Đề tài Thiết kế mạch đồng hồng hồ số

Mạch đồng hồ số GVHD:Thầy Nguyễn Hoàng Vũ PHẲN1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Cơ sở lý thuyêt 1.1.1 Flip-Flop Flip-Flop la mạch logic có hai đầu điểu khiển hãi đầu Tín hiệu hai đầu Flip-Flop phụ thuộc nhau: đầu tín hiệu Q đầu tín hiệu lại đảo Q (Q) Khỉ tín hiệu cửa vào thỏa mãn điều kiện điều khiển, đầu Q lật trang thái từ múc logic thấp L len mức logic cao H ngược lại Vậy tín hiệu đầu Flip-Flop cố điều khiển bước nhảy điện ảp Đặc điểm Flip-Flop là: điều khiển cửa vào mức logic (L H) trì ồn định Tùy theo số đầu vào điều khiển, Flip-Flop cổ bốn loại : S-R, J- K, T, D d) 9) e) b) 1) c) Hình 1.1: Ký hiệu loại Flip-Flop 9) Mạch đồng hồ số 1.1.2 GVHD:Thầy Nguyễn Hoàng Vũ Hệ chuyển mã 1.1.2.1 Số BCD ( Binary Code Decimal) Được tạo nên ta mã hóa decac số thập phân dạng số bốn bit 18 1.1.2.2 BCD > 00011000 Hê chuyền từ mã nhi phân sang mã BCD ♦♦♦ Bảng sư thât: Mạch đồng hồ số GVHD:Thầy Nguyễn Hoàng Vũ Nhị phân BCD X4 X3 X2 XI Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 • • 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 Bảng 1.1: Bảng thật (chuyển từ nhị phân —> BCD) 1.1.3 Hệ mã hóa giải mã 1.1.3.1 Hê mã hóa ❖ Mã hóa thâp phân thành nhi phân: (LSB) A B c D (MSB Hình 1.2: Mã hóa thập phân thành nhị phân ❖ Bảng sư thât: D c B A 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 Bảng 1.2: Bảng thật (chuyển từ thập phân sang nhị phân) ❖ Phrtơng ừỉnh logic: D= + C=4+5+6+7 B=2+3+6+7 A=l+3+5+7+9 ❖ S đ mach logic: Input Output D c B A a b c d e f g 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 Hình 1.3: Sơ0đồ mạch 0 1logic01.1.3.2 Hê giải mã.1 1 0 1 1 0 0 0 D 0 0 0 0❖ Giải mã0ra led đoan 1 1 0 0 0c 0 0 X X X X d X Giải X X mã X led X X X X X X e X f g 1 X XB X 1 X XA X 1 0 X X X 1 X X X 1 X X 1 1 X X X X X X X Hình 1.4: Giải mã led X X X X X X đoạn ❖ Bảng sư thât: Bảng 1.3: Bảng thật (giải mã led đoạn) *Thiết kế dùng cho IC 74247 1.1.4 Hệ (hệ đếm) a b c 1.1.4.1 Khái niêm: Hệ đếm nối tiếp: xung đếm đưa vào Flip-Flop Hệ đếm song song: xung đếm đưa vào tất phần tử đếm Để thành lập hệ đếm ta sử dụng JK Flip-Flop Nếu có n Flip-Flop thành lập hệ đếm có dung lượng tối đa 2n VD: Flip-Flop thành lập hệ đếm Flip-Flop thành lập hệ dếm Flip-Flop thành lập hệ đếm 16 Hệ đếm: đếm nối tiếp, đếm song song ♦♦♦ Xét đếm nối tiếp 3bit: Q1 Q2 Q3 Hình 1.5: Hệ đếm nối tiếp 3bit 1.1.4.2 Hề đếm bất kv: Gọi: N số trạng thái ỉ hệ đếm n lầ số bit Ta có: n - l lkQ - Tính toán giá trị mạch Vì mạch đồng hồ số thời gian xác thì: T = ls, Tn=Tx Để cho toán đon giản ta chọn R!=lkíỉ, Ci= 47pF Tính R2 Ta có: T= 0.693.