Bài Tập Lớn Kỹ Thuật Số Mạch đo tần số

Thiết kế mạch đo tần số Ngày nay các hệ thống điện tử rất đa dạng và đang dần thay thế các công việc hàng ngày của con người từ những công việc đơn giản đến phức tạp . Các hệ thống này có thể thiết kế theo hệ thống tương tự hoặc hệ thống số. Tuy nhiên trong các hệ thống điện tử thông minh hiện nay người ta thường sử dụng hệ thống số hơn là các hệ thống tương tự bởi một số các ưu điểm vượt trội mà hệ thống số mang lại đó là: độ tin cậy cao, giá thành thấp, dễ dàng thiết kế, lắp đặt và vận hành… Để làm được điều đó, chúng ta phải có kiến thức về môn kỹ thuật số, hiểu được cấu trúc và chức năng của một số IC số, mạch giải mã, các cổng logic và một số kiến thức về các linh kiện điện tử.

BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay các hệ thống điện tử rất đa dạng và đang dần thay thế các công việc hàng ngày của con người từ những công việc đơn giản đến phức tạp . Các hệ thống này có thể thiết kế theo hệ thống tương tự hoặc hệ thống số. Tuy nhiên trong các hệ thống điện tử thông minh hiện nay người ta thường sử dụng hệ thống số hơn là các hệ thống tương tự bởi một số các ưu điểm vượt trội mà hệ thống số mang lại đó là: độ tin cậy cao, giá thành thấp, dễ dàng thiết kế, lắp đặt và vận hành… Để làm được điều đó, chúng ta phải có kiến thức về môn kỹ thuật số, hiểu được cấu trúc và chức năng của một số IC số, mạch giải mã, các cổng logic và một số kiến thức về các linh kiện điện tử. Sau một thời gian học tập và tìm hiểu các tài liệu về môn kỹ thuật số, với sự giảng dạy, hướng dẫn nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn của cô giáo Nguyễn Thu Hà ,chúng em đã hoàn thành xong đề tài “ thiết kế mạch đo tần số ” . 1 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Chương 1: Trình bày về các mạch chức năng sử dụng hệ thống 1.1 Phân tích yêu cầu công nghệ 1.1.1Mã hóa Mã hóa và giải mã không có gì xa lạ và là tất yếu trong đời sống chúng ta.Nó được dùng để dễ nhớ, dễ đặt, dễ làm... Là quy ước chung cũng có thể phổ biến cũng có thể bí mật. Chẳng hạn dùng chữ để đặt tên cho 1 con đường, cho 1 con người, dùng số trong mã số sinh viên, trong thi đấu thể thao, quy ước đèn xanh, đỏ, vàng tương ứng là cho phép đi,đứng, dừng trong giao thông, rồi viết bức thư sử dụng chữ viết tắt, kí hiệu riêng để giữ bí mật hay phức tạp hơn là phải mã hoá các thông tin dùng trong tình báo… Trong các hệ thống số kể cả viễn thông, máy tính, các đường điều khiển tuỳ chọn hay dữ liệu được truyền đi hay xử lí đều phải ở dạng số hệ 2 chỉ gồm 1 và 0, có nhiều đường tín hiệu chỉ có 1 bit như đường điều khiển mở nguồn cho mạch ở mức 1, rồi có nhiều đường địa chỉ nhiều bit chẳng hạn 110100 để CPU xác định địa chỉ trong bộ nhớ, rồi dữ liệu dạng hex gửi xuống máy in cho in ra kí tự. Tất cả các tổ hợp bit đó được gọi là các mã số (code) hay mã. Và mạch tạo ra các mã số gọi là mạch mã hoá (lập mã: encoder). Có nhiều cách thức khác nhau để mã hóa tín hiệu,trong đó có mã hóa nhị phân là phổ biến hơn cả.TRong mã nhị phân người ta sử dụng số đếm nhị phân để biểu thị tín hiệu cần mã hóa  Bộ mã hóa nhị phân – thập phân ( bộ mã hóa BCD) Bộ mã hóa nhị-thập phân là mạch điện có nhiệm vụ chuyển 10 chữ số hệ thập phân thành mã hệ nhị phân. Dạng mã này còn được gọi là mã BCD 2 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI -Bảng chân lí bộ mã hóa BCD 1.1.2 Mạch giải mã Khi tín hiệu là các chữ số hay kí hiệu đã được mã hóa và sử lý bằng thiết bị điện tử số .Kết quả sử lý cũng là tín hiệu số.Bởi vậy cần chuyển đổi tín hiệu dạng số này thành tín hiệu ban đầu .Các thiết bị điện tử thực hiện nhiệm vụ này gọi là bộ giải mã.Các bộ mã hóa bao giờ cũng có bộ giải mã tương ứng của mình.  