Thiết kế MẠCH DỒNG HỒ BẤM GIÂY DÙNG IC SỐ

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 . • 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 tác động vào chân Clr sẽ xoá FF làm Q = 0, = 1. Khi tác động vào chân Pre sẽ đặt FF làm Q = 1, = 0. 1.2 Hoạt động của FF: Khi nhận một xung clock tại chân Ck, FF sẽ thay đổi trạng thái một lần. Trạng thái mới sẽ tuỳ thuộc vào mức logiccủa các chân chức năng, và tuỳ 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 động mức 0. • FF tác động mức 1. • FF tác động cạnh lên. • FF tác động cạnh xuống. • FF tác động chủ tớ.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

LỜI GIỚI THIỆU

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 bấm giây là một thiết bị được sử dụng khá nhiều trong thực tế.Bởi vậy, sau đây em xin thiết kế một mạch đồng hồ bấm giây 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 !.

Người thực hiện:

VŨ VĂN MAY

Chương I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

 Chân nhận xung đồng hồ, xung nhịp, xung clock (Ck)

 Hai ngõ ra dữ liệu (data) là Q và

 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 tác động vào chân Clr sẽ xoá FF làm Q = 0,

= 1 Khi tác động vào chân Pre sẽ đặt FF làm Q = 1, = 0.1.2 Hoạt động của FF:

Khi nhận một xung clock tại chân Ck, FF sẽ thay đổi trạng thái một lần Trạng thái mới sẽ tuỳ thuộc vào mức logiccủa các chân chức năng, và tuỳ 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:

2.1 Số BCD: ( Binary Code Decimal)

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

* Lưu ý: các phép cộng và trừ số BCD được thực hiện giống như

số nhị phân Tuy nhiên nếu phép tính có nhớ thì sau khi được kết quả ta phải hiệu đính bằng cách trừ cho 10(D) hay cộng 6(D).Thông thừờng sau mỗi lệnh cộng hoặc trừ số BCD ta kèm theo lệnh hiệu đính

2.2 Hệ chuyển từ mã nhị phân sang mã BCD:

 Bảng sự thật:

1 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 0 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9

3.2 Hệ giải mã:

Xây dựng hệ giải mã cho led 7 đoạn anode chung

∙Bảng chân lý:

* Phương trình logic:

Thực tế thường sử dụng IC 7447

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 lập được hệ đếm có dung lượng tối đa là

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:

 Đặt xung clock vào bộ đếm M.

 Lấy tín hiệu từ bit có trọng số cao nhất của bộ đếm Mlàm xung clock cho bộ đếm N

VD: Hệ đếm 10 ghép với hệ đếm 6 thành hệ đếm 60

Chương II: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH

I Sơ đồ khối:

* Nhiệm vụ các khối:

Khối tạo xung: tạo xung vuông với tần số 100Hz

Khối đếm: là các FF nhận xung dao động để xử lý đưa ra tín hiệu

mã hoá 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 Đặcbiệt là đối với bộ đếm, nó quyết định các trạng thái ngõ ra của bộ đếm

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

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

2.1 IC NE555:

2.1.1 Đại cương:

Vi mạch định thời LM555 là mạch tích hợp Analog- digital Do có ngõ vào là tín hiệu tương tự và ngõ ra là tín hiệu số Vi mạch định thời LM555 được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế, đặc biệt trong lĩnh vực điều khiển, vì nếu kết hợp với các linh kiện R, C thì

nó có thể thực hiện nhiều chức năng như: định thời, tạo xung

chuẩn, tạo tín hiệu kích, hay điều khiển 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 2: Trigger Input ( ngõ vào xung nảy)

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

nối ra chân 6, 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 để tín hiệu S điều khiển Flip Flop( FF ) hoạt động

 So sánh COMP2: là mạch khuếch đại so sánh có nối ra chân 6, Tuỳ thuộc vào điện áp chân 6 so với điện

áp chuẩn 2/3Vcc mà so sánh 2 cho ra mức điện áp cao hay thấp để tín hiệu R điều khiển FF hoạt động.

 Mạch FF là loại mạch lưỡng ổn kích một bên khi chân S có điện áp cao thì điện áp này sẽ kích đổi trạng thái FF làm ngõ

ra Q lên mức cao, = 0 Khi S đang ở mức cao xuống mức thấp thì FF không đổi trạng thái

o Khi: S = 1 Q = 1 = 0

S = 1 Q = 0 FF không đổi trạng thái

 Khi R có điện áp cao thì điện áp này sẽ kích đổi trạng thái FFlàm = 1, Q = 0 Khi R đang ở mức cao xuống mức thấp thì

