Kỹ thuật số MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ

MẠCH ĐỒNG HỒ SỐMẠCH ĐỒNG HỒ SỐMẠCH ĐỒNG HỒ SỐMẠCH ĐỒNG HỒ SỐMẠCH ĐỒNG HỒ SỐMẠCH ĐỒNG HỒ SỐMẠCH ĐỒNG HỒ SỐMẠCH ĐỒNG HỒ SỐMẠCH ĐỒNG HỒ SỐMẠCH ĐỒNG HỒ SỐMẠCH ĐỒNG HỒ SỐMẠCH ĐỒNG HỒ SỐMẠCH ĐỒNG HỒ SỐMẠCH ĐỒNG HỒ SỐMẠCH ĐỒNG HỒ SỐMẠCH ĐỒNG HỒ SỐMẠCH ĐỒNG HỒ SỐ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ۩ BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC Kỹ thuật số ĐỀ TÀI: MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ GVHD: NGUYỄN VŨ LINH SVTH : NGUYỄN VĂN THANH NGUỄN VĂN THÀNH DƯƠNG XUÂN THÀNH ĐINH VĂN THIỆN ĐỖ HUY THỊNH TRẦN VĂN THỊNH LỚP :ĐH ĐIỆN 3-K6 KHOA :CNKT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ LỜI GIỚI THIỆU Ngày nay, với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng linh kiện bán dẫn phần giảm bớt giá thành sản phẩm linh kiện rời Ứng dụng môn kỹ thuật số vào thiết kế phận thiết thực ngày giúp hiểu môn kỹ thuật số làm ứng dụng vào đâu Đồng hồ số thiết bị sử dụng nhiều thực tế.Bởi vậy, sau em xin thiết kế mạch đồng hồ số dùng IC74LS192_ IC thông dụng kỹ thuật số Trong đề tài nhiều thiếu sót mong góp ý quý thầy cô bạn để hoàn thiện CHƯƠNG I: TÌM HIỂU CHUNG VỀ MẠCH TỔ HỢP, MẠCH DÃY VÀ MẠCH DAO ĐỘNG I Flip Flop: 1.1 Khái niệm: Flip Flop cấu tạo từ cổng logic, nói FF tổ hợp cổng logic hoạt động theo quy luật định trước FF bao gồm: • Chân nhận xung đồng hồ, xung nhịp, xung clock (Ck) • Hai ngõ liệu (data) Q • Có ngõ chức quy định hoạt động FF: S, R, D, J, K • Ngoài FF có hai chân: Clr ( clear) chân Pre ( Preset) Khi tác động vào chân Clr xoá FF làm Q = 0, = Khi tác động vào chân Pre đặt FF làm Q = 1, = 1.2 Hoạt động FF: Khi nhận xung clock chân Ck, FF thay đổi trạng thái lần Trạng thái tuỳ thuộc vào mức logiccủa chân chức năng, tuỳ thuộc theo bảng thật loại FF 1.3 Phân loại FF: Theo chức năng: có loại: SK- FF, D- FF, T- FF, JK- FF Theo trạng thái tác động xung clock: có loại: • • FF tác động mức FF tác động mức • FF tác động cạnh lên • FF tác động cạnh xuống • FF tác động chủ - tớ II Hệ chuyển mã: 2.1 Số BCD: ( Binary Code Decimal) Được tạo nên ta mã hoá đecac số thập phân dạng số nhị phân bit * Lưu ý: phép cộng trừ số BCD thực giống số nhị phân Tuy nhiên phép tính có nhớ sau kết ta phải hiệu đính cách trừ cho 10(D) hay cộng 6(D) Thông thừờng sau lệnh cộng trừ số BCD ta kèm theo lệnh hiệu đính 2.2 Hệ chuyển từ mã nhị phân sang mã BCD: * Bảng chân lý: Nhị phân BCD X4 X3 X2 X1 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 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 III Hệ mã hoá giải mã: 3.1 Hệ mã hoá: Mã hoá thập phân thành nhị phân: • Bảng thật: 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 * Phương trình logic: D=8+9 C=4+5+6+7 B=2+3+6+7 A=1+3+5+7+9 * Sơ đồ mạch logic: 3.2 Hệ giải mã: Xây dựng hệ giải mã cho led đoạn anode chung ∙Bảng chân lý: 