Giải mã BCD sang led 7 đoạn Một dạng mạch giải mã khác hay sử dụng trong hiển thị led 7đoạn đó là mạch giả mã BCD sang led 7 đoạn .Mạch này phức tạp hơn nhiều so với mạch giả mã BCD sang thập phân đã nói ở phần trước bởi vì mạch khi này phải cho ra tổ hợp có nhiều ngõ ra lên cao xuống thấp hơn( tùy loại đèn led anode chung hay cathode chung )để làm đèn led cần thiết hay sang tạo lên các số hay kí tự. Trước hết hãy xem qua cấu tạo loại đèn led 7 đoạn của 1 số đèn được cấu tạo bởi 7 đèn led có chung anode (AC) hay cathode (KC); được sắp xếp hình số 8 vuông (như hình trên) ngoài ra còn có 1 led con được đặt làm dấu phẩy thập phân cho số hiện thị; nó được điều khiển riêng biệt không qua mạch giải mã. Các chân ra 3 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI của led được sắp xếp thành 2 hàng chân ở giữa mỗi hàng chân là A chung hay K chung. Thứ tự sắp xếp cho 2 loại như trình bày ở dưới đây: Để đèn led hiển thị 1 số nào thì các thanh led tương ứng phải sáng lên, do đó, các thanh led đều phải được phân cực bởi các điện trở khoảng 180Ω đến 390Ω với nguồn cấp chuẩn thường là 5V. IC giải mã sẽ có nhiệm vụ nối các chân a, b,.. g của led xuống mass hay lên nguồn (tuỳ A chung hay K chung). 1.1.3 Mạch dãy Mạch dãy là mạch logic có các phần tử nhớ được tạo bởi các mạch lật và các mạch logic cơ bản và hợp biến vào mà còn phụ thuộc vào cả trạng thái hiện tại của mạch.  Thanh ghi và thanh ghi dịch Thanh ghi là dãy mạch nhớ có chức năng lưu giữ dưc liệu hoặc biến đổi dữ liệu số từ nối tiếp sang song song và ngược lại. mỗi mạch lật chỉ lưu giữ được 1 bit, vậy thanh ghi dài bao nhiêu bit phải tạo từ bấy nhiêu mạch lật. Thanh ghi nhận dữ liệu song song . 4 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Mạch chốt dữ liệu Bộ ghi dịch  Bộ đếm Bộ đếm là thiết bị đếm được số xung cửa vào, đầu ra của bộ đếm là số lượng xung đếm được. - Bộ đếm nhị phân đồng bộ Bộ đếm thập phân đồng bộ 5 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 1.1.4 Mạch tạo dao động Mạch dao động được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị điện tử, như mạch dao động nội trong khối RF Radio, trong bộ kênh Tivi màu, Mạch dao động tạo xung dòng , xung mành trong Tivi, tạo sóng hình sin cho IC Vi xử lý hoạt động...vv. Mạch dao động hình Sin. Mạch dao động đa hài. Mạch dao động dung IC. Mạch dao động nghẹt. Các phương pháp đo tần số 1.2 Hiện nay với công nghệ hiện đại có rất nhiều phương pháp đo tần số khác nhau đem lại kết quả chính xác, đơn giản, nhanh nhạy. Một số phương pháp sau: Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng 1.2.1 Tần số kế cộng hưởng điện từ 1.2.1.1 Để đo tần số của lưới điện công nghiệp người ta thường sử dụng tần số kế cộng hưởng kiểu điện từ. Ưu Điểm:Phương pháp này có cấu tạo đơn giản, bền. Nhược Điểm: Giới hạn đo hẹp khoảng 45÷55Hz hay (450÷550Hz) sai số của phép đo thường là ±(1,5÷2,5)%. Chú ý: Không sử dụng được ở nơi có độ rung lớn và thiết bị di chuyển. Tần số