TOPICA bài 10 điểm, là bài tập nhóm khó khó, Kỹ thuật điền tử số EG023 PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT1.1 MUX (Multiplexer)1.2 LED 7 đoạnPHẦN 2: MẠCH GIẢI MÃ BCD SANG LED 7 ĐOẠN2.1 Khảo sát IC 74LS482.2 Khảo sát IC 45117PHẦN 3: XÂY DỰNG MẠCH3.1 Sơ đồ khối3.2 Thiết kế mạch giải mã BCD sang LED 7 đoạn cathode chung3.3 Sơ đồ nguyên lý dùng MUX (IC 74LS157) giải mã BCD thành LED 7 đoạn cathode chung (IC 74LS48)3.4 Ứng dụng mạch giải mã BCD thành Led 7 đoạn K chung.
Trang 1LỜI MỞ ĐẦU 3
PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3
1.1 MUX (Multiplexer) 3
1.2 LED 7 đoạn 4
PHẦN 2: MẠCH GIẢI MÃ BCD SANG LED 7 ĐOẠN 5
2.1 Khảo sát IC 74LS48 6
2.2 Khảo sát IC 4511 7
PHẦN 3: XÂY DỰNG MẠCH 9
3.1 Sơ đồ khối 9
3.2 Thiết kế mạch giải mã BCD sang LED 7 đoạn cathode chung 9
3.3 Sơ đồ nguyên lý dùng MUX (IC 74LS157) giải mã BCD thành LED 7 đoạn cathode chung (IC 74LS48) 12
3.4 Ứng dụng mạch giải mã BCD thành Led 7 đoạn K chung 12
KẾT LUẬN 14
TÀI LIỆU THAM KHẢO 14
Trang 2LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử đã, đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả trong hầu hết các lĩnh vực khoa học kỹ thuật cũng như đời sống xã hội
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện tử đã cho ra đời nhiều vi mạch số cỡ lớn với giá thành rẻ và khả năng lập trình cao đã mang lại những thay đổi lớn trong ngành điện tử Mạch số ở những mức độ khác nhau đang thâm nhập trong các lĩnh vực điện tử thông dụng và chuyên nghiệp một cách nhanh chóng Một trong những bài toán thường gặp trong kỹ thuật là mạch dồn kênh, việc này ngày nay có thể thực hiện dễ dàng bằng các loại vi mạch điều khiển Ở để tài này
ta sẽ thực hiện mạch dồn kênh giải mã BCD thành LED 7 đoạn dùng cathode chung, ta khảo sát một số IC cơ bản
PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 MUX (Multiplexer)
Mạch dồn kênh hay còn gọi là mạch ghép kênh, đa hợp (Multiplexer-MUX) là 1 dạng mạch
tổ hợp cho phép chọn 1 trong nhiều đường ngõ vào song song (các kênh vào) để đưa tới 1 ngõ ra (gọi là kênh truyền nối tiếp) Việc chọn đường nào trong các đường ngõ vào do các ngõ chọn quyết định Ta thấy MUX hoạt động như 1 công tắc nhiều vị trí được điều khiển bởi mã số Mã
số này là dạng số nhị phân, tuỳ tổ hợp số nhị phân này mà ở bất kì thời điểm nào chỉ có 1 ngõ vào được chọn và cho phép đưa tới ngõ ra
Các mạch dồn kênh thường gặp là 2 sang 1, 4 sang 1, 8 sang 1… Nói chung là từ 2n sang 1 Một số IC dồn kênh hay dùng
Hình 1.1.1 Kí hiệu khối của một số IC dồn kênh hay dùng 74LS151 có 8 ngõ vào dữ liệu, 1 ngõ vào cho phép G tác động ở mức thấp, 3 ngõ vào chọn C
B A, ngõ ra Y còn có ngõ đảo của nó: Y Khi G ở mức thấp nó cho phép hoạt động ghép kênh
