MẠCH ĐỒNG HỒ ĐẾM GIỜ CHUẨN

Lời mở đầu: Ngày nay khi nhu cầu về thông tin quảng cáo rất lớn , việc áp dụng các phương tiện kĩ thuật mới vào các lĩnh vực trên là rất cần thiết . Khi bạn đến các nơi công cộng, bạn dễ dàng bắt gặp những áp phích quảng cáo điện tử chạy theo các hướng khác nhau với nhiều hình ảnh và màu sắc rất ấn tượng. Từ yêu cầu của môn học kĩ thuật vi xử lý và thực tiễn như trên, chúng em quyết định chọn đề tài cho bài tập lớn môn học là: Thiết kế mạch hiển thị dùng ma trận LED. Khi đề tài được mở rộng thì sẽ có khả năng ứng dụng thực tiễn rất lớn .Nói tóm lại, trong thời đại bùng nổ thông tin hiện nay, khả năng ứng dụng và tiềm lực phát triển của hệ thống này là rất lớn, đặc biệt ở Việt Nam, các hệ thống như vậy còn rất ít, hầu hết đều được nhập từ nước ngoài với giá thành khá cao. I) Cơ sở lý thuyết: Dựa trên nguyên tắc như quét màn hình, ta có thể thực hiện việc hiển thị ma trận đèn bằng cách quét theo hàng và quét theo cột. Mỗi Led trên ma trận LED có thể coi như một điểm ảnh. Địa chỉ của mỗi điểm ảnh này được xác định đồng thời bởi mạch giải mã hàng và giải mã cột, điểm ảnh này sẽ được xác định trạng thái nhờ dữ liệu đưa ra từ bộ vi điều khiển 8951. Như vậy tại mỗi thời điểm chỉ có trạng thái của một điểm ảnh được xác định. Tuy nhiên khi xác định địa chỉ và trạng thái của điểm ảnh tiếp theo thì các điểm ảnh còn lại sẽ chuyển về trạng thái tắt (nếu LED đang sáng thì sẽ tắt dần). Vì thế để hiển thị được toàn bộ hình ảnh của ma trận đèn, ta có thể quét ma trận nhiều lần với tốc độ quét rất lớn, lớn hơn nhiều lần thời gian kịp tắt của đèn. Mắt người chỉ nhận biết được tối đa 24 hình/s do đó nếu tốc độ quét rất lớn thì sẽ không nhận ra được sự thay đổi nhỏ của đèn mà sẽ thấy được toàn bộ hình ảnh cần hiển thị. Sơ đồ khối: Giải mã cột Data Giải mã hàng Ma trận đèn LED Để thực hiện được quét hàng và quét cột thì ma trận LED được thiết kế như sau: Các LED trên cùng một hàng sẽ được nối các chân dương với nhau. Các LED trên cùng một cột sẽ được nối các chân âm với nhau như hình vẽ Ta có thể mô phỏng một ma trận Led đơn giản 4x4 như sau: Hàng 1 2 3 4 Cột 1234 Sơ đồ thiết kế ma trận LED Trạng thái của một LED sẽ được quyết định bởi tín hiệu điện áp đi vào đồng thời cả 2 chân. Ví dụ để LED sáng thì điện áp 5V phải đưa vào chân dương và chân âm phải được nối đất, LED sẽ tắt khi không có điện áp đưa vào chân dương. Với đề tài này, chúng em chọn loại ma trận LED 8x8 để hiển thị. Ta có sơ đồ nguyên lý của Ma trận LED 8x8:

Chương II: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH

I Sơ đồ khối:

* Nhiệm vụ các khối:

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

2.2 Sơ đồ mạch:

2.2.1 Nguyên lý hoạt động:

Khi mới cấp nguốn Vcc, tụ bắt đầu nạp từ 0V lên:

V+ <V−

=> R = 0

V+ >V−

=> S = 1

0

V

Out

=> Q = 1, Q=0 0

1

V

→ =

: led sáng

Transistor 2

Q

có

0

B

U =

làm 2

Q

tắt, tụ C tiếp tục được nạp điện, tụ ap điện qua 1

R

và 2

R

với hằng số thời gian là:

Tnạp = ( 1 2

R +R

).C Khi điện áp Vc tăng > 1/3Vcc, thì:

V+ <V−

=> R = 0

V+ <V−

=> S = 0

=> Q = 1, Q=0 0

1

V

→ =

: led sáng, FF không thay đổi trạng thái

Khi điện áp trên Vc tăng > 2/3Vcc, thì:

V+ >V−

=> R = 1

V+ <V−

=>S = 0

=> Q = 0, Q=1 0

0

V

→ =

: led tắt

Do Q = 1 nên 2

Q

dẫn bão hoà làm chân 7 ≈ 0V, làm tụ C không được nạp mà xả điện qua 2

R

, qua tiếp giáp CE của 2

Q

và xuống mass

Tụ xả với hằng số thời gian là:

Txả = 2

.