kế cơ điện 1.2.1.2 tần số kế điện động và sắt điện động  Cơ cấu chỉ thị lôgômet điện động và sắt điện động có thể sử dụng để chế tạo tần số kế. Ta có góc lệch α của lô gômet điện động là 1 hàm của tần số f x2 và thang đo sẽ được khắc độ trực tiếp theo tần số Loại này có thể chế tạo tần số kế đo tần số cao hơn đến 2500Hz  Tần số kế dùng lô gômet điện từ 6 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khi fx tăng thì dòng I1 giảm còn I2 tăng như vậy tỉ số giữa hai dòng (I 2/I1) sẽ tăng và do đó mà góc lệch α tỉ lệ với tần số. Tần số kế điện tử 1.2.1.3  Tần số kế điện dung dùng đổi nối điện tử Nguyên lý của tần số kế điện tử dựa trên việc đo giá trị trung bình của dòng phóng I của tụ điện, phóng nạp có chu kỳ cùng nhịp với tần số cần đo fx. Để mở rộng thang đo tần số ta phải làm sao cho hằng số thời gian nạp và phóng của tụ điện sẽ nhỏ hơn nửa chu kỳ của tần số cao nhất. Điều này đạt được bằng cách thay đổi điện dung của tụ điện , còn điện trở của mạch nạp và phóng luôn không thay đổi. Giới hạn trên của tần số cần đo được xác định bởi độ nhạy của cơ cấu chỉ thị. Còn giới hạn dưới tần số cần đo là tần số mà ở đó xuất hiện dao động cơ cấu chỉ thị.  Tần số kế điện dung dùng chỉnh lưu Nhờ mạch tạo xung điện áp có tần số cần đo f x được biến thành xung vuông khi xung còn tồn tại tụ C được nạp qua điốt D1. Trong khoảng phóng qua D2 và cơ cấu chỉ thị từ điện. Góc lệch α của cơ cấu chỉ thị sẽ tỉ lệ với dòng điện trung bình: α = S1I=S1qfx=S1CUmfx Dòng trung bình tỉ lệ thuận với fx, do vậy mà góc lệch α tỉ lệ thuận với tần số cần đo fx với điều kiện độ nhạy của cơ cấu chỉ thị S 1, tụ C và biên độ xung Um không đổi. Tần số kế kiểu này có ưu điểm là có khả năng đo trực tiếp ở dải tần số rộng. 1.2.1.4 Tần số kế chỉ thị số 7 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Nguyên lý của một tần số kế chỉ thị số là điếm số xung N tương ứng với số chu kỳ của tần số cần đo fx trong khoảng thời gian gọi là thời gian đo Tđo. N= ==K Thời gian đo có giá trị là 1s thì số xung N (tức là số các chu kỳ ) tần số cần đo fx nghĩa là fx = N Sai số tương đối của phép đo tần số được tính như sau : Thành phần phụ thuộc vào tỉ số giửa thời gian đo và chu kỳ của tín hiệu đo Tx = 1.2.2 1.2.2.1 Đo tần số bằng phương pháp so sánh Tần số kế trộn tần Phương pháp đo trộn tần là phương pháp so sánh giữa tần số của tín hiệu khảo sát với tần số của máy phát công suất nhỏ có tần số đã định trước . khi đó tín hiêu có tần số cần đo fx và tín hiệu f0 của máy chuẩn được đưa vào bộ trộn tần. fx =F +f0 Tần số kế trộn có thể đo được tần số từ 100Hz đến 20GHz trong kỹ thuật vô tuyến điện. 1.2.2.2 Tần số kế cộng hưởng điện 8 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Tần số kế sử dụng cộng hưởng điện là một hệ thống giao động được hiệu chỉnh cộng hưởng với tần số cần đo của nguồn tín hiệu . Trạng thái dao động được phát hiện theo chỉ số cao nhất của bộ chỉ thị cộng hưởng tỉ lệ với dòng ( hay áp ) trong hệ thống giao động .Tần số cần đo được khác độ ngay trên núm vặn của thiết bị dò tìm dao động hoặc sử dụng bảng số hay đồ thị . Bộ vào để hòa hợp giữa tần số kế và nguồn tín hiệu cần đo. 1.2.3 Đo tần kế vạn năng sử dụng vi sử lý µP Là một tần số kế hiện đại có thể đo được nhiều đại lượng như : đo tần số, độ dài xung và đo chu kỳ của một dãy xung tín hiệu vào . Để thực