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 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 X X X X X X X 1 X X X X X X X 1 0 X X X X X X X 1 X X X X X X X 1 X X X X X X X 1 1 X X X X X X X * Phương trình logic: Thực tế thường sử dụng IC 7447 IV Hệ tuần tự: ( hệ đếm) 4.1 Khái niệm: 10 cao hay mức thấp để tín hiệu S điều khiển Flip Flop( FF ) hoạt động • So sánh COMP2: mạch khuếch đại so sánh có nối chân 6, Tuỳ thuộc vào điện áp chân so với điện áp chuẩn 2/3Vcc mà so sánh cho mức điện áp cao hay thấp để tín hiệu R điều khiển FF hoạt động • Mạch FF loại mạch lưỡng ổn kích bên chân S có điện áp cao điện áp kích đổi trạng thái FF làm ngõ Q lên mức cao, = Khi S mức cao xuống mức thấp FF không đổi trạng thái o Khi: S = Q = S=1Q=0 • • =0 FF không đổi trạng thái Khi R có điện áp cao điện áp kích đổi trạng thái FF làm = 1, Q = Khi R mức cao xuống mức thấp R không đổi trạng thái Mạch khuếch đại đảo nhằm khuếch đại dòng điện cung cấp cho tải, có ngõ vào FF, nên mức cao ngõ chân có điện áp thấp 0V ngược lại Transistor T transistor có cực C để hở, nối chân Do cực B phân cực mức điện áp FF, nên mức cao T2 bão hoà cực C T2coi nối mass Lúc đó, ngõ chân mức thấp Khi mức thấp T2 ngưng dẫn , cực C T2 để hở, lúc đó, ngõ chân có mức điện áp cao Theo nguyên lý trên, cực C T2 chân làm ngõ phụ thuộc có mức điện áp giống mức điện áp ngõ chân 2.2 Mạch tạo xung: 17 2.2.1 Sơ đồ mạch: 2.2.2 Nguyên lý hoạt động: Khi cấp nguốn Vcc, tụ bắt đầu nạp từ 0V lên: OP_AMP có: => R = OP_AMP có: => S = => Q = 1, : led sáng Transistor có làm tắt, tụ C tiếp tục nạp điện, tụ ap điện qua với số thời gian là: Tnạp = ( ).C Khi điện áp Vc tăng > 1/3Vcc, thì: 18 OP_AMP có: => R = OP_AMP có: => S = => Q = 1, : led sáng, FF không thay đổi trạng thái Khi điện áp Vc tăng > 2/3Vcc, thì: OP_AMP có: => R = OP_AMP có: =>S = => Q = 0, : led tắt Do = nên dẫn bão hoà làm chân 0V, làm tụ C không nạp mà xả điện qua , qua tiếp giáp CE xuống mass Tụ xả với số thời gian là: Txả = Khi Vc < 2/3Vcc: R = 0, S = : giữ nguyên trạng thái Khi Vc < 1/3Vcc: R = 0, S = 1: => Q = 1, : led sáng Khi , tắt, chấm dứt thời gian xả điện tụ C Như vậy, mạch trở lại trạng thái ban đầu tụ lại nạp điện trở lại Hiện tượng diễn liên tục tuần hoàn 19 III Khối đếm: 3.1 IC 74192: Mô tả chức IC 74192 -IC 74192 không đồng preset Thập kỷ va 4-bit nhị phân đòng UP/DOWN(thuận/nghịch) sơ đồ nhà nước Mỗi mạch có chủ/nô lệ flip-flop với gating logic nội đạo để cung cấp thiết lập lại, cá nhân cài sẵn, tính lên đếm xuống hoạt động -Mỗi flip-flop chứa thông tin phản hồi jk từ nô lệ để làm chủ mà thấp đến cao chuyển tiếp vào đầu vào khiến T đầu vào, sản lượng Q để thay đổi trạng thái Đồng chuyển đổi, trái với tính gợn sóng, đạt lái xe cửa đạo tất giai đoạn từ đếm lên đếm xuống dòng, từ gây tất thay đổi nhà nước để bắt đầu lúc, thấp cao, chuyển tiếp vào đầu vào vào đếm lên tạm ứng số lượng một; môt