R không đổi trạng thái

 Mạch khuếch đại đảo nhằm khuếch đại dòng điện cung cấp cho tải, có ngõ vào là của FF, nên khi ở mức cao thì ngõ

ra chân 3 có điện áp thấp 0V và ngược lại

Transistor T là transistor có cực C để hở, nối ra chân 7 Do cực

B được phân cực bởi mức điện áp ra của FF, nên khi ở mức cao thì T2 bão hoà và cực C của T2coi như nối mass Lúc đó, ngõ rachân 3 cũng ở mức thấp Khi ở mức thấp thì T2 ngưng dẫn , cực

C của T2 để hở, lúc đó, ngõ 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:

Tụ xả với hằng số thời gian là:

III Khối đếm:

3.1 IC 74LS90:

IC 7490 gồm 2 bộ chia là chia 2 và chia 5:

 Bộ chia 2 do Input A điều khiển đầu ra

 Bộ chia 5 do Input B điều khiển đầu ra , ,

Đầu vào A, B tích cực ở sườn âm

Để tạo thành bộ đếm 10 ta nối đầu ra vào chân B để tạo xungkích cho bộ đếm 5

Hình: Bảng trạng thái của IC 74LS90.

Hình: Sơ dồ đầu ra , , ,

IV Khối giải mã:

4.1 IC 74LS47:

4.1.1 Đại cương:

Mạch giải là mạch có chức năng ngược lại với mạch mã hoá Mục đích sử dụng phổ biến nhất của mạch giải mã là làm sáng tỏ các đèn để hiển thị 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 thập phân…

IC74LS47 là loại IC giải mã BCD sang led 7 đoạn Mạch giải

mã BCD 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 catod chung) để làm các đèn cần thiết sáng nên các số hoặc ký tự IC 74LS47 là loại 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:

Chân 1: BCD B Input

Chân 2: BCD C Input

Chân 3: Lamp Test

4.1.3 Sơ đồ logic và bảng trạng thái: ∙Sơ đồ logic:

∙Bảng trạng thái:

Hình: Bảng trạng thái IC giải mã 74LS47

* Nguyên lý hoạt động:

IC 74LS47 là IC tác động mức thấp nên các ngõ ra mức 1 là tắt, mức 0 là sáng, tương ứng với các thanh a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn loại anode chung, trạng thái ngõ ra cũng tương ứng với các sốthập phân (các số từ 10 đến 15 không được dùng tới)

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 ngõ ra.

Ngõ vào RBI được để không hay nối lên mức 1 dùng để xoá số 0 (số 0 thừa phía sau số thập phân hay số 0 trước số có nghĩa) Khi RBI và các ngõ vào D, C, B, A ở mức 0 nhưng ngõ vào LT ở mức

1 thì các ngõ ra đều tắt và ngõ 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 đều sáng

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 nhị phân vào là 1111= 1510 thì đèn led tắt

Chân 3, 8:Vcc_được nối với nhau

VI Mạch đồng hồ bấm giây:

6.1 Sơ đồ nguyên lý:

6.2 Nguyên lý hoạt động:

Xung kích được tạo ra từ mạch 555 và xung này được đưa tới chân

14 của IC 74LS90 Ngõ ra xung của 74LS90 ở các chân , , , được đưa đến ngõ vào của IC giải mã 74LS47

Đối với hai IC đếm phần trăm giây (IC1 và IC2): Ta xây dựng mạch đếm 100 Xung được cấp cho IC1, IC này đếm giá trị của 9 xung ( led hiển thị số 9) sau khi đếm hết giá trị của 9 xung 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 cấp xung cho IC2 tăng lên 2, 3,…Khi IC1 đếm đến 9 và IC2

đếm đến 9 chuyển sang 10 thì cả 2 IC sẽ tự reset về 0 Ta lấy 1 xung từ đầu ra Qo ( mức 1) đưa về chân CP0 của IC đếm giây, mộtxung được kích và đếm lên một đơn vị

Đối với hai IC đếm giây (IC3 và IC4): xung được cấp cho IC3, IC này đếm giá trị của 9 xung ( led hiển thị số 9), Khi IC3 đếm đếm 9

và IC4 đếm đến 5 chuyển sang 6 ta đưa xung về chân reset của cả

2 IC và cả hai IC trở về 0 Lúc này, chân reset sẽ cùng trạng thái với đầu ra chân Q1, Q2 của IC4 dùng để reset( mức 1), đầu ra này được nối với chân CP0 của IC đếm phút, một xung được kích và được đếm lên một đơn vị

Đối với IC đếm phút (IC5 và IC6): khi IC5 nhận được xung nó lại đếm như IC đếm giây đến giá trị 59 Vì lấy xung từ IC đếm giây nên khi mạch 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 cũng được reset về 0, đồng thời mạch đếm phút cấp cho IC7 của IC đếm giờ một xung

Đối với IC đếm giờ (IC7 và IC8): Khi IC7 nhận được một xung thì

nó cũng bắt đầu đếm lên Khi IC7 đếm đến 9 thì cấp xung cho IC8 đếm