hiện việc đo các đại lượng như vậy cần phải thực hiện điều khiển thông qua hay máy tính đơn phiến. Tần số kế bao gồm 3 phần : - Phần 1 :bao gồm các bộ biến đổi chu kỳ hay độ dài xung tín hiêu vào Ux(t) thành khoảng thời gian. - Phần 2 : bao gồm vác bộ biến đổi chu kỳ và độ dài xung thành mã số. - Phần 3 : bao gồm các vi xử lý cài đặt vào tần số kế. Để tạo bộ chia tần số với tần số kế thay đổi người ta dùng timer chương trình hóa. Phần được nối với các phần khác bằng các “BUS” dữ liệu, địa chỉ và điều khiển 1.3 Nguyên lý đo tần số Trong bài của chúng em sử dụng đo tần bằng phương pháp số. Nguyên 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 trong khoảng thời gian nhất định . Khi đó ,về nguyên tắc để có thể hiển thị giá trị của số xung dao dộng đếm được 9 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI trong các khoảng thời gian đó thì cần phải chốt giá trị đếm được trong IC đếm sau khoảng thời gian nhất định ấy để lưu lại giá trị đã đếm và hiển thị giá trị đã đếm trên led 7-seg sau khoảng thời gian ấy .Nếu không chốt giá trị của Xung dao động đã đếm được thì giá trị hiển thị sẽ bị “trượt” liên tục theo kết quả đã đếm được .Để kiểm soát giá trị đếm được trong khoảng thời gian ấy thì phải reset bộ đếm sau các khoảng thời gian và sau khi IC giải mã 74hc4511 đã nhập dữ liệu vào để hiển thị . Theo đó ta cần phải tạo ra một bộ dao động để quy định thời gian đếm xung của IC và chia tần số tạo xung chuẩn Hz.Trong bài chúng em xử dụng IC555 kết hợp với IC 4017 để tạo ra bộ dao động và quy định thời gian đếm xung của IC 74ls190. 1.4 Linh kiện sử dụng 1. 2. 3. IC NE 555 : Dùng tạo dao động đếm thời gian.Chia tần số tạo thang đo Điện trở 1kΩ,và 225Ω Tụ điện (1 mF.1µF. tụ thường 0,01µF) 4. IC 4017 để tạo ra bộ đếm thập phân 5. Nguồn tín hiệu cần đo : Cho 2,1kHz 6. SEG 7 vạch cathode chung. 7. IC 74LS190 8. IC 74HC4511 9. Cổng NOT, AND 10. Switch (Chuyển mạch 2 cổng ). Chương 2 Thiết kế hệ mạch đo tần số 10 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 2.1 Sơ đồ khối bố trí linh kiện Sơ đồ khối: Hiển thị led 7seg 4 bộ giả mã 7 seg Khối tạo ra bộ đếm và 4 Bộ đếm Bộ tạo xung Start/ stop 1Hz,1 kHz 2.2 Nguồn tín hiệu cần đo Liệt kê các linh kiện sử dụng trong bản thiết kế o IC 555 Là IC tạo dao động tần số cấp xung nhịp cho IC 74ls190 đếm giây. 11 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Hình dạng:IC555 o IC 4017 IC4017 để tạo ra bộ đếm thập phân. Hình dạng: IC 4017 o IC đếm BCD 74LS190. 12 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Là IC tích hợp bộ đếm thập phân đồng bộ, đầu ra song song. Nó có chức năng đếm thuận hoặc nghịch.Đặc biệt có thể đặt trước giá trị đếm với chân điều khiển giá nạp giá trị. Hình dạng: IC 74LS190 o IC giải mã 74HC4511 Hình dạng : IC 74HC4511 o Led 7 thanh 13 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Hình dạng :Led 7 thanh o 2.3 Điện trở và tụ điện Trình bày sơ đồ chân,bảng chân lý các linh kiện sử dụng trong mạch 14 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 2.3.1 IC 555 Sơ đồ chân Sơ đồ nguyên lý - Chân 1 (GND): cho nối GND để lấy nguồn cấp cho IC hay chân còn gọi là - chân chung. Chân 2 (TRIGGER) : đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp. Mạch so sanh ở đây dùng - các transitor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3 Vcc. Chân 3 (OUTPUT) : chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic. Trạng thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1. 