(RI+2R2).C! 1=0.693.(103+2.R2).47.10'6 => R2=14,85kí2 Chọn điện trở R2 =14,7kí2 ❖ Sơ đồ mạch tạo xung: Hình 2.2: Sơ mạch tạo xung dùng IC 555 ❖ Dạng xung ngõ sau mô Hình 2.3: Dạng xung ngõ chân số IC 555 2.1.3 Khối đếm Sau tác động xung vào chân CLK khối đếm đếm thực đếm lần Ở ta dùng IC 74LS90 Đối với loại IC hai thông số quan trọng để tạo nên phận đếm là: bảng chân lý mã hóa BCD bảng mức Reset để reset trở trạng thái ban đầu ❖ Bảng chân lý mã hóa BCD IC 74LS90: LS9Q BCD COUNT SEQUENCE OUTPUT Q Q Ũ Û Q L L L L L H L L L L H L L H H L L L L H L H L H L L H H L H H H L L L L H H L L H MMẼ; Qưtpuỉ Qrj is cciìnec&sd to input CPi for BCD count Mạch đồngCOUNT hồ số GVHD:Thầy Nguyễn Hoàng Vũ Bảng 2.1: Bảng chân lý BCD IC 74LS90 Trong bảng chân lý có ý quan trọng ngõ Qo nối với đầu vào CPL ❖ Bảng mức reset IC 74LS90: LS90 MODE SELECTION RESET/SET OUTPUTS INPUTS MR MR MS MS QÛ QL Q3 H H X L X L X H H X X L X L L X H L X X L X L H X L L X LLLL LLLL HLLH COUNT COUNT COUNT COUNT H = H IG H Voltag e Level L - LOW Voltage Level Dont Care X= Bảng 2.2: Bảng mức reset IC 74LS90 2.1.4 Khối gỉăi mã Mạch giải mã BCD sang led đoạn mạch thúc nên thường gọi mạch giải mã thúc, ơiảỉ mã BCD sang led đoạn phức tạp SVTHĩ Lê Thanh Tả 20 giải mã BCD sang thập phân mạch có tổ hợp nhiều ngõ lên cao xống thấp (tùy thuộc vào loại led đoạn anode chung hay cathode chung) Ở dùng IC 74LS247, có ngõ để hở khả nhận dòng cao để thúc trực tiếp led đoạn loại anode chung Khỉ IC tác động vào led đoạn đoạn a, b, c, d, e, f, g đèn sáng hay tắt tùy thuộc vào ngõ tương ứng IC thấp(L) hay cao(H) ❖ Sơ đồ chức chân IC SN54/74LS247 (TOP VIEW) OUTPUTS T' >CC ' B C Ú 1 14 13 12 11 10 1 —1 - r F G B CDE BI/ DA B C LT nr nRBŨRB-I 12 Hình U 2.4: Sơ đồ chân IC 74LS247 INPU Gm Chân 1,2, 6, 7: Tín hiệu vào Chân : ngõ vào thử đèn Chân 4: ngõ vào xóa (BI) Chân : ngõ vào xóa gợn sóng Chân : nối mass Chân 9, 10,11, 12, 13, 14,15: tín hiệu Chân 16: nốỉ nguồn ❖ Nguyên lý hoạt động - IC 74LS247 IC tác động mức thấp nên ngõ mức tắt mức sáng tương ứng vởi a, b, c, d, e, f, g led đoạn anode chung.trạng thái ngỗ tương ứng với chữ số thập phân từ 0-9 (còn số 10-15 không dùng tới.) - Ngỗ vào xóa Bỉ để không hay nối lên nguồn cho hoạt động gỉảỉ mã bình thường Nếu nếỉ xuống mass tất ngõ tắt - Ngõ vào xóa dợn sóng RBI để không hay nối lên nguồn dùng đề xóa số (số thừa sau dấu chấm thập phân hay số trước số có nghĩa) Khi RBI ngõ vào D, c, B, A mức ngõ vào LT mức ngõ tắt ngõ vào xóa dợn sóng RBO xuống mức thấp - Khi ngõ vào BI/RBO nối lên nguồn LT nối xuống mass ngõ sáng 2.1.5 Khối hiển thị Đổ hiển thị kết ta dùng led