Chế tạo mạch đếm

SVTH.Ninh Thị Liên - 1 - K32D -SPKT LờI CảM ƠN Trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành khóa luận, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi còn nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo t

Trang 1

SVTH.Ninh Thị Liên - 1 - K32D -SPKT

LờI CảM ƠN

Trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành khóa luận, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi còn nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong khoa và bạn bè đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành khóa luận của mình

Tôi xin cảm ơn tới ThS Ngô Trọng Tuệ đã hướng dẫn tận tình tôi trong thời gian tôi làm khóa luận

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS Nguyễn Thế Lâm đã chỉ

đạo và hướng dẫn tận tình tôi trong thời gian tôi làm khóa luận

Tôi chân thành cảm ơn thầy Trần Quang Huy đã chỉ bảo và giúp đỡ để tôi có thể hoàn thành khóa luận

Đồng thời tôi xin chân thành cám ơn ThS Nguyễn Ngọc Tuấn người đã dẫn dắt tôi những bước đầu tiên vào bộ môn điện tử

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các bạn trong lớp đã ủng hộ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua

Tôi xin chân thành cảm ơn !

Trang 2

LờI CAM ĐOAN

Đề tài này được hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ của tiến sĩ Nguyễn Thế Lâm

Tôi xin cam đoan đây là kết quả nghiên cứu của riêng tôi và không trùng với kết quả của bất kì tài liệu nào đã công bố

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về kết quả nghiên cứu trong đề tài của mình

Trang 3

MụC LụC

Lời cảm ơn……….…1

Lời cam đoan……….……… 2

Phần I: Mở đầu ……….………4

Phần II: Nội dung……….……….6

Chương 1: Các mạch đếm cơ bản……….…….………6

1.Các mạch tạo xung……… ……… 6

1.1 Bộ đinh thời gian……….………6

1.2 Mạch tạo xung và hình dạng xung 555……… …….………… 6

2.Các mạch đếm cơ bản……… ……….11

2.1 Vi mạch 74LS90……… ……… 11

2.2 Vi mạch 74LS47……… ……… …11

2.3 Vi mạch đếm 74192……….……… …… 11

Chương 2: Các mạch đếm thường dùng ………… ………20

2.1 Mạch đếm từ 0 đến 9 ………20

2.1.1 Mạch điện ……… …………20

2.1.2 Hoạt động……… …20

2.1.3 Giải pháp thay thế ……… 22

2.1.3.1 Mạch điện ……… ……….22

2.1.3.2 Hoạt động ……… ………22

2.2 Mạch đếm từ 0 đến 25……… ………24

2.2.1 Mạch điện ……… …………24

2.2.2 Hoạt động ……… ………24

2.3 Mạch đếm từ 99 đến 00 ………25

2.3.1 Mạch điện ……… …………25

2.3.2 Nguyên lý hoạt động ……….…………25

Trang 4

2.4 Mạch đếm thời gian……… ………26

2.4.1 Mạch điện ……… …………26

2.4.2 Hoạt động ……… …………26

Chương 3: Chế tạo mạch đếm từ 0 đên 9 ……… ………32

3.1 Các linh kiện để chế tạo mạch đếm ……… ……32

3.1.1 Mạch nguồn ……….…… 32

3.1.2 Mạch đếm từ 0 đến 9……….……….32

3.2 Mô hình hóa bằng phần mềm crocodile………32

3.3 Công nghệ chế tạo mạch in ……… …………32

3.4 Sản phẩm ……….………….32

Kết luận ……… 38

Tài liệu tham khảo ……… 39

Trang 5

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học, kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin… do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển ngành khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự nghiệp phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng

Để xây dựng được một thiết bị số hoàn chỉnh bao giờ cũng phải có mạch đếm, thanh ghi, bộ nhớ… Trong đó mạch đếm là thông số cơ bản của

hệ thống, là một phần quan trọng trong mạch kỹ thuật số là cơ sở cho nhiều mạch điện tử khác và có nhiều ứng dụng