1 ở đây là mức cáo nó tương ứng gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng trong thực tế nó không được ở mức 0V mà nó trong khoảng ( 0.35- - >0,75V). Chân 4 (RESET) : dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối masse thì ngõ ra ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức cao thì trạng thái ngõ ra phụ thuộc vào điện áp chân 2 và chân 6 Nhưng mà trong mạch để tạo được - dao động thường nối chân này lên Vcc. Chân 5 ( CANTROL VOLTAGE): dùng thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biển áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài nối GND. Chân này có thể không nối cũng được nhưng để giảm trừ nhiễu người ta thường nối 15 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI chân 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF->0.1uF các tụ này lọc nhiễu - và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định. Chân 6 (THRESHOLD): là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp - khác và cũng được dùng như 1 chân chốt dữ liệu. Chân 7 (DISCHAGER): có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu điều khiển bởi tầng logic của chân 3. Khi chân 3 ở mức điện áp thấp thì khóa này đóng lại , ngược lại thì nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho mạch R_C - lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động. Chân 8 (VCC): đây là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động. không có chân này coi như IC. chết . Nó được cấp điện áp từ 2->18V Bảng chân lý mạch lật RS 2.3.2 S 0 R 0 Qn 0 Qn+1 0 Qn+1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 TT cấm 0 0 1 1 1 1 0 0 IC 4017 16 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Sơ đồ chân Sơ đồ nguyên lý Hoạt động: - Chân 14( CLK) nhận xung. Chân (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 11, 10, 9) (Q0-Q9)đưa dữ liệu ra ngoài mỗi lần kích một xung vào, một chân sẽ được đưa lên mức cao một cách tuần tự, các chân - còn lại ở mức thấp. Chân 13(E): Tích cực mức thấp. Chân 15(MR): Chân reset, mỗi khi kích lên mức cao, IC được reset. Chân 12 (CO): Trong 5 xung đầu (từ Qo-Q4 lần lượt lên mức cao)CO ở mức cao ,5 xung tiếp theo(từ Q 5-Q9 lần lượt lên mức cao) CO ở mức 2.3.3 thấp. IC đếm BCD 74LS190 17 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Chức năng các chân. Chân cấp nguồn : 16 (VCC) và chân 8(GND). - Nhóm chân dữ liệu nạp vào : A(15) B(1) C (10) D(9) Nhóm chân dữ liệu đầu ra : Qa (3) Qb(2) Qc(6) Qd(7). Chân cấp xung clock CLK :14 Chân chọn chế độ đếm thuận nghịch D/U :5 Chân cho phép đếm Enable :4 Chân nạp giá trị load :11 Chân xung đếm ra RCO:13 Bảng trạng thái các chân chức năng đặc biệt: 18 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 2.3.4 Mạch giải mã 74HC4511 19 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Sơ đồ chân Chúng ta tìm hiểu sơ đồ chân của nó như sau: - Chú ý là loại này dùng cho seg 7 vạch loại cathot chung có nghĩa là tất cả cathot của led nốí chung với nhau và nối với đất ,như vậy dữ liệu đẩy vào led sẽ tích cực ở mức cao tức là mức 1 thì mới làm led sang. - 4511 Có 16 chân. - Chân 16 luôn là chân nối với nguồn dương (5 v ), chân số 8 nối với đất. - Chân 1,2,7,6 là chân đưa dữ liệu