đoạn Ở đây, để mạch đơn giản ta dùng led đoạn anode chung ngõ IC 74LS247 tích cực mức thấp ❖ Cấu tạo hình dáng led đoạn Một led đoạn cấu tạo từ led đơn liên kết lại với thứ tự tỉ lệ thích hợp để hiển thị số từ 0-9 ký tự A, B, c, D, E, F Ngoài ra, có lcd dùng đề hiển thị dấu chấm thập phân Hình 2.5: Hình dáng sơ đồ chân led đoạn Áp rod moi đoạn từ 1,8-ỉ-2v với dòng từ 7-r20mA.Do ta cần tính điện trở hạn dòng cho led Ta có: V R =Vcc-V l e d = 5-2 = 3v => R = G JQ-3 = 375 Í2 Chọn R = 330 £2 2.2 MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý mạch đồng hồ số ❖ Nguyên lý hoat đông mach: Xung kích tạo từ IC 555 đưa vào đếm kích cho đếm hoạt động Mỗi có xung vào kích đếm đếm lần Vì mạch đồng hồ số nên xung xung chuẩn 1Hz Ta chia mạch ba khối sau: khối giây, khối phút, khối - Khối giây gồm hai IC 74LS90, hai 74LS247 hai led đoạn anode chung Khối có chức điều khiển hiển thị giây đồng hồ từ 0-^59 - Khối phút gồm hai IC 74LS90, hai 74LS247 hai led đoạn Chức điều khiển hiển thị phút đồng hồ từ O-ỉ-59 - Khối gồm hai IC 74LS90, hai IC 74LS247 hai led đoạn Chức điều khiển hiển thị đồng hồ từ O-ỉ-23 2.2.1 Khối giây Xung kích từ IC 555 đưa vào chân CKA(CPO) IC 74LS90 hàng đơn vị, xung kích IC lại đếm lên đơn vị đầu Bằng cách nối đầu đếm số với đầu vào đếm số 5, tức nối chân số với chân 12, ta đếm số 10 Xung khích đưa vào chân số 14 (CPO) đầu đếm số 10 mã BCD thông qua chân Q o Q i , Q , Q Để I C đếm ta để chân MSI, MS2 mức thấp Để đếm đếm số ta xuất phát từ đếm 10 dùng cách xóa bớt số đếm để đếm đếm từ 0-5 Khi đếm đến xung nhịp nhảy lên tuong ứng với Q Q Q Q 1 Ta lấy đầu chân Q Q mức cao đem tác động vày hai chân MR1 MR2 đếm reset Như đếm số thực Bộ đếm 10 dùng đếm hàng đon vị, đếm để đếm hàng chục Ta ghép hai đếm đếm 60 Việc thực cách đưa chân Q3 đếm 10 vào chân CP0 đếm , tức nối chân 12 với chân 14 Rõ ràng đếm đếm từ mã BCD chuyển từ 1001 sang 0000, chân Q3 cho xung clock sườn âm kích thích đếm tăng thêm đơn vị Để ghép nối đếm giây với đếm phút, ta thấy đếm đến 59, chân Q2 đếm mức cao (0 1 ),khi thêm xung nhịp đếm quay 0000 Vậy chân Q2 quay tạo xung clock sườn âm Tín hiệu đưa chân CP0 đếm 10 khối phút Vậy đếm đến 60 khối phút kích thích tang đơn vị 2.2.2 Khối phút Đối với khối nguyên lý khối giây Nhưng xung điều khiển hàng đơn vị khối phút lấy từ chân Q2 hàng chục khối giây IC 74LS90 2.2.3 Khối Nguyên lý hoạt động đếm khác so với hai đếm Đây đếm 24 tức đếm đến 23 reset Chân CPO IC 74LS90 hàng đơn vị khối nối với chân Q hàng chục khối phút để lấy xung điều khiển Bộ đếm nhảy lên đơn vị khối phút nhảy tới 60 Để reset từ 23 trở 0, ta phải tiến hành reset hai