọng nhất của hệ thống Đặc biệt làđối với bộ đếm, nó quyết định các trạng thái ngõ ra của bộ đếm

Mạch đếm giờ dùng IC74LS90

Mạch giải mã BCD dùng IC74LS47

Hiển thị led 7 đoạn

Có rất nhiều mạch dùng tạo dao động, nhưng do sự thông dụng ta chỉquan tâm đến mạch tạo dao động dùng IC 555.

Đây là vi mạch định thời chuyên dùng, có thể mắc thành mạch đơn ổnhay phi ổn

2.1 IC NE555:

2.1.1 Đại cương:

Vi mạch định thời LM555 là mạch tích hợp Analog- digital Do cóngõ vào là tín hiệu tương tự và ngõ ra là tín hiệu số Vi mạch định thờiLM555 được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế, đặc biệt trong lĩnh vựcđiều khiển, vì nếu kết hợp với các linh kiện R, C thì nó có thể thực hiệnnhiều chức năng như: định thời, tạo xung chuẩn, tạo tín hiệu kích, hay điềukhiển các linh kiện bán dẫn công suất như: Transistor, SCR, Triac…

2.1.2 Hình dạng và sơ đồ chân:

Chân 1: Nối mass

Chân 3: Output ( ngõ ra).

Chân 4: Reset (đặt lại)

Chân 5: Control Voltage (điện áp điều khiển)

Chân 6: Threshold (thềm- ngưỡng)

Chân 7: Discharge ( xả điện)

- So sánh COMP1: là mach khuếch đại so sánh có V in 1/ 3Vcc

 nối rachân 6, V in

nối qua chân 2 Tuỳ thuộc vào điện áp chân 2 so với điện

áp chuẩn 1/3Vcc mà so sánh 1 có điện áp mức cao hay mức thấp đểtín hiệu S điều khiển Flip Flop( FF ) hoạt động

- So sánh COMP2: là mạch khuếch đại so sánh có V in

- Mạch FF là loại mạch lưỡng ổn kích một bên khi chân S có điện ápcao thì điện áp này sẽ kích đổi trạng thái FF làm ngõ ra Q lên mứccao, Q = 0 Khi S đang ở mức cao xuống mức thấp thì FF không đổitrạng thái

o Khi: S = 1  Q = 1  Q = 0

S = 1  0  FF không đổi trạng thái

- Khi R có điện áp cao thì điện áp này sẽ kích đổi trạng thái FF làm Q =

1, Q = 0 Khi R đang ở mức cao xuống mức thấp thì R không đổitrạng thái

ngõ vào là Q của FF, nên khi Q ở mức cao thì ngõ ra chân 3 có điện

ra ở chân 3 có mức điện áp cao Theo nguyên lý trên, cực C của T2 ra chân 7

có thể làm ngõ ra phụ thuộc có mức điện áp giống như mức điện áp của ngõ

ra chân 4

2.2 Mạch tạo xung:

2.2.1 Sơ đồ mạch:

2.2.2 Nguyên lý hoạt động:

Khi mới cấp nguốn Vcc, tụ bắt đầu nạp từ 0V lên:

OP_AMP 1 có: V in V in

 => R = 0OP_AMP 2 có: V in V in

OP_AMP 1 có: V in V in

 => R = 0

Out 0

V

=> Q = 1, Q 0 V0  1 : led sáng, FF không thay đổi trạng thái.

Khi điện áp trên Vc tăng > 2/3Vcc, thì:

OP_AMP 1 có: V in V in

 => R = 1OP_AMP 2 có: V in V in

III Khối đếm:

3.1 IC 74LS90:

3.1.1 Hình dạng:

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 kíchcho bộ đếm 5

3.1.2 Sơ đồ logic và bảng trạng thái:

Hình: Sơ đồ cổng logic IC7490

đích sử dụng phổ biến nhất của mạch giải mã là làm sáng tỏ các đèn để hiểnthị 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 thậpphân…

IC74LS47 là loại IC giải mã BCD sang led 7 đoạn Mạch giải mãBCD 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 catodchung) để làm các đèn cần thiết sáng nên các số hoặc ký tự IC 74LS47 làloại 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:

4.1.3 Sơ đồ logic và bảng trạng thái:

mã bình thường Nếu nối lên mức 0 thì các ngõ ra đều tắt bất chấp trạng tháingõ ra.

Ngõ vào RBI được để không hay nối lên mức 1 dùng để xoá số 0 (số othừa phía sau số thập phân hay số 0 trước số có nghĩa) Khi RBI và các ngõvào D, C, B, A ở mức 0 nhưng ngõ vào LT ở mức 1 thì các ngõ ra đều tắt vàngõ vào xoá dợn sóng RBO xuống mức thấp

Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức 1 và LT ở mức 0 thì ngõ ra đềusáng

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 nhịphân 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 cómức 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 hạndòng

Chân 3, 8: Vcc_được nối lại với nhau

VI 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

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

Xung kích được tạo ra từ mạch 555 và xung này được đưa tới chân 14của IC 74LS90 Ngõ ra xung của 7490 ở các chân Q A, Q B, Q C, Q D được đưađến ngõ vào của IC giải mã 74LS47.

Đối với hai IC đếm giây (IC1 và IC2): xung được cấp cho IC1, IC1này đếm giá trị của 9 xung ( led hiển thị số 9), sau khi đếm hết giá trị của 9xung 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 cấpxung cho IC2 tăng lên 2, 3,… Khi IC1 đếm đếm 9 và IC2 đếm đến 5 chuyểnsang 6 ta dùng IC 7408 để reset cả hai IC trở về 0 Lúc này, chân reset sẽcùng trạng thái với đầu ra cổng AND dùng để reset( mức 1), đầu ra này đượcnối với chân CP0 của IC đếm phút, một xung được kích và được đếm lênmột đơn vị

Đối với IC đếm phút (IC3 và IC4): khi IC3 nhận được xung nó lạiđếm như IC đếm giây đến giá trị 59 Vì lấy xung từ IC đếm giây nên khimạch 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 cũngđược reset về 0, đồng thời mạch đếm phút cấp cho IC5 của IC đếm giờ mộtxung

Đối với IC đếm giờ (IC5 và IC6): Khi IC5 nhận được một xung thì nócũng 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 ICđếm 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