đầu vào ,chúng ta có thể chọn dữ liệu loại này là dữ liệu logic tức là dạng 1,0,1,0… - 7 chân đầu ra là chân 9 ,10,11,12,13,14,15.sẽ xuất ra dữ liệu của dạng 7 vạch - Chân số 5 là chân dùng để điều khỉên tế bào nhớ chần này = 0 thì IC hoạt động bình thường , còn = 1 thì dữ nguyên trạng thái ở các đầu ra ,và dữ cho đến khi nó trở về chân này được chuyển về 0 thì đầu ra lại tiếp tục hoạt động . (nếu hiểu sâu sa thì chúng ta hiểu khi IC hoạt động thì dữ liệu tại đầu ra sẽ luân phiên nhau nhớ trong tế bào 4 bit, vậy khi chân số 5 này ở mức 0 giả sự gọi là đóng cửa thì IC hoạt động bình thường không vấn đề gì ,nhưng khi nó = 1 tức là mở cửa thì dữ liệu trong tế bào nhớ trào ra và đẩy liên tục vào cửa ra nên giữ tại đầu ra một mức dữ liệu có định). - Trong sơ đồ mạch chúng ta nối nó với đất . - Chân số 3 nếu =0 thì tất cả đầu ra sẽ là mức logic 1.(dùng kiểm tra led 7 đoạn ,bất chấp đầu vào là thế nào). - Chân số 4 thì có tác dụng ngược lại chân số 3. D C B A a b c d e f g Hiển thị 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 20 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 3 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 4 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 5 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 6 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 7 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 9 2.3.5 LED 7 thanh Hình dạng 21 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Led 7 thanh: là 7 con led xếp với nhau thành một hình nhằm thể hiện các con số. Một chân của các con led được nối với nhau ( Katot chung hoặc Anot chung), các chân còn lại được đưa ra nhằm phân cực các con led. Với yêu cầu đề bài ta chọn led cathode chung 2.4 Sơ đồ nguyên lý của mạch 2.4.1 TaIC555 có công thức tính toán tần số xung là: f=1/T=1/[0,69.(R2+2R3)C] T0n=0,69(R2+R3)C T0ff=0,69R3C Theo yêu cầu đề bài với 2 thang đo khoảng 1HZ và 1000Hz Ta chọn R2=1000Ω ,R3=225Ω f1=1Hz → C1=0,001 F ,f2=1KHz →C2=1.10-6F 22 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 2.4.2 Mạch đếm 4017 2.4.3 Bộ mã hóa 74LS190 23 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 2.4.4 Bộ giải mã 74HC4511 2.4.5 Bộ hiển thị Led 7seg 24 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 2.4.6 Khối tín hiệu cho phép đếm và dừng đếm AND2 AND b a b Khối tín hiệu được sử dụng bằng cổng AND2 khi mạch ở chế độ hoạt động đầu ra của cổng là mức thấp 0 ,cung cấp tín hiệu cần đo và tín hiệu xung vào mạch đếm ,khi đạt mức cao thì mạch sẽ dừng 2.4.7 2.4.8 Cổng not (inverter bộ đảo) Cổng AND Ngõ ra Q của ở mức cao nếu ngõ vào A “AND” ngõ vào B đều ở mức cao (giống như chân A với chân B) :Q=A AND B.Một cổng AND có thể có 2 hoặc nhiều ngõ vào ngõ ra của nó ở mức cao khi tất cả các ngõ vào ở mức cao 2.4.9 Khối tín hiệu cần đo. 25 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Nguồn tín hiệu cần đo tín hiệu xung vuông hoặc tín hiệu xoay chiều. 