chuyển đỏi tương tự đầu vào đếm suống giảm số Trong kế với đầu vào đồng hồ, khác nên tổ chức cao Nếu không mạch tính two không, tùy thuộc vào nhà nước thất bại đầu tiên-flip mà bật/tắt hai đầu vào đồng hồ LOW -Các thiết bị đầu cuối đếm lên (TCU) xuống(TCD) đầu thường cao Khi mạch đạt tình trạng số lượng tối đa, chuyển đổi CAO-to-LOW xung clock gây TCU xuống TCU lại CPU xuống Tăng lên lần nữa, hiệu lặp lại đếm lên đồng hồ, bị trì hoãn hai chậm trễ cửa Tương tự sản lượng TCD xuống mạch trang thái không đếm đồng hồ xuống thấp Kể từ TC lặp lại đồng hồ dạng sóng, chúng sử 20 dụng tín hiệu vào đồng hồ đến Để mạch cao môt đa tầng truy cập - Mỗi mạch có khả song song với tải không đồng cho phép truy cập cài sẵn Khi tải song song (PL) master reset(MR) đầu vào LOW thông tin Hiện dư liệu đầu vào song song (p0,p3) đươc nạp vào truy cập xuất hiền kết điều kiện đầu vào đồng hồ Một tín hiệu cao master Thiết lập lại đầu vào vô hiệu hóa cửa cài đặt sẵn, ghi đè lên hai đồng hồ đầu vào, chốt đấu Q trạng thái LOW Nếu đầu vào đồng hồ LOW sau hoạt động thiết lập lại hoăc tải, LOW to CAO chuyển đổi đồng hồ hiểu tín hiệu hợp pháp dược tính -chế độ làm việc 21 -Sơ đồ chân -Chân 8,16 hai chân cấp nguồn cho IC Chân nối mass, chân 16 nối nguồn 5v -Chân 4,5 hai chân nhận xung đếm từ dao động chuyển sang Chân4 chân đếm ngược ,chân chân đếm thuận -Chân 11 chân điều khiển cho IC làm việc đầu tích cực thấp -Chân 14 chân xóa làm việc mức tích cực cao, để IC đếm ta nối chân xuống mass -Chân 15,1,10,9 chân đầu vào liệu -Chân 12 chân chuyển tiếp dùng cho đếm thuận -Chân 13 chân chuyển tiếp đếm ngược -Chân 3,2,6,7 (Qa,Qb,Qc,Qd) chân đầu đếm 22 Hình: Sơ dồ đầu , , , IV Khối giải mã: 4.1 IC 74LS47: 4.1.1 Đại cương: Mạch giải mạch có chức ngược lại với mạch mã hoá Mục đích sử dụng phổ biến mạch giải mã làm sáng tỏ đèn để hiển thị kết dạng chữ số Do có nhiều loại đèn hiển thị có nhiều loại mã số khác nên có nhiều mạch giải mã khác Ví dụ: giải mã đường sang 10 đường, giải mã BCD sang thập phân… IC74LS47 loại IC giải mã BCD sang led đoạn Mạch giải mã BCD sang led đoạn mạch giải mã phức tạp mạch phải cho nhiều ngõ lên cao xuống thấp (tuỳ vào loại đèn led anod chung hay catod chung) để làm đèn cần thiết sáng nên số ký tự IC 74LS47 loại IC tác động mức thấp có 23 ngõ cực thu để hở khả nhận dòng đủ cao để thúc trực tiếp đèn led đoạn loại anod chung 4.1.2 Hình dạng sơ đồ chân: Chân 1: BCD B Input Chân 2: BCD C Input Chân 3: Lamp Test Chân 4: RB Output Chân 5: RB Input Chân 6: BCD D Input Chân 7: BCD A Input Chân 8: GND Chân 9: 7-Segment e Output Chân 10: 7-Segment d Output Chân 11: 7-Segment c Output Chân 12: 7-Segment b Output Chân 13: 7-Segment f Output 24 Chân 14: 7-Segment g Output Chân 15: 7-Segment a Output Chân 16: Vcc 4.1.3 Sơ đồ logic bảng trạng thái: ∙Sơ đồ logic: 25 ∙Bảng trạng thái: 26 Hình: Bảng trạng thái IC giải mã 74LS47 * Nguyên