Kỹ thuật điện tử đã và đang phát triển như vũ bão, có thể nói gần như thay đổi hàng ngày Từ chỗ các thiết bị điện tử phải dùng đèn điện tử chân không, nay đã được thay thế bằng các dụng cụ bán dẫn và IC Kỹ thuật vi xử

lý, máy tính điện tử và kỹ thuật số ra đời là cuộc cách mạng trong ngành điện

tử

Trang 6

Mạch đếm sử dụng họ IC 7490 là một mạch đếm quan trọng ứng dụng của mạch đếm rất nhiều trong cuộc sống như đếm dây ở đèn giao thông, đếm sản phẩm của một dây truyền sản xuất

Một mạch đếm bao giờ cũng phải có các khối: Khối tạo xung, khối mạch đếm, khối giải mã và khối hiển thị Để hiểu rõ hơn bản chất và sự hoạt

động của chúng, tôi đã mạnh dạn tìm hiểu đề tài:

“Chế tạo mạch đếm”

2 Mục đích nghiên cứu:

- Tìm hiểu về ứng dụng của kỹ thuật điện tử

- Tìm hiểu cách thức thực hiện một đề tài khoa học

- Tính chất, nguyên lý của mạch đếm, mạch tạo xung, mạch hiển thị …

- Chế tạo được mạch đếm từ 0 ữ 9

3 Nhiệm vụ nghiên cứu:

- Nghiên cứu tài liệu về kỹ thuật điện tử

- Nghiên cứu sơ đồ mạch điện nguyên lý về các mạch đếm, mạch tạo xung, mạch hiển thị

- Nghiên cứu hoạt động của mạch đếm từ 0 ữ 9

4 Các đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu và chế tạo mạch đếm từ 0 ữ 9

5 Phương pháp nghiên cứu:

Vận dụng lý thuyết và thực hành

Trang 8

PHầN 2: NộI DUNG CHƯƠNG 1: CáC MạCH ĐIệN CƠ BảN

đồ chức năng của vi mạch 555 Vi mạch này có thể làm việc với điện áp nguồn cung cấp UCC từ +5V ữ +15V

Hình 1.2 Cấu tạo bên trong của vi mạch 555

Nguồn

Trang 9

Dãy 3 điện trở mắc theo kiểu phân áp từ UCC đến đất tạo ra điện áp chuẩn cho 2 bộ so sánh 1 và 2 Trong đó điện áp chuẩn cho bộ so sánh 2 là

UCC/3 và bộ so sánh 1 là 2UCC/3 Như ta thấy các điện áp chuẩn này dùng để

điều khiển việc định thời gian Trong các ứng dụng mà ta thay đổi việc định thời gian bằng phương pháp điện tử ta có thể thực hiện bằng cách đưa một

điện áp điều chế vào chân 5 (đầu vào điện áp điều khiển) còn trong các ứng dụng khác thì ta có thể nối chân 6 xuống đất thông qua một tụ điện (có trị số vào khoảng 0,01μF)

Trung tâm hoạt động của vi mạch 555 là Flip-Flop RS Đầu vào R của

FF là đầu ra của bộ so sánh 1, còn đầu vào của S của FF là đầu ra của bộ so sánh 2 Mạch ra của bộ FF gồm 2 phần: Một phần là bộ đếm đầu ra và đã

được ghi giữ, chính điện áp này được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau Thông qua T2 ta có thể điều khiển trạng thái bên trong của bộ đếm đầu ra

1.2 Mạch tạo xung và hình dạng của xung 555

Hình 1.3 Mạch tạo xung

Trang 10

Hình 1.4 Hình dạng vi mạch 555

*Vi mạch NE555 gồm có 8 chân

- Chân số 1 (gnd): cho nối mát để lấy dương nguồn cấp cho IC

- Chân số 2 (trigger): ngõ vào của 1 tần so áp.mạch so áp dùng các transistor PNP Mức áp chuẩn là 2*Vcc/3

- Chân số 3 (output): Ngõ ra trạng thái ngõ ra chỉ xác định theo mức volt cao (gần bằng mức áp chân 8) và thấp (gần bằng mức áp chân 1)

- Chân số 4 (reset): dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số 4 nối mass thì ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6

- Chân số 5(control voltage): dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC

555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối mass Tuy nhiên trong hầu hết các mạch ứng dụng chân số 5 nối mass qua 1 tụ từ 0.01uF  0.1uF, các tụ có tác dụng lọc bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn ổn