R C

Khi Vc < 2/3Vcc: R = 0, S = 0 : giữ nguyên trạng thái

Khi Vc < 1/3Vcc: R = 0, S = 1: => Q = 1, Q=0 0

1

V

→ =

: led sáng Khi Q=0, 2

Q

tắt, chấm dứt thời gian xả điện của tụ C Như vậy, mạch trở lại trạng thái ban đầu và tụ lại nạp điện trở lại Hiện tượng này diễn ra liên tục và tuần hoàn

III Khối đếm:

3.1 IC 74LS90:

3.1.1 Hình dạng:

Bốn chân thiết lập: 1

R

(1), 1

R

(2), 9

R

(1), 9

R

(2)

Khi đặt 1

R

(1) = 1

R

(2) = H ( ở mức cao) thì bộ đếm được xoá về 0 và các đầu ra ở mức thấp

9

R

(1), 9

R

(2) là chân thiết lập trạng thái cao của đầu ra:

1

Q =Q =

,

0

B C

Q =Q =

NC chân bỏ trống

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

- Bộ chia 2 do Input A điều khiển đầu ra A

Q

- Bộ chia 5 do Input B điều khiển đầu ra B

Q

, C

Q

, D

Q

Đầu vào A, B tích cực ở sườn âm

Để tạo thành bộ đếm 10 ta nối đầu ra A

Q

vào chân B để tạo xung kích cho bộ đếm 5

A

Q

, B

Q

, C

Q

, D

Q

là các đầu ra

3.1.2 Sơ đồ logic và bảng trạng thái:

Hình: Sơ đồ cổng logic IC7490

Hình: Bảng trạng thái của IC 7490.

Hình: Sơ dồ đầu ra A

Q

, B

Q

, C

Q

, D

Q

.

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

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 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:

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 số thập 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 o 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

V Khối hiển thị:

Hiển thị dùng led 7 đoạn loại anode chung do đầu ra của IC 7447 có mức tích cực là mức 0 ( mức thấp)

Ở loại anode chung ( anode của đèn được nối lên +5V, đoạn náo sáng ta nối đầu cathode ủa đoạn đó xuống mức thấp thông qua điện trở để hạn dòng

Chân 3, 8: Vcc_được nối lại với nhau

VI Mạch đồng hồ số:

6.1 Sơ đồ nguyên lý:

CP1 Q1

74LS90

MS1 MR1 CP0

Q3 Q2 Q1 Q0

74LS90

MS1 MR1 CP0

Q3 Q2 Q1 Q0

74LS90

MS1 MR1 CP0

Q3 Q2 Q1 Q0

74LS90

MS1 MR1 CP0

Q3 Q2 Q1 Q0

74LS90

MS1 MR1 CP0

Q3 Q2 Q1 Q0

74LS90

MS1 MR1 CP0

Q3 Q2 Q1 Q0

74LS47

A3 A1

test RBI

g e c a RBO

abcdefg.

V+

abcdefg.

V+

abcdefg.

V+

abcdefg.

V+

abcdefg.

V+

abcdefg.

V+

74LS47

A3 A1

test RBI

g e c a RBO

74LS47

A3 A1

test RBI

g e c a RBO

74LS47

A3 A1

test RBI

g e c a RBO

74LS47

A3 A1

test RBI

g e c a RBO

74LS47

A3 A1

test RBI

g e c a RBO

6.2 Nguyên lý hoạt động:

Xung kích được tạo ra từ mạch 555 và xung này được đưa tới chân 14 của

Q

, B

Q

, C

Q

, D

Q

được đưa đến ngõ vào của IC giải mã 74LS47

Đối với hai IC đếm giây (IC1 và IC2): xung được cấp cho IC1, IC1 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 đếm 9 và IC2 đếm đến 5 chuyển sang 6 ta dùng IC 7408 để reset cả hai IC trở về 0 Lúc này, chân reset sẽ cùng trạng thái với đầu ra cổng AND 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 (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): 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 hai IC đếm giờ đếm đến 23 và tại thời điểm sang 24 là lúc cả hai IC được reset Vì số nhị phân tương ứng của 2 là Q3Q2Q1Q0 = 0010, của 4 là Q3Q2Q1Q0 = 0100 nên ngõ ra Q1 của IC đếm giờ ( đếm hàng chục) và ngõ ra Q2 của IC đếm giờ (đếm hàng đơn vị) được đưa vào IC7408 để thực hiện reset về 0

Vậy ta có trạng thái tiếp theo sẽ là 00:00:00