IC đếm khối Ta lấy tín hiệu từ chân Qj hàng chục đưa hai chân MR1 hai IC đếm, chân Q hàng đơn vị đưa chân MR2 hai IC đếm PHẦN 3: THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ 3.1 Dụng cụ sử dụng ■ Đồng hồ đo VOM ♦ív *Bv ■ Mỏ hàn, chì hàn «V *SY ■ Mạch đồng ■ Các linh kiện - IC 74LS90 - IC 74LS247 - led đoạn - Một IC LM555 - Một số điện trở tụ điện - Giắc cắm IC 3.2 Quá trình thi công 3.2.1 Chạy thử mạch proteus Hình 3.1: Mạch đồng hồ số proteus ❖ Giới thiệu proteus: Proteus phần mềm hảng Labcenter dùng để vẽ sơ đồ nguyên lý, mô vầ thiết kế mạch điện, ơóỉ phầm mềm gồm cố phần mềm chỉnh: 3.2.2 - ISIS dùng để vẽ sơ đồ nguyên lý mô - ARES dùng để thiết kế mạch in Vẽ sơ đồ mạch in Hình 3.2: Sơ đồ mạch ỉn mạch tạo xung 3.2.3 Gia công mạch, lắp ráp chạy thử PHẦN 4: KẾT LUẬN Đen đồ án hoàn thành TÀI LIỆU THAM KHẢO - http://www.google.com.vn - http://www.ngoinhachung.net - http://www.vutbay.net - http://www.ant7.com - http://www.minhdt.com - http://www.hoiquandientu.com - http://www.alldatasheet.com [...]... trị của mã led 7 đoạn Chú ý: khi ngõ vào đều mức cao thì led sẽ tắt PHẦN 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐỔNG HỒ SỐ 2.1 THIẾT KẾ Sơ ĐỒ MẠCH 2.1.1 Sơ đồ khối mạch Mạch đồng hồ số được xây dựng trên mô hình như sau: Khối tao xung Khối Khối giải Khối tạo Mạch đếm Mạch Mạch Mạch Khối Hình 2.1: Sơ đồ khối mạch ♦♦♦ Nhiệm vụ các khối: Khối hiến - Khối tạo xung: tạo xung vuông với tần số 1Hz, đưa vào bộ đếm và khích cho bộ... đưa về chân MR2 của hai IC đếm PHẦN 3: THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ 3.1 Dụng cụ sử dụng ■ Đồng hồ đo VOM ♦ív *Bv ■ Mỏ hàn, chì hàn «V *SY ■ Mạch đồng ■ Các linh kiện - 6 con IC 74LS90 - 6 con IC 74LS247 - 6 led 7 đoạn - Một con IC LM555 - Một số điện trở và tụ điện - Giắc cắm IC 3.2 Quá trình thi công 3.2.1 Chạy thử mạch trên proteus Hình 3.1: Mạch đồng hồ số trên proteus ❖ Giới thiệu về proteus: Proteus... của hảng Labcenter dùng để vẽ sơ đồ nguyên lý, mô phỏng vầ thiết kế mạch điện, ơóỉ phầm mềm gồm cố phần mềm chỉnh: 3.2.2 - ISIS dùng để vẽ sơ đồ nguyên lý và mô phỏng - ARES dùng để thiết kế mạch in Vẽ sơ đồ mạch in Hình 3.2: Sơ đồ mạch ỉn mạch tạo xung 3.2.3 Gia công mạch, lắp ráp và chạy thử PHẦN 4: KẾT LUẬN Đen nay đồ án đã hoàn thành TÀI LIỆU THAM KHẢO - http://www.google.com.vn - http://www.ngoinhachung.net... thị các số từ 0-9 và các ký tự A, B, c, D, E, F Ngoài ra, nó còn có một lcd nữa dùng đề hiển thị dấu chấm thập phân Hình 2.5: Hình dáng và sơ đồ chân led 7 đoạn Áp rod trên moi đoạn từ 1,8-ỉ-2v với dòng từ 7-r20mA.Do vậy ta cần tính điện trở hạn dòng cho led Ta có: V R =Vcc-V l e d = 5-2 = 3v 3 => R = G JQ-3 = 375 Í2 Chọn R = 330 £2 2.2 MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý mạch đồng hồ số ❖ Nguyên... lần Vì đây là mạch đồng hồ số nên xung ở đây là xung chuẩn 1Hz Ta có thể chia mạch này là ba khối sau: khối giây, khối phút, khối giờ - Khối giây gồm hai con IC 74LS90, hai con 74LS247 và hai led 7 đoạn anode chung Khối có chức năng điều khiển và hiển thị giây của đồng hồ từ 0-^59 - Khối phút gồm hai IC 74LS90, hai 74LS247 và hai led 7 đoạn Chức năng điều khiển và hiển thị phút của đồng hồ từ O-ỉ-59... mạch tạo dao động, nhưng do sự thông dụng ta chỉ quan tâm đến mạch tạo xung dùng IC LM555 ❖ Tính toán các giá trị chính trong mạch tạo xung - Các công thức tính toán và một số đều cần biết: Tn = 0,693.(RI+R2).CI (Tn là thời gian xả điện) Tx= 0,693 R2 CI (TX là thời gian nạp điện) T=Tn+Tx ( T chu kỳ dao động) T= 0.693.(RI+2R2).CI Điện trở Ri > lkQ - Tính toán giá trị trong mạch Vì đây là mạch đồng hồ. .. ĩộng trong các mạch sấ ứng dụng đếm 10 và trong các mạch chia tần số • Hình dang và sơ đồ chân CKB c RQÍUC RO( 2)CỊ3 NCC Vccd R 9( 1)C R 9( 2>c Hình 1.10: Hình dạng và sơ đồ chân IC 7490 Bốn chân thiết lập R0(1) (chân số 2),R0(2) (chân số 3), R9(l) (chân số 6), R9(2) (chần số 7) Khi đặt R0(1 )= R0(2)= H (ở mức cao) thì bộ đếm được xóa về 0 và các đầu ra ở mức thấp R9(l), R9(2) là chân thiết lập trạng... chung.trạng thái ngỗ ra tương ứng với các chữ số thập phân từ 0-9 (còn các số 10-15 không dùng tới.) - Ngỗ vào xóa Bỉ được để không hay nối lên nguồn cho hoạt động gỉảỉ mã bình thường Nếu nếỉ xuống mass thì tất cả các ngõ ra đều tắt - Ngõ vào xóa dợn sóng RBI được để không hay nối lên nguồn dùng đề xóa số 0 (số 0 thừa sau dấu chấm thập phân hay số 0 trước số có nghĩa) Khi RBI và các ngõ vào D, c, B,... hiển thị giờ của đồng hồ từ O-ỉ-23 2.2.1 Khối giây Xung kích từ IC 555 được đưa vào chân CKA(CPO) của IC 74LS90 hàng đơn vị, như vậy cứ mỗi một xung kích thì IC lại đếm lên một đơn vị ở đầu ra Bằng cách nối đầu ra của bộ đếm cơ số 2 với đầu vào của bộ đếm cơ số 5, tức là nối chân số 1 với chân 12, ta được bộ đếm cơ số 10 Xung khích sẽ đưa vào chân số 14 (CPO) và đầu ra của bộ đếm cơ số 10 là mã BCD... thấp (0), nối vào led 7 đoạn Chân số 4: Gồm ngõ vào xóa BI được để không hay nối lên cao cho hoạt động giải mã bình thường Khi nối BI ở mức thấp, các ngõ đều GN LAMPraRB RBtắt bất chấp trạng thái của các ngõ vào INPUT TEST OUT IN PUT PUT INPUT Chân số 5: Ngõ vào xóa gợn sóng RBI được để không hay nối lên cao khi không dùng để xóa số 0 (số 0 ở trước số có nghĩa hay số 0 thừa bên trái dấu chấm thập phân)