Trang 11

B¶ng ch©n lý m· hãa vµ h×nh d¹ng cña IC74LS90:

H×nh 1.5 B¶ng ch©n lÝ cña 74 LS90

Count

(§Õm)

Out put (§Çu ra)

Trang 12

SVTH.Ninh ThÞ Liªn - 12 - K32D -SPKT

H×nh 1.6 H×nh d¹ng vi m¹ch 74LS90

Xung kÝch ®îc t¹o ra tõ 555 vµ xung nµy ®îc ®a tíi ch©n 14 cña IC74LS90 Ngâ ra cña Q0, Q1, Q2, Q3 ®îc ®a tíi ngâ vµo cña IC gi¶i m· IC74LS47

Ch©n 1: Nèi GND

Ch©n 2: Ngâ vµo xung (Triger in put)

Ch©n 3: Ngâ ra (Out put)

Trang 13

Khi R0 (1) = R0 (2) = H (ở mức cao) thì bộ đếm được xóa về 0 và các

đầu ra ở mức thấp và 2 đầu R0 (1) và R0(2) không cùng ở mức cao thì mạch mới đếm

Khi R9 (1) = R9 (2) = H thì mạch được thiết lập ở trạng thái 9

IC loại 7490 mô tả bộ đếm BDC, nó có tính chất cài đặt và cài đặt lại

IC loại này bao gồm 4 Flip-Flop được nối bên trong để cung cấp bộ đếm

mod-2 và một bộ đếm mod 5 Các bộ đếm mod-mod-2 và mod-5 có thể được sử dụng một cách độc lập dưới dạng tổ hợp với nhau Flip-Flop FFA hoạt động làm một

bộ đếm mod-2 trong khi tổ hợp của các Flip-Flop FFB, FFC, FFD tạo nên một

bộ đếm mod-5 Có 2 đầu vào được cài đặt sẵn là R1 và R2, cả 2 đầu được nối với mức logic 1 thì được nối với mức logic 1 để xóa bỏ tất cả các Flip-Flop 2

bộ đầu vào S1 và S2 lúc được nối với mức logic 1 để cài đặt bộ đếm sang 1001

Trang 14

Hình 1.8 Hình dạng của IC74LS47

2.2 Vi mach 74LS47

Chân 1: Chân đưa tín hiệu vào ứng với B

Chân 2: Chân đưa tín hiệu vào ứng với C

Chân 3: Chân kiểm tra đèn

Chân 4: Chân điều kiển

Chân 5: Chân vào RB

Chân 6: Chân đưa tín hiệu vào ứng với D

Chân 7: Chân đưa tín hiệu vào ứng với A

Chân 8: Chân nối mát để lấy dòng cho IC

Chân 9: Chân giải mã tín hiệu đưa vào thanh e của nét 7 đoạn

Chân 10: Chân giải mã tín hiệu đưa vào thanh d của nét 7 đoạn

Chân 11: Chân giải mã tín hiệu đưa vào thanh c của nét 7 đoạn

Chân 12: Chân giải mã tín hiệu đưa vào thanh b của nét 7 đoạn

Chân 13: Chân giải mã tín hiệu đưa vào thanh a của nét 7 đoạn

Chân 14: Chân giải mã tín hiệu đưa vào thanh g của nét 7 đoạn

Chân 15: Chân giải mã tín hiệu đưa vào thanh f của nét 7 đoạn

Đây là IC giải mã từ BCD sang mã LED 7 vạch với 4 chân đầu vào và 7 chân đầu ra với chức năng của từng chân như sau:

Trang 15

+Ch©n 3: Ch©n nµy còng thÕ cho nã lªn Vcc = 5V

* B¶ng ch©n lý c¸c gi¸ trÞ IO cña 74LS47

H×nh 1.9 B¶ng ch©n lý cña vi m¹ch 74LS47

Nh×n trªn b¶ng ch©n lý trªn ta thÊy víi 4 ®Çu vµo sau khi gi¶i m· nã cho

ra 15 gi¸ trÞ cña m· LED 7 v¹ch vµ hiÖn thÞ ®îc lªn LED 7 v¹ch

Trang 16

Sự hoạt động của mạch được thể hiện ở bảng chân lý, trong đó đối với các ngõ ra H là tắt và L là sáng, nghĩa là nếu 74LS47 thúc đèn led 7 đoạn thì các đoạn a, b, c, d, e, f, g của đèn sẽ sáng hay tắt tuỳ vào ngõ ra tương ứng của 74LS47 là L hay H nên do đó ta phải dùng LED anot chung!