mã chọn CBA sẽ quyết định 1 trong 8 đường dữ liệu được đưa ra ngõ Y Ngược lại khi G ở mức cao, mạch không được phép nên Y = 0 bất chấp các ngõ chọn và ngõ vào dữ liệu
Trang 374LS153 gồm 2 bộ ghép kênh 4:1 có 2 ngõ vào chọn chung BA mỗi bộ có ngõ cho phép riêng, ngõ vào và ngõ ra riêng Tương tự chỉ khi G ở mức 0 ngõ Y mới giống 1 trong các ngõ vào tuỳ
mã chọn
74LS157 gồm 4 bộ ghép kênh 2:1 có chung ngõ vào cho phép G tác động ở mức thấp, chung ngõ chọn A Ngõ vào dữ liệu 1I0, 1I1 có ngõ ra tương ứng là 1Y, ngõ vào dữ liệu 2I0, 2I1 có ngõ
ra tương ứng là 2Y, … Khi G ở thấp và A ở thấp sẽ cho dữ liệu vào ở ngõ nI0 ra ở nY (n =
1,2,3,4) còn khi A ở cao sẽ cho dữ liệu vào ở nI1 ra ở nY Khi G = 1 thì Y = 0.
Khảo sát với IC 74LS157, kí hiệu khối, chân ra, bảng trạng thái và cấu tạo logic được minh họa ở những hình dưới (hình 1.1.2), với những IC khác cũng tương tự
Hình 1.1.2
1.2 LED 7 đoạn
Đây là loại đèn dùng hiển thị các số từ 0 đến 9, đèn gồm 7 đoạn a, b, c, d, e, f, g, bên dưới mỗi đoạn là một led (đèn nhỏ) hoặc một nhóm led mắc song song (đèn lớn) Qui ước các đoạn cho bởi như hình 1.2.1
Hình 1.2.1
Khi một tổ hợp các đoạn cháy sáng sẽ tạo được một con số thập phân từ 0 - 9
Hình dưới cho thấy các đoạn nào cháy để thể hiện các số từ 0 đến 9:
Trang 4Hình 1.2.2 Đèn 7 đoạn cũng hiển thị được một số chữ cái và một số ký hiệu đặc biệt
Có hai loại đèn 7 đoạn:
- Loại catod chung (Hình 1.2.3), dùng cho mạch giải mã có ngã ra tác động cao
- Loại anod chung (Hình 1.2.4), dùng cho mạch giải mã có ngã ra tác động thấp
Hình 1.2.3 Hình 1.2.4
PHẦN 2: MẠCH GIẢI MÃ BCD SANG LED 7 ĐOẠN
Một dạng mạch giải mã rất hay sử dụng trong hiển thị led 7 đoạn đó là mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn Mạch này cho ra tổ hợp có nhiều ngõ ra lên cao xuống thấp (tuỳ loại đèn led anode chung hay cathode chung) để làm các đoạn led cần thiết sáng tạo nên các số hay kí tự
Hình 2.1
2.1 Khảo sát IC 74LS48
IC 74LS48 là loại IC giải mã BCD sang led 7 đoạn loại cathode chung
Hình dạng và sơ đồ chân:
Đầu ra Đầu vào
Trang 5Hình 2.2 Hình 2.3
Hình 2.4
Trang 6Hình 2.5
2.2 Khảo sát IC 4511
IC 4511 thuộc họ CMOS, là IC giải mã thúc led 7 đoạn loại cathode chung
- 4511 có khả năng thúc, giải mã và
chốt dữ liệu cùng 1 lúc Các ngõ ra đều tác
động mức cao nên 4511 dùng cho giải mã
led 7 đoạn loại K chung Vì cấu trúc có
sẵn mạch thúc 8421 trong nó nên 4511 còn
có thể thức trực tiếp thúc hay thúc được tải
lớn hơn như đèn khí nóng sáng, tinh thể
lỏng, huỳnh quang chân không… Những
ứng dụng chính của nó là mạch thúc hiển
thị trong các bộ đếm, đồng hồ DVM…,
thúc hiển thị tính toán máy tính, thúc giải
mã trong các bộ định thời, đồng hồ khác nhau
Hình 2.6 Kí hiệu khối và chân ra của 4511 Bảng hoạt động của 4511 như dưới đây:
Trang 7Hình 2.7 Riêng các IC hoạt động ở mức logic cao, dùng LED Katot chung có quy luật hiển thị số thập phân cũng giống các IC hoạt động ở mức logic thấp, chỉ khác đôi chút là số 6 không dùng thanh a
và số 9 không dùng thanh d
Ví dụ: Hãy xem một ứng dụng của mạch giải mã led 7 đoạn:
Mạch giải mã sẽ giải mã BCD sang led 7 đoạn để hiển thị số đếm thập phân
Bây giờ ta có thể thay mạch dao động bằng 1 bộ cảm biến chẳng hạn dùng bộ thu phát led đặt ở cửa vào nếu mỗi lần có 1 người vào thì bộ cảm biến sẽ tạo 1 xung kích kích cho mạch đếm Như vậy với ứng dụng này ta đã có hệ thống đếm số người vào cổng cũng có thể đếm sản phẩm qua băng truyền… tất nhiên chỉ hạn chế ở số người vào nhiều nhất là 9
Hình 2.8
- Mạch dao động tạo ra xung kích cho mạch đếm, ta có thể điều chỉnh chu kì xung để mạch đếm nhanh hay chậm
Dao động
Đếm BCD
Giải mã
Trang 8- Mạch đếm tạo ra mã số đếm BCD một cách tự động đưa tới mạch giải mã có thể là cho đếm lên hay đếm xuống
PHẦN 3: XÂY DỰNG MẠCH
3.1 Sơ đồ khối
Sử dụng MUX giải mã BCD thành Led 7 đoạn cathode chung:
Hình 3.1.1
3.2 Thiết kế mạch giải mã BCD sang LED 7 đoạn cathode chung
Như đã nói trong phần giới thiệu LED 7 đoạn việc hiển thị cho đúng vị trí đèn từ 0 đến 9, ta
sẽ thiết kế một mạch giải mã với 4 đầu vào D, C, B, A là mã BCD trong đó 6 trạng thái 1010 đến
1111 không được sử dụng, nhưng ta cần phải nhớ để xử lý tối thiểu hóa hàm và 7 đầu ra tương ứng với các ngã vào a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn, sao cho các đoạn cháy sáng tạo được số thập phân đúng với mã BCD ở ngõ vào
* Bước 1:
- Tại sao lại có 4 đầu vào?
Vì các chữ số từ 0 đến 9, ta cần ít nhất 4 bit để biểu thị chúng trong hệ nhị phân
- 7 đầu ra tương ứng với 7 đèn được đánh chữ từ a đến g như hình vẽ
Hình 3.2.1
* Bước 2: Dựa vào số đèn và vị trí sáng ta lập bảng sự thật của mạch giải mã led 7 đoạn, có
ngõ ra tác động cao (Khảo sát IC 74LS48 dùng cho giải mã Led 7 đoạn Cathode chung)
Bảng sự thật:
hiển thị
BCD
LED 7 ĐOẠN
Trang 90 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0
* Bước 3: Từ bảng sự thật ta lập bảng Karnaugh và tìm các biểu thức tối thiểu của các hàm a, b,
c, d, e, f, g của LED 7 đoạn
- Tìm a:
BA
- Tìm b:
BA
BA
- Tìm e:
BA
DC 00 01 11 10
- Tìm f:
BA
DC 00 01 11 10
BA
Trang 10- Tìm g:
BA
DC 00 01 11 10
* Bước 4: Từ các biểu thức rút gọn ta vẽ sơ đồ mạch logic (mạch logic giải mã BCD sang LED 7
đoạn cathode chung _Dùng phần mềm Microsoft Office Visio 2007 để vẽ)
A
C
D
B
Hình 3.2.2
3.3 Sơ đồ nguyên lý dùng MUX (IC 74LS157) giải mã BCD thành LED 7 đoạn cathode chung (IC 74LS48)
Trang 11V1 5V
1 3
9 KPD2
1
3
6
KPD1
74LS157
S I1a I0a I1b I0b I1c I0c I1d I0d E
Ya Yb Yc Yd
U2
74LS48
A3 A2 A1 A0
test RBI
g f e d c b a RBO
abcdefg Gnd
Hình 3.2.3 (Dùng phần mềm CircuitMaker 2000 để vẽ và thực thi)
3.4 Ứng dụng mạch giải mã BCD thành Led 7 đoạn K chung.
Mạch đo tần số bằng IC 4511
IC 4511 là loại IC giải mã với các ngõ ra sử dụng cho LED cathode chung và có mạch chốt
dữ liệu ở ngõ vào sao cho: Khi LE (chốt) = 0, BI (xoá ngõ vào) = 1 và LT (lamp test) thì các giá trị hiển thị trên LED 7 đoạn phụ thuộc và thay đổi theo các bit ngõ vào
Mạch dưới đây cho thấy ứng dụng cơ bản của IC 4511 được sử dụng để thiết kế mạch đếm tần số:
Trang 12Nguyên tắc hoạt động của mạch đếm tần số rất đơn giản là bằng cách đếm số xung dao động của một dao động cần được đo tần số của nó trong các khoảng thời gian đúng bằng 1 giây đồng hồ
Khi đó, về nguyên tắc, để có thể hiển thị được giá trị của số xung dao động đếm được trong các khoảng thời gian 1 giây thì cần phải chốt giá trị đã đếm được trong IC đếm sau những khoảng thời gian đúng 1 giây để lưu lại giá trị đã được đếm và hiển thị lại giá trị đã được đếm trong 1 giây trước đó
Nếu không chốt lại giá trị của xung dao động đã đếm được thì giá trị hiển thị sẽ bị ‘trượt’ liên tục theo kết quả đếm được
Để kiểm soát được giá trị đếm được trong các khoảng thời gian 1 giây đồng hồ thì phải reset
bộ đếm sau các khoảng thời gian 1 giây và sau khi IC Giải mã 4511 đã được nhập dữ liệu vào để hiển thị Vì vậy, trong thiết kế trên đây cần phải tạo ra một bộ dao động chuẩn với thời gian 1 giây bằng cách sử dụng mạch dao động thạch anh có tần số 32,768 KHz và chia tần số này theo đúng giá trị f0 của thạch anh bằng 1 IC 4040 để tạo ra xung chuẩn đúng 1 giây đồng cho việc điều khiển nhập dữ liệu vào 4511 thông qua LE và xoá bộ đếm 4518 thông qua chân lệnh reset sau mỗi chu kỳ 1 giây đồng hồ
Trang 13KẾT LUẬN
Đề tài: Sử dụng MUX thiết kế mạch giải mã BCD thành led 7 đoạn Cathode chung Qua đề tài giúp chúng ta nắm vững thêm một số kiến thức của môn học Kỹ thuật điện tử
số về cách xây dựng, bố trí và hoàn thành 1 mạch thiết kế
Đề tài của nhóm đã hoàn thành nhưng không thể tránh khỏi những sai sót, mong thầy cô
và các bạn góp ý xây dựng để đề tài hoàn thiện hơn
Nhóm em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
- Giáo án bài giảng môn: Kỹ thuật điện tử số EG023 của Ths Phan Thanh Toàn
- Tư liệu được tham khảo từ các website:
1 http://luanvan.net.vn/
2 https://www.scribd.com
3 http://doc.edu.vn/
4 http://tailieu.tv/
5 http://laptrinhvnc.com/
6 http://vinacel.hcmute.edu.vn/
7 http://www.huongnghiepviet.com/
8 http://3-heroes.com/