lý hoạt động: IC 74LS47 IC tác động mức thấp nên ngõ mức tắt, mức sáng, tương ứng với a, b, c, d, e, f, g led đoạn loại anode chung, trạng thái ngõ tương ứng với số thập phân (các số từ 10 đến 15 không dùng tới) 27 Ngõ vào xoá BI để không hay nối lên mức cho hoạt động giải mã bình thường Nếu nối lên mức ngõ tắt bất chấp trạng thái ngõ Ngõ vào RBI để không hay nối lên mức dùng để xoá số (số thừa phía sau số 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 xoá dợn sóng RBO xuống mức thấp Khi ngõ vào BI/RBO nối lên mức LT mức ngõ sáng Kết mã số nhị phân bit vào có giá trị thập phân từ đến 15 đèn led hiển thị lên số hình bên Chú ý mã số nhị phân vào 1111= 1510 đèn led tắt V Khối hiển thị: Hiển thị dùng led đoạn loại anode chung đầu IC 7447 có mức tích cực mức ( mức thấp) Ở loại anode chung ( anode đèn nối lên +5V, đoạn náo sáng ta nối đầu cathode đoạn xuống mức thấp thông qua điện trở để hạn dòng) Chân 3, 8:Vcc_được nối với 28 VI Mạch đồng hồ số: 6.1 Sơ đồ nguyên lý: 6.2 Nguyên lý hoạt động: Xung kích tạo từ mạch 555 xung đưa tới chân IC 74LS192 Ngõ xung 74LS192 chân , , , đưa đến ngõ vào IC giải mã 74LS47 29 Đối với hai IC đếm giây (IC1 IC2): Ta xây dựng mạch đếm 60 Xung cấp cho IC1, IC đếm giá trị xung ( led hiển thị số 9) sau đếm hết giá trị xung cấp cho IC xung đếm Khi đó, IC1 đếm IC2 đếm lên 1, tức ta có giá trị 10 Sau IC1 tiếp tục đếm từ đến tiếp tục cấp xung cho IC2 tăng lên 2, 3,…Khi IC1 đếm đến IC2 đếm đến chuyển sang IC tự reset Lúc mạch đếm giây cấp cho IC3 xung từ đầu Q1 AND Q2 đưa chân 5(UP) IC đếm phút, xung kích đếm lên đơn vị Đối với IC đếm phút (IC3 IC4): IC3 nhận xung lại đếm IC đếm giây đến giá trị 59 Vì lấy xung từ IC đếm giây nên mạch đếm giây đếm đến 59 mạch đếm phút nhận xung Khi IC đếm giây đếm phút đếm đến giá trị 59 tất IC reset 0, đồng thời mạch đếm phút cấp cho IC5 IC đếm xung Đối với IC đếm (IC5 IC6) co hai chế độ đếm 12h 24h nút MODE quy định ta gạt nút MODE xuống đếm đếm 12h ngược lại nút MODE gạt lên đếm đếm 24h Khi IC5 nhận xung bắt đầu đếm lên Khi IC5 đếm đến cấp xung cho IC6 đếm Khi IC5 IC6 đếm lên 1(đối với chế độ 12h, chế độ 24h IC6 đếm lên IC5 đếm lên ) đồng thời đếm giây đếm phút đếm lên 59 chuẩn bị sang 60 thi tất 6IC reset 0,mạch lại tiếp tục tuần hoàn chu trình đếm lặp lại Nút ấn điều chỉnh giây cấp tín hiệu vào chân IC2 ấn nút IC2 đếm tăng lên đơn vị 30 Nút ấn điều chỉnh phút cấp tín hiệu vào chân IC3 ấn nút IC3 đếm tăng lên đơn vị Nút ấn điều chỉnh cấp tín hiệu vào chân IC5 ấn nút IC5 đếm tăng lên đơn vị Bài làm chúng em nhiều thiếu sót mong thầy giáo nhận xét bảo thêm, chúng em chân thành cảm ơn thầy! 31 [...]... cao Khi một mạch đã đạt tình trạng số lượng tối đa, sự chuyển đổi tiếp theo CAO-to-LOW của xung clock sẽ gây TCU đi xuống TCU sẽ ở lại cho đến khi CPU đi xuống Tăng lên một lần nữa, do đó hiệu quả lặp lại đếm lên đồng hồ, nhưng bị trì hoãn bởi hai sự chậm trễ cửa Tương tự sản lượng sẽ TCD đi xuống khi mạch trong trang thái không và đếm đồng hồ đi xuống thấp Kể từ khi ra TC lặp lại các đồng hồ dạng sóng,... 