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

ĐỖ HUY THỊNH TRẦN VĂN THỊNH LỚP :ĐH ĐIỆN 3-K6

KHOA :CNKT 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 số là một thiết bị được sử dụng khá nhiều trong thực tế.Bởi vậy, sau đây em xin thiết kế một mạch đồng hồ số dùng IC74LS192_ 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

CHƯƠNG I: TÌM HIỂU CHUNG VỀ MẠCH TỔ HỢP, MẠCH DÃY VÀ

• 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

II Hệ chuyển mã:

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 chân lý:

X4 X3 X2 X1 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1

Xây dựng hệ giải mã cho led 7 đoạn anode chung

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:

4.2 Hệ đếm bất kỳ:

Gọi: N là số trạng thái của 1 hệ đếm bất kỳ

n là số bit đếm

Ta có:

4.3 Ghép các hệ đếm:

Nếu có hai hệ đếm N & M, ta có thể ghép nối tiếp thành hệ đếm códung lượng N*M thạng thái

* Nguyên tắc ghép:

• 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

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:

Tụ xả với hằng số thời gian là:

-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, là đạt được bằng lái xe cửa chỉ đạo của tất cả các giai đoạn từ 1 đếm lên và đếm xuống dòng, từ đó gây ra tất cả thay đổi nhà nước để được bắt đầu cùng một lúc, hoặc thấp hoặc cao, 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 tínhbằng 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 (TCU) và xuống(TCD) đầu ra

thường 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, chúng có thế được sử

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 phéptruy 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 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

-Chân 11 là chân điều khiển cho IC làm việc ở đầu ra tích cực thấp

-Chân 14 là chân xóa làm việc ở mức tích cực cao, để IC đếm ta nối chân này xuống mass

-Chân 15,1,10,9 là các chân đầu vào dữ liệu

-Chân 12 là chân chuyển tiếp dùng cho đếm thuận

-Chân 13 là chân chuyển tiếp khi đếm ngược

-Chân 3,2,6,7 (Qa,Qb,Qc,Qd) là các chân đầu ra của bộ đếm

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

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 14: 7-Segment g Output Chân 15: 7-Segment a Output Chân 16: Vcc.

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

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

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 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 5 chuyển sang 6 thì cả 2 IC sẽ tự reset về 0 Lúc này mạch đếm giây cấp cho IC3 một xung từ đầu ra Q1 AND Q2 đưa về chân 5(UP) của IC đếm phút, một xung được kích và đếm lên một đơn vị

Đối với IC đếm phút (IC3 và IC4): khi IC3 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 IC5 của IC đếm giờ một xung

Đối với IC đếm giờ (IC5 và IC6) co hai chế độ đếm giờ 12h hoặc 24h do nút MODE quy định khi ta gạt nút MODE xuống dưới thì

bộ đếm sẽ đếm 12h ngược lại khi nút MODE được gạt lên trên bộ đếm sẽ đếm 24h

Khi IC5 nhận được một xung thì nó cũng bắt đầu đếm lên Khi IC5 đếm đến 9 thì cấp xung cho IC6 đếm Khi IC5 và IC6 cùng đếm lên 1(đối với chế độ 12h, đối với chế độ 24h thì IC6 đếm lên 2

và IC5 đếm lên 3 ) và đồng thời bộ đếm giây và đếm phút cùng đếm lên 59 chuẩn bị sang 60 thi tất cả 6IC reset về 0,mạch lại tiếp tục tuần hoàn một chu trình đếm lặp lại

Nút ấn điều chỉnh giây được cấp tín hiệu vào chân 5 của IC2 mỗi khi ấn nút thì IC2 đếm tăng lên 1 đơn vị

Nút ấn điều chỉnh phút được cấp tín hiệu vào chân 5 của IC3 mỗi khi ấn nút thì IC3 đếm tăng lên 1 đơn vị.

Nút ấn điều chỉnh giờ được cấp tín hiệu vào chân 5 của IC5 mỗi khi ấn nút thì IC5 đếm tăng lên 1 đơn vị

Bài làm của chúng em còn nhiều thiếu sót mong thầy giáo nhận xét và chỉ bảo thêm, chúng em chân thành cảm ơn thầy!