CT=0

CRTDIV10

1CT=9

-2CT=0 -

U2

74192

11

15 1 10

6 2 3

14 5 4

12

13

Hình 1.10 Hình dạng của 74192

Trang 17

Chân 1: Chân nhận tín hiệu vào ứng với B

Chân 2: Chân lấy tín hiệu ra ứng với 0B

Chân 3: Chân lấy tín hiệu ra ứng với 0A

Chân 4: Đếm lùi

Chân 5: Đếm tiến

Chân 6: Chân lấy tín hiệu ra ứng với 0C

Chân 7: Chân lấy tín hiệu ra ứng với 0D

Chân 8: Chân nối mass để lấy dòng cho IC

Chân 9: Chân nhận tín hiệu vào ứng với D

Chân 10: Chân nhận tín hiệu vào ứng với C

Chân 11: Đầu vào tải

Chân 12: Chân nhớ tràn lên trên

Chân 13: Chân mượn chỉ sự tràn xuống dưới

Chân 14: Chân xóa để bắt đầu lại mạch đếm

Chân 15: Chân đưa tín hiệu vào ứng với A

Chân 16: Cấp nguồn nuôi cho IC, nguồn này là + 5V

Trang 18

2 5

3 7 6

TR

CV

Q DIS THR

U5

74LS90

14 1 2 6

12 9 11

A

R0(1) R9(1)

QA QC

13 11 9 15

1 4 BI/RBO RBI LT

A C E G

J1

1 3 5 7

1.2.1 Khối tạo xung

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

Có rất nhiều mạch tạo dao động, nhưng do sự thông dụng ta chỉ quan tâm

Chân 3: Ngõ ra của tín hiệu

Chân 4: Đặt lại trạng thái ban đầu

Chân 5: Điện áp điều khiển

Chân 6: Điện áp ngưỡng

Chân 7: Xả điện

Chân 8: Cấp nguồn

Trang 19

1.2.2 Khối giải mã ( IC74LS47)

Mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn là mạch thúc nên cũng thường được gọi là mạch giải mã/thúc Giải mã BCD sang led 7 đoạn phức tạp hơn giải mã BCD sang thập phân vì mạch phải có tổ hợp nhiều ngõ ra lên cao hoặc xuống thấp( tuỳ từng loại led anod chung hay catod chung)

Mạch giải mã thông dụng nhất là sử dụng IC 74LS47 Vì có ngõ ra để hở

và khả năng nhận dòng cao để thúc trực tiếp các đèn led 7 đoạn loại anod chung

IC 74LS47 thúc đèn led 7 đoạn thì các đoạn a, b, c, d, e, f, g của đèn sẽ sang hay tắt tuỳ từng ngõ ra tương ứng của IC là H hay L

Chân 1, 2, 6, 7: Tín hiệu vào

Chân 3: Ngõ vào thử đèn

Chân 4: Ngõ vào xoá (BI) và ngõ ra dợn sóng

Chân 5: Ngõ vào xoá dợn sóng

Ngõ vào xoá BI được để không hay nối lên mức 1 cho hoạt động giải mã bình thường Nếu nối lên mức 0 thì các ngõ ra đều tắt bất chấp trạng thái các ngõ ra

Ngõ vào xoá dợn sóng RBI được để không hay nối lên mức 1 dùng để xoá

số 0 (số 0 thừa phía sau dấu thập phân hay số 0 trước số có nghĩa) Khi RBI và

Trang 20

IC74LS47 là IC giải mã BCD sang mã7 đoạn

Đèn LED 7 đoạn loại anode chung, hiển thị số

Các điện trở 270 ohm giới hạn áp bảo vệ LED

*Mô tả chân IC:

IC74293: chân CP0 là chân kích xung cho IC bắt đầu đếm, chân

MR1, MR2 là hai chân reset, tích cực mức cao Chân Q0, Q1,Q2, Q3 là các chân ngõ ra với mã BCD

Trang 21

kỳ xung, Q3 sẽ sau 8 chu kỳ xung kích mới đổi trạng thái từ [0] ->[1] Như vậy lối ra sẽ thu được dữ liệu mã BCD là 000, 001, 010, 011, 1111

Như vậy nếu không sử dụng các chân reset MR1, MR2 thì số đếm cao nhất là 1111 tương ứng với mã 7 đoạn là F

Nhưng ta muốn mạch đếm từ 0 tới 9 nên ta sẽ sử dụng các chân reset Muốn đếm tới 9 tức là khi bắt đầu tới 10 (thập phân) sẽ quay lại đếm từ đầu, hay tương ứng mã BCD ra là 1010 (Q3Q2Q1Q0) phải nối chân reset với Q3

và Q1 để có mức [1] kích vào MR1,MR2 làm cho mạch reset và quay lại đếm

từ 0 lên

Mã BCD này sẽ được chuyển vào IC7447 để giải mã 7 đoạn tương ứng Nếu chân CP1 không được nối vào Q0 thì mạch chỉ đếm 0 ->1

Trang 22

2 Mạch đếm từ 0 -25

2.1 Mạch điện:

Hình 2.3 Mạch điện từ 0 -25 2.2 Hoạt động

Khi ta cấp xung vào IC1 nó sẽ đếm lần l-ợt từ từ 0 cho đến 9 Khi tới 9 thì lúc này

nó sẽ cấp 1 xung cho IC2 và IC2 đ-ợc nhận 1 xung và nó đếm 1 Sau đó IC1 vẫn tiếp tục đếm đến 9 thì IC2 lại nhận đ-ợc 1 xung nữa và đếm thành 2 Do mạch chỉ đếm

đến 25 mình phải để các mức reset cho hợp lý để đến 25 nó tự trở về 0 ở mạch trên các chân reset t-ơng ứng của 2 IC1 và IC2 đ-ợc nối với nhau và đ-ợc nối với 1 chân đầu

ra của IC1 và IC2 sao cho các chân 2 và 3 của IC1 và IC2 phải ở mức cao ( Vì các chân

6 và 7 của hai IC mình đã cho tr-ớc điều kiện là nối với GND) Các pác nhìn trên hình vẽ ở đây do đếm đến 25 ta không chọn đ-ợc mức Reset trong bảng chân lý phù hợp nên tôi phải dùng con AND thì mới ra đ-ợc 25

Trang 23

3.Mạch đếm từ 99 - 00

3.1 Mạch điện

Hình 2.4 Mạch điện từ 99 – 00 3.2 Nguyên tắc hoạt động

Mạch đềm lùi từ 99 về 00 có 3 khối chính : Khối tạo xung, khối giải mã, khối mã hóa hiện thị

IC 555 có tác dụng tạo ra các xung đếm liên tục cấp cho U2 để đếm

Đếm nhanh hay đếm chậm ta có thể điều chỉnh được tần số đếm trên con IC

555 bằng biến trở R3

Khi có xung đếm vào chân 14 của U2 thì U2 bắt đầu đếm số lượng xung vào và nó Xung đầu vào là 0 cho đến 9 thì U2 giải mã BCD từ 9 về 0 đồng thời cấp cho U4 mã hóa ra LED 7 Trên LED 7 vạch sẽ hàng đơn vị sẽ chạy từ

9 về 0 Khi hết 1 chu kì đếm thì U2 tự động reset và xuất 1 xung ra chân số 13 của U2 và U2 lại đếm lại từ đầu như trên

Trang 24

4.1.1 Phần tạo xung clock:

Có thể dùng Tranistor hoặc IC nhưng th”ng thường ta dùng mạch tạo xung sử dụng IC NE555

Trang 25

Sơ đồ chân IC 7490:

Hình 2.8 Sơ đồ chân 7490

Trang 28

Từ sơ đồ cơ bản này ta thiết kế mạch đồng hồ số

Sơ đồ mô phỏng của mạch đồng hồ số :

Hình 2.12 Mạch điện 4.2 Nguyên lý hoạt động:

Mạch này không đếm từ 00:00:00 đến 99:99:99 mà sẽ đếm đến 23:59:59

Vì đây là mạch đồng hồ nên xung clock đưa vào phải có chu kì 1giây ( tần số 1Hz)

Định dạng
Số trang	37
Dung lượng	699,32 KB