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... 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... 20 dụng như là tín hiệu vào đồng hồ đến Để mạch cao hơn kế tiếp trong môt đa tầng truy cập - Mỗi mạch có khả năng song song với tải không đồng bộ cho phép truy cập được cài sẵn Khi tải song song (PL) và master reset(MR) đầu vào được LOW thông tin Hiện nay trên dư liệu đầu vào song song (p0,p3) đươc nạp vào truy cập và xuất hiền trên các kết quả bất kể điều kiện đầu vào đồng hồ Một tín hiệu cao trên master... chuyển tiếp vào đầu vào vào đếm lên sẽ tạm ứng số lượng của một; môt sự chuyển đỏi tương tự trên các đầu vào đếm suống sẽ giảm một số Trong khi kế với một đầu vào đồng hồ, các khác nên được tổ chức cao Nếu không các mạch hoặc sẽ được tính bằng two hoặc không, tùy thuộc vào nhà nước của các thất bại đầu tiên-flip mà không thể bật/tắt khi một trong hai đầu vào đồng hồ là LOW -Các thiết bị đầu cuối đếm lên... chung, trạng thái ngõ ra cũng tương ứng với các số thập phân (các số từ 10 đến 15 không được dùng tới) 27 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,... 8:Vcc_được nối với nhau 28 VI Mạch đồng hồ số: 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 5 của IC 74LS192 Ngõ ra xung của 74LS192 ở các chân , , , được đưa đến ngõ vào của IC giải mã 74LS47 29 Đối với hai IC đếm giây (IC1 và IC2): Ta xây dựng mạch đếm 60 Xung được cấp cho IC1, IC này đếm giá trị của 9 xung ( led hiển thị số 9) sau khi đếm hết... Một tín hiệu cao trên master Thiết lập lại đầu vào sẽ vô hiệu hóa các cửa cài đặt sẵn, ghi đè lên cả hai đồng hồ đầu vào, và mỗi chốt đấu ra Q ơ trạng thái LOW Nếu một trong những đầu vào đồng hồ là LOW trong và sau một hoạt động thiết lập lại hoăc tải, tiếp theo LOW to CAO chuyển đổi đó sẽ được đồng hồ hiểu như là một tín hiệu hợp pháp và sẽ dược tính -chế độ làm việc 21 -Sơ đồ chân -Chân 8,16 là hai... Gọi: N là số trạng thái của 1 hệ đếm bất kỳ n là số bit đếm Ta có: 11 VD: Thành lập hệ đếm 6_ đếm lên Ta có: => sử dụng 3FF * Bảng trạng thái: Số Q3 Q2 Q1 0 0 0 0 1 0 0 1 2 0 1 0 3 0 1 1 4 1 0 0 5 1 0 1 12 4.3 Ghép các hệ đếm: Nếu có hai hệ đếm N & M, ta có thể ghép nối tiếp thành hệ đếm có dung lượng N*M thạng thái * Nguyên tắc ghép: • • Đặt xung clock vào bộ đếm M Lấy tín hiệu từ bit có trọng số cao... UP/DOWN(thuận/nghịch) sơ đồ nhà nước Mỗi mạch có 4 chủ/nô lệ flip-flop với gating logic nội bộ và chỉ đạo để cung cấp thiết lập lại, cá nhân cài sẵn, tính lên và đếm xuống hoạt động -Mỗi flip-flop chứa thông tin phản hồi jk từ nô lệ để làm chủ như vậy mà thấp đến cao chuyển tiếp vào đầu vào của nó khiến T đầu vào, và do đó sản lượng Q để thay đổi trạng thái Đồng bộ chuyển đổi, trái với tính gợn sóng,