2.5 Thuyết minh nguyên lý hoạt động Khi ta ấn nút START/STOP mạch hoạt động IC555 cấp xung cho bộ đếm thời gian và nguồn tín hiệu cần đo cấp xung cho bộ đếm hoạt động . Khi mạch đếm chưa hết tần số thì đầu ra của cổng AND2 vãn ở mức thấp mạch hoạt động khi đạt hết quá trình đếm xung thì đầu ra của AND2 đạt ở mức cao hệ thống ngừng đếm .Và đó chính là kết quả đo tần số của nguồn tín hiệu cần đo. Khi ta muốn đo lại ta ấn nút reset mạch sẽ về trạng thái 0.Muốn tiếp tục ta ấn reset lần 2. Khi muốn dừng mạch ta ấn nút START /STOP mạch sẽ dừng lại cả khối đếm xung và khối đếm thời gian đều dừng lại . Khi ta muốn chuyển thang đo ấn SW3 mạch có tác dụng chuyển thang đo 1HZ và 1kHz 2.6 Xây dựng mô phỏng trên phần mềm proteus và chạy thử Mô phỏng trên proteus ta có : Khi chưa chạy 26 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khi đang chạy: Mạch chạy và dừng đạt kết quả đo ở thang Hz: 27 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Mạch chạy và dừng đạt kết quả đo ở thang KHz: Chương 3 kết quả 3.1 Các kết quả đạt được Thang đo Hz: f=2122 Hz Thang đo Khz : f=2kHz 3.2 Sai số và nguyên nhân sai số của thiết bị đo? Trong quá trình đo có thể xuất hiện sai số,sai số trong mức không ảnh hưởng qua lớn đến độ chính xác nên có thể chấp nhận được. - Sai số tuyệt đối 28 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - Sai số tương đối 3.3 Các hạn chế còn tồn tại của bản thiết kế và phương pháp khắc phục Kết luận:sau một thời gian tìm hiểu tài liệu và kiến thức có được của môn kĩ thuật số được sự hướng dẫn của thầy giáo bộ môn nhóm đã hoàn thành bài tập lớn về mạch đo tần số do kiến thức về điện tử chưa có kinh nghiệm nên trong kĩ thuật thiết kế vẫn dựa vào lý thuyết nên khi áp dụng vào thực tế có những sai sót ngoài ý tưởng ban đầu .Vì vậy chúng em mong muốn nhận được sự góp ý của thầy cô giáo để bài được hoàn thiện hơn. Một lưu ý nhỏ ,với ý tưởng xây dựng khả năng đo tần số nhỏ hơn 9999KHz. 29 [...]... 26 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khi đang chạy: Mạch chạy và dừng đạt kết quả đo ở thang Hz: 27 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Mạch chạy và dừng đạt kết quả đo ở thang KHz: Chương 3 kết quả 3.1 Các kết quả đạt được Thang đo Hz: f=2122 Hz Thang đo Khz : f=2kHz 3.2 Sai số và nguyên nhân sai số của thiết bị đo? Trong quá trình đo có thể xuất hiện sai số, sai số. .. ,f2=1KHz →C2=1.10-6F 22 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 2.4.2 Mạch đếm 4017 2.4.3 Bộ mã hóa 74LS190 23 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 2.4.4 Bộ giải mã 74HC4511 2.4.5 Bộ hiển thị Led 7seg 24 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 2.4.6 Khối tín hiệu cho phép đếm và dừng đếm AND2 AND b a b Khối tín hiệu được sử dụng bằng cổng AND2 khi mạch ở chế độ hoạt... hưởng qua lớn đến độ chính xác nên có thể chấp nhận được - Sai số tuyệt đối 28 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - Sai số tương đối 3.3 Các hạn chế còn tồn tại của bản thiết kế và phương pháp khắc phục Kết luận:sau một thời gian tìm hiểu tài liệu và kiến thức có được của môn kĩ thuật số được sự hướng dẫn của thầy giáo bộ môn nhóm đã hoàn thành bài tập lớn về mạch đo tần số do kiến...BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 2.1 Sơ đồ khối bố trí linh kiện Sơ đồ khối: Hiển thị led 7seg 4 bộ giả mã 7 seg Khối tạo ra bộ đếm và 4 Bộ đếm Bộ tạo xung Start/ stop 1Hz,1 kHz 2.2 Nguồn tín hiệu cần đo Liệt kê các linh kiện sử dụng trong bản thiết kế o IC 555 Là IC tạo dao động tần số cấp xung nhịp cho IC 74ls190 đếm giây 11 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG... lại chân số 3 D C B A a b c d e f g Hiển thị 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 20 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 3 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 4 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 5 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 6 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 7 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 9 2.3.5 LED 7 thanh Hình dạng 21 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC... đếm thuận nghịch D/U :5 Chân cho phép đếm Enable :4 Chân nạp giá trị load :11 Chân xung đếm ra RCO:13 Bảng trạng thái các chân chức năng đặc biệt: 18 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 2.3.4 Mạch giải mã 74HC4511 19 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Sơ đồ chân Chúng ta tìm hiểu sơ đồ chân của nó như sau: - Chú ý là loại này dùng cho seg 7 vạch loại cathot chung có nghĩa... dạng: IC 4017 o IC đếm BCD 74LS190 12 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Là IC tích hợp bộ đếm thập phân đồng bộ, đầu ra song song Nó có chức năng đếm thuận hoặc nghịch.Đặc biệt có thể đặt trước giá trị đếm với chân điều khiển giá nạp giá trị Hình dạng: IC 74LS190 o IC giải mã 74HC4511 Hình dạng : IC 74HC4511 o Led 7 thanh 13 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Hình dạng... mức cao hệ thống ngừng đếm Và đó chính là kết quả đo tần số của nguồn tín hiệu cần đo Khi ta muốn đo lại ta ấn nút reset mạch sẽ về trạng thái 0.Muốn tiếp tục ta ấn reset lần 2 Khi muốn dừng mạch ta ấn nút START /STOP mạch sẽ dừng lại cả khối đếm xung và khối đếm thời gian đều dừng lại Khi ta muốn chuyển thang đo ấn SW3 mạch có tác dụng chuyển thang đo 1HZ và 1kHz 2.6 Xây dựng mô phỏng trên phần mềm... tín hiệu cần đo và tín hiệu xung vào mạch đếm ,khi đạt mức cao thì mạch sẽ dừng 2.4.7 2.4.8 Cổng not (inverter bộ đảo) Cổng AND Ngõ ra Q của ở mức cao nếu ngõ vào A “AND” ngõ vào B đều ở mức cao (giống như chân A với chân B) :Q=A AND B.Một cổng AND có thể có 2 hoặc nhiều ngõ vào ngõ ra của nó ở mức cao khi tất cả các ngõ vào ở mức cao 2.4.9 Khối tín hiệu cần đo 25 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG... thì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho mạch R_C - lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động Chân 8 (VCC): đây là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động không có chân này coi như IC chết Nó được cấp điện áp từ 2->18V Bảng chân lý mạch lật RS 2.3.2 S 0 R 0 Qn 0 Qn+1 0 Qn+1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 TT cấm 0 0 1 1 1 1 0 0 IC 4017 16 BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Sơ đồ chân ... tạo tần số kế Ta có góc lệch α lô gômet điện động hàm tần số f x2 thang đo khắc độ trực tần số Loại chế tạo tần số kế đo tần số cao đến 2500Hz  Tần số kế dùng lô gômet điện từ BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT... đưa vào trộn tần fx =F +f0 Tần số kế trộn đo tần số từ 100Hz đến 20GHz kỹ thuật vô tuyến điện 1.2.2.2 Tần số kế cộng hưởng điện BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT SỐ- ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Tần số kế sử dụng... với tần số cần đo fx với điều kiện độ nhạy cấu thị S 1, tụ C biên độ xung Um không đổi Tần số kế kiểu có ưu điểm có khả đo trực tiếp dải tần số rộng 1.2.1